DieErfindung betrifft ein Verfahren zur präzisen Oberflächenbearbeitungvon transparenten Materialien mittels Laserstrahlung für beliebigeFormbildungen, beispielsweise zur Herstellung optischer Funktionsflächen.TheThe invention relates to a method for precise surface processingof transparent materials by means of laser radiation for anyForming, for example, for the production of optical functional surfaces.
Esist allgemein bekannt, dass die hochgenaue Bearbeitung von Oberflächen traditionelldurch abrasive Verfahren, wie Drehen, Schleifen, Polieren usw.,erfolgt. Besonders hohe Anforderungen an die Genauigkeit von Verfahrenwerden fürdie Optiktechnologie gestellt. Üblicherweisewird in der Optiktechnologie zur Erzielung der erforderlichen Genauigkeit beigleichzeitig geringer Rauhigkeit mit großflächigen Werkzeugen gearbeitet.Infolge der Verwendung großflächiger Werkzeugesind nur bestimmte Formausbildungen mit der erforderlichen Genauigkeitherstellbar, so beispielsweise sphärische Oberflächen. EinigeOberflächenformensind mit diesen traditionellen Verfahren nicht herstellbar.ItIt is well known that the high precision machining of surfaces is traditionalby abrasive processes, such as turning, grinding, polishing, etc.,he follows. Particularly high demands on the accuracy of proceduresbe forput the optics technology. Usuallyis used in optics technology to achieve the required accuracysimultaneously low roughness worked with large-scale tools.Due to the use of large-scale toolsare only certain formations with the required accuracyproducible, such as spherical surfaces. Somesurface shapescan not be produced with these traditional methods.
Für gesteigerteAnforderungen an die Oberflächen,beispielsweise fürPräzisionsoptikenoder Asphären,werden Nachbearbeitungs- oder Korrekturverfahren angewendet. Kennzeichnendfür diese Korrekturverfahrenist neben dem beträchtlichenAufwand die lokal unterschiedliche Einwirkung des Werkzeugs aufdie Werkstückoberfläche durchdie Steuerung entsprechend klein dimensionierter Werkzeuge. DieseWerkzeuge beruhen auf bekannten Polierwerkzeugen oder nutzen auchnichtmechanische Wirkprinzipen (z. B. Ionenstrahl-Ätzen). Verfeinerungenund Abwandlungen des mechanischen Politurverfahrens sind in unterschiedlichenAusführungsformenbekannt. Ebenso sind unterschiedliche Ausbildungen von lokal wirkendenPolierwerkzeugen bekannt.For heightenedRequirements for the surfaces,for exampleprecision opticsor aspheres,Post-processing or correction procedures are used. characteristicfor these correction proceduresis beside the considerable oneExpense the locally different action of the toolthrough the workpiece surfacethe control according to small-sized tools. TheseTools are based on known polishing tools or use toonon-mechanical working principles (eg ion beam etching). refinementsand modifications of the mechanical polishing process are in differentembodimentsknown. Likewise, different forms of locally actingPolishing tools known.
Darüber hinaussind strahlgestützteVerfahren zur Oberflächenformgebungoder -korrektur mit lokal wirkenden Plasmen oder mittels Ionenstrahls bekannt.Beispielsweise wird im Patent
DieAnwendung lokal wirkender Korrekturverfahren ist häufig mitder Verwendung eines kleinen Werkzeugs mit nur einer bestimmtenForm verbunden. Hierdurch könnenzwei Probleme verursacht werden. Einerseits treten Fehlerstrukturenauf der bearbeiteten Oberflächeauf, deren Ausdehnung und Periode im Zusammenhang mit den Werkzeugabmessungenstehen. Andererseits könnenOberflächenformenoder -fehler mit bestimmter Ortswellenlänge nicht durch Verfahren mitderartigen Werkzeugabmessungen vermindert werden. Auch bei mehrfachenKorrekturschritten ist diese Reduzierung nicht möglich.TheApplication of locally acting correction method is often withthe use of a small tool with only one particularForm connected. This allowstwo problems are caused. On the one hand, fault structures occuron the machined surfaceon, their extent and period associated with the tool dimensionsstand. On the other handsurface shapesor error with certain spatial wavelength not by methods withsuch tool dimensions are reduced. Even with multipleCorrection steps, this reduction is not possible.
Derlaserinduzierte Materialabtrag durch Bestrahlung einer Festkörperoberfläche istbekannt und kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. DerAbtrag kann dabei auf physikalische und/oder chemische Prozessezurückzuführen sein.Die Laserablation wird oftmals durch einen physikalisch wirkendenAbtrag bestimmt, bei dem das Material durch die Einstrahlung gepulsterLaserstrahlung explosionsartig entfernt wird. Prinzipiell wird derMaterialabtrag durch die Einwirkung der Laserstrahlung lokal begrenzt.Of thelaser-induced material removal by irradiation of a solid surface isknown and can be realized in different ways. Of theAblation can be due to physical and / or chemical processesbe due.The laser ablation is often by a physically actingAbtrag determined at which the material is pulsed by the irradiationLaser radiation is removed explosively. In principle, theMaterial removal locally limited by the action of the laser radiation.
Esist bekannt, dass Polymere (z. B. Polyimid) mit gepulstem ultraviolettenLicht, beispielsweise von Excimerlasern, abgetragen werden können. Üblicherweisemuss eine Schwellenergiedichte aufgebracht und überschritten werden, um einenmerklichen Materialabtrag, der in diesem Zusammenhang als Ablationbezeichnet wird, zu erreichen, wie R. Srinivasan in J.C. Miller(Ed.), Laser Ablation, Springer Series in Mat. Science 28, 107–133 (1994)dargestellt. Der Materialabtrag durch Ablationsprozesse ist auchfür anorganischeMaterialien bekannt. Oftmals sind Schwellenenergiedichten von weit über 1 J/cm2 zum Materialabtrag notwendig, so dass alsFolge Schmelzerscheinungen sowie ein ungleichmäßiger Abtrag auftreten.It is known that polymers (e.g., polyimide) can be ablated with pulsed ultraviolet light, such as excimer lasers. Typically, a threshold energy density must be applied and exceeded to achieve significant ablation, referred to herein as ablation, such as R. Srinivasan in JC Miller (Ed.), Laser Ablation, Springer Series in Mat. Science 28, 107 -133 (1994). The removal of material by ablation processes is also known for inorganic materials. Often threshold energy densities of well over 1 J / cm2 are necessary for material removal, so that as a result melt phenomena and uneven erosion occur.
Tragen überwiegendchemische Reaktionen unter Stoffwandlung zum Abtrag bei, sprichtman vom Laserätzen.Oftmals werden dabei bekannte chemische Reaktionen durch die Wirkungender Laserbestrahlung aktiviert, wie dies beispielsweise in D. Bäuerle, Laserprocessing and chemistry, 2nd Ed. SpringerBerlin 1996 dargestellt ist. Vielfältige Untersuchungen sind bekannt,in denen durch IR- oder UV-Laser lokal chemische Reaktionen auchmit transparenten Materialien zu deren Abtrag genutzt werden. Sowird beispielsweise in B.S. Agrawella et al.: Laser ablative chemicaletching of SiO2, JVST B 5, 1987, S. 601das Ätzenvon Siliziumdioxid mit CO2-Laser beschrieben.If predominantly chemical reactions under material conversion contribute to the ablation, this is called laser etching. Frequently, known chemical reactions are activated by the effects of laser irradiation, as described, for example, in D. Bäuerle, Laser Processing and Chemistry, 2nd Ed. Springer Berlin 1996 is shown. Various studies are known in which IR or UV laser locally chemical reactions are also used with transparent materials for their removal. For example, in BS Agrawella et al .: Laser ablative chemical etching of SiO2 , JVST B 5, 1987, p 601 describes the etching of silicon dioxide with CO2 laser.
AuchsekundäreProzesse, so beispielsweise der Kollaps von Gasblasen, die bei derBestrahlung von Flüssigkeitenentstehen, könneneinen Materialabtrag bewirken. Entsprechend dem in
Abschließend seibemerkt, dass insbesondere im Mikrobereich präzise Oberflächen durch die Verbindung vonphotolithographischen Methoden und Strukturübertragungsverfahren hergestelltwerden können.Dabei sind eine Reihe aufwendiger Verfahrensschritte zu durchlaufen,die genau abgestimmt werden müssen.In conclusion, benotes that, especially in the micro range, precise surfaces are created by the connection ofphotolithographic methods and structure transfer methodscan be.There are a number of complex process steps to go through,which need to be tuned exactly.
Obwohldurch die Anwendung von Strahltechniken eine lokale Bearbeitungmöglichist, weisen die bekannten Verfahren Nachteile auf, die die erreichbareGenauigkeit, die Geschwindigkeit, die Steuerbarkeit sowie den Aufwandder Bearbeitung betreffen.Even thoughthrough the use of beam techniques a local processingpossibleis, the known methods have disadvantages that reach the achievableAccuracy, speed, controllability and effortthe processing concern.
Nachteiligbei vielen Bearbeitungsverfahren, insbesondere mechanisch-abrasivenVerfahren, ist die Schädigungder Oberflächein unterschiedlicher Tiefe und Art. Auch Ionen- oder Plasmastrahltechnikenverursachen neben der direkten Schädigung der Oberfläche durchbeschleunigte Ionen oftmals lokal hohe Oberflächentemperaturen.adverselyin many processing methods, in particular mechanically abrasiveProcedure, is the injurythe surfacein different depths and types. Also ion or plasma jet techniquescause besides the direct damage to the surface throughAccelerated ions often locally high surface temperatures.
Einbesonderer Nachteil des gegenwärtigen Standesder Technik sind die mangelhaften oder fehlenden Möglichkeitender Einflussnahme auf den Werkzeugseingriff auch während derBearbeitung. Darunter sind auch die Abtragsgeschwindigkeit, die Formsowie die Eigenschaften des Werkzeugs zum Materialabtrag zu verstehen.Hier ist auch die geringe Abtragsrate des Ionenstrahlätzens zunennen. Ebenso ist die gezielte Beeinflussung des Strahlprofilsbei gebräuchlichenMethoden der Ionenstrahlerzeugung kaum möglich. Darüber hinaus erfordern vieleTechniken die Verwendung von Vakuumanlagen zur Bereitstellung entsprechenderBearbeitungsbedingungen. Auch entstehen bei der Verwendung von reaktivenSubstanzen Produkte beim Materialabtrag, die einer aufwendigen Nachbehandlungbedürfen.Die den Stand der Technik umfassenden lasergestützten Materialbearbeitungsmethoden,beispielsweise die Laserablation, sind zur präzisen Bearbeitung und Formgebungvon Oberflächentransparenter Materialien mit Genauigkeiten bis in den Nanometertiefenbereichnicht geeignet. ÜblicheLaserabtragsmethoden weisen solche Abtragsgeschwindigkeiten auf,die keine präziseMaterialbearbeitung ermöglichen. Auchdie Ausbildung von unerwünschtenOberflächendefektenund Rauigkeiten ist bisher fürLaserabtragsverfahren typisch. Mechanische Verfahren weisen zusätzlich diemit der Bewegung von Massen in Form des Werkstücks oder des Werkzeugs verbundenenProbleme auf, die sich u. a. in der Begrenzung der Geschwindigkeitund Beschleunigung sowie der Genauigkeit äußern können. Der Erfindung liegt die Aufgabezu Grunde, ein hochgenaues, abtragendes Bearbeitungsverfahren zuschalten, welches die Herstellung einer beliebig wählbarenOberflächenformin transparente Materialien mit Hilfe von gepulster Laserstrahlungunter möglichstgeringem Bearbeitungs- und Zeitaufwand und mit gut einstell- undsteuerbarem Strahlwerkzeug gestattet. Dabei soll das Verfahren dieHerstellung von präzisenOberflächenformen durchdie Anwendung von nur einem Verfahrensschritt ermöglichen.Oneparticular disadvantage of the current stateThe technology is poor or missingthe influence on the tool intervention even during theProcessing. Among them are the speed of removal, the shapeas well as understand the properties of the tool for material removal.Here too, the low removal rate of the ion beam etching is toocall. Likewise, the targeted influencing of the beam profileat commonMethods of ion beam generation hardly possible. In addition, many requireTechniques The use of vacuum equipment to provide appropriateMachining conditions. Also arise when using reactiveSubstance products in the removal of material, the costly post-treatmentrequire.The prior art laser assisted material processing methods,For example, the laser ablation, are for precise processing and shapingof surfacestransparent materials with accuracies down to the nanometer depth rangenot suitable. usualLaser ablation methods have such ablation rates,which is not preciseAllow material processing. Alsothe training of unwantedsurface defectsand roughness is so far forLaser ablation method typical. Mechanical methods additionally have theassociated with the movement of masses in the form of the workpiece or toolProblems that u. a. in the limit of speedand acceleration and accuracy. The invention is the taskUnderlying, a high-precision, abrasive machining process tooswitch, which is the production of any selectablesurface shapein transparent materials with the help of pulsed laser radiationunder as possiblelow processing and time and with well adjusted andcontrollable jet tool allowed. The procedure is theProduction of preciseSurface shapes throughallow the use of only one process step.
Eineweitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrenszur präzisenBearbeitung von optischen Oberflächen.AAnother object of the invention is to provide a methodfor preciseProcessing of optical surfaces.
DieAufgabe wird erfindungsgemäß durch dasim Anspruch 1 ausgeführteVerfahren zur Präzisionsbearbeitungtransparenter Materialien mittels eines gepulsten Laserstrahls gelöst. DasVerfahren wird in den Ansprüchen2 bis 18 weiter ausgestaltet. Im Anspruch 18 wird eine Vorrichtungbeansprucht, die in den Ansprüchen20 bis 28 weiter ausgeführtist.TheThe object is achieved by theexecuted in claim 1Method of precision machiningtransparent materials solved by means of a pulsed laser beam. TheMethod is in the claims2 to 18 further designed. In claim 18, a deviceclaimed in the claims20 to 28 further executedis.
Entsprechendden Aufgaben ist erfindungsgemäß ein Bearbeitungsverfahrenfür transparente Materialienvorgesehen, bei dem der Laserstrahl durch die Anwendung einer geeignetenMaske oder anderer Strahlformungselemente mit einer in Größe und Energiedichteverteilunggenau einstellbaren Form versehen wird, dieser geformte Laserstrahl durchdas transparente Material auf die dem Strahleintritt entgegengesetzteSeite gebracht wird, der Laserstrahl an der der Einfallsseite desLaserstrahls gegenüberliegendenSeite des transparenten Materials auf eine die Laserstrahlung absorbierendeAdsorptionsschicht oder Flüssigkeiteinwirkt, wodurch das transparente Material so abgetragen wird,dass ein wohldefinierter Abtrag mit einer vorzugsweise kontinuierlichenTiefenverteilung entsteht, und durch die definierte Relativbewegungvon geformtem Laserstrahl und transparentem Material der Materialabtraglokal so gesteuert werden kann, wodurch unterschiedliche Abtragstiefenermöglichtwerden, so dass das transparente Material durch den Materialabtrag einedefinierte Oberflächenformerhält.According to the objects, according to the invention, there is provided a processing method for transparent materials, in which the laser beam is provided with a shape that is precisely adjustable in size and energy density distribution by the application of a suitable mask or other beam shaping elements, this shaped laser beam is brought by the transparent material on the opposite side of the beam entrance, the laser beam on the incidence side of the laser beam opposite side of the transparent material acts on a laser radiation absorbing adsorption layer or liquid, whereby the transparent material is removed so that a well-defined removal with a preferably continuous depth distribution is produced, and the material removal can be controlled locally by the defined relative movement of the shaped laser beam and transparent material, whereby different Abtragstiefen are made possible, so that the transparent material receives a defined surface shape by the material removal.
Durchdie Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrensist eine Präzisionsbearbeitungvon Oberflächentransparenter Materialien mit gepulster Laserstrahlung möglich underlaubt so die Herstellung nahezu beliebiger Formausbildungen. DieNutzung des Werkzeugs Laserstrahl zur Präzisionsbearbeitung von Oberflächen bringteine Reihe von Vorteilen mit sich, die in einer höheren Flexibilität der Bearbeitungund in einer schnelleren und genaueren Bearbeitung zum Ausdruckkommen. Die Anwendung dieses lasergestützten Verfahrens ermöglicht es,den Werkzeugeingriff gut zu steuern. Es ermöglicht es insbesondere, dieAbtragsgeschwindigkeit und die Form des Werkzeugs unabhängig voneinandergezielt zu beeinflussen. Diese Steuerung des Werkzeugeingriffesist mit hoher Geschwindigkeit auch während der Bearbeitung möglich.Bythe application of the method according to the inventionis a precision machiningof surfacestransparent materials with pulsed laser radiation possible andthus allows the production of almost any form of education. TheUse of the tool laser beam for precision machining of surfaces bringsa number of advantages with it, resulting in a higher flexibility of editingand in a faster and more accurate treatmentcome. The application of this laser-based method makes it possibleto control the tool intervention well. It allows in particular, theAbtragsgeschwindigkeit and the shape of the tool independentlyto influence specifically. This control of the tool interventionis also possible at high speed during processing.
WeitereVorteile werden beispielweise durch den kraftlosen Werkzeugeingriffdes Laserstrahls erreicht, der eine schnellere Führung des Werkzeugs Laserstrahl über dasWerkstückerlaubt. Dies kann gegenwärtigu. a. durch Scannersysteme erreicht werden, bei deren Verwendungauch das Werkstück nichtbewegt werden muss, so dass auch große und schwere Werkstücke bearbeitetwerden können.Die fürdie Präzisionsbearbeitungwichtige hohe Genauigkeit wird durch die geringe Abtragsrate sowiederen geringe Veränderungder Abtragsrate auch übereinen größeren Bereichder Laserfluenz sichergestellt.FurtherAdvantages become for example by the powerless tool interventionachieved by the laser beam, which allows a faster guidance of the tool laser beam over theworkpieceallowed. This can be presentu. a. be achieved by scanner systems when using themnot the workpiece eithermust be moved so that even large and heavy workpieces editedcan be.The forthe precision machiningImportant high accuracy is due to the low removal rate as welltheir small changethe removal rate also overa larger areathe laser fluence ensured.
DieAnwendung von Strahlformungselementen ermöglicht die definierte Einstellungeines fürdie Bearbeitungsaufgabe geeignet geformten Laserstrahls, der einendefinierten Abtrag zur Folge hat. Die Einstellung des Strahlprofilshinsichtlich Größe, Formund Energiedichteverteilung, aber auch anderer Strahleigenschaftenwie beispielsweise der Pulsform, kann vor dem Prozess, aber auchwährendder Bearbeitung erfolgen. Die geeignete Formung des Strahlprofilskann durch die Anwendung von Masken, die definierte Umrisskantenaufweisen, die den Laserstrahl örtlichabschwächenoder sonst die Strahleigenschaften beeinflussen, sowie durch dieAnwendung von innerhalb oder außerhalbdes Lasers angebrachten Strahlformungselementen oder anderen optischenMitteln erfolgen. Erwähntwerden sollen hierbei auch elektrooptische Methoden, beispielsweiseLCD-Displays, die im Zusammenspiel mit bekannten Methoden der Strahltransformation,beispielsweise der Fourieroptik, zur elektrischen Beeinflussung desStrahlprofils eingesetzt werden können. Hierbei ist durch elektronischeMittel die Steuerung des Strahlprofils und damit des Abtrags möglich. Insgesamtermöglichtdies im Gegensatz zu den bisher bekannten Methoden der Strahlbearbeitungneuartige Bearbeitungsstrategien, die durch die Einstellung desStrahlprofils an die lokale Bearbeitungssituation, beispielsweisein Hinblick auf die Oberflächenform unddie Ortswellenlängenverteilung,erst ermöglicht odersinnvoll werden.TheApplication of beam shaping elements enables the defined settingone forthe machining task suitably shaped laser beam, the onedefined removal results. The setting of the beam profilein terms of size, shapeand energy density distribution, but also other beam propertiessuch as the pulse shape, can be before the process, as wellwhilethe processing done. The appropriate shaping of the beam profilecan through the application of masks, the defined outline edgeshave the laser beam locallyweakenor otherwise affect the beam characteristics, as well as by theApplication from inside or outsidelaser-mounted beamforming elements or other opticalFunds are made. MentionedHere are also electro-optical methods, for exampleLCD displays working in conjunction with known methods of beam transformation,For example, the Fourier optics, for the electrical influence of theBeam profiles can be used. This is by electronicMeans the control of the beam profile and thus the removal possible. All in allallowsthis in contrast to the previously known methods of beam processingnovel machining strategies, which are influenced by the setting of theBeam profile to the local processing situation, for examplein terms of surface shape andthe spatial wavelength distribution,only possible ormake sense.
Beider Verwendung von Masken werden diese üblicherweise mittels Optikenauf die zu bearbeitende Oberflächeprojiziert. Obwohl im einfachsten Fall Masken mit quadratischerKontur zur Formung des Laserstrahl dienen können, eignen sich Masken, diedie Einstellung einer definierten Energiedichteverteilung des Laserstrahlsam Ort der Einwirkung zum Materialabtrag erlauben, besser. Hierfür können Grautonmaskenoder Kombinationen von Grauton- und Konturmasken eingesetzt werden.Beispielsweise ist durch diese Masken ein solches Strahlprofil undin Verbindung mit dem Abtragsprozess eine solche Werkzeugeingriffsfunktioneinzustellen, die beispielsweise bei geeigneter Wahl des Abstandesbenachbarter Bearbeitungspunkte geringe Oberflächenfehler zur Folge hat. Diesist insbesondere von Bedeutung, wenn mit einem kleinen Werkzeugvergleichsweise großeFlächendurch die sequenzielle Bearbeitung benachbarter Flächen mit einerForm versehen werden sollen, wie dies in einem Beispiel in
AndereFormen der Anwendung des Laserstrahls sind jedoch auch möglich undwerden vorgesehen, so beispielsweise die Beeinflussung der Energiedichteverteilungdes Laserstrahls durch diffraktive Strahlformungselemente.OtherHowever, forms of application of the laser beam are also possible andare provided, such as influencing the energy density distributionof the laser beam through diffractive beam shaping elements.
Nebender Anwendung von absorbierenden Flüssigkeiten werden Adsorptionsschichtenzur Einleitung des Materialabtrages an der Rückseite des transparenten Materialsvorgesehen. Durch die Nutzung von Adsorptionsschichten zum Abtragdes transparenten Materials werden unerwünschte Nebeneffekte, beispielsweisedie Kavitätenbildung,d. h. die Blasenbildung und deren Kontraktion, zumindest vermindert.Durch die in Bezug zur Absorptionslänge der Laserstrahlung geringereDicke der Adsorptionsschicht kann die Abtragsrate durch die Eigenschaften derAdsorptionsschicht einfach gesteuert werden. Durch den geringenEinfluss der Lasertluenz auf die Abtragsrate ist eine höhere Präzision derBearbeitung zu erreichen, da Veränderungender Laserpulsenergie einen deutlich verminderten Einfluss auf die Abtragstiefehaben.In addition to the use of absorbing liquids adsorption layers are provided for initiating the material removal at the back of the transparent material. The use of adsorption layers for removing the transparent material causes undesirable side effects, for example cavitation, ie the formation of bubbles and their contraction, at least reduced. Due to the lower thickness of the adsorption layer in relation to the absorption length of the laser radiation, the removal rate can be easily controlled by the properties of the adsorption layer. Due to the low influence of the laser fluence on the removal rate, a higher precision of the machining can be achieved, since changes in the laser pulse energy have a significantly reduced influence on the removal depth.
DieErfindung soll nachstehend anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielennäher erläutert werden.TheInvention will be described below with reference to drawings and embodimentsbe explained in more detail.
Abbildung4zeigt an einem Beispiel die geeignete Führung des kleinen Werkzeugeszur Herstellung unterschiedlicher Bearbeitungstiefen.Illustration4 shows an example of the suitable guidance of the small toolfor producing different machining depths.
Diein
Diesergeformte Laserstrahl
Derzur Rückseitedes transparenten Materials geführteLaserstrahl
ZurVerbesserung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung können indas Gefäß Leitungen
NebenUV-Excimerlasern könnenauch andere Laserquellen Verwendung finden. So sind frequenzvervielfachteFestkörperlaseroder andere gepulste Laser anwendbar, wenn die Pulsenergie zusammenmit der Absorption der Laserstrahlung in einer Substanz an der Rückseitedes transparenten Materials einen Materialabtrag zulässt.NextUV excimer lasers canalso find other laser sources use. So are frequency multipliedSolid-state lasersor other pulsed lasers applicable when the pulse energy togetherwith the absorption of laser radiation in a substance at the backof the transparent material allows removal of material.
EineWeitere Variante ist in
Beispiel:Als Beispiel wird die Formgebung einer Quarzscheibe mittels gepulsterLaserstrahlung beschrieben. Die Quarzglasscheibe mit einer Dicke von0,4 mm wird als Abdeckung eines Teflongefäßes, das mit zwei verschließbaren Öffnungenausgestattet ist und an der Oberseite Gummiringe zum dichten Verschlussträgt,verwendet. Über Öffnungenwird Toluol in das Teflongefäß gefüllt, sodass das transparente Material an der Rückseite mit dem Toluol in Kontaktist. Nach dem Verschluss des Gefäßes wird diesesauf einem computergesteuerten Verfahrtisch, der in drei Richtungenunabhängigverfahren werden kann, befestigt. Die Laserbestrahlung wird in einer Laserworkstationdurchgeführt,die neben dem Verfahrtisch mit einem Excimerlaser, einer Strahlhomogenisierungsoptik,einem Strahlabschwächer,einer Maskenverfahreinheit sowie einer Projektionsoptik ausgerüstet ist.Example:As an example, the shaping of a quartz disk by means of pulsedLaser radiation described. The quartz glass pane with a thickness of0.4 mm is used as a cover of a Teflon vessel, with two closable openingsequipped and rubber rings on the top for tight closurewearing,uses. About openingsToluene is filled into the Teflon vessel, sothat the transparent material on the back contact with the tolueneis. After the closure of the vessel this becomeson a computerized traversing table in three directionsindependentlycan be moved, attached. The laser irradiation is done in a laserworkstationcarried out,next to the traversing table with an excimer laser, a beam homogenizing optics,a beam attenuator,a mask tracking unit and a projection optics is equipped.
DerExcimerlaser wird bei einer Wellenlänge von 248 nm betrieben undliefert Pulse mit einer Pulslängevon ca. 30 ns und Pulsfolgen mit einer maximalen Wiederholrate von200 Hz. Im vorliegenden Beispiel wird eine Pulswiederholrate von50 Hz eingestellt. Der Laserstrahl wird mit einem Zylinderlinsenteleskopund einem Fliegenaugenstrahlhomogenisator so aufbereitet, dass erin der Maskenebene eine mittlere Energiedichteabweichung von maximal5 % übereine Flächevon 20 mm2 aufweist. Mit der Maskenverfahreinheitwird computergesteuert eine Maske in den homogenisierten Strahlbewegt und von diesem voll ausgeleuchtet. Diese Maske wird mit der danachangebrachten Projektionsoptik auf die Rückseite der Quarzscheibe projiziert,so dass dort ein verkleinertes Abbild der Maske auftritt. Im vorliegendenFall wurde eine Optik mit fünffacherVerkleinerung verwendet. Als Maske wurde eine dünne, strukturierte Chromschichtentsprechend der Maskenkontur geöffnet.Im vorliegenden Fall wurde eine quadratische Maske so verwendet,dass die Diagonalen des projizierten Maskenabbildes parallel zuden Bewegungsrichtungen des Verfahrtisches liegen und die projizierteMaskenkantenlänge100 μm beträgt. Die Bearbeitungder gesamten Fläche
DieEnergiedichte des Laserstrahls auf der Rückseite der Quarzscheibe wirdmit dem Strahlabschwächerauf ca. 980 mJ/cm2 eingestellt. Bei solcherWahl der Bearbeitungsparameter tritt eine Abtragsrate von ca. 7nm/Puls auf. Bei der Bearbeitung wurde die Pulsfolgefrequenz konstantgehalten, aber die Geschwindigkeit des Verfahrtisches lokal derzu erreichenden Bearbeitungstiefe angepasst. Die Oberflächenformgebungerfolgte durch die Abrasterung der gesamten Fläche mit zueinander parallelen Bearbeitungsgängen mitder gewähltenMaske. Abweichend von dem aus geometrischen Betrachtungen folgendenAbstand wurden die Bearbeitungsgängein einem Abstand von 54 μmausgeführt.Hierdurch wurde eine optimale Überdeckungder durch die einzelnen Bearbeitungsgänge entstehenden Strukturenzu der Zielform erreicht.The energy density of the laser beam on the back of the quartz disk is adjusted to about 980 mJ / cm2 with the beam attenuator. With such choice of machining parameters, an Ab occurs rate of about 7 nm / pulse. During processing, the pulse repetition frequency was kept constant, but the speed of the traversing table was adapted locally to the processing depth to be achieved. The surface shaping was carried out by scanning the entire surface with mutually parallel machining operations with the selected mask. Notwithstanding the distance following geometric considerations, the machining operations were carried out at a distance of 54 μm. As a result, an optimal coverage of the structures resulting from the individual processing steps has been achieved to the target shape.
DieGeschwindigkeitssteuerung des Verfahrtisches berücksichtigt auch nichtlineareAbtragseffekte, die den Anstieg der Abtragsrate während der erstmaligenBestrahlung eines Bereiches berücksichtigt.Im vorliegenden Fall wurde mit einem Computerprogramm ein Steuerfileerstellt, das die Laserpuls- sowiedie Verfahrtischsteuerung realisiert. Die Geschwindigkeit des Verfahrtischeswurde in konstanten Abständenentsprechend der zu erreichenden Tiefe verändert. Die im Beispiel verwendeteZieloberflächenformist durch die Funktion z(r,ϕ) = r2 · sin(2·ϕ)beschrieben. Eine maximale Ätztiefevon 500 nm war zu erreichen. Diese Funktion wurde über eineFlächevon 2 × 2mm2 in die Quarzglasoberfläche geätzt. Nachder Laserbearbeitung wurde die Oberfläche mit einem Interterometervermessen und die Tiefenverteilung ermittelt. Auf der Basis zuvorermittelter Ätzparameterund Ätzratenwurde eine maximale Ätztiefevon ca. 450 nm erreicht. In
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|---|---|---|---|---|
| CN112713105A (en)* | 2019-10-24 | 2021-04-27 | 三星显示有限公司 | Substrate processing apparatus and method |
| CN115121933A (en)* | 2021-03-10 | 2022-09-30 | 武汉帝尔激光科技股份有限公司 | Laser processing method and laser processing apparatus |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012010635B4 (en) | 2012-05-18 | 2022-04-07 | Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. | Process for 3D structuring and shaping of surfaces made of hard, brittle and optical materials |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5179262A (en)* | 1986-10-14 | 1993-01-12 | Allergan, Inc. | Manufacture of ophthalmic lenses by excimer laser |
| DE69113845T2 (en)* | 1990-04-06 | 1996-05-30 | Ibm | Process for etching materials using lasers in liquids. |
| US5795493A (en)* | 1995-05-01 | 1998-08-18 | Motorola, Inc. | Laser assisted plasma chemical etching method |
| US5811021A (en)* | 1995-02-28 | 1998-09-22 | Hughes Electronics Corporation | Plasma assisted chemical transport method and apparatus |
| DE19912879A1 (en)* | 1998-09-21 | 2000-04-20 | Agency Ind Science Techn | Process for etching a transparent solid with laser beams |
| DE19919009A1 (en)* | 1999-04-27 | 2000-11-02 | Inst Oberflaechenmodifizierung | Mask for applying in laser ablation incorporates overlapping single impulses running in a scanning direction with a form arising from a contour mask. |
| DE10007391A1 (en)* | 1999-10-16 | 2001-05-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Device for working material with laser, e.g. for boring and welding plastics, comprises position-focused modulator which produces predetermined power density distribution |
| DE19746483C2 (en)* | 1997-10-22 | 2002-05-08 | Asclepion Meditec Ag | Device for shaping optical lenses by removing material |
| WO2002062111A2 (en)* | 2001-01-30 | 2002-08-08 | Rapt Industries Inc. | Apparatus and method for atmospheric pressure reactive atom plasma processing for surface modification |
| DE10130349A1 (en)* | 2001-06-22 | 2003-01-02 | Konrad Seppelt | Process for local laser-induced etching of solids |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5179262A (en)* | 1986-10-14 | 1993-01-12 | Allergan, Inc. | Manufacture of ophthalmic lenses by excimer laser |
| DE69113845T2 (en)* | 1990-04-06 | 1996-05-30 | Ibm | Process for etching materials using lasers in liquids. |
| US5811021A (en)* | 1995-02-28 | 1998-09-22 | Hughes Electronics Corporation | Plasma assisted chemical transport method and apparatus |
| US5795493A (en)* | 1995-05-01 | 1998-08-18 | Motorola, Inc. | Laser assisted plasma chemical etching method |
| DE19746483C2 (en)* | 1997-10-22 | 2002-05-08 | Asclepion Meditec Ag | Device for shaping optical lenses by removing material |
| DE19912879A1 (en)* | 1998-09-21 | 2000-04-20 | Agency Ind Science Techn | Process for etching a transparent solid with laser beams |
| DE19919009A1 (en)* | 1999-04-27 | 2000-11-02 | Inst Oberflaechenmodifizierung | Mask for applying in laser ablation incorporates overlapping single impulses running in a scanning direction with a form arising from a contour mask. |
| DE10007391A1 (en)* | 1999-10-16 | 2001-05-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Device for working material with laser, e.g. for boring and welding plastics, comprises position-focused modulator which produces predetermined power density distribution |
| WO2002062111A2 (en)* | 2001-01-30 | 2002-08-08 | Rapt Industries Inc. | Apparatus and method for atmospheric pressure reactive atom plasma processing for surface modification |
| DE10130349A1 (en)* | 2001-06-22 | 2003-01-02 | Konrad Seppelt | Process for local laser-induced etching of solids |
| WO2003000456A2 (en)* | 2001-06-22 | 2003-01-03 | Konrad Seppelt | Method for carrying out local laser-induced etching of solid materials |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112713105A (en)* | 2019-10-24 | 2021-04-27 | 三星显示有限公司 | Substrate processing apparatus and method |
| CN115121933A (en)* | 2021-03-10 | 2022-09-30 | 武汉帝尔激光科技股份有限公司 | Laser processing method and laser processing apparatus |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10328559B4 (en) | 2006-04-20 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3302864B1 (en) | Method and device for producing a structured element by means of material-removing machining by pulsed laser radiation | |
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