JP7629087B2 - Device for generating a defined laser line on a work surface - Google Patents
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Description
本発明は、作業面上に規定のレーザラインを生成するための装置に関し、その装置は、原ビームを生成するように構成されたレーザ光源と、その原ビームを受け取り、それを作業面上に入射する照射ビームに変換する光学アセンブリと、を備え、その照射ビームは、作業面と交差するビーム方向を規定し、その照射ビームはビームプロファイルを有し、そのビームプロファイルは、長軸ビーム幅を有する長軸と短軸ビーム幅を有する短軸とをビーム方向と垂直に有するものであり、光学アセンブリは、そのビームプロファイルを作業面の領域内の規定位置に集束させる所定数の光学素子を有し、その規定位置は、レーザ光源の動作出力及び/又は動作時間に依存して、光学素子の加熱の結果としてドリフト長だけ変位する。 The present invention relates to an apparatus for generating a defined laser line on a work surface, the apparatus comprising a laser source configured to generate an original beam and an optical assembly configured to receive the original beam and convert it into an illumination beam incident on the work surface, the illumination beam defining a beam direction intersecting the work surface, the illumination beam having a beam profile having a major axis with a major beam width and a minor axis with a minor beam width perpendicular to the beam direction, the optical assembly having a number of optical elements for focusing the beam profile to a defined position within the area of the work surface, the defined position being displaced by a drift length as a result of heating of the optical elements depending on the operating power and/or operating time of the laser source.
そのような装置は、例えば、特許文献1に開示されている。 Such a device is disclosed, for example, in Patent Document 1.
そのような装置は、特にワークを加工するために、作業面の規定位置に規定のライン状のレーザ照射を発生させる。ワークは、例えば、キャリア材として使用されるガラス板上のプラスチック材であり得る。プラスチック材は、特に、有機発光ダイオード、いわゆるOLED、及び/又は薄膜トランジスタをその上に製造するためのフィルムであり得る。OLED-フィルムは、スマートフォン、タブレットPC、テレビ、及び画面表示を有する他の機器のディスプレイとして使用が増加している。電子構成体を製作した後に、フィルムをガラス基板から剥離する必要がある。これは、有利には、ガラス板に対して定められた速度で移動する細いレーザラインの形においてレーザ照射を行い、それによってガラス板を介してフィルムの接着結合を緩めることができる。このような応用は、実際にはLLO、或いはレーザリフトオフ(Laser Lift Off)と呼ばれることが多い。 Such devices generate defined line-shaped laser radiation at defined positions on the working surface, in particular for processing a workpiece. The workpiece can be, for example, a plastic material on a glass plate used as carrier material. The plastic material can in particular be a film for the production thereon of organic light-emitting diodes, so-called OLEDs, and/or thin-film transistors. OLED-films are increasingly used as displays for smartphones, tablet PCs, televisions and other devices with screen displays. After the production of the electronic components, the film must be peeled off from the glass substrate. This is advantageously done by performing the laser radiation in the form of a thin laser line moving at a defined speed relative to the glass plate, which can loosen the adhesive bond of the film through the glass plate. Such an application is often called LLO in practice, or Laser Lift Off.
規定のレーザラインを用いてワークを照射する他の応用は、キャリア板上のアモルファスシリコンをラインごとに溶融させることである。ここにおいても同様に、レーザラインをワークの表面に対して定められた速度で移動させる。溶融によって、比較的安価なアモルファスシリコンをより高品質な多結晶シリコンに変換することができる。このような応用は、実際にはSolid State Laser Annealing又はSLAと呼ばれることが多い。 Another application of irradiating a workpiece with a defined laser line is the line-by-line melting of amorphous silicon on a carrier plate. Here too, the laser line is moved at a defined speed relative to the surface of the workpiece. By melting, the relatively cheap amorphous silicon can be converted into higher quality polycrystalline silicon. Such applications are often referred to in practice as Solid State Laser Annealing, or SLA.
このような応用については、作業面上のレーザラインは、作業面をできるだけ広くカバーするために一方向にはできるだけ長く、且つ、そのつどのプロセスに必要なエネルギー密度を提供するために、他方向にはもう一方向と比較して非常に短くする必要がある。従って、作業面に平行な細長いレーザラインが望ましい。いわゆるビームプロファイルの、レーザラインが延びる方向は長軸、ラインの太さは短軸と呼ばれることが多い。原則として、レーザラインは、両軸において、それぞれ規定の強度推移を有する必要がある。例えば、レーザラインは、長軸において、できるだけ矩形の、又は、場合によっては台形の強度プロファイルを有することが望ましい。その際、いくつかのそのようなレーザラインを結合してより長い全体のラインを形成する場合には後者が有利になり得る。短軸においては、応用に応じて,矩形の強度プロファイル(いわゆるトップハットプロファイル)、ガウシアンプロファイル、又はその他の強度プロファイルが望まれる。 For such applications, the laser line on the working surface must be as long as possible in one direction in order to cover the working surface as widely as possible, and must be very short in the other direction in order to provide the required energy density for the respective process. Long and narrow laser lines parallel to the working surface are therefore desirable. The direction in which the laser line extends is often called the major axis of the so-called beam profile, and the thickness of the line is often called the minor axis. As a rule, the laser line must have a defined intensity profile in both axes. For example, the laser line should have an intensity profile that is as rectangular as possible or, in some cases, trapezoidal in the major axis. The latter may be advantageous if several such laser lines are combined to form a longer overall line. In the minor axis, a rectangular intensity profile (so-called top hat profile), a Gaussian profile, or another intensity profile is desirable, depending on the application.
特許文献2は、光学アセンブリの光学素子に関する多数の詳細を有する、上述のタイプの装置を開示する。レーザ光源は、長軸を得るために、光学アセンブリによって第1の空間方向に非常に広く広げられたレーザ原ビームを発生させる。それに対して垂直な第2の空間方向においては、短軸を得るために、レーザビームが集束される。第1及び第2の空間方向は、典型的には、レーザビームが作業面に衝突するビーム方向に対して垂直である。特許文献2の装置の光学アセンブリは、レーザ原ビームをコリメートするコリメータ、ビーム変換器、ホモジナイザ、及びフォーカスステップ(Fokussierstufe)を有する。ビーム変換器は、コリメートされた原ビームを受け取り、それを長軸方向に広げる。また、原理的には、ビーム変換器は、複数のレーザ光源から複数のレーザ原ビームを受け取り、それらを、より高出力を有する共通の拡張レーザビームに組み合わせることも可能である。ホモジナイザは、長軸及び短軸に、所望のビームプロファイル、例えばトップハットプロファイルをそれぞれ生成する。フォーカスステップは、このように変換されたレーザビームを作業面の領域の規定位置に集束させる。 JP 2003-233963 A discloses an apparatus of the above-mentioned type with numerous details regarding the optical elements of the optical assembly. The laser source generates a laser original beam that is very widely expanded by the optical assembly in a first spatial direction to obtain a major axis. In a second spatial direction perpendicular thereto, the laser beam is focused to obtain a minor axis. The first and second spatial directions are typically perpendicular to the beam direction in which the laser beam impinges on the working surface. The optical assembly of the apparatus of JP 2003-233963 A comprises a collimator for collimating the laser original beam, a beam converter, a homogenizer, and a focusing step. The beam converter receives the collimated original beam and expands it in the major axis direction. It is also possible, in principle, for the beam converter to receive several laser original beams from several laser sources and combine them into a common expanded laser beam with a higher power. The homogenizer generates the desired beam profile, for example a top hat profile, in the major and minor axes, respectively. The focusing step focuses the laser beam thus converted at a defined position in the area of the working surface.
上述の特許文献1は、短軸に関して光学屈折力を有する伸縮アセンブリ(Teleskopanordnung)によって照射ラインを生成するための光学アセンブリを開示している。その伸縮アセンブリは、光軸に沿って互いに相対的に移動可能な、第1のレンズ群と第2のレンズ群とを含む。制御ユニットは、レーザ光源がレーザビームを発生している間において、照射ラインの強度とその半値幅、すなわち強度の50%におけるライン幅(半値全幅、Full Width at Half Maximum、FWHM)が時間的にできるだけ一定に保つように、作動を制御する。レーザビームの発生中に光学アセンブリの特性が変化し得ることが判明している。特に、レーザビームの照射による光学素子が加熱されることによって、アセンブリの光学特性を変化させる、いわゆる熱レンズが生じ得る。特許文献1は、結果として生じる焦点位置の変化を、伸縮レンズの互いの相対的な変位によって補整すること、又は、少なくとも低減することを提案している。この解決策の欠点は、伸縮レンズの位置調整に必要とされる機械的な労力である。その作動は、摩耗の原因となり得、及び/又は、光学アセンブリのずれをもたらし得る。 The above-mentioned US Pat. No. 5,399,433 discloses an optical assembly for generating an illumination line by means of a telescopic assembly having an optical power in relation to the short axis. The telescopic assembly comprises a first lens group and a second lens group, which are movable relative to each other along the optical axis. The control unit controls the operation so that the intensity of the illumination line and its half-width, i.e. the line width at 50% of the intensity (Full Width at Half Maximum, FWHM), remain as constant as possible in time while the laser source generates the laser beam. It has been found that the properties of the optical assembly can change during the generation of the laser beam. In particular, heating of the optical elements by irradiation with the laser beam can result in so-called thermal lenses, which change the optical properties of the assembly. US Pat. No. 5,399,433 proposes to compensate for or at least reduce the resulting change in the focal position by a displacement of the telescopic lenses relative to each other. A disadvantage of this solution is the mechanical effort required for the position adjustment of the telescopic lenses. That actuation can cause wear and/or lead to misalignment of the optical assembly.
以上のことから、本発明の課題は、代替的な方法によって、作業面を装置の作業範囲内に維持するのに役立つ、上述のタイプの装置を提供することである。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide an apparatus of the above type which helps to maintain the working surface within the working range of the apparatus in an alternative manner.
本発明の一局面によれば、ビームプロファイルの短軸ビーム幅は、ビーム方向に沿って変化し、それによって有用なプロセスウィンドウを規定し、光学アセンブリは、ビーム方向にドリフト長よりも大きい被写界深度を有する有用なプロセスウィンドウを生成するように構成されている、上記のタイプの装置が本明細書に提示されている。 According to one aspect of the invention, there is presented herein an apparatus of the above type, in which the short axis beam width of the beam profile varies along the beam direction, thereby defining a useful process window, and the optical assembly is configured to produce a useful process window having a depth of field in the beam direction that is greater than the drift length.
本新規装置は、短軸方向におけるビームプロファイルの集束をもたらす光学アセンブリ、或いは光学素子の機械的な調整を省略することができる。好ましくは、その光学素子は、ビームプロファイルの短軸に関して光学屈折力を有し、ビームプロファイルを作業面の領域内の規定位置に集束させ、したがって、互いに相対的に固定的な距離を有している。好ましい実施例においては、光学素子はそれぞれ固定されている。それによって、機械的な摩耗、及び、機械的な動きによって光学アセンブリがずれるリスクを低減することができる。その代わりに、本新規装置は、ビーム方向(以下、長手方向と呼ぶ)のアセンブリの被写界深度を意図的に増加させるというアイデアに基づく。それによって、熱レンズの結果として変位する場合であっても、ビームプロファイルが集束される規定位置が被写界深度の範囲内にとどまる。言い換えれば、本新規装置は、レーザ光源の動作出力及び/又は動作時間に依存する光学素子の発熱による焦点ドリフトを意図的に許容している。しかしながら、光学アセンブリは、特に短軸方向におけるビーム品質を意図的に低下するように構成されており、それによって、焦点位置がドリフトした場合であってもビームプロファイルがプロセスウィンドウ内にとどまる。機械的なトラッキングの代わりに、光学アセンブリは、光学素子の追加によって、及び/又は、光学素子の照射アップ、また、それに伴う収差の利用によって、特に被写界深度を大きくするために設計されている。 The novel device makes it possible to dispense with mechanical adjustments of the optical assembly or optical elements that result in focusing of the beam profile in the minor axis direction. Preferably, the optical elements have an optical power with respect to the minor axis of the beam profile, focus the beam profile at a defined position in the area of the working surface and therefore have a fixed distance relative to each other. In a preferred embodiment, the optical elements are fixed, respectively. This reduces mechanical wear and the risk of the optical assembly being displaced by mechanical movements. Instead, the novel device is based on the idea of intentionally increasing the depth of field of the assembly in the beam direction (hereinafter referred to as the longitudinal direction), so that the defined position at which the beam profile is focused remains within the depth of field even if it is displaced as a result of thermal lensing. In other words, the novel device intentionally allows for a focus drift due to heating of the optical elements, which depends on the operating power and/or operating time of the laser source. However, the optical assembly is designed to intentionally reduce the beam quality, especially in the minor axis direction, so that the beam profile remains within the process window even if the focus position drifts. Instead of mechanical tracking, optical assemblies are specifically designed to increase depth of field by adding optical elements and/or by taking advantage of the illumination up of the optical elements and the associated aberrations.
そのため、本新規装置は、被写界深度と焦点変位との関係に好影響を与える光学アセンブリを有する。それによって、従来技術の装置と比較して、装置のプロセスウィンドウが拡大されている。機械的なトラッキング及びそれに伴うデメリットが回避される。それに応じて、上記の課題は完全に解決される。 The novel device therefore has an optical assembly which favourably influences the relationship between the depth of field and the focus shift. This increases the process window of the device compared to prior art devices. Mechanical tracking and the associated disadvantages are avoided. The above-mentioned problems are accordingly completely solved.
好ましい一形態においては、ビーム方向に沿った短軸ビーム幅は最大値を有し、プロセスウィンドウは、ビーム方向に前端と後端とを有し、前端及び後端における短軸ビーム幅は、それぞれ最大値よりも最大10%小さく、好ましくはそれぞれ最大値よりも最大5%小さく、特に好ましくはそれぞれ最大値よりも1%小さい。 In a preferred embodiment, the short axis beam width along the beam direction has a maximum value, the process window has a front end and a rear end in the beam direction, and the short axis beam widths at the front end and rear end are each up to 10% less than the maximum value, preferably up to 5% less than the maximum value, and particularly preferably 1% less than the maximum value.
この形態においては、光学アセンブリは、指定されたパラメータを有するプロセスウィンドウが形成されるビームプロファイルを生成するように構成されている。特に、本形態においては、短軸ビーム幅は、半値幅として、すなわち、短軸のビームプロファイルの2つの強度値の差として決定することができる。その差は、ビーム方向に沿った対応する位置におけるビームプロファイルの最大強度の50%(Full Width at Half Maximum、FWHM)を有する。代替的には、本形態において、短軸のビーム幅を、ビーム方向に沿った対応する位置におけるビームプロファイルの最大強度の90%(Full Width at 90% of Maximum)を有する、短軸におけるビームプロファイルの2つの強度値の差として指定することもできる。この値は、短軸のビーム品質が一般的なLLO応用及びSLA応用に適した水準を維持しつつ、被写界深度の有益な増加を提供する。 In this embodiment, the optical assembly is configured to generate a beam profile in which a process window having specified parameters is formed. In particular, in this embodiment, the short axis beam width can be determined as a half-width, i.e., as the difference between two intensity values of the beam profile in the short axis, which has 50% of the maximum intensity of the beam profile at the corresponding position along the beam direction (Full Width at Half Maximum, FWHM). Alternatively, in this embodiment, the short axis beam width can be specified as the difference between two intensity values of the beam profile in the short axis, which has 90% of the maximum intensity of the beam profile at the corresponding position along the beam direction (Full Width at 90% of Maximum). This value provides a beneficial increase in depth of field while maintaining a level of beam quality in the short axis suitable for typical LLO and SLA applications.
さらなる一形態において、照射ビームは、ビーム方向にビームウエストを有し、光学アセンブリは、ビームウエストを作業面の領域において生成するように構成されている。 In a further embodiment, the illumination beam has a beam waist in the beam direction, and the optical assembly is configured to generate the beam waist in the region of the work surface.
実際の各レーザビームは、いわゆるビームウエストを有する。これは、レーザビームが最小の直径又は半径を有する、レーザビームの拡散方向又はビーム方向における位置である。言い換えれば、実際のレーザ光の直径或いは半径は、ビーム方向において変化する。ビームウエストからの距離が増加すると、ビーム径は大きくなる。ビームウエストのビーム方向への広がりは、例えば、いわゆるレイリー長を用いて定量化することができる。レイリー長は、ビームの半径(通常は電界において測定)が√2倍に大きくなる際のウエストの中心w0からの距離であり、すなわち以下が適用される。 Every real laser beam has a so-called beam waist. This is the position in the divergence or beam direction of the laser beam where the laser beam has the smallest diameter or radius. In other words, the diameter or radius of the real laser light varies in the beam direction. With increasing distance from the beam waist, the beam diameter increases. The spread of the beam waist in the beam direction can be quantified, for example, using the so-called Rayleigh length. The Rayleigh length is the distance from the center of the waist w0 at which the radius of the beam (usually measured in the electric field) increases by a factor of √2, i.e. the following applies:
さらなる一形態においては、光学アセンブリは、照射ビームに短軸におけるアキシコン形状の位相面を刻み込む(aufpraegt)光学位相素子を有する。 In a further embodiment, the optical assembly has an optical phase element that imprints an axicon-shaped phase front in the short axis onto the illumination beam.
本来の意味におけるアキシコンは、点光源を光軸に沿った線上に結像させる、又は、レーザビームをリング状に変換する円錐状の研磨レンズである。アキシコンとは、回転対称の場合、或いは回転対称の素子を指すことが多い。しかしながら、この場合は、位相素子は短軸に影響を及ぼす。すなわち、短軸について光学アセンブリを考察した場合に、位相素子がアキシコン形状の位相面を発生させる。長軸はほとんど影響を受けない。そのため、回転対称は含意されていない。この形態において位相素子を使用して発生させるアキシコン形状の位相面は、結果として、アセンブリの光軸に直交する短軸についてビーム経路を見た場合に、レーザビームがリング部分を有するということに示される。レーザ光の一部分は、位相素子の使用によって「外側に散乱」される。この部分は、比較的単純、且つ安価に被写界深度を拡大することにつながる。それに応じて、この形態は、本新規装置の正に単純、且つ安価な実装を可能にする。 In its proper sense, an axicon is a cone-shaped ground lens that images a point source onto a line along the optical axis or transforms a laser beam into a ring. Axicon is often used in cases of rotational symmetry or in the case of rotationally symmetric elements. However, in this case, the phase element affects the short axis, i.e., it generates an axicon-shaped phase front when the optical assembly is considered about the short axis. The long axis is barely affected. Therefore, no rotational symmetry is implied. The axicon-shaped phase front generated by using the phase element in this configuration results in the laser beam having a ring portion when the beam path is viewed about the short axis perpendicular to the optical axis of the assembly. A portion of the laser light is "scattered out" by the use of the phase element. This portion leads to a relatively simple and inexpensive extension of the depth of field. Accordingly, this configuration allows a very simple and inexpensive implementation of the novel device.
さらなる一形態においては、光学位相素子は、屈折光学素子、特に、プリズム研磨レンズ又は非シリンドリカル研磨レンズを含む。 In a further embodiment, the optical phase element comprises a refractive optical element, in particular a prismatic or non-cylindrical polished lens.
この形態は、特に単純且つコスト効率の良い本新規装置の実装を可能にする。本新規装置に到達するために、特に、上述の先行技術に対応する光学アセンブリを、このような屈折光学素子、例えば側面から見て楔形の非シリンドリカルレンズを導入することによって変更できる。 This configuration allows a particularly simple and cost-effective implementation of the new device. To reach the new device, in particular the optical assemblies corresponding to the prior art mentioned above can be modified by introducing such refractive optical elements, for example non-cylindrical lenses that are wedge-shaped in side view.
さらなる一形態においては、光学位相素子は、回折光学素子を含む。 In a further embodiment, the optical phase element includes a diffractive optical element.
この形態においては、回折効果を用いて短軸方向におけるアキシコン形状の位相面を生成する。この形態のいくつかの実施例において、光学位相素子は、不規則な回折格子を含む。本形態は、光損失が少なく、且つ、光学アセンブリのビーム経路における位相素子の位置に関する許容差が大きい実装を可能にする。 In this embodiment, a diffraction effect is used to generate an axicon-shaped phase front in the short axis direction. In some embodiments of this embodiment, the optical phase element includes an irregular diffraction grating. This embodiment allows for implementation with low optical losses and large tolerances regarding the position of the phase element in the beam path of the optical assembly.
さらなる一形態においては、光位相素子は、空間光変調器(Spatial Light Modulator,SLM)を含む。 In a further embodiment, the optical phase element includes a spatial light modulator (SLM).
空間光変調器は、光に空間的な変調を刻み込むための機器である。特に、空間光変調器は、マイクロミラーのアセンブリ及び/又は1つ以上の変形可能なミラーを含み得る。そのような光変調器は、個別性の高い位相面を生成することができ、それによって、最適なビーム形成を可能にする。 A spatial light modulator is a device for imprinting a spatial modulation on light. In particular, a spatial light modulator may include an assembly of micromirrors and/or one or more deformable mirrors. Such light modulators can generate highly individual phase fronts, thereby enabling optimal beam shaping.
さらなる一形態においては、光学アセンブリは、少なくとも2つの互いに離れて配置された光学素子を含む伸縮アセンブリを有し、その少なくとも2つの光学素子はビームプロファイルの短軸に関して光屈折力を有しており、光学位相素子は、ビーム方向に見て、その伸縮アセンブリの手前に配置されている。 In a further embodiment, the optical assembly includes a telescopic assembly including at least two spaced optical elements, the at least two optical elements having optical power with respect to the minor axis of the beam profile, and an optical phase element is disposed in front of the telescopic assembly in the beam direction.
この形態は、正に単純且つ低コストの方法において被写界深度を2倍程度に増加させることを可能にする。本形態は、短軸方向においてガウシアンビームプロファイルを扱うLLO応用やその他の応用に特に有利である。それは、ビームプロファイルに与える位相素子の影響が本形態においては容易に許容できるためである。 This configuration allows for an increase in depth of field of about two in a very simple and low-cost way. This configuration is particularly advantageous for LLO applications and other applications that have a Gaussian beam profile in the short axis direction, since the effect of the phase element on the beam profile can be easily tolerated in this configuration.
さらなる一形態において、光学アセンブリは、少なくとも2つの互いに離れて配置された光学素子を含む伸縮アセンブリを有し、その少なくとも2つの光学素子はビームプロファイルの短軸に関して光屈折力を有しており、光学位相素子は、伸縮アセンブリの少なくとも2つの互いに離れて配置された光学素子の間に配置されている。 In a further embodiment, the optical assembly includes a telescopic assembly including at least two spaced apart optical elements, the at least two optical elements having optical power with respect to the minor axis of the beam profile, and the optical phase element is disposed between the at least two spaced apart optical elements of the telescopic assembly.
この形態においては、光学位相素子は、有利には、短軸の遠視野面に配置されている。遠視野は、本形態においては、ビーム変換器の出口に関して規定することができ、また、光学系(集束)を介して、又は出口アパーチャから離れた面を見ることによって、実現することができる。一般的にはその際、経路長は、ビーム変換器からの出力ビームのレイリー長より、はるかに大きい。本形態は、特にSLA応用のように、短軸においてトップハットのビームプロファイルを有する応用に好適である。 In this embodiment, the optical phase element is advantageously arranged in the far-field plane of the short axis. The far-field can be defined in this embodiment with respect to the exit of the beam transformer and can be realized via an optical system (focusing) or by looking into the plane away from the exit aperture. Typically, the path length is then much larger than the Rayleigh length of the output beam from the beam transformer. This embodiment is particularly suitable for applications with a top-hat beam profile in the short axis, such as SLA applications.
さらなる一形態において、光学アセンブリは、エッジ領域に収差を有する対物レンズを有し、照射ビームは、エッジ領域からのビーム部分を含む。 In a further embodiment, the optical assembly includes an objective lens having an aberration at an edge region, and the illumination beam includes a beam portion from the edge region.
この形態においては、装置は、有利には、非回折限界である光学アセンブリを使用する。本形態においては、有利には、対物レンズのエッジ領域における収差を利用する。本形態は、大面積の照射による、光学素子の局所的な発熱が抑えられるという利点を有する。その結果、熱による焦点位置のドリフトが少なくなるという利点がある。さらに、エッジ領域からのビーム部分を含めることによって被写界深度が拡大され、それによって、本形態においては、2つの有利な効果が同時に生じる。本形態は、少ない光学素子数においての本新規装置の実装を可能とし、それによって長期的に低コストの実現を可能にする。本形態は、SLA応用、及び、短軸においてトップハットのビームプロファイルを有する他の応用に特に有利である。 In this embodiment, the device advantageously uses an optical assembly that is non-diffraction limited. In this embodiment, the device advantageously exploits aberrations in the edge region of the objective lens. This embodiment has the advantage of reducing local heating of the optical elements due to large area illumination, which results in less thermal drift of the focus position. Furthermore, the depth of field is extended by including the beam portion from the edge region, which in this embodiment has two simultaneous advantageous effects. This embodiment allows the implementation of the novel device with a small number of optical elements, thereby enabling low long-term cost realization. This embodiment is particularly advantageous for SLA applications and other applications with a top-hat beam profile in the short axis.
さらなる一形態において、光学アセンブリは、第1の平面と第2の凸面とを有する少なくとも1つの平凸レンズを有し、その凸面は作業面に向けられている。 In a further embodiment, the optical assembly includes at least one plano-convex lens having a first planar surface and a second convex surface, the convex surface facing the work surface.
平凸レンズが装置の光出口に配置されていることは、特に有利である。平凸レンズは、特に、ビーム方向において光学アセンブリの最後の光学素子であり得る。一般的に、そのような平凸レンズは、汎用装置においては反転して配置され、それによって、その平面が作業面に向く。好ましい配置は、レンズのエッジ領域からの収差をより効果的に利用できるという利点を有する。いくつかの実施例においては、少なくとも1つのレンズは、複数の個別レンズを含むことができ、そのうちの少なくとも1つは、平凸レンズであり、上記の方向に配置される。 It is particularly advantageous for the plano-convex lens to be arranged at the light outlet of the device. The plano-convex lens may in particular be the last optical element of the optical assembly in the beam direction. Typically, such a plano-convex lens is arranged inverted in a general-purpose device, whereby its plane faces the working surface. The preferred arrangement has the advantage that aberrations from the edge regions of the lens can be more effectively utilized. In some embodiments, the at least one lens may comprise a plurality of individual lenses, at least one of which is a plano-convex lens and arranged in the above-mentioned direction.
上記の特徴及び以下に説明する特徴は、それぞれ示された組み合わせにおいて使用され得るのみではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせにおいて、又は単独において使用され得ると解される。 It is understood that the features above and those described below may not only be used in the combinations indicated, but may also be used in other combinations or alone without departing from the scope of the present invention.
本発明の実施例を図面に示すとともに、以下の説明において、より詳細に説明する。 An embodiment of the invention is shown in the drawings and explained in more detail in the following description.
図1a及び図1bにおいて、本新規装置の全体としての第1の実施例は、参照数字10によって示されている。図1aは、レーザライン12を上から見た状態において、装置10を簡略化して示している。そのレーザラインは、本実施例においては作業面14の領域に配置されている。その装置10は、レーザ光源16を有し、このレーザ光源は、例えば、赤外線領域又は紫外線領域のレーザ光を発生する固体レーザであり得る。例えば、レーザ光源16は、1030nmの範囲の波長を有するNd:YAGレーザを含み得る。さらなる実施例においては、レーザ光源16は、300nm~350nm、500nm~530nm、又は900nm~1070nmの間の波長を有するレーザ光を発生するダイオードレーザ、エキシマレーザ、又は固体レーザを含み得る。
In Fig. 1a and Fig. 1b, a first embodiment of the novel device as a whole is designated by the
図1bは、側面からの装置10、すなわちレーザライン12の短軸を見た図を示している。以下おいては、レーザビームのビーム方向は座標軸zによって示される。レーザライン12はx軸方向に延びており、ライン幅はy軸方向において見られる。それに応じて、以下においては、x軸がビームプロファイルの長軸を示し、y軸がビームプロファイルの短軸を示す。
Figure 1b shows the
レーザ光源16は、レーザ原ビーム18を生成し、そのレーザ原ビームは、さらなる経過において、光学アセンブリ20によって、ビーム方向23を有する照射ビーム22に変換される。光学アセンブリ20は、本実施例においては、ビーム案内ユニット24と、ビーム変換器及びホモジナイザとを含む。そのビーム案内ユニットは、いくつかの実施例においては、レーザ原ビーム18をコリメートするコリメータを含み得る。また、そのビーム変換器及びホモジナイザは、本実施例においては、まとめて参照数字26によって示される。ビーム変換器及びホモジナイザ26は、レーザライン12の長軸を生成するために、(コリメートされた)レーザ原ビーム18をx軸に沿って拡大する。さらに、ビーム変換器及びホモジナイザ26は、図2に簡略化した図によって示すように、横方向(transversal)のビームプロファイル28を生成する。図示のように、ビームプロファイル28は、X方向に長軸ビーム幅31を有する長軸30と、y方向に短軸ビーム幅33を有する短軸32とを有している。図2においては、レーザ光の強度Iを縦座標軸に示し、半値幅(FWHM)の例として、短軸ビーム幅33を示す。ビームプロファイルは、図2において簡略化して示した台形の強度推移とは異なり、有限のエッジ急勾配を有する、ガウシアンプロファイル又はトップハットプロファイルであってもよい。
The
ワーク(本実施例においては図示せず)を加工するために、ビームプロファイル28は、装置10と共に作業面14に対して、例えばy方向に、相対的に移動させることができる。装置10の更なる詳細に関しては、上記の特許文献1が参照され、それは関連付けによって本実施例に組み込まれる。特に、いくつかの有利な実施例においては、ビーム変換器及びホモジナイザ26は、特許文献1に記載された方法において実現される。例えば、ビーム変換器及びホモジナイザ26は、それに応じて、前面及び後面を有する透明でありモノリシックであるプレート状の素子を含んでもよい。その前面及び後面は、互いに実質的に平行であり、光学アセンブリ20の光軸34に対して鋭角(ここでは図示せず)に配置されている。前面及び後面は、それぞれ、反射性コーティングを有してもよい。それによって、コリメートされた原ビーム18は、前面において板状の素子に斜めに結合され、且つ、ビームが後面において扇状に広げられ出力され、均一化される前に、前面において多重反射される。ビーム変換器及びホモジナイザ26は、扇状に広げられた照射ビームを特に長軸30に沿って形成する、多数のレンズ(本実施例においては図示せず)を有するさらなる光学素子を含み得る。代替的には、ビーム変換器及びホモジナイザ26は、関連付けによって本実施例に組み込まれる、上記の特許文献2に記載されるような方法によって実施されてもよい。それに応じて、光学アセンブリは、明快さの理由から本実施例には示されていなく、且つ、特に長軸方向のビーム成形に役立つさらなる光学素子を含むことができる。
To process a workpiece (not shown in this embodiment), the
本実施例において、光学アセンブリ20は、第1の光学素子36及び第2の光学素子38を有する伸縮アセンブリを含む。その伸縮アセンブリは、ビームプロファイル28の短軸32に主に影響を与える光学屈折力を有する。伸縮アセンブリは、短軸32におけるビームプロファイル28を形成するように構成されている。そのように変換されたレーザビームは、本実施例においては対物レンズ40を照らし、その対物レンズは、次に、照射ビーム22を使用して、ビームプロファイル28を作業面14の領域内の規定位置42に集束させる。
In this embodiment, the
図1bに示すように、照射ビーム22は、ビーム方向において物体側のビームウエスト44を有し、このビームウエストは、本実施例においては作業面14(図3参照)の領域に位置される。しかしながら、ビームウエストを作業面の前後に位置することも可能である。ビームウエスト44は、例えば、両側のレイリー長を用いて定量化できるウエスト長を有する。
As shown in FIG. 1b, the
いくつかの実施例においては、ウエスト長は、パーセント増加48によって定量化され得る。すなわち、ウエスト長は、その際、y方向のビーム径が、短軸の最小ビーム径に対して規定の百分率だけ増加したそれらの点の長手方向の距離に相当する。規定の百分率は、いくつかの実施例においては、10%以下であってもよい。いくつかの実施例においては、ウエスト長は被写界深度46と等しくてもよい。
In some embodiments, the waist length may be quantified by a
高エネルギーレーザビームの照射によって、光学素子36,38,40が加熱される。この加熱によって、熱レンズが形成され得る。熱レンズは、レーザ光の光学アセンブリへの吸収によって形成される。特に数kW出力のレーザ光源を使用した場合、局所的な温度上昇が特に著しく成り得る。光学材料の低い熱伝導率は、強い温度勾配を発生させる。結果として生じる屈折率勾配と材料の熱膨張とが、追加のレンズのように作用する。これらの熱レンズは、規定位置42又は照射ビーム22の焦点位置をドリフト長50だけ変位させる結果を生む。規定位置の変位は、特に、光学素子がより長い中断の後に初めてレーザビームに再びさらされる、レーザ光源16のスイッチング後に起こり得るが、例えば、低出力での動作から高出力での動作への切り替えが行われるため、レーザ光源16の動作パワーが変化するときにも起こり得る。
The irradiation of the high-energy laser beam heats up the
この理由のため、図1a及び図1bによる装置10は、ビーム経路に光学位相素子52を備えている。図1a及び図1bによる実施例においては、位相素子52は、光学素子36,38を有する短軸-伸縮アセンブリの前に配置されている。位相素子52は、対物レンズ40を照らすレーザビームに短軸に関してアキシコン形状の(ただし、回転対称ではない)位相フロントを刻み込むものである。その結果、レーザビームは、アセンブリ20の光軸34に対して横方向のリング部分を取得する。さらに、そのリング部分によって、短軸プロファイルが作業面14におけるビーム方向zに複数回連続して写し出される。その結果、ビーム方向の被写界深度が意図的に拡大される。好ましい実施例においては、被写界深度46は、図3に簡略化して示すように、ドリフト長50より大きくなるように寸法設定される。図3においては、被写界深度46はウエスト長に対応しているが、全ての実施例においてそうである必要はない。
For this reason, the
いくつかの有利な実施例においては、被写界深度46は、ビーム方向23に沿って変化する短軸ビーム幅33に基づいて規定される。短軸ビーム幅33は、ビーム方向に沿って変化し、一点において最大値を有するが、その最大値は、図3においては例としてビームウエストの中心に一致する。被写界深度は、ビーム方向において有用なプロセスウィンドウを規定する。プロセスウィンドウの前端及び後端において、短軸ビーム幅は、それぞれ、短軸ビーム幅の最大値よりも10%小さく、好ましくはそれぞれ、その最大値よりも5%小さく、特に好ましくはそれぞれ、その最大値よりも1%小さい。ドリフト長50は被写界深度46より小さいため、熱レンズの影響によって焦点面が変位しても、ビームプロファイル28はワークを加工するためにプロセスウィンドウ内に保たれる。短軸32のための伸縮アセンブリの手前のビーム経路に位相素子52を配置することは、LLO応用に、及び短軸32においてガウシアン形状のビームプロファイルを有する他の応用に特に有利である。
In some advantageous embodiments, the depth of
図4a及び図4bに示す実施例においては、位相素子52は、短軸のための伸縮アセンブリの光学素子36,38の間に配置されている。この場合、位相素子52は、主にビームプロファイル28の短軸32の遠視野に影響を与える。そのような位相素子52の配置は、SLA応用、及び、トップハットのビームプロファイルを有する他の応用に有利である。
In the embodiment shown in Figures 4a and 4b, the
図1a及び1b、並びに図4a及び4bの実施例においては、位相素子52は、それぞれ、1つ以上の屈折光学素子、1つ以上の回折光学素子、及び/又は、1つの空間光変調器を実装し得る。
In the embodiments of Figures 1a and 1b and 4a and 4b, the
図5a及び図5bによる実施例においては、専用の位相素子52は必要ない。その実施例においては、むしろ、特に対物レンズ40のエッジ領域からの、光学素子の収差が、より大きな被写界深度46を達成するために利用される。原理的には、専用の位相素子を併用することも可能である(ここでは図示せず)。有利なことに、本実施例の光学アセンブリ20は、回折制限を受けない。扇状に広げられたレーザビームは、本実施例においては対物レンズ40をエッジ領域まで、例えば短軸方向の視野においてレンズ半径の外側20%のエッジ領域まで照らす。これだけによっても、レーザビームの放射パワーがより大きなレンズ面積に分散され、対物レンズ40の局所的な加熱が抑えられるという利点がある。このため、本実施例においては、ドリフト長を有利に短縮することができる。さらに、対物レンズのエッジ領域からの収差によって、被写界深度が大きくなる。被写界深度46に対するドリフト長50の商に有利な影響が与えられる。それによって生じる短軸方向におけるビーム品質の劣化は、多くの応用において許容される。
In the embodiment according to Fig. 5a and Fig. 5b, a
好ましい実施例においては、対物レンズ40は平凸レンズを含み、その凸面54が作業面14の方を向いており、一方、その平面56が伸縮アセンブリ36,38の方を向いている。この対物レンズの向きは、汎用の装置の光学アセンブリとしては非常に珍しいものである。しかしながら、それは、対物レンズ40のエッジ領域からの球面収差の効果を強める。
In the preferred embodiment, the
対物レンズの設計基準は、所望の長手方向の変位に基づくものである。波面収差W(yp)は、長手方向の収差に変換できる。 The objective lens design criteria are based on the desired longitudinal displacement: The wavefront aberration W(y p ) can be converted to longitudinal aberration:
シリンドリカルレンズの場合、波面収差は、Wsph(yp)∝yp 4となる。したがって、空気中の全長手方向の変位は、Δs’=aR2yp 2となる。ここで、aは球面収差の度合いを表すもので、対物レンズの設計に依存する。 For a cylindrical lens, the wavefront aberration is W sph (y p ) ∝ y p 4. Thus, the total longitudinal displacement in air is Δs′=aR 2 y p 2 , where a is the degree of spherical aberration and depends on the objective lens design.
固有焦点距離fの対物レンズのガウシアン照射ypの場合、 For Gaussian illumination yp of an objective lens with intrinsic focal length f,
同時に、作業面に入射する、短軸に沿ったビームは、被写界深度によって特徴付けられる。その被写界深度は、作業面における、照射ypと短軸のビーム径FWとによってほぼスケーリングされる。すなわち、 At the same time, a beam incident on the work plane along the minor axis is characterized by a depth of field that is approximately scaled by the irradiance yp and the minor axis beam diameter FW at the work plane, i.e.
短軸の幅FWを大きくすると、被写界深度も大きくなる。照射が小さくなるほど、被写界深度は大きくなる。それに応じて、比は以下となる。 Increasing the minor axis width FW increases the depth of field. The smaller the illumination, the greater the depth of field. Accordingly, the ratio is:
出力密度P0/FWは定数であり、プロセスを通じてあらかじめ規定されている。焦点距離fは作動距離から得られる。すなわち、回折限界の場合、焦点変位と被写界深度との商は、照射ypに依存しない。これに対して、本新規装置の実施例においては、被写界深度は照射によって大きくは減少しない。したがって、商Qはypの関数であり、もはやそれから独立していない。それによって、商Qは1より小さく、好ましくは1よりはるかに小さい。 The power density P 0 /FW is a constant and is predefined through the process. The focal length f is obtained from the working distance. That is, in the diffraction limit case, the quotient of the focal shift and the depth of field does not depend on the illumination y p . In contrast, in the embodiment of the novel device, the depth of field does not decrease significantly with illumination. Therefore, the quotient Q is a function of y p and is no longer independent of it. Thereby, the quotient Q is smaller than 1, preferably much smaller than 1.
12 レーザライン
14 作業面
16 レーザ光源
18 原ビーム
20 光学アセンブリ
22 照射ビーム
23 ビーム方向
26 ホモジナイザ
28 ビームプロファイル
30 長軸
31 長軸ビーム幅
32 短軸
33 短軸ビーム幅
36,38 光学素子(伸縮アセンブリ)
40 光学素子(対物レンズ)
42 規定位置
44 ビームウエスト
46 被写界深度
50 ドリフト長
52 光学位相素子
54 第2の凸面
56 第1の平面
12
40 Optical element (objective lens)
42
Claims (12)
原ビーム(18)を生成するように構成されたレーザ光源(16)と、
前記原ビーム(18)を受け取り、それを前記作業面(14)上に入射する照射ビーム(22)に変換する光学アセンブリ(20)と、を備え、
前記照射ビーム(22)は、前記作業面(14)と交差するビーム方向(23)を規定し、
前記照射ビーム(22)はビームプロファイル(28)を有し、そのビームプロファイルは、長軸ビーム幅(31)を有する長軸(30)と、短軸ビーム幅(33)を有する短軸(32)とを、前記ビーム方向(23)に対して垂直に有するものであり、
前記光学アセンブリ(20)は、前記ビームプロファイル(28)を前記作業面(14)の領域内の規定位置(42)に集束させる所定数の光学素子(36,38,40)を有し、
前記規定位置(42)は、前記レーザ光源(16)の動作出力及び/又は動作時間に依存して、前記光学素子(36,38,40)の加熱の結果としてドリフト長(50)だけ変位する、装置において、
前記ビームプロファイル(28)の前記短軸ビーム幅(33)は、前記ビーム方向(23)に沿って変化し、その際、有用なプロセスウィンドウを規定し、
前記光学アセンブリ(20)は、前記照射ビーム(22)にアキシコン形状の位相面を刻み込む光学位相素子(52)を有し、
前記光学アセンブリ(20)は、前記ドリフト長(50)よりも大きいビーム方向の被写界深度(46)を有する前記有用なプロセスウィンドウを生成するように構成されていることを特徴とする、装置。 1. An apparatus for generating a defined laser line (12) on a work surface (14), comprising:
a laser light source (16) configured to generate an original beam (18);
an optical assembly (20) that receives the original beam (18) and converts it into an illumination beam (22) that is incident on the work surface (14);
The illumination beam (22) defines a beam direction (23) that intersects the work surface (14);
the illumination beam (22) has a beam profile (28) having a major axis (30) with a major beam width (31) and a minor axis (32) with a minor beam width (33) perpendicular to the beam direction (23);
the optical assembly (20) having a number of optical elements (36, 38, 40) that focus the beam profile (28) to a defined location (42) within an area of the work surface (14);
The defined position (42) is displaced by a drift length (50) as a result of heating of the optical element (36, 38, 40) depending on the operating power and/or operating time of the laser light source (16),
the short axis beam width (33) of the beam profile (28) varies along the beam direction (23) thereby defining a useful process window;
the optical assembly (20) comprising an optical phase element (52) for imprinting an axicon-shaped phase front onto the illumination beam (22);
The apparatus, wherein the optical assembly (20) is configured to generate the useful process window having a depth of field (46) in a beam direction greater than the drift length (50).
前記プロセスウィンドウは、ビーム方向において前端と後端とを有し、
前記前端及び後端における前記短軸ビーム幅(33)が、それぞれ前記最大値よりも最大10%小さいことを特徴とする、請求項1に記載の装置。 the short axis beam width (33) along the beam direction (23) has a maximum value;
the process window has a front end and a rear end in a beam direction;
2. The device of claim 1, wherein the minor axis beam widths (33) at the front and rear ends are each up to 10% less than the maximum value.
前記光学アセンブリ(20)は、前記ビームウエスト(44)を前記作業面(14)の領域において生成するように構成されていることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の装置。 the illumination beam (22) has a beam waist (44) in a beam direction;
The apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the optical assembly (20) is configured to generate the beam waist (44) in the area of the working surface (14).
前記光学位相素子(52)は、前記ビーム方向に見て、前記伸縮アセンブリの手前に配置されていることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の装置。 the optical assembly (20) comprises a telescopic assembly including at least two spaced apart optical elements (36, 38), the at least two optical elements having optical power with respect to the minor axis (32) of the beam profile (28);
The device according to any one of claims 1 to 7 , characterized in that the optical phase element (52) is arranged in front of the telescopic assembly as seen in the beam direction.
前記光学位相素子(52)は、前記伸縮アセンブリの前記少なくとも2つの互いに離れて配置された光学素子(36,38)の間に配置されていることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の装置。 the optical assembly (20) comprises a telescopic assembly including at least two spaced apart optical elements (36, 38), the at least two optical elements having optical power with respect to the minor axis (32) of the beam profile (28);
The device according to any one of claims 1 to 7 , characterized in that the optical phase element (52) is disposed between the at least two spaced apart optical elements (36, 38) of the telescopic assembly.
前記照射ビーム(22)は、前記エッジ領域からのビーム部分を含むことを特徴とする、請求項1~9のいずれか一項に記載の装置。 The optical assembly (20) includes an objective lens (40) having an aberration in an edge region,
The device according to any one of the preceding claims, characterized in that the illumination beam (22) comprises a beam portion from the edge region.
前記凸面(54)は、前記作業面(14)に向けられていることを特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載の装置。 The optical assembly (20) includes at least one plano-convex lens (40) having a first planar surface (56) and a second convex surface (54);
A device according to any one of the preceding claims, characterized in that the convex surface (54) is directed towards the working surface ( 14 ).
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116184681B (en) * | 2023-04-27 | 2023-08-04 | 成都莱普科技股份有限公司 | Beam shaping device and beam shaping method for carbon dioxide laser |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006190999A (en) | 2004-12-06 | 2006-07-20 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing semiconductor device |
| JP2007512709A (en) | 2003-11-26 | 2007-05-17 | ティーシーズィー ゲーエムベーハー | Optical system for annealing polysilicon thin film by laser. |
| DE102007039878A1 (en) | 2006-08-18 | 2008-05-08 | Highyag Lasertechnologie Gmbh | Device for focusing a laser beam used during the modification of workpieces comprises a lens group which is mounted so that it can be moved in the axial direction and a further lens group fixed in relation to the other lens group |
| JP2010527792A (en) | 2007-05-25 | 2010-08-19 | フラウンホファー ゲゼルシャフト ツール フェルドルンク デル アンゲヴァントテン フォルシュンク エー ファウ | Material processing method using laser irradiation and apparatus for performing the same |
| JP2013503751A (en) | 2009-09-01 | 2013-02-04 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | Laser focusing head comprising a ZnS lens having a peripheral thickness of at least 5 mm, and method and laser cutting unit using such a focusing head |
| JP2017510531A (en) | 2013-12-17 | 2017-04-13 | コーニング インコーポレイテッド | High speed laser drilling method for glass and glass products |
| US20190062196A1 (en) | 2017-08-25 | 2019-02-28 | Corning Incorporated | Apparatuses and methods for laser processing transparent workpieces using an afocal beam adjustment assembly |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008524662A (en) | 2004-12-22 | 2008-07-10 | カール・ツアイス・レーザー・オプティクス・ゲーエムベーハー | Optical illumination system for generating line beams |
| US8274743B2 (en) * | 2010-04-08 | 2012-09-25 | Scaggs Michael J | Thermally compensating lens for high power lasers |
| JP2013193110A (en) | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser processing apparatus and laser processing method |
| EP2754524B1 (en) * | 2013-01-15 | 2015-11-25 | Corning Laser Technologies GmbH | Method of and apparatus for laser based processing of flat substrates being wafer or glass element using a laser beam line |
| DE102013225310B3 (en) * | 2013-12-09 | 2015-05-07 | Trumpf Laser Gmbh | Optical arrangement for beam shaping of a laser beam for a laser processing machine |
| US9873628B1 (en) * | 2014-12-02 | 2018-01-23 | Coherent Kaiserslautern GmbH | Filamentary cutting of brittle materials using a picosecond pulsed laser |
| CN115121940B (en) | 2016-07-27 | 2025-08-22 | 通快激光有限责任公司 | Laser beam irradiation |
| DE102018200078B4 (en) | 2018-01-04 | 2020-07-02 | Innovavent Gmbh | Optical system and method for generating an illumination line |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007512709A (en) | 2003-11-26 | 2007-05-17 | ティーシーズィー ゲーエムベーハー | Optical system for annealing polysilicon thin film by laser. |
| JP2006190999A (en) | 2004-12-06 | 2006-07-20 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing semiconductor device |
| DE102007039878A1 (en) | 2006-08-18 | 2008-05-08 | Highyag Lasertechnologie Gmbh | Device for focusing a laser beam used during the modification of workpieces comprises a lens group which is mounted so that it can be moved in the axial direction and a further lens group fixed in relation to the other lens group |
| JP2010527792A (en) | 2007-05-25 | 2010-08-19 | フラウンホファー ゲゼルシャフト ツール フェルドルンク デル アンゲヴァントテン フォルシュンク エー ファウ | Material processing method using laser irradiation and apparatus for performing the same |
| JP2013503751A (en) | 2009-09-01 | 2013-02-04 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | Laser focusing head comprising a ZnS lens having a peripheral thickness of at least 5 mm, and method and laser cutting unit using such a focusing head |
| JP2017510531A (en) | 2013-12-17 | 2017-04-13 | コーニング インコーポレイテッド | High speed laser drilling method for glass and glass products |
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