EP4244015A1 - Methods for removing dirt deposits on at least one geometric structure, produced by means of microtechnology and/or nanotechnology, of at least one body and use of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode - Google Patents

Methods for removing dirt deposits on at least one geometric structure, produced by means of microtechnology and/or nanotechnology, of at least one body and use of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode

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Publication number
EP4244015A1
EP4244015A1 EP21824465.5A EP21824465A EP4244015A1 EP 4244015 A1 EP4244015 A1 EP 4244015A1 EP 21824465 A EP21824465 A EP 21824465A EP 4244015 A1 EP4244015 A1 EP 4244015A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pulse
burst
pulses
dirt deposits
ultra
Prior art date
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Pending
Application number
EP21824465.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Steffen Weissmantel
Peter Lickschat
Daniel Metzner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Acsys Lasertechnik GmbH
Original Assignee
Acsys Lasertechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Acsys Lasertechnik GmbH filed Critical Acsys Lasertechnik GmbH
Publication of EP4244015A1 publication Critical patent/EP4244015A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B08B7/0042—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/16—Removal of by-products, e.g. particles or vapours produced during treatment of a workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching

Definitions

  • the invention relates to a method for removing dirt deposits (debris) on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology at least one body, the dirt deposits being dirt deposits created during the creation of the geometric structure by ablation or evaporation of material , and uses of an ultrashort pulsed laser with burst mode pulses.
  • a method for laser processing or laser modification of materials is known from publication US 2001/0 009 250 A1, a combination of ultra-fast laser pulses and bursts with a high repetition rate being used for material processing.
  • One application listed is drilling a through-hole in foil with a single burst, followed by an additional shot to complete the Clean debris from borehole.
  • the removal of the debris and thus the cleaning does not take place by removing said debris, but rather by increasing the diameter of the through-hole.
  • a suitable selection of the laser parameters depending on the hole diameter can avoid significant melt fragments due to material ejection.
  • Cleaning by removing dirt deposits (debris) on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology of at least one body is not the subject of this publication.
  • the publication DE 10 2019 219 121 A1 relates to a method for removing material from a surface.
  • the publication relates to smoothing out unwanted surface structures that occur as cone-like projections at high fluences. These form a foam-like structure and thus reduce the quality of a treated surface.
  • the surface is acted upon by means of high-frequency pulse packets, with the surface being smoothed by thermal effects and/or melting effects. A removal of deposits cannot be derived from this publication.
  • the publication US 2010/0 096 371 A1 includes a method for continuous cleaning of flexible sheets transported on a conveyor.
  • the laser beam is geometrically separated by means of a beam splitter, thus creating a large-area grid.
  • a layer is removed over a large area by spallation, with the pulse itself generating shock waves to remove the layer.
  • the process is limited to flat and flexible sheets that are transported on a conveyor belt.
  • An Nd:YAG laser with pulse durations in the nanosecond range is used as the laser.
  • a method for cleaning material surfaces is known from the document US 2007/0 251 543 A1, which is focused on cleaning lithographic apparatuses or for cleaning substrates.
  • the process is carried out in a vacuum chamber.
  • a shock wave is generated by thermal expansion in the material, so that thermally induced material removal is initiated.
  • pulses in the nanosecond range are used to generate a shock wave in the material.
  • a large number of pulses in the nanosecond range can be used to process a surface.
  • the publication US 2006/0 108 330 A1 relates to the cleaning of surfaces using a plasma-induced shock wave. To do this, a plasma is ignited near the material surface and the emitted shock wave cleans the surface. A protective layer made of gold, silver, platinum or rhodium, for example, is used between the plasma and the surface to be cleaned due to the decisive thermal process.
  • the method for removing dirt deposits (debris) on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology of at least one body, the dirt deposits being dirt deposits created during the creation of the geometric structure by ablation or evaporation of material, and the uses of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode are characterized in particular by the fact that the dirt deposits that have formed can be easily removed.
  • the geometric structure of the body is exposed to ultra-short pulsed laser radiation from a laser with pulses in burst mode.
  • the ultra-short pulsed laser radiation of the laser with pulses in burst mode is used to remove dirt deposits (debris) on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology, the dirt deposits being removed during the creation of the geometric structure by ablation or dirt deposits caused by evaporation of material.
  • the burst mode is a laser technique in which groups of pulses with a defined number of pulses per group (a pulse group is a burst) and a defined number of pulse energy per pulse in a group interact with the material surface.
  • the pulse repetition frequency in a burst can be greater than or equal to 1 GHz.
  • the pulse duration of a pulse in a group can be less than or equal to 1 ns.
  • the first pulse of the pulse group generates a plasma on the dirt deposit (debris).
  • a pulse group is a burst. Due to the very short pulse repetition time of a few to a few picoseconds, the subsequent pulse interacts with this plasma. This induces a strong shock wave and the dirt deposits (debris) are removed by the pressure wave.
  • the number of shock waves can be regulated with the number of pulses in the burst.
  • the power of the shock wave can be regulated with the pulse duration and the fluence per pulse.
  • the method for removing dirt deposits and the use of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode is also characterized by the fact that only a small or no amount of material is removed, which means that the nominal values of the geometric structure are approximately retained. Chemical waste does not occur.
  • the method for removing dirt deposits or the use of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode can thus be used advantageously in microelectronics, microsystems technology and microprocess technology for cleaning the geometric structures produced therewith.
  • geometric structures can in particular be mechanical, optical, chemical or biochemical components.
  • the method of removing dirt deposits or using an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode is a highly selective cleaning method.
  • the pulse repetition frequency in a burst can be greater than or equal to 1 GHz and the pulse duration of a pulse in a burst can be less than or equal to 1 ns.
  • a plasma is generated on the debris with a first pulse of the burst (pulse group). With the interaction of at least one subsequent pulse or subsequent pulses of the burst with the plasma, a shock wave as a pressure wave or shock waves as pressure waves is induced on the at least one dirt deposit and the dirt deposit is removed.
  • the number of shock waves can be determined with the number of subsequent pulses in the burst.
  • the force of the shock wave can be determined using the pulse duration and the fluence per subsequent pulse.
  • ultra-short pulsed laser radiation from the laser with pulses in burst mode with a pulse repetition frequency in a burst equal to/greater than 1 GHz and a pulse duration of a pulse in a burst of less than/equal to 1 ns can be used to remove dirt deposits.
  • a plasma generated on the debris with a first pulse of the burst (pulse group, pulse train) and a shock wave induced with the interaction of at least one subsequent pulse or subsequent pulses of the burst with the plasma and acting on the at least one dirt deposit as a pressure wave is used in one embodiment for removal of dirt deposit used.
  • the laser with the ultra-short pulsed laser radiation and at least one scanner for guiding the laser radiation and/or a drive in connection with a wearer of the body can be used to remove dirt deposits.
  • the pulse groups can be moved on the material with a defined burst repetition frequency.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a pulsed laser radiation with a single-pulse mode
  • Fig. 2 is a schematic representation of a pulsed laser radiation with a burst mode
  • FIG. 3 shows a device for removing dirt deposits.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a pulsed laser radiation with a single pulse mode
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a pulsed laser radiation with a burst mode.
  • the burst mode is a laser technique in which pulse groups 2 interact with the material surface with a defined number of pulses per pulse group 2 and a defined number of pulse energy per pulse in a pulse group 2.
  • a pulse group 2 is a burst.
  • the pulse repetition rate in a burst is greater than or equal to 1 GHz.
  • the pulse duration of a pulse in a pulse group 2 is less than or equal to 1 ns. 1 shows two individual pulses 1 with the pulse energy y as a function of the time x. Two pulse groups 2 and thus two bursts with the pulse energy y as a function of the time x are shown in FIG.
  • the first pulse of pulse group 2 of a pulse train (burst) generates a plasma on the debris. Due to the very short pulse repetition time of a few to a few picoseconds, the subsequent pulse interacts with this plasma. This induces a powerful shock wave and removes the debris through a primarily mechanical process.
  • the number of shock waves can be regulated with the number of pulses in the burst.
  • the power of the shock wave can be regulated with the pulse duration and the fluence per pulse.
  • FIG. 3 shows a device for removing dirt deposits in a basic representation.
  • the laser 3 with the ultra-short pulsed laser radiation 4 and at least one scanner 5 for guiding the laser radiation 4 and/or at least one drive 6 as a movement mechanism in connection with a carrier 7 of the body 8 can be used to remove dirt deposits.
  • the laser radiation 4 can be guided over the surface of the geometric structure of the body 8 by using a scanner 5 and a downstream f-theta optics 9 .
  • the f-theta optics 9 focus the laser radiation 4 onto the focal point and, during scanning, causes the focal point to always lie in the working plane perpendicular to the optical axis of the f-theta optics 9 .
  • the position in the working plane approximately follows the F-Theta condition
  • the scan length (image height) is approximately proportional to the set scan angle.
  • the drive 6 can in particular be a device for a movement in at least one direction of the carrier.

Abstract

The invention relates to methods for removing dirt deposits on at least one geometric structure of at least one body, said geometric structure being produced by means of microtechnology and/or nanotechnology, wherein the dirt deposits are dirt deposits resulting from an ablation or evaporation of material during creation of the geometric structure; and uses of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode. The methods for removing dirt deposits and the uses of an ultra-short pulsed laser with pulses in the burst mode are characterised more particularly in that the resulting dirt deposits are easy to remove. Ultra-short pulsed laser irradiation is applied from a laser onto the geometric structure with pulses in the burst mode to remove the dirt deposits.

Description

Verfahren zur Entfernung von Schmutzablagerungen an wenigstens einer geometrischen und mittels einer Mikrotechnik und/oder einer Nanotechnik hergestellten Struktur wenigstens eines Körpers und Verwendung eines ultrakurz gepulsten Lasers mit Pulsen im Burst-Modus Method for removing dirt deposits on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology of at least one body and using an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Entfernung von Schmutzablagerungen (Debris) an wenigstens einer geometrischen und mittels einer Mikrotechnik und/oder einer Nanotechnik hergestellten Struktur wenigtsens eines Körpers, wobei die Schmutzablagerungen bei der Erzeugung der geometrischen Struktur durch eine Ablation oder eine Verdampfung von Material entstandene Schmutzablagerungen sind, und Verwendungen eines ultrakurz gepulsten Lasers mit Pulsen im Burst-Modus. The invention relates to a method for removing dirt deposits (debris) on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology at least one body, the dirt deposits being dirt deposits created during the creation of the geometric structure by ablation or evaporation of material , and uses of an ultrashort pulsed laser with burst mode pulses.
Bei der Erzeugung von geometrischen Strukturen durch eine Ablation oder eine Verdampfung von Material können Schmutzablagerungen an den geometrischen Strukturen entstehen. Diese können durch eine Trockeneis- Bestrahlung, eine Glasperlen-Bestrahlung, Plasma-Polieren oder nasschemisches Ätzen entfernt werden. Bei Verwendung der Trockeneis- Bestrahlung besteht die Möglichkeit, dass nicht alle erzeugten Debris entfernt werden können. Bei der Verwendung der Glasperlen-Bestrahlung, dem Plasma- Polieren und dem nasschemischen Ätzen kann auch das unter den Debris befindliche Material teilweise abgetragen werden, wodurch Konturen der geometrischen Strukturen abgerundet oder nicht erhalten bleiben. Bei Verwendung des Plasma-Polierens und des nasschemischen Ätzens treten insbesondere auch chemische Abprodukte auf. Weiterhin funktioniert das Plasma-Polieren nur bei Metallen und Metalllegierungen. When creating geometric structures by ablation or evaporation of material, dirt deposits can form on the geometric structures. These can be removed by dry ice blasting, glass bead blasting, plasma polishing or wet chemical etching. When using dry ice blasting, there is a possibility that not all of the debris generated can be removed. When using glass bead irradiation, plasma polishing and wet-chemical etching, the material underneath the debris can also be partially removed, which means that the contours of the geometric structures remain rounded or not preserved. When plasma polishing and wet-chemical etching are used, chemical waste products also occur in particular. Furthermore, plasma polishing only works on metals and metal alloys.
Durch die Druckschrift US 2001/0 009 250 A1 ist ein Verfahren zur Laserbearbeitung oder Lasermodifikation von Materialien bekannt, wobei eine Kombination aus ultraschnellen Laserpulsen und Bursts mit einer hohen Wiederholungsrate zur Materialbearbeitung verwendet werden. Eine aufgeführte Anwendung ist ein Bohren eines Durchgangsloches in eine Folie mit einem einzigen Burst, gefolgt von einem zusätzlichen Schuss, um das Bohrloch von Schutt zu reinigen. Das Entfernen des Schuttes und damit die Reinigung erfolgt aber nicht durch Abtrag des genannten Schuttes, sondern durch Vergrößerung des Durchmessers des Durchgangsloches. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass über eine geeignete Wahl der Laserparameter in Abhängigkeit der Lochdurchmesser erhebliche Schmelztrümmer durch einen Materialauswurf vermeidbar sind. Ein Reinigen durch Entfernung von Schmutzablagerungen (Debris) an wenigstens einer geometrischen und mittels einer Mikrotechnik und/oder einer Nanotechnik hergestellten Struktur wenigstens eines Körpers ist nicht Gegenstand dieser Druckschrift. A method for laser processing or laser modification of materials is known from publication US 2001/0 009 250 A1, a combination of ultra-fast laser pulses and bursts with a high repetition rate being used for material processing. One application listed is drilling a through-hole in foil with a single burst, followed by an additional shot to complete the Clean debris from borehole. However, the removal of the debris and thus the cleaning does not take place by removing said debris, but rather by increasing the diameter of the through-hole. Furthermore, it is pointed out that a suitable selection of the laser parameters depending on the hole diameter can avoid significant melt fragments due to material ejection. Cleaning by removing dirt deposits (debris) on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology of at least one body is not the subject of this publication.
Die Druckschrift US 2007/0 272 667 A1 offenbart eine Mikrobearbeitung mit kurz gepulster ultravioletter Laserstrahlung, um den Durchsatz für die Lasermikrobearbeitung von mikroelektronischen Fertigungsmaterialien zu erhöhen. Unter anderem betrifft das die Reinigung von Lötpads durch ein gezieltes Entfernen einer Epoxid-Harz-Schicht auf Lötstellen. Dazu wird einfach gepulste Laserstrahlung im UV-Bereich genutzt, um diese Schichten abzutragen. Die Schichten resultieren aus Lötstoppmasken, welche so entfernt werden, dass die Lötstelle nicht beschädigt wird. Damit kann nachträglich an dieser Lötstelle wieder gelötet werden. Die jeweilige Schicht wird dabei durch Verdampfen ablatiert. Eine Entfernung von Schmutzablagerungen ist nicht Gegenstand dieser Druckschrift. Document US 2007/0 272 667 A1 discloses short pulsed ultraviolet laser radiation micromachining to increase throughput for laser micromachining of microelectronic fabrication materials. Among other things, this concerns the cleaning of soldering pads through the targeted removal of an epoxy resin layer on soldering points. To do this, simply pulsed laser radiation in the UV range is used to remove these layers. The layers result from solder masks, which are removed in such a way that the solder joint is not damaged. This allows subsequent soldering at this soldering point. The respective layer is ablated by vaporization. A removal of dirt deposits is not the subject of this publication.
Die Druckschrift DE 10 2019 219 121 A1 betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Material von einer Oberfläche. Die Druckschrift bezieht sich auf ein Glätten von unerwünschten Oberflächenstrukturen, die bei hohen Fluenzen als konusähnliche Vorsprünge entstehen. Diese bilden eine schaumartige Struktur und vermindern somit die Güte einer behandelten Oberfläche. Mittels Hochfrequenz-Pulspaketen wird die Oberfläche beaufschlagt, wobei durch thermische Effekte und/oder Schmelzeffekten eine Glättung der Oberfläche erfolgt. Ein Entfernen von Ablagerungen ist aus dieser Druckschrift nicht ableitbar. The publication DE 10 2019 219 121 A1 relates to a method for removing material from a surface. The publication relates to smoothing out unwanted surface structures that occur as cone-like projections at high fluences. These form a foam-like structure and thus reduce the quality of a treated surface. The surface is acted upon by means of high-frequency pulse packets, with the surface being smoothed by thermal effects and/or melting effects. A removal of deposits cannot be derived from this publication.
Die Druckschrift US 2010/0 096 371 A1 beinhaltet ein Verfahren zum kontinuierlichen Reinigen von flexiblen Blechen, die auf einem Band transportiert werden. Um große Flächen realisieren zu können, wird der Laserstrahl mittels Strahlteiler geometrisch getrennt und somit ein großflächiges Raster erzeugt. Dabei wird großflächig eine Schicht durch Spallation abgetragen, wobei der Puls selbst Stoßwellen zum Abtragen der Schicht erzeugt. Das Verfahren beschränkt sich auf flache und flexible Bleche, die auf einem Fließband transportiert werden. Als Laser ein Nd:YAG Laser mit Pulsdauern im Nanosekundenbereich verwendet. The publication US 2010/0 096 371 A1 includes a method for continuous cleaning of flexible sheets transported on a conveyor. In order to be able to realize large areas, the laser beam is geometrically separated by means of a beam splitter, thus creating a large-area grid. A layer is removed over a large area by spallation, with the pulse itself generating shock waves to remove the layer. The process is limited to flat and flexible sheets that are transported on a conveyor belt. An Nd:YAG laser with pulse durations in the nanosecond range is used as the laser.
Durch die Druckschrift US 2007/0 251 543 A1 ist ein Verfahren zum Reinigen von Materialoberflächen bekannt, welches auf das Reinigen von lithografischen Apparaturen oder zur Substratreinigung fokussiert ist. Die Durchführung des Verfahrens erfolgt in einer Vakuumkammer. Zur Reinigung wird eine Stoßwelle durch thermische Expansion im Material erzeugt, so dass ein thermisch induzierter Materialabtrag eingeleitet wird. Dazu werden insbesondere Pulse im Nanosekundenbereich genutzt, um eine Schockwelle im Material zu erzeugen. Eine Vielzahl an Pulsen im Nanosekundenbereich kann so genutzt werden, um eine Fläche zu bearbeiten. A method for cleaning material surfaces is known from the document US 2007/0 251 543 A1, which is focused on cleaning lithographic apparatuses or for cleaning substrates. The process is carried out in a vacuum chamber. For cleaning, a shock wave is generated by thermal expansion in the material, so that thermally induced material removal is initiated. In particular, pulses in the nanosecond range are used to generate a shock wave in the material. A large number of pulses in the nanosecond range can be used to process a surface.
Die Druckschrift US 2006/0 108 330 A1 betrifft eine Reinigung von Oberflächen durch eine plasmainduzierte Stoßwelle. Dazu wird ein Plasma nahe der Materialoberfläche gezündet und die ausgesendete Stoßwelle reinigt die Oberfläche. Dabei wird durch den maßgeblich thermischen Prozess eine Schutzschicht beispielsweise aus Gold, Silber, Platin oder Rhodium zwischen dem Plasma und der zu reinigenden Oberfläche verwendet. The publication US 2006/0 108 330 A1 relates to the cleaning of surfaces using a plasma-induced shock wave. To do this, a plasma is ignited near the material surface and the emitted shock wave cleans the surface. A protective layer made of gold, silver, platinum or rhodium, for example, is used between the plasma and the surface to be cleaned due to the decisive thermal process.
Der in den Patentansprüchen 1 und 6 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schmutzablagerungen, welche bei der Erzeugung geometrischer Strukturen mittels einer Mikrotechnik und/oder Nanotechnik durch eine Ablation oder einer Verdampfung von Material entstanden, einfach zu entfernen. The invention specified in patent claims 1 and 6 is based on the object of simply removing dirt deposits which have arisen in the production of geometric structures by means of microtechnology and/or nanotechnology through ablation or evaporation of material.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 6 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Verfahren zur Entfernung von Schmutzablagerungen (Debris) an wenigstens einer geometrischen und mittels einer Mikrotechnik und/oder einer Nanotechnik hergestellten Struktur wenigstens eines Körpers, wobei die Schmutzablagerungen bei der Erzeugung der geometrischen Struktur durch eine Ablation oder eine Verdampfung von Material entstandene Schmutzablagerungen sind, und die Verwendungen eines ultrakurz gepulsten Lasers mit Pulsen im Burst-Modus zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die entstandenen Schmutzablagerungen einfach entfernbar sind. This object is achieved with the features listed in claims 1 and 6. The method for removing dirt deposits (debris) on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology of at least one body, the dirt deposits being dirt deposits created during the creation of the geometric structure by ablation or evaporation of material, and the uses of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode are characterized in particular by the fact that the dirt deposits that have formed can be easily removed.
Dazu wird zur Entfernung der Schmutzablagerungen die geometrische Struktur des Körpers mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung eines Lasers mit Pulsen im Burst-Modus beaufschlagt. To remove the dirt deposits, the geometric structure of the body is exposed to ultra-short pulsed laser radiation from a laser with pulses in burst mode.
Die ultrakurz gepulste Laserstrahlung des Lasers mit Pulsen im Burst-Modus wird zur Entfernung von Schmutzablagerungen (Debris) an wenigstens einer geometrischen und mittels einer Mikrotechnik und/oder einer Nanotechnik hergestellten Struktur verwendet, wobei die Schmutzablagerungen bei der Erzeugung der geometrischen Struktur durch eine Ablation oder eine Verdampfung von Material entstandene Schmutzablagerungen sind. The ultra-short pulsed laser radiation of the laser with pulses in burst mode is used to remove dirt deposits (debris) on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology, the dirt deposits being removed during the creation of the geometric structure by ablation or dirt deposits caused by evaporation of material.
Der Burst-Modus ist eine Lasertechnik, bei der Pulsgruppen mit einer definierten Anzahl an Pulsen pro Gruppe (eine Pulsgruppe ist ein Burst) und einer definierten Anzahl an Pulsenergie pro Puls in einer Gruppe mit der Materialoberfläche wechselwirken. Die Pulswiederholfrequenz in einem Burst kann dabei größer/gleich 1 GHz sein. Die Pulsdauer eines Pulses in einer Gruppe kann gleich/kleiner 1 ns sein. Mittels einer Relativbewegung zwischen der Laserstrahlung und der Materialoberfläche können die Pulsgruppen mit einer definierten Burstwiederholfrequenz auf dem Material bewegt werden. The burst mode is a laser technique in which groups of pulses with a defined number of pulses per group (a pulse group is a burst) and a defined number of pulse energy per pulse in a group interact with the material surface. The pulse repetition frequency in a burst can be greater than or equal to 1 GHz. The pulse duration of a pulse in a group can be less than or equal to 1 ns. By means of a relative movement between the laser radiation and the material surface, the pulse groups can be moved on the material with a defined burst repetition frequency.
Der erste Puls der Pulsgruppe erzeugt auf der Schmutzablagerung (Debris) ein Plasma. Eine Pulsgruppe ist dabei ein Burst. Durch die sehr kurze Pulswiederholzeit von wenigen bis einigen Pikosekunden wechselwirkt der Folgepuls mit diesem Plasma. Dadurch wird eine starke Stoßwelle induziert und die Schmutzablagerungen (Debris) durch die Druckwelle entfernt. Die Anzahl an Stoßwellen kann mit der Anzahl an Pulsen im Burst reguliert werden. Die Kraft der Stoßwelle kann mit der Pulsdauer und der Fluenz pro Puls reguliert werden. The first pulse of the pulse group generates a plasma on the dirt deposit (debris). A pulse group is a burst. Due to the very short pulse repetition time of a few to a few picoseconds, the subsequent pulse interacts with this plasma. This induces a strong shock wave and the dirt deposits (debris) are removed by the pressure wave. The number of shock waves can be regulated with the number of pulses in the burst. The power of the shock wave can be regulated with the pulse duration and the fluence per pulse.
Das Verfahren zur Entfernung von Schmutzablagerungen und die Verwendung eines ultrakurz gepulsten Lasers mit Pulsen im Burst-Modus zeichnen sich weiterhin dadurch aus, dass nur ein geringer bis kein Betrag an Material abgetragen wird, wodurch die Sollwerte der geometrischen Struktur annähernd erhalten bleiben. Chemischen Abprodukte treten nicht auf. The method for removing dirt deposits and the use of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode is also characterized by the fact that only a small or no amount of material is removed, which means that the nominal values of the geometric structure are approximately retained. Chemical waste does not occur.
Vorteilhafterweise entstehen während und nach dem Verfahren zur Entfernung von Schmutzablagerungen und der Verwendung eines ultrakurz gepulsten Lasers mit Pulsen im Burst-Modus sehr geringe bis keine wärmebeeinflussten Zonen in der geometrischen Struktur. Advantageously, very little to no heat affected zones are created in the geometric structure during and after the decontamination process and the use of an ultra-short pulsed laser with burst mode pulses.
Damit kann das Verfahren zur Entfernung von Schmutzablagerungen oder die Verwendung eines ultrakurz gepulsten Lasers mit Pulsen im Burst-Modus vorteilhafterweise in der Mikroelektronik, der Mikrosystemtechnik und der Mikroverfahrenstechnik zur Reinigung der damit hergestellten geometrischen Strukturen angewandt werden. Geometrische Strukturen können bei der Mikrosystemtechnik insbesondere mechanische, optische, chemische oder biochemische Komponenten sein. The method for removing dirt deposits or the use of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode can thus be used advantageously in microelectronics, microsystems technology and microprocess technology for cleaning the geometric structures produced therewith. In microsystems technology, geometric structures can in particular be mechanical, optical, chemical or biochemical components.
Das Verfahren zur Entfernung von Schmutzablagerungen oder die Verwendung eines ultrakurz gepulsten Lasers mit Pulsen im Burst-Modus sind ein hochselektives Reinigungsverfahren. The method of removing dirt deposits or using an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode is a highly selective cleaning method.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent patent claims.
Die Pulswiederholfrequenz in einem Burst kann in einer Ausführungsform gleich/größer 1 GHz und die Pulsdauer eines Pulses in einem Burst kleiner/gleich 1 ns sein. Mit einem ersten Puls des Burst (Pulsgruppe) wird in einer Ausführungsform auf der Debris ein Plasma erzeugt. Mit der Wechselwirkung wenigstens eines Folgepulses oder von Folgepulsen des Burst mit dem Plasma wird eine Stoßwelle als Druckwelle oder Stoßwellen als Druckwellen auf die wenigstens eine Schmutzablagerung induziert und die Schmutzablagerung entfernt. In one embodiment, the pulse repetition frequency in a burst can be greater than or equal to 1 GHz and the pulse duration of a pulse in a burst can be less than or equal to 1 ns. In one embodiment, a plasma is generated on the debris with a first pulse of the burst (pulse group). With the interaction of at least one subsequent pulse or subsequent pulses of the burst with the plasma, a shock wave as a pressure wave or shock waves as pressure waves is induced on the at least one dirt deposit and the dirt deposit is removed.
Die Anzahl an Stoßwellen kann in einer Ausführungsform mit der Anzahl an Folgepulsen im Burst bestimmt werden. In one embodiment, the number of shock waves can be determined with the number of subsequent pulses in the burst.
Die Kraft der Stoßwelle kann in einer Ausführungsform mit der Pulsdauer und der Fluenz pro Folgepuls bestimmt werden. In one embodiment, the force of the shock wave can be determined using the pulse duration and the fluence per subsequent pulse.
Zur Entfernung von Schmutzablagerungen kann in einer Ausführungsform ultrakurz gepulste Laserstrahlung des Lasers mit Pulsen im Burst-Modus mit einer Pulswiederholfrequenz in einem Burst gleich/größer 1 GHz und einer Pulsdauer eines Pulses in einem Burst kleiner/gleich 1 ns verwendet werden. In one embodiment, ultra-short pulsed laser radiation from the laser with pulses in burst mode with a pulse repetition frequency in a burst equal to/greater than 1 GHz and a pulse duration of a pulse in a burst of less than/equal to 1 ns can be used to remove dirt deposits.
Ein mit einem ersten Puls des Burst (Pulsgruppe, Pulszug) auf der Debris erzeugtes Plasma und eine mit der Wechselwirkung wenigstens eines Folgepulses oder von Folgepulsen des Burst mit dem Plasma induzierte und auf die wenigstens eine Schmutzablagerung wirkende Stoßwelle als Druckwelle wird in einer Ausführungsform zur Entfernung der Schmutzablagerung verwendet. A plasma generated on the debris with a first pulse of the burst (pulse group, pulse train) and a shock wave induced with the interaction of at least one subsequent pulse or subsequent pulses of the burst with the plasma and acting on the at least one dirt deposit as a pressure wave is used in one embodiment for removal of dirt deposit used.
Zur Entfernung von Schmutzablagerungen können in einer Ausführungsform der Laser mit der ultrakurz gepulsten Laserstrahlung und wenigstens ein Scanner zum Führen der Laserstrahlung und/oder eine Antrieb in Verbindung mit einem Träger des Körpers verwendet werden. Mittels einer so realisierbaren Relativbewegung zwischen der Laserstrahlung und der Materialoberfläche können die Pulsgruppen mit einer definierten Burstwiederholfrequenz auf dem Material bewegt werden. Zur Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren. In one embodiment, the laser with the ultra-short pulsed laser radiation and at least one scanner for guiding the laser radiation and/or a drive in connection with a wearer of the body can be used to remove dirt deposits. By means of a relative movement between the laser radiation and the material surface that can be implemented in this way, the pulse groups can be moved on the material with a defined burst repetition frequency. To implement the invention, it is also expedient to combine the above-described embodiments and features of the claims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Das Ausführungsbeispiel soll dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken. An embodiment of the invention is shown in principle in the drawings and is described in more detail below. The exemplary embodiment is intended to describe the invention without restricting it.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gepulsten Laserstrahlung mit einem Einzelpuls-Modus, 1 shows a schematic representation of a pulsed laser radiation with a single-pulse mode,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer gepulsten Laserstrahlung mit einem Burst-Modus und Fig. 2 is a schematic representation of a pulsed laser radiation with a burst mode and
Fig. 3 eine Einrichtung zur Entfernung von Schmutzablagerungen. 3 shows a device for removing dirt deposits.
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden ein Verfahren zur Entfernung von Schmutzablagerungen (Debris) an wenigstens einer geometrischen und mittels einer Mikrotechnik und/oder einer Nanotechnik hergestellten Strukturwenigstens eines Körpers 8, wobei die Schmutzablagerungen bei der Erzeugung der geometrischen Struktur durch eine Ablation oder eine Verdampfung von Material entstandene Schmutzablagerungen sind, und eine Verwendung eines ultrakurz gepulsten Lasers 3 mit Pulsen im Burst-Modus zusammen näher erläutert. In the following exemplary embodiment, a method for removing dirt deposits (debris) on at least one geometric structure produced by means of microtechnology and/or nanotechnology of at least one body 8 is described, with the dirt deposits occurring during the generation of the geometric structure by ablation or evaporation of material Are dirt deposits, and a use of an ultra-short pulsed laser 3 with pulses in burst mode together explained in more detail.
Dazu zeigen die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gepulsten Laserstrahlung mit einem Einzelpuls-Modus und die Fig. 2 eine schematische Darstellung einer gepulsten Laserstrahlung mit einem Burst-Modus. 1 shows a schematic representation of a pulsed laser radiation with a single pulse mode and FIG. 2 shows a schematic representation of a pulsed laser radiation with a burst mode.
Der Burst-Modus ist eine Lasertechnik, bei der Pulsgruppen 2 mit einer definierten Anzahl an Pulsen pro Pulsgruppe 2 und einer definierten Anzahl an Pulsenergie pro Puls in einer Pulsgruppe 2 mit der Materialoberfläche wechselwirken. Eine Pulsgruppe 2 ist ein Burst. Die Pulswiederholfrequenz in einem Burst ist dabei größer/gleich 1 GHz. Die Pulsdauer eines Pulses in einer Pulsgruppe 2 ist gleich/kleiner 1 ns. Die Fig. 1 zeigt zwei Einzelpulse 1 mit der Pulsenergie y in Abhängigkeit der Zeit x. In der Fig. 2 sind zwei Pulsgruppen 2 und damit zwei Bursts mit der Pulsenergie y in Abhängigkeit der Zeit x dargestellt. The burst mode is a laser technique in which pulse groups 2 interact with the material surface with a defined number of pulses per pulse group 2 and a defined number of pulse energy per pulse in a pulse group 2. A pulse group 2 is a burst. The pulse repetition rate in a burst is greater than or equal to 1 GHz. The pulse duration of a pulse in a pulse group 2 is less than or equal to 1 ns. 1 shows two individual pulses 1 with the pulse energy y as a function of the time x. Two pulse groups 2 and thus two bursts with the pulse energy y as a function of the time x are shown in FIG.
Der erste Puls der Pulsgruppe 2 eines Pulszuges (Burst) erzeugt auf der Debris ein Plasma. Durch die sehr kurze Pulswiederholzeit von wenigen bis einigen Pikosekunden wechselwirkt der Folgepuls mit diesem Plasma. Dadurch wird eine starke Stoßwelle induziert und die Debris durch einen vorrangig mechanischen Prozess entfernt. Die Anzahl an Stoßwellen kann mit der Anzahl an Pulsen im Burst reguliert werden. Die Kraft der Stoßwelle kann mit der Pulsdauer und der Fluenz pro Puls reguliert werden. The first pulse of pulse group 2 of a pulse train (burst) generates a plasma on the debris. Due to the very short pulse repetition time of a few to a few picoseconds, the subsequent pulse interacts with this plasma. This induces a powerful shock wave and removes the debris through a primarily mechanical process. The number of shock waves can be regulated with the number of pulses in the burst. The power of the shock wave can be regulated with the pulse duration and the fluence per pulse.
Die Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zur Entfernung von Schmutzablagerungen in einer prinzipiellen Darstellung. 3 shows a device for removing dirt deposits in a basic representation.
Zur Entfernung von Schmutzablagerungen können der Laser 3 mit der ultrakurz gepulsten Laserstrahlung 4 und wenigstens ein Scanner 5 zum Führen der Laserstrahlung 4 und/oder wenigstens ein Antrieb 6 als ein Bewegungsmechanismus in Verbindung mit einem Träger 7 des Körpers 8 verwendet werden. Mit einer Verwendung eines Scanners 5 und einer nachgeordneten F-Theta-Optik 9 kann die Laserstrahlung 4 über die Oberfläche der geometrischen Struktur des Körpers 8 geführt werden. Die F-Theta-Optik 9 fokussiert die Laserstrahlung 4 auf den Brennpunkt und bewirkt während des Scannens, dass der Brennpunkt immer in der Arbeitsebene senkrecht zur optischen Achse der F-Theta-Optik 9 liegt. Darüber hinaus folgt die Position in der Arbeitsebene näherungsweise der F-Theta-Bedingung, die Scan-Länge (Bildhöhe) ist etwa proportional zum eingestellten Scan-Winkel. Der Antrieb 6 kann insbesondere eine Einrichtung für eine Bewegung in wenigstens einer Richtung des Trägers sein. The laser 3 with the ultra-short pulsed laser radiation 4 and at least one scanner 5 for guiding the laser radiation 4 and/or at least one drive 6 as a movement mechanism in connection with a carrier 7 of the body 8 can be used to remove dirt deposits. The laser radiation 4 can be guided over the surface of the geometric structure of the body 8 by using a scanner 5 and a downstream f-theta optics 9 . The f-theta optics 9 focus the laser radiation 4 onto the focal point and, during scanning, causes the focal point to always lie in the working plane perpendicular to the optical axis of the f-theta optics 9 . In addition, the position in the working plane approximately follows the F-Theta condition, the scan length (image height) is approximately proportional to the set scan angle. The drive 6 can in particular be a device for a movement in at least one direction of the carrier.

Claims

9 Patentansprüche 9 patent claims
1 . Verfahren zur Entfernung von Schmutzablagerungen (Debris) an wenigstens einer geometrischen und mittels einer Mikrotechnik und/oder einer Nanotechnik hergestellten Struktur wenigstens eines Körpers (8), wobei die Schmutzablagerungen bei der Erzeugung der geometrischen Struktur durch eine Ablation oder eine Verdampfung von Material entstandene Schmutzablagerungen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfernung der Schmutzablagerungen die geometrische Struktur mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung (4) eines Lasers (3) mit Pulsen im Burst-Modus beaufschlagt wird. 1 . Method for removing dirt deposits (debris) on at least one geometric structure of at least one body (8) produced by means of microtechnology and/or nanotechnology, the dirt deposits being dirt deposits created during the creation of the geometric structure by ablation or evaporation of material , characterized in that to remove the dirt deposits, the geometric structure is subjected to ultra-short pulsed laser radiation (4) from a laser (3) with pulses in burst mode.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pulswiederholfrequenz in einem Burst gleich/größer 1 GHz und die Pulsdauer eines Pulses in einem Burst kleiner/gleich 1 ns ist 2. The method according to claim 1, characterized in that the pulse repetition frequency in a burst is greater than or equal to 1 GHz and the pulse duration of a pulse in a burst is less than or equal to 1 ns
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit einem ersten Puls des Burst auf der Debris ein Plasma erzeugt wird und dass mit der Wechselwirkung wenigstens eines Folgepulses oder von Folgepulsen des Burst mit dem Plasma eine Stoßwelle oder Stoßwellen auf die wenigstens eine Schmutzablagerung induziert wird und die Schmutzablagerung entfernt wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that a plasma is generated on the debris with a first pulse of the burst and that the interaction of at least one subsequent pulse or subsequent pulses of the burst with the plasma induces a shock wave or shock waves on the at least one dirt deposit and the dirt deposit is removed.
4. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Stoßwellen mit der Anzahl an Folgepulsen im Burst bestimmt wird. 4. The method according to claims 1 and 3, characterized in that the number of shock waves is determined with the number of subsequent pulses in the burst.
5. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft der Stoßwelle mit der Pulsdauer und der Fluenz pro Folgepuls bestimmt wird. 5. The method according to claims 1 and 3, characterized in that the force of the shock wave is determined with the pulse duration and the fluence per subsequent pulse.
6. Verwendung eines ultrakurz gepulsten Lasers mit Pulsen im Burst-Modus, dadurch gekennzeichnet, dass die ultrakurz gepulste Laserstrahlung (4) des Lasers (3) mit Pulsen im Burst-Modus zur Entfernung von Schmutzablagerungen (Debris) an wenigstens einer geometrischen und mittels einer Mikrotechnik und/oder einer Nanotechnik hergestellten Struktur wenigstens eines Körpers (8) verwendet wird, wobei die Schmutzablagerungen bei der Erzeugung der geometrischen Struktur durch eine Ablation oder eine Verdampfung von Material entstandene Schmutzablagerungen sind. 6. Use of an ultra-short pulsed laser with pulses in burst mode, characterized in that the ultra-short pulsed laser radiation (4) of the laser (3) with pulses in burst mode to remove dirt deposits (debris) on at least one geometric and by means of a Microtechnology and / or a nanotechnology produced structure of at least one body (8) is used, wherein the dirt deposits in the production of the geometric structure by ablation or evaporation of material are dirt deposits.
7. Verwendung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfernung von Schmutzablagerungen ultrakurz gepulste Laserstrahlung (4) des Lasers (3) mit Pulsen im Burst-Modus mit einer Pulswiederholfrequenz in einem Burst gleich/größer 1 GHz und einer Pulsdauer eines Pulses in einem Burst kleiner/gleich 1 ns verwendet wird. 7. Use according to Patent Claim 6, characterized in that, to remove dirt deposits, ultra-short pulsed laser radiation (4) of the laser (3) with pulses in burst mode with a pulse repetition frequency in a burst equal to / greater than 1 GHz and a pulse duration of a pulse in one Burst less than or equal to 1 ns is used.
8. Verwendung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem ersten Puls des Burst auf der Debris erzeugtes Plasma und eine mit der Wechselwirkung wenigstens eines Folgepulses oder von Folgepulsen des Burst mit dem Plasma induzierte und auf die wenigstens eine Schmutzablagerung wirkende Stoßwelle zur Entfernung der Schmutzablagerung verwendet wird. 8. Use according to claim 6, characterized in that a plasma generated on the debris with a first pulse of the burst and a shock wave induced by the interaction of at least one subsequent pulse or subsequent pulses of the burst with the plasma and acting on the at least one dirt deposit for removal of dirt deposit is used.
9. Verwendung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfernung von Schmutzablagerungen der Laser (3) mit der ultrakurz gepulsten Laserstrahlung (4) und wenigstens ein Scanner (5) zum Führen der Laserstrahlung (4) und/oder wenigstens ein Antrieb (6) in Verbindung mit einem Träger (7) des Körpers (8) verwendet werden. 9. Use according to Patent Claim 6, characterized in that, to remove dirt deposits, the laser (3) with the ultra-short pulsed laser radiation (4) and at least one scanner (5) for guiding the laser radiation (4) and/or at least one drive (6 ) be used in connection with a carrier (7) of the body (8).
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