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REM- und TEM-Untersuchung der beim Lasermikrobohren in Silizium entstehenden 
Werkstoffschädigungen 
rung 
. M J. Kaspar, A. Luft, Fraunhofer-Institut für Werkstoffphysik und Schichttechnologie, Dresden 
er 
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Einführung 
Kurze Laserpulse hoher Intensität eignen sich zur abtragenden Präzisionsbearbeitung der 
unterschiedlichsten Werkstoffe. Wichtig für die Verfahrensoptimierung und den späteren Einsatz der 
bearbeiteten Werkstoffe sind Kenntnis und Verständnis der während der Laserbearbeitung im 
nen Werkstoff ablaufenden Veränderungen des Gefüges und der Defektstruktur. Da beim Feinabtrag mit 
bei Kurzpulslasern eine Minimierung der thermischen und mechanischen Werkstoffbelastung angestrebt 
eres wird, sind spezielle Präparationstechniken und hochauflösende Abbildungsverfahren notwendig, um 
rkte die laserinduzierten Strukturveränderungen überhaupt nachzuweisen und die Reichweiten zu 
sich bestimmen, bis zu denen eine thermische und/oder mechanische Beeinflussung aufgetreten ist. Im 
die Rahmen des BMBF-Forscherverbundes „Grundlagen der präzisen optischen Behandlung von 
;t ın Festkörpern“ wurden am IWS Dresden vergleichende und systematische Untersuchungen zum 
ung Materialabtrag und zur Werkstoffbeanspruchung beim Mikrobohren von Metallen und Silizium mit 
gen unterschiedlichen Kurzpulslasern durchgeführt (1 - 3) 
die 
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TEN Die vorliegende Arbeit berichtet über die Ergebnisse der REM- und TEM-Untersuchungen der 
ung Mikrobohrungen, die in einkristallines Silizium mit einem Kupferdampflaser in MOPA-Anordnung 
lem (Angaben zum Laser siehe z. B. (4)) eingebracht wurden. Das besondere Anliegen besteht darin, 
nter durch geeignete Präparationstechniken die im _Lochrandbereich erzeugten Riß- und 
len Defektanordnungen mit Hilfe der Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie sichtbar zu 
machen und den Einfluß der Pulsenergie auf die Art und Reichweite der Werkstoffschädigung zu 
erfassen. 
Ihe, Laserbearbeitung und Untersuchungsmethoden 
ıtes In (111)-orientierte Siliziuumwafer der Dicke 240 um wurden Lochraster von 5 x 5 bzw. 10 x 10 
Bohrungen mit einem Kupferdampflaser in MOPA-Anordnung gesetzt (Arbeitsgruppe Prof. 
Bergmann, Universität Erlangen-Nürnberg). Der Lochabstand betrug jeweils 100 um . Die 
Bearbeitung erfolgte in einer Vakuumkammer bei einem Druck p < 0,1 mbar mit Lichtpulsen der 
Halbwertsbreite tu = 50 ns und einer Pulswiederholfrequenz von 927 Hz. Vorversuche hatten 
ergeben, daß für Pulsenergien Q > 2,4 mJ bereits Einzelpulse auf der Probenoberfläche 
Materialabplatzungen hervorrufen. Deshalb wurden die Lochraster für die Strukturuntersuchungen 
mit Pulsenergien von 0,1 mJ bzw. 1,25 mJ hergestellt. Die entsprechenden Fluenzen lagen mit einem 
Fokusdurchmesser von 30 um bei 15,1 J/cm“ bzw. 175 J/cm”. Die Bohrungsdurchmesser an der 
Probenoberseite betrugen 15 um bis 50 um je nach Bohrlochtiefe und Pulsenergie. 
Zur Charakterisierung der Bohrungen wurden zunächst die Bohrlocheintritts- und -austritts- 
öffnungen im REM untersucht und danach Schliffe längs und quer zur Bohrlochachse angefertigt. 
Auch definiertes Brechen entlang der Lochreihen ermöglichte einen Zugang zur Beurteilung der 
Lochform und Lochwandmorphologie. Zur Untersuchung der laserinduzierten Werkstoffschädigung 
wurde folgende TEM-Zielpräparation der Lochrandbereiche erarbeitet: