用于借助于激光辐射剥除脆硬材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于借助于激光辐射剥除、诸如切割、刻刮、钻孔脆硬材料的方法，其中通过剥除在材料中形成具有剥除凹陷的侧壁的侧壁角W的剥除凹陷，其中该侧壁角w被定义成剥除凹陷的侧壁上的表面法线与材料的未被剥除的表面的表面法线之间的角度，并且具有入射边缘，所述入射边缘被定义成材料表面的空间上伸展的区域，在所述区域处，材料表面的未被改变并因此未被剥除的部分过渡到剥除凹陷中，并且在所述入射边缘处，激光辐射的空间分量被折射和聚焦到未被剥除的材料的体积中。
【背景技术】
[0002]这样的方法尤其是应用于显示器技术，其中必须处理薄玻璃衬底、一种脆硬物料。恰好工业显示器技术占领着越来越大的市场空间，并且倾向于越来越轻的设备，并且因此还倾向于更薄的玻璃板以用于例如智能电话和平板计算机。
[0003]薄玻璃衬底在可以实现较厚玻璃的耐久性和机械稳定性时恰好提供针对显示器的优点。所述薄玻璃板几乎被用在全部平板显示器(FDP)中。
[0004]常规的用于加工这样的薄玻璃板的方法是用所定义的刀片进行铣削，或者其基于向物料或材料中有针对性引入的裂缝形成的机械作用(刻刮和折断)。在使用激光辐射情况下的多种公知方法变型同样所基于的是，利用刻刮和然后折断的原理的机械作用，其方式是，用激光辐射的作用代替刻刮，并且物料或材料在激光辐射的作用以后被折断。常规机械加工(切割、钻孔)对于薄玻璃板而言与大的物料厚度相比显著更困难。也就是说，在机械刻刮的情况下引入微裂缝或者甚至拆出小部分、所谓的碎肩(Chip)，使得打磨或蚀刻作为后续加工工艺变得需要。
[0005]还已经表明的是，在材料中形成的剥除凹陷的面或侧壁对引入的激光辐射具有衍射和折射作用。由此通过激光辐射的辐射分量生成干涉-衍射图案。一旦这些辐射分量又射到剥除凹陷的面上，就在那里加强地使表面粗糙化；该粗糙的光折射作用导致激光辐射的聚焦，并且可以在接界的材料中引起裂缝。对剥除凹陷的形成和所产生的裂缝具有非常大影响的还有所形成的剥除凹陷区域中的入射边缘(Eintrittskante)。也就是说，看上去射到入射边缘上的激光辐射所引起的裂缝形式的损伤以所述入射边缘为出发点。
[0006]US 2006/0091126 A1描述了用于在使用紫外激光的情况下加工由硅、砷化镓、磷化铟或单晶的蓝宝石构成的衬底的方法以及激光系统，以便在所述衬底中产生微结构图案。在此重叠两个激光束，以便制造具有小的深度的精细结构化的剥除凹陷。根据该方法仅仅产生剥除凹陷的小的深度(结构化)，使得剥除凹陷的光学作用是可忽略小的。此外，应该剥除材料表面，使得在窄的空间上形成具有尽可能多的直角的尖锐的边缘的精细结构化。
[0007]US 2011/0240616 A1描述一种在使用激光的情况下将脆的电子衬底切割成小的立方体的方法。如图4和5所示，以两个子步骤执行切割。在第一步骤中，在钻孔的边缘区域中以小的功率并且以小的剥除速率和接近小的热影响区域来执行平坦的钻孔(初始切割)。这虽然导致碎片的减少，但是不导致损伤的减少，该损伤由在第二子步骤期间激光辐射到材料中的聚焦所引起，在该第二子步骤中以具有在第一平坦的钻孔(初始切割)的钻孔底部位置处的不期望的聚焦的伸展的边缘来产生第二深钻孔。
【发明内容】
[0008]本发明所基于的任务是，提供一种方法，利用该方法避免或至少竭尽全力地抑制特别是以入射边缘为出发点的或在原因上归因于射到入射边缘上的激光辐射的前述损伤。
[0009]该任务通过具有权利要求1的特征的方法来解决。
[0010]对于根据本发明的方法重要的是，调整激光辐射的分布，使得入射边缘具有小的空间伸展，使得激光辐射的由入射边缘的聚焦作用所检测的功率分量不足以在材料体积中产生电子密度的阈值Pjgft并且因此避免材料的损伤。
[0011]因此激光辐射的由入射边缘的聚焦作用所检测的功率被调整成，使得材料中的通过入射边缘的聚焦所达到的强度不达到损伤材料的阈值Pjgft。按照根据本发明的方法，不是简单地缩小功率并且产生损伤少的第一钻孔，而是在一个步骤中以大功率进行切割并且仅仅缩小功率的导致损伤的分量。
[0012]根据本发明的措施充分利用以下认识:在到体积中的入射边缘处的聚焦作用是可以避免的重要作用。
[0013]通过该措施显著地减少或可以避免从入射边缘出发的损伤，因为因此减小激光辐射的强度并且由此避免脆硬材料的空间局部化的进而过高的负荷。
[0014]如前面提到的那样，在机械加工薄玻璃板时出现裂缝。但是这样的裂缝在利用激光辐射加工玻璃板时也能观察到。本发明人已经发现，这些裂缝表现为至少三种不同的表现形式:
第一类裂缝:损伤、裂缝形成/碎肩出现在物料的背侧。第一类裂缝在前侧一一激光辐射入射之处一一还未发生损伤并且也还未进行剥除时就已经出现。
[0015]第二类裂缝:裂缝或损伤--亦称尖状物--以入射边缘为出发点，该入射边缘是从工件的表面的未改变的部分到所形成的剥除凹陷的侧向剥除侧壁中的过渡部。
[0016]第二类的裂缝或损伤在一一与第三类裂缝相比一一大的深度上延伸到材料的体积中。这些以入射边缘为出发点的材料改变/损伤也可以在体积中变得可见或产生(其于是也被称为“细丝”;物理原因是克尔效应和自聚焦)或者甚至到达工件的背侧或背向激光辐射的表面。
[0017]第三类裂缝:精细的没那么深地侵入的裂缝的形成附加于第二类裂缝或第二类损伤一一沿着被剥除的表面(切割边缘)一一出现；其不限于接近入射边缘的区域，并且出现在激光辐射在剥除凹陷中入射到被剥除的表面(剥除侧壁)、即剥除侧壁上之处。第三类裂缝从被剥除的表面伸展到材料中。第三类裂缝与第一类裂缝相比以较少的深度侵入到材料中。剥除凹陷的粗糙表面与入射边缘相比具有拥有更小曲率半径的粗糙度。剥除凹陷的粗糙表面的聚焦作用与入射边缘的聚焦作用相比显著更强。
[0018]所述第三类裂缝因此通过本发明的方法被避免或者至少与常规方法相比被明显减少。
[0019]优选地在根据本发明的方法中，激光辐射的入射到剥除凹陷区域中的材料的未被剥除的表面上的分量的坡印廷矢量P在入射边缘的方向上被调整为倾斜的，并且选择激光辐射的入射角WE，使得其不小于零(wE>=0角度)。
[0020]此外可能有利的是，将激光辐射的在剥除凹陷区域中落入剥除凹陷中的分量的坡印廷矢量P调整为垂直于剥除凹陷的侧壁上的法向矢量nF并且将激光辐射的入射角w ￡选择为we=90角度。
[0021]当激光辐射在到剥除凹陷中的入口处的空间分布被调整为矩形时(矩形)，于是得出该方法的一个有利的实施方式。也就是说由此实现，入射边缘的区域具有小的伸展，并且因此激光辐射的从入射边缘的区域所检测的并聚焦到材料中的分量变小。
[0022]激光辐射在到剥除凹陷中的入口处的空间分布也可以被调整为从垂直于激光辐射的入射方向来看为高斯形的，并且高斯形分布在与光轴相距的一定距离处、即材料中的强度达到损害材料的阈值Pjgft