DE2527622A1

DE2527622A1 - Einrichtung zur formung des querschnittes eines laserstrahlenbuendels und verwendung derselben

Info

Publication number: DE2527622A1
Application number: DE19752527622
Authority: DE
Inventors: Colin Bowness; Jun Clarence Frederick Luck
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-06-26
Filing date: 1975-06-20
Publication date: 1976-01-15
Also published as: FR2276138B1; CA1032614A; GB1478074A; US3941973A; NL7506949A; JPS551875B2; AU8090175A; DE2527622C3; FR2276138A1; CH608403A5; NL168737B; NL168737C; JPS5111300A; DE2527622B2; IT1044131B

Description

PATENTANWÄLTE DR.-PHIL. G. NlCKf L- DR.-j'NG. J. DORNER

S MÖNCHEN 15 LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 1O4

TEL. (08 11) 55 57 19

München, den 19. <Juni 1975 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. il6

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Einrichtung zur Formung des Querschnittes eines Laserstrahlenbündels und Verwendung derselben.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Formung des Querschnittes eines Laserstrahlenbündels, insbesondere für Laser-Materialabtragungsmaschinen, mit einem Laser, welche ein im wesentlichen runden Querschnitt aufweisendes Ausgangs-Strahlenbün-

del zu erzeugen vermag, welches über einen bestimmten optischen Weg auf eine Abbildungsebene hinlenkbar ist.

Bei verschiedenen Herstellungsvorgängen werden heutzutage im allgemeinen Laser verwendet, beispielsweise, wenn Material abgetragen oder entfernt werden soll, etwa zum Herstellen von Bohrungen und dergleichen. Bei der Herstellung von bestimmten Erzeugnissen, wie Mikroschaltungen, erfolgt die Abstimmung von Widerständen oft unter Einsatz eines Laserstrahls, ebenso wie bei der Abtragung von Material zur Herstellung von Leiterstücken.

Bekannte Laser, welche beispielsweise Rubinkristalle oder Yttrium-Aluminium-Granatkristalle enthalten, erzeugen ein sehr intensives Strahlenbündel kohärenter elektromagnetischer Strahlung. Da der Kristall massiv zylindrische Gestalt hat und da das Strahlungs-

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ι » λ.

j bündel von einem Ende des Kristalls austritt, hat das Laseri Strahlungsbundel im wesentlichen kreisscheibenförmige Quer- ! schnittsgestalt. Zwar ist ein Strahlungsbündel mit dieser Form j des Querschnittes in vielen Fällen bei der Abtragung von Mate-

j rial sehr zweckmäßig, doch ist es andererseits manchmal vorteili hefter, wenn das Strahlungsbündel eine rechteckige Querschnitts-I form besitzt. Soll z. B. in sehr empfindlicher Weise Werkstoff j aus einem ganz genau begrenzten Bereich einer Mikroschaltung enfci fernt werden, so läßt sich mit einem Strahlungsbündel runder oder elliptischer Querschnittsgestalt nicht zufriedenstellend arbeiten. Ein Beispiel sind Speicher, in welchen durchschiuelz- ! bare Leiterbrücken vorgesehen sind, von denen bestimmte Leiter-I brücken durchgebrannt oder weggedampft werden müssen, um Bauj teile des Detreffenden Gerätes willkürlich elektrisch isolieren zu können. In diesen Fällen kann es vorkommen, daß ein im Querschnitt rundes oder elliptisches Strahlungsbündel geringer Größe zwar einen Teil einer Leiterbrücke wegbrennt, jedoch dabei auch benachbarte Oberflächenbereiche des Mikroschaltungsbauteils beschädigt oder daß "bei außerordentlich geringer Größe des Querschnittes des Strahlungsbündels nur ein Teil der zu entfernenden Leiterbrücke weggebrannt oder weggedampft wird, während noch Teile der sehr nahe beieinanderliegenden Leiterbrücken zurück- < bleiben, so daß unerwünschte elektrische Verbindungen fortbestehen.

Es ist bereits bekannt, die Gestalt des Querschnittes eines Strahlungsbündels elektromagnetischer Energie von der runden Form oder elliptischen Form in eine rechteckige Form umzuwandeln. Dies kann entweder elektronisch oder optisch geschehen. Die bekannten Maßnahmen erwiesen sich jedoch aus verschiedenen Gründen als unvorteilhaft, beispielsweise wegen sohlechter Qualität oder schlechter Begrenzung der Rechteckform, wegen eines Verlustes an Strahlungsenergie oder wegen ungleichförmiger Energieverteilung. Ein noch verhältnismäßig gutes bekanntes Verfahren besteht darin, daß Strahlungsbündel durch eine Öffnung einer undurchlässigen Blendenplatte zu führen, wobei die Öffnung oder

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der Durchbruch eine Gestalt besitzt, welche der gewünschten QuerschnittsgestoIt des StrahlungsbundeIs entspricht. Bei diesem Verfahren geht ein beträchtlicher Anteil der Strahlung verloren, da Teile des Strahlungsbündels notwendigerweise auf die undurchlässigen Bereiche der Blendenplatte auftreffen und dort aufgehalten werden.

Ein anderes bekanntes System sieht vor, ein im Querschnitt nahezu rechteckiges Strahlungsbündel in der Weise zu erzeugen, daß ein Paar von Zylinderlinsenelementen vorgesehen wird, welche jeweils ein extrem astigmatisches Bild erzeugen. Bei solchen Systemen ist es jedoch außerordentlich schwierig, vor dem eigentlichen Materialabtragungsvorgang festzustellen, wo das resultierende, rechteckige Bild auftritt. Hierdurch wird eine leichte Verwendbarkeit des Gerätes unter Beobachtung durch Ferns eliwi ed ergäbe und unmittelbarer Betrachtung über ein Okular in einem geschlossenen, koaxialen Beobachtungsstrahlengang verhindert.

Durch die Erfindung soll demgemäß die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung zur Formung des Querschnittes eines Laserstrahlenbündels, insbesondere für Laser-Materialabtragungsmaschinen, so auszubilden, daß eine bestimmte Querschnittsgestalt des Laserstrahlenbündels erreicht wird, wobei das resultierende Bild der Strahlungsquelle im wesentlichen sämtliche Energie des Ausgangsstrahlungsbündels enthält, ohne daß merkliche Verluste auftreten, wobei auch eine gleichförmige Verteilung der Energie- ; dichte über das gesamte Bild hinweg erzielt werden soll. Weiter soll eine koaxiale Betrachtung über ein Fernsehwiedergabesystem und andere optische Einrichtungen ohne weiteres möglich sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Formung des Querschnittes eines Laserstrahlenbündels, insbesondere für LaserjMaterialabtragungsmaschinen, mit einem Laser, welcher ein im

wesentlichen runden Querschnitt aufweisendes Ausgangs-Strahlen-' bündel zu erzeugen vermag, welches über einen bestimmten optij sehen Veg auf eine Abbildungsebene hinlegbar ist, erfindungsge-

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Ή. i

gemäß dadurch gelöst, daß auf diesem optischen Weg einen in der j Abbildungsebene rechteckigen Strahlungsbündelquerschnitt erzeu- j gende Strahlformungsraittel vorgesehen sind, welche derart ange- ' ordnet und ausgebildet sind, daß das Strahlungsbündel am Ort der j Abbildungsebene im wesentlichen sämtliche Energie des Ausgangs- ι Strahlungsbündels enthält. j

Im einzelnen wird eine einstellbare Strahlkompressionseinrich- i tung vorgesehen, welche von einem Paar langgestreckter, ebener j Spiegel oder von dünnen, keilförmigen Prismen gebildet ist, die j im Abstand voneinander angeordnet sind, so daß sich eine Strahlformung sanordnung ergibt, in welche hinein das Laserstrahlungsbündel gerichtet wird. Einander gegenüberliegende Seitenbereiche des Strahlungsbündels werden von der Spiegelanordnung in Richtung auf die Ausgangsseite hin reflektiert, während der mittlere Teil des Strahlungsbündels ungehindert und ungedämpft austreten

kann. Auf diese Weise wird das Strahlungsbündel in mindestens ! drei Absohnitte aufgeteilt, welche danach durch geeignete Linsen; auf eine Abbildungsebene fokussiert werden, wo diejenigen Strah- , lungsanteile, welche den Seitenbereiohen des Ausgangsstrahlungs- j bündeis entsprechen, dem mittleren Teil des Strahlungsbündels überlagert sind, so daß ein außerordentlich begrenztes, verhältnismäßig vollkommen rechteckiges Bild erzeugt wird. Es entsteht also ein im wesentlichen rechteckiges Bild des Laserstrahlungsbündels, wobei dieses Bild im wesentlichen sämtliche Energie des Ausgangsstrahlungsbündels enthält und über seine Fläche hin im wesentlichen gleiohförmige Energiedichte aufweist.

Auf der Ausgangsseite der Strahlungsbündel-Kompressionseinrichtung kann eine Schlitzblende vorgesehen sein, um die Länge des in der Abbildungsebene erzeugten Bildes einstellen zu können und außerdem können zwischen dem Laser und der Strahlungsbündel-Kompressionseinrichtung Prismen angeordnet sein, um das Strah— lungsbündel bereits von Anfang an zusammenzudrängen, so daß die Bauteile der Strahlungsbündel-Kompressionseinrichtung schmäler ausgeführt werden können.

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System gestattet eine optische Betrachtung über die Achse des Strahlungsbündels sowie die Überlagerung eines auf der Achse ' gelegenen Fadenkreuzes und dergleichen. Weiter ist das System [ hervorragend zur Verwendung von Fernsehaufnähmekämeras und -Wi e- ! dergabegeräten zum Zwecke der Steuerung und Überwachung geeignet«

ι Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen bilden im übrigen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird. Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Gerätes zur Durchführung eines Laser-Materialabtragungsverfahrens,

Figur 2 eine Aufsicht auf eine Einrichtung zur Formung des Querschnittes eines Laserstrahlenbündels ,

Figur 3 eine perspektivische, schematische Abbildung der gesamten optischen Einrichtungen des Gerätes nach Figur 1,

Figur k eine schematische Abbildung einer Strahlungsbündel-Kompressionseinrichtung zum vorbereitenden Bündeln eines Laserstrahls vor der Eingabe in die Einrichtung zur Formung des Laserstrahlenbündels ,

Figur 5 eine Kurvendarstellung zur Verdeutlichung der Verteilung der Strahlungsintensität am Ausgang des sfcabförmigen Lasers,

Figur 6 eine Teilansicht einer Speicherschaltung, zu deren Herstellung eine Einrichtung der hier vorgeschlagenen Art verwendbar ist,

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• ο.

Figur 7 einen Vertikalschnitt entsprechend der in

Figur 6 angedeuteten Schnittebene 7-7 und I

Figur 8 eine ähnliche Abbildung wie Figur 2 von ei- ■ ner anderen Ausführungsform einer Einrichtung ; zur Formung des Querschnittes eines Strahlungsbündels.

In den Zeichnungen sind einander entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten auch mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Figur ί zeigt eine Laser-Materialabtragungsraasohine mit einer auf einem tischartigen Untergestell montierten Konsole 10, welche den Laser und die zugehörigen optischen Einrichtungen ent— j hält und eine Türkonstruktion 12 aufweist, über welche eine De- ! dienungsperson Zugang zu dem Arbeitsraum erhält. Ein Fernseh-Wiedergabegerät 13 ist so angeordnet und eingestellt, daü sein Bildschirm vom Arbeitsplatz aus betrachtbar ist. Einste Liinittel auf der Vorderseite des Gerätes sind leicht erreichbar.

d er :

Wenn die Türen 12 geöffnet werden, so kann von/Bedienungsperson ein Werkstück, beispielsweise ein in Figur y schematise!» angegebenes Mikroschaltungsgerät 14, auf einen geeigneten, einstellbaren Support gelegt werden. Sind die Türen 12 geschlossen, so . kann die Bedienungsperson einen Laser betätigen, welcher ein verhältnismäßig intensives Strahlungsbündel kohärenter elektromagnetischer Strahlung auf das Werkstück richtet, so daö in dem von dem Laserstrahl getroffenen Verkstüekbereieh Material entfernt wird.

Bei gebräuchlichen, impnlsweise betriebenen Lasern hat öas Laser-« medium die Form eines Rubins tabes oder Yttrium—Aluminium-Granat— stabes oder dergleichen. Wirkt auf dieses Lasermedium eine Pumpst rah lung in bekannter Weise ein, so wird das gewünschte intensive Strahlungsbündel erzeugt, welches von einem Ende des sfcabförraigen Las erased¹ i uns austritt. Nachdem die Kristailstäbe ita allgemeinen die Fora eines massiven Zylinders haben, hai das erzeugte Strablungsfciindel im allgemeinen im Querschnitt kreisscheiben—

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förmige Gestalt, wobei eine Energiedichteverteilung festzustellen

t ;

{ist, welche der Kurve l6 nach Figur 5 entspricht. Man erkennt, ■ {daß die Energiedichte im mittleren Bereich des Strahlungsbündels !bedeutend größer als in den Randbereichen ist.

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'■ ,

'Durch die hier angegebenen Maßnahmen wird nun die kreisscheiben-I förmige Querschnittsgestalt des Laser-Strahlungsbiindels in eine Jim wesentlichen rechteckige Form umgewandelt, ohne daß eine we- j jsentliche Minderung der Gesamtstrahlungsintensität eintritt, wo- '■■ ibei außerdem eine Verbesserung der Gleichförmigkeit der Strah- j ilungsdichte über die gesamte Breite und die gesamte Stärke des ι Strahlungsbündels erzielt werden kann, derart, daß in einer Pro- \ jjektionsebene das Bild des Strahlungsbündeis im wesentlichen 'gleichförmige Energiedichte über seine gesamte Fläche hin auf- ' 'weist.

■Die Änderung der Querschnittsgestalt des Strahlungsbündels geschieht in erster Linie durch eine in Figur 2 mit 18 bezeichnete, optische Kompressionseinrichtung, welche vorzugsweise von einem Paar langgestreckter, schmaler, plattenförmiger Reflektoren 20 \ und 22 gebildet ist. Die Reflektoren können lediglich von Glas- j platten gebildet sein, die verhältnismäßig glatte, reflektieren- j !de Oberflächen besitzen. Die plattenförmigen Reflektoren 20 und !22 haben geringen Abstand voneinander und bilden zueinander in j der dargestellten Weise einen geringen Winkel, so daß ein konisch zulaufender Lichtübertragungskanal entsteht, durch welchen 'hindurch das Laserstrahlungsbündel geleitet wird. Aus Figur 2 j ist zu erkennen, daß das Laserstrahlungsbündel 2k auf der weiteren Seite der Kompressionseinrichtung eingeleitet wird und an der schmäleren Seite austritt, von wo aus das Strahlungswandel über eine Sammellinse 26 zu einer Abbildungsebene 38 gelangt, welche von dem Werkstück Ik gebildet sein kann.

jDas Strahlungsbündel besitzt beim Eintreten in die Kompres-sionsjeinrichtung 18 im Querschnitt kreisscheibenförinige Gestalt und 'tritt von dem anderen Ende der Kompressionseinrichtung 18 als im Querschnitt langgestre-ktes, schmales, nahezu rechteckiges

I_- _r. _t

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Strahlungsbündel aus. Dies beruht auf der Tatsache, daß einander! gegenüberliegende Seitenbereiche des Strahlüngsbündels auf die [ jeweiligen inneren schrägen Oberflächen der plattenförmigen lie- j

i flektoren auftreffen und von diesen durch das enge oder schmale | Ende der Kompressionseinrichtung nach außen reflektiert werden. ■ Dies ist in Figur 2 durch die Bezugszahl 28 deutlich gemacht, j welche denjenigen Seitenbereich des Strahlungsbündels bezeich- ^; net, der auf die reflektierende Fläche 30 des plattenförmigen j Reflektors 20 fällt. Man entnimmt aus Figur 2, daß der Anteil 28 \ des Strahlungsbündels einmal vollständig reflektiert wird und nach Austreten aus der Kompressionseinrichtung 18 praktisch ein getrenntes Strahlungsbündel 32 wird, welches auf einen Teil der Sammellinse 26 trifft. In gleicher Weise wird der gegenüberliegende Seitenbereich des Laserstrahlungsbündels 24 einmal von der innenliegenden Oberfläche des plattenförmigen Reflektors 22 reflektiert und tritt aus der Kompressionseinrichtung 18 als ein drittes, gesondertes Strahlungsbündel 3^ aus, das von der Sammellinse 26 so gebrochen wird, daß es sich zusammen mit dem Strahlungsbundel 32 und dem mittleren, unreflektierten Teil des Ausgangs-Laserstrahlungsbündels in der Abbildungsebene 36 überlagert, so daß ein einziges Bild 38 entsteht, das im wesentlichen rechteokige Gestalt besitzt. Nachdem ferner, wenn überhaupt, so sehr wenig Energie des Ausgangsstrahlungsbündels bei dem KompressionsVorgang verlorengeht, ist in dem Bild 38 der .Abbildungsebene 36 im wesentlichen sämtliche Energie des Ausgangs-Strahl enbündeIs festzustellen.

Wie in Figur 5 gezeigt, hat die Verteilung der Ausgangsstrahlung am emittierenden Ende des Laserstabes normalerweise die Gestalt einer Kurve 16. Während des KompressionsVorganges werden jedooh die Seitenbereiohe 40 und 42 in der Abbildungsebene dem mittle- j ren Bereich des Strahlungsbündels überlagert, so daß die Gesaratstrahlungsdiohte im mittleren Teil erhöht wird und der Scheitel oder die Spitze des mittleren Bereiches der Kurve 16 rechteckig gemacht wird.

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Die Seitenbereiche des Laserstrahlungsbündels 24 erfahren vorzugsweise eine einmalige Reflexion. Es versteht sich jedoch, daß weitere Reflexionen vorgesehen sein können, je nachdem, welche optischen Parameter gewählt werden und welche Größe des Bildes erwünscht ist. Die Breite des Bildes beträgt vorzugsweise j 0,025 mm fris 0,05 nim. Diese Größe kann dadurch verändert werden, daß die ausgangsseitigen Enden der plattenförmigen Reflektoren 20 und 22 symmetrisch auseinanderbewegt oder einander angenähert werden, was in einfacher Weise durch einen Mikrometerantrieb und ein entsprechendes Verbindungsgestänge geschehen kann. Zu diesem Zwecke können die eingangsseitigen Enden der plattenförmigen Reflektoren scharnierartig miteinander verbunden sein. Die Veränderung der genannten Abmessung hat keinen Einfluß auf den Gesamt-Energiegehalt des Strahlungsbündels.

Die Längenabmessung des punktförmigen Bildes beträgt beispielsweise 0,154 mm. Nahe der Ausgangsseite der Kompressionseinrichtung 18 ist eine einstellbare Schlitzblende 44 vorgesehen, welche die Aufgabe hat, die genaue Länge des punktförmigen Bildes einzustellen.

Zwar geschieht das Zusammendrücken des Laserstrahlungsbündels 24 in erster Linie durch die Kompressionseinriohtung 18, doch ist festzustellen, daß für ein Strahlungsbündel mit einem Durchmesser von 6,35 mm bereits eine verhältnismäßig große Kompressionseinrichtung 18 erforderlich ist, um die gewünschte Verringerung der Querschnittsabmessungen des Strahlungsbündels zu erreichen. Im allgemeinen ist es daher wünschenswert, eine zusätzliche Strahlungsbündel-Kompressionseinrichtung zu verwenden, welche vorzugsweise zwischen dem Ausgang des Lasers und der erstgenannten Kompressionseinrichtung 18 vorgesehen ist. Diese zusätzliche Kompressionseinrichtung kann ein Paar von Prismen j 46 und 48 (Figur 4) enthalten, welche die Wirkung haben, das Strahlungsbündel 24 zunächst in einer Richtung zusammenzudrükken. Das Strahlungsbündel 24 tritt mit der ursprünglichen, bei 50 angedeuteten Querschnittsform in das erste Prisma 46 ein und ist nach dem Verlassen des Prismas, wie bei 52 angedeutet, de-

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formiert, wonach eine weitere Zusammendrückung des Querschnittes erfolgt, wenn das Strahlungsbündel durch das Prisma 48 gefüU» +■' wird, wie durch die Querschnittsform 54 deutlich gemacht ist, ui die Kompressionseinrichtung 18 gelangt also nur das im Querschnitt zusammengedrückte Strahlungsbündel 54.

Betrachtet man nun das gesamte System gemäß Figur 3, so ist zu erkennen, daß ein impulsweise betriebener Laser 56 vorgesehen ist, welcher ein Strahlungsbündel 24 elektromagnetischer Strahlung hoher Intensität erzeugt, welches für das Materialabtragungsverfahren verwendet wird, wobei der Laserkristall beispielsweise von einem Rubin-Kristallstab 58 gebildet ist.'Das stirnseitige Ende des Rubinstabes 58 besitzt eine Oberfläche, welche als Fresnel'sehe Reflexionen erzeugender Ausgangsspiegel ausgebildet ist, während das gegenüberliegende Ende durch Besohichtung reflexionsfrei ausgebildet ist. Ein zu 100 % reflektierender Spiegel 60 ist in bestimmtem Abstand vom hinteren Ende des Kristallstabes 58 angeordnet und wirkt mit dem am stirnseitigen Ende vorgesehenen Oberfläohenspiegel zur Sohaffung eines Resonanzraumes zusammen, wie dies für Laser der hier betrachteten Art bekannt ist. Der Rubinstab 58 und eine dazu parallel verlaufende Xenon-Blitzlampe 62 zur Erzeugung der Pumpenergie sind jeweils an den Brennpunkten eines elliptischen Reflektors 64 angeordnet, der mit dem Rubinstab 58 in solcher Weise zusammenwirkt, daß das Laserstrahlungsbündel 24 in Gestalt von Impulsen hoher Strahlungsenergie bei bis zu 10 pps abgegeben wird. Die Energieversorgung (nicht dargestellt) kann in dem tischartigen Untergestell 66 untergebracht sein.

Das Strahlungsbündel 24 wird durch die seinen Querschnitt deformierenden Prismen 46 und 48 geführt und wird dadurch in einer Richtung in sekiem Querschnitt zusammengedrückt, wie zuvor anhand von Figur 4 ausgeführt worden ist. Das danach teilweise zusammengedrückte Strahlungsbündel 54 durchläuft dann die optische Korn- j

pressionseinrichtung 18, deren Einzelheiten anhand von Figur 2 beschrieben wurden, wobei eine weitere Kompression erfolgt. Die

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i Laserenergie tritt dann aus der Kompressionseinrichtung 18 in Gei stalt von drei schmalen Strahlungsbündeln aus, welche von der

i :

ι Sammellinse 26 auf eine Abbildungsebene fokussiert werden, welche von der Oberfläche des Werkstückes 14 gebildet ist.

Das von dem Strahlungsbündel in der Abbildungsebene erzeugte
I Bild ist ein schmaler oder dünner Fleck. Zwar war das Strah-
; lungsbündel anfänglich im Querschnitt kreisscheibenförniig, doch
; ist der in der Abbildungsebene erzeugte Fleck so schmal und dünn, '] daß es nicht notwendig ist, Mittel zur Ausgeradung der Seiten
des Bildes vorzusehen, welche den nicht deformierten Seiten des
Strahlungsbündels entsprechen. Die Längenabmessung des Querschnittes des Strahlungsbündels wird jedoch durch die einstellbare Schlitzblende kk auf der Ausgangsseite der Kompressions-. einrichtung 18 eingestellt. ;

Die hier vorgeschlagene Einrichtung erweist sich als besonders ; zweckmäßig bei der Herstellung von Halbleitergeräten, beispielsweise Mikroschaltungen, bei deren Herstellung es oft wünschenswert ist, selektiv Bereiche einer dünnen Materialschicht von ei- ; nem Träger zu entfernen. Beispielsweise enthält eine bestimmte,
in Figur 6 dargestellte Bauart von Speichergeräten eine Anzahl \ von Halbleiter-Bauelementen, wie etwa Dioden 72, die in einer j Anordnung von Zeilen und Spalten vorgesehen sind. Jede Diode 72 I ist ein einstückiger Bestandteil eines langgestreckten Strei- ; fens 7k aus Halbleitermaterial, welcher sich auf der Oberfläche j

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i eines dielektrischen Substrates 76 befindet. Die Streifen 7k enthalten Spaltenleiter für die Dioden 72 und jeder der Streifen
endet in einem Kontaktbereich 78. Die Streifen 7k sind von einer

I !

j aus Isolierwerkstoff bestehenden Schicht 80 abgedeckt. Anschluß- j drähte 82 haben über Bohrungen Verbindung zu den Kontaktberei- !

ohen 78.

Die Halbleiterraaterialstreifen 7k werden von einer Anzahl metallischer Leiterstreifen 84 gekreuzt, welche über der Isolierschicht 80 gelegen sind und welche jeweils in Kontaktbereichen

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86 enden. Jeder Kontaktbereich übergreift mit seinem metalli- ; sehen Teil 86 eine Siliziumschicht 88 und eine diese überdecken-J de Isolierstoffschicht 90. Feine Anschlußdrähte 92 sind mit ei- j nem Ende jeweils an die Kontaktbereiche 86 angeschlossen. !

Die metallischen Leiterstreifen 8k bilden die Zeilenleiter für ί jede der Dioden 72 und sind mit den Dioden über Leiterstücke 9k
verbunden, welche einen durchschmelzbaren Abschnitt 96 enthalten.

Diese Leiterstücke haben mit einem Ende Verbindung zu den metallischen Leiterstreifen 84 und liegen mit ihrem anderen Ende \ an den P-Bereichen 98 der Dioden 72, wobei die Verbindung über j Öffnungen in der Isolierstoffschicht 80 hergestellt ist. ,

i Die durchschmelzbaren Leiterabschnitte 96 haben solche Gestalt,

Größe und Zusammensetzung, daß sie durch Schmelzen und/oder durch Verdampfen unter Wärmeeinwirkung beseitigt werden können. Dies ; j kann in vorteilhafter Weise durch einen Laserstrahl erreicht | werden, insbesondere, wenn die Strahlenergie eng begrenzt ist
und sich auf einen kleinen Bildbereich 38 konzentriert, wie oben! beschrieben wurde. Man erkennt, daß ein kleiner runder Strahl- ' querschnitt oder Bildfleck nicht immer zu zufriedenstellenden '. Ergebnissen führt, da eine gute Isolation oder eine gute Auf- ! trennung bei Verwendung eines zu kleinen Fleckes nicht erreicht '

werdei kann. Bildet man aber einen verhältnismäßig großen runden ;

Fleck, so besteht die Gefahr, daß dieser Fleck auch andere, benachbarte Bereiche nahe dem zu entfernenden Bereich zerstört
oder zumindest beschädigt. Aus diesem Grunde ist ein kleiner
rechteckiger Bildfleck am günstigsten.

Wie aus Figur 7 zu erkennen ist, wird der durohsohraelzbare Leiterabsohnitt 96 daduroh entfernt, daß der komprimierte Laserstrahl 2k auf diesen Leiterabschnitt gerichtet wird, so daß die
Leiterverbindung sohmilzt und/oder in demjenigen Bereich verdampft, auf welchen der Laserstrahl trifft. Zwar befindet sich
eine Siliziumdioxidschicht 100 oder eine andere Deckschicht über
der gesamten Anordnung, doch dringt der Laserstrahl 2k ohne wei-

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! teres durch diese Schicht hindurch und erreicht die metallische ' Leiterverbindung. Auf diese Weise können also bestimmte Dioden

72 abgetrennt werden.

Es versteht sich, daß die Laser-Materialabtragungsmaschine programmgesteuert werden kann, so daß bestimmte Leiterverbindungen ■ in der jeweils gewünschten Weise aufgetrennt werden können.

Betrachtet man wiederum Figur 3, so erkennt man, daß zunächst zur Einstellung und Vorbereitung des Gerätes das Werkstuck 14 auf einen geeigneten Support, beispielsweise auf einen Tisch 102 eines Kreuzsupportes, gesetzt wird. Eine Einstellung in der Höhe kann ebenso vorgesehen sein, und mittels einer Handbedienungseinrichtung 104 vorgenommen werden.

Um einen Bildfleck oder Brennfleck auf dem Werkstück sichtbar : machen und beobachten zu können, ist ein weiterer, geringere j Leistung aufweisender Laser 106 vorgesehen, der ein Helium-Neon-1 Laser sein kann und einen sichtbaren Bildfleck auf dem Werkstück an genau derjenigen Stelle erzeugt, auf welche das Strahlungsbündel 24 des hohe Leistung besitzenden Rubinlasers auftrifft. j Der weitere Laser 106 liefert ein kontinuierliches Strahlen-

!bündel 108, welches von einem Spiegel 110 zu dem Prisma46 hin ' reflektiert wird und dann auf demselben Wege verläuft wie das !Strahlenbündel 24 des impulsweise betriebenen Lasers, so daß !auch dieses Strahlenbündel komprimiert und fokussiert wird, um I einen kleinen, im wesentlichen rechteckigen Bildfleok auf dem ' Werkstück zu erhalten.

Eine unmittelbare Beobachtung des Bildfleckes kann von der Bedienungsperson über ein binokulares oder in anderer Weise ausgebildetes Mikroskop 112 sowie über geeignete Spiegel 114 und und einen mit einer Perforation versehenen Einklappspiegel 118 vorgenommen werden, welcher im Strahlengang des Strahlungsbündels hinter der Kompressionseinrichtung 18 vorgesehen ist. Außerdem kann eine Fernsehkamera 120 optisch auf das Werkstück 114

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ausgerichtet werden, was mit Hilfe eines geeigneten, im Strahlengang des komprimierten Strahlungsbündels vorgesehenen Spiegels 122 in der dargestellten W_eig_e erreicht wird.

Schließlich läßt sich bei der hier vorgeschlagenen Einrichtung, was in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, in einfacher Weise das Bild eines Fadenkreuzes dem Bild des Werkstückes lh überlagern.

Man erkennt also, daß die eingangs angegebene Aufgabe in vollkommener Weise durch die hier vorgeschlagene Einrichtung gelöst werden kann, wobei ein ursprünglich im Querschnitt kreisscheibenförmiges Laserstrahlenbündel in eine rechteckige bzw. quadratische Querschnittsform gebracht wird. Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann eine Vielzahl von Abwandlungs- und Weiterbildungsmö'glichkeiten. Beispielsweise kann die Kompressionseinrichtung, wie in Figur 8 gezeigt ist, anstelle der im Winkel zueinander stehenden, plattenförmigen Heflektoren 20 und 22 ein Paar im Abstand voneinander angeordneter Prismen 124 und 126 enthalten. Das eintreffende, nicht komprimierte oder nur teilweise komprimierte Strahlenbündel 2k wird von den Prismen 124 und 126 in insgesamt drei Strahlungsbündelanteile 28, 30 und 32 aufgespalten, welche durch die Sammellinse 26 einander überlagert und auf die Bildebene 36 fokussiert werden, wo sich ein einziges, im wesentlichen rechteckiges Bild oder ein einziger Fleck 38 ergibt.

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Claims

Patentansprüche

(lJ Einrichtung zur Formung des Querschnittes eines Laserstrah- ; lenbündels, insbesondere für Laser-Materialabtragungsmaschinen, :

j mit einem Laser, welcher ein im wesentlichen runden Querschnitt ; ; aufweisendes Ausgangsstrahlenbündel zu erzeugen vermag, welches

!über einen bestimmten optischen Weg auf eine Abbildungsebene hin-'lenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf diesem optischen ; ^! Weg einen in der Abbildungsebene (36) rechteckigen Strahlenbünjdelquerschnitt erzeugende Strahlformungsmittel (18) vorgesehen
j sind, welche derart angeordnet und ausgebildet sind, daß das '. i Strahlenbündel am Ort der Abbildungsebene iiu wesentlichen samt- i liehe Energie des Ausgangsstrahlenbündels (24) enthält.

t i
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
; Strahlformungsmittel (l8, 20, 22 bzw. 124, 126) derart in dem \ (Optischen Weg angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen- \ (de Seitenbereiche (40, 42) des Strahlenbündels (24, 54) in des- ■ sen mittleren Teil (l6) zu lenken vermögen, um in der Abbil- ,

t I ■

[dungsebene ein Strahlenbündel entsprechend den Seitenteilen und

!dem mittleren Teil zu erhalten. .

j
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ^: !daß die Strahlformungsmittel ein Paar im Abstand voneinander an-
!geordneter, optischer Ablenkelemente (20, 22 bzw. 124, 126) sowie leine Sammellinse (26) enthalten, wobei die Ablenkelemente
j derart angeordnet sind, daß sie je einen voneinander gegenüber- ■ !liegenden Seitenbereichen des Strahlenbündels aufnehmen, während j ,der verbleibende Teil des Strahlenbündels im wesentlichen unge- · jhindert auf dem optischen Weg zu der Sammellinse gelangt,/wobei I !die optischen Ablenkelemente die einander gegenüberliegenden

!Seitenbereiche des Strahlenbündels von dein verbleibenden Teil 1 1
des Strahlenbündels abtrennen und gesondert auf die Sammellinse !

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lenken, welche sämtliche Teile des Ausgangsstrahlenbündels auf einen gemeinsamen Fleck (38) der Abbildungsebene (36) fokussiert.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Ablenkelemente von einem Paar im Abstand voneinander angeordneter, einen Winkel zueinander bildender, reflektierender Platten (20, 22) gebildet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Ablenkelemente von einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Prismen (l24, 126) gebildet sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Strahlformungseinrichtung (l8 bzw. 124, 126) eine Prismenanordnung (46, 48) vorgesehen ist, durch welche das Ausgangs-Strahlenbündel (24) hindurchgeleitet wird und welche den Querschnitt dieses Strahlenbündels in einer Richtung teilweise zusammendrückt (54).
7. Verfahren zur Entfernung eines rechteckigen Materialbereiches von der Oberfläche einer Mikroschaltung unter Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das betreffende Werkstück (14) auf eine Halterung (102), insbesondere einen Kreuzsupport, gesetzt und derart eingestellt wird, daß der zu entfernende Materialbereich auf dem genannten optischen Weg gelegen ist und daß der Laser (56) zur Erzeugung des Strahlungsbündels (24, 54) impulsweise betrieben wird,
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines weiteren Lasers, welcher ein Lichtstrahlenbündel über denselben optischen Weg sendet wie der impulsweise betriebene Laser, auf dem Werkstück ein ständig vorhandener Lichtpunkt erzeugbar ist.

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