Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks entlang einer Trennlinie mittels Laserpulsen eines Laserstrahls.

Stand der Technik

Es ist bekannt, Werkstücke durch die Beaufschlagung mit Laserpulsen zu trennen, beispielsweise um einen Abschnitt des Werkstücks aus dem Werkstück heraus zu trennen, wobei durch das Beaufschlagen des Werkstücks mit dem Laserstrahl ein Materialabtrag in dem Werkstück erreicht werden kann, der beispielsweise durch Sublimieren des Werkstücks oder durch Aufschmelzen mit nachfolgendem Austreiben der Schmelze erreicht werden kann.

Mit steigender Bearbeitungstiefe kann allerdings die Effektivität des Schneidvorgangs aufgrund von Abschattungen und einer Veränderung der Lochgeometrie abnehmen, so dass daher die Energie des Lasers nicht mehr ausreichen kann, um einen schnellen Materialabtrag zu bewerkstelligen. Mit anderen Worten steigt die zum Materialabtrag notwendige Energie mit steigender Bearbeitungstiefe, so dass jeder Punkt einer gewünschten T rennlinie, entlang derer das Werkstück getrennt werden soll, mehrfach vom Laserstrahl überstrichen werden muss, wodurch die Bearbeitungszeit direkt proportional zur Anzahl der Überfahrten ist.

Dabei ist es bekannt, sogenannte Multispotoptiken zur Ausbildung einer Vielzahl von Teilstrahlen des Laserstrahls zu verwenden und diese Teilstrahlen mittels eines Scanners und/oder eines Verschiebetischs zum Trennen des Werkstücks zu verwenden. Durch die Vielzahl an gleichzeitig eingebrachten Teillaserstrahlen kann der Materialabtrag effektiver gestaltet werden.

Auf diese Weise lässt sich zwar die Bearbeitungszeit insgesamt bereits reduzieren und die Effizienz steigern, jedoch weisen solche Verfahren immer noch den Nachteil auf, dass ein Effizienzabfall des Materialabtrags mit zunehmender Bearbeitungstiefe nicht ausgeglichen wird. Mit anderen Worten wird der Materialabtrag mit zunehmender Bearbeitungstiefe langsamer, so dass dennoch bei steigender Abtragtiefe erneut ein mehrfaches und zeitaufwendiges Überstreichen der Teillaserstrahlen entlang der Trennlinie notwendig ist.

Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt (WO 2020/016362A1) mit denen es möglich ist, mithilfe von Mikrolinsenarrays eine Anordnung von entlang einer Linie nebeneinander angeordneten Teillaserstrahlen auszubilden, wobei die Anzahl an Teillaserstrahlen durch eine Variation des Abstandes der verschiedenen Mikrolinsenarrays möglich ist. Hierbei kann die Energie des vom Laser zur Verfügung gestellten Laserstrahls auf mehrere Teillaserstrahlen aufgeteilt werden, sodass die Energie der Teillaserstrahlen mit der Anzahl an Teillaserstrahlen variiert. Dieses Verfahren ist jedoch nicht für das Trennen eines Werkstücks vorgesehen.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Trennen eines Werkstücks entlang einer Trennlinie mittels Laserpulse eines Laserstrahls vorgeschlagen bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks entlang einer Trennlinie mittels Laserpulsen eines Laserstrahls mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.

Entsprechend wird ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks entlang einer Trennlinie mittels Laserpulsen eines Laserstrahls vorgeschlagen, wobei der Laserstrahl mit einer Strahlteileroptik in mehrere Teillaserstrahlen aufgespaltet wird und jeder der Teillaserstrahlen so mit einer Fokussieroptik auf die Oberfläche und/oder in das Volumen des Werkstücks fokussiert wird, dass die Teillaserstrahlen nebeneinander und voneinander beanstandet entlang der Trennlinie angeordnet sind. Erfindungsgemäß findet durch das Einbringen der Laserpulse in das Werkstück entlang der Trennlinie ein Materialabtrag statt und die Laserleistung wird pro Teillaserstrahl in Abhängigkeit von der im Werkstück erreichten Abtragtiefe angepasst.

Der Laser stellt hierbei die Laserpulse zur Verfügung, wobei sich die Laserpulse entlang einer durch die Optik des Lasers definierten Strahlachse bewegen, wodurch entsprechend entlang dieser Strahlachse der Laserstrahl des Lasers bereitgestellt wird. Bei dem Laser handelt es sich bevorzugt um einen Kurzpulslaser, der Pulse im Nanosekundenbereich bereitstellt, oder um einen Ultrakurzpulslaser, der Laserpulse im Pikosekundenbereich oder Femtosekundenbereich bereitstellt.

Ultrakurzpulslaser geben Laserpulse mit einer besonders hohen Energiedichte auf einer kleinen Zeitskala ab, wodurch sich besonders scharfe Kanten entlang der Trennlinie ergeben. Die Pulslänge eines ultrakurzen Laserpulses kann hierbei beispielsweise kleiner als 100 ps insbesondere kleiner als 10 ps, besonders bevorzugt kleiner als 1 ,5 ps sein. Die Pulslänge kann beispielsweise aber auch länger als 300 fs sein. Typischerweise beträgt die Pulslänge 1 ps. Die Spitzenfluenz, also die Intensität entweder des einfallenden Laserstrahls oder eines Teillaserstrahls, kann zwischen 0,3 J/cm ² und 30 J/cm ² liegen, typischerweise liegt sie zwischen 1 J/cm ² und 5 J/cm ² . Der Fokusdurchmesser des einfallenden Laserstrahls oder eines Teillaserstrahls kann zwischen 1 pm und 100 pm liegen, besonders bevorzugt kann der Fokusdurchmesser 9 pm groß sein.

Der Fokusdurchmesser eines nicht-radialsymmetrischen Strahlprofils kann allgemein über die zweiten Momente der Leistungsdichteverteilung des Strahlprofils definiert werden, wie in ISO 11146-3 „Lasers and laser-related equipment - Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios - Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods“ beschrieben, wobei hier die kürzere der beiden Hauptachsen des Strahlprofils als der Fokusdurchmesser angenommen wird.

Der Laserstrahl des Lasers wird durch eine Strahlteileroptik geführt, die beispielsweise einen Strahlteilerwürfel umfasst, der beispielsweise den eintretenden Laserstrahl in zwei gleich intensive Teillaserstrahlen teilt. Eine Strahlteileroptik kann aber auch ein optisches Element umfassen, welches den Strahl in mehrere Teillaserstrahlen aufteilt und die Teillaserstrahlen so umlenkt, dass alle Teillaserstrahlen parallel und in einem bestimmten Abstand zueinander verlaufen. Eine Strahlteileroptik kann auch mehrere optische Elemente umfassen, wobei ein Element den oder die eintretenden Laserstrahlen in mehrere Teillaserstrahlen aufspaltet und ein anderes Element die Teillaserstrahlen in parallele Richtungen umgelenkt.

Eine Strahlteileroptik kann beispielsweise dafür sorgen, dass ein eintretender Laserstrahl in fünf oder zehn oder mehr Teillaserstrahlen aufgespaltet wird.

Durch eine Strahlteileroptik ist es zudem möglich, hohe Pulsenergien eines gepulsten Lasers effizient in verschiedene Teillaserstrahlen zu verteilen, so dass die Effizienz des Bearbeitungsprozesses gesteigert werden kann. Insbesondere können alle Teillaserstrahlen dieselbe Laserenergie aufweisen, oder aber unterschiedliche Laserenergien aufweisen.

Beispielsweise kann die Schwankung der Laserenergie von Teillaserstrahl zur Teillaserstrahl um bis zu 50% oder mehr betragen. Beispielsweise können die Teillaserstrahlen entlang einer oder mehrerer Richtungen einen Anstieg oder Abfall der Laserenergie aufweisen, so dass das Bündel an Teillaserstrahlen einen Energiegradienten aufweist. Insbesondere können solche Energiegradienten mittels kohärenter Strahlkombination gezielt erzeugt oder einzelne Spots ausgeschaltet werden.

Unter der Trennlinie wird die Linie verstanden, entlang derer das Werkstück getrennt werden soll. Eine Trennlinie kann beispielsweise in Form einer Geraden vorgesehen sein. Eine Trennlinie kann aber auch eine geschwungene Linie sein. Eine Trennlinie kann insbesondere auch ein Teil einer komplexeren Trennungslinie oder Trennungsgeometrie sein.

Wenn beispielsweise aus einem Werkstück eine rechteckige Form herausgeschnitten werden soll, kann die Trennlinie beispielsweise nur eine Seitenlinie des Rechtecks sein, aber auch durch die gesamte auszuschneidende Kontur vorgegeben sein.

Die Teillaserstrahlen sind nebeneinander und voneinander beabstandet entlang der Trennlinie angeordnet. Der Abstand benachbarter Teillaserstrahlen ist hierbei der Abstand entlang der Trennlinie zwischen den geometrischen Zentren der Teillaserstrahlen. Der Abstand kann aber auch entlang der Trennlinie zwischen den Intensitätsmaxima benachbarter Teillaserstrahlen bestimmt werden. Die Start- und Endpunkte der Abstandsmessung können auch diejenigen Punkte sein, bei denen der Laserstrahl bzw. die Strahlachse die Oberfläche des Werkstücks schneidet.

Der Abstand benachbarter Teillaserstrahlen kann für alle benachbarten Teillaserstrahlen gleich groß sein. Beispielsweise kann jeder Teillaserstrahl von seinem Nachbarn 5 pm oder 10 pm oder 100pm entfernt sein. Es kann aber auch sein, dass die Abstände benachbarter Teillaserstrahlen unterschiedlich groß sind. So kann beispielsweise ein Teillaserstrahl zu einem Nachbarn einen Abstand von 5 pm oder mehr aufweisen zum anderen Nachbarn jedoch nur 3 pm oder 10 pm oder weniger.

Insbesondere kann eine flexible Strahlteilung bei der die Teillaserstrahlen einstellbaren Abstände, Spotanzahlen und Spotintensitäten aufweisen, auch durch eine kohärente Strahlkombination (engl. „coherent beam combining“) realisiert werden. Insbesondere hat jeder Teillaserstrahl nur zwei direkte Nachbarn, da die Teillaserstrahlen entlang der Trennlinie angeordnet sind.

Die Anzahl der Teillaserstrahlen und deren Abstände können so gewählt sein, dass entlang der gesamten gewünschten Trennlinie Teillaserstrahlen beabstandet voneinander angeordnet sind. Mit anderen Worten wird der gesamte zu trennende Bereich, der durch die Trennlinie definiert ist, mit Teillaserstrahlen abgedeckt.

Jeder Teillaserstrahl wird mit einer Fokussieroptik fokussiert. Die Fokussieroptik kann beispielsweise Linsen oder andere beugende Elemente umfassen, die den Teillaserstrahl in eine Fokuszone konvergierend umlenken. Insbesondere bedeutet dies, dass in der Fokuszone die Intensität des Teillaserstrahls auf einen minimalen Raumbereich zusammengeführt wird. Die Fokussieroptik kann beispielsweise für jeden Teillaserstrahl individuell bereitgestellt werden. Bevorzugt werden aber mit einer Fokussieroptik alle Teillaserstrahlen fokussiert.

Es kann auch sein, dass die Fokussieroptik Teillaserstrahlen, die unter verschiedenen Auftreffwinkeln auf die Fokussieroptik fallen, bzw. keine parallelen Strahlachsen aufweisen, auf parallele Strahlachsen umlenkt. Insbesondere bedeutet dies, dass nach dem Durchlaufen der Fokussieroptik alle Teillaserstrahlen parallel zueinander orientiert sind. Es kann aber auch sein, dass die Strahlachsen durch die Fokussieroptik auf zu divergierende oder konvergierende Strahlachsen umgelenkt werden. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn bei einem Materialabtragprozess Abschattungseffekte des Materialrandes in die Prozesszone vermieden werden sollen. Realisiert werden können solche divergenten Strahlachsen beispielsweise mit einem nicht-telezentrischen Objektiv beziehungsweise einem nicht-telezentrischen Optikaufbau.

Beispielsweise kann die Fokussieroptik an die Strahlteileroptik angepasst sein, sodass die von der Strahlteileroptik abgehenden Teillaserstrahlen unter verschiedenen Winkeln auf die Fokussieroptik auftreffen und dann von der Fokussieroptik wieder parallel zueinander orientiert werden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Strahlteileroptik im Brennpunkt der Fokussieroptik steht. Beispielsweise können die Fokussieroptik und die Strahlteileroptik auch in konjugierten Ebenen zueinanderstehen.

Die Teillaserstrahlen können auf die Oberfläche und/oder in das Volumen des Werkstücks fokussiert werden. Dies bedeutet, dass die Fokuszone beispielsweise genau auf der Oberfläche des Materials liegt oder in Strahlrichtung unterhalb der Oberfläche des Materials liegt. Bevorzugt werden alle Teillaserstrahlen in dieselbe Ebene fokussiert. In einer Weitergestaltung, bei der für jeden Teillaserstrahl eine separate Fokussieroptik vorgesehen ist, kann aber auch beispielsweise ein Teillaserstrahl genau auf die Oberfläche fokussiert werden, während ein anderer Teillaserstrahl in das Volumen des Materials fokussiert wird.

Die Teillaserstrahlen werden durch eine Fokussieroptik fokussiert, sodass jeder Teillaserstrahl in einer Fokuszone konvergiert. Dies bedeutet, dass in der Fokuszone die Intensität des Laserstrahls am größten ist. Die geometrische Fokuszone kann hierbei beispielsweise bei einem gaußförmigen Strahlprofil durch einen Fokuspunkt gegeben sein, in dem Intensitätsmaximum des Strahls auftritt. Die geometrische Fokuszone kann aber auch das Intensitätsmaximum eines nicht gaußförmigen Strahls beispielsweise eines Strahls mit Flat-Top Fokuszone oder eines nicht-beugenden Strahls wie beispielsweise eines Besselstrahls oder eines Bessel-ähnlichen Strahls, insbesondere eines Bessel-Gauß Strahls, sein. Die Form der Fokuszonen kann variieren je nach eingesetztem Strahlprofil.

Das Einbringen der Laserpulse in das Werkstück entlang der Trennlinie kann gleichbedeutend damit sein, dass die Laserpulse vom Werkstück ganz oder teilweise absorbiert werden. Beispielsweise kann dies dazu führen, dass das Werkstück durch die Laserpulse stark erhitzt wird. Dies kann dazu führen, dass sich das erhitzte Material des Werkstücks durch Schmelzen oder Sublimieren aus dem Gesamtverbund des Werkstücks herauslöst. Insbesondere kann damit Laserablation oder Laserbohren oder Laserschneiden gemeint sein.

Insbesondere kann mit steigender Bearbeitungstiefe beim Entfernen des Materials aus dem Werkstück die Effektivität des Schneidevorgangs abnehmen. Die Bearbeitungstiefe ist hierbei die Distanz von der ursprünglichen Werkstückoberfläche zur durch die Laserpulse der Teillaserstrahlen durch Abtragungsprozesse erzeugten neuen Werkstückoberfläche im Graben entlang der Trennlinie. Insbesondere kann die Bearbeitungstiefe entlang der Trennlinie verschieden tief sein, beispielsweise weil das Werkstück nicht eben ist, oder uneben auf einem Werkstückhalter platziert ist, oder weil es unterschiedliche Dichten aufweist, oder verschiedene Schichten aufweist, die unterschiedlich auf die eingebrachten Teillaserstrahlen reagieren oder die zum Eingraben des Grabens verwendeten Teillaserstrahlen seit Beginn des Verfahrens unterschiedliche Energien aufwiesen und entsprechend eine unterschiedliche Abtragsgeschwindigkeit der einzelnen von den jeweiligen Teillaserstrahlen bearbeiteten Bereiche der Trennlinie zu unterschiedlichen Bearbeitungstiefen geführt hat.

Die Effektivität des Schneidevorgangs beschreibt hierbei mit wie viel Laserenergie welcher Abtrag bzw. welche Abtragtiefe möglich ist. Beispielsweise kann die Effektivität des Schneidevorgangs mit steigender Bearbeitungstiefe abnehmen, die Effektivität des Schneidvorgangs kann jedoch auch zunehmen in Abhängigkeit von der Werkstückbeschaffenheit.

Wenn die Laserleistung pro Teillaserstrahl angepasst wird, kann das bedeuten, dass durch die Anpassung mit jedem Teillaserstrahl mehr Laserenergie eingebracht wird, als mit einem nicht angepassten Teillaserstrahl. Es kann aber auch bedeuten, dass mit jedem Teillaserstrahl weniger Laserenergie eingebracht wird, als mit einem nicht angepassten Teillaserstrahl.

Die Anpassung der Laserenergie der Teillaserstrahlen ist abhängig von der Abtragtiefe, was bedeutet, dass hierbei die Effektivität des Materialabtrags in der jeweiligen Abtragtiefe bei der Anpassung der Laserenergie der Teillaserstrahlen berücksichtigt wird. Wenn die Teillaserstrahlen beispielsweise effizient Material aus dem Werkstück in einer ersten Abtragtiefe abtragen und in einer zweiten Abtragtiefe weniger effizient Material abtragen, weil die Laserleistung der Teillaserstrahlen zu gering ist, dann kann die Laserleistung der Teillaserstrahlen erhöht werden.

Die Effizienz des Materialabtrags kann sich aber auch auf den Abtrag pro Zeit beziehen, sodass nach gegebener Zeit über eine gewisse Länge entlang der Trennlinie ein Materialabtrag stattgefunden haben muss. Beispielsweise kann die Laserleistung pro Teillaserstrahl insofern angepasst werden, dass eine maximale Geschwindigkeit des Materialabtrags entlang der Trennlinie erreicht wird. Insbesondere kann auch eine Optimierung bezüglich Abtragtiefe und Abtraglänge entlang der Trennlinie stattfinden. Insbesondere kann auch das Abtragvolumen, also die Gesamtheit an abgetragenem Material des Werkstücks, mit einer Anpassung der Leistung pro Teillaserstrahl optimiert werden.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens liegt somit in der Steigerung der Effizienz und der Kantenqualität des Schneideprozesses eines Werkstücks, beispielsweise von Silizium, durch die durchgängige Ausnutzung der verfügbaren Laserleistung. Dabei kann beispielsweise die Abtragleistung pro Zeiteinheit an der jeweiligen durch den jeweiligen Teillaserstrahl bearbeiteten Position im Wesentlichen konstant gehalten werden.

Die Laserleistung kann pro Teillaserstrahl angepasst werden, indem bei gegebener Eingangsleistung des Lasers die Anzahl an Teillaserstrahlen angepasst wird.

Dies kann bedeuten, dass es in einer ersten Abtragtiefe besonders effizient ist, das Material des Werkstücks mit einer ersten Anzahl an Teillaserstrahlen abzutragen. Hierbei wird durch die Strahlteileroptik die Laserleistung des Lasers auf die erste Anzahl an Teillaserstrahlen verteilt. Beispielsweise kann der Laserstrahl in fünf Teillaserstrahlen aufgespaltet werden, sodass jeder Teillaserstrahl ein Fünftel der Laserenergie in das Werkstück einbringt.

Beispielsweise kann in einer ersten Abtragtiefe die Effizienz des Abtrags mit fünf Teillaserstrahlen sehr hoch sein, die Effizienz des Abtrags in einer zweiten Abtragtiefe mit fünf Teillaserstrahlen jedoch sehr gering sein. Ist dies der Fall, kann für die zweite Abtragtiefe die Anzahl an Teillaserstrahlen beispielsweise auf vier Teillaserstrahlen reduziert werden, so dass mit jedem Teillaserstrahl dann bereits ein Viertel der Laserleistung des Lasers in das Material des Werkstücks eingebracht wird. In dem die Laserleistung der Teillaserstrahlen in der zweiten Abtragtiefe erhöht wird, kann so auch die Effizienz des Abtrag prozesses wieder steigen.

Beispielsweise können aber in einer zweiten Abtragtiefe die fünf Teillaserstrahlen mehr als genügend Energie für den Abtragsprozess in das Werkstück einbringen, sodass die Effizienz des Verfahrens gesteigert werden kann, indem die Anzahl an Teillaserstrahlen von fünf Teillaserstrahlen auf sechs Teillaserstrahlen erhöht wird. Dadurch bringt zwar jeder Teillaserstrahl eine geringere Energie in das Werkstück ein, diese Energie wird jedoch durch eine größere Anzahl an Teillaserstrahlen gleichzeitig in das Werkstück eingebracht, so dass eine Bearbeitung an mehr Positionen gleichzeitig stattfinden kann. Dadurch kann der Abschnitt entlang der Trennlinie, entlang dessen gleichzeitig eine Bearbeitung mit den Teillaserstrahlen durchgeführt wird, erhöht werden, was wiederum den Abtragsprozess effizienter macht.

Die Laserleistung kann pro Teillaserstrahl mit steigender Abtragtiefe erhöht werden.

Das kann bedeuten, dass mit steigender Abtragtiefe beispielsweise die Laserleistung des Eingangslasers erhöht wird, es kann aber auch bedeuten, dass die Anzahl an Teillaserstrahlen mit steigender Abtragtiefe verringert wird, sodass bei gleichbleibender Laserleistung des Lasers zur Verfügung gestellte Laserenergie auf weniger Teillaserstrahlen verteilt wird. Dadurch steigt die Laserenergie, die mit jedem Teillaserstrahl das Werkstück eingebracht werden kann.

Die Strahlteileroptik kann mehrere Mikrolinsenarrays umfassen und beispielsweise aus diesen bestehen. Beispielsweise können vier Mikrolinsenarrays vorgesehen sein.

Mikrolinsenarrays umfassen Anordnungen von mehreren Mikrolinsen. Mikrolinsen sind hierbei kleine Linsen, insbesondere Linsen mit einem typischen Abstand Linsenmitte zu Linsenmitte („Pitch“) von 0,1 bis 10 mm bevorzugt 1 mm, wobei jede Einzellinse der Anordnung die Wirkung einer normalen, makroskopischen Linse aufweisen kann. Mit den mehreren Mikrolinsenarrays wird aus dem (zumindest im Wesentlichen) kollimierten Eingangslaserstrahl ein Winkelspektrum erzeugt, das mit einer Fourierlinsenanordnung in eine Brennebene abgebildet wird, die typischerweise auf oder in dem zu bearbeitenden Werkstück liegt. Hierbei entstehen, je nach Abstand der Mikrolinsenarrays durch Interferenz- und Beugungseffekte eine Vielzahl an Teillaserstrahlen. Aus der variablen Veränderung des Interferenzmusters folgt eine Variation der Anzahl an Teillaserstrahlen. Die Fluenz und Intensität der Spots der Teillaserstrahlen verhält sich dabei umgekehrt proportional zu der Anzahl an Teillaserstrahlen, wobei die Summe der Laserleistungen der Teillaserstrahlen im Wesentlichen der Laserleistung des Eingangslaserstrahls entspricht.

Die Brennebene wird synonym für die Fokusebene der Teillaserstrahlen verwendet. Die Mikrolinsenarrays reihen Mikrolinsen in (zumindest) einer Richtung senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung auf. In der Brennebene wird ein Gesamtstrahlprofil mit gleichmäßigen Abständen der Teillaserstrahlen erzeugt, wobei die Teillaserstrahlen in einer Richtung, beispielsweise derX-Richtung, senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung aufgereiht sind. Damit können die Teillaserstrahlen in der Richtung aufgereiht sein, in der auch die Mikrolinsen (ausgebildet etwa als Zylinderlinsen) aufgereiht sind.

Bevorzugt werden vier Mikrolinsenarrays eingesetzt, die der Laserstrahl durchläuft. Mit vier Mikrolinsenarrays ist einerseits ein noch einfacher und kompakter Aufbau möglich. Andererseits ist die Anzahl an Teillaserstrahlen dabei bereits flexibel einstellbar.

Die Strahlteileroptik kann auch mindestens zwei Mikrolinsenarraypaare umfassen, die je zwei Mikrolinsenarrays umfassen, wobei die Mikrolinsenarrays eines Mikrolinsenarraypaars einen fixen Abstand zueinander aufweisen.

Dies bedeutet, dass beispielsweise ein Mikrolinsenarraypaar relativ zu einem anderen Mikrolinsenarraypaar verschoben werden kann. Beispielsweise kann der Abstand eines ersten Mikrolinsenarrays zu einem dritten Mikrolinsenarray fest vorgegeben sein. Beispielsweise kann gleichzeitig der Abstand eines zweiten Mikrolinsenarrays zu einem vierten Mikrolinsenarray fest vorgegeben sein. Gleichzeitig kann der relative Abstand des ersten Mikrolinsenarraypaars zum zweiten Mikrolinsenarraypaar variiert werden. Es ist aber auch möglich, dass andere Kombinationen von Mikrolinsenarrays miteinander fest verbunden werden, um den Abstand konstant zu halten. Durch die Anordnung zweier Mikrolinsenarrays in einem festen Abstand können die Freiheitsgrade der optischen Anordnung gezielt beschränkt bzw. vorgegeben werden, um Anzahl an Teillaserstrahlen einfacher einstellen zu können.

Die Laserleistung der Teillaserstrahlen und/oder die Anzahl an Teillaserstrahlen kann angepasst werden, indem die beiden Mikrolinsenarraypaare relativ zueinander verschoben werden.

Durch Verschieben der Mikrolinsenarraypaare zueinander kommt es zu einer Veränderung des Interferenzmusters, sprich zu einer Veränderung der Anzahl an Teillaserstrahlen.

Hierfür kann eine Verstellmechanik verwendet werden, um die optischen Abstände zumindest einiger Mikrolinsenarrays im Strahlengang zu verstellen. Dadurch wird die effektive Brennweite der Gesamtheit der Mikrolinsenarrays und damit die Anzahl der Teillaserstrahlen einstellbar. Durch eine geeignete Wahl der Verstellpositionen der Verstellmechanik kann erreicht werden, dass eine gleichmäßige Intensitätsverteilung über die verschiedenen Teillaserstrahlen erreicht wird.

Die Verstellmechanik kann hierbei motorisiert sein und eine elektronische Steuervorrichtung aufweisen, wobei in der elektronischen Steuervorrichtung die verschiedenen Verstellpositionen programmiert sind, die mit den verschiedenen Anzahlen an Teillaserstrahlen assoziiert sind, und mittels der elektronischen Steuervorrichtung automatisiert anfahrbar sind. Dadurch ist ein komfortables uns schnelles Umschalten zwischen unterschiedlichen Anzahlen an Teillaserstrahlen möglich, wenn eine nächste Bearbeitungsaufgabe ansteht.

Im Strahlengang selbst können ein erstes und drittes Mikrolinsenarray ortsfest angeordnet sein und im Strahlpfad befindliche zweite und vierte Mikrolinsenarrays können auf einem verfahrbaren Schlitten angeordnet sein oder umgekehrt. Es besteht dann über einen gewissen Verstellbereich des Schlittens ein linearer Zusammenhang zwischen der Anzahl an Teillaserstrahlen und der Schlittenposition, wodurch sich die Zahl der Teillaserstrahlen besonders komfortabel einstellen lässt.

Ein Mikrolinsenarray oder ein Mikrolinsenarraypaar kann konvexe Mikrolinsen umfassen.

Konvexe Mikrolinsen weisen hierbei einen sogenannten virtuellen Brennpunkt in Strahlausbreitungsrichtung vor der Mikrolinse auf. Ein Mikrolinsenarray aus konvexen Linsen wird auch konvexes Mikrolinsenarray genannt. Fällt der einfallende Laserstrahl auf ein konvexes Mikrolinsenarray, so wird der Strahl aufgeweitet. Insbesondere verringert sich dadurch die Intensität des Laserstrahls in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem konvexen Mikrolinsenarray. Dadurch kann einer Beschädigung der weiteren optischen Elemente im Strahlengang vorgebeugt werden.

Die Teillaserstrahlen können in die gleiche Fokusebene fokussiert werden.

Dies kann bedeuten, dass der Abstand aller geometrischen Fokuspunkte in Teillaserstrahlrichtung den gleichen Abstand zur Oberfläche aufweisen. Beispielsweise können alle Teillaserstrahlen genau auf die Oberfläche fokussiert werden. Alle Teillaserstrahlen können aber auch beispielsweise 10 pm unterhalb der Oberfläche des Werkstücks fokussiert werden. Alle Foki der Teillaserstrahlen können aber auch unabhängig von einer Oberflächentopologie des Werkstücks in einer Ebene senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung liegen.

Dies hat den Vorteil, dass der Trennvorgang und die Abtragtiefe gut kontrollierbar sind und eine gleichmäßige Trennungskante entsteht.

Die Teillaserstrahlen können entlang der Trennlinie von ihrer Ursprungsposition um einen Auslenkungsbetrag wegbewegt werden.

Um eine präzise Trennung des Werkstücks zu erreichen, folgt die Bewegung der Teillaserstrahlen bevorzugt der Trennlinie. Insbesondere ist bevorzugt bei einer geraden Trennlinie die Bewegung der Teillaserstrahlen eine der geraden Form der Trennlinie folgende lineare Auslenkung und bei einer gebogenen Trennlinie ist die Auslenkung der Teillaserstrahlen bevorzugt eine der gebogenen Form der Trennlinie folgende Auslenkung.

Die Ursprungsposition ist hierbei die Position, die die Teillaserstrahlen ursprünglich auf der Oberfläche des Werkstücks einnehmen. Insbesondere ist die Ursprungsposition die Position, die die Teillaserstrahlen innehaben, bevor eine Auslenkbewegung bzw. Wegbewegung stattgefunden hat. Der Auslenkungsbetrag ist hierbei der maximale Abstand des bewegten Teillaserstrahls zu seiner Ursprungsposition. Der Auslenkungsbetrag wird analog zum Abstand der verschiedenen Teillaserstrahlen entlang der Trennlinie gemessen.

Während die Teillaserstrahlen bewegt werden, gibt der Laser Laserpulse ab. Durch die Bewegung ist es so möglich entlang der Trennlinie die Laserpulse einzubringen. Insbesondere ist es so möglich, dass entlang der gesamten Trennlinie Laserpulse in das Werkstück eingebracht werden. Beispielsweise können die Teillaserstrahlen mit einem Scannersystem entlang der Trennlinie bewegt werden, so dass die Laserstrahlen entlang der Trennlinie in das Werkstück eingebracht werden und das Werkstück entlang der Trennlinie getrennt wird. Insbesondere kann dies durch ein Scannersystem erreicht werden, welches in Strahlausbreitungsrichtung bevorzugt hinter der Strahlteileroptik angeordnet sein kann und die Teillaserstrahlen entlang der Trennlinie führt.

Bevorzugt wird die Bewegung der Teillaserstrahlen mit der Repetitionsrate des den Laserstrahl bereitstellenden Lasers korreliert, um einen gleichmäßigen Materialabtrag zu gewährleisten.

Entsprechend kann bei einer konstanten Geschwindigkeit der Bewegung der Teillaserstrahlen die Repetitionsrate bzw. Pulsrate des Lasers so gewählt werden, dass die Trennlinie lückenlos überstrichen wird. Beispielsweise kann dies bedeuten, dass bei einer Bewegungsgeschwindigkeit von 10 pm/ps und einem Fokusdurchmesser von 1 pm die Repetitionsrate 10 MHz betragen muss. Dadurch ist gewährleistet, dass der Teillaserstrahl bei seiner Bewegung jeden Punkt der Trennlinie überstreicht und Laserpulsenergie einbringt. Insbesondere kann dies aber auch bedeuten, dass die Repetitionsrate deutlich schneller gewählt wird, so dass die Fokuszonen aufeinanderfolgend eingebrachter Laserpulse derselben Teillaserstrahlen überlappen, also der Abstand aufeinanderfolgend eingebrachter Laserpulse kleiner als der Fokusdurchmesser oder der Durchmesser der Fokuszone ist.

Ist die Bewegungsgeschwindigkeit hingegen nicht konstant, so kann die Repetitionsrate oder die Pulsrate an die Geschwindigkeit der Bewegung angepasst werden. Beispielsweise können bei einer nicht-gleichförmigen Bewegung entlang der Trennlinie bei langsamen Bewegungsabschnitten, wo die Geschwindigkeit der Bewegung besonders klein ist, wenige Laserpulse eingebracht werden, während bei den schnellen Bewegungsabschnitten der Bewegung, wo die Bewegungsgeschwindigkeit groß ist, besonders viele Laserpulse eingebracht werden müssen. Beispielsweise kann somit die Pulsrate invers-proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit sein. Insbesondere kann dies auch auf die weiter unten besprochenen periodischen Bewegungen zutreffen.

Somit ist es möglich, die Laserenergie der Teillaserstrahlen gleichmäßig verteilt entlang der Trennlinie einzubringen, sodass ein gleichmäßiger Materialabtrag gewährleistet ist. Insbesondere drückt sich ein gleichmäßiger Materialabtrag dadurch aus, dass die Abtragtiefe entlang der Trennlinie im Wesentlichen gleich groß ist (sofern die Materialoberfläche eben ist). Die Teillaserstrahlen können entlang der Trennlinie von ihrer Ursprungsposition erst um einen Auslenkungsbetrag wegbewegt werden, wobei der Auslenkungsbetrag kleiner gleich dem Abstand zweier benachbarter Teillaserstrahlen ist, bevorzugt gleich dem Abstand der Teillaserstrahlen ist, und anschließend entlang der Trennlinie in die Ursprungsposition zurückbewegt werden, wobei die Bewegung insbesondere eine periodische Bewegung sein kann.

Der Auslenkungsbetrag ist kleiner gleich dem Abstand zweier benachbarter Teillaserstrahlen, bevorzugt gleich dem Abstand der Teillaserstrahlen. Dies kann insbesondere bedeuten, dass ein erster Teillaserstrahl durch die Bewegung auf die Ursprungsposition des benachbarten zweiten Teillaserstrahls bewegt wird. Gleichzeitig kann beispielsweise der zweite Teillaserstrahl auf die Ursprungsposition eines benachbarten dritten Teillaserstrahls bewegt werden, wobei der dritte Teillaserstrahl und der erste Teillaserstrahl nicht identisch sind usw. Hierdurch wird sichergestellt, dass entlang der gesamten Trennlinie Laserpulse in das Werkstück eingebracht werden.

Der erste Teillaserstrahl kann aber auch lediglich bis zur Hälfte des Abstands zum benachbarter Teillaserstrahlen bewegt werden. Die Teillaserstrahlen können sich auch in Richtung der Trennlinie zwei Drittel des Abstandes bewegen und sich anschließend nach Zurückkehren in die Ursprungsposition entgegen der Trennlinie ein Drittel des Abstandes bewegen. Insbesondere ist eine Bewegung entlang beider Richtungen der Trennlinie möglich.

Die Teillaserstrahlen werden nach der Auslenkung wieder entlang der Trennlinie in die Ursprungsposition zurückbewegt. Die Zurückbewegung kann beispielsweise mit betragsmäßig derselben Geschwindigkeit wie die vorherige Bewegung von statten gehen. Es kann aber auch sein, dass die Zurückbewegung ein anderes Geschwindigkeitsprofil aufweist.

Bevorzugt führen alle Teillaserstrahlen gleichzeitig die gleiche Bewegung durch.

Während die Teillaserstrahlen bewegt werden, gibt der Laser Laserpulse ab. Durch die Bewegung ist es so möglich, entlang der Trennlinie die Laserpulse einzubringen. Das Einbringen der Laserpulse kann gleichbedeutend damit sein, dass die Laserpulse vom Material ganz oder teilweise absorbiert werden. Beispielsweise kann dies dazu führen, dass das Material durch die Laserpulse stark erhitzt wird. Dies kann dazu führen, dass sich das erhitzte Material aus dem Gesamtverbund des Materials herauslöst.

Das hat den Vorteil, dass die abgefahrene Linie pro Teillaserstrahl, also der Auslenkungsbetrag, deutlich kürzer sein kann, als wenn eine Anordnung von Teillaserstrahlen, also die Gesamtheit von Teillaserstrahlen die durch die Strahlteileroptik erzeugt wird, über das komplette Werkstück geführt werden muss. Somit kann eine aufwändige Achs- bzw. Scannerpositionierung und -Ausrichtung für den eigentlichen Trennvorgang entfallen. Es entfällt beispielsweise auch das Überfahren über die Ränder des Werkstücks hinaus, wobei die Werkstückaufnahme beschädigt werden kann. Insgesamt können mit dem Verfahren einzelne Bauteile auf dem Werkstück, beispielsweise auf einem Silizium-Wafer bearbeitet werden, ohne dass der komplette Wafer auf einmal bearbeitet werden muss. Somit wird insgesamt die Flexibilität bezüglich unterschiedlicher Bauteilgeometrie in auf dem Werkstück erhöht.

Eine periodische Bewegung bedeutet, dass die Teillaserstrahlen ausgehend von ihrer Ursprungsposition ausgelenkt werden und nach einem festen zeitlichen Abstand wieder zu ihrer Ursprungsposition zurückkehren. Insbesondere kann dies bedeuten, dass die Auslenkung entlang der Trennlinie erfolgt und die Teillaserstrahlen nach Erreichen des Auslenkungsbetrags abermals in die Ursprungsposition zurückkehren und danach eine Auslenkung entgegen der Trennlinie erfolgt und die Teillaserstrahlen nach Erreichen des Auslenkungsbetrags abermals in die Ursprungsposition zurückkehren. Es kann aber auch sein, dass die periodische Bewegung zwischen dem Ursprungsort eines Teillaserstrahls und dem Ursprungsort eines benachbarten Teillaserstrahls stattfindet.

Mit anderen Worten führen die Teillaserstrahlen ausgehend von der Ausgangsposition eine Wobbelbewegung, bevorzugt eine periodische Wobbelbewegung, entlang der Trennlinie aus.

Bevorzugt wird die Ursprungsposition nach Durchführung mindestens einer Bewegung der Teillaserstrahlen von der Ursprungsposition um einen Auslenkungsbetrag weg und wieder zurück in die Ursprungsposition um einen Verschiebungsbetrag entlang der Trennlinie verschoben und die Bewegung der Teillaserstrahlen wird erneut ausgeführt. Der Verschiebungsbetrag kann hierbei insbesondere auch mit einem Scannersystem erfolgen. Diese Ausgestaltung wird bevorzugt gewählt, wenn das Bündel der Teillaserstrahlen nicht die gesamte Trennlinie überdecken kann oder wenn der Vorschubbewegung noch eine Scanbewegung überlagert werden soll, beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten und/oder komplexen Strukturen, und die Trennung entlang der Trennlinie entsprechend nach und nach durchgeführt werden muss. Der Verschiebungsbetrag entspricht dabei bevorzugt der in Trennlinienrichtung liegenden Ausdehnung des Bündels der Teillaserstrahlen.

Mit anderen Worten wird die durch das Bündel der mit der Weg- und Zurückbewegung beaufschlagten Teillaserstrahlen vorgegebene gleichzeitige Bearbeitungsbreite als Verschiebungsbetrag verwendet, so dass die gleichzeitigen Bearbeitungsbreiten nacheinander nebeneinandergesetzt werden. Dadurch findet ein Bearbeiten beziehungsweise Trennen des Werkstücks entlang der Trennlinie zunächst in einer ersten Bearbeitungsbreite statt und nach Abschluss des Trennens dieses der Bearbeitungsbreite entsprechenden Abschnitts der Trennlinie wird das Bündel an Teillaserstrahlen um den Verschiebungsbetrag verschoben, so dass hier wiederum ein Trennen in Bearbeitungsbreite stattfinden kann.

Bevorzugt ist es jedoch, wenn jede aus dem Werkstück herauszutrennende Struktur mit einer Bearbeitungsbreite des Bündels an Teillaserstrahlen ohne Verschiebung herausgetrennt werden kann. Dazu wird die Anzahl der Teillaserstrahlen sowie deren Abstände zueinander bevorzugt so angepasst, dass eine gleichzeitige Bearbeitung der gesamten für die jeweilige Struktur wesentlichen Länge erreicht werden kann. Mit anderen Worten wird bevorzugt versucht, beispielsweise eine Seite eines Chips gleichzeitig zu schneiden.

Die Trennlinie kann gerade sein und die periodische Bewegung der Laserstrahlen kann eine lineare Auslenkung sein.

Dies kann bedeuten, dass die Trennlinie insbesondere nicht gekrümmt ist, also keine geometrische Krümmung aufweist. Die Teillaserstrahlen können nur entlang der Trennlinie bewegt werden, daher findet eine lineare Auslenkung statt, wenn die Teillaserstrahlen über eine gerade Trennlinie geführt werden.

Mit anderen Worten liegen die Teillaserstrahlen bevorzugt immer auf der Trennlinie, auch während der Durchführung ihrer Wobbelbewegung.

Bevorzugt wird die Ausgangsposition nach Durchführung mindestens einer Bewegung der Teillaserstrahlen von der Ausgangsposition um einen Auslenkungsbetrag weg und wieder zurück in die Ausgangsposition um einen Verschiebungsbetrag entlang der Trennlinie verschoben und die Bewegung der Teillaserstrahlen wird erneut ausgeführt. Diese Ausgestaltung wird bevorzugt gewählt, wenn das Bündel der Teillaserstrahlen nicht die gesamte Trennlinie überdecken kann und die Trennung entlang der Trennlinie entsprechend nach und nach durchgeführt werden muss. Der Verschiebungsbetrag entspricht dabei bevorzugt der in Trennlinienrichtung liegenden Ausdehnung des Bündels der Teillaserstrahlen.

Mit anderen Worten wird die durch das Bündel der mit der Weg- und Zurückbewegung beaufschlagten Teillaserstrahlen vorgegebene gleichzeitige Bearbeitungsbreite als Verschiebungsbetrag verwendet, so dass die gleichzeitigen Bearbeitungsbreiten nacheinander nebeneinandergesetzt werden. Dadurch findet ein Bearbeiten beziehungsweise Trennen des Werkstücks entlang der Trennlinie zunächst in einer ersten Bearbeitungsbreite statt und nach Abschluss des Trennens dieses der Bearbeitungsbreite entsprechenden Abschnitts der Trennlinie wird das Bündel an Teillaserstrahlen um den Verschiebungsbetrag verschoben, so dass hier wiederum ein Trennen in Bearbeitungsbreite stattfinden kann.

Die periodische Bewegung der Teillaserstrahlen kann durch eine periodische Bewegung der Fokussieroptik erzeugt werden.

Entsprechend kann die Fokussieroptik mechanisch bewegt werden, beispielsweise lateral, also senkrecht zur Strahlrichtung verschoben werden. Damit kann aber auch gemeint sein, dass die Fokussieroptik in einem Winkel zur Strahlrichtung verkippt wird.

Durch die unterschiedlichen Auftrefforte der Teillaserstrahlen auf die Fokussieroptik durchlaufen die Teillaserstrahlen andere Strahlengänge durch die Fokussieroptik, so dass die Teillaserstrahlen nach Verlassen der Fokussieroptik auf einen anderen Ort im oder auf dem Werkstück abgebildet werden. Die Bewegungsamplitude der Fokussieroptik definiert somit weitestgehend den Auslenkungsbetrag entlang der Trennlinie. Ist die Fokussieroptik nicht ausgelenkt, so wird durch die Abbildung der Teillaserstrahlen auf das Werkstück die Ursprungsposition der Teillaserstrahlen auf dem Werkstück festgelegt.

Bei Verwendung eines Mikrolinsenarrays kann insbesondere durch Verschieben eines Elements innerhalb der Mikrolinsenarrays-Anordnung eine Bewegung der Teillaserstrahlen erzeugt werden.

Der gepulste Laser kann ein Ultrakurzpulslaser sein.

Ein Ultrakurzpulslaser gibt Laserpulse mit einer besonders hohen Leistungsdichte auf einer kleinen Zeitskala ab, wodurch sich besonders scharfe Kanten entlang der Trennlinie ergeben können. Die Pulslänge eines ultrakurzen Laserpulses kann hierbei beispielsweise kleiner als 100 ps insbesondere kleiner als 10 ps, besonders bevorzugt kleiner als 1 ,5 ps sein. Die Pulslänge kann beispielsweise aber auch länger als dreihundert Femtosekunden sein. Typischerweise beträgt die Pulslänge 1 ps. Die Spitzenfluenz, also die Intensität entweder des einfallenden Laserstrahls oder eines Teillaserstrahls kann zwischen 0,3 J/cm ² und 30 J/cm ² liegen, typischerweise liegt sie zwischen 1 J/cm ² und 5 J/cm ² . Der Fokusdurchmesser des einfallenden Laserstrahls oder eines Teillaserstrahls kann zwischen 1 pm und 100 pm liegen, besonders bevorzugt kann der Fokusdurchmesser 9 pm groß sein.

Die Teillaserstrahlen und das Werkstück können relativ zueinander verschoben werden, insbesondere können sie mit einem Vorschub entlang einer Vorschubrichtung verschoben werden.

Eine Verschiebung von Teillaserstrahlen und Werkstück relativ zueinander bedeutet, dass sich sowohl die Teillaserstrahlen und/oder das Werkstück bewegen können, wobei durch die Bewegung eines oder beider Objekte ein Versatz der Teillaserstrahlen relativ zu der Ursprungsposition beider Objekte erreicht wird.

Insbesondere kann die Verschiebung mit einem Scanner oder Achssystem erreicht werden, beispielsweise einer XYZ-Bühne, die beispielsweise das Werkstück in allen Raumrichtungen verschieben kann. Diese Verschiebung kann mit einer Wobbelbewegung überlagert sein.

Der Vorschub kann eine Vorschubgeschwindigkeit entlang einer Vorschubrichtung aufweisen. Dies bedeutet das die Relativbewegung eine gewisse Geschwindigkeit hat, sodass die Teillaserstrahlen mit einer gewissen Geschwindigkeit relativ über das Werkstück geführt werden. Insbesondere ist der Vorschubgeschwindigkeitsvektor parallel zur Trennlinie ausgerichtet, sprich die Vorschubrichtung ist durch die Trennlinie gegeben. Da während der Bewegung durch den gepulsten Laser Laserpulse in das Werkstück eingebracht werden, findet ein Materialabtrag entlang der Trennlinie statt.

Der Eingangslaserstrahl und/oder die Teillaserstrahlen können beim Durchlauf durch ein doppelbrechendes Polarisatorelement in zwei zueinander orthogonale Polarisationskomponenten zerlegt werden.

Unter Doppelbrechung wird die Fähigkeit eines optischen Materials verstanden, den einfallenden Laserstrahl in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teillaserstrahlen zu trennen. Dies geschieht aufgrund unterschiedlicher Brechungsindizes des optischen Materials in Abhängigkeit von der Polarisation und dem Einfallswinkel des Lichts relativ zur optischen Achse des optischen Materials.

Im Sinne dieser Anmeldung werden unter senkrecht zueinander polarisierten Teillaserstrahlen linear polarisierte Teillaserstrahlen verstanden, deren Polarisationsrichtungen und einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sind. Unter senkrecht zueinander polarisierten Teillaserstrahlen werden aber auch zirkular polarisierte Teillaserstrahlen mit entgegengesetztem Drehsinn verstanden, d.h. zwei links bzw. rechts zirkular polarisierte Teillaserstrahlen. Die Umwandlung von linear polarisierten Teillaserstrahlen mit senkrecht zueinander ausgerichteten

Polarisationsrichtungen in zirkular polarisierte Teillaserstrahlen mit entgegengesetztem Drehsinn kann z.B. mit Hilfe einer geeignet orientierten Verzögerungsplatte (A/4-Platte) erfolgen.

Die vom doppelbrechenden Polarisationselement nach Polarisationskomponenten zerlegten auslaufenden Laserstrahlen können einen Winkelversatz und/oder einen Ortsversatz zueinander aufweisen.

Auch dies lässt sich mit der Anisotropie der Brechungsindizes für verschiedene Polarisationsrichtungen des optischen Materials des Polarisationselements begründen.

Beispielsweise können die Teillaserstrahlen nach Durchlauf durch das doppelbrechende Polarisationselement einen Winkelversatz aufweisen. Dies bedeutet, dass der Teillaserstrahl mit einer ersten Polarisation hinter dem doppelbrechenden Polarisationselement nicht parallel zum Teillaserstrahl mit einer zweiten Polarisation verläuft.

Zur Erzeugung des Winkel Versatzes (ohne Ortsversatz) kann das doppelbrechende Polarisatorelement eine Strahlaustrittsfläche aufweisen, die unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche geneigt ist. Die optische Achse des doppelbrechenden Kristalls ist in diesem Fall typischerweise parallel zur Strahleintrittsfläche ausgerichtet. Die beiden Teillaserstrahlen treten in diesem Fall an der Strahlaustrittsfläche an demselben Ort und mit einem definierten Winkelversatz aus dem doppelbrechenden Kristall aus.

Beispielsweise können die Teillaserstrahlen nach Durchlauf durch das doppelbrechende Polarisationselement einen Ortsversatz aufweisen. Dies bedeutet, dass der Teillaserstrahl mit der ersten Polarisation hinter dem doppelbrechenden Polarisationselement parallel zum Teillaserstrahl mit der zweiten Polarisation verläuft. Allerdings sind beide Teillaserstrahlen parallel zueinander verschoben, sodass es einen endlichen Abstand zwischen beiden Teillaserstrahlen gibt.

Zur Erzeugung des Ortsversatzes (ohne Winkelversatz) kann das doppelbrechende Polarisatorelement beispielsweise parallel ausgerichtete, in der Regel plane Strahleintritts- und Strahlaustrittsflächen aufweisen. Die optische Achse des doppelbrechenden Kristalls ist in diesem Fall typischerweise unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche ausgerichtet. Trifft der Eingangslaserstrahl senkrecht auf die Strahleintrittsfläche, wird an der Strahlaustrittsfläche ein reiner Ortsversatz erzeugt. Die Abstände der einzelnen Teillaserstrahlen mit unterschiedlicher Polarisation können über das Polarisationselement festgelegt werden, beispielsweise bei der Herstellung oder durch Orientierung der optischen Achse des Kristalls zum einfallenden Laserstrahl.

Die nebeneinander und beabstandet voneinander entlang der Trennlinie angeordneten Teillaserstrahlen können eine alternierende Polarisation aufweisen.

Die Polarisation ist alternierend, wenn benachbarte Teillaserstrahlen eine zueinander orthogonale Polarisation aufweisen. Beispielsweise ist die Polarisation alternierend, wenn ein erster Teillaserstrahl rechts zirkular polarisiert ist, ein zweiter Teillaserstrahl links zirkular polarisiert ist, ein dritter Teillaserstrahl rechts zirkular polarisiert ist usw. Beispielsweise ist die Polarisation alternierend, wenn ein erster Teillaserstrahl entlang der Trennlinie polarisiert ist, ein zweiter Teillaserstrahl orthogonal zur Trennlinie polarisiert ist, ein dritter Teillaserstrahl entlang der Trennlinie polarisiert ist usw.

Wird ein Laserstrahl, der z.B. von einem Single-Mode Laser erzeugt wird und ein Gauß-förmiges Strahlprofil aufweist, in zwei oder mehr Teillaserstrahlen aufgeteilt und die Teillaserstrahlen werden zumindest teilweise überlagert, kann dies zu unerwünschten Interferenz-Effekten führen, wenn die Teillaserstrahlen die gleiche oder eine ähnliche Polarisation aufweisen. Daher können bei der Fokussierung der Teillaserstrahlen die Fokuszonen bzw. die Fokusquerschnitte nicht beliebig nahe beieinander liegen, so dass die Teillaserstrahlen in der Regel an voneinander beabstandeten Fokuszonen auf dem Werkstück fokussiert werden.

Bei der Nutzung von Teillaserstrahlen, die senkrecht aufeinander stehende Polarisationszustände aufweisen, kommt es bei der (teilweisen) Überlagerung nicht zu Interferenzeffekten der Laserstrahlung aus unterschiedlichen Orts- oder Winkelbereichen, sofern der Polarisationszustand der jeweiligen Teillaserstrahlen einheitlich über den gesamten relevanten Strahlquerschnitt bzw. die jeweilige Fokuszone ist. Die Polarisation eines jeweiligen Teillaserstrahls sollte daher ortsabhängig über den Strahlquerschnitt bzw. über die Fokuszone möglichst wenig variieren. In diesem Fall können die Fokuszonen beliebig nahe aneinander liegen, sich teilweise oder ggf. vollständig überlappen und sogar homogene Fokuszonen ausbilden, und zwar sowohl transversal, d.h. senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Teillaserstrahlen, als auch longitudinal, d.h. in Ausbreitungsrichtung der Teillaserstrahlen.

Die Polarisation jedes Teillaserstrahls kann entlang der Trennlinie oder orthogonal zur Trennlinie ausgerichtet sein. Entlang der Trennlinie polarisiert kann bedeuten, dass bei einer linearen Polarisation die Polarisationsachse parallel zur Trennlinie steht. Bei gekrümmten Trennlinien kann dies bedeuten, dass die Polarisationsachse tangential zur Trennlinie steht, wobei der Fokuspunkt auf der Trennlinie liegt. Insbesondere kann dies bei einer geraden Trennlinie bedeuten, dass die Polarisationsachse komplett auf der Trennlinie steht.

Orthogonal zur Trennlinie ausgerichtet kann bedeuten, dass einer linearen Polarisation die Polarisationsachse orthogonal zur Trennlinie steht. Bei gekrümmten Trennlinien kann dies bedeuten, dass die Polarisationsachse orthogonal zur Tangenten der Trennlinie steht wobei der Fokuspunkt auf der Trennlinie liegt und die Tangente im Fokuspunkt gebildet wird.

Beispielsweise kann bei einem Silizium-Wafer bei einer Polarisation senkrecht zu einer Vorschubrichtung, also senkrecht zur Trennlinie ein qualitativ hochwertigeres Schneideergebnis, mit beispielsweise erhöhter Bruchfestigkeit erzielt werden. Mit einer Polarisation parallel zur Vorschubrichtung kann beispielsweise Werkstück mit hoher Effizienz abgetragen werden.

Die Wirkung der Polarisation kann jedoch materialabhängig auch genau umgekehrt oder anders sein, so dass bei einer Polarisation parallel zur Vorschubrichtung ein qualitativ hochwertigeres Schneideergebnis erzielt werden kann, als mit einer Polarisation senkrecht zur Vorschubrichtung. In jedem Fall kann die Schneidequalität über die Polarisation beeinflusst werden.

Durch eine Verzögerungsplatte und/oder ein Verzögerungselement und ein Filterelement können alle Teillaserstrahlen dieselbe Polarisation aufweisen.

Beispielsweise kann eine Verzögerungsplatte eine A/2-Platte sein, mit der eine lineare Polarisation des einfallenden Laserlichts gedreht werden kann. Beispielsweise kann durch eine A/2-Platte eine p-Polarisation in eine s-Polarisation überführt werden. Eine Verzögerungsplatte kann auch eine A/4- Platte sein, mit der eine Zirkularpolarisation in eine lineare Polarisation überführt wird.

Beispielsweise kann der einfallende Laserstrahl eine Zirkularpolarisation aufweisen und nachdem das Laserlicht die A/4-Platte passiert hat, eine p-Polarisation aufweisen.

Ein Filterelement kann beispielsweise ein Polarisator sein, beispielsweise ein Dünnschichtpolarisator, oder ein anderes Polarisatorelement. Das Filterelement kann insbesondere hinter dem Polarisatorelement der Bearbeitungsoptik angebracht werden. Insbesondere kann das Filterelement auch in den Strahlengang geschaltet werden bzw. ausgeschaltet werden. Dadurch kann erreicht werden, dass eine der Polarisation aus dem Strahlengang nach dem Polarisatorelement herausgefiltert wird, sodass nur noch Teillaserstrahlen mit einer Polarisationsrichtung in das Werkstück eingebracht werden.

Der gesamte Trennprozess kann in verschiedene Teiltrennprozesse aufgeteilt werden, wobei jeder Teilprozess entweder mit p- oder s-polarisierten Teillaserstrahlen oder mit Teillaserstrahlen unterschiedlicher Polarisationen durchgeführt wird.

Das Verwenden von Teillaserstrahlen mit unterschiedlicher Polarisation ist insofern vorteilhaft, weil die unterschiedlichen Polarisationsrichtungen relativ zur Trennlinie auf die Abtragtiefe pro Puls, sowie auf die Qualität der Abtragskante auswirkt. Beispielsweise ist eine Polarisation parallel zur Vorschubrichtung dazu geeignet einem besonders effizienten Materialabtrag pro Laserpuls zu ermöglichen. Eine Polarisation senkrecht zur Vorschubrichtung kann hingegen besonders glatte Kanten mit hoher Bruchfestigkeit erzeugen.

Beispielsweise kann einem ersten Schritt eine gewisse Abtragtiefe mit Teillaserstrahlen erreicht werden die parallel zur Vorschubrichtung polarisiert sind. Beispielsweise kann einem zweiten Schritt die Schnittkante mit Teillaserstrahlen nachgearbeitet werden, die senkrecht zur Trennlinie polarisiert sind. Insbesondere ist es auch möglich verschiedene Reihenfolgen festzulegen, nach denen die Trennlinie mit den Teillaserstrahlen verschiedener Polarisation abgefahren wird. Insbesondere ist es auch möglich, dass gleichzeitig Teillaserstrahlen mit unterschiedlicher Polarisation eingebracht werden.

Beispielsweise können die Teillaserstrahlen unterschiedlicher Polarisation nebeneinander platziert werden. Durch die unterschiedlichen Polarisationen treten keine störenden Interferenzeffekte zwischen benachbarten Teillaserstrahlen auf, so dass die Teillaserstrahlen nahe beieinander platziert werden können.

Somit kann eine Effizienz- und Qualitätssteigerung durch die Bearbeitung des Werkstücks mit verschiedenen Polarisation entlang oder senkrecht zur Trennlinie in verschiedenen Bearbeitungssituation im verschiedenen Bearbeitungsstrategien erreicht werden.

Die Polarisation der Teillaserstrahlen kann beispielsweise über einen Polarisator festgelegt werden. Das kann beispielsweise ein Dünnfilmpolarisator sein, der lediglich Teilstrahlen einer Polarisation durchlässt. Ein solcher Polarisator kann beispielsweise in den Strahlengang eingebracht werden, bevor die Teillaserstrahlen auf das Werkstück gelenkt werden. Insbesondere kann die Polarisation der Teilstrahlen auch direkt durch das Polarisatorelement festgelegt werden, wobei die Ausrichtung der optischen Achse zum Einfallsstrahl angepasst werden kann. Somit ist es möglich, die Polarisation der Teilstrahlen zu bestimmen und auszuwählen.

Bei abwechselnder Nutzung von paralleler und senkrechter Polarisation können die Effekte bezüglich der Qualität und der Effizienz simultan genutzt werden. Ebenfalls ist eine Einteilung des Prozesses in zwei bzw. drei oder mehr Prozessschritte möglich. Dabei kann beispielsweise zu Prozessbeginn mittels Teillaserstrahlen mit alternierender Polarisation oder ausschließlich paralleler Polarisation eine hohe Effizienz und eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Prozesses erreicht werden. Zum Abschluss des Prozesses kann beispielsweise mittels einer A/2-Platte oder dem Schalten eines Flüssigkristall, Flüssigkristall-Display, Lithiumniobatkristall oder eine Pockelszelle die Polarisation um 90° rotiert werden, so dass mit senkrecht zur Vorschubrichtung ausgerichteter Polarisation eine qualitative Verbesserung des Werkstücks erzielt wird.

Das Werkstück kann ein Wafer, insbesondere ein Silizium-Wafer sein, aus dem einzelne Chips herausgetrennt werden sollen.

Insbesondere kann in der Chipfertigung dadurch erreicht werden, dass die Wafer nur noch genau positioniert werden müssen, aber nicht mehr ausgerichtet werden müssen. Das bedeutet, dass die Ausrichtung entlang einer Vorschubachse über den Wafer nicht mehr über die gesamte Waferbreite um wenige Mikrometer abweichen darf.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 A, B eine schematische Darstellung des Verfahrens ohne Anpassung der Laserintensität;

Figur 2 A, B, C eine Skizze zur Abstandsbestimmung der Teillaserstrahlen;

Figur 3 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit von Laserintensität zur Anzahl an Teillaserstrahlen

Figur 4 eine schematische Darstellung einer Mikrolinsenarrayoptik. Figur 5 eine schematische Darstellung der Zeitabhängigkeit beim Einbringen der Teillaserstrahlen mit periodischer Auslenkung;

Figur 6 eine schematische Darstellung der Polarisatorelemente;

Figur 7 eine schematische Darstellung der Bearbeitungsoptik und des Strahlengangs;

Figur 8 eine schematische Darstellung des Verfahrens;

Figur 9 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens;

Figur 10 Messkurven zur Bestimmung der Ablationseffizienz;

Figur 11 Messkurven zur Bestimmung der Ablationseffizienz;

Figur 12 Messkurven zur Bestimmung der Ablationseffizienz; und

Figur 13 ein Vergleich des Materialabtrags für verschiedene Parameter.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.

In Figur 1 ist schematisch ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks 1 , beispielsweise zum Trennen eines Wafers aus Silizium, zu zwei verschiedenen Zeiten gezeigt.

In Figur 1 A wird ein Teillaserstrahl 26 in ein Werkstück 1 eingebracht, wobei durch die Laserpulse, die entlang des Teillaserstrahls 26 laufen, das Werkstück 1 in der Fokuszone beispielsweise erhitzt wird, so dass sich das erhitzte Material des Werkstücks 1 aus dem umgebenden Gesamtverbund herauslöst. Dieser Prozess wird Laserablation oder Laserbohren oder Laserschneiden genannt.

Zu Beginn des Prozesses in Figur 1A, zu dem die Oberfläche 12 noch eben ist, also insbesondere unbehandelt ist, trifft der Teillaserstrahl 26 beispielsweise überall senkrecht auf die Oberfläche 12. Der Teillaserstrahl 26 weist einen Strahlquerschnitt auf, beispielsweise einen symmetrischen Strahlquerschnitt beispielsweise durch ein Gauß-förmiges Strahlprofil, so dass die Laserintensität im Fokus des Strahls in lateraler Richtung am größten ist und zum Rand des Strahls hin abfällt. Dementsprechend wird das Werkstück in der Mitte des Strahls stärker erhitzt als an den Rändern des Strahls, sodass das Material, welches durch die Mitte des Strahls erhitzt wird, eher aus dem Werkstück herausgelöst wird, als am Rande des Strahls. Dadurch ist die Abtragtiefe pro Puls ungleichmäßig über den Strahlquerschnitt verteilt, wodurch quasi der Boden des Bohrlochs uneben wird.

Des Weiteren liegt zu Beginn des Bearbeitungsvorgangs ein Großteil der Fokuszone unterhalb der Oberfläche 12 bzw. im Volumen des Werkstücks 1 , sodass pro Laserpuls verhältnismäßig viel Laserenergie vom Material des Werkstücks 1 absorbiert wird, wodurch der Bearbeitungsprozess sehr effektiv wird.

In Figur 1 B ist gezeigt, dass sich diese Unebenheit mit fortschreitender Abtragtiefe verstärkt, weil der Teillaserstrahl 26 mit radial abfallenden Strahlprofil immer mehr Material aus der Mitte des Bohrlochs herauslöst, als am Rande des Strahls. Insbesondere formt sich das Bohrloch entsprechend der Intensitätsverteilung im Strahlprofil, sodass bei fortschreitendem Bearbeitungsprozesses die Fläche, die vom Laserstrahl bearbeitet wird, deutlich anwächst und die Intensität dafür abfällt. Dadurch sinkt insbesondere die Effizienz des Bearbeitungsprozesses des Materialabtrags. Um die Effizienz des Bearbeitungsprozesses zu erhöhen ist es daher notwendig die Intensität des Teillaserstrahls 26 mit steigender Abtragtiefe zu erhöhen.

Figur 2A zeigt eine Skizze zur Verdeutlichung der Abstandsbestimmung der Teillaserstrahlen 26 zueinander. Hierbei wird angenommen, dass die Oberfläche 12 des Werkstücks 1 eine Krümmung aufweist oder uneben ist. Die Abstandsbestimmung ist aber analog für flache Oberflächen 12 durchzuführen. Eine Strahlteileroptik teilt den Laserstrahl 2 in diesem Falle in einen ersten Teillaserstrahl 260 und einen zweiten Teillaserstrahl 262. Der erste Teillaserstrahl 260 verläuft im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Teillaserstrahl 262, wobei die Fokuszone 24 des ersten Teillaserstrahls 260 im Volumen des Werkstücks 1 liegt und die Fokuszone 24 des zweiten Teillaserstrahls 262 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 1 liegt. Für die Abstandsbestimmung der beiden Teillaserstrahlen ist lediglich der direkte Abstand L der Teillaserstrahlen 260, 262 relevant, wobei der Abstand L zwischen den Strahlachsen des ersten und zweiten Teillaserstrahls gemessen wird.

Figur 2B zeigt die Situation der Figur 2A in Draufsicht. Die beiden Teillaserstrahlen 260 und 262 werden beabstandet und nebeneinander entlang der Trennlinie 10 in das Werkstück 1 eingebracht. Aus der Vogelperspektive ist die Wölbung der Oberfläche 12 des Werkstücks 1 nicht zu sehen, so dass sich für die Bestimmung des Abstands L der beiden Teillaserstrahlen 260, 262 die direkte geometrische Verbindung der beiden Strahlachsen der Teillaserstrahlen 260 und 262 eignet.

In Figur 2C ist eine weitere Seitenansicht des Verfahrens gezeigt, insbesondere ist gezeigt, dass eine Vielzahl von Teillaserstrahlen 26 in das Werkstück 1 eingebracht werden können. Die Teillaserstrahlen 26 sind alle in die gleiche Fokusebene fokussiert. Dies bedeutet, dass alle Fokuszonen in einer Ebene liegen. Die Fokusebene ist hier gegeben durch die Oberfläche 12 des Werkstücks 1 .

In Figur 3 sind verschiedene Teilstrahlen gezeigt, sowie deren Intensität in der Fokuszone 24 in Abhängigkeit von der Anzahl der verwendeten Teillaserstrahlen 26. In der obersten Reihe wird der einfallenden Laserstrahl (nicht gezeigt) in drei Teillaserstrahlen 260, 261 , 262 aufgeteilt. Die Intensität in den Fokuszonen 24 dieser drei Teillaserstrahlen ist sehr hoch, was durch die dunkle Schraffierung gezeigt ist. Die drei Teillaserstrahlen können beispielsweise bei einer ersten Überfahrt entlang der Trennlinie 10, beispielsweise in positive x-Richtung, in das Werkstück eingebracht werden.

In der zweiten Reihe wird derselbe einfallenden Laserstrahl (nicht gezeigt) in vier Teillaserstrahlen aufgespaltet. Die vier Teillaserstrahlen weisen eine verringerte Intensität in der Fokuszone auf, was durch eine mittelhelle Schraffierung gezeigt ist. Insbesondere hat sich der einfallende Laserstrahl zur Erzeugung der Teillaserstrahlen nicht verändert, die Intensität wird lediglich durch die Anpassung der Anzahl an Teillaserstrahlen angepasst. Die vier Teillaserstrahlen können beispielsweise bei einer zweiten Überfahrt entlang der Trennlinie 10 in negative x-Richtung verwendet werden.

In der dritten Reihe sind fünf Teillaserstrahlen gezeigt, die alle abermals von demselben einfallenden Laserstrahl erzeugt werden. Die fünf Teillaserstrahlen haben eine deutlich geringere Intensität als die vier Teillaserstrahlen und ebenfalls eine deutlich geringere Intensität als die drei Teillaserstrahlen. Fünf Teillaserstrahlen kann man beispielsweise bei einer dritten Überfahrt entlang der Trennlinie 10 wiederum in positive x-Richtung in das Werkstück einbringen.

Somit ist es möglich lediglich mithilfe der Anpassung der Anzahl an Teillaserstrahlen die Intensität pro Teillaserstrahl anzupassen, ohne dass der einfallende Laserstrahl geändert werden müsste. Damit ist auch die von jedem Laserpuls in das Werkstück 1 eingetragene Intensität unabhängig von der Anzahl der Teillaserstrahlen. Insbesondere ist es auch möglich bei einer ersten Überfahrt entlang der Trennlinie 10 eine hohe Anzahl an Teilstrahlen zu verwenden, und bei einerweiteren Überfahrt entlang der Trennlinie 10 die Anzahl an Teilstrahls reduzieren, sodass die Laserenergie pro Teillaserstrahl erhöht wird. In diesem Sinne würde die erste Überfahrt gemäß dem dritten Schritt durchgeführt und die letzte Überfahrt gemäß dem ersten Schritt.

Insbesondere erstrecken sich die Teillaserstrahlen mit zunehmender Anzahl an Teillaserstrahlen über eine immer größere Distanz D, sodass eine geringere Vorschubbewegung notwendig ist, um die komplette Trennlinie 10 zu überstreichen. Somit ist es auch möglich, die Prozessgeschwindigkeit zu erhöhen, sofern die eingebrachte Laserenergie für einen Materialabtrag ausreichend ist.

Um ein Trennen des Materials des Werkstücks 1 zu erreichen kann eine Anzahl von Überfahrten über die Trennlinie 10 notwendig sein, die im Bereich von 500 bis 2500 Einzelüberfahrten liegt. Dabei kann bei jeder Überfahrt eine Anpassung der Laserleistung pro Teillaserstrahl 26 durchgeführt werden, oder nach dem Überschreiten einer vorgegebenen Abtragtiefe AT im Material des Werkstücks 1 , oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Einzelüberfahrten, beispielsweise findet nach 200 Überfahrten eine Anpassung der Laserleistung pro Teillaserstrahl 26 statt.

Die Figur 4A zeigt eine Mikrolinsenarray-Optik, also eine Strahlteileroptik 62, wie sie zur Strahlteilung eingesetzt wird. Ein Eingangslaserstrahl 2 eines Lasers 21 wird durch eine optionale Teleskopoptik 61 (gestrichelt dargestellt) geführt, um den Durchmesser des Laserstrahls 2 anzupassen und wird anschließend durch die Mikrolinsenarray-Optik geführt, um mehrere Teillaserstrahlen 26 zu erzeugen. Der Eingangslaserstrahl 2 ist hierbei zumindest bezüglich derx- Richtung senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung (z-Richtung) kollimiert.

Der Eingangslaserstrahl 2 durchläuft vier Mikrolinsenarrays MLA1-MLA4. Jedes Mikrolinsenarray MLA1-MLA4 verfügt über in x-Richtung aufgereihte Mikrolinsen 622 mit einer Apertur a. Die Apertur a gemessen entlang der x-Richtung ist für alle Mikrolinsenarrays MLA1-MLA4 gleich. Die Mikrolinsenarrays MLA1-MLA4 bzw. deren Mikrolinsen 622 können alle unterschiedliche Brennweiten f1-f4 aufweisen. Innerhalb eines jeweiligen Mikrolinsenarrays MLA1-MLA4 ist die Brennweite f1-f4 der Mikrolinsen 622 einheitlich.

In der Figur 4A sind die Mikrolinsen 622 alle konvexe Linsen. In einer in Figur 4B gezeigten alternativen Ausgestaltungsform Ausgestaltung sind jedoch die Mikrolinsen 622 des MLA1 konkave Linsen und die Mikrolinsen der MLA2-MLA4 sind konvexe Linsen. Hierdurch wird eine Aufweitung des Laserstrahls 2 ermöglicht, so dass die Spitzenintensität des Laserstrahls 2 zwischen den Mikrolinsenarrays 622 abgeschwächt wird. Dadurch kann eine Zerstörung der folgenden optischen Elemente vermieden werden. Die Anzahl an konvexen Mikrolinsenarrays ist bei einem Aufbau mit vier Mikrolinsen jedoch auf zwei beschränkt.

Durch die Mikrolinsenarrays MLA1-MLA4 wird jeder Punkt einer jeweiligen Mikrolinse in der Ebene des ersten Mikrolinsenarrays MLA1 in einen Winkel abgebildet, also ein Winkelspektrum erzeugt. Dieses Winkelspektrum wird mit einer Fokussieroptik 6 in einer Brennebene, beispielsweise in oder auf ein Werkstück 1 abgebildet. Hierbei entstehen die Teillaserstrahlen 26 durch Interferenz- und Beugungseffekte im Strahlengang.

Die Mikrolinsenarray-Optik 62 verfügt über eine Verstellmechanik 63, mit der zumindest einige der gegenseitigen Abstände der Mikrolinsenarrays MLA1-MLA4 verstellt werden können.

Beispielsweise kann für jedes Mikrolinsenarray MLA1-MLA4 ein eigener, auf einer Führung 631 (etwa einer Zahnstange) motorisch verfahrbarer Schlitten 632 (etwa mit einem in die Zahnstange eingreifenden angetriebenen Zahnrad) vorgesehen sein, wobei die Schlitten über eine elektronische Steuervorrichtung 633 angesteuert werden können. In der Steuervorrichtung 633 sind mehrere Verstellpositionen für die Gesamtheit der Mikrolinsenarrays MLA-MLA4 abgespeichert, wobei eine jeweilige Verstellposition eine anzufahrende Sollposition bezüglich der z-Richtung für die verschiedenen Schlitten 632 umfasst.

Man beachte, dass die Positionen von einigen Mikrolinsenarrays MLA1-MLA4 gekoppelt und/oder ortsfest sein. Beispielsweise können das erste und dritte Mikrolinsenarray MLA1 und MLA3 miteinander verbunden sein. Beispielsweise können auch das zweite und vierte Mikrolinsenarray MLA2 und MLA4 miteinander verbunden sein. Durch einen Versatz der Mikrolinsenarraypaare zueinander kann dann die Anzahl an Teillaserstrahlen in der Brennebene eingestellt werden.

Generell kann die Verstellmechanik 63 mehrere Verstellpositionen anfahren, wobei über die Verstellpositionen die Anzahl der Teillaserstrahlen 26 angepasst werden kann.

Die erzeugten Teillasterstrahlen 26 werden von der Fokussieroptik 64 in oder auf das Werkstück 1 fokussiert. Beispielsweise werden in Figur 4 fünf Teillaserstrahlen 26 erzeugt, die in x-Richtung nebeneinander auf einer Linie, beispielsweise der Trennlinie 10, positioniert sind. Die Mikrolinsenarrays weisen in diesem Fall nur in x-Richtung gereihte Mikrolinsen auf, nicht jedoch in y-Richtung. In y-Richtung ist der Laserstrahl in der Brennebene fokussiert worden, etwa mit einer Zylinderlinse zwischen der Laserquelle und dem im Strahlpfad ersten Mikrolinsenarray. Die verfahrbaren Schlitten 632 der Mikrolinsenarray-Optik können miteinander gekoppelt sein. Beispielsweise kann der fahrbare Schlitten des ersten Mikrolinsenarrays MLA1 mit dem Schlitten des dritten Mikrolinsenarrays MLA3 gekoppelt sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass der Abstand der Mikrolinsenarrays MLA1 und MLA3 immer gleich ist. Es kann aber auch sein, dass der verfahrbare Schlitten des ersten Mikrolinsenarrays MLA1 mit dem Schlitten des zweiten Mikrolinsenarrays MLA2 gekoppelt ist. Es kann auch sein, dass mehr als zwei Schlitten miteinander gekoppelt sind.

Insbesondere können die gekoppelten Mikrolinsenarrays gegenüber den ungekoppelten Mikrolinsenarrays verschoben werden. Beispielsweise können die Mikrolinsenarrays MLA1 und MLA2 gegen die Mikrolinsenarrays MLA3 und MLA4 verschoben werden. Dies bedeutet, dass der Abstand der Mikrolinsenarrays MLA1 und MLA2 bzw. der Mikrolinsenarrays MLA3 und MLA4 immer gleichbleibt, jedoch der Abstand zwischen den Mikrolinsenarrays MLA2 und MLA3 variiert. Durch das Verschieben der Mikrolinsenarraypaare kommt es zu einer Veränderung des Interferenzmusters der verschiedenen Strahlen in der Strahlteileroptik, sodass die Anzahl der Teillaserstrahlen 26, die in das Werkstück eingebracht werden, angepasst werden kann. Die Intensität in den einzelnen Fokuszonen der Teillaserstrahlen 26 verhält sich dabei umgekehrt proportional zur Anzahl der Teillaserstrahlen.

Die Anzahl an Teillaserstrahlen kann schließlich mit einem Scannersystem oder einem Achssystem über das Werkstück geführt werden, sodass die Teillaserstrahlen 26 das Werkstück entlang einer Trennlinie 10 überstreichen und das Werkstück 1 entlang der Trennlinie 10 durch Einbringen der Laserpulse schneiden. Je nach Abtragtiefe und Prozessfortschritt kann dementsprechend die Anzahl an Teillaserstrahlen 26 angepasst werden, um die Effizienz des Abtragsprozesses zu steigern.

In Figur 5A ist ein weiterer zeitlicher Verlauf einer möglichen Bewegung und Auslenkung der Teillaserstrahlen 260, 262, 264 gezeigt. Diese Teillaserstrahlen werden beispielsweise beim Durchgang des Laserstrahls 2 durch eine Strahlteileroptik gemäß Figur 4 erzeugt und mithilfe einer Fokussieroptik auf oder in das Werkstück loder die Oberfläche 12 des Werkstücks 1 fokussiert. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Teillaserstrahlen gleichmäßig zueinander beanstandet, d.h. der Abstand L zwischen zwei benachbarten Teillaserstrahlen 26 ist zu jeder Zeit gleich groß.

Des Weiteren erstreckt sich die x-Achse des Diagramms entlang der Trennlinie 10, wohingegen die y-Achse die Zeitachse darstellt. Der erste Teillaserstrahl 260 wird in das Werkstück 1 fokussiert, sodass die Laserpulse beispielsweise eines Ultrakurzpulslasers in der Fokuszone 24 des ersten Teillaserstrahls 260 einen Materialabtrag herbeiführen. Dies kann beispielsweise durch einen Mechanismus geschehen, der als Laserablation oder Laserbohren oder Laserschneiden bekannt ist. Durch jeden Puls oder jeden Pulszug des gepulsten Lasers wird ein bestimmter Materialabtrag erreicht. Dieser Materialabtrag muss jedoch gleichmäßig entlang der Trennlinie 10 geschehen, um beispielsweise Materialspannungen zu vermeiden.

Die folgende Beschreibung wird explizit für den ersten Teillaserstrahl 260 vorgenommen, sie gilt für die anderen Teillaserstrahlen jedoch analog. Der erste Teillaserstrahl 260 mit von seiner Ursprungsposition X01 zunächst entlang der Trennlinie 10 ausgelenkt, und zwar um den Auslenkungsbetrag 300. Während der Teillaserstrahl 260 ausgelenkt wird, werden vom gepulsten Laser beispielsweise kontinuierlich Pulse abgegeben. Dadurch werden auf der Strecke zwischen dem Ursprungspunkt X01 und dem Punkt, wo der Auslenkungsbetrag 300 erreicht ist, insgesamt drei Laserpulse abgegeben. Danach wird der erste Teillaserstrahle 260 wieder zurück in seine Ursprungsposition X01 bewegt, sodass beim Erreichen der Ursprungsposition X01 insgesamt fünf Laserpulse abgegeben wurden. Anschließend wird der Teillaserstrahl 262 entgegen der Trennlinie 10 bewegt, bis ein Auslenkungsbetrag 302 erreicht ist. Der Auslenkungsbetrag 302 unterscheidet sich in der Figur vom Auslenkungsbetrag 300, sodass die Bewegung insbesondere asymmetrisch ist. Jedoch findet die Auslenkung stets entlang der Trennlinie 10 statt. Bis zu dem Umkehrpunkt wo der Auslenkungsbetrag 302 erreicht ist, wurden insgesamt neun Laserpulse abgegeben.

Anschließend wird der Teillaserstrahl 260 wieder entlang der Trennlinie 10 in die Ursprungsposition X01 gebracht, wobei weitere vier Laserpulse in das Werkstück eingebracht werden.

Die Bewegung im ersten Teil der Bewegung, bei dem die Laserpulse rechts vom Ursprungsort eingebracht wurden, wurde mit einer ersten Geschwindigkeit vorgenommen. Die Bewegung im zweiten Teil der Bewegung, bei dem die Laserpulse links vom Ursprungsort eingebracht wurden, wurde mit einer zweiten Geschwindigkeit vorgenommen. Insbesondere können diese Bewegungen auch mit einem Geschwindigkeitsprofil angefahren werden, beispielsweise können Sägezahn förmige Kurven, oder Sinus-förmige Kurven, oder Kosinus-förmige Kurven, oder Dreieckskurven verwendet werden. Die Pulsrate des gepulsten Lasers kann hierbei angepasst werden, sodass von jedem Teillaserstrahl 26 auf der Trennlinie 10 die Pulse gleichmäßig in das Werkstück 1 eingebracht werden, wodurch ein gleichmäßiger Materialabtrag stattfindet. Insbesondere kann die Bewegungsgeschwindigkeit hierbei auch an den Auslenkungsbetrag angepasst werden, sodass pro Auslenkungsbetrag stets gleich viele Laserpulse in das Werkstück 1 eingebracht werden. Der Teillaserstrahl 260 wird zusammen mit dem zweiten Teillaserstrahl 262 und im dritten Teillaserstrahl 264 in das Werkstück 1 eingebracht. Zur Startzeit TO befinden sich alle Teillaserstrahlen in ihren Ursprungspunkten X01 , X02 und X03. Danach werden alle Teillaserstrahlen und den Auslenkungsbetrag 300 entlang der Trennlinie 10 verschoben, anschließend in die Ursprungsposition zurückgeführt, anschließend entgegen der Trennlinie 10 um den Auslenkungsbetrag 302 verschoben und schließlich wieder in die Ursprungspositionen zurückgeführt. Der Abstand L der Teillaserstrahlen ist hierbei stets gleich. Die Auslenkungsbeträge 300, 302 entlang und entgegen der Trennlinie können hierbei so gewählt werden, dass deren Summe genau dem Abstand der Teillaserstrahlen entspricht. Dadurch ist sichergestellt das benachbarte Teillaserstrahlen denselben Punkt auf der Trennlinie 10 überstreichen. Beispielsweise übersteigt der zweite Teillaserstrahl 262 bei seiner maximalen Auslenkung um den Auslenkungsbetrag 302 entgegen der Trennlinie 10 denselben Punkt auf der Trennlinie 10, der erste Teillaserstrahl 260 bei seinem maximalen Auslenkungsbetrag 300 entlang der Trennlinie 10. Dasselbe gilt analog für die beiden Teillaserstrahlen 262 und 264. Da benachbarte Teillaserstrahlen denselben Punkt der Trennlinie 10 überstreichen ist somit ein gleichmäßiger Materialabtrag sichergestellt. Insbesondere wird hierdurch ein lückenloser Materialabtrag sichergestellt, sodass entlang der Trennlinie 10 kein Werkstück mit der Ursprungsdicke des Werkstücks 1 verbleibt.

In Figur 5B sind die eingebrachten Laserpulse der verschiedenen Teillaserstrahlen 260, 262, 264 aus der Vogelperspektive auf dem Werkstück 1 gezeigt. Es ist deutlich zu sehen, dass entlang der Trennlinie 10 kein Punkt nicht von den Teillaserstrahlen überstrichen wurde, sodass ein gleichmäßiger Materialabtrag gewährleistet ist.

Benachbarte Teillaserstrahlen 260, 262, 264 können nicht in beliebig kleinem Abstand zueinander in das Werkstück 1 eingebracht werden, sofern die benachbarten Teillaserstrahlen dieselbe Polarisation aufweisen. Dies liegt an auftretenden Interferenzeffekten, durch die sich die benachbarten Teillaserstrahlen teilweise gegenseitig aufheben (destruktive Interferenz) bzw. verstärken (konstruktive Interferenz). Weisen hingegen benachbarte Teillaserstrahlen unterschiedliche, insbesondere orthogonale Polarisation zueinander auf, dann können die Teillaserstrahlen nicht miteinander interferieren. Aus diesem Grund kann der Laserstrahl 2 verschiedene Polarisationskomponenten aufgespaltet werden und aus diesen Polarisationskomponenten können wiederum die Teillaserstrahlen geformt werden, die in das Werkstück 1 eingebracht werden. In den Figuren 6 A, B sind doppelbrechenden Polarisartorelemente 4 gezeigt, mit denen es möglich ist, einen Laserstrahl 2 in verschiedene Polarisationskomponenten zu zerlegen. Die Figuren 6 A, B zeigen schematisch jeweils ein doppelbrechendes Polarisatorelement 4 in Form eines doppelbrechenden Kristalls. Als Kristall- Werkstück für das Polarisatorelement 4 können unterschiedliche doppelbrechende Materialien verwendet werden, z.B. alpha-BBQ (alpha- Bariumborat), YVO4 (Yttrium-Vanadat), kristalliner Quarz, etc.

Das doppelbrechenden Polarisatorelement 4 von Fig. 6A ist keilförmig ausgebildet, d.h. eine plane Strahleintrittsfläche 40 zum Eintritt eines Eingangslaserstrahls 2 und eine plane Strahlaustrittsfläche 42 des Polarisatorelements 4 sind unter einem (Keil-)Winkel zueinander ausgerichtet. Die bzw. eine optische Achse 44 des Kristall-Werkstücks ist parallel zur Strahleintrittsfläche 40 ausgerichtet. Das keilförmige doppelbrechende Polarisatorelement ist hierbei die bevorzugte Ausführungsform.

Der in das doppelbrechende Polarisatorelement 4 senkrecht zur Strahleintrittsfläche 40 eintretende unpolarisierte oder zirkular polarisierte Eingangslaserstrahl 2 wird an der unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche 40 geneigten Strahlaustrittsfläche 42 in zwei Teillaserstrahlen 26 aufgeteilt, die senkrecht zueinander (s- bzw. p-polarisiert) sind. In Fig. 5A ist wie allgemein üblich der s- polarisierte Teillaserstrahl 26 durch einen Punkt gekennzeichnet, während der zweite, p- polarisierte Teillaserstrahl 26 durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet ist. Der erste, p-polarisierte Teillaserstrahl 26 wird beim Austritt aus dem doppelbrechenden Polarisatorelement 4 weniger stark gebrochen als der zweite, s-polarisierte Teillaserstrahl 26, so dass ein Winkelversatz a zwischen dem ersten und dem zweiten Teillaserstrahl 26 auftritt. Der erste und zweite Teillaserstrahl 26 treten hierbei an derselben Stelle an der Strahlaustrittsfläche 42 aus dem doppelbrechenden Polarisatorelement 4 aus, d.h. es wird zwar der Winkelversatz a, aber kein Ortsversatz zwischen den beiden Teillaserstrahlen 26 erzeugt.

Bei dem in Fig. 6 B gezeigten Polarisatorelement 4 sind die Strahleintrittsfläche 40 und die Strahlaustrittsfläche 42 parallel zueinander ausgerichtet und die optische Achse 44 des Kristall- Werkstücks ist unter einem Winkel von 45° zur Strahleintrittsfläche 40 ausgerichtet. Der senkrecht zur Strahleintrittsfläche 40 auftreffende Eingangsstrahl 2 wird in diesem Fall an der Strahleintrittsfläche 2a in einen ersten, ordentlichen Teillaserstrahl 260 und einen zweiten, außerordentlichen Teillaserstrahl 26AO aufgeteilt. Die beiden Teillaserstrahlen 26 treten an der Strahlaustrittsfläche 42 parallel, d.h. ohne einen Winkelversatz, aber mit einem Ortsversatz Ax aus.

Die beiden in Figuren 6 A, B dargestellten doppelbrechenden Polarisatorelemente 4 unterscheiden sich somit grundlegend dadurch, dass das in Fig. 5A gezeigte Polarisatorelement 4 einen Winkelversatz a (ohne Ortsversatz) und dass das in Fig. 5B gezeigte Polarisatorelement 4 einen Ortsversatz Ax (ohne Winkelversatz) erzeugt. Beide Polarisatorelemente 4 können eine Komponente einer Bearbeitungsoptik 6 bilden, die beispielsweise wie in Figur 7 dargestellt ausgebildet sein kann. Es versteht sich, dass die Bearbeitungsoptik 6 auch Polarisatorelemente aufweisen kann, die sowohl einen Ortsversatz Ax als auch einen Winkelversatz a erzeugen, wie dies bei herkömmlichen Prismen-Polarisatoren der Fall ist, die in der Regel zwei doppelbrechende optische Elemente aufweisen.

Figur 7 zeigen jeweils eine Bearbeitungsoptik 6, umfassend ein doppelbrechendes Polarisatorelement 4, zur Zerlegung des Laserstrahls 2 in senkrecht zueinander polarisierte Teillaserstrahlen, eine Strahlteileroptik 62 gemäß Figur 4, die zur Erzeugung einer Mehrzahl von Paaren von Teillaserstrahlen 26 unterschiedlicher Polarisation, sowie eine Fokussieroptik, die dazu ausgebildet ist die Teillaserstrahlen 26 in Fokuszonen 24 zu fokussieren, die entlang einer Trennlinie 10 in der Fokusebene verlaufen. Zudem sind vor der Bearbeitungsoptik 6 eine optionale A/2-Platte 70 und ein schaltbares Polarisationsfilterelement 72 angebracht.

Die in Figur 7 dargestellte Bearbeitungsoptik 6 weist eine Fokussieroptik 64 auf, die zur Fokussierung der beiden Teillaserstrahlen 26 auf eine Fokusebene dient, die in Figuren 6 an der Oberfläche 12 eines zu bearbeitenden Werkstück 1 liegt. Anders als in Figur 6 dargestellt ist, kann die Fokusebene über der Oberfläche 12 oder im Werkstück 1 liegen. Der Eingangslaserstrahl 2, beispielsweise eines gepulsten Lasers oder Ultrakurzpulslaser, trifft auf das doppelbrechende Polarisatorelement 4, wo zwei Teillaserstrahlen 26 erzeugt werden.

Bei der in Figur 7 gezeigten Bearbeitungsoptik 6 ist die Strahlteileroptik 62 im Strahlengang nach dem Polarisatorelement 4 angeordnet. Die Strahlteileroptik 62 kann alternativ jedoch auch vor dem Polarisatorelement 4 angeordnet sein.

Die in Figur 7 dargestellte Bearbeitungsoptik 6 kann mindestens teilweise relativ zum Werkstück 1 bewegt werden, so dass eine Bewegung der Teillaserstrahlen 26 entlang der Trennlinie 10 ermöglicht wird. Insbesondere kann mit der Strahlteileroptik auch die Anzahl an Teillaserstrahlen variiert werden, so dass bei mehrfachen Überfahrten der Trennlinie 10 eine Leistungsanpassung der Teillaserstrahlen möglich ist.

Bei der in Figur 7 dargestellten Bearbeitungsoptik 6 ist das doppelbrechende Polarisatorelement 4 in einer zur Fokusebene optisch konjugierten Ebene angeordnet. Die optisch konjugierte Ebene ist mit der Fokusebene durch eine Winkel-zu-Orts-Transformation (Fourier-Transformation) verknüpft, die von der Fokussieroptik 7 erzeugt wird. Winkel in der optisch konjugierten Ebene entsprechen Orten in der Fokusebene und umgekehrt. Die beiden mit dem Winkelversatz a aus dem Polarisatorelement 4 austretenden Teillaserstrahlen 26 werden daher mit einem Ortsversatz Ax der beiden Zentren der Fokuszone 24 in der Fokusebene fokussiert. Der Ortsversatz ist dabei kleiner als der Durchmesser der Fokuszonen 24, so dass die beiden Fokuszonen 24 einander überlappen. Aufgrund des nicht vorhandenen Ortsversatzes der beiden aus dem Polarisatorelement 4 austretenden Teillaserstrahlen 26 sind die beiden Teillaserstrahlen 26 nach dem Durchlaufen der Fokussieroptik 74 parallel und senkrecht zur Fokusebene 8 ausgerichtet.

Die Fokuszonen 24 eines Paares von benachbarten Teillaserstrahlen unterschiedlicher Polarisation werden von jeweils senkrecht zueinander polarisierten Teillaserstrahlen 26 gebildet, die sich teilweise überlappen. Zusätzlich überlappen sich auch die Fokuszonen 24 von jeweils zwei senkrecht zueinander polarisierten Teillaserstrahlen 26 von jeweils zwei unmittelbar benachbarten Paaren. Bei allen in Figur 7 dargestellten Fokuszonen 24 überlappen sich nur senkrecht zueinander polarisierte Teillaserstrahlen 26, so dass keine Interferenzeffekte zwischen den Teillaserstrahlen 26 gleicher Polarisation auftreten. Die auf diese Weise in der Fokusebene erzeugte, im Wesentlichen linienförmige Intensitätsverteilung, erstreckt sich entlang der Trennlinie 10.

Sollte in der Anordnung von Teillaserstrahlen in dem Werkstück nur eine Polarisationsrichtung gewünscht sein, kann dies beispielsweise durch eine Variation der A/2-Platte 70 und des Polarisationsfilters 72 erreicht werden. Beispielsweise kann die A/2-Platte 70 dafür verwendet werden, eine Polarisationsrichtung des einfallenden Laserstrahls 2 auf das Polarisatorelement 4 festzulegen. Beispielsweise kann so auf das Polarisatorelemente 4 ein p- oder ein s-polarisierter Strahl treffen, sodass keine Aufspaltung in mehrere Polarisationen hinter dem Polarisatorelemente 4 erfolgt. Es kann aber auch sein das der einfallende Laserstrahl durch die A/2-Platte 70 so gedreht wird, dass beide Polarisationskomponenten nach dem Polarisatorelement 4 gleich stark sind.

Um eventuelle ungewünschte Polarisationsrichtungen hinter der Bearbeitungsoptik 6 herauszufiltern, kann hinter der Bearbeitungsoptik 6 ein Polarisator 72 eingebracht werden. Der Polarisator kann beispielsweise schaltbar sein. Beispielsweise kann das bedeuten, dass der Polarisation eine erste Polarisationsrichtung aus der Anordnung an Teillaserstrahlen 26 herausfiltert eine zweite Polarisation jedoch hindurch lässt. Es kann aber auch genau umgekehrt sein. Es kann insbesondere sein, dass der Polarisator 72 aus dem Strahlengang entfernt werden kann, sodass beide Polarisationskomponenten ungehindert zu Werkstück geleitet werden können. Es kann aber auch sein, dass schaltbar bedeutet, dass der Polarisator lediglich keinen Einfluss auf die

Teilstrahlen 26 hat.

Analog zur Figur 7 kann das alternierend polarisierte Intensitätsprofil auch mit einem doppelbrechenden Polarisationselement 4 nach Figur 6B erzeugt werden, bei dem die Teillaserstrahlen das doppelbrechenden Polarisationselement 4 mit einem Ortsversatz verlassen. Da in der konjugierten Ebene jedoch ein Winkelversatz notwendig ist, um die Teillaserstrahlen 26 parallel zueinander auf das Werkstück 1 zu fokussieren, ist mindestens eine weitere Linsenanordnung nötig, um die ein Strahlwinkel der Teillaserstrahlen 26 auf das Werkstück 1 zu korrigieren (nicht gezeigt).

In Figur 8 ist schematisch das Verfahren vorgestellt, wobei benachbarte Teillaserstrahlen unterschiedliche, insbesondere orthogonale Polarisationsrichtungen aufweisen. Der Laserstrahl 2 des gepulsten Lasers wird mithilfe einer Bearbeitungsoptik, wie beispielsweise in Figur 6 gezeigt, in eine Vielzahl von Teillaserstrahlen 26 aufgespaltet, wobei die benachbarten Teillaserstrahlen eine orthogonale Polarisation zueinander aufweisen und wobei der Abstand der benachbarten Teillaserstrahlen beispielsweise kleiner sein kann als der Durchmesser der Fokuszonen 24. Dies bedingt, dass benachbarte Fokuszonen 24 für Teillaserstrahlen 26 mit unterschiedlicher Polarisation überlappen. Wegen der unterschiedlichen Polarisation kommt es jedoch nicht zu störenden Interferenzeffekten. Es kann aber auch sein das die verschiedenen Teillaserstrahlen 26 einen deutlich größeren Abstand als den Durchmesser der Fokuszonen 24 aufweisen. Prinzipiell ist es möglich, über das Polarisatorelement den Abstand L der Teillaserstrahlen unterschiedlicher Polarisation einzustellen. Mithilfe der Strahlteileroptik 62 ist es hingegen möglich die Anzahl an Teillaserstrahlen sowie den Abstand der Teillaserstrahlen 26 gleicher Polarisation einzustellen.

Das Verwenden von Teillaserstrahlen 26 mit unterschiedlicher Polarisation ist insofern vorteilhaft, weil sich die unterschiedliche Polarisationsrichtung relativ zur Trennlinie 10 auf die Abtragtiefe pro Puls sowie auf die Qualität der Abtragskante auswirkt. Beispielsweise ist eine Polarisation parallel zur Vorschubrichtung dazu geeignet besonders glatte Kanten entlang der Trennlinie zu erzeugen. Eine Polarisation senkrecht zur Vorschubrichtung kann hingegen einen besonders effizienten Materialabtrag pro Laserpuls zu ermöglichen. Durch das Auffüllen der Positionen zwischen zwei gleich polarisierten Teillaserstrahlen mit Teillaserstrahlen anderer Polarisation, können so Effizienz- und Qualitätssteigerungen der unterschiedlichen Polarisationen durch unterschiedliche Bearbeitungsstrategien erreicht werden. In Figur 9 sind verschiedene Bearbeitungsstrategien und Variationen des Verfahrens gezeigt. In Figur 9A werden in einem ersten Schritt eine Vielzahl von Teillaserstrahlen 26 in das Werkstück 1 entlang der Trennlinie 10 eingebracht. Die benachbarten Teillaserstrahlen 26 weisen unterschiedliche Polarisationen auf. Insbesondere werden die benachbarten Teillaserstrahlen 26 in einem geringen Abstand zueinander in das Werkstück 1 eingebracht. Die Teillaserstrahlen 26 werden entlang der Trennlinie 10 ausgelenkt bzw. periodisch ausgelenkt, so das benachbarte Teillaserstrahlen 26 denselben Ort auf der Trennlinie 10 überstreichen. Es kann aber auch sein das die Auslenkung kleiner ist als der Abstand benachbarter Teillaserstrahlen.

In dem der Abstand beispielsweise so klein ist, ist die Intensitätsverteilung der Teillaserstrahlen entlang der Trennlinie 10 sehr homogen, so dass ein homogener Materialabtrag entlang der Trennlinie 10 möglich ist. In einem zweiten Schritt können dann beispielsweise die Polarisationskomponenten parallel zur Trennlinie 10 ausgeschaltet werden, beispielsweise in dem eins der optischen Elemente in der Bearbeitungsoptik 6 variiert wird oder gefiltert wird, sodass lediglich Teillaserstrahlen 26 mit einer Polarisation parallel zur Trennlinie 10 in das Werkstück 1 eingebracht werden. Indem im zweiten Schritt nur Teillaserstrahlen mit einer Polarisation parallel zur Trennlinie 10 in das Werkstück 1 eingebracht werden, kann so die Abtragtiefe effizient vergrößert werden.

In Figur 9B wird eine Variation des Verfahrens gezeigt, in dem in einem ersten Schritt lediglich Teillaserstrahl 26 mit einer Polarisation orthogonal zur Ausrichtung der Trennlinie verwendet werden. In dem ersten Schritt wird durch die orthogonale Ausrichtung eine hohe Bruchfestigkeit an der Schnittkante erzeugt. In einem zweiten Schritt werden anschließend nur Teillaserstrahlen mit einer Polarisation parallel zur Trennlinie 10 verwendet, sodass mit hoher Effizient das Werkstück getrennt werden kann.

In Figur 9C ist eine weitere Variation des Verfahrens gezeigt, wobei in einem ersten Schritt analog zu Figur 9A Teillaserstrahlen in das Werkstück 1 eingebracht werden, wobei benachbarte Teillaserstrahlen orthogonal zueinander polarisiert sind. In einem zweiten Schritt kann dann mittels Teillaserstrahlen die parallel zur Trennlinie 10 polarisiert sind eine hohe Bruchfestigkeit der Trennkante erzeugt werden, wobei in einem dritten Schritt lediglich Teillaserstrahl verwendet werden, die senkrecht zur Trennlinie 10 polarisiert sind, um die Abtragtiefe schnell und effizient zu vergrößern. Insgesamt ist durch die verschiedenen Verfahren der Figur 9 A, B, C eine hohe Qualität der Schnittkante sichergestellt. In Figur 10 ist die Ablationseffizienz des Verfahrens für verschiedene Pulslängen und verschiedene Fluenzen gezeigt. Bei allen gezeigten Pulslängen ist sichtbar, dass die Ablationseffizienz in Kubikmillimeter pro Kilojoule mit steigender Fluenz in Joule pro Quadratzentimeter ansteigt. Das bedeutet das mehr Material pro Kilojoule aus dem gesamten Werkstückverbund herausgelöst wird, je größer die Intensität des Teillaserstrahls ist. Dieser Wert stagniert jedoch ab einer Fluenz von ungefähr 1 ,5 J/cm ² , sodass es nicht sinnvoll ist die Fluenz oder Intensität der Teillaserstrahlen weiter zu erhöhen. Um die Ablationseffizienz jedoch weiter zu erhöhen, kann es daher sinnvoll sein die zur Verfügung stehende Energie des Eingangslaserstrahls auf mehr Teilstrahlen aufzuspalten. Dann multipliziert sich die Ablationseffizienz mit der Anzahl an Teillaserstrahlen.

Insbesondere ist in Figur 10 gezeigt, dass kurze Pulsdauern eine deutlich höhere Ablationseffizienz aufweisen, weshalb vorzugsweise Pulsdauern von weniger als 1 ,2 ps Verwendung finden.

In Figur 11 werden die Daten der Figur 10 auf andere Art und Weise dargestellt. Hier ist die maximale Ablationseffizienz gegen die Pulslänge aufgetragen. Es ist abermals zu sehen das für geringer Pulslänge kleiner als 1 ,2 ps die maximale Ablationseffizienz sehr groß ist nämlich im Bereich von 2,5-3 mm ³ /kJ, während die Ablationseffizienz für länger werdende Pulslängen abfällt.

In Figur 12 wird die maximale Ablationseffizienz in Abhängigkeit der Repetitionsrate des gepulsten Lasers gezeigt. Hierfür wurde die Anzahl an Teillaserstrahlen und die Repetitionsrate gleichermaßen variiert. Beispielsweise erhält man eine geringe Ablationseffizienz mit einer Repetitionsrate von 1000 kHz, wenn nur ein Teillaserstrahl verwendet wird. Die Effizienz des Verfahrens steigt an, wenn zwei Teillaserstrahlen mit nur 500 kHz verwendet werden. Eine weitere Effizienzsteigerung ist möglich bei Verwendung von drei Teillaserstrahlen mit je nur 330 kHz. Die Effizienz wird abermals gesteigert, wenn vier Teillaserstrahlen mit einer Repetitionsrate von 250 kHz in das Werkstück eingebracht werden. Die Effizienz wird abermals gesteigert, wenn acht Teillaserstrahlen mit einer Repetitionsrate von 125 kHz in das Werkstück eingebracht werden. Insbesondere ist das Verfahren bei kurzen Pulslängen von weniger als 1 ps mit acht Teillaserstrahlen viermal so effizient wie mit nur einem Teillaserstrahl, obwohl dieselbe Gesamtenergie in dem Werkstück deponiert wurde.

In Figur 13 sind mehrere Proben gezeigt, die mit verschiedenen Pulslängen und verschiedene Vorschubgeschwindigkeiten bearbeitet wurden. Es ist deutlich zu sehen, dass für kürzere Pulslängen ein deutlich stärkerer Materialabtrag stattfindet. Es ist ebenfalls zu sehen, dass bei geringen Vorschubgeschwindigkeiten die Teillaserstrahlen bzw. eine zusammenhängende Abtraggeometrie erzeugen, während bei schnellen Vorschubgeschwindigkeiten nur einzelne „Bohrlöcher“ zu sehen sind.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

1 Werkstück

10 Trennlinie

12 Oberfläche

2 Laserstrahl

20 Laserpuls

21 Laser

24 Fokuszone

26 Teillaserstrahl

260 erster Teillaserstrahl

262 zweiter Teillaserstrahl

264 dritter Teillaserstrahl

280 erste Polarisation

282 zweite Polarisation

3 Verschiebung

30 Auslenkung

300 Auslenkung entlang der Trennlinie

302 Auslenkung entgegen der Trennlinie

4 doppelbrechendes Polarisatorelement

40 Strahleintrittsfläche

42 Strahlaustrittsfläche

44 optische Achse

6 Bearbeitungsoptik

61 Teleskop

62 Strahlteileroptik

622 Mikrolinse

63 Verstellmechanik

64 Fokussieroptik

70 Verzögerungsplatte

72 schaltbarer Polarisationsfilter

L Abstand

MLA Mikrolinsenarray

D Spannweite zwischen den Teillaserstrahlen