DE19918802A1

DE19918802A1 - Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum

Info

Publication number: DE19918802A1
Application number: DE19918802A
Authority: DE
Inventors: Robby Ebert; Guenter Reise; Horst Exner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-17
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum. Die Vorrichtung besteht grundsätzlich aus mindestens einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung und einer Bearbeitungskammer, deren Deckplatte eine kreisförmige Öffnung besitzt. Auf der Öffnung befindet sich eine kreisförmige Fensterplatte, die durch eine Führung und eine entsprechende Dichtung unter Vakuumbedingungen drehbar ist. In die Fensterplatte ist mindestens ein kleineres Fenster mit einer Vakuumdichtung eingebracht. DOLLAR A Während der Bearbeitung wird die Fensterplatte z. B. mit großer Drehzahl ohne mechanische Kopplung zum Laserstrahl bewegt und jeder Punkt des/der Werkstücks/e mit gepulster Laserstrahlung unter Verwendung eines Scanners durch eine spezielle Steuerung in hoher Geschwindigkeit erreicht. DOLLAR A Durch die Anordnung sind Bearbeitungskammern mit großer Bearbeitungsfläche bei voller Evakuierbarkeit realisierbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach Patent Nr. 198 01 612 zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.

Der Einsatz von mit einem Gasgemisch gefüllten Kammern bei der Bearbeitung von Materialien mit Laserstrahlen ist bekannt. So wird in der DE 195 07 206 eine Anordnung zur flexiblen Er zeugung von Mikrostrukturen auf großen Flächen und ein Verfah ren dazu angegeben. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass ein großflächiges Einkoppelfenster, das über die gesamte Fläche des mittleren Abschnittes einer in drei Abschnitte auf geteilten kubischen Bearbeitungskammer reicht, eingesetzt wird. Das Einkoppelfenster besteht aus einem dünnen und für die Laserstrahlung transparenten Material. Bei der Evakuierung der Bearbeitungskammer wird dieses Einkoppelfenster durch mindes tens ein Stützelement gehalten. Dieses befindet sich auf einer in der Bearbeitungskammer bewegbaren Trägerplatte, auf der sich gleichzeitig die Substrathalterung befindet.

Damit sind großflächige Bearbeitungskammern realisierbar, die aber nur für die Entfernung der Reaktionsgase und für die Rei nigung der Substrate evakuiert werden können. Die eigentliche Erzeugung der Mikrostrukturen erfolgt stets unter Normaldruck. In der US 5 174 826 wird eine Anlage beschrieben, die grund sätzlich aus einer Bearbeitungskammer mit einem Einkoppelfen ster für die Laserstrahlen, einer verschließbaren Öffnung zur Beschickung oder Entnahme des Substrates und verschiedenen An schlußstutzen für das Befüllen oder Abpumpen verschiedener gas förmigen Medien besteht.

Die Bearbeitungskammer ist evakuierbar. Der erzielbare Unter druck wird durch die mechanischen Eigenschaften aller Teile der Bearbeitungskammer bestimmt. Darin liegt ein erster Nachteil dieser Anlage. Die Dicke und die Fläche des Einkoppelfensters bestimmen maßgeblich die Größe des Druckes. Um diesen Nachteil des kleinen Einkoppelfensters auszugleichen, erfolgt die Bewe gung des Lasers oder der Ablenkeinrichtung für die Laserstrah len außerhalb der Bearbeitungskammer und des Substrathalters in der Bearbeitungskammer während der Beschichtung. Darin liegt ein weiterer Nachteil, denn um alle Punkte oder Flächensegmente des Substrates zu erreichen, muß die Grundfläche der Bearbei tungskammer mindestens viermal größer als die Substratfläche oder der Substrathalterfläche ausgebildet werden. Bei sehr großen Substraten stellt diese Tatsache einen erheblichen Nach teil dar, da damit nicht nur die materiellen Aufwendungen, in Form von z. B. ökonomisch aufwendigen Bewegungseinrichtungen, steigen, sondern auch technologische Abläufe durch ein größeres Volumen der Bearbeitungskammer zeitlich verlängert ablaufen müssen. Ein größeres Volumen bedingt auch einen erhöhten Ver brauch an Precursorgasen.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung für das Bearbeiten von großflächigen Werkstücken oder mehreren großflächigen Werkstücken in mindes tens einer Vakuumkammer als Bearbeitungskammer mit Laser strahlen zu schaffen.

Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum zeichnet sich dadurch aus, dass durch ein gegenüber dem Werkstück oder den Werkstücken kleineres Fenster dieses/diese großflächig in einer Vakuum kammer mit Laserstrahlen bearbeitbar ist/sind. Die Vakuumkammer als Bearbeitungskammer weist eine kreisförmige Öffnung in der Deckplatte auf, die die Größe der bearbeitbaren Fläche be stimmt. Gleichzeitig ist diese Öffnung zur Beschickung der Bearbeitungskammer mit dem Werkstück oder den Werkstücken geeignet.

Das Fenster ist Teil einer Fensterplatte, die lose auf der Deckplatte angeordnet ist. Zwischen der Fensterplatte und der Deckplatte befindet sich eine O-Ringdichtung, die die Öffnung der Deckplatte der Bearbeitungskammer umschließt. Damit wird gewährleistet, dass

- die Bearbeitungskammer luftdicht nach außen abgedichtet ist,
- die Fensterplatte unter Vakuum auf der O-Ringdichtung gegen über der Bearbeitungskammer verdrehbar ist und
- die Fensterplatte und/oder die Bearbeitungskammer unter Normaldruck in der Bearbeitungskammer voneinander entfernbar sind.

Das Fenster besteht aus einem Stoff, der für die angewandte Laserwellenlänge transparent ist.

Das gegenüber der Fensterplatte kleinere Fenster führt vorteil hafterweise dazu, dass dessen Dicke bei gleichen Druckbedin gungen erheblich kleiner als ein vollflächiges Fenster aus führbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet eine feste Posi tion des Werkstücks oder der Werkstücke in der Bearbeitungs kammer. Bewegungseinrichtungen für das Werkstück oder die Werkstücke in der Bearbeitungskammer entfallen. Komplizierte und ökonomisch aufwendige Vorrichtungen werden eingespart. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der kreisförmig ausführbaren Grundfläche der Bearbeitungs kammer und der Deckplatte. Damit eignet sich die Vorrichtung insbesondere für die Halbleiterindustrie, wobei vorrangig runde Halbleiterscheiben bearbeitet werden, die durch die Ausführung der Kammer keinen unnötigen Vakuumraum beanspruchen. Eine oder mehrere Scheiben sind besonders günstig in der Bearbeitungs kammer plazierbar und großflächig unter Vakuumbedingungen mi krostrukturierbar. Mikrostrukturierung bedeutet beispielsweise Beschichten, Belichten, Abtragen, Schneiden oder Ätzen einer Halbleiterscheibe oder Teilen davon unter Erzeugung von latera len und vertikalen Strukturen im Bereich von 0,1 µm bis meh reren 100 µm. Das Vakuum wird verwendet zur

- Realisierung definierter Gaszusammensetzungen in der Reak tionszone,
- Entfernung von Reaktionsprodukten,
- Gewährleistung höchster Reinheitsanforderungen während der Bearbeitung oder
- Unterdrückung eines entstehenden Plasmas durch eine hohe Laserstrahlintensität.

Weiterhin ist mit der Vorrichtung auch ein großflächiges un strukturiertes Beschichten von flachen Werkstücken realisier bar.

Möglich sind ebenfalls Härten und Schweißen unter Vakuumbedin gungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent ansprüchen 2 bis 17 angegeben.

Die Ausgestaltungen der Fenster nach den Weiterbildungen der Patentansprüche 2 bis 4 sichert entsprechend der unterschied lichsten Geometrien der Werkstücke in Verbindung mit der dreh baren Fensterplatte und/oder Bearbeitungskammer eine vollstän dige Bearbeitung der Werkstücke in der Bearbeitungskammer durch einfallende Laserstrahlung.

Mehrere Fenster in der Fensterplatte nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 erhöht die Möglichkeit, die Grundflächen der Öffnung in der Deckplatte der Bearbeitungskammer und der Fensterplatte wesentlich zu vergrößern.

Verschiedene günstige Ausgestaltungen des oder der Fenster in der Deckplatte ist in der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 eine kreisförmige, elliptische, parabolische, langgestreckte oder streifenförmige Form. Dabei ist unter anderem auch der Mittelpunkt und der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Bear beitungskammer und dem Rand der Öffnung vollständig überdeck bar. Damit wird gewährleistet, dass die Öffnung bei einer Dreh bewegung der Fensterplatte und/oder Bearbeitungskammer voll ständig überstrichen wird.

Ein Führung an der Fensterplatte und der Deckplatte der Bear beitungskammer nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 dient einer genauen Bewegung und Positionierung.

Mit der Ausbildung der O-Ringdichtung als Radialdichtring nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 ist eine industrienahe und ökonomisch günstige Lösung für die Abdichtung der Vorrich tung und der gleichzeitigen Gewährleistung der Drehbewegung gegeben.

Die Kopplung der laserstrahlerzeugenden Einrichtung mit einem den Laserstrahl vollständig über die Öffnung der Bearbeitungs kammer führenden Antrieb nach der Weiterbildung des Patentan spruchs 9 gewährleistet ein flächenhaft und/oder struktuiertes Bearbeiten des oder der in der Bearbeitungskammer fest pla zierten Werkstücks oder Werkstücke. Die Verfahrbewegungen für die Fensterplatte und/oder Bearbeitungskammer und der laser strahlerzeugenden Einrichtung oder des Bearbeitungskopfes mit der Fokussieroptik sind je nach den Bearbeitungskriterien ein zeln nacheinander oder synchron miteinander verkoppelt. Die laserstrahlerzeugende Einrichtung oder der Bearbeitungskopf werden dabei direkt verfahren.

Der Einsatz eines den Laserstrahl vollständig über die Öffnung der Bearbeitungskammer führenden Ablenkspiegels nach der Wei terbildung des Patentanspruchs 10 erhöht die Ablenkgeschwin digkeit des Laserstrahls und damit die Bearbeitungsgeschwindig keit wesentlich. Gleichzeitig sinkt der gerätetechnische Auf wand.

Der Einsatz einer dreidimensionalen Ablenkeinheit und einem die Ablenkeinheit über die Öffnung führenden Antrieb nach der Wei terbildung des Patentanspruchs 11 ermöglicht die dreidimen sionale Strukturierung mit erhöhter Präzision und damit die Anwendung weiterer Bearbeitungsverfahren.

Ein in der Mitte der Fensterplatte angeordneter sich mitdreh ender Umlenkspiegel nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 erlaubt das Überstreichen eines Kreiszylinders auf der Bear beitungsfläche mit nur einer bewegten Achse, wenn ein radial symmetrischer Laserstrahl verwendet wird. Die Achse nimmt einen weiteren Umlenkspiegel und die Fokussieroptik auf und führt diese über ein streifenförmiges Fenster. Die Drehung der Fensterplatte kann in einer 360°-Pendelbewegung erfolgen.

Die Maßnahmen der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 erhöht die Flexibilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Weiterbildungen des Patentanspruchs 14 gewährleisten eine Bestückung der Bearbeitungskammer mit Substraten oder Werk stücken. Die Verwendung von zwei Schleusen in einer Bearbei tungskammer mit quadratischer oder rechteckiger Grundfläche ist die Grundlage für die Einbindung einer derartigen Vorrichtung in eine kontinuierlich verlaufende Fertigungstechnologie.

Eine die Laserstrahlen in die Bearbeitungskammer fokussierende Vorrichtung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 15 er möglicht die Bearbeitung von kleinen Strukturen auf dem Werk stück oder den Werkstücken.

Synchron arbeitende translatorische Antriebe nach der Weiter bildung des Patentanspruchs 16 ermöglichen die kontinuierliche Bearbeitung unterschiedlichster Konturenformen an oder auf den Werkstücken.

Eine die nichtlinear verkoppelten Dreh- und Translationsbewe gungen synchronisierende und die Form und die Abmessungen des Einkoppelfensters berücksichtigende Steuereinrichtung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 17 ermöglicht die kontinuier liche Bearbeitung unterschiedlichster Konturenformen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar gestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Bearbeitungskammer, das Lager, den Radialdichtring, die Fensterplatte und ein Fenster,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Bearbeitungskammer, die Nut, die O-Ringdichtung, die Fensterplatte und ein Fenster,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Fensterplatte mit einem Fenster in Form eines Kreisausschnitts,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Fensterplatte mit mehreren streifenförmigen Fenstern,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Fensterplatte mit zwei strei fenförmigen Fenstern,

Fig. 6 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur groß flächigen Bearbeitung von Werkstücken mit einem ver fahrbaren Diodenlaser oder einer über Glasfaserkabel angekoppelten laserstrahlerzeugenden Einrichtung ohne mechanische Kopplung zur Fensterplatte,

Fig. 7 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit einem mittig angeordneten Umlenkspiegel und einer verfahrbaren Ablenkeinheit,

Fig. 8 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur groß flächigen Bearbeitung von Werkstücken mit einem Fest körperlaser und einer verfahrbaren Ablenkeinheit und

Fig. 9 einen prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur groß flächigen Bearbeitung mit drei Laserstationen, einem Werkstückkarussell und zwei Werkstückschleusen.

1. Ausführungsbeispiel

Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum besteht aus einer Vakuum kammer als Bearbeitungskammer 1, einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung, Vorrichtungen zur Gasversorgung und Vakuumerzeu gung, optischen Bauteilen zur Führung von Laserstrahlen, einer Fensterplatte 2 und Antrieben. Ein prinzipieller Aufbau ist in den Fig. 1 und 6 dargestellt.

Die Bearbeitungskammer 1 ist aus einer kreisförmigen Grundplat te, einer Deckplatte 4 in Form eines Kreisrings und einer um laufenden Wand 5 aufgebaut. Damit ist ein zylinderförmiger Auf bau der Bearbeitungskammer 1 gegeben. Diese besteht aus einem Metall insbesondere einem Edelstahl. Die einzelnen Bestandteile in Form der Grundplatte, der Wand 5 und der Deckplatte 4 sind miteinander verschweißt. Die Öffnung 6 in der Deckplatte 4 ge währleistet eine vollständige Verschweißbarkeit des Kubus der Bearbeitungskammer 1. Damit ist ein einfacher Aufbau gegeben. Die Deckplatte 4 weist eine die Öffnung 6 vollständig um schließende Nut 7 auf, in der sich ein Radialdichtring 8 befin det. Als Materialien für den Radialdichtring 8 wird Kunststoff, vorzugsweise Viton eingesetzt.

Auf der Deckplatte 4 ist mit einem Wälzlager 9 die Fensterplat te 2 geführt, die auch eine Nut zur Aufnahme der Dichtlippe des Radialdichtringes 8 aufweist. In die Fensterplatte 2 ist ein entweder ein Fenster 3 oder sind mehrere Fenster 3 mit jeweils einer Vakuumdichtung eingebracht. Das oder die Fenster 3 be stehen vorzugsweise aus Glas oder einem für die Laserstrahlung transparenten Kunststoff. Es ist mittels Schraub- oder Klemm verbindungen mit der Fensterplatte 2 verbunden, so dass es sich leicht wechseln läßt.

Das Fenster 3 oder die Fenster 3 überdeckt(en) zum einen den Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Bearbeitungskammer 1 und dem Rand der Öffnung 6 und zum anderen den Mittelpunkt der Bearbeitungskammer 1 vollständig.

Zum Ersten besitzt das Fenster 3 vorteilhafterweise die Form eines Kreisausschnitts (Darstellung der Fig. 3) oder eines Streifens.

Zum Zweiten ist bei dem Einsatz von mehreren Fenstern 3 zwi schen Mittelpunkt und äußerem Rand der Öffnung 6 die Form von Streifen besonders günstig (Darstellung in der Fig. 4). Dabei sind die Fenster 3 so angeordnet, dass sich die Fenster 3 über lappen. Die Breite der Fenster 3 liegen im Bereich von 5 mm bis 40 mm.

Die Dicke der Fenster 3 insgesamt ist material- und breiten abhängig.

Die Abmessung der Fensterplatte 2 ist in jeder Abmessung größer als die äquivalenten Abmessungen des Radialdichtringes 8 mit dem Wälzlager 9, so dass diese vollständig bedeckt sind. Dadurch wird beim Verdrehen der Fensterplatte 2 zur Bearbei tungskammer 1 der luftdichte Verschluß der Bearbeitungskammer 1 gewährleistet.

Die Bearbeitungskammer 1 und/oder die Fensterplatte 2 sind mit einem Antrieb so verbunden, dass diese um den Mittelpunkt kon tinuierlich oder schrittweise verdreht wird. Die Antriebe sind bekannt und sind nicht dargestellt.

Das Fenster 3 oder eines der Fenster 3 befindet sich zeitweise zwischen der Bearbeitungskammer 1 und einer laserstrahlerzeu genden Einrichtung. Diese ist unter anderem in den folgenden Ausführungsformen realisierbar.

1. Ausführungsform

Die laserstrahlerzeugende Einrichtung ist in einer ersten Aus führungsform des ersten Ausführungsbeispiels ein Diodenlaser oder ein Faserlaser mit einer Fokussiereinrichtung 10, wobei der optische Ausgang direkt und mit einem minimalsten Abstand über die Oberfläche des oder der Fenster 3 geführt wird (Dar stellung in der Fig. 6). Dazu ist der Diodenlaser oder der Faserlaser mit der Fokussiereinrichtung 10 mit einer in x-, y- und z-Richtung kontinuierlich arbeitenden Bewegungseinrichtung fest verbunden. Zur Synchronisation der Bewegung der Fenster platte 2 und der Bewegungseinrichtung wird eine spezielle Steuerung eingesetzt, so dass Werkstücke kontinuierlich be arbeitet werden können.

2. Ausführungsform

Die laserstrahlerzeugenden Einrichtung ist in der zweiten Aus führungsform des ersten Ausführungsbeispiels ein Festkörper laser 10, der außerhalb der Bearbeitungskammer 1 fest instal liert ist. Die Verbindung zu einem Bearbeitungskopf mit Fokus sieroptik erfolgt mittels Glasfaserkabel. Der Bearbeitungskopf mit Fokussieroptik ist mit einer in x-, y- und z-Richtung kon tinuierlich arbeitenden Bewegungseinrichtung fest verbunden (Darstellung der Fig. 6).

3. Ausführungsform

Die laserstrahlerzeugende Einrichtung ist in einer dritten Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels ein gütege schalteter Festkörperlaser, der außerhalb der Fensterplatte 2 fest positioniert ist. Der Laserstrahl des Festkörperlasers verläuft parallel zu der Oberfläche der Fensterplatte 2. Als Ablenkeinheit mit Fokussieroptik kommt eine handelsübliche zweidimensional wirkende Scannereinheit mit entsprechendem Antrieb und einer integrierten F-Theta Optik zur Fokussierung der Laserstrahlung zur Anwendung. Das Scanfeld überstreicht die gesamte zu bearbeitende Fläche der Bearbeitungskammer 1.

Mit der Drehung der Fensterplatte 2 einschließlich des oder der Fenster 3 ist jede Position des Werkstücks zum entsprechenden Zeitpunkt erreichbar. Durch die Ausführung der Dichtung als Radialdichtring 8 ist eine hohe Umdrehungszahl realisierbar. Die für die Bearbeitung notwendige Ablenkung des Laserstrahls erfolgt mit der Scannereinheit. Zur Synchronisation der Dreh bewegung der Fensterplatte 2 und der Scanbewegung wird eine spezielle Steuerung eingesetzt. Damit wird eine sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit gewährleistet.

2. Ausführungsbeispiel

Die Vorrichtung zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum besteht aus einer Vakuum kammer als Bearbeitungskammer 1, einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung, Vorrichtungen zur Gasversorgung und Vakuumerzeu gung, optischen Bauteilen zur Führung von Laserstrahlen, einer Fensterplatte 2 und Antrieben. Ein prinzipieller Aufbau ist in den Fig. 2 und 6 dargestellt.

Die Bearbeitungskammer 1 ist wie in Ausführungsbeispiel 1 auf gebaut.

Die Deckplatte 4 weist eine die Öffnung 6 vollständig um schließende Nut 7 auf, in der sich eine O-Ringdichtung 11 be findet. Die Querschnitte der Nut 7 und der der O-Ringdichtung 11 sind so ausgestaltet, dass zum Ersten die O-Ringdichtung 11 über die Oberfläche der Deckplatte 4 ragt und zum Zweiten die O-Ringdichtung 11 die Nut 7 luftdicht verschließt. Dazu besitzt die Nut 7 vorzugsweise einen halbkreis-, rechteck-, dreieckig- oder trapezförmigen Querschnitt. Weiterhin ist der Querschnitt der O-Ringdichtung 11 vorteilhafterweise zweiteilig, wobei ein Teil dem der Nut 7 entspricht und der zweite Teil insbesondere halbkreisförmig ausgebildet ist (Darstellung in der Fig. 2). Als Materialien für die O-Ringdichtung 11 werden vorzugsweise Viton oder Teflon eingesetzt.

Auf der O-Ringdichtung 11 befindet sich die Fensterplatte 2. In diese ist mindestens ein Fenster 3 mit einer Vakuumdichtung eingebracht. Das Fenster 3 besteht vorzugsweise aus Glas oder einem für die Laserstrahlung transparenten Kunststoff. Es ist mittels Schraub- oder Klemmverbindungen mit der Fensterplatte 2 verbunden, so dass es sich leicht wechseln läßt.

Das Fenster 3 überdeckt zum einen den Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Bearbeitungskammer 1 und dem Rand der Öffnung 6 und zum anderen den Mittelpunkt der Bearbeitungskammer 1 voll ständig.

Das Fenster 3 besitzt vorteilhafterweise die Form eines Strei fens. Die Breite des Fensters 3 liegt im Bereich von 5 mm bis 20 mm und die Dicke insgesamt ist material- und breitenabhän gig.

Die Abmessung der Fensterplatte 2 ist in jeder Abmessung größer als die äquivalenten Abmessungen der O-Ringdichtung 11, so dass diese vollständig bedeckt ist. Dadurch wird beim Verdrehen der Fensterplatte 2 zur Bearbeitungskammer 1 und/oder der Bearbei tungskammer 1 zur Fensterplatte 2 der luftdichte Verschluß der Bearbeitungskammer 1 gewährleistet.

Die Bearbeitungskammer 1 und/oder die Fensterplatte 2 sind mit einem Antrieb so verbunden, dass diese um den Mittelpunkt kon tinuierlich oder schrittweise pendelnd um mindestens 360° ver dreht wird. Ein Rahmen als Lager unterstützt diese Bewegungs möglichkeit.

Das Fenster 3 befindet sich zwischen der Bearbeitungskammer 1 und einer laserstrahlerzeugenden Einrichtung. Diese ist unter anderem in den folgenden Ausführungsformen realisierbar.

1. Ausführungsform

Die laserstrahlerzeugende Einrichtung ist in einer ersten Aus führungsform des zweiten Ausführungsbeispiels ein Diodenlaser oder ein Faserlaser mit einer Fokussiereinrichtung 10, wobei der optische Ausgang direkt und mit einem minimalsten Abstand über die Oberfläche des Fensters 3 geführt wird (Darstellung in der Fig. 6). Dazu ist der Diodenlaser oder der Faserlaser mit der Fokussiereinrichtung 10 mit einer in x- und z-Richtung kontinuierlich arbeitenden Bewegungseinrichtung fest verbunden. Diese ist parallel zum Fenster 3 fest auf der Fensterplatte 2 angeordnet. Die Bewegung des Laserstrahles zum Werkstück er folgt durch die Bewegungseinrichtung und durch die Drehung der Fensterplatte 2.

2. Ausführungsform

Die laserstrahlerzeugenden Einrichtung ist in der zweiten Aus führungsform des zweiten Ausführungsbeispiels ein Festkörper laser 10, der außerhalb der Bearbeitungskammer 1 fest instal liert ist. Die Verbindung zu einem Bearbeitungskopf mit Fokus sieroptik erfolgt mittels Glasfaserkabel. Der Bearbeitungskopf mit Fokussieroptik ist mit einer in x- und z-Richtung konti nuierlich arbeitenden Bewegungseinrichtung fest verbunden (Darstellung der Fig. 6).

3. Ausführungsform

Die laserstrahlerzeugende Einrichtung ist in einer dritten Aus führungsform des zweiten Ausführungsbeispiels ein Festkörper laser, der auf der Fensterplatte fest positioniert ist. Die Austrittsstelle des Laserstrahles befindet sich außerhalb des Fensters. Der Festkörperlaser wird mit der Fensterplatte ver dreht. Der Laserstrahl des Festkörperlasers verläuft zum einen parallel zu der Oberfläche der Fensterplatte und zum anderen in einer Achse des Fensters. Im Strahlengang oberhalb des strei fenförmigen Fensters ist eine optische Einheit derart ange ordnet, dass der Laserstrahl über diese Achse des Fensters geführt werden kann.

Die Ablenkeinheit mit Fokussieroptik besteht vorzugsweise aus einem handelsüblichen eindimensionalen Scannerspiegel mit einem Antrieb oder einem rotierenden Polygonspiegel und der Fokus sieroptik. Unmittelbar über dem Fenster ist eine Korrekturoptik angebracht, so dass die Laserstrahlen senkrecht auf die Werk stückoberfläche auftreffen. Die Optiken sind vorzugseise aus Glas oder einem transparenten Kunststoff.

4. Ausführungsform

Die laserstrahlerzeugende Einrichtung ist in einer vierten Aus führungsform des zweiten Ausführungsbeispiels ein Festkörper laser 12, der auf der Fensterplatte 2 fest positioniert ist (Darstellung in der Fig. 8). Die Austrittsstelle des Laser strahles 13 befindet sich außerhalb des Fensters 3. Der Fest körperlaser 12 wird mit der Fensterplatte 2 verdreht. Der Laserstrahl 13 des Festkörperlasers 12 verläuft zum einen parallel zu der Oberfläche der Fensterplatte 2 und zum anderen in einer Achse des Fensters 3. Eine Ablenkeinheit 14 mit Fo kussieroptik ist eine handelsübliche zweidimensional wirkende Scannereinheit mit einem Antrieb und einer integrierten kurz brennweitigen F-Theta Optik zur Fokussierung der Laserstrahlung mit zugehöriger rechnergesteuerter Fokuslagesteuerung über eine zusätzliche Achse in Richtung der Laserstrahlung. Das Scanfeld beträgt vorzugsweise 10×10 mm² bis 30×30 mm². Der Abstand zwi schen der Ablenkeinheit 14 mit Fokussieroptik und des Fensters 3 ist so klein wie möglich ausgeführt.

Mit der Drehung der Fensterplatte 2 einschließlich des Fensters 3, des Festkörperlasers 12, der Ablenkeinheit 14 mit Fokus sieroptik durch Antriebe sowie der Bewegung der Ablenkeinheit 14 mit Fokussieroptik mittels eines zweiten Antriebs wird der Laserstrahl auf dem Werkstück in die Ausgangsposition gebracht. Die für die Bearbeitung notwendige Ablenkung des Laserstrahls 13 erfolgt anschließend mit der Scannereinheit. Damit ist eine sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Anpassung der Fokuslage in Strahlrichtung gewährleistet.

5. Ausführungsform

Die laserstrahlerzeugenden Einrichtung ist in der fünften Aus führungsform des zweiten Ausführungsbeispiels ein Festkörper laser 10, der außerhalb der Bearbeitungskammer 1 fest instal liert ist. Der Laserstrahl 13 ist exakt im Winkel von 90° zur Fensterplatte 2 auf die Mitte der Bearbeitungskammer 1 gerich tet. Dort befindet sich ein erster 90°-Umlenkspiegel 15, der den Laserstrahl 13 zu einem auf einer in x- (parallel zum Fenster 3) und z-Richtung verfahrbaren Positioniereinheit be findlichen zweiten 90°-Umlenkspiegel 16 mit Fokussieroptik 17 leitet (Darstellung der Fig. 7).

Die Koordination der Bewegungen der Fensterplatte 2 und der Bewegungseinrichtungen sowie die Ansteuerung der laserstrahl erzeugenden Einrichtungen erfolgt mittels einer elektronischen Steuer- oder Regeleinrichtung.

3. Ausführungsbeispiel

Die Vorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels ist insbeson dere zur Bearbeitung von mehreren kreisförmigen Werkstücken 18 mittels Laserstrahlen unter Vakuum geeignet. Derartige Werk stücke 18 sind unter anderem Halbleiterscheiben zur Realisie rung von mikroelektronischen und/oder mikromechanischen Bautei len. Die Vorrichtung besteht aus einer Vakuumkammer als Bear beitungskammer 1, mindestens einer laserstrahlerzeugenden Ein richtung, Vorrichtungen zur Gasversorgung und Vakuumerzeugung, optischen Bauteilen zur Führung von Laserstrahlen, einer Fensterplatte 2 und Antrieben. Ein prinzipieller Aufbau ist in den Fig. 1 und 9 dargestellt.

Die Realisierung der Bearbeitungskammer 1 einschließlich der Deckplatte 4 und des Radialdichtringes 8 entspricht denen des ersten Ausführungsbeispiels.

In die Fensterplatte 2 sind drei Fenster 3 mit jeweils einer Vakuumdichtung eingebracht (Darstellung in der Fig. 9). Die Länge der Fenster 3 entspricht der Größe der Werkstücke 18 in der Bearbeitungskammer 1. Die Fenster 3 bestehen vorzugsweise aus Glas oder einem für die Laserstrahlung transparenten Kunst stoff. Sie sind mittels Schraub- oder Klemmverbindungen mit der Fensterplatte 2 verbunden, so dass eine leichte Auswechselung möglich ist. Die Dicke der Fenster 3 ist material- und abmes sungsabhängig.

Der Durchmesser der Fensterplatte 2 ist größer als die äqui valenten Abmessungen des Radialdichtringes 8, so dass diese vollständig bedeckt ist. Dadurch ist der luftdichte Verschluß der Bearbeitungskammer 1 gewährleistet.

Die Fensterplatte 2 ist mit einem Antrieb so verbunden, dass die Fenster 3 über ein Werkstück 18 in der Bearbeitungskammer 1 vollständig bewegt werden. Es ergibt sich eine Pendelbewegung. In der Bearbeitungskammer befinden sich sieben Werkstücke 18 auf einem Karussell 19, welches bei jedem Beschickungsvorgang um eine Position weitergedreht wird.

Damit sind

- die Werkstücke 18 jeweils einzeln,
- drei Werkstücke 18 gleichzeitig oder
- drei Werkstücke 18 mit unterschiedlichen Bearbeitungstechno logien gleichzeitig bearbeitbar.

Die Anordnung der laserstrahlerzeugenden Einrichtungen kann wie in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 oder auch kombiniert er folgen.

Zur automatischen Beschickung der quaderförmig ausgeführten Be arbeitungskammer 1 sind an zwei angrenzenden Wänden 5 Vakuum schleusen 20 angebracht, durch die die Werkstücke 18 ohne ma nuelle Berührung zu- und abgeführt werden.

Claims

1. Vorrichtung nach Patent Nr. 198 01 612 zur großflächigen Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen unter Vakuum bestehend aus mindestens einer Vakuumkammer als Bearbeitungs kammer, die aus einer Grundplatte, einer Deckplatte und mindestens einer Wand besteht, mindestens einer laserstrahl erzeugenden Einrichtung, Vorrichtungen zur Führung und Formung der Laserstrahlen, Vorrichtungen zur Gasversorgung, Vorrichtung zur Vakuumerzeugung und mindestens einem Antrieb, wobei die Deckplatte der Bearbeitungskammer eine gegenüber den Abmessun gen der Deckplatte kleinere Öffnung besitzt, dadurch gekenn zeichnet, dass sich in der Deckplatte (4) der Bearbeitungs kammer (1) eine kreisförmige Öffnung (6) befindet, dass eine kreisförmige Fensterplatte (2) lose und/oder gegenüber der Bearbeitungskammer (1) drehbar auf der Deckplatte (4) angeordnet ist, dass mindestens eine O-Ringdichtung (11) zwischen der Fensterplatte (2) und der Deckplatte (4) der Bearbeitungskammer (1) um die Öffnung (6) der Deckplatte (4) in einer entsprechend ausgebildeten Nut (7) in der Deckplatte (4) oder der Fensterplatte (2) so angeordnet ist, dass die O-Ring dichtung (11) über die Oberfläche der Deckplatte (4) oder der Fensterplatte (2) ragt, dass die Fensterplatte (2) die O-Ring dichtung (11) vollständig abdeckt, dass mindestens ein gegenüber der Fensterplatte (2) kleineres Fenster (3) in der Fensterplatte (2) innerhalb der O-Ringdichtung (11) angeordnet ist und dass die Fensterplatte (2) und/oder die Bearbeitungs kammer (1) mit dem Antrieb verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (3) den Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Bearbeitungskammer (1) und dem Rand der Öffnung (6) vollständig überdeckt.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (3) den Mittelpunkt der Bearbeitungskammer (1) vollständig überdeckt.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (3) in seiner längsten Achse größer als der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Bearbeitungskammer (1) und dem Rand der Öffnung (6) ist.

5. Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fenster (3) zwischen Mittelpunkt und äußerem Rand der Öffnung (6) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (3) vorzugsweise die Form eines Streifens, Kegelschnittes, Kreisring- oder Kreisausschnittes aufweist.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fensterplatte (2) über eine Führung drehbar mit der Deckplatte (4) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die O-Ringdichtung (11) ein Radialdichtring (8) mit Dichtlippe ist und dass die Dichtlippe in der Innenseite einer umlaufenden Nut (7) in der Deckplatte (4) oder der Fenster platte (2) geführt ist.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Fenster (3) zwischen der Bearbeitungskammer (1) und der laserstrahlerzeugenden Einrichtung oder einem Bearbeitungskopf mit Fokussieroptik befindet und dass die laserstrahlerzeugende Einrichtung oder der Bearbeitungskopf mit Fokussieroptik mit einem den Laserstrahl vollständig über die Öffnung führenden Antrieb verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Fenster (3) zwischen der Bearbeitungskammer (1) und einer Ablenkeinheit mit Fokussieroptik befindet, dass im Strahlengang des Laserstrahls ein diesen Laserstrahl vollständig über die Öffnung führender Ablenkspiegel und eine F-Theta Fokussieroptik angebracht sind.

11. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Fenster (3) zwischen der Bearbeitungskammer (1) und einer dreidimensional wirkenden Ablenkeinrichtung mit einer Fokussieroptik befindet und dass die dreidimensional wirkende Ablenkeinrichtung mit der Fokussieroptik mit wenigstens einem den Laserstrahl vollständig über die Öffnung führenden Antrieb verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittig ein sich mit der Fensterplatte (2) drehender erster 90°-Umlenkspiegel (15) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskammer (1) und/oder die laserstrahl erzeugende Einrichtung mit mindestens einem Antrieb verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wand (5) der Bearbeitungskammer (1) eine luftdicht verschließbare Tür und/oder mindestens eine Vakuumschleuse (20) aufweist.

15. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlerzeugende Einrichtung mit einer die Laserstrahlen in die Bearbeitungskammer (1) fokussierenden Vorrichtung verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass synchron arbeitende Antriebe zum ersten mit der Fenster platte (2) und zum zweiten mit der laserstrahlerzeugenden Einrichtung oder der Ablenkeinheit mit Fokussieroptik verbunden sind.

17. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Dreh- und die Translationsbewegungen synchronisierende Steuereinrichtung vorhanden ist.