DE10392185T5

DE10392185T5 - Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks mit Laserpunktvergrösserung

Info

Publication number: DE10392185T5
Application number: DE10392185T
Authority: DE
Inventors: Donald R. Portland Cutler
Original assignee: Electro Scientific Industries Inc
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-12-02
Also published as: WO2003059568A1; TW564196B; KR100982677B1; JP4340745B2; CN1299873C; CA2469520A1; CN1612793A; AU2003214818A1; JP2005532908A; TW200301718A; GB2397545B; GB2397545A; GB0412827D0; KR20040073542A

Abstract

Verfahren zur Laserbearbeitung einer effektiven Schnittbreite an einem Werkstück mit Laserausgangsimpulsen, wobei jeder der Laserimpulse einen Laserpunktdurchmesser auf dem Werkstück aufweist, der kleiner ist als die effektive Schnittbreite, umfassend:
von einem primären Strahlpositionierungssystem, Verleihen einer primären, relativen Bewegung einer Laserpunktposition an das Werkstück mit einem ersten Satz von begrenzten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, wobei das primäre Strahlpositionierungssystem einen Strahlpositionierungsweg von einem Laser zur Laserpunkposition auf dem Werkstück vorsieht, wobei die primäre, relative Bewegung einen primären Bearbeitungsweg festlegt, und
von einem sekundären Strahlpositionierungssystem, das entlang des Strahlpositionierungsweges angeordnet ist, Verleihen einer sekundären, relativen Bewegung der Laserpunktposition an das Werkstück mit einem zweiten Satz von Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, die wesentlich höher sind als jene des ersten Satzes, wobei die sekundäre, relative Bewegung auf die primäre, relative Bewegung überlagert wird und ein Muster mit einer Musterabmessung senkrecht zum primären Bearbeitungsweg umfaßt, die geringer als oder gleich etwa 15 mal der Laserpunktdurchmesser ist,...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Lasermikrobearbeitung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die einen schnellen Lenkspiegel verwenden, um einen Laserpunkt mit einer fokussierten Punktgröße in einem gewünschten Muster auf einem Substrat zu bewegen, um einen Zielbereich zu entfernen, der größer ist als die fokussierte Punktgröße auf dem Substrat.
Hintergrund der Erfindung
Der Hintergrund wird hierin nur beispielhaft für mehrlagige, elektronische Werkstücke, wie z.B. integrierte Schaltungschipbausteine, Mehrchipmodule (MCMs) und hochdichte Verbindungsleiterplatten, dargestellt, die zu den am meisten bevorzugten Komponenten der Elektronikverkappungsindustrie geworden sind.
Vorrichtungen zum Verkappen von einzelnen Chips, wie z.B. Kugelgittermatrizes, Anschlußstiftmatrizes, Leiterplatten und Hybridmikroschaltungen umfassen typischerweise separate Komponenten-Metallschichten und organische dielektrische und/oder Verstärkungsmaterialien sowie andere neue Materialien. Die jüngste Arbeit wurde auf die Entwicklung von Mikrobearbeitungsverfahren auf Laserbasis gerichtet, um Kontaktlöcher in diesen Arten von elektronischen Materialien auszubilden oder diese anderweitig zu bearbeiten. Kontaktlöcher werden hierin nur beispielhaft für die Mikrobearbeitung erörtert und können die Form von vollständigen Durchgangslöchern oder unvollständigen Löchern, die Blindkontaktlöcher genannt werden, annehmen. Die Lasermikrobearbeitung umfaßt leider zahlreiche Variablen, einschließlich Laserarten, Betriebskosten und Laser- und Zielmaterial-spezifische Betriebsparameter, wie z.B. Strahlwellenlänge, Leistung und Punktgröße, so daß die resultierenden Bearbeitungsdurchsätze und die Lochqualität umfangreich variieren.
Gepulste Ultraviolett(UV)-Laser, die derzeit bei Mikrobearbeitungsvorgängen verwendet werden, erzeugen im Vergleich zu den Schnittbreiten und Lochdurchmessern, die für viele Anwendungen erwünscht sind, relativ kleine Punktgrößen. Der Laserbearbeitungsdurchsatz zur Erzeugung solcher Strukturgeometrien, die im Vergleich zur Laserpunktgröße groß sind, was nachstehend als "profilierte Bearbeitung" bezeichnet wird, kann durch die Verwendung eines größeren Laserstrahls mit niedrigerer Leistungsdichte erhöht werden. Wie im US-Pat. Nr. 5 841 099 beschrieben, können Owen et al. durch defokussiertes Betreiben des Lasers die Laserpunktgröße effektiv vergrößern und seine Energiedichte verringern. Das US-Pat. Nr. 5 593 606 und US-Pat. Nr. 5 841 099, beide von Owen et al., beschreiben die Vorteile der Verwendung von UV-Lasersystemen zum Erzeugen von Laserausgangsimpulsen innerhalb vorteilhafter Parameter, um Kontaktlöcher oder Blindkontaktlöcher in mehrlagigen Bauelementen auszubilden. Diese Patente erwähnen gut bekannte Verfahren, bei denen Kontaktlöcher mit Durchmessern, die größer sind als jener der fokussierten Punktgröße, durch Hohlbohren, Bearbeiten in konzentrischen Kreisen oder Spiralbearbeitung hergestellt werden können. Diese Verfahren werden nachstehend gemeinsam als "profiliertes Bohren" bezeichnet.
Leider führt das defokussierte Betreiben des Lasers häufig zu einer unvorhersagbaren und unerwünschten Energieverteilung und Punktform und wirkt sich auf die Kontaktlochqualität, einschließlich des Kontaktlochwandkonus, des Schmelzgrades der Kupferschicht am Boden des Kontaktlochs und der Höhe des "Randes" um den Umfang des Kontaktlochs, der durch die Spritzer von geschmolzenem Kupfer während des Bohrens verursacht wird, nachteilig aus. Da die Punktgröße, die in eine herkömmliche Kollimations- und Fokussieroptik eintritt, ferner zur Punktgröße, die auf das Ziel auftrifft, umgekehrt proportional ist, übersteigt die auf die Optik aufgebrachte Leistungsdichte schnell die Beschädigungsschwelle der Optik.
Das US-Pat. Nr. 4 461 947 von Ward offenbart ein Verfahren zum profilierten Bohren, bei dem eine Linse innerhalb einer zu einem einfallenden Laserstrahl senkrechten Ebene gedreht wird, um sich auf eine Zielfläche auszuwirken, die eine größere Größe aufweist als jene des fokussierten Laserpunkts. Die Linsendrehung ist von der Position des Stützmontagearms unabhängig. Ward offenbart auch ein Verfahren des Standes der Technik zum profilierten Bohren, das auf der Bewegung des Montagearms innerhalb einer Ebene, um die Linsendrehung zu bewirken, beruht. Im Hintergrund offenbart Ward, daß der Strahl durch einen Drehspiegel gedreht werden kann.
Das US-Pat. Nr. 5 571 430 von Kawasaki et al. offenbart ein Laserschweißsystem, das einen konkaven Kollimatorspiegel verwendet, der um eine erste Achse drehbar ist und durch ein Drehstützelement an einem Lager abgestützt ist, so daß der Spiegel um eine zur ersten Achse senkrechte, zweite Achse drehbar ist. Der Spiegel wird um die erste Achse schwingen lassen, um die "Breite" des entfernten Ziels zu vergrößern, und wird um die zweite Achse gedreht, um ein ringförmiges Muster zu erzeugen.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens oder einer Vorrichtung zum schnellen, räumlichen Ausbreiten der fokussierten Laserpunkte und daher der Energiedichte von Laserimpulsen mit hohen Wiederholungsfrequenzen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das schnelle Erzeugen von geometrischen Strukturen mit Abmessungen, die größer sind als jene des fokussierten Laserpunkts.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung des Durchsatzes und/oder der Qualität von Werkstücken bei solchen Laserbearbeitungsvorgängen.
Die US-Pat. Nr. 5 751 585 und 5 847 960 von Cutler et al. und das US-Pat. Nr. 6 430 465 B2 von Cutler enthalten Beschreibungen von Teilachsen-Positionierungssystemen, in denen der obere Tisch nicht durch den unteren Tisch abgestützt ist und sich von diesem unabhängig bewegt und in denen das Werkstück auf einer Achse oder einem Tisch getragen wird, während das Werkzeug auf der anderen Achse oder dem anderen Tisch getragen wird. Diese Positionierungssysteme weisen eine oder mehrere obere Tische auf, die jeweils eine schnelle Positioniereinrichtung abstützen, und können ein oder mehrere Werkstücke gleichzeitig mit hohen Durchsatzraten verarbeiten, da die unabhängig abgestützten Tische jeweils weniger Trägheitsmasse tragen und schneller beschleunigen, abbremsen oder die Richtung wechseln können als jene eines Stapeltischsystems. Da die Masse eines Tischs nicht auf dem anderen Tisch getragen wird, sind folglich die Resonanzfrequenzen für eine gegebene Last erhöht. Ferner sind die langsamen und schnellen Positioniereinrichtungen dazu ausgelegt, sich als Reaktion auf einen Strom von Positionierungsbefehlsdaten zu bewegen, ohne notwendigerweise zu stoppen, während ihre individuellen Bewegungspositionen koordiniert werden, um zeitweilig stationäre Werkzeugpositionen über Zielstellen zu erzeugen, die durch die Datenbank festgelegt sind. Diese Teilachsen-Positionierungssysteme mit mehreren Geschwindigkeiten verringern die Bewegungsbereichsbegrenzungen einer schnellen Positioniereinrichtung von früheren Systemen, während sie einen signifikant erhöhten Werkzeugverarbeitungsdurchsatz bereitstellen und mit tabellierten oder untabellierten Datenbanken arbeiten können.
Obwohl solche Teilachsen-Positionierungssysteme noch vorteilhafter werden, da die Gesamtgröße und das Gesamtgewicht der Werkstücke zunehmen, wobei längere und daher massivere Tische verwendet werden, können sie keine ausreichende Bandbreite bereitstellen, um die Energie durch den großen geometrischen Abstand zwischen den Laserimpulsen mit hohen Impulswiederholungsfrequenzen (PRFs) wirksam auszubreiten.
Die vorliegende Erfindung verwendet daher einen schnellen Lenkspiegel, wie z.B. einen piezoelektrisch gesteuerten Spiegel im Strahlweg, um den Laserstrahl kontinuierlich in einem vorgeschriebenen Muster mit hoher Geschwindigkeit um eine nominale Zielposition zu bewegen, um die mit einer hohen Laserwiederholungsfrequenz erzeugten, fokussierten Laserpunkte räumlich zu trennen und dadurch geometrische Strukturen mit Abmessungen zu erzeugen, die größer sind als jene des fokussierten Laserpunkts. Die Erfindung ermöglicht, daß eine Reihe von Laserimpulsen mit einer gegebenen Wiederholungsfrequenz als Reihe von Impulsen mit größerem Durchmesser mit einer niedrigeren Impulsfrequenz ohne die Strahlqualitätsprobleme, die mit dem defokussierten Bearbeiten verbunden sind, erscheint.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung sind aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsbeispielen ersichtlich, welche mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen vor sich geht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine teilweise isometrische und teilweise schematische Ansicht eines vereinfachten Lasersystems mit einem schnellen Lenkspiegel gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine teilweise bildhafte und teilweise schematische Ansicht eines schnellen Lenkspiegelmechanismus, der in dem Lasersystem von 1 verwendet wird.
3 ist eine teilweise Schnitt- und teilweise schematische Ansicht eines schnellen Lenkspiegelmechanismus, der in dem Lasersystem von 1 verwendet wird.
4 ist eine Vorderansicht des schnellen Lenkspiegels, die demonstriert, wie eine Spiegelbiegung die Position des Laserpunkts beeinflussen kann.
5 ist ein Computermodell eines beispielhaften, einen geradlinigen Schnitt erzeugenden Profils, das durch die Bewegung eines schnellen Lenkspiegels gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert wird.
6 ist ein Computermodell eines beispielhaften Kontaktloch-Bohrprofils, das durch die Bewegung eines schnellen Lenkspiegels gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert wird.
Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Mit Bezug auf 1 umfaßt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Lasersystems 10 der vorliegenden Erfindung einen gütegeschalteten, diodengepumpten (DP) Festkörper(SS)-Laser 12, der vorzugsweise ein Festkörper-Lasermaterial enthält. Fachleute werden jedoch erkennen, daß andere Pumpquellen als Dioden, wie z.B. eine Kryptonbogenlampe, auch zur Verfügung stehen. Die Pumpdioden, die Bogenlampe oder andere herkömmliche Pumpeinrichtungen empfangen Leistung von einer Leistungsversorgung (nicht separat dargestellt), die einen Teil des Lasers 12 bilden kann oder separat angeordnet sein kann.
Der beispielhafte Laser 12 liefert ein harmonisch erzeugtes Laserausgangssignal 14 von einem oder mehreren Laserimpulsen mit hauptsächlich einem TEM₀₀-Raummodenprofil. Bevorzugte Laserwellenlängen von etwa 150 Nanometern (nm) bis etwa 2000 nm umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf 1,3, 1,064 oder 1,047, 1,03–1,05, 0,75–0,85 Mikrometer (μm) oder ihre zweiten, dritten, vierten oder fünften Oberwellen von Nd : YAG, Nd : YLF, Nd : YVO₄, Nd : YAP, Yb : YAG oder Ti : Saphir-Lasern 64. Solche Oberwellenlängen können Wellenlängen, wie z.B. etwa 532 nm (frequenzverdoppelt Nd : YAG), 355 nm (frequenzverdreifacht Nd : YAG), 266 nm (frequenzvervierfacht Nd : YAG) oder 213 nm (frequenzverfünffacht Nd : YAG) umfassen, sind jedoch nicht auf diese begrenzt. Laser 12 und Oberwellenerzeugungsverfahren sind Fachleuten gut bekannt. Die Details eines beispielhaften Lasers 12 sind im einzelnen im US-Pat. Nr. 5 593 606 von Owen et al. beschrieben. Ein Beispiel eines bevorzugten Lasers 12 umfaßt einen Laser Modell 210 UV-3500, der von Lightwave Electronics in Mountain View, Kalifornien, vertrieben wird. Fachleute werden erkennen, daß Laser, die mit anderen geeigneten Wellenlängen emittieren, kommerziell erhältlich sind, einschließlich Faserlasern oder gütegeschalteten CO₂-Lasern, und verwendet werden könnten. Ein beispielhafter, gütegeschalteter CO₂-Laser ist im US-Pat. Veröffentl. Nr. US 2002/0185474 A1 von Dunsky et al., veröffentlicht am 12. Dezember 2002, offenbart.
Mit Bezug auf 1 kann das Laserausgangssignal 14 durch eine Vielfalt von gut bekannten Optiken manipuliert werden, einschließlich Strahlaufweitungs-Linsenkomponenten 16, die entlang des Strahlwegs 18 angeordnet sind, bevor es durch eine Reihe von Strahlrichtkomponenten 20 (wie z.B. Tischachsen-Positionierspiegeln), einen schnellen Lenkspiegel FSM (30) und eine schnelle Positioniereinrichtung 32 (wie z.B. ein Paar von Galvanometer-angetriebenen X- und Y-Achsen-Spiegeln) des Strahlpositionierungssystems 40 gerichtet wird. Schließlich wird das Laserausgangssignal 14 durch eine Objektivlinse 42, wie z.B. eine Fokussier- oder telezentrische Abtastlinse, geleitet, bevor es als Lasersystem-Ausgangsstrahl 46 mit einem Laserpunkt 48 auf das Werkstück 50 aufgebracht wird.
Ein bevorzugtes Strahlpositionierungssystem 40 ist im US-Pat. Nr. 5 751 585 von Cutler et al. im einzelnen beschrieben und kann ein ABBE-Fehlerkorrekturmittel umfassen, das im US-Pat. Nr. 6 430 465 B2 von Cutler beschrieben ist. Das Strahlpositionierungssystem 40 verwendet vorzugsweise eine Translationstisch-Positioniereinrichtung, die vorzugsweise mindestens zwei Plattformen oder Tische 52 und 54 steuert und Positionierkomponenten 20 trägt, um den Lasersystem-Ausgangsstrahl 46 auf eine gewünschte Laserzielposition 60 zu zielen und zu fokussieren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Translationstisch-Positioniereinrichtung ein Teilachsensystem, wobei ein Y-Tisch 52, der typischerweise durch Linearmotoren bewegt wird, das Werkstück 50 trägt und entlang Schienen 56 bewegt, ein X-Tisch 54 eine schnelle Positioniereinrichtung 32 und eine Objektivlinse 42 trägt und entlang Schienen 58 bewegt, wobei die Z-Dimension zwischen dem X- und dem Y-Tisch einstellbar ist, und Strahlrichtkomponenten 20 den Strahlweg 18 durch beliebige Wendungen zwischen dem Laser 12 und dem FSM 30 ausrichten. Eine typische Translationstisch-Positioniereinrichtung ist zu einer Geschwindigkeit von 500 mm/s und einer Beschleunigung von 1,5 G in der Lage. Der Bequemlichkeit halber kann die Kombination aus der schnellen Positioniereinrichtung 32 und einem oder mehreren Translationstischen 52 und/oder 54 als primäres oder integriertes Positionierungssystem bezeichnet werden.
Das Strahlpositionierungssystem 40 ermöglicht eine schnelle Bewegung zwischen Zielpositionen 60 auf denselben oder verschiedenen Leiterplatten oder Chipbausteinen, um einzigartige oder wiederholte Bearbeitungsvorgänge auf der Basis von gelieferten Test- oder Entwurfsdaten zu bewirken. Eine beispielhafte, schnelle Positioniereinrichtung ist zu einer Geschwindigkeit von 400 oder 500 mm/s und einer Beschleunigung von 300 oder 500 G in der Lage, und daher sind diese auch die typischen Fähigkeiten eines beispielhaften, integrierten Positionierungssystems. Ein Beispiel eines bevorzugten Lasersystems 10, das viele der vorstehend beschriebenen Positionierungssystemkomponenten enthält, ist ein Lasersystem Modell 5320 oder andere in seiner Serie, das von Electro Scientific Industries, Inc. (ESI) in Portland, Oregon, hergestellt wird. Fachleute werden jedoch erkennen, daß ein System mit einem einzelnen X-Y-Tisch zur Werkstückpositionierung und einer festen Strahlposition und/oder einem stationären Galvanometer zur Strahlpositionierung alternativ verwendet werden kann.
Eine Lasersystem-Steuereinheit 62 synchronisiert vorzugsweise die Zündung des Lasers 12 mit der Bewegung der Tische 52 und 54 und der schnellen Positioniereinrichtung 32 in einer Fachleuten gut bekannten Art und Weise. Von der Lasersystem-Steuereinheit 62 ist allgemein gezeigt, daß sie die schnelle Positioniereinrichtung 32, die Tische 52 und 54, den Laser 12 und die FSM-Steuereinheit 64 steuert. Fachleute werden erkennen, daß die Lasersystem-Steuereinheit 62 integrierte oder unabhängige Steueruntersysteme umfassen kann, um irgendeine oder alle dieser Laserkomponenten zu steuern und/oder Leistung zu diesen zu liefern, und daß solche Untersysteme bezüglich der Lasersystem-Steuereinheit 62 entfernt angeordnet sein können. Die Lasersystem-Steuereinheit 62 steuert vorzugsweise auch die Bewegung, einschließlich Richtung, Neigungswinkeln oder Drehung, und Geschwindigkeit oder Frequenz des FSM 30 entweder direkt oder indirekt über eine Spiegelsteuereinheit 64, ebenso wie sie irgendeine Synchronisation mit dem Laser 12 oder den Komponenten des Positionierungssystems 40 steuert. Der Bequemlichkeit halber kann die Kombination aus FSM 30 und Spiegelsteuereinheit 62 als sekundäres oder nicht-integriertes Positionierungssystem bezeichnet werden.
Die Parameter des Lasersystem-Ausgangsstrahls 46 werden ausgewählt, um ein im wesentlichen sauberes, sequentielles Bohren, d.h. Kontaktlochausbildung, in einer breiten Vielzahl von metallischen, dielektrischen und anderen Materialzielen zu erleichtern, die eine unterschiedliche, optische Absorption, Abtragungsschwelle oder andere Eigenschaften als Reaktion auf UV- oder sichtbares Licht aufweisen können. Beispielhafte Parameter des Lasersystem-Ausgangssignals umfassen durchschnittliche Energiedichten von mehr als etwa 120 Mikrojoule (μJ), gemessen über die Strahlpunktfläche, vorzugsweise mehr als 200 μJ; Punktgrößendurchmesser oder räumliche Hauptachsen von weniger als etwa 50 μm und vorzugsweise etwa 1–50 μm und typischerweise etwa 20–30 μm; eine Wiederholungsfrequenz von mehr als etwa 1 Kilohertz (kHz), vorzugsweise mehr als etwa 5 kHz und am meisten bevorzugt noch höher als 20 kHz, und eine Wellenlänge vorzugsweise zwischen etwa 150 und 2000 nm, bevorzugter zwischen etwa 190 und 1325 nm und am meisten bevorzugt zwischen etwa 266 nm und 532 nm. Die bevorzugten Parameter des Lasersystem-Ausgangsstrahls 46 werden in einem Versuch ausgewählt, bestimmte thermische Schädigungseffekte unter Verwendung von zeitlichen Impulsbreiten zu umgehen, die kürzer sind als etwa 100 Nanosekunden (ns) und vorzugsweise von etwa 0,1 Pikosekunden (ps) bis 100 ns und bevorzugter von etwa 1–90 ns oder kürzer. Fachleute werden erkennen, daß diese Parameter variieren und für das zu bearbeitende Material optimiert werden können, und daß verschiedene Parameter verwendet werden können, um verschiedene Zielschichten zu bearbeiten.
Der Lasersystem-Ausgangsstrahl 46 erzeugt vorzugsweise eine Punktfläche 48 mit einem Durchmesser von weniger als etwa 25–50 μm in der Strahlposition 60 auf dem Werkstück 50. Obwohl die Punktfläche 48 und der Durchmesser sich im allgemeinen auf 1/e²-Abmessungen beziehen, insbesondere bezüglich der Beschreibung des Lasersystems 10, werden diese Begriffe gelegentlich verwendet, um auf die Punktfläche oder den Punktdurchmesser des durch einen einzelnen Impuls erzeugten Lochs Bezug zu nehmen. Fachleute werden auch erkennen, daß die Punktfläche 48 des Ausgangsstrahls 46 im allgemeinen kreisförmig ist, aber so geformt sein kann, daß sie im wesentlichen quadratisch ist. Fachleute werden auch erkennen, daß der Ausgangsstrahl 46 von seinen Flügeln oder Schweifen abgebildet oder beschnitten werden kann, insbesondere für die Bearbeitung der ersten Stufe, falls dies für spezielle Vorgänge erwünscht ist.
2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines FSM 30, der angeordnet ist, um das Laserausgangssignal 14 zu empfangen, dieses durch eine schnelle Positioniereinrichtung 32, durch eine Objektivlinse 42 auf eine Zielposition 60 am Werkstück 50 für den Zweck von ECB-Kontaktlochbohren, Schaltungselementabgleichen oder anderen Mikrobearbeitungsanwendungen abzulenken. Der FSM 30 ist vorzugsweise als Teil eines Strahlpositionierungstisches mit begrenzter Ablenkung, welcher elektrostriktive Stellglieder mit einem Ansprechen mit höherer Frequenz als die schnelle Positioniereinrichtung 32 verwendet, implementiert. Der FSM 30 wird durch Stellglieder 22 aus ferroelektrischem, keramischem Stellgliedmaterial, wie z.B. Bleimagnesiumniobat (PMN), die eine Spannung in eine Verschiebung umsetzen, abgelenkt. Das PMN-Material ist ähnlich zum üblicheren Material für ein piezoelektrisches Stellglied, weist jedoch eine Hysterese von weniger als 1 Prozent, einen hohen elektromechanischen Umwandlungswirkungsgrad auf, weist breite Betriebs- und Fertigungstemperaturbereiche auf, erfordert keine permanente Polarisation und sieht eine nützliche, mechanische Aktivität mit kleinen elektrischen Ansteuerspannungen vor.
Beispielhafte PMN-Stellglieder 22 weisen eine begrenzte Verschiebung von etwa 20 Mikrometer für einen 40 mm langen Zylinder aus PMN-Material auf, weisen jedoch eine sehr hohe Steifigkeit von etwa 210 Newton pro Mikrometer für einen Zylinder mit 5 mm Durchmesser auf. Der FSM 30 ist über ein Gelenk mit drei PMN-Stellgliedern 22 gekoppelt, deren erste Enden als gleichseitiges Dreieck angeordnet sind, dessen Zentrum auf ein Zentrum 24 des FSM 120 ausgerichtet ist. Die zweiten Enden der PMN-Stellglieder 22 sind mechanisch mit einer Halterung 26 gekoppelt, die an einem X-Achsen-Translationstisch 54 befestigt. Die drei PMN-Stellglieder 22 sind vorzugsweise in einer Konfiguration mit 3 Freiheitsgraden implementiert, die in einem Modus mit 2 Freiheitsgraden verwendet wird, um den FSM 30 zu neigen und zu kippen. Die drei PMN-Stellglieder 22 sind vorzugsweise als hohler Zylinder aus PMN-Material ausgebildet, das auf dem Umfang elektrisch in drei aktive Bereiche unterteilt ist. Das Aktivieren eines Bereichs bewirkt, daß er sich ausdehnt oder zusammenzieht, wodurch der FSM 30 gekippt oder geneigt wird.
Vorzugsweise weist das Stellglieddreieck Seiten von 5 mm auf, so daß der FSM 30 um einen Winkel von etwa ± 4 Milliradiant ("mRad") abgelenkt werden kann, was in eine Ablenkung des Laserausgangssignals 14 von ± 640 Mikrometer umsetzt, wenn es auf das Werkstück 50 mit einer Objektivlinse 42 von 80 mm projiziert wird. Ein beispielhafter FSM 30 kann einen typischen Bereich einer Bewegungsgrenze bereitstellen, die die Strukturabmessung auf bis zu etwa 25 oder 50 mal die Laserpunktgröße begrenzt; der maximale Frequenzgang des FSM 30 kann jedoch eine zwangsläufigere Grenze sein, die die Strukturabmessung auf bis zu etwa 15 mal die Laserpunktgröße und typischerweise bis zu 5 bis 10 mal die Laserpunktgröße begrenzt. Der FSM 30 arbeitet mit höheren Frequenzen und Beschleunigungen als beispielhafte Galvanometer-angetriebene X- und Y-Achsen-Spiegel der schnellen Positioniereinrichtung 32. Ein beispielhafter FSM 30 des nicht-integrierten Positionierungssystems stellt Geschwindigkeiten von mehr als 1000 mm/s bereit und kann zu Geschwindigkeiten von 4000 mm/s oder höher in der Lage sein, welche 5 bis 10 mal die Geschwindigkeit des typischen, integrierten Positionierungssystems sind. Ein beispielhafter FSM 30 des nicht-integrierten Positionierungssystems stellt Beschleunigungen von mehr als 1000 G bereit und kann zu Beschleunigungen von 30000 G oder mehr in der Lage sein, welche 50 bis 100 mal die Beschleunigung des typischen, integrierten Positionierungssystems sind.
Insbesondere weisen beispielhafte PMN-Stellglieder 22 eine charakteristische Kapazität von etwa 2,0 Mikrofarad, eine Gleichspannungsimpedanz von 1,0 Ohm, eine Impedanz von 17 Ohm bei 5 kHz auf und entnehmen über drei Ampère Strom bei 75 Volt Ansteuerung. Das beispielhafte PMN-Stellglied 22, das den FSM 30 ansteuert, weist eine Großsignalbandbreite von mehr als etwa 5 kHz, eine Kleinsignalbandbreite von mehr als etwa 8 kHz und einen Ablenkungswinkel von mindestens etwa 4 mRad zum Ablenken des Laserausgangssignals 14 mit einer Positionierungsauflösung von etwa ± 0,5 Mikrometern auf.
Fachleute werden erkennen, daß beliebige andere Präzisionsstellglieder mit hoher Bandbreite für die Spiegelstellglieder 22 verwendet werden könnten. 3 ist eine teilweise Schnitt- und teilweise schematische Ansicht eines alternativen FSM 30 zusammen mit einer gewissen, beispielhaften Steuerschaltung 70 einer beispielhaften Spiegelsteuereinheit 64 für Spiegelstellglieder 72a und 72b (allgemein Spiegelstellglieder 72), die vorzugsweise Vorrichtungen vom piezoelektrischen Typ (PZT) sind, die verwendet werden, um kleine Änderungen im Winkel des FSM 30 zu bewirken, die zu kleinen Änderungen im Winkel des Lasersystem-Ausgangsstrahls 46 führen, was kleine Änderungen in der Position 60 des Laserpunkts 48 auf der Oberfläche des Werkstücks 50 bewirkt. 4 ist eine Vorderansicht des FSM 30, die demonstriert, wie eine Spiegelbiegung die Position 60 des Laserpunkts 48 beeinflussen kann.
Mit Bezug auf 3 und 4 ist in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel, das PZT-Spiegelstellglieder 72 verwendet, eine Ecke eines im allgemeinen rechteckigen FSM 30 an einer Bezugsstruktur mit einem Gelenk verankert, das sich biegen, aber nicht zusammendrücken oder dehnen kann. Zwei andere Ecken des FSM 30 werden durch die piezoelektrischen Spiegelstellglieder 72a und 72b als Reaktion auf Sinuswellen angesteuert, um kleine Winkel in den Strahlweg 18 einzuführen, die kleine Änderungen in der Strahlposition des Laserpunkts 48 bewirken, der auf die Zielpositionen 60 überlagert wird, die durch andere Komponenten des Strahlpositionierungssystems 40 festgelegt werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert das Signal Sin (a) 74 die piezoelektrischen Spiegelstellglieder 72a und 72b in entgegengesetzten Richtungen an, um eine Winkeländerung in einer Richtung zu erzeugen, und das Signal Sin (a + 90 Grad) 76 steuert die piezoelektrischen Spiegelstellglieder 72a und 72b in derselben Richtung durch den Sinus an, um eine Winkeländerung in 90 Grad zur ersten Winkeländerung zu erzeugen. Das Laserausgangssignal 14 wird am FSM 30 an einem Punkt ungefähr in der Mitte reflektiert. Dies führt zu einer Kreisbewegung an der Arbeitsoberfläche, nachdem die kleinen Winkel, die durch die Spiegelbewegung eingeführt werden, durch die Abtastlinse 42 in Positionsänderungen umgewandelt werden.
Für Laserbohrvorgänge ist eine bevorzugte Objektivlinsen-Brennweite etwa 50–100 mm, und ein bevorzugter Abstand vom FSM 30 zur Abtastlinse 42 ist so klein wie praktisch innerhalb der Konstruktionseinschränkungen und vorzugsweise geringer als etwa 300 mm und bevorzugter geringer als 100 mm, wenn sich der Z-Tisch (nicht dargestellt) in seiner normalen Brennpunkthöhe befindet. In einem bevorzugten Lasersystem 10 ist der FSM 30 stromaufwärts von der schnellen Positioniereinrichtung 32 auf dem X-Tisch 54 montiert und ersetzt den Enddrehspiegel von einigen herkömmlichen Strahlpositionierungssystemen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der FSM 30 für eine leichte Nachrüstung von existierenden Lasern und Positionierungssystemen 40 ausgelegt, wie sie z.B. in den Modellen 5200 oder 5320 verwendet werden, die von Electro Scientific Industries, Inc. in Portland, Oregon, hergestellt werden, und können leicht gegen den Enddrehspiegel auf den X-Tischen 54 von herkömmlichen Lasersystemen ausgetauscht werden. Fachleute werden erkennen, daß der FSM 30 im Strahlweg 18 positioniert werden könnte, aber irgendwo anders als auf dem X-Tisch 54 montiert werden könnte.
Fachleute werden erkennen, daß verschiedene Technologien alternativ verwendet werden können, um die Bewegung eines FSM 30 in zwei Achsen um einen Drehpunkt, wie z.B. das Zentrum 24, zu steuern. Diese Technologien umfassen FSMs 30, die einen Gelenkmechanismus und Schwingspulenstellglieder verwenden, piezoelektrische Stellglieder, die auf der Verformung von piezoelektrischen, elektrostriktiven oder PMN-Stellgliedmaterialien beruhen, und piezoelektrische oder elektrostriktive Stellglieder, um die Oberfläche eines Spiegels zu verformen. Beispielhafte, durch eine Schwingspule betätigte FSMs 30 sind im US-Pat. Nr. 5 946 152 von Baker beschrieben und können dazu ausgelegt werden, mit hohen Frequenzen zu arbeiten. Geeignete, durch eine Schwingspule betätigte FSMs 30 sind von Ball Aerospace Corporation in Broomfield, Colorado, und Newport Corporation in Irvine, Kalifornien, erhältlich. Ein geeignetes, piezoelektrisches Stellglied ist eine ultraschnelle Piezo-Kipp/Neigungs-Plattform des Modells S-330, die von Physik Instrumente ("PI") GmbH & Co. in Karlsruhe, Deutschland, hergestellt wird.
In Anwendungen für simulierte Laserpunktvergrößerung befiehlt die Lasersteuereinheit 64 den Tischen 52 und 54 und der schnellen Positioniereinrichtung 32 des integrierten Positionierungssystems, einem vorbestimmten Werkzeugweg, wie z.B. einem Abgleichsprofil oder einem Blindkontaktloch-Bohrprofil, zu folgen, während die Spiegelsteuereinheit 64 unabhängig veranlaßt, daß der FSM 30 die Laserpunktposition des Lasersystem-Ausgangsstrahls 46 in einem gewünschten Muster, wie z.B. kleinen Kreisen oder Schwingungen, bewegt. Diese überlagerte, frei laufende Strahlbewegung oder -schwingung verteilt die Energie des Lasersystem-Ausgangsstrahls 46 über eine größere Fläche und führt effektiv einen breiteren Schnitt entlang des Werkzeugweges aus. Die effektive Schnittbreite ist im allgemeinen gleich der Größe der Musterabmessung plus dem Punktdurchmesser. Die Strahlbewegung breitet auch die Laserenergie über eine größere Fläche aus, um die Fläche effektiv zu vergrößern, die mit einer gegebenen, durchschnittlichen Energiedichte innerhalb eines Zeitraums behandelt werden kann.
Da die Befehle der Spiegelsteuereinheit 64, die zum FSM 30 gesandt werden, nicht in die Positionierungsbefehle, die an die Tische 52 und 54 und die schnelle Positioniereinrichtung 32 des integrierten Positionierungssystems gerichtet sind, integriert werden, sondern auf diese überlagert werden, wird eine große Menge an Komplexität und Aufwand vermieden, während eine große Menge an erhöhter Funktionalität und Durchsatz erzielt wird. Die Spiegelsteuereinheit 64 kann jedoch mit der Lasersteuereinheit 62 zusammenwirken, um spezielle, gewünschte Bewegungsmuster des Lasersystem-Ausgangsstrahls 46 während spezieller Laseranwendungen oder spezieller Werkzeugwege des integrierten Positionierungssystems zu bewirken. Das effektive FSM-Punktmuster kann so ausgewählt werden, daß es eine Musterabmessung aufweist, um eine spezielle Schnittbreite zu erhalten, wie z.B. für einen Abgleichvorgang, und/oder kann so ausgewählt werden, daß eine spezielle Lochkantenqualität verliehen wird, wie z.B. während eines Kontaktloch-Bohrvorgangs. Fachleute werden jedoch erkennen, daß die Spiegelsteuereinheit 64 direkt von einem Benutzer programmiert werden kann und weder mit der Lasersteuereinheit 62 zusammenwirken muß noch durch diese gesteuert werden muß.
Ein Computergraphikmodell wurde entwickelt, um die individuelle Anordnung von Laserpunkten 48 auf der Arbeitsoberfläche zu zeigen, die sich aus einer kontinuierlichen Bewegung des FSM 30 durch die PZT-Stellglieder, wie vorstehend beschrieben, ergibt. 5B ist ein Computermodell eines beispielhaften, einen geradlinigen Schnitt erzeugenden Werkzeugweges 80 von 5A, der durch die Bewegung des FSM 30 verbessert wird. Mit Bezug auf 5A und 5B (gemeinsam 5) umfassen die Parameter: eine PRF von etwa 18 kHz; eine Punktgröße von etwa 25 μm; eine lineare Geschwindigkeit (die Rate, mit der sich das kleine rotierende, kreisförmige Muster über die Arbeitsoberfläche bewegt) von etwa 50 mm/s; eine Drehfrequenz (die Geschwindigkeit, mit der sich das kreisförmige Muster dreht) von etwa 2 kHz; eine Drehamplitude (der Durchmesser des kreisförmigen Musters (zur Mitte des Strahls)) von etwa 30 μm; einen Innendurchmesser (der Ausgangsdurchmesser des Spiralmusters (zur Mitte des kreisförmigen Musters)) von etwa 10 μm; einen Außendurchmesser (der Enddurchmesser des Spiralmusters (zur Mitte des kreisförmigen Musters)) von etwa 150 μm; und eine Anzahl von Zyklen (die Anzahl von Drehungen des Spiralmusters) von etwa 2. Das Modell zeigt, daß, um Laserimpulsfrequenzen im Bereich von 15 bis 20 kHz zu unterstützen, eine Drehfrequenz von 1 kHz bis 2,5 kHz (5 bis 15 Impulse pro Drehung) für eine praktische Impulsüberlappung erwünscht ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 erzeugt ein spiegelverbessertes, geradliniges Profil 82 eine Schnittbreite 84, die größer ist als der Punktdurchmesser 86 des Ausgangsstrahls 46. Dieses Verfahren ermöglicht, daß ein Schnitt, der breiter ist als der Punktdurchmesser 86, in weniger Durchläufen erzeugt wird, während die Bearbeitungsqualität und andere Vorteile der Verwendung eines fokussierten Ausgangsstrahls 46 (d.h. ohne Defokussierung des Strahls, um einen breiteren Punkt zu erzielen) aufrechterhalten werden. Außerdem kann das spiegelverbesserte, geradlinige Profil 82 jenseits der Bandbreitenfähigkeiten der meisten schnellen Positioniereinrichtungen 32 für Anwendungen mit hoher Wiederholungsfrequenz liegen und ermöglicht, daß die schnellen Positioniereinrichtungen 32 einfache Positionierbewegungsbefehle halten, im Gegensatz zur Teilstrukturierung, die ansonsten erforderlich wäre, damit sie die Teilmuster bewirken, die in dem spiegelverbesserten, geradlinigen Profil 82 ersichtlich sind.
6B ist ein Computermodell eines beispielhaften, ein Kontaktloch ausbildenden Spiralwerkzeugweges 90 (6A), der durch die Bewegung des FSM 30 verbessert wird. Mit Bezug auf 6A und 6B (gemeinsam 6) umfassen die Parameter: eine PRF von etwa 15 kHz; eine Punktgröße von etwa 15 μm; eine lineare Geschwindigkeit (die Rate, mit der sich das kleine rotierende, kreisförmige Muster über die Arbeitsoberfläche bewegt) von etwa 30 mm/s; eine Drehfrequenz (die Geschwindigkeit, mit der sich das kreisförmige Muster dreht) von etwa 1,5 kHz; eine Drehamplitude (der Durchmesser des kreisförmigen Musters (zur Mitte des Strahls)) von etwa 20 μm; einen Innendurchmesser (der Ausgangsdurchmesser des Spiralmusters (zur Mitte des kreisförmigen Musters)) von etwa 10 μm; einen Außendurchmesser (der Enddurchmesser des Spiralmusters (zur Mitte des kreisförmigen Musters)) von etwa 150 μm; und eine Anzahl von Zyklen (die Anzahl von Drehungen des Spiralmusters) von etwa 2. Das Modell zeigt, daß, um Laserimpulsfrequenzen im Bereich von 15 bis 20 kHz zu unterstützen, eine Drehfrequenz von 1 kHz bis 2,5 kHz (5 bis 15 Impulse pro Drehung) für eine praktische Impulsüberlappung erwünscht ist.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel, das ein gütegeschaltetes CO₂-Lasersystem 10 und einen PMN-FSM 30 verwendet, verwendet das CO₂-Lasersystem 10 eine PRF von 30–40 kHz mit 20–30 Impulsen pro Kontaktloch. Der FSM 30 bringt den Lasersystem-Ausgangsstrahl 46 mit 1,0–1,5 kHz zum Schwingen, so daß er eine vollständige Umdrehung durchführt, während das Loch gebohrt wird, und die Bohrzeit weniger als 0,6–1 ms dauert.
Mit Bezug auf 6 wird ein Blindkontaktloch durch sequentielles Richten des Lasersystem-Ausgangsstrahls 46 mit einer Punktfläche 86 auf überlappende, benachbarte Stellen entlang eines Spiralwerkzeugweges 90 zu einem Umfang ausgebildet. Der Strahl 46 wird vorzugsweise kontinuierlich über jede Stelle mit einer Geschwindigkeit bewegt, die ausreicht, damit das System 10 die Anzahl von Strahlimpulsen liefert, die erforderlich sind, um die Schnittiefe an der Stelle zu erreichen. Wenn der Strahl 46 entlang des Spiralwerkzeugweges 90 fortschreitet, wird das Zielmaterial weg-"geknabbert", um ein Loch mit zunehmender Größe auszubilden, jedes Mal wenn der Strahl 46 zu einer neuen Schneidstelle bewegt wird. Die Endform des Lochs wird typischerweise erreicht, wenn sich der Strahl 46 entlang eines kreisförmigen Weges am Umfang bewegt.
Fachleute werden bemerken, daß das spiegelverbesserte Kontaktloch-Bohrprofil 92 eine Schnittbreite 84 erzeugt, die größer ist als der Punktdurchmesser 86 des Ausgangsstrahls 46, so daß der Durchmesser 94 des resultierenden Kontaktlochs viel größer ist als der Durchmesser für eine Spirale wäre, die durch eine Schnittbreite mit derselben Größe wie der Punktgröße hergestellt wird. Die Erfindung ermöglicht, daß eine Reihe von Laserimpulspunkten 48 mit einer gegebenen Wiederholungsfrequenz als Reihe von Laserimpulspunkten mit größerem Durchmesser mit einer niedrigeren Impulsfrequenz ohne die mit dem defokussierten Arbeiten verbundenen Strahlqualitätsprobleme erscheint. Kontaktlochdurchmesser oder Schnittbreiten liegen typischerweise im Bereich von 25–300 μm, aber Kontaktlöcher oder Schnitte mit Durchmessern oder Breiten, die nicht kleiner als oder größer als 1 Millimeter (mm) sind, können auch erwünscht sein.
Ein alternativer Werkzeugweg, um ein Blindkontaktloch auszubilden, bestünde darin, in der Mitte zu beginnen und konzentrische Kreise mit schrittweise zunehmenden Radien, die durch die Schnittbreite 84 festgelegt sind, zu schneiden. Der Gesamtdurchmesser des Kontaktlochs würde zunehmen, wenn die konzentrischen Kreise, die das Kontaktloch ausbilden, sich in einem kreisförmigen Weg in größeren Abständen von der Bereichsmitte bewegen. Alternativ kann dieser Prozeß durch Festlegen des gewünschten Umfangs und Bearbeiten der Kanten in Richtung der Mitte beginnen. Eine Auswärtsspiralbearbeitung ist gewöhnlich ein wenig kontinuierlicher und schneller als die Bearbeitung in konzentrischen Kreisen; ein Blindkontaktloch kann jedoch auch durch Einwärtsspiralbewegung erzeugt werden.
Fachleute werden erkennen, daß entweder das Werkstück 50 oder der Bearbeitungsausgangsstrahl 46 relativ zur Position des anderen feststehend oder bewegt sein kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden sowohl das Werkstück 50 als auch der Bearbeitungsausgangsstrahl 46 gleichzeitig bewegt. Verschiedene Beispiele von Durchgangskontaktlöchern und Blindkontaktlöchern mit verschiedenen Tiefen und Durchmessern, die an einer Anzahl von verschiedenen Substraten hergestellt werden, sind im US-Pat. Nr. 5 593 606 dargelegt. Verschiedene Kontaktloch-Bearbeitungsverfahren, einschließlich anderer Werkzeugwegprofile, sind auch im US-Pat. Nr. 6 407 363 B2 von Dunsky et al. offenbart, welches durch den Hinweis hierin aufgenommen wird. Fachleute werden erkennen, daß nicht-kreisförmige Kontaktlöcher auch durch ähnliche Prozesse abgetragen werden können. Solche Kontaktlöcher können beispielsweise quadratische, rechteckige, ovale, schlitzartige oder andere Oberflächengeometrien aufweisen.
Fachleute werden auch erkennen, daß das integrierte Positionierungssystem auf eine einzelne Stelle zur Bearbeitung eines kleinflächigen Kontaktlochs gerichtet werden kann und der nicht-integrierte FSM 30 verwendet wird, um einen Kontaktlochdurchmesser, der größer ist als der Punktdurchmesser 48 des Ausgangstrahls 46, ohne signifikante Verweilzeit und ohne die Komplexität der Bewegung des integrierten Positionierungssystems, um einen Werkzeugweg, wie z.B. den Werkzeugweg 90, durchzuführen, zu erzeugen. Ferner konnten die Kontaktlochqualität, einschließlich der Kantenqualität und Bodengleichmäßigkeit, erheblich verbessert werden, insbesondere sobald der Lasersystem-Ausgangsstrahl 46 relativ Gauß-förmig ist.
Für Fachleute ist es offensichtlich, daß viele Änderungen an den Einzelheiten der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dieser Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren zugrundeliegenden Prinzipien abzuweichen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein schneller Lenkspiegel (30) wie z.B. ein PMN-betätigter Spiegel wird in einem Strahlweg (18) eines Positionierungssystems (40) auf Tischbasis angeordnet, um einen Laserstrahl (46) in einem vorgeschriebenen Muster mit hoher Geschwindigkeit kontinuierlich um eine nominale Zielposition (60) zu bewegen, um fokussierte Laserpunkte (48), die mit einer hohen Laserwiederholungsfrequenz erzeugt werden, räumlich zu trennen und dadurch geometrische Strukturen mit Abmessungen, die größer sind als jene des fokussierten Laserpunkts (48), zu erzeugen. Eine Reihe von Laserpunkten (48) mit einer gegebenen Wiederholungsfrequenz erscheint als Reihe von Laserpunkten mit größerem Durchmesser mit einer niedrigeren Impulsfrequenz ohne Strahlqualitätsprobleme, die mit dem defokussierten Arbeiten verbunden sind.

Claims

Verfahren zur Laserbearbeitung einer effektiven Schnittbreite an einem Werkstück mit Laserausgangsimpulsen, wobei jeder der Laserimpulse einen Laserpunktdurchmesser auf dem Werkstück aufweist, der kleiner ist als die effektive Schnittbreite, umfassend: von einem primären Strahlpositionierungssystem, Verleihen einer primären, relativen Bewegung einer Laserpunktposition an das Werkstück mit einem ersten Satz von begrenzten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, wobei das primäre Strahlpositionierungssystem einen Strahlpositionierungsweg von einem Laser zur Laserpunkposition auf dem Werkstück vorsieht, wobei die primäre, relative Bewegung einen primären Bearbeitungsweg festlegt, und von einem sekundären Strahlpositionierungssystem, das entlang des Strahlpositionierungsweges angeordnet ist, Verleihen einer sekundären, relativen Bewegung der Laserpunktposition an das Werkstück mit einem zweiten Satz von Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, die wesentlich höher sind als jene des ersten Satzes, wobei die sekundäre, relative Bewegung auf die primäre, relative Bewegung überlagert wird und ein Muster mit einer Musterabmessung senkrecht zum primären Bearbeitungsweg umfaßt, die geringer als oder gleich etwa 15 mal der Laserpunktdurchmesser ist, wobei die primäre und die sekundäre, relative Bewegung zusammenwirken, um die effektive Schnittbreite entlang des primären Bearbeitungsweges vorzusehen, die im allgemeinen gleich der Musterabmessung plus dem Punktdurchmesser ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Satz Geschwindigkeiten, die größer sind als 1000 mm/s, und Beschleunigungen, die größer sind als 1000 G, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zweite Satz Geschwindigkeiten von 1000 bis 4000 mm/s und Beschleunigungen von 1000 bis 30000 G umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Satz Geschwindigkeiten von weniger als 500 mm/s und Beschleunigungen von weniger als 500 G umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Musterabmessung geringer als oder gleich etwa 10-mal der Laserpunktdurchmesser ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das sekundäre Strahlpositionierungssystem eine Großsignalbandbreite von mehr als etwa 5 kHz und eine Kleinsignalbandbreite von mehr als etwa 8 kHz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das sekundäre Strahlpositionierungssystem einen schnellen Lenkspiegel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der schnelle Lenkspiegel einen PMN- oder PZT-betätigten Spiegel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das primäre Strahlpositionierungssystem mindestens eine Translation [einen Translationstisch] und eine schnelle Positioniereinrichtung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die schnelle Positioniereinrichtung mindestens einen Galvanometer-angetriebenen Spiegel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die schnelle Positioniereinrichtung an einem Translationstisch montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das primäre Positionierungssystem ein Teilachsen-Positionierungssystem umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Durchführen einer Kontaktloch-Bohranwendung mit den Laserausgangsimpulsen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Durchführen einer Laserabgleichanwendung mit den Laserausgangsimpulsen umfaßt.
Verfahren zur Laserbearbeitung einer effektiven Schnittbreite an einem Werkstück mit Laserausgangsimpulsen, wobei jeder der Laserimpulse einen Laserpunktdurchmesser auf dem Werkstück aufweist, der kleiner ist als die effektive Schnittbreite, umfassend: von einem Translationstisch-Positionierungssystem, Verleihen einer mit dem Tisch in Beziehung stehenden, relativen Bewegung einer Laserpunktposition an das Werkstück mit durch den Translationstisch begrenzten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen; von einem schnellen Positionierungssystem, Verleihen einer schnellen, relativen Bewegung der Laserpunktposition an das Werkstück mit schnell begrenzten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, wobei das schnelle Positionierungssystem höhere Beschleunigungsfähigkeiten aufweist als das Translationstisch-Positionierungssystem; Integrieren des Translationstisch-Positionierungssystems und des schnellen Positionierungssystems, um dem Werkstück eine primäre, relative Bewegung der Laserpunktposition mit einem ersten Satz von begrenzten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zu verleihen, wobei das primäre Strahlpositionierungssystem einen Strahlpositionierungsweg von einem Laser zur Laserpunktposition auf dem Werkstück vorsieht, wobei die primäre, relative Bewegung einen primären Bearbeitungsweg festlegt, und von einem schnellen Lenkspiegel, der entlang des Strahlpositionierungsweges angeordnet ist, Verleihen einer sekundären relativen Bewegung der Laserpunktposition an das Werkstück mit einem zweiten Satz von Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, die wesentlich höher sind als jene des ersten Satzes, wobei die sekundäre, relative Bewegung auf die primäre, relative Bewegung überlagert wird und nicht mit dieser integriert wird und ein Muster mit einer Musterabmessung senkrecht zum primären Bearbeitungsweg aufweist, die geringer als oder gleich etwa 15-mal der Laserpunktdurchmesser ist, wobei die primäre und die sekundäre, relative Bewegung zusammenwirken, um die effektive Schnittbreite entlang des primären Bearbeitungsweges vorzusehen, die im allgemeinen gleich der Musterabmessung plus dem Punktdurchmesser ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der zweite Satz Geschwindigkeiten, die größer sind als 1000 mm/s, und Beschleunigungen, die größer sind als 1000 G, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der zweite Satz Geschwindigkeiten von 1000 bis 4000 mm/s und Beschleunigungen von 1000 bis 30000 G umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die schnell begrenzten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen Geschwindigkeiten von weniger als 500 mm/s und Beschleunigungen von weniger als 500 G umfassen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der schnelle Lenkspiegel einen PMN- oder PZT-betätigten Spiegel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die schnelle Positioniereinrichtung mindestens einen Galvanometer-angetriebenen Spiegel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das primäre Positionierungssystem ein Teilachsen-Positionierungssystem umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 15, welches ferner das Durchführen einer Kontaktloch-Bohranwendung mit den Laserausgangsimpulsen umfaßt.