DD218014A1 - Verfahren zum strukturieren transparenter schichten mittels laser - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Strukturieren transparenter Schichten bzw. daraus hergestellter Schichtsysteme mittels Laser, wobei sich die Schichten auf nicht absorbierenden Substraten befinden. Durch eine Kombination von Brennfleckueberlappung und Mehrimpulsbestrahlung bei genuegend hohen Impulsfolgefrequenzen sowie grossem Brennfleckdurchmesser wird eine starke Erniedrigung der Bearbeitungsschwelle erzielt. Das ermoeglicht den Einsatz von Lasern relativ kleiner Leistung, z. B. zum Beschriften und zur Herstellung von Linienfeldern in transparenten Schichten, vorzugsweise in optischen Schichten.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zum Strukturieren transparenter Schichten mittels Laser

Anwendungsgebiet der Erfindung ·

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung transparenter Schichten bzw. Systeme aus diesen auf nicht absorbierenden Substraten mittels Laser. Dabei handelt es sich insbesondere um Schichten, wie sie im optischen Gerätebau verwendet werden. Das Anwendungsgebiet ist die Herstellung oberflächlich strukturierter optischer Bauelemente.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß transparente dünne Schichten sich dennoch mit dem Laser bearbeiten lassen, wenn dessen Leistung sehr hoch liegt. Außer den erforderlichen großen Anlagen hat dieses Verfahren den Nachteil, daß es zu starken Substratzerstörungen kommen kann.

Um die Bearbeitbarkeit dieser Schichten zu verbessern, ist es möglich, sie gezielt zu verunreinigen, um die Absorption zu erhöhen (Br. P. 1 255 373). Das hat aber den Nachteil, daß sich die Eigenschaften der Schichten verschlechtern.

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Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, die Mangel des bekannten technischen Verfahrens, das sich auf den Einsatz des Lasers bezieht, zu beseitigen. Es soll ein Verfahren zum Strukturieren transparenter Schichten angegeben werden, das den Einsatz des Lasers vorteilhaft ermöglicht, wobei Methoden zur Erniedrigung der Zerstörungsschwelle angewendet werden sollen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Strukturieren transparenter Schichten zu schaffen, das den Einsatz von Lasern geringerer Leistung bei erhöhter Bearbeitungsqualität ermöglicht. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe gelingt auf die Weise, daß die Bearbeitungsschwelle durch das im folgenden angegebene Bestrahlungsregime erniedrigt wird.

Es wurde beim Einsatz eines Impulslasers hoher Frequenz beobachtet, daß es unter einem kritischen Brennfleckabstand zu einer deutlichen Abnahme der Zerstörungsschwelle kommt, d. h. daß die für die Bearbeitung erforderliche Laserleistungsflußdichte sich stark erniedrigt. Das kann auf eine erhöhte Absorption der Schicht zurückgeführt werden, die durch die Erwärmung des vorangehenden Impulses entsteht.

Der gleiche Effekt stellt sich ein, wenn die zu bearbeitende Stelle der Schicht mit hoher Polgefrequenz mehrmals bestrahlt wird« ' .. - . '

Eine Kombination der beiden Bestrahlungsarten führt zu einer weiteren Erniedrigung der für die Bearbeitung erforderlichen Laserleistungsflußdichte.

Auf diese Weise lassen sich größere Abtragsbreiten erzielen. Positiv wirkt sich dabei zusätzlich die Erniedrigung der Zerstörungsschwelle bei größerem Brennfleckdurchmesser aus.

Ausführungsbeispiel

Das Wesen der Erfindung soll an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Bestrahlt wurden TiO₀- und ZrO^-Schichten auf Bk7-Substraten der optischen Dicke A_Q/4 und A,_Q/2 (A^ = 1060 nm) mit einem gütegeschalteten Hd:YAG-Laser der Wellenlänge 1060 nm* Der Brennfleckdurchmesser betrug ca· 15/um und die Impulsdauer ca. 100 ns. Als Impulsfolgefrequenz wurde 760 Hz gewählt. Die Schwelle, bei der ein Schichtabtrag einsetzte, sank dabei auf einen Wert von (20 - 30) % bei einer Mehrimpulsbestrahlung gegenüber einer Einzelimpulsbestrahlung. Der größte Abfall wurde bis zu einer Impulszahl 10 erzielt und änderte ßich ab 50 Impulsen kaum noch. ,

Mit der gleichen Laseranlage wurden TiO₂-Schichten der Dicke X /2 mit unterschiedlichem Brennfleckabstand bestrahlt. Bis zu einem Abstand von 12/um war die Bearbeitungsschwelle von diesem unabhängig, wobei nur ca. 5 % der Laserimpulse zu einem Schichtabtrag führten. Die Energiefluenz der Laserim-

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pulse betrug 15 Jcm (Maximum der gaußförmigen Intensitätsverteilung). Bei einem Brennfleckabstand von 5/um führte jeder Laserimpuls zum Schichtabtrag.

Ein dielektrischer Spiegel, bestehend aus 25A-_Q/4 Ta₂O,--SiO₂-Schichten (.X₀ = 1060 nm), wurde mit einer Ud:YAG-Laseranlage beschriftet, wobei die Schnittgeschwindigkeit

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7,5 mms , die Irapulsfolgefrequenz 5 kHz, die mittlere Leistung 3 W und die Schnittbreite 0,5 mm (bei einer Schrifthöhe von 1,8 mm) betrugen. Dieses Regime stellt eine Kombination der aufgeführten drei Möglichkeiten zur Erniedrigung der Beärbeitungsschwelle dar (Mehrimpulsbestrahlurig, Überlappung der Brennflecke, großer Brennfleckdurchmesser).

Die zum Schneiden verwendete "Energiefluenz der Laserimpulse ist dabei um einen Paktor von ca. 400 niedriger als die Bearbeitungsschwelle bei einer Einzelimpulsbestrahlung mit geringem Durchmesser (15/um). ^!

Claims (4)

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zum Strukturieren transparenter Schichten mittels Laser zur Erniedrigung der Bearbeitungsschwelle, gekennzeichnet dadurch, daß eine Kombination von Brennflecküberläppung und Mehrimpulsbestrahlung bei genügend, hohen Impulsfolgefrequenzen sowie großem Brennfleckdurchmesser erfolgt»

2· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein geringer Brennfleckabstand bzw. eine Überlappung der Brennflecke benutzt wird.

3· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Mehrimpulsbestrahlung jeder abzutragenden Stelle vorgenommen wird.

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4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Kombination der Ansprüche 2 und 3 verwendet wird.