DE19801612C1 - Apparatus for area treatment of workpieces by means of laser beams under vacuum - Google Patents
Apparatus for area treatment of workpieces by means of laser beams under vacuumInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur großflächigen Be arbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for large area loading processing of workpieces using laser beams under vacuum according to the preamble of claim 1.
Der Einsatz von mit einem Gasgemisch gefüllten Kammern bei der Bearbeitung von Materialien mit Laserstrahlen ist bekannt. So wird in der DE 195 07 206 eine Anordnung zur flexiblen Er zeugung von Mikrostrukturen auf großen Flächen und ein Verfah ren dazu angegeben. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß ein großflächiges Einkoppelfenster, das über die gesamte Fläche des mittleren Abschnittes einer in drei Abschnitte auf geteilten kubischen Bearbeitungskammer reicht, eingesetzt wird. Das Einkoppelfenster besteht aus einem dünnen und für die La serstrahlung transparenten Material. Bei der Evakuierung der Bearbeitungskammer wird dieses Einkoppelfenster durch mindes tens ein Stützelement gehalten. Dieses befindet sich auf einer in der Bearbeitungskammer bewegbaren Trägerplatte, auf der sich gleichzeitig die Substrathalterung befindet.The use of chambers filled with a gas mixture at the Processing of materials with laser beams is known. So in DE 195 07 206 an arrangement for flexible He generation of microstructures on large areas and a process ren specified. The arrangement is characterized by that a large coupling window that covers the entire Area of the middle section into three sections divided cubic processing chamber is sufficient, is used. The coupling window consists of a thin and for the La radiation transparent material. When evacuating the Processing chamber is this coupling window by at least least a support element held. This is on one in the processing chamber movable support plate on which the substrate holder is located at the same time.
Damit sind großflächige Bearbeitungskammern realisierbar, die aber nur für die Entfernung der Reaktionsgase und für die Rei nigung der Substrate evakuiert werden können. Die eigentliche Erzeugung der Mikrostrukturen erfolgt stets unter Normaldruck. In der US 5 174 826 wird eine Anlage beschrieben, die grund sätzlich aus einer Bearbeitungskammer mit einem Einkoppelfen ster für die Laserstrahlen, einer verschließbaren Öffnung zur Beschickung oder Entnahme des Substrates und verschiedenen An schlußstutzen für das Befüllen oder Abpumpen verschiedener gas förmigen Medien besteht.This makes it possible to implement large-scale processing chambers that but only for the removal of the reaction gases and for the Rei cleaning of the substrates can be evacuated. The real one The microstructures are always generated under normal pressure. In US 5 174 826 a system is described, the reason additionally from a processing chamber with a coupling ster for the laser beams, a closable opening for Loading or unloading the substrate and various types of end connector for filling or pumping out various gases shaped media.
Die Bearbeitungskammer ist evakuierbar. Der erzielbare Unter druck wird durch die mechanischen Eigenschaften aller Teile der Bearbeitungskammer bestimmt. Darin liegt ein erster Nachteil dieser Anlage. Die Dicke und die Fläche des Einkoppelfensters bestimmen maßgeblich die Größe des Druckes. Um diesen Nachteil des kleinen Einkoppelfensters auszugleichen, erfolgt die Bewe gung des Lasers oder der Ablenkeinrichtung für die Laserstrah len außerhalb der Bearbeitungskammer und des Substrathalters in der Bearbeitungskammer während der Beschichtung. Darin liegt ein weiterer Nachteil, denn um alle Punkte oder Flächensegmente des Substrates zu erreichen, muß die Grundfläche der Bearbei tungskammer mindestens viermal größer als die Substratfläche oder der Substrathalterfläche ausgebildet werden. Bei sehr großen Substraten stellt diese Tatsache einen erheblichen Nach teil dar, da damit nicht nur die materiellen Aufwendungen, in Form von z. B. ökonomisch aufwendigen Positioniereinrichtungen, steigen, sondern auch technologische Abläufe durch ein größeres Volumen der Bearbeitungskammer zeitlich verlängert ablaufen müssen. Ein größeres Volumen bedingt auch einen erhöhten Ver brauch an Precursorgasen.The processing chamber can be evacuated. The achievable sub pressure is determined by the mechanical properties of all parts of the Processing chamber determined. This is a first disadvantage this facility. The thickness and area of the coupling window largely determine the size of the print. To this disadvantage of the small coupling window, the movement takes place supply of the laser or the deflection device for the laser beam len outside of the processing chamber and the substrate holder in the processing chamber during coating. That is another disadvantage, because around all points or surface segments To reach the substrate, the base of the machining must be chamber at least four times larger than the substrate area or the substrate holder surface are formed. At very This fact has a considerable impact on large substrates part because it does not only include the material expenses, in Form of e.g. B. economically complex positioning devices, increase, but also technological processes through a larger one The volume of the processing chamber is extended have to. A larger volume also means an increased Ver need precursor gases.
Der nächstliegende Stand der Technik ist in der JP 5-237683 (Läserstrahlbearbeitungssystem und Verfahren zur Steuerung des selben) aufgeführt. Dabei weist die Deckplatte einer Bearbei tungskammer eine gegenüber den Abmessungen der Deckplatte kleinere Öffnung auf. Diese Öffnung ist mit einem streifen förmigen Fenster Versehen. Der Laserstrahl wird über eine Laserstrahlführung vollständig über die längste Abmessung des streifenförmigen Fensters geführt. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß das Werkstück während der Bearbeitung in der Bearbeitungskammer in Richtung quer zur längsten Abmessung des streifenförmigen Fensters über eine Bewegungseinrichtung in der Bearbeitungskammer verfahren werden muß. Diese besitzt dement sprechend in dieser Richtung mindestens die doppelte Länge des Werkstücks oder der Werkstücke und benötigt einen Bewegungsmechanismus.The closest prior art is in JP 5-237683 (Laser beam processing system and method for controlling the same) listed. The cover plate shows a machining tion chamber compared to the dimensions of the cover plate smaller opening. This opening is with a stripe shaped window accidentally. The laser beam is over a Laser beam guidance completely over the longest dimension of the strip-shaped window. The disadvantage of this solution consists of the workpiece being machined in the Processing chamber in the direction transverse to the longest dimension of the strip-shaped window on a moving device in the Processing chamber must be moved. This has dementia speaking in this direction at least twice the length of the workpiece or the workpieces and requires a movement mechanism.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, so daß ein großflächi ges Werkstück oder mehrere großflächige Werkstücke in mindes tens einer Vakuumkammer als Bearbeitungskammer mit Laserstrah len bearbeitet werden können.The invention specified in claim 1 is the problem based on creating a device so that a large area workpiece or several large workpieces in at least At least one vacuum chamber as a processing chamber with a laser beam len can be edited.
Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is with those listed in claim 1 Features resolved.
Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum zeichnet sich dadurch aus, daß durch ein streifenförmiges Fenster ein großflächiges Werk stück oder mehrere großflächige Werkstücke in einer Vakuumkam mer mit Laserstrahlen bearbeitet werden können. Die Vakuumkam mer als Bearbeitungskammer besitzt eine Öffnung in der Deck platte, die die Größe der bearbeitbaren Fläche des Werkstückes oder der Werkstücke in der Bearbeitungskammer bestimmt. Gleich zeitig kann diese Öffnung der Beschickung der Bearbeitungskam mer mit dem Werkstück oder den Werkstücken dienen. Natürlich sind auch Vakuumschleusen oder luftdichte Türen in die Wände der Bearbeitungskammer zur Beschickung integrierbar.The device for large-scale machining of workpieces characterized by laser beams under vacuum, that through a strip-shaped window a large-scale work pieces or several large workpieces in one vacuum can always be processed with laser beams. The vacuum came mer as a processing chamber has an opening in the deck plate, which is the size of the machinable area of the workpiece or the workpieces in the processing chamber. Soon this opening of the loading of the processing serve with the workpiece or the workpieces. Naturally are also vacuum locks or airtight doors into the walls the processing chamber can be integrated for loading.
Das streifenförmige Fenster ist Teil einer Fensterplatte, die lose auf einer O-Ringdichtung, die die Öffnung der Deckplatte der Bearbeitungskammer umschließt, aufliegt. Damit werden drei Bedingungen gewährleistet, zum Ersten erfolgt eine Abdichtung der Bearbeitungskammer nach außen, zum Zweiten ist diese Fen sterplatte unter Vakuum auf der O-Ringdichtung und damit auf der Deckplatte der Bearbeitungskammer verschiebbar und zum Dritten ist die Fensterplatte unter Normaldruck in der Bearbei tungskammer leicht entfernbar, so daß die Bearbeitungskammer mit dem Werkstück oder den Werkstücken beschickt werden kann. Das Material, aus welchem das Fenster besteht, ist für die verwendete Laserwellenlänge transparent. Durch die streifenför mige Ausgestaltung des Fensters wird die für das Fenster be nötigte Dicke zur Gewährleistung der Druckbeständigkeit ledig lich von der Breite und von den Eigenschaften des Materials des Streifens vorgegeben. Die Länge des streifenförmigen Fensters ist fast beliebig wählbar. Diese wird durch die geometrischen Abmessungen in Verbindung mit den Werkstoffeigenschaften der Bearbeitungskammer und insbesondere der Fensterplatte bestimmt. Die Verwendung eines streifenförmigen Fensters führt gleichzei tig dazu, daß über dessen Länge der Laserstrahl in die Be arbeitungskammer eingekoppelt wird, so daß eine Bearbeitungs richtung für das Werkstück oder die Werkstücke vorgegeben ist. Die Verschiebung der Fensterplatte in Richtungen rechtwinklig zur Länge des streifenförmigen Fensters ermöglicht ein flächen haftes Überstreichen und damit vollständiges Bearbeiten des Werkstückes oder der Werkstücke in der Bearbeitungskammer. Richtungen bedeutet dabei eine hin- und hergehende Bewegung in einer Koordinate. Damit ist mit einem translatorischen in einer Richtung wirkenden Antrieb der Fensterplatte eine flächenhafte Bearbeitung gegeben. Die zweite Richtung der Bearbeitung wird durch die Abmessungen der Öffnung in der Deckplatte der Bear beitungskammer und denen der Fensterplatte bestimmt. Durch eine Bewegung der Fokussierlinse in Strahlrichtung ist eine Justie rung des Laserstrahlfokus auf die Werkstückoberfläche möglich. In Verbindung mit einem motorischen Antrieb und einer Steuerung kann der Fokus auch auf dreidimensionalen Oberflächenprofilen geführt werden. Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum gewährleis tet eine feste Position des Werkstücks oder der Werkstücke in der Bearbeitungskammer.The strip-shaped window is part of a window plate, the loosely on an O-ring seal that covers the opening of the cover plate encloses the processing chamber. That makes three Conditions guaranteed, firstly there is a seal the processing chamber to the outside, second is this fen disk under vacuum on the O-ring seal and thus on the cover plate of the processing chamber slidable and Third is the window plate under normal pressure tion chamber easily removable, so that the processing chamber can be loaded with the workpiece or the workpieces. The material from which the window is made is for the used laser wavelength transparent. By the stripes Design of the window will be that for the window required thickness to ensure pressure resistance single Lich of the width and the properties of the material of the Strip specified. The length of the striped window can be selected almost arbitrarily. This is due to the geometric Dimensions in connection with the material properties of the Processing chamber and in particular the window plate determined. The use of a stripe-shaped window leads at the same time tig that the length of the laser beam into the loading working chamber is coupled, so that a processing direction is specified for the workpiece or the workpieces. The displacement of the window plate in directions perpendicular The length of the stripe-shaped window allows a surface overpainting and thus complete editing of the Workpiece or the workpieces in the processing chamber. Directions means a back and forth movement in a coordinate. So that is with a translational in one Directional drive of the window plate a flat Given editing. The second direction of editing is by the dimensions of the opening in the cover plate of the Bear processing chamber and those of the window plate determined. By a Movement of the focusing lens in the beam direction is an adjustment Laser beam focus possible on the workpiece surface. In connection with a motor drive and a control the focus can also be on three-dimensional surface profiles be performed. The device for large-scale processing of workpieces using laser beams under vacuum detects a fixed position of the workpiece or workpieces the processing chamber.
Positioniereinrichtungen für das Werkstück oder die Werkstücke in der Bearbeitungskammer entfallen. Komplizierte und ökono misch aufwendige Vorrichtungen werden eingespart.Positioning devices for the workpiece or the workpieces in the processing chamber. Complicated and economical Mixing devices are saved.
Damit eignet sich die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum besonders für eine großflächige Mikrostrukturierung von Substraten.The device is therefore suitable for large-area machining of workpieces using laser beams under vacuum in particular for large-scale microstructuring of substrates.
Mikrostrukturierung bedeutet beispielsweise Beschichten, Be lichten, Abtragen, Schneiden oder Ätzen des Substrates oder Teilen davon unter Erzeugung von lateralen und vertikalen Strukturen im Bereich von 0,1 µm bis mehreren 100 µm.Microstructuring means, for example, coating, Be thinning, removing, cutting or etching the substrate or Parts of it to produce lateral and vertical Structures in the range from 0.1 µm to several 100 µm.
Weiterhin ist mit der Vorrichtung auch ein großflächiges un strukturiertes Beschichten von flachen Werkstücken realisier bar.Furthermore, the device is also a large un structured coating of flat workpieces bar.
Möglich sind ebenfalls Härten und Schweißen unter Vakuumbedin gungen.Hardening and welding under vacuum conditions are also possible gung.
Die Anordnung von mindestens zwei Bearbeitungskammern führt zu einem kontinuierlichen technlogischen Prozeß. Während in einer Bearbeitungskammer die Bearbeitung der Werkstücke erfolgt, wer den die restlichen Bearbeitungskammern entleert, beschickt und evakuiert. Damit sind weiterhin ökonomische Vorteile verbunden, da die gegenüber den Bearbeitungskammern wesentlich teureren laserstrahlerzeugenden Einrichtungen im wesentlichen ohne Pau sen zum Einsatz kommen. Ein Wechsel der laserstrahlerzeugenden Einrichtung durch unterschiedliche Bearbeitungstechnologien ist leicht möglich, da dabei nur eine derartige Einrichtung ge wechselt werden muß. Weiterhin wird eine damit verbundene Lagerhaltung reduziert. Damit ist eine derartige Anordnung besonders für eine Mittel- oder Großserienfertigung geeignet.The arrangement of at least two processing chambers leads to a continuous technological process. While in one Processing chamber the processing of the workpieces takes place who which the remaining processing chambers emptied, loaded and evacuated. This continues to have economic advantages, since the much more expensive than the processing chambers laser beam generating devices essentially without Pau used. A change in the laser beam generating Establishment through different processing technologies easily possible, since only such a device ge must be changed. Furthermore, an associated Warehousing reduced. This is such an arrangement especially suitable for medium or large series production.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent ansprüchen 2 bis 14 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the patent claims 2 to 14 specified.
Günstige geometrische Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Weiterbildungen der Patentansprüche 2 und 3 aufgeführt.Favorable geometric configurations of the invention are in the Developments of claims 2 and 3 listed.
Die Weiterbildung des Patentanspruchs 4 ermöglicht eine sichere Führung der Fensterplatte auf der Deckplatte.The development of claim 4 enables a safe Guide the window plate on the cover plate.
Die Kopplung der laserstrahlerzeugenden Einrichtung mit einem den Laserstrahl vollständig über die längste Abmessung des streifenförmigen Fensters führenden translatorischen Antrieb nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 gewährleistet ein flächenhaftes Bearbeiten des oder der in der Bearbeitungskammer fest plazierten Werkstücks oder Werkstücke. Die beiden Ver fahrrichtungen, hervorgerufen durch den Antrieb der Fenster platte und dem Antrieb der laserstrahlerzeugenden Einrichtung, sind je nach den Bearbeitungskriterien einzeln oder miteinander verkoppelt betreibbar.The coupling of the laser beam generating device with a the laser beam completely over the longest dimension of the strip-shaped window leading translatory drive after the further development of claim 5 guarantees a extensive processing of the or in the processing chamber firmly placed workpiece or workpieces. The two ver directions of travel caused by the drive of the windows plate and the drive of the laser beam generating device, are individually or together depending on the processing criteria operable coupled.
Die laserstrahlerzeugende Einrichtung wird mit dieser Reali sierung direkt verfahren.The laser beam generating device with this Reali move directly.
Der Einsatz eines den Laserstrahl vollständig über die längste Abmessung des streifenförmigen Fensters führenden Ablenkspie gels nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 erhöht die Ablenkgeschwindigkeit des Laserstrahls wesentlich. Gleichzeitig sinkt der gerätetechnische Aufwand.The use of a laser beam completely over the longest Dimension of the strip-shaped deflecting mirror gels after the further development of claim 6 increases the Deflection speed of the laser beam is essential. At the same time the device-related effort decreases.
Der Einsatz einer dreidimensionalen Ablenkeinheit nach der Wei terbildung des Patentanspruchs 7 erhöht die Bearbeitungsge schwindigkeit wesentlich und ermöglicht damit die Anwendung weiterer Bearbeitungsverfahren.The use of a three-dimensional deflection unit according to Wei terbildung of claim 7 increases the treatment Ge speed significantly and thus enables use further processing methods.
Mit der Maßnahme der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 wird eine streifenförmige Bearbeitung des in der Bearbeitungskammer plazierten Werkstücks möglich. Damit erhöht sich die Effekti vität des Bearbeitungsverfahrens wesentlich.With the measure of further development of claim 8 a strip-shaped processing of the in the processing chamber placed workpiece possible. This increases the effect vity of the machining process essential.
Die Maßnahmen der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 erhöht die Flexibilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The measures of further development of claim 9 increased the flexibility of the device according to the invention.
Die Weiterbildungen des Patentanspruchs 10 gewährleisten eine kontinuierliche Bestückung der Bearbeitungskammer mit Werk stücken. Diese Maßnahme ist die Grundlage für die Einbindung einer derartigen Vorrichtung in eine kontinuierlich verlaufende Fertigungstechnologie.The further developments of claim 10 ensure a continuous loading of the processing chamber with the factory pieces. This measure is the basis for integration such a device in a continuous Manufacturing technology.
Eine die Laserstrahlen in die Bearbeitungskammer fokussierenden Vorrichtung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 er möglicht die Bearbeitung von kleinen Strukturen auf dem Werk stück oder den Werkstücken.A focusing the laser beams in the processing chamber Device according to the development of claim 11 he enables the processing of small structures on the factory piece or the workpieces.
Synchron arbeitende translatorische Antriebe nach der Weiter bildung des Patentanspruchs 12 ermöglichen die kontinuierliche Bearbeitung unterschiedlichster Konturenformen der Werkstücke oder auf den Werkstücken.Synchronous translatory drives after the next formation of claim 12 enable continuous Machining a wide variety of contour shapes for the workpieces or on the workpieces.
Die Weiterbildungen der Patentansprüche 13 und 14 führen je weils zu einem komplexen Bearbeitungssystems mit mindestens zwei Bearbeitungskammern.The further developments of claims 13 and 14 each lead because of a complex machining system with at least two processing chambers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar gestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch die Bearbeitungskammer, die Nut, die O-Ringdichtung, der Fensterplatte und das streifen förmige Fenster, Fig. 1 shows a cross section through the processing chamber, the groove, the O-ring seal, the window plate and the strip-shaped window,
Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur groß flächigen Bearbeitung von Werkstücken mit einem verfahr baren Diodenlaser, Fig. 2 shows a basic structure of the apparatus for large-scale processing of workpieces with a traversing cash diode laser,
Fig. 3 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur groß flächigen Bearbeitung von Werkstücken mit einer über Glasfaserkabel angekoppelten laserstrahlerzeugenden Einrichtung, Fig. 3 shows a basic structure of the apparatus for large-scale processing of workpieces with a coupled via fiber optic cable laser beam generating means,
Fig. 4 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur groß flächigen Bearbeitung von Werkstücken mit einem Ex cimerlaser, Fig. A schematic structure of the apparatus for large-scale processing of workpieces with an ex cimerlaser 4,
Fig. 5 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur groß flächigen Bearbeitung von Werkstücken mit einem Fest körperlaser und einer verfahrbaren Ablenkeinheit und Fig. 5 shows a basic structure of the device for large-area machining of workpieces with a solid body laser and a movable deflection unit and
Fig. 6 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur groß flächigen Bearbeitung von Werkstücken mit einer Laser portalanlage und zwei Bearbeitungskammern. Fig. 6 shows a basic structure of the device for large-area machining of workpieces with a laser portal system and two processing chambers.
Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum besteht aus einer Vakuum kammer als Bearbeitungskammer 1, einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung, Vorrichtungen zur Gasversorgung und Vakuumerzeu gung, optischen Bauteilen zur Führung von Laserstrahlen, einer Fensterplatte 2 und translatorischen Antrieben. Ein prinzi pieller Aufbau ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt.The device for large-scale processing of workpieces by means of laser beams under vacuum consists of a vacuum chamber as a processing chamber 1 , a laser beam generating device, devices for gas supply and vacuum generation, optical components for guiding laser beams, a window plate 2 and translational drives. A principle structure is shown in FIGS . 1 and 2.
Die Bearbeitungskammer 1 ist aus einer Grundplatte, einer Deck platte und vier Wänden aufgebaut. Damit ist ein kubischer Auf bau der Bearbeitungskammer 1 gegeben. Diese besteht aus einem Metall insbesondere einem Edelstahl. Die einzelnen Bestandteile in Form der Grundplatte, der vier Wände und der Deckplatte sind miteinander verschweißt. Eine Wand besitzt eine luftdicht ver schließbare Tür zur Beschickung der Bearbeitungskammer 1 mit Werkstücken mittels einem Handhabesystem oder per Hand. Damit ist ein luftdichter Aufbau der Bearbeitungskammer 1 gegeben. The processing chamber 1 is constructed from a base plate, a cover plate and four walls. So that there is a cubic construction on the processing chamber 1 . This consists of a metal, in particular a stainless steel. The individual components in the form of the base plate, the four walls and the cover plate are welded together. A wall has an airtight ver lockable door for loading the processing chamber 1 with workpieces by means of a handling system or by hand. This gives the processing chamber 1 an airtight structure.
Die Deckplatte besitzt eine rechteckige Öffnung 6, so daß auch die Deckplatte vollständig von innen mit dem übrigen Kubus der Bearbeitungskammer 1 verschweißbar ist. Diese Realisierung unterstützt den einfachen Aufbau der Bearbeitungskammer 1. Die Öffnung ist von einer Nut 4 umgeben, in die eine O-Ring dichtung 5 eingelegt ist. Die Querschnitte der Nut 4 und der der O-Ringdichtung 5 sind so ausgestaltet, daß zum Ersten die O-Ringdichtung 5 über die Oberfläche der Deckplatte ragt und zum Zweiten die O-Ringdichtung 5 die Nut 4 luftdicht ver schließt. Dazu besitzt die Nut 4 vorzugsweise einen halbkreis-, rechteck-, dreieckig- oder trapezförmigen Querschnitt. Der Querschnitt der O-Ringdichtung 5 ist vorteilhafterweise zweige staltet, wobei ein Teil dem der Nut 4 entspricht und der zweite Teil insbesondere halbkreisförmig ausgebildet ist. Als Materi alien für die O-Ringdichtung 5 werden vorzugsweise Viton oder Teflon eingesetzt.The cover plate has a rectangular opening 6 , so that the cover plate can also be completely welded from the inside to the remaining cube of the processing chamber 1 . This implementation supports the simple structure of the processing chamber 1. The opening is surrounded by a groove 4 , in which an O-ring seal 5 is inserted. The cross sections of the groove 4 and the O-ring seal 5 are designed so that the O-ring seal 5 protrudes above the surface of the cover plate and secondly, the O-ring seal 5 closes the groove 4 airtight ver. For this purpose, the groove 4 preferably has a semicircular, rectangular, triangular or trapezoidal cross section. The cross section of the O-ring seal 5 is advantageously branches, one part corresponds to that of the groove 4 and the second part is in particular semicircular. Viti or Teflon are preferably used as materials for the O-ring seal 5 .
Auf der O-Ringdichtung 5 befindet sich lose die Fensterplatte 2. In diese ist ein streifenförmiges Fenster 3 mit einer Va kuumdichtung eingebracht. Das streifenförmige Fenster 3 besteht vorzugsweise aus Glas oder einem für die Laserstrahlung trans parenten Kunststoff. Es ist mittels Schraub- oder Klemmverbin dungen mit der Fensterplatte verbunden, so daß es sich auch leicht wechseln läßt. Die Länge des streifenförmigen Fensters 3 entspricht dabei der Abmessung der Öffnung 6 der Bearbeitungs kammer 1 in x-Richtung. Die Breite des streifenförmigen Fen sters 3 liegt im Bereich von 5 mm bis 20 mm. Die Dicke des streifenförmigen Fensters 3 ist material- und breitenabhängig. Die Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Querschnitt dieser An ordnung.The window plate 2 is loosely located on the O-ring seal 5. A strip-shaped window 3 with a vacuum seal is introduced into this. The strip-shaped window 3 is preferably made of glass or a plastic transparent to the laser radiation. It is connected to the window plate by means of screw or clamp connections, so that it can also be easily changed. The length of the strip-shaped window 3 corresponds to the dimension of the opening 6 of the processing chamber 1 in the x direction. The width of the strip-shaped window 3 is in the range from 5 mm to 20 mm. The thickness of the strip-shaped window 3 depends on the material and width. Fig. 1 shows a basic cross section of this order.
Die Abmessung der Fensterplatte 2 in x-Richtung ist größer als der weiteste Außenabstand der O-Ringdichtung 5 ebenfalls in dieser Richtung. Die Abmessung in y-Richtung ist derart be messen, daß bei einer Position des streifenförmigen Fensters 3 jeweils an den Kanten der Öffnung 6 in dieser Richtung die Fensterplatte 2 immer die O-Ringdichtung 5 vollständig bedeckt. Dadurch wird bei diesen Positionen der Fensterplatte 2 der luftdichte Verschluß der Bearbeitungskammer 1 gewährleistet. Üblicherweise wird die Fensterplatte 2 mindestens doppelt so lang wie der Abstand der O-Ringdichtung 5 auf der Deckplatte in y-Richtung sein. Die Fensterplatte 2 ist mit einem transla torischen Antrieb verbunden. Zur Führung der Fensterplatte 2 in y-Richtung sind beidseitig an der Deckplatte Führungsnuten ein gebracht, in denen die zugehörigen Gegenstücke der Fensterplat te 2 sicher gleiten. Durch diese Führungsnuten wird jederzeit ein definierter Abstand zwischen streifenförmigen Fenster 3 und Werkstück gewährleistet, unabhängig vom Abnutzungsgrad der O- Ringdichtung 5. Die Endpositionen des streifenförmigen Fensters 3 werden durch die Kanten der Öffnung 6 der Deckplatte gebil det.The dimension of the window plate 2 in the x direction is greater than the furthest outer distance of the O-ring seal 5 also in this direction. The dimension in the y-direction is such that at a position of the strip-shaped window 3 at the edges of the opening 6 in this direction the window plate 2 always completely covers the O-ring seal 5 . This ensures the airtight closure of the processing chamber 1 at these positions of the window plate 2 . Usually the window plate 2 will be at least twice as long as the distance of the O-ring seal 5 on the cover plate in the y direction. The window plate 2 is connected to a transla toric drive. For guiding the window plate 2 in the y direction, guide grooves are introduced on both sides of the cover plate, in which the corresponding counterparts of the window plate 2 slide securely. These guide grooves ensure a defined distance between the strip-shaped window 3 and the workpiece at all times, regardless of the degree of wear of the O-ring seal 5. The end positions of the strip-shaped window 3 are formed by the edges of the opening 6 in the cover plate.
Das streifenförmige Fenster 3 befindet sich zwischen der Bear beitungskammer 1 und einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung. Diese ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Diodenlaser oder ein Faserlaser mit einer Fokussiereinrichtung 7, wobei der op tische Ausgang direkt und mit einem minimalsten Abstand über die Oberfläche des streifenförmigen Fensters 3 geführt wird. Dazu ist der Diodenlaser oder der Faserlaser mit der Fokus siereinrichtung 7 mit einer in x- und z-Richtung kontinuier lich arbeitenden Positioniereinrichtung fest verbunden. Diese befindet sich auf einem Portal, das wiederum fest mit der Fen sterplatte 2 verbunden ist.The strip-shaped window 3 is located between the processing chamber Bear 1 and a laser beam generating device. In this exemplary embodiment, this is a diode laser or a fiber laser with a focusing device 7 , the optical output being guided directly and with a minimal distance over the surface of the strip-shaped window 3 . For this purpose, the diode laser or the fiber laser is firmly connected to the focusing device 7 with a positioning device which operates continuously in the x and z directions. This is on a portal, which in turn is firmly connected to the Fen sterplatte 2 .
Mit diesen Maßnahmen ist eine Bewegung des Laserstrahles sowohl in x- und y-Richtung als auch in z-Richtung gegenüber der Grundfläche der Bearbeitungskammer 1 gegeben.These measures provide a movement of the laser beam both in the x and y directions and in the z direction with respect to the base of the processing chamber 1 .
Die Koordination dieser Bewegungen und die Ansteuerung des Diodenlasers mit der Fokussiereinrichtung 7 erfolgt mittels einer elektronischen Steuer- oder Regeleinrichtung.The coordination of these movements and the control of the diode laser with the focusing device 7 takes place by means of an electronic control or regulating device.
Eine Wand der Bearbeitungskammer 1 besitzt eine Öffnung, an die mindestens eine Vakuumpumpe und eine Gasversorgungseinrichtung über jeweils ein Ventil angekoppelt sind.A wall of the processing chamber 1 has an opening to which at least one vacuum pump and a gas supply device are coupled via a valve in each case.
Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum besteht in einem zweiten Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus den Elementen des ersten Ausführungsbeispiels.The device for large-scale machining of workpieces using laser beams under vacuum consists in a second Embodiment essentially from the elements of first embodiment.
Das streifenförmige Fenster 3 befindet sich zwischen der Be arbeitungskammer 1 und einer laserstrahlerzeugenden Einrich tung. Diese ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Festkörper laser 8, der außerhalb der Bearbeitungskammer 1 fest instal liert ist. Die Verbindung zu einem Bearbeitungskopf mit Fokus sieroptik 10 erfolgt mittels Glasfaserkabel. Der Bearbeitungs kopf mit Fokussieroptik 10 ist mit einer in x- und z-Richtung kontinuierlich arbeitenden Positioniereinrichtung fest verbun den (Darstellung der Fig. 3). Diese befindet sich auf einem Portal, das wiederum fest mit der Fensterplatte 2 verbunden ist.The strip-shaped window 3 is between the processing chamber 1 Be and a laser beam generating device. This is in this embodiment a solid state laser 8, which is profiled permanently installed outside the processing chamber. 1 The connection to a processing head with focusing optics 10 is made by means of fiber optic cables. The processing head with focusing optics 10 is firmly connected to a positioning device which operates continuously in the x and z directions (illustration of FIG. 3). This is located on a portal, which in turn is firmly connected to the window plate 2 .
Mit diesen Maßnahmen ist eine Bewegung des Laserstrahls sowohl in x- und y-Richtung als auch in z-Richtung gegenüber der Grundfläche der Bearbeitungskammer 1 gegeben.With these measures, the laser beam is moved both in the x and y directions and in the z direction with respect to the base of the processing chamber 1 .
Die Koordination dieser Bewegungen und die Ansteuerung des Festkörperlasers erfolgt mittels einer elektronischen Steuer- oder Regeleinrichtung.The coordination of these movements and the control of the Solid-state laser is carried out by means of an electronic control or control device.
Eine Wand der Bearbeitungskammer 1 besitzt eine Öffnung, an die mindestens eine Vakuumpumpe und eine Gasversorgungseinrichtung über jeweils ein Ventil angekoppelt sind.A wall of the processing chamber 1 has an opening to which at least one vacuum pump and a gas supply device are coupled via a valve in each case.
Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen 9 unter Vakuum besteht in einem dritten Ausführungsbeispiel aus einer Vakuumkammer als Bearbeitungs kammer 1, einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung, Vorrich tungen zur Vakuumerzeugung und Gasversorgung, optischen Bau teilen zur Führung von Laserstrahlen 9, einer Fensterplatte 2, einem translatorischen Antrieb und einem Ablenkspiegel mit einer Fokussieroptik 14. The device for large-scale processing of workpieces by means of laser beams 9 under vacuum consists in a third embodiment of a vacuum chamber as a processing chamber 1 , a laser beam generating device, Vorrich lines for vacuum generation and gas supply, optical construction parts for guiding laser beams 9 , a window plate 2 , one translatory drive and a deflecting mirror with focusing optics 14.
Der Aufbau der Bearbeitungskammer 1 einschließlich der Öffnung 6 in der Deckplatte, der Nut 4, der O-Ringdichtung 5 und der Fensterplatte 2 mit dem streifenförmigen Fenster 3 entspricht im wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels (Darstel lung in der Fig. 1).The structure of the processing chamber 1 including the opening 6 in the cover plate, the groove 4 , the O-ring seal 5 and the window plate 2 with the strip-shaped window 3 corresponds essentially to that of the first embodiment (presen- tation in Fig. 1).
Das streifenförmige Fenster 3 befindet sich zwischen der Be arbeitungskammer 1 und dem Ablenkspiegel mit Fokussieroptik. Die laserstrahlerzeugende Einrichtung ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel ein Excimerlaser 15, der zur Bearbeitungskammer 1 fest positioniert ist. Die Austrittsstelle des Laserstrahls 9 befindet sich außerhalb des streifenförmigen Fensters 3. Unmittelbar nach der Austrittsstelle ist eine Strahlformungs einheit 13 angeordnet, die eine Aufweitung des Strahls in Richtung der Längsachse des streifenförmigen Fensters 3 und eine Parallelisierung der Strahlung bewirkt. Der so geformte Laserstrahl verläuft zum einen parallel zu der Oberfläche der Fensterplatte 2 und zum anderen senkrecht zur Längsachse des streifenförmigen Fensters 3. Im Strahlengang oberhalb des streifenförmigen Fensters 3 ist eine optische Einheit 14 derart angeordnet, daß der aufgeweitete Laserstrahl über die Längs achse des streifenförmigen Fensters 3 vollständig abgelenkt werden kann. Diese besteht vorzugsweise aus einem streifenför migen dielektrischen Ablenkspiegel und einer Fokussieroptik in Form einer Zylinderlinse. Der entstehende Linienfokus ent spricht in seiner Länge der Längsachse des streifenförmigen Fensters 3. Die Optiken sind vorzugsweise aus Quarzglas. Mit der linearen Bewegung der Fensterplatte 2 einschließlich des streifenförmigen Fensters 3 und der optischen Einheit 14 wird der Laserstrahl 9 derart in die Bearbeitungskammer 1 gelenkt, daß ein flächenhaftes Überstreichen des in der Bearbeitungskam mer 1 plazierten Werkstücks gegeben ist (Darstellung in der Fig. 4).The strip-shaped window 3 is located between the processing chamber 1 Be and the deflecting mirror with focusing optics. The laser beam generating device is in this exemplary embodiment, an excimer laser 15 , which is fixedly positioned to the processing chamber 1 . The exit point of the laser beam 9 is located outside the strip-shaped window 3. Immediately after the exit point, a beam shaping unit 13 is arranged, which causes the beam to expand in the direction of the longitudinal axis of the strip-shaped window 3 and to parallelize the radiation. The laser beam thus shaped runs on the one hand parallel to the surface of the window plate 2 and on the other perpendicular to the longitudinal axis of the strip-shaped window 3. In the beam path above the strip-shaped window 3 , an optical unit 14 is arranged such that the expanded laser beam over the longitudinal axis of the strip-shaped Window 3 can be completely distracted. This preferably consists of a strip-shaped dielectric deflecting mirror and focusing optics in the form of a cylindrical lens. The resulting line focus corresponds in its length to the longitudinal axis of the strip-shaped window 3. The optics are preferably made of quartz glass. With the linear movement of the window plate 2, including the stripe-like window 3 and the optical unit 14 of the laser beam 9 in such a manner directed into the processing chamber 1 so that a planar scanning of the placed in the Bearbeitungskam mer 1 workpiece is given (illustration in Fig. 4) .
Die Koordination der schrittweisen Bewegung der Fensterplatte 2 und die Ansteuerung des Excimerlasers 15 erfolgt mittels einer elektronischen Steuer- oder Regeleinrichtung.The stepwise movement of the window plate 2 is coordinated and the excimer laser 15 is controlled by means of an electronic control or regulating device.
Eine Wand der Bearbeitungskammer 1 besitzt eine Öffnung, an die mindestens eine Vakuumpumpe und eine Gasversorgung über jeweils ein Ventil angekoppelt sind.A wall of the processing chamber 1 has an opening to which at least one vacuum pump and a gas supply are coupled via a valve.
Die Vorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel ist vor rangig zum Belichten unter Vakuumbedingungen geeignet.The device according to the embodiment is before primarily suitable for exposure under vacuum conditions.
Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen 9 unter Vakuum besteht in einem vierten Ausführungsbeispiel aus einer Vakuumkammer als Bearbeitungs kammer 1, einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung, Vorrich tungen zur Vakuumerzeugung und Gasversorgung, optischen Bau teilen zur Führung von Laserstrahlen 9, einer Fensterplatte 2, einem translatorischen Antrieb, einer Ablenkeinheit mit einer Fokussieroptik 16. Den prinzipiellen Aufbau zeigt die Fig. 5. Der Aufbau der Bearbeitungskammer 1 einschließlich der Öffnung 6 in der Deckplatte, der Nut 4, der O-Ringdichtung 5 und der Fensterplatte 2 mit dem streifenförmigen Fenster 3 entspricht im wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels (Darstel lung in der Fig. 1).The device for large-area machining of workpieces by means of laser beams 9 under vacuum consists in a fourth embodiment of a vacuum chamber as a processing chamber 1 , a laser beam generating device, Vorrich lines for vacuum generation and gas supply, optical construction parts for guiding laser beams 9 , a window plate 2 , one Translational drive, a deflection unit with focusing optics 16. The basic structure is shown in FIG. 5. The structure of the processing chamber 1 including the opening 6 in the cover plate, the groove 4 , the O-ring seal 5 and the window plate 2 with the strip-shaped window 3 corresponds essentially to that of the first embodiment (presen- tation in Fig. 1).
Das streifenförmige Fenster 3 befindet sich zwischen der Be arbeitungskammer 1 und der Ablenkeinheit mit Fokussieroptik. Die laserstrahlerzeugende Einrichtung ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel ein Festkörperlaser 8, der auf der Fensterplatte 2 fest positioniert ist. Die Austrittsstelle des Laserstrahles 9 befindet sich außerhalb des streifenförmigen Fensters 3. Der Festkörperlaser 8 wird mit der Fensterplatte 2 verfahren. Der Laserstrahl 9 des Festkörperlasers 8 verläuft zum einen paral lel zu der Oberfläche der Fensterplatte 2 und zum anderen in der Längsachse des streifenförmigen Fensters 3. Im Strahlengang oberhalb des streifenförmigen Fensters 3 ist eine optische Ein heit derart angeordnet, daß der Laserstrahl 9 über die Längs achse des streifenförmigen Fensters 3 geführt werden kann. Die Ablenkeinheit mit Fokussieroptik 16 besteht vorzugsweise aus einem handelsüblichen eindimensionalen Scannerspiegel mit einem Antrieb oder einem rotierenden Polygonspiegel und der Fokussieroptik. Unmittelbar über dem streifenförmigen Fenster 3 ist eine Korrekturoptik angebracht, so daß die Laserstrahlen 9 senkrecht auf die Werkstückoberfläche auftreffen. Die Optiken sind vorzugsweise aus Glas oder einem transparenten Kunststoff. The strip-shaped window 3 is located between the processing chamber 1 and the deflection unit with focusing optics. The laser beam generating device is in this exemplary embodiment, a solid-state laser 8 which is firmly positioned on the window plate 2 . The exit point of the laser beam 9 is located outside the strip-shaped window 3. The solid-state laser 8 is moved with the window plate 2 . The laser beam 9 of the solid-state laser 8 runs paral lel to the surface of the window plate 2 and the other in the longitudinal axis of the strip-shaped window 3. In the beam path above the strip-shaped window 3 , an optical unit is arranged such that the laser beam 9 over the longitudinal axis of the strip-shaped window 3 can be performed. The deflection unit with focusing optics 16 preferably consists of a commercially available one-dimensional scanner mirror with a drive or a rotating polygon mirror and the focusing optics. Corrective optics are attached directly above the strip-shaped window 3 , so that the laser beams 9 strike the workpiece surface perpendicularly. The optics are preferably made of glass or a transparent plastic.
Mit der linearen Bewegung der Fensterplatte 2 einschließlich des streifenförmigen Fensters 3, des Festkörperlasers 8 und der Ablenkeinheit mit der Fokussieroptik 10 und der oszillierenden Bewegung der Ablenkeinheit wird der Laserstrahl 9 derart in die Bearbeitungskammer 1 gelenkt, daß ein flächenhaftes Überstrei chen des in der Bearbeitungskammer 1 plazierten Werkstücks gegeben ist.With the linear movement of the window plate 2 including the stripe-shaped window 3 , the solid-state laser 8 and the deflection unit with the focusing optics 10 and the oscillating movement of the deflection unit, the laser beam 9 is directed into the processing chamber 1 in such a way that a sweeping over the surface in the processing chamber 1 placed workpiece is given.
Die Koordination dieser beiden Bewegungen und die Ansteuerung des Festkörperlasers 8 erfolgt mittels einer elektronischen Steuer- oder Regeleinrichtung.These two movements are coordinated and the solid-state laser 8 is controlled by means of an electronic control or regulating device.
Eine Wand der Bearbeitungskammer 1 besitzt eine Öffnung, an die mindestens eine Vakuumpumpe und eine Gasversorgung über jeweils ein Ventil angekoppelt sind.A wall of the processing chamber 1 has an opening to which at least one vacuum pump and a gas supply are coupled via a valve.
Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen 9 unter Vakuum besteht in einem fünften Ausführungsbeispiel aus einer Vakuumkammer als Bearbeitungskam mer 1, einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung, Vorrichtungen zur Vakuumerzeugung und Gasversorgung, optischen Bauteilen zur Führung von Laserstrahlen, einer Fensterplatte 2, zwei trans latorischen Antrieben, einer laserstrahlablenkenden Einrichtung und einer Fokussieroptik. Den prinzipiellen Aufbau zeigt wie derum die Fig. 5.The device for large-area machining of workpieces by means of laser beams 9 under vacuum consists in a fifth embodiment of a vacuum chamber as a processing chamber 1 , a laser beam-generating device, devices for vacuum generation and gas supply, optical components for guiding laser beams, a window plate 2 , two translatory drives , a laser beam deflecting device and focusing optics. The basic structure is shown in FIG. 5.
Der Aufbau der Bearbeitungskammer 1 einschließlich der Öffnung 6 in der Deckplatte, der Nut 4, der O-Ringdichtung 5 und der Fensterplatte 2 mit dem streifenförmigen Fenster 3 entspricht im wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels (Darstel lung der Fig. 1).The structure of the processing chamber 1 including the opening 6 in the cover plate, the groove 4 , the O-ring seal 5 and the window plate 2 with the strip-shaped window 3 corresponds essentially to that of the first embodiment (presen- tation of FIG. 1).
Das streifenförmige Fenster 3 ist jedoch breiter ausgeführt, vorzugsweise zwischen 20 mm und 40 mm. Als Material wird vor rangig Glas eingesetzt.However, the strip-shaped window 3 is made wider, preferably between 20 mm and 40 mm. Priority is given to glass.
Das streifenförmige Fenster 3 befindet sich zwischen der Bear beitungskammer 1 und der Ablenkeinheit mit Fokussiereinrichtung 16. Die laserstrahlerzeugende Einrichtung ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel ein Festkörperlaser 8, der auf der Fensterplatte 2 fest positioniert ist. Die Austrittsstelle des Laserstrahles 9 befindet sich außerhalb des streifenförmigen Fensters 3. Der Festkörperlaser 8 wird mit der Fensterplatte 2 verfahren. Der Laserstrahl 9 des Festkörperlasers 8 verläuft zum einen paral lel zu der Oberfläche der Fensterplatte 2 und zum anderen in der Längsachse des streifenförmigen Fensters 3. Im Strahlengang oberhalb des streifenförmigen Fensters 3 ist die Ablenkeinheit mit Fokussieroptik 16 an einer mit der Fensterplatte 2 fest verbundenen Portalachse verfahrbar angebracht. Die Ablenkein heit mit Fokussieroptik 16 ist eine handelsübliche zweidimen sional wirkende Scannereinheit mit einem Antrieb und einer integrierten kurzbrennweitigen F-Theta Optik zur Fokussierung der Laserstrahlung mit zugehöriger rechnergesteuerter Fokus lagesteuerung über eine zusätzliche Achse in Richtung der Laserstrahlung. Das Scanfeld beträgt vorzugsweise 10 × 10 mm2 bis 30 × 30 mm2. Der Abstand zwischen der Ablenkeinheit mit Fokus sieroptik 16 und des streifenförmigen Fensters 3 ist so klein wie möglich ausgeführt.The strip-shaped window 3 is located between the processing chamber Bear 1 and the deflection unit with focusing device 16. The laser beam generating device in this exemplary embodiment is a solid-state laser 8 which is firmly positioned on the window plate 2 . The exit point of the laser beam 9 is located outside the strip-shaped window 3. The solid-state laser 8 is moved with the window plate 2 . The laser beam 9 of the solid-state laser 8 runs, on the one hand, parallel to the surface of the window plate 2 and, on the other hand, in the longitudinal axis of the strip-shaped window 3. In the beam path above the strip-shaped window 3 , the deflection unit with focusing optics 16 is on a portal axis firmly connected to the window plate 2 movably attached. The deflection unit with focusing optics 16 is a commercially available two-dimensional scanner unit with a drive and an integrated short-focal length F-theta optics for focusing the laser radiation with associated computer-controlled focus position control via an additional axis in the direction of the laser radiation. The scan field is preferably 10 × 10 mm 2 to 30 × 30 mm 2 . The distance between the deflection unit with focusing optics 16 and the strip-shaped window 3 is made as small as possible.
Mit der Bewegung der Fensterplatte 2 einschließlich des strei fenförmigen Fensters 3, des Festkörperlasers 8, der Portalachse und der Ablenkeinheit mit Fokussieroptik 16 durch den ersten translatorischen Antrieb sowie der Ablenkeinheit mit Fokussier optik 16 mittels des zweiten translatorischen Antriebs wird der Laserstrahl 9 auf dem Werkstück in die Ausgangsposition ge bracht. Die für die Bearbeitung notwendige Ablenkung des Laser strahls 9 erfolgt anschließend mit der Scannereinheit. Damit ist eine sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Anpas sung der Fokuslage in Strahlrichtung gewährleistet.With the movement of the window plate 2 including the strei fen shaped window 3 , the solid-state laser 8 , the portal axis and the deflection unit with focusing optics 16 by the first translational drive and the deflection unit with focusing optics 16 by means of the second translational drive, the laser beam 9 on the workpiece in brought the starting position. The necessary deflection of the laser beam 9 for processing then takes place with the scanner unit. This ensures a very high processing speed and the adjustment of the focus position in the beam direction.
Die Koordination der Positionier- und der Bearbeitungsbewegun gen sowie die Ansteuerung des Festkörperlasers 8 erfolgt mit tels einer elektronischen Steuer- oder Regeleinrichtung.The coordination of the positioning and machining movements and the control of the solid-state laser 8 is carried out by means of an electronic control or regulating device.
Eine Wand der Bearbeitungskammer 1 besitzt eine Öffnung, an die mindestens eine Vakuumpumpe und eine Gasversorgung über jeweils ein Ventil angekoppelt sind. A wall of the processing chamber 1 has an opening to which at least one vacuum pump and a gas supply are coupled via a valve.
Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum besteht in einem sechsten Ausführungsbeispiel aus zwei Vakuumkammern als Bearbeitungs kammern 1a und 1b, einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung, Vorrichtungen zur Vakuumerzeugung und Gasversorgung, optischen Bauteilen zur Führung von Laserstrahlen, zwei Fensterplatten 2a und 2b mit jeweils einem translatorischen Antrieb, einer laser strahlablenkenden Einrichtung und einer Fokussieroptik. Den prinzipiellen Aufbau zeigt die Fig. 6.The device for large-area processing of workpieces by means of laser beams under vacuum consists in a sixth embodiment of two vacuum chambers as processing chambers 1 a and 1 b, a laser beam generating device, devices for vacuum generation and gas supply, optical components for guiding laser beams, two window plates 2 a and 2 b each with a translatory drive, a laser beam deflecting device and a focusing lens. The basic structure is shown in FIG. 6.
Dabei ist der Aufbau der Bearbeitungskammern 1a, 1b einschließlich der Öffnung 6 in der Deckplatte, der Nut 4, der O-Ringdichtung 5 und der Fensterplatte 2 mit dem streifenförmigen Fenster 3 entsprechend der Bearbeitungskammer 1 des ersten Ausführungsbeispiels (Dar stellung in der Fig. 1).The structure of the processing chambers 1 a, 1 b including the opening 6 in the cover plate, the groove 4 , the O-ring seal 5 and the window plate 2 with the strip-shaped window 3 corresponding to the processing chamber 1 of the first embodiment (Dar position in Fig . 1).
Die Bearbeitungskammern 1a und 1b sind so angeordnet, daß sich die streifenförmigen Fenster 3a und 3b parallel zueinander be finden (Darstellung der Fig. 4).The processing chambers 1 a and 1 b are arranged so that the strip-shaped windows 3 a and 3 b are parallel to each other (illustration of FIG. 4).
Die streifenförmigen Fenster 3a, 3b befinden sich jeweils zwischen der Bearbeitungskammer 1a, 1b und einem Laserbearbeitungskopf 11. Die laserstrahlerzeugende Einrichtung ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel eine zweiachsige Laserportalanlage 12 mit einem Nd: YAG- oder einem CO2- Laser. Der Fokus der Laseranlage ist unter Beachtung der Dicke der streifenförmigen Fenster 3a und 3b auf die Werkstückoberfläche eingestellt. Die Bewegung in x- Richtung erfolgt jeweils über die volle Länge der streifenför migen Fenster 3a und 3b. Die Bewegung in y-Richtung erfolgt unter Synchronisation der Bewegung der jeweiligen Fensterplatte 2a oder 2b und der Bewegung des Portals auf der Achse 12. Die Koordination der Bewegungen der Fensterplatten 2a und 2b und des Nd: YAG- oder CO2- Laserstrahls sowie die Ansteuerung dessen erfolgt mittels einer elektronischen Steuer- oder Regel einrichtung. Gleichfalls werden die wechselseitigen Arbeiten in den beiden Bearbeitungskammern 1a und 1b von dieser gesteuert. Jeweils eine Wand der Bearbeitungskammern 1a und 1b besitzt eine Öffnung, an die mindestens eine gemeinsame Vakuumpumpe und The strip-shaped windows 3 a, 3 b are each between the processing chamber 1 a, 1 b and a laser processing head 11. The laser beam generating device in this exemplary embodiment is a two-axis laser portal system 12 with an Nd: YAG or a CO 2 laser. The focus of the laser system is adjusted to the workpiece surface, taking into account the thickness of the strip-shaped windows 3 a and 3 b. The movement in the x direction takes place over the full length of the stripe-shaped window 3 a and 3 b. The movement in the y direction takes place with synchronization of the movement of the respective window plate 2 a or 2 b and the movement of the portal on the axis 12. The coordination of the movements of the window plates 2 a and 2 b and the Nd: YAG or CO 2 - Laser beam and the control thereof is carried out by means of an electronic control or regulating device. Likewise, the mutual work in the two processing chambers 1 a and 1 b are controlled by this. Each wall of the processing chambers 1 a and 1 b has an opening to which at least one common vacuum pump and
eine gemeinsame Gasversorgung über jeweils ein elektrisch an steuerbares Ventil angekoppelt sind.a common gas supply via one electrically controllable valve are coupled.
Der Aufbau der Vorrichtung eines siebten Ausführungsbeispiels entspricht grundsätzlich dem des ersten bis fünften Ausfüh rungsbeispiels.The structure of the device of a seventh embodiment basically corresponds to that of the first to fifth versions example.
Zwei sich gegenüberliegende Wände der Bearbeitungskammer be sitzen jeweils eine Vakuumschleuse. Damit können die zu bear beitenden Werkstücke kontinuierlich in die Bearbeitungskammer eingeführt werden.Two opposite walls of the processing chamber be each have a vacuum lock. With that, the bear processing workpieces continuously into the processing chamber be introduced.
Eine derartige Realisierung ist besonders für eine Mittel- oder Großserienfertigung geeignet.Such an implementation is particularly for a middle or Suitable for large series production.
Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsbeispiele eins bis fünf sind auch für die jeweilig anderen Ausführungsbei spiele verwendbar.The different features of the embodiments one to five are also for the other execution games usable.
Claims (14)
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE19801612A DE19801612C1 (en) | 1998-01-17 | 1998-01-17 | Apparatus for area treatment of workpieces by means of laser beams under vacuum |
| DE19918802A DE19918802A1 (en) | 1998-01-17 | 1999-04-26 | Large area vacuum laser beam processing apparatus, e.g. for micro structuring semiconductor wafer surfaces, has a rotating window disk sealed by an O-ring seal and provided with a smaller window |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19801612A DE19801612C1 (en) | 1998-01-17 | 1998-01-17 | Apparatus for area treatment of workpieces by means of laser beams under vacuum |
Publications (1)
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| DE (1) | DE19801612C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1308570A2 (en) | 2001-11-05 | 2003-05-07 | The Vac Company GmbH | Vacuum joining for containers or structures produced under vacuum |
| DE10242376A1 (en) * | 2002-09-12 | 2004-03-25 | Siemens Ag | Pump-nozzle unit for transporting fuel into combustion engine combustion chamber has control valve system regions that come into contact with converter at least partly harder than adjacent regions |
| DE10153073B3 (en) * | 2001-10-30 | 2004-04-29 | Teamtechnik Maschinen Und Anlagen Gmbh | Central chamber for universal module manufacturing and test processes has connection surfaces with openings into processing chamber and arrangements for attaching processing unit |
| DE102006034291A1 (en) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Advanced Nuclear Fuels Gmbh | Welding device for welding spacers has cover and welding chamber able to be moved relative to each other |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5174826A (en) * | 1991-12-06 | 1992-12-29 | General Electric Company | Laser-assisted chemical vapor deposition |
| DE19507206A1 (en) * | 1995-03-02 | 1996-09-12 | Htw Dresden | Flexible prodn. of microstructures on large surfaces |
-
1998
- 1998-01-17 DE DE19801612A patent/DE19801612C1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5174826A (en) * | 1991-12-06 | 1992-12-29 | General Electric Company | Laser-assisted chemical vapor deposition |
| DE19507206A1 (en) * | 1995-03-02 | 1996-09-12 | Htw Dresden | Flexible prodn. of microstructures on large surfaces |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Patents Abstracts of Japan, M-1530, 1993, Vol.17, No. 690, JP 5-237683 A * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10153073B3 (en) * | 2001-10-30 | 2004-04-29 | Teamtechnik Maschinen Und Anlagen Gmbh | Central chamber for universal module manufacturing and test processes has connection surfaces with openings into processing chamber and arrangements for attaching processing unit |
| EP1308570A2 (en) | 2001-11-05 | 2003-05-07 | The Vac Company GmbH | Vacuum joining for containers or structures produced under vacuum |
| DE10242376A1 (en) * | 2002-09-12 | 2004-03-25 | Siemens Ag | Pump-nozzle unit for transporting fuel into combustion engine combustion chamber has control valve system regions that come into contact with converter at least partly harder than adjacent regions |
| DE102006034291A1 (en) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Advanced Nuclear Fuels Gmbh | Welding device for welding spacers has cover and welding chamber able to be moved relative to each other |
| DE102006034291B4 (en) * | 2006-07-21 | 2009-04-30 | Advanced Nuclear Fuels Gmbh | Processing device, in particular a welding system |
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