DE202005021171U1 - Laser micro-shaping and cutting assembly has two or more arrays of convex mirrors bearing a dielectric coating - Google Patents

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Abstract

A laser micro-shaping and cutting assembly working at less than 200 nm has a laser beam homogenizing unit consisting of two or more mirror arrays. The mirrors are concave and bear a dielectric coating suitable for the wavelength in question.

Description

Die Erfindung betrifft einen Homogenisierer einer Lasermikrobearbeitungsstation, die beispielsweise zumindest umfasst: einen UV-Laser mit einer Wellenlänge kleiner als 200 nm, eine Vorrichtung zur Strahlformung, eine Vorrichtung zum Abbilden des Laserstrahls auf das zu bearbeitende Substrat und ein Positioniersystem, welches in einer Bearbeitungskammer angeordnet ist.The The invention relates to a homogenizer of a laser micromachining station, which for example comprises at least: a UV laser with a wavelength smaller as 200 nm, a device for beam shaping, a device for imaging the laser beam onto the substrate to be processed and a Positioning system, which is arranged in a processing chamber is.

Die Mikrobearbeitung verschiedenster Materialien gewinnt zunehmend an Bedeutung für Anwendungen in verschiedenen innovativen Bereichen von Forschung und Industrie, beispielsweise in der Mikrosystemtechnik, Medizintechnik und Biotechnologie.The Micro-machining of various materials is increasingly gaining ground Meaning of Applications in various innovative areas of research and industry, for example in microsystems technology, medical technology and biotechnology.

Zur Mikrobearbeitung im Sinne der Erfindung zählen neben dem Materialabtrag auch Modifizierungen von Oberflächen und Materialeigenschaften durch Einwirkung von Laserstrahlen.to Micro-machining within the meaning of the invention are in addition to the material removal also modifications of surfaces and material properties by the action of laser beams.

Zur Mikrobearbeitung verschiedenster Materialien werden so genannte Lasermikrobearbeitungsstationen eingesetzt, die mit Lasern unterschiedlichster Wellenlängen, beispielsweise λ = 248 nm oder λ = 193 nm, arbeiten.to Micro processing of various materials are called Lasermikrobearbeitungsstationen used with lasers of various Wavelengths, for example, λ = 248 nm or λ = 193 nm, work.

Diese Lasermikrobearbeitungsstationen umfassen insbesondere folgende Bauteile: einen Laser, z.B.: einen Excimerlaser, eine Vorrichtung zur Strahlformung, eine Vorrichtung zum Abbilden des Laserstrahls auf das zu bearbeitende Substrat und ein Positioniersystem zur präzisen Bewegung des Substrates.These Laser micromachining stations comprise in particular the following components: a laser, e.g., an excimer laser, a beam shaping device, a device for imaging the laser beam on the to be processed Substrate and a positioning system for precise movement of the substrate.

Die Vorrichtung zur Strahlformung dient der Erzeugung eines Flat-Top Profils in der Maskenebene. Die Maske kann beliebig geformte Öffnungen enthalten, deren maximale Ausdehnung durch die Größe des Laserstrahlquerschnitts in der Maskenebene bestimmt wird. Die Maske begrenzt die Laserstrahlung auf den gewünschten Bereich. Die Laserstrahlung soll dabei mit möglichst gleichmäßiger Energiedichteverteilung (so genannter Flat-Top Intensitätsverteilung) auf die strahlungsdurchlässigen Bereiche der Maske gelenkt werden.The Beam shaping device is used to generate a flat-top Profiles in the mask layer. The mask can be any shaped openings whose maximum extent is determined by the size of the laser beam cross section is determined at the mask level. The mask limits the laser radiation to the desired Area. The laser radiation should thereby with as even energy density distribution (so-called flat-top intensity distribution) on the radiation-transmissive Areas of the mask are steered.

Der von einem Excimerlaser emittierte Laserstrahl hat in der Regel keine gleichförmige Intensitätsverteilung über seinen Querschnitt. Der von einem Excimerlaser abgegebene Laserstrahl hat einen etwa rechteckförmigen Querschnitt. In Richtung der langen Achse ist das Intensitätsprofil des Laserstrahls etwa trapezförmig mit Intensitätsschwankungen. In Richtung der kurzen Achse hat der Laserstrahl ein Intensitätsprofil, welches etwa einer Gauß-Kurve entspricht. Für eine präzise Bearbeitung des Substrates ist jedoch häufig eine möglichst gleichförmige Intensitätsverteilung über einen bestimmten, häufig quadratischen Querschnitt erwünscht.Of the As a rule, the laser beam emitted by an excimer laser has no uniform Intensity distribution over his Cross-section. The laser beam emitted by an excimer laser has an approximately rectangular Cross-section. In the direction of the long axis is the intensity profile of the laser beam approximately trapezoidal with intensity fluctuations. In the direction of the short axis, the laser beam has an intensity profile, which is about a Gaussian curve equivalent. For a precise one Processing of the substrate, however, is often a very uniform intensity distribution over a certain, often square cross section desired.

Der F2-Laser bietet aufgrund seiner kurzen Wellenlänge von ca. 157 nm und der damit verbundenen hohen Photonenenergie von ca. 7,9 eV eine Reihe von Möglichkeiten, die mit anderen Lasern nicht oder nur bedingt realisiert werden können. So können beispielsweise Materialien, die bei der Wellenlänge 193 nm eine zu geringe Absorption aufweisen, z.B.: Quarzglas und PTFE, in guter Qualität bearbeitet werden. Durch die kurze Wellenlänge ist zudem eine höhere Strukturauflösung im Vergleich zur Bearbeitung mit größeren Wellenlängen möglich.Due to its short wavelength of approx. 157 nm and the associated high photon energy of approx. 7.9 eV, the F 2 laser offers a number of possibilities that can not or only partially be realized with other lasers. Thus, for example, materials which have too low absorption at the wavelength of 193 nm, for example: quartz glass and PTFE, can be processed in good quality. Due to the short wavelength, a higher structure resolution is possible in comparison to processing with longer wavelengths.

Die Laserstrahlung der F2-Laser, d. h. die Wellenlänge beträgt ca. 157 nm, wird bei Vorhandensein von Luftsauerstoff unter Bildung von Ozon absorbiert, was die Strahlführung an Luft unmöglich macht. Schon eine Konzentration von wenigen ppm Sauerstoff führt, beispielsweise in einem ca. 4 m langen Strahlweg. zu einem spürbaren Verlust an Laserleistung.The laser radiation of the F 2 laser, ie the wavelength is about 157 nm, is absorbed in the presence of atmospheric oxygen to form ozone, which makes the beam guidance in air impossible. Even a concentration of a few ppm of oxygen leads, for example, in an approximately 4 m long beam path. to a noticeable loss of laser power.

Deshalb wird in entsprechenden Anlagen angestrebt, den Strahlengang von Sauerstoff möglichst frei zu halten. Diesbezüglich gibt es derzeit zwei bekannte Lösungskonzepte. Bei der ersten Lösung verläuft zumindest ein Teil des Strahlengangs des Lasers im Vakuum.Therefore is aimed at in appropriate facilities, the beam path of Oxygen as free as possible to keep. In this regard, There are currently two known solution concepts. At the first solution extends at least part of the beam path of the laser in a vacuum.

Beim zweiten Konzept wird der Strahlengang vor und während der Laserbearbeitung, mit Inertgas, beispielsweise mit Stickstoff, gespült, um mit dem Spülmedium auch den Luftsauerstoff aus dem Bereich des Strahlenganges auszutragen. Ein solches Spülen ist zeitaufwendig, u. a. durch das erforderliche Spülen vor Beginn der Bearbeitung, und bedarf großer Mengen des Spülmediums.At the second concept is the beam path before and during laser processing, with inert gas, for example, with nitrogen, rinsed with the flushing medium also remove the atmospheric oxygen from the area of the beam path. Such a rinse is time consuming, u. a. by the required rinsing Beginning of processing, and requires large amounts of flushing medium.

Aus der Literatur, Peter R. Herman, Kevin P. Chen, Midori Wei, Jie Zhang, Jürgen Ihlemann, Dirk Schäfer, Gerd Marowsky, Peter Oesterlin and Berthold Burghardt, „F2-lasers: High-Resolution Otical Processing System for Shaping Photonic Components" in Proceedings of SPIE Vol. 4274 (2001) pp 149-157, ist eine F2-Lasermikrobearbeitungsstation bekannt, deren Strahlengang mit Stickstoff gespült wird. Mit dieser Anlage soll auf einer Fläche von 240 μm × 240 μm eine Laserfluenz von 2.5 J/cm2 erreicht werden.From the literature, Peter R. Herman, Kevin P. Chen, Midori Wei, Jie Zhang, Jurgen Ihlemann, Dirk Schaefer, Gerd Marowsky, Peter Oesterlin and Berthold Burghardt, "F 2 Laser: High-Resolution Otical Processing System for Shaping Photonic Components "in Proceedings of SPIE Vol. 4274 (2001) pp 149-157, an F 2 laser micromachining station is known, the beam path is purged with nitrogen.This system is on a surface of 240 microns × 240 microns, a laser fluence of 2.5 J / cm 2 can be achieved.

Ein spezielles Strahlführungssystem für Laser mit Wellenlängen kleiner als 200 nm ist aus der US 6,487,229 B2 bekannt. Dieses System ist zwischen einem F2-Laser und einer weiteren Vorrichtung, die beispielsweise zum Abbilden des Laserstrahls auf das zu bearbeitende Substrat dienen kann, angeordnet. Das Strahlführungssystem besteht insbesondere aus einer vakuumdichten Kammer, die im Bereich des Strahlengangs des Lasers Fenster besitzt, die transparent für Wellenlängen kleiner 200 nm sind. Die Kammer ist außerdem evakuierbar und nachfolgend mit einem Inertgas spülbar.A special beam guidance system for lasers with wavelengths smaller than 200 nm is from the US 6,487,229 B2 known. This system is arranged between an F 2 laser and another device, which can serve, for example, for imaging the laser beam onto the substrate to be processed. The beam guidance system consists in particular of a vacuum-tight chamber mer, which has in the region of the beam path of the laser window, which are transparent to wavelengths less than 200 nm. The chamber is also evacuated and subsequently flushed with an inert gas.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Homogenisierer für eine Lasermikrobearbeitungsstation der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welcher eine höhere Effizienz bezüglich der Laserfluenz bei hoher Abbildungsqualität erreichbar ist.task The invention is a homogenizer for a laser micromachining station of the type mentioned above, with which a higher efficiency in terms of the laser fluence can be achieved with high imaging quality.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Homogenisierer für eine Lasermikrobearbeitungsstation gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The The object of the invention is achieved by a homogenizer for a laser micromachining station according to the characteristics of claim 1.

Erfindungswesentlich ist, dass dieser zumindest aus zwei Spiegelarrays besteht.essential to the invention is that this consists of at least two mirror arrays.

Außerdem ist wesentlich, dass die Vorrichtung zur Strahlformung aus zumindest mehreren reflektierenden Bauteilen besteht, die Vorrichtung zur Strahlformung und die Vorrichtung zum Abbilden des Laserstrahls in einem druck- und vakuumdichten Kammersystem angeordnet sind, welches evakuierbar und mit zumindest einem Inertgas befüllbar ist, und die Bearbeitungskammer druck- und vakuumdicht ist.Besides that is essential that the device for beam forming from at least consists of several reflective components, the device for beam shaping and the apparatus for imaging the laser beam in a pressurized and vacuum-tight chamber system are arranged, which can be evacuated and can be filled with at least one inert gas, and the processing chamber is pressure and vacuum tight.

Durch den Umstand, dass die Vorrichtung zur Strahlformung aus zumindest mehreren reflektierenden Bauteilen besteht, können Verluste bezüglich der Laserenergie, welche in Vorrichtungen zur Strahlformung, die im wesentlichen mit Linsensystemen arbeiten, nicht zu verhindern sind, stark reduziert werden. Ein geringerer Verschleiß des Lasers und der Bauelemente, die direkt nach dem Laserausgang angeordnet sind, ist zu verzeichnen. Für Linsen ist regelmäßig ein Transmissionsverhalten von ca. 85 typisch. Die Effizienz von Spiegeln beträgt dagegen ca. 93 bis 97 %.By the fact that the device for beam forming from at least consists of several reflective components, losses in terms of Laser energy used in beam shaping devices used in the essentially working with lens systems, are not preventable be greatly reduced. Less wear of the laser and components, which are located directly after the laser output is recorded. For lenses is a regular one Transmission behavior of approx. 85 typical. The efficiency of mirrors is By contrast, about 93 to 97%.

Außerdem ist durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination ermöglicht, dass der Querschnitt der Kammer des Strahlenganges größer dimensioniert werden kann, ohne die Effizienz der Anlage zu reduzieren. Bei solchen Querschnitten, beispielsweise von 300 bis 400 mm, verringert sich die Gefahr durch unerwünschtes Beschichten der optischen Bauteile durch von den Wänden abgetragenes Material.Besides that is by the feature combination according to the invention allows that the cross section of the chamber of the beam path larger dimensions without reducing the efficiency of the plant. In such Cross sections, for example from 300 to 400 mm, decreases the danger of unwanted Coating the optical components by material removed from the walls.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben, wobei dies keine abschließende Darstellung der Erfindung ist.Further advantageous embodiment of the invention are in the claims 2 to 7, this being not a final illustration of the invention is.

Sehr bevorzugt ist, dass dieser Homogenisierer mit einem Beam Combiner (Divergenzangleicher) kombiniert ist, der zumindest aus zwei Umlenkspiegelsystemen besteht, beispielsweise 90°-Umlenkspiegelsystemen, die jeweils aus drei treppenförmig montierten Spiegeln aufgebaut sind.Very it is preferred that this homogenizer with a beam combiner (Divergenzangleicher) is composed, which consists of at least two deflection mirror systems, for example 90 ° mirror systems, each made up of three stepped mounted mirrors are constructed.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert.The The invention is described below using an exemplary embodiment with reference to FIG Drawing explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung einer F2-Lasermikrobearbeitungsstation mit einem erfindungsgemäßen Homogenisierer, und 1 a schematic representation of an F 2 laser micro processing station with a homogenizer according to the invention, and

2 eine Darstellung der Form des Laserstrahlquerschnitts beim Eintritt a.) und Verlassen b.) des Beam Combiners sowie c) eine schematische Darstellung des Wirkprinzip eines Beam Combiners. 2 a representation of the shape of the laser beam cross section when entering a.) and leaving b.) of the beam combiner and c) a schematic representation of the operating principle of a beam combiner.

Die F2-Lasermikrobearbeitungsstation 1 gemäß 1 besteht bezüglich ihrer räumlichen Anordnung aus vier Baueinheiten, nämlich die Baueinheit 2, die Baueinheit 3, die Baueinheit 4 und die Bearbeitungskammer 5.The F 2 laser micro processing station 1 according to 1 exists with regard to their spatial arrangement of four units, namely the unit 2 , the construction unit 3 , the construction unit 4 and the processing chamber 5 ,

In der ersten Baueinheit 2 ist insbesondere der Excimerlaser 6, beispielsweise ein handelsüblicher Excimerlaser LPF 220 (30 mJ Pulsenergie, 200 Hz Pulswiederholfrequenz), in einem Lasergehäuse untergebracht, welcher den Laserstrahl durch ein Auskoppelfenster 7 pulsförmig aussendet. Der Excimerlaserstrahl wird in einem hochvakuumdichten und druckdichten Kanal beginnend am Auskoppelfenster 7 aus dem Lasergehäuse herausgeführt. Dieser Kanal ist zum Befüllen mittels eines Inertgases, beispielsweise Stickstoff, mit einem Einlass, in 1 nicht dargestellt, versehen, welcher in üblicher Art und Weise durch Magnetventile verschlossen wird.In the first unit 2 is in particular the excimer laser 6 For example, a commercial excimer laser LPF 220 (30 mJ pulse energy, 200 Hz pulse repetition frequency), housed in a laser housing, which the laser beam through a coupling window 7 emits a pulse. The excimer laser beam is generated in a high-vacuum-tight and pressure-tight channel starting at the coupling-out window 7 led out of the laser housing. This channel is for filling by means of an inert gas, for example nitrogen, with an inlet, in 1 not shown provided, which is closed in the usual way by solenoid valves.

An den Strahlausgang des Excimerlasers 6 schließt sich eine weitere Baueinheit 3 an, welche insbesondere zur Aufnahme einer Vorrichtung zur Strahlformung, dient. Dieses Bauteil 3, welches auch hochvakuumdicht und druckdicht ausgeführt ist, ist mit dem Lasergehäuse über einen Faltenbalg 9 verbunden, welcher zur umgebenden Atmosphäre hochvakuumdicht und druckdicht ausgeführt ist und am Strahlaustrittsflansch des Lasers 6 angeflanscht ist.At the beam exit of the excimer laser 6 closes another unit 3 which is used in particular for receiving a device for beam shaping. This component 3 , which is also high vacuum-tight and pressure-tight, is with the laser housing via a bellows 9 connected, which is carried out to the surrounding atmosphere high vacuum-tight and pressure-tight and the Strahlaustrittsflansch of the laser 6 is flanged.

Entsprechend des Verlaufes des aus dem Bauteil 3 austretenden Laserstrahls schließt sich die dritte Baueinheit 4 an. Die Verbindung zwischen den beiden Baueinheiten 3,4, die ein gemeinsames Evakuieren und Befüllen der Kammern ermöglicht, erfolgt durch einen zur umgebenden Atmosphäre hochvakuumdichten und druckdichten Faltenbalg 10. Das Bauteil 3 ist zum Befüllen mittels eines Inertgases, beispielsweise Stickstoff, mit einem Einlass (von der Stickstoffversorgung) und einem Auslass (hin zur Umgebenden Atmosphäre) versehen, welche in üblicher Art und Weise durch Magnetventile bzw. Rückschlagventile, in 1 nicht dargestellt, verschlossen werden. Die Anbindung zum Evakuieren, in 1 nicht dargestellt, des Bauteils 3 erfolgt zur Turbomolekularpumpe über ein manuell zu betätigendes Ventil und weiter zur Vorvakuumpumpe über ein Magnetventil.According to the course of the component 3 emerging laser beam closes the third unit 4 at. The connection between the two building units 3 . 4 , which allows a common evacuation and filling of the chambers, carried out by a surrounding atmosphere to high vacuum-tight and pressure-tight bellows 10 , The component 3 is provided for filling by means of an inert gas, for example nitrogen, with an inlet (from the nitrogen supply) and an outlet (towards the ambient atmosphere), which in the usual way by means of solenoid valves or return valves, in 1 not shown, closed. The connection to evacuate, in 1 not shown, of the component 3 takes place to the turbomolecular pump via a manually operated valve and on to the backing pump via a solenoid valve.

Entsprechend des Verlaufes des Strahlenganges des eingekoppelten Laserstrahls (innerhalb dieses Bauteils 3) sind angeordnet: ein Laserstrahl-Abschwächer 11, ein Beam Combiner (Divergenzangleicher) 12, ein Kompressor 13, ein Homogenisierer 14, eine Fokuslinse 15 und eine Feldlinse 16.According to the course of the beam path of the coupled laser beam (within this component 3 ) are arranged: a laser beam attenuator 11 , a Beam Combiner (Divergenzangleicher) 12 , a compressor 13 , a homogenizer 14 , a focus lens 15 and a field lens 16 ,

Die zur Bearbeitung benötigte Laserpulsenergie wird mit Hilfe eines an sich bekannten, rechnergesteuerten Laserstrahl-Abschwächer 11, der eine Reduzierung im Bereich zwischen 0 und 75% realisiert, in üblicher Art und Weise eingestellt.The laser pulse energy required for processing is determined by means of a known, computer-controlled laser beam attenuator 11 that realizes a reduction in the range between 0 and 75%, set in the usual way.

Der Beam Combiner 12 besteht aus zwei speziellen 90° Umlenkspiegelsystemen, die jeweils aus drei treppenförmig montierten Spiegeln aufgebaut sind und den Laserstrahl somit in drei Teilstrahlen aufteilen. Die beiden 90° Umlenkspiegelsysteme bewirken eine 90° Ablenkung nach Unten (Höhenversatz von z.B. 100 mm) und eine anschließende seitliche 90° Ablenkung in Verbindung mit dem angestrebten Tausch der Divergenz der kurzen mit der der langen Achse des Strahlquerschnitts.The beam combiner 12 consists of two special 90 ° deflecting mirror systems, which are each made up of three staircase-mounted mirrors and thus divide the laser beam into three partial beams. The two 90 ° deflecting mirror systems cause a 90 ° deflection downwards (height offset of eg 100 mm) and a subsequent lateral 90 ° deflection in connection with the intended exchange of the divergence of the short and the long axis of the beam cross section.

Nach der Komprimierung der langen Achse (X-Koordinate) im Kompressor 13 mit Hilfe von Zylinderspiegeln entsteht ein Strahl mit einem quadratischen Querschnitt und mit gleicher Divergenz in Richtung beider Achsen. Damit ist erreicht, dass der Laserstrahl im weiteren Strahlengang in den beiden Achsen nicht unterschiedlich behandelt werden muss.After compression of the long axis (X-coordinate) in the compressor 13 With the help of cylindrical mirrors, a beam with a square cross section and with the same divergence in the direction of both axes. This ensures that the laser beam in the other beam path in the two axes need not be treated differently.

Ein Homogenisierer 14, insbesondere aus zwei Spiegelarrays bestehend, sorgt zusammen mit der Fokuslinse 15 für die homogene Beleuchtung der beispielsweise 6 × 6 mm2 großen Maskenebene. Die Bestimmung von Strahlprofil und Laserleistung erfolgt über Klappspiegel in der homogenen Maskenebene. Die beiden Spiegelarrays (z.B.: aufgebaut aus je 196 konkav geformten Teilspiegeln mit einer Fläche von je (1 × 1) mm2) sind aus einem Stück gefertigt. Damit ist keine aufwändige Montage von Einzellinsen erforderlich. Im Vergleich zu oft üblichen gekreuzten Zylinderlinsenarrays (in X- und Y-Richtung), die funktionsbedingt eine höhere Anzahl von einzelnen Elementen bedürfen, treten weniger Übertragungsverluste auf.A homogenizer 14 , in particular consisting of two mirror arrays, provides together with the focus lens 15 for the homogeneous illumination of, for example, 6 × 6 mm 2 mask plane. The determination of beam profile and laser power takes place via folding mirrors in the homogeneous mask plane. The two mirror arrays (eg: each constructed of 196 concave sub-mirrors with an area of (1 × 1) mm 2 ) are made of one piece. Thus, no complex installation of individual lenses is required. In comparison to often conventional crossed cylindrical lens arrays (in the X and Y direction), which functionally require a higher number of individual elements, less transmission losses occur.

In der Baueinheit 4, dort unmittelbar vor der Maske 17, befindet sich die Feldlinse 16. Über einen 45°-Spiegel 18 wird der Laserstrahl auf das Transmissions-Objektiv 19 gelenkt und mit einem Verkleinerungsmaßstab (z.B.: von 1:25) und hoher Auflösung (z.B.: 0.5 μm) auf die Probe abgebildet. Dieser Umlenkspiegel 18 reflektiert den Laserstrahl senkrecht nach unten, so dass damit grundsätzlich eine waagerechte Montage der Probe ermöglicht ist. Damit kann beispielsweise das Positioniersystem, in 1 nicht dargestellt, konstruktiv einfach gestaltet und mit diesem höhere Verfahrgeschwindigkeiten realisiert werden. Eine Kamerabeobachtung 8 durch den Spiegel hindurch ist während der Bearbeitung in einfacher Art und Weise auch ermöglicht.In the unit 4 , right there in front of the mask 17 , is the field lens 16 , Over a 45 ° level 18 the laser beam is focused on the transmission lens 19 steered and with a reduction scale (eg 1:25) and high resolution (eg: 0.5 μm) imaged on the sample. This deflecting mirror 18 reflects the laser beam vertically downwards, so that in principle a horizontal mounting of the sample is possible. Thus, for example, the positioning system, in 1 not shown, designed structurally simple and realized with this higher speeds. A camera observation 8th through the mirror is also possible during editing in a simple manner.

Das Transmissions-Objektiv 19 verschließt die Öffnung zwischen der Baueinheit 4 und der Bearbeitungskammer 5 hochvakuumdicht und druckdicht. Der Zwischenraum zwischen den Linsen (z.B.: fünf Linsen) des hochvakuumdicht und druckdicht ausgeführten Transmissions-Objektivs 19 kann separat evakuiert und befüllt bzw. gespült werden.The transmission lens 19 closes the opening between the unit 4 and the processing chamber 5 high vacuum-tight and pressure-tight. The space between the lenses (eg: five lenses) of the high-vacuum-tight and pressure-tight transmission lens 19 can be evacuated and filled or rinsed separately.

Die optimale Justierbarkeit ist gewährleistet durch mehrere Handschuhflansche an der Seite der Kammern 3 und 4 sowie durch Glasdeckel, die an der Oberseite der Kammern 3 und 4 angeordnet sind.The optimal adjustability is ensured by several glove flanges on the side of the chambers 3 and 4 as well as through glass lids, which are at the top of the chambers 3 and 4 are arranged.

Mit Hilfe einer zusätzlichen Leistungsmessung, in 1 nicht dargestellt, in der Bearbeitungskammer 5 wird die Laserfluenz unmittelbar in der Probenebene präzise ermittelt.With the help of an additional power measurement, in 1 not shown, in the processing chamber 5 the laser fluence is determined precisely in the sample plane precisely.

Das Transmissions-Objektiv 19, welches insbesondere aus fünf Linsen besteht, besitzt ein hochvakuumdichtes und druckdichtes Gehäuse 20, in dessen oberem Boden und unterem Boden jeweils eine Linse hochvakuumdicht und druckdicht eingepasst ist. Die Linsen sind im Strahlengang derart angeordnet, so dass der Zwischenraum zwischen den Linsen evakuierbar und spülbar ist. Die oberste Linse realisiert somit die mechanische Trennung zwischen den Kammern 4 und 5. Das Gehäuse 20 ist zum Spülen mittels eines Spülmediums, beispielsweise Stickstoff, mit einem Einlass (von der Stickstoffversorgung) und einem Auslass (hin zur Umgebung) versehen, welche in üblicher Art und Weise durch Magnetventile bzw. Rückschlagventil, in 1 nicht dargestellt, verschlossen werden. Die Leitungsanbindung zum Evakuieren des Gehäuses 20 erfolgt zur Kammer 4 über ein Magnetventil.The transmission lens 19 , which consists in particular of five lenses, has a high vacuum-tight and pressure-tight housing 20 , in the upper bottom and lower bottom of each one lens is fitted high vacuum-tight and pressure-tight. The lenses are arranged in the beam path such that the gap between the lenses is evacuated and flushed. The uppermost lens thus realizes the mechanical separation between the chambers 4 and 5 , The housing 20 For flushing by means of a flushing medium, for example nitrogen, is provided with an inlet (from the nitrogen supply) and an outlet (towards the environment), which in the usual way by solenoid valves or non-return valve, in 1 not shown, closed. The line connection for evacuating the housing 20 takes place to the chamber 4 via a solenoid valve.

Am Transmissions-Objektiv 19 ist ein Spezialdüsensystem, in 1 nicht dargestellt, zum Schutz der Optik bei Materialabtrag mit hohen Fluenzen angeordnet.At the transmission lens 19 is a special nozzle system, in 1 not shown, arranged to protect the optics during removal of material with high fluences.

Das Transmissions-Objektiv 19 ist mit einem Spezialdüsensystem zum Schutz der letzten Linse vor Verschmutzung, hervorgerufen durch von der Probe abgetragenes Material, ausgestattet.The transmission lens 19 is equipped with a special nozzle system to protect the last lens from contamination caused by material removed from the sample.

Die druck- und vakuumdichten Kammersysteme mit der Vorrichtung zur Strahlformung und der Vorrichtung zum Abbilden des Laserstrahls, das Objektiv und bei Bedarf auch die Bearbeitungskammer werden zunächst evakuiert und im Anschluss mit einem Inertgas oder Inertgasgemisch befüllt, so dass eine Materialbearbeitung mit der Laserwellenlänge 157 nm über einen Zeitraum von mehreren Stunden ohne Spülen und ohne einen Abfall an Laserfluenz auf der Probenoberfläche möglich ist.The Pressure and vacuum-tight chamber systems with the device for beam shaping and the apparatus for imaging the laser beam, the objective and if necessary, the processing chamber are first evacuated and subsequently filled with an inert gas or inert gas mixture, then that a material processing with the laser wavelength 157th nm over a period of several hours without rinsing and without a drop off Laser fluence on the sample surface possible is.

Die Kammer 21, die Kammer 22 und die Bearbeitungskammer 5 lassen sich mittels üblicher Vakuumpumpen bis zu bis 10-5 mbar evakuieren. Nach der Evakuierung wird ein Inertgas, insbesondere Stickstoff, eingeleitet und die jeweilige Kammer bzw. die jeweiligen Kammern verschlossen. In Abhängigkeit von technologischen Vorgaben kann hochreiner Stickstoff (z.B.: 5.0 (99,999%) oder 6.0 (99,9999%)) verwendet werden. Nach dem Erreichen des gewünschten Enddruckes, beispielsweise 0,5 bar) kann ohne zusätzliches Spülen eine Materialbearbeitung durchgeführt werden. Aufgrund des leichten Überdruckes wird das unerwünschte Eindringen von Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre verhindert.The chamber 21 , the chamber 22 and the processing chamber 5 can be evacuated by means of conventional vacuum pumps up to 10 -5 mbar. After the evacuation, an inert gas, in particular nitrogen, is introduced and the respective chamber or the respective chambers are closed. Depending on technological specifications, high-purity nitrogen (eg: 5.0 (99.999%) or 6.0 (99.9999%)) can be used. After reaching the desired final pressure, for example, 0.5 bar), a material processing can be performed without additional rinsing. Due to the slight overpressure, the unwanted ingress of oxygen from the ambient atmosphere is prevented.

Die Justage der Bauteile der Vorrichtung zur Strahlformung bzw. der Vorrichtung zum Abbilden des Laserstrahls erfolgt manuell unter Nutzung von Handschuhen, welche gasdicht mit der jeweiligen Kammer verbunden sind.The Adjustment of the components of the device for beam shaping or the Device for imaging the laser beam is done manually under Use of gloves, which are gas-tight with the respective chamber are connected.

Die Auswahl der beschriebenen Bauteile, deren Dimensionierung und die Materialauswahl erfolgen in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungszweck der Lasermikrobearbeitungsstation in bekannter Art und Weise.The Selection of the components described, their dimensions and the Material selection is dependent from the respective intended use of the laser micro-processing station in a known manner.

Beispiele zur Materialbearbeitung mittels der F2-Lasermikrobearbeitungsstation: Mit der F2-Laserstation wurden im Labor Bearbeitungen mit verschiedenen Masken und Materialien durchgeführt. Die Ergebnisse belegen das hohe Auflösungsvermögen der Abbildungsoptik sowie die Präzision des Positioniersystems.Examples of material processing using the F 2 laser micro-machining station: The F 2 laser station was used to perform various masks and materials in the laboratory. The results prove the high resolution of the imaging optics as well as the precision of the positioning system.

PMMA-Proben wurden mit einer Fluenz von 130 mJ/cm2 bearbeitet. Für die Strukturierung wurden 1 bis 50 Pulse pro Position verwendet.PMMA samples were processed at a fluence of 130 mJ / cm 2 . For structuring, 1 to 50 pulses per position were used.

Quarzglas und Pyrexglas wurden mit einer Fluenz von 4.3 J/cm2 mit 1 bis 100 Pulsen pro Position bearbeitet. Die Abtragsrate beträgt ca. 120 nm pro Puls.Quartz glass and pyrex glass were processed at a fluence of 4.3 J / cm 2 with 1 to 100 pulses per position. The removal rate is about 120 nm per pulse.

In 2 ist eine Darstellung der Form des Laserstrahls beim Eintritt a.) und Verlassen b.) des Beam Combiners (Divergenzangleicher) erkennbar. Dabei sind in 2 b.) die drei Strahlenteile, welche nebeneinander angeordnet sind, ersichtlich.In 2 is a representation of the shape of the laser beam when entering a.) And leaving b.) of the Beam combiner (Divergenzangleicher) recognizable. Here are in 2 b.) the three beam parts, which are arranged side by side, can be seen.

Claims (7)

Homogenisierer für eine Lasermikrobearbeitungsstation, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest aus zwei Spiegelarrays besteht.Homogenizer for a laser micromachining station, characterized in that it consists of at least two mirror arrays. Homogenisierer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelarrays konkav geformt und für die jeweilige Wellenlänge dielektrisch beschichtet sind.Homogenizer according to claim 1, characterized in that the mirror arrays are concave-shaped and dielectrically coated for the respective wavelength are. Homogenisierer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasermikrobearbeitungsstation zumindest umfasst einen UV-Laser mit einer Wellenlänge kleiner als 200 nm, eine Vorrichtung zur Strahlformung, eine Vorrichtung zum Abbilden des Laserstrahls auf das zu bearbeitende Substrat und ein Probenpositioniersystem, welches in einer Bearbeitungskammer (5) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur Strahlformung aus zumindest mehreren reflektierenden Bauteilen besteht, die Vorrichtung zur Strahlformung und die Vorrichtung zum Abbilden des Laserstrahls in einem druck- und vakuumdichten Kammersystem angeordnet sind, welches evakuierbar und mit zumindest einem Inertgas oder Inertgasgemisch befüllbar ist, und die Bearbeitungskammer (5) druck- und vakuumdicht ist, welche ebenfalls evakuierbar und mit zumindest einem Inertgas oder Inertgasgemisch befüllbar ist.Homogenizer according to claim 1, characterized in that the laser micromachining station comprises at least a UV laser with a wavelength smaller than 200 nm, a device for beam shaping, a device for imaging the laser beam onto the substrate to be processed and a sample positioning system, which in a processing chamber ( 5 ), wherein the device for beam shaping consists of at least a plurality of reflective components, the apparatus for beam shaping and the apparatus for imaging the laser beam are arranged in a pressure and vacuum tight chamber system, which can be evacuated and filled with at least one inert gas or inert gas, and the processing chamber ( 5 ) is pressure and vacuum tight, which can also be evacuated and filled with at least one inert gas or inert gas mixture. Homogenisierer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser der Lasermikrobearbeitungsstation ein F2-Laser mit einer Wellenlänge von ca. 157 nm ist.Homogenizer according to claim 1, characterized in that the laser of the laser micromachining station is an F 2 laser with a wavelength of about 157 nm. Homogenisierer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisierer (14) ein Bestandteil einer Vorrichtung zur Strahlformung ist, die insbesondere zumindest umfasst einen Laserstrahl-Abschwächer (11), einen Kompressor (13), einen Beam Combiner (12) und/oder eine Fokusslinse (15).Homogenizer according to claim 1, characterized in that the homogenizer ( 14 ) is a component of a device for beam shaping, which in particular at least comprises a laser beam attenuator ( 11 ), a compressor ( 13 ), a Beam Combiner ( 12 ) and / or a focus lens ( 15 ). Homogenisierer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit einem Beam Combiner Divergenzangleicher (12) kombinierbar ist.Homogenizer according to claim 1, characterized in that it is provided with a beam combiner divergence adjuster ( 12 ) can be combined. Homogenisierer gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Beam Combiner (12) zumindest aus zwei Umlenkspiegelsystemen, insbesondere einem 90°-Umlenkspiegelsystemen, besteht, die jeweils aus drei treppenförmig montierten Spiegeln aufgebaut sind.Homogenizer according to claim 6, characterized in that this beam combiner ( 12 ) consists of at least two deflecting mirror systems, in particular a 90 ° -Umlenkspiegelsystemen, which are each constructed of three staircase-mounted mirrors.
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