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Die vorliegende Erfindung liegt auf
dem Gebiet der Materialbearbeitung mit Laserpulsen. Sie betrifft
Verfahren und Vorrichtung zur mikrostrukturierenden, ablativen Bearbeitung
von Material, wobei die Bearbeitung des Materials in einem oder
mehreren aufeinander folgenden Prozessschritten durch einzelne Laserpulse
erfolgt, sowie dafür
verwendete Massnahmen, mit denen die Effizienz von ultrakurzen Laserpulsen
für die
Ablation von Molekülen messtechnisch
erfasst wird.
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Die eingangs genannten ultrakurzen
Laserpulse werden im Stand der Technik für die Materialbearbeitung eingesetzt.
Dabei liegt die Pulsdauer für so
genannte ultrakurze Laserpulse im Femtosekundenbereich, insbesondere
zwischen zehn und mehreren hundert Femtosekunden. Bei der Laserbearbeitung
eines Materials wird im Stand der Technik ein Laserstrahl in gepulster
Form mit vordefinierter Pulsenergie, Leistung und flächenbezogener
Dichte auf bestimmte Stellen des Materials gerichtet. Durch die Wirkung
des Energieeintrags wird dabei das Material verändert. Liegt die Pulsdauer
im Nanosekundenbereich, so beinhaltet die Wirkung eines Laserpulses auch
die thermische Erwärmung
des Materials, da die in dem Material stattfindenden Wärmeleitungsprozesse
innerhalb der Pulsdauer stattfinden können. Liegt die Pulsdauer jedoch
im Femtosekundenbereich deutlich unterhalb der Zeitkonstanten für die Wärmeleitung
in einem jeweiligen Material, so findet die Materialablation statt,
bei der die bestrahlten Massepakete stark erhitzt wer den und dann
aus der Oberfläche
des Materials „herausspringen", ohne dass dabei
das umliegende Material wesentlich erhitzt wird, s. WO 00/ 67003,
Seite 5.
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Die physikalischen Effekte, die von
Laserpulsen mit elektronenanregender oder mit ionisierender Wirkung
erzielbar sind, werden in der Literatur unter dem Begriff, Laser
induced breakdown' (LIB)
zusammengefasst. Mit LIB-Spektroskopischen Untersuchungen (LIBS),
die der jeweils erzielten physikalischen Wirkung angepasst sind,
kann die von einem oder mehreren Laserpulsen hinterlassene Wirkung spektrometrisch
nachgewiesen werden.
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Materialbearbeitung durch Laser mit
Pulsdauern von mehreren Nanosekunden ist im Stand der Technik weitläufig bekannt. Über Materialbearbeitung
mit Laserpulsen im Femtosekundenbereich liegen jedoch erst vergleichsweise
wenige Erfahrungen vor. Die internationale Patentanmeldung WO 95/27587
offenbart auch Einzelheiten über
solche Femtosekunden-Laserpulse.
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In der zitierten WO-Patentanmeldung
werden die Wirkungen von laserinduziertem breakdown von Material
in Form von chemischen und physikalischen Materialveränderungen,
chemischen und physikalischen breakdown, Disintegration, Ablation
und Verdampfung erwähnt.
Der besondere Vorzug von Laserpulsen im Gegensatz zu kontinuierlicher
Laserstrahlung wird insbesondere bezüglich medizinischer Laseranwendungen
erwähnt.
So kann eine sehr hohe Spitzenleistung eines Pulses in der Größenordnung
von Gigawatt und mit einer Intensität der Größenordnung von 1013 Watt
pro Quadratzentimeter auf die fokussierte Spotfläche aufgebracht werden. Die zitierte
WO-Patentanmeldung hat es sich zum Ziel gesetzt, insbesondere für medizinische
Anwendungen den Brennfleck (Spot) der Laserpulse lokal enger einzugrenzen,
um den laserinduzierten breakdown in der Peripherie des Spots zu
vermeiden. Bezüglich der
Materialbearbei tung schlägt
sie ein Verfahren vor, um ein vorgewähltes Muster in einem Material oder
auf einem Material zu erzeugen.
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Die vorgenannte WO-Patentanmeldung
offenbart zur Lösung
dieser Probleme eine relativ genaue Bestimmung der Zerstörschwelle
(fluence breakdown threshold) in Abhängigkeit von der Laserpulslänge. Es
wird vorgeschlagen, die Pulslänge
des Lasers für
ein jeweils gegebenes Material kleiner oder gleich einem dort berechneten
Schwellwert zu machen, und damit die beabsichtigten Wirkungen auf das
Material zu erzielen. Es wird festgestellt, dass für Pulsenergien
an dem Schwellwert für
Ablation oder in dessen Nähe
das räumliche
Profil des Laserstrahls die Größe und die
Gestalt der ablatierten Region bestimmt (s. dort Seite 13, erster
Absatz, 4 und 5). Dabei
wird die eingetragene Pulsenergie, deren Größe im wesentlichen dafür verantwortlich
ist, ob Ablation stattfindet oder nicht, in dem dort genannten Stand
der Technik durch die eingestellte Pulsdauer bestimmt.
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In der zitierten WO-Patentanmeldung
werden beispielsweise Pulslängen
im Bereich von 7 Nanosekunden bis 100 Femtosekunden erzeugt, und ein
Objektiv mit zehnfacher Vergrößerung verwendet,
um eine theoretische Spotgröße von 3,0
Mikrometern Durchmesser zu erhalten. Eine SEM-photomikrographische
Abbildung der ablatierten Löcher, die
damit in einem Silberfilm auf Glas unter Verwendung von Laserpulsen
mit einer Pulsbreite von 200 Femtosekunden und einer Pulsenergie
von 30 Nanojoule, und einer Flussdichte von 0,4 Joule pro Quadratzentimeter
erzeugt wurden, zeigen Löcher
eines Durchmessers von etwa 0,3 Mikrometern, entsprechend 300 Nanometern.
Aus diesen Ergebnissen wird dort abgeleitet, dass es auch möglich ist,
noch kleinere Löcher
zu erzeugen, wenn man lediglich eine kleinere Spotgröße verwendet,
die als Funktion der numerischen Apertur des Objektivs und der Wellenlänge entsprechend
erhalten werden kann. Diese Folgerung ist als solche zwar richtig,
lässt aber
weitere, sehr effizient und praxistauglich einsetzbare Möglichkeiten
aus.
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Das dort beschriebene Verfahren besitzt
darüber
hinaus noch die folgenden beiden größeren Nachteile:
Zum einen
ist es nachteilhaft, die Pulsdauer als einzigen Steuerparameter
für die
Laserpulse zu verwenden, weil nicht immer der kürzeste Laserpuls der am besten
für die
gewünschte
Ablation geeignete ist.
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Zum anderen wird die Tatsache nicht
berücksichtigt,
dass bei einer repetierenden Pulsfolge ein bestimmter Puls In Form
eines „Schusses" Wirkungen im Material
hinterlässt,
die die Ablationseffizienz für
den nachfolgenden Puls verändern
im Vergleich zum vorhergehenden. Dies trifft insbesondere für den ersten
und zweiten „Schuß", aber auch in geänderter Form
beispielsweise für
den 20. und 21. Schuß zu, wobei
der jeweils nachfolgende Schuß in
X Y-Richtung die Probe an derselben Stelle trifft, aber in Z-Richtung „tiefer" im Inneren der Probe.
Diese nicht genau vorhersagbaren Wirkungen beinhalten beispielsweise
die Bildung von so genannten Farbzentren direkt unter dem Wechselwirkungsgebiet,
wenn der Schuß als
von oben kommend betrachtet wird. Aus einer vorher kristallinen
Struktur wird dabei lokal eng begrenzt nach Aufschmelzung eine amorphe Struktur
mit weit höheren
Absorptionsgrad für
die einfallende Pulsstrahlung. Auf dieses Phänomen wird hier mit dem Ausdruck „History-Effekt" Bezug genommen.
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Daher ist das Verfahren der zitierten
WO-Patentanmeldung für
die Praxis in der industriell durchgeführten Materialbearbeitung kaum
brauchbar, denn der offenbarte, formelmäßige Zusammenhang zur Bestimmung
der Zerstörschwelle
gilt nur bei bisher unbearbeitetem Material, also nur für den allerersten
Laserpuls, der auf „jungfräuliches" Material trifft.
Da der erste Puls, wie oben erwähnt,
bereits nicht deterministisch feststellbare und reproduzierbare
Materialänderungen
im und gegebenenfalls unter dem Wechselwirkungsgebiet hinterlässt, wird
die Zerstörschwelle
beim zweiten Puls schon anders liegen wie beim ersten Puls. Daher
gilt der in der zitierten WO-Schrift
festgestellte formelmäßige Zusammenhang
nicht mehr für
den zweiten und für
die darauf folgenden Pulse in der entsprechenden Repetitionsfolge
während
der gesamten Materialbearbeitung.
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Auch aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 17 912 A1 ist
ein Verfahren zur mikrostrukturierenden Materialbearbeitung bekannt.
Dabei werden innerhalb eines Prozessschrittes prozessrelevante Eigenschaften
des Werkstücks
mit einem Spektrometer und einem Gerät zur Materialanalyse erfasst.
Die sich daraus ergebenden Messergebnisse werden danach zur Steuerung
des weiteren Fortgangs der Materialbearbeitung verwendet. Ein nachteil
dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass die Laserpulse dieses
Verfahrens nicht optimal geformt sind, um eine effiziente Materialbearbeitung
zu gewährleisten.
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Aus der offengelegten, Internationalen
Patentanmeldung WO 02/061799 A2 ist ein Verfahren bekannt, mit dem
bestimmte Bindungen in Proteinmolekülen aufgebrochen werden können. Um
dafür genau
die optimale Pulsform zu bekommen, ist ein iterativ arbeitender
Feedback-Algorithmus implementiert, der die Wirkung eines Laserpulses
benutzt, um den nächsten
Puls variiert zu formen, und um damit ein möglicherweise effizienteres
Aufbrechen der Molekülbindung
zu bewirken. Diese Veröffentlichung liegt
jedoch auf einem anderen gebiet der Technik und beschäftigt sich
nicht mit dem Gebiet der Materialbearbeitung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, das oben dargestellte gattungsgemäße Verfahren zur Materialbearbeitung
mit Laserpulsen weiter zu verbessern.
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VORTEILE DER
ERFINDUNG
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Die erfindungsgemäßen Gegenstände der unabhängigen Ansprüche lösen einzeln
oder gegebenenfalls gemeinsam diese Aufgabe.
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In den jeweiligen Unteransprüchen finden sich
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes
der Erfindung.
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Die Patentansprüche weisen zwei Gruppen von
Verfahrensansprüchen
auf, wobei die erste die Anwendung in der Praxis, und die zweite
das Anlegen einer Wissensdatenbank beinhaltet, die dann für die Anwendung
verwendet werden kann. Daher sind zwei unterschiedliche Hauptaspekte
derselben Erfindung definiert.
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Gemäß dem ersten Hauptaspekt wird
ein in der Industriepraxis anwendbares Verfahren zur mikrostrukturierenden
ablativen Bearbeitung von Material offenbart, das eine vorbestimmte
Anzahl charakteristischer Materialeigenschaften aufweist, wobei die
Bearbeitung des Materials in einem oder mehreren aufeinander folgenden
Prozessschritten erfolgt. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch
die folgenden Schritte:
- a) systematisches Erfassen
der Materialeigenschaften und der Prozessschritte,
- b) Ermitteln derjenigen Pulsform von ultra-kurzen Laserpulsen
(Femtosekundenbereich), die
aa) für einen jeweiligen Prozessschritt,
und
bb) für
die in einem jeweilig vorhandenen Prozessschritt vorliegenden Materialeigenschaften für eine effiziente
Materialbearbeitung definiert und angepasst ausgewählt sind,
- c) Beaufschlagen des Materials mit ultra-kurzen, der Materialablation
dienenden Laserpulsen der jeweils ermittelten Pulsform.
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Dabei entspricht ein Prozessschritt
der Bearbeitung durch einen Laserpuls, oder eine vordefinierte Anzahl
von Laserpulsen, deren Einwirkung auf das Material im Rahmen von
individuell vorgebbaren Genauigkeitsmaßen möglichst reproduzierbar sein
soll. Die besonders angepasste Pulsform wird aus einer „Wissensdatenbank" oder Bibliothek
gelesen, die separat erstellt worden ist, und deren Erstellung von den
Ansprüchen
gemäß dem zweiten
Hauptaspekt abgedeckt sein soll.
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Dabei können wenigstens eine der folgenden
Materialeigenschaften verwendet werden:
- a)
chemische Eigenschaften des Materials nach Stoffzusammensetzung,
gegeben durch die chemische Formel des Stoffes, Strukturformel,
Bindungsart der Moleküle,
Gittereigenschaften, chem. Zusammensetzung, Atomgewicht, Kernladungszahlen,
Ionisationsenergie(n), Elektronenaffinität, Elektronegativität, Wertigkeiten
der Komponenten bei Verbindungen, etc.
- b) physikalische Eigenschaften des Materials wie Härte, Schmelzpunkt,
etc.
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In vorteilhafter Weise kann das Material
in x, y, und z-Richtung
bearbeitet werden durch die Schritte:
- a) Positionieren
des Fokus des Ablationspulses mit einer La serscanmikroskopvorrichtung
(Lichtmikroskop) und einer Pulsformvorrichtung (Puls-shaper),
- b) Verändern
der Position des Laserfokus und erneutes Beaufschlagen des Materials
mit ultra-kurzen, der Materialablation dienenden Laserpulsen der
jeweils als angepasst ermittelten Pulsform.
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Ein piezogesteuerter Verschiebetisch
ermöglicht
dabei Verschiebungen um wenige Nanometer. Es können beliebige Materialien
bearbeitet werden, sofern das Wechselwirkungsgebiet zwischen Laserpuls
und Material reproduzierbar einstellbar ist.
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Gemäß dem zweiten Hauptaspekt der
vorliegenden Erfindung geschieht das Anlegen der „Wissensdatenbank" anhand jeweiliger "Meister-Materialproben", die jeweils als
Muster für
ein je weiliges Material dienen, mit selbstadaptiven, iterativen,
automatisiert ablaufenden, und programmgesteuerten Optimierungsverfahren,
wie folgt:
Es wird ein Verfahren zum Erfassen der Ablationseffizienz
von ultrakurzen Laserpulsen für
beliebige Materialien mit vorgegebener Zusammensetzung offenbart,
wobei die Ablation in einer Folge von mehreren, zeitlich aufeinander
folgenden Prozessschritten durchgeführt wird, enthaltend die Schritte:
- a) Bestrahlen des Materials mit ultra-kurzen,
der Materialablation dienenden Laserpulsen einer vorgegebenen Pulsform,
wobei die Bestrahlung ein Elektronenplasma erzeugt,
- b) Verwenden des erzeugten Elektronenplasmas als Messobjekt
zur Berechnung einer Rückkopplungsgröße für einen
programmgesteuerten Ablationseffizienzoptimierung, wobei die Rückkopplungsgröße die Effizienz
der Ablationswirkung beschreibt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- c) Variieren der zeitlichen Energiestromdichteverteilung des
elektrischen Feldes des Ablationspulses als Steuerparameter für die Gestaltung
der Pulsform eines iterierten, prozesschrittspezifischen Ablationspulses
nach einem vorgegebe nen Algorithmus,
- d) Speichern von Optimierungsdaten, die die Steuerparameter
und die jeweils zugehörige
Ablationseffizienz kennzeichnen, in einem Messdatenpool,
- e) Wiederholen der Schritte a) bis d) in einer Iteration, bis
ein vorgegebenes Abbruchkriterium für die Iteration erfüllt ist,
- f) gesondertes Kennzeichnen derjenigen Optimierungsdaten aus
dem Meßdatenpool,
die einer Ablation mit vorgegebener Mindesteffizienz entsprechen.
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Die Iteration beinhaltet eine systematische, serielle
Variation der Steuerparameter für
die zeitliche Energiestromdichteverteilung des Laserpulses in vorgegebenen
Intervallen, sie kann eine grob/fein Abfolge bei der Variation der
Parameter beinhalten, einen genetischen/evolutionären oder
anderen Algorithmus, gegebenenfalls mit trial-and-error basiertem zusätzlichen
Input, wie es im Stand der Technik für solche Variationen gegeben
ist. Insbesondere kann die optische Weglänge einzelner spektraler Komponenten
des Laserpulses und die zugehörigen
Amplituden zur Neudefinition einer Pulsform gezielt variiert werden.
Hierbei kann die Femtosekunden-Laserpulsform
in den Pikosekundenbereich zeitlich gestreckt werden, wobei der
gestreckte Laserpuls auf einer Femtosekunden-Zeitskala moduliert
ist, und gleichzeitig können
spektrale Amplituden gezielt verändert werden.
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Wenn die Optimierung für jeden
der aufeinander folgenden Prozessschritte separat durchgeführt wird,
wobei für
den jeweils aktuellen Prozessschritt der oder die vorangegangenen
Prozessschritte mit berücksichtigt
sind, so ergibt sich eine umfassende Datenbank, die für viele
industrielle Anwendungen, beispielsweise auch für die Chipstrukturierung im
Nanometerbereich jeweils gezielt für jeden einzelnen Prozessschritt
oder für
ein zusammengefasstes Bündel
von Prozessschritten ausgelesen werden kann, wobei immer automatisch
der optimier te Laserpuls gefunden wird.
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In bevorzugter Weise wird das durch
den Laserpuls erzeugte Elektronenplasma als Messobjekt zum Auffinden
des Optimums der Effizienz bei der Materialablation verwendet. Das
Verfahren enthält dann
den Schritt des Messens der Plasmalumineszenz beim Rekombinieren
des Elektronenplasmas mit bei der Bestrahlung frei gewordenen Ionen.
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Als Vorteil ergibt sich, dass das
Verfahren elementspezifische Ergebnisse liefert, da die Ionen der
einzelnen Elemente spezifische Lumineszenzstrahlung während des
Rekombinierens emittieren.
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Wenn in weiter vorteilhafter Weise
das Verwenden des erzeugten Elektronenplasmas als Messobjekt die
Schritte enthält:
- a) Leiten eines zeitlich zum Ablationspuls
verzögert
ausgesendeten, im Verhältnis
zum Ablationspuls energieschwachen Analyselaserpulses (Probelaserpuls)
auf das Plasma, und
- b) spektrometrisches Messen des an dem Plasma reflektierten
Analysepulses,
so ergeben sich als Vorteile eine sehr
genaue Messung, da ein „direktes
Messen" der Elektronendichte des
Plasmas erfolgt. Solche Messungen sind im Stand der Technik an sich
bekannt unter dem Begriff „transiente
Reflektionsspektroskopie".
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Eine effiziente Durchführung des
Verfahrens setzt dabei voraus, dass der Analysepuls „automatisch" auch auf das Plasma
justiert und fokussiert ist. Dies wird erfindungsgemäß durch
das Merkmal erreicht, dass das Licht des reflektierten Analysepuls auch
wieder von demselben Objektiv hocheffizient eingefangen wird.
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Wenn in weiter vorteilhafter Weise
das Messen durch einen Analysepuls erfolgt, der mit verschieden
gerichteter Polarisation relativ zur Polarisation eines kurz zuvor
auf dasselbe Material gestrahlten Ablationspulses erfolgt, dann
können
die Pulse durch strahlteilende Elemente gut voneinander getrennt
werden. Zueinander senkrecht stehende Polarisationsrichtungen sind
bevorzugt.
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In vorteilhafter Weise wird erfindungsgemäß eine Untermenge
der folgenden Parameter als Steuerparameter zur Definition der Pulsform
des Ablationspulses und damit der zeitlichen Energiestromdichteverteilung
verwendet:
- a) die optische Weglänge der
einzelnen Frequenzkomponenten des Pulses, indem der Puls durch im
Stand der Technik bekannte nematische Flüssigkeitskristalle geleitet
wird, dessen einzeln ansteuerbare Pixel je nach Größe und Vorzeichen der
angelegten Spannung die optische Weglänge verändern.
- b) optional erlaubt ein weiterer Flüssigkeitskristall, dessen Achse
bezüglich
der Eingangspolaristation des Laserpulses gekippt ist, in Verbindung
mit einem Polarisator die gezielte Modulation der spektralen Amplituden.
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Dies wird durch eine computergesteuerte Pulsformvorrichtung,
auch als „Puls-Shaper" bekannt, erreicht,
die jedoch erfindungsgemäß in besonderer
Weise weitergebildet sein muß,
um hohe Pulsleistungen aushalten zu können. Damit ist es möglich, eine
scharfe Abbildung in der Fourier-Ebene des Pulses zu erzeugen, obwohl
der Laserpuls mit wenigen zehn Femtosekunden Dauer ultrakurz ist und
relativ hohe Leistungsdichte besitzt.
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Zusammengefasst werden erfindungsgemäß also ultrakurze
Laserpulse mit Hilfe eines Phasenmodulators gezielt geformt, das
Material damit bestrahlt, und die Qualität des durch die Bestrahlung erfolgten
Arbeitsprozesses computertechnisch erfasst und bewertet. Dies kann
beispielsweise mit Hilfe eines Signals aus der laserinduzierten
breakdown-Spektroskopie durchgeführt
werden. Erfindungsgemäß wird dieses
Auswertesignal von einem Optimierungsalgorithmus bewertet, und die
gewonnene Information wird direkt zur Berechnung weiterer, mög licherweise
geeigneterer Laserpulsformen benutzt, die iterativ wiederum durch
den computergesteuerten Phasenmodulator eingestellt werden. Diese
neuen Laserpulse werden dann wieder auf das Material gestrahlt,
und zwar so, dass die gleichen Bedingungen auf dem Material vorherrschen,
wie bei dem vorangegangenen Puls. Die Iteration wird so lange fortgeführt, bis
ein Optimum der Effizienz bei der Bearbeitung des Materials im Wesentlichen
aufgrund der Rückkopplungssignale
gefunden ist.
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Durch das erfindungsgemäße, iterative
und selbstadaptive Verfahren ist es möglich, die Energiestromdichteverteilung
ultrakurzer Laserpulse den gegebenen physikalischen und chemischen
Bedingungen des Werkstoffes für
die Materialbearbeitung optimal anzupassen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
besonders die Amplitude und Phaseninformation des elektrischen Feldes
des Laserpulses gezielt zu variieren, um das Optimum der Effizienz
zu bestimmen. Der Optimierungsalgorithmus findet dann eine optimale
Pulsform, unabhängig
davon, ob man die theoretischen Hintergründe für die Pulsform und den Grund
ihrer besonderen Eignung kennt oder nicht.
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Erfindungsgemäß wird durch die strukturierte
Formung des ultrakurzen Laserpulses im Zeitbereich eine zusätzliche
Möglichkeit
geschaffen, mit einem sehr geringen Energieeintrag sehr nahe der
Zerstörschwelle
Material räumlich
eng begrenzt zu ablatieren, da dadurch die Energie auf das Innere
des Brennflecks konzentriert wird, und nur dort ablatiert wird.
Eine solche strukturierte Pulsformung eingesetzt zusammen mit einem
Objektiv hoher numerischer Apertur schafft die Voraussetzung für in Z-Richtung
eng begrenzte Ablation, die weit geringer ist als die in der vorgenanten
WO-Patentanmeldung angegebene, in der nur gesagt wird, dass die
Lochtiefe kleiner als der Rayleigh Range ist, woraus ein Fachmann
immerhin aber noch dieselbe Größenordnung
wie der Rayleigh Range versteht. Das hier offenbarte Verfahren kann
in vorteilhafter Weise Lochtiefen pro Laserschuss im Bereich weniger
10 nm erzielen. Diese Lochtiefen sind damit um Größenordnungen
kleiner als der Rayleigh Range, der im Bereich einiger Mikrometer
liegt. Außerdem
kann durch Anpassung der Energiestromdichteverteilung der Laserpulse
für jeden
einzelnen Prozessschritt, also nicht nur für den ersten Puls, sondern
auch für
die nachfolgenden, ein geringst möglicher Materialabtrag bei
sehr geringer Lochtiefe garantiert werden, die etwa um den Faktor
10 kleiner ist als in der vorgenanten, nämlich in einem Z-Bereich von etwa
10 bis 30 Nanometern, was für
ein Loch in biologisches Gewebe gemessen wurde.
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Erfindungsgemäß wird die strukturierte Pulsformung
erreicht durch Variation von Amplitude und Phase des eingestrahlten
Laserpulses, so daß ein Optimum
für die
Ablation für
die Materialablation mit optimierter Effizienz computergesteuert
gefunden werden kann.
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In bevorzugter Weise kann mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren
eine Wissensbasis in Form einer Datenbank oder dergleichen angelegt werden,
bei dem für
bestimmte, vorgewählte
Materialien für
jeden Prozessschritt, also bevorzugt für jeden einzelnen Puls die
als optimal gefundene Pulsform gespeichert wird und in der Praxis
aus dieser Datenbank herausgelesen werden kann.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Optimierung
der zeitlichen Energiestromdichteverteilung der verwendeten Femtosekunden-Laserpulse werden
die Prozesswirkungsgrade bei der Materialbearbeitung verbessert,
wodurch sich eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit
und eine erhöhte
Qualität
der Bearbeitung, insbesondere bei der Laser-Mikrostrukturierung
im Nanometerbereich mit wesentlich erhöhter räumlicher Präzision ergibt. Mittels der erfindungsgemäß bestimmten,
optimierten Laserpulsform wird bei vorgegebenem, oft möglichst
geringem Energieeintrag ein hoher Materialabtrag erreicht, so dass
Mik rostrukturierung von Material erzeugt werden kann, die im Stand
der Technik bislang nicht oder nur uneffizient zur Verfügung gestellt
werden konnte. Beispielsweise können
Materialvertiefungen mit einem Durchmesser von kleiner 1 Mikrometer
und einer Tiefe von nur 10 bis 30 Nanometern erzeugt werden.
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Das bei ultrakurzen Laserpulsen im
Femtosekundenbereich und bei räumlich
eng begrenztem Brennfleck erforderliche Dispersionsmanagement für den Laserpuls
wird erfindungsgemäß durch
eine Pulsformer-Vorrichtung zur Verfügung gestellt, deren Einzelkomponenten
im Stand der Technik vollständig bekannt
sind, die jedoch erfindungsgemäß besonders
ausgebildet sind.
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Dabei wird ein halbsphärisch ausgebildeter Zylinderspiegel
anstatt einer Linse verwendet, um den Pulsformer für die hohe
Pulsleistung anzupassen. Desweiteren wird der geformte Laserpuls
in besonderer Weise in den Strahlengang der Analysevorrichtung eingekoppelt,
wie folgt:
Über
ein Periskop wird die Strahlhöhe
angepaßt
und mit einem Einkoppelspiegel vor dem Objektiv wird der Laserstrahl
in das Objektive eingekoppelt. Der Laserstrahldurchmesser ist so
gewählt,
dass von der Apertur des Objektives mindestens 30% der Laserstrahlleistung
abgeschnitten wird. Dies garantiert ein praktisch ebene Wellenfront
in der Einkopplung und damit die maximal beste räumliche Auflösung. Zwischen
dem letzten Periskopspiegel und dem Einkoppelspiegel des Objektivs
befinden sich entweder dichroitische oder polarisationsabhängige Strahlteiler zur
Auskopplung des Analyselichtes.
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Mit dem erfinderischen Konzept ist
es möglich,
kleinste Strukturen im Nanometerbereich abzutragen, wobei die für das jeweilige
Material geringst mögliche
Pulsenergie verwendet werden kann, wodurch das umliegende Material
kaum oder überhaupt nicht
verändert
wird. Somit werden Kollateralschäden
reduziert. Das erfinderische Verfahren ist nicht auf bestimm te Materialien
beschränkt
anwendbar. Es wurde für
anorganische und organische Materialien, insbesondere auch für biologische
Gewebe erfolgreich getestet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in besonders
bevorzugter Weise auch für
mehrschichtig aufgebaute Materialstrukturen eingesetzt werden, bei
denen sich die unterschiedlichen Schichten voneinander durch ihre
chemische Zusammensetzung voneinander unterscheiden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm, das die wesentlichen strukturellen
Bestandteile eines erfindungsgemäßen Versuchsaufbaus
beinhaltet, wobei als Nachweisverfahren zur Überprüfung der Ablationseffizienz
die laserinduzierte breakdown-Spektroskopie (LIBS) mit einer Auswertung
der Plasmalumineszenz verwendet wird;
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2 eine
schematische Abbildung, die den geschlossenen Kreislauf bei der
computergestützten Optimierung
des Femtosekundenpulsformers beinhaltet, und
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3 eine
Schemazeichnung mit den wesentlichen strukturellen Bestandteilen
eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
bei dem als optisches Nachweisverfahren zur Überprüfung der Ablationseffizienz
die transiente Reflektionsspektroskopie eingesetzt wird.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In den Figuren bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
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Mit Bezug zu 1 ist ein Femtosekunden-Lasersystem 10 mit
einem Pulsformer 12 operativ verbunden, der einen Laserstrahl
mit vordefinierten Eigenschaften verarbeitet und Laserpulse erzeugt,
die bestimmte gewünschte
Eigenschaften besitzen. Als Femtosekunden-Lasersystem 10 kommt beispielsweise
das folgende in Frage:
Ein Femtosekunden-Lasersystem der Firma
FEMTOLASERS Produktions GmbH des Typs FEMTOPOWER (Pulsdauer < 30 fs, Pulsenergie
800 μJ, Zentralwellenlänge 800
nm, Repetitionsrate 1 kHz).
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Die von dem Femtosekunden-Lasersystem 10 erzeugten
Laserpulse werden in den Laserpulsformer 12 eingekoppelt.
Der Pulsformer 12 ist computergesteuert. Das Femtosekunden-Lasersystem 10 und
der Pulsformer 12 kann zusammen mit der Computersteuerung
als funktionale Einheit gesehen werden, die Laserpulse mit jeweils
unterschiedlich vorgebbaren zeitlichen Pulsformen im Femtosekunden-
bis in den Pikosekundenbereich hinein, die auf einer Femtosekunden-Zeitskala
moduliert sind, erzeugt. Folgende Pulseigenschaften können von
dieser Einheit eingestellt werden:
die Pulsenergie, die für viele
Anwendungen möglichst
niedrig eingestellt werden soll; sie ist einstellbar zwischen wenigen
Mikrojoule und einigen Millijoule;
die spektrale Amplitude
des Laserpulses;
die Pulsdauer und vor allem die zeitliche
Pulsstruktur, die für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung im Pikosekundenbereich bis
etwa 25 Femtosekunden einstellbar ist, und damit die Pulsspitzenleistung,
die für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung bis mehrere Gigawatt einstellbar
ist.
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Die von dem System mit den Bestandteilen 10 und 12 erzeugten
Laserpulse werden mit einem Spiegel 16 umgelenkt und gehen
durch einen Strahlteiler 26 ohne Ablenkung hindurch in
eine Mikroskopvorrichtung hinein, die ein Objektiv 20 mit
hoher numerischer Apertur aufweist. Die Einkopplungsstelle sitzt
zwischen dem Okular (nicht gezeigt) und dem Objektiv 20.
Das Objektiv 20 besitzt eine numerische Apertur von 0,4
bis 1,0 und einen Arbeitsabstand zwischen 10 mm und 0,1 mm.
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Die Mikroskopvorrichtung fokussiert
den durchgehenden intensiven Femtosekunden-Laserpuls auf einen Brennfleck
sehr geringer Fläche
auf der Oberfläche
oder gegebenenfalls innerhalb (falls transparent) eines Werkstücks 22,
dessen Materialstruktur bearbeitet werden soll. Das Werkstück 22 ist auf
einem Verschiebetisch 24 der Mikroskopvorrichtung fest
angebracht, der seinerseits über
eine kommerziell erhältliche
Verschiebetisch-Steuereinrichtung mit einem Computer 32 über eine
Steuerleitung 38 verbunden ist. Der Verschiebetisch kann
somit programmgesteuert durch den Computer 32 gezielt um
sehr geringe Weglängen
in X-, Y- und Z-Richtung verschoben werden, wodurch sich bei fest
eingestellter Mikroskopvorrichtung der Brennfleck oder das Brennpunktvolumen
auf der Probe verschiebt. Die minimalen, reproduzierbaren Verschiebungen
liegen bei wenigen Nanometern.
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Es gibt nun ein so genanntes Wechselwirkungsgebiet
zwischen Laserpuls und Material. Durch das Bestrahlen des Werkstücks im Wechselwirkungsgebiet,
das erfindungsgemäß auch nur
ein kleiner zentraler Teilbereich des Brennfleck- oder Brennpunktvolumens
sein kann, kommt es zu einem Materialabtrag. Ist die Pulsenergie
hoch genug, so entsteht ein Elektronenplasma, dessen Quantität umso größer ist
je mehr Material abgetragen wurde.
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Gemäß einem Hauptaspekt der vorliegenden
Erfindung wird nun das von dem oder mehreren ultrakurzen Laserpulsen
mit vorgegebener Pulsform erzeugte Elektronenplasma als Messobjekt
zur Berechnung einer Rückkopplungsgröße für eine programmgesteuerte
Ablationseffizienz-Optimierung verwendet, wobei die Rückkopplungsgröße die Effizienz
der Ablationswirkung beschreibt.
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Gemäß einem bevorzugten Merkmal
der vorliegenden Erfindung wird die von dem Elektronenplasma ausgehende
Strahlung gemessen und in obigem Sinne weiterverarbeitet.
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Gemäß einem besonders bevorzugten
Merkmal der vorliegenden Erfindung wird zum „Einsammeln" der vom Plasma erzeugten
Strahlung dasselbe Objektiv 20 verwendet, das bereits zum
Fokussieren des Laserpulses auf das Werkstück 22 verwendet wurde.
Dies ist durch die Pfeile in 1 zusätzlich kenntlich
gemacht. Damit erreicht man vorteilhaft zweierlei:
Zum einen
kann die Fokussierebene durch das Okular des Mikroskops mit dem
Auge als erstes „Kontrollinstanz" kontrolliert werden,
und zum anderen wird eine separate Optik zum Einfangen der Plasmastrahlung überflüssig.
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Die von dem Plasma ausgehende und
das Objektiv in entgegengesetzter (zurück) Richtung durchlaufende
Strahlung wird über
den Strahlteiler 26 von dem einfallenden (hin) intensiven
Femtosekunden-Laserlicht getrennt und über eine Sammellinsenanordnung 28 in
eine Spektrometer-Anordnung 30 zur Messung der Ablationseffizienz
fokussiert. Die im Spektrometer erzeugten Messdaten werden von dem
bereits weiter oben erwähnten
Computer über geeignete
Datenverbindungen ausgelesen. Die jeweils verwendeten Steuerparameter
für die
Strukturierung des verwendeten Laserpulses und die im Spektrometer
erzeugten Daten werden gegebenenfalls nach sinnvoller Aufbereitung
vorzugsweise für jeden
Puls gesondert in einem symbolisch darge stellten Datenspeicher 33 gespeichert.
Die vorerwähnten Steuerparameter
für die
Zusammensetzung des Laserpulses bilden zusammen mit den die Ablationseffizienz
kennzeichnenden Daten die so genannten „Optimierungsdaten". Wenn nun ein Puls
mit vordefinierten physikalischen Eigenschaften auf eine bestimmte
Stelle eines Werkstücks 22 trifft,
so hinterlässt
es Spuren, die jeweils spezifisch sind, je nach eingestellten Steuerparametern
und je nach Vorgeschichte des Werkstücks. Wenn beispielsweise dasselbe
Werkstück
an derselben Stelle bereits zehnmal von einem Laserpuls getroffen
wurde, so wird die Ablationseffizienz des elften Pulses eine andere
sein, als die, die beim ersten oder zweiten Puls gemessen wurde.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt
der vorliegenden Erfindung werden nun bevorzugt für jeden Puls
die entsprechenden Optimierungsdaten gespeichert, so dass die Ablationseffizienz
trotz ihrer formelmäßig nur
schwer oder gar nicht darstellbaren Komplexität trotzdem in ausreichender
Weise erfasst wird. Gemäß diesem
Aspekt der vorliegenden Erfindung werden also empirische Daten gesammelt,
um den Mangel auszugleichen, der sich daraus ergibt, dass die Effekte
der aufeinander folgenden Laserpulse eine formelmäßige Erfassung
und Berechnungsmöglichkeit
der Steuerparameter für
eine vorgegebene Ablationseffizienz verhindern.
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Ein Optimierungsdatensatz für den aktuellen Puls
kann nun folgende Daten beinhalten, die die aktuelle Einstellung
des Gesamtsystems aus Lasersystem, Pulsformer und Mikroskop/Probe
Anordnung, zusammen mit der erzielten Ablation eines bestimmten
Materials charakterisieren:
- a) Material: Siliziumdioxid
(SiO2)
- b) Pulswellenlänge
[nm],
- c) Pulsenergie [J],
- d) Pulsleistung [J/s = Watt],
- e) Gemittelte Pulsintensität
auf Probe (Strahlungsflussdichte [Watt/cm2]
- f) Spektrale Amplitudenverteilung und Phasenfunktion des Laserpulses
ermittelt über
die Einstellung des kalibrierten Pulsformers. Hieraus ergibt sich
die jeweilige optimale Pulsform der Laserpulse für den entsprechenden Prozeßbearbeitungsschritt.
- f) Anzahl vorausgegangener Pulse (Schüsse) [],
- g) Pointer auf Datensatz des vorausgehenden Pulses,
- h) numerische Apertur des Objektivs, []
- i) Arbeitsabstand zwischen Fokussierebene und Objektiv [mm],
- j) gemessene Plasmalumineszenzintensität bei Rekombinationsspektrallinie
A,
- k) gemessene Plasmalumineszenzintensität bei Rekombinationsspektrallinie
B,
- l) gemessene Plasmalumineszenzintensität bei Rekombinationsspektrallinie
C,
- m) aus j, k, l (ggf mit weiteren Spektrallinien) zusammengefasste
Kennzahl für
Effizienz der Ablation;
- n) reflektierte Intensität[Watt/cm2] und spektrale Verteilung des Probelaserpulses,
- o) aus n) gebildete Kennzahl für Effizienz der Ablation;
- p) aus n) und j, k, l (ggf mit weiteren Spektrallinien) zusammengefasste
Kennzahl für
Effizienz der Ablation, falls die Plasmaluminszenz und die Reflexion
des Analysestrahls am Elektronenplasma gleichzeitig ausgewertet
wird,
- q) die zeitliche Pulsverzerrung induziert durch die Dispersion
des Mikroskopobjektivs.
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Die vorerwähnten Optimierungsdaten dienen als
Eingangsparameter für
einen erfindungsgemäß vorgesehenen
Optimierungsalgorithmus. Dieser Algorithmus bewertet die Optimierungsdaten
und erzeugt im Allgemeinen einen neuen Satz von Steuerparametern
für die
Bildung eines abgeänderten
Laserpulses. Dieser neue Puls unterscheidet sich von dem vorangegangenen
Puls in einem oder mehreren seiner physikalischen Eigenschaften.
Insbesondere soll erfindungsgemäß die Amplitudeninformation
und die Phaseninformation der einzelnen beteiligten spektralen Frequenzkomponenten
des Pulses gezielt variiert werden, um eine jeweils neue, möglicherweise
effizientere Pulsform zu erzeugen. Der Computer ist mit einem entsprechenden
Gerätetreiber
zur Ansteuerung des Femtosekunden-Lasersystems 10 und des
Femtosekunden-Pulsformers 12 ausgestattet, die über entsprechende
Steuerleitungen 34 und 36 angesteuert werden.
Lasersystem 10 und Pulsformer 12 besitzen entsprechende
Hardware- und Software-Schnittstellen, um die Laserpulse, getrieben durch
die jeweils an den Eingangsports anliegenden Signale der Steuerparameter,
so wie gewünscht
zu formen.
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Somit wird iterativ und aufbauend
auf den Messdaten für
die Ablationseffizienz in einem Iterationsdurchgang jeweils eine
neue Pulsform erzeugt, mit der dann das Werkstück vorzugsweise an einer anderen
Stelle neu bestrahlt wird, wobei die neue Stelle möglichst
denselben physikalischen und chemischen Zustand besitzen sollte,
wie die alte.
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2 zeigt
einen Iterationszyklus bestehend aus drei Teilschritten, nämlich dem
computergesteuerten Femtosekunden-Pulsform-Vorgang 40, der Messung
der Ablationseffizienz 42 und Neudefinition 44 von
Pulsformsteuerparametern, der computerunterstützt programmgesteuert abläuft. Diese
Rückkopplungsschleife
wird so lange iterativ durchlaufen, bis eine als optimal ansehbare
Femtosekunden-Laserpulsform für
einen jeweiligen Prozessschritt gefunden wurde. Dabei bezieht sich
die optimale Pulsform vorzugsweise auf denselben Prozessschritt.
Ein Prozessschritt ist durch einen Optimierungsdatensatz definiert
und damit reproduzierbar.
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Prozessschritt 1 kann also
auf unbearbeitetes Material, das heißt, ohne jegliche vorherige
Bestrahlung durch Laserpulse bezogen sein, Prozessschritt 2 kann
erfindungsgemäß definiert
sein als zweiter Laserpuls auf dasselbe Material wie im ersten Laserpuls,
wobei der erste Laserpuls die oben erwähnten physikalischen Eigenschaften
besaß.
Prozessschritt 3 schleppt dann die Informationen aus Prozessschritt 2 beziehungsweise
Prozessschritt 1 mit, usw. Datentechnisch kann dies durch
einen verkettete Liste, oder einen „Array" dargestellt werden.
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Mit Bezug zurück zu 1 kann das Werkstück 22 computergesteuert über den
Computer 32 und die Steuerleitung 38 durch Ansteuerung
des Verschiebetisches 24 gezielt und genau definiert in
X-, Y-, Z-Richtung verschoben werden. Eine gefundene optimale Femtosekunden-Laserpulsform
hat eine zeitliche Energiestromdichteverteilung auf einer Femtosekunden-Zeitskala,
die zu einem effizienten Materialabtrag bei einer jeweils vorgegebenen
Pulsenergie führt.
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Es sollte angemerkt werden, dass
die oben geschilderte Optimierung bei der Pulsformung für jeden
Prozessschritt und für
jedes darstellbare Material ermittelt werden kann und erfindungsgemäß in einer Art
Bibliothek abgelegt werden kann. Eine solche Wissensdatenbasis kann
dann auf einem handelsüblichen
Datenträger
wie etwa einer CD-ROM oder DVD gespeichert sein, oder (gegen Entgelt) über Internet
verfügbar
gemacht werden, um damit als Prozesssteuerung für in Realzeit ablaufende Materialbearbeitungsprozesse
in der industriellen Anwendung dienen zu können. Eine solche Bibliothek
wird dann in Echtzeit sukzessive ausgelesen und die Femtosekunden-Laserpulsformen,
die als optimiert abgespeichert worden sind, stehen in Echtzeit
für jeden
spezifischen Bearbeitungsschritt zur Verfügung. Durch geeignete Indexierung
bestimmter Datenfelder in dem oben bezeichneten Optimierungsdatensatz,
etwa oben a) das Material betreffend, oder f) Anzahl vorausgegangener
Pulse (Schüsse)
[] betreffend, oder g) Pointer auf Datensatz des vorausgehenden
Pulses betreffend, kann ein genügend
schneller Zugriff auf die für
einen jeweiligen Puls gewünschten,
optimierten Steuerparameter realisiert werden.
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Im Folgenden werden zwei bevorzugte Nachweisverfahren
zur Überprüfung der
Ablationseffizienz geschildert, die im Zusam menhang mit der vorliegenden
Erfindung bevorzugt verwendet werden können. Wenn in 1 die von dem Elektronenplasma emittierte
Plasmalumineszenz beim Rekombinieren des Plasmas mit bei der Bestrahlung
frei gewordenen Ionen gemessen wird, so können elementspezifische Aussagen
getroffen werden, da die Ionen der einzelnen chemischen Elemente
jeweils spezifische Lumineszenzstrahlung während ihres Rekombiniervorgangs
emittieren. Je höher
der jeweilige Lumineszenzpeak ist, desto mehr Ionen des betreffenden chemischen
Elementes haben rekombiniert, woraus geschlossen werden kann, dass
ein größerer Peak im
Spektrum auch einem intensiveren Materialabtrag des betreffenden
Elementes entspricht. Des weiteren können durch Kombination mit
anderen Messverfahren nicht nur relative Aussagen getroffen werden, sondern
auch, wenn eine entsprechende Kalibrierung der Plasmalumineszenzstrahlung
erfolgt ist, die entsprechenden quantitativen Aussagen, etwa dergestalt,
dass eine relativ genau definierte Anzahl von Ionen eines bestimmten
chemischen Elements bei einem Peak bestimmter Größe rekombiniert haben muss.
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Wenn, wie in bevorzugter Weise in 1 dargestellt, dasselbe
Objektiv, das auch den intensiven Femtosekunden-Laserpuls fokussiert, zum Einsammeln
der Elektronenplasmalumineszenzstrahlung verwendet wird, so wird
vorzugsweise ein Strahlteiler 26, wie in 1 eingezeichnet, eingesetzt, um das Lumineszenzlicht
vom einstrahlenden Laserpuls zu trennen. Die Plasmalumineszenzstrahlung
wird dann nach ihrer Trennung vom Laserpuls durch eine geeignete
Optik 28, etwa eine Sammellinse mit vordefinierter Brennweite
in das Spektrometer 30 geführt.
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Mit ergänzendem Bezug zu 3 wird im Folgenden eine
weitere Möglichkeit
vorgestellt, das Elektronenplasma auszuwerten, wobei diese Methode
insbesondere für
geringe Pulsenergien des auf die Materialprobe einfallenden Laserpulses
geeignet ist.
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Ein experimenteller Aufbau kann im
Wesentlichen, wie in 1 dargestellt
und weiter oben beschrieben, dargestellt sein. Im Folgenden werden insbesondere
die spezifischen Unterschiede hierzu im Zusammenhang mit 4 beschrieben.
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Zwischen Femtosekunden-Lasersystem 10 und
Femtosekunden-Pulsformer 12 ist
ein optisches Element geschaltet, das den vom Lasersystem 10 ausgehenden,
und in P-Richtung polarisierten intensiven Femtosekunden-Laserpuls
aufspaltet in einen starken Teilstrahl, der verwendet wird, wie
oben in Zusammenhang mit 2 beschrieben
wurde, und in einen im Verhältnis
dazu schwachen so genannten Probelaserpuls, der ebenfalls eine Pulsdauer
im Femtosekundenbereich besitzt. Der schwache Probelaserpuls 56 wird
an einem Spiegel 54 umgelenkt, durch einen Polarisationsfilter 58 in
seiner Polarisationsrichtung um 90 Grad gedreht, an einem weiteren Spiegel 60 umgelenkt
und durch ein für
ihn durchlässiges
dichroitisches Element 62 sowie dichroitisches Element 52 durch
dasselbe Mikroskop und dasselbe Objektiv 20 auf dasselbe
Wechselwirkungsgebiet wie der intensive Laserpuls, der ergänzend mit
Bezugszeichen 51 bezeichnet ist, fokussiert.
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Der intensive Laserpuls 51 erzeugt
wieder das Elektronenplasma. Der oben erwähnte schwache Probelaserpuls 56 ist
zeitlich verzögert
relativ zum intensiven Laserpuls und besitzt eine um 90 Grad gedrehte
Polarisationsrichtung. Noch bevor es zu Relaxationsprozessen kommen
kann, das heißt innerhalb
weniger Pikosekunden nach Auftreffen des intensiven Laserpulses
im Wechselwirkungsgebiet, beleuchtet der zeitlich verzögerte Probelaserpuls
das Elektronenplasma. Die zeitliche Verzögerung erfolgt über die
vordefinierte Verzögerungsstrecke,
die begrenzt ist durch ein strahltrennendes Element 50 und ein
dichroitisches Element 52. Nun wird der Rückreflex
des Probelaserpulses, der durch Spiegelung am Elektronenplasma gewonnen
wird, mit dem Spektrometer 30 gemessen. Dabei erfolgt die
Trennung von intensivem Laserpuls und schwachen Probelaser puls beispielsweise
durch die in der Figur gezeigte Polarisationstrennung. Aufgrund
der unterschiedlichen spektralen Verteilung des Probelaserpulses
vor beziehungsweise nach seiner Reflektion am Elektronenplasma kann
die Elektronendichte berechnet werden, wie es im Stand der Technik
für transiente Reflektionsspektroskopie
bekannt ist.
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Auch hier wird in bevorzugter Weise
das reflektierte Spektrum mit dem Spektrometer für jeden erfolgten „Laserschuss" des intensiven Laserpulses ausgemessen,
so dass die Elektronendichte jedes einzelnen Laserschusses bestimmt
werden kann. Diese Information wird vom oben beschriebenen Optimierungsalgorithmus
in ähnlicher
Weise wie die Intensität
eines Peaks im Plasmalumineszenzspektrum ausgewertet.
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Die erfindungsgemäßen Verfahren können in vorteilhafter
Weise unter Verwendung eines Pulsformers durchgeführt werden,
wie er in einer gleichzeitig anhängigen
Patentanmeldung
DE 102 50 014,
2 derselben Anmelderin mit dem Titel „Hochleistungspulsformer in
Kompaktbauweise" oder
in einer Veröffentlichung
der Universität
Würzburg,
Deutschland: „Tobias
Brixner: „Adaptive
Femtosecond Quantum Control",
Julius Maximilian Universität,
Würzburg,
2001", offenbart
ist.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.
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Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche im wesentlichen
frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende
Reihenfolge miteinander kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander
sind.