本发明涉及一种借助于激光烧蚀来生产微加工工件的方法，其中，保护层被施加至工件的表面的加工区域并且借助于激光束穿过保护层来对加工区域中的表面进行加工。
背景技术：
激光微加工中的典型激光加工任务涉及钻出极细的孔、切割凹槽、以及在工件上烧蚀侧面（flank）。因为激光束常常具有高斯（gaussian）照射轮廓，所以工件表面上的入口边缘在表面附近通常显示出抬升部（毛边）或者倾向于变圆并且排布有粘附到表面的沉积物。此外，入口边缘通常暴露于强烈的温度效应。因为烧蚀产物（碎屑）常常无法完全被去除并且会由于高激发烧蚀等离子体而牢固地粘附到表面，所以入口边缘由于激光照射与局部粘附的纳米级烧蚀产物的光学近场相互作用而常常不是理想地平滑的，而是可能显示出垂落（curtaining）。
gb2349106a公开了在激光冲击钻进期间可以通过将涂覆物施加至工件的包含分散在聚合物基质中的颗粒的表面来避免在工件上沉积烧蚀产物（飞溅物）。例如，聚合物基质可以是硅密封材料，并且颗粒可以由陶瓷材料或者高熔点材料组成。处于室温或者在加热作用下，涂覆物组合物在分布在表面上之后变硬，在该涂覆物组合物中，聚合物基质和分散在聚合物基质内的颗粒（在该示例中是碳化硅）应该以在重量上近似相同的比例而存在。除了其它要求之外，很好地粘附到表面的聚合物涂覆物应该限制与激光束垂直的侧向热扩散，从而使涂覆物中的孔不变得实质上比工件中的孔径大。在完成激光加工之后，可以使涂覆物连同烧蚀产物一起从表面分离。
jph08187588a描述了一种聚酰亚胺保护膜在被激光加工处理的工件的表面上的用途。烧蚀产物聚积在保护膜上并且在激光加工之后可以与保护膜一起被去除。
de102006023940a1描述了一种由直接激光烧蚀来使衬底纳米结构化的方法。待被照射的表面被涂覆有液体、类胶体或者交联牺牲层，其对于用于图案形成的激光光线是透明的。
de10140533b4描述了一种借助于超短脉冲激光照射对工件进行微加工的方法。在该方法中，将例如由铜组成的单片式牺牲层牢固地施加至工件的表面。接下来，生成穿透牺牲层并且去除工件的材料的超短激光脉冲。在对工件的材料进行充分烧蚀之后，去除牺牲层。当牺牲层未坚固地化学结合至待加工的工件时，在激光加工之后，该牺牲层被容易地去除。已经沉积在牺牲层的自由表面上的从工件烧蚀的颗粒连同牺牲层被去除。具有由激光入口侧上的激光照射而产生的变圆边缘的边缘廓形形成在牺牲层中并且与所述层一起被去除。这在工件表面与由激光照射而产生的凹陷或者孔径之间的过渡区域中产生锋利的轮廓。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种上面所描述的类型的方法，与常规方法相比，所述方法可以改善在加工区域中由激光烧蚀而被微加工的工件的质量。
为了实现这个目的，本发明构成具有权利要求1的特征的方法。在从属权利要求中给出有利的改进。所有权利要求的措词通过引用的方式合并到本说明书中。
在所述方法中，使用涂覆流体来产生保护层，涂覆流体包含部分或者完全挥发的载液，金属的和/或陶瓷的颗粒分散在载液中。涂覆流体以一方式被施加至工件的表面，使得至少意图进行激光加工的加工区域被覆盖有涂覆流体层。涂覆流体可以被直接地或者立即地施加至表面或者在具有居间的中间层的情况下被间接地施加。
然后，将经施加的涂覆层干燥以便减少载液的含量，从而使得形成如下的保护层，所述保护层本质上由经施加的涂覆流体的颗粒或者由这些颗粒以及相对于所述涂覆流体含量减小的或者剩余量的所述载液组成。然后，借助于（至少）一个激光束来对加工区域进行加工，（至少）一个激光束照射穿过保护层至工件上。
涂覆流体可以被描述为包含液体分散介质（载液）和固体分散颗粒的可流动分散体。涂覆流体是可流动的物质，可以取决于具体应用来多方面地选择该可流动的物质的粘度。在这种情况下，具有与水或者乙醇的粘度相似的粘度的墨类型的稀液体涂覆流体同样适合作为粘性涂覆流体，例如，具有漆、蜂蜜、奶油、或者浆糊的粘度的流体。在所述方法中，载液本质上用作将涂覆流体形状锁合地施加或者形貌适合地施加至表面时的助剂以便允许按照期望将颗粒分布在表面上。
载液应该或多或少是容易挥发的，以便有助于经施加的层的后续干燥（完全或者部分干燥）。可以选择载液以使得挥发组分可以在室温或者略微升高的温度时已经蒸发，以便在干燥阶段期间，减少涂覆物中的载液的含量或者增加层中的颗粒含量。为了有助于在施加层之后使载液蒸发，在可能的范围内，载液应该是非聚合或者低聚合的并且是不可固化或者几乎不可固化的。这可能的话有助于完成激光加工后的对层的所期望的后续分离。
载液可以是单组分载液，即，本质上由一个单独液体组分组成的载液，可选地具有其它物质的杂质。载液也可以由两个或者多于两个的组分组成，即，将成为多组分载液。例如，组分中的一个可以是相对容易挥发的组分，例如基于乙醇的组分、诸如丙酮的酮、或者醋酸盐。另一组分可以是不太容易挥发的或者不挥发的，并且，可选地可以至少部分地保留在保护层中，在保护层中，其促进颗粒的凝聚。
可选地，在没有任何特定干燥促进措施的情况下，层可以自动地干燥。也可以主动地加快干燥步骤，例如，通过加热和/或鼓风。以这种方式，可以加快载液的挥发组分的蒸发。
在干燥步骤期间，将经施加的层干燥以便减少（挥发）载液的含量，经施加的层可以初始地在本质上保持涂覆流体的粘度。借助于干燥步骤，可以产生部分干燥或者几乎完全干燥的保护层。部分干燥的保护层可以至少在一些区域中仍然是湿的并且仍然包含载液的部分，但是其可流动性被降低到如下的程度，使得该部分干燥的保护层很好地粘附到表面。在更长时间的干燥的情况下，保护层可以完全变干，以使得几乎没有载液的挥发组分保持存在于保护层中。
除了其它目的之外，干燥步骤意图允许工件连同部分干燥或者完全干燥的保护层在需要的情况下倾斜到水平面外，而不导致保护层从表面分离。保护层应该大体上也是足够干的，以使得激光烧蚀的位置在激光加工期间经受定向强空气流，而这不导致保护层失去其有效性。
对于材料去除激光烧蚀，然后借助于激光束来对激光区域进行加工，激光束照射穿过部分干燥或者完全干燥的保护层至工件上。更优选地，该激光束可以是脉冲激光束，脉冲激光束例如使用超短脉冲激光器来产生。
借助于所述方法，可以以适形和形状锁合的方式来涂覆平滑和不完全平滑的表面两者，例如，该表面可以具有略微凸出的导体路径。
可以针对具体应用的条件在广泛范围上调节涂覆流体的成分或者配方。在许多实施例中，使用如下的涂覆流体，在所述涂覆流体中，分散在载液中的颗粒主要具有10µm的最大颗粒尺寸。在这种背景下，“主要”更具体地意指至少70%或者至少80%的颗粒应该具有该相对小的尺寸。更优选地，平均颗粒尺寸可以在个位数的微米范围内或者低于该范围。颗粒中的一些或者全部可以具有小于1µm的平均颗粒尺寸。颗粒可以是鳞片状或者薄片状的（薄片），即，其主直径（majordiameter）比其高度大得多的扁平颗粒。例如，直径的最大值可以是10µm，而高度通常可以远远小于1µm或者在几百纳米的范围内。通常，提供关于颗粒的形式和/或形状的特定分布并且该特定分布也是有用的以便在部分干燥或者完全干燥的保护层中实现相对密实的多微孔或者纳米多孔结构。
可以选择涂覆流体的成分，以使得在完成的（部分干燥或者完全干燥的）保护层中的颗粒的填充比率显著高于保护层体积的50%。此处所使用的术语“填充比率”指的是在单位体积的保护层中的颗粒的总体积与所观察的单位体积的比率。例如，填充比率可以是60%或者更多或者也可以是至少70%。在许多银墨中，银颗粒在胶体长度尺度内，例如，在近似2nm至近似20nm的尺寸范围内。在这种胶体涂覆流体中，可以实现更高的填充比率，例如，高达90%。通常，保护层具有残留物孔隙度。此外，载液的残留物也可以存在于保护层中，以使得颗粒的填充比率通常小于90%。
颗粒的材料可以适用于具体应用。在许多应用中，有利的是，如果使用了主要（例如，达至少80%或者达至少90%）或者仅仅由金属的颗粒组成的涂覆流体。在涂覆流体中使用金属的颗粒时，可以可选地产生具有高导热性的保护层，该保护层通常对热量管理或者从直接受激光束影响的区域排出热量具有有益效果。另外地，金属通常具有相对高的烧蚀阈值，以使得装备有金属的颗粒的保护层对于例如防止边缘变圆保持长时间段有效，即使在长期激光照射下。金属的颗粒可以未被涂覆或者结有一层，诸如薄的氧化物层或者陶瓷层。金属的颗粒（经涂覆或者未经涂覆）和陶瓷的颗粒可以在载液内混合或者在由其产生的保护层中混合。因为陶瓷通常具有甚至比金属更高的烧蚀阈值，所以可以根据需要通过使用陶瓷的颗粒（替代金属的颗粒或者除了金属的颗粒之外）来进一步改善在激光照射下的保护层的阻抗。
例如，在所述方法的背景下，使用经涂覆有或者未经涂覆有银、金、铝、铜、镍和/或另一金属的颗粒并且可选地（或者另外地）包含陶瓷的颗粒的许多市售金属墨或者金属漆作为涂覆流体。
在许多实施例中，使用传导性漆作为涂覆流体。术语“传导性漆”指的是常规情况下主要使用在电子器件中的电传导漆。导电性由漆基质中含量非常高（高达80%或者更高）的传导性填充材料产生。单独颗粒彼此接触并且因此允许电流的流动。例如，存在基于银（银传导性漆或者传导性银）、铜（铜传导性漆）以及石墨颗粒（石墨传导性漆）的传导性漆。结合剂组分可以是包含溶剂的单组分漆或者合成树脂（单组分或者双组分）。
因此，本发明的部分方面涉及一种包含金属的颗粒（更具体地是传导性银）的传导性漆的新的有利用途，传导性漆在常规情况下用于其它目的，具体地用作用以按照本申请中所描述的方法产生保护层的涂覆流体。
借助于所述方法，可以产生高度有效的多功能保护层。在这种情况下，相对低的有效层厚度会是足够的以便减少或者防止上面所提及的问题。在这种背景下，术语“有效保护层厚度”指的是在激光加工期间（即，当层至少是部分干燥的并且相对牢固地粘附到表面时）保护层的层厚度。
基于高斯照射轮廓的假设，有效层厚度应该足够大，以使得在边缘不变圆的情况下在工件中创建尽可能平滑的侧面。一个重要的标准是使有效激光束变锋利的所意图的动作。此外，在这种情况下，保护层应该足够薄的，以使得激光束在有限的时间内穿透至工件表面。在许多实施例中，保护层被产生为具有小于50µm的有效保护层厚度。根据目前的发现，范围在5µm到50µm的有效保护层厚度在许多实际情况下表现为是有利的。更具体地，在显著更小的有效保护层厚度的情况下，可能会发生边缘变圆部延伸到加工工件的区域中。大得多的层厚度通常表现为是不必要的并且主要会导致没有对应附加价值的涂覆流体的更大的材料消耗。
然而，例如对于具有高度不利的照射轮廓m²>2（即，环形光束截面）的400w激光而言完全有可能需要厚得多的层。因此，优选的有效层厚度也可以大于50µm，例如，在50µm至200µm的范围内或者更大，例如，1mm或者2mm。
一般而言，在完成激光加工之后，保护层将会可以保留在表面上。例如，在用于显微结构诊断的基于激光的样品制备中可以是这种情况。然而，保护层然后应该尽可能地是相对薄的，例如，具有在范围5µm到10µm内的有效层厚度。然而，在许多情况下，在完成激光加工之后，从表面去除保护层。以这种方式，保留在所述保护层上的沉积物（碎屑）可以与所述保护层一起被从工件表面去除。
所述方法的优选变体的主要优点在于，如果需要，则在保护工件并且不留下残留物的同时可以不花很大力气地就将保护层从工件分离或者去除。在这种情况下，优选地使用溶剂以便去除保护层，溶剂使保留在保护层中的可选多组分载液的组分溶解。当保护层不需要承受机械力时，保护层的该湿化学去除通常可以以环境温度执行并且保护工件。
然而，替代湿化学溶剂，也可以使用局部施加的co2束（有时也称为“固态co2射流”）来使保护层分离。在这种情况下，在正从喷嘴排出、借助于压缩空气加速至超声波速度、并且被引导到样品上时，（液体）co2减压。当该co2束冲击在保护层上时，所述层快速冷却并且因此变脆。当固态co2在冲击在表面上时以体积增大（600倍）的方式蒸发时，颗粒涂覆物大体上爆裂离开表面，以至于几乎没有留下残留物。该情况可以得到进一步促进，因为co2是对于可以存在于层配方中作为结合剂或者稳定剂的有机化合物而言的强溶剂。
虽然由于施加工艺（施加涂覆流体、使涂覆流体部分或者完全干燥）保护层通常以没有间隙的形状锁合和平面方式粘附到表面，但是保护层到表面的结合通常不是非常坚固的。出于该原因，在许多情况下，可以容易地分离本身坚固地结合为一整体的保护层。保护层也可以以一方式被配置成使得通过载液的不挥发残留物而防止单独颗粒（诸如“薄片”）彼此直接接触。由此，颗粒之间的结合不需要是任意地坚固的，以便实现可靠的保护层。择一地由湿化学方法或者借助于另一溶剂施加可以容易地使这种保护层溶解，因为例如溶解掉了颗粒之间的有机组分。
如上面所提及的，保护层不仅可以以仅仅部分干燥的（可选地是湿的）形式存在而且可以以完全干燥的形式存在。关于随后能够容易地分离保护层，如下的方法变体会是有利的，在所述方法变体中，在经涂覆层的干燥阶段期间，在保护层仍然包含一些载液所处的时间窗内，执行激光加工。没有完全干燥而是湿的这种层通常可以例如由湿化学方法相对容易地从工件表面去除，而没有留下任何残留物。
可以将涂覆物施加在整个工件表面之上，并且因此也利用保护层覆盖工件表面的随后将借助于激光束而被加工的区域。例如，可以通过丝网印制、刮除、高压雾化、旋转涂覆、浸渍涂覆、移印等来执行全表面和结构化施加。
然而，在施加涂覆流体时，所述方法也提供了如下可能性：仅仅在包括加工区域的涂覆区域中以限制在局部上的方式将涂覆流体施加至表面。例如，涂覆区域可以被配置成是圆的、椭圆形的、或者近似多边形的或者呈条带的形式。其可以被置于对称地或者不对称地分布在加工位置周围。该局部施加意味着：在涂覆区域的外部，表面保持未涂覆或者不具有保护层。关于涂覆区域的以后的扩展，可以注意到的是，为了保持表面干净，仅仅可靠地覆盖烧蚀产物（碎屑颗粒）的最大飞行半径就足够了。以发明人的经验，在相应加工区域周围的几微米内侧向施以如下的这些效果，所述这些效果对于边缘变圆并且关于热量管理是重要的，然而，即使在不利的情况下，烧蚀颗粒也可以飞行几百微米或者几微米的距离。关于这些条件，例如，涂覆区域可以大到使得它们在加工结构周围覆盖了2mm至5mm的最大范围，并且可选地覆盖了甚至更大的范围。如果仅仅以限制在局部上的方式来施加涂覆流体或者保护层，则可以以相当大的程度节省涂覆流体，这不仅对方法的成本而且从速度和环境的角度来看都是有利的。
如果将以限定的方式来在局部上施加保护层，则体积法尤其表现为适合于涂覆流体的施加，例如，使用配量阀（诸如喷射阀或者活塞和心轴阀）或者使用喷淋阀的体积法。可选地，借助于连续式喷墨（按需滴注）方法，可以借助于静电偏转器以定向方式将涂覆流体的各个液滴施加至目标区域（涂覆区域）。替代地，可以执行使用对应涂覆流体配方的喷淋或者凹版印制，其中，可选地由掩膜将层限制到所指定的区域（涂覆区域）。
在许多情况下，将涂覆流体直接施加至工件的表面，以使得完成的保护层直接地粘附到工件。然而，在施加涂覆流体之前，也可以将中间层施加至表面并且然后将涂覆流体施加至中间层。以这种方式，保护层变成多层（更具体地是双层保护层系统）的部分。例如，中间层可以用作粘附促进层。替代地或者另外地，也可以选择中间层的材料，以使得在可能的范围内，在完成激光加工之后，可以执行保护层和载有所述保护层的中间层的无残留去除。
借助于所述方法，可以通过使用多功能保护层关于一个或者多个目标来优化激光微加工的质量。保护层的作用可以在于至少三个方面。第一，通过使用可以在加工之后被去除而没有留下任何残留物的涂覆物，可以十分有效地防止碎屑粘附在加工位置的区域中。第二，通过施加足够厚的保护层，可以将边缘变圆部转移到保护层中，从而导致具有非常直的且“没有毛边”的侧面的工件。第三，保护层可以有利于紧随着激光加工的热量管理，例如，通过改善的散热性。这使得可以有效地保护靠近表面定位的工件的敏感表面免受由于伴随激光加工而产生的紧邻边缘的热量生成而发生损坏。
附图说明
本发明的进一步的优点和方面存在于权利要求书中和对本发明的优选实施例的下面的描述中，下面参照附图对其进行阐释：
图1示出了在表面附近的穿过工件的截面，在该截面中，将借助于激光微加工来生产孔，其中，以限制在局部上的方式将包含颗粒的涂覆流体层施加至表面；
图2示出了从涂覆流体层产生经干燥的保护层的干燥步骤的示意图；
图3示出了加工步骤，在该加工步骤中，激光束照射穿过保护层至工件上；
图4示出了在完成激光加工之后去除保护层的湿化学清洗步骤；
图5示出了在将传导性银层干燥并且借助于聚焦ga+离子束打出凹穴之后覆盖有传导性银层的工件的扫描电子显微镜图像；
图6示出了具有相同的加工结构的区域的四幅扫描电子显微镜图像，在不同环境压力条件下进行激光加工之后该区域不受保护层保护；
图7示出了半导体样品的sem图像，在去除保护层以及去除从该保护层去除的烧蚀产物之后，使用传导性银保护层来对半导体样品进行激光加工和结构化；
图8示出了与经激光加工的侧面垂直的fib截面的sem图像；
图9示出了将保护层施加至具有居间的不含颗粒中间层的工件的实施例；以及
图10示出了借助于co2束从工件表面对保护层进行去除。
具体实施方式
在下文中，呈现了用于借助于激光烧蚀来生产微加工工件的方法的实施例。例如，待加工的工件可以是用于显微结构诊断的样品，其可以使用所述方法以高质量来制备。所述方法也可以被用于激光加工显示器或者被用于加工细的孔径，例如，在射出喷嘴中。在所述方法中，将保护层直接地或者间接地施加至相应工件的表面，并且借助于照射穿过保护层的激光束在加工区域中对该表面进行加工。
首先，参照图1至图4阐释本发明的实施例的几个重要的部分方面。图1示出了在工件ws的表面of附近穿过工件ws的示意截面，在该截面中，将借助于材料烧蚀激光微加工来产生具有垂直于工件表面延伸的侧面fl的边缘锋利的有限孔lo。在仍完好无损的工件中将示意地示出的孔示出为虚线，该示意地示出的孔例如可以至少在其表面处具有圆形或者多边形截面。出于清楚等的目的，附图中的侧面与表面垂直，并且它们中的大多数与表面呈倾斜角。在该示例中，工件的表面of（也被称为工件表面）在孔位置周围的加工区域ma中是平滑的，但是其或多或少也可以被有力地结构化。
在该方法中，使用涂覆流体sf来形成待产生的保护层，涂覆流体sf包含至少部分挥发的载液tf，在载液tf中分散有金属的和/或陶瓷的颗粒pt；在图1的示例中，涂覆流体以一方式直接地施加至工件的表面of，使得至少孔的所期望位置周围的加工区域bb被覆盖有保护涂覆流体层ssf。在该示例中，以限制在局部上的方式来施加涂覆流体，使得仅仅孔周围的加工区域得到覆盖，而同时工件的定位在该区域外部的部分保持未被覆盖。
在施加涂覆流体的步骤之后是参照图2示意地阐释的干燥步骤。在干燥步骤期间，使涂覆流体的经施加的保护涂覆流体层ssf干燥以便减少载液含量，从而使得从涂覆流体来形成如下的保护层ss，所述保护层ss本质上仅仅由经施加的涂覆流体sf的颗粒pt的相对密实的组合物来组成或者由这些颗粒和含量相对于涂覆流体大幅度减小的载液组成。
在施加时，可以将颗粒包含在多组分载液中。在载液的挥发组分的蒸发期间（可选地，通过加热经涂覆的区域而被促进，例如，通过在烘箱中进行退火、红外线照射等），载液的不挥发组分保留为颗粒之间的残留物。一方面，不挥发组分可以维持颗粒之间的接触或者促进部分多孔保护层的凝聚，并且另一方面，不挥发组分还借助于如下方法来确保可再分离性，所述方法作用在载液的剩余组分上，例如以便使它们化学溶解。
基于载液的挥发组分的蒸发，颗粒逐渐变得彼此紧密接触并且形成相对牢固地粘附到表面of的保护层ss，保护层ss具有有效层厚度sd，有效层厚度sd显著小于先前经施加的涂覆流体的厚度。在干燥阶段期间，涂覆物的湿度不断降低，可选地直到保护层ss完全干燥为止。然而，载液的高度挥发的或者不挥发的组分也可以保留在保护层中。不管怎样，在开始激光加工之前，干燥应该已经进展到足够的程度，以使得差不多干的保护层保持粘附到工件表面，即使当所述表面倾斜到水平面外时。
图3是加工步骤的示意图，在该加工步骤中，借助于激光束ls来对加工区域进行加工，激光束ls照射穿过保护层ss至工件上并且继续更深地穿透到所述工件中以便产生孔lo。可以使用图3以清楚的方式来阐释微加工中出现的一些问题。
一个实质性问题是所谓的边缘损坏或者边缘变圆，该问题本质上源自激光束ls的高斯强度分布。该强度分布导致在激光束的截面之上的非均匀的烧蚀特性并且几乎不可避免地发生在激光束在目标位置上的“行进”期间。这导致孔在表面附近扩大，这通常是不期望的。在许多实际应用的情况下，尤其是在ic技术领域中（即，在集成半导体部件的激光加工领域中），待制备的目标位置定位在工件表面附近，出于该原因，时常通过相对于目标位置维持更大的安全距离来防止边缘在激光加工时变圆。然而，这会导致对于借助于聚焦离子束（fib）进行最终抛光而言的更长的加工时间，这会显著降低组合式激光-fib工艺的效率。
如在图3中可以清楚地看到的，经激光加工的边缘发生变圆的问题总体上没有通过施加保护层而得到解决。然而，沿竖直方向将变圆部转移到保护层ss中，使得边缘变圆部形成在由激光束来在保护层ss内产生的孔的入口侧上。然而，在工件的表面of与孔的侧面fl之间的过渡区域中的特别关键的边缘区域kt中，锋利的、大部分完好的过渡形成在工件表面与烧蚀边缘或者侧面之间。
显然很明显的是，应该选择保护层ss的有效层厚度，以使得边缘变圆部的区域仅仅位于保护层内，从而工件边缘保持整齐。待施加的保护层的厚度与照射轮廓（特别是光斑直径）成指定比率。待实现的保护层的层厚度本质上可以通过考虑粉末密度和所使用的激光源的光斑轮廓（m2值）来确定。在适用的情况下，这在技术上受限于应用的类型或者定位在层系统中的金属的颗粒的尺寸。保护层的所需要的有效层厚度大体上受到衬底和保护层的取决于积分通量、取决于波长、以及取决于脉冲的烧蚀阈值的比率的影响。这在设计用于产生保护层的工艺时会被考虑。
第二个问题是激光加工的烧蚀产物（碎屑）粘附到经激光加工的表面。碎屑deb的粘附可以被视为在激光加工期间没有充分去除经烧蚀的工件材料的结果。虽然在许多激光设备中是借助于专用的吹进和吸出系统（blowing-inandsuctioning-outsystem）在机器侧上促进碎屑的排出的，但是实际上无法完全避免工件的直接（direct）表面的污染物，因为附接与其说是由于粘附还不如说是由于烧蚀颗粒的“烘烤（bakingon）”。因为烧蚀颗粒在它们被去除期间进一步受到激光照射从而导致后加热效应，所以在借助于时间要长一些的超短脉冲激光（具有多于几皮秒的脉冲持续时间）进行加工时情况也是如此。如在图3中可以看到的，因为在加工区域中受到保护层保护的烧蚀产物无法沉积在工件表面上，而是仅可以沉积在保护层ss上并且结合至保护层ss，所以通过存在保护层ss来防止烧蚀产物或者碎屑deb重新沉积在表面of上。然后，可以连同保护层ss去除烧蚀产物，优选地，不留下任何残留物（参照图4）。
如果材料（诸如导热不良的蓝宝石）被加工，则这可以导致激光加工期间的热量积聚以及在经激光加工的区域附近的不可控的有时是大范围的损坏。在具有高导热性的保护层ss（例如，金属保护层）的情况下，促进热量沿侧向方向（即，本质上平行于表面）的排出，从而可以减少由热量积聚而导致的问题。
虽然在某些情况下保护层连同沉积在该保护层上的烧蚀颗粒将会可以保留在工件上，但是通常在理想情况下优选地是对保护层进行无残留分离。图4示意地示出了借助于湿化学溶剂来去除保护层和沉积在该保护层上的碎屑deb的方法步骤的变体，湿化学溶剂使保护层中的载液的可溶残留物组分部分溶解，从而分解保护层中的颗粒的凝聚并且可以从表面of冲洗颗粒pt和碎屑deb，而不留下任何残留物。根据需要，可以通过超声波的作用来支持该清洗工艺。替代地，也可以例如借助于固态co2射流清洗来执行保护层的分离（参照图10）。
对于上述问题的特别理想的解决方案被认为是应用可印制漆（lacquer）系统，可以使用纳米胶体金属的颗粒或者纳米尺寸的金属的或者陶瓷的薄片在不留下任何残留物的情况下去除该可打印漆系统。由于它们有利的导电性和导热性，可以考虑具有银、金、铝、铜或镍的颗粒或者其组合的市售金属墨或者金属漆，其可选地与相对小的陶瓷的颗粒结合。
在下面更详细地阐释的实施例中，使用来自tedpella有限公司的商用含银传导性漆（“传导性银”）。测量结果显示：本质上由银组成的近似80%的片状颗粒具有小于1µm的尺寸。该涂覆流体包含基于乙醇的挥发载液。适合作为传导性流体的其它市售传导性漆是基于酮（诸如甲基异丁基酮）的或者基于醋酸盐的。
针对实验室规模的应用，例如，可以使用刷子将涂覆流体施加至有问题的工作区域。针对较大件数和/或大规模生产，也可以在印制工艺中借助于体积法（volumetricmethod）将这种流体以限制在局部上的方式施加至工件表面。可以通过浸泡在丙酮或者乙醇中来从工件表面去除测试用的基于银的传导性漆而不留下残留物，可选地由超声波支持。
使用含银传导性漆的一个优点是，银可以在不出问题的情况下以可用颗粒尺寸（通常小于10µm）按照工业规模来制造并且银自身示出了有利的导热性。然而，也可以在球磨机中将其它金属（诸如铝或者黄铜）处理成对应的薄片。金属薄片（即，小尺寸薄片状金属的颗粒）也广泛用作用以提供闪烁和着色效果的使用在漆中的特殊效果颜料的衬底。为了提供着色，这种薄片涂覆有纳米级干扰层。也可以使用包含这种颗粒的涂覆流体。
在一系列实验中，使用刷子将一厚度的传导性银施加至待加工的加工区域，以使得在载液的挥发组分蒸发之后使得到的保护层ss具有近似4至20µm的有效保护层厚度sd。图5示出了在将传导性银层干燥之后覆盖有传导性银保护层的工件的扫描电子显微镜图像。为了更清楚地示出工件的保护区域和过渡区域的内部结构，使用聚焦镓离子束来产生矩形凹穴（相对于离子束的大的材料体积的烧蚀）。
可以看到的是，保护层ss本质上由在涂覆物内彼此直接接触的小的、主要是板形或者薄片形的颗粒pt组成，以使得涂覆物作为一个整体一致地表现出导电性和有利的导热性。由于颗粒的薄片状结构，保护层具有鳞片状表面。在显微镜下，可以在彼此物理接触的颗粒之间看到小的或者甚至纳米级的微孔。在干燥步骤期间在载液的挥发组分蒸发期间已经形成微孔。保护层内的颗粒的填充比率（即，单位体积的保护层中的颗粒的总体积与所观察的单位体积的比率）通常为近似60%至80%，以使得微孔百分比为约20至40%。
在激光加工中，该薄的、主要是金属的保护层以相对高的烧蚀阈值为特征，其中，该烧蚀阈值可以与工件的位于下面的固体材料（半导体材料）的烧蚀阈值相似。以这种方式，关于激光加工中的材料烧蚀，多微孔保护层的作用与位于下面的固体工件材料相似，并且，更具体地（与相同厚度的纯有机涂覆物相比），多微孔保护层不以快得多的速率而被烧蚀。
相比之下，在保护层与位于下面的工件材料之间的过渡区域中，由激光加工而暴露的侧面几乎垂直于工件表面而延伸。在将保护层分离之后，这在侧面与表面之间的过渡区域中留下了边缘锋利的过渡。
由于保护层的存在，所以在激光加工期间，激光加工中生成的烧蚀产物无法沉积在工件的表面上，而是至多沉积在保护层的粗糙表面上。然后，激光加工中生成的烧蚀产物与所述层一起被去除。
关于将碎屑沉积在工件表面上的问题，保护层应该至少覆盖加工位置周围的区域，在激光加工期间，烧蚀产物可以到达该加工位置。颗粒的平均自由路径长度或者平均飞行距离在相当大的程度上取决于环境压力。在真空条件下进行加工时，微粒物甚至可以飞行数十厘米。然而，出于实际原因，通常避免在真空条件下进行激光微加工。然而，在对待被保护层覆盖的区域的合适尺寸的设计中可以利用对平均飞行距离的观察。
作为在其它方面均相同的条件下平均飞行距离如何除了其它因素之外取决于环境压力的示例，图6示出了在不同的环境压力条件下进行激光加工之后加工结构周围的区域的四幅扫描电子显微图像。在左上角处示出了以标准压力（近似1000mbar）进行加工之后的状态。在经加工的结构周围的相对小的区域中存在高密度的沉积颗粒。在右上角处示出了以100mbar进行加工之后的可比较的情况。在这种情况下，无法看到对平均飞行距离产生的强效果。如处于标准压力的情况那样，颗粒主要分散在加工位置周围小于1mm的区域中。在左下角处示出了以10mbar环境压力进行加工之后的状态。在加工位置周围的相对大的围绕区域之上存在相对均匀的分布，并且颗粒的密度看起来在紧邻加工位置时是稍微更大的。以1mbar的强负压进行加工时（右下角），人们可以看到烧蚀产物在甚至更大的区域或者甚至更大的半径之上的更均匀的分布。
可以从这种实验来估计调整环境压力可以如何影响烧蚀产物在加工位置周围的空间分布。例如，人们也可以可选地以超压操作以便减小飞行距离。例如，可以以如下方式来执行加工工艺：设定环境压力以使得主要允许碎屑颗粒落在距离加工位置最大为2至5mm的位置处。在加工位置周围进行局部涂覆时，可以选择尺寸相对大的经涂覆区域。可以保持明显超过平均飞行距离的区域未被涂覆。
根据所要求的发明的实施例的一个极大的优点在于，通过使用形成保护层的涂覆流体，不仅可以可靠地保护平坦表面，而且还可以可靠地保护不平坦的工件表面，即，具有结构化表面的工件表面（诸如存在于例如功能半导体部件中的表面）。保护层也可以以形状锁合和形貌适合的方式来适应这种结构。为了示出该内容，图7示出了半导体样品的sem图像，在去除保护层以及连同所述层一起被去除的烧蚀产物之后，使用传导性银保护层来对该半导体样品进行激光加工和结构化。可以看到的是，在去除保护层之后再次暴露的工件的表面of显示出呈彼此平行的珠或者线的形式的结构。
从图8中的扩大的详细视图可以看到的是，加工残留物不再保留在结构化工件表面上，并且工件的可能已经受到激光照射的影响的任何区域仅仅具有较小的尺寸。
可以看到的是，在施加和激光微加工之后，可以去除包含金属薄片的保护层而不留下任何残留物。也可以看到的是，因为有利接触和其高导热性，可以认为金属的颗粒层对加工位置的热量管理起着重要作用。例如，这有可能是如下这样：在用皮秒激光进行加工时，即使在相对厚的异质系统中，热效应区通常也不超过2µm。也可以看到的是，在将金属的颗粒层（保护层）分离之后，不会在与加工侧面相邻的表面上看到碎屑。也不可能在切割边缘上看到任何毛边。
可能存在如下情况，在所述情况中，难以同时并在相同程度上充分满足多个优化需求，例如，关于防止边缘变圆、防止自由工件表面上的沉积物、以及热量管理。如果适用，则必须寻求如下两方面之间的折中，所述两方面一方面在于保护层中装填金属的颗粒的可能的最大密度（出于诸如最大导热性的原因），而另一方面在于为了获得非金属组分（诸如结合剂和稳定剂）的有利溶解性的涂覆物的最大可能的多孔度。鉴于这些矛盾的要求，会是有利的是，根据如下方法的变体来进行，在所述方法的变体中，涂覆流体未被直接施加至待被保护的工件表面，而是被施加有居间的中间层，在将涂覆流体施加至中间层的自由表面之前，将该中间层施加至工件表面。
在这一点上，图9示出了穿过工件表面的示意截面，首先将可选地不含颗粒的中间层zs施加至该工件表面，在此之后，将实际包含颗粒的保护层ss施加至该中间层。例如，可以以一方式来选择中间层zs的材料，使得可以容易地对整个保护层系统（保护层ss加上中间层zs）执行湿化学的或者基于co2束的分离。与将保护层直接施加至工件的表面相比较，在这种情况下，包含颗粒的保护层ss沉积在自身能够分离的膜（即中间层）上。这就免除了对实际颗粒层（保护层）的可分离性的需要，当分离中间层时，可选地以平面方式（作为一个一致的整体）来去除该实际颗粒层（保护层）连同沉积在其上的碎屑。此处，通过包含颗粒的保护层ss来保护中间层免于直接暴露于激光。因此，除了其它原因之外，中间层zs不必要包含金属的颗粒和/或陶瓷的颗粒（例如，由tio2组成）。然而，金属的颗粒和/或陶瓷的颗粒（例如，由tio2组成）可以被提供。
对于具有单独层（即，直接施加至工件的表面的保护层）的变体，所规定的要求包括如下内容：保护层在激光加工中应该具有足够高的烧蚀阈值并且应该能够被施加有足够的厚度。层应该优选地显示出与表面的有利的可分离性和高导热性。由于其结构，如果适用，则保护层可以在一定限度内补偿热机械应力。
在保护层与工件表面层之间具有中间层的变体中，应该注意确保不存在因为激光耦合而焚烧中间层材料的情况以及中间层材料能够施加有足够的厚度。中间层可以不含颗粒或者可选地与陶瓷的颗粒混合以便促进工件表面与包含金属的颗粒的保护层的热解耦（thermaldecoupling）。中间层也可以起到热机械适应层的功能以便补偿工件与保护层之间所诱发的热机械应力。
存在将保护层或者具有保护层和中间层的组合的保护层系统施加至工件的各种可能性。借助于如下技术，可以以可再产生的方式施加保护层/保护层系统，该技术不仅取决于涂覆流体的配方，而且取决于有问题的具体应用。
在应用于隔离技术（诸如ic隔离和展示封装）的领域中的情况下，表现为最有利的是，以非结构化的方式将保护层施加至待隔离的结构（诸如半导体晶片）的整个表面。为了这个目的，合适的方法包括丝网印制（screenprinting）、刮除（doctoring）、高压雾化、旋转涂覆、浸渍涂覆、移印（padprinting）等。
如果将以限定的限制在局部上的方式来施加保护层以使得也将会保留未涂覆区域，则此处最合适的方法主要表现为使用配量阀（诸如喷射阀、活塞阀、以及心轴阀）或者喷淋阀的体积法。借助于连续式喷墨（按需滴注）方法，也可以使用静电偏转器以定向方式将各个液滴施加至目标位置。替代地，可以执行对应涂覆流体配方的喷淋（spraying）或者凹版印制（gravureprinting），其中，可选地使用掩膜将涂覆物限制到所指定的区域。例如，在过程测试的背景下或者在制备用于微结构诊断的样品时对涂覆流体进行限制在局部上的施加会是有利的。
在大多数具体应用中，在激光加工之后，应该从工件去除保护层而不留下任何残留物。更具体地，两种方法表现出适合于这个目的。如果具有某种化学溶解性的载液的组分的结合剂和稳定剂存在于基于颗粒的保护层中，则可以通过用合适的溶剂进行冲洗来在大表面之上去除保护层（参照图4）。在一些情况下，该工艺可以得到机械支持（诸如通过刷洗）或者由超声波来支持。
替代地，可以使用固态co2射流从表面在局部上去除保护层或者保护层系统（参照图10）。在这种情况下，在正从喷嘴ds排出、借助于压缩空气加速至超声波速度、并且被引导至设置有保护层ss的工件ws上时，（液体）co2减压。当（液体）co2冲击在保护层上时，所述层快速冷却并且变脆。当固态co2在冲击于表面上时以体积膨胀的方式蒸发时，颗粒涂覆物大体上爆裂离开工件的表面，从而几乎没有留下残留物。该情况得到进一步促进，因为co2是对于可以存在于层配方中作为结合剂或者稳定剂的有机化合物而言的强溶剂。成功的实验是利用位于德国迪琴根的公司acp-advancedcleanproductiongmbh的用于固态co2束清洗的系统来实施的。
技术上，用于例如使用连续式喷墨或者配量阀来施加层的装置（即，用于在工件上产生保护层的涂覆系统）可以被实施在具有工具移动系统的激光微加工单元中。除了激光加工位置之外，这种单元也可以具有观察位置，其中，优选地可以利用偏移量的知识以高精度（例如，具有小于1至2µm的重复精度）在位置之间来回切换。另外地，可以提供另一涂覆位置（更具体地，以印制位置的形式），其中，可以以相同的精度执行涂覆流体的施加以产生保护层。按照需要，可以借助于多次印制和/或选择较大微滴来产生更厚的层。
针对大表面涂覆物的边界情况，会是有利的是，首先以单独的特定系统来涂覆工件（诸如晶片），并且然后将工件分批或者连续地转移至激光加工系统。也优选地以单独系统或者单独处理步骤来执行保护层的去除。
本发明允许显著提高精密部件（诸如射出喷嘴或者显示器中的孔径）的基于激光的生产质量或者用于微结构诊断的样品的生产质量。借助于本发明，与现有技术相比，可以改善行进行为、入口几何形状、具有烧蚀产物的污染物、以及在加工工件上的热应力。