DE102015003193A1

DE102015003193A1 - Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Behandeln eines Festkörpers mittels Laserstrahlen

Info

Publication number: DE102015003193A1
Application number: DE102015003193.7A
Authority: DE
Inventors: Jan Richter; Marko Swoboda
Original assignee: Siltectra GmbH
Current assignee: Siltectra GmbH
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-09-15
Also published as: WO2016142548A1; CN107427958A; CN107427958B; EP3268163A1; US20180154572A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) zum Behandeln von Festkörpern (2). Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens eine Aufnahmeeinrichtung (4) mit einem Aufnahmeanteil (6) zum Aufnehmen des Festkörpers (2) und mit einem Halteanteil (10) zum Halten des Aufnahmeanteils (6), wobei der Aufnahmeanteil (6) mittels einer Antriebseinrichtung kontinuierlich antreibbar ist, eine Lasereinrichtung (14) zum Bereitstellen von Laserstrahlen (16) zum Erzeugen von Modifikationen (18) in dem Festkörper (8) oder an einer Oberfläche (20) des Festkörpers (2), und eine Optik (20) zum Leiten der Laserstrahlen (16), wobei die Laserstrahlen (16) mittels der Optik (20) derart umlenkbar sind, dass der Festkörper (2) an unterschiedlichen Positionen mit den Laserstrahlen (16) beaufschlagbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich gemäß Anspruch 1 auf eine Vorrichtung zum Behandeln von Festkörpern und gemäß Anspruch 15 auf ein Verfahren zum Behandeln von Festkörpern.
Es gibt vielzählige Arten der Festkörperbehandlung, wie z. B. die Ionenimplantation, das Ätzen, das Beschichtens oder die spanenden Bearbeitung. Insbesondere eine spanende Bearbeitung ist jedoch z. B. bei teuren bzw. aufwendig zu erzeugenden Festkörpermaterialien, wie z. B. Halbleiterwerkstoffe oder Saphir oder Siliziumcarbid, nachteilig, da die Späne z. B. bei sehr dünnen Wafern einen erheblichen Materialverlust und dadurch hohe Kosten verursachen. Ferner können bei sehr dünnen Wafern mit einem großen Durchmesser infolge der spanenden Behandlung deutliche Dickenunterschiede festgestellt werden, wodurch die Wafer nur für bestimmte Anwendungen verwendet werden können. Die Dickenschwankung kann dabei z. B. aus Schwingungen des Sägeelements bewirkt werden.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum möglichst spanfreien Schwächen der Struktur eines Spendersubstrats bereitzustellen.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Behandeln von Festkörpern, insbesondere Spendersubstraten, gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst dabei bevorzugt mindestens eine Aufnahmeeinrichtung mit einem Aufnahmeanteil zum Aufnehmen des mindestens einen Festkörpers und einen Halteanteil zum Halten des Aufnahmeanteils, wobei der Aufnahmeanteil mittels einer Antriebseinrichtung kontinuierlich antreibbar ist, eine Lasereinrichtung zum Bereitstellen von Laserstrahlen zum Erzeugen von Modifikationen in dem Festkörper oder an einer Oberfläche des Festkörpers und eine Optik zum Leiten der Laserstrahlen, wobei die Laserstrahlen mittels der Optik derart umlenkbar sind, dass der mindestens eine Festkörper an unterschiedlichen Positionen mit den Laserstrahlen beaufschlagbar ist. Ferner umfasst das Verfahren bevorzugt ebenfalls den Schritt des Abspaltens einer Festkörperschicht von dem mindestens einen Festkörper bzw. dem zumindest einen Spendersubstrat.
Diese Lösung ist vorteilhaft, da erstmalig Modifikationen auf mehreren voneinander verschiedene Modifikationsbahnen nacheinander ohne das Erfordernis einer Änderung der Antriebsgeschwindigkeit und/oder ohne eine Umkehr der Antriebsrichtung in dem Festkörper erzeugt werden können. Dies ermöglicht eine deutliche Beschleunigung der Festkörperbehandlung, wodurch die Herstellungskosten für solche Festkörper oder für Produkte aus solchen Festkörpern reduzierbar sind.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder der nachfolgenden Beschreibung.
Der Aufnahmeanteil ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung um eine Rotationsachse rotierbar gelagert, wobei der Festkörper mit den Laserstrahlen in verschiedenen oder variierenden Abständen zu der Rotationsachse beaufschlagbar ist. Bevorzugt ist die Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmeanteils mittels der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit vom Abstand des Ortes, an dem die Laserstrahlen in den Festkörper eindringen zu der Rotationsachse, variierbar, wobei die Rotationsgeschwindigkeit mit einer Abnahme des Abstands des Ortes, an dem die Laserstrahlen in den Festkörper eindringen, zur Rotationsachse bevorzugt ansteigt. Diese Lösung ist vorteilhaft, da der Aufnahmeanteil mit mehr als 100 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt mit mehr als 1000 Umdrehungen pro Minute und besonders bevorzugt mit mehr als 1500 Umdrehungen pro Minute, insbesondere mit maximal oder mehr als 3000 Umdrehungen pro Minute oder mit maximal oder mehr als 5000 Umdrehungen pro Minute oder mit maximal oder mehr als 9000 Umdrehungen pro Minute oder mit maximal oder mehr als 15000 Umdrehungen pro Minute um die Rotationsachse rotierbar ist. Bei einer Beaufschlagung des Festkörpers mit von der Lasereinrichtung emittierten Laserstrahlen mit einer Frequenz von mindestens 1 kHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 1 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 20 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 50 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 80 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 100 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 250 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 1 GHz sind in sehr kurzen Abständen von bevorzugt weniger als 100 μm bevorzugt weniger als 50 μm und besonders bevorzugt weniger als 20 μm oder 10 μm oder 5 μm oder 4 μm oder 3 μm oder 2 μm oder 1 μm oder 0,5 μm Modifikationen auf einer Modifikationsbahn erzeugbar.
Eine Abstandsanpassungseinrichtung zum Anpassen des Abstands von mindestens einem Element der Optik gegenüber einem Oberflächenanteil der Oberfläche des Festkörpers ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wobei die Abstandsanpassungseinrichtung mindestens eine Abstandsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands eines Oberflächenanteils des Festkörpers gegenüber der Abstandsbestimmungseinrichtung und eine Auslenkeinrichtung zum Anpassen des Abstands des mindestens einen Elements der Optik gegenüber dem Oberflächenanteil des Festkörpers in Abhängigkeit von dem durch die Abstandsbestimmungseinrichtung bestimmten Abstand zwischen dem Oberflächenanteil des Festkörpers und der Abstandsbestimmungseinrichtung umfasst. Das Element der Optik ist hierbei bevorzugt eine Linse, insbesondere eine Stablinse, oder ein Scan-Modul. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da Unebenheiten detektiert werden können und die Modifikationserzeugung an die detektierten Unebenheiten angepasst werden kann. Die Modifikationen können somit gemäß dieser Lösung stets in derselben bzw. im Wesentlichen in derselben Tiefe im Material erzeugt werden.
Die Abstandsbestimmungseinrichtung ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart angeordnet, dass die Abstandsbestimmung an einem Ort erfolgt, der vom Ort der Einbringung der Laserstrahlen in den Festkörper verschieden ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da bevorzugt in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Halteanteils auf einer bestimmten Modifikationsbahn die Messung durchgeführt wird und in Abhängigkeit der Messung die Auslenkeinrichtung angesteuert wird. Je nach Ansteuerungsgeschwindigkeit und Reaktionszeit der Auslenkeinrichtung und der maximalen Geschwindigkeit des Aufnahmeanteils kann die Abstandsbestimmungseinrichtung entsprechend zu dem Ort der Laserbeaufschlagung beabstandet sein. Bevorzugt liegen der Ort der Abstandsbestimmung und der Ort, an dem die Laserstrahlung in den Festkörper eindringt, auf einer Kreisbahn, insbesondere auf derselben Kreisbahn, um die Rotationsachse, wobei der Ort der Abstandsbestimmung und der Ort, an dem die Laserstrahlen in den Festkörper eindringen, um weniger als 270° bevorzugt um weniger als 180° und besonders bevorzugt um weniger als 90° voneinander beabstandet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mittels der Auslenkeinrichtung zumindest das eine Element der Optik derart auslenkbar, dass Abstandsveränderungen zwischen der Optik und dem Oberflächenanteil des Festkörpers zumindest teilweise ausgleichbar sind, wobei die Auslenkeinrichtung derart in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmeanteils ansteuerbar ist, dass die Laserstrahlen zur Erzeugung der Modifikation/en durch die Oberfläche des Oberflächenanteils des Festkörpers, an dem zuvor die Abstandsmessung erfolgte, in den Festkörper eindringen. Es ist hierbei denkbar, dass die Modifikationsbahn, auf welcher der Abstand erfasst wird und auf welcher die Modifikation erzeugt wird eine geradlinige oder kurvenförmige, insbesondere kreisförmige, Gestalt aufweist bzw. ausbildet.
Die Auslenkeinrichtung weist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens einen Aktuator, insbesondere ein Piezoelement, auf, wobei der Aktuator mit einer Frequenz größer 10 Hz bevorzugt größer 30 Hz und besonders bevorzugt größer 60 Hz, wie z. B. mit bis zu 90 Hz oder mit bis zu 250 Hz oder mit bis zu 450 Hz oder mit bis zu 1 kHz, betätigbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Optik mindestens ein Laser-Scan-Modul (Scanner) zum Umlenken der Laserstrahlen auf den mindestens einen Festkörper auf. Bevorzugt sind die Laserstrahlen über einen Eintrittsbereich in das Laser-Scan-Modul einleitbar und über einen Auslassbereich aus dem Laser-Scan-Modul ausleitbar. Das Laser-Scan-Modul weist bevorzugt eine digital ansteuerbare Regelungseinrichtung und eine oder mehr Wechseleinrichtung/en zum Verändern des Strahlengangs der Laserstrahlen auf, wobei die Wechseleinrichtung/en bevorzugt mindestens ein Galvanometer oder ähnliches umfassen.
Das Laser-Scan-Modul ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart ansteuerbar, dass bei einer konstanten Drehzahl des Aufnahmeanteils in zumindest zwei radial unterschiedlich weit von der Rotationsachse beabstandeten Abschnitten des Festkörpers bei jeweils einer Umdrehung unterschiedlich viele in radialer Richtung zueinander versetzter Modifikationen erzeugbar sind. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da durch den Scanner somit bei jeder Umdrehung auf mehreren Modifikationsbahnen Modifikationen erzeugt werden können, wodurch der Festkörper weniger häufig unter dem Beaufschlagungsort hindurch bewegt oder rotiert werden muss, wodurch die Laserbehandlung schneller vollständig durchführbar ist.
Die Optik weist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens ein Strahlungsteilerelement zum Aufteilen der von der Lasereinrichtung erzeugten und emittierten Strahlung in mehrere bevorzugt gleichartige Anteile auf, wobei zumindest zwei der mehreren Strahlungsanteile zur zeitgleichen Erzeugung von Modifikationen dem Festkörper zuleitbar sind, wobei das Strahlungsteilerelement bevorzugt ein diffraktives Element oder ein Multispotobjektiv ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da zeitgleich mehr als eine Modifikation, insbesondere zwei oder mehr als zwei Modifikationen oder drei oder mehr als drei Modifikationen oder vier oder mehr als vier Modifikationen oder fünf oder mehre als fünf Modifikationen erzeugbar sind. Insbesondere wird die mittels der Lasereinrichtung emittierte Strahlung in zumindest abschnittsweise voneinander verschiedene Strahlengänge aufgespalten, wobei die zumindest abschnittsweise auf zwei unterschiedlichen Strahlengängen geführte Strahlung zeitgleich im Festkörper eine Modifikation oder mehrere voneinander beabstandete Modifikationen erzeugt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Umpositioniereinrichtung zum Umpositionieren des Aufnahmeanteils oder des Aufnahmeanteils und des Halteanteils in einer X-Y Ebene vorgesehen. Wobei der Aufnahmeanteil zum Behandlung eines äußeren Festkörperanteils rotierbar ist und zum Behandeln eines vom äußeren Festkörperanteil umschlossenen inneren Festkörperanteils der Aufnahmeanteil oder der Aufnahmeanteil und der Halteanteil in der X-Y-Ebene umpositionierbar ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da der Festkörpers für die Behandlung einzelner Bereiche mit dem jeweils geeignetsten Bewegungsprinzip bewegt wird, wodurch – zumindest in bestimmten Fällen – gegenüber der ausschließlichen Bewegung des Festkörpers mittels eines Bewegungsprinzips (geradlinig oder rotatorisch) eine beschleunigte Behandlung des Festkörpers bewirkbar ist.
Der Aufnahmeanteil ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet, dass mehrere Festkörper beabstandet zu der Rotationsachse auf einer Oberfläche des Aufnahmeanteils zur simultanen oder sukzessiven Behandlung anordenbar sind. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da bei der Bewegung eines Festkörpers um eine Rotationsachse die Ortsgeschwindigkeit mit sinkendem Radius ebenfalls sinkt. Dadurch, dass die einzelnen Festkörper zur Rotationsachse beabstandet sind, sinkt die Ortsgeschwindigkeit nicht auf einen gegen 0 m/s gehenden Bereich.
Der Aufnahmeanteil ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart von der Antriebseinrichtung antreibbar, dass eine Modifikationsbahn mit einer Geschwindigkeit von mehr als 0,5 m/s und bevorzugt von mehr als 3 m/s, bevorzugt von mehr als 10 m/s und besonders bevorzugt von mehr als 20 m/s oder 30 m/s gegenüber der Lasereinrichtung bewegbar ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da mit steigender Geschwindigkeit der Durchsatz erhöht wird. So sind z. B. 6 inch Wafer gemäß der vorliegenden Erfindung in weniger als 4 Minuten, insbesondere in 3 Minuten, mit 10 μm langen und 2 μm breiten Modifikationen in ihrem Inneren bevorzugt vollflächig bzw. im Wesentlichen vollflächig versehbar.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Behandeln von Festkörpern. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei bevorzugt mindestens die Schritte des kontinuierlichen Antreibens eines Aufnahmeanteils einer Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Festkörpers, wobei der Aufnahmeanteil durch einen Halteanteil der Aufnahmeeinrichtung gehalten wird und um eine Rotationsachse rotiert wird und des Beaufschlagens des Festkörpers mit Laserstrahlen zum Erzeugen von Modifikationen in dem Festkörper oder an einer Oberfläche des Festkörpers, wobei die Laserstrahlen durch eine Optik geleitet werden, wobei die Laserstrahlen mittels der Optik derart umgelenkt werden, dass der Festkörper an unterschiedlichen Positionen mit den Laserstrahlen beaufschlagt wird, wobei der Festkörper mit den Laserstrahlen in verschiedenen Abständen zu der Rotationsachse beaufschlagt wird. Die Modifikationen werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels über eine äußere Oberfläche der Mehrschichtanordnung in das Innere der Mehrschichtanordnung eingeleitete Laserstrahlung mindestens eines Piko- oder Femtosekunden-Laser erzeugt.
Die einzelnen Modifikationen bzw. Defekte bzw. Schadstellen resultieren gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils aus einer von dem Laser, insbesondere einem Femtosekunden-Laser oder einem Pikosekunden-Laser, bewirkten multi-photonen Anregung. Bevorzugt hat der Laser eine Pulsdauer von unter 10 ps, besonders bevorzugt unter 1 ps und am höchsten bevorzugt von unter 500 fs.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Strahlformungseinrichtung zur Veränderung der Eigenschaften der beaufschlagenden Laserstrahlen vorgesehen. Diese Eigenschaften der Laserstrahlen sind insbesondere die Polarisationseigenschaften der Laserstrahlen, das räumliche Profil der Laserstrahlen vor und nach der Fokussierung und die räumliche und zeitliche Phasenverteilung der einzelnen Wellenlängen der beaufschlagenden Laserstrahlen, die durch die wellenlängenabhängige Dispersion in einzelnen Elementen des Strahlengangs wie der fokussierenden Optik beeinflusst werden kann.
Dazu kann die Strahlformungseinrichtung zum Beispiel mit einer drehenden Lambda-Halbe-Platte oder ähnlichen doppelbrechenden Elementen zur Veränderung der Polarisation von durchlaufenden Laserstrahlen ausgestattet sein. Dadurch kann die Polarisation der beaufschlagenden Laserstrahlen in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmeanteils verändert werden. Zusätzlich kann dadurch auch die Polarisationsrichtung in einem bestimmten Winkel zu Kristallrichtungen des Festkörpers auf dem Aufnahmeanteil verändert werden. Dies kann zum Beispiel auch durch ein Element ähnlich einer Pockels-Zelle in der Strahlformungseinrichtung bewirkt werden, zusätzlich oder alternativ zur Lambda-Halbe-Platte. Bei solchen Elementen bewirkt ein äußeres elektrisches Feld eine feldabhängige Doppelbrechung im Material, der sogenannte Pockels-Effekt oder lineare elektrooptische Effekt, der dazu verwendet werden kann, abhängig von der angelegten elektrischen Spannung die Polarisation von Laserstrahlen zu verändern. Diese Lösung bietet den Vorteil, dass sie gegenüber einer rotierenden Platte schnellere Schaltzeiten aufweisen und so besser mit der Bewegung des Tisches bzw. des Festkörpers synchronisiert werden kann.
Alternativ kann die Strahlformungseinrichtung auch derart ausgestaltet sein, dass die Laserstrahlen vor der Beaufschlagung des Festkörpers zirkulär polarisiert sind. Laserstrahlung ist meist linear polarisiert, kann aber durch doppelbrechende optische Elemente wie Lambda-Viertel-Platten in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt werden. Zirkular polarisiertes Licht wird hingegen durch eben ein solches Element wieder zurück in linear polarisiertes Licht umgewandelt. Hierbei ist es auch möglich, dass eine Mischform bzw. Kombination aus zirkular und linear polarisierter Laserstrahlung, sog. elliptisch polarisierte Laserstrahlung, verwendet wird.
Grundsätzlich wird hierdurch eine Lösung für das Problem bereitgestellt, dass bei der Mehrphotonenabsorption der Wirkungsquerschnitt sehr stark von der Kristallrichtung bzw. dem Winkel zwischen der Polarisationsrichtung des Lichtes und der Kristallorientierung abhängt, da sich beim Rotieren des Festkörpers die Kristallrichtung ständig in Bezug auf den Laserstrahl ändern würde, kann dies durch eine synchronisierte Rotation der Laserpolarisation oder zirkular oder elliptisch polarisiertes Laserlicht behoben werden und der Wirkungsquerschnitt für die Mehrphotonenabsorption konstant gehalten werden.
Zusätzlich kann die Strahlformungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass sie das räumliche Profil der Laserstrahlen vor der Fokussierung oder im Fokus ändert. Dies kann durch einfache Elemente wie einen Schlitz oder Teleskop in nur einer Raumrichtung erreicht werden. Ein solches Teleskop kann zum Beispiel aus einer Kombination einer Zylinderlinse mit einer Zylinderstreulinse erreicht werden, deren relative Brennweiten dann die Laserstrahlgrößenveränderung in einer Raumrichtung vorschreibt. Das Teleskop kann aber auch aus mehreren Elementen bestehen um eine Kreuzung der Laserstrahlen zu verhindern. Abhängig vom räumlichen Strahlprofil der Laserstrahlen vor der Fokussierung, kann die Form des Fokus beim Beaufschlagen des Festkörpers ebenso verändert und vorteilhaft gewählt werden. Dafür kann die Strahlformungseinrichtung zusätzlich dazu ausgebildet sein, dass die Form des Laserstrahlfokus' in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmeanteils oder auch der Orientierung des Festkörpers verändert werden kann. So kann zum Beispiel bei der Beaufschlagung des Festkörpers in einem Bereich des Festkörpers der näher zur Rotationsachse liegt ein daran angepasstes räumliches Profil im Fokus durch die Strahlformungseinrichtung erzeugt werden, wie zum Beispiel ein sich nach außen verjüngendes Laserstrahlprofil.
Zahlreiche Materialien, insbesondere transparente Materialien wie Gläser und Kristalle zeichnen sich durch einen wellenlängenabhängigen Brechungsindex aus. Laserstrahlen in Pulsform, insbesondere solche im Femtosekundenbereich, bestehen aus einem Spektrum von Wellenlängen, die in einer Strahlformungseinheit oder einer Optik zum Fokussieren vor der Beaufschlagung des Festkörpers unterschiedliche Brechungsindices erfahren können. Diese Dispersion führt dazu, dass Femtosekundenlaserpulse länger werden, wodurch ihre Spitzenintensität sinkt, was für die Anwendung von Mehrphotonenprozessen unerwünscht ist. Die Strahlformungseinheit kann dementsprechend so ausgebildet werden, dass sie die Dispersion anderer optischer Elemente im Strahlengang vor oder nach der Fokussierung kompensiert. Diese Dispersion kann sowohl im Raum als chromatische Aberration oder in der Zeit als Pulsverlängerung oder Pulskompression wirken. Insbesondere kann die Dispersion durch die Strahlformungseinheit auch so verändert und genutzt werden, dass im Fokus eine vordefinierte Farbverteilung der im Laserpuls vorhandenen Wellenlängen entsteht.
Übliche Mittel zur Kompensation und dem Einbringen künstlicher Phasenverteilungen in Laserpulsen, zum Beispiel um Dispersion auszugleichen, sind Kombinationen von Prismen oder Beugungsgittern, sogenannte Spatial-Light-Modulators (SLMs), die auf Flüssigkristallen basieren, oder gechirpte Spiegel, die eine spezielle Abfolge dielektrischer Schichten unterschiedlicher Brechindizes aufweisen.
Diese Lösung, insbesondere zur Kompensation von Dispersion, ist vorteilhaft, da sie das Problem ausgleicht, dass beim Durchlaufen kurzer Pulse (z. B. kleiner 100 fs) verstärkt Dispersionen auftreten, d. h. der Puls zerfließt, da einige Lichtanteile schneller sind als andere. Der Puls würde sonst länger werden, wodurch seine Spitzenintensität sinken würde, was bei der Anwendung von Mehrphotonenprozessen unerwünscht ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Energie des Laserstrahls, insbesondere des fs-Lasers, derart gewählt, dass die Schädigungsausbreitung in der Transferschicht bzw. im Kristall kleiner als dreimal die Reyleighlänge, bevorzugt kleiner als die Reyleighlänge und besonders bevorzugt kleiner als ein Drittel der Reyleighlänge ist. Die Wellenlänge des Laserstrahls, insbesondere des fs-Lasers, wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart gewählt, dass die Absorption der Transferschicht bzw. des Materials kleiner als 10 cm–1 und bevorzugt kleiner als 1 cm–1 und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 cm–1 ist.
Der Festkörper weist bevorzugt ein Material oder eine Materialkombination aus einer der Hauptgruppen 3, 4 und 5 des Periodensystems der Elemente auf, wie z. B. Si, SiC, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, Al2O3 (Saphir), AlN. Besonders bevorzugt weist der Festkörper eine Kombination aus in der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems vorkommenden Elementen auf. Denkbare Materialien oder Materialkombinationen sind dabei z. B. Galliumarsenid, Silizium, Siliziumcarbid, etc. Weiterhin kann der Festkörper eine Keramik (z. B. Al2O3 – Alumiumoxid (amorph)) aufweisen oder aus einer Keramik bestehen, bevorzugte Keramiken sind dabei z. B. Perovskitkeramiken (wie z. B. Pb-, O-, Ti/Zr-haltige Keramiken) im Allgemeinen und Blei-Magnesium-Niobate, Bariumtitanat, Lithiumtitanat, Yttrium-Aluminium-Granat, insbesondere Yttrium-Aluminium-Granat Kristalle für Festkörperlaseranwendungen, SAW-Keramiken (surface acoustic wave), wie z. B. Lithiumniobat, Galliumorthophosphat, Quartz, Calziumtitanat, etc. im Speziellen. Der Festkörper weist somit bevorzugt ein Halbleitermaterial oder ein Keramikmaterial auf bzw. besonders bevorzugt besteht bzw. bestehen das Trägersubstrat und/oder die Nutzschicht aus mindestens einem Halbleitermaterial oder einem Keramikmaterial. Es ist weiterhin denkbar, dass der Festkörper ein, insbesondere für Laserstrahlung, transparentes Material aufweist oder teilweise aus einem, insbesondere für Laserstrahlung, transparenten Material, wie z. B. Saphir besteht oder gefertigt ist. Weitere Materialien, die hierbei als Festkörper alleine oder in Kombination mit einem anderen Material in Frage kommen, sind z. B. „wide band gap”-Materialien, InAlSb, Hochtemperatursupraleiter, insbesondere seltene Erden Cuprate (z. B. YBa2Cu3O7). Es ist zusätzlich oder alternativ denkbar, dass der Festkörper eine Photomaske ist, wobei als Photomaskenmaterial im vorliegenden Fall bevorzugt jedes zum Anmeldetag bekannte Photomaskenmaterial und besonders bevorzugt Kombinationen daraus verwendet werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels der Modifikationen mehr als 5%, insbesondere mehr als 10% oder mehr als 20% oder mehr als 30% oder mehr als 40% oder mehr als 50% oder mehr als 60% oder mehr als 70% oder mehr als 80% oder mehr als 90% oder mehr als 95%, des im Verlauf des Ablösebereichs ausgebildeten Kristallgitters verändert, insbesondere beschädigt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da z. B. durch die Laserbeaufschlagung das Kristallgitter derart verändert werden kann bzw. derart Defekte, insbesondere Mikrorisse, erzeugt werden können, dass die zum Abtrennen des Festkörperanteils von dem Festkörper erforderlichen Kräfte eingestellt werden können. Es ist somit im Sinne der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich, dass die Kristallstruktur im Ablösebereich derart mittels Laserstrahlung modifiziert bzw. beschädigt wird, dass sich das Trägersubstrat infolge der Laserbehandlung von der verbleibenden Mehrschichtanordnung ablöst bzw. dadurch davon abgetrennt wird.
Die Verwendung der Wörter „im Wesentlichen” definiert bevorzugt in allen Fällen, in denen diese Wörter im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden eine Abweichung im Bereich von 1%–30%, insbesondere von 1%–20%, insbesondere von 1%–10%, insbesondere von 1%–5%, insbesondere von 1%–2%, von der Festlegung, die ohne die Verwendung dieser Wörter gegeben wäre.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt ist. Bauteile oder Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile oder Elemente nicht in allen Figuren beziffert oder erläutert sein müssen.
Darin zeigen:
1a einen ersten teilweise und schematisch dargestellten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
1b einen zweiten teilweise und schematisch dargestellten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2a einen dritten teilweise und schematisch dargestellten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2a einen vierten teilweise und schematisch dargestellten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 eine erste schematische Darstellung eines Defekterzeugungsverlaufs;
4 eine zweite schematische Darstellung eines Defekterzeugungsverlaufs;
5a ein mit einer ersten Gruppe an Festkörpern bestückter Aufnahmeanteil der Aufnahmeeinrichtung;
5b ein mit einer zweiten Gruppe an Festkörpern bestückter Aufnahmeanteil der Aufnahmeeinrichtung; und
6 ein weiterer schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1a zeigt schematisch eine Lasereinrichtung 14, einen mit Laserstrahlen 16 der Lasereinrichtung 14 beaufschlagten Festkörper 2 und eine zwischen der Lasereinrichtung 14 und dem Festkörper 2 angeordnete Optik 20, in einer gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 möglichen Anordnung. Die Optik 20 ist dabei bevorzugt derart angeordnet und ausgebildet, dass Modifikationen 18, insbesondere Kristallgitterveränderungen, wie Risse oder lokale Phasenwechsel, auf der Oberfläche des Festkörpers 2 oder im Inneren des Festkörpers 2, d. h. beabstandet zu einer Oberfläche des Festkörpers 2, erzeugt werden können. Die Modifikationen werden besonders bevorzugt in einem Fokuspunkt der Laserstrahlung erzeugt. Die Lasereinrichtung 14 emittiert dabei Laserstrahlung 16 mit einer bevorzugten Pulsdauer im Bereich zwischen bevorzugt 100 fs bis 1 ps und besonders bevorzugt im Bereich zwischen 5 fs und 10 ps. Eine Laserstrahlenbeaufschlagung in dem zuvor genannten Bereich ist vorteilhaft, da nur eine geringe thermische Beeinflussung oder keine thermische Beeinflussung des Festkörpers 2 erfolgt, insbesondere bei Pulsdauern kürzer als 10 fs. Die Pulsenergie ist dabei bevorzugt größer als 1 nJ, insbesondere größer als 100 nJ oder größer als 20 μJ oder größer als 200 μJ oder größer als 1 mJ oder bis zu 10 mJ groß oder größer als 50 mJ oder bis zu 5 J groß. Die Wiederholfrequenz liegt dabei bevorzugt im einem Bereich von höchstens, gleich oder mindestens 1 kHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 1 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 20 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 50 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 80 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 100 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 250 MHz oder von höchstens, gleich oder mindestens 1 GHz.
Die Durchschnittsleistung der Lasereinrichtung ist dabei bevorzugt größer als 1 W, insbesondere größer als 10 W oder größer als 20 W oder größer als 100 W oder größer als 200 W oder bis zu 200 W groß oder größer als 500 W oder bis zu 5 kW groß.
Allgemein können hohe Pulsenergien bei Wiederholraten im kHz- bis niedrigen MHz-Bereich mit Verstärkersystemen erzielt werden, die Laserstrahlung eines Oszillators mit bestimmter Ausgangswiederholrate, Pulsenergie und Pulsdauer nachverstärken. Für die Anwendung von Mehrphotonenprozessen ist ein Laser-Verstärker aber nicht zwingend notwendig, sondern es kann auch nur mit dem Laser-Oszillator gearbeitet werden. Dies bietet üblicherweise den Vorteil höherer Pulswiederholraten. Laser-Oszillatoren, zum Beispiel mit Titan-Saphir-Kristallen, können Wiederholfrequenzen von 80 MHz oder darüber aufweisen bei Pulsdauern von 7 fs oder darunter, was für einige Anwendungen geeignet sein kann. Faserlaser können Pulswiederholraten zwischen 250 kHz und 100 MHz aufweisen und überdies flexibel einstellbare Pulswiederholraten aufweisen. Für spezielle Anwendungen existieren Oszillatoren (Faserlaser und Titan-Saphir-Laser) mit Wiederholraten bis zu 10 GHz oder darüber. Generell können besonders kurze Laserpulse durch die Technik des Mode-Locking erzeugt werden, was sowohl aktiv als auch passiv erfolgen kann.
Der Abstand zwischen zwei nacheinander auf einer Kurvenbahn erzeugten Modifikationen 18 liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,1 μm und 20 μm, insbesondere beträgt der Abstand mindestens, maximal, im Wesentlichen oder genau zwischen 1 μm oder 2 μm oder 3 μm oder 4 μm oder 5 μm und 6 μm oder 7 μm oder 10 μm oder 15 μm oder 20 μm.
In 1b ist eine zu 1a ähnliche Darstellung gezeigt. Die Darstellung gemäß der 1b weist jedoch ebenfalls eine Abstandsanpassungseinrichtung 28 auf. Die Abstandsanpassungseinrichtung 28 dient dabei zur Ausrichtung der Optik 20 oder eines Elements der Optik gegenüber dem Festkörper 2 bzw. zum Ausrichten des Festkörpers 2 gegenüber der Optik 20 bzw. dem Element der Optik. Die Abstandsanpassungseinrichtung 28 weist bevorzugt eine Abstandsbestimmungseinrichtung 32 und bevorzugt eine Auslenkeinrichtung 34 auf. Die Abstandsbestimmungseinrichtung 32 erfasst bevorzugt einen Abstand zwischen der Abstandsbestimmungseinrichtung 32 und dem Festkörper 2, insbesondere einem Oberflächenanteil 30, wobei die Abstandsbestimmung bevorzugt mittels einer Lasermessung erfolgt. Der Oberflächenanteil 30, an dem die Messung vorgenommen wird, befindet sich besonders bevorzugt auf einer Bahn, auf der infolge einer Bewegung des Festkörpers 2 der Oberflächenanteil 30 derart in den Bereich der Laserbeaufschlagung bewegt wird, dass besonders bevorzugt im Bereich des Oberflächenanteils 30 auf der Oberfläche des Festkörpers 2 oder im Inneren des Festkörpers 2, insbesondere in Einstrahlrichtung der Laserstrahlen, eine Modifikation 18 erzeugt wird. Die Auslenkeinrichtung 34 umfasst mindestens einen Aktuator 35 zum Auslenken der Optik 20 oder des Festkörpers 2. Der Aktuator 35 ist dabei bevorzugt ein Piezoelement. Dies ist vorteilhaft, da durch ein oder mehrere Piezoelemente Abstandskorrekturen von weniger als 100 μm bevorzugt von weniger als 50 μm und besonders bevorzugt von 1–2 μm bewirkt werden können. Piezoelemente schaffen 1 μm/ms auszugleichen, wodurch sich eine 50 μm Toleranz bei einem runden 300 mm Aufnahmeanteil 6 (vgl. 2a) ergibt. Die Auslenkeinrichtung 34 lenkt somit bevorzugt ein Element der Optik 20 oder mehrere Elemente der Optik 20, insbesondere eine oder mehrere optische Linsen, orthogonal zur Oberfläche des Festkörpers 2 aus, wodurch der Abstand des zumindest einen optischen Elements gegenüber dem Festkörper 2 verändert wird.
In 2a ist der Festkörper 2 auf einer Aufnahmeeinrichtung 4 angeordnet. Die Aufnahmeeinrichtung 4 weist bevorzugt einen Aufnahmeanteil 6 zum Aufnehmen von einem oder mehreren Festkörpern 2 und einen Halteanteil 10 zum Halten des Aufnahmeanteils 6 auf. Der Aufnahmeanteil 6 ist dabei bevorzugt um die besonders bevorzugt zentrale Rotationsachse R rotierbar. Eine Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) ist dabei bevorzugt ein Bestandteil des Aufnahmeanteils 6 und/oder der Halteanteils 10. Der Aufnahmeanteil 6 ist bevorzugt mit mehr als 1000 Umdrehungen pro Minute um die Rotationsachse R rotierbar. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Aufnahmeeinrichtung 4 um einen Rotationstisch, wie z. B. einen modifizierten Rotationstisch „Ultra Precision Rotation Stage UPR-270 AIR” der Firma „PI”. Zusätzlich kann der Aufnahmeanteil 6 oder die gesamte Aufnahmeeinrichtung 4 mittels einer weiteren Einrichtung 12 verfahrbar sein. Die weitere Einrichtung 12 ist hierbei besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass der Festkörper 2 auf geradlinigen Verfahrwegen, insbesondere in einer X-Y-Ebene, verfahrbar ist.
Ferner zeigt 2a, dass mehrere Modifikationen 18 zeitgleich erzeugt werden können. Die Modifikationen 18 können dabei beabstandet zueinander erzeugt werden oder sich abschnittsweise überlappen und dadurch eine vergleichsweise größere Modifikation darstellen. Es ist hierbei denkbar, dass die Linse 22 bevorzugt als Multispotobjektiv, insbesondere als Stablinse, ausgebildet ist.
2b zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum zeitgleichen Erzeugen mehrerer Modifikationen 18. Die Anordnung weist hierbei eine Optik 20 auf, die bevorzugt mindestens eine erste Linse 22, insbesondere ein diffraktives Element, eine zweite Linse 24, insbesondere zum Fokussieren der Laserstrahlen 16, und einen Scanner 26 umfasst. Die Lasereinrichtung 14 emittiert dabei Laserstrahlen, die mittels des diffraktriven Elements 22 in mehrere voneinander beabstandete Strahlengänge 17 aufgeteilt werden. Die Aufteilung der emittierten Laserstrahlen 16 kann bei Verwendung eines Laser-Scan-Moduls 26 vor dem Eintritt der Strahlung in den Scanner 26 oder nach dem Austritt der Strahlung 16 aus dem Scanner 26 erfolgen. Als Scanner kann hierbei z. B. der Scanner „P-725.xDD PIFOC^®” der Firma „PI” verwendet werden.
3 zeigt schematisch eine exemplarische Modifikationserzeugung unter Verwendung eines Scanners 26. Der Scanner 26 lenkt die Laserstrahlen 16 in Abhängigkeit vom Abstand der zu erzeugenden Modifikation 18 zum Rotationszentrum (R) und/oder in Abhängigkeit von der jeweiligen Ortsgeschwindigkeit an der Stelle, an der die Modifikation 18 erzeugt werden soll, auf unterschiedlich viele Modifikationsbahnen. So ist ersichtlich, dass bei einer Rotation um die Rotationsachse R die Ortsgeschwindigkeit im Bereich 42 größer ist als in den Bereichen 40 und 38. Der Scanner 26 bewirkt daher mit abnehmendem Radius bzw. mit abnehmender Ortsgeschwindigkeit die Erzeugung von Modifikationen 18 auf einer größeren Anzahl an Modifikationsbahnen. So werden beispielsweise im Bereich 42 lediglich 3 Modifikationsbahnen erzeugt, im Bereich 40 werden hingegen z. B. 7 Modifikationsbahnen erzeugt und im Bereich 38 werden z. B. 18 Modifikationsbahnen erzeugt. Der Scanner 26 leitet die Strahlung 16 bevorzugt derart auf den Festkörper 2, dass zunächst eine Modifikation 18 auf der inneren oder äußeren Modifikationsbahn des jeweiligen Bereichs (38, 40, 42) erzeugt wird und daran anschließend jeweils eine Modifikation 18 auf den verbleibenden Modifikationsbahnen desselben Bereichs erzeugt wird. Sind auf allen Modifikationsbahnen des Bereichs Modifikationen 18 erzeugt worden, so beaufschlagt der Scanner 26 wieder die Modifikationsbahn, die in diesem Bereich zuerst beaufschlagt wurde, um danach die anderen Modifikationsbahnen des Bereichs ebenfalls wieder zu beaufschlagen. Bei einer Rotationsgeschwindigkeit von z. B. 120 Umdrehungen pro Minute sind z. B. im äußeren Bereich 42 auf 10 Modifikationsbahnen Modifikationen 18 erzeugbar und in einem inneren Bereich 38 sind z. B. auf 50 Modifikationsbahnen Modifikationen 18 erzeugbar. Die dargestellte Anzahl an Bereichen 38, 40, 42 ist rein beispielhaft zu verstehen. Es ist ebenfalls denkbar, dass mehr als 3 Bereiche, insbesondere bis zu, genau oder mehr als 5 oder bis zu, genau oder mehr als 10 oder bis zu, genau oder mehr als 20 oder bis zu, genau oder mehr als 50 oder bis zu, genau oder mehr als 100 mit unterschiedlichen Anzahlen an Modifikationsbahnen definierte Bereiche vorgesehen werden. Die Anzahl der Modifikationsbahnen je Bereich vergrößert sich z. B. in Abhängigkeit einer vorgegeben Funktion, insbesondere mit 1/R. Die Modifikationen 18 weisen bevorzugt eine Form auf, bei der die Länge der Modifikation um den Faktor 2 oder 3 oder 4 oder 5 oder 6 oder 7 oder 8 oder 9 oder 10 größer ist als die Breite der Modifikation. Bevorzugt sind die Modifikationen 18 10 μm lang und 2 μm breit oder im Wesentlichen 10 μm lang und 2 μm breit oder genau 10 μm lang und 2 μm breit. Es ist hierbei ferner denkbar, dass sich die Modifikationen 18 von benachbarten Modifikationsbahnen abschnittsweise überlagern oder genau aneinander angrenzen oder zueinander beabstandet erzeugt werden. Bevorzugt werden die Modifikationen 18 benachbarter Modifikationsbahnen in einem Abstand von weniger als 50 μm und bevorzugt in einem Abstand von weniger als 20 μm und besonders bevorzugt in einem Abstand von weniger als 5 μm zueinander beabstandet erzeugt.
Somit kann die Frequenz der Lasereinrichtung in der Nähe (1–2 mm) der Rotationsachse bzw. der Mitte des Festkörpers sehr stark (Faktor 100–1000) abgesenkt werden und dadurch die Mehrbelastung in der exakten Mitte minimieren werden. Die Verwendung eines Scanners ist hierbei vorteilhaft, da die Genauigkeit mit der das Objektiv auf die exakte Mitte des Rotationstisches ausgerichtet wird nicht so genau sein muss (insbesondere, wenn bis auf die halbe Streifenbreite an die exakte Mitte gefahren wird). Genauigkeiten von 10 μm sind sehr gut erreichbar. Bevorzugt ist eine Objektivhalterung bzw. eine Halterung zum Halten des Scanners (nicht gezeigt) oder der Scanner 26 auch in X-Y-Richtung bzw. linear justierbar.
In 4 sind gegenüber der 3 um 90° rotiert erzeugte Modifikationen 18 dargestellt, insbesondere erstrecken sich die Längsachsen L der Modifikationen 18 gemäß dieser Darstellung im Wesentlichen oder vollständig in radialer Richtung.
In 5a und 5b ist jeweils eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gezeigt, gemäß der die in radialer Richtung am nächsten zur Rotationsachse angeordneten Festkörper 2 aufgrund einer dazu beabstandeten Anordnung bei einer Rotation um die Rotationsachse R mit einer deutlich höheren Ortsgeschwindigkeit bewegbar sind. Die Festkörper 2 können hierbei in 5a z. B. Wafer oder transparente Körper, wie Spendersubstrate für Displayschutzschichten, sein. 5b verdeutlicht, dass die maximale Aufnahmekapazität des Aufnahmeanteils 6 mit Abnahme der Festkörpergröße deutlich größer ist, da weniger unbenutzte Aufnahmefläche des Aufnahmeanteils 6 verbleibt. Die in 5b gezeigten Festkörper 2 können z. B. Displayschutzschichten von Uhren, insbesondere von Smartwatches, oder Schutzschichten für Kameralinsen oder Fingerabdrucksensoren sein
6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 50 kennzeichnet hierbei eine Führungsbahn, mittels der auf Aufnahmeeinrichtungen 4 angeordnete Festkörper 2 unter einer oder mehreren Lasereinrichtungen 14 kontinuierlich, insbesondere ohne Richtungswechsel, hindurchfahrbar sind. Im Falle mehrere Lasereinrichtungen 14 ist denkbar, dass die Lasereinrichtungen 14 unterschiedlich tief in der Bildebene angeordnet sind und daher mehrere geradlinige Modifikationsbahnen je Förderrunde auf oder in einem Festkörper 2 erzeugbar sind. Der Halteanteil 10 koppelt dabei bevorzugt den Aufnahmeanteil 6 mit der Führungsbahn 50. Das Bezugszeichen 51 kennzeichnet bevorzugt einen Zuführbereich bzw. Zuführabschnitt zum Zuleiten der Aufnahmeeinrichtungen 4 zu der Behandlungsvorrichtung 1. Ein Rückführbereich 54 dient bevorzugt zum Zurückfördern der Aufnahmeeinrichtungen 4 zur Laserbeaufschlagung. Die Aufnahmeeinrichtungen 4 mit den fertig behandelten Festkörpern 2 sind bevorzugt über einen Abführabschnitt 52 aus der Behandlungsvorrichtung 1 ausleitbar.
Wie bei den übrigen Ausführungsbeispielen ist ebenfalls denkbar, dass eine Abstandsanpassungseinrichtung 28 (nicht gezeigt) und eine Optik 20 (nicht gezeigt) vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf eine Vorrichtung 1 zum Behandeln von Festkörpern 2. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens eine Aufnahmeeinrichtung 4 mit einem Aufnahmeanteil 6 zum Aufnehmen des Festkörpers 2 und mit einem Halteanteil 10 zum Halten des Aufnahmeanteils 6, wobei der Aufnahmeanteil 6 mittels einer Antriebseinrichtung kontinuierlich antreibbar ist, eine Lasereinrichtung 14 zum Bereitstellen von Laserstrahlen 16 zum Erzeugen von Modifikationen 18 in dem Festkörper 8 oder an einer Oberfläche 20 des Festkörpers 2, und eine Optik 20 zum Leiten der Laserstrahlen 16, wobei die Laserstrahlen 16 mittels der Optik 20 derart umlenkbar sind, dass der Festkörper 2 an unterschiedlichen Positionen mit den Laserstrahlen 16 beaufschlagbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Festkörper
4: Aufnahmeeinrichtung
6: Aufnahmeanteil
10: Halteanteil
12: Umpositioniereinrichtung
14: Lasereinrichtung
16: Laserstrahlen
17: aufgeteilte Laserstrahlen
18: Modifikation
19: Abstand zwischen zwei Modifikationen
20: Optik
22: Linse
24: weitere Linse
26: Scanner
28: Abstandsanpassungseinrichtung
30: Oberflächenanteil
32: Abstandsbestimmungseinrichtung
34: Auslenkeinrichtung
35: Aktuator
36: Teilbereich
38: erster Radiusbereich
40: zweiter Radiusbereich
42: dritter Radiusbereich
50: Führungsbahn
51: Zuführabschnitt
52: Abführabschnitt
54: Rückführabschnitt

Claims

Vorrichtung (1) zum Behandeln von Festkörpern (2), mindestens umfassend: eine Aufnahmeeinrichtung (4) mit einem Aufnahmeanteil (6) zum Aufnehmen mindestens eines Festkörpers (2) und mit einem Halteanteil (10) zum Halten des Aufnahmeanteils (6), wobei der Aufnahmeanteil (6) mittels einer Antriebseinrichtung kontinuierlich antreibbar ist, eine Lasereinrichtung (14) zum Bereitstellen von Laserstrahlen (16) zum Erzeugen von Modifikationen (18) in dem mindestens einen Festkörper (8) oder an einer Oberfläche (20) des mindestens einen Festkörpers (2), eine Optik (20) zum Leiten der Laserstrahlen (16), wobei die Laserstrahlen (16) mittels der Optik (20) derart umlenkbar sind, dass der mindestens eine Festkörper (2) an unterschiedlichen Positionen mit den Laserstrahlen (16) beaufschlagbar ist, wobei der Aufnahmeanteil (6) rotierbar um eine Rotationsachse (R) gelagert ist, wobei der Festkörper (2) mit den Laserstrahlen (16) in variierenden Abständen zu der Rotationsachse (R) beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmeanteils (6) mittels der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit vom Abstand des Ortes an dem die Laserstrahlen (16) in den Festkörper (2) eindringen zu der Rotationsachse (R) variierbar ist, wobei die Rotationsgeschwindigkeit mit einer Abnahme des Abstands des Ortes, an dem die Laserstrahlen (16) in den Festkörper (2) eindringen, zur Rotationsachse (R) bevorzugt ansteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeanteil (6) mit mehr als 100 Umdrehungen pro Minute bevorzugt mit mehr als 1000 Umdrehungen pro Minute und besonders bevorzugt mit mehr als 1500 Umdrehungen pro Minute um die Rotationsachse (R) rotierbar ist und Laserstrahlen (16) mit einer Frequenz von mindesten 0,5 MHz bevorzugt von mindestens 1 MHz und besonders bevorzugt von mindestens 5 MHz oder 10 MHz zum Erzeugen der Modifikationen (18) von der Lasereinrichtung (14) emittierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstandsanpassungseinrichtung (28) zum Anpassen des Abstands von mindestens einem Element der Optik (20) gegenüber einem Oberflächenanteil (30) der Oberfläche des Festkörpers (2) vorgesehen ist, wobei die Abstandsanpassungseinrichtung (28) mindestens eine Abstandsbestimmungseinrichtung (32) zum Bestimmen eines Abstands eines Oberflächenanteils (30) des Festkörpers (2) gegenüber der Abstandsbestimmungseinrichtung (32) und eine Auslenkeinrichtung (34) zum Anpassen des Abstands des mindestens einen Elements der Optik (20) gegenüber dem Oberflächenanteil (30) des Festkörpers (2) in Abhängigkeit von dem durch die Abstandsbestimmungseinrichtung (32) bestimmten Abstand zwischen dem Oberflächenanteil (30) des Festkörpers (2) und der Abstandsbestimmungseinrichtung (32) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsbestimmungseinrichtung (32) derart angeordnet ist, dass die Abstandsbestimmung an einem Ort erfolgt, der vom Ort der Einbringung der Laserstrahlen (16) in den Festkörper (2) verschieden ist, wobei der Ort der Abstandsbestimmung und der Ort, an dem die Laserstrahlung (16) in den Festkörper (2) eindringt, auf derselben Kreisbahn um die Rotationsachse (R) liegen, wobei der Ort der Abstandsbestimmung und der Ort, an dem die Laserstrahlen (16) in den Festkörper (2) eindringen, um weniger als 270° bevorzugt um weniger als 180° und besonders bevorzugt um weniger als 90° voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auslenkeinrichtung (34) zumindest das eine Element der Optik (22, 24, 26) derart auslenkbar ist, dass Abstandsveränderungen zwischen der Optik (20) und dem Oberflächenanteil (30) des Festkörpers (2) zumindest teilweise ausgleichbar sind, wobei die Auslenkeinrichtung (34) derart in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmeanteils (6) ansteuerbar ist, dass die Laserstrahlen (16) zur Erzeugung der Modifikation/en (18) durch die Oberfläche des Oberflächenanteils (30) des Festkörpers (2), an dem zuvor die Abstandsmessung erfolgte, in den Festkörper (2) eindringen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkeinrichtung (34) mindestens einen Aktuator (35), insbesondere ein Piezoelement, aufweist, wobei der Aktuator (35) mit einer Frequenz größer 10 Hz bevorzugt größer 30 Hz und besonders bevorzugt größer 60 Hz betätigbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (20) mindestens ein Laser-Scan-Modul (26) zum Umlenken der Laserstrahlen (16) auf den Festkörper aufweist, wobei das Laser-Scan-Modul (26) derart ansteuerbar ist, dass bei einer konstanten Drehzahl des Aufnahmeanteils (6) in zumindest zwei radial unterschiedlich weit von der Rotationsachse (R) beabstandeten Abschnitten (38, 40) des Festkörpers (2) bei jeweils einer Umdrehung unterschiedlich viele in radialer Richtung (R) zueinander versetzter Modifikationen (18) erzeugbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (20) mindestens ein Strahlungsteilerelement (22) zum Aufteilen der von der Lasereinrichtung (14) erzeugten und emittierten Strahlung (16) in mehrere bevorzugt gleichartige Anteile aufweist, wobei zumindest zwei der mehreren Strahlungsanteile zur zeitgleichen Erzeugung von Modifikationen (18) dem Festkörper (2) zuleitbar sind, wobei das Strahlungsteilerelement (22) bevorzugt ein diffraktives Element oder ein Multispotobjektiv ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umpositioniereinrichtung (12) zum Umpositionieren des Aufnahmeanteils (6) oder des Aufnahmeanteils (6) und des Halteanteils (10) in einer X-Y Ebene vorgesehen ist und zur Behandlung eines äußeren Festkörperanteils (40) der Aufnahmeanteil (6) rotierbar ist und zum Behandeln eines vom äußeren Festkörperanteil (40) umschlossenen Festkörperanteils (38) der Aufnahmeanteil (6) oder der Aufnahmeanteil (6) und der Halteanteil (10) in der X-Y-Ebene umpositionierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeanteil (6) derart ausgebildet ist, dass mehrere Festkörper (2) beabstandet zu der Rotationsachse (R) auf einer Oberfläche des Aufnahmeanteils (6) zur simultanen oder sukzessiven Behandlung anordenbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeanteil (6) derart von der Antriebseinrichtung antreibbar ist, dass eine Modifikationsbahn mit einer Geschwindigkeit von mehr als 0,5 m/s und bevorzugt von mehr als 3 m/s bevorzugt von mehr als 10 m/s und besonders bevorzugt von mehr als 20 m/s oder 30 m/s gegenüber der Lasereinrichtung (14) bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlformungseinrichtung zur Veränderung der Eigenschaften der beaufschlagenden Laserstrahlen (16), insbesondere eine Einrichtung zur Veränderung der Polarisation der Laserstrahlen (16), insbesondere in Form einer drehenden Lambda-Halbe-Platte oder einer Pockels-Zelle, vorgesehen ist und/oder die Strahlformungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Laserstrahlen (16) zirkulär oder elliptisch zu polarisieren, wobei der Festkörper (2) mit den zirkulär oder elliptisch polarisierten Laserstrahlen (16), insbesondere in Form von Lambda-Viertel-Platten, beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlformungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Polarisationsrichtung der Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmeanteils (6) zu bewirken und/oder in Abhängigkeit von einer Orientierung des Festkörpers (2), insbesondere der Orientierung seiner Kristallrichtungen relativ zur Polarisation der beaufschlagenden Laserstrahlen (16), zu bewirken, wobei die Strahlformungseinrichtung bevorzugt eine rotierende lamda-halbe-Platte und/oder Pockelszelle umfasst, wobei die Pockelszelle mit einer angelegten Spannung in Abhängigkeit von der aktuellen Rotationsbewegung beaufschlagt wird und/oder die Strahlformungseinrichtung derart gestaltet ist, dass der Fokus der Laserstrahlen (16) in Abhängigkeit von der Pulsgeschwindigkeit und/oder der Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmeanteils (6) und/oder der Orientierung des Festkörpers (2) veränderbar ist, wobei die Strahlformungseinrichtung bevorzugt einen oder mehrere deformierbare Spiegel und/oder eine Zylinderlinsenkombination umfasst, und/oder die Strahlformungseinrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, das räumliche Profil der Laserstrahlen (16), insbesondere derart zu gestalten ist, dass durch die Strahlformungseinrichtung der Fokus der Laserstrahlen (16), insbesondere das räumliche Profil des Fokus der Laserstrahlen (16), veränderbar ist, wobei die Strahlformungseinrichtung bevorzugt ein Teleskop umfasst, und/oder die Strahlformungseinrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, die räumliche und/oder zeitliche Dispersion der Laserstrahlen (16) zu verändern, insbesondere die zeitliche Dispersion der Optik (20) zu kompensieren, wobei die Strahlungseinrichtung bevorzugt eine Prismenkombination und/oder Beugungsgitterkombination und/oder gechirpte Spiegel umfasst.
Verfahren zum Behandeln von Festkörpern (2), mindestens umfassend die Schritte: kontinuierliches Antreiben eines Aufnahmeanteils (6) einer Aufnahmeeinrichtung (4) zum Aufnehmen des Festkörpers (2), wobei der Aufnahmeanteil (6) durch einen Halteanteil (10) der Aufnahmeeinrichtung (4) gehalten wird und um eine Rotationsachse (R) rotiert wird, Beaufschlagen des Festkörpers (2) mit Laserstrahlen (16) zum Erzeugen von Modifikationen (18) in dem Festkörper (2) oder an einer Oberfläche (30) des Festkörpers (2), wobei die Laserstrahlen (16) durch eine Optik (20) geleitet werden, wobei die Laserstrahlen (16) mittels der Optik (20) derart umgelenkt werden, dass der Festkörper (2) an unterschiedlichen Positionen mit den Laserstrahlen (16) beaufschlagt wird, wobei der Festkörper (2) mit den Laserstrahlen (16) in verschiedenen Abständen zu der Rotationsachse (R) beaufschlagt wird.