DE19752203A1 - Ablation product removal method for laser structuring process - Google Patents

Ablation product removal method for laser structuring process

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Abstract

The method has the surface (8) of a structured workpiece (9) cleaned for removal of the ablation products after a laser structuring process, by using the same laser radiation and the same laser parameters as are used for the laser structuring process itself.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Laseroberflächenbehandlung und -bearbeitung. Sie kommt bei der Laserstrukturierung verschiedenster Materialien durch Ablation, insbesondere bei der Laserstrukturierung durch Ablation mit dem Verfahren der Maskenprojektion, zum Einsatz.The invention relates to the field of laser surface treatment and processing. she comes in the laser structuring of various materials through ablation, especially in the Laser structuring by ablation using the mask projection method.

Es ist allgemein bekannt, daß bei der Lasermikrostrukturierung mit dem Verfahren der Maskenprojektion eine Maske mit dem meist homogenisierten Laserstrahl, meist dem eines Excimerlasers, bestrahlt wird. Mittels eines Objektivs wird die Maske verkleinert auf dem zu strukturierenden Werkstück abgebildet.It is generally known that in laser microstructuring using the method of Mask projection a mask with the mostly homogenized laser beam, usually one Excimer laser, is irradiated. Using a lens, the mask is made smaller on the structuring workpiece.

Dadurch entsteht auf dem Werkstück ein Bild der Maske, wobei in den bestrahlten Teilgebieten der entstehenden Struktur eine zur Ablation ausreichende Energiedichte vorhanden ist. Während des Abtragsprozesses in diesen Gebieten kommt es dabei zur Ablagerung von Ablationsprodukten in anderen Teilgebieten der zu erzeugenden Struktur, die nicht durch den Laserstrahl getroffen werden.This creates an image of the mask on the workpiece, with the resulting structure there is sufficient energy density for ablation. During the Ablation process in these areas leads to the deposition of ablation products in other sub-areas of the structure to be created that are not hit by the laser beam become.

Zur Verhinderung des Ablagerns bzw. zur Beseitigung dieser Rückstände werden einerseits verschiedene Arbeitsgasatmosphären, ein Druckluftstrahl während des Prozesses angewendet oder der Ablationsprozeß im Vakuum durchgeführt. Andererseits schließt man an den Strukturierungsschritt eine Endreinigung an, die beispielsweise in einem Ultraschallbad ausgeführt werden kann. Insbesondere bei der erst genannten Methode bleibt trotzdem ein gewisser Anteil von Ablationsprodukten auf dem Werkstück zurück. Der Nachteil der zweiten Methode besteht darin, daß ein zusätzlicher Arbeitsschritt in einem zusätzlichen Reinigungsgerät erforderlich ist. Diese Verfahren der Laserreinigung und Varianten dazu sind bereits vielfach beschrieben (vgl. beispiels­ weise US 5,531,857 oder US 5,151,135).On the one hand, to prevent deposition or to remove these residues different working gas atmospheres, a compressed air jet applied during the process or the ablation process is carried out in a vacuum. On the other hand, one connects to the Structuring step to a final cleaning, which is carried out, for example, in an ultrasonic bath can be. In the case of the first-mentioned method in particular, a certain proportion remains Ablation products back on the workpiece. The disadvantage of the second method is that an additional step in an additional cleaning device is required. This Methods of laser cleaning and variants for this have already been described many times (cf. example see US 5,531,857 or US 5,151,135).

Im Patent WO 94/07638 wird ein Reinigungsprozeß vorgeschlagen, der den Abtrag der Ablationsprodukte durch Laserstrahlung vorsieht, die ebenfalls vorher zur Strukturierung mittels Ablation verwendet wurde, aber eine geringere Energiedichte aufweist. Reinigung und Strukturierung wird dabei alternierend angewendet. Um bei der verwendeten experimentellen Anordnung die Probe flächig, mit geringer Energiedichte zu bestrahlen, ist dabei aber ein Abrastern der Probe mit Laserstrahlung abgeschwächter Intensität bzw. eine Aufweitung des Strahles durch Änderung des Abbildungsverhältnisses erforderlich, was einen zusätzlichen Aufwand erfordert. Hinzu kommt, daß die Ablagerungsprodukte für bestimmte Materialien oftmals nur mit der gleichen bzw. einer höheren Energiedichte abgetragen werden können.In patent WO 94/07638, a cleaning process is proposed which removes the Provides ablation products by laser radiation, which are also previously used for structuring Ablation has been used but has a lower energy density. Cleaning and Structuring is used alternately. To be used in the experimental Arranging the sample over a large area, with low energy density, is a scanning the sample with laser radiation attenuated intensity or an expansion of the beam Change of the image ratio required, which requires additional effort. In addition, the deposit products for certain materials are often only the same or a higher energy density can be removed.

Es ist nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Beseitigen von Ablationsrückständen beim Laserstrukturierungsprozeß durch Ablation vorzuschlagen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.It is an object of the present invention to provide a method for eliminating To propose ablation residues in the laser structuring process by means of ablation, with which the  Disadvantages of the prior art can be eliminated.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung ein Verfahren der genannten Art anzugeben, das keinen zusätzlichen Aufwand erfordert und das für unterschiedlichste Materialien mit gleichen Bedingungen und Parametern durchführbar ist.It is therefore an object of the invention to provide a method of the type mentioned which does not requires additional effort and that for different materials with the same Conditions and parameters can be carried out.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung ein Verfahren der genannten Art aufzuzeigen, bei dem ein Abrastern der Probe mit Laserstrahlung abgeschwächter Intensität bzw. eine Aufweitung des Strahles durch Änderung der Abbildungsverhältnisse nicht erforderlich ist und daß dieses Verfahren auch bei solchen Ablagerungen, die nur mit der gleichen bzw. einer höheren Energiedichte abge­ tragen werden können, mit gleichen Bedingungen und Parametern durchführbar ist.It is accordingly an object of the invention to show a method of the type mentioned, in which a Scanning the sample with weakened intensity or an expansion of the Beam by changing the imaging ratio is not necessary and that this method even with deposits that are only abge with the same or a higher energy density can be worn with the same conditions and parameters.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben mit einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 gelöst.According to the invention, these tasks are performed using a method according to one or more of the Claims 1 to 11 solved.

Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beseitigung von Ablationsrückständen beim Laserstrukturierungsprozeß mittels Maskenprojektion besteht darin, daß nach dem Laser­ strukturierungsprozeß das strukturierte Werkstück im Flächenbereich mit der gleichen Laser­ strahlung von Ablationsrückständen des vorangegangenen Strukturierungsprozesses durch einen erneuten unstrukturierten flächenhaften Laserabtragsprozeß bei gleichen Laserparametern gereinigt wird. Vorteilhafterweise kann diese flächenhafte Bestrahlung erreicht werden, wenn die bei der Strukturierung verwendete Maske aus dem Strahlengang entfernt wird.The basic idea of the method according to the invention for removing ablation residues in the laser structuring process by means of mask projection is that after the laser structuring process the structured workpiece in the surface area with the same laser radiation of ablation residues from the previous structuring process by a renewed unstructured areal laser ablation process with the same laser parameters cleaned becomes. Advantageously, this areal radiation can be achieved if the Structuring used mask is removed from the beam path.

Es ist für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft, wenn der erneute unstrukturierte Laserabtrag­ prozeß in den Gesamtstrukturierungsprozeß integriert ist. Für den Fall, daß die flächenhafte Bestrahlung für den erneuten unstrukturierten Laserabtragprozeß durch das Entfernen der Maske aus dem Strahlengang erfolgt, kann die Integrierung in den Gesamtlaserstrukturierungsprozeß dadurch erfolgen, daß die Maske im ständigen Wechsel aus dem Strahlengang entfernt bzw. in diesen hineingebracht wird.For certain applications, it is advantageous if the renewed unstructured laser ablation process is integrated into the overall structuring process. In the event that the areal Irradiation for the renewed unstructured laser ablation process by removing the mask from the beam path, can be integrated into the overall laser structuring process in that the mask is alternately removed from the beam path or in is brought in.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn sich der Reinigungsprozeß direkt an den Strukturierungsprozeß anschließt und/oder ohne Manipulation an Werkstück und Abbildungsoptik durchgeführt wird.It is also advantageous if the cleaning process is directly related to the structuring process is then carried out and / or without manipulation of the workpiece and imaging optics.

Es ist darüberhinaus günstig, wenn zur Durchführung des Gesamtprozesses ein Impulslaser, beispielsweise Excimer- oder CO2-TEA-Laser eingesetzt wird und der Reinigungsprozeß mit gegenüber dem Strukturierungsprozeß sehr wenigen Pulsen (z. B. < 5, bei 500 erforderlichen Pulsen zur Strukturierung) in einer sehr kurzen Zeit durchgeführt wird. It is also advantageous if a pulse laser, for example excimer or CO 2 TEA laser, is used to carry out the overall process and the cleaning process uses very few pulses compared to the structuring process (e.g. <5, with 500 pulses required for structuring) is done in a very short time.

Prinzipiell wird der Prozeß so durchgeführt, daß der Strukturierungsprozeß auf konventionelle Art und Weise, wie oben beschrieben, durch optische Abbildung einer Maske auf das Werkstück durchgeführt wird und im Anschluß an den Strukturierungsprozeß wird die Maske aus dem Strahlengang entfernt. Dadurch werden nun vom Laserstrahl auf dem Werkstück auch Teilgebiete der Struktur getroffen, in denen vorher kein Ablationsprozeß stattfand und in denen sich deshalb Ablationsprodukte ablagerten. Auf diese Weise findet nun eine unstrukturierte flächenhafte Ablation statt, die die verunreinigten Bereiche säubert. Eine Ablagerung im nun flächigen Ablations­ gebiet findet nicht statt. Dieser Prozeß ist sehr kurz, da nur wenige Laserimpulse ausreichen, um die meist locker anhaftenden Ablationsprodukte abzutragen.In principle, the process is carried out so that the structuring process in a conventional manner and, as described above, by optically imaging a mask on the workpiece is carried out and following the structuring process, the mask is removed from the Beam path removed. As a result, the laser beam on the workpiece now also becomes partial areas the structure in which no ablation process previously took place and in which there is Ablation products deposited. In this way there is now an unstructured areal Ablation instead, which cleans the contaminated areas. A deposit in the now extensive ablation area does not take place. This process is very short because only a few laser pulses are sufficient to achieve the to remove mostly loosely adhering ablation products.

Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht die Beseitigung von abgelagerten Ablationsprodukten aus dem Bereich der erzeugten Struktur ohne zusätzliche Maßnahmen, wie Gaszuführung, anschließ­ ende Endreinigung in einem gesonderten Gerät, Abscannen der Probe mit dem Laserstrahl oder Änderungen im Abbildungssystem zur Laserreinigung.The proposed invention enables the removal of deposited ablation products the area of the structure produced without additional measures such as gas supply End cleaning in a separate device, scanning the sample with the laser beam or Changes in the imaging system for laser cleaning.

Durch die Anwendung der Erfindung kann mit der zur Strukturierung genutzten Apparatur, ohne Manipulation am Werkstück durch einen sehr kurzen sich an den Strukturierungsprozeß anschließ­ enden Arbeitsschritt eine vollständige Beseitigung der Ablagerungen von Ablationsprodukten im Bereich der Struktur erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der Methode ist darin zu sehen, daß an der Anlage keine zusätzlichen Einrichtungen erforderlich sind. Das Verfahren kann deshalb an jeder schon existierenden Maskenprojektionsanlage verwendet werden, wenn die zu erzeugende Struktur kleinere Abmessungen hat als die einer Struktur maximaler Größe der betrachteten Anlage.By using the invention, the apparatus used for structuring can be used without Manipulation of the workpiece by a very short following the structuring process At the end of the step, a complete removal of the deposits of ablation products in the Area of structure can be achieved. Another advantage of the method is that the facility does not require any additional facilities. The procedure can therefore be carried out on everyone Existing mask projection system can be used when the structure to be created has smaller dimensions than that of a structure of maximum size for the system under consideration.

An nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail in the following exemplary embodiment.

AusführungsbeispielEmbodiment

Mit der experimentellen Anordnung von Abb. 1 werden beispielsweise Einzelstrukturen gemäß Abb. 2a in Polyimidfolie durch Maskenprojektion einer Metallmaske mit Aussparungen entsprechend Abb. 2a, deren Größe wesentlich kleiner als das Bestrahlungsfeld in der Maskenebene ist (entsprechend Abb. 2b), mittels XeCl-Excimerlaser-Ablation strukturiert. Die Energiedichte auf der Polyimidfolie liegt dabei bei ca. 1 Jcm-2. Um die eingebrachte Struktur bildet sich auf der Polyimidoberfläche ein Gebiet, daß durch Ablagerungen von Ablationsprodukten gekennzeichnet ist. Diese Ablationsprodukte werden durch 3 Laserimpulse, durch flächige Ablation, bei aus dem Strahlengang entfernter Maske, mit der gleichen Energiedichte abgetragen. With the experimental arrangement of Fig. 1, for example, single structures according to Fig. 2a in polyimide film by mask projection of a metal mask with recesses according to Fig. 2a, the size of which is significantly smaller than the radiation field in the mask plane (according to Fig. 2b), using XeCl excimer laser - structured ablation. The energy density on the polyimide film is approximately 1 Jcm -2 . An area around the introduced structure forms on the polyimide surface that is characterized by deposits of ablation products. These ablation products are ablated with the same energy density by 3 laser pulses, by flat ablation, with the mask removed from the beam path.

BezugszeichenlisteReference list

11

Laser
laser

22nd

Maskenverschiebung
Mask shift

33rd

Feldlinse
Field lens

44th

Spiegel
mirror

55

Homogenisator
Homogenizer

66

Maske
mask

77

Objektiv
lens

88th

Fläche, die gereinigt wird
Area to be cleaned

99

zu strukturierende Probe
sample to be structured

1010th

Probenbewegung
Sample movement

Claims (11)

1. Verfahren zum Beseitigen von Ablationsrückständen beim Laserstrukturierungsprozeß durch Ablation, wobei der Laserstrukturierungsprozeß nach dem Verfahren der Maskenprojektion durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Laserstrukturierungsprozeß die Reinigung der Oberfläche des strukturierten Werkstücks erfolgt, indem die Oberfläche des strukturierten Werkstücks im Flächenbereich mit der gleichen Laserstrahlung, mit der auch der Laserstrukturierungsprozeß durchgeführt wurde, bestrahlt und dadurch ein erneuter unstrukturierter flächenhafter Laserabtragungsprozeß erfolgt, wobei dabei die Laserparameter dieses flächenhaften Laserabtragprozesses denen des Laserstrukturierungsprozesses gleichen.1. A method for removing ablation residues in the laser structuring process by ablation, the laser structuring process being carried out by the mask projection method, characterized in that after the laser structuring process, the surface of the structured workpiece is cleaned by the surface of the structured workpiece having the same area in the area Laser radiation, with which the laser structuring process was also carried out, is irradiated and a renewed unstructured areal laser ablation process takes place, the laser parameters of this areal laser ablation process being identical to those of the laser structuring process. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erneute unstrukturierte flächenhafte Laserabtragprozeß erreicht wird, indem die beim Laserstrukturierungsprozeß verwendete Maske aus dem Strahlengang entfernt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the renewed unstructured areal laser ablation process is achieved by the laser structuring process mask used is removed from the beam path. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im speziellen Anwendungsfall die Maske nur kurzzeitig aus dem Strahlengang entfernt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that in the special application Mask is only removed from the beam for a short time. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zur Reinigung der Oberfläche des strukturierten Werkstücks angewandte erneute unstrukturierte flächenhafte, Laserabtragungsprozeß direkt und unmittelbar an den Laserstrukturierungsprozeß anschließt.4. The method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the renewed unstructured used to clean the surface of the structured workpiece areal, laser ablation process directly and immediately to the laser structuring process connects. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Reinigung der Oberfläche des strukturierten Werkstücks angewandte erneute unstrukturierte flächenhafte Laserabtragprozeß ohne Manipulation an Werkstück und/oder Abbildungsoptik durchgeführt wird.5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the for Cleaning the surface of the structured workpiece applied again unstructured areal laser ablation process without manipulation of workpiece and / or imaging optics is carried out. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Laserstrukturierungsprozeß und damit auch beim erneuten unstrukturierten flächen haften Laserabtragprozeß, der zur Reinigung der Oberfläche des strukturierten Werkstücks angewandt wird, ein Impulslaser eingesetzt wird.6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that at Laser structuring process and thus also stick to the new unstructured surfaces Laser ablation process used to clean the surface of the structured workpiece an impulse laser is used. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Excimerlaser oder CO2-TEA-Laser eingesetzt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that excimer laser or CO 2 TEA laser is used. 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Laserpulse beim erneuten unstrukturierten flächenhaften Laserabtragprozeß zur Reinigung der Oberfläche des strukturierten Werkstücks deutlich geringer ist als die Zahl der Laserpulse für den Laserstrukturierungsprozeß. 8. The method according to at least one of claims 6 and 7, characterized in that the Number of laser pulses during the renewed unstructured areal laser ablation process Cleaning the surface of the structured workpiece is significantly less than the number of Laser pulses for the laser structuring process.   9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erneute unstrukturierte flächenhafte Laserabtragprozeß zur Reinigung der Oberfläche des strukturierten Werkstücks in den Gesamtlaserstrukturierungsprozeß integriert ist.9. The method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the renewed unstructured areal laser ablation process for cleaning the surface of the structured workpiece is integrated into the overall laser structuring process. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Integration des erneuten unstrukturierten flächenhaften Laserabtragprozeß zur Reinigung der Oberfläche des strukturierten Werkstücks in den Gesamtlaserstrukturierungsprozeß dadurch erfolgt, daß sie im ständigen Wechsel mit der Laserstrukturierung stattfindet.10. The method according to claim 9, characterized in that the integration of the renewed unstructured areal laser ablation process for cleaning the surface of the structured Work piece in the overall laser structuring process takes place in that it is in constant Change with the laser structuring takes place. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß der erneute, unstrukturierte, flächenhafte Laserabtragprozeß durch Entfernung der bei der Laserstrukturierung verwendeten Maske aus dem Strahlengang erreicht wird, die Integration in den Gesamtstrukturierungsprozeß dadurch erfolgt, daß diese Maske im ständigen Wechsel aus dem Strahlengang entfernt bzw. in diesen hinein gebracht wird, wobei das Gesamtsystem dabei über die gesamte zu bearbeitende Oberfläche geführt werden kann.11. The method according to claim 10, characterized in that in the event that the renewed, unstructured, extensive laser ablation process by removing the laser structuring used mask is reached from the beam path, integration into the Overall structuring process takes place in that this mask alternates from the Beam path is removed or brought into this, the entire system over the entire surface to be processed can be guided.
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