DE10231969A1

DE10231969A1 - Optisches Element zur Formung eines Lichtstrahls und Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen

Info

Publication number: DE10231969A1
Application number: DE10231969A
Authority: DE
Inventors: Eddy Dr. Roelants; Arjan Schuurman
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP2004046151A; DE10231969B4

Abstract

Die Erfindung sschafft ein optisches Element 220 zur Veränderung der transversalen Itensitätsverteilung eines Lichtstrahls 211, wobei eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung dadurch erzeugt wird, dass dem zentralen Bereich 212a des zu formenden Laserstrahls 211 infolge einer Refraktion durch das optische Element 220 eine zusätzliche Divergenz aufgeprägt wird, so dass die Intensitätsverteilung des transmittierten Laserstrahls eine gegenüber dem Eingangsprofil höhere Homogenität aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden schwache Randstrahlen 212b des zu formenden Lichtstrahls 211 von der optischen Achse des optischen Elements 220 weggebrochen und auf eine Strahlstoppvorrichtung 370 gelenkt. Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen, insbesondere zum Bohren von Löchern in Subtrate unter Verwendung des optischen Elements 220. Durch eine Variation des Abstands zwischen dem zu bearbeitenden Objekt und dem optischen Element 220 während einer Laserbearbeitung kann die Intensitätsverteilung des bearbeitenden Laserstrahls derart verändert werden, dass eine Vielzahl von verschieden geformten Löchern gebohrt werden kann.

Description

Optisches Element zur Formung eines Lichtstrahls und Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen.
Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Veränderung der transversalen Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls, insbesondere zur gezielten Formung des transversalen Intensitätsprofils eines Laserstrahls von einem Eingangsprofil hin zu einem Ausgangsprofil. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen, insbesondere zum Bohren von Löchern in Substrate unter Verwendung des optischen Elements.
Standardmäßige Laserbearbeitungsmaschinen umfassen eine Laserlichtquelle, eine Kollimationsoptik, eine Ablenkeinheit und eine Fokussieroptik. Die Kollimationsoptik weist üblicherweise einen sog. Strahlaufweiter auf, mittels welchem der Querschnitt des Laserstrahls vergrößert wird, so dass der bearbeitende Laserstrahl bei einem kleineren Fokusdurchmesser auf das zu bearbeitende Objekt fokussiert werden kann. Die Ablenkeinheit weist üblicherweise zwei beweglich gelagerte Spiegel auf, mittels welchen der bearbeitende Laserstrahl gezielt auf ein Bearbeitungsfeld gelenkt werden kann. Die Fokussieroptik ist im allgemeinen eine sog. Planfeldoptik oder f-Theta-Linse mit einer Brennweite von ungefähr 50 bis 150 mm. Laserbearbeitungsmaschinen mit diesen Standardkomponenten können bei unterschiedlichen Wellenlängen der bearbeitenden Laserstrahlen betrieben werden.
Ein allgemein bekanntes Problem bei dem Bohren von Löchern (Sacklöcher oder Durchgangslöcher) oder beim Strukturieren bzw. Abtragen von Materialien mittels Laserstrahlen besteht darin, dass die Energie bzw. die Intensität des bearbeitenden Laserstrahls über dem Querschnitt nicht gleichmäßig, sondern i.a. gaußförmig oder zumindest annähernd gaußförmig verteilt ist und somit ein im wesentlichen gaußförmiges Strahlungsprofil vorliegt. Dies bedeutet, dass bei Bohren von Löchern in der Mitte eines gebohrten Lochs eine größere Bohrtiefe erreicht wird als an dem Rand des Lochs. Ferner bewirkt der Randbereich des gaußförmigen Laserstrahls ein unerwünschtes Aufheizen, Schmelzen und/oder eine unerwünschte chemische Veränderung des umgebenden, nicht abgetragenen Materials.
Aus der US 5,841,099 ist ein Verfahren bekannt, mittels welchem das oben genannte Problem teilweise gelöst wird. Dabei wird eine Lochblende verwendet, um die unerwünschten Randbereiche des Laserstrahls abzuschirmen. Der verbliebene zentrale Teil des Laserstrahls mit seiner hohen Intensität wird dann über eine Abbildungsoptik auf das zu bearbeitende Objekt gelenkt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass an dem Rand der Lochblende Beugungseffekte auftreten, welche die Qualität des bearbeitenden Laserstrahls herabsetzen.
Aus der WO 00/73013 ist ein weiteres Verfahren zur Homogenisierung der Intensitätsverteilung eines bearbeitenden Laserstrahls bekannt. Dabei wird eine komplexe und kostenintensive diffraktiv wirkende Vorrichtung eingesetzt, welche aus mehreren optischen Komponenten besteht. Dabei werden einzelne durch Diffraktion erzeugte Teilstrahlen selektiert und anschließend fokussiert. Die einzelnen Komponenten müssen sorgfältig aufeinander abgestimmt sein und in dem Strahlengang an genau bestimmten Positionen angeordnet werden. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass ca. 15 bis 20% der Strahlungsenergie verloren geht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Vorrichtung nur bei einem festen Strahldurchmesser eingesetzt werden kann und dass sich Abweichungen von der optimalen Strahlqualität unmittelbar und stark auf die resultierende Fokussierung des bearbeitenden Laserstrahls auswirkt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und leicht zu handhabendes optisches Element zur Veränderung der transversalen Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen zu schaffen, welches aufgrund einer möglichst homogenen Strahlintensität eine präzise Bearbeitung ermöglicht.
Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine weitgehend homogene Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls dadurch erzeugt werden kann, dass für denjenigen Teil des Lichtstrahls, welcher die größte Intensität aufweist, eine zusätzliche Divergenz generiert wird, so dass zumindest ein Teil dieser Intensität in die äußeren Bereiche des Lichtstrahls gelenkt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass das optische Element derart ausgerichtet wird, dass die optische Achse des optischen Elements mit dem Strahlengang des auf das optische Element einfallenden Lichtstrahls zusammenfällt. Das optische Element zeichnet sich dadurch aus, dass die Stärke der Refraktion des einfallenden Lichtstrahls von dem Abstand von der optischen Achse abhängt. Auf diese Weise kann in einem vorbestimmten Abstand hinter dem optischen Element ein Lichtstrahl mit einem nahezu homogenen Intensitätsprofil erzeugt werden. Das erfindungsgemäße optische Element hat gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen. So ist beispielweise zur Erzeugung eines Lichtstrahls mit einer im wesentlichen konstanten Intensitätsverteilung lediglich ein einziges refraktives optisches Element erforderlich, welches prinzipiell für jede Art von Laserlicht mit beliebiger Wellenlänge einsetzbar ist. Außerdem ist zur Erzeugung eines Lichtstrahls mit einer im wesentlichen konstanten Lichtleistung lediglich ein einziges optisches Element erforderlich, welches prinzipiell für jede Art von Laserlicht mit beliebiger Wellenlänge einsetzbar ist. Die Erfindung hat ferner den Vorteil, dass die Homogenisierung des Lichtstrahls unabhängig von der Polarisation des auf das optische Element einfallenden Lichtstrahls ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass nur ein einziges optisches Element zur Homogenisierung des Intensitätsprofils eines Lichtstrahls erforderlich ist, so dass die Erfindung einfach in existierende oder zukünftige Laserbearbeitungsmaschinen implementiert werden kann.
Gemäß Anspruch 2 weist das optische Element eine konkave Eingangsoberfläche und/oder eine konvexe Ausgangsoberfläche auf. Dies hat den Vorteil, dass das optische Element zumindest in der Nähe der optischen Achse die Form einer im allgemeinen nicht-sphärischen Linse aufweist, welche auf einfache Weise herstellbar ist.
Gemäß den Ansprüchen 4 und 5 wird die Krümmung der Eingangsoberfläche und/oder die Krümmung der Ausgangsoberfläche zumindest in der Nähe der optischen Achse durch eine Summe von verschiedenen Kosinusfunktionen beschrieben. Die einzelnen Kosinusfunktionen weisen dabei im allgemeinen unterschiedliche Periodizität und unterschiedliche Gewichtungsfaktoren auf.
Gemäß Anspruch 6 ist das optische Element insbesondere für Lichtstrahlen mit im wesentlichen gaußförmigen Eingangsprofilen geeignet.
Gemäß Anspruch 7 wird eine besonders homogene Intensitätsverteilung eines geformten Lichtstrahls genau dann erreicht, wenn der auf das optische Element gerichtete und zu formende Lichtstrahl eine im wesentlichen vernachlässigbare Divergenz aufweist. Dies ist insbesondere bei Laserstrahlen der Fall.
Das optische Element ist gemäß Anspruch 8 aufgrund der Dispersion des Materials, aus welchem das optische Element hergestellt ist, für einen Lichtstrahl mit relativ geringer spektraler Verteilung geeignet. Als optisches Material eignet sich insbesondere Quarz, welches für eine Vielzahl von verschiedenen Wellenlängen geeignet ist und welches kostengünstig in hoher Qualität herstellbar ist.
Der Wirkungsgrad des optischen Elements, d.h. das Verhältnis zwischen der Intensität des transmittierten, geformten Lichtstrahls zu der Intensität des auf das optische Element einfallenden Lichtstrahls wird gemäß Anspruch 9 dadurch erhöht, dass die Eingangsoberfläche und/oder die Ausgangsoberfläche mit einer Antireflex-Beschichtung versehen sind. Verluste durch unerwünschte Reflexionen können dadurch minimiert werden, dass die Antireflex-Beschichtung speziell für eine oder für mehrere Wellenlängen optimiert wird.
Gemäß Anspruch 10 sind die Eingangsoberfläche und/oder die Ausgangsoberfläche derart gekrümmt, dass die auf das optische Element treffenden Randstrahlen des einfallenden Lichtstrahls von der optischen Achse weggebrochen werden. Dies wird am einfachsten dadurch realisiert, dass die Eingangsoberfläche und/oder die Ausgangsoberfläche in dem Bereich der auftreffenden Randstrahlen keine Krümmung, d.h, eine Krümmung mit einem unendlich großen Radius, aufweisen. Alternativ kann die Krümmung in diesem Bereich auch ein unterschiedliches Vorzeichen als die Krümmung in dem achsennahen Bereich aufweisen. Das Eliminieren der Randstrahlen durch Refraktion hat den Vorteil, dass die Zentralstrahlen des zu formenden Lichtstrahls praktisch nicht geschwächt werden, so dass die Effizienz des optischen Elements vergleichbar ist mit der Effizienz einer Lochblende.
Gemäß Anspruch 11 werden die von der optischen Achse weggebrochenen Randstrahlen auf einen Strahlabsorber gelenkt, so dass die relativ intensitätsschwachen Randstrahlen aus dem geformten Lichtstrahl zuverlässig eliminiert werden.
Die verfahrensbezogene Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 12. Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere beim Bohren von Löchern in Substrate ein Lichtstrahl mit einer möglichst homogenen Intensitätsverteilung erforderlich ist, um eine hohe Lochqualität, d.h. einen möglichst scharfen Übergang zwischen dem gebohrten Loch und dem umgebenden Randbereich des Lochs zu erreichen. Eine hohe Lochqualität wird erreicht, wenn das Substratmaterial in unmittelbarer Umgebung des Lochs möglichst wenig aufgeschmolzen wird. Durch die erfindungsgemäße Strahlformung wird ein derartiges unerwünschtes Aufschmelzen verhindert.
Gemäß Anspruch 13 wird der zu formende Laserstrahl vor dem Durchdringen des optischen Elementes mittels eines Strahlaufweiters aufgeweitet. Dies hat den Vorteil, dass der bearbeitende Laserstrahl mit einem kleinen Fokusdurchmesser auf die Oberfläche oder das Innere des zu bearbeitenden Objekts abgebildet werden kann und dass der bearbeitende Laserstrahl zudem eine große Tiefenschärfe aufweist.
Das optische Element ist besonders für die Formung von gepulsten Laserstrahlen geeignet, da die homogene Intensitätsverteilung im Zentrum des Laserstrahls und die Reduzierung der Lichtintensität außerhalb dieses zentralen Bereichs dazu führt, dass beispielsweise beim Bohren von Löchern die Randbereiche um die Löcher herum einer geringeren Wärmebelastung ausgesetzt sind und somit eine bessere Lochqualität erzielbar ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15 hat den Vorteil, dass durch die dynamische Variation des Abstandes zwischen dem optischen Element und der zu bearbeitenden Oberfläche ein Bohren von verschiedenartig geformten, beispielsweise konischen Löchern möglich ist. Ferner kann bei einer Variation des Abstandes zwischen dem optischen Element und der zu bearbeitenden Sub stratoberfläche durch ein Ändern der Expansions- und Divergenzfaktoren eines Strahlaufweiters eine Vielzahl von verschiedenen Intensitätsprofilen des geformten Laserstrahls erreicht werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform, welche anhand der Zeichnung erläutert wird. An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich die Bezugszeichen einander entsprechenden Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.
1 zeigt den Aufbau einer Laserbearbeitungsmaschine mit einem optischen Element gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 illustriert in einer schematischen Darstellung die Strahlformung durch ein refraktives optisches Element.
3 zeigt die refraktive Wirkung des in 2 dargestellten optischen Elements.
Eine Laserbearbeitungsmaschine mit einem optischen Element gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen Laser 100 auf, welcher einen Laserstrahl 101 emittiert. Der Querschnitt des Laserstrahls 101 wird mittels eines Strahlaufweiters 110 aufgeweitet und der resultierende aufgeweitete Laserstrahl 111 wird auf das optische Element 120 gelenkt. Das optische Element 120 erzeugt einen geformten Laserstrahl 121, welcher mittels einer Ablenkeinheit 130, welche zwei nicht dargestellte, um zueinander senkrechte Achsen bewegliche Spiegel aufweist, auf ein zu bearbeitendes Substrat 150 gelenkt wird. Eine zwischen der Ablenkeinheit 130 und dem zu bearbeitenden Substrat 150 angeordnete Planfeldoptik 140 sorgt dafür, dass der bearbeitende Laserstrahl 141 unabhängig von der Stellung der beiden Spiegel stets auf der planen Oberfläche des Substrats 150 fokussiert wird.
2 illustriert die refraktive Strahlformung eines Laserstrahls 211 mit einem gaußförmigen Intensitätsprofil 212. Die Divergenz des zu formenden Laserstrahls 211 ist in guter Näherung zu vernachlässigen. Dies wird durch die vier horizontalen Pfeile auf der linken Seite von 2 verdeutlicht. Das Intensitätsprofil 212 umfasst einen Zentralbereich 212a und einen Randbereich 212b. Die Aufteilung zwischen Zentralbereich und Randbereich ist willkürlich, sie wird jedoch im allgemeinen so gewählt, dass die Intensität in dem Zentralbereich 212a ungefähr 86% der gesamten Intensität und die Intensität in dem Randbereich 212b ungefähr 14% der Gesamtintensität beträgt. Dies entspricht einem Intensitätsverhältnis zwischen der Strahlungsintensität in dem Randbereich 212b zu der gesamten Strahlungsintensität von 1/e². Das optische Element wird relativ zu dem zu formenden Laserstrahl 211 derart positioniert, dass die optische Achse des optischen Elements 220, wie in der 2 dargestellt, mit dem Strahlengang des Laserstrahls 211 zusammen fällt.
Das optische Element 220 weist eine Eingangsoberfläche auf, welche in einem achsennahen Eingangsbereich 227 eine unterschiedliche Krümmung aufweist als in einem von der optischen Achse beabstandeten Ausgangsbereich 228. Wie aus 2 ersichtlich, weist die Eingangsoberfläche 224a nahe der optischen Achse innerhalb des Eingangsbereich 227 eine unterschiedliche Krümmung auf als die Eingangsoberfläche 224b innerhalb des von der optischen Achse beabstandeten Ausgangsbereichs 228. Das optische Element 220 umfasst ferner eine Ausgangsoberfläche 225, welche ebenfalls eine Krümmung aufweist, die allerdings in der schematischen Darstellung in 2 nicht zu erkennen ist.
Nach dem Durchgang durch das optische Element 220 entsteht ein transmittierter Laserstrahl 221, welcher einen geformten Zentralstrahl 221a und weggebrochene Randstrahlen 221b aufweist. Der Zentralstrahl 221a, welcher nahe der optischen Achse innerhalb des Eingangsbereiches 227 verläuft, weist im Vergleich zu dem Zentralbereich 212a des ungeformten Laserstrahls 211 eine weitaus gleichmäßigere Intensitätsverteilung auf. Die Homogenisierung des Intensitätsprofils ist durch vier Pfeile auf der rechten Seite von 2 illustriert, welche die durch die Refraktion des optischen Elements 220 innerhalb des Eingangsbereich 227 erzeugte Divergenz verdeutlichen. Die Randstrahlen 221b werden infolge einer Refraktion an der Eingangsoberfläche 224b von dem Zentralstrahl 221a separiert. Es wird darauf hingewiesen, dass der Verlauf der Intensitätsverteilung aufgrund der generierten Divergenz von dem Abstand zwischen dem optischen Element 220 und Ebene abhängt, in der die Intensitätsverteilung beobachtet wird.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Strahlengänge des einfallenden Laserstrahls 311 und des geformten Laserstrahls 321. Der einfallende Laserstrahl 311 wird, wie in Zusammenhang mit 2 erläutert, in einen Zentralbereich 312a und einen Randbereich 312b aufgeteilt. Der geformte, durch das optische Element 320 transmittierte Laserstrahl 321 umfasst einen geformten Zentralstrahl 321a mit einem Ausgangsprofil 322 und von der optischen Achse weggebrochene Randstrahlen 321b. Die Eingangsoberfläche des optischen Elements 320 ist in eine Eingangsoberfläche 324a und eine Eingangsoberfläche 324b unterteilt, wobei die Eingangsoberfläche 324a innerhalb des achsennahen Eingangsbereiches eine bestimmte Krümmung aufweist und die Eingangsoberfläche 324b innerhalb eines von der optischen Achse beabstandeten Ausgangsbereichs eine weitere Krümmung aufweist. Gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Eingangsoberfläche 324b wie die Mantelfläche eines Kegelstumpfes gekrümmt, so dass in der in 3 dargestellten Querschnittsansicht die Eingangsoberfläche 324b als gerade Linie zu erkennen ist. Die Eingangsoberfläche 324a nahe der optischen Achse wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch folgende analytische Funktion beschrieben:
Das dieser Formel zugrundeliegende Koordinatensystem umfasst eine x-Achse, welche mit der optischen Achse des optischen Elements 320 und damit mit dem Laserstrahl 311 zusammenfällt. Die y-Achse des obiger Formel zugrundeliegenden Koordinatensystems schneidet die Eingangsoberfläche des optischen Elements 320 genau an den beiden Übergängen 324c, welche in 3 als "Knickstellen" zu erkennen sind und welche die Grenze zwischen der Eingangsoberfläche 324a und der Eingangsoberfläche 324b darstellen.
Die Ausgangsoberfläche des optischen Elementes 320 lässt sich analog zur Eingangsoberfläche ebenso in zwei Teiloberflächen, eine Ausgangsoberfläche 325a innerhalb des Eingangsbereichs nahe der optischen Achse des optischen Elementes und in eine Ausgangsoberfläche 325b innerhalb des von der optischen Achse beabstandeten Ausgangsbereichs aufteilen. Wie aus 3 ersichtlich, weist die Ausgangsoberfläche 325b keinerlei Krümmung auf. Die Krümmung der Ausgangsoberfläche 325a wird analog zu der Krümmung der Eingangsoberfläche 324a durch folgende Funktion beschrieben:
In den angegebenen Formeln werden die Koordinaten x und y jeweils in der Einheit Millimeter angegeben. Der Faktor c1 entspricht einem Korrekturfaktor und hat gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel einen Wert von 105,6.
Es wird darauf hingewiesen, dass die angegebenen Formeln die Krümmungen der Eingangsoberfläche 324a und der Ausgangsoberfläche 325a mit einer Genauigkeit beschreiben, die bei durchgeführten Simulationsrechnungen zu befriedigenden Ergebnissen, d.h. zu einem Ausgangsprofil 322 des geformten Laser strahls 321 führt, mittels welchem eine gegenüber herkömmlichen Strahlprofilen deutlich verbesserte Laserbearbeitung möglich wird.
Die weggebrochenen Randstrahlen 321b werden auf einen Strahlabsorber 370 gelenkt, welcher verhindert, dass die weggebrochenen Randstrahlen 321b beispielsweise durch unterwünschte Reflektionen wieder zurück in den Strahlengang des geformten Zentralstrahls 321a gelenkt werden.
Zusammenfassend schafft die Erfindung ein optisches Element 220 zur Veränderung der transversalen Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls 211, wobei eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung dadurch erzeugt wird, dass dem zentralen Bereich 212a des zu formenden Laserstrahls 211 infolge einer Refraktion durch das optische Element 220 eine zusätzliche Divergenz aufgeprägt wird, so dass die Intensitätsverteilung des transmittierten Laserstrahls eine gegenüber dem Eingangsprofil höhere Homogenität aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden schwache Randstrahlen 212b des zu formenden Lichtstrahls 211 von der optischen Achse des optischen Elements 220 weggebrochen und auf eine Strahlstoppvorrichtung 370 gelenkt. Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen, insbesondere zum Bohren von Löchern in Substrate unter Verwendung des optischen Elements 220. Durch eine Variation des Abstands zwischen dem zu bearbeitenden Objekt und dem optischen Element 220 während einer Laserbearbeitung kann die Intensitätsverteilung des bearbeitenden Laserstrahls derart verändert werden, dass eine Vielzahl von verschieden geformten Löchern gebohrt werden können.

Claims

Optisches Element zur Veränderung der transversalen Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls (211), insbesondere zur gezielten Formung des transversalen Intensitätsprofils eines Laserstrahls von einem Eingangsprofil hin zu einem Ausgangsprofil, mit – einer optischen Achse, – einer zu der optischen Achse rotationssymmetrischen Eingangsoberfläche (224a, 324a) und – einer zu der optischen Achse rotationssymmetrischen Ausgangsoberfläche (325a), wobei die Eingangsoberfläche (224a, 324a) innerhalb eines Eingangsbereiches (227) um die optische Achse und die Ausgangsoberfläche (325a) innerhalb eines Ausgangsbereiches (228) um die optische Achse derart gekrümmt sind, dass ein entlang der optischen Achse auf die Eingangsoberfläche (224a, 324a) gerichteter Lichtstrahl (211) mit einem bestimmten Eingangsprofil aufgrund der Refraktion durch das optische Element (220, 320) gerade so geformt wird, dass der Lichtstrahl (221, 321) in einem vorbestimmten Abstand hinter dem optischen Element (220, 320) ein Ausgangsprofil mit einer innerhalb eines Zielbereiches um die optische Achse im wesentlichen konstanten Intensitätsverteilung aufweist.
Optisches Element gemäß Anspruch 1, welches innerhalb des Eingangsbereiches (227) die Form einer nicht-sphärischen Linse mit einer konkaven Eingangsoberfläche und/oder einer konvexen Ausgangsoberfläche aufweist.
Optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, welches innerhalb des Eingangsbereiches (227) und/oder innerhalb des Ausgangsbereiches (228) parallel zur optischen Achse eine Dicke aufweist, die von der optischen Achse nach außen hin zunimmt.
Optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem innerhalb des Eingangsbereiches (227) die Krümmung der Eingangsoberfläche (224a, 324a) durch eine Summe von verschiedenen Kosinus-Funktionen beschreibbar ist.
Optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem innerhalb des Eingangsbereiches (227) die Krümmung der Ausgangsoberfläche (325a) durch eine Summe von verschiedenen Kosinus-Funktionen beschreibbar ist.
Optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, derart ausgebildet, dass ein Lichtstrahl (211, 311) mit einem im wesentlichen gaußförmigen Eingangsprofil formbar ist.
Optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, derart ausgebildet, dass ein gerichteter Lichtstrahl (211, 311) mit im wesentlichen vernachlässigbarer Divergenz formbar ist.
Optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, derart ausgebildet, dass aufgrund der Dispersion ein im wesentlichen monochromatischer Lichtstrahl formbar ist.
Optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Eingangsoberfläche (224a, 224b) und/oder die Ausgangsoberfläche (225) eine Anti-Reflex-Beschichtung aufweisen.
Optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Eingangsoberfläche (224b, 324b) und/oder die Ausgangsoberfläche (325b) außerhalb des Eingangsbereiches (227) derart gekrümmt sind, dass die auf diesen Bereich treffenden Randstrahlen (212b, 312b) des Lichtstrahls (211) von der optischen Achse weggebrochen werden.
Optisches Element gemäß Anspruch 10, zusätzlich mit einer Strahlstoppvorrichtung (370), auf welche die von der opti schen Achse weggebrochenen Randstrahlen (221b, 321b) lenkbar sind.
Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen, insbesondere zum Bohren von Löchern in Substrate unter Verwendung eines optischen Elements (220, 320) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Querschnitt des Laserstrahls (211, 311) vor dem Durchdringen des optischen Elements (220, 320) mittels eines Strahlaufweiters (110) aufgeweitet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, bei dem ein gepulster Laserstrahl verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem der Abstand zwischen dem zu bearbeitenden Objekt (150) und dem optischen Element (220, 320) während der Laserbearbeitung verändert wird.