JP2022524249A - 作業面において線形強度分布を生成するための装置 - Google Patents

Abstract

作業面（２０）において線形強度分布を生成するための装置であって、少なくとも１つのレーザ光源（１１）と、少なくとも１つのレーザ光源（１１）によって放射された光（１２）を第１の方向（Ｘ）及び／又は第２の方向（Ｙ）において成形する光学系（１４）と、第１の方向（Ｘ）に関するビーム品質係数（Ｍｘ２）を増加させ、第２の方向（Ｙ）に関するビーム品質係数（Ｍｙ２）を減少させるビーム変換装置（１３）と、並びに、第２の方向（Ｙ）に作用する対物レンズ（１７）及び第２の方向（Ｙ）に作用し、対物レンズ（１７）の後方に配置された集束装置（１８）と、を含み、ここで対物レンズ（１７）及び集束装置（１８）はビーム変換装置（１３）の後方の平面（１９）を作業面（２０）に結像し、第２の方向（Ｙ）の光（１２）は、超ガウスプロファイル又は超ガウスプロファイルに類似したプロファイルを備える強度分布を有する。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の線形強度分布を生成するための装置に関する。

定義として、レーザ照射の伝播方向は、特に平面波でない、又は少なくとも部分的に発散している場合には、レーザ照射の平均的な伝播方向を意味する。

例えば、３０μｍ～７０μｍの横線幅ＦＷ_ｙを備えた非常に狭いレーザ線は、表面処理、例えばディスプレイパネルのレーザリフトオフ又はＳｉアニールに必要とされる場合が多い。図５は、横方向の幅ＦＷ_ｙ及び長手方向の幅ＦＷ_ｘを有するそのようなレーザ線を概略的に示す。横方向では、狭いレーザ線がガウス強度分布を示すことが多い。ガウスプロファイルでは、プロファイルの中央で増加した強度のために処理された材料に望ましくない熱的副作用が発生する可能性がある。

同時に、大面積のアプリケーションでは、処理するパネルの不均一性及びスキャン中の振動により、更に相当の焦点深度を必要とする。必要とされることが多い被写界深度は、少なくとも０．５ｍｍであり、値が大きいほど有用である。被写界深度は、線幅ＦＷ_ｙの２乗に比例し、レーザビームのビーム品質係数Ｍ^２に反比例する。固体レーザなどの高出力マルチモードレーザの場合、Ｍ^２≫１、典型的には１５～３０である。このため、横方向ＦＷ_ｙに狭い線幅と、同時に必要とされる大きな被写界深度とを実現することが困難又は実際上不可能になる。

両方の要件を満たすために、ロスレス非対称モード変換が適用され得る。ガウス断面を有するレーザ線のためのそのような装置は、特許文献２により既知である。そこに記載された方法では、集光の方向又は横方向ＹのＭ^２係数は、数分の１、例えば２０分の１に減少され、これにより、集光能力と被写界深度が大幅に増大する。

上述のタイプの装置は、特許文献３により既知である。そこに記載されたビーム変換装置は、可変線断面、チップ形状又はトップハット類似物がビーム変換装置後に形成されるのを可能にする。

この最先端技術の主なアイデアは、ビーム変換装置の後方に可動シリンドリカルレンズ１（図１１を参照）を使用することであり、例えば図１０に示されるビーム変換装置２に対応し得る。光軸Ｚに沿ったシリンドリカルレンズ１の位置に応じて（点線又は鎖線の位置１’及び１”を参照）、光軸Ｚは、Ｙ方向のビーム変換装置の直後にライトフィールドのフーリエ変換又は結像を生成する。シリンドリカルレンズ１の後方には、シリンドリカルレンズ３と４（図１１を参照）からなる投影システムがあり、メインビームのテレセントリックコースが入口と出口にある。投影システムは、シリンドリカルレンズ１の後方にある平面５、５’、５”を、Ｙ方向に強く縮小して所望の作業面６、６’、６”に伝送する。シリンドリカルレンズ１の位置に応じて、トップハット分布のフーリエ変換に対応するピーク形状の強度分布７ｂ（図１２ｂを参照）、又はＹ方向の超ガウス様強度分布７ｄ（図１２ｄを参照）が、作業面６、６’、６”で生じる場合がある。

超ガウス線断面、例えば、図４に示される、超ガウス係数Ｇ＝４の線の横方向のエネルギー密度８などは、超ガウス係数Ｇ＝２のガウスエネルギー密度９に比べて実質的な利点を提供し、これは、平坦化された強度分布が熱的副作用なしに、より広い作用距離を提供するためである。超ガウス係数Ｇは、エネルギー密度の次の式から得られる。

ここで超ガウスプロファイルのＧ＝３とＧ＝４はＧ＝２のガウスプロファイルと比較され、ここでｙは線の横方向の座標であり、ＦＷはＹ方向の幅ＦＷ_ｙであり、エネルギー密度は１／ｅ^２に減少する。

超ガウス分布の生産性は、必要なプロセスエネルギー密度ε_Ｐがガウス強度分布よりも広い線で達成できるという事実によって増加する。

超ガウス線断面に関する更なる評価のために、次の光学構成例が検討され、特許文献３によると、装置は、ビーム変換装置の直後に超ガウス強度分布７ａを有する必要があり、図１２ａに示すように、例えばＹ方向に１ｍｍの幅ＦＷ_ｙを有する。

図の位置１”は、ビーム変換装置の後方４８０ｍｍに配置されることが望ましく、焦点距離ｆ＝１６０ｍｍのシリンドリカルレンズ１は、係数２だけ縮小された超ガウス強度分布をシリンドリカルレンズ１の後方２４０ｍｍの平面５”に結像する。

例えば４，３３２ｍｍと１９５ｍｍの焦点距離を有するシリンドリカルレンズ３と４からなるテレセントリックシステムは、エリア５”を標的エリア又は作業面６に強く縮小したサイズで伝送する。減少係数Γは、Γ＝４３３２／１９５であるため、２２であってもよい。２分の１と２２分の１の減少のため、超ガウス線幅ＦＷ_ｙ＝１ｍｍ／２／２２＝２３μｍが概算される。

この方式の本質的な欠点は、レンズ位置１”のシリンドリカルレンズ１の配置では、範囲５、５’、５”にピーク形状の強度分布が存在し、すなわち後側焦点面にあり、それはシリンドリカルレンズ１の後方約１６０ｍｍ、したがって超ガウス分布の前の約８０ｍｍの距離Δｚに配置されるという事実から分かる。標的空間又は作業面６、６’、６”では、この距離はГ^２に反比例して減少するため、標的空間の距離はΔｚ’＝Δｚ／Г^２になる。したがって、距離Δｚ’＝８０ｍｍ／２２２＝０．１７ｍｍ。その結果、２つの分布は標的空間で十分に分離されない。

加えて、超ガウス強度分布は、最高強度又は最も狭い線に対応しない。この例では、最も狭い地点での線幅は約２×１６０×（ＮＡ＝０．０００３）／２２＝４．３μｍにすぎない。したがって、超ガウス分布の被写界深度は非常に小さくなる。

記載例の場合、図９ａ～図９ｄの光線追跡シミュレーション結果は、光軸Ｚに沿った超ガウスプロファイルの変化を示す。光線追跡シミュレーションでは、２６μｍの値が地点Δｚ’＝０での線幅に対して得られる。すでに、Δｚ’＝０．２ｍｍの距離では線幅は約５８μｍ、又はΔｚ’＝－０．２ｍｍの距離では線幅は約１０μｍであることが判明している。したがって、超ガウスプロファイルは、地点Δｚ’＝０からの距離の増加に伴って非常に速く減衰する。

米国特許第５，８２５，５５１号明細書 米国特許第７，７８２，５３５号明細書 米国特許第８，２７０，０８４号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０５７３４５号明細書

この最先端技術に基づいて、本発明は、冒頭で述べたタイプの装置を、作業面における強度分布が線の横方向に大きな被写界深度を持つように、及び／又は、作業面における強度分布が最高の強度を有し、特に強度分布が超ガウス分布に対応するように、更に開発するという課題を有する。

本発明によると、これは、請求項１の特徴を備えた冒頭で述べたタイプの装置によって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい形態に関する。

請求項１によると、装置は、第２の方向に作用する対物レンズと、第２の方向に作用し、対物レンズの後方に配置された集束装置とを含み、対物レンズと集束装置は、ビーム変換装置の後方の平面を作業面に結像し、第２の方向の光は、超ガウスプロファイル又は超ガウスプロファイルに類似したプロファイルを備える強度分布を有する。

この設計により、超ガウスプロファイルが光軸又は光の伝播方向に沿って可能な限りゆっくりと変化することが可能になり、その結果、可能な限り最大の被写界深度が達成される。超ガウスプロファイルは、最高の線強度の位置に対応でき、焦点からの距離でゆっくりとしか変化しない。対物レンズと集束装置によって形成された投影システムは、焦点が合っているビーム変換装置の近視野から作業面に超ガウス分布を結像できる。同時に、ビーム変換装置のガウス様遠視野分布は、所望する被写界深度の外側の焦点から遠く離れて結像され得る。

対物レンズは、長い焦点距離の対物レンズであってもよく、特に対物レンズの焦点距離は２，０００ｍｍ～３０，０００ｍｍの間、好ましくは５，０００ｍｍ～２０，０００ｍｍの間、例えば７，０００ｍｍ～１３，０００ｍｍの間である。

対物レンズが、特に第２の方向に作用するシリンドリカルレンズとして設計された少なくとも２つのレンズを含むことが提供されてもよい。

対物レンズは３つのレンズ、特に第２の方向に作用する３つのシリンドリカルレンズを含み、それらのうち少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つは、第２の方向の線幅を変化させるために他のレンズに対して移動され得ることが更に提供されてもよい。したがって、レンズ、好ましくは長い焦点距離は、可変焦点距離を備えるズームレンズとして設計されて線幅を変化させることができる。

集束装置は第２の方向に作用する１つ以上のレンズ、特にシリンドリカルレンズを含むことが提供されてもよい。

対物レンズの後側焦点面は、集束装置の前側焦点面と一致してもよい。更に、作業面において対物レンズと集束装置によって結像される平面は、対物レンズの前側焦点面と対物レンズの第１のレンズとの間に配置されてもよい。

作業面における強度分布のプロファイル、特に超ガウスプロファイル又は超ガウスプロファイルに類似したプロファイルの被写界深度は、０．１ｍｍより大きく、好ましくは０．５ｍｍより大きく、超ガウス係数Ｇは、好ましくはこの領域で３より大きいことが提供されてもよい。このような被写界深度と超ガウス係数により、ほとんどのアプリケーションで高い生産性を生じる。

強度分布、特に、超ガウス強度分布又は超ガウス強度分布に類似した強度分布は、その直前又は直後に配置された平面よりも作業面においてより大きな強度を有し得る。

レーザ光源は、マルチモードレーザ光源、例えばマルチモード固体レーザであることが可能である。そのようなレーザ光源のレーザビームは、高出力及び例えば１５～３０の間のビーム品質係数Ｍ^２を有し、その結果、それらは、装置によって提供されるビーム変換に適する。

光学系は、特にレーザ光源とビーム変換装置との間に配置されたアナモルフィック光学系であることが提供され得る。アナモルフィック光学系を使用して、例えば、第１の方向に細長い強度分布を作成することができ、これは、第１の方向に関してビーム変換装置の前に、又は直接的に部分ビームに分割される。

装置は、第１の方向に作用する均質化装置を含むことが可能である。均質化装置は、特にビーム変換装置の後方、好ましくは対物レンズの前側に配置されてもよい。ホモジナイザは、第１の方向に作用する２つのシリンドリカルレンズアレイ及びフーリエレンズを含んでもよい。均質化装置は、作業面において第１の方向に沿った高度に均質な強度分布を保証し得る。

本発明の更なる特性及び利点は、添付の図面を参照して好ましい実施形態の以下の説明によって示される。以下に示す。

対物レンズ及び集束装置を示す、本発明による装置の第１の実施形態の一部の概略側面図である。 任意の均質化装置が示される、本発明による装置の第１の実施形態の概略側面図である。 対物レンズ及び集束装置を示し、対物レンズのレンズが第１の位置にある、本発明による装置の第２の実施形態の一部の概略側面図である。 対物レンズのレンズが第２の位置にある、図３ａに示される装置の概略側面図である。 対物レンズのレンズが第３の位置にある、図３ａに示される装置の概略側面図である。 異なる係数Ｇの値での超ガウスプロファイルとガウスプロファイルのエネルギー密度プロファイルを概略的に示す図である。 長手方向の線幅と横方向の線幅を明確にした線形強度分布の概略図である。 ビーム変換装置の３つのレンズの後方にある近視野の概略的な強度分布である。 図１による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 図１による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 図１による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 図１による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 図１による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 図１による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 図１による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 図１による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 光軸に沿った超ガウス係数Ｇの変化を示す図である。 特許文献３による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 特許文献３による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 特許文献３による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 特許文献３による装置の構成例について、光軸に沿った超ガウスプロファイルの変化を示す光線追跡シミュレーション結果である。 例示的なビーム変換装置の斜視図である。 特許文献３による装置の一部の概略側面図である。 図１１による装置のシリンドリカルレンズの異なる位置についての線の横方向の強度分布である。 図１１による装置のシリンドリカルレンズの異なる位置についての線の横方向の強度分布である。 図１１による装置のシリンドリカルレンズの異なる位置についての線の横方向の強度分布である。 図１１による装置のシリンドリカルレンズの異なる位置についての線の横方向の強度分布である。

図面において、同一の及び機能的に同一の部品は同じ参照符号を備える。更に、一部の図面では、明確にするためにデカルト座標系が描かれる。

実施形態は、作業面において線形強度分布を有するレーザビームを生成するための装置を開示する。図５は、線の長手方向に対応する第１の方向Ｘの幅ＦＷ_ｘと、線の横方向に対応する、第１の方向Ｘに垂直な第２の方向Ｙの幅ＦＷ_ｙとを有する、そのような線形強度分布を、正確な尺度ではなく概略的に示す。作業面では、レーザ照射は横方向又は第２の方向Ｙに、それぞれ超ガウス強度分布を有する。

示された実施形態は、１つ以上のレーザ光源１１、例えばマルチモード固体レーザ発光１２（図２を参照）を含む。特に、光源１１は、ビーム品質係数Ｍ^２≫１を有してもよい。

示された実施形態はまた、狭い軸又はＹ方向におけるビーム品質を改善し、長い軸又はＸ方向におけるモード強化(enrichment)のためのビーム変換装置１３を含む。

アナモルフィック光学系１４は、レーザ光源１１とビーム変換装置１３との間に設けられる。アナモルフィック光学系１４は、下流側のビーム変換装置１３のために第１及び第２の方向Ｘ、Ｙに必要なビーム断面及び発散を形成する。

例えば、第１の方向Ｘにおいて、細長い強度分布が生成され、それは、第１の方向Ｘに関してビーム変換装置１３の前側又は直接的に、同一幅を有するＮ個の部分ビームに分割される。強度分布は、同一幅のＮ個の部分ビームに分割される。ビーム変換装置１３は、これらの部分ビームを空間的に再配置して、第２の方向ＹのＭ’_ｙ ^２が元のレーザビームのＭ^２よりも大幅に小さくなり、第１の方向ＸのＭ’_ｘ ^２が大幅に大きくなるようにする。なお、Ｍ’_ｙ ^２＝Ｍ^２／Ｎ及びＭ’_ｘ ^２＝Ｍ^２×Ｎである。

ビーム変換装置１３は、例えば、屈折シリンドリカルレンズアレイ望遠鏡として、特許文献３に記載されるように、又は図１０に示されるように設計され得て、そこではシリンドリカルレンズのシリンドリカル軸がＺ方向に対して４５°回転されるか、又は第１及び第２方向Ｘ、Ｙと４５°の角度を含む。

他の屈折又は反射ビーム変換装置、例えば同じ機能を実行する特許文献１のような装置を提供することも可能である。

ビーム変換装置１３は、近視野の出力側で第２の方向Ｙ（図６を参照）に超ガウス様プロファイルを有する一連の等しいサイズの部分ビーム１５を生成する。遠視野は、例えば、ビーム変換装置１３の後方に数メートルの距離で配置され、ガウス分布を有することができる。

第１の方向Ｘに作用する任意の均質化装置１６は、ビーム変換装置１３の後方に設けられ、この均質化装置１６は、例えば、結像ホモジナイザとして設計することができ、第１の方向Ｘに作用する２つのシリンドリカルレンズアレイ及びフーリエレンズを有し得る。均質化装置１６は、例えば、結像ホモジナイザとして設計することができ、第１の方向Ｘに作用するフーリエレンズと同様に２つのシリンドリカルレンズアレイを有することができる。均質化装置１６の課題は、第１の方向Ｘに沿った作業面での高度に均一な強度分布を保証し、かつ部分ビーム１５を混合することによって、第２の方向Ｙにおける部分ビーム１５の任意の非対称性を補償する（例えば、図６の左側と右側の部分ビーム１５を比較する）ことであり、その結果、同一の超ガウス断面が線全体に沿って達成される。

示される装置はまた、それぞれ、第２の方向Ｙ又は線の横方向のために、長い焦点距離の対物レンズ１７及び集束装置１８を含む。対物レンズ１７及び集束装置１８は、ビーム変換装置１３の後方及び均質化装置１６の後方にそれぞれ配置される。

対物レンズ１７及び集束装置１８は共に、第２の方向Ｙのための投影システムを形成する。投影システムは、ビーム変換装置１３の近視野（図１の平面１９を参照）から作業面２０へ超ガウス強度分布を結像し、ビーム変換装置１３の後方のガウス様遠視野分布は、所望の被写界深度の外側の焦点から遠く離れて置かれる。

対物レンズ１７は、例えば、２つのシリンドリカルレンズ２１、２２を有することができ、それらはＺ方向に距離ｄで互いに前後に配置される。例えば、集束装置１８は、第２の方向Ｙに作用する１つのシリンドリカルレンズ２６又はいくつかのシリンドリカルレンズを有してもよい（図１と図３を参照）。対物レンズの後側焦点面Ｆ’_１７は、集束装置１８の前側焦点面Ｆ_１８に対応する。平面１９は、ビーム変換装置１３の近視野からの超ガウス強度分布が配置されており、対物レンズ１７の前側焦点面Ｆ_１７と対物レンズ１７の第１のシリンドリカルレンズ２１との間に位置する。

図１は、ビーム２３によって、投影システムがビーム変換装置１３の遠視野から無限にガウス様分布を伝送することを示す。図１は更に、ビーム２４によって、投影システムが、超ガウス分布を有するビーム変換装置１３の近視野を平面１９から集束装置１８の後側焦点面Ｆ’_１８のエリアへ結像することを示す。

対物レンズの後側焦点面Ｆ’_１７と集束装置１８の前側焦点面Ｆ_１８のための空間的に同一の位置を有するそのような投影システムの倍率Ｖは、シリンドリカルレンズ２１に対する面１９の任意の位置に対して一定のままである。
Ｖ＝－ｆ’_１７／ｆ’_１８＝ＦＷ_ｙ／ＦＷ’_ｙ（１）
ここで、ｆ’_１７は対物レンズ１７の有効焦点距離であり、ｆ’_１８は集束装置１８の焦点距離であり、ＦＷ_ｙは平面１９の線形強度分布の幅であり、ＦＷ’_ｙは作業面２０の線形強度分布の幅である。

（１）から、平面１９の超ガウス分布の所定の幅ＦＷ_ｙで、対物レンズ１７の必要な有効焦点距離ｆ’_１７に対して、集束装置の焦点距離ｆ’_１８と、作業面２０において必要な線幅ＦＷ’_ｙが得られる。
ｆ’_１７＝（ＦＷ_ｙ／ＦＷ’_ｙ）ｆ’_１８（２）

平面１９が対物レンズ１７の前側焦点面Ｆ_１７と一致する場合、シリンドリカルレンズ２１、２２は光をコリメートし、それによって集束装置１８は超ガウス分布をその後側焦点面Ｆ’_１８に結像する。

平面１９が対物レンズ１７の前側焦点面Ｆ_１７から距離ｚ_ＳＧに位置する場合、結像は、集束装置の後側焦点面Ｆ’_１８から距離Δｚ_ＳＧ＝ｚ_ＳＧ（ｆ’１７／ｆ’１８）^２で行われる。正のｚ_ＳＧは、平面１９が対物レンズ１７の前側焦点面Ｆ_１７と第１のシリンドリカルレンズ２１との間に置かれる場合に存在し、投影システムの作動距離を増加させる。

ガウス様強度分布を有するビーム変換装置１３の遠視野は、シリンドリカルレンズ２１、２２によって、対物レンズ１７の後方焦点面Ｆ’_１７に転送される。この焦点面Ｆ’_１７は、集束装置１８の前側焦点面Ｆ_１８と一致するため、集束装置１８の後方のガウス様分布は無限に結像される。

したがって、集束装置１８の後側焦点面Ｆ’_１８の近くには、唯一の強度分布があり、それは超ガウス強度分布である。強度はこの地点で最大値となり、これにより、超ガウスパラメータＧは平面１９の入力での値に対応する。

以下の例では、横方向の幅ＦＷ_ｙがＦＷ_ｙ＝２６μｍの超ガウス分布の形成は、対物レンズ１７の有効焦点距離ｆ’_１７がｆ’_１７＝８，６６４ｍｍ、かつ集束装置１８の焦点距離ｆ’_１８がｆ’_１８＝１９５ｍｍを備える投影システムで行われる。したがって、シリンドリカルレンズ２１の焦点距離ｆ’_２１は、５００ｍｍであり、シリンドリカルレンズ２１、２２間の距離ｄは、ｄ＝３００ｍｍである必要がある。これにより、第２のシリンドリカルレンズ２２の焦点距離ｆ’_２２はｆ’_２２＝－２１２ｍｍとなり、第１のシリンドリカルレンズ２１と対物レンズ１７の前側焦点面Ｆ_１７との間の距離ＳはＳ＝－２０，９１０ｍｍ、かつ第２のシリンドリカルレンズ２２と対物レンズの後側焦点面Ｆ’_１７との間の距離Ｓ’は、Ｓ’＝３，４６６ｍｍとなる。

平面１９は、ビーム変換装置１３の近視野からの超ガウス強度分布が配置されており、通常、限られた長さの実際の光学系においてシリンドリカルレンズ２１から約１，０００ｍｍを超えることはできないため、出口での超ガウス分布は、集束装置１８の後側焦点面Ｆ’_１８に配置されないが、その後方に（２０９１０－１０００）／（８６６４／１９５）^２＝１０ｍｍの距離で配置される。

安定した超ガウス分布が作業面２０の近く、例えば±ＤＯＦ_ＳＧ内（ＤＯＦ_ＳＧは超ガウス分布の被写界深度に対応する）のＺ軸に沿って必要な場合、次に、ガウス分布は、ＤＯＦ_ＳＧ（ｆ’_１７／ｆ’_１８）^２より大幅に長い平面１９からの距離で入力側に配置される必要がある。例えば、ＤＯＦ_ＳＧ＝０．５ｍｍの場合、これは０．５×（８６６４／１９５）^２＝９８７ｍｍである。実際には、ガウス分布は、ビーム変換装置１３から数メートル、最適な設計では、例えば３メートル以上離れる。これにより、被写界深度の定式化された条件が満たされる。

図７ａ～図７ｈは、ＦＷ_ｙ＝２６μｍの記述されたシステム例について、作業面２０からの異なる距離Δｚ’に対する線の横方向又はＹ方向の超ガウスプロファイルの変化を示す。図７ｅは、Δｚ’＝０の作業面２０のプロファイルを示し、図７ａはΔｚ’＝－０．５ｍｍのプロファイルを示し、図７ｈはΔｚ’＝０．４ｍｍのプロファイルを示す。プロファイルは、±０．５ｍｍの範囲でほとんど変化しないことが分かる。

図８は、作業面２０からの距離Δｚ’の関数としての超ガウス係数Ｇの変化を示す。上述の±０．５ｍｍの範囲に対して、超ガウス係数Ｇは本質的に４より大きいことを示す。

図３ａ～図３ｃに示される実施形態では、長い焦点距離の対物レンズ１７は、可変有効焦点距離ｆ’_ｍｉｎ＜ｆ’_１７＜ｆ’_ｍａｘを有するＹ方向用のズーム対物レンズとして設計される。例えば、対物レンズ１７は、３つのシリンドリカルレンズ２１、２２、２５を有し、それらの距離は、少なくとも部分的に変更されて、線幅を変化させ得る。対物レンズ１７は、倍率が、第２及び第３のシリンドリカルレンズ２２、２５をそれぞれ光軸又はＺ方向に沿ってシフトすることによって変更される場合、後側対物レンズの焦点面Ｆ’１７が、集束装置１８の前側焦点面に対応するほとんど変化しない位置に留まるように構築され得る。

したがって、システムは、ビーム変換装置１３の近視野からの超ガウス強度分布が配置される平面１９の入力側の位置に比較的影響を受けないままであり、線幅を変えた場合に線の焦点は同じＺ位置を保つ。

また、対物レンズ１７の焦点距離を、第１及び第２のシリンドリカルレンズ２１、２２をシフトすることによって、又は第１及び第３のシリンドリカルレンズ２１、２５をシフトすることによって変更することが可能である。

図３ａ～図３ｃは、異なる倍率を有するズームレンズとして設計された対物レンズ１７の３つの構成を示し、これは、作業面２０における超ガウス線の異なる幅をもたらす。第２及び第３のシリンドリカルレンズ２２、２５は、図示された変形例では可動である。３つの倍率Ｖ＝ＦＷ’_ｙ／ＦＷ_ｙ＝ｆ’_１８／ｆ’_１７は、レンズ１７の３つの異なる焦点距離ｆ’_１７によって達成される。

例えば、対物レンズ１７のシリンドリカルレンズ２１、２２、２５は、焦点距離ｆ’_２１＝－４５０ｍｍ、ｆ’_２２＝２１６ｍｍ、及びｆ’_２５＝－１２３ｍｍを有してもよく、また集束装置１８は、焦点距離ｆ’_１８＝１９５ｍｍを有してもよい。

図３ａによる第１の構成では、これにより長い焦点距離ｆ’_１７＝１２，８７８ｍｍ及び距離Ｓ’＝４，２３９ｍｍをもたらす。

図３ｂによる第２の構成では、中程度の焦点距離ｆ’_１７＝１０，００９ｍｍ及び距離Ｓ’＝４，２８４ｍｍを有する。

図３ｃによる第３の構成では、短い焦点距離ｆ’_１７＝７，９１２ｍｍ及び距離Ｓ’＝４，１９０ｍｍを生じる。

超ガウス分布の入力側の幅ＦＷ_ｙ＝２．２ｍｍの場合、超ガウス線の幅ＦＷ_ｙは、ズーム対物レンズを用いて３４μｍ～５５μｍの間で変化され得る。

上記の例では、極端なズーム構成では、対物レンズ１７の後側焦点面Ｆ’_１７は、集束装置１８の前側焦点面Ｆ_１８に対して最大±４７ｍｍまでシフトする。このシフトは、集束装置１８の後方のガウス分布の位置にも影響を与える。中程度のズーム構成の場合、例えば図３ｂによると、ガウス様遠視野像は無限に配置され、極端なズーム構成のガウス分布は、作業面２０の超ガウス分布に対して、±（ｆ’_１８）^２／Δｚ＝±８０９ｍｍのＺ位置に配置されてもよい。この距離は所望のＤＯＦ_ＳＧと比較して大きいため、超ガウス分布の被写界深度は影響を受けない。

Claims (15)

1. 作業面（２０）において線形強度分布を生成するための装置であって、
   前記装置の動作中に光（１２）が放射される少なくとも１つのレーザ光源（１１）と、
   前記少なくとも１つのレーザ光源（１１）によって放射された前記光（１２）を第１の方向（Ｘ）及び／又は第２の方向（Ｙ）におけるビーム断面及び発散に関して成形する光学系（１４）であって、前記２つの方向（Ｘ、Ｙ）は互いに垂直かつ前記光（１２）の伝播方向（Ｚ）に対して垂直であり、前記作業面（２０）の前記第１の方向（Ｘ）は、線の長手方向に対応し、前記第２の方向（Ｙ）は線の横方向に対応する、光学系（１４）と、
   前記光学系（１４）によって成形された前記光（１２）が入射するビーム変換装置（１３）であって、前記装置の動作の間に、前記第１の方向（Ｘ）に関するビーム品質係数（Ｍ_ｘ ^２）を増加させ、前記第２の方向（Ｙ）に関するビーム品質係数（Ｍ_ｙ ^２）を減少させる、ビーム変換装置（１３）と、を備え、
   前記第２の方向（Ｙ）に作用する対物レンズ（１７）と、前記第２の方向（Ｙ）に作用し、前記対物レンズ（１７）の後方に配置された集束装置（１８）とを備え、ここで前記対物レンズ（１７）及び前記集束装置（１８）は、前記ビーム変換装置（１３）の後方の平面（１９）を前記作業面（２０）に結像し、そこでは前記第２の方向（Ｙ）の前記光（１２）は、超ガウスプロファイル又は超ガウスプロファイルに類似したプロファイルを備える強度分布を有することを特徴とする、装置。
2. 前記対物レンズ（１７）は、長い焦点距離の対物レンズ（１７）であり、特に、前記対物レンズ（１７）の前記焦点距離（ｆ’_１７）は、２，０００ｍｍ～３０，０００ｍｍ、好ましくは５，０００ｍｍ～２０，０００ｍｍ、例えば７，０００ｍｍ～１３，０００ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記対物レンズ（１７）は少なくとも２つのレンズを含み、それらは特に前記第２の方向（Ｙ）に作用するシリンドリカルレンズ（２１、２２、２５）として設計されることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載の装置。
4. 前記対物レンズ（１７）は３つのレンズ、特に前記第２の方向（Ｙ）に作用する３つのシリンドリカルレンズ（２１、２２、２５）を含み、そのうちの少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つは、前記第２の方向（Ｙ）の前記線幅（ＦＷ’_ｙ）を変化させるために別のレンズに対して移動可能であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記集束装置（１８）は、１つ以上のレンズ、特に前記第２の方向（Ｙ）に作用するシリンドリカルレンズ（２６）を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記対物レンズ（１７）の後側焦点面（Ｆ’_１７）が、前記集束装置（１８）の前側焦点面（Ｆ_１８）と一致することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記対物レンズ（１７）と前記集束装置（１８）によって前記作業面（２０）に結像される前記平面（１９）は、前記対物レンズ（１７）の前側焦点面（Ｆ_１７）と前記対物レンズ（１７）の第１のレンズとの間に配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記強度分布の前記プロファイル、特に前記超ガウスプロファイル又は超ガウスプロファイルに類似した前記プロファイルの、前記作業面（２０）における前記被写界深度は、０．１ｍｍより大きく、好ましくは０．５ｍｍより大きく、前記超ガウス係数Ｇは、好ましくはこの領域で３より大きいことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記強度分布、特に、前記超ガウス強度分布又は超ガウス強度分布に類似した前記強度分布は、前記作業面（２０）において、その直前又は直後に配置された平面よりも大きい強度を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記レーザ光源（１１）は、マルチモードレーザ光源、例えばマルチモード固体レーザであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記光学系（１４）はアナモルフィック光学系（１４）であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記光学系（１４）は、前記レーザ光源（１１）と前記ビーム変換装置（１３）との間に配置されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記装置は、前記第１の方向（Ｘ）に作用する均質化装置（１６）を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記均質化装置（１６）は、前記ビーム変換装置（１３）の後方、好ましくは前記対物レンズ（１７）の前側に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. 前記均質化装置（１６）は、前記第１の方向（Ｘ）に作用する２つのシリンドリカルレンズアレイとフーリエレンズとを含むことを特徴とする、請求項１３又は１４のいずれか一項に記載の装置。

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