CN116723909A - 用于分割工件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于分割工件(1)的方法，其中，借助于激光射束(20)沿分割线(3)去除工件(1)的材料，所述激光束包括超短脉冲激光器(50)的超短激光脉冲，其中，工件(1)的材料对于激光射束(20)的波长是透明的并且具有介于2.0与3.5之间、更优选介于2.5与3.5之间的折射率，并且在分割步骤中沿由材料的去除产生的槽口(4)分割工件(1)。

Description

用于分割工件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于借助于激光射束来分割工件的方法，所述激光射束包括超短脉冲激光器的超短激光脉冲。

背景技术

近年来，具有非常短的脉冲长度、尤其纳秒以下的脉冲长度和高平均功率、尤其千瓦范围内的平均功率的激光器的发展催生了一种新型的材料加工。短脉冲长度和高脉冲峰值功率或几百μJ的高脉冲能量能够实现脉冲能量在工件材料中的非线性吸收，使得对于使用的激光波长，也能够加工基本上透明或大体上透明的材料。

这种激光辐照的特别应用领域是分割和加工工件。在此，激光射束优选以垂直入射的方式引入材料中，因为这样在原则上能够使得材料表面上的反射损耗最小化。然而，分割高折射率的材料始终是仍未解决的问题，尤其还因为周围介质与工件材料之间的折射率差异较大而导致激光射束的大幅度畸变并且因此无法有针对性地将能量沉积到材料中。

发明内容

从已知的现有技术出发，本发明的任务在于提供一种经改进的用于分割工件的方法。

该任务通过具有权利要求1所述特征的用于分割工件的方法来实现。从属权利要求、说明书和附图得出有利的改进方案。

对应地提出了一种用于分割工件的方法，其中，借助于激光射束(其包括超短脉冲激光器的超短激光脉冲)沿分割线去除工件的材料，其中，工件的材料对于激光射束的波长是透明的并且具有介于2.0与3.5之间、优选介于2.5与3.5之间的折射率，并且在分割步骤中沿由材料的去除产生的槽口分割工件。

超短脉冲激光器在此提供超短激光脉冲。在此，超短能够意味着，脉冲长度例如介于500皮秒与10飞秒之间，并且尤其介于10皮秒与100飞秒之间。在此，超短激光脉冲在沿由其形成的激光射束的射束传播方向上运动。

在此，透明材料被理解为对于超短脉冲激光器的激光射束的波长而言基本上透明的材料。在此，术语“材料”和“透明材料”可互换使用，因此在此提及的材料始终可理解为是对于超短脉冲激光器的激光射束透明的材料。

当激光射束以某一角度从周围介质(例如空气)落到透明材料的表面上时，激光射束以折射角被折射。在此，入射角和折射角由斯涅耳折射定律通过工件材料和周围介质的折射率彼此关联。

在表面上反射和折射的激光射束的另外的特性通过菲涅尔方程给出。菲涅尔方程在此描述激光射束在表面上的与偏振相关的透射和反射行为。在此尤其考虑反射定律，该反射定律指出，在激光射束垂直入射到材料的表面上时，对于反射率适用：

例如在材料的折射率n＝2.5且空气的折射率n＝1时，在材料的表面上就有18％的入射激光强度被反射。与此相对应地，工件的材料对于激光的波长可以是透明的，然而激光射束仍然可以由于所谓的菲涅尔反射而仅微弱地耦入到材料中，并且对应微弱地穿过材料而透射。

当超短激光脉冲聚焦到工件的材料中时，聚焦体积中的强度可以通过例如多光子吸收和/或电子雪崩电离过程引起非线性吸收。这种非线性吸收导致电子-离子-等离子体的产生，其中，在其冷却时，能够引起工件材料中的永久结构改变。

通过超短激光脉冲引入透明材料中形成的材料改性分成三个不同的级别，参见K.Itoh等人“透明材料本体改性的超快工艺”MRS公报，第31卷，620页(2006年)：I型是各向同性折射率改变；II型是双折射折射率改变；并且III型是由所谓的微爆产生的所谓空洞或空腔。在此，产生的材料改性取决于激光器参数(如激光的脉冲持续时间、波长、脉冲能量和重复频率)，材料特性(如尤其电子结构和热膨胀系数)以及聚焦的数值孔径(NA)。

例如能够使用高激光脉冲能量产生III型改性的空洞(空腔)。在此，空洞的形成归因于高度激发的汽化材料从聚焦体积到周围材料的***性膨胀。这个过程还被称为微爆。由于这种膨胀发生在材料的质量内部，因此微爆留下被致密的材料壳包围的密度较低或中空的核心(空洞)。由于微爆冲击前沿处的压缩，因此在透明材料中产生应力，这些应力会导致裂缝自发形成或促进裂缝形成。

尤其，在靠近表面的微爆的情况下，材料会爆燃，使得有效去除靠近表面的材料。因此，材料内部空洞的形成和材料表面的爆燃具有相同的原因。尤其，“靠近表面”能够指相对于射束传播方向靠近工件的上表面(在此为“顶侧”)和下表面(在此为“底侧”)。

在激光的高重复率下，材料无法在脉冲之间完全冷却，因此存在于材料中的热量从一个脉冲到另一个脉冲而增加。例如，激光的重复频率能够高于材料热扩散时间的倒数，因此能够通过连续吸收激光能量在聚焦区中发生热量积聚，直至达到材料的熔化温度。由于热能热传输到聚焦区周围的区域，还能够熔化并且蒸发比聚焦区更大的区域，由此实现材料去除。

由于材料的高折射率，因此材料的表面受到特别大的应力，使得在那发生材料去除。

使用上述效应沿分割线去除材料。分割线描述激光射束在工件表面上的冲击线。例如通过进给，激光射束和工件以进给速度相对于彼此移位，因此随着时间推移，在工件表面得到激光脉冲不同的撞击点。能够相对于彼此移位在此是指，激光射束能够相对于位置固定的工件平移移位，工件也能够相对于激光射束移位。还能够是，发生工件和激光射束的运动。在工件和激光射束相对于彼此运动期间，超短脉冲激光器以其重复频率将激光脉冲发射到工件的材料中。

因此，超短激光脉冲沿分割线产生材料去除，使得在材料表面上的槽口成为材料去除的总和。

由此，表面上的材料尤其被针对性地损坏或弱化，使得沿槽口产生工件的目标断裂点。借助随后的分割步骤，能够相应特别容易地沿分割线分割工件。

分割步骤能够包括机械分割和/或蚀刻过程和/或热冲击和/或自分割步骤。

热冲击例如能够是对材料或分割线进行加热。分割线例如能够借助于连续波CO2激光器被局部加热，使得在引入的材料弱化的区域中的材料与未处理或未改性的材料相比不同程度地膨胀。然而还能够是，热冲击通过热空气流实现，或通过在加热板上烘烤或通过在炉中加热材料实现。尤其还能够在分割步骤中施加温度梯度。由此，通过材料弱化促进的裂缝经历裂缝增长，因此能够形成连续且无障碍的分割面，通过该分割面将工件的部分彼此分割。

通过施加拉伸应力或弯曲应力，例如通过将机械负载施加到工件的由分割线分开的部分能够产生机械分割。例如当在材料平面中在工件的由分割线分开的部分上相反的力(力分别背离分割线指向)作用在相应力接合点处时，能够施加拉伸应力。如果这些力彼此不平行或反平行地取向，则能够有助于产生弯曲应力。一旦拉伸应力或弯曲应力大于材料的键合力，则工件被分割。尤其还能够通过对要分割的部分的脉冲作用来实现机械变化。例如能够通过冲击在材料中产生晶格振动。由于晶格原子的偏转，同样能够产生拉伸应力和压缩应力，这些拉伸应力和压缩应力能够触发裂缝形成。这种方法总体上尤其还能够被称为“划线折断(scribe and break)”方法，其中，典型地首先划伤材料并且随后针对性地沿限定的分割线折断材料。

还能够通过以湿化学溶液蚀刻来分割材料，其中，材料的蚀刻过程优选地在针对性的材料弱化处开始。通过优选地蚀刻工件的被弱化部分这种方式，引起沿分割线分割工件。

尤其，还能够通过针对性地引导裂缝执行所谓的自分割，所述针对性地引导裂缝通过在材料中材料去除的定向而实现。在此，从材料去除到相邻的材料去除的裂缝形成能够实现完全分割工件的这两个部分，而不必执行另一分割步骤。

这具有的优点是，对于工件的相应材料能够选择理想的分割方法，使得工件的分割伴随着高品质的分割边缘。

在沿分割线经过一次时，通过去除材料能够在工件的顶侧和/或底侧上形成槽口。

由此能够实现，使用分割步骤能够特别容易地分割工件。

激光射束例如能够引入到材料中，使得顶侧位于激光射束的聚焦区中。由此，优选地将槽口引入材料顶侧。激光射束例如还能够引入到材料中，使得底侧位于激光射束的聚焦区中。由此，优选将槽口引入到材料底侧中。

然而还能够是，同时在顶侧和底侧引入槽口，因此仅需要激光射束在工件上经过一次。

环境介质与工件材料之间的折射率差能够大于1.5。

如上所述，根据菲涅尔公式，激光射束的折射和反射取决于周围介质和工件材料的折射率。然而，周围介质在此不必是空气，而是还可以是其他材料，例如玻璃。通过大的折射率差在此确保，激光射束的折射特性在从周围介质过渡到工件材料时实现靠近表面的材料去除。

材料能够包含硅或是硅，或者材料是碳化硅SiC或包含碳化硅。

碳化硅在可见光谱范围和红外光谱范围内是透明的，然而具有n>2.5的折射率。由此导致大的反射损耗，尽管材料对于激光的波长是透明的。

工件例如可以是应分离成芯片的硅晶片。

工件可以具有介于100μm与2000μm之间、优选700μm的厚度。工件例如可以具有500μm的材料厚度。在此，工件还能够包括不同的材料层，即具有层体系。每个材料层尤其能够对激光的波长是透明的。由此，还能够使用该方法分割加工过且处理过的晶片***。

材料的去除能够由表面的材料表面去除和局部化的材料深度去除组成，其中局部化的材料深度去除能够具有垂直于分割线的大于10μm的宽度并且可能够有大于1μm的深度。

由此能够以实现的是，材料应力逐渐偏向材料的深度方向并且因此使用分割步骤能够产生更光滑的分割面。

局部化的材料深度去除例如具有几微米的直径，大约介于1μm与20μm之间，而去除深度介于0.1μm与5μm之间。而表面的材料表面去除具有例如5mm至10mm的直径和0μm至10μm的去除深度。由此，局部化的材料深度去除局限于较大材料深度的小直径，而表面的材料表面去除局限于大直径和小材料深度。

如果材料改性沿分割线重叠地引入，则能够垂直于分割线测量直径。而在分开的材料改性的情况下，直径还可以是材料去除的最大直径。

激光射束能够是非衍射激光射束并且具有沿射束传播方向拉长的聚焦区，优选具有沿射束传播方向长度可变的拉长的聚焦区。

非衍射射束和/或贝塞尔射束尤其被理解为，其中横向强度分布无传播差异的射束。在非衍射射束和/或贝塞尔射束的情况下，横向强度分布尤其沿射束的纵向方向和/或传播方向是基本上恒定的。

横向强度分布被理解为位于与射束的纵向方向和/或传播方向垂直定向的平面中的强度分布。此外，聚焦区始终被理解为激光射束的强度分布的大于材料的改性阈值的部分。聚焦区这个词在此表明针对性地提供这部分强度分布，并且通过聚焦实现呈强度分布形式的强度增加。

非衍射射束的定义和性质，参考书籍《Structured Light Fields:Applicationsin Optical Trapping,Manipulation and Organisation》，作者M.施普林格科学&商业媒体(2012年)，ISBN 978-3-642-29322-1。在此明确且充分引用。

相应地，非衍射激光射束具有如下优点，即非衍射激光射束能够具有沿射束传播方向拉长的聚焦区，非衍射激光射束明显大于聚焦区的横向尺寸。尤其能够由此产生沿射束传播方向拉长的材料去除，以确保易于分割工件。

尤其能够借助于非衍射射束产生椭圆形的非衍射射束，该非衍射射束具有径向不对称的横向聚焦区。椭圆形的准非衍射射束例如具有与射束的中心重合的主最大值。射束的中心在此通过椭圆的主轴相交的位置给出。椭圆形的准非衍射射束尤其能够由多个强度最大值的叠加产生，其中在这种情况下仅仅所涉及的最大强度的包络是椭圆形的。各个最大强度尤其不必具有椭圆形的强度轮廓。

横向聚焦区的直径能够小于5μm，和/或纵向聚焦区的长度能够大于50μm，和/或纵向聚焦区的长度能够小于1.2倍的材料厚度。

由于直径小，因此能够实现的是，能够使用分割步骤产生特别干净的分割面，因为材料去除以及因此针对性的材料弱化能够特别精确地定向在分割线上。由于大的纵向聚焦区，因此尤其实现大的材料深度去除，使得特别地沿分割线弱化材料并且特别精确地预给定后来的分割面。如果纵向聚焦区在此大于1.2倍的材料厚度，则还能够特别容易地向工件的顶侧和底侧引入槽口。

沿射束传播方向拉长的聚焦区能够穿透工件的顶侧和/或穿透工件的底侧和/或穿透两侧。

由此能够针对性地沿分割线弱化材料，使得能够通过分割步骤实现简单分割。

通过拉长的聚焦区仅穿透工件的顶侧这种方式，能够优选地在顶侧中产生槽口。通过拉长的聚焦区仅穿透工件的底侧这种方式，能够优选地在底侧上产生槽口。当拉长的聚焦区的长度比材料厚度更长时，尤其还能够通过拉长的聚焦区在顶侧和底侧上产生槽口。

通过轴锥镜、衍射光学元件或者反射或折射的光学自由曲面能够产生非衍射射束。

射束成形光学器件例如能够被设计为衍射光学元件(DOE)、自由曲面或轴锥镜或微轴锥镜，或包含多个这些部件或功能的组合。当射束成形光学器件由激光射束在加工光学器件前方形成非衍射激光射束时，则能够通过加工光学器件的聚焦确定聚焦区在材料中的引入深度。然而，射束成形光学器件还能够被设计成只有通过用加工光学器件进行成像才产生非衍射激光射束。

衍射光学元件被配置成在两个空间维度上在一个或多个特性中影响入射的激光射束。衍射光学元件是固定构件，该固定构件能够用于由入射的激光射束生产特定的非衍射激光射束。典型地，衍射光学元件是特殊成形的衍射光栅，其中通过衍射使得入射的激光射束成为期望的射束形状。

轴锥镜是锥形研磨的光学元件，该光学元件由入射的高斯激光射束在穿过时形成非衍射激光射束。轴锥镜尤其具有锥角α'，该锥角是由射束入射面与锥体的外表面计算的。由此，高斯激光射束的边缘射束被折射到与靠近轴的射束不同的焦点处。由此，尤其得到沿射束传播方向拉长的聚焦区。

非衍射射束能够通过望远镜传送至工件。

在此，望远镜是光学结构或加工光学器件，该加工光学器件能够实现激光射束的成像，或与射束成形光学器件一起在材料中或在材料上提供非衍射射束。这种望远镜尤其能够具有放大的和/或缩小的效果。

望远镜的一部分光学功能尤其能够集成到射束成形光学器件中。轴锥镜例如能够具有球面研磨的后侧，使得轴锥镜将射束成形功能与透镜效果整合。

激光射束或其横向强度分布的放大和/或缩小允许激光射束强度分布到大或小的聚焦区上。通过将激光能量分布到大或小的面积上适配强度，使得通过放大和/或缩小尤其还能在I型、II型和III型改性之间进行选择。

尤其还能够通过放大或缩小径向不对称的横向强度分布实现放大或缩小的材料去除。此外能够通过放大或缩小光学***来适配给定的加工条件，使得能够更灵活地使用装置。

超短激光脉冲的脉冲持续时间能够介于100fs与100ns之间、优选介于100fs与10ps之间，和/或平均激光功率能够介于1W与1kW之间、优选地是50W，和/或波长能够介于300nm与1500nm之间、优选地是1030nm，和/或激光脉冲能够是单激光脉冲或激光脉冲串的一部分，其中，激光脉冲串包括介于1个与20个之间、优选介于1个与4个之间的激光脉冲，和/或单激光脉冲和/或激光脉冲串的重复率能够是100kHz，和/或脉冲能量或脉冲串能量能够介于10μJ与50mJ之间。

由此能够实现，针对每种材料调整最佳的加工参数。

工件和激光射束能够相对于彼此以一进给速度运动，其中所述进给速度优选地介于0.05m/s至5m/s之间。

通过激光射束和工件相对于彼此运动这种方式，不过沿分割线去除材料。

尤其能够使用轴装置(Achsvorrichtung)实现这种进给。轴装置例如是可以沿所有空间轴平移移位的XYZ工作台。然而还能够是，轴装置还能够围绕特定的轴旋转，从而能够产生特别高品质的圆形或弧形的分割线。

激光脉冲或激光脉冲串能够以空间上恒定的间距引入材料中。

在弯曲或有角度的进给轨迹情况下，局部减低进给速度可以是有意义的。然而，在激光的恒定的重复频率的情况下，这会导致相邻的材料改性重叠或材料被不期望地加热或熔化。出于这个原因，调节电子器件能够根据激光射束和工件的相对位置来调节脉冲发射。

例如进给装置能够具有位置分辨编码器，该位置分辨编码器测量进给装置和激光射束的位置。基于位置信息，能够通过所述调节电子器件的对应触发***来触发超短脉冲激光器中的激光脉冲的脉冲发射。

尤其也能够使用计算机***来实现脉冲触发。例如，能够针对相应的分割线在加工材料之前确定激光脉冲发射的位置，从而保证激光脉冲沿分割线的最佳分布。

由此实现，即使进给速度改变，材料改性的间距也始终相同。尤其由此还实现，能够产生均匀的分割面并且所述分割面具有较高的表面品质。

附图说明

通过以下对附图的描述来详细阐述本发明的其他优选实施方式。在此示出：

图1A、图1B方法的示意图；

图2A、图2B、图2C分割步骤的示意图；

图3A、图3B、图3C方法的另一示意图；

图4A、图4B开槽的材料的显微照片；

图5开槽的材料的另一显微照片；

图6使用该方法分割的层体系的显微照片；

图7A、图7B非衍射射束的示意图；

图8用于执行该方法的装置的示意图；以及

图9A、图9B所述装置的另一示意图。

具体实施方式

在下文中借助附图来描述优选的实施例。在此，不同附图中相同、相似或作用相同的元件设有相同的附图标记，并且部分地省去对这些元件的重复描述，以避免冗余。

在图1A中示意性地示出了工件1，该工件的材料具有高折射率NM。将激光射束2引到工件1上，该激光射束在此是聚焦的，使得激光射束2的子激光射束20以入射角α落到工件1的顶侧10上。在此，激光射束2例如从具有折射率NL＝1的空气中落到工件1的表面10上。

工件1尤其对于激光射束2的波长是透明的。因此，根据菲涅尔公式，激光射束2或其子激光射束20根据折射率NM、NL以及入射角α被折射。

例如，工件1的材料是具有折射率NM＝2.5的碳化硅。在此，工件1的材料与周围介质之间的折射率差尤其大于1.5，因此折射效应特别大。工件1的材料能够具有介于D＝100μm与D＝2000μm之间、约D＝700μm的材料厚度D。

例如由于锥形渐变的子激光射束20，在工件1的材料中形成非衍射激光射束2，该非衍射激光射束具有沿射束传播方向拉长的聚焦区22。拉长的聚焦区22在此穿透工件1的材料的顶侧10和底侧12。在拉长的聚焦区22中，通过非线性吸收效应使工件1的材料蒸发，因此在顶侧10和底侧12产生材料去除。

此外能够实现的是，由于非线性吸收效应，在顶侧10上实现表面改性，例如变形或材料去除，从而至少在靠近表面的区域中不存在理想的非衍射射束2。然而，在穿透靠近表面的区域之后，例如由于自愈效应而形成非衍射激光射束2。在说明书中，激光射束2仍被描述为非衍射射束2，其中考虑了这样的表面效应。

在图1B中示出，沿分割线3去除材料。为此，工件1和激光射束20以介于V＝0.05m/s与V＝5m/s之间的进给V相对于彼此运动。通过针对性地沿分割线3弱化工件1的材料这种方式，沿分割线3形成目标断裂点，能够利用随后的分割步骤沿该目标断裂点分割工件1。

超短激光脉冲的脉冲持续时间尤其能够介于100fs与100ns之间、优选介于100fs与10ps之间，和/或平均激光功率介于1W与1kW之间、优选地是50W，和/或波长能够介于300nm与1500nm之间、优选地是1030nm，和/或激光脉冲能够是单激光脉冲或激光脉冲串的一部分，其中激光脉冲串包括介于1个与20个之间、优选介于1个与4个之间的激光脉冲，和/或单激光脉冲和/或激光脉冲串的重复率可以是100kHz，和/或脉冲能量或脉冲串能量可以介于10μJ与5mJ之间。

由于重复率R例如为R＝100kHz，能够与进给速度V一起估计激光脉冲的撞击位置之间的间距为0.5μm至50μm。

在此，激光射束20能够具有聚焦区22，该聚焦区垂直于射束传播方向的直径小于5μm。由此，通过激光射束20的材料去除能够精确地定向在分割线3上。一方面，不同的激光脉冲能够相互叠加或在空间上重叠，从而在工件1的材料中实现热量积聚，由此弱化工件1的材料。然而，另一方面还能够实现的是，激光脉冲彼此分开，使得仅在表面上沿分割线3对工件1的材料进行穿孔。

在图1A中同样示出，激光射束20的在射束传播方向上拉长的聚焦区22的长度大于材料厚度D。尤其，激光射束的标注的聚焦区22长度为800μm，使得该聚焦区大于50μm，然而也小于1.2倍的材料厚度D。由此实现，激光射束20能够结合进给V在工件1的材料的顶侧和底侧上产生槽口。由此，尤其确保拉长的聚焦区22穿透顶侧10和底侧12。

在图2中示出了可行的分割步骤，该分割步骤包含向工件1的材料施加机械负载。在图2A中尤其示出，槽口4通过图1A的非衍射激光射束20引入在顶侧10和底侧12上。

例如弯曲应力可以作为机械力施加到工件1的要分离的部分100、102上。弯曲应力能够引起工件1在顶侧10的材料朝向槽口4被压缩，而工件1在底侧12的材料背离槽口被拉伸。由此产生了从底侧12朝向顶侧10的应力梯度。一旦沿应力梯度的材料应力大于工件1的材料的键合力，工件1的材料就松弛以形成裂缝，该裂缝例如从工件1的材料的顶侧12中的槽口4延伸至底侧12中的槽口4。在此，在图2B中示出了工件1的材料的这种状态。图2C示出了随后的状态，在该状态下，工件的部分100、102单独且分开地存在。因此，沿分割线3分割了工件1。

这样的分割步骤尤其还能够通过施加热梯度，例如通过用CO2连续波激光器照射槽口4来实现。替代性地还能够实现，在化学浴中沿槽口4蚀刻工件1的材料，其中针对性的材料弱化使得能够选择性地蚀刻工件1的材料。另一种可行性还在于，通过以III型改性的针对性的材料弱化，使得材料应力超过键合力，从而实现工件1的自分割过程。然而在任何情况下，沿分割线3的材料弱化预先给定分割过程的方向。

在图3A中示出了下述方法，其中激光射束20的聚焦区22比材料厚度D短，并且仅在工件1的材料的顶侧10中产生槽口4。然而，工件的顶侧10中的槽口4足以引起针对性的材料弱化，使得能够利用分割步骤沿分割线3分割工件1。这示例性地在图3B、图3C中示出，工件1的部分100、102在此通过分割步骤分开。

在图4A中示出了工件1的顶侧10的显微照片，向该顶侧施加了非衍射激光射束20。在图4B中示出了沿y方向的相关高度轮廓。明显可见，槽口4由局部化的材料深度去除40和表面的材料表面去除42组成。在此，表面的材料去除42能够是上述表面改性的一部分。在此，相应去除的深度从工件1的初始表面10开始计算。因此，在当前情况下，得到2.5μm的材料深度去除40，而在材料表面去除42中具有1.5μm的去除深度。此外，材料表面去除42具有80μm的直径或截面，而材料深度去除在截面上测量仅为20μm。

当激光射束20照射到工件1的材料的顶侧10时，实现了材料深度去除40和材料表面去除42。在此，首先在激光射束20的整个宽度上实现材料表面去除42。然而，材料表面去除42和在去除的边缘处所产生的边棱还由于材料的高折射率而用作屏蔽。由此，非衍射激光射束的形成转移到更深的材料层，使得在那里才形成拉长的聚焦区22并且因此实现材料深度去除40。

此外，槽口4的形状还能够反映激光射束20的强度分布或聚焦区22的形状。通过槽口4的形成基于非线性吸收效应(如上所述)这种方式，中央激光射束部分例如能够特别有效地形成槽口4，而靠近边缘的子激光射束无法实现这一点。

此外，在图4A、图4B中示出，槽口在材料顶侧10上是连续的。对应地，在当前情况下，激光的进给速度或重复率大到使得相邻引入的激光脉冲重叠并且因此在工件1的顶侧10上产生连续的目标断裂点。尤其，对应地还能够在单个方法步骤中产生槽口4。

在图5中示出了沿分割线3对工件1的材料进行穿孔。在此，以50μm的间距将激光脉冲引入到工件的材料中。在此，激光脉冲的间距尤其能够由激光的重复频率R和进给速度V得出。在此，表面的材料去除具有同心衍射环的形状，其中，材料去除的厚度朝向中心增加。在该区域中，材料表面去除42过渡到局部化的材料深度去除40。

图6示出，工件1还能够包括由不同的材料1A-1D构成的层体系。尤其还能够通过使用非衍射激光射束20在层1A-1D之间的过渡区域中达到去除阈值，该非衍射激光射束的聚焦区22比整个材料厚度D、即工件1的所有材料厚度之和更长。在此，去除阈值是强度阈值并且能够由于化学界面条件而被提高或至少被改变，自该强度阈值起，工件1的材料被去除。在此，每种材料层尤其能够具有介于2.0与3.5之间的折射率。

在图7A中示出了非衍射激光射束20的横向强度分布或聚焦区22。非衍射激光射束20是所谓的贝塞尔-高斯射束，其中横向强度分布在x-y平面中是径向对称的，因此非衍射激光射束20的强度仅取决于相对于光轴的径向间距。尤其，横向强度分布的直径小于5μm。在图7B中示出了纵向射束截面，即纵向强度分布。纵向强度分布具有高强度的、约3mm大小的拉长区域。由此，聚焦区22的纵向延伸范围明显大于横向延伸范围。

在图8中示出了用于执行该方法的装置5的实施方式。在此，激光脉冲由超短脉冲激光器50提供并且通过射束成形光学器件52偏转。由射束成形光学器件52将激光射束20通过例如望远镜***54或其他类型的加工光学器件偏转至材料1。

射束成形光学器件52在示出的示例中是轴锥镜，以使入射的激光射束20形成非衍射激光射束20。然而，轴锥镜还能够由其他的元件代替，以产生非衍射激光射束。轴锥镜从优选准直的输入射束20产生锥形聚拢的激光射束20。在此，射束成形光学器件52还能够使入射的激光射束20形成径向不对称的强度分布或聚焦区22。最后，激光射束20能够通过在此由两个透镜540、542组成的望远镜光学器件54成像到材料1中，其中成像能够是放大或缩小的成像。然而还能够实现的是，将望远镜光学器件54的部分、尤其第一透镜540整合到射束成形光学器件52中。

在图9A中示出了进给装置6，该进给装置被配置成使加工光学器件54和材料1沿三个空间轴XYZ平移地运动。超短脉冲激光器50的激光射束20通过加工光学器件54被偏转到材料1上。在此，材料1布置在进给装置6的放置面上，其中放置面优选地不会反射、不会吸收、还不会强烈地将材料不吸收的激光能量散射回材料1。

激光射束20尤其可以通过射束引导装置56耦入到加工光学器件54中。在此，射束引导装置56能够是具有透镜和反射镜***的自由空间路段，如图9A所示。然而，射束引导装置56还能够是具有耦入和耦出光学器件的空芯光纤，如图9B所示。

在图9A的当前实施例中，激光射束20通过反射镜结构朝向材料1的方向偏转并且由加工光学器件54引入到材料1中。在材料1中，激光射束20引起材料去除。加工光学器件54能够借助进给装置6相对于材料运动并且调整，使得例如激光射束20的横向强度分布的优选方向或对称轴能够与进给轨迹以及因此分割线4相适配。

在此，进给装置6能够使材料1在激光射束20下以进给V运动，使得激光射束20沿期望的分割线3给工件1刻槽。在示出的图9A中，进给装置6尤其包括第一轴***60，借助该第一轴***能够使材料1沿XYZ轴运动、并且在必要时转动。进给装置6尤其还能够具有工件支架62，该工件支架被配置成保持所述材料1。

进给装置6尤其还能够与调节电子器件64连接，其中所述调节电子器件64将装置的用户的用户命令转换成用于进给装置6的控制命令。预定义的切割图案尤其能够存储在调节电子器件64的存储器中，并且通过调节电子器件64自动控制过程。

调节电子器件64尤其还能够与超短脉冲激光器50连接。在此，调节电子器件64能够请求或触发激光脉冲或激光脉冲序列的输出。调节电子器件64还能够与其他提及的部件连接，并且因此协调材料加工。

因此，尤其能够实现位置受控的脉冲触发，其中例如读取进给装置6的轴编码器600，并且，轴编码器信号能够由调节电子器件64解释为位置信息。因此能够实现的是，例如当累加累计行程的内部加法器达到某一值并且在达到后复位为0时，调节电子器件64自动触发激光脉冲或激光脉冲序列的发射。因此，例如能够以规律的间隔自动发射激光脉冲或激光脉冲序列到材料1中。

通过还能够在调节电子器件64中处理进给速度V和进给方向以及因此分割线3这种方式，能够进行激光脉冲或激光脉冲序列的自动化发射。

基于测得的速度和由激光器2提供的基本频率，调节电子器件64还能够计算应发射激光脉冲序列或激光脉冲的间距或位置。由此，尤其能够实现，材料1中的材料改性5不重叠或均匀地沿分割线3发射激光能量。

通过位置受控地发射激光脉冲或脉冲序列这种方式，省去了分割过程的复杂编程。此外，能够容易地实现可自由选择的过程速度。

如果适用，在不脱离本发明的范围的情况下，在实施例中展示的所有单独特征能够相互组合和/或交换。

附图标记列表

1工件

10顶侧

12底侧

2激光射束

20子激光射束

3分割线

4槽口

40材料深度去除

42材料表面去除

5装置

50超短脉冲激光器

52射束成形光学器件

54望远镜***

56射束引导光学器件

6进给装置

60轴***

62工件支架

64调节电子器件

Claims (15)

1.一种用于分割工件(1)的方法，其中，借助于激光射束(20)沿分割线(3)去除所述工件(1)的材料，所述激光束包括超短脉冲激光器(50)的超短激光脉冲，其中，所述工件(1)的材料对于所述激光射束(20)的波长是透明的并且具有介于2.0与3.5之间、更优选介于2.5与3.5之间的折射率，

并且在分割步骤中沿由所述材料的去除产生的槽口(4)分割所述工件(1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该分割步骤包括机械分割和/或蚀刻过程和/或热冲击和/或自分割步骤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在沿该分割线(3)经过一次时，通过去除所述工件(1)的所述材料在所述工件(1)的顶侧(10)和/或底侧(12)上形成槽口(4)。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述工件(1)的所述材料的去除由表面的材料表面去除(42)和局部化的材料深度去除(40)组成，其中，所述局部化的材料深度去除(40)具有垂直于所述分割线(3)的大于10μm的宽度并且具有大于1μm的深度。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述环境介质与所述工件(1)的所述材料之间的折射率差大于1.5。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述工件(1)的所述材料包含硅或是硅，或者所述工件的所述材料是碳化硅SiC或包含碳化硅。

7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述工件(1)具有介于100μm与2000μm之间、优选700μm的厚度(D)。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述激光射束(20)是非衍射激光射束并且具有在射束传播方向上拉长的聚焦区(22)，优选具有在射束传播方向上长度可变的拉长的聚焦区(22)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

-所述横向聚焦区(22)的直径小于5μm，和/或

-所述纵向聚焦区(22)的长度大于50μm，和/或

-所述纵向聚焦区(22)的长度小于1.2倍的材料厚度(D)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，沿射束传播方向拉长的所述聚焦区(22)穿透所述工件(1)的顶侧(10)和/或穿透底侧(12)和/或穿透两侧(10，12)。

11.根据权利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，通过轴锥镜、衍射光学元件或者反射或折射的光学自由曲面产生所述非衍射激光射束。

12.根据权利要求8至11之一所述的方法，其特征在于，所述非衍射激光射束通过望远镜(54)传送到所述工件(1)中。

13.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

-所述超短激光脉冲的脉冲持续时间介于100fs与100ns之间、优选地介于100fs与10ps之间，和/或

-平均激光功率介于1W与1kW之间、优选地是50W，

-波长介于300nm与1500nm之间，优选地是1030nm，和/或

-激光脉冲是单激光脉冲或激光脉冲串的一部分，其中，激光脉冲串包括介于1个与20个之间、优选介于1个与4个之间的激光脉冲，和/或

-所述单激光脉冲和/或激光脉冲串的重复率是100kHz，和/或

-脉冲能量或脉冲串能量介于10μJ与50mJ之间。

14.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将所述工件(1)和所述激光射束(20)相对于彼此以进给速度(V)运动，其中，所述进给速度(V)优选地介于0.05m/s至5m/s之间。

15.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，以空间上恒定的间距将所述激光脉冲或所述激光脉冲串引入到所述工件(1)的所述材料中。