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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden
von Materialien mit Dicken von wenigen 100 μm bis ca. 1 bis 2 mm mittels fokussierter
Laserstrahlung. Vorzugsweise werden die Laserstrahlen in eine Rotation
in sich selbst und eine Taumelbewegung versetzt (Wendelbohren),
wodurch sowohl eine positive als auch eine negative Aufweitung des
Schnittspaltes möglich
ist.
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Es
ist bekannt, Mikrolöcher
mittels fokussierter Laserstrahlung zu bohren. Ausgehend vom reinen Fokusabtrag,
bei dem ein entsprechend fokussierter Laserstrahl mit geeignetem
Strahlprofil auf eine Materialoberfläche gerichtet wird und bei Überschreitung
einer vom Material abhängigen
Ablationsschwellfluenz das Material abgetragen wird, wurde das Laserbohren
im Hinblick auf Verbesserungen der Zirkularität, der Beschaffenheit der Oberfläche der Bohrungsinnenwände und
der Konizität
fortentwickelt. Ein wesentlicher Fortschritt ist die Technologie des
Wendelbohrens, bei dem ein auf ein unbewegtes Werkstück gerichteter,
in sich rotierender Laserstrahl eine definierte Taumelbewegung ausführt. Dadurch werden
zylindrische oder positiv- oder negativ-konische Bohrungen sehr
guter Zirkularität
und hoher Oberflächengüte der Bohrungsinnenwände erreicht. Die
Lochdurchmesser betragen minimal wenige 10 μm. Es werden vornehmlich relativ
langpulsige Nanosekundenlaser eingesetzt, doch auch Ultrakurzpulslaser
mit hinreichend hoher Pulsenergie können angewendet werden. Das
Verfahren und zur Durchführung
geeignete Vorrichtungen sind aus den Erfindungsbeschreibungen
DE 197 45 280 A1 ,
DE 199 05 571 C1 und
DE 10 2005 047 328
B3 bekannt.
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So
beschreibt die
DE
197 45 280 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fein-
und Mikrobearbeitung von Werkstücken
mittels Laserstrahlen, wobei der Laserstrahl vor dem Auftreffen
auf das Werkstück
durch drei Module derart geführt
wird, dass in dem ersten Modul der Laserstrahl um seine Strahlachse
gedreht wird, mittels des zweiten Moduls der Auftreffpunkt des Laserstrahls
auf dem Werkstück variiert
wird und mittels des dritten Moduls die Auftreffneigung des Laserstrahls
relativ zur Oberfläche des
Werkstücks
variiert wird. Die Vorteile bestehen darin, dass durch die Drehung
des Laserstrahls um seine Drehachse eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung
und/oder eine unrunde Fokussierung kompensiert werden kann und somit
eine gleichmäßige Schnittfuge
bei der Bearbeitung des Werkstücks
entsteht, dass die Variation des Auftreffpunktes des Laserstrahls
eine weitestgehend freie Wahl der Formgebung bei der Bearbeitung
erlaubt, und dass die Variation der Auftreffneigung des Laserstrahls
die Einstellung einer gewünschten
Konizität
ermöglicht.
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Die
DE 199 05 571 C1 betrifft
ein Verfahren zur Erzeugung von Löchern in einem Werkstück mittels
eines Laserstrahls. Dabei führt
der Laserstrahl eine Taumelbewegung relativ zum Werkstück aus und
durchläuft
dabei eine Kegelmantelfläche.
Durch die Taumelbewegung kann das Längsprofil eines Bohrloches
exakt definiert werden. Der Laserstrahl wird zusätzlich synchron mit der Taumelbewegung um
die eigene Achse gedreht. Daher ist zu jedem Zeitpunkt die gleiche
Laserstrahlstelle in azimutaler Richtung im Eingriff mit dem Werkstück. Dadurch wird
ein unrunder Laserstrahlquerschnitt egalisiert und es entstehen
extrem runde Lochquerschnitte. Die Lochgeometrie kann in Längsrichtung
bei Verwendung von polarisiertem Laserlicht durch Wahl von Polarisationsrichtung
und/oder Polarisationsart eingestellt werden. Mittels eines linear
polarisierten Laserstrahls kann eine ovale Lochgeometrie an der Seite
des Lichtaustritts erzeugt werden. Mittels zirkular polarisierten
Laserlichts lassen sich besonders runde Lochquerschnitte realisieren.
Auch kann das Bohrloch konisch ausgebildet werden, wobei der Bohrlochdurchmesser
in Strahlaustrittsrichtung zunehmen kann. Um eine sehr enge Bündelung
des Laserstrahls im Fokusbereich zu erzielen, kann es zweckmäßig sein,
den Querschnitt des Laserstrahls vor dessen Durchgang durch die
Fokussierlinse aufzuweiten. Hierfür kann eine teleskopartige
Linsenanordnung verwendet werden, die im Strahlengang zwischen Laser
und Linse praktisch an beliebiger Stelle platziert werden kann.
Der Fokusbereich des Laserstrahls kann am Locheintritt an der Werkstückoberfläche liegen.
Das bekannte Verfahren hat den Vorteil, dass durch Einstellung der
Strahlgeometrie und/oder der Strahlparameter des Laserstrahls sehr
flexible Lochgeometrien mit hoher Präzision herstellbar sind. Ein
weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren auch auf sehr kleine Lochdurchmesser
im Bereich von 100 μm und
darunter anwendbar ist. Darüber
hinaus ist das Bohrverfahren im Vergleich zu bekannten Bohrverfahren
erheblich schneller, wodurch sich beim Einsatz in der industriellen
Produktion merkliche Kostenvorteile realisieren lassen.
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Aus
der
DE 10 2005
047 328 B3 ist eine Vorrichtung zum Bohren und für den Materialabtrag
mittels Laserstrahl bekannt, die einen drehenden Bildrotator, einen
in Strahlrichtung gesehen vor dem Bildrotator angeordneten Strahlmanipulator
für die
Winkel- und Lageeinstellung des Strahls relativ zur Rotationsachse
des Bildrotators und eine Fokussierein richtung ausgangsseitig des
Bildrotators aufweist. Der bekannten Vorrichtung liegt die Aufgabe
zugrunde, die Auswirkungen der fertigungsbedingten Geometriefehler
von Bildrotatoren als Teil der Vorrichtung zum Bohren und für den Materialabtrag
mittels Laserstrahl auszugleichen. Bildrotatoren können Strahlung transmittierende
Prismen wie das Dove-Prisma
oder das Abbe-König-Prisma
aber auch reflektierende Systeme wie eine K-Spiegelanordnung sein. Diese Aufgabe
wird dadurch gelöst,
dass zwischen Bildrotator und Fokussiereinrichtung eine Ausgleichsvorrichtung
angeordnet ist, die in gleicher Drehrichtung und mit gleicher Drehfrequenz
mit dem Bildrotator dreht, wobei die Ausgleichsvorrichtung eine
Parallelversatzeinheit und Winkeländerungseinheit aufweist, und
dass die Ausgleichsvorrichtung in ihrer relativen Drehposition zu
dem Bildrotator in einer Grundeinstellung einstellbar ist. Mit der
bekannten Anordnung kann in der Bearbeitungsebene eine gleichförmige Rotationsbewegung
(Strahlform) und damit ein gleichmäßiger Abtrag erreicht werden,
wodurch eine runde Bohrung gebildet werden kann.
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Es
ist ferner bekannt, mit einem Laserstrahl Material zu schneiden,
indem in das Material eine Bohrung eingebracht und dann zwischen
dem Laserstrahl und dem Material eine Relativbewegung entlang einer
vorgegebenen Bahnkurve ausgeführt
wird. So beschreibt M. R. H. Knowles in OPTIC EXPRESS, Vol. 7, No.
2 vom 17.07.2000 auf Seite 53 innerhalb des Artikels „Micro-ablation
with high power pulsed copper vapour lasers” das Mikro-Schneiden mit Kupferdampflasern. Hierbei
wird die hohe Strahlgüte ausgenutzt,
um sehr präzise
Schnitte zu erreichen. Insbesondere kann die Abweichung von der
Rechtwinkligkeit der Schnittkanten weniger als 1° betragen. Allerdings kann gerade
eine größere Abweichung
von der Rechtwinkligkeit des Schnittspaltwinkels erforderlich sein,
so dass das bekannte Verfahren dann nicht zur Anwendung gelangen
kann.
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Aus
der
EP 1 698 426 A1 ist
bekannt, mittels eines Laserstrahls Material zu schneiden und dabei den
Laserstrahl durch einen im Strahlengang angeordneten, rotier- und
kippbaren Zylinder sowie eine dem Zylinder vor- und eine dem Zylinder
nachgeordnete Verzögerungsplatte
zu führen,
so dass ein bestimmter Auftreffwinkel eingestellt und derart Schnitte mit
zur Längsrichtung
der optischen Achse parallelen Seitenflächen erzeugt werden. Die Ablenkung
des Laserstrahls aus der optischen Achse erfolgt in Abhängigkeit
vom zu schneidenden Material, indem der Zylinder in einem bestimmten
Winkel B aus der optischen Achse gekippt und um einen bestimmten
Winkel A um die optische Achse verdreht wird, so dass nach der Umlenkung
mittels Spiegels die Refraktion außerhalb der optischen Achse
erfolgt, wodurch neben der Fokussierung des Laserstrahls ein bezüglich der
optischen Achse von „0” verschiedener
Auftreffwinkel erreicht wird. Sowohl der Kippwinkel B als auch der
Rotationswinkel A des Zylinders nehmen definierte Werte an, die
hinsichtlich der Materialbearbeitung den Auftreffwinkel C bzgl.
der optischen Achse bzw. den Kreiswinkel D auf der Oberfläche des Materials
um die optische Achse bestimmen. Das Kippen und Rotieren des Zylinders
ist jedoch keine kontinuierlich wiederholte Bewegung, so dass die
bekannte Lösung
insbesondere nicht auf die Rotation in sich selbst und das gleichzeitige
Taumeln des Laserstrahls abzielt. Auf das mittels eines Lasers zu schneidende
Material trifft ein konvergenter Laserstrahl unter dem vorbestimmten
Winkel C auf. Eine Variation des Schnittspaltwinkels ist auf diese
Weise nicht möglich
sondern nur eine unterschiedliche Neigung des festen Schnittspaltwinkels
relativ zur Oberflächennormalen
des Werkstücks.
Dabei kann der Auftreffwinkel von der Schnittposition abhängen, es ist
jedoch nicht möglich,
dass jedem Bahnpunkt ein einzustellender Schnittspaltwinkel zugeordnet
ist.
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Daraus
ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, veränderliche Schnittspaltwinkel
beim Mikroschneiden mittels Laser zu ermöglichen.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt mittels eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 zum Laserschneiden
eines in einer definierten Ausgangsposition angeordneten, zu bearbeitenden
Werkstücks,
indem an einer vorbestimmten Position ein Laserstrahl in das Werkstück eindringt
und von dieser Position ausgehend mittels einer Relativbewegung
zwischen dem Werkstück
und einer Laserquelle das Werkstück mit
einem Schnittspalt versehen wird, der einer vorgegebenen Bahnkurve
folgt. Dabei ist jedem Bahnpunkt ein vorgegebener Schnittspaltwinkel
zugeordnet. Der Schnittspaltwinkel wird durch Einstellung des Auftreffwinkels
und des Strahlrotationsdurchmessers des Laserstrahls verändert. Die
Fokussierung des Laserstrahls erfolgt nach der Einstellung des Strahlrotationsdurchmessers
des eine Rotation und eine Taumelbewegung ausführenden Laserstrahls, beispielsweise
mittels einer Fokussierlinse. Bei einer Mehrzahl von Schnittspalten
können
diese identisch, in einzelnen Parametern übereinstimmend oder völlig verschieden
voneinander sein. Die Bahnkurven der Schnittspalte können in
sich geschlossen sein, so dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Perforieren
mit vielfältig
anpassbaren Lochparametern verwendet werden kann. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dient die Vorrichtung gemäß Patentanspruch
2, wonach ein Werkstück
in einer Laser-Bearbeitungseinrichtung angeordnet ist, die eine
Wendelbohroptik mit zwei motorisch verstellbaren Kippspiegeln und
eine Werkstückpositioniervorrichtung
umfasst und an eine die Kippspiegeleinstellungen sowie die Werkstückposition
steuernde Steuereinrichtung angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung
kann frei programmierbar ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann um eine Beobachtungsstation ergänzt sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht,
Auftreffwinkel und Durchmesser der auf das Werkstück auftreffenden
Laserstrahlung während
der zweidimensionalen Relativbewegung zwischen Werkstück und Laserstrahl
zu verändern,
wodurch der Schnittspaltwinkel für
jeden Bahnpunkt eingestellt und derart auch die dritte Dimension
einbezogen wird. Dies erfolgt vorzugsweise durch motorische Einstellung
zweier Kippspiegel einer Wendelbohroptik. Das Bearbeitungsprogramm,
das sequentielle oder unter Einbeziehung einer Istwerterfassung anhand
vorgegebener Funktionszusammenhänge numerisch
ermittelte Sollwerte vorgibt, zeichnet sich mithin durch jeweils
einen Wert zweier Ebenenkoordinaten zur Bestimmung der Position
des Werkstücks bezüglich des
Strahlzieles sowie zweier Winkelwerte für die Einstellung der Kippspiegel
aus. Selbstverständlich
kann die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Werkstück und Laserstrahl
in Abhängigkeit
von für
die Bearbeitungsaufgabe bedeutsamen Material- und Strahlparametern
sowohl fest als auch durch das Bearbeitungsprogramm vorgegeben und/oder
gegebenenfalls regelbar sein. Mittels der Beobachtungsstation kann
die Einstellung der Anfangsposition und/oder eine Navigation von
Hand vorteilhaft unterstützt
werden.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
Darüber
hinaus werden mehrere konkrete Anwendungsfälle der Erfindung vorgestellt.
Die Zeichnung zeigt in
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1 die
Prinzipdarstellung einer Bearbeitungsstation,
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2 einen
Schnittspalt mit im Verlauf verschiedenen Schnittspaltwinkeln,
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3 eine
Refraktionslinse für
Röntgenstrahlen,
in Draufsicht a) und Seitenansicht b) und
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4 ein
Extraktions- und Strahlformungsgitter für Ionenstrahlquellen.
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Ausgehend
von einem geeigneten, vorzugsweise einem ns- oder ps-Laser
1 mit
hoher Pulsenergie wird gemäß
1 ein
Laserstrahl einer Wendeloptik
4 zugeleitet. Die Wendeloptik
4 des
bevorzugten Ausführungsbeispiels
ist an sich bekannt und basiert vorzugsweise im Wesentlichen auf
der Lösung nach
der
DE 10 2005
047 328 B3 . Darin passiert der Laserstrahl einen Strahlmanipulator,
durch den er hinsichtlich seines Auftreffwinkels und seines Abstandes
von der Rotationsachse eines Bildrotators ausgerichtet wird. Der
Bildrotator verfügt
in bekannter Weise über
Mittel, den Laserstrahl in Rotation um seine Strahlachse und in
eine Taumelbewegung zu versetzen. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen und
damit zur Verbesserung der Strahlqualität kann dem Bildrotator eine
Symmetriervorrichtung beigeordnet sein. Anstelle der Wendeloptik
4 kann
selbstverständlich
jede andere Vorrichtung Verwendung finden, die einen Eingangslaserstrahl
in Rotation und eine Taumelbewegung um seine Strahlachse versetzt,
so dass der Ausgangsstrahl zum Wendelbohren geeignet ist. Die Wendeloptik
4 umfasst
zwei Kippspiegel
6, mit denen zum einen der Auftreffwinkel
und zum zweiten der Strahlrotationsdurchmesser des rotierenden und
taumelnden Laserstrahls am Auftreffpunkt, d. h. am Punkt, an dem
die Bearbeitung des Werkstücks
2 stattfindet,
verändert
werden. Das Werkstück
2 ist
auf einem dreidimensional verfahrbaren Positioniertisch
3 angeordnet.
Der Positioniertisch
3 und die Stelleinrichtungen der Kippspiegel
6,
die vorteilhaft als Schritt- oder Servoantriebe ausgebildet sind,
sind an eine CN-Steuerung
5 angeschlossen, die für jeden
Zeitpunkt des Bearbeitungsprozesses die Geschwindigkeit und die
Koordinaten der Verfahrbewegung des Positioniertisches
3 sowie die
Winkelstellung der Kippspiegel
6 vorgibt. Eine Bildaufnahmeeinrichtung
7 dient
vorteilhaft der visuellen Beobachtung beim Einrichten der Anfangs position.
Dazu wird das Werkstück
2 mittels
des Positioniertisches
3 in eine gestrichelt dargestellte
Beobachtungsposition gebracht.
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Der
gemäß 2 in
ein Werkstück 2 eingebrachte
Schnittspalt 21, dessen Verlauf lediglich schematisch angedeutet
ist, kann an verschiedenen Positionen verschiedene Schnittspaltwinkel 21X aufweisen,
die erfindungsgemäß während der
Relativbewegung zwischen Laserstrahlungsachse und Werkstück 2 für jeden
Punkt der Bahnkurve wie oben beschrieben eingestellt werden. Ein
erster Schnittspaltwinkel 21P erzeugt einen sich mit zunehmender Eindringtiefe
der Laserstrahlung verjüngenden Schnittspalt,
ein zweiter Schnittspaltwinkel 210 erzeugt einen parallelen
Schnittspalt und ein dritter Schnittspaltwinkel 21N erzeugt
einen sich mit zunehmender Eindringtiefe aufweitenden Schnittspalt.
Es hat sich gezeigt, dass Verjüngungen
von 100 μm
auf 50 μm
oder Aufweitungen von 50 μm
auf 100 μm Breite
bei einer Werkstückdicke
von 1 mm realistisch sind.
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Eine
vorteilhafte Anwendung der Erfindung liefert eine Refraktionslinse
für Röntgenstrahlen
gemäß 3,
bestehend aus einem Linsenkörper 301 und
zwei, um 90° zueinander
angeordneten Bohrungsreihen 302 und 303, durch
die ein Röntgenstrahl 304 fokussiert
wird. Für
eine auf der Mikrometerskala aufgelöste Untersuchung der Eigenschaften von
Materie mit Röntgenstrahlen
ist eine Fokussierung derselben erforderlich. Allerdings können nicht – wie beispielsweise
für sichtbares
Licht – Linsen
im herkömmlichen
Sinne eingesetzt werden, da für
alle Materialien der Realteil des Brechungsindex' für Röntgenstrahlung
geringfügig
kleiner als 1 ist (1 – δ mit δ ~ –10–8 bis –10–6).
Zwar gelingt es durch diverse Ansätze wie Röntgenspiegel, Zonenplatten
oder Kapillaren (alle diese Verfahren basieren entweder auf der
Totalreflexion oder Beugungseffekten), Röntgenlicht zu fokussieren.
Es werden jedoch seit einiger Zeit auch so genannte „compound
X-ray lenses” untersucht,
die auf der Brechung von Röntgenstrahlen beruhen.
Dabei nutzt man aus, dass eine einzelne, zwar stark konkave, jedoch
nur schwach bündelnde Röntgenlinse
dadurch entsteht, dass man zwei zylindrische Löcher nebeneinander in ein Material
möglichst
niedriger mittlerer Ordnungszahl einbringt. Die fokussierende Wirkung
einer solchen einzelnen Konkav-Linse kann verstärkt werden, indem eine Vielzahl identischer
Löcher
in einer Reihe angeordnet werden. Jedoch bewirkt eine solche Anordnung
paralleler Löcher
nur eine Fokussierung in einer, senkrecht auf der Ausbreitungsrichtung
der Röntgenstrahlung stehenden
Raumrichtung, es handelt sich also um eine Zylinderlinse. Durch
die Kombination zweier senkrecht aufeinander stehender Reihen paralleler Löcher entsteht
eine Fokussierung auf einen Punkt. Mittels der Erfindung können von
der Zylinderform abweichende Trajektorien bearbeitet werden wie etwa
Parabeln. Dadurch kann das Problem der sphärischen Aberration reduziert
werden. Es ist ferner möglich,
Korrektorelemente in die Linsenreihe einzubauen, um der Charakteristik
der genutzten Röntgenquelle
Rechnung zu tragen. Neben der Trajektorie kann auch die Konizität einer
oder mehrerer Öffnungen
variiert werden. Mit der Erfindung werden Öffnungsdurchmesser von wenigen
10 μm erzielt.
Wegen der technologieinhärenten
Zustellgenauigkeit von bis zu 500 nm reduzieren sich Fehler in der
relativen Anordnung der Einzellinsen auf ein Minimum. Durch die
höhere
Packungsdichte aufgrund kleinerer Krümmungsradien werden bei gleicher
Brennweite und damit geringerer Länge der Linsenkörper Absorptionseffekte
reduziert. Damit können
auch Materialien mit nicht ultimativ kleinen mittleren Ordnungszahlen
wie z. B. Al, Diamand oder Si als Grundmaterial für Linsenkörper eingesetzt
werden. Auch sind komplexe Anordnungen mehrerer Linsenreihen wie parallele,
ineinander verzahnte Reihen, aufeinander zulaufende Reihen etc.
problemlos realisierbar.
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Ionenstrahlquellen
(HF- order ERC-Quellen) erzeugen in einem Plasmaraum aus Edelgasen
ein Plasma, aus dem mittels Extraktions- und Führungsgittern ein Ionenstrahl
ausgekoppelt wird. Aufgrund der räumlichen Nähe zum Plasma unterliegen diese Gitter
einer starken Erosion und sind folglich aus Materialien befertig,
die möglichst
niedrige Abtragsraten aufweisen, wie Molybdän oder Graphit. Um eine optimale
Strahlformung der extrahierten Ionen zu erzielen, weisen die Gitter
komplexe Lochanordnungen auf planaren oder gar gekrümmten Substraten
auf. In herkömmlicher
Ausbildung sind die Öffnungen
zylindrische Bohrlöcher
mit vorwiegend identischem Durchmesser, die gegebenenfalls unter
einem Neigungswinkel eingebracht werden. Durch die Anwendung der
Erfindung eröffnen
sich weitere Möglichkeiten
der Ausgestaltung der Lochanordnungen. So zeigt 4 ein
wabenförmiges
Extraktions- und Führungsgitter 401 mit
sechseckigen Öffnungen 402. Lichte
Weite und/oder Konizität
jeder einzelnen Öffnung
können
gezielt eingestellt werden, so dass Öffnungen erzeugt werden, die
deutlich kleiner sind als dies mittels abrasiven Bohrens mit einem
Schneidwerkzeug möglich
ist. Die Stege zwischen den Öffnungen
sind hinreichend stark ausprägbar,
um auch bei längerer
Betriebsdauer ein Brechen des Gitters zu verhindern. Damit kann
entweder bei gleicher Transparenz der Gitter eine längere Betriebszeit
erreicht werden, oder aber es kann bei gleicher Betriebszeit die
Transpa renz erhöht
werden. Darüber hinaus
sind elliptische oder jegliche andere Formen möglich, die sich einer mathematischen
Beschreibung folgend durch Relativbewegung bezüglich eines Laserstrahles erzeugen
lassen. Durch die Wahl der Konizität des Schnittspalts beziehungsweise
deren positionsabhängige
Nachführung
können
relativ zur Bearbeitungsrichtung geneigte Öffnungen erzeugt werden, um
das Ionenstrahlprofil gezielt zu beeinflussen.
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Weitere
Anwendungsgebiete der Erfindung, die nachfolgend ohne Bezug auf
die Zeichnung erläutert
werden, ergeben sich beispielsweise bei der Herstellung von elektronentransparenten
Stegen von Lamellen zur Transmissionselektronenmikroskopie, aber
auch von Spinndüsen
oder Kühl-
bzw. Formöffnungen
von Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken sowie bei der Vorbereitung
von Proben zur Fehlerdiagnostik und Qualitätskontrolle in der Halbleitertechnik
mittels Ionenstrahl-Böschungsätzverfahren.
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Die
Ausführung
des Lamellenschnitts für
die Transmissionselektronenmikroskopie unter Anwendung der Erfindung
hat den Vorteil, dass der Keilwinkel sehr genau kontrolliert werden
kann. Insbesondere kann er Werte kleiner als 15° bis nahezu parallel (0°) annehmen.
Darüber
hinaus kann entlang der Lamelle eine Veränderung des Keilwinkels vorgenommen
werden, was für
die Stabilisierung hilfreich sein kann. Die Lamelle könnte also
in der Mitte einen nahezu parallelen, extrem dünnen Steg aufweisen, der zu
den beiden Seiten hin sukzessive größere Keilwinkel annimmt.
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Durch
die Anwendung der Erfindung zur Herstellung von Spinndüsen können vorteilhaft
bis zu wenige Millimeter dicke Substrate mit sehr kleinen Durchgangsstrukturen
versehen werden, die eine sehr gute Oberflächenrauheit der inneren Oberflächen aufweisen.
Dabei kann während
des Schneidens einer Spinndüse
die Konizität
des Schnitts an der jeweiligen Stelle variiert werden, wodurch etwa parallele
Bereiche sich an leicht konische Strukturen direkt anschließen können, was
eine größere Variabilität bei der
Auslegung der Spinndüsengeometrie
bedeutet.
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Strahltriebwerksturbinenschaufeln
weisen ein komplexes System von Kühlungsöffnungen auf, durch die ein
Luftpolster zwischen heißer
Verbrennungsluft und Oberfläche
der Turbinenschaufel erzeugt wird. Diese Öffnungen sind so ausgeführt, dass der
Luftaustritt bereits parallel zur Oberfläche der Turbinenschaufel erfolgt.
Sie öffnen
sich also unter einem sehr flachen Winkel zur Oberfläche. Zum
Erzeugen derartiger Kühlungslöcher ist
eine gleichzeitige Kontrolle von Position (Führen des Laserstrahls entlang
einer definierten Trajektorie) und Konizität von Vorteil. Darüber hinaus
ergibt sich beim Einsatz von Ultrakurzpulslaserstrahlung der Vorteil
geringer thermischer Belastung des Materials, welches unter Einsatzbedingungen
einer hohen Beanspruchung bei gleichzeitig zu fordernder unbedingter
Zuverlässigkeit
ausgesetzt ist.
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Zur
Fehlerdiagnostik und Qualitätskontrolle hochintegrierter
Schaltkreise sowie andere Mikrostrukturanalysen wird das Ionenstrahl-Böschungsätzverfahren
eingesetzt. Dabei wird über
eine abschattende Maske die Oberfläche einer zu untersuchenden
Probe einer möglichst
intensiven Bestrahlung mit Ionen ausgesetzt mit dem Ziel, die nicht
abgeschatteten Bereiche möglichst
rasch und möglichst
bis zu einer großen
Tiefe abzutragen. Bei typischen Halbleiterchip-Strukturen werden
für eine Schnitttiefe
von einigen 100 μm
mehrere Stunden benötigt.
Durch Anwendung der Erfindung verringert sich diese Zeitdauer erheblich,
indem in einem Abstand von der Maske, der mindestens so groß sein muss
wie die Ausdehnung der Wärmeeinflusszone, ein
gerader Schnitt oder eine mäandrierte
Reihe paralleler Schnitte durchgeführt wird, so dass sich das Volumen
des mittels Ionenböschungsschnitt
abzutragenden Materials deutlich verringert. Dieser Grobschnitt
wird entweder vor dem Platzieren der Maske oder nach deren Platzierung
und erfolgter Detektion der räumlichen
Lage der Maske mit einem Bild gebenden Verfahren durchgeführt. Vorzugsweise
wird der Schnitt genau senkrecht zur Oberfläche des Präparats geführt.