JP2021508857A - Optical system for generating irradiation lines - Google Patents
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Abstract
照射ラインを生成するための光学系が提供される。光学系は、光軸に沿ってレーザービームを発生するためのレーザービーム源を含む。さらに光学系は、レーザービームのビーム形状が長軸と短軸を有するようにレーザービームを整形するように構成されたビーム整形装置と、そのように整形されたレーザービームを照射ラインとして結像するように構成されて、レーザービームのビーム経路内でビーム整形装置の後段に配置されている結像装置とを備える。ビーム整形装置は、第1のレンズ群と第2のレンズ群を含む少なくとも1つのテレスコープ構成を備えており、第1のレンズ群と第2のレンズ群は少なくとも短軸に関して光学的屈折力を有する。光学系は、第1のレンズ群と第2のレンズ群の少なくとも一方を光軸に沿って移動するための第1の移動装置を備える。光学系はさらに、レーザービーム源がレーザービームを発生する間に第1のレンズ群と第2のレンズ群の少なくとも一方が移動するように、第1の移動装置を制御するように構成された制御ユニットを備える。さらに照射ラインを生成するための方法も提供される。
【選択図】 図1bAn optical system for generating an irradiation line is provided. The optics include a laser beam source for generating a laser beam along the optical axis. Further, the optical system forms an image of a beam shaping device configured to shape the laser beam so that the beam shape of the laser beam has a long axis and a short axis, and a laser beam shaped so as an irradiation line. It is provided with an imaging device which is configured as described above and is arranged after the beam shaping device in the beam path of the laser beam. The beam shaping device includes at least one telescope configuration including a first lens group and a second lens group, and the first lens group and the second lens group exert optical refractive power at least with respect to the short axis. Have. The optical system includes a first moving device for moving at least one of the first lens group and the second lens group along the optical axis. The optics are further controlled to control the first moving device such that at least one of the first lens group and the second lens group moves while the laser beam source generates the laser beam. Equipped with a unit. Further provided are methods for generating irradiation lines.
[Selection diagram] FIG. 1b
Description
本発明は、特にいわゆるレーザーリフトオフ用途又は薄膜層を加工するための設備用の照射ラインを生成するための光学系、及び特にレーザーリフトオフ用途又は薄膜層を加工するための照射ラインを生成するための方法に関する。 The present invention is used to generate an optical system for generating an irradiation line for so-called laser lift-off applications or equipment for processing a thin film layer, and particularly for generating an irradiation line for laser lift-off applications or processing a thin film layer. Regarding the method.
以下に提示す技術は、例えばレーザーリフトオフ用途に関連して使用できる。レーザーリフトオフ用途は、ガラス製キャリアからプラスチック基板を剥がす。この場合、レーザーライン(すなわち照射ライン)は、透明なガラスを通してプラスチック基板上に集束される。接着はレーザービームで溶解されて、プラスチック基板はガラス基板から非接触で分離される。例えばフレキシブルOLEDディスプレイは、製造のためにガラスプレートに接着されたPIホイル上に作成される。蒸着プロセス及びフォトリソグラフィープロセスを含む製造後、レーザーリフトオフ(LLO)プロセスを用いてガラス製キャリアからディスプレイ基板が剥離される。このプロセスでは、例えば343nm及び355nmのレーザービームを放出し、ポリイミド層若しくは接着層にはよく吸収されるが、ガラスに対してはほぼ透過性のパルス固体レーザーが使用される。 The techniques presented below can be used, for example, in connection with laser lift-off applications. For laser lift-off applications, the plastic substrate is peeled off from the glass carrier. In this case, the laser line (ie, the irradiation line) is focused on the plastic substrate through clear glass. The bond is melted with a laser beam and the plastic substrate is non-contactly separated from the glass substrate. For example, flexible OLED displays are made on PI foil glued to a glass plate for manufacturing. After manufacturing, including a vapor deposition process and a photolithography process, the display substrate is stripped from the glass carrier using a laser lift-off (LLO) process. In this process, for example, a pulsed solid-state laser is used that emits laser beams of 343 nm and 355 nm and is well absorbed by the polyimide layer or the adhesive layer, but is nearly transparent to the glass.
LLOプロセスの可能な用途は、例えばガラス製キャリアからフレキシブルOLEDディスプレイ基板を剥離することである。この場合、平らなガラスプレート上に、例えば厚さ0.5mmの数10〜100μmのポリイミドフィルムが接着され、その上にOLEDディスプレイ構造が作成されている。ディスプレイフィルムが完成したら、これをガラス製キャリアから取り外さなければならない。この目的のためにレーザーラインを343nm又は355nmに対して透過性のガラスを通してプラスチックフィルムに集束させる。100−500mJ/cm2の典型的なエネルギー密度では、幅20−50μmのラインを50−300mm/sの速度でその上を移動させることによって接着が溶解される。このときプラスチック基板は損傷せず、フレキシブルOLEDディスプレイ基板は、例えばスマートフォンでの二次加工のために使用できる。 Possible uses of the LLO process are, for example, stripping flexible OLED display substrates from glass carriers. In this case, for example, a polyimide film having a thickness of 0.5 mm and a thickness of several to 100 μm is adhered onto a flat glass plate, and an OLED display structure is formed on the polyimide film. Once the display film is complete, it must be removed from the glass carrier. For this purpose, a laser line is focused on a plastic film through a glass that is permeable to 343 nm or 355 nm. At a typical energy density of 100-500 mJ / cm 2, the bond is melted by moving a line 20-50 μm wide over it at a rate of 50-300 mm / s. At this time, the plastic substrate is not damaged, and the flexible OLED display substrate can be used for secondary processing in, for example, a smartphone.
提示された技術の別の用途は、薄膜層の加工に関する。例えば薄膜トランジスタ(英語:Thin Film Transistor、略称:TFT)を製造するために、薄膜層の結晶化にレーザーが使用される。加工される半導体として、特にシリコン(略称:Si)、より正確にはa−Siが使用される。半導体層の厚さは例えば50nmであり、これは通常基板(例えばガラス製キャリア)又はその他のキャリア上にある。 Another use of the presented technique relates to the processing of thin film layers. For example, a laser is used to crystallize a thin film transistor in order to manufacture a thin film transistor (abbreviation: TFT). As the semiconductor to be processed, in particular silicon (abbreviation: Si), more accurately a-Si is used. The thickness of the semiconductor layer is, for example, 50 nm, which is usually on a substrate (eg, a glass carrier) or other carrier.
上記層はレーザー、例えばパルス固体レーザーの光で照射される。この場合、例えば波長532nm又は515nmの光が照射ラインに整形される。これについては例えば独国特許出願DE102012007601Al号又は国際特許出願WO2013/156384Al号を参照されたい。数年前からこれらのプロセスに波長343nm及び355nmのレーザーも使用されている。ビーム整形装置を使用して、レーザービームのビーム形状が長軸と短軸を有するようにレーザービームを整形できる。続いてレーザービームの光から照射ラインを生成するために、このように整形されたレーザービームは、レーザービームの光路でビーム整形装置の後段に配置された結像装置によって照射ラインとして結像される。相応の光学系は、例えば独国特許出願DE102015002537号に記載されている。 The layer is irradiated with light from a laser, such as a pulsed solid-state laser. In this case, for example, light having a wavelength of 532 nm or 515 nm is shaped into an irradiation line. For this, refer to, for example, German patent application DE1020122003701Al or international patent application WO2013 / 156384Al. Lasers with wavelengths of 343 nm and 355 nm have also been used in these processes for several years. A beam shaping device can be used to shape the laser beam so that the beam shape of the laser beam has a major axis and a minor axis. Subsequently, in order to generate an irradiation line from the light of the laser beam, the laser beam shaped in this way is imaged as an irradiation line by an imaging device arranged after the beam shaping device in the optical path of the laser beam. .. Corresponding optics are described, for example, in German patent application DE102015002537.
詳細には、ビーム整形装置は、例えばアナモルフィック光学系を備えることができ、第1の結像軸と第2の結像軸に関して異なる結像特性を有することができる。特にビーム整形装置は、結像装置の直前の位置でレーザー光からビーム形状が長軸と短軸を有するレーザービームを発生するように構成できる。このビーム形状は長軸において(ほぼ)均質化された(又は実質的に均質な)強度分布を有する。次に結像装置は、ビーム整形装置によって結像装置の直前で生成されたビーム形状の短軸(特に短軸のみ)を集束させて、照射ラインの短軸を生成する。しかしながら結像装置は、(特に)長軸に関しては(実質的に)集束特性を持たないので、結像装置の直前でビーム整形装置によって生成されたビーム形状の長軸は、実質的に変化せずに結像装置を通過でき、したがって照射ラインの長軸に対応できる。 Specifically, the beam shaping apparatus can include, for example, an anamorphic optical system and can have different imaging characteristics with respect to the first imaging axis and the second imaging axis. In particular, the beam shaping apparatus can be configured to generate a laser beam having a long axis and a short axis in the beam shape from the laser beam at a position immediately before the imaging apparatus. This beam shape has a (nearly) homogenized (or substantially homogeneous) intensity distribution on the long axis. Next, the imaging apparatus focuses the short axis (particularly only the minor axis) of the beam shape generated immediately before the imaging apparatus by the beam shaping apparatus to generate the minor axis of the irradiation line. However, since the imaging device does not have (substantially) focusing characteristics with respect to the (especially) long axis, the long axis of the beam shape generated by the beam shaping device immediately before the imaging device can be substantially changed. It can pass through the imaging device without it, and therefore can correspond to the long axis of the irradiation line.
これに従い照射ラインは以前に整形されたレーザービームのビーム形状と同様に短軸と長軸を有し、明確化するために言うと、特に結像装置によって結像する前のレーザービームのビーム形状の短軸は照射ラインの短軸に対応し、ビーム形状の長軸は照射ラインの(均質化された)長軸に対応する。長軸に沿った照射ラインの強度分布は理想的には長方形であり、例えば長さ(又は半値幅、英語:Full Width at Half Maximum、略称:FWHM)は100mm、例えば750mm〜1000mm又はそれ以上である。短軸に沿った強度分布は通常はウス分布で、FWHMは約5μm〜100μmである。したがって短軸と長軸は比較的高いアスペクト比を形成する。 Accordingly, the irradiation line has a short axis and a long axis similar to the previously shaped beam shape of the laser beam, and for clarification, especially the beam shape of the laser beam before being imaged by the imaging device. The minor axis of the beam corresponds to the minor axis of the irradiation line, and the major axis of the beam shape corresponds to the (homogenized) major axis of the irradiation line. The intensity distribution of the irradiation line along the long axis is ideally rectangular, for example, the length (or half width, English: Full Width at Half Maximum, abbreviation: FWHM) is 100 mm, for example 750 mm to 1000 mm or more. is there. The intensity distribution along the short axis is usually a Uth distribution, with a FWHM of about 5 μm to 100 μm. Therefore, the minor axis and the major axis form a relatively high aspect ratio.
照射ラインは、約1mm/s〜50mm/s、好ましくは10mm/s〜20mm/秒の送り速度で短軸の方向で半導体層上を案内される。光ビームの強度(連続波レーザーの場合)若しくはパルスエネルギー(パルスレーザーの場合)は、半導体層が短時間(すなわち約50ns〜100μsの時間スケール)溶融し、電気特性が改善された結晶層として再び固化するように調整される。 The irradiation line is guided on the semiconductor layer in the direction of the minor axis at a feed rate of about 1 mm / s to 50 mm / s, preferably 10 mm / s to 20 mm / sec. The intensity of the light beam (in the case of a continuous wave laser) or pulse energy (in the case of a pulsed laser) is such that the semiconductor layer melts for a short time (that is, on a time scale of about 50 ns to 100 μs), and again as a crystal layer with improved electrical characteristics. Adjusted to solidify.
LLO及び薄膜トランジスタの製造に関連して上述した応用分野と並んで、基板を照射するために高アスペクト比の照射ラインの生成が必要であるその他の一連の応用分野がある。 Alongside the application fields described above in connection with the manufacture of LLOs and thin film transistors, there is a series of other application fields that require the generation of high aspect ratio irradiation lines to irradiate the substrate.
生成された照射ラインの品質は、特に短軸及び/又は長軸に沿って統合された空間的強度分布に依存し、照射ラインで処理される基板の材料に影響を及ぼす。アモルファスシリコン層の結晶化の際に、長軸に沿った強度分布のわずかな不均質性、例えば1桁の低いパーセンテージ範囲(例えば、約2%)の(理想的な)均質な強度分布からの絶対強度の局所的な偏差又は変調でも、照射ラインを送る際にそれ自体が結晶構造内に(例えば粒径の局所的なばらつきにより)空間的不均質性を引き起こし、これは薄膜層の品質に、ひいては薄膜トランジスタの品質にも影響を及ぼす。ここから次の関係が生じる。照射ラインの強度分布が均質(すなわち均一)であればあるほど、薄膜層の結晶構造はより均質(より均一)であり、それから形成される最終製品、例えばディスプレイ装置(画面、モニターなど)の画面領域のTFTの特性はより均質(より均一)である。 The quality of the generated irradiation line depends in particular on the spatial intensity distribution integrated along the minor and / or major axes and affects the material of the substrate processed in the irradiation line. During the crystallization of the amorphous silicon layer, the slight inhomogeneity of the intensity distribution along the major axis, eg, from the (ideal) homogeneous intensity distribution in the low percentage range of an order of magnitude (eg about 2%). Local deviations or modulations of absolute intensity also cause spatial inhomogeneity within the crystal structure (eg, due to local variations in particle size) when sending the irradiation line, which affects the quality of the thin film transistor. As a result, it also affects the quality of the thin film transistor. From here, the following relationship arises. The more homogeneous (ie, uniform) the intensity distribution of the irradiation line, the more homogeneous (more uniform) the crystal structure of the thin film transistor, and the more homogeneous (more uniform) the crystal structure of the thin film transistor is The properties of the TFT in the region are more homogeneous (more uniform).
上述した照射ラインの強度の空間的均質性と並んで、強度の時間的均質性(スキャン中の強度の時間的変化を意味する)は比較的重要である。照射ラインの一時的な強度の変動により、照射される材料で照射ラインが案内される領域が異なる(すなわち不均質又は不均一な)強度で照射されて、形成された最終製品の望ましくない不均一な特性を招く可能性がある。 Along with the spatial homogeneity of the intensity of the irradiation line described above, the temporal homogeneity of the intensity (meaning the temporal change in intensity during scanning) is relatively important. Due to temporary fluctuations in the intensity of the irradiation line, the area in which the irradiation line is guided differs (ie, heterogeneous or non-uniform) in the material to be irradiated, resulting in an undesired non-uniformity of the final product. It may lead to various characteristics.
このような背景で、生成された照射ラインの光学特性を時間的にできるだけ一定に保つことが望ましい。特に照射ラインの強度(特に全体の強度分布又は少なくとも最大強度)及び短軸に沿った照射ラインの半値幅(FWHM)を、時間的にできるだけ一定に保つことが望ましい。 Against this background, it is desirable to keep the optical characteristics of the generated irradiation line as constant as possible in time. In particular, it is desirable to keep the intensity of the irradiation line (particularly the overall intensity distribution or at least the maximum intensity) and the full width at half maximum (FWHM) of the irradiation line along the minor axis as constant as possible in terms of time.
本発明の課題は、それゆえ高品質で時間的に一定の照射ラインの生成を可能にする、特に薄膜層を加工する設備用の照射ラインを生成するための改善された光学系を提供することである。 An object of the present invention is therefore to provide an improved optical system that allows the generation of high quality, time-consistent irradiation lines, especially for the generation of equipment for processing thin film layers. Is.
上記の課題は、請求項1に記載の光学系に基づき、及び請求項12に記載の方法に基づき解決される。
The above problems are solved based on the optical system according to claim 1 and based on the method according to
第1の態様によれば、照射ラインを生成するための(特に薄膜層を加工するための設備用の)光学系が提供される。光学系は、光軸に沿ってレーザービームを発生するためのレーザービーム源を含む。さらに光学系は、レーザービームのビーム形状が長軸と(特に長軸に対して垂直に配向される)短軸を有するようにレーザービームを整形するように構成されたビーム整形装置と、このように整形されたレーザービーム(特にこのように整形されたレーザービームの短軸)を照射ラインとして(又はその上に)結像するように構成されて、レーザービームのビーム経路内でビーム整形装置の後段に配置されている(特に円筒形の)結像装置とを備える。ビーム整形装置は、第1のレンズ群と第2のレンズ群を含む少なくとも1つのテレスコープ構成を備えており、第1のレンズ群と第2のレンズ群は少なくとも短軸に関して光学的屈折力を有する。光学系は、第1のレンズ群と第2のレンズ群の少なくとも一方を光軸に沿って移動させるための第1の移動装置を有する。光学系はさらに、レーザービーム源がレーザービームを発生する間に第1のレンズ群と第2のレンズ群の少なくとも一方が移動するように、第1の移動装置を制御するように構成された制御ユニットを備える。 According to the first aspect, an optical system for generating an irradiation line (especially for equipment for processing a thin film layer) is provided. The optics include a laser beam source for generating a laser beam along the optical axis. Further, the optical system includes a beam shaping device configured to shape the laser beam so that the beam shape of the laser beam has a long axis and a short axis (particularly oriented perpendicular to the long axis). A laser beam shaped like this (particularly the short axis of the laser beam shaped in this way) is configured to form an image as (or above) an irradiation line of the beam shaping device within the beam path of the laser beam. It is provided with a (particularly cylindrical) imaging device arranged in the subsequent stage. The beam shaping device includes at least one telescope configuration including a first lens group and a second lens group, and the first lens group and the second lens group exert optical refractive power at least with respect to the short axis. Have. The optical system has a first moving device for moving at least one of a first lens group and a second lens group along an optical axis. The optics are further controlled to control the first moving device such that at least one of the first lens group and the second lens group moves while the laser beam source generates the laser beam. Equipped with a unit.
レーザービームのビーム形状は、特に結像装置の前の(特に直前の)レーザービームのビーム形状として理解される。テレスコープ構成は望遠鏡構成とも呼ばれ、この構成のレンズ群又はレンズの光学構成及びそれらの光学特性を表す。特にテレスコープ構成は以下で詳細に説明するように、ケプラーテレスコープ又はガリレオテレスコープであることができる。テレスコープ構成は、少なくとも第1のレンズ群と第2のレンズ群を含む。「レンズ群」という用語は、ここではそれぞれ単一のレンズ(例えば集束レンズ又は拡散レンズ)又は複数の(例えば接合された)レンズから構成されるレンズ群であってよいと理解すべきである。したがって最も単純なケースでは、テレスコープ構成は2つの個々のレンズからなることができ、それぞれが単一のレンズとして固有のレンズ群を形成する。テレスコープ構成は、第1のレンズ群の焦点が第2のレンズ群の焦点と空間的に一致するように構成できる。第1のレンズ群は、例えば単一のシリンダーレンズからなるか、又は複数のシリンダーレンズから構成できる。同様のことは第2のレンズ群に対する第1レンズ群の配置に関わらず該当する。 The beam shape of the laser beam is understood as the beam shape of the laser beam, especially in front of (especially immediately before) the imaging device. The telescope configuration is also called a telescope configuration, and represents the lens group or the optical configuration of the lens of this configuration and their optical characteristics. In particular, the telescope configuration can be a Kepler telescope or a Galileo telescope, as described in detail below. The telescope configuration includes at least a first lens group and a second lens group. It should be understood that the term "lens group" may here be a lens group composed of a single lens (eg, a focusing lens or a diffuser lens) or a plurality of (eg, joined) lenses, respectively. Thus, in the simplest case, the telescope configuration can consist of two individual lenses, each forming a unique lens group as a single lens. The telescope configuration can be configured such that the focal point of the first lens group spatially coincides with the focal point of the second lens group. The first lens group may consist of, for example, a single cylinder lens or may consist of a plurality of cylinder lenses. The same applies regardless of the arrangement of the first lens group with respect to the second lens group.
光軸は、本明細書で使用する慣例に従いz軸に沿って延びる。したがって第1の移動装置は、第1のレンズ群、第2のレンズ群、又は両レンズ群をz軸に沿って移動するように構成されている。この目的のために第1の移動装置は、例えばリニアサーボモーター又はピエゾ素子を含むことができる。 The optical axis extends along the z-axis according to the conventions used herein. Therefore, the first moving device is configured to move the first lens group, the second lens group, or both lens groups along the z-axis. For this purpose, the first moving device can include, for example, a linear servomotor or a piezo element.
例えば「第1の移動装置」及び後述する「第2の移動装置」に関連して使用される「第1」及び「第2」という用語は、単にそれらを区別するためだけに用いられ、それ以上の意味を有するものではない。代替として、例えば「第1の移動装置」は「移動装置」と呼び、「第2の移動装置」は「別の移動装置」と呼ぶこともできる。 For example, the terms "first" and "second" used in connection with the "first mobile device" and the "second mobile device" described below are used solely to distinguish them. It does not have the above meaning. Alternatively, for example, the "first mobile device" may be referred to as a "mobile device" and the "second mobile device" may be referred to as an "another mobile device".
制御ユニットは、例えば少なくとも1つのプロセッサと少なくとも1つのメモリを備えることができる。メモリには、制御ユニットに第1の移動装置を所定のシーケンスに従って制御させる命令を格納できる。さらに制御ユニットは、例えばレーザービーム源及び後述する両シャッター素子など光学系の他の要素を制御するために使用することもできる。 The control unit can include, for example, at least one processor and at least one memory. The memory can store instructions for causing the control unit to control the first mobile device according to a predetermined sequence. Further, the control unit can also be used to control other elements of the optical system, such as a laser beam source and both shutter elements described below.
上述した技術は、レーザービームの生成中に生じる光学系の光学的変化をテレスコープ構成の移動若しくは調節によって補償できるという効果及び利点を有する。特にレーザービームによって引き起こされる光学系の光学コンポーネントの加熱に起因する熱レンズ効果は、第1の移動装置の移動によって補償されるか又は少なくとも低減され得る。 The techniques described above have the effect and advantage of being able to compensate for the optical changes in the optical system that occur during the generation of the laser beam by moving or adjusting the telescope configuration. The thermal lens effect due to the heating of the optical components of the optics, in particular caused by the laser beam, can be compensated or at least reduced by the movement of the first moving device.
レーザービーム源は、レーザー共振器、ビーム経路内でレーザー共振器の後段に配置された周波数逓倍結晶構成、及びビーム経路内でレーザー共振器と結晶構成の間に配置された第1のシャッター素子を含むことができる。さらに制御ユニットは、第1のシャッター素子の開放状態に応じて第1の移動装置を(特に制御ユニットのメモリに記憶されている制御データに基づいて)制御するように構成できる。 The laser beam source includes a laser cavity, a frequency-multiplied crystal configuration located after the laser cavity in the beam path, and a first shutter element located between the laser cavity and the crystal structure in the beam path. Can include. Further, the control unit can be configured to control the first mobile device (particularly based on the control data stored in the memory of the control unit) according to the open state of the first shutter element.
レーザー共振器は、例えば特に赤外範囲でレーザービームを放出する固体レーザーであることができる。レーザー共振器は、例えばNd:YAGレーザーを含むことができる。周波数逓倍結晶構成は、例えば周波数倍増のための結晶(SHG結晶とも)及び/又は周波数3倍化のための結晶(THG結晶とも)を含み得る。第1の移動装置の制御と並んで、制御ユニットは第1のシャッター素子を制御するように構成できる。第1のシャッター素子は、例えば機械的シャッターを含むことができる。シャッター素子は、レーザービームを遮断してレーザービーム源がレーザービームを発生しない状態にあるか、又は(例えば機械的シャッターがビーム経路外に移動することにより)レーザービームを通過させるので、レーザービーム源がレーザービームを発生する状態にあるように制御できる。換言すれば、第1のシャッター素子は周波数が逓倍されたレーザービームのためのレーザービーム源のオン/オフスイッチとして捉えることができ、第1のシャッター素子を制御することにより、レーザービーム源にレーザービームを発生させるか、又はレーザービームの発生を停止させることができる。したがってシャッター素子を用いて周波数逓倍結晶構成がレーザービームに曝露される時間を、レーザービームが基板(例えば薄膜層)の照射に実際に使用される時間に短縮できる。 The laser cavity can be, for example, a solid-state laser that emits a laser beam, especially in the infrared range. The laser cavity can include, for example, an Nd: YAG laser. The frequency multiplying crystal structure may include, for example, a crystal for frequency doubling (also referred to as SHG crystal) and / or a crystal for frequency doubling (also referred to as THG crystal). Along with the control of the first mobile device, the control unit can be configured to control the first shutter element. The first shutter element can include, for example, a mechanical shutter. The shutter element either blocks the laser beam so that the laser beam source does not generate a laser beam or passes the laser beam (eg, by moving the mechanical shutter out of the beam path), so that the laser beam source Can be controlled to generate a laser beam. In other words, the first shutter element can be thought of as an on / off switch for the laser beam source for a frequency-multiplied laser beam, and by controlling the first shutter element, the laser can be applied to the laser beam source. The beam can be generated or the laser beam can be stopped. Therefore, the time that the frequency-multiplied crystal structure is exposed to the laser beam by using the shutter element can be shortened to the time that the laser beam is actually used for irradiating the substrate (for example, the thin film layer).
第1のシャッター素子の開放状態に応じた制御とは、第1及び/又は第2のレンズ群の移動の時間的シーケンスが第1のシャッター素子の閉鎖又は開放に依存する(特にトリガーされる)ことを意味する。換言すれば、シャッター素子の開放の制御は、第1の移動装置の制御と所定の時間的関連にあることができる。特に第1の移動装置の制御は、シャッター素子の開放(又は開放コマンド)によってトリガーされ得る。 The control according to the open state of the first shutter element means that the temporal sequence of movement of the first and / or second lens group depends on the closing or opening of the first shutter element (particularly triggered). Means that. In other words, the control of opening the shutter element can be in a predetermined temporal relationship with the control of the first mobile device. In particular, the control of the first moving device can be triggered by the release (or release command) of the shutter element.
制御ユニットは、(特にレンズ内の)結晶構成の加熱によって引き起こされる熱レンズ効果を少なくとも部分的に補償するために、第1のシャッター素子が開いた後に(特に直後に)テレスコープ構成が第1の位置から第2の位置に連続的に移動するように、第1の移動装置を制御するように構成できる。 The control unit has a first telescope configuration (especially immediately after) after the first shutter element is opened to at least partially compensate for the thermal lens effect caused by heating the crystalline configuration (especially in the lens). The first moving device can be configured to control the first moving device so as to continuously move from the position of.
制御ユニットは、第1のシャッター素子と第1の移動装置の制御を引き受けることができ、制御ユニットに第1のシャッター素子が開いた直後にテレスコープ構成を第1の位置から第2の位置に移動させる制御データが制御ユニットのメモリに格納されている。 The control unit can take control of the first shutter element and the first moving device, and the telescope configuration is moved from the first position to the second position immediately after the first shutter element is opened in the control unit. The control data to be moved is stored in the memory of the control unit.
熱レンズ効果により、例えばレーザー中に発生するレーザービームのビームウェストが光軸に沿って変位することがある。この変位は、照射ラインを生成するための光学系では、基板における焦点幅及び焦点位置、ひいては強度が変化することにつながる。制御ユニットは、(特に短軸に沿った)照射ラインの幅及び/又は照射ラインの強度が実質的に一定に保たれるように、この変位を補償するように構成できる。 Due to the thermal lens effect, for example, the beam waist of a laser beam generated in a laser may be displaced along the optical axis. This displacement leads to changes in the focal width and position, and thus the intensity, on the substrate in the optical system for generating the irradiation line. The control unit can be configured to compensate for this displacement so that the width of the irradiation line (especially along the minor axis) and / or the intensity of the irradiation line remains substantially constant.
制御ユニットのメモリには、例えばシミュレートされたデータ又は熱レンズ効果の時間依存性を記述する較正データに基づく制御データを格納できる。第1の移動ユニットを制御するための制御データは、この熱レンズ効果を可能な限り最良の方法で補償するように設計できる。 The memory of the control unit can store, for example, simulated data or control data based on calibration data that describes the time dependence of the thermal lens effect. The control data for controlling the first moving unit can be designed to compensate for this thermal lens effect in the best possible way.
少なくとも1つのテレスコープ構成は、例えばケプラーテレスコープ又はガリレオテレスコープであってよい。テレスコープ構成は、実質的にコリメートされた入射レーザービームを実質的にコリメートされたレーザービームとして出射させるように構成できる。ケプラーテレスコープの場合、テレスコープ構成は正の屈折力を持つ2つのレンズ群、特に2つの個々の集束レンズからなることができる。ここで(ビーム経路内で第2のレンズ群の前に配置されている)第1のレンズ群の像側焦点は、(テレスコープ構成の少なくとも1つの可能な位置で)第2のレンズ群の物体側焦点と実質的に一致することができる。ガリレオテレスコープの場合、テレスコープ構成は負の屈折力を有する(ビーム経路内で第2のレンズ群の前に配置された)第1のレンズ群と、正の屈折力を有する第2のレンズ群からなることができる。ここで第1のレンズ群の物体側焦点は(テレスコープ構成の少なくとも1つの可能な位置で)第2のレンズ群の物体側焦点と実質的に一致することができる。したがってガリレオテレスコープはビームエキスパンダー(例えば1:5ビームエキスパンダー若しくは1:5テレスコープ)を表すことができる。 The at least one telescope configuration may be, for example, a Kepler telescope or a Galileo telescope. The telescope configuration can be configured to emit a substantially collimated incident laser beam as a substantially collimated laser beam. In the case of the Kepler telescope, the telescope configuration can consist of two groups of lenses with positive power, in particular two individual focusing lenses. Here, the image-side focus of the first lens group (located in front of the second lens group in the beam path) is that of the second lens group (at at least one possible position in the telescope configuration). It can substantially coincide with the focal point on the object side. For the Galileo telescope, the telescope configuration consists of a first lens group with negative power (located in front of the second lens group in the beam path) and a second lens with positive power. Can consist of groups. Here, the object-side focus of the first lens group can substantially coincide with the object-side focus of the second lens group (at at least one possible position in the telescope configuration). Thus, the Galileo telescope can represent a beam expander (eg, a 1: 5 beam expander or a 1: 5 telescope).
テレスコープ構成は、第1のレンズ群と第2のレンズ群が同じ焦点距離を有するケプラーテレスコープであることができる。代替として、第2のレンズ群が第1のレンズ群より大きい焦点距離を有することができ、その際に第2のレンズ群はビーム経路内で第1のレンズ群の後ろに配置されているので、テレスコープ構成に入射するレーザービームは拡大されたレーザービームとして出射する。このテレスコープ構成に加えて、ビーム経路内でテレスコープ構成の前又は後ろに別のテレスコープ構成を配置できる。例えばビーム経路内でテレスコープ構成の後ろに別のテレスコープ構成を設けて、テレスコープ構成は第1のレンズ群と第2のレンズ群が同じ焦点距離を有するテレスコープ構成であり、別のテレスコープ構成はビームを拡大するテレスコープ構成(例えば1:5テレスコープ)であるようにすることができる。 The telescope configuration can be a Kepler telescope in which the first lens group and the second lens group have the same focal length. Alternatively, the second lens group can have a larger focal length than the first lens group, since the second lens group is located behind the first lens group in the beam path. , The laser beam incident on the telescope configuration is emitted as a magnified laser beam. In addition to this telescope configuration, another telescope configuration can be placed in front of or behind the telescope configuration in the beam path. For example, another telescope configuration is provided after the telescope configuration in the beam path, and the telescope configuration is a telescope configuration in which the first lens group and the second lens group have the same focal length, and another telescope configuration is provided. The scope configuration can be a telescope configuration that expands the beam (eg, a 1: 5 telescope).
第2のレンズ群はビーム経路内で第1のレンズ群の後ろに配置でき、第1の移動装置は第1のレンズ群を移動するように構成されており、第2のレンズ群は(特にビーム整形装置の他の要素に対して、レーザービーム源及び/又は結像装置に対して)動かないように支持されている。 The second lens group can be placed behind the first lens group in the beam path, the first moving device is configured to move the first lens group, and the second lens group (particularly). It is statically supported (with respect to the laser beam source and / or the imaging device) with respect to other elements of the beam shaping device.
したがって第1のレンズ群を移動装置によって移動できる一方、第2のレンズ群はビーム整形装置の他の(光学)要素と共にそれらの場所にとどまる。熱レンズ効果はテレスコープ構成の第1のレンズ群を変位することにより特に効果的に補償できることが分かった。 Thus, while the first lens group can be moved by the moving device, the second lens group stays in their place along with the other (optical) elements of the beam shaping device. It was found that the thermal lens effect can be compensated particularly effectively by displacing the first lens group of the telescope configuration.
制御ユニットは、第1のシャッター素子が開いた後、第1のレンズ群をビーム経路の方向で光軸に沿って変位するように構成できる。 The control unit can be configured to displace the first lens group along the optical axis in the direction of the beam path after the first shutter element is opened.
光学系はさらに、結像装置を光軸に沿って移動するための第2の移動装置を備えることができる。結像装置は、例えば基板の直前にある円筒形集束レンズ又は円筒形対物レンズを意味することができる。制御ユニットは、結像装置が第1のレンズ群と第2のレンズ群の少なくとも一方と同時に移動するように、第2の移動装置を制御するように構成できる。 The optical system can further include a second moving device for moving the imaging device along the optical axis. The imaging device can mean, for example, a cylindrical focusing lens or a cylindrical objective lens immediately in front of the substrate. The control unit can be configured to control the second moving device so that the imaging device moves at the same time as at least one of the first lens group and the second lens group.
結像装置の移動は、熱レンズ効果及び/又は第1の移動装置の移動によって引き起こされる、焦点位置の光軸に沿った(短軸に対する)変位を補償する働きをすることができる。制御ユニットのメモリには、第1及び/又は第2の移動装置の移動の時間的及び空間的シーケンスを規定する相応の制御データを格納できる。これらの制御データは、以前のキャリブレーション又は以前のシミュレーションに基づいて得ることができる。 The movement of the imaging device can serve to compensate for the displacement of the focal position along the optical axis (with respect to the minor axis) caused by the thermal lens effect and / or the movement of the first moving device. The memory of the control unit can store appropriate control data that defines the temporal and spatial sequence of movement of the first and / or second mobile device. These control data can be obtained based on previous calibration or previous simulation.
制御ユニットは、第1のシャッター素子が開いた後、結像装置が第1の位置から第2の位置に連続的に移動するように、第2の移動装置を制御するように構成できる。 The control unit can be configured to control the second moving device so that the imaging device continuously moves from the first position to the second position after the first shutter element is opened.
結像装置は、照射ラインの短軸の焦点位置が光軸の方向で(特に基板に向かって)変位するのを補償するために、特に第1の位置から第2の位置に移動する。この焦点位置の変位は、例えば熱レンズ効果及び/又は第1の移動装置の移動によって引き起こされる。第2の移動装置の移動により、光軸の方向における焦点位置、したがって結像平面(照射される基板の平面)における照射ラインの幅(FWHM)及び強度が一定に保たれることを保証できる。 The imaging apparatus moves from a first position to a second position in particular to compensate for the short axis focal position of the irradiation line being displaced in the direction of the optical axis (particularly towards the substrate). This displacement of the focal position is caused, for example, by the thermal lens effect and / or the movement of the first moving device. The movement of the second moving device can ensure that the focal position in the direction of the optical axis, and thus the width (FWHM) and intensity of the irradiation line in the imaging plane (the plane of the irradiated substrate) is kept constant.
光学系はさらに、ビーム経路内で結晶構成の後ろに配置された第2のシャッター素子を含むことができる。制御ユニットは、第2のシャッター素子が閉じている間に最初に第1のシャッター素子が開き、所定の時間が経過したら第2のシャッター素子が開くように制御するように構成できる。 The optics can further include a second shutter element located behind the crystal structure in the beam path. The control unit can be configured to control so that the first shutter element opens first while the second shutter element is closed, and the second shutter element opens after a predetermined time has elapsed.
したがって第1の移動装置によって実行される補正に加えて、第1のシャッター素子が開いた直後に、この時点で第2のシャッター素子はまだ閉じているので、光学系の光学特性の変化が照射ラインに影響を及ぼさないことが保証され得る。熱レンズ効果がある程度「落ち着いた」若しくは安定した場合にのみ第2のシャッター素子が開き、熱レンズ効果のわずかな変化は第2のシャッター素子が開いた状態で第1の移動装置によって補償でき、又はこの変化は十分小さいのでプロセスにとって重要ではない。 Therefore, in addition to the correction performed by the first moving device, immediately after the first shutter element is opened, the second shutter element is still closed at this point, so that the change in the optical characteristics of the optical system is irradiated. It can be guaranteed that it does not affect the line. The second shutter element opens only when the thermal lens effect is "calm" or stable to some extent, and slight changes in the thermal lens effect can be compensated by the first moving device with the second shutter element open. Or this change is small enough that it is not important to the process.
第2の態様によれば、照射ラインを生成するための方法が提供される。この方法は、光軸に沿ってレーザービームを発生すること、レーザービームのビーム形状が長軸と短軸を有するようにレーザービームを整形すること、このように整形されたレーザービームを照射ラインとして結像すること、及びレーザービームを発生する間にテレスコープ構成の第1レンズ群又は第2のレンズ群の少なくとも一方を光軸に沿って移動することを含み、第1のレンズ群と第2のレンズ群は少なくとも短軸に関して光学的屈折力を有する。 According to the second aspect, a method for generating an irradiation line is provided. In this method, a laser beam is generated along the optical axis, the laser beam is shaped so that the beam shape of the laser beam has a long axis and a short axis, and the laser beam thus shaped is used as an irradiation line. The first lens group and the second lens group include the imaging and the movement of at least one of the first lens group or the second lens group of the telescope configuration along the optical axis while generating the laser beam. The lens group has an optical refractive force at least with respect to the minor axis.
上で第1の態様の光学系についてなされた説明は、第2の態様の方法にも同様に該当する。特に第2の態様の方法は第1の態様の光学系を用いて実行することができ、第1の態様のすべての詳細は可能な限り第2の態様にも適用できる。 The description given above for the optical system of the first aspect also applies to the method of the second aspect. In particular, the method of the second aspect can be carried out using the optical system of the first aspect, and all the details of the first aspect can be applied to the second aspect as much as possible.
レーザービームを発生するレーザービーム源は、レーザー共振器と、ビーム経路内でレーザー共振器の後段に配置された周波数逓倍結晶構成と、ビーム経路内でレーザー共振器と結晶構成の間に配置された第1のシャッター素子とを含むことができる。第1のレンズ群又は第2のレンズ群は第1のシャッター素子の開放状態に応じて移動できる。 The laser beam source that generates the laser beam is arranged between the laser cavity, the frequency-multiplied crystal configuration placed after the laser cavity in the beam path, and between the laser cavity and the crystal structure in the beam path. It can include a first shutter element. The first lens group or the second lens group can move according to the open state of the first shutter element.
結晶構成の加熱によって引き起こされる熱レンズ効果を少なくとも部分的に補償するために、第1のシャッター素子が開いた後に、テレスコープ構成は第1の位置から第2の位置に連続的に移動できる。 The telescope configuration can be continuously moved from the first position to the second position after the first shutter element is opened to at least partially compensate for the thermal lens effect caused by heating the crystalline configuration.
熱レンズ効果はレーザービームのビームウェストを光軸に沿って変位させることがある。移動によって、照射ラインの幅及び/又は照射ラインの強度(特に全体の強度分布又は少なくとも最大強度)が実質的に一定に保たれるようにすることができる。 The thermal lens effect can displace the beam waist of the laser beam along the optical axis. The movement can ensure that the width of the irradiation line and / or the intensity of the irradiation line (especially the overall intensity distribution or at least the maximum intensity) remains substantially constant.
以下に本発明を添付の図面を参照して説明する。 The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
薄膜層を加工するための設備用の光学系は、図1a及び図1bに示され、一般的に10で表される。以下では薄膜層を加工するための設備用の光学系10について述べるが、記載された光学系10は照射ラインが必要とされる他のあらゆる用途に使用できる。光学系10は、レーザービーム14のビーム形状16が長軸と短軸を有するようにレーザービーム14を整形するように構成されたビーム整形装置12と、レーザービーム14のビーム経路内でビーム整形装置12の後段に配置されて、このように整形されたレーザービーム14を照射ライン22として結像するように構成された結像装置18とを備える。したがって結像装置18は、ビーム整形装置12によって形成されたレーザービーム14の短軸から、照射ライン22の短軸を生成する。
The optical system for the equipment for processing the thin film layer is shown in FIGS. 1a and 1b, and is generally represented by 10. Although the
慣例により、図中で短軸はx軸に平行に、長軸はy軸に平行に、そして光学系10の光軸はz軸に平行に延びるものとする。図1aには、例えば上方(x方向に沿った視線方向)から見た光学系10が示されており、図1bには、例えば(y方向に沿った視線方向)から見た光学系10が示されている。
By convention, the short axis is parallel to the x-axis, the long axis is parallel to the y-axis, and the optical axis of the
ビーム整形装置12は、例えば独国特許出願DE102012007601A1号の図4〜図6に示されたアナモルフィック光学系42をなすか又は含むことができる。特にビーム整形装置12は、独国特許出願DE10201200760A1号の図4〜図6に示された構成要素20、54、56、58、62、66、68、74の1つ以上を含むことができる。
The
換言すると、ビーム整形装置12は、(座標系のx軸に平行な)第1の結像軸x、第1の結像軸xに垂直な第2の結像軸y、及び第1の結像軸xと第2の結像軸yに垂直な(座標系のz軸に平行な)光軸zにより表すことができる。(例えばアナモルフィック光学系としての)ビーム整形装置12は、第1の結像軸xと第2の結像軸yに関して異なる結像特性を有する。ビーム整形装置12は、結像装置18の前の位置「16」(例えば図1a及び図1b参照)でレーザー光からビーム形状16が長軸(y)と短軸(x)を有するレーザービーム14を発生するように構成でき、ビーム形状は長軸(y)においてほぼ均質化された(又は実質的に均質な)強度分布を有する。
In other words, the
詳細に見ると、ビーム整形装置12は(特にアナモルフィック光学系)は、次のものを含むことができる(図1a及び図1b参照)。
−短軸xに関して光学的に作用する、すなわち短軸xに関して屈折力を有する第1のテレスコープ構成20。この第1のテレスコープ構成20は、第1のレンズ群である第1のシリンダーレンズ23と、第2のレンズ群である第2のシリンダーレンズ24から構成される。第1のシリンダーレンズ23は、レーザービーム源26からレーザービーム14を受け取り、それを短軸xに関して第1の中間像28に集束させる。第2のシリンダーレンズ24は、ビーム経路内で第1のシリンダーレンズ23の後ろに配置され、第1の中間像28の光線をコリメートする。図1bに示されているように、第1のテレスコープ構成20はケプラーテレスコープとして設計された1:1テレスコープである。ここでは第1のシリンダーレンズ23と第2のシリンダーレンズ24は、それぞれ焦点距離が実質的に等しい集光レンズである。第1のシリンダーレンズ23の像側焦点は、第2のシリンダーレンズの物体側焦点と実質的に一致する。
−ビーム経路内で第1のテレスコープ構成20の後ろに配置され、長軸yに関して屈折力を有するシリンダーレンズ30。シリンダーレンズ30はレーザービーム源26から、長軸yに関して第1のテレスコープ構成20によって影響されなかったレーザービーム14を受け取り、中間画像32に集束させる。
−ビーム経路内でシリンダーレンズ30の後ろに配置され、長軸yに関して屈折力を有するシリンダーレンズ34。シリンダーレンズ34は中間像32の光線をコリメートする。図1aに示すように、シリンダーレンズ30とシリンダーレンズ34は、長軸yに関してレーザービーム14を拡大する働きをするケプラーテレスコープを形成する。
−ビーム経路内でシリンダーレンズ34の後ろに配置され、短軸xに関して光学的に作用する、すなわち短軸xに関して屈折力を有する第2のテレスコープ構成36。第2のテレスコープ構成36は、第1のレンズ群である第1のシリンダーレンズ38と、ビーム経路内で第1のシリンダーレンズ38の後ろに配置された第2のレンズ群である第2のシリンダーレンズ40から構成される。第1のシリンダーレンズ38は、レーザービーム14を短軸xに関して拡大し、第2のシリンダーレンズ40はこの拡大されたレーザービームを再びコリメートする。図1bに示すように、第2のテレスコープ構成36はガリレオテレスコープとして設計されたビームを拡大するテレスコープ(例えば、1:5テレスコープ)である。ここでは第1のシリンダーレンズ38は拡散レンズであり、第2のシリンダーレンズ40は集束レンズであり、第1のシリンダーレンズ38と第2のシリンダーレンズ40の焦点は実質的に一致するか若しくは上下に重なっている。ビーム経路内で第1のシリンダーレンズ38の前に仮想的な第2の中間像(図示せず)が生じる。
−ビーム経路内で第2のテレスコープ構成36の後ろに配置され、長軸yに関してレーザービーム14を(大部分)均質化するためアナモルフィック均質化光学系42。
−ビーム経路内でアナモフィック均質化光学系42の後ろに配置され、照射ライン22上の均質化されたレーザービームと重畳するために長軸yに関して屈折力を有する集光シリンダーレンズ44。
In detail, the beam shaping device 12 (particularly the anamorphic optics) can include: (see FIGS. 1a and 1b).
-A
-
-
-A
-
-A
集光シリンダーレンズ44の後ろのビーム経路内に結像装置18がある。結像装置18は、例えば独国特許出願DE102012007601A1号の図4〜図6に示されている構成要素66を含むか、又は構成要素66をなすことができる。後者の場合、結像装置18は、例えば集光シリンダーレンズ44の後ろのビーム経路内に配置され、軸xに関してレーザービーム14を照射ライン22に集束させる働きをする集束シリンダーレンズ光学系66をなす。
There is an
したがってビーム整形装置12の後段に配置された結像装置18は、結像装置18の前でビーム形状16をピックアップし、レーザービーム14を照射ライン22として整形し、その際にビーム形状16の均質化された長軸yにではなく、単に(より正確には専ら)ビーム形状16の短軸xに集束される。結像装置18は、典型的には回折が制限されずに結像するが、幾つかの実施形態では回折が制限されて結像することもできる。
Therefore, the
光学系10によって生成される照射ライン22は、薄膜層の結晶化、例えば薄膜トランジスタ(英語:Thin Film Transistor、略称:TFT)の製造のために使用できる。この場合、加工される半導体層に照射ライン22が照射されて半導体層21上を案内される。その際に照射ライン22の強度は、半導体層が短時間溶融して、電気特性が改善された結晶層として再び固化するように調整されている。
The
上述したように、レーザーラインビーム形状を生成するためにアナモルフィック光学構成が使用される。ここでは例えば1つの(長)ビーム軸yにおいてレーザービーム源26から放出されたレーザービーム14がシリンダーレンズアレイを用いて均質化される。他の(短)軸xは、ガウシアンビームとして光学的に処理され、レーザービーム源26のビームウェストは均質化の平面に転写される。典型的な構成が図1a及び図1bに示されており、上で詳細に説明された。
As mentioned above, an anamorphic optical configuration is used to generate the laser line beam shape. Here, for example, the
均質化される軸yにおいて、レーザービーム14は円筒状に(典型的には2〜4倍)拡大され、2つの連続するレンズアレイ上に案内される。集光シリンダーレンズ44の焦点距離に均質化された長ビーム軸yが生じる。レーザービーム源26で形成されたレーザービーム14のビームウェストは、円筒形1:1テレスコープ20で再コリメートされ、別のテレスコープ36で拡大されて、集束レンズ18により所望の幅のガウス小ビーム軸を生成する。
On the homogenized axis y, the
図2は、図1a及び図1bの光学系10のレーザービーム源26の詳細を示す。レーザービーム源26は、レーザービーム14を発生するためのレーザー共振器46を含んでおり、これは例えば赤外固体レーザー、特にNd:YAGレーザーであってよい。さらにレーザービーム源26は、例えばレーザー共振器46の後ろのビーム経路内に第1のシャッター素子48を含んでおり、これはレーザービーム14を遮断又は通過させるように構成された電子制御可能な機械的シャッターである。レーザービーム源26はさらにビーム経路内で第1のシャッター素子48の後ろに、集束レンズ50の後ろのビーム経路内に配置された周波数逓倍結晶構成52にレーザービーム14を集束させる集束レンズ50を含む。周波数逓倍結晶構成52は、レーザービーム14の周波数を2倍にする(若しくは波長を半分にする)ためのSHG結晶及び/又はレーザービーム14の周波数を3倍にするためのTHG結晶を含む。
FIG. 2 shows the details of the
レーザービーム源26はさらに、再コリメーションレンズ54として集束レンズを含む。再コリメーションレンズ54は、レーザービーム14を大部分コリメートするのに適している。
The
レーザービーム源26を操作するための可能な動作モードは、レーザー共振器46を永続的に(若しくは少なくとも複数の照射プロセスを含む長時間にわたり)オンに切り替えたままにして、時間的に非常に一定の連続赤外レーザービーム14を生成することである。しかしながら敏感な結晶構成52(UVレーザー光の発生による寿命の制限)及び場合によっては光学系10の別の構成要素を不必要に長く(場合により損傷若しくは破損を与える)レーザービームに曝露しないために、第1のシャッター素子48は、照射ライン22が実際に基板を照射するために必要とされる場合のみ開く。換言すれば、例えばちょうど照射される基板が交換されるときにレーザービーム14が必要とされない場合、第1のシャッター素子48を閉じることによりレーザービーム14をオフに切り替えることができる。このようにして結晶構成52がレーザービーム14に曝露される時間を最小にすることができ、有効耐用年数を延ばすことができる。
A possible mode of operation for operating the
必要に応じて第1のシャッター素子48が開く上記のレーザービーム源26の動作モードは、以下バーストモードとも呼ばれる。以下において、レーザービーム源26がレーザービーム14を放射する/放射しない、又はレーザービーム源26がオン/オフに切り替えられていると述べる場合、これは第1のシャッター素子48がその時間開いている/閉じていることを意味する。
The operation mode of the
照射ラインを例えばリフトオフ用途(ガラス上に接着されたフィルムをガラス越しに照射する)で使用するために、また薄膜シリコン結晶化用途でも、レーザービーム14が一定の(すなわち時間的に変わらない)幅(FWHM)とピーク強度を有することが重要である。
The width of the
バーストモードの使用は、レーザー動作時間を、したがって運用コストを削減して最適化するために重要である。大きいガラス製キャリアに対する典型的なリフトオフプロセスでは、例えばサイクルタイムは60〜100秒の範囲にあるが、レーザービーム自体はガラス製キャリア基板からプラスチック基板を剥離するのに約20〜30秒しか必要ない。バーストモードとは反対に、レーザービーム源26の連続動作ではプロセスシャッター(以下でさらに説明する第2シャッター素子66参照)が開閉され、レーザービーム源26は永続的に動作し、結晶構成52を永続的に照射することになろう。
The use of burst mode is important for optimizing laser operating time, thus reducing and operating costs. In a typical lift-off process for large glass carriers, for example, the cycle time is in the range of 60-100 seconds, but the laser beam itself only takes about 20-30 seconds to detach the plastic substrate from the glass carrier substrate. .. Contrary to the burst mode, in the continuous operation of the
バーストモード動作ではUVレーザー動作を60〜100秒から20〜30秒に短縮でき、操作コストを2〜4分の1に削減する可能性を提供する。 In burst mode operation, the UV laser operation can be shortened from 60 to 100 seconds to 20 to 30 seconds, providing the possibility of reducing the operating cost by 2 to 4 times.
上述した外部(レーザー共振器46の外部)の周波数逓倍レーザービーム源26がバーストモードで操作されると、パルスシーケンスの開始とともに(すなわち第1のシャッター素子48が開いた直後に)逓倍結晶(SHG及びTFIG)52内に最初の10〜20秒で熱レンズが形成され(半径方向温度プロファイルは屈折率の変化を引き起こす)、その後パルスシーケンスが終了するまで実質的に安定した状態にある。この熱レンズはレーザービームを特徴付ける(ビーム品質、位置、ウェスト径、拡散角)レーザービームウェストをレーザー内の別の場所に光学的に発生させる。この場合ビーム位置は、IRレーザービーム14の周波数逓倍結晶構成52への集束がどのように設計されているかに応じて数cmないし0.5メートル又はそれ以上変化することが可能である。図2には、ビームウェストの位置がパルスシーケンスの開始直後(t=0、第1のシャッター素子48が開いたとき)の位置56から、約t=10〜20秒後に位置58に移動したことが示されている。位置58では、光学系10、特に形成された熱レンズは熱平衡状態にあり、第1のシャッター素子48が開いたままビームウェストの位置は大きく変化しない。
When the external frequency-multiplying
放出されたレーザービーム14の仮想起源(ウェスト)は、熱レンズによって(特に光軸に沿ったz方向に)変位される。
The virtual origin (waist) of the emitted
ビームウェスト位置の変化は、均質化される長ラインビーム軸yに実質的に影響を与えない。 Changes in beam waist position have virtually no effect on the homogenized long line beam axis y.
しかしながら、ラインビームの短ビーム軸xの生成はガウスビーム伝搬を利用し、その結果としてレーザービーム源26におけるウェスト位置が、対物レンズ18の焦点におけるビームウェストに影響を与える。
However, the generation of the short beam axis x of the line beam utilizes Gaussian beam propagation, so that the waist position at the
図1及び図2に示すようなラインビーム構成において、典型的に10〜100μmFWHM(半値全幅)のライン幅が(短軸xに沿って)生成される。この目的のためにレーザービームは1:1テレスコープ(第1のテレスコープ構成20)内で光学的に輸送され、続いて別のテレスコープ(第2のテレスコープ構成36)内で1:1から1:5に拡大される。レーザービーム14はシリンダーレンズ18によって均質化された平面に集束される(図1bに従う構成を示す図3参照)。
In the line beam configuration as shown in FIGS. 1 and 2, a line width of 10 to 100 μm FWHM (full width at half maximum) is typically generated (along the short axis x). For this purpose, the laser beam is optically transported within a 1: 1 telescope (first telescope configuration 20) and subsequently 1: 1 within another telescope (second telescope configuration 36). Is expanded from 1: 5. The
この構成は、ビームウェスト位置の変化が、調整された被写界深度内で集束レンズ18の後ろの焦点の位置に事実上影響を及ぼさないように設計されている。しかしながら基本的に焦点の位置は(光軸zに沿って)変位する。しかしレーザービーム源26におけるビームウェストの位置の変化は、円筒形集束レンズ18(結像装置18)の照射に顕著な影響を与える。ガウスビーム伝搬の場合、焦点直径は次の式に従う。
d(l/e2)=4fλM2/(nD(l/e2))
This configuration is designed so that changes in beam waist position do not substantially affect the position of the focal point behind the focusing
d (l / e 2 ) = 4fλM 2 / (nD (l / e 2 ))
ここで、dは焦点における直径、Dは焦点距離fの結像装置18におけるレーザービーム14の直径(1/e2)、M2はレーザービーム14のビーム品質番号、λは波長である。
Here, d is the diameter at the focal point, D is the diameter of the laser beam 14 (1 / e 2 ) in the
ビームウェストの変位(図2及び図3参照)により集束レンズ18で直径Dが小さくなると、焦点直径dは大きくなる。その結果としてガウス分布のピーク強度は、照射ライン22の平面内で低下する。
When the diameter D of the focusing
この挙動は、図1a及び図1bによる光学系でレーザービーム源26からのレーザービーム14で観察されたものである。パルスシーケンスがオンに切り替えられると(第1のシャッター素子48が開くと)、通常10〜20秒以内に焦点の幅dが約10%大きくなるのが観察される。その後で焦点の幅と強度が安定する。
This behavior was observed with the
結晶構成52内で生成された熱レンズの結果であるこの挙動は、図4に示されている。時点t=720秒で第1のシャッター素子48が開き、レーザービーム源26がレーザービーム14を発生する。図4の上の曲線(強度、左目盛り)から分かるように、照射ライン22の初期強度は最初の約10秒以内に最大値から、その後の照射の過程で(第1のシャッター素子48は開いたまま)ほぼ一定のままの値に低下する。同様に照射ライン22の短軸xに沿った幅(下の曲線、FWHM、右目盛り)はレーザービーム14がオンに切り替えられるとすぐに初期値になり、続いて最初の約10秒以内にその後の照射の過程でほぼ一定のままの値に上昇する。
This behavior, which is the result of the thermal lens produced in the
図5に示すように、上述した照射ライン22の挙動は再現可能であり、レーザービーム源26のオン/オフの切り替えを繰り返しても、すなわち(反復バーストモードで)第1のシャッター素子48を繰り返し開閉しても発生する。
As shown in FIG. 5, the behavior of the
周波数変換を効率的に調整するために(屈折率の適合)、レーザービーム源26内の結晶構成52は、目標温度に能動的に安定化される。種々のバーストモードシーケンスに対して、やや異なる平衡状態が生じることができる。
In order to efficiently adjust the frequency conversion (refractive index matching), the
本発明によれば、光学系10は、照射ライン22の強度と幅(FWHM)の変化の上述した効果を低減し、最良の場合はそれを完全に補償するために適した第1の移動装置60(例えば図1a及び図1b参照)を含んでいる。
According to the present invention, the
換言すると、本発明によれば1:1テレスコープ(第1のテレスコープ構成20)及び/又は1:1…5テレスコープ(第2のテレスコープ構成36)は意図的に離調され、それによって上述したビームウェスト位置の変化を、基板における(すなわち照射ライン22の平面内の)ピーク強度とビーム幅が変化しないか又はわずか(例えば1%未満)しか変化しないように補償することができる。 In other words, according to the present invention, the 1: 1 telescope (first telescope configuration 20) and / or the 1: 1 ... 5 telescope (second telescope configuration 36) are deliberately detuned, which Can compensate for the above-mentioned changes in beam waist position such that the peak intensity and beam width on the substrate (ie, in the plane of the irradiation line 22) do not change or change only slightly (eg, less than 1%).
調査した設計では、これには第1のテレスコープ構成20(1:1テレスコープ)が特に適していることが示された。特定の構成では0.1〜0.2mmの調節で十分である。定義されたバーストモードシーケンスに対するビームウェスト位置の変化の時間的挙動は再現可能なので、パルスシーケンスの開始とともに(すなわち第1のシャッター素子48が開くとともに)第1レンズ群23(すなわち図1a及び図1bでレーザービーム源26の近傍に位置決めされた第1のテレスコープ構成20の集束レンズ23の配置構成)を利用できる。第1の移動装置60としてリニアドライブ、又は例えばピエゾドライブが適している。
The designs investigated have shown that the first telescope configuration 20 (1: 1 telescope) is particularly suitable for this. Adjustments of 0.1 to 0.2 mm are sufficient for certain configurations. Since the temporal behavior of the change in beam waist position with respect to the defined burst mode sequence is reproducible, the first lens group 23 (ie, FIGS. 1a and 1b) at the start of the pulse sequence (ie, with the opening of the first shutter element 48). The condensing
集束レンズ18の後ろで短軸xに関する焦点の変位の量は、光軸zに沿って典型的に20〜100μmであり、通常の被写界深度の微小部分である。しかしながら基本的には、第2の移動装置62を用いて結像装置18(集束レンズ18)を同時に移動することも可能である。
The amount of focal displacement with respect to the minor axis x behind the focusing
図6に、実際のビーム経路内でのガウスビーム伝搬が示されている。ビーム伝搬を用いて、レーザービーム源26におけるそれぞれのウェスト開始位置に対してビーム径及び焦点位置を決定できる。
FIG. 6 shows Gaussian beam propagation within the actual beam path. Beam propagation can be used to determine the beam diameter and focal position for each waist start position in the
図7に、ビームウェスト変化の補償のために第1のシリンダーレンズ38の調節と、同時に図6に示された構成のための結像装置18の関連する調節が例示されている。結像装置18の同時変位は、被写界深度が調節よりも著しく大きくない場合に必要になることがある。被写界深度の範囲は、レーザービーム14のビーム品質(係数M2)若しくは場合によってはビーム変換光学系によるビーム品質の上昇/低下によって決定される。
FIG. 7 illustrates an adjustment of the
図7は、第1のテレスコープ構成20の第1のシリンダーレンズ23の位置の適当な変化(「テレスコープレンズの変位」、右目盛り)を詳細に示す。さらに結像装置18の位置の適当な変化(「集束レンズの変位」、右目盛り)を示す。結果として生じる短軸xに関する照射ライン22の半値全幅(「FWHM」)も図7に示されており、ここから半値全幅は実質的に一定のままであり、したがって熱レンズの効果をほぼ完全に補償できることが見て取れる。
FIG. 7 shows in detail an appropriate change in the position of the
図8は、図7と同じ第1のテレスコープ構成20と結像装置18の変化と、さらにビームウェストの位置(「レーザー内のウェスト位置」、左目盛り)の変化を示す。
FIG. 8 shows the same changes in the
したがって本発明によれば、レーザービーム源26がオンに切り替えられるとすぐに、すなわちレーザービーム源26の第1のシャッター素子48が開くとすぐに(若しくは直後に)、シリンダーレンズ23、24、38及び40の少なくとも1つが関連する第1の移動装置60によって光軸zに沿って動かされる。ここで第1のテレスコープ構成20の第1のシリンダーレンズ23が変位することが有利であることが分かっており、その代わりに又は追加でシリンダーレンズ24、38及び/又は40の1つを動かすことができる。
Therefore, according to the present invention, as soon as the
さらに図7及び図8の上記の例では、第2の移動装置62を用いた結像装置18の変位が説明されているが、これは任意選択である。
Further, in the above example of FIGS. 7 and 8, the displacement of the
第1の移動装置60及び場合によっては第2の移動装置62(図1a及び図1b参照)の移動を制御するために、制御ユニット64が設けられている。それぞれの移動装置60、62の移動の制御と並んで、制御ユニット64がレーザービーム源26の制御を受け持つ。より正確に言えば、制御ユニット64は、レーザービーム源26のオン/オフの切り替え若しくは第1のシャッター素子48の開閉の時間的順序を制御する。以下に説明する任意選択の第2のシャッター素子66も、制御ユニット64によって制御できる。
A
制御ユニット64は、制御データが格納されたメモリを備えており、それらの制御データに基づいて第1の移動装置60(及び場合によっては第2の移動装置62)が第1のシリンダーレンズ23(及び場合によっては結像装置18)の移動を実行する。特にそれぞれの移動装置60、62の移動の時間的順序を定義するデータを格納できる。したがって制御ユニット64のメモリに格納されたデータは、図7及び図8に第1のシリンダーレンズ23の位置と時間との関係を示す曲線で表現されている。同じことは、結像装置18の位置と時間の関係を示す曲線にも該当する。
The
制御データは、図6に関連して説明したように、以前の較正に基づいて得るか、あるいは計算及び/又はシミュレーションによって得ることができる。 Control data can be obtained based on previous calibration or by calculation and / or simulation, as described in connection with FIG.
特に、制御ユニット64は、第1のシリンダーレンズ23を(特に第1のシャッター素子48が開いた直後に)所定の位置−時間関係に従って移動するように構成できる。任意選択で、制御ユニット64は、結像装置18を(特に第1のシャッター素子48が開いた直後に)所定の位置と時間の関係に従って、動かすように構成できる。
In particular, the
制御ユニット64はさらに光学系10若しくは光学系10を包含する設備のその他の機能及び/又は要素を制御できる。
The
上述したテレスコープ構成20及び36の一方のレンズを変位させる技術に加えて、一実施形態による光学系10は任意選択で第2のシャッター素子66を含むことができる(図1a及び図1b参照)。第2のシャッター素子66は、ビーム経路内で結晶構成の任意の位置に、例えばレーザービーム源26のすぐ後ろにあることができる。第2のシャッター素子66は、制御ユニット64によって制御される。
In addition to the technique of displacing one of the lenses of the
より正確に言えば、制御ユニット64は、第2のシャッター素子が閉じている間に最初に第1のシャッター素子が開き、所定の時間(例えば10〜20秒の範囲)が経過したら第2のシャッター素子66が開くように、第1のシャッター素子48と第2のシャッター素子66を制御するように構成されている。この順序によりレーザービーム源26をオンに切り替えられた直後(すなわち第1シャッター素子48が開いた直後)のウェスト位置の強い変化が、照射ライン22のビーム強度若しくはビーム幅の強い変化を招かないことを保証できる。なぜならこの強い初期変化の時点で(例えば第1のシャッター素子48が開いてから最初の10秒間)、第2のシャッター素子66は閉じたままであり、この時点では照射ライン22は生成されないからである。熱レンズの効果がある程度安定した後で初めて、第2のシャッター素子66が開いて照射ライン22が生成され、その強度と幅はほぼ一定のままである。この所定の時間の後でもビームウェストの位置で発生し得るわずかな変化は、上記の説明に従い第1の移動装置60、及び場合によっては第2の移動装置62の移動によって補償される。
More precisely, the
上述した第2のシャッター素子66を使用する技術が、図9に示されている。この図では、照射ライン22の強度が時間に対してプロットされている。分かりやすいように、図9はまた、第2のシャッター素子66が閉じており、したがって照射ライン22が全く生成されない時点での照射ライン22の強度も示している。これらの時点で示されている強度は、第2のシャッター素子66が開いている場合に照射ライン22が有するであろう強度である。
A technique using the
図9には、レーザービーム源26がオンに切り替えられている、すなわち第1のシャッター素子48が開いている時間68が示されている。この時間中、強度は最初は最大値にあり、最初の10〜20秒以内に急激に低下して、ほぼ安定した状態に達するであろう(図4及び5も参照)。しかしながら時間70によって示されているように、最初に(第1のシャッター素子48が開いてから所定の時間72の間)、第2のシャッター素子66はまだ閉じられており、照射ライン22は生成されない。時間72の後で初めて時間74に第2のシャッター素子66(プロセスシャッター)が開き、照射ライン22が生成される。照射ライン22の強度及び/又は幅(FWHM)の変動は、上で詳細に説明したように、少なくとも1つのテレスコープ構成20、36の少なくとも1つのレンズ群23、24、38、40を動かすことによって補償される。
FIG. 9 shows the
しかしながら一例では、図9に関連して説明したように、第1の移動装置60も第2の移動装置62も設けず、第2のシャッター素子66を制御するだけで熱レンズの影響を補償することも可能である。
However, in one example, as described in connection with FIG. 9, neither the first moving
上述した技術は、熱レンズの効果、及び特にそれに伴うレーザービーム14のビームウェストの変位を確実に、容易かつ再現可能に補償する可能性を提供する。このようにして基板を一定の強度と一定のビーム幅で照射することができ、このことは安定した材料特性と、したがって改善された材料品質につながる。
The techniques described above provide the effect of thermal lenses, and in particular the possibility of compensating for the associated displacement of the beam waist of the
図又は図の部分は必ずしも縮尺どおりと見なすべきではない。したがって例えば図1bでビーム形状16の短軸xは、図1aの長軸yよりも長く見えることがある。
The figure or part of the figure should not necessarily be considered to scale. Therefore, for example, in FIG. 1b, the short axis x of the
特に明記しない限り、図中の同一の参照記号は同一の又は同一に作用する要素を表す。さらに図に示された特徴の任意の組み合わせも考えられる。 Unless otherwise stated, the same reference symbols in the figures represent elements that are the same or act the same. In addition, any combination of features shown in the figure is also conceivable.
Claims (15)
光軸(z)に沿ってレーザービーム(14)を発生するためのレーザービーム源(26)と、
レーザービーム(14)のビーム形状(16)が長軸(y)と短軸(x)を有するようにレーザービーム(14)を整形するように構成されたビーム整形装置(12)と、
そのように整形されたレーザービーム(14)を照射ライン(22)として結像するように構成されて、レーザービーム(14)のビーム経路内でビーム整形装置(12)の後段に配置されている結像装置(18)と、を備えており、
前記ビーム整形装置(12)は、第1のレンズ群(23)と第2のレンズ群(24)を含む少なくとも1つのテレスコープ構成(20)を備えており、第1のレンズ群(23)と第2のレンズ群(24)は少なくとも短軸(x)に関して光学的屈折力を有し、
前記光学系(10)は、第1のレンズ群と第2のレンズ群の少なくとも一方を光軸(z)に沿って移動させるための第1の移動装置(60)を備え、
前記光学系(10)はさらに、レーザービーム源(26)がレーザービームを発生する間に第1のレンズ群と第2のレンズ群の少なくとも一方が移動するように、第1の移動装置(62)を制御するように構成された制御ユニット(64)を備える、照射ライン(22)を生成するための光学系(10)。 The optical system (10) for generating the irradiation line (22) is
A laser beam source (26) for generating a laser beam (14) along the optical axis (z), and
A beam shaping device (12) configured to shape the laser beam (14) so that the beam shape (16) of the laser beam (14) has a major axis (y) and a minor axis (x).
The laser beam (14) shaped in this way is configured to form an image as an irradiation line (22), and is arranged after the beam shaping device (12) in the beam path of the laser beam (14). It is equipped with an imaging device (18).
The beam shaping device (12) includes at least one telescope configuration (20) including a first lens group (23) and a second lens group (24), and the first lens group (23). And the second lens group (24) have an optical power of refraction at least with respect to the minor axis (x).
The optical system (10) includes a first moving device (60) for moving at least one of the first lens group and the second lens group along the optical axis (z).
The optical system (10) further comprises a first moving device (62) such that at least one of the first lens group and the second lens group moves while the laser beam source (26) generates the laser beam. An optical system (10) for generating an irradiation line (22), comprising a control unit (64) configured to control).
制御ユニット(64)は、前記第1のシャッター素子(48)の開放状態に応じて前記第1の移動装置(60)を制御するように構成されている、請求項1に記載の光学系(10)。 The laser beam source (26) includes a laser cavity (46), a frequency-multiplied crystal structure (52) arranged after the laser cavity (46) in the beam path, and a laser cavity (52) in the beam path. It includes a first shutter element (48) disposed between the crystal structure (52) and 46).
The optical system according to claim 1, wherein the control unit (64) is configured to control the first moving device (60) according to an open state of the first shutter element (48). 10).
テレスコープ構成(20)は、実質的にコリメートされた入射レーザービームが実質的にコリメートされたレーザービームとして出射させるように構成されている、請求項2から4のいずれか一項に記載の光学系(10)。 At least one telescope configuration (20) is a Kepler telescope or a Galileo telescope.
The optics according to any one of claims 2 to 4, wherein the telescope configuration (20) is configured to emit a substantially collimated incident laser beam as a substantially collimated laser beam. System (10).
第2のレンズ群(40)は、ビーム経路内で第1のレンズ群(38)の後ろに配置されており、第2のレンズ群(40)は第1のレンズ群(38)よりも焦点距離が大きいので、テレスコープ構成(36)に入射するレーザービームは拡大されたレーザービームとして出射する、請求項5に記載の光学系(10)。 The telescope configuration (20) is a Kepler telescope, the first lens group (23) and the second lens group (24) have the same focal length, or the second lens group (40) has a beam. Since it is located behind the first lens group (38) in the path and the second lens group (40) has a larger focal length than the first lens group (38), the telescope configuration (36) The optical system (10) according to claim 5, wherein the laser beam incident on the lens is emitted as an enlarged laser beam.
第1の移動装置(60)は、第1のレンズ群(23)を移動するように構成されており、
第2のレンズ群(24)は、動かないように支持されている、請求項2から6のいずれか一項に記載の光学系(10)。 The second lens group (24) is located behind the first lens group (23) in the beam path.
The first moving device (60) is configured to move the first lens group (23).
The optical system (10) according to any one of claims 2 to 6, wherein the second lens group (24) is supported so as not to move.
前記制御ユニット(64)は、結像装置(18)が第1のレンズ群と第2のレンズ群のうちの少なくとも一方と同時に移動するように、第2の移動装置(62)を制御するように構成されている、請求項2から8のいずれか一項に記載の光学系(10)。 It also includes a second moving device (62) for moving the imaging device (18) along the optical axis (z).
The control unit (64) controls the second moving device (62) so that the imaging device (18) moves at the same time as at least one of the first lens group and the second lens group. The optical system (10) according to any one of claims 2 to 8, which is configured in the above.
前記制御ユニット(64)は、第2のシャッター素子(66)が閉じている間に最初に第1のシャッター素子(48)が開き、所定の時間が経過したら第2のシャッター素子(66)が開くように、第1のシャッター素子(48)と第2のシャッター素子(66)を制御するように構成されている、請求項2から10のいずれか一項に記載の光学系(10)。 It also includes a second shutter element (66) located behind the crystal structure (52) in the beam path.
In the control unit (64), the first shutter element (48) is first opened while the second shutter element (66) is closed, and after a predetermined time elapses, the second shutter element (66) is opened. The optical system (10) according to any one of claims 2 to 10, which is configured to control a first shutter element (48) and a second shutter element (66) so as to open.
光軸(z)に沿ってレーザービーム(14)を発生すること、
レーザービーム(14)のビーム形状(16)が長軸(y)と短軸(x)を有するようにレーザービーム(14)を整形すること、
このように整形されたレーザービーム(14)を照射ライン(22)として結像すること、及び
レーザービームを発生する間にテレスコープ構成(20)の第1レンズ群(23)又は第2のレンズ群(24)の少なくとも一方を光軸(z)に沿って移動することを含み、第1レンズ群(23)と第2のレンズ群(24)は少なくとも短軸(x)に関して光学的屈折力を有する、照射ラインを生成するための方法。 A method for generating irradiation lines,
Generating a laser beam (14) along the optical axis (z),
Shaping the laser beam (14) so that the beam shape (16) of the laser beam (14) has a major axis (y) and a minor axis (x).
The laser beam (14) shaped in this way is imaged as an irradiation line (22), and the first lens group (23) or the second lens of the telescope configuration (20) is generated while the laser beam is generated. The first lens group (23) and the second lens group (24) include optical power of refraction with respect to at least the minor axis (x), including moving at least one of the groups (24) along the optical axis (z). A method for producing an irradiation line having.
第1のシャッター素子(48)の開放状態に応じて第1のレンズ群(23)又は第2のレンズ群(24)が移動する、請求項12に記載の方法。 The laser beam source (26) that generates the laser beam includes the laser cavity (46), the frequency-multiplied crystal structure (52) arranged after the laser cavity (46) in the beam path, and the beam path. It includes a first shutter element (48) disposed between the laser cavity (46) and the crystal structure (52).
The method according to claim 12, wherein the first lens group (23) or the second lens group (24) moves according to the open state of the first shutter element (48).
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DE102020130651B3 (en) * | 2020-11-19 | 2022-05-05 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Device for generating a defined laser illumination on a working plane |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011216863A (en) * | 2010-03-17 | 2011-10-27 | Hitachi Via Mechanics Ltd | Variable beam size illumination optical apparatus and beam size adjusting method |
WO2011148788A1 (en) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing method and device |
JP2013248656A (en) * | 2012-06-01 | 2013-12-12 | Japan Steel Works Ltd:The | Laser beam irradiation method and laser beam irradiation device |
JP2016032832A (en) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | 株式会社キーエンス | Laser processing device |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0546404B1 (en) * | 1991-12-12 | 1996-07-31 | Eastman Kodak Company | Optical design of laser scanner to reduce thermal sensitivity |
US6478452B1 (en) * | 2000-01-19 | 2002-11-12 | Coherent, Inc. | Diode-laser line-illuminating system |
TW528879B (en) | 2001-02-22 | 2003-04-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind | Illumination optical system and laser processor having the same |
JP3977038B2 (en) * | 2001-08-27 | 2007-09-19 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Laser irradiation apparatus and laser irradiation method |
WO2004066460A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-08-05 | Nlg - New Laser Generation Gmbh | Laser resonator and frequency-converted laser |
US20090323739A1 (en) * | 2006-12-22 | 2009-12-31 | Uv Tech Systems | Laser optical system |
DE102007057868B4 (en) * | 2007-11-29 | 2020-02-20 | LIMO GmbH | Device for generating a linear intensity distribution |
US7891821B2 (en) | 2007-12-17 | 2011-02-22 | Coherent, Inc. | Laser beam transformer and projector having stacked plates |
CN101436752A (en) * | 2008-11-20 | 2009-05-20 | 武汉凌云光电科技有限责任公司 | End-face pump green light laser capable of regulating Q cavity external frequency multiplication actively |
US8215776B2 (en) * | 2009-01-07 | 2012-07-10 | Eastman Kodak Company | Line illumination apparatus using laser arrays |
US20130223846A1 (en) * | 2009-02-17 | 2013-08-29 | Trilumina Corporation | High speed free-space optical communications |
CN101877556B (en) * | 2009-04-30 | 2014-02-19 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Solar energy collection device |
KR100984727B1 (en) | 2010-04-30 | 2010-10-01 | 유병소 | Method and apparatus for processing workpiece |
US8686331B2 (en) * | 2010-08-08 | 2014-04-01 | Kla-Tencor Corporation | Dynamic wavefront control of a frequency converted laser system |
DE102012007601A1 (en) | 2012-04-16 | 2013-10-17 | Innovavent Gmbh | Optical system for a plant for processing thin-film layers |
US9228825B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-01-05 | Ricoh Company, Ltd. | Positional change measurement device, positional change measurement method, and image forming apparatus |
DE102013021151B3 (en) * | 2013-12-13 | 2014-10-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method and arrangement for passive compensation of thermal lenses in optical systems |
CN106574995B (en) * | 2014-07-11 | 2019-08-30 | 加拿大国家研究委员会 | Optical grating is formed with the device for providing adjustable interference figure |
DE102015002537B4 (en) | 2015-02-27 | 2017-11-09 | Innovavent Gmbh | Optical system and optical process for homogenizing the intensity of laser radiation and equipment for processing thin-film layers |
DE102015211999A1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-29 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laser processing head and laser processing machine with it |
EP3165873B1 (en) * | 2015-11-04 | 2020-03-04 | Hexagon Technology Center GmbH | Laser module comprising a micro-lens array |
DE102016006960B4 (en) * | 2016-06-08 | 2019-05-02 | Innovavent Gmbh | Optical system for eliminating inhomogeneities in the intensity distribution of laser radiation, equipment for processing thin film layers with an optical system and optical method |
-
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- 2018-01-04 DE DE102018200078.6A patent/DE102018200078B4/en active Active
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011216863A (en) * | 2010-03-17 | 2011-10-27 | Hitachi Via Mechanics Ltd | Variable beam size illumination optical apparatus and beam size adjusting method |
WO2011148788A1 (en) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing method and device |
JP2013248656A (en) * | 2012-06-01 | 2013-12-12 | Japan Steel Works Ltd:The | Laser beam irradiation method and laser beam irradiation device |
JP2016032832A (en) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | 株式会社キーエンス | Laser processing device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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