DE1540763A1 - Einrichtung zum Bohren sehr kleiner Loecher - Google Patents

Description

Anmelderini GeneiaL Ele'ctric Company, Schenectady, New York, USA Einrichtung zum Bohren sehr kleiner Löcher

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bohren sehr kleiner Löcher mittels eines durch ein Spiegelsystem fokussierten Laserstrahls, welches Spiegelsystem aus zwei rotationssymmetrisch sur optischen Achse der Einrichtung angeordneten Spiegeln "besteht, Ton denen einer eine zentrale Öffnung aufweist.

Löcher mit einem Durchmesser von größenordnungsmäßig i/iOOe» Durchmesser sind für die Herstellung von Blendenöffnungen für Blektronenstrahlen erforderlich. Derartige öffnungen finden z.B. tür JLbtaateinrichtungen. Kathodenstrahlröhren mit hohem Auflösungsvermögen, Geräte sur Aufzeichnung auf thermoplastische· Material oder für Elektronenmikroskope Verwendung, wobei der minimale Querschnitt des in dies.en* Geräten verwandten Elektronenstrahls durch die betreffende öffnung bestimmt wird. Derartige öffnungen werden üblicherweise in Platin, Wolfram oder Molybdän durch Mikrotohrv«rfahr«n hergestellt· Die Schwierigkeiten bei der Herstellung γόη Löchern «it weniger als etwa 2/10Om Duxehatsser steigen mit "#dr Verringerung 4e· Sturehnessers stark.an. Hitzebeständig· Materialien wie Vblfraa and Molybdän eignen sioh sehr gut als Blenden für Slektroneaetrahlen, aber ihre Yerarbeitbarkelt bereitet Schwierigkeiten, wenn Löcher von weniger als einigen hundertstel Millimetern Durohmessern hergestellt werden sollen. Dies ist z.B. bei Wolfram praktisch unmöglich. Es sind ferner Bohrverfahren unter Verwendung eines Elektronenstrahls bekannt. Dabei besteht jedoch insbesondere die Schwierigkeit, daß die Apparatur verhältnismäßig kostspielig ist und daß das Bohren im Vakuum erfolgen muß»

Durch einen Laser kann ein kollimierter, kohärenter Liohtstrahl hoher Intensität erzeugt werden. Diewer Laserstrahl kann fokussiert werden, um sehr hohe Energiedichten zu bewirken, so daß sehr hohe Temperaturen erzeugt werden können· Dieses Phä-

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nomen kann zur Ausbildung von Löchern mit so kleiner Größe Anwendung finden, die bisher mit den bekannten Einrichtungen im aligemeinen nicht hergestellt werden konnten, insbesondere nicht mit einem befriedigenden Kostenaufwand.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist bereite bekamt, uei dieser ist jedoch die Fokussierung des Laserstrahls nicht zufriedenstellend, da der mit seiner Rückseite zum Laser weisende Spiegel gerade den zentralen Teil des Laserstrahls ausblendet·] Unter Vermeidung der genannten Schwierigkeit ist die Einricbiing gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl naoh Durchtritt durch die zentrale Öffnung eines von dem Laser wegweisenden Konkavspiegels auf einen Konvexspiegel auftrifft, von diesem auf den Konkavspiegel reflektiert und von dem Konkavspiegel auf den zu durchbohrenden Gegenstand fokussiert wird, und daß die beiden Spiegel beispielsweise durch einen Tubus starr •zueinander angeordnet sind.JEin besonderer Vorteil der Einrichtung gemäß der Erfindung gegenüber der bekannten Einrichtung ist darin zu sehen, daß bei letzterer die beiden Spiegel nicht in einem rohrförmigen Tubus ohne radiale Verstrebungen oder Zwischenwände gehaltert werden können, durch welche der Laserstrahl dann hindurchtreten müßte.

Der von einem im Impulsbetrieb arbeitenden Laser ausgesandte Laserstrahl wird auf das zu durchbohrende Material fokussiert, wobei das Material im Brennpunkt oder in einem ausgewählten Abstand von dem Brennpunkt einer reflektierenden Objektivlinse angeordnet wi'rd, ferner ist eine Blendenöffnung zwischen den laser und der reflektierenden Objektivlinse angeordnet, und der Laser- . strahl wird durch die Linse auf das Material fokussiert· Die Grüße der ausgebildeten Locher hängt in erster Linie von drei. Faktoren ab ι Steuerung des Betrags der elektrischen Energie, die von einer Blitzlampe dem Laser zugeführt wird, wodurch eine optische Anregung und damit eine Erzeugung von Laserstrahl-Impulsen bewirkt wird} von der Größe der Blendenöffnung, duroh die der Querschnitt des Laserstrahls bestimmt wird} und durch den Abstand, in do das zu durchbohrende Waterj al relativ zu dem brennpunkt der reil?*- tierenden Objektivlinso argeordnet wild. Durch Erfe*■"•.^liiing ciex· ->lek*» trischon EnergiezufubT ζχχτ Blitzlampe oder duroh Anordnung λ ia zu durchbohrenden Materials in einer gewissen Entfernung \jt üem

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Brennpunkt der reflektierenden Objektivlinse können Löcher mit relativ größerem Durchmesser hergestellt werden. Mit dieser Einrichtung können ohne weiteres Löcher mit einem Durchmesser von etwa 2/10OmM hergestellt werden. Bei der Erprobung der Einrichtung gemäß der Erfindung wurden sogar schon Löcher mit ein·» Durchmesser von etwa 5/1000mm hergestellt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Zer-Btreuungslinse Verwendung finden, um praktisch die gesamte Energie de« Laserstrahls cum Bohren nutzbar zu machen.

Durch die Verwendung einer Lochblende vor der Zerstreuungslinse ist von den weiter unten ausführlicher geschilderten Torteilen hervorzuheben, daß nur das Zentrum des Laserstrahls durchgelassen wird, wodurch die Kolli'mation des Laserstrahls verbessert wird, so daß eine kleinere Brennfleckgröße auf dem zu bohrenden Material erzeugt werden kann, ferner kann durch diese Lochblende verhindert werden» daß ein äußerer Seil de« Laserstrahls auf die geschwärzte Bückflache des Konkavspiegels auftrifft, wodurch sonst ein Teil des Sohwärzungsmaterials verdampft würde·

Zweckmäßigerweisβ können die erwähnten Elemente in einem üblichen Tubus angeordnet werden, an de-esen an einer optischen Bank befestigtem einjustierbaren Halter auch ein einjustiarbares Stativ für das zu durchbohrende Material angeordnet sein kann·

Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann einen Laser aufweisen, dessen Grundkörper z.B. ein Stab auB synthetischem Bubin 1st, sowie eine geeignet angeordnete Blitzlampef Die Blitzlampe. 1st mit einer Verzögerungsleitung oder einem Xftpulsfinter verbunden, der an dem Ausgang einer steuerbaren Gleichstromquelle angeschlossen ist« Durch Schließen eines Schalterkreises wird ·. Gas in der Blitzlampe durch eine Funkenentladung ionisiert und der Laser durch das so erzeugte Licht angeregt, so daß er einen Laserstrahl abgibt, lin Autokollimator, der das Lieht auf einen teilreflektierenden Spiegel in dem optischen Weg des Laserstrahl· projiziert, findet zur Ausrichtung der reflektierenden Objektivlinae mit dem Ausgang des Lasers Verwendung. Zur genauen Einjustierung des Brennpunktes des gepulsten Laserstrahls auf das zu durohlochende Material findet ein Mikroskop Verwendung.

Anhand der Zeichnungen, in deren Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, soll die Erfindung

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näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Teilansicht einer Einrichtung gemäß der Erfindung}

Fig.2 ein Schaltschema der Schaltung zur Energieversorgung der Blitzlampe!

Fig.3 eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht eines mit der Einrichtung gemäß der Erfindung hergestellten Lochs| und

Fig.4 eine graphische Darstellung der Größe der hergestellten Löcher in Abhängigkeit von der in der Blitzlampe angelegten Spannung.

Die 4h Fig.1 zeigt eine Einrichtung gemäß der Erfindung, dessen Laser zur Ausbildung oder zum Bohren kleiner Löcher geeignet ist. Ein zylindrisches Gehäuse 1 ist auf einer optischen Bank 2 befestigt. Eine vorzugsweise kreisförmige Öffnung 3 ist am einen Ende des Gehäuses 1 vorgesehen und zu der optischen Achse eines Grundkörpers 4 des Laserβ in dem Gehäuse ausgerichtet. Der Grundkörper besteht aus einem synthetischen Rubin, der Ohromionen in einem stabförmigen Einbettungskristall aus Aluminiumoxyd enthält· Es können auch verschiedene andere Materialien für den Gkrundkörpe* des Lasers Verwendung finden. Die Innenfläche des Gehäuses 1 bildet einen elliptischen Reflektor. Der Rubinstab liegt in einen Brennpunkt des Ellipsoids, während eine langgestreckte Xenon-Blitelampe 5 bei diesem bevorzugten Ausführwigsbeispiel in dem anderen Brennpunkt liegt. Das Gehäuse 1 kann auh eine reflektierende «ylindrische Innenfläche aufweisen. Anstelle einer stabförmigen Blitzlampe kann in einem Gehäuse mit einer reflektierenden zylindrischen Innenfläche auch eine den Rubinstab wendelförmig umgebende Blitzlampe Verwendung finden. Ein total reflektierendes Prisma (wie beispielsweise ein Porro-Prisma) ist optisoh mit einem Ende des Grundkörperβ des Lasers gekoppelt, damit ein besser kollimierter Laserstrahl von dem Laßer erhalten werden kann, als dies bei der Verwendung lediglich reflektierender Oberflächen an den Enden des Gehäuses 1 der Fall wäre. Das £rro-^xriema kann ein getrenntes Prisma (nicht dargestellt) enthalten, das außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist, um eine äußere Einstellung der stehenden Wellen in dem Laser zu ermöglichen. Das Prisma kann auch ein Teil des Grundköders des Lasers sein, indem es in das Ende des Grundkörpers angeschliffen und genau zu der kristallographi-

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echen C-Achse orientiert ist. Ein anderes total reflektiertes Prisma, das zu diesem Zwecke Verwendung finden kann,, ist das dreiteilige Prisma·

Die Anschlüsse der Blitzlampe 5 sind mit einer üblichen Kondensator-Entladungseinrichtung 7 verbunden. Das Schaltbild dieser Entladungseinrichtung 7 ist in Pig.2 dargestellt. Die Spannungsquelle 8 dieser Entladungseinrichtung kann für eine Betriebsspannung zwischen 0 und 5000 Volt eingestellt werden· Der Ausgang dieser 8pannungsquelle 8 ist über einen Begrenzungswiderstand 9 mit einer Kondensator-Entladungsschaltung verbunden, die Kondensatoren 10 und kleine Induktivitäten 11 aufweist, welche die Soheitelströme und den Betrag des Stromanstiegs auf brauchbare Werte von weniger als 5000 A begrenzt. Die Kondensator-Entladung β schaltung steuert den Betrag und die Zeitdauer der

elektrischen Energiezufuhr an die Blitzlampe, da sie eine Verzögerungeleitung oder einen Impulsformer darstellt. Bin elektrisch leitender Feindraht 12 ist um die Oberfläche der Blitzlampe 5 eo gewickelt, daß eine gleichmäßige Ionisation des Tüllgases der Blitzlampe gewährleistet ist und damit der Grundkörper des Laser· entlang seiner Länge gleichmäßig aktiviert wird. Der Leiter ist mit einer Hoohepannungsschaltung 13 verbunden, welohe eine Batterie H, einen Tastenschalter 15 und einen Transformator cur Erzeugung einer verhältnismäßig hohen Spannung aufweist· J-ede Betätigung des Tastenschalters 15 ergibt deshalb einen Spannungsimpuls an dem Transformator 16, dessen Ausgangsspannung la allgemeinen grOSev als die Auegangsspannung der Spannuigsquelle ist. Die Spannung über dem Transformator 16 bewirkt eine Ionisation des Füllgases der Blitzlampe 5» so daß dieses Sas leitend ist und einen Entladungsweg für die in den Kondensatoren 10 gespeicherte Energie darbietet. Die Entladung der Kondensatoren über die Induktivitäten 11 erzeugt einen elektrischen Impuls, der über der Blitzlampe 5 auftritt, so daß von dieser ein intensiver Lichtimpuls abgegeben wird. Dadurch regt die Blitzlampe den Grundkörper 4 des Lasers an, der seinerseits einen Impuls eines kollimierten Laserstrahls aus kohärentem Licht erzeugt, das aus dem Ende 17 des Grundkörpers austritt.

Der kollimie^te Lichtimpuls aus kohärentem Lioiit gelangt entlang der optischen Achse des Lasers vom Ende 17des ίϊ-rundkörpere

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4 duroh die Öffnung 3 dee zylindrischen Gehäuses 1 zu einer reflektierenden Objektivlinse 18. Diese Objektivlinse ist in einer später noch eingehender zu beschreibenden Weise genau zu dem aus der Öffnung 3 austretenden kollimierten Laserstrahl ausgerichtet. Sie reflektierende Objektivlinse stellt ein· zweckmäßige und genaue Einrichtung zum fokussieren des Laserstrahle auf die Oberfläche des zu durohbohrenden Materials dar. Lichtbrechende Körper sind zum Fokussieren eines Laserstrahls nicht zweckmäßig, weil sie durch Absorption eines !Teils der großen durch die Linse hindurchtretenden Lichtenergie erhitzt werden. Es kann dabei soviel Energie in einer Linse aus lichtbrechendem Material absorbiert werden, daß der Kitt entfärbt wird und das Glaa sohließlich zerspringt* Eine reflektierende Objektivlinse beseitigt die-βθ Schwierigkeiten, da außer In der reflektierenden überzugaschioht selbst nur eine geringe Absorption auftritt, und da dia Belastungsgrenzen dieaer Überzüge für Laserstrahlen mit hoher Intensität verhältnismäßig hoch liegen. Unheilbare Beschädigungen in der form von linkerbungen auf dar Oberfläche einer Glaslinse und sogar auf dan reflektierenden überzügen können eventuell verursacht werden, wenn die Energie des Laserstrahls «ehr als 4000 Joule/om beträgt, ferner hat die Betriebsweise des Lasers in der Nähe seines Schwellwerts weniger Schwingungβformen und eine geringere Divergenz des Laserstrahls und damit ein kleineres Loch zur folge. Deshalb sollte die Energie des Laserstrahls so klein wie möglich gehalten werden, solange damit noch geeignete Bohrungen in einem apesiellen Material hergeetellt werden können· Die reflektierende Objektlvlinee 18 enthält einen lonvexepiegel 19» welcher den Laserstrahl auf einen Konkavepiegel 20 reflektiert, der zu dem Kanveaepiegel 19 benachbart und konzentriaoh zu dessen Achse angeordnet ist und eine solche Krümmung aufweist, daß der reflektierte LtMlrstrahl genau auf das zu durchbohrende Material 21 fokuaLe?* wird.

Eine Lochblende 22 aus einem Material, mit einer lichtstreuend en Oberfläche, wie beispielsweise ein mit einem Looh versehenes weißes Blatt Papier, ist zu der G-ehäuseöffnung 3 und der reflektierenden Korrvexlinse 19. ausgerichtet angeordnet. Die Oberfläche der Blende 22 ist vorzugsweise weiß, damit eine möglichst geringe Absorption und Erhitzung der Blende beim Durchtritt dee

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Laeerstrahls auftritt. Die Blende 22 dient drei verschiedenen Zwecken. Erstens kann die Ausbildung dieser Blende die Ausbildung des in dem Material 21 gebohrten Lochs bestimmen. Wenn der kleinste Laeerstrahlquerschnitt auf das Material 21 fokussiert wird, besitzt die Bohrung stets einen kreisförmigen Querschnitt und ist deshalb unabhängig von der Ausbildung der Blende 22. Eine Erhöhung der Größe des Lichtflecks auf dem Material durch Defokussieren des Laserstrahls ergibt jedoch eine Bohrung, deren Querschnitt von der Ausbildung der Blende 22 abhängig iBt. Die Öffnung der Blende 22 kann eine kreisförmige, kreuzförmige oder irgendeine andere gewünschte Gestalt besitzen. Zweitens wird die Größe dieser öffnung so ausgewählt, daß nur das Zentrum de» Laserstrahls durchgelassen wird, wodurch die Kollimation des Laserstrahls verbessert wird, eoAdaB^eine kleinere Brennfleckgröße auf dem zu bohrenden Material 21 erzeugt werden kann. Drittens kann beim Fehlen der begrenzenden Blende ein äußerer Teil des Laserstrahls auf die geschwärzte Riiokfläche des Konkavspiegels 20 auftreffen, wodurch ein Teil des SohwärEungsmaterials verdampft würde. Dieses verdampfte Material verursacht ein· Verunreinigung der reflektierenden Oberfläche, durch die die Zer-· störung der reflektierenden Objektivlinse stark beschleunigt wird· Zweckmäßigerweise werden die Blende 22 und die reflektierende Objektivlinse 18 beide in einem üblichen MikroskopkÖTper 23 a»~ geordnet, welcher auf der optischen Bank 2 befestigt wird und in genau axialer Sichtung entlang der optischen Achse des Laserstrahls mit Hilfe einer Justierschraube 34 verschoben werden kann. Ein Halteglied, wie beispielsweise ein verstellbare· Stativ 24 dient zur Halterung des «u durchbohrenden Materials 21· Dieses Stativ ist mit Justierschrauben 37 und 38 versehen^, damit das Material 21 relativ zu der reflektierenden Objektivlinae senkrecht zu der optischen Achse des Laserstrahls einjustiert werden kann. Obwohl das'Stativ auf der optischen Bank 2 selbst angeordnet werden kann, ist es vorzugsweise an dem Stützglied des Mikroskopkörpers 23 befestigt, wie in der Figur dargestellt ist, wobei der Abetand zwischen der Linse 18 und dem Material 21 mit Hilfe einer Justierschraube 34 einstellbar ist.

Ein Mikroskop 25 mit einem Fadenkreuz in dem Okular 35 ist auf der optischen Bank so angeordnet, daß die Objektivlinse 26

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dieses Mikroskope auf das eu durchbohrende Material 21 fokussiert werden kann, so daß der Brennpunkt der reflektierenden Objektivlinee 18 festgestellt werden kann. Dieses Mikroskop wird ferner dazu verwendet, um eine genaue transversale Ausrichtung des Materials.21 relativ eu dem Laserstrahl zu erzielen, wodurch der spezielle Lichtfleck auf dem Material 21 genau festgestellt werden kann, an dem das Looh gebohrt werden soll. Sin in gestrichelten Linien dargestellter Autokollimator 27 iet zwischen de* Laser 4 und der Blend· 22 angeordnet und auf der optieohen Bank

befestigt. Der Autokollinator weist ein Gehäuse mit einer Konvexlinse 28 an deren einem find· und eine nicht kohärente Lichtquelle 29 auf, die"in dem Brennpunkt der Linse 28 angeordnet 1st, so daß das aus der Linse 28 austretende Lioht einen parallelen Strahlengang aufweist, line Strlohplatte 36, welche das Abbild eines Kreuzes oder dergleichen sein kann, ist zwischen der Linse 28 und der Lichtquelle 29 vorzugsweise in der Nähe der Lichtquelle angeordnet. Das durch die Linse 28 austretende Licht ist deshalb in Querschnitt durch da· unterscheidende Muster oder Abbild der 8trichtplatte gekennzeichnet« Bin teilweise reflektierender Spiegel 30 ist in der optischen Achse des Laserstrahls vorgesehen und reflektiert den aus der Linse 28 austretenden parallelen Laserstrahl entlang der optischen Achse auf die Konvexlinse 19 der reflektierenden Objektivlinse· übt Spiegel 30 ist üb 45° su deajoptieohen Achse entfernbar, nachdem die reflektierende Objektivline· 18 in einer noch zu beschreibenden Weise geeignet einjustiert 1st· line undurchlässige Absehlisuaf 91 ist aa de« Mikroskop in d·* Hähe der Objektivlinie 26 vorgesehen, so dafl wfhrend des Behrvorgangs diese Objektivlins· gegen von dem getjaiirten Loch abgedampftes Material geschützt ist. In entspreohfMer Weise 1st ein durchsichtiger Schirm 32 auf dem Stativ 24 zwischen der reflektierenden Objektivlinse 18 und dem Material 2^*vorgesehen, damit kein verdampftes Material auf die reflektierende Objektivline· gelangt. - . . ;

Das Zentrum des Laserstrahls wird im wesentlichen entlang der-optischen Achse in dem Zentrum des reflektierenden -Konvexspiegels 19 reflektiert, line einzelne Zerstreuungelinse 33 kann auf der zu der reflektierenden Objektivlinse weisenden Seite Hier Blende 22 vorge·eher und mit der optischen Aoh·· ausgerichtet »ein,

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bo daß dae Zentrum dee Laserstrahls nicht auf cUs Senbrum der reflektierenden Oberfläche des Konvexspiegels 19 auftrifft und die gesamte verfügbare optische Energie des Laserstrahls zum Bohren nut«bar gemacht werden kann.

Sie be schrieben·** Einrichtung wird dazu verwandt, verhältnismäßig kleine Löcher mit Hilfe eines nun zu beschreibenden Verfahrens auszubilden· Um eine Bohrung gewünschter Ausbildung herzustellen, ist eine genaue Einjustierung der optischen Achse der reflektierenden Objektivlinse 19 erforderlich.-Eine fehlend· Koinzidenz zwischen der optischen Achse der reflektierenden Objektivlinse und derjenigen des Laserstrahls führt zu einer nicht erwünschten Gertalt der Bohrungen in dta Material 21. Deshalb ist die genau· Einjustierung der reflektierenden Objektivlinse eint jrste Vorstufe, die einmal durchgeführt werden muß, wenn dae Gehäuse 1 und der Mikroskopkörper 23 auf der optischen Bank βinjustiert werden. Diese Ausrichtung wird in der folgenden Weise erzielt· Bin Höht- und wärmeempfindliches Material wie schwarzes oder belichtetes Photopapier oder sohwarzee polarisierendes Papier wird zwischen der reflektierenden Linse 18 und der Objektivlinee 26 entlang der optischen Aohse des Laserstrahls an einer Stelle angeordnet, die außerhalb des Brennpunkts der reflektierenden Objektivlinse 18 liegt. Sie Spmnnungsquelle $ wird angeschaltet und deren Ausgangsspannung beispielsweise auf 2000 Volt eingestellt, wodurch der Betrag der in den Kondensatoren 10 gespeicherten elektrischen Energie, durch welohe -ein Laserimpuls veranlaßt wird, genau bestimmbar ist. Ein kurze· liederdrücken der Drucktaste 15 hat eine Entladung, der Kondensatoren 10 über die Induktivitäten 11 mit einer Impulsform zur Folge, deren Impulsdauer durch den Betrag der Induktivität und Kapazität bestimmt ist. Dieser elektrische Impuls, dessen Scheitelwert und Zeitdauer vorherbestimmt sind, erzeugt einen gesteuerten Impuls einer intensiven Lichtstrahlung in der Blitzlampe 5» der seinerseits den Grundkörper 4 des Laser· anregt und auf ein höheres metastabiles Bnergieniveau bringt. Der (Jrundkörper de· Lasers gelangt fast augenblicklich in einen Zustand entsprechend •einem stabilen niedrigeren Energieniveau zurück, wobei ein kollimierter Laserstrahlimpuls aus kohärentem Licht in Richtung de· zu bohrenden Materials 21 emittiert wird. Die Laserimpulse treten

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Die Laserimpulse treten duroh die öffnung 3 und durch die Loohblende 22 hindurch« werden von der konvexen Oberfläche der Lins· 19 auf die reflektierende Oberfläche des konkaven Spiegele und dann auf das Photopapier reflektiert, auf das ein außerhalb des Brennpunkts liegendes Bild durch den Laserstrahl gebrannt wird* Das Muster dieses eingebrannten Bildes ist für die Lage der reflektierenden Objektivlinse 18 kennzeichnend. Das Bild ist ein schwarzer segmentartiger Bereich, wenn ein Armkreuz verwandt wird, wobei dieses segmentartige Muster nur dann symmetrisch ist, wenn die reflektierende Objektivlinse genau mit der optischen Achse des Laserstrahls ausgerichtet ist. Die Lage der Linse wird

durch die Justierschrauben 39» 40 und durch die Bändelmutter 41 eingestellt, bis sich das symmetrische Muster ergibt. Es können ferner zusätzliche Einrichtungen zur Einjustierung und deren überprüfung vorgesehen werden, wenn eine weitere Erhöhung der Genauigkeit erzielt werden soll. Venn die reflektierend· Objektivlinse einmal elnjustiert ist, 1st eine weitere Einjustierung dieser Linse nicht erforderlich.

Eine zweite Torstuf· dient dazu, den Brennpunkt der reflektierenden Objektivlins· festzustellen. Der Brennpunkt dieser Linse kann durch Verwendung des Laserstrahls und des Photopapier· in derselben Veise wie bei der Torstufe zur Einjustierung der Linse bestimmt werden, erfolgt jedoch vorzugsweise mit Hilfe des Autokollimators 27 und des teilweise reflektierenden Spiegels 3O₉ der um 45° geneigt dazu angeordnet ist· Die Verwendung de· Autokollimators ermöglicht ein· schneller· Beetimmun« d·· Brennpunkt·, indem die Elnettlung der Justierechraub· 34 duroh ein· kontinuierliche Bewegung und nioht durch eine diskontinuierliche Bewegung erfolgt, welche duroh dl« aufeinanderfolgenden Laserstrahlimpulse bedingt ist. Mit Hilfe des Spiegels 30 richtet der Autokollimator kollimiertes, nioht kohärentes Licht, welches in seinem Querschnitt wegen des Fadenkreuzes 36 ein markierendes Bild aufweist, entlang der optischen Achse des Laserstrahls und au der reflektierenden Objektivlinse· Die Begrenzungsöffnung 22 kann entfernt werden, so daß dieses kollimierte Licht die gesamte öffnung der reflektierenden Objektivlinse einnehmen kann.

iline mit Wachs bestrichene Oberfläche eines durchsichtigen Körpers, beispielsweise eines Mikroskop-Deckglases, wird dann

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im Stativ so angeordnet, daß die mit Wachs bestrichene Oberfläche zu der reflektierenden Objektivlinse zeigt. Das Mikroskop 25 wird durch die Rückseite dieses Deckglases auf die "be -etriohene Vorderseite fokussiert, auf welche das Bild des Fadenkreuzes des Autokollimator projiziert wird. Die Justierschraube 34 wird dann betätigt, um die aohärfste Fokussierung dee Bilds de· Fadenkreuzes iu erzielen, was an dem Okular 35 des Mikroskope festgestellt werden kann. Dadurch wird der Brennpunkt der reflektierenden Objektivlinse bestimmt. Die Lochblende 22 kann nun wieder eingesetzt, der Spiegel 30 aus der optischen Achse des Lasers und das mit Wachs bestrichene Deckglas von dem Stativ 24 entfernt werden, und die undurchsichtige Abschirmung 31 sum Schutz der Linse 26 des Mikroskops angeordnet werden.

Das su durchbohrende Material 21 wird dann in das verstellbare Stativ 24 gebracht und dort befestigt. Das Material 21 kann ein kleines dünnes Metallblech aus Molybdän, VoIfram oder Platin sein, duroh das eine verhältnismäßig sehr kleine Öffnung beispielsweise eine Blendenöffnung für einen Elektronenstrahl ausgebildet werden soll· Das Material 21 kann entweder im Brennpunkt der reflektierenden Objektivlinse 18 angeordnet werden, wenn das kleinstmögliche Loch gebohrt werden soil, oder in einem gewissen Abstand von dem Brennpunkt hergestellt werden «oll·

In dem Material 21 wird ein Loch ausgebildet, indem ein Laserstrahl in der vorgeschriebenen Weise erzeugt und auf das Material gerichtet wird· Je nach der Dicke und Ca* ALt des su durchbohrenden Material· können mehrere Impulse erforderlioh sein« Sex Querschnitt der Bohrungen wird duroh die folgendem Faktoten bestimmt, wobei dl· euer st genannten relativ wichtiger sind| ·■ wird dabei eine perfekte Auerichtung der reflektierenden Objektivlinse mit der optischen Achse des Laserstrahls vorausgesetsti

1.) An die Blitzlampe angelegte Spannung» 2.) Öröß· der Öffnung der Leohblende, 3.) Brennweite der reflektierenden Objektivline β und Genauigkeit der Anordnung des zu durchbohrenden Materials in deren Brennpunkt,

4·) Farbe der Oberfläche des su durchbohrenden Materials. V *,

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Pig.3 zeigt eine stark vergrößerte perspektivisch· Ansieht eines Loche mit einem Durchmesser von 0,025mm Durchmesser, da· duroh ein Wolframblech mit einer Sicke von 0,05mm (2 mil) unter Verwendung von noch tu beschreibenden Komponenten gebohrt wurde· Die Laeeratrahlimpulee treffen auf die Hatte auf der Seite mit der größeren öffnung auf, und treten von der Seite mit dem kleineren Durchmesser (0,025mm) aus. Die perspektivische Darstellung ist nach Photographien des Blechs dargestellt. Die Lochblende 22 wies eine kreisförmige öffnung von 2,5mm Durohmesser auf· Bs ist ersichtlich, daß die durch das Material 21 gebohrte Öffnung einen fast kreisförmigen Querschnitt besitzt. Es wurden Blendenöffnungen für Elektronenstrahlen mit einem Durchmesser »wischen 0,005 und 0,05 mm (0,0002 und 0,002 Zoll) mit Laserstrahlimpuleen hergestellt. Obwohl ein einziger Laserstrahlimpule oft zur Bohrung eines Loche.ausreicht, können zweokmäßigerweise zwei Im- * pulse verwandt werden, um eine möglichst kreisförmige und sauber gebohrte öffnung herzustellen. Eine Reproduzierbarkeit der Lochgrößen kann einwandfrei erzielt werden, wenn ein« geeignete Luftkühlung des Rubinstabs erfolgt', um eine konstante Temperatur des Kubins zu gewährleisten. Die von dsm Laserstrahl hergestellten Bohrungen verlaufen etwas konisch, wie aus 7ig«3 sreiohtlioh ist· Die Konizität kann verringert werden, indem eine Mehrsahl von Lichtimpulsen zum Bohren verwandt werden. Diese geringe lonisität 1st Jedoch von Vorteil, wenn die Blend· für den llektronenstrahl einer Elektronenkanone vorgesehen wird, wobei die kleinere Öffnung der Bohrung zu dem ankommenden Elektronenstrahl weist, woduroh innere Reflexionen in der öffnung auf einem Minimum gehalten werden. Eine Konizität der Öffnung in der anderen Höhtmg kann erzielt werden, indem das zu durchbohrende Material zwischen die reflektierende Objektivlinse und deren Brennpunkt gebraeht wird. Der dort divergierende Laserstrahl bewirkt dann» daß die Divergenz der öffnung der in fig.3 dargestellten entfefenfesetst ist. . ' .

Fig.4 zeigt die Änderung der Größe der hergestellten Öffnungen in Abhängigkeit von der an die Blitzlampe angelegten Spannung bei Verwendung einer Einrichtung, mit der das in Hg.3 dargestellte Looh gebohrt wurde. Die Einrichtung enthält ein? f·*- tögerungeleitung mit Kondensatoren von 300 Mikrofarad,Induktivitäten von 0,15 Millihenries, eine FX-45 Xenonblitzltmpe, einen

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Eubinkristall von 15om χ 1om, eine besondere 5OX (O₅,56 Ha) reflektierende Qbjektivlinse, sowie eine Lochblende aus weißem Papier mit einem öffnungsdurohmesser von 2,5mm.

Das Mikroskop 25 wird ferner dazu verwandt, eine genaue Bestimmung des Plecks auf der Oberfläche des Materials 21 durchzuführen, an dem das Looh ausgebildet werden soll. Das Mikroskop ist besonders für so lohe Verwendungszwecke von, Vorteil, b4 denen verschiedene Bohrungen in einer bestimiiiten Anordnung hergestellt werden sollen. Die genaue Lage eines zu bohrenden Lochs wird in der folgenden Weise bestimmt. Der Autokollimator 27, der Spiegel 30 und ein mit Wachs bestrichenes Deokglas werden in der oben beschriebenen Weise verwandt, tun den Brennpunkt der reflektierenden Objektivlinse zu bestimmen. Dabei wird das Mikroskop 25 durch die Biickseite des Deckglases auf die bestrichene Oberfläche fokussiert, auf welche das Bild des Fadenkreuzes des Autokollimator β abgebildet ist. Dieses Fadenkreuz des Okularβ 35 des Mikroskops 25 wird dann einjustiert, bis es mit dem Bild der Striohplatte des Autokolliaatorβ zusammenfällt. Das mit Wachs bestrichene Deckglas wird dann entfernt und das zu bohrende Material .an seine Stelle gesetzt. Dieses Material kann senkrecht zu der optischen Achse in horizontaler Richtung mit Hilfe einer Justierschraube 37, und in einer vertikalen Sichtung mit Hilfe einer Justierschraube 38 verschoben werden. Das Material wird in dieser Querrichtung verschoben, bis das fadenkreuz des Mikroskops mit dem Ort des su bohrenden Lochs zusammenfällt. Die Linst 26 wird dann durch eine undurchsichtige Linst 31 abgeschirmt, wonach das Looh in einer genau vorbtstiamttn Lag· gebohrt weede» kann. Die undurchsichtige Abschirmung 31 Tor der Linse 26 Wird dann wieder entfernt und das Material so verschoben, dafl da· fadenkreuz des Okulars 35 mit dem Ort der dann herzustellenden Öffnung zusammenfällt·

Pat entanapruehe

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Claims (1)

1. Patentansprüche _—^ _Ä

   1· Einrichtung zum Bohren sehr kleiner Löoher mittels eines duroh ein Spiegelsystem fokussierten Laserstrahls, welohes Spiegelsystem aus £wei rotationssymmetrisch zur optischen Achse der Einrichtung angeordneten Spiegeln besteht, von denen einer eine zentrale öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl nach Durchtritt durch die zentrale öffnung eines von dem Laser wegweisenden Konkavspiegels (20) auf einen Konvexspiegel(19) auftrifft, von diesem auf den Konkavspiegel reflektiert und von dem Konkavspiegel auf den zu durchbohrenden Gegenstand fokussiert wird, und daß die beiden Spiegel beispielsweise durch einen Tubus starr zueinander angeordnet sind·

   2· Einrichtung naoh Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, daß in den Tubus vor dem Konkavspiegel (20) eine Zerstreuunfiliaet (33) angeordnet ist·

   3· Einrichtung nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch Ii ·- kennzeichnet, daß vor der Äeretreuungslinet eine Lochblende (22) angeordnet ist.

   4· Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Elemente auf einer optischen Bank einjustierbar angeordnet eihd, da du roh gekennzeichnet, dal das Trägerstativ für den zu durchbohrenden Gegenstand an dem Träger des Tubus (23) angeordnet

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