DE102013010200A1 - Verfahren zum Auffinden der optimalen Fokuslage zum Laser-Abtragen und -Schneiden mit minimaler Schnittbreite und guter Kantenqualität - Google Patents

Verfahren zum Auffinden der optimalen Fokuslage zum Laser-Abtragen und -Schneiden mit minimaler Schnittbreite und guter Kantenqualität Download PDF

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Hans-Joachim Cappius
Dr.rer.nat. Ashkenasi David
Prof. Dr. Ing. Eichler Hans Joachim
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum präzisen Schneiden, Bohren, Ritzen und Kerben von Materialien sowie zur Entfernung dünner Schichten mit scharfen Kanten und genauer Tiefenkontrolle. Der Abstand zwischen Abbildungsoptik und Probe, der ein lokales Intensitätsminimum der laserinduzierten Plasma-Emission produziert, wird dafür als optimal ausgewählt. Das Verfahren berücksichtigt zudem Materialabhängigkeiten und kann somit sowohl zur Anpassung der Prozessparameter während der Bearbeitung, wie auch zur wunschgemäßen Abschaltung beim Laser-Mikroabtrag an Werkstücken, Bauteilen und Schichtsystemen verwendet werden, die aus mehreren Materialien bestehen.

Description

  • Aufgabenstellung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des Materialabtrags und von Präzisionsschnitten von Dünnschichtsystemen mit guter Kantenqualität mittels eines auf ein Werkstück gerichteten Laserstrahls. Der Abstand zwischen Fokussieroptik und Werkstück wird während der Laserbearbeitung gezielt variiert und gleichzeitig wird die Plasma-Emission erfasst. Über die Auswertung der Plasma-Emission wird der für die Bearbeitung optimale Abstand bestimmt.
  • Stand der Technik
  • Aus der DE 102 48 458 B4 sowie weiteren Schutzrechten des gleichen Anmelders ist ein Verfahren sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung bekannt. Die Fokuslage wird dort aus der Erfassung der aus der Wechselwirkungszone zwischen Laserstrahl und Werkstück kommenden Strahlung bestimmt. Es ist dort vorgesehen, dass das der Strahlung entsprechende Signal in Abhängigkeit von der Verschiebeposition der Fokussieroptik aufgezeichnet wird. Die Fokuslage wird also aus der Änderung der Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Linse und Werkstück ermittelt. Dabei stützen sich die Erfinder darauf, dass das Maximum der Strahlungsintensität bzw. die Einstellgenauigkeit der Fokuslage sich dort erhöht, wo sich der größte Signalwert aus dem gesamten Signalverlauf zuverlässig ermitteln lässt. Die reflektierte Plasma-Emission wird mit einer Reihe von Photodetektoren in einem Bearbeitungskopf erfasst, d. h. keine spezielle Erfassungsoptik wird benötigt. Das Problem bei der in DE 102 48 458 B4 beschriebenen Lösung ist, dass dieser Ansatz einer Bestimmung des größten Signalwerts bei der Strahlungsintensität nicht immer eine Identifikation der für eine gute Bearbeitung optimalen Fokuslage liefert. Statt einer maximalen Strahlungsintensität tritt häufig ein Plateau-Bereich auf, wie die Erfinder in DE 102 48 458 B4 selbst beschreiben, was eine sichere Bestimmung der Fokuslage für den Anwender sehr erschwert. Zudem korreliert die maximale Strahlungsintensität eher mit der Materialmenge, die mittels Laserstrahlung vom Werkstück abgetragen wird, was aber nicht bedeutet, dass diese maximale Abtragsmenge eine optimale Fokuslage für eine präzise Laserbearbeitung darstellt.
  • Aus der US 6,355,908 B1 ist ein auf der Intensität der Plasma-Emission basiertes Verfahren zur Einstellung der Fokusposition eines Laserstrahls bekannt. Die beschriebene Methode betrachtet nur ultrakurze Laserpulse (ps und fs). Ein Plasma wird in der Luft oberhalb des Werkstücks mit niedrigerer Energie als die Abtragsschwelle des Materials erzeugt. Ein Materialabtrag wird nicht produziert. Die Plasma-Emission wird mit unter einem bestimmten Neigungswinkels seitlich angebrachter Photodetektoren erfasst. Die beste Fokusposition wird gefunden, wenn die Intensität der Plasma-Emission maximal ist.
  • Erfindungsgemäße Lösung
  • Zum präzisen Abtragen und Schneiden von Materialien mit Laser ist nicht nur eine einmalige Einstellung, sondern eine Steuerung der Fokuslage erforderlich, um zuverlässig den idealen Arbeitsabstand zwischen der Laser-Bearbeitungsoptik und dem zu bearbeitenden Werkstück für eine möglichst präzise Laser-Mikrobearbeitung bereitzustellen.
  • Die Fokuslage, oder der Linse-zu-Oberfläche-Abstand, ist ein Parameter der die Qualität der Laserbearbeitungsergebnisse stark beeinflusst. Der optimale Abstand zwischen Fokussieroptik und der Oberfläche des Werkstücks, der das höchstmögliche Seitenverhältnis (Tiefe zu Breite der Laserbearbeitungsspur), maximal schmale und tiefe Kanäle und geringe thermische Randeffekte produziert, wird als optimal definiert.
  • Die in diesem Patent beschriebene Erfindung betrifft das Auffinden der optimalen Fokuslage mittels der Analyse der während der Bearbeitung erzeugten Plasma-Emission. Die Plasma-Emission wird hier als die vom laserinduzierten Plasma emittierte Strahlung definiert. Diese Strahlung wird optisch erfasst und von einem Detektor oder einer Anordnung von Detektoren, z. B. Photodioden oder Photomultiplier sowie ein oder kein Spektrometer oder ein, kein oder mehrere Filter, in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Merkmale der erfassten Plasma-Emission z. B. einzelne Emissionslinien, Emissionsbänder und Wärmestrahlung, werden analysiert. Die Begrenzung des zu analysierenden Wellenlängenbereichs basiert auf dem Auftreten von diesen Merkmalen. Zum Beispiel, im Falle von der Analyse von CIS- oder CIGS-Solarzellen, wird der Spektralbereich von 300–500 nm verwendet, da die charakteristischen Merkmale von allen beteiligten Schichten in diesem Bereich beobachten werden können. Dies ist jedoch nicht der einzige Bereich, der verwendet werden kann.
  • Die Erfahrung zeigt, dass die einfache Fokusregelung nach einem Maximum der Plasma-Emission hierfür nicht immer geeignet ist. Da die Emissionsintensität und die Menge des abgetragenen Materials proportional sind, wird von diesen Methoden nach derjenigen Fokuslage gesucht, wo die maximale Menge an zum Plasma erwärmten Material, also das höchste abgetragene Volumen erzeugt wird. Die ideale Bearbeitungsqualität wird nicht immer bei den maximalen Abtrag erzeugenden Bearbeitungsparametern produziert. Es wird beobachtet, dass bei diesen Bedingungen thermische Effekte die Bearbeitungsergebnisse sehr stark verändern, hin zu einer niedrigeren Qualität der Bearbeitung. Dies drückt sich durch Risse, Umschmelzen, dem Ansatz von Graten oder der Umlagerung von Debris an den Rändern der Bearbeitung aus.
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die optimale Fokuslage (Linse-zu-Oberfläche-Abstand) des auf ein Werkstück gerichteten Laserstrahls bei einem lokalen Minimum der Plasma-Emission aufgefunden werden kann (Solllage). Es wurde festgestellt, dass die Fokusposition, die ein lokales Minimum der Intensität erzeugt, das höchstmögliche Seitenverhältnis (Tiefe zu Breite der Laser-Bearbeitungsspur) produziert. Verschiedene bekannte Sensoranordnungen und Sensoren, z. B. Photodioden und Spektrometer, können verwendet werden, um die Plasma-Emission zu erfassen. Anschließend wird die Intensität der Emission ausgewertet. In der vorliegenden Erfindung ist die Präsenz dieses lokalen Minimums der Kern für eine präzise Laserbearbeitung und bedeutet, dass die Laserbearbeitung bei der optimalen Fokuslage nicht den höchsten Wert abgetragener Masse zeigt, sondern die engsten und tiefsten Abtragsspuren, d. h. mit hohem Seitenverhältnis (aspect ratio). Zusätzlich bedeutet optimale Fokuslage, eine kontrollierte Abtragstiefe mit dieser Fokuslage realisieren zu können. Diese Art von Spuren ist erwünscht, um hohe Qualität der Bearbeitungsergebnisse für verschiedene Anwendungen der Lasermikrobearbeitung zu erreichen, z. B. bei der Strukturierung von CIS-, CIGS-Solarzellen oder organischen Dünnschichtsolarzellen bzw. anderen Schichten auf Glassubstraten, Metallfolien oder flexiblen Polymerfolien sowie anderen Mehrschicht-Systemen, bei der Herstellung von MEMS- und Mikrofluidik-Bauteilen, beim Silizium-wafer-dicing, beim Schneiden von Edelmaterialien, bei der Bearbeitung von flexiblen Displays, usw.
  • Diese Anwendungen erfordern schmale und tiefe Kanäle mit präziser Bearbeitung der Materialien, um die Leistung des Endprodukts zu erhöhen. Aus diesem Grund ist ein automatisches System erforderlich, das die Einhaltung der idealen schmalen Abtrags-Kanäle mit hohem Seitenverhältnis sicherstellt.
  • Die während der Laserbearbeitung erfasste Plasma-Emission kann auch verwendet werden, um selektiven Abtrag zu garantieren. Dies ist möglich, da aufgrund der charakteristischen Emissionslinien für jedes Material eine Unterscheidung erfolgen kann. Durch die Überwachung von passenden Spektralbändern oder bestimmten Wellenlängen kann das abgetragene Material identifiziert werden. Veränderungen der Emissionsintensität bei charakteristischen Emissionslinien während der Laserbearbeitung zeigen an, dass verschiedene Materialien abgetragen werden.
  • Durch die Gewährleistung, dass nur das gewünschte Material abgetragen wird, kann dieses Verfahren die Qualität der automatisierten Bearbeitung deutlich verbessern. Dies ist von besonderer Bedeutung für die Bearbeitung von Mehrschichtsystemen. Bei dieser Anwendung ist der Abtrag der ausgewählten oberen Schicht(en) ohne Schädigung des Rests der Struktur für die Leistung des Systems entscheidend.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Kombination von einer Detektion der optimalen Fokus-Bedingungen mit der Steuerung eines selektiven Abtrags. Dieses Verfahren ist ideal für verschiedene Anwendungen der Laserbearbeitung von mehrschichtigen Systemen wie Solarzellen, Low-k-Dielektrika, Flachbildschirme (flat panel displays), bei dem kontrollierten Entfernen von Verunreinigungsschichten, usw.
  • Die Vorrichtung, um das erfindungsgemäße Verfahren zu implementieren, besteht analog dem Stand der Technik, wie z. B. der DE 102 48 458 B4 , aus folgenden Teilen:
    • – einer Laserquelle,
    • – einer Fokussieroptik,
    • – einem Erfassungssystem, das aus Detektor, Filtern und ggf. einer Erfassungsoptik besteht
    • – einer Auswerteeinheit zur Analyse, Speicherung und Vergleich der Plasma-Emission,
    • – einer Einheit zur Nachführung der Fokuslage.
  • Als Detektoren des Erfassungssystems können Photodioden oder Spektrometer verwendet werden. Filter, z. B. Notchfilter, werden benötigt, um das reflektierte Laserlicht zu unterdrücken oder um ein gewünschtes Spektralband auszuwählen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auffindung der optimalen Fokuslage besteht aus folgenden Schritten:
    • – Am Anfang wird die Fokussieroptik weg von der Probe platziert (Brennweite der Fokussieroptik liegt deutlich oberhalb der Probenoberfläche).
    • – Ein erster Linse-zu-Oberfläche-Abstand wird zur Laserbearbeitung verwendet und gleichzeitig wird die Emissionsintensität erfasst und ausgewertet.
    • – Die Intensität einer charakteristischen Emissionslinie oder eines Spektralbands wird gespeichert und mit vorherigen Intensitätswerten verglichen, um das lokale Intensitätsminimum zu finden.
    • – Falls die ausgewertete Intensität nicht das lokale Minimum ist, wird der Linse-zu-Oberfläche-Abstand verändert (im ersten Durchgang also Bewegung der Fokussieroptik in Richtung der Probe).
    • – Wenn das lokale Minimum gefunden wird, wird die Veränderung der Linse-zu-Oberfläche-Abstand gestoppt, da die optimale Fokuslage (Solllage) des Systems gefunden ist.
    • – Dieser Vorgang bzw. Teile dieses Vorgangs werden wiederholt ausgeführt, um eine kontinuierliche Nachführung bzw. den Stopp der Bearbeitung zu bewirken. Natürlich kann der Linse-zu-Oberfläche-Abstand bei Anstieg der Intensität abwechselnd zur Werkstückoberfläche und von ihr weg verändert werden, um eine Kollision zu unterbinden. Dieser Abstand kann auch nachgeführt oder in einem vordefinierten Toleranzband gehalten werden.
  • Ein deutlicher Vorteil gegenüber den Konkurrenzverfahren ist, dass nur eine Spur benötigt wird, um den optimalen Linse-zu-Oberfläche-Abstand zu finden, d. h. kurze Zeit und wenig abgetragenes Material werden gebraucht.
  • Die Variation des Linse-zu-Oberfläche-Abstands kann mit einer vorbestimmten Schrittweite durchgeführt werden, um die Genauigkeit der Positionierung zu verbessern.
  • Für die Überwachung des selektiven Abtrags müssen die folgenden Schritte erfüllt werden:
    • – Laserbearbeitung und Plasmaerfassung werden gleichzeitig durchgeführt.
    • – Die Plasma-Emission wird analysiert, um charakteristischen Merkmale der Emissionsspektren, d. h. Emissionslinien und Hintergrundstrahlung, zu beobachten.
    • – Die Präsenz von Merkmalen der abzutragenden Schicht und die Abwesenheit von Merkmalen der zu erhaltenden Schicht bestimmen den korrekten Arbeitsbereich vor dem Übergang zwischen den Schichten. Taucht ein Merkmal einer zu erhaltenden Schicht auf, ist der Übergang erreicht.
    • – Wenn der Übergang erreicht ist, wird der Prozess gestoppt oder andere geeignete Maßnahmen vorgenommen, um die Beschädigung der zu erhaltenden Schicht zu vermeiden.
  • Das Verfahren ist sehr vorteilhaft für die Mikrobearbeitung, z. B. Schneiden und Markieren, und kann mit allen Wellenlängen, also mit IR-, VIS- und UV-Laser-Wellenlängen sowie mit ns- bis fs-Pulsdauern eingesetzt werden.
  • Das Verfahren kann verwendet werden, um ideale Ergebnisse mit einer Laserbearbeitung bei automatisierter Bearbeitung zu erhalten. Die korrekte Durchführung des Verfahrens hängt, wie auch bei den Konkurrenzverfahren, von der Verwendung erheblich höherer Laserenergie als der Abtragsschwelle des zu bearbeitenden Materials ab.
  • Das Verfahren kann für verschiedenste Materialarten, z. B. Metalle, Keramik, technische Glaser, Halbleiter und Dünnschichtsolarzellen, verwenden werden. Diese Aufzählung ist nicht erschöpfend.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem Fokussierkopf oder in einem unabhängigen Überwachungssystem implementiert werden. In Abhängigkeit von den Spezifikationen des Systems kann die Plasma-Emission entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung Achse der Laserbearbeitungsstrahlung oder erst ab einem bestimmten Neigungswinkel dazu erfasst werden.
  • Mit dem gleichen System können Verschmutzungen auf einem Werkstück während der Bearbeitung detektiert und gleich abgetragen, bzw. die Bearbeitung zur Inspektion gestoppt werden.
  • Die Erfindung wird mit Hilfe der folgenden Figuren beschrieben:
  • 1 stellt den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung dar.
  • 2 ist eine graphische Darstellung vom Funktionsprinzip des Verfahrens. Auch wird in 2 die Plasma-Emissions-Intensität als Steuersignal dargestellt.
  • 3 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens, um die optimale Fokuslage zu finden.
  • 4 ist ein Diagramm der Bearbeitungsergebnisse von Mehrschichtsystemen. 4a zeigt die gewünschte Abtragstiefe. 4b zeigt Über-Bearbeitung und 4c Unter-Bearbeitung.
  • 5 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens, um die Bearbeitung auf bestimmte Schichtdicken oder Materialien zu begrenzen.
  • In 1 ist ein prinzipieller Aufbau des Bearbeitungssystems dargestellt. Der Laserstrahl (7) wird von der Fokussieroptik (8) mit oder ohne Strahlformung auf das Werkstück (9) fokussiert. Das Verfahren kann in verschiedenen Konfigurationen des Laserbearbeitungsaufbaus implementiert werden. Die von der Wechselwirkung des Laserstrahls mit der Probe erzeugte Plasma-Emission wird mittels eines aus Filtern und Photodetektoren bestehenden Erfassungssystems (10) gesammelt. Statt einem Filter kann auch ein Spektrometer oder eine andere Vorrichtung benutzt werden. Ein Anteil der Plasma-Emission wird durch die Fokussieroptik transmittiert und mit einem teilweise reflektierenden optischen Element (11), z. B. einem dichroitischen Spiegel oder einer einfachen Glasplatte, zu dem Erfassungssystem geleitet. Die Plasma-Emission wird in dem Erfassungssystem (10) in ein elektrisches Signal umgewandelt und in einer Auswerteeinheit (12) gespeichert und ausgewertet. Die Auswerteeinheit ist zuständig für die Analyse der Emissionsintensität, um das lokale Minimum zu identifizieren. Das von der Auswerteeinheit (12) zu der Steuereinheit (13) gesendete Signal wird für die Einstellung der Position der Fokussieroptik verwendet.
  • In 2 wird die Intensität der während der Laserstrukturierung erzeugten Plasma-Emission dargestellt. Das Prinzip der Methode basiert auf der Verschiebung des fokussierten Strahls entlang der Z-Achse während der Laserbearbeitung. Eine Spur wird beginnend mit einem ersten, deutlich zu großen Linse-zu-Oberfläche-Abstand (1) abgetragen. Während der Bearbeitung wird die Plasma-Emission erfasst und ihre Intensität wird analysiert und bewertet. Die Emissionsintensität wird als Steuersignal verwendet. Da der anfängliche Intensitätswert kein lokales Minimum ist, wird der Linse-zu-Oberfläche-Abstand variiert, damit der relative Abstand zwischen Fokussieroptik und der Probe zunächst reduziert wird. Resultierend ist die Intensität der Plasma-Emission dann gesteigert (2). Eine maximale Intensität wird beobachtet, wenn der Strahl kurz oberhalb der Oberfläche (3) fokussiert wird. Durch eine weitere Variation des Linse-zu-Oberfläche-Abstands in Richtung der Probe wird eine Senkung der Plasmaintensität produziert (4). Ein lokales Minimum der Emissionsintensität wird für die optimale Fokuslage, d. h. den schmalsten und tiefsten Abtragskrater, erreicht (5). Wenn der Linse-zu-Oberfläche-Abstand weiter in die gleiche Richtung verschoben wird, steigt die Intensität wieder (6). Der Linse-zu-Oberfläche-Abstand kann in kleinen Abstandsschritten variiert werden, um eine genaue Anpassung der optimalen Fokusposition zu verbessern.
  • In 3 wird anhand eines Flussdiagramms das Verfahren dargestellt. Das Werkstück muss zunächst auf dem Bearbeitungstisch platziert werden. Dann wird die Plasma-Emission während der Bearbeitung erfasst. Unabhängige Intensitätswerte werden für jeden Schritt der Variation des Linse-zu-Oberfläche-Abstands gespeichert. Die Auswertung der Plasmaintensität wird durchgeführt, um das lokale Minimum zu identifizieren. Falls die Fokuslage sich nicht in der optimalen Position befindet, wird der Linse-zu-Oberfläche-Abstand in kontrollierten Schritten während der Bearbeitung in Richtung des vermuteten optimalen Abstands, also im ersten Durchlauf hin zur Oberfläche, danach hin zu dem vorher mit minimaler Emission gespeicherten Abstand verschoben. Andere Strategien (grob dann fein abrastern, permanente kleine Variation während der Bearbeitung) sind ebenfalls möglich. Wenn das lokale Minimum erreicht ist, wird der Verschiebungsprozess zunächst beendet.
  • In 4a wird die gewünschte Bearbeitungstiefe für den selektiven Abtrag von Mehrschichtsystemen gezeigt. Die obere Schicht wurde vollständig ohne Beschädigung der darunter liegenden Schicht entfernt.
  • In 4b wird das Ergebnis einer Über-Bearbeitung einer Probe gezeigt. Die untere Schicht wird beschädigt und selektiver Abtrag wird nicht erzeugt.
  • In 4c wird das Ergebnis von Unter-Bearbeitung einer Probe gezeigt. Die gewünschte Abtragstiefe wird nicht erreicht und somit wird das erwartete Ergebnis nicht erzielt. Die untere Schicht kann nicht von der Bearbeitungsseite erreicht werden, da eine der oberen Schichten noch eine Deckschicht darauf hinterlassen hat. Soll eine Isolation zwischen Bereichen erzeugt werden, so ist dies durch die Restdicke der abzutragenden Schicht verhindert.
  • In 5 wird anhand eines Flussdiagramms das Verfahren des selektiven Abtrags dargestellt. Das Werkstück muss zunächst auf dem Bearbeitungstisch platziert werden. Dann wird die Plasma-Emission während der Bearbeitung erfasst. Die spektral aufgelöste Emissionsintensität des Plasmas wird analysiert. Die Absenkung von Merkmalen der Plasma-Emission aus der abzutragenden Schicht und das Inkrement von Merkmalen der Plasma-Emission aus der zu erhaltenden Schicht führen zu der Identifizierung eines Übergangs zwischen den Materialien. Der Bearbeitungsprozess wird wiederholt, bis der gewünschte Übergang beobachtet wird. Schließlich wird die Laserbearbeitung gestoppt, um die Schädigung der tieferen Schichten des Mehrschicht-Systems zu vermeiden. Ein ähnliches Verfahren kann verwendet werden, um die kontrollierte Entfernung der Verunreinigung auf zu bearbeiten Oberflächen zu ermöglichen. Hierbei wird zusätzlich die Verfahrgeschwindigkeit bzw. der Verfahrweg der Fokussieroptik auf der Werkstückoberfläche über das Auftreten von nicht erwünschten Merkmalen in der Plasma-Emission gesteuert.
  • Die in 3 und in 5 dargestellten Methoden können zusammen oder getrennt verwendet werden.
  • Die vorgestellten technischen Lösungen der Verfahrensschritte dienen nur der Erläuterung und sind durch gleichwertige Lösungen nach dem Stand der Technik austauschbar, ohne das erfindungsgemäße Verfahren zu beeinträchtigen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ausgangszustand mit erstem Linse-zu-Oberfläche-Abstand
    2
    Linse-zu-Oberfläche-Abstand, der eine Steigerung der Emissionsintensität produziert
    3
    Linse-zu-Oberfläche-Abstand, der einen maximalen Intensitätswert produziert
    4
    Linse-zu-Oberfläche-Abstand, der eine Senkung der Emissionsintensität produziert
    5
    Optimale Fokuslage, d. h. der Linse-zu-Oberfläche-Abstand, der das lokale Intensitätsminimum produziert
    6
    Linse-zu-Oberfläche-Abstand, der eine weitere Steigerung der Emissionsintensität produziert
    7
    Laserstrahl
    8
    Fokussieroptik, ggf. mit Strahlformer z. B. für ein Tophat-Profil
    9
    Werkstück
    10
    Erfassungssystem
    11
    teilweise reflektierendes optisches Element
    12
    Auswerteeinheit
    13
    Steuereinheit
    14
    Linse-zu-Oberfläche-Abstand
    15
    Veränderung des Linse-zu-Oberfläche-Abstands
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10248458 B4 [0002, 0002, 0002, 0013]
    • US 6355908 B1 [0003]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Steuerung des Abstandes zwischen Werkstück und Bearbeitungsoptik beim Schneiden, Bohren und Abtragen verschiedenster Materialien mit geringer Nebenwirkung auf nicht-bestrahlte Bereiche durch einen gepulsten Laser mit einer Intensität, die eine Plasma-Emission erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Plasma-Emission detektiert, gespeichert und derart ausgewertet wird, dass der Abstand der Bearbeitungsoptik zur Werkstückoberfläche variiert wird, bis ein lokales Minimum in der Nähe der maximalen Intensität der Plasma-Emission erreicht ist (Solllage) und scharfe Schnitte und Abtragungskanäle erzeugt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Auswertung des Spektrums bzw. spezifischer Spektrallinien der Plasma-Emission genutzt wird, um das bearbeitete Material zu überwachen und bei Änderung den Laser abzuschalten oder andere geeignete Schritte einzuleiten.
  3. Verfahren nach Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten spezifischer Spektrallinien genutzt wird, um Schichten in Solarzellen und anderen Schichtsystemen kontrolliert abzutragen.
  4. Verfahren nach Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das den Auftreten spezifischer Spektrallinien genutzt wird, um Verunreinigungen und unerwünschte Schichten auf Oberflächen kontrolliert zu entfernen, ohne die zu schützende Oberflächenschicht zu beschädigen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine permanente Nachjustierung auf die Einhaltung des lokalen Minimums durch kleine Variation des Abstandes um die Solllage und Auswertung der Intensitätsänderung mit entsprechender Anpassung der Solllage erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Laser Pulse mit einer zeitlichen Länge im Bereich von ns bis fs aussendet.
  7. Vorrichtung zur Kontrolle der Herstellung von scharfen Isolationsgräben auf CIS-, CIGS- und anderen Dünnschichtsolarzellen mit einem spektral auflösenden Erfassungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasma-Emission bei einer oder mehreren element-spezifischen Wellenlängen gemessen wird und der Abstand nach Anspruch 1 eingestellt wird.
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