特開 2018-47503 レーザアブレーションによって微細機械加工されるワークピースの製造のための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-47503(P2018-47503A)

(43)【公開日】2018年3月29日

(54)【発明の名称】レーザアブレーションによって微細機械加工されるワークピースの製造のための方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/382 20140101AFI20180302BHJP

   B23K 26/16 20060101ALI20180302BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/382

   B23K26/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-170150(P2017-170150)

(22)【出願日】2017年9月5日

(31)【優先権主張番号】16189398.7

(32)【優先日】2016年9月19日

(33)【優先権主張国】EP

(71)【出願人】

【識別番号】500242786

【氏名又は名称】フラウンホファー ゲセルシャフト ツール フェールデルンク ダー アンゲヴァンテン フォルシュンク エー．ファオ．

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100153084

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 康史

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル クラウス

(72)【発明者】

【氏名】トーマス ホーヒェ

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD12

4E168AD18

4E168DA39

4E168DA46

4E168FC00

4E168JA13

4E168KA01

(57)【要約】

【課題】レーザ微細機械加工で微細機械加工されるワークピースの製造方法を改良する。
【解決手段】レーザ微細機械加工で微細機械加工されるワークピースの製造方法において、保護層はワークピース表面に塗布され、表面は保護層を貫通するレーザビームで機械加工エリアで機械加工される。保護層は、金属及び／又はセラミック粒子が分散される少なくとも部分的に揮発性のキャリア液を備えるコーティング液を用いて生成される。コーティング液が、少なくとも機械加工エリアがコーティング液の層でカバーされるよう表面に塗布される。塗布された層は、塗布されるコーティング液の粒子から又はこれらの粒子及びコーティング液に比べて低減されたキャリア液の含有量から本質的に構成された保護層を形成するようキャリア液の割合を低減するよう乾燥される。その後、機械加工エリアは、ワークピース上に保護層を貫通して照射されるレーザビームで機械加工される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ微細機械加工によって微細機械加工されたワークピースの製造のための方法であって、保護層（ＳＳ）が前記ワークピース（ＷＳ）の表面（ＯＦ）に塗布され、前記表面は、前記保護層を貫通するレーザビーム（ＬＳ）によって機械加工エリアにおいて機械加工される、レーザ微細機械加工によって微細機械加工されたワークピースの製造のための方法において、
前記保護層（ＳＳ）は、金属及び／又はセラミック粒子（ＰＴ）が分散される少なくとも部分的に揮発性のキャリア液（ＴＦ）を含有するコーティング液（ＳＦ）を用いて生成され、
前記コーティング液（ＳＦ）は、少なくとも前記機械加工エリア（ＭＡ）が保護コーティング液層（ＳＳＦ）によってカバーされるように前記表面（ＯＦ）に対して塗布され、
前記塗布されたコーティングは、前記塗布されるコーティング液の粒子（ＰＴ）から本質的には構成された又はこれらの粒子及びコーティング液に比べて低減されたキャリア液の含有量から本質的には構成された保護層（ＳＳ）を形成するような方式で、前記キャリア液（ＴＦ）の含有量を低減するために乾燥され、
前記機械加工エリアの機械加工は、前記ワークピース（ＷＳ）上に前記保護層を貫通して照射されるレーザビーム（ＬＳ）によって実行される、ことを特徴とする方法。

【請求項2】

最大粒径が１０μｍの粒子を主に有するコーティング液が用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記コーティング液（ＳＦ）の組成は、仕上がった前記保護層（ＳＳ）内の前記粒子（ＰＴ）の充填比が前記保護層の量の５０％を超えるように選択され、前記充填比は、好ましくは６０％を超えることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記コーティング液（ＳＦ）は、コーティング剤を伴う又は伴わない金属粒子（ＰＴ）を主に又は排他的に含有して用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

導電性ラッカー、とりわけ導電性の銀は、コーティング液（ＳＦ）として用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記保護層は、５０未満μｍの有効な保護層の厚み（ＳＤ）にて生成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記保護層（ＳＳ）は、レーザ機械加工の完了後に前記表面（ＯＦ）から取り除かれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記保護層（ＳＳ）を取り除くために、前記保護層内に残存する前記キャリア液の不揮発性成分若しくは難揮発性成分を溶解する溶剤が用いられる、又は、前記保護層（ＳＳ）を取り除くために、前記保護層上に方向づけられたＣＯ₂ビームが用いられることを特徴とする請求項７に記載の方法。

【請求項9】

レーザ機械加工は、前記保護層（ＳＳ）がまだキャリア液の量をなお含有する時間窓の範囲内で前記コーティング剤の乾燥フェーズの間に行なわれることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記コーティング液（ＳＦ）の塗布において、前記コーティング液は、局所的に限られた方式で前記機械加工エリア（ＭＡ）を含有する前記表面（ＯＦ）上のコーティングエリアに対して塗布され、前記表面（ＯＦ）は、前記コーティングエリアのコーティングされていない外部であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

周囲圧力の調整によって、前記機械加工の部位の辺りのアブレーションの生成物の空間的分布が影響を受け、好ましくは、主に前記機械加工の部位から２ｍｍ〜５ｍｍの最大距離にて前記アブレーションの生成物を獲得するように前記周囲圧力が設定されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記コーティング液（ＳＦ）の塗布において、前記コーティング液は容積方法で塗布されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記コーティング液（ＳＦ）の塗布の前において、中間層（ＺＳ）が前記表面（ＯＦ）に塗布され、前記コーティング液が前記中間層に塗布されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法における、保護層を生成するコーティング液としての、金属粒子、導電性の銀を含有する導電性ラッカーの使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザアブレーションによって微細機械加工されるワークピースの製造のための方法に関し、保護層がワークピースの表面の機械加工エリアに塗布され、機械加工エリアにおける表面は、レーザビームによって保護層を通じて機械加工される。

【背景技術】

【0002】

レーザ微細機械加工における典型的なレーザ機械加工タスクは、極めて微細な孔のボーリング、ノッチの切断、及びワークピース上のフランクのアブレーションに関わる。レーザビームの多くの場合のガウス照射プロファイルのために、ワークピース表面上のエントリエッジは、多くの場合、隆起（elevations）（バリ）が表われるか、又は表面付近において丸くなる（rounding）傾向があり、表面に対して付着する付着物で覆われる。更に、エントリエッジは、多くの場合、強力な温度の影響に晒される。多くの場合完全に削除することができず且つ高励起アブレーションプラズマのために表面に対してしっかりと付着する場合があるアブレーションの生成物（残骸）によって、エントリエッジは、局所的に付着するナノスケールのアブレーションの生成物とのレーザ照射の光学的な近接場相互作用が原因で、多くの場合、理想的に平滑ではないが、カーテニングを示す場合がある。

【0003】

ある特許文献は、ポリマーマトリクス内に分散された粒子を含有するワークピースの表面に対してコーティング剤を加えることによって、レーザパーカッション穿孔の間にワークピース上のアブレーションの生成物（スパッタ）の堆積を回避することができる、ということを開示する（例えば、特許文献１参照。）。例えば、ポリマーマトリクスは、シリコーンシーリング材であってもよく、粒子は、セラミック材又は高融点材料から構成されてもよい。（例えば、炭化ケイ素内に）分散されたポリマーマトリクスと粒子とが略同じ重量比で含まれるべきコーティング組成物は、室温又は加熱下で表面上に分布された後に硬化する。他の要件のうちで、表面にかなり付着するポリマーコーティングは、コーティングにおける孔がワークピース内の孔よりも実質的に大きくならないように、レーザビームに対して垂直の熱の横方向への広がりを制限するべきである。レーザ機械加工の完了後、コーティング剤は、アブレーションの生成物と共に表面から剥離することができる。

【0004】

別の特許文献は、レーザ機械加工によって処理されるワークピースの表面上のポリイミドの保護膜の使用を記載する（例えば、特許文献２参照。）。アブレーションの生成物は、保護膜上に蓄積し、レーザ機械加工後に、それと共に取り除くことができる。

【0005】

さらに別の特許文献は、直接的なレーザアブレーションによる基板のナノ構造のための方法を記載する（例えば、特許文献３参照。）。照射される表面は、パターン形成のために用いられるレーザ光に対して透明な、液体、ゲル状、又は架橋の犠牲層によりコーティングされる。

【0006】

さらに別の特許文献は、超短レーザパルス照射によるワークピースの微細機械加工のための方法を記載する（例えば、特許文献４参照。）。この方法において、例えば銅から構成されるモノリシック犠牲層が、ワークピースの表面に対してしっかりと塗布される。次に、犠牲層を貫通してワークピースの材料を取り除く、超短レーザパルスが生成される。ワークピース材料の充分なアブレーションの後、犠牲層は取り除かれる。機械加工されるワークピースに対して犠牲層が強固に化学的に接合されないので、犠牲層は、レーザ機械加工後に取り除くことが容易である。犠牲層の自由表面上で堆積された、ワークピースから剥離された粒子は、犠牲層と共に取り除かれる。レーザエントリ側上にレーザ照射によって作成された円形のエッジを伴うエッジプロファイルは、犠牲層内に形成され、前記層と共に除去される。これは、ワークピースの表面と、レーザ照射によって生成された圧痕又は孔との間の遷移エリア内に鋭利な輪郭を生成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】英国特許出願公開第２３４９１０６号明細書

【特許文献2】特開平０８−１８７５８８号明細書

【特許文献3】独国特許出願公開第１０２００６０２３９４０号明細書

【特許文献4】独国特許第１０１４０５３３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、従来手法による機械加工されたエリアにおけるレーザアブレーションによって微細機械加工されたワークピースの品質を向上することを可能にする上記のタイプの方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的を実現するために、本発明は、請求項１の特徴を有する方法を構成する。有用な改良は、従属請求項で与えられる。すべての請求項の表現は、参照によって本記述内に援用される。

【0010】

本方法において、保護層は、金属及び／又はセラミック粒子が分散される、部分的に又は完全に揮発性のキャリア液を含有するコーティング液を用いて生成される。コーティング液は、少なくともレーザ機械加工を対象とした機械加工エリアがコーティング液の層によりカバーされるというような方式でワークピースの表面に対して塗布される。コーティング液は、表面に対して直接又は直ちに塗布されてもよいし、又は間に配置された中間層と共に間接的に塗布されてもよい。

【0011】

その後、塗布されるコーティング層は、塗布されるコーティング液の粒子とから実質的に構成される、又はこれらの粒子とコーティング液に比べて低減されたキャリア液の含有量若しくはキャリア液の残量とから実質的に構成される、保護層を形成するような方式で、キャリア液の含有量を低減するために乾燥させられる。機械加工エリアは、その後、ワークピース上に保護層を通じて照射される（少なくとも）１つのレーザビームによって機械加工される。

【0012】

コーティング液は、液体分散媒（liquid dispersion medium）（キャリア液）及び固体の分散粒子を含有する流動性分散液として記述することができる。コーティング液は、その粘度が特定の塗布に応じて多様に選択することができる流動性物質である。この場合、水又はアルコールの粘度と同様の粘度を有するインクタイプの薄い液体コーティング液が、粘着性のコーティング液（例えば、ラッカー、蜂蜜、クリーム、又はペーストの粘度を有する液体）と同様にまさに適している。本方法において、キャリア液は、表面上の粒子の所望の分布を可能にするために、表面に対するコーティング液のポジティブロッキング塗布（positive-locking application）又はトポグラフィ適合塗布（topography-adapted application）における補助的薬剤として実質的に役割を果たす。

【0013】

キャリア液は、塗布される層の後続の乾燥（完了しているか部分的な乾燥）を容易にするために、ある程度、易揮発性であるべきである。キャリア液は、揮発性成分が室温又は微熱にて既に蒸発することができるように選択されることができ、その結果、乾燥フェーズの間に、コーティングにおけるキャリア液の含有量が低減されるか、又は、層内の粒子含有量が増加する。層の塗布の後にキャリア液の蒸発を容易にするために、キャリア液は、可能な限り、非重合性又は低重合性及び非硬化性又は実質的に非硬化性であるべきである。これは、レーザ機械加工の完了後に、可能性の高い所望の後続の層の剥離を容易にする。

【0014】

キャリア液は、オプションとして他の物質の不純物を伴う、単一成分のキャリア液、即ち１つの個別の液体成分から実質的に構成されるキャリア液でも良い。また、２つ以上の成分から構成されることも、即ち、多成分のキャリア液であることも、キャリア液にとって可能である。例えば、成分の１つは、アルコール系成分、アセトンなどのケトン、又はアセテートなどの比較的易揮発性の成分とすることができる。別の成分は、弱易揮発性又は不揮発性であってもよいし、粒子の結合を促進する保護層内に少なくとも部分的にオプションとして存続してもよい。

【0015】

層は、オプションとして、特別の乾燥を促進する方策を用いずに自動的に乾燥してもよい。また、例えば加熱及び／又は送風によって乾燥ステップを積極的に促進することも可能である。このようにして、キャリア液の揮発性成分の蒸発を促進することができる。

【0016】

乾燥ステップの間に、コーティング液の粘度を最初は本質的には保持しても良い塗布される層は、（揮発性）キャリア液の含有量を低減するために乾燥させられる。乾燥ステップによって、部分的に乾燥した、又は充分に乾燥した、保護層を生成することができる。部分的に乾燥した保護層は、まだ湿っている可能性もあり、少なくともいくつかのエリアにおいて、キャリア液の一部をまだ含有している可能性もあるが、その流動性は、それが表面に充分に付着する程度に低減させる。長時間乾燥の場合、保護層は、完全に乾燥することができ、その結果、キャリア液の揮発性成分は、実質的には保護層内に残存しない。

【0017】

他の目的の中で、乾燥ステップは、表面から保護層を剥離することなく、部分的に乾燥又は完全に乾燥した保護層と共に、必要であればワークピースを水平面から傾けることを可能にするように意図される。保護層は、概して、保護層にその効果を失わせることなく、レーザ機械加工の間にレーザアブレーションの部位をターゲットとする強力な空気の流れに晒すことができるように、更に充分に乾燥されるべきである。

【0018】

材料を除去するレーザアブレーションのために、機械加工エリアは、その後、ワークピース上で部分的に乾燥又は完全に乾燥した保護層を通じて照射されるレーザビームによって機械加工される。より好ましくは、これは、例えば極短パルスレーザにより生成されるパルスレーザビームにすることができる。

【0019】

本方法によって、例えば、わずかに突出する導体経路があることがある、滑らかで且つ完全には滑らかではない両表面は、合致した方式であり且つポジティブなロッキング方式でコーティングされることができる。

【0020】

コーティング液の合成又は配合は、特定の塗布の条件に対して広範囲にわたって調整することができる。多くの実施形態において、キャリア液内に分散された粒子が主に１０μｍの最大粒径を有するコーティング液が用いられる。これに関連して、用語「主に（predominantly）」は、とりわけ、粒子の少なくとも７０％又は少なくとも８０％が比較的小サイズのこれを有するはずである、ということを意味する。より好ましくは、平均粒径は、１桁のマイクロメートルの範囲内又はそれ以下であってもよい。粒子のいくつか又はすべては、１未満μｍの平均粒径を有してもよい。粒子は、スケール状、又は、フレーク状（フレーク）即ち、その外径がそれらの高さよりも遥かに大きいフラットな粒子、であってもよい。例えば、径は、最大１０μｍにすることができ、その一方で、高さは、高い頻度で１μｍより遥かに小さいか又は数百ナノメートルの範囲内にすることができる。通例、粒子の形態及び／又は形状に応じた一定の分布が、提供され、部分的に乾燥又は完全に乾燥した保護層内に比較的高密度のマイクロ多孔質又はナノ多孔質構造を実現するためにも有用である。

【0021】

コーティング液の組成は、部分的に乾燥又は完全に乾燥された仕上がった保護層内の粒子の充填比が保護層の量の５０％を顕著に上回るように選択することができる。本明細書で用いられる用語「充填比（filling ratio）」は、観察された単位体積に対する保護層の単位体積における粒子の全容積の比を指す。例えば、充填比は、６０％以上又は更に少なくとも７０％である。多くの銀インクにおいて、銀粒子は、例えば、コロイドの長さスケール（colloidal length scale）で、略２０ｎｍから略２ｎｍの寸法範囲内にある。このようなコロイドコーティング液において、更なる高充填比（例えば９０％まで）を実現することもできる。通例、保護層は残留気孔を有する。更に、キャリア液の残留物が保護層内に存在するかもしれず、そのため、粒子の充填比は、通常９０％未満である。

【0022】

粒子の材料を特定の塗布に適応させることもできる。多くの塗布において、金属粒子から主に（例えば少なくとも８０％若しくは少なくとも９０％に）構成される又は排他的に構成されるコーティング液が用いられると有用である。コーティング液における金属粒子の使用において、高熱伝導率の保護層が、オプションとして生成されることができ、該保護層は、概して熱管理上の又はレーザビームによって直接影響を受けるエリアからの熱放出上の有益な効果がある。更に、金属は、典型的には、比較的高いアブレーション閾値を有しており、その結果、金属粒子を装備する保護層は、例えばエッジの丸まりに対する長期間のレーザ照射下でさえも、長期間の間、有効なままである。金属粒子は、コーティングされていなくてもよいし、又は薄い酸化層又はセラミックス層などの層を載せてもよい。（コーティングされている又はコーティングされていない）金属粒子とセラミック粒子は、キャリア液と混合されてもよいし、又はそこから生成された保護層内で混合されてもよい。セラミックは、高い頻度で、金属よりも更に高いアブレーション閾値を有するので、レーザ照射下での保護層の耐性を、（代替的に又は金属粒子に加えて）セラミック粒子を使用することによって、必要に応じて更に向上することができる。

【0023】

例えば、方法との関連で、銀、金、アルミニウム、銅、ニッケル及び／又は別の金属をコーティングされている若しくはコーティングされていない粒子を持つ、及びオプションとして（若しくは付加的に）セラミック粒子を含有する、多くの市販の金属インク若しくは金属ラッカーが、コーティング液として用いられる。

【0024】

多くの実施形態において、導電性ラッカーは、コーティング液として用いられる。用語「導電性ラッカー（conductive lacquer）」は、主として電子素子において通常用いられる導電性ラッカーを指す。導電性は、ラッカーマトリクスにおける非常に高い含有量（８０％以上まで）の導電性フィラー材料によって生成される。個々の粒子は、互いに接触し、それにより電流の流れを可能にする。例えば、銀（銀の導電性ラッカー又は導電性の銀）、銅（銅の導電性ラッカー）及びグラファイトの粒子（グラファイトの導電性ラッカー）系の導電性のラッカーがある。バインダー成分は、単一成分の溶剤含有ラッカー又は合成樹脂（単一成分又は二成分）とすることができる。

【0025】

本発明の一部の態様は、従って、特にこの出願において述べられる方法における保護層を生成するコーティング液として、他の目的のために通常用いられる、金属粒子を含有する導電性ラッカー、とりわけ導電性の銀、のための新規の有用な使用に関わる。

【0026】

本方法によって、高度に有効で且つ多機能の保護層を生成することができる。この場合、比較的薄い有効な層（effective layer）の厚みは、上記の課題を解消又は防止するのに充分になり得る。用語「有効な保護層の厚み（effective protective layer thickness）」は、これに関連して、レーザ機械加工の間の、即ち、層が少なくとも部分的に乾燥していて、表面に対して比較的確実に付着する場合の、保護層の層厚を指す。

【0027】

ガウスの照射プロファイルの想定に基づいて、可能な限り平滑なフランクが丸まりを伴わずにワークピース内に生成されるように、有効層の厚みを充分に厚くするべきである。重要な基準は、有効なレーザビームを向上させるということを意図した作用である。この場合、更に、限られた時間内にレーザビームがワークピース表面にまで浸透するように、保護層を充分に薄くするべきである。多くの実施形態において、保護層は、５０μｍ未満の有効な保護層の厚みで生成される。現在の発見によれば、５μｍから５０μｍの範囲内の有効な保護層の厚みは、有用になる多くの実用的なケースにおいて出現する。とりわけ、エッジの丸まりが機械加工されたワークピースのエリア内に伸長するということが、顕著に薄い有効な保護層の厚みの場合に生じるかもしれない。非常に厚い層厚は、高い頻度で無用であるように見え、主として、対応する付加価値を伴わずにコーティング液の多大な材料消費に結びつくことになる。

【0028】

但し、例えば非常に不利な照射プロファイルＭ²＞２、即ち、ドーナツ状のビーム断面、による４００Ｗのレーザのために、非常に厚い層が必要であることは全体的に可能的である。従って、最適な有効層の厚みは、また、例えば５０μｍから２００μｍ以上の範囲内の５０μｍ以上、例えば１ｍｍ又は２ｍｍであってもよい。

【0029】

概して、レーザ機械加工の完了の後に、保護層が表面上に残存することになるのは可能的である。例えば、これは微構造の診断（microstructural diagnosis）のためのレーザ系の試料調製（laser-based sample preparations）のケースになり得る。但し、保護層は、その後、例えば、５μｍから１０μｍの範囲内の有効層の厚みと共に、可能な程度にまで比較的薄くするべきである。但し、多くのケースにおいて、保護層は、レーザ機械加工の完了の後に、表面から取り除かれる。このようにして、保護層上に残存する付着物（残骸）は、前記保護層と共に作業部（workplace）の表面から取り除くことができる。

【0030】

本方法の好ましい変形例の主な有利性は、必要に応じて、作業部を保全して残留物を残さないようにしながら、多大の労力を伴わずにワークピースから保護層を剥離するか又は取り除くことができるということである。この場合、オプションとして保護層内の残りの多成分のキャリア液の成分を溶解する溶剤が、保護層を取り除くために、好ましくは用いられる。保護層を機械力に対して晒す必要がないので、保護層のこの湿式の化学的除去は、概して、周囲温度にて行なうことができ、ワークピースを保全する。

【0031】

但し、湿式の化学溶剤の代替えとして、局所的に塗布されるＣＯ₂ビーム（時として「スノージェット（"snow jet）」とも称される）もまた、保護層を剥離するために用いることができる。この場合、（液体）ＣＯ₂は、圧縮空気によって超音波の速度まで加速されて、ノズルから放出される際に減圧されて、サンプル上に方向づけられる。このビームが保護層上に衝突する場合、前記層は、迅速に冷却し、その結果として脆くなる。表面上の衝突量の増加（６００倍）と共にＣＯ₂スノーが蒸発するので、粒子コーティング剤は、概して、実質的には残留物を残さずに表面から吹き飛ばされる。この状況は、ＣＯ₂がバインダー又はスタビライザとして層の配合物（layer formulation）内に存在するかもしれない有機化合物の強溶剤であるので、更に促進されることができる。

【0032】

保護層は、概して、塗布工程（コーティング液の塗布、部分的乾燥又は完全乾燥）のために、ギャップを伴わないポジティブロッキング及び平面的な方式で表面に対して付着するが、表面に対する保護層のバインディングは、概して、あまり強力ではない。この理由のために、多くの場合において、全体としてそれ自身強く接合される保護層を容易に剥離することが可能である。保護層は、また、個々の粒子（例えば「フレーク」など）がキャリア液の不揮発性残留物によって互いに直接接触することを防止するような方式で構成されることができる。このため、粒子間のバインディングは、確実な保護層を実現するためには恣意的に強力である必要はない。このような保護層は、例えば、粒子間の有機成分が溶解されるので、湿式化学的手段によって又は別の溶剤塗布によって容易に溶解されることができる。

【0033】

上記のように、保護層は、部分的のみの乾燥形態（状況に応じて湿った形態）及び完全な乾燥形態の両方に存在するかもしれない。保護層の剥離性の後続の容易さに関して、保護層がキャリア液の量をなお含有する時間窓の範囲内で塗布層の乾燥フェーズの間にレーザ機械加工が行なわれる方法の変形例は、有用かもしれない。完全には乾燥されずに湿ったこのような層は、概して、例えば残留物を残さない湿式化学的手法によって、ワークピース表面から比較的容易に取り除かれることができる。

【0034】

ワークピース表面全体にわたってコーティングを施し、レーザビームによって続いて機械加工されるワークピース表面のエリアを保護層によってカバーすることが可能である。例えば、完全な表面及び構造の塗布は、スクリーン印刷、ドクタリング、高圧噴霧、スピンコーティング、浸漬コーティング、パッド転写、又は同種のものによって実行することができる。

【0035】

但し、本方法は、また機械加工エリアを備えるコーティングエリアにのみ局所的に限られた方式で表面に対してコーティング液を塗布するコーティング液の塗布の可能性を提供する。例えば、コーティングエリアは、円形か、楕円形、又は略多角形若しくはストリップの形式で構成されることができる。それは、機械加工部位の辺りで対称的又は非対称的に分散して位置してもよい。この局所的塗布は、コーティングエリアの外部、表面がコーティングされていないか又は保護層がないままである、ということを意味する。コーティングエリアのその後の展開に関して、アブレーションの生成物（残骸粒子）の最大飛行半径のみを確実にカバーするために表面を清潔に維持するのに充分である、ということは注目され得る。発明者らの経験では、アブレーション粒子が、不利な環境下でさえも数百マイクロメートル又は数ミリメートルの距離を飛ぶことができる一方で、エッジの丸まりにとって及び熱管理に関して重要であるこれらの効果は、それぞれの機械加工部位の辺りの数マイクロメートルの範囲内に横方向に及ぼす。これらの条件に関して、例えば、コーティングエリアは、非常に大きくなり得るので、機械加工構造の辺りの２ｍｍから５ｍｍの最大範囲及び状況に応じて更に大きな範囲をカバーする。コーティング液又は保護層が局所的に限られた方式でのみ塗布されると、コーティング液は、相当な程度まで可能に節約することができ、その節約は、方法のコスト並びに速度及び環境の見地からの両方に関して有用である。

【0036】

定義された方式で保護層が局所的に塗布されることになる場合、容積方法（volumetric methods）は、とりわけ、コーティング液の塗布、例えば投与バルブ（ジェットバルブ若しくはピストン及びスピンドルバルブなど）を用いるか又は噴霧バルブを用いるもの、に適しているように見える。オプションとして、連続的なインクジェット（ドロップオンデマンド）方法によって、コーティング液の個々の滴下は、静電気デフレクターによってターゲットエリア（コーティングエリア）に対してターゲット方式で塗布されてもよい。代替的に、対応するコーティング液配合物を用いるスプレー又はグラビア印刷が実行されてもよく、状況に応じて、特定エリア（コーティングエリア）に対するマスクによって層が制限される。

【0037】

多くのケースにおいて、コーティング液は、ワークピースの表面に対して直接塗布され、その結果、仕上がった保護層は、ワークピースに対して直接付着する。但し、表面に対して中間層を塗布し、次に中間層に対してコーティング液を塗布することもまた、コーティング液の塗布の前に可能である。このようにして、保護層は、多層（とりわけ、二重の層の保護層系）の一部になる。例えば、中間層は接着促進層としての役割を果たしてもよい。代替的に又は付加的に、可能的な程度に、保護層及び前記保護層を載せる中間層の残留物がない除去を、レーザ機械加工の完了後に実行することができるように、中間層の材料もまた選択することができる。

【0038】

本方法によって、レーザ微細機械加工の品質は、多機能の保護層を用いることによって、１つ以上の目的に関して最適化されることができる。保護層の作用は、少なくとも３つの部分からなるかもしれない。第１に、機械加工の後にいかなる残留物も残さずに取り除くことができるコーティング剤を用いることによって、残骸が機械加工部位のエリア内に付着することを、かなり効果的に防止することができる。第２に、充分に厚い保護層を塗布することによって、エッジの丸まりを保護層内にシフトすることができ、その結果として、非常に純粋で「バリのない」フランクを持つワークピースが可能である。第３に、保護層は、改善された放熱性によって、例えば、レーザ機械加工の直近付近における熱管理を助成することができる。これは、表面近くに配置されたワークピースの敏感な面を、レーザ機械加工に伴うエッジのすぐ近接の熱発生による損傷から効果的に保護することを可能的にする。

【0039】

本発明の更なる有利性及び態様は、図を参照して以下に説明される、特許請求の範囲及び本発明の以下の好適な実施の形態において提示される。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】レーザ微細機械加工によって孔が生成される表面の付近におけるワークピース貫通した断面図を示し、粒子含有コーティング液の層は、局所的に限られた方式において表面に対して塗布される。

【図2】コーティング液の層から乾燥した保護層を生成する乾燥ステップの概略図を示す。

【図3】保護層を通じてレーザビームがワークピース上に照射される機械加工ステップを示す。

【図4】レーザ機械加工の完了の後に保護層を取り除く湿式化学洗浄ステップを示す。

【図5】導電性の銀層の乾燥と集束Ｇａ⁺イオンビームによる掘削との後の、導電性の銀層によって覆われたワークピースの走査電子顕微鏡画像を示す。

【図6】様々な周囲圧力条件下でのレーザ機械加工後に保護層によって保護されない、同等の機械加工構造を持つエリアの４つの走査電子顕微鏡画像を示す。

【図7】保護層及びそれと共に取り除かれたアブレーションの生成物の除去の後に、導電性の銀の保護層を用いてレーザ機械加工され構造化された半導体試料のＳＥＭ像を示す。

【図8】レーザに機械加工されたフランクに対して垂直なＦＩＢ断面のＳＥＭ像を示す。

【図9】間に配置された粒子がない中間層と共に保護層がワークピースに対して塗布された実施形態を示す。

【図10】ＣＯ₂ビームによるワークピース表面からの保護層の除去を示す。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下において、レーザアブレーションによって微細機械加工されるワークピースの製造のための方法の実施形態が提示される。例えば、機械加工されるワークピースは、高品質の方法を用いて準備されることができる微構造の診断のためのサンプルであってもよい。本方法は、また、ディスプレイのレーザ機械加工、又は、微細口径、例えば噴射ノズルの機械加工に用いられることができる。本方法において、保護層は、それぞれのワークピースの表面に対して直接的又は間接的に塗布され、表面は、保護層を貫通して照射されたレーザビームによって機械加工エリアにおいて機械加工される。

【0042】

本発明の実施形態のいくつかの重要な一部の態様が、図１〜４を参照して最初に説明される。図１は、ワークピース表面に対して垂直に延びるフランクＦＬにより鋭利に制限された孔ＬＯが、材料を剥離するレーザ微細機械加工によって生成されるワークピースの表面ＯＦの付近におけるワークピースＷＳを貫通した概略断面図を示す。少なくともその表面にて円形又は多角形断面を例えば有することができる概略的に示された孔は、まだ損傷がないワークピース内に点線として示される。明瞭さなどの目的のために、図におけるフランクは、表面に対して垂直であり、ほとんどのフランクは、傾斜した角度にある。例では、ワークピース（ワークピース表面とも称される）の表面ＯＦは、孔位置の辺りで機械加工エリアＭＡにおいて平滑であるが、ある程度堅く構造化されてもよい。

【0043】

本方法において、生成される保護層は、金属及び／又はセラミック粒子ＰＴが分散される、部分的に又は完全に揮発性のキャリア液ＴＦを含有するコーティング液ＳＦを用いて形成される。図１の例において、コーティング液は、少なくとも孔の所望の位置の辺りの機械加工エリアＢＢが、保護コーティング液層ＳＳＦによりカバーされるというような方式で、ワークピースの表面ＯＦに対して直接に塗布される。例では、エリア外に配置されたワークピースの一部がコーティングされていないままになっている間に、コーティング液は、孔の辺りの機械加工エリアのみがカバーされるのと同じ方法で、局所的に限られた方式で塗布される。

【0044】

図２を参照して概略的に説明される乾燥ステップは、コーティング液を塗布するステップに後続する。乾燥ステップの間に、コーティング液の塗布される保護コーティング液層ＳＳＦは、塗布されるコーティング液ＳＦの粒子ＰＴ又はこれらの粒子の比較的高密度の混合物とコーティング液に比べて著しく低減されたキャリア液の含有量とからのみ本質的には構成される保護層ＳＳをコーティング液から形成するような方式でキャリア液の含有量を低減するために乾燥される。

【0045】

塗布の際、粒子は、多成分のキャリア液内に含有されていてもよい。（オプションとして、例えば、オーブン、赤外線照射などでアニールすることによる塗布エリアの加熱によって促進された）キャリア液の揮発性成分の蒸発の間に、キャリア液の不揮発性の成分は、粒子間に残留物として残存する。一方で、不揮発性の成分は、粒子間の接触を維持することができるし、又は部分的に多孔性の保護層の結合を促進することができ、他方で、それらは、また、例えば化学的にそれらを溶解するためにキャリア液の残存する成分上で作用する方法によって再剥離性を保証することができる。

【0046】

キャリア液の揮発性成分の蒸発の際、粒子は、段階的に互いに密接な接触になり、予め塗布されたコーティング液の厚みよりもかなり薄い厚みＳＤの有効層と共に、表面ＯＦに対して比較的しっかりと付着する保護層ＳＳを形成する。乾燥フェーズの間に、コーティングの湿気の程度は、（オプションとして保護層ＳＳの完全乾燥まで）絶えず減少する。但し、キャリア液の高揮発性又は不揮発性の成分は、また、保護層内に残存するかもしれない。いかなる場合も、前記表面が水平面から傾けられる場合でさえ、ある程度乾燥した保護層がワークピース表面に付着し続けるように、乾燥は、レーザ機械加工の始まりの前に充分な程度に進行しておくべきである。

【0047】

図３は、ワークピース上に保護層ＳＳを貫通して照射されて連続的に孔ＬＯを生成するために前記ワークピース内に深く貫通するレーザビームＬＳによって、機械加工エリアが機械加工される機械加工ステップの概略図である。微細機械加工において生じる課題のいくつかを、図３を用いて明確な方式で説明することができる。

【0048】

本質的な課題は、レーザビームＬＳのガウスの強度分布から本質的には派生する、いわゆるエッジダメージ又はエッジの丸まりである。この強度分布は、ビームの断面にわたって非均一のアブレーション特性をもたらし、ターゲットの部位上にレーザビームを「引き入れる（running in）」間に実際に必然的に生じる。これは、表面の付近における、概して望ましくない孔を拡張する。実用的な塗布の多くのケース、とりわけ、ＩＣ技術の分野において、即ち、集積半導体構成部品のレーザ機械加工の分野において、準備されたターゲットの部位は、ワークピース表面の付近に配置され、そのため、ターゲットの部位に比べてより大きな安全距離を維持することによってレーザ機械加工においてエッジの丸まりが高い頻度で防止された。但し、これは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）によって仕上げ研磨の長時間の加工時間をもたらす可能性があり、組み合わされたレーザ−ＦＩＢプロセスの効率を顕著に低減する可能性がある。

【0049】

図３において明確に見てとれるように、レーザ機械加工されたエッジの丸まりの課題は、概して、保護層の塗布では解決されない。但し、丸まりは保護層ＳＳの中に垂直方向にシフトされ、その結果、エッジの丸まりは、保護層ＳＳ内部のレーザビームによって生成された孔のエントリサイド上に形成される。しかしながら、特にワークピースの表面ＯＦと孔のフランクＦＬとの間の遷移エリアにおけるクリティカルなエッジエリアＫＴ内に、シャープで大部分は損傷がない遷移が、ワークピース表面と剥離されたエッジ又はフランクとの間に形成される。

【0050】

ワークピースエッジが清潔なままであるように、エッジの丸まりのエリアが保護層の内部に排他的に存在するように保護層ＳＳの有効層の厚みが選択される、ということは明確に明らかである。塗布される保護層の厚みは、照射プロファイルに対する、特にスポット径に対する、特定の比を有する。実現される保護層の層厚は、用いられるレーザ源のパウダ密度（powder density）とスポットプロファイル（Ｍ²値）とを考慮に入れることによって、本質的に判定することができる。該当する場合には、これは、塗布のタイプ又は層系内に配置される金属粒子のサイズによって、技術的に制限される。保護層の必要な有効層の厚みは、実質的に基板及び保護層の流束量依存、波長依存、及びパルス依存のアブレーション閾値の比によって左右される。これは保護層の製造のためのプロセスを設計する際に考慮に入れることができる。

【0051】

第２の課題は、レーザ機械加工のアブレーションの生成物（残骸）のレーザ機械加工表面に対する付着である。残骸ＤＥＢの付着は、レーザ機械加工の間に剥離されたワークピース材料の不充分な除去の結果として理解することができる。多くのレーザ施設において、残骸の排出は、専用の吹き入れ／吸い上げシステム（blowing-in and suctioning-out systems）によってマシンサイド上で促進されるが、付着物は剥離された粒子の付着よりも「焼き付け」によるものなので、ワークピースの直接表面の汚染は、実用的な期間内では完全には防止することができない。剥離された粒子が、後熱効果の結果として、それらの除去の間にレーザによって更に照射されるので、これは、また、いくぶん長い（数ピコ秒以上のパルス期間を持つ）極短パルスレーザによる機械加工におけるケースである。保護層によって保護された機械加工エリア内のアブレーションの生成物が、ワークピース表面ＯＦ上には堆積することができないが、保護層ＳＳ上にのみ堆積することができ、それに結合することができるので、図３において見てとれるように、表面ＯＦ上のアブレーションの生成物又は残骸ＤＥＢの再堆積は、保護層ＳＳの存在によって防止される。その後、アブレーションの生成物は、好ましくは、いかなる残留物も残さずに、保護層ＳＳと共に取り除くことができる（図４参照）。

【0052】

熱をあまり伝導しないサファイアなどの材料が機械加工されると、レーザ機械加工の間に蓄熱を引き起こす場合があり、レーザ機械加工されたエッジの付近における時として広範囲な損傷を制御できない。例えば金属の保護層などの高熱伝導率を持つ保護層ＳＳの場合、横方向（即ち、表面に対して本質的には平行）への熱の排出が促進され、その結果、蓄熱から結果として生じる課題を低減することができる。

【0053】

いくつかのケースにおいては、保護層上に堆積したアブレーション粒子と共に保護層がワークピース上に残存することになる可能性があるが、通例、残留物がない保護層の剥離が理想的には好ましい。図４は、保護層内のキャリア液の可溶の残留成分を部分的に溶解する湿式化学溶剤によって、保護層及び保護層上に堆積した残骸ＤＥＢを取り除く方法ステップの変形を概略的に示しており、その結果、保護層内の粒子ＰＴの結合が分解されて、粒子ＰＴ及び残骸ＤＥＢは、いかなる残留物も残さずに表面ＯＦから消去することができる。この洗浄工程は、必要に応じて超音波の作用によってサポートすることができる。代替的に、保護層の剥離もまた、例えばＣＯ₂スノージェット洗浄によって行なうことができる（図１０参照）。

【0054】

上記の課題のための特に有望な解決手段は、ナノコロイド金属粒子又はマイクロメートルサイズの金属若しくは陶器のフレークを用いて、いかなる残留物も残さずに取り除くことができる印刷可能なラッカー系の塗布であると考慮される。それらの良好な電伝導率及び熱伝導率のために、例えば、銀、金、アルミニウム、銅、又はニッケル、若しくはその組み合わせの粒子を伴う市販の金属インク又は金属ラッカーを考慮に入れることができ、オプションとして、それ相応に小さなセラミック粒子と組み合わせることもできる。

【0055】

更に詳細に以下に説明される実施形態において、テッド・ペラ社からの市販されている銀含有導電性ラッカー（「導電性の銀（conductive silver）」）が用いられた。測定結果は、本質的には銀から構成される薄片の粒子の約８０％が１μｍ未満のサイズを持っていたことを示した。このコーティング液は、アルコール系の揮発性のキャリア液を含有する。導電性流体と同様に適した他の市販の導電性のラッカーは（メチルイソブチルケトンなどの）ケトン系又はアセテート系である。

【0056】

実験室規模の塗布のために、例えば、コーティング液を、ブラシを用いて、問題になっているワーキングエリアに対して塗布してもよい。大規模なピース量及び／又は大量生産のために、このような液体もまた、容積方法によって局所的に限られた方式で、ワークピース表面に対して印刷処理において適用することができる。試験済みの銀系の導電性ラッカーは、オプションとして超音波によってサポートされる、アセトン又はアルコール内の液浸によって残留物を残さずにワークピース表面から取り除くことができる。

【0057】

銀含有導電性ラッカーを使用することの有利性は、使用可能な粒径（典型的には１０μｍ未満）における工業的規模上の問題を伴わずに銀を製造することができ、銀が良好な熱伝導率をそれ自身示す、ということである。但し、対応するフレーク内へのボールミルにおいてアルミニウム又は黄銅などの他の金属を処理することもまた可能である。金属フレーク、即ち小サイズのフレーク状の金属粒子もまた、輝き効果及び発色効果を提供するためにラッカーに用いられる特殊効果顔料用に基材として広く用いられる。発色を提供するために、このようなフレークは、ナノスケールの干渉層によりコーティングされる。このような粒子を含有するコーティング液もまた、用いることができる。

【0058】

一連の実験において、導電性の銀は、結果として生じる保護層ＳＳがキャリア液の揮発性成分の蒸発の後に略４μｍ〜２０μｍの有効な保護層の厚みＳＤを有したような厚みで、機械加工される機械加工エリアに対してブラシを用いて塗布された。図５は、導電性の銀層の乾燥の後に導電性の銀の保護層により覆われたワークピースの走査電子顕微鏡画像を示す。より明確にワークピースに対する保護エリア及び遷移エリアの内部機構を示すために、矩形の掘削は、集束ガリウムイオンビーム（イオンビームに比べて大きな材料体積のアブレーション）を用いて成された。

【0059】

保護層ＳＳは、全体としてコーティングが電導率及び良好な熱伝導率を連続して示すように、コーティング内部で互いに直接的に接触する、小さい粒子ＰＴ、主にプレート状の粒子ＰＴ、又はフレーク状の粒子ＰＴから本質的には構成される、ということを理解することができる。粒子のフレーク構造のために、保護層にはうろこ状の表面がある。微視的に小さな気孔、又はナノスケール気孔でさえも、互いに物理的に接触した粒子間で見てとれる。気孔は、乾燥ステップの間にキャリア液の揮発性成分の蒸発の間に形成された。保護層内の粒子の充填比（即ち観察された単位体積に対する保護層の単位体積における粒子の全体積比）は、典型的には、略６０％から８０％であり、その結果、気孔のパーセンテージは、約２０％〜４０％である。

【0060】

この薄く且つ主に金属の保護層は、レーザ機械加工において比較的高いアブレーション閾値を有することを特徴とし、このアブレーション閾値は、ワークピースの基礎を成す固体材料（半導体材料）の閾値と同様にすることができる。このようにして、マイクロ多孔質保護層は、レーザ機械加工における物質のアブレーションに対して、基礎を成す固体のワークピース材料と同様に作用し、とりわけ（全く同じ厚みの有機物被覆とは対照的に）非常に速いレートでは剥離されない。

【0061】

保護層と基礎を成すワークピース材料との間の遷移エリアにおいて、対照的に、レーザ機械加工によって露出されたフランクは、ワークピース表面に対してある程度垂直に延びる。これは、保護層の剥離の後に、フランクと表面との間の遷移エリアにおける鋭利な遷移を残す。

【0062】

保護層の存在のために、レーザ機械加工において生成されたアブレーションの生成物がレーザ機械加工の間にワークピース表面上に堆積される可能性はなく、せいぜい保護層の粗表面上に堆積される可能性がある。その後、それらは、前記層と共に取り除かれる。

【0063】

ワークピース表面上の残骸の堆積の問題に関して、保護層は、レーザ機械加工の間にアブレーションの生成物によって到達することができる、機械加工された部位の辺りのエリアを少なくともカバーするべきである。粒子の平均自由行程長又は平均飛行距離は、相当な程度の周囲圧力に依存する。真空状態下での機械加工において、微粒子は、更に数十センチメートルも飛行するかもしれない。但し、実用上の理由のために、真空条件下でのレーザ微細機械加工は、通常回避される。但し、平均飛行距離上の観察は、保護層によってカバーされるエリアの適正サイズを設計する際に利用することができる。

【0064】

平均飛行距離が他の要因の間に（さもなければ同等の条件下で）どのように周囲圧力に依存するのかを示す例として、図６は、様々な周囲圧力条件下でのレーザ機械加工後の機械加工構造の辺りのエリアの４つの走査型電子顕微鏡写真を示す。標準圧力（略１０００００Ｐａ（略１０００ミリバール））における機械加工後の状態は、左上に示される。機械加工された構造の辺りの比較的小さいエリア内に堆積された高密度の粒子がある。１００００Ｐａ（１００ミリバール）での機械加工後の同等の状況は、右上に示される。この場合、平均飛行距離に対する大きな効果は、見てとることができない。標準圧力のケースのように、粒子は、機械加工部位の辺りで１ｍｍ未満のエリア内に主に分散される。１０００Ｐａ（１０ミリバール）の周囲圧力での機械加工後の状態は、左下に示される。機械加工部位の辺りの比較的大きな周辺エリアにわたって比較的一様な分布があり、粒子の密度は、機械加工部位の直近の付近内にのみいくぶん大きく見える。１００Ｐａ（１ミリバール）（右下）の強い負圧での機械加工において、均等に大きな領域又は均等に大きな半径上のアブレーションの生成物の更に均等の分布を見てとることができる。

【0065】

周囲圧力の調整によって、機械加工部位の辺りのアブレーションの生成物の空間的分布がどのように影響を受ける可能性があるのかを、このような実験から推測することができる。例えば、オプションとして、飛行距離を低減するために過圧にて動作することもできる。例えば、機械加工処理は、主に機械加工部位から最大２ｍｍ〜５ｍｍの残骸粒子を獲得することを可能にする周囲圧力が設定される、というような方式で実行することができる。機械加工部位の辺りの局所的なコーティングにおいて、塗布エリアのサイズを、それ相応に大きくするように選択することができる。平均飛行距離を明らかに超えるところのエリアは、コーティングされないままにすることができる。

【0066】

特許請求された発明の実施形態による方法の大きな有利性は、保護層を形成するコーティング液を用いることによって、平面だけでなく、例えば、機能的な半導体構成部品内に生じるものなどの平坦でないワークピース表面（即ち、構造化表面を伴うワークピース表面）をも、確実に保護することができることである。保護層は、また、このような構造に対するポジティブロッキング及びトポグラフィ適合方式に適応することができる。これを図示するために、図７は、保護層及び前記層と共に取り除かれたアブレーションの生成物の除去の後に、導電性の銀の保護層を用いてレーザ機械加工され構造化された半導体試料のＳＥＭ像を示す。保護層の除去後に再び露出されたワークピースの表面ＯＦは、互いに平行なビーズ又はラインの形状の構造を示す、ということを見てとれる。

【0067】

機械加工残留物が最早構造化ワークピース表面上に残存せず、レーザ照射によって左右されているかもしれないワークピースのいかなるゾーンも小さなサイズのみであることは、図８の拡大詳細図から見てとることができる。

【0068】

金属フレークを含有する保護層は、塗布及びレーザ微細機械加工の後にいかなる残留物も残さずに取り除くことができる、ということを見てとれる。金属粒子層は、また、良好な接触及びその高熱伝導率のため、機械加工された部位の熱管理における重要な役割を引き受けることができる、ということを見てとれる。例えば、それは、典型的には多くとも２μｍの比較的厚い不均質系でさえも、ピコ秒レーザー（熱効果ゾーン）を伴う機械加工におけるものであってもよい。金属粒子層（保護層）の剥離の後、機械加工のフランクに隣接する表面上にも残骸を認識することができない、ということを見てとれる。また、切断端部上で、いかなるバリも認識することができない。

【0069】

例えば、エッジの丸まりの防止、ワークピース自由表面上での堆積の防止、及び熱管理に関して、同時に且つ同じ程度に最適化するための複数の要件を充分に満たすのは困難な状況があるかもしれない。該当する場合、一方では（最大熱伝導率などの理由のために）保護層における金属粒子の可能な限り高密度のパッキングと他方ではバインダー及びスタビライザなどの非金属成分の良好な可溶性のためのコーティングの可能な限り大きな気孔との間で、折り合いを付けなければならない。これらの矛盾する要件に鑑みて、保護されるワークピース表面に対してコーティング液が直接塗布されないが、間に配置される中間層が塗布される、という方法の変形に従って進行することは、有用かもしれない。ここで、中間層の自由表面に対してコーティング液を塗布する前に、中間層がワークピース表面に対して塗布される。

【0070】

これに関連して、図９は、実際の粒子含有保護層ＳＳがこの中間層に対して塗布された後に、オプションとして粒子なしの中間層ＺＳが最初に塗布されたワークピース表面貫通した概略断面図を示す。例えば、中間層ＺＳの材料は、保護層系全体（中間層ＺＳを加えた保護層ＳＳ）の湿式化学的剥離又はＣＯ₂ビーム系の剥離を容易に行なうことができるような方式で、選択されることができる。ワークピースの表面に対する保護層の直接的な塗布とは対照的に、この場合、粒子含有保護層ＳＳは、それ自身が剥離可能なフィルム上、即ち中間層、上に堆積される。これは、オプションとして中間層が剥離される時にその上に堆積した残骸と共に平面的な方式（コヒーレント全体として）で取り除かれる実際の粒子層（保護層）の剥離性の必要性を回避する。ここで、中間層は、粒子含有保護層ＳＳによって直接的なレーザ露光から保護される。他の理由の中で、従って、中間層ＺＳは、金属粒子及び／又はセラミック粒子（例えば、酸化チタン（ＴｉＯ₂）から構成された）を含有する必要はない。但し、これを備えることもできる。

【0071】

個々の層、即ちワークピースの表面に対して直接塗布される保護層、による変形に対して、特定の要件は、保護層は、レーザ機械加工における充分に高いアブレーション閾値を有するべきであり、且つ充分な厚みで塗布されるべきである、ということを含む。層は、好ましくは、表面からの良好な剥離性と高熱伝導率とを示すべきである。その構造のために、保護層は、該当する場合、一定の制限の範囲内で熱機械応力を補償してもよい。

【0072】

保護層とワークピース表面との間に中間層を有する変形例において、レーザ結合のために中間層の材料の焼却がなく、中間層の材料が充分な厚みと共に塗布され得る、ということを保証することに注意するべきである。中間層は、金属粒子含有保護層からのワークピース表面の熱の分離を促進するために、粒子なしとすることができる又はオプションとしてセラミック粒子と混合されることができる。中間層は、また、ワークピースと保護層との間で引き起こされる熱機械応力を補償するために、熱機械アダプテーション層として機能することができる。

【0073】

ワークピースに対する保護層及び中間層の組み合わせにより、保護層又は保護層系を塗布する様々な可能性がある。保護層／保護層系を再生可能に塗布することができることによるこの技術は、コーティング液の配合物だけでなく問題になっている特定の塗布にも依存する。

【0074】

ＩＣ隔離及びディスプレイパッケージングなどの隔離技術のエリアにおける塗布の場合、（半導体ウェハなどの）非体系的な方式で隔離される構造の全表面に対して保護層を塗布することは、最も有用に見える。このための適切な方法は、スクリーン印刷、ドクタリング、高圧噴霧、スピンコーティング、浸漬コーティング、パッド転写、又は同種のものを含む。

【0075】

コーティングしていないエリアが残存することになるように、保護層が定義された局所的に限られた方式で塗布されると、ここでの最も適切な方法は、主として、ジェットバルブ、ピストン弁、及びスピンドルバルブなどの投与バルブ、又は噴霧バルブを用いた容積方法であるように見える。連続的なインクジェットの（ドロップオンデマンド）方法によって、静電気デフレクターを用いたターゲット方式で、ターゲットの部位に対して個々の滴下を塗布することができる。代替的に、対応するコーティング液の配合物のスプレー又はグラビア印刷を実行することができ、コーティングは、オプションとして、マスクを用いて特定エリアに限られる。例えば、コーティング液の局所的に限られた塗布は、プロセス試験との関連で、又は微構造の診断用のサンプルの準備の際に、有用になり得る。

【0076】

最も特殊な塗布において、保護層は、レーザ機械加工後にいかなる残留物も残さずに、ワークピースから取り除かれるべきである。とりわけ、２つの方法が、この目的のために適しているように見える。一定の化学的可溶性を有するキャリア液の成分のバインダー及びスタビライザが粒子系の保護層内に存在すると、適切な溶剤（図４参照）により消去することによって、広大な表面にわたって保護層を取り除くことができる。いくつかのケースにおいて、このプロセスは、機械的に（ブラッシングなどによって）又は超音波によってサポートされることができる。

【0077】

代替的に、保護層又は保護層系は、ＣＯ₂スノージェットを用いて、表面から局所的に取り除かれてもよい（図１０参照）。この場合、（液体）ＣＯ₂は、圧縮空気によって超音波の速度まで加速されて、ノズルＤＳから放出される際に減圧されて、保護層ＳＳを備えるワークピースＷＳ上に方向づけられる。保護層上で衝突する場合、前記層は、迅速に冷却して脆くなる。表面上の衝突量の増加と共にＣＯ₂スノーが蒸発するので、粒子コーティングは、概して、実質的に残留物を残さずにワークピース表面から吹き飛ばされる。この状況は、ＣＯ₂がバインダー又はスタビライザとして層の配合物内に存在するかもしれない有機化合物の強溶剤であるので、更に促進される。成功した実験は、独国ディツィンゲンのアドバンスド・クリーン・プロダクション（advanced clean production（acp））有限会社のＣＯ₂スノービーム洗浄のシステムにより行なわれた。

【0078】

技術的には、例えば、連続的なインクジェットのバルブ又は投与バルブを有する層を塗布する装置（即ちワークピース上の保護層を生成するためのコーティングシステム）は、ツール動作システムを有するレーザ微細機械加工装置に実装されることができる。レーザ機械加工位置に加えて、このような装置は、また、例えば１μｍ〜２μｍ未満の反復精密さを持つ観察位置を有していてもよく、ここで、高度の精密さを伴う位置間で前後に切り替えることは、オフセットの知識により、好ましくは可能的である。更に、とりわけ印刷位置の形状の別の塗布位置は、保護層を生成するコーティング液の塗布を同じ精密さで実行することができるということを備えてもよい。多重印刷及び／又は大型の液滴を選択することによって、必要に応じて厚い層を生成することができる。

【0079】

広い表面のコーティングの境界線上のケースに関して、個別の特別のシステム内の（ウェハなどの）ワークピースをまず覆い、次に若しくは継続的にロット内のそれらをレーザ加工システムに対して転送することは有用になり得る。保護層の除去もまた、好ましくは、個別のシステム又は個別の処理ステップにおいて行なわれる。

【0080】

本発明は、噴射ノズル又はディスプレイにおける孔などの精密部品のレーザベースの製造又は微構造の診断のためのサンプルの製造における著しい品質向上を可能にする。本発明によって、機械加工されたワークピース上の引き入れ動作、エントリも幾可学的形状、アブレーションの生成物による汚染及び熱応力が、従来技術と比較して改善され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【外国語明細書】

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