CN107427958B - 借助于激光束连续地处理固体的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理固体(2)的设备(1)。根据本发明的设备包括：至少一个容纳装置(4)，所述容纳装置具有用于容纳固体(2)的容纳部分(6)和用于保持所述容纳部分(6)的保持部分(10)，其中所述容纳部分(6)能够借助于驱动装置连续地驱动；激光装置(14)，所述激光装置用于提供激光束(16)以在所述固体(8)中或者在所述固体(2)的表面(20)上产生改型部(18)；和光学装置(20)，所述光学装置用于引导所述激光束(16)，其中所述激光束(16)能够借助于所述光学装置(20)转向为，使得一个或多个固体(2)能够在不同的位置处受所述激光束(16)照射。

Description

借助于激光束连续地处理固体的设备和方法
技术领域
本发明根据权利要求1涉及一种用于处理固体的设备并且根据权利要求15涉及一种用于处理固体的方法。
背景技术
存在多种类型的固体处理，例如离子注入、刻蚀、覆层或者切削式加工。然而，尤其切削式加工例如在固体材料是昂贵或者耗费地产生时，例如半导体材料或者蓝宝石或者碳化硅时是不利的，因为例如在晶片非常薄时切削引起显著的材料损耗并由此引起高成本。此外，在具有大直径大的晶片非常薄时由于切削式处理可以确定显著的厚度差，由此晶片只能用于特定的应用。厚度波动在此例如可能由于锯割元件的振动引起。
发明内容
由此，本发明的目的是提供一种用于以尽可能无切削的方式弱化供体衬底的结构的设备和方法。
之前所提到的目的根据本发明通过一种用于处理固体尤其供体衬底的设备来实现。根据本发明的设备在此优选包括：至少一个容纳装置，所述容纳装置具有用于容纳至少一个固体的容纳部分和用于保持容纳部分的保持部分，其中容纳部分可借助于驱动装置连续地驱动；激光装置，所述激光装置用于提供激光束以在固体中或者在固体的表面处产生改型部；和光学装置，所述光学装置用于引导激光束，其中激光束可借助于光学装置转向为，使得至少一个固体在不同的位置处可受到激光束照射。此外，所述方法优选同样包括：将固体层从至少一个固体或至少一个供体衬底分开的步骤。
该解决方案是有利的，因为首次能够在多个彼此不同的改型轨道上相继产生改型部，而不需要改变驱动速度和/或不需要反转固体中的驱动方向。这实现了固体处理的明显加速，由此可降低用于这种固体的或者用于由这种固体构成的产品的制造成本。
其它优选的实施方式是从属权利要求或者接下来的描述的主题。
根据本发明的另一优选的实施方式，容纳部分围绕转动轴线可转动地安装，其中固体可受到激光束以距转动轴线不同的距离或者可变的距离照射。优选地，容纳部分的转动速度可借助于驱动装置根据激光束进入固体中的位置距转动轴线的距离来改变，其中转动速度随着激光束进入固体中的位置距转动轴线的距离减小而优选升高。该解决方案是有利的，因为容纳部分可以以每分钟大于100转，优选以每分钟大于1000 转，并且尤其优选以每分钟大于1500转，尤其以每分钟最大或大于3000 转，或者以每分钟最大或大于5000转，或者以每分钟最大或大于9000 转，或者以每分钟最大或大于15000转围绕转动轴线转动。在以由激光装置发射的激光束照射固体时，可在非常短的距离中在改型轨道上产生改型部，所述激光束具有至少1kHz或者至多、等于或者至少1MHz的频率或者至多、等于或者至少20MHz的频率或者至多、等于或者至少 50MHz的频率或者至多、等于或者至少80MHz的频率或者至多、等于或者至少100MHz的频率或者至多、等于或者至少250MHz的频率或者至多、等于或者至少1GHz的频率，所述距离优选小于100μm，优选小于50μm，并且特别优选小于20μm或者10μm或者5μm或者4μm或者 3μm或者2μm或者1μm或者0.5μm。
根据本发明的另一优选的实施方式提出用于调整光学装置的至少一个元件相对于固体的表面的表面部分的距离的距离调整装置，其中距离调整装置包括：至少一个距离确定装置，所述距离确定装置用于确定固体的表面部分相对于距离确定装置的距离；和偏转装置，所述偏转装置用于根据通过距离确定装置所确定的在固体的表面部分和距离确定装置之间的距离来调整光学装置的至少一个元件相对于固体的表面部分的距离。光学装置的元件在此优选是透镜，尤其柱状透镜，或者是扫描模块。该实施方式是有利的，因为能够检测不平坦度，并且能够使改型产生匹配于所检测到的不平坦度。由此，根据该解决方案，所述改型部始终能够以同一或者基本上相同的深度在材料中产生。
根据本发明的另一优选的实施方式，距离确定装置设置为，使得在如下位置处进行距离确定，所述位置与激光束进入固体中的位置不同。该实施方式是有利的，因为优选根据保持部分在特定的改型轨道上的速度执行测量并且根据所述测量控制偏转装置。根据偏转装置的控制速度和反应时间并且根据容纳部分的最大速度能够使距离确定装置相应地与激光照射的位置间隔开。优选地，距离确定的位置和激光辐射进入固体中的位置位于围绕转动轴线的圆形轨道上，尤其位于相同的圆形轨道上，其中距离确定的位置和激光束进入固体中的位置彼此间隔开小于 270°，优选小于180°并且特别优选小于90°。
根据本发明的另一实施方式，可借助于偏转装置至少使光学装置的一个元件偏转为，使得光学装置和固体的表面部分之间的距离改变可至少部分地被补偿，其中偏转装置可根据容纳部分的转动速度来控制，使得用于产生改型部的激光束穿过固体的表面部分的表面进入固体中，在所述表面部分上之前进行距离测量。在此可以考虑的是，在其上对距离进行检测的并且在其上产生改型部的改型轨道具有或者构成直线的或者曲线的、尤其圆形的造型。
根据本发明的另一优选的实施方式，偏转装置具有至少一个执行器，尤其压电元件，其中执行器可借助于大于10Hz的，优选大于30Hz 的并且特别优选大于60Hz的频率来操作，例如借助于直至90Hz的或者直至250Hz的或者直至450Hz的或者直至1kHz的频率来操作。
根据本发明的另一优选的实施方式，光学装置具有至少一个激光扫描模块(扫描仪)，所述激光扫描模块用于使激光束转向到至少一个固体上。优选地，激光束可经由进入区域导入到激光扫描模块中并且经由离开区域从激光扫描模块中导出。激光扫描模块优选具有可数字控制的调节装置和一个或多个用于改变激光束的光路的变换装置，其中一个或多个变换装置优选包括至少一个电流计等。
根据本发明的另一优选的实施方式，激光扫描模块可被控制为，使得在容纳部分的转速恒定时，在固体的至少两个在径向上距转动轴线不同远地间隔开的部段中，在每一转时，可产生多个不同的沿着径向方向彼此错开的改型部。该实施方式是有利的，因为由此通过扫描仪能够在每一转中在多个改型轨道上产生改型部，由此固体不必那么频繁地运动或者转动经过加载位置下方，由此可更快地完全执行激光处理。
根据本发明的另一优选的实施方式，光学装置具有至少一个辐射分配器元件，所述辐射分配器元件用于将由激光装置产生和发射的辐射划分为多个优选相同的部分，其中多个辐射部分中的至少两个辐射部分可馈送给固体以同时产生改型部，其中辐射分配器元件优选是衍射元件或者多点镜头。该实施方式是有利的，因为同时可产生多于一个的改型部，尤其两个或者多于两个的改型部，或者三个或者多于三个的改型部，或者四个或者多于四个的改型部，或者五个或者多于五个的改型部。尤其是，借助于激光装置发射的辐射在至少部段地彼此不同的光路中被分开，其中至少部段地在两个不同的光路上引导的辐射同时在固体中产生一个改型部或者多个彼此间隔开的改型部。
根据本发明的另一优选的实施方式，在X-Y平面上设有用于重新定位容纳部分或者重新定位容纳部分和保持部分的重新定位装置。其中，容纳部分是可转动的，以处理外部的固体部分，并且容纳部分或者容纳部分和保持部分在X-Y平面中是可重新定位的，以处理由外部的固体部分所围绕的内部的固体部分。该实施方式是有利的，因为为了对各个区域进行处理，固体以分别最适合的运动原理运动，由此——至少在特定的情况中——相对于固体仅仅借助于运动原理(直线地或者转动地)运动，可引起对固体的加速处理。
根据本发明的另一优选的实施方式，容纳部分构成为，使得多个固体可与转动轴线间隔开地设置在容纳部分的用于同时或先后进行处理的表面上。该实施方式是有利的，因为在固体围绕转动轴线运动时位置速度随着半径减小同样下降。通过各个固体与转动轴线间隔开的方式，位置速度不下降到逼近0m/s的范围上。
根据本发明的另一优选的实施方式，容纳部分可由驱动装置驱动为，使得改型轨道可以大于0.5m/s的，并且优选大于3m/s的，优选大于10m/s的并且特别优选大于20m/s或者30m/s的速度相对于激光装置运动。该实施方式是有利的，因为生产率随着速度提高而提高。因此，例如6英寸的晶片根据本发明可在不到4分钟内，尤其在3分钟内，可使10μm长并且2μm宽的改型部优选整面地或者基本上整面地设置在所述晶片的内部中。
此外，本发明基于一种用于处理固体的方法。根据本发明的方法在此优选至少包括如下步骤：连续地驱动容纳装置的用于容纳固体的容纳部分，其中容纳部分通过容纳装置的保持部分保持并且围绕转动轴线转动；以及以激光束照射固体以在固体中或者在固体的表面处产生改型部，其中激光束通过光学装置引导，其中激光束借助于光学装置转向为，使得固体在不同的位置处被激光束照射，其中固体被激光束以距转动轴线不同的距离照射。根据本发明的另一优选的实施方式，改型部借助于至少一个皮秒或者飞秒激光器的经由多层装置的外表面导入到多层装置的内部中的激光辐射产生。
根据本发明的另一优选的实施方式，各个改型部或缺陷或损伤部位分别因通过激光器尤其飞秒激光器或者皮秒激光器所引起的多光子激发而产生。优选地，激光器具有小于10ps的脉冲持续时间，脉冲持续时间特别优选小于1ps并且最高优选小于500fs。
根据本发明的另一优选的实施方式，设有用于改变所加载的激光束的特性的射束成型装置。激光束的这些特性尤其是激光束的极化特性、激光束在聚焦之前和之后的空间轮廓和所加载的激光束的各个波长的空间上的和时间上的相分布，所述相分布会受到光路的各个元件如进行聚焦的光学装置中的与波长相关的色散的影响。
为此，射束成型装置例如能够配备有旋转的λ半板或者类似的双折射的元件来改变所穿过的激光束的极化。由此能够根据容纳部分的转动速度来改变所加载的激光束的极化。附加地，由此极化方向也能够相对于在容纳部分上的固体的结晶方向以特定的角度改变。除了λ半板或者替选于λ半板，这例如也能够通过射束成型装置中的类似于普克耳斯盒的元件引起。在这种元件中，外部的电场引起材料中的与场相关的双折射、所谓的普克耳斯效应或者线性的电光效应，所谓的普克耳斯效应或者线性的电光效应能够用于根据所施加的电压改变激光束的极化。该解决方案提供如下优点：所述解决方案相对于转动的板能够具有更快的切换时间并且从而能够更好地与工作台或者固体的运动同步。
替选地，射束成型装置也能够设计为，使得激光束在对固体进行照射之前进行圆形极化。激光辐射主要进行线性极化，但是也能够通过双折射的光学元件如λ四分之一板转换为圆形极化的光。而圆形极化的光通过恰好一个这种元件再次转换回线性极化的光。在此也可行的是，使用由圆形极化的激光辐射和线性极化的激光辐射构成的混合形式或组合，即所谓的椭圆形极化的激光辐射。
基本上，由此对于所述问题提供如下解决方案：在进行多光子吸收时有效横截面极其依赖于结晶方向或在光的极化方向和结晶取向之间的角度，因为在固体转动时结晶方向可能持续地相对于激光束改变，这能够通过激光极化或者圆形地或椭圆形地极化的激光的同步转动来消除并且能够将用于多光子吸收的有效横截面保持恒定。
附加地，射束成型装置能够构成为，使得所述射束成型装置在激光束聚焦之前或者在焦点中改变激光束的空间轮廓。这能够通过简单的元件如狭缝或者沿着仅一个空间方向的望远镜来实现。这种望远镜例如能够由柱形透镜与柱形散射透镜的组合来实现，其相对焦距因此规定了沿着一个空间方向的激光束尺寸改变。但是望远镜也能够由多个元件构成，以便防止激光束交叉。根据激光束在进行聚焦之前的空间的射束轮廓，同样能够改变并且有利地选择在照射固体时焦点的形状。为此，射束成型装置能够附加地构成用于：能够根据容纳部分的转动速度或者根据固体的取向来改变激光束焦点的形状。这样例如能够在对固体进行照射时在固体的靠近转动轴线的区域中通过射束成型装置产生在焦点中的与其匹配的空间轮廓，例如向外渐缩的激光束轮廓。
大量材料尤其透明材料如玻璃和晶体的特征在于与波长相关的折射率。脉冲形状的激光束，尤其在飞秒范围中的激光束，由如下波长的频谱构成，所述波长能够在射束成型单元中或者用于聚焦的光学装置中在对固体进行照射之前经受不同的折射率。这种色散导致：飞秒激光脉冲变得更长，由此其峰值强度降低，这对于多光子工艺的应用而言是不期望的。射束成型单元能够与之相应地构成为，使得所述射束成型单元在聚焦之前和之后补偿光路中的其它光学元件的色散。这种色散不仅能够在空间中作用为色差或者能够在时间中作用为脉冲延长或者脉冲压缩。尤其是，色散也能够通过射束成型单元改变和使用为，使得在焦点中产生存在于激光脉冲中的波长的预定的颜色分布。
常规的用于进行补偿和将人工的相分布引入激光脉冲的机构，例如用于补偿色散的机构，是棱镜或者衍射光栅或者啁啾反射镜的组合，所述衍射光栅即所谓的空间光调制器(SLMs)，所述空间光调制器基于液晶，所述啁啾反射镜具有特殊序列的不同折射率的介电层。
该解决方案，尤其用于补偿色散的解决方案，是有利的，因为所述解决方案弥补了下述问题：在短脉冲(例如小于100fs)经过时，色散以增强的方式出现，也就是说，脉冲流散，因为一些光份额与其它光份额相比是更快的。要不然，脉冲可能变得更长，由此其峰值强度可能下降，这在应用多光子工艺时是不期望的。
根据本发明的另一优选的实施方式，激光束的尤其fs激光器的激光束的能量被选择为，使得传输层或者晶体中的损伤扩展小于瑞利长度(Reyleighlaenge)的三倍，优选小于瑞利长度并且特别优选小于瑞利长度的三分之一。根据本发明的另一优选的实施方式，将激光束的尤其 fs激光器的波长选择为，使得传输层或材料的吸收小于10cm-1并且优选小于1cm-1并且特别优选小于0.1cm-1。
固体优选具有由元素周期表的第3、4和5主族中的元素构成的材料或者材料组合，例如Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、InP、GaN、Al2O3(蓝宝石)、AlN。特别优选地，固体具有由来自周期表的第三族和第五族中的元素构成的组合。可以考虑的材料或者材料组合在此例如是砷化镓、硅、碳化硅等。此外，固体能够具有陶瓷(例如Al2O3-氧化铝(无定形))或者由陶瓷构成，优选的陶瓷在此例如一般而言是钙钛矿陶瓷(例如含Pb、 O、Ti/Zr的陶瓷)并且具体而言是铌酸铅镁，钛酸钡，钛酸锂、钇铝石榴石，尤其用于固体激光器应用的钇铝石榴石晶体、SAW(表面声波) -陶瓷，例如铌酸锂、正磷酸镓、石英、钛酸钙等。因此，固体优选具有半导体材料或者陶瓷材料，或者特别优选载体衬底和/或有用层由至少一种半导体材料或者陶瓷材料构成。此外可以考虑的是，固体具有尤其对于激光辐射而言透明的材料或者部分地由尤其对于激光辐射而言透明的材料例如蓝宝石构成或者制成。其它在此单独考虑作为固体或者与另一材料组合地作为固体的材料，例如是“宽带隙”材料，InAlSb、高温超导体，尤其稀土酮酸盐(例如YBa2Cu3O7)。附加地或者替选地，可以考虑的是，固体是光掩模，其中在当前情况下优选能够使用任何在申请日已知的光掩模材料并且特别优选所述光掩模材料的组合作为光掩模材料。
根据本发明的另一优选的实施方式，借助于改型部来改变，尤其损伤在分离区域的走向中所构成的晶格的超过5％，尤其超过10％或者超过20％或者超过30％或者超过40％或者超过50％或者超过60％或者超过70％或者超过80％或者超过90％或者超过95％。该实施方式是有利的，因为例如能够通过激光照射来改变晶格或者产生缺陷，尤其微裂纹，使得能够设定对于将固体部分从固体分开所需要的力。由此，就本发明而言，同样可行的是，晶体结构在分离区域中借助于激光辐射改型或损伤为，使得载体衬底由于激光处理与剩余的多层装置分离或由此与其分开。
措辞“基本上”的使用优选在这些措辞在本发明的范围中被使用的所有情况下都限定与在不使用所述措辞的情况下所给出的确定值的偏差在1％至30％的范围，尤其在1％至20％的范围，尤其在1％至10％的范围，尤其在1％至5％的范围，尤其在1％至2％的范围。
附图说明
本发明的其它优点、目标和特性根据接下来对附图的描述来阐述，在所述附图中示例性地示出根据本发明的设备。根据本发明的设备的在附图中至少在其功能方面基本上一致的构件或者元件在此能够以相同的附图标记表示，其中这些构件或元件不必在所有的附图中编号或者阐述。
其中示出：
图1a示出根据本发明的设备的部分地并且示意性地示出的第一构造；
图1b示出根据本发明的设备的部分地并且示意性地示出的第二构造；
图2a示出根据本发明的设备的部分地并且示意性地示出的第三构造；
图2b示出根据本发明的设备的部分地并且示意性地示出的第四构造；
图3示出缺陷产生过程的第一示意性的视图；
图4示出缺陷产生过程的第二示意性的视图；
图5a示出容纳装置的配备有第一组固体的容纳部分；
图5b示出容纳装置的配备有第二组固体的容纳部分；
图6示出根据本发明的设备的另一示意性的构造，以及
图7a至7c示出具有分别多个与容纳装置耦联的待处理的固体的不同的设置。
具体实施方式
图1a以根据本发明的设备1中可能的布置示意性地示出激光装置 14、以激光装置14的激光束16照射的固体2和设置在激光装置14和固体2之间的光学装置20。光学装置20在此优选设置和构成为，使得改型部18，尤其晶格改变，如裂纹或者局部的相变换，能够在固体2 的表面上或者在固体2的内部中，即与固体2的表面间隔开地产生。改型部特别优选在激光辐射的焦点中产生。激光装置14在此发射如下激光辐射16，所述激光辐射具有在优选100fs至1ps的范围中的并且特别优选在5fs和10ps的范围中的优选的脉冲持续时间。在之前所提到的范围中的激光束加载是有利的，因为仅出现对固体2的小的热影响或者不出现对固体的热影响，尤其在脉冲持续时间小于10fs的情况下。脉冲能量在此优选大于1nJ，尤其大于100nJ或者大于20μJ或者大于200μJ 或者大于1mJ或者大到直至10mJ或者大于50mJ或者大到直至5J。重复频率在此优选在至多1kHz、等于1kHz或者至少1kHz的范围中或者在至多1MHz、等于1MHz或者至少1MHz的范围中或者在至多20MHz、等于20MHz或者至少20MHz的范围中或者至多50MHz、等于50MHz 或者至少50MHz的范围中或者至多80MHz、等于80MHz或者至少 80MHz的范围中或者至多100MHz、等于100MHz或者至少100MHz 的范围中或者至多250MHz、等于250MHz或者至少250MHz的范围中或者至多1GHz、等于1GHz或者至少1GHz的范围中。
激光装置的平均功率在此优选大于1W，尤其大于10W或者大于 20W或者大于100W或者大于200W或者大到直至200W或者大于 500W或者大到直至5kW。
一般而言，在重复率在kHz至低的MHz范围中时，高的脉冲能量借助于放大器***来实现，所述放大器***再放大具有特定的输出重复率、脉冲能量和脉冲持续时间的振荡器的激光辐射。但是，对于应用多光子工艺而言，激光放大器不一定是必须的，而是也能够仅借助于激光振荡器来工作。这通常提供更高脉冲重复率的优点。激光振荡器，例如具有钛-蓝宝石-晶体的激光振荡器，在脉冲持续时间为7fs或者低于此时能够具有80MHz或者高于此的重复频率，这能够适合于一些应用。光纤激光器能够具有在250kHz和100MHz之间的脉冲重复率并且此外具有可灵活地设定的脉冲重复率。对于特殊的应用而言，存在具有直至 10GHz或者高于此的重复率的振荡器(光纤激光器和钛-蓝宝石-激光器)。通常，特别短的激光脉冲能够通过锁模技术产生，这不仅能够有源地进行而且也能够无源地进行。
两个依次在曲线轨道上产生的改型部18之间的距离优选位于 0.1μm和20μm之间的范围中，所述距离尤其至少、最大、基本上或者精确地在1μm或者2μm或者3μm或者4μm或者5μm和6μm或者7μm 或者10μm或者15μm或者20μm之间。
在图1b中示出类似于图1a的视图。然而，根据图1b的视图同样具有距离调整装置28。距离调整装置28在此用于相对于固体2对光学装置20或者光学装置的元件进行定向，或者用于相对于光学装置20或光学装置的元件对固体2进行定向。距离调整装置28优选具有距离确定装置32并且优选具有偏转装置34。距离确定装置32优选检测距离确定装置32和固体2尤其表面部分30之间的距离，其中距离确定优选借助于激光测量来进行。被进行测量的表面部分30特别优选位于如下轨道上，在所述轨道上由于固体2的运动使表面部分30运动到激光加载的区域中，使得特别优选在固体2的表面上的表面部分30的区域中或者在固体2的内部中，尤其沿着激光束的入射方向产生改型部18。偏转装置34包括至少一个执行器35，所述执行器用于使光学装置20或者固体2偏转。执行器35在此优选是压电元件。这是有利的，因为通过一个或多个压电元件能够实现小于100μm的、优选小于50μm的并且特别优选1μm至2μm的距离校正。压电元件实现补偿1μm/ms，由此在圆形的、300mm的容纳部分6中(参见图2a)形成50μm的公差。偏转装置34因此优选使光学装置20的一个元件或者光学装置20的多个元件，尤其一个或多个光学透镜，相对于固体2的表面正交地偏转，由此改变至少一个光学元件相对于固体2的距离。
在图2a中，固体2设置在容纳装置4上。容纳装置4优选具有用于容纳一个或多个固体2的容纳部分6和用于保持容纳部分6的保持部分10。容纳部分6在此优选可围绕特别优选中央的转动轴线R转动。驱动装置(未示出)在此优选是容纳部分6的和/或保持部分10的组成部分。容纳部分6优选可以以每分钟大于1000转围绕转动轴线R转动。特别优选地，容纳装置4是转动台，例如“PI”公司的改型的转动台“超精密旋转台UPR-270AIR”。附加地，容纳部分6或者整个容纳装置4 能够借助于另一装置12行进。所述另一装置12在此特别优选构成为，使得固体2可在直线的行进路径上，尤其在X-Y平面中行进。
此外，图2a示出：多个改型部18能够同时产生。改型部18在此能够彼此间隔开地产生或者部段地重叠并从而为相对更大的改型部。在此可以考虑的是，透镜22优选构成为多点镜头，尤其柱形透镜。
图2b示出根据本发明的用于同时产生多个改型部18的设备1的另一设计方案。所述设置在此具有光学装置20，所述光学装置优选包括：至少一个第一透镜22，尤其衍射元件；第二透镜24，尤其用于使激光束16聚焦；和扫描仪26。激光装置14在此发射激光束，所述激光束借助于衍射元件22划分为多个彼此间隔开的光路17。对所发射的激光束 16的划分能够在使用激光扫描模块26时在辐射进入扫描仪26之前或者在辐射16离开扫描仪26之后进行。在此，例如能够将“PI”公司的扫描仪“P-725.xDD PIFOC@”用作为扫描仪。
图3示意性地示出在使用扫描仪26时示例性的改型产生。扫描仪 26根据待产生的改型部18距转动中心(R)的距离和/或根据在要产生改型部18的部位处的相应的位置速度使激光束16对准不同数量的改型轨道。这样可以看出，在围绕转动轴线R转动时，区域42中的位置速度大于区域40和38中的位置速度。扫描仪26因此随着半径的减小或者随着位置速度的减小引起在更大数量的改型轨道上产生改型部18。这样，例如在区域42中仅产生3个改型轨道，而在区域40中例如产生7 个改型轨道并且在区域38中例如产生18个改型轨道。扫描仪26优选将辐射16引导到固体2上，使得首先在相应的区域(38，40，42)的内部的或者外部的改型轨道上产生改型部18，并且紧随其后分别在相同区域的剩余的改型轨道上产生改型部18。如果在所述区域的所有改型轨道上已经产生改型部18，那么扫描仪26再次对如下改型轨道进行加载，所述改型轨道在该区域中最先被加载，以便随后同样再次加载所述区域的其它改型轨道。在转动速度例如为每分钟120转时，例如在外部的区域42中可在10个改型轨道上产生改型部18而在内部的区域38中例如可在50个改型轨道上产生改型部18。区域38、40、42的所示出的数量应理解为是纯示例性的。同样可以考虑的是，设有多于3个的区域，尤其直至5个、恰好5个或者多于5个，或者直至10个、恰好10个或者多于10个，或者直至20个、恰好20个或者多于20个，或者直至50 个、恰好50个或者多于50个，或者直至100个、恰好100个或者多于 100个如下区域，所述区域借助于不同数量的改型轨道来限定。对于每个区域，改型轨道的数量例如根据预设的功能来增大，尤其以1/R增大。改型部18优选具有如下形状，其中改型部的长度是改型部的宽度的2 倍或者3倍或者4倍或者5倍或者6倍或者7倍或者8倍或者9倍或者 10倍大。优选地，改型部18为10μm长并且2μm宽或者基本上10μm 长并且2μm宽，或者精确地10μm长和2μm宽。此外，在此可以考虑的是，相邻的改型轨道的改型部18部段地叠加或者恰好彼此邻接或者彼此间隔开地产生。优选地，相邻的改型轨道的改型部18以小于50μm 的距离并且优选以小于20μm的距离并且特别优选以小于5μm的距离彼此间隔开地产生。
由此，激光装置的频率在转动轴线附近(1mm至2mm)或者在固体的中心中极大地下降(100-1000倍)并从而使在精确的中心中的额外负荷最小化。扫描仪的使用在此是有利的，因为使物镜定向到转动台的精确的中心上的精度不必是非常精确的(尤其当向精确的中心行进直到半个条宽)。可非常好地达到10μm的精度。优选地，镜头卡座或用于保持扫描仪的保持装置(未示出)或者扫描仪26也可在X-Y方向上或者线性地调节。
在图4中示出相对于图3转动90°所产生的改型部18，尤其是，所述改型部18的纵轴线L根据该视图基本上或者完全地沿着径向方向延伸。
在图5a和图5b中分别示出本发明的一个设计方案，根据所述设计方案，沿着径向方向设置得离转动轴线最近的固体2由于与所述转动轴线间隔开的设置在围绕转动轴线R转动时可以以明显更高的位置速度运动。固体2在此在图5a中例如能够是晶片或者透明体，如用于显示保护层的供体衬底。图5b图解说明：容纳部分6的最大的容纳容量随着固体尺寸的减小而明显更大，因为留下容纳部分6的较少未使用的容纳面。在图5b中示出的固体2例如能够是钟表尤其智能手表的显示保护层，或者是用于相机镜头或者指纹传感器的保护层。
图6示出本发明的另一根据本发明的设计方案。附图标记50在此表示引导轨道，借助于所述引导轨道，设置在容纳装置4上的固体2可在一个或多个激光装置14下方连续地尤其无方向变换地行经。在存在多个激光装置14的情况下可以考虑的是，激光装置14以不同深度设置在图像平面中并且因此在固体2上或者在固体2中对于每个输送回合可产生多个直线的改型轨道。保持部分10在此优选将容纳部分6与引导轨道50耦联。附图标记51优选表示用于将容纳装置4馈送给处理设备 1的输送区域或输送部段。回引区域54优选用于将容纳装置4向回输送以进行激光照射。容纳装置4与处理完成的固体2优选可经由导出部段 52从处理设备1中导出。
如在其余的实施例中那样，同样可以考虑的是，设有距离调整装置 28(未示出)和光学装置20(未示出)。
本发明因此涉及一种用于处理固体2的设备1。根据本发明的设备包括至少一个容纳装置4、激光装置14和光学装置20，所述容纳装置具有用于容纳固体2的容纳部分6和用于保持容纳部分6的保持部分 10，其中容纳部分6可借助于驱动装置连续地驱动，所述激光装置用于提供激光束16以在固体8中或者在固体2的表面20处产生改型部18，所述光学装置用于引导激光束16，其中激光束16可借助于光学装置20 转向为，使得固体2可在不同的位置处通过激光束16来照射。
图7a至7c示出不同的示意性的设置，根据所述设置，多个固体4 能够与容纳装置4耦联，尤其同时耦联。在此可以考虑的是，多个固体 2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6部分相互叠加或接触或者彼此间隔开。优选地，所有固体都具有与容纳装置4间隔开的表面，尤其如下表面，激光束经由所述表面进入到固体2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6中。固体 2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6优选设置为，使得这些表面基本上或者恰好位于同一平面中。基本上在此意味着优选偏差小于2mm，尤其小于 1mm或者小于0.5mm或者小于0.1mm或者小于0.05mm或者小于 0.01mm。此外，从视图7a至7c中的每个视图中可以看到，容纳装置4 优选转动，尤其是，容纳装置4在处理期间以恒定的或者可变的尤其增加或减小的角速度被处理。优选地，容纳装置4围绕其中心转动。各个固体2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6优选同心地设置，尤其粘接在容纳装置4上。在这些实施方式中并且也在所有其它于此所提到的实施方式中，该容纳装置4的形状与圆形形状不同，其中容纳装置4的形状优选是圆形的。多个可借助于容纳装置4运动的固体的数量优选为两个或者至少两个或者恰好两个或者优选三个或者至少三个或者恰好四个或者优选四个或者至少四个或者恰好五个或者优选五个或者至少五个或者恰好六个或者优选六个或者至少六个或者恰好六个或者优选十个或者至少十个或者恰好十个。
图7a纯示例性地示出：各个固体4相对于容纳装置4能够可运动地设置，尤其能够可转动地和/或可移动地设置。优选地，各个固体2.1、 2.2、2.3分别与运动装置耦联。运动装置优选构成用于使得相应与其耦联的固体2.1、2.2、2.3在容纳装置4转动时进一步运动。优选地，所述进一步的运动是转动。各个运动装置的运动在此优选彼此配合。优选地，各个运动装置是可同样快地运动的或者可不同快地运动。优选地，运动装置可同时或者在时间上错开地被运行。此外，运动装置优选引起相应的固体相对于容纳装置4的转动和/或径向移动(参见图7b)。各个运动装置的转动方向能够沿着同一方向进行，其中也可以考虑的是，运动装置中的一个或多个运动装置沿着与运动装置中的多数运动装置的旋转方向相反的方向转动。优选地，对固体的处理根据容纳装置4的转动并且特别优选同样根据各个运动装置的运动速度进行。附加地或者替选地，对固体的处理根据容纳装置4的定向并且特别优选同样根据各个运动装置相对于容纳装置和/或相对于激光装置的定向进行。优选地，为产生改型部可发射的光束优选始终沿着一个或同一可通过坐标预设的线入射到固体上，其中所述线优选相对于整个设施尤其相对于周围环境是位置固定的。替选地，可以考虑的是，为产生改型部可发射的光束优选始终在一个或同一可通过坐标预设的点中入射到固体上，其中所述点优选相对于整个设施尤其相对于周围环境是位置固定的。图7a示出：运动装置的旋转方向与容纳装置的旋转方向优选一致。然而在此同样可以考虑的是，单个的或者所有的运动装置的旋转方向始终或者暂时地不一致或相反。
图7b示出：运动装置能够构成用于在径向上重新定位固体，尤其移动固体或者使固体行进。优选地，由此借助于相应的运动装置进行容纳装置4的转动并且附加地暂时或者连续地进行一个或多个固体的径向上的重新定位。对固体的处理在此能够在固体在径向上朝向容纳装置4 的中心重新定位时进行和/或在固体在径向上沿着相反的方向重新定位时进行。此外可以考虑的是，固体借助于运动装置分别逐级地沿着径向方向重新定位，并且所述处理在重新定位步骤之间进行。附加地，可以考虑的是，一个固体，多个固体，固体中的多数，固体中的少数或者所有固体同样同时或者在时间上彼此错开地转动。优选地，根据容纳装置 4的转动并且特别优选同样根据各个运动装置的运动速度来进行对固体的处理。附加地或者替选地，根据容纳装置4的定向并且特别优选同样根据各个运动装置相对于容纳装置和/或相对于激光装置的定向来进行对固体的处理。
图7c纯示例性地示出：多个固体2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6可由容纳装置4容纳并且可借助于该容纳装置转动。优选地，通过光学装置，尤其激光扫描仪，进行对各个固体2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6的处理。这优选类似于在图5a或5b中所描述的实施方式产生。
本发明涉及一种用于处理固体2的设备1。根据本发明的设备包括：至少一个容纳装置4，所述容纳装置具有用于容纳固体2的容纳部分6 和用于保持容纳部分6的保持部分10，其中容纳部分6可借助于驱动装置连续地驱动；激光装置14，所述激光装置用于提供激光束16以在固体8中或者在固体2的表面20上产生改型部18；和光学装置20，所述光学装置用于引导激光束16，其中激光束16可借助于光学装置20转向为，使得一个固体2或多个固体2可在不同的位置上通过激光束16来照射。
附图标记列表
1 设备 26 扫描仪
2 固体 28 距离调整装置
4 容纳装置 30 表面部分
6 容纳部分 32 距离确定装置
10 保持部分 34 偏转装置
12 重新定位装置 35 执行器
14 激光装置 36 子区域
16 激光束 38 第一半径范围
17 经划分的激光束 40 第二半径范围
18 改型部 42 第三半径范围
19 两个改型部之间的距离 50 引导轨道
51 输送部段
20 光学装置 52 导出部段
22 透镜 54 回导部段
24 另一透镜

Claims (40)

1.一种用于在固体(2)的内部中构成分离区域或者多个子分离区域的设备(1)，
至少包括：
容纳装置(4)，所述容纳装置具有用于容纳至少一个固体(2)的容纳部分(6)和用于保持所述容纳部分(6)的保持部分(10)，其中所述容纳部分(6)能够借助于驱动装置连续地驱动；
激光装置(14)，所述激光装置用于提供激光束(16)以借助于多光子激发在至少一个所述固体(2)的内部中产生改型部(18)；
光学装置(20)，所述光学装置用于引导所述激光束(16)，其中所述激光束(16)能够借助于所述光学装置(20)转向为，使得至少一个所述固体(2)能够在不同的位置处受到所述激光束(16)的照射，其中所述容纳部分(6)以能围绕转动轴线(R)转动的方式安装，其中所述固体(2)中的一个或多个能够以距所述转动轴线(R)可变的距离受到所述激光束(16)的照射，
其特征在于，
设有距离调整装置(28)，所述距离调整装置用于调整所述光学装置(20)的至少一个元件相对于所述固体(2)的表面的表面部分(30)的距离，
其中所述距离调整装置(28)包括：至少一个距离确定装置(32)，所述距离确定装置用于确定所述固体(2)的表面部分(30)相对于所述距离确定装置(32)的距离；和偏转装置(34)，所述偏转装置用于根据通过所述距离确定装置(32)所确定的在所述固体(2)的表面部分(30)和所述距离确定装置(32)之间的距离来调整所述光学装置(20)的至少一个所述元件相对于所述固体(2)的表面部分(30)的距离，
其中所述距离确定装置(32)设置为，使得所述距离确定在如下位置处进行，所述位置与所述激光束(16)进入所述固体(2)中的位置不同，其中进行所述距离确定的位置和所述激光束(16)进入所述固体(2)中的位置位于围绕所述转动轴线(R)的同一圆形轨道上，其中进行所述距离确定的位置和所述激光束(16)进入所述固体(2)中的位置以小于270°的方式彼此间隔开。
2.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，
所述容纳部分(6)的转动速度能够借助于所述驱动装置根据所述激光束(16)进入所述固体(2)中的位置距所述转动轴线(R)的距离来改变。
3.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
所述容纳部分(6)能够以每分钟大于100转围绕所述转动轴线(R)转动，并且能够由所述激光装置(14)发射具有至少0.5MHz的频率的激光束(16)以产生所述改型部(18)。
4.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，
进行所述距离确定的位置和所述激光束(16)进入所述固体(2)中的位置以小于180°的方式彼此间隔开。
5.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
所述光学装置(20)的至少其中一个元件能够借助于所述偏转装置(34)偏转为，使得在所述光学装置(20)和所述固体(2)的所述表面部分(30)之间的距离改变至少部分地是能补偿的，其中所述偏转装置(34)能够根据所述容纳部分(6)的转动速度被控制为，使得所述激光束(16)穿过所述固体(2)的之前进行过距离测量的表面部分(30)的表面进入所述固体(2)中以产生一个或多个所述改型部(18)。
6.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
所述偏转装置(34)具有至少一个执行器(35)，其中所述执行器(35)能够通过大于10Hz的频率来操作。
7.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
所述光学装置(20)具有至少一个激光扫描模块(26)，所述激光扫描模块用于使所述激光束(16)转向到所述固体上，其中所述激光扫描模块(26)能够被控制为，使得在所述容纳部分(6)的转速恒定时，在所述固体(2)的至少两个在径向上与所述转动轴线(R)间距不同的部段(38，40)中，在每一转中能够产生不同数量的沿着径向方向彼此错开的改型部(18)。
8.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
所述光学装置(20)具有至少一个辐射分配器元件(22)，所述辐射分配器元件用于将由所述激光装置(14)所产生和发射的辐射划分为多个辐射份额，其中所述多个辐射份额中的至少两个能够馈送给所述固体(2)以同时产生改型部(18)。
9.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
设置有用于在X-Y平面中重新定位所述容纳部分(6)或者在X-Y平面中重新定位所述容纳部分(6)和所述保持部分(10)的重新定位装置(12)，并且所述容纳部分(6)是能转动的，以处理外部固体部分(40)，并且所述容纳部分(6)或者所述容纳部分(6)和所述保持部分(10)能够在所述X-Y平面中重新定位，以处理由外部固体部分(40)所围绕的固体部分(38)。
10.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
所述容纳部分(6)构成为，使得多个固体(2)能够与所述转动轴线(R)间隔开地设置在所述容纳部分(6)的表面上，以同时或者先后进行处理。
11.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
所述容纳部分(6)能够由所述驱动装置驱动，使得改型轨道能够以大于0.5m/s的速度相对于所述激光装置(14)运动。
12.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
设有用于改变进行加载的所述激光束(16)的特性的射束成型装置，和/或所述射束成型装置构成用于，使所述激光束(16)圆形地或者椭圆形地极化，其中所述固体(2)能够受到所述圆形极化的或者椭圆形极化的激光束(16)的照射。
13.根据权利要求12所述的设备，
其特征在于，
射束成型装置构成用于，根据所述容纳部分(6)的转动速度影响所述激光束的极化方向和/或根据所述固体(2)的取向影响所述激光束的极化方向，其中根据当前的转动运动以所施加的电压对普克耳斯盒施加偏压，和/或
所述射束成型装置设计为，使得所述激光束(16)的焦点能够根据脉冲速度和/或所述容纳部分(6)的转动速度和/或所述固体(2)的取向改变，和/或
所述射束成型装置附加地构成用于，将所述激光束(16)的空间轮廓设计为，使得通过所述射束成型装置，所述激光束(16)的焦点是能改变的，和/或
所述射束成型装置附加地构成用于，改变所述激光束(16)的空间上的和/或时间上的色散。
14.根据权利要求2所述的设备，
其特征在于，所述转动速度能够随着所述激光束(16)进入所述固体(2)中的所述位置距所述转动轴线(R)的距离减小而提高。
15.根据权利要求3所述的设备，
其特征在于，
所述容纳部分(6)能够以每分钟大于1000转围绕所述转动轴线(R)转动。
16.根据权利要求15所述的设备，
其特征在于，
所述容纳部分(6)能够以每分钟大于1500转围绕所述转动轴线(R)转动。
17.根据权利要求3所述的设备，
其特征在于，能够由所述激光装置(14)发射具有至少1MHz的频率的激光束(16)以产生所述改型部(18)。
18.根据权利要求17所述的设备，
其特征在于，能够由所述激光装置(14)发射具有至少5MHz的频率的激光束(16)以产生所述改型部(18)。
19.根据权利要求18所述的设备，
其特征在于，能够由所述激光装置(14)发射具有至少10MHz的频率的激光束(16)以产生所述改型部(18)。
20.根据权利要求4所述的设备，
其特征在于，
进行所述距离确定的位置和所述激光束(16)进入所述固体(2)中的位置以小于90°的方式彼此间隔开。
21.根据权利要求6所述的设备，
其特征在于，
所述执行器(35)是压电元件。
22.根据权利要求6所述的设备，
其特征在于，
所述执行器(35)能够通过大于30Hz的频率来操作。
23.根据权利要求22所述的设备，
其特征在于，
所述执行器(35)能够通过大于60Hz的频率来操作。
24.根据权利要求8所述的设备，
其特征在于，
所述光学装置(20)具有至少一个辐射分配器元件(22)，所述辐射分配器元件用于将由所述激光装置(14)所产生和发射的辐射划分为多个相同的辐射份额。
25.根据权利要求8所述的设备，
其特征在于，
所述辐射分配器元件(22)是衍射元件或者多点镜头。
26.根据权利要求11所述的设备，
其特征在于，
改型轨道能够以大于3m/s的速度相对于所述激光装置(14)运动。
27.根据权利要求11所述的设备，
其特征在于，
改型轨道能够以大于10m/s的速度相对于所述激光装置(14)运动。
28.根据权利要求11所述的设备，
其特征在于，
改型轨道能够以20m/s的速度相对于所述激光装置(14)运动。
29.根据权利要求11所述的设备，
其特征在于，
改型轨道能够以大于30m/s的速度相对于所述激光装置(14)运动。
30.根据权利要求12所述的设备，
其特征在于，
设有用于改变所述激光束(16)的极化的装置。
31.根据权利要求30所述的设备，
其特征在于，
用于改变所述激光束(16)的极化的装置呈转动的λ半板或者普克耳斯盒的形式。
32.根据权利要求12所述的设备，
其特征在于，
所述固体(2)能够受到以λ四分之一板的形式的激光束的照射。
33.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于，
射束成型装置构成用于，根据所述固体的结晶方向相对于进行加载的所述激光束(16)的极化的取向影响所述激光束的极化方向。
34.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于，
所述射束成型装置包括转动的λ半板或者普克耳斯盒。
35.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于，
所述射束成型装置包括一个或多个能变形的反射镜和/或柱形透镜组合。
36.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于，
通过所述射束成型装置，所述激光束(16)的焦点的空间轮廓是能改变的。
37.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于，
所述射束成型装置包括望远镜。
38.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于，
所述射束成型装置附加地构成用于，补偿所述光学装置(20)的时间上的色散。
39.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于，
所述射束成型装置包括棱镜组合和/或衍射光栅组合和/或啁啾反射镜。
40.一种用于在固体(2)的内部中构成分离区域或者多个子分离区域的方法，
至少包括下述步骤：
连续地驱动容纳装置(4)的用于容纳所述固体(2)的容纳部分(6)，其中所述容纳部分(6)通过所述容纳装置(4)的保持部分(10)保持并且围绕转动轴线(R)转动，
以激光束(16)照射所述固体(2)以借助于多光子激发在所述固体(2)中产生改型部(18)，
其中所述激光束(16)通过光学装置(20)引导，其中所述激光束(16)借助于所述光学装置(20)转向为，使得所述固体(2)在不同的位置处受到所述激光束(16)的照射，其中所述固体(2)以距所述转动轴线(R)不同的距离受到所述激光束(16)的照射，
其特征在于，
利用距离调整装置(28)调整所述光学装置(20)的至少一个元件相对于所述固体(2)的表面的表面部分(30)的距离，
其中所述距离调整装置(28)包括：至少一个距离确定装置(32)，所述距离确定装置用于确定所述固体(2)的表面部分(30)相对于所述距离确定装置(32)的距离；和偏转装置(34)，所述偏转装置用于根据通过所述距离确定装置(32)所确定的在所述固体(2)的表面部分(30)和所述距离确定装置(32)之间的距离来调整所述光学装置(20)的至少一个所述元件相对于所述固体(2)的表面部分(30)的距离，
其中所述距离确定装置(32)设置为，使得所述距离确定在如下位置处进行，所述位置与所述激光束(16)进入所述固体(2)中的位置不同，其中进行所述距离确定的位置和所述激光束(16)进入所述固体(2)中的位置位于围绕所述转动轴线(R)的同一圆形轨道上，其中进行所述距离确定的位置和所述激光束(16)进入所述固体(2)中的位置以小于270°的方式彼此间隔开。
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