特許 6813719 照射ラインを生成するための光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6813719

(24)【登録日】2020年12月21日

(45)【発行日】2021年1月13日

(54)【発明の名称】照射ラインを生成するための光学系

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/09 20060101AFI20201228BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/09

【請求項の数】13

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2020-537181(P2020-537181)

(86)(22)【出願日】2019年1月3日

(86)【国際出願番号】EP2019050063

(87)【国際公開番号】WO2019134924

(87)【国際公開日】20190711

【審査請求日】2020年9月3日

(31)【優先権主張番号】102018200078.6

(32)【優先日】2018年1月4日

(33)【優先権主張国】DE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520220951

【氏名又は名称】イノバベント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100133835

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 努

(74)【代理人】

【識別番号】100196601

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 祐市

(72)【発明者】

【氏名】ベルトホルト ブルクハルト

(72)【発明者】

【氏名】ハンス−ユルゲン カーラート

(72)【発明者】

【氏名】ヨハネス リヒター

【審査官】 小濱 健太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２４８６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１６８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−３２８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１４８７８８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

照射ライン（２２）を生成するための光学系（１０）は、
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；３８）と第２のレンズ群（２４；４０）を含む少なくとも１つのテレスコープ構成（２０；３６）を備えており、第１のレンズ群（２３；３８）と第２のレンズ群（２４；４０）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、
前記レーザービーム源（２６）は、レーザー共振器（４６）と、ビーム経路内でレーザー共振器（４６）の後段に配置された周波数逓倍結晶構成（５２）と、ビーム経路内でレーザー共振器（４６）と結晶構成（５２）の間に配置された第１のシャッター素子（４８）とを備えており、
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、照射ライン（２２）を生成するための光学系（１０）。

【請求項2】

結晶構成（５２）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、前記制御ユニット（６４）は、第１のシャッター素子（４８）が開いた後に、テレスコープ構成（２０；３６）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（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）。

【請求項3】

熱レンズ効果はレーザービーム（１４）のビームウェストを光軸（ｚ）に沿って変位させ、前記制御ユニット（６４）は、照射ライン（２２）の幅及び／又は照射ライン（２２）の最大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されている、請求項２に記載の光学系（１０）。

【請求項4】

少なくとも１つのテレスコープ構成（２０）は、ケプラーテレスコープ又はガリレオテレスコープであり、
テレスコープ構成（２０；３６）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１から３のいずれか一項に記載の光学系（１０）。

【請求項5】

テレスコープ構成（２０）はケプラーテレスコープであり、第１のレンズ群（２３）と第２のレンズ群（２４）は同じ焦点距離を有し、又は
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４に記載の光学系（１０）。

【請求項6】

第２のレンズ群（２４；４０）は、ビーム経路内で第１のレンズ群（２３；３８）の後ろに配置されており、
第１の移動装置（６０）は、第１のレンズ群（２３；３８）を移動するように構成されており、
第２のレンズ群（２４；４０）は、動かないように支持されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学系（１０）。

【請求項7】

前記制御ユニット（６４）は、第１のシャッター素子（４８）が開いた後に、第１のレンズ群（２３；３８）をビーム経路の方向で光軸（ｚ）に沿って変位するように構成されている、請求項６に記載の光学系（１０）。

【請求項8】

さらに結像装置（１８）を光軸（ｚ）に沿って移動するための第２の移動装置（６２）を含んでおり、
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１から７のいずれか一項に記載の光学系（１０）。

【請求項9】

前記制御ユニット（６４）は、第１のシャッター素子（４８）が開いた後に、結像装置（１８）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（６２）を制御するように構成されている、請求項８に記載の光学系（１０）。

【請求項10】

さらにビーム経路内で結晶構成（５２）の後ろに配置された第２のシャッター素子（６６）を含んでおり、
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１から９のいずれか一項に記載の光学系（１０）。

【請求項11】

照射ラインを生成するための方法であって、
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；３６）の第１のレンズ群（２３；３８）又は第２のレンズ群（２４；４０）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のレンズ群（２３；３８）と第２のレンズ群（２４；４０）は少なくとも短軸（ｘ）に関して光学的屈折力を有し、
レーザービームを発生するレーザービーム源（２６）は、レーザー共振器（４６）と、ビーム経路内でレーザー共振器（４６）の後段に配置された周波数逓倍結晶構成（５２）と、ビーム経路内でレーザー共振器（４６）と結晶構成（５２）の間に配置された第１のシャッター素子（４８）とを含んでおり、
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；３８）又は第２のレンズ群（２４；４０）が移動する、照射ラインを生成するための方法。

【請求項12】

結晶構成（５２）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（４８）が開いた後に、テレスコープ構成（２０；３６）が第１の位置から第２の位置に連続的に移動する、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

熱レンズ効果はレーザービーム（１４）のビームウェストを光軸（ｚ）に沿って変位させ、前記移動によって照射ライン（２２）の幅及び／又は照射ライン（２２）の最大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、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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／ｃｍ^２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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

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。

【課題を解決するための手段】

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

以下に本発明を添付の図面を参照して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1a】薄膜層を加工するための設備用の光学系の異なる観察方向からの概略を示す図である。

【図1b】薄膜層を加工するための設備用の光学系の異なる観察方向からの概略を示す図である。

【図2】図１ａ及び図１ｂに示す光学系のレーザービーム源の詳細と、熱レンズ効果によって引き起こされるレーザー内のビームウェストの変位を示す図である。

【図3】図１ａ及び図１ｂの光学系におけるビームウェストの変位の概略と、それに伴う円筒形結像レンズの照射の変化を示す図である。

【図4】熱レンズ効果が強度に及ぼす影響と、基板平面における照射ラインの幅を示す図４である。

【図5】熱レンズ効果が強度に及ぼす影響と、周波数逓倍レーザービームのオン／オフの切り替えを繰り返したときの照射ラインの幅を示す図５である。

【図6】本発明による光学系におけるビーム推移（ガウスビーム伝搬）の概略を示す図である。

【図7】図６に示す構成について、レンズ群Ｎｏ．１と結像装置Ｎｏ．５が平面Ｎｏ．６内の照射ラインの幅に及ぼす影響を示す図である。

【図8】図６に示す構成について、レーザービームのウェスト位置の経時的推移と、レンズ群Ｎｏ．１及び結像装置Ｎｏ．５の適当な変位との関係を示す図である。

【図9】第１及び第２のシャッター素子の制御の時間的シーケンスを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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）。

【0068】

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／ｅ^２）＝４ｆλＭ^２／（ｎＤ（ｌ／ｅ^２））

【0069】

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／ｅ^２）、Ｍ^２はレーザービーム１４のビーム品質番号、λは波長である。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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Ｍ^２）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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【要約】

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１ｂ

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】