KR102666258B1 - 레이저 머시닝 시스템 - Google Patents
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Abstract
프로세싱 평면 (105) 에서 단축 및 이에 수직인 장축을 갖는 라인-형상 빔 단면을 갖는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 프로세싱 시스템 (100) 은 원시 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 빔 소스 (102), 레이저 빔 소스의 하류에 배치되고 원시 레이저 빔을 수신하고 확장된 레이저 빔을 생성하는 역할을 하는 빔 확장 시스템 (120), 및 빔 확장 시스템의 하류에 배치되고 확장된 레이저 빔을 수신하고 광 강도 분포와 관련하여 균질화되고 프로세싱 평면에서 라인-형상 빔 단면을 갖는 레이저 빔을 생성하는 역할을 하는 균질화 시스템을 포함한다. 균질화 시스템은 단축을 따라 균질화하기 위한 제 1 균질화 배열체 및 장축을 따라 균질화하기 위한 제 2 균질화 배열체를 포함하고, 균질화 배열체들의 각각은 레이저 빔을 다수의 부분 빔들로 분할하기 위한 광학 엘리먼트들 (140-1, 140-2) 및 중첩 평면에서 부분 빔들을 중첩하기 위한 콘덴서 시스템 (150-1, 150-2) 을 포함한다. 제 1 균질화 배열체는 적어도 하나의 제 1 미러 (150-1A, 150-1B) 를 갖는 제 1 콘덴서 시스템 (150-1) 을 포함하고 제 2 균질화 배열체는 적어도 하나의 제 2 미러 (150-2A, 150-2B) 를 갖는 제 2 콘덴서 시스템 (150-2) 을 포함한다.
Description
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따라 라인-형상 빔 단면을 갖는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 프로세싱 시스템에 관한 것이다.
이러한 레이저 프로세싱 시스템을 사용할 때, 프로세싱될 워크피스는 프로세싱 평면의 영역에 배열되고 프로세싱될 워크피스의 표면 상에 더 많거나 더 적은 라인-형상의 "레이저 스팟 (laser spot)" 이 발생하는 방식으로 레이저 빔에 의해 조사된다. 빔 단면은 짧은 빔 단면 축 (이하, 간단히 "단축" 또는 "짧은 빔축" 으로 지칭됨) 및 이에 수직인 긴 빔 단면 축 (이하, 간단히 "장축" 또는 "긴 빔축" 으로 지칭됨) 에 의해 특징화될 수 있다.
그 중에서도, 이른바 라인 빔을 생성할 수 있는, 이러한 타입의 레이저 프로세싱 시스템들이 레이저 어닐링 및 레이저 리프트 오프 프로세스들에 현재 사용된다. 통상적으로, 이들 애플리케이션들에서 (단축을 따라 측정된 바와 같이) 빔 프로파일의 폭은 예를 들어, 대략 300 ㎛ 의 영역에서 1 mm 상당히 아래인 한편, (장축을 따라 측정된 바와 같이) 길이는 예를 들어, 대략 300 mm 의 영역에서, 수 100 mm 까지일 수 있다. UV 범위, 예를 들어 대략 193 nm, 248 nm 또는 308 nm 의 파장을 갖는 엑시머 레이저가 일반적으로 레이저 빔 소스로서 사용된다.
레이저 어닐링의 경우, 워크피스 자체의 이동에 의해 또는 스캐너의 도움으로 표면 상부에서 레이저 빔을 이동시킴으로써, 장축에 수직인 방향으로 레이저 빔과 워크피스 사이에 상대적인 이동이 생성된다. 양자의 이동들의 조합이 또한 가능하다. 예로써, 이 프로세스는 플랫 패널 디스플레이의 제조 동안 적용된다. 이 프로세스에서, 비정질 실리콘의 층은 조사에 의해 가열 및 용융되고 재응고될 때 다결정 Si 층으로 변환된다. 이는 Si 층에서의 전하 캐리어들의 이동도를 증가시키고, 궁극적으로 더 효율적이고 더 많은 에너지-절약 디스플레이들을 유도한다. 라인-형상 빔 프로파일을 갖는 레이저 어닐링의 다른 애플리케이션들은 반도체 층에서의 도펀트들의 활성화 또는 SiC 웨이퍼들 상의 반도체 컴포넌트들에서 콘택들의 생성 (오믹 콘택 형성, OCF) 을 포함한다. 여기서, SiC 웨이퍼와 그 위에 놓여진 금속층 사이의 경계 층이 용융되어 이 영역에서 냉각 동안 금속 실리사이드가 발생한다.
레이저 어닐링과 유사한 방식으로, 레이저 리프트 오프 프로세스들의 경우, 워크피스와 레이저 빔 사이에 상대적 이동이 생성된다. 여기서, 프로세싱될 워크피스는 성장 기판, 예를 들어 사파이어 기판 상의 GaN 층 시스템에 연결되는 층 스택으로 구성된다. 층은 층 시스템과 기판 사이의 경계 층을 조사함으로써 기판으로부터 분리되며 그 후 이들 층은 (또한 코팅될 수도 있는) 추가 기판으로 이송될 수 있다.
정밀한 프로세싱을 위해, 프로세싱 평면에서 빔 단면에서의 강도 분포는 가능한 한 균일하거나 균질해야 한다. 이른바 플랫-탑 (flat-top) 빔 프로파일들이 일반적으로 추구된다.
일반적인 레이저 프로세싱 시스템은 동작 동안 원시 (아직 준비되지 않은) 레이저 빔을 생성 또는 방출하는 레이저 빔 소스, 및 그 하류에 배치된 빔 형상화 및 균질화를 위한 디바이스들을 포함한다. 이들 디바이스들은 바람직하게 레이저 빔 소스의 하류에 배치되고 원시 레이저 빔을 수신하고 확장된 레이저 빔을 생성하는 역할을 하는 빔 확장 시스템을 포함한다. 빔 확장 시스템의 하류에 배치된 균질화 시스템이 있으며 이것은 확장된 레이저 빔을 수신하고 이로부터 광 강도 분포와 관련하여 균질화되고 프로세싱 평면에서 라인-형상 빔 단면을 갖는 이 레이저 빔으로부터 생성한다.
종래 기술은 마이크로렌즈 어레이들 또는 크로싱된 실린더 렌즈 어레이들을 사용하여 레이저 빔에 대한 빔 형상화의 원리를 개시하였다. 프로세스에서 사용된 이미징 균질화 시스템들은 연속해서 배열된 2 개의 렌즈 어레이들 및 그 하류에 배치된 콘덴서 렌즈들로 구성된다. 제 1 렌즈 어레이는 입사 빔을 부분 빔들로 나누고 제 2 렌즈 어레이는, 하류 콘덴서 렌즈와 조합으로, 후속 중첩 평면 (구체적으로 콘덴서 렌즈의 초점 평면) 에서 부분 빔들의 이미지들을 중첩시키는 개별 대물 렌즈들의 배열처럼 작용한다. 균질화된 플랫-탑 빔 프로파일은 개별 부분 빔들의 중첩에 의해 발생할 수 있으며, 이는 독립적으로 고려될 때, 각각의 경우에 비균질하다.
일반적인 레이저 프로세싱 시스템들은 장축 및 단축에 대해 별도로 레이저 빔을 균질화하도록 구성된다. 이는 상호 수직인 방향들에서 상이한 빔 치수들의 생성을 용이하게 한다. 이를 위해, 균질화 시스템은 단축을 따라 균질화를 위한 제 1 균질화 배열체 및 장축을 따라 균질화를 위한 제 2 균질화 배열체를 포함한다. 균질화 배열체들의 각각은 레이저 빔을 다수의 부분 빔들로 분할하기 위한 광학 엘리먼트들 및 중첩 평면에서 부분 빔들을 중첩하기 위한 콘덴서 시스템을 포함한다. 중첩 평면은 프로세싱 평면 또는 이에 광학적으로 공액인 평면일 수 있다.
DE 10 2007 044 298 B3 은 길고 짧은 빔 단면 축을 갖는 라인형 빔 단면을 갖는 레이저 빔을 생성하기 위한 배열을 기재하고 있으며, 여기서 레이저 빔 소스로부터 나오는 레이저 빔은 장축 및 단축에 대해 별도로 균질화된다.
발명은 처음에 설명된 타입의 레이저 프로세싱 시스템을 제공하는 목적에 기초하며, 이는 장기간에 걸쳐 안정적으로 동작하고, 컴팩트한 구조를 가지며, 프로세싱을 위해 활용된 레이저 광원의 에너지를 사용할 때 고도의 효율을 제공한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 발명은 청구항 1 의 피처들을 갖는 레이저 프로세싱 시스템을 제공한다. 유리한 개발들은 종속 청구항들에서 특정된다. 모든 청구항들의 워딩은 설명의 내용에 참조로 통합된다.
청구된 발명에 따라, (단축에 대한) 제 1 균질화 배열체는 적어도 하나의 제 1 미러를 갖는 제 1 콘덴서 시스템을 포함하고, (장축에 대한) 제 2 균질화 배열체는 적어도 하나의 제 2 미러를 갖는 제 2 콘덴서 시스템을 포함하는 레이저 프로세싱 시스템이 제공된다. 따라서, 하나 이상의 반사 광학 컴포넌트들은 각각의 콘덴서 시스템에 사용된다.
발명자들은 종래 레이저 프로세싱 시스템들이 굴절 컴포넌트들로, 특히 렌즈들 및 렌즈 어레이들로 배타적으로 구성되는 경우 소정의 단점들을 가질 수도 있다는 것을 인식하였다. 실린더 렌즈 어레이들 및 실린더 렌즈들은 일반적으로 라인 빔을 생성하는데 사용된다. 하류 콘덴서 렌즈들은 부분 빔이 그의 어퍼처들에 의해 쉐도잉되도록 충분히 커야 한다. 이에 따라, 콘덴서 렌즈의 클리어 어퍼처는 보통 적어도 렌즈 어레이의 어퍼처만큼 커야 한다. 필요한 곡률 반경 및 클리어 어퍼처들을 갖는 렌즈들을 제조할 수 있도록 하기 위해, 이들은 일반적으로 상대적으로 큰 두께를 가져야 한다. 그 단점은 광학적 손실이 증가된다는 것이다. 표면에서의 원치않는 반사 및 재료 내에서의 흡수의 결과로서, 각각의 광학 엘리먼트는 수 퍼센트의 레이저 에너지 손실을 야기할 수 있다. 따라서, 전체적으로 굴절 컴포넌트들로 구성된 균질화 배열체가 사용될 때 전체 빔 경로에 걸쳐 대략 30% 이상의 광 손실이 발생할 수도 있다. 게다가, UV 방사선은 예를 들어, 컬러 센터들을 생성함으로써 동작 동안 렌즈들의 재료의 열화를 야기할 수 있다. 이는 단축된 서비스 수명을 유도할 수 있다.
발명이 사용되는 경우, 위에 언급된 단점들이 감소되거나 회피될 수 있다. 광학 유닛들의 서비스 수명들이 증가될 수 있고, 광학 손실이 감소될 수 있으며, 필요한 광학 엘리먼트들의 수가 제한될 수 있다. 감소된 광학 손실의 결과로서, 동일한 레이저 전력 및 동일한 빔 프로파일의 경우에 더 높은 에너지 밀도가 워크피스 상에 달성될 수 있다. 결과적으로, 우수한 정도의 효율이 달성될 수 있다. 대안으로, 동일한 에너지 밀도를 갖는 더 긴 빔 프로파일이 생성될 수 있다.
콘덴서 시스템은 반사광학 광학 시스템이 되도록 하나 이상의 렌즈들 및 하나 이상의 미러들의 조합의 도움으로 구성될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 제 1 콘덴서 시스템 및 제 2 콘덴서 시스템은 각각 반사광학 광학 시스템으로서 구현, 즉 순전히 미러들로부터 구성되고 렌즈를 포함하지 않도록 제 1 콘덴서 시스템 및 제 2 콘덴서 시스템에 대한 제공이 이루어진다. 이는 특히 렌즈들과 연관된 단점들을 효과적으로 회피할 수 있다. 또한, 특히 이용가능한 설치 공간의 유리한 사용이 종종 가능하다.
바람직하게, 제 1 콘덴서 시스템 및/또는 제 2 콘덴서 시스템은 정확히 2 개의 미러들을 포함한다. 특히, 오목 미러 및 볼록 미러가 조합된다. 결과로서, 잠재적으로 손실이 적은 광학적 기능 표면들 (미러 표면들) 을 갖는 특히 컴팩트한 구조를 실현하는 것이 가능하다.
하나의 개발에 따라, 레이저 빔을 다수의 부분 빔들로 분할하기 위한 광학 엘리먼트들은 축들 각각에 대해 제 1 실린더 렌즈 어레이 및 그 하류에 배치된, 제 2 실린더 렌즈 어레이를 포함하여 제 1 및 제 2 균질화 배열체가 각각 (반사광학) 이미징 균질화 시스템을 형성하도록 한다. 결과로서, 그 중에서도, 중첩 평면에서 빔 단면에 걸쳐 특히 양호환 균질성을 획득하는 것이 가능하다. 대안으로, 일부 경우들에서 축들 각각에 대해 단일 실린더 렌즈 어레이만을 포함하도록 레이저 빔을 다수의 부분 빔들로 분할하기 위한 광학 엘리먼트들에 대한 제공이 이루어질 수 있으며, 상기 실린더 렌즈 어레이는 동일 축에 대한 하류 콘덴서 시스템과 함께 비-이미징 균질화 시스템을 형성한다.
장축 및 단축을 따라 빔 단면의 길이들 사이의 상대적으로 큰 종횡비를 획득하는 것이 많은 애플리케이션들에 대해 이로울 수도 있다. 종횡비는 많은 실시형태들에서 100 이상의 영역에 있다. 예로서, 종횡비는 100 내지 1000 의 범위에 있을 수 있지만, 옵션으로 그 위 또는 그 아래에 있을 수 있다.
특히 높은 종횡비들은 일부 실시형태들에서 제 1 콘덴서 시스템이 프로세싱 평면의 상류에서 떨어진 중간 (실제) 이미지를 생성하도록 설계되는 것에 의해 그리고 프로세싱 평면 상으로 중간 이미지를 이미징하기 위한 (광학) 이미징 시스템이 중간 이미지와 프로세싱 평면 사이에 배열되는 것에 의해 용이하게 된다. 이러한 구조는 특히 높은 종횡비가 추구되는 경우, 장축 및 단축을 위한 콘덴서 시스템들이 매우 상이한 초점 길이들을 가질 수도 있는 것을 고려한다. 이들 목적은 단축을 위한 중간 이미징의 도움으로 유리한 방식으로 달성될 수 있다.
대부분의 실시형태들에서, 이미징 시스템은 제 1 축 (단축을 따라 1:1 이미징) 에서의 사이즈의 변화 없이 중간 이미지를 프로세싱 평면으로 이미징하도록 설계된다. 대안으로, 단축에서 중간 이미지를 확대 또는 축소하는 것이 또한 가능하다. 장축은 바람직하게는 이미징 시스템에 의해 영향을 받지 않는다.
이미징 시스템은 3 개 이상의 미러들의 도움으로 구성될 수 있다. 그러나, 하나의 개발에 따라, 이미징 시스템은 단지 2 개의 미러들, 구체적으로 제 1 미러 및 정확히 하나의 제 2 미러를 포함한다. 이는 컴포넌트들이 거의 없는 간단한 구조를 초래한다. 제 1 미러는 오목 미러 표면을 가질 수 있고 제 2 미러는 볼록 미러 표면을 가질 수 있다.
이미징 시스템이 대칭 구조를 갖는 경우 특히 유리할 수도 있다. 이에 의해 달성될 수 있는 것은 코마 (coma) 와 같은 만곡된 미러들의 사용으로 인해 일어날 수도 있는 통상적인 이미지 수차들이 대칭 구조를 고려하여 이미징 시스템 내에서 보상된다는 것이다. 결과적으로, 프로세싱 평면 상으로 중간 이미지의 이미징은 대체로 기하학적 이미지 수차가 없을 수 있다.
특히 유리한 설계는 제 1 미러가 제 1 미러와 제 2 미러 사이의 거리 및 제 2 미러의 초점 길이의 2 배에 대응하는 초점 길이를 갖는 경우 발생하며, 여기서 또한 이미징 시스템과 중간 이미지 사이의 거리는 제 1 미러의 초점 거리의 2 배에 대응한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 이미징 시스템은 레이저 빔이 제 1 미러의 제 1 영역으로부터 제 2 미러로 그리고 제 2 미러로부터 제 1 미러의 제 2 영역으로 반사되는 방식으로 배열되고 구성된다. 따라서, 제 1 미러는 두 번 사용된다. 제 1 및 제 2 영역은 서로 부분적으로 오버랩하거나 상호 오버랩 없이 서로 떨어져 위치될 수 있다.
하나의 개발에 따라, 적어도 하나의 평면 편향 미러는 레이저 빔 소스와 프로세싱 평면 사이의 빔 경로에, 즉 굴절력 없이 적어도 하나의 평면 미러에 배열된다. 적어도 하나의 평면 편향 미러를 사용하는 결과로서 개선된 설치 공간 사용 및 컴팩트한 구조가 가능하다. 필요한 경우, 소정의 빔 특성들은, 예를 들어 조정 범위 내에서 편향 미러의 경사를 조정함으로써 최적화될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 편향 미러는 굴절력을 갖는 마지막 광학 엘리먼트와 프로세싱 평면 사이에 광학적으로 배열된다. 결과적으로, 편향 미러는 프로세싱 평면의 바로 상류의 빔 경로에서 빔의 코스를 변경하는 마지막 광학 엘리먼트이다. 이 편향 미러는 조정 옵션 외에도 이동성이 없도록 고정적으로 어셈블리될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 이러한 편향 미러는 제어된 방식으로 이동가능하게 장착되고 회동가능하다. 그 후, 편향 미러는 스캐너 미러로서 사용될 수 있고, 따라서 이중 기능을 가정한다.
대안으로서 또는 그에 부가하여, 편향 미러가 또한 빔 경로 내의 상이한 포지션에 제공될 수 있다. 이미징 시스템에 의해 프로세싱 평면으로 이미징되는, 단축을 위한 중간 이미지를 생성하는 실시형태들에서, 편향 미러는 이 이미징 시스템의 상류에 배열될 수 있다. 특히, 편향 미러는 중간 이미지와 이미징 시스템 사이에 배열될 수 있다. 그 결과, 이미징 시스템의 배열 및 정렬에 대한 더 큰 자유도가 존재한다.
모든 실시형태들에서, 바람직하게는 교환가능한 보호 유리는 프로세싱 평면의 바로 상류에 제공될 수 있으며, 이는 보호 유리가 레이저 빔이 가능한 한 방해받지 않고 가능한 한 변하지 않게 통과하도록 허용해야 한다. 예를 들어, 평면 플레이트의 형태를 가질 수도 있는 보호 유리는, 레이저 프로세싱 동안 발생하는 파티클들 또는 증기들이 미러들 상에 성막하는 것을 방지할 수 있다. 대신, 보호 유리 상에 모든 것이 놓이며, 이는 필요할 때 간단히 교체될 수 있다.
대안으로 하나의 레이저 프로세싱 시스템을 사용하여 상이한 애플리케이션들에 대한 길이 방향 (장축) 및/또는 폭 방향 (단축) 에서 상이한 치수들로 라인 빔들을 생성하는 것이 바람직할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 상이한 치수들을 갖는 라인 빔의 생성은 다수의 부분 빔들을 생성하는 역할을 하고 제 1 균질화 배열체 및/또는 제 2 균질화 배열체에서 발견되는 광학 엘리먼트들은 구조적으로 교환가능하며, 이들 광학 엘리먼트들은 바람직하게는 전체적으로 교환가능한 어셈블리로 조합된다. 결과로서, 다른 라인 치수들 및/또는 다른 종횡비로의 변환은 이들 광학 엘리먼트들을 교환함으로써 비교적 용이하게 가능하다. 이 때문에 단축을 위한 콘덴서 시스템들 및 이미징 시스템을 교환할 필요가 없다.
바람직하게, 레이저 프로세싱 시스템은 프로세싱 평면에서 라인 빔 또는 빔 단면이 장축 및 단축 양자 모두를 따라 그의 프로파일이 빔 프로파일의 가장 큰 부분에 걸쳐 거의 일정한 에너지 밀도 및 외부 영역에서 에너지 밀도의 거의 수직 강하를 갖는 플랫 탑 형상을 갖는 방식으로 설계되며, 바람직하게, 단축을 따라 균질성 편차는 4% 이하이고 및/또는 장축을 따라 균질성 편차는 1.5% 이하이다. 이는 특히 정밀한 프로세싱 프로세스들을 허용한다.
발명의 추가 이점들 및 양태들은 발명의 바람직한 예시적 실시형태들의 다음의 설명으로부터 그리고 청구항들로부터 발생하며, 이는 하기에서 도면들에 기초하여 설명된다.
도 1 은 제 1 예시적 실시형태들에서 레이저 프로세싱 시스템 및 빔 경로의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 2 는 레이저 빔 소스로부터의 출현 직후에 원시 빔의 에너지 분포의 개략적인 도시를 나타낸다.
도 3 은 플랫-탑 프로파일에 따른 프로세싱 평면에서 레이저 빔의 에너지 분포의 개략적인 도시를 나타낸다.
도 4 내지 도 9 는 빔 경로를 따라 상이한 포지션들에서 특징적인 빔 프로파일들을 나타낸다.
도 10 은 제 2 예시적 실시형태에서 레이저 프로세싱 시스템 및 빔 경로의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 1 은 제 1 예시적 실시형태들에서 레이저 프로세싱 시스템 및 빔 경로의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 2 는 레이저 빔 소스로부터의 출현 직후에 원시 빔의 에너지 분포의 개략적인 도시를 나타낸다.
도 3 은 플랫-탑 프로파일에 따른 프로세싱 평면에서 레이저 빔의 에너지 분포의 개략적인 도시를 나타낸다.
도 4 내지 도 9 는 빔 경로를 따라 상이한 포지션들에서 특징적인 빔 프로파일들을 나타낸다.
도 10 은 제 2 예시적 실시형태에서 레이저 프로세싱 시스템 및 빔 경로의 구조를 개략적으로 나타낸다.
프로세싱 평면에서 단축 (짧은 빔 단면 축) 및 이에 수직인 장축 (긴 빔 단면 축) 을 갖는 라인-형상 빔 단면을 갖는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 프로세싱 시스템들의 예시적인 실시형태들이 하기에 설명된다. 이러한 타입의 레이저 프로세싱 시스템들은, 예를 들어 레이저 어닐링 및 레이저 리프트-오프 (lift-off) 프로세스들에서, 그러나 다른 애플리케이션들에서도 또한 사용될 수 있다. 시스템 좌표계 (KS) 와 관련하여, 장축은 x-방향에 평행하게 연장되고, 단축은 y-방향에 평행하게 연장되며, z-축은 프로세싱 평면 (105) 에 수직으로 연장된다. 프로세싱 평면은 빔 프로파일이 원하는 특성들 (특히, 종횡비 및 에너지 분포) 을 갖는 평면이다. 프로세싱될 워크피스는 대체로, 프로세싱될 워크피스 표면이 프로세싱 평면에 또는 그 바로 근방에 놓이는 방식으로 배열된다.
용어 "전방에서", "뒤에", "상류", "하류", "사이에" 등이 서로에 대한 광학 엘리먼트들의 상대적인 배열의 설명에 사용될 때, 이것은 빔 전파 방향을 따라 상대적인 배열을 의미한다. 상대적인 기하학적 배열, 즉 설치 공간에서의 배열은 이로부터 벗어날 수 있다.
도 1 은 레이저 빔 (LS) 이 레이저 빔 소스 (102) 로부터 프로세싱 평면 (105) 으로 횡단하는, 빔 경로 및 레이저 프로세싱 시스템 (100) 의 구조를 개략적으로 나타내며, 여기서 프로세싱될 워크피스 (110) 의 표면 (112) 이 배열된다.
레이저 빔은 원시, 즉 아직 준비되지 않은 레이저 빔 (또한 원시 빔으로서 지칭됨) 으로서 레이저 빔 소스 (102) 에 의해 방출되고 후속하여 망원경의 형태로 하류 빔 확장 시스템 (120) 에 의해 확장 및 시준된다. 후속하여, 확장된 레이저 빔은 이미징 균질화기에 의해 균질화되고 광학 시스템에 의해 그 표면 (112) 의 영역에서 워크피스 (110) 상에 이미징 또는 포커싱된다.
이 예에서, 레이저 빔 소스 (102) 는 308 nm 의 파장 및 대략 1000 mJ 의 펄스 에너지를 갖는 엑시머 레이저이다. 방출된 레이저 빔 (원시 빔) 은 30-40 mm 범위의 길이 및 10-15 mm 의 폭을 갖는 대략 직사각형 프로파일을 갖는다. 308 nm 대신, 파장은 또한 예를 들어, 248 nm 또는 193 nm 또는 임의의 다른 UV 파장일 수 있다.
원시 빔의 개략적인 도시가 도 2 에 나타나 있다. 원시 빔은 대략 직사각형 프로파일을 가지며, 단축을 따라 단면은 가우시안형 에너지 분포를 갖는다. 대조적으로, 장축을 따라 에너지 분포는 이미 더 큰 균질성을 나타낸다.
초기에, 원시 빔은 망원경에 의해 확장된다. 빔 확장 시스템 (120) 또는 망원경 (120) 은 2 개의 평면볼록 실린더 렌즈들 (120-1, 120-2) 로 구성되며, 그 간격은 2 개의 초점 거리들 (케플러 망원경) 의 합에 대응한다. 실린더 렌즈들은 레이저 빔이 장축 (x-방향에 평행) 을 따라 확장되는 한편 짧은 빔축을 따라 그에 수직인 확장이 없는 방식으로 배향된다. 확장은 하류 균질화 어레이를 잘 조명하기 위해 구현된다 - 레이저 빔은 양호한 빔 균질화를 위해 가능한 많은 균질화 어레이의 마이크로렌즈들을 커버해야 한다. 이러한 애플리케이션 예에서, 레이저 빔의 폭은 제 1 망원경 렌즈 (130-1) 의 전방에서 대략 50 mm 로부터 망원경 뒤 영역에서 대략 90 mm 로 증가된다.
대안으로, 빔 확장 시스템은 또한, 예를 들어 평면볼록 (planoconvex) 및 평면오목 (planoconcave) 측면을 갖는 갈릴리 망원경 (Galilean telescope) 을 가질 수 있다. 이는 예를 들어, 설치 공간의 우수한 활용을 위해 유리할 수 있다.
실제 빔 형상화는 확장된 레이저 빔을 수신하고 광 강도 분포와 관련하여 균질화되고 프로세싱 평면 (105) 에서 라인-형상 빔 단면을 갖는 레이저 빔을 생성하는 역할을 하는 후속 균질화 시스템에 의해 구현된다. 균질화 시스템은 빔 확장 시스템에 후속하여, 실린더 렌즈 어레이들 및 콘덴서 시스템들의 배열을 포함하고, 이는 축들 각각에 대해 별도의 이미징 균질화기 또는 별도의 균질화 배열체를 형성한다. 이 경우, 2 개의 축들 (단축 및 장축) 에 대한 균질화는 별도로 또는 서로 독립적으로, 각각의 경우 하류 콘덴서/포커싱 광학 유닛 및 렌즈 어레이들의 전용 배열로 구현된다.
이는 또한 균질화 시스템이 단축을 따라 균질화하기 위한 제 1 균질화 배열체 및 장축을 따라 균질화하기 위한 제 2 균질화 배열체를 갖는 것에 의해 또는 균질화 시스템이 장축 및 단축에 대한 레이저 빔을 별도로 균질화하도록 구성되는 것에 의해 설명될 수 있다. 2 개의 균질화 배열체들의 각각은 레이저 빔을 다수의 부분 빔들로 분할하기 위한 광학 엘리먼트들 (일반적으로 참조 부호 140x 로 표기된) 및 중첩 평면에서 부분 빔들을 중첩하기 위한 콘덴서 시스템 (일반적으로 참조 부호 150x 로 표기된) 을 포함한다. 별도의 시스템들이 양자의 축들을 위해 사용되는 경우 상대적으로 높은 종횡비들이 비교적 간단한 광학 구조로도 획득될 수 있다.
중첩은 각각의 경우 개개의 콘덴서 시스템의 초점 평면에서 구현된다. 이 초점 평면은 장축에 대해서만 프로세싱 평면에 대응한다. 단축에 대해, (이미징 시스템 (160-1) 의 도움으로) 이미징의 인스턴스가 콘덴서 시스템의 초점 평면의 하류에 배치되고 초점 평면을 프로세싱 평면 상으로 이미징한다.
예시적인 실시형태의 구조 및 기능이 또한 하기에 기술되는 바와 같이 설명될 수 있다.
빔 확장 시스템 (120) 의 망원경에 후속하여, 2 개의 실린더 렌즈 어레이들 (140-1A, 140-1B) 이 먼저 빔 경로 내로 배치되고 이들은 단축에 대한 다수의 부분 빔들로 레이저 빔을 분할하기 위한 광학 엘리먼트들 (140-1) 역할을 한다. 이들 실린더 렌즈 어레이들은 개별적으로 제조되고 함께 스트링되는 실린더 렌즈들로 구성되거나 그렇지 않으면 예를 들어, 기계적으로 및/또는 에칭 프로세스에 의해 프로세싱되었을 수도 있는 단일 기판으로부터 제조될 수 있다. 이러한 애플리케이션 예에서, 실린더 렌즈들의 구면 프로파일로 사용이 이루어진다. 레이저의 원시 빔이 수평으로 (또는 xy-평면에서) 배향되기 때문에, 즉 긴 빔축이 수평이기 때문에, 이들 어레이들의 실린더 렌즈들도 또한 그의 실린더 축들과 수평으로 배향되어 개별 렌즈들의 더 긴 측면들이 빔 프로파일의 긴 측면에 평행하게 연장하도록 한다. 출력 빔 (프로세싱 평면 상에 입사) 의 양호한 균질성을 달성하기 위해, 최대 가능한 수의 실린더 렌즈들이 입사 레이저 빔에 의해 조명되어야 한다. 이 경우 개별 실린더 렌즈의 폭은 대략 1.3 mm 인 한편 짧은 빔 축을 따라 빔 치수는 빔 경로의 이 지점에서 대략 24 mm 이다. 양자의 어레이들 모두 240 mm 의 곡률 반경을 갖는 평면볼록 실린더 렌즈들로 구성된다.
실린더 렌즈 어레이들 (140-1A, 140-1B) 및 하기에 기재된, 연관된 반사 제 1 콘덴서 시스템 (150-1) 은, 콘덴서 시스템 (150-1) 하류의 대략 400 mm 의 거리에서, 단축을 따라 균질화된 중간 이미지 (ZB) 를 생성한다.
빔 경로에서 단축에 대한 실린더 렌즈 어레이들 (140-1A, 140-1B) 에 후속하여, 레이저 빔을 장축에 대한 다수의 부분 빔들로 분할하기 위한 광학 엘리먼트들 (140-2) 로서 작용하는, 2 개의 실린더 렌즈 어레이들 (140-2A, 140-2B) 이 있다. 여기서, 이들 실린더 렌즈들은 단축에 대한 실린더 렌즈들 (140-1A, 140-1B) 에 수직으로 배향되고 대략 1.3 - 1.5 mm 의 폭을 갖는다. 실린더 렌즈들에 의한 이미징 수차를 감소시키고 균질성을 개선하기 위해, 장축을 따라 부분적으로, 어레이의 렌즈들 (140-2B) 은 -4 내지 0 범위의 코닉 상수 (conic constant) 를 갖는 비구면 프로파일을 갖는다. 구면 프로파일들은 다른 변형들에서 제공된다.
(장축을 따라) 라인 빔의 원하는 길이에 의존하여, 곡률 반경의 상이한 조합들이 여기서 고려될 수 있다. 예로써, 제 1 및 제 2 실린더 렌즈 어레이의 렌즈들의 곡률 반경은 각각, 대략 70-110 mm 의 길이를 갖는 라인 빔에 대해, 각각 대략 300-370 mm, 또는 12 mm 및 20 mm 의 길이를 갖는 빔을 생성하기 위해, 각각 20 mm 및 5 mm 일 수 있다. 다른 곡률 반경들 또는 조합들 및 다른 라인 빔 길이들이 또한 가능하다.
여기서, 장축에 대한 제 1 실린더 렌즈 어레이 (140-2A) 는 단축에 대한 제 2 실린더 렌즈 어레이 (140-1B) 바로 하류에 배치된다.
실린더 렌즈 어레이의 결과로서, 레이저 빔은 축들 각각에 대해 별도로 많은 수의 부분 빔들로 분할된다.
이들 부분 빔들을 다시 중첩시키는 콘덴서 시스템들은, 이 애플리케이션 예에서 각각의 경우에 2 개의 실린더 미러들로 이루어지며, 즉 이들은 반사광학 광학 시스템들이다. 빔 전파 방향을 따라 개개의 콘덴서 시스템들의 초점 평면 주위의 수 100 ㎛ 까지의 영역에서, 빔 프로파일은, 대응 축을 따라 고려될 때, 플랫-탑 특징, 즉 빔 프로파일의 대부분 및 외부 영역의 급격한 에지들에 걸쳐 사실상 일정한 에너지 밀도를 갖는 빔 단면을 나타낸다. 그 후, 부분 빔들은 초점으로부터 더 먼 거리에서 다시 발산한다. 도 3 은 플랫-탑 프로파일에서 강도 분포를 개략적으로 나타낸다.
이 경우, 플랫-탑 프로파일의 사이즈는 콘덴서 광학 유닛 또는 콘덴서 시스템의 초점 거리 (fc), 렌즈 어레이들의 초점 거리 (f1 및 f2), 어레이들과 피치 (p) 사이의 거리 (d), 즉 어레이들의 개별 렌즈들의 폭에 의존한다:
예시적인 실시형태의 특이성은 종래 기술에서와 같이 렌즈들로 이루어진 굴절 콘덴서 시스템들을 사용하는 대신 콘덴서 시스템들로서 여기에서 사용되는 만곡 미러들을 갖는 배열들로 구성된다. (단축에 대한) 제 1 균질화 배열체는 제 1 미러들 (150-1A 및 150-1B) 을 갖는 제 1 콘덴서 시스템 (150-1) 을 포함하고, (장축에 대한) 제 2 균질화 배열체는 제 2 미러들 (150-2A 및 150-2B) 를 갖는 제 2 콘덴서 시스템 (150-2) 을 포함한다.
이 측정은 렌즈들의 경우에서와 같이, 진입 및 진출 면들 양자 모두에서 발생하는 손실들 및 렌즈들의 재료에서의 흡수로 인해 발생하는 손실 대신, 미러 기판들의 고 반사 코팅들 (HR 코팅들) 에서만 손실들이 발생하기 때문에, 시스템의 더 큰 전체 투과율을 약속한다. 또한, 투과 엘리먼트들의 기판 재료에 대한 요구는 미러 기판들에 대한 요구보다 높다. 이는 투과 엘리먼트들과 비교하여 반사 광학 유닛들에 대해 더 낮은 비용을 초래한다. 광학 유닛들의 재료에서의 흡수를 회피함으로써, 상기 광학 유닛의 서비스 수명이 또한 증가한다. 전체적으로, 이는 프로세싱된 워크피스 당 비용에서 상당한 감소를 산출한다.
워크피스 상의 장축 및 단축을 따라 원하는 빔 치수들 (예를 들어, 100 내지 1000 범위의 종횡비) 에서 수요가 많은 큰 차이를 고려하여, 2 개의 축들 각각에 대해 상이한 초점 길이를 갖는 전용 콘덴서 광학 유닛 또는 전용 콘덴서 시스템을 사용하는 것이 유리한 것으로 고려된다. 설명된 예에서, 제 1 콘덴서 시스템 (150-1)(즉, 단축에 대한 콘덴서 광학 유닛) 의 초점 길이는 대략 150 mm 인 한편, (장축에 대한) 제 2 콘덴서 시스템 (150-2) 은 2430 mm 이다.
단축 및 장축 양자 모두에 대해, 연관된 콘덴서 시스템은 각각의 경우, 2 개의 실린더 만곡 미러들, 구체적으로 오목 미러 및 볼록 미러로 구성된다. 이전의 렌즈 어레이들의 경우에서와 같이, 장축에 대한 콘덴서 미러들의 곡률 방향들은 단축에 대한 콘덴서 미러들의 곡률 방향들에 수직으로 배향된다. 미러들의 개개의 곡률 중심을 기술하는 축은 단축의 콘덴서 미러들에 대해 수평으로 (x-방향에 평행하게) 그리고 장축의 콘덴서 미러들에 대해 수직으로 배향된다.
긴 빔축에 대한 콘덴서 광학 유닛, 즉 제 2 콘덴서 시스템 (150-2) 은, 광학 엘리먼트들 (140-1, 140-2) 의 실린더 어레이들 (140x) 하류의 빔 경로에 배열되는, 오목 미러 (150-2A) 및 볼록 미러 (150-2B) 로 구성된다. 후속하여 레이저 빔은 볼록 미러 (150-1A) 및 오목 미러 (150-1B) 를 타격하며, 이는 함께 짧은 빔축에 대한 콘덴서 광학 유닛 또는 제 1 콘덴서 시스템(150-1) 을 형성한다.
콘덴서 시스템의 초점 거리에서의 큰 차이의 결과로서, 2 개의 균질화 배열체들에 의해 생성된 균질 영역들은 빔 경로의 명백하게 상이한 위치들에서 발생한다 - (단축에 대한) 제 1 균질화 배열체는 제 2 콘덴서 미러 (150-1B) 하류의 작은 거리에서 중간 이미지 (ZB) 를 이미 생성하는 한편 장축에 대한 균질화 배열체는 상당히 큰 거리에서, 구체적으로 프로세싱 평면 (105) 에서 균질 영역을 생성한다. 설명된 예에서, 단축과 장축의 초점 평면들 사이의 거리는 대략 1440 mm 이다.
2 개의 균질 영역들이 워크피스 평면에서 또는 프로세싱 평면 (105) 에서 중첩되어야 하기 때문에, 단축의 중간 이미지 (ZB) 는 이미징 시스템 (160-1) 에 의해 프로세싱 평면으로 이미징된다. 여기서, 장축의 콘덴서 광학 유닛의 초점 거리는 2 개의 빔축들에 대한 콘덴서 광학 유닛들의 2 개의 주요 평면들 사이의 거리의 합이 이미징 시스템 (160-1) 의 투과 길이 및 짧은 빔 축에 대한 콘덴서 광학 유닛의 초점 길이 (오브젝트 및 이미지 거리의 합) 에 대응하는 방식으로 선정된다.
단축에 대한 이미징 광학 유닛 또는 이미징 시스템 (160-1) 은 2 개의 미러들 (160-1A 및 160-1B) 로 구성되며, 즉 정확히 2 개의 미러들을 포함한다. 배열은 레이저 빔이 제 1 미러 (160-1A) 에서 두 번 반사되도록 한다. 이 제 1 미러는 비교적 큰 실린더 오목 미러이며, 이는 빔이 제 1 미러 (160-1A) 상에서 다시 역 반사되는 곳으로부터, 제 2 의, 더 작은 볼록 미러 (160-1B) 에서 레이저 빔을 조향한다. 예시적인 경우에서, 제 1 미러 (160-1A) 의 오목 미러 표면의 상이한 비-오버랩 영역들이 프로세스에서 사용된다. 레이저 빔이 제 1 미러 (160-1A) 를 두 번 타격하기 때문에, 이미징 시스템 (160-1) 의 미러 배열은 3-렌즈 투과 대물렌즈의 등가물로 간주될 수 있다. 단축에 대한 이미징 시스템 (160-1) 의 이미징 스케일은 1:1 이고, 즉 단축에 대한 중간 이미지 (ZB) 는 크기의 변화없이 (프로세싱 평면 (105) 으로) 워크피스로 이송된다. 장축에 대한 빔 경로는 이미징 시스템 (160-1) 에 의해 변경되지 않는다. 제 1 미러 (160-1A) 의 초점 길이는 제 1 미러 (160-1B) 의 초점 길이의 두배 및 2 개의 미러들 사이의 거리에 대응한다. 대물렌즈 또는 이미징 시스템과 중간 이미지 (ZB) 사이의 거리는 제 1 미러 (160-1A) 의 초점 거리의 2 배에 대응한다. 대칭 구조의 결과로서, 제 1 미러 (160-1A) 에서의 제 1 반사, 특히 코마 수차로 인해 발생하는 많은 이미지 수차들은 제 2 미러 (160-1B) 상의 입사 및 제 1 미러 (160-1A) 에서의 제 2 반사에 의해 보상된다.
이미징 시스템 (160-1) 으로부터, 레이저 빔은 평면 편향 미러 (170) 를 통해 워크피스 상으로 조향된다. 콘덴서 시스템들의 미러들의 적절한 배열의 경우, 빔은 또한 편향 미러의 사용없이 워크피스를 직접 타격할 수 있다. 편향 미러 (17) 는 고정으로 어셈블리된다. 편향 미러는 또한 (옵션의, 도시되지 않은) F-세타 렌즈와 함께, 예를 들어 폴리곤 미러 또는 검류계 스캐너의 미러에 의해, 워크피스 상부에서 레이저 빔을 이동시키는 이동가능한 편향 미러에 의해 대체될 수 있다.
도 4 내지 도 9 에 빔 프로파일들 (SP1 내지 SP6) 을 사용하여, 빔 전파를 따라 연속적인 포지션들 (도 1 에서 SP1 내지 SP6 로 표기됨) 에서 빔 단면에서의 강도 분포에 대한 개별 컴포넌트들의 광학 효과가 나타나 있다. 빔 프로파일 (SP1) 은 망원경의 하류, 즉 빔 확장 시스템 (120) 후 빔 프로파일을 나타낸다. 확장된 빔 (SP1) 은 단축 (빔 프로파일 (SP2)) 에 대한 어레이들 (140-1A, 140-1B) 에 의해 평행한 라인들로 분할되고, 후속하여 라인들은 그에 수직인 장축 (빔 프로파일(SP3)) 에 대한 어레이들 (140-2A, 140-2B) 에 의해 직사각형 부분 빔들로 분할된다. 부분 빔들은 집광 시스템들 (150-1, 150-2) 및 이미징 광학 유닛 (160) 의 결과로서 상대적으로 긴 경로에 걸쳐 다시 중첩된다. 빔 프로파일 (SP4) 은 장축에 대한 콘덴서 시스템 (150-2) 의 하류에 존재하고 빔 프로파일 (SP5) 은 이미징 광학 유닛 (160) 의 하류에 존재한다. 마지막 빔 프로파일 (SP6) 은 프로세싱 평면 (105) 에서 또는 워크피스 표면 상에서 라인 빔의 섹션을 나타낸다.
다른 배열들이 가능하다. 도 10 에서의 레이저 프로세싱 시스템 (1000) 의 예시적인 실시형태에서, 도 1 의 시스템 (100) 에서와 동일하거나 유사한 컴포넌트들은 동일한 참조 부호들로 표기되었다. 나타낸 바와 같이, 편향 미러 (170) 는 또한 대물렌즈 (160) 의 상류, 즉 이미징 시스템 (160) 의 상류에 배열될 수 있다. 예로써, 빔 편향은 이미징 시스템 (160) 의 수직 또는 사실상 수직 배열을 용이하게 할 수 있고, 그 결과 이용가능한 설치 공간의 우수한 활용이 소정 환경들에서 달성될 수도 있다. 이 경우, 대물렌즈 (160) 로부터 나오는 레이저 빔은 추가 편향없이 워크피스를 직접 타격한다. 제 2 편향 미러는 부가적으로 대물렌즈와 워크피스 사이에 제공될 수 있다.
레이저 빔과 워크피스 사이의 상대적 이동을 생성하기 위해, 워크피스 (110) 는 이 경우 입사 빔의 평면에 대한 각도로 평면 (xy-평면) 에서 선형으로 이동된다. 사선 입사는 워크피스 표면으로부터의 후방 반사들이 레이저 프로세싱 시스템의 빔 경로에 도달할 수 없는 것을 보장한다. 이상적으로, 생성된 라인 빔은 워크피스가 하나의 축을 따라서만 이동될 필요가 있도록 프로세싱될 워크피스의 전체 폭 또는 프로세싱될 워크피스의 영역을 커버한다.
워크피스 상의 원하는 라인 빔은 단축 및 장축에 대해 기술된 광학 시스템들 때문에 발생한다. 여기에 나타낸 예들을 포함한, 일부 예시적인 실시형태들에서, 상기 라인 빔은 300-370 mm 의 길이 및 330 ㎛ 의 폭을 갖는다. 그러나, 다른 치수들, 예를 들어 70-110 mm 길이를 갖는 라인 빔의 생성은 콘덴서 시스템들 (150x) 및 이미징 시스템 (160-1) 을 동시에 재사용하면서, 실린더 렌즈 어레이들 (140-1x, 140-2x) 을 교환하는 것에 의해 가능하다.
예시적인 실시형태들에서, 라인 빔은 그 프로파일이 긴 빔축 및 짧은 빔축 양자 모두를 따라 플랫-탑 형상 (빔 프로파일 대부분에 걸쳐 사실상 일정한 에너지 밀도, 외부 영역들에서의 에너지 밀도에서 사실상 수직 강하) 를 갖도록 특징화되며, 균질성 편차는 단축을 따라 < 4% 또는 심지어 장축을 따라 < 1.5% 이다. 워크피스 상의 빔 프로파일은 도 3 에 개략적으로 나타나 있다 (그러나, 라인 빔의 종횡비가 도면에서의 스케일에 대해서 사실이 아니다).
도시된 예시적인 실시형태들 각각에 하나의 빔 확장 시스템이 제공된다. 빔 확장의 목적은 최상의 가능한 정도로 제 1 균질화기 어레이를 채우는 빔을 생성하는 것이다. 가능한 많은 마이크로렌즈들은 입사 빔에 의해 "타격" 되어야 하는데, 이는 더 많은 마이크로렌즈들이 입사 빔에 의해 커버됨에 따라 출력 빔의 균질성이 우수해지기 때문이다. 일반적으로, 빔 확장없이 균질성이 더 열악하다. 원칙적으로, 균질화기는 또한 상류 빔 확장없이 사용될 수 있다. 결과적으로, 균질성에 대한 요구가 너무 크지 않다면, 분할되는 빔의 상류에서 빔 확장으로 분배하는 것, 즉 레이저 빔 소스의 하류에 배치되고 원시 레이저 빔을 수신하고 확장된 레이저 빔을 생성하는 역할을 하는 빔 확장 시스템으로 분배하는 것이 가능할 수 있다.
이미징 균질화 시스템들은 도시된 예시적인 실시형태들의 각각에 제공된다. 이미징 균질화 시스템 또는 이미징 균질화기는 2 개의 렌즈 어레이들 및 하류 콘덴서 시스템을 포함한다. 이미징 균질화기의 경우에, 제 2 렌즈 어레이의 렌즈들은 제 1 렌즈 어레이의 대응하는 렌즈 어퍼처들을 이미징하고 이들 개별 이미지들은 그 후 그 초점 평면에서 콘덴서 시스템에 의해 중첩된다. 대안으로, 비-이미징 균질화기 (또는 비-이미징 균질화 시스템) 가 또한 일부 경우들에 제공될 수 있다. 비-이미징 균질화기는 단지 하나의 렌즈 어레이 및 하류 콘덴서 시스템으로 구성된다. 일반적으로, 비-이미징 균질화기는 가능한 큰 영역들의 조명에 특히 적합한 한편 이미징 균질화기들은 우수한 균질성을 달성할 수 있다. 라인 사이즈는 예를 들어, 렌즈 어레이들의 거리를 변화시킴으로써 이미징 균질화 시스템들의 경우에 더욱 용이하게 변화될 수 있다. 이는 또한 제조 허용오차들을 보상하는데 사용될 수 있다.
Claims (14)
- 프로세싱 평면 (105) 에서 단축 및 상기 단축에 수직인 장축을 갖는 라인-형상 빔 단면을 갖는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 프로세싱 시스템 (100, 1000) 으로서,
원시 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 빔 소스 (102);
상기 레이저 빔 소스 (102) 의 하류에 배치되고, 상기 원시 레이저 빔을 수신하고 확장된 레이저 빔을 생성하는 역할을 하는 빔 확장 시스템 (120);
상기 빔 확장 시스템의 하류에 배치되고, 상기 확장된 레이저 빔을 수신하고 광 강도 분포와 관련하여 균질화되고 상기 프로세싱 평면 (105) 에서 라인-형상 빔 단면을 갖는 레이저 빔을 생성하는 역할을 하는 균질화 시스템을 포함하고,
상기 균질화 시스템은 상기 단축을 따라 균질화하기 위한 제 1 균질화 배열체 및 상기 장축을 따라 균질화하기 위한 제 2 균질화 배열체를 포함하고, 상기 균질화 배열체들의 각각은 상기 레이저 빔을 다수의 부분 빔들로 분할하기 위한 광학 엘리먼트들 (140-1, 140-2) 및 그 하류에 배열된, 중첩 평면에서 상기 부분 빔들을 중첩하기 위한 콘덴서 시스템 (150-1, 150-2) 을 포함하며,
상기 제 1 균질화 배열체가 적어도 하나의 제 1 미러 (150-1A, 150-1B) 를 갖는 제 1 콘덴서 시스템 (150-1) 을 포함하고 상기 제 2 균질화 배열체는 적어도 하나의 제 2 미러 (150-2A, 150-2B) 를 갖는 제 2 콘덴서 시스템 (150-2) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 콘덴서 시스템 (150-1) 및 상기 제 2 콘덴서 시스템 (150-2) 은 반사광학 광학 시스템들로서 구현되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 콘덴서 시스템 (150-1) 및/또는 상기 제 2 콘덴서 시스템 (150-2) 은 정확히 2 개의 미러들 (150-1A, 150-1B, 150-2A, 150-2B) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔을 다수의 부분 빔들로 분할하기 위한 상기 광학 엘리먼트들 (140-1, 140-2) 은 상기 축들 각각에 대해 제 1 실린더 렌즈 어레이 (140-1A, 150-1A) 및 그 하류에 배치된, 제 2 실린더 렌즈 어레이 (140-1B, 150-1B) 를 포함하여 상기 제 1 및 제 2 균질화 배열체가 각각 이미징 균질화 시스템을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장축 및 상기 단축을 따라 상기 빔 단면의 길이들 사이의 종횡비는 100 이상의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 콘덴서 시스템 (150-1) 은 상기 프로세싱 평면 (105) 의 상류에서 원방에 실제 중간 이미지 (ZB) 를 생성하도록 설계되고, 상기 중간 이미지 (ZB) 를 상기 프로세싱 평면 상으로 이미징하기 위한 이미징 시스템 (160-1) 이 상기 중간 이미지와 상기 프로세싱 평면 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 이미징 시스템 (160-1) 은 다음의 피처들 중 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템:
(i) 상기 이미징 시스템 (160-1) 이 상기 단축의 사이즈를 변경하지 않으면서 상기 프로세싱 평면 (105) 에 상기 중간 이미지 (ZB) 를 이미징하도록 설계되는 것;
(ⅱ) 상기 이미징 시스템 (160-1) 이 제 1 미러 (160-1A) 및 정확히 하나의 제 2 미러 (160-1B) 를 포함하는 것;
(iii) 상기 이미징 시스템 (160-1) 이 대칭 구조를 갖는 것. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 평면 편향 미러 (170) 가 상기 레이저 빔 소스 (102) 와 상기 프로세싱 평면 (105) 사이의 빔 경로에 배열되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 편향 미러 (170) 는 굴절력을 갖는 마지막 광학 엘리먼트와 상기 프로세싱 평면 (105) 사이에 광학적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 편향 미러 (170) 는 제어된 방식으로 이동가능하게 장착되고 회동가능한 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 6 항에 있어서,
평면 편향 미러가 상기 이미징 시스템 (160-1) 의 상류에 배열되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다수의 부분 빔들을 생성하는 역할을 하고 상기 제 1 균질화 배열체 및/또는 상기 제 2 균질화 배열체에서 발견되는 상기 광학 엘리먼트들 (140-1, 140-2) 은 구조적으로 교환가능한 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 프로세싱 시스템 (100, 1000) 은 상기 프로세싱 평면 (105) 에서의 상기 빔 단면이 상기 장축을 따라 그리고 상기 단축을 따라 플랫-탑 형태를 갖는 방식으로 설계되고, 상기 단축을 따라 균질성 편차가 4 % 이하이고, 그리고 상기 장축을 따라 균질성 편차가 1.5 % 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 프로세싱 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 (ii) 에서, 상기 이미징 시스템은 상기 레이저 빔 (LS) 이 상기 제 1 미러 (160-1A) 의 제 1 영역으로부터 상기 제 2 미러 (160-1B) 로 그리고 상기 제 2 미러로부터 상기 제 1 미러 (160-1A) 의 제 2 영역으로 반사되는 방식으로 배열 및 구성되는 것인 레이저 프로세싱 시스템.
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| GRNT | Written decision to grant |