JP2008524662A - 線ビームを生成するための光学照射系 - Google Patents

Abstract

本発明は光のビームから面上に強度分布を生成するための光学系に関する。本発明によると、この光学系は入射ビームを、いくつかが面上の第１の方向で少なくとも部分的に重なり合う複数のビームに分割するための少なくとも第１の光学素子、および複数のビームのうちの少なくとも１つを面上の第２の方向に移動させるための少なくとも第２の光学素子を含む。

Description

本発明は、ある強度分布を有する入力光ビームから、標的の領域内で目標強度分布を生成するための光学系に関する。

本発明はさらに材料処理装置、特にレーザ・アニール装置に関する。

本発明は、例えば、大型基板のアニール処理、基板の光（例えばレーザ）誘起結晶化の分野、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）（例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ディスプレイ）または発光ディスプレイ（無機または有機の発光ダイオード（ＬＥＤ、ＯＬＥＤ））などのフラットパネル・ディスプレイの分野、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）製造工程で有用である。さらに、本発明は薄膜光起電力デバイスの製造にも使用できる。

特に、本発明は非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）の膜を結晶化させて多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を形成するのに有用である。そのような多結晶シリコン薄膜は上述のようなマイクロエレクトロニクスやディスプレイ技術において広く使用されている。ｐ−Ｓｉはａ−Ｓｉに比べて高い電荷キャリヤ移動度を有し、これはディスプレイ基板上でのより高速のスイッチングの加工またはより高品質の駆動電子技術の集積化に有用である。さらに、ｐ−Ｓｉは可視領域の光についてより低い吸収係数を有し、バックライトを透過させるＬＣＤ用途のための背面電極としてｐ−Ｓｉを使用することができる。最後に、ｐ−Ｓｉの欠陥密度はａ−Ｓｉに比べて低く、これは高効率太陽電池の製造にとって必須条件である。

ａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉへの変換は約１０００℃での熱処理が必要である。そのような手法は石英などの耐熱性基板上のａ−Ｓｉに対してのみ使用可能である。そのような材料はディスプレイ目的の通常のフロートガラスに比べると高価である。ａ−Ｓｉの光誘起結晶化は、結晶化時の熱負荷による基板の破壊を伴うことなくａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉを形成すること可能である。非晶質シリコンはガラス、石英、または合成繊維などの基材上にスパッタリングまたは化学蒸着（ＣＶＤ）などの低コストの処理によって蒸着される。結晶化の手法はエキシマレーザ結晶化（ＥＬＣ）、逐次的ラテラル凝固（ＳＬＳ：sequential lateral solidification）または細ビーム結晶化手法（ＴＤＸ:thin beam crystallization）としてよく知られている。これらの多様な加工手法の総覧は、例えば、「ＬＣＤ Ｐａｎｅｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｍｏｖｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｘｔ Ｌｅｖｅｌ−Ｔｈｉｎ−Ｂｅａｍ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ‘Ｘｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ（ＴＤＸ）Ｉｍｐｒｏｖｅｓ Ｙｉｅｌｄ，Ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｆｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ ＬＣＤｓ」という表題のＴＣＺ ＧｍｂＨ Ｃｏｍｐａｎｙの冊子内でＳＩＤ ００ Ｄｉｇｅｓｔ，１−３内のＤ．Ｓ．Ｋｎｏｗｌｅｓらの「Ｔｈｉｎ Ｂｅａｍ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ：Ａ Ｎｅｗ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ Ｔｏｏｌ ｗｉｔｈ Ｌｏｗｅｒ Ｃｏｓｔ ａｎｄ Ｈｉｇｈｅｒ Ｙｉｅｌｄ ｆｏｒ ＬＴＰＳ Ｐａｎｅｌｓ」；ＳＩＤ ０５ Ｄｉｇｅｓｔ，１−３内のＪｉ−Ｙｏｎｇ Ｐａｒｋらの「Ｐ−６０：Ｔｈｉｎ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ＳＯＰ ａｎｄ ＯＬＥＤ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」によって与えられる。

０．５ｍｍ×３００ｍｍの通常のサイズで均質な強度分布を備えた線ビームが、例えばエキシマレーザ（ＥＬＣ）を使用した、大型基板上のシリコンのアニール処理に適用される。現状技術の光学系は、所望の強度分布を生成するために交差円柱レンズ・アレイを含む屈折型光学照射系を使用する。これらのアレイの機能が例えば米国特許出願公開第２００３／０２０２２５１号明細書に述べられている。そのアレイは、適切な形状のサブアパーチャを使用して入力ビームを複数のビームに分割する均一化手法のグループのより一般的例である。視野平面におけるこれら複数のビームの重なりは強度変化を平均化し、ビームを均質にする。

通常では、２つの直交方向が円柱光学素子を使用して別々に均質化される。各々の方向に関する主要な素子は或る一定の均質な角度の広がりを生成する円柱レンズ・アレイである。これは、方向の各々について円柱レンズ・アレイのうちの１つが或る一定の均質な角度の広がりを生成することに光学的に関係していることを意味する。図１は交差円柱レンズ・アレイを含む現状技術の均質化用光学系１の直交方向のうちの１つに沿った断面図を示す。便宜上の理由で、図１は（このケースではｎ＝３の小型レンズ２ａ、２ｂ、２ｃを含む）円柱レンズ・アレイ２のみを示しており、これが矢印３で描かれて示される方向（第１の軸方向）で入力ビーム４から或る一定の均質な角度の広がり（発散）を生成する。均質な照射８を生じさせるために、各々のアレイ２からの角度の範囲５が後に続く集光レンズの焦点面６に写像される。

視野サイズｓ_fは以下の式に従って第１のレンズ・アレイ２のスペースｄとレンズ２、７の焦点距離ｆ_array、ｆ_condensorによって決定される。
ｓ_f＝ｄ×ｆ_condensor／ｆ_array （１）

ビームの他方の軸は同じ技法を使用して均質化されるが、他方の焦点距離および／またはアレイのスペースは所望の視野サイズを得ることを要求される。

１つのアレイ２を備えたこの設定は視野９の縁部を不鮮明にする入射ビーム４の発散（非コヒーレンス）に敏感であり、これを克服するために同じ焦点距離ｆ_arrayを備えた第２のアレイ１０（ここではｎ＝３の小型レンズ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が凸面体の視野アレイ２の焦点面１１に置かれる（例えばＦｒｅｄ Ｍ．ＤｉｃｋｅｙとＳｃｏｔｔ Ｃ．Ｈｏｌｓｗａｄｅの「Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｈａｐｉｎｇ」，Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ Ｉｎｃ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ／Ｂａｓｅｌ ２０００から知られている）。これは図２に示される古典的な円柱フライアイ型のホモジナイザ１２を生じさせる。

現状技術のシステムでは、（システムの所定の開口数に対して）線ビームの幅は通常では回折限界ビームの幅の数百倍である。しかしながら、いくつかの用途に関しては、均質な強度分布を備えた極めて細く（＜０．０５ｍｍ）かつ長い（＞３００ｍｍ）線集束を有することが望ましい。このケースでは、ビームの幅は回折限界のビーム・サイズの小さい倍数に近い。ガウス入力ビーム（これは一方向に沿ったエキシマレーザのプロファイルに関して優れた近似である）については、（１／ｅ²の強度レベルで測定した）回折限界のビーム・サイズは
ｗ_min＝２λ／πＮＡ （２）
であり、ここでλはレーザの波長、ＮＡは（１／ｅ²の強度レベルの入力ビームで測定した）システムの開口数である。レーザによる材料処理から得られる通常の値は、約１．３μｍの回折限界ビーム・サイズｗ_minを与えるＮＡ＝０．１５、λ＝３０８ｎｍである。

この回折限界に近い小さいビーム幅は円柱レンズ・アレイを使用する現状技術の均質化で実現されることは不可能である。レンズ・アレイはビームをｎ倍小さい幅を備えたｎ本のビームに分割する。これは事実上、各々のビームについて利用可能な開口数ＮＡ_lensletをシステムの開口数ＮＡの１／ｎに下げる。
ＮＡ_lenslet＝ＮＡ／ｎ （３）

達成される最小視野サイズは、個々の小型レンズのこのＮＡ_lensletによって制限される。回折効果が、小さいビーム・サイズに対して結果として得られるビームを支配することはよく知られている。例えばｎ＝１０と上述のようなパラメータに対して、最良の均質性の強度分布１は、フーリエ光学計算に基づく図３に示された強度分布に似た１０μｍの視野を生成することを試みるとき、図２に示されるような２ステージ・ホモジナイザ１２に期待することが可能である。このどちらかといえば不均質な強度分布はｙ方向の部分的ビーム・プロファイルの少なくとも殆どインコヒーレントの重なりから結果として生じる。

実際では、複数の異なる小型レンズから由来するビーム間の干渉に起因する斑点によって結果はさらに歪められる（やはりＦｒｅｄ Ｍ．ＤｉｃｋｅｙとＳｃｏｔｔ Ｃ．Ｈｏｌｓｗａｄｅの「Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｈａｐｉｎｇ」、Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ Ｉｎｃ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ／Ｂａｓｅｌ ２０００から知られている）。また、２ステージ・ホモジナイザは小さい視野サイズに対して実現することが困難である。なぜならばアレイのｆ_array、したがって分離が極めて大きくされる必要があるからである。

単一のアレイを使用するホモジナイザは実現することが容易であるが、上述されたように、視野平面で強度分布の幅を事実上さらに大きくする入射ビームの発散に敏感である。これは、ビームを集束させることによって実現される最小ビーム幅が、回折限界ビーム幅ｗ_minのｒ倍（ここでｒは通常では５と２０の間の数である）であるエキシマレーザにとって特に問題である。

これは現状技術の解決策によっては、極めて狭い強度分布を実現することができないことを意味する。有意に大きい視野について設計してその中央部分のみを使用する（これは例えばＢｕｒｇｈａｒｄｔらの米国特許第５７２１４１６号明細書によって教示される）ことを必要とし、これは光の大部分が所望の視野領域へ向けられないことを意味する。問題は小さい勾配幅を備えた狭くて均質な強度分布を作り、必要とされるレーザのパワーを大幅に削減する方法と装置を見出すことである。

或る入力強度分布を有する入力光ビームから標的視野内で目標強度分布を生成するための光学系を提供することが本発明の目的であり、それにより、目標強度分布が２つの、好ましくは直交する方向で均質化される。

入力光ビームから標的視野内で小さい勾配幅を備えた狭くて均質な目標強度分布を生成するための光学系を提供することが本発明のさらなる目的であり、それにより、出力光のパワーに対する入力光のパワーの比は、光の大部分が所望の視野領域へと向けられず、例えば視野絞りによって遮断される現状技術の光学系と比較して大幅に小さくされる。

或る入力強度分布を有する入力光ビームから標的視野内で目標強度分布を生成するための光学系を提供することが本発明のまた別の目的であって、これは目標強度分布を調節すること、特に、或る幅とこの幅の数百倍以上の延長を伴う長さを有する出力線ビームの幅を調節することを可能にする。

例えば非晶質シリコン層などの半導体層の結晶化を誘起するための材料処理装置、レーザ・アニール装置を提供することが本発明のまた別の目的であり、これが前述の目的を達成することができる。

これらやその他の目的は、請求項１から２２および２５から９４の特徴を有する光学系によって達成され、かつ、請求項２３の特徴を有する材料処理装置と、請求項２４の特徴を有するレーザ・アニール装置によって達成される。

これらやその他の目的は本発明の第１の態様に従って、光のビームから面上に強度分布を生成するための光学系によって達成される。この光学系は、いくらは面上の第１の方向に少なくとも部分的に重なり合うように、入射ビームを複数のビームに分割する少なくとも第１の光学素子を含む。この光学系は、さらに、ビームのうちの少なくとも１つを面上の第２の方向に移動させる少なくとも第２の光学素子を含む。

本発明の他の態様によると、或る入力強度分布を有する入力光ビームから面上で目標強度分布を生成するための光学系が提供される。これは或る伝播方向に伝播する入力光ビームを放射する光源と、いくつかが面上の第１の次元内で少なくとも部分的に重なり合う複数のビームに入力光ビームを分割するための少なくとも１つのビーム分割用素子と、複数のビームのうちの少なくとも１つを面上の第２の次元内で移動させるための少なくとも１つのビーム移動用光学素子とを含む。光源は、入力光ビームが伝播方向を横切る第１の次元の広がりと第１の次元と伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有する。

本発明のさらなる態様によると、或る入力強度分布を有する入力光ビームから面上で目標強度分布を生成するための光学系が提供され、これは或る伝播方向に伝播する入力光ビームを放射する光源であって、入力光ビームが伝播方向を横切る第１の次元の広がりを有し、かつ第１の次元と伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有する光源と、入力光ビームをいくつかが面上の第１の次元内で少なくとも部分的に重なり合う複数のビームに分割するための少なくとも１つのビーム分割用素子と、第２の次元内の複数のビームのうちの２番目に対して複数のビームのうちの少なくとも１番目を、複数のビームの１番目または２番目の広がりの一部分で面上の第２の次元内で移動させるための少なくとも１つのビーム移動用光学素子を含む。

本発明のなおも別の態様によると、或る入力強度分布を有する入力光ビームから面上で目標強度分布を生成するための光学系が提供され、これは或る伝播方向に伝播する入力光ビームを放射する光源であって、入力光ビームが伝播方向を横切る第１の次元の広がりを有し、かつ第１の次元と伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有する光源と、入力光ビームを第１および／または第２の次元内で均質にして面上の或る領域内に均質な強度分布を生成するための少なくとも１つのビーム均質化用光学素子を含む。その強度分布は、均一性の誤差が１５％未満であり、第１および／または第２の次元の広がりＴ_yは以下の関係：０．６＜Ｔ_y／ＦＷＨＭ＜０．８５を保つ。ここでＦＷＨＭは第１または第２の次元それぞれにおける目標強度分布の最大の半分における全幅である。ガウス・ビーム分布についてはＴ_y／ＦＷＨＭの値は０．４８である。均質化の効果はこの値を上げることである。

本発明の他の態様によると、或る入力強度分布を有する入力光ビームから面上で目標強度分布を生成するための光学系が提供され、これは或る伝播方向に伝播する入力光ビームを放射する光源であって、入力光ビームが伝播方向を横切る第１の次元の広がりを有し、かつ第１の次元と伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有する光源と、入力光ビームを第１および／または第２の次元内で均質にし、かつ第１および／または第２の次元内で直線的な強度傾斜を生じさせることで第１または第２の次元内で広がりＲ_yを有する面上の領域に均質で傾斜した強度分布を生成するための少なくとも１つのビーム均質化用および傾斜発生用光学素子を含む。ここでの目標強度は最大目標強度の８５％以上であり、第１または第２の次元における傾斜の広がりＲ_yは以下の関係：０．６＜Ｒ_y／ＦＷＨＭ＜０．８５を保ち、ここでＦＷＨＭは第１または第２の次元それぞれにおける目標強度分布の最大の半分における全幅である。

本発明の他の態様は、或る入力強度分布を有して或る伝播方向に伝播する入力光ビームから面上で目標強度分布を生成するための光学系であって、入力光ビームが伝播方向を横切る第１の次元の広がりを有し、かつ第１の次元と伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有し、目標強度分布が２０μｍ未満の最大の半分における全幅で第２の次元の広がりを有するように第１の次元と第２の次元内の入力光ビームを均質にするためのビーム均質化用素子を含む光学系に焦点を合わせる。

本発明のなおも別の態様は、最大強度値から１５％未満の均一性偏りを備えた中央領域の均質な目標強度分布をレーザ光源から生成するための光学系であって、この中央領域が３００ｍｍを超える長さと５０μｍを下回る幅を有し、レーザ光源によって放射されるレーザ光の３０％以上が中央領域の中にある光学系に関する。

本発明のさらなる態様は、最大強度値から１５％未満の均一性偏りを備えた中央領域の均質な目標強度分布を生成するための光学系であって、この中央領域が第１の次元で１００ｍｍを超える長さと第２の次元で１００μｍを下回る幅を有する光学系に関する。本発明によるこの光学系は第１および／または第２の方向の屈折力を備えたレンズを有し、レンズが第１と第２の方向に直交する光軸と一致する回転軸の周りに回転角度だけ回転させられ、回転角度はレンズの対称軸、例えば凸面または凹面円柱レンズ（これが第１および／または第２の方向の屈折力を決定することが好ましい）の頂上線と目標強度分布の第１または第２の次元の間の角度であり、回転角度は０．２°よりも大きい。この値０．２°は通常の照射系における無調節を十分に上回っている。回転角度は第１または第２の方向の間にあって屈折力の方向を決定することが好ましい。

最大強度値から１５％未満の均一性偏りを備えた中央領域の均質な目標強度分布を生成するための光学系であって、この中央領域が第１の次元で１００ｍｍを超える長さと第２の次元で１００μｍを下回る幅を有する光学系を提供することが本発明のなおも別の態様である。この光学系は第１および／または第２の方向の反射力を備えたミラーを含み、ミラーは回転軸の周りに回転角度だけ回転させられ、回転角度はミラーの対称軸、例えば凸面または凹面円柱レンズ（これが第１および／または第２の方向の反射力を決定することが好ましい）の頂上線と目標強度分布の第１または第２の次元の間の角度であり、回転角度は０．２°よりも大きい。回転角度は第１または第２の方向の間にあって反射力の方向を決定することが好ましい。回転角度は光軸と一致しないことが最も好ましい。

本発明のなおもさらなる態様は、最大強度値から１５％未満の均一性偏りを備えた中央領域の均質な目標強度分布を生成するための光学系であって、この中央領域が１００ｍｍを超える長さと１００μｍを下回る幅を有する光学系を提供する。この光学系は第１の方向の反射力または屈折力を有する複数のレンズを含むレンズ・アレイを有し、複数のレンズのうちの少なくとも１つは第１の方向に複数のレンズのうちの少なくとも２番目へと移動させられる。

本発明の最後の他の態様は、或る伝播方向に伝播する入力光ビームを均質にするための光学系であって、分散型遅延デバイス光学素子を含み、これが光学素子の瞳平面に配置される光学系に関する。

本発明のさらなる態様によると、材料処理装置、レーザ・アニール装置、例えば非晶質シリコン層などの半導体層の結晶化を誘起するための装置が提供され、これが上記で概説されたような、或る入力強度分布を有する入力光ビームから面上に目標強度分布を生成するための光学系を含む。

本発明の実施形態が図中に示され、以下に図面を参照してさらに詳細に述べる。同一、または機能的に類似した構成要素は同じ参照番号で区別される。

上記で見られるように、円柱レンズ・アレイによる均質化は小さいエッジ幅を備えた極めて狭い、一様に照射される視野を生成することに適していない。現状技術のホモジナイザに伴う問題は、狭い視野が（今後は「短い」方向Ａ_sと呼ばれる方向から）作られる方向に沿ってビームを複数のビームに分割する工程から生じ、これは事実上開口数を減少させ、回折限界ビーム・サイズを増大させる。

解決の鍵は、円柱レンズ・アレイを使用して「長い」方向Ａ_lのみでビームを均質にすること、および開口数ＮＡを高く保って回折限界ビーム・サイズを小さく保つために短い方向Ａ_sにおけるビームの分割を避けることである。長軸アレイから出る複数のビームがビームの両方の軸Ａ_s、Ａ_lに沿った均質化を達成するために使用される。

いくつかの応用または用途が、入力ビームの「排他的」分割が長い方向Ａ_lで生じ、短い方向Ａ_sでは入力ビームの「どのような」分割も避ることを必要としないことは当業者に明らかである。いくつかの応用は使用される入力光源に応じて、かつ／または発生するビームの幅に応じて短い方向Ａ_sで追加的に入力ビームを分割することを許容する（しかし数回のみ）。例えば、２または３回エキシマレーザの入力ビームを分割することによって約２０μｍのビーム幅が達成され、その一方で５から２０回固体レーザの入力ビームを分割することによってこの幅がやはり達成される。

排他的に「長い」方向Ａ_lで円柱レンズ・アレイを使用して入力ビームを排他的に均質化し、「短い」方向Ａ_sで入力ビームのどのような分割も避ける工程は図４、５を参照して以下の実例で示される。図４は先行技術による均質化用光学素子の第３の実施形態のｘｚ平面での平面図を示す。図５は図４に示された第３の実施形態のｙｚ平面での対応する平面図を示す。均質化用光学素子として図２に既に示されたような２ステージ・ホモジナイザ１２が使用される。単一ステージ・ホモジナイザ（例えば図１に示される）またはいずれかの他の単一ステージもしくは多ステージ・ホモジナイザもやはり使用できることは当業者に明らかである。

光源（図示せず）が伝播方向ｚに伝播する入力光ビーム４を放射する。入力光ビーム４は伝播方向ｚを横切る第１の次元ｘの広がりと、第１の次元ｘと伝播方向ｚを横切る第２の次元ｙの広がりを有する。この光源は、例えば、３５１ｎｍまたは３０８ｎｍでそれぞれ発光するエキシマレーザ（例えばＫｒＦエキシマレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＸｅＦエキシマレーザ）などの６００ｎｍ未満の波長で動作することが好ましいレーザである。

長軸Ａ_lの均質化のための円柱アレイがｍ本の個別ビーム１３（図４はｍ＝３の個別ビーム１３を示す）を作り、これらがすべて視野平面６内で重ねられる。短軸の焦点集束用レンズ１４と併せると、これは結果として、長軸Ａ_lに沿って一様であって短軸Ａ_sでは可能な限り小さいビーム８になる。焦点集束用レンズ１４は長軸Ａ_lの均質化のために光学素子２、１０、７の前方、間、または後方のいずれに置かれてもよい。視野内で、短軸Ａ_sの通常のプロファイルはガウス近似の形状とｒ×ｗ_minの幅を有する。通常のパラメータ
ＮＡ_imaging＝０．１５（１／ｅ²の強度レベルで測定）
λ＝３０８ｎｍ
ｒ＝８．５
を備えたガウス入力ビーム４については視野６内の短軸Ａ_sの幅ｒｘｗ_minが図６に示されるように１１．２μｍ（１／ｅ²の強度レベルで測定）である。ここでＮＡ_imagingは結像システムの開口数であり、λは入力ビーム４の波長である。

ここから出発して、ｍ本の個別ビーム１３を横方向に移動させることによって短軸に沿った均質な分布が生じ、移動の前と殆ど同じである縁部幅ｗ_edgeを備えた上部が平坦なビーム１５に結果としてなる。（６．２５、６．２５、６．２５、２．５、０、０、−２．５、−６．２５、−６．２５、−６．２５）μｍの移動を伴うｍ＝１０のビーム１３については、結果として生じるシルクハット形状はＴ_y−１０μｍの幅を有する。このビーム・プロファイル１５ａが図７に示されている。

このシルクハット形状が視野絞り（図４、５に示されていない）で切り取られて最終平面（図４、５に示されていない）に結像される。Ｔ_y＝１０μｍのシルクハット形状を生成するために失われるエネルギーは合計で４５．６％になる。これは先行技術に比べてレーザ・パワーの１５％が必要とされるに過ぎないことを意味する（１節目の背景技術参照）。均質な区画の幅Ｔ_yはビーム１３を多様に移動させることによって調節することができる。（５、５、５、２．２５、０、０、−２．２５、−５、−５、−５）μｍの移動を伴うｍ＝１０のビーム１３については、シルクハット形状の幅Ｔ_yは−５μｍである。対応するビーム・プロファイル１５ｂが図８に示されている。

視野内のｍ本のビームの移動は短軸の進行角度のわずかな変化として実現される。ｍ本の個別ビーム１３が空間的に分離される領域内、すなわち長軸Ａ_lの均質化のための円柱レンズ・アレイの前方または近辺で偏向が起こるはずである（図９に部分１６で示される）。

視野平面６内の個別ビーム１３の横方向の移動は固定されていても調節可能であってもよい。最初のケースでは、光学素子または架台に、例えばわずかに異なる楔の角度または回転角度として加工される。後者のケースでは、システムの初期の位置合わせで１回設定可能であるか、またはネジ、圧電素子、モータ、熱膨張素子、空気圧シリンダなどを使用する完全に調節可能であるかのどちらかである。

鋭い縁部を備えた線ビーム２１が必要な場合は、照明器１２の視野平面６が最終平面１７に再結像され、例えば図１０に示される光学系によって実現されるように、視野絞り１８を中間視野９の位置６に置くことができる。

図１０は光学系のｙｚ平面での平面図を示している。図１０による光学系はｘｙ平面に配置されてｙｚ平面で光学的活性を有する２つの円柱レンズ・アレイ２、１０と集光レンズ７に基づいた２ステージ・ホモジナイザ１２を含む。この光学系は別の２ステージ・ホモジナイザ１２’をさらに含み、ここでは円柱レンズ・アレイ２’、１０’と集光レンズ７’がｘｙ平面に配置されてｘｚ平面で光学的活性を有する。

後者のホモジナイザ１２’は第１の次元の入射ビームの均質化を実行するように意図されており、それに対して第１のホモジナイザ１２は第１の次元と直角である第２の次元の入射ビームの均質化を達成するように意図される。さらに、第１の軸方向次元のビームの広がりが第２の軸方向次元の広がりを数（百）倍で超えると想定することができる。最後に、短軸方向次元内で均質にされたビームの広がりが可能な限り（ほぼ）狭く保たれることが想定される。後者の想定は、短軸方向次元で回折が低いことが必要である。したがって、レンズの限界サイズに起因する回折を低く保つために、２ステージ・ホモジナイザ１２のアレイ２、１０の小型レンズの数は５未満、好ましくは３未満でなければならない。付け加えると、図１０は、円柱集光レンズ７の焦点面６に配置された視野絞り１８を示している。視野絞り１８の他方の側、すなわちホモジナイザ１２と反対の側には結像光学系１９が配置される。このケースでは、結像光学系１９は縮小投影レンズ２０を含む。投影レンズ２０の像平面１７は上述されたような最終平面１７を形成する。さらに、ビーム移動用光学素子（図示せず）が、上記で述べられて図９に参照されるような領域に導入されてもよい。

光源（図示せず）が伝播方向ｚに伝播する入力光ビーム４を放射する。入力光ビーム４は伝播方向ｚを横切る第１の次元ｘの広がりｄ₁（図示せず）と、第１の次元ｘと伝播方向ｚを横切る第２の次元ｙの広がりｄ₂を有する。入力光ビーム４は、レーザ、例えばＫｒＦエキシマレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザまたはＸｅＦエキシマレーザなどのエキシマレーザが発生源である。フライアイ型ホモジナイザ１２と別のホモジナイザ１２’は入力光ビーム４を、発散を有する複数の個別ビーム１３に分割する。第１の円柱レンズ・アレイ２の小型レンズの焦点距離ｆ_arrayに適応する距離に配置される集光レンズ７は個別ビーム１３を（中間の）視野平面６に結像させる。第１の次元ｘ内で分離された個別ビーム１３のいくつかは（中間）視野平面上の第１の次元ｘ内で少なくとも部分的に重なり合う。個別ビーム１３が分離される領域内に配置されるビーム移動用光学素子（図示せず）は第２の次元ｙ内の複数のビームを、（中間）視野平面上の第２の次元内の複数のビームの広がりの一部に移動させる（例えば図７、８に関する詳細な説明を参照）。

結像したビーム８は（中間）視野平面６内で或る一定の広がり、すなわち視野サイズｓ_fを備えた視野９を有する。（中間）視野平面６内（または視野平面６の近辺）に配置された視野絞り１８は（中間）視野平面６内の結像したビーム８の広がりよりも小さいｙ方向の開口を有する。したがって、視野絞り１８は結像したビーム８の縁部を切り取る。投影レンズ２０は、視野絞り１８によって切り取られた視野９を最終像平面１７に結像させ、結果として、その像は本質的に長方形であって短軸方向ｙに鋭い縁部を有する外側形状を備えた線ビーム２１となる。

この構成は以下に記載の提案された解決策や好ましい実施形態のすべてで使用できる。単純化するためにこの文書全体を通して縮小比１が仮定され、視野サイズと開口数に関する限り視野絞り平面と像平面の間の区別を不必要にする。

視野絞りの平面または像平面内の強度を測定するためのデバイスが利用可能であれば、例えばピックオフ・ミラー／部分反射器や結像光学系を挿入または経由することが可能であれば、フィードバック・アルゴリズムを使用して自動的に均質性を再調節することが可能である。

このアルゴリズムは以下のように働く。
・すべてのビームを結像視野／調節範囲の一方の側に移動させ、これらを次々に他方の側へ進ませ、いずれの移動信号がいずれの実際の移動に適応するか判定することによって各々のビームの位置合わせを調整する。
・ｍ本のビームのうちの半分を所望の視野の一方の縁部へと移動させる（例えば上記の例では＋６．２５μｍ）。
・他の半分のビームを所望の視野の他方の縁部へと移動させる。
・ｍが偶数でなければ、残りのビームを所望の視野の中央に位置付ける。
・ビームを各々の側から１つずつ進出させて外側ピークの間の「強度のくぼみ」を充填する。

いったん良好な均質性が達成されると、ビームの概略の位置の跡を保持すること、およびその位置がビームの強度最大値に近いビームを隣の最小値に向けて移動させることによって微調整される。

以下で、本発明による光学系の好ましい実施形態を詳細に述べる。

（好ましい実施形態＃１）
図１１は本発明による光学系の第１の好ましい実施形態のｘｚ平面における平面図を示している。図１２は図１１による光学系の第１の好ましい実施形態のｙｚ平面における平面図を示している。

この実施形態＃１は、入射ビームを第１の長軸Ａ_lの方向ｘで均質にするための２ステージのフライアイ型ホモジナイザ１２を形成する２つの円柱レンズ・アレイ２、１０、その２つの円柱レンズ・アレイ２、１０によって作られる個別ビーム１３を（視野）面６に結像させるための集光凸レンズ７を含む。この視野面６が中間の視野面６（ここから視野が例えば上述されたように最終視野面６に再結像される）または最終視野面６であることに留意すべきである。さらに、平面への結像が起こるのみでなく円柱状、球状、またはそれ以外の湾曲面への結像も起こることに言及する価値がある。第２の短軸Ａ_sの方向ｙに沿って個別ビーム１３から線集束を形成するために少なくとも１つの焦点集束用レンズ２２が存在する。

本発明によると、図１１、１２に示された光学系は任意の入力強度分布を有する入力光ビーム４から面上に目標強度分布を生成することが可能である。光源として、例えば上述されたようなエキシマレーザが使用されてもよい。光源は図面の左手側から右手側へと伝播方向ｚで伝播する入力光ビーム４を放射する。入力光ビーム４は伝播方向ｚを横切る第１の次元ｘの広がりを有し、かつ第１の次元ｘと伝播方向ｚを横切る第２の次元ｙの広がりを有する。

第２のアレイ１０と第１のアレイ２は入力光ビーム４を複数ｍの個別ビーム１３に分割する。このケースでは、第１と第２のアレイ２、１０は互いに隣り合って配置されたｍ＝３の円柱凸レンズ（場合によっては凹レンズまたは非球面レンズおよび／または平坦面を有するレンズを使用してもよい）で構成される。したがって、ｍ＝３の個別ビーム１３が入力光ビーム４から形成される。屈折性レンズ・アレイ２、１０の代わりに他のタイプの屈折性素子が使用されてもよい。このケースにおける屈折性素子は入射ビームの主要部分を屈折させる素子である。これらの屈折性素子、特に円柱レンズ・アレイ２、１０は石英ガラスまたはフッ化カルシウムで作られることが見込まれる。屈折性素子の代わりに入射ビームの主要部分を反射させる、ミラー、特に円柱、非球面、または平面ミラーによるアレイまたは複数アレイといった反射性素子が使用されてもよい。さらに、代わりに回折性素子を使用することも可能である。そのような回折性素子は例えば一次元フレネル領域レンズ、または線形回折格子などである。最終的には、屈折性、反射性および／または回折性素子の組合せもあり得る。

個別ビーム１３のいくつかは面（視野面または最終面）６上の第１の次元内で少なくとも部分的に重なり合う。このケースではｍ＝３の個別ビーム１３すべてが面上の第１の次元内で完全に重なり合い、これはビーム１３を形成する外側の線から見ることができる。

本発明によると、複数の個別ビーム１３のうちの少なくとも１つを面上の第２の次元ｙで移動させるための少なくとも１つのビーム移動用光学素子が存在する。第１の好ましい実施形態では、ｍ本の個別ビーム１３の偏向は、（図１３から見られるように）ｍ個の区画２７から成る短軸Ａ_s焦点集束用レンズ２２を作ってこれらを（図１４に示されるように）短軸Ａ_sに沿って横方向に移動させることによって実現される。視野平面６内の各々の線ビーム２３、２４の位置２５、２６は小型レンズ２７ｉ、．．．２７ｎ、２７ｎ＋１、．．．２７ｍと同じ量で変位させられる。上記の例では、Ｔ_y＝１０μｍの線ビームを発生させるために、小型レンズ２７ｉ、．．．２７ｎ、２７ｎ＋１、．．．２７ｍはそれに合わせて±６．２５μｍ変位させられる。

この好ましい実施形態＃１では個別ビームの数ｍが分離されるビームの数ｍに等しいことに留意すべきである。それでもやはりこれは必須条件ではない。これは、区画２７の数が円柱アレイ２、１０の円柱の数に比べて多くても少なくてもよいことを意味する。

入力ビーム４の不均質性全体にわたってさらに良好に平均化させるために小型レンズ２７ｉ、．．．２７ｎ、２７ｎ＋１、．．．２７ｍは互い違いに変位させられることが好ましい（図１４）。隣り合う小型レンズ２７ｎ＋１、２７ｎを短軸Ａ_sに沿って同じ方向に変位させることがやはり好都合な結果につながることが見出されている。これは特に、すべての個別ビーム１３が長軸Ａ_lに沿って第１の次元内で完全に重なり合う場合のケースであって図１１、１２に示された実施形態＃１のケースである。

ｍ→∞の場合、変位小型レンズ（これらは個別化されなくてもよい）の頂上（最高点）によって形成される線２９は図１３に示される非変位のケースにおける頂上線２８のように長軸方向Ａ_lに平行であることはなく、傾斜角度αで傾けられる。連続的に変位した頂上線２９を備えたそのような円柱レンズ３０が図１５に示される。

図１５に示されるそのような非対称レンズ３０は標準的なレンズのようには製造されない。目標のビームのビーム幅を変更するときに新たな設計が必要とされる。標準的な（区画化されていない）円柱レンズ３１も光軸に対して、例えば図１１、１２に示される光学系内の例えば個別ビームの伝播方向ｚに対して、レンズ３１を回転させれば同様に使用できることが分かるであろう。そのような角度αの回転もやはり図１６に示されている。

このケースではビーム分割用光学素子２２、３０は石英ガラスまたはフッ化カルシウムなどの主に屈折性の材料で作られる。屈折タイプのビーム分割用素子の代わりに反射または回折タイプのビーム分割用素子も同様に使用できる。

（好ましい実施形態＃２）
実施形態＃１にあるような区画化された焦点集束用レンズは、ビームが小型レンズと同じ量で変位するので極めて精細な機械的調節を必要とする。これは長い焦点距離ｆ_segmentedを備えた別々の（区画化された）レンズ２２、３０、３１を導入することによって回避される。必要となる調節が焦点距離としてスケーリングし、したがって０．１ｍｍのオーダーの極めて好都合な機械的調節精度が、視野平面内の強度分布の微調整にとって十分となる。個別ビームが分割される領域内のいずれかの場所、例えば小型レンズ・アレイの間に追加のレンズが置かれることもある。

図１７および１８は本発明による光学系の第２の好ましい実施形態のｘｚ平面とｙｚ平面における平面図を示しており、これらは度の弱い（区画化された）レンズ２２、３０、３１が小型レンズ・アレイ２、１０の間に配置されるという点で、および焦点集束用レンズ１４が例えば図４に示されるような円柱レンズであるという点で図１１、１２に示されるものとは異なる。度の弱い区画化されたレンズ２２の代わりに図１５、１６にそれぞれ示されるような回転型（または回転可能な）円柱レンズ３１、またはｘ方向に対して傾いた頂上線を備えたレンズ３０も同様に使用できることは当業者にとって明らかである。

（好ましい実施形態＃３）
実施形態＃２の追加のレンズ２２、３０、３１は、これらのうちの１つを区画化することによって、一方の側に短軸Ａ_sに沿ってわずかな曲率を与えることによって、さらにはこれらの区画を調節可能にすることによって、いずれかの他の素子、例えば円柱アレイに組み入れることが可能となる。

素子を区画化する代わりに例えば図１５、１６にそれぞれ示されるような円柱レンズの回転、または目標のビーム分布の短い次元を決めるｘ方向に対する円柱または湾曲レンズの頂上線の傾斜もやはり可能であることは当業者にとって明らかである。

（好ましい実施形態＃４）
区画化されたレンズを、ビームを調節可能に偏向させることができるいずれかの他の素子によって置き換えることが可能である。

ビーム移動のために異なった偏向角度の多くの楔プリズムが（多様な用途および光学系への多様な組合せにおいて）現状技術においてやはり応用されてきた。しかしながら、大きいアスペクト比の高出力の強度分布についてはこの実施は好ましくない。なぜならば結果として生じる小さい楔角度が加工困難であり、または楔プリズムの傾斜角度は極めて高精度でそれぞれ位置合わせされなければならないからである。本発明による高効率の光学系に必要とされる小さいビーム移動にとって必要な楔の小さい傾斜角度は集光レンズの大きな焦点距離から結果として生じる。本発明による応用に要求される傾斜角度は１０から３０μｒａｄのオーダーであろう。

異なるプリズム角度の楔プリズムに関する用途はしたがって、アスペクト比＜１００を備えた強度分布についてのみ応用可能であることが望ましい。しかしながら、極めて高精度の数度の同一かつ大きいプリズム角のプリズムを製造することは可能である。本発明者らはプリズム楔に対して直角にプリズムを回転させることによって小さいビーム偏向角度を達成することが可能であることに気付いた。したがって、第４の好ましい実施形態では、調節可能な傾斜角度α₃₂、α₃₃をそれぞれ備えた楔３２、３３、３４を使用する。この第４の実施形態は図１９、２０に示されている。

この実施形態は入射ビームを第１の長軸Ａ_lの方向ｘで均質にするための２ステージのフライアイ型ホモジナイザ１２を形成する２つの円柱レンズ・アレイ２、１０、２つの円柱レンズ・アレイ２、１０によって作られる個別ビーム１３を平面の中間視野面、平面の視野面または最終面（上記の説明参照）に結像させるための集光凸レンズ７を含む。この面６が円柱、非球面、またはそれ以外の湾曲であることもやはり可能であることに留意すべきである。第１と第２のアレイ２、１０の間の伝播方向ｚに、同一の楔角度βを備えて回転軸３５の周りで回転可能である楔３２、３３、３４のセットが長軸方向Ａ_lで互いに隣り合って配置されている。同一の楔角度βを有する楔３２、３３、３４の代わりに異なる角度β₁、β₂、．．．を有する楔を使用することもやはり可能であり、それにより、回転軸３５に対して追加的にプリズムを回転させることによってビームの偏向を調節することが可能となる。個別ビーム１３から第２の短軸Ａ_sの方向ｙに沿って線集束を形成するために少なくとも焦点集束用レンズ１４が存在する。

本発明によると、図１９、２０に示された光学系は任意の入力強度分布を有する入力光ビーム４から面上に目標の強度分布を生成することが可能である。光源として、例えば上述されたようなエキシマレーザがここでも再び使用される。エキシマレーザの代わりにいずれかの他の光源、または特に、例えば固体レーザ、ＣＯ₂レーザなどのいずれかの他のレーザを使用してもよい。

光源は図面の左手側から右手側へと伝播方向ｚで伝播する入力光ビーム４を放射する。入力光ビーム４は伝播方向ｚを横切る第１の次元ｘの広がりを有し、かつ第１の次元ｘと伝播方向ｚを横切る第２の次元ｙの広がりを有する。第２のアレイ１０と第１のアレイ２は入力光ビーム４を複数ｍの個別ビーム１３に分割する。このケースでは、第１と第２のアレイ２、１０は互いに隣り合って配置されたｍ＝３の円柱レンズで構成される。したがって、ｍ＝３の個別ビーム１３が入力光ビーム４から形成される。

個別ビーム１３のうちのいくつかは面（視野面）６上の第１の次元内で少なくとも部分的に重なり合う。このケースではｍ＝３の個別ビーム１３すべてが面上の第１の次元内で完全に重なり合う。これはビーム１３を形成する外側の光線から見ることが可能である。

本発明によると、複数の個別ビーム１３のうちの少なくとも１つを面上の第２の次元ｙで移動させるための少なくとも１つのビーム移動用光学素子が存在する。第４の好ましい実施形態では、ｍ本の個別ビーム１３の偏向は、第１と第２のアレイ２、１０の間に導入されるｍ＝３の楔３２、３３、３４のセットを有し、ｘｙ平面に対する傾斜を表す角度α₃₂、α₃₃で示されるように楔３２、３３、３４が互いに対して傾けられることによって実現される。

ｘｙ平面に対する楔３２、３３、３４の傾斜α₃₂、α₃₃およびそれゆえに互いに対する傾斜は圧電性結晶（図示せず）またはステップ・モータ（図示せず）などの適合したアクチュエータの補助で楔３２、３３、３４を回転軸３５の周りで回転させることによって調節可能である。

この手法は偏向角度の極めて精細な制御を可能にし、したがって視野平面６内の短軸方向Ａ_sにおける光ビーム８の広がりの極めて精細な制御を可能にする。図１４によるビーム偏向素子２２の区画２７ｉ、．．．２７ｎ、２７ｎ＋１、．．．２７ｍの位置を互いに対して、および図１６による円柱レンズ１６の傾斜角度αを調節するために、実施形態＃１、＃２、＃３がそれぞれのアクチュエータ、モータなどを含んでもよいことは言及する価値がある。

（好ましい実施形態＃５）
ｍ本の個別ビームの偏向を、区画化された反射性部品を導入することによって達成させることも可能である。最も単純なものは個別ビームが分割される領域内のいずれかの場所に置かれる区画化された平坦ミラーである。この区画化された平坦ミラーは（図２１、２２に示されて下記で述べられるように）短軸内または長軸内またはいずれかの他の平面内のビーム経路を折り曲げることが可能である。

ｘｚ平面とｙｚ平面それぞれでの平面図の形で図２１、２２に示される第５の実施形態は例として２つの円柱レンズ・アレイ２、１０と集光レンズ７を含み、これらが入射ビーム４を第１の長軸Ａ_lの方向ｘで均質にするための２ステージのフライアイ型ホモジナイザ１２を形成する。２つの円柱レンズ・アレイ２、１０は入射ビーム４を分割することによってｍ＝３の個別ビーム１３を生成する。実施形態＃４に関して既に上記で詳細に説明されたように集光凸レンズ７は２つの円柱レンズ・アレイ２、１０によって作られた個別ビーム１３を中間視野面、視野面または最終面６に集光する。

ｘｙ平面内（第１のアレイ２）とｘｚ平面内（第２のアレイ１０）に互いに直角に配置される第１と第２のアレイ２、１０の間の伝播方向ｚで、このケースではｍ＝３のミラー区画３７、３８、３９を含む予め述べられた区画化された平坦ミラー４０が、個別ビーム１３を短軸Ａ_sの方向ｙで偏向させ、移動させるために配置される。個別ビーム１３から第２の短軸Ａ_sの方向ｙに沿って線集束を形成するために焦点集束用レンズ１４が存在する。

本発明によると、図２１、２２に示された光学系は、任意の入力強度分布を有する入力光ビーム４から１，０００の値を超える高いアスペクト比（例えば短軸Ａ_sの方向ｙの広がりに対する長軸Ａ_lの方向ｘの線延長の高い比）を有する殆ど長方形の細長の線の形で面上に目標強度分布を生成することができる。

光源として、例えば上記で述べられたエキシマレーザがここでも再び使用される。光源は伝播方向−ｙで伝播し、ミラー４０によって基本的にｚ方向に偏向させられ、図面の左手側から右手側へとｚ方向で伝播する入力光ビーム４を放射する。ミラー４０は、例えば石英ガラス、Ｚｅｒｏｄｕｒ（これはＳｃｈｏｔｔ ＡＧによって市販されている材料の商標である）、またはＵＬＥ（これはＣｏｒｎｉｎｇ社によって市販されている材料の商標である）で作られる。

入力光ビーム４は伝播方向−ｙ、ｚを横切る第１の次元ｘの広がりを有し、かつ第１の次元ｘと伝播方向−ｙ、ｚを横切る第２の次元ｚ、ｙの広がりを有する。

第２のアレイ１０と第１のアレイ２は入力光ビーム４を複数ｍの個別ビーム１３に分割する。このケースでは、第１と第２のアレイ２、１０は互いに隣り合って配置されたｍ＝３の円柱レンズで構成される。したがって、ｍ＝３の個別ビーム１３が入力光ビーム４から形成される。このケースではｍ＝３の個別ビーム１３すべてが面上の第１の次元内で完全に重なり合う。これはビーム１３を形成する外側の光線から見ることが可能である。

本発明によると、複数ｍの個別ビーム１３を面上の第２の次元ｙで移動させるためにここでも再びビーム移動用光学素子が存在する。この第５の好ましい実施形態では、ｍ本の個別ビーム１３の偏向は第１と第２のアレイ２、１０の間に導入されたミラー４０の区画３７、３８、３９によって実現される。これはミラー区画３７、３８、３９を角度γ₁、γ₂で示されるように互いに対して傾斜させることによって達成される（傾斜角度γ₁、γ₂が不均衡に描かれていることに留意されたい）。概して、これらの角度γ₁、γ₂は１０から３０μｒａｄのオーダーであろう。

ミラー区画３７、３８、３９の互いに対する傾斜γ₁、γ₂は圧電性結晶（図示せず）またはステップ・モータ（図示せず）などの適応するアクチュエータの補助でミラー区画３７、３８、３９を軸３６の周りで回転させることによって調節可能である。

しかしながら、実施形態＃４に関して上記で説明されたように、大きなアスペクト比を有する強度分布を生成するために傾斜角度は極めて小さくなければならない。ここで使用されるミラーの傾斜角度は１０μｒａｄ未満のオーダーでなければならない。１０ｍｍのミラー直径を仮定すると、これは結果としてミラーに対して直角方向の約１μｍ未満の偏りにつながり、特に傾斜ミラーの機械的、熱的敏感性を考慮するとこれは維持することが極めて難しい。また、結像光学系が使用されればミラーの偏りは３０μｍ未満でなければならない。したがって、傾斜ミラーの適用は１００未満のアスペクト比を備えた強度分布を生成するために使用されることが好ましい。さらに高いアスペクト比を有する強度プロファイルを生成するためには、例えば視野平面近傍のパワー・センサと組み合わせた各々の個別ミラー区画用の圧電積層などの駆動ユニットによってミラー偏向角度γ₁、γ₂を能動的に操作し、制御することが好ましい。

しかしながら本発明者らは、区画化されたミラー４０の代わりにワンピースのミラー４１が図２３、２４（図２３は図２１に適応するが円柱アレイ１０を示していない。図２４は図２２に適応する）に示されるように使用されることが可能であることに気付いた。このワンピース・ミラー４１は（図２３、２４による区画３７、３８、３９に関するケースのように）ｘ方向の軸３６の周りで部分として回転可能ではない。その代わりに軸３６の周りの回転角がミラー４１全域にわたって連続的に変化し、矢印Ｄ１、Ｄ２で示されるミラー４１の捻れにつながる。これはミラーを軸外方向４２に沿ってわずかに円柱形状に変えることと等価である。ミラー４１はこのわずかな円柱形状を備えて製造されてもよく、または平面ミラーとして製造されて機械的に曲げられてもよい。

それでもやはり、ミラー４１の屈曲をそれぞれ調節するために、ワンピース・ミラー４１と機能的関係にある圧電性結晶などのそれぞれのアクチュエータまたはモーターを設けてもよい。

捻れがミラー４１に上記で説明された所定の形状を与えるのではなく、曲がった、特に円柱状に曲がったミラーを、軸４２の周りで回転可能に使用するようにしてもよい。

（好ましい実施形態＃６）
好ましい実施形態＃５にあるように別々の区画化されたミラーを導入するのではなく、光学系を部分的または全体的に反射性部品で構成し、これらのうちのいずれかを区画化された光学部品として実現することもやはり可能である。図２５、２６は、アレイ２、１０が反射性であってこれらのうちの一方が区画化され、かつ／または角度調節可能である場合の例を示している。このケースでは反射性は、入射ビームの主要部分がアレイ２、１０で反射されることを意味する。

ｘｚ平面とｙｚ平面での平面図の形で図２５、２６に示されるこの第６の実施形態は、入射ビーム４を第１の長軸Ａ_lの方向ｘで均質にするため、２つの円柱ミラー・アレイ２’、１０’によって作り出された個別ビーム１３を（中間視野または視野または最終の）面６に結像させるための２段の「フライアイ型」ホモジナイザ１２’を形成する２つの円柱ミラー・アレイ２’、１０’と集光凸レンズ７、さらに個別ビーム１３から第２の短軸Ａ_sの方向ｙに沿って線集束を形成するための焦点集束用レンズ１４を含む。

本発明によると、図２５、２６に示された光学系は、任意の入力強度分布を有する入力光ビーム４から１，０００の値を超える高いアスペクト比を有する殆ど長方形の細長の線の形で面上に目標強度分布を生成することができる。光源４として、エキシマレーザがここでも再び使用される。光源４は伝播方向ｚで伝播する入力光ビーム４を放射する。ｘ軸に平行である軸４３の周りでの回転によってｘｙ方向に対して傾けられる第２の円柱ミラー・アレイ１０’が入射ビーム４を反射して複数ｍの個別ビーム１３に分割する。ｍ＝３の別々の個別ビーム１３は第１の円柱ミラー・アレイ２’へと向けられる。円柱ミラー・アレイ１０’、２’は石英ガラス、商標ＺｅｒｏｄｕｒでＳｃｈｏｔｔ ＡＧ，Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙによって市販されているガラス・セラミックス、または商標ＵＬＥでＣｏｒｎｉｎｇ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＵＳＡによって市販されているガラスで作られる。

第１の円柱ミラー・アレイ２’はｘ方向に平行に走る軸４３の周りで独立して回転可能であるｍ＝３の別々の個別円柱ミラー区画４４、４５、４６で構成される。ｘ方向で互いに隣り合って配置された別々の個別円柱ミラー区画４４、４５、４６はｘｚ平面内で互いに対して傾けられるように調節される（傾斜角度ζ₁、ζ₂は縮尺通りに描かれていない；通常の値は＋／−１０−３０μｒａｄであって＋／−数μｍのそれぞれの移動を供給する）。別々の個別円柱ミラー区画４４、４５、４６（ｍ＝３）は短軸Ａ_sの方向ｙで別々の個別ビームを反射させ、特に移動させる。集光レンズ７は分割されて移動させられたビーム１３を（視野）面６に結像させる。焦点集束用レンズは面上に線集束を生成する。このケースではｍ＝３の個別ビーム１３すべてが面上の第１の次元内で完全に重なり合い、これはビーム１３を形成する外側の線から見ることが可能である。

これらの好ましい実施形態すべてが完全な調節可能性またはシステムの初期配置における１回設定を伴って実現されることが可能である。

（好ましい実施形態＃７）
図２７、２８、２９に示された本発明の好ましいバージョンによる第７の実施形態は、いわゆるＴＤＸ処理を使用して基板（「パネル」としても知られている）上に蒸着された非晶質シリコン膜から多結晶シリコン膜を製造するために使用される。

この技術は制御された超横方向成長（ＳＬＧ:super-lateral growth）の形態に基づいており、ここではパネルが極めて細い（それゆえにこの次元が短軸Ａ_sと呼ばれる）ビームで照射され、これが基板上に蒸着された非晶質シリコン膜を完全に溶融させ、続いて大型粒子の横方向結晶成長が溶融領域の縁部の種結晶から進行させる。ビーム幅を十分に制限する（ここでは例えば５−１５μｍ）ことによって、例えばより大きいビーム幅で見られる小粒子の領域になる、どのような核生成も伴わずに、溶融領域全体が横方向成長を介して結晶化されることを確実にする。

高い均一性の度合いと高い収量を確実にするために、ビームの他方の次元は可能な限り長くされる（それゆえにこの次元が長軸Ａ_lと呼ばれる）。パネルの全幅（例えば７００ｍｍ以上）が各々のパルスに露光され、（ＳＬＳ）などのマルチパス露光技術で見受けられる縫い目領域の不均一性を回避する。露光の間、パネルは一定の（連続的または段階的）速度で走査され、レーザは約２μｍの平行移動の後に点火するようにトリガをかけられる（約６ｋＨｚのレーザの反復速度、約１５０ｍＪのレーザ・パルス・エネルギー、３００−９００Ｗのレーザ・パワー）。各々のパルスは５−１５μｍ×〜７００ｍｍの領域を溶融させ、これが前のパルスのｐｏｌｙ−Ｓｉから由来する種を使用する横方向結晶成長を受け、走査方向（短軸Ａ_sの方向ｙ）で長い結晶粒子を生成する。標準的なエキシマレーザ・アニーリング（ＥＬＡ）に使用される２０−４０パルスに比べて２から３パルスが各々の領域を露光するために使用されるに過ぎず、はるかに高いパネル収量を提供する。

以下で述べられ、図２７、２８、２９に示された図を参照するシステムは図１１、１２に示されたものと全く同様の光学系にあるが、ここでは区画化されたレンズ２２が光軸ｚの周りで回転させられる円柱レンズ素子５３で置き換えられている。殆ど長方形の視野形状、高いアスペクト比で十分に均質にされた短軸沿いのシルクハット形状プロファイルを備えた線ビームを生成するために、２ステージ・ホモジナイザが必要とされるか、または少なくとも有利である。２ステージ・ホモジナイザの各々のステージは単一ステージ・ホモジナイザにあってもよいが、複数の個別ステージを含むこともやはりあり得る。

例えば米国特許出願公開第２００５／００３１２６１号明細書は２つの単一ステージ・ホモジナイザ、すなわち集光レンズを備えた円柱レンズ・アレイ（フライアイ型ホモジナイザ）とロッドで構成される２ステージ・ホモジナイザを記述している。この文書に記述された構成は１つの所定の方向で均質化するためにのみ使用される。フライアイ（第１ステージ）の残りの不均質性はロッド（第２ステージ）によって改善される。これとは対照的に、以下で述べられる本解決策はｚ軸の周りで回転させられる円柱レンズ素子において均質な分布を生成するために第１のフライアイを使用する。ロッドの入り口にレーザ・プロファイルの均質な分布はない。回転型円柱レンズの角度分布が断面全域にわたって一様に分布させられるに過ぎない。ロッドは不均質な入力ビーム・プロファイルを均質にするために使用される。

別の先行技術の文書、すなわち欧州特許出願公開第１４００８３２号明細書は幅方向に沿って入力レーザを均質にするためにのみロッドを使用する。この後に述べられる本解決策は長さ方向に沿って入力レーザ・ビームを均質にするためにロッドを使用する。

上記で使用された用語と同様に、次の表記法が下記で使用される、すなわち、ｘ軸は最終平面（パネル）で３００ｍｍよりも大きいサイズを備えた長軸Ａ_lである。ｙ軸は最終平面で５から２００μｍの間、好ましくは５から２０μｍの間の範囲のサイズを備えた短軸Ａ_sであって、例えば、縮小率Ｍ＝１０で５０から２０００μｍ、好ましくは５０から２００μｍの（中間の）視野（絞り）平面のサイズに適応する。ロッド５６の端部までの長軸Ａ_lの均質化、および視野平面までの短軸Ａ_sの均質化のみが提示されている。長軸Ａ_lの方向でロッド５６の出口を最終平面（パネル）に結像させる処理は少なくとも２つの円柱レンズ（またはミラー）を必要とする。それぞれの配置は実施形態＃８と関連して示される。

図２７、２８に示された光学系は、任意の入力強度分布を有する入力光ビーム５０から面５８上に（殆ど）長方形の外形と１，０００の値を超える、好ましくは１０，０００を超える高いアスペクト比を有する目標強度分布を生成することができる。光源（ここでは示されない）として、例えばエキシマレーザ（上記参照）が使用される。光源は図面の左手側から右手側へと伝播方向ｚで伝播する入力光ビーム５０を放射する。入力光ビーム５０は伝播方向ｚを横切る第１の次元ｘ（すなわちここでは長軸Ａ_lの方向）の広がりを有し、かつ第１の次元ｘと伝播方向ｚを横切る第２の次元ｙ（すなわちここでは短軸Ａ_sの方向）の広がりを有する。

このホモジナイザは２つの別々の均質化ステップ５１、５６で構成される。この構成は図２７に示される。第１のステップは集光レンズ５２と組み合わせた円柱レンズ・アレイ５１（フライアイ）である。この単一の円柱レンズ・アレイ５１の代わりに上記で示されたように２つの円柱アレイを含む２ステージ・ホモジナイザが使用されてもよい。第２のステップは二重の円柱フライアイ５５と集光レンズ５４に組み合わせた前述のロッド５６で構成される。

第１のホモジナイザ５１の仕事は、入力光ビーム５０の入力強度分布から、円柱レンズ素子５３において長軸Ａ_lに沿って均質な強度分布を備えた光ビームを生成することである。

円柱レンズ素子５３は短軸Ａ_sの方向ｙで光学的能力を有する。円柱レンズ素子５３は光軸５０の周りで回転可能である。回転の効果は長軸Ａ_lの方向ｙでの光軸５０に距離を伴うビームの偏向である。この偏向は長軸Ａ_lの方向ｙにおける光軸５０からの軸距離に比例する。

第２の均質化ステップ５６では、円柱レンズ素子５３における角度分布は、集光レンズ５４によって２つの素子５５ａ、５５ｂから成る円柱レンズ・アレイ５５へと集光される。これは、円柱レンズ素子５３から出発する扇形の光線が円柱レンズ・アレイ５５の領域全体にわたって配分されることを意味する。言い換えると、短軸Ａ_sの方向ｙでの或る偏向ビームが円柱レンズ・アレイ５５の領域全体にわたって配分される。

レンズ・アレイ５５の入り口における角度分布は円柱レンズ素子５３における視野の位置によって決まる。円柱レンズ・アレイ５５の入り口での扇形の光線は円柱レンズ素子５３における視野の空間距離に従って傾けられる。

これを補償するために、円柱レンズ・アレイ５５は特定の配列下で使用される。第１のアレイ５５ａまでの第２のアレイ５５ｂの距離はレンズ・アレイ５５の第２の素子５５ｂの焦点距離ｆ_{array 55b}に等しい。この構成では、出力角は、レンズ・アレイ５５の第１の素子５５ａにおける光線の位置によって決定されるだけである。レンズ・アレイ５５の第２の仕事は後に続くロッド５６による均質化に必要とされる角度分布を決めることである。

ロッド５６は入り口領域に反射防止コーティング５６ａを有する。ロッド５６内部の光線がガラス５６と空気の間の境界５６ａに当たれば内部反射が起こり、これが光線５９をロッド５６内に留める。いくつかの反射６０ａ、６０ｂの後、ロッド５６の出口５６ｂにおける均質な分布が達成される（図２７）。反射６０ａ、６０ｂは長軸Ａ_lの方向ｘで起こるのみである。短軸Ａ_sの方向ｙでは反射はない（図２８ｃ、２８ｄ）。短軸Ａ_sの方向ｙにおけるロッドのサイズは、短軸Ａ_sの方向ｙにおけるビーム・サイズ６１よりも大きい。長軸Ａ_lの方向ｘでの均質化に加えて、ロッド５６はレンズ素子５３によって作られる角度変位を長軸Ａ_lの方向ｘ全体にわたって等しく配分する仕事もやはり有する。長軸Ａ_lの方向ｙでロッド５６の出口５６ｂを最終平面（パネル）に結像させる処理は少なくとも３つの円柱レンズ（またはミラー）を必要とするがこれらはここには提示されていない。いずれにせよ詳細は実施形態＃７と関連して説明される。倍率因数は１０から２００のオーダーである。

図２８は短軸Ａ_sの方向ｙでのビーム偏向の原理を長軸Ａ_lの方向ｘでのビームの位置の作用として示している。図２８ａは回転可能な円柱レンズ素子５３の断面をｘｙ平面で示している。図２８ｃは光軸５０と短軸の方向に沿ったビーム経路の断面を、それぞれの光学的に活性な素子のみを含めて示している。図２８ｄは短軸Ａ_sの方向ｙに沿ったビーム経路の断面を、図２８ｃに示されたのと平行の平面内であるが長軸方向の別の位置で示している。傾斜した円柱レンズ５３が原因で中央の光線５３ａは円柱レンズ５３に中央で当たらず、回転角αに比例する中央からの距離ｙで当たる。

図２８ａ中の斜線の長方形６２はレンズ素子５３でのビームの形状である。このビーム形状はアレイ５１と集光レンズ５２によって作られるものに対応している。場合によっては、追加的に、均質にされたビームが開口６４または図２８ｅに示された開口と同様の配列を使用して短軸Ａ_sの方向ｙで縁部を切り取ることもある。既に説明したように、長軸Ａ_lの方向ｘでの分布は一様である。ビーム座標（０，０）を備えた中央の光線５３ｂは円柱レンズ５３に中央で当たり、影響を受けない。ビーム座標（−ｘ，０）を備えた左の光線５３ａはレンズ５３に下側部分で当たり、上方向に偏向させられる。座標（ｘ，０）を備えた右の光線５３ｃはレンズ５３に上側部分で当たり、下方向に偏向させられる。ここでのケースとなる下偏向の値に関すると、偏向はｘ座標の一次関数である。偏向ビーム６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１は円柱集光レンズ素子５７によって（または場合によっては集光ミラー（図示せず）によって）（中間の）視野（絞り）平面５８上に集光される。視野（絞り）平面５８における偏向ビーム６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１のそれぞれの位置は偏向に比例し、それゆえにｚ軸の周りでのレンズ素子５３の回転に比例する。図２８ｄは視野（絞り）平面５８における対応する光線６１ａ、６１ｂを示している。やはり示されているものは光軸５０から長軸Ａ_lの方向の距離ｘを備えた短軸Ａ_sの方向ｙの光線６１の光学経路であって、これらの光線は光軸５０に平行である。これらの光線６１は焦点集束用レンズ５７によって視野（絞り）平面５８上に焦点集束される。図２９ｃは入力光を使用して、短軸Ａ_sに沿ったそれぞれのビーム６４の算出強度分布を示している。

レーザ自体が経時変化する発散プロファイルを有する。レンズ素子５３の回転を伴うことなくこの発散プロファイルはレンズ素子５３とレンズ素子５７によって視野（絞り）平面５８における短軸Ａ_sの方向での空間分布として集光される。このプロファイルは図２９ａに示されている。次の段階では均質な分布の作成が説明される。レンズ素子５３の回転は視野（絞り）平面５８における変位を作り、これはレンズ素子５３の位置における長軸Ａ_lの方向での距離に比例する。レンズ素子５３での強度分布は均質化の第１のステージのせいで一様であるので、レンズ素子５３に入射する平行光線に関して視野（絞り）平面５８でシルクハット形状の強度分布を生成するであろう。このシルクハット形状の幅Ｔ_yはレンズ素子５３の回転角αに比例する。このシルクハット形状の分布は図２９ｂに示されている。このシルクハット形状の分布はレーザの発散および回折が考慮されない場合のシミュレーションの結果である。

短軸方向でのレーザの発散が原因で、視野（絞り）平面５８における結果は集光されたレーザの発散の空間分布（図２９ａ）と回転型レンズ素子５３によって作られるシルクハット形状の分布（図２９ｂ）の重畳である。

Ｓｉ結晶の横方向成長の長さを増大させるために、非対称の強度分布が好都合である。ビーム・プロファイルの前縁付近の光強度は後縁の強度よりも低い。これは図２８ｂに示されるように刃によってレーザ・ビーム・プロファイルを切り取ることによって達成される。短軸Ａ_sの広がりｙ全域にわたって積分された強度は長軸Ａ_lの方向ｘでの位置の関数として直線的に減少している。１つの位置ｘでの積分強度は結果として或る一定の位置での視野（絞り）平面５８内の強度になる。視野（絞り）平面５８での位置は長軸Ａ_lの位置ｘの一次関数である。したがって、視野（絞り）平面５８での強度もやはりレンズ素子５３での積分強度と同じ関数で変化している。図２８ｂに示されたビーム・プロファイルについては、視野（絞り）平面５８での強度分布は直線的な傾斜部分Ｒ_yとして予期される。

傾斜部分Ｒ_yを伴う非対称のビーム・プロファイルは開口で上側と下側部分を切り取ることによって容易に作られ、図２８ｃ、ｄ、ｅに示されたものから逸脱する。この開口は図２８ｂに示されたハッチング領域６３のような形状を有する。または図２８ｆに示されるように、プロファイルを上側と下側部分を切り取る２つの単一の縁部により実現されてもよい。

図２９ｅに示される切り取られたビーム・プロファイルについては、分布はシルクハット形状Ｔ_yではなく傾斜部分Ｒ_yに似ている。集光されたレーザの発散の空間分布との重畳の後、まだ傾斜部分Ｒ_yが見える（図２９ｆ）。

短軸Ａ_sの方向ｙで傾斜部分Ｒ_yを生成するための刃６４’は回転型円柱レンズ５３の前方のいずれかの平面に置かれるべきである。好ましい解決策では、刃６４’の切り取り処理は短軸Ａ_sの方向ｘのビームの上側と下側の部分で中心軸Ａ_cに対して対称である。このケースでは短軸方向でのビームの変位は切り取り用刃６４’を通る透過にわずかな影響を有するのみである。刃６４’は図２８ｃに示されるように直線的な傾斜部分Ｒ_yを生成するが、ビーム・プロファイルの一部のみを切り取ることもやはり可能である。前縁の側にある部分のみが切り取られれば、後縁におけるエネルギー密度は影響を受けない。これは、後縁に関係する処理がまだシルクハット形状の分布を有し、その一方で傾斜が前縁の領域のみになることを意味する。

記述された後者のような、前縁付近で殆どシルクハット形状の分布、後縁付近で傾斜の分布を有する非対称の分布は短軸Ａ_sの方向ｙでのビームの焦点集束の収差によって作ることができる。短軸方向で光学的能力を備えた円柱ミラーが０°とは異なる入射角Θの下で使用されれば、有意のコマ収差が見えるであろう。図３０ａは本発明による第７の実施形態のそのような変形例の一部を示しており、ここでは、円柱集光レンズ素子５７が、４０°のオーダーの入射角Θの下で入射ビームを反射する円柱ミラー５７’で置き換えられている。この角度はΘ＝４０°ではなくΘ＞０°のいずれかの他の入射角、好ましくは１０°と５０°の間の入射角Θが使用されることもある。

コマ収差の効果は描かれた図３０ｂにあり、（中間視野）平面内の短軸Ａ_sの方向ｘに沿ったビームの強度分布が４０°の入射角Θのせいで極めて大きいことを示している。文献から知られているように、コマ収差は非対称のエネルギー分布を生成する。この効果は短軸Ａ_sの方向でミラー５７’の非球面形状を使用することによってさらに小さい入射角Θの下で達成させることが可能である。この面形状は以下の形態であり、
ｐ＝ａ×ｑ³ （４）
ここでｐは球面形状からのずれであり、ｑはミラーにおける短軸方向の高さであり、ａは非球面、したがって傾斜の勾配を決める定数である。

（好ましい実施形態＃８）
入射ビームを均質にするためにロッドを使用する実施形態が米国特許第４９１８５８３号明細書に開示されている。この文書の図７は、本発明による実施形態＃８に関連して使用されるものと全く類似した配列を示す。実施形態＃８による配列が長軸の強度分布を均質にする一方で、米国特許第４９１８５８３号明細書に開示された配列は両方の方向で、すなわち長軸と短軸Ａ_l、Ａ_sの次元ｘ、ｙで入力ビームを均質にする。

図３１ａ、３１ｂに示された本発明の好ましいバージョンによる第８の実施形態も、上記で説明されたＴＤＸ処理を使用して基板（「パネル」）上に蒸着された非晶質シリコン膜から多結晶シリコン膜を製造するために使用できる。

図３１ａは本発明による光学系の第８の好ましい実施形態のｘｚ平面での平面図を示している。図３１ｂは図３１ａによる光学系の第８の好ましい実施形態のｙｚ平面での対応する平面図を示している。

この実施形態は光源（図示せず）、２つの均質化ステップ８１、８２、分散型遅延デバイス（ＤＤＤ）光学素子７３、３つの結像光学系８３、８４、８５、回転型円柱レンズ７７、場合によって制限モジュール７９を適用するための中間視野平面９２、パネル８０が置かれる視野平面１１５を含む。

光源としてレーザが使用される。このレーザは６００ｎｍ未満の波長で動作することが好ましい。特に、ＫｒＦエキシマレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザまたはＸｅＦエキシマレーザなどのエキシマレーザが使用されるであろう。

第１の均質化ステップ８１は入射ビームを１つの次元（ここではＡ_l）のみの中で複数のビームに分割するための円柱レンズ・アレイ７１（この円柱レンズ・アレイ７１ではなく、例えば上述されたような２ステージの円柱レンズ・アレイ（フライアイ）または回折性光学素子（ＤＯＥ）が使用されてもよい）、および分割個別ビームを第１の瞳平面９３に集光するための第１の集光凸レンズ７２を含む。

第２の均質化ステップ８２は入射ビームを積分するための立方体ロッド７５、および積分されたビームを第２の瞳平面１１２に集光するための第２の円柱集光凸レンズ７６を含む。

ＤＤＤ光学素子７３は長軸Ａ_lの方向ｘに並べて間隔を置かれて配置された複数の立方体ロッド７３ａ、７３ｂを含む。ＤＤＤ素子７３はｚ方向に伝播するビームの光学経路の長さを選択的に増大させることができる。複数の（立方体）ロッド７３ａ、７３ｂを含むこの構成の代わりに、例えば米国特許第４６１９５０８号明細書に記述されるようなｚ方向で多様な長さを備えた複数の区画を有する棒材を使用してもよい。

第１の結像光学系８３は第１の集光レンズ７２とコリメータ・レンズ７４を含む。この第１の結像光学系８３は円柱レンズ・アレイ７１の焦点面をほぼロッド７５の入り口平面９７の中に結像させる。

第２の結像光学系８４は、このケースでは円柱集光凸レンズ７６と円柱レンズ７８を含む。積分器ロッド７５の出口平面１０３が、そのロッド出口平面１０３の増倍された像を第１の次元ｘ内で形成するために、第２の結像光学系８４の使用によって２０よりも大きい倍率因数で標的平面８０に結像される。レンズ７６、７８の代わりにミラーが使用されてもよい。

第３の結像光学系８５はｙ方向に直角に配置された円柱レンズ１１４を含む。第３の結像光学系８５はリレー光学系であって、入射ビームによって照射されて場合によっては視野平面９２内に配置された視野制限モジュール７９によって第１および／または第２の次元内に制限される視野８６を結像させることができる。この共役視野平面９２では、入射する平行ビームの収斂はｙ方向の円柱集光レンズ１１３によって形成される。リレー光学系８５の縮小比は１と１５の間の値を有することが見込まれる。レンズに基づいた結像光学系８５の代わりにミラーに基づいた結像光学系、またはこれらの組合せが使用されてもよい。

円柱レンズ７７は実施形態＃７に関して既に述べられたものと同様に構築される（上記参照）。図３２はそのような円柱レンズ７７を示している。

この円柱レンズは平行の伝播方向を備えた多様な入射ビームを異なる方向に移動させるために長軸Ａ_lの方向ｘに対する頂上線８７の間の角度αに関係なく使用される。詳細な機能は実施形態＃７を参照して上記で既に述べられた。円柱レンズ７７の代わりに上述のような薄切りのレンズ（図１３、１４参照）または図１５に示されるような傾斜した頂上線を備えた非対称の円柱レンズが使用されてもよい。

視野制限モジュール７９として、例えば長方形の視野絞りが例えば図１０に示されるように使用されてもよい。従来式の視野絞りではなく、ビームの有用な部分をビームの不用な部分から分離する光学素子が使用されてもよい。そのようなビーム分離素子は、楔プリズム、ミラー、または分離されるべき光を偏向させる鋭い境界線を備えたファイバなどの円柱レンズといった１つまたは複数の反射性、屈折性、または回折性の光学素子で、または反射性分離素子のケースでは所望のビームを反射する一方で分離されるべき光を通過させるための制限された反射領域を備えた構造化ミラーで構成させることが可能である。

このケースではパネル８０は薄い非晶質シリコン膜を担持した平面状基板である。したがって、パネル８０の面８８は平面である。パネル８０は円柱状、球状、またはそれ以外の湾曲面であることもある。

本発明によると、図３１ａ、３１ｂに示された光学系は任意の入力強度分布を有する入力光ビーム８９からパネル８０の面８８上に目標強度分布を生成することが可能であり、ここでは外側形状は基本的に長方形であって１０，０００を超える高いアスペクト比を有する。

光源４は図面（図３１ａ、３１ｂ）の左手側から右手側へと伝播方向ｚで伝播する入力光ビーム８９を放射する。入力光ビーム８９は伝播方向ｚを横切る第１の次元ｘの広がりを有し、かつ第１の次元ｘと伝播方向ｚを横切る第２の次元ｙの広がりを有する。

レーザ・ビーム８９のサイズはビーム拡大器によって、またはレーザの口径を円柱レンズ・アレイ７１（図３１ａ、３１ｂには示されていない）上に結像させる結像光学系によって調節される。図３１ａ、３１ｂに示された平行レーザ・ビーム８９は長軸方向ｘでビーム８９を均質にするための第１の均質化ステップ８１に当たる。円柱レンズ・アレイ７１を含む１ステージ積分器にあるこの第１の均質化ステップ８１は焦点面１０５内に線集束１０６（図３１ｂの下部に最初の小さい図１０７で示される）を形成する。

レンズ・アレイ７１は入力光ビーム８９をさらなる伝播方向ｚで複数ｍの個別ビーム９１に分割し、ここではｍは互いに隣り合って配置された円柱レンズ区画９０の数に相当し、これらレンズ区画の軸は短軸Ａ_sの方向ｙに沿って走っている。

このケースでは、その円柱の軸がｙ方向に走る円柱集光凸レンズ７２が個別ビーム９１を集光する。個別ビーム９１は均質化用配列８１の瞳平面９３内で第１の次元ｘ内に完全に重なり合う。本発明によるＤＤＤ素子７３は瞳平面９３内に配置され、例えば米国特許第４６１９５０８号明細書に述べられるような視野平面内ではない。

レーザ・ビームの空間コヒーレンス・セルのサイズが円柱レンズ素子７１の間隔と等しいサイズを有すれば、各々の空間コヒーレンス・セルが平面７３内の全瞳を照射する。ＤＤＤ素子を通過しない光線はＤＤＤ素子を通過する光線とは異なる（ｋ−１）×Ｌの経路長を有する。ここでＬはＤＤＤロッド７３の長さである。好ましい配列では、この経路長はレーザのコヒーレンス長よりも大きい。このケースでは視野平面１１６で２つの異なる干渉パターンが生じる。干渉の量は√２の因数で削減される。視野平面内に（例えば米国特許第４６１９５０８号明細書に開示されるように）配置されているＤＤＤ素子が使用されれば、同じ干渉の削減が、空間コヒーレンス・セルの数に等しいＤＤＤ素子の数で達成できる。エキシマレーザについてはコヒーレンス・セルの数は２０から１００のオーダーである。視野平面内にＤＤＤ素子を使用することによって干渉を削減する処理は瞳平面９３内にＤＤＤ素子７３を使用するよりもはるかに多くの素子を必要とするであろう。

分離して配置された立方体ロッド７３ａ、７３ｂを突き抜けるビーム部分９４は通常では空気であるそれ以外の環境に比べると、より高いロッド７３ａ、７３ｂの光学密度のせいで遅延を受ける。

この影響は、ＤＤＤ素子７３を通って伝播し、したがって１つまたは複数のロッドに部分的に当たり、ＤＤＤ素子７３を殆ど妨害されずに部分的に透過する入射コヒーレント・ビーム（３５１ｎｍのエキシマレーザＸｅＦを使用すると数ｍｍのオーダーのコヒーレンス長を有する）が異なる光学経路のせいで部分的にインコヒーレントになることである。ロッド７３ａ、７３ｂの長さは２の因数でコヒーレンス長を超えることが好ましい。

その円柱の軸がｙ方向に走る円柱コリメータ・レンズ７４は（部分的に）インコヒーレントの（ＤＤＤ素子７３によって実現されるような）レーザ・ビーム９６を平行にし、ビーム９６をロッド７５の入り口面９７またはロッド７５の中に結像させる。

ロッド７５の入り口９７の照射は殆ど完全にｘ方向で照射される。ロッド７５の向上した均質化が達成されるべきならば、ロッド７５がわずかに過充満されることもある。このケースでは、過充満に起因するエネルギー損失が存在し、時間依存性のビーム変位があれば、長軸Ａ_lへの方向ｘの非対称性のビーム分布に関する動的なエネルギー変動もやはり存在する。

可能な限り反射を削減するためにロッド７５の入り口面９７は反射防止コーティング（図示せず）で覆われる。反射防止コーティングとして、当業者によく知られているように誘電体の多層が使用されてもよい。ロッド７５は入り口面９７へと導かれる平行ビーム９８のための積分器の役割りを果たす。ロッド７５内部の光線９９が石英ガラス（これはロッド７５を生産するための材料として使用されることが好ましい）と周囲空気（上記参照）の間の境界１００ａ、１００ｂに当たれば内部反射１０１が生じ、これが光線９９をロッド７５内に留める。ロッド７５の延長は、ロッド７５内側の内部反射１０１の角度が全反射のための臨界角未満に保たれることで可能な限り反射損失を最小にするように選択される。やはり当該技術でよく知られている鏡映楔面を有する中空のロッドを使用すると、共通の鏡映層の有限反射率に起因して望ましくない損失が生じる。

いくつかの反射１０１の後、ロッド７５の出口面１０３で均一な強度分布が達成される（図３１ａ、３１ｂ）。上記で述べられた実施形態と同様に、反射１０１は長軸Ａ_lの方向ｘでのみ起こる（図３１ａ）。この方向ｘでロッド７５はわずかに過充満されることも可能である。短軸Ａ_sの方向ｙでは反射はない（図３１ｂ）。短軸Ａ_sの方向ｙのロッド・サイズは短軸Ａ_sの方向ｙのビーム・サイズよりも大きい。短軸Ａ_sの方向ｙのビーム・サイズはこの方向ｙの小さい発散角度に起因して小さい。

したがって、ロッド７５の入り口ビーム９８を形成するｍ本の個別ビーム９１はロッド７５内で混ぜられて重ね合わされ、長軸Ａ_lの次元ｙにｎ×ｍ本の個別の部分ビーム（明示されない）を形成する。ここでｎはビーム１０２がロッド７５の出口面１０３から離れる前にロッド７５の中で生じる反射の数に近似する。詳細では、反射の数は入射ビームの入射角、ロッド８２の長さ、屈折率、幅によって決まる。個別の部分ビームは、挿入図１１１に焦線１１０で示されるように、対応する瞳平面１１２内にｘ方向で形成される。これらの焦線は多様な位置で傾斜円柱レンズ７７に交差し、平面９２内のｙ方向でわずかに移動した焦点位置を生じさせ、円柱集光レンズ１１３によって焦点集束される。

ｙ方向では、ｘ方向でのみ作用する円柱レンズ・アレイ７１とにこれに続く結像光学系７２、７４はどのような効果も備えない。このケースでは結像光学系７２、７４は場合によっては、望遠鏡類似の結像デバイスによってｙ方向でビーム径を調節するためにｙ方向で使用されることもある。そのようなケースではロッド７５の入り口においてｙ方向でレーザ・ビームの共通のビーム発散を超える適切な発散角度が利用可能ではなく、それにより、ロッド７５の内側でｙ方向の反射は起こらない（図３１ｂ参照）。ｙ方向では第１と第２の均質化ステップ８１、８２の両方は効果を有さず、ｙ方向のビーム径とｙ方向の発散角度の積として規定されるｙ方向における幾何学的光束の増大につながらない。

ロッド７５ではなく、場合によっては瞳平面９３またはそこから推定される平面内に導入される円柱レンズ・アレイ７５’が第２の均質化ステップ８２として使用されてもよい。この代替の実施形態は図３１ｃに示されている。円柱レンズ・アレイ７１と７５’によって作られるｎ×ｍ本の線集束１１２が挿入図１１３として図３１ｃに示されている。

コリメータ・レンズ７６は短軸方向ｙで（焦点面１１２に）ｎ×ｍ本の線集束１１０と長軸方向ｘで対応する点集束１１０を形成する（図３１ｂ、挿入図１１１）ｎ×ｍ本の個別の部分ビームを平行にする。短軸方向では、短軸方向ｘの線集束は（殆ど）平行の光線を有する平行の部分ビームに適応する。

ｘ方向で、円柱光学素子７６と共にさらなる平行化用光学素子７８がロッド７５の出口１０３を像平面８０に結像させ、それにより、ｘ方向で広範囲に均質化された照射が生じる。特に、短軸方向ｙのｎ×ｍ本の線集束は長軸方向ｘで開口ＮＡを有し、焦点面１１２内に位置決めされる。コリメータ・レンズ７８は視野８６をｘ方向で照射するために開口を長軸方向ｘで平行にする。それにより、ｎ×ｍ本の個別の部分ビームは長軸方向ｘで重ね合わされる。この重ね合わせは長軸方向ｘでの均質化につながる。

短軸方向では、短軸方向ｘの線集束は（殆ど）平行の光線を有する平行の部分ビームに適応する。第２の均質化ステップ８２よりも後方の線集束１１０の各々はｙ方向（これは基板に対して出力線ビームの走査方向に適応する）で例えばプリズム、ミラーなどによってわずかに移動させられることが可能であり、それにより、理論的にはｘ方向で均質化された照射が作られることが可能である。多様な移動を伴ったいわゆる開口分割とプリズム部分によって均質な照射を生成するためのそのような方法は現状技術によりよく知られている。それでもやはり、そのような方法はこのケースでは応用できない。特に、高いアスペクト比を有するときに高い効率と高いパワー密度を実現するために極めて小さいレンズの均質化効果が達成される。これは像平面内で、レーザの発散によって制限されるビーム束の因数３での拡大につながるに過ぎない。角度でそのような精度を有するプリズムは本発明者らが知っている限り加工されることが不可能である。意外なことに、本発明者らは極めて小さいビームの偏位を正確に調節するために、円柱レンズの移動を実施することも可能であることを認識した。わずかに移動させられる円柱レンズのアレイによって、先行技術の解決策によるケースではなかった極めて小さい領域にわたる均質化が技術的に可能になった。

さらに、前出の好ましい実施形態に関連して既に詳しく述べられたように、極めて狭い領域を均質にするためにｙ方向に主要な屈折力を有する円柱レンズをｚ軸の周りでわずかに回転させることが意外にも十分であることを本発明者らは認識した。

そのような回転可能な円柱レンズを使用すると、レーザの発散によって予め決定される照射の幾何学的光束の約３倍の領域での像平面の均質な照射が可能である。レーザの発散がｙ方向の照射の狭さの限界に対して大き過ぎるケースでは中間視野平面９２内に視野絞り７９が適用されてもよく、以下で述べられるが、これが円柱光学素子８５の補助で最終視野平面１０５に結像させられる。このケースでは均質化は主に視野絞り７９の均質な照射のために役立ち、それにより、光パワーの損失を可能な限り最高の程度に削減するために視野絞り７９の過度の照射は可能な限り低くされるべきである。

本発明によると、ｘ方向に対して傾斜角度αで傾けられた頂上線８７（このケースではこの頂上線はレンズの円柱の軸に平行である）を有する円柱レンズの形のビーム移動用光学素子７７が、複数のｍ×ｎ本の個別の部分ビームのうちの少なくとも１つを視野平面８６上の第２の次元ｙ内に少なくとも部分的に移動させるために存在する。図３１に示されたこのケースでは、回転させられた円柱レンズ７７は平行のｍ×ｎ本の個別の部分ビームをわずかに、言わば１０μｍ以下で偏向させる。各々の平行個別部分ビームは別の角度で偏向させられる。詳細は図２８ａ、２８ｂに示され、上記で述べられた。

焦点集束用レンズ１１３は個別の部分ビームを（中間）視野平面９２に焦点集束させる。焦点集束したｍ×ｎ本の個別の部分ビームは短軸Ａ_sの方向ｙで少なくとも部分的に重なり合い、視野の十分に規定された限定照射を形成する。図３４ｃは、図３４ａに示されるようなガウス・ビーム・プロファイルを有する入力光ビームを使用して短軸Ａ_sに沿った視野平面９２内のそれぞれのビームの算出された強度分布を示している。

図３４ｃに示される、短軸Ａ_sの方向ｙの出力強度分布の縁部の鮮明度を向上させるために、前述の光学配列によって作られる縁部が視野絞り７９または例えば上記で述べられたようないずれかの他の光学装置の補助で切り取られることが可能である。ビームは光学素子８５を減じることによってさらに削減され、図３１ａおよび３１ｂに示された最終平面８０に結像され、図３４ｂに示されるものに匹敵する短軸Ａ_sの方向ｙに沿った強度プロファイルを供給する。

Ｓｉ結晶の横方向成長の長さを増大させるためには、上記で既に記述されたように非対称の強度分布が有利である。これは回転型円柱レンズ７７に入る前に図３２に示されるようなレーザ・ビーム・プロファイルを図３２中のハッチング領域に切り取ることによって達成される。非対称のビーム・プロファイルは開口で上側と下側部分を切り取ることによって容易に作られる。この開口は図３３に示されるハッチング領域１０４のような形状を有する。短軸Ａ_sの広がりｙ全域にわたる積分強度は長軸Ａ_lの方向ｘ内の位置の関数として直線的に減少している。１つの位置ｘでの積分強度は結果として或る一定の位置での視野（絞り）平面９２内の強度につながるであろう。視野（絞り）平面９２での位置は長軸Ａ_lの位置ｘの一次関数である。したがって、視野（絞り）平面９２での強度もやはり回転型レンズ素子７７での積分強度と同じ関数で変化している。

レーザを光源として使用すると、入力ビーム８９自体が経時変化し得る発散プロファイル（その算定は図３４ａに示される）を有する。レンズ素子７７の回転を伴うことなくこの切り取られた発散プロファイルはレンズ素子７８によって視野（絞り）平面９２における短軸Ａ_sの方向ｘでの空間分布として集光される。このプロファイルは図３５ｂに示されている。短軸方向のレーザの発散が原因で、視野（絞り）平面９２における結果は集光されたレーザの発散の空間分布（図３４ａ）と回転型レンズ素子７７によって作られる傾斜分布（図３５ａ）の重畳である。集光されたレーザの発散の空間分布との重畳の後、まだ傾斜が見える（図３５ｂ）。

図３５ｂによるこの強度分布は視野平面９２内に配置される視野絞り７９、またはいずれかの他の視野制限素子によってここでも再び切り取られるてもよい。切り取られた視野７９が、図３１ａ、３１ｂに示された光学配列８５によって最終平面１０５に再結像される。

図３６は短軸Ａ_sの次元ｙでの出力強度分布Ｉの特徴的サイズを要約しており、これは図３１ａ、３１ｂに示されて上記で詳細に述べられたような光学系を使用して達成されることが可能である。

先行技術による均質化用光学素子の第１の実施形態のｙｚ平面における平面図である。 先行技術による均質化用光学素子の第２の実施形態のｙｚ平面における平面図である。 １０μｍの視野を生成することを試みるときの図２に示されたような２ステージ・ホモジナイザから予期し得る算定強度分布を示す図である。 先行技術による均質化用光学素子の第３の実施形態のｘｚ平面における平面図である。 図４に示された先行技術による均質化用光学素子の第３の実施形態のｙｚ平面における平面図である。 ０．１５の開口数および３０８ｎｍの波長およびガウス・ビームの回折限界ビーム・サイズの８．５倍の幅を有する近似ガウス・ビーム形状を備えたエキシマレーザを使用した、第１の次元に沿った視野での典型的な強度プロファイルを示す図である。 ３０８ｎｍの波長およびガウス・ビームの回折限界ビーム・サイズの８．５倍の幅を備えたガウス入力ビームで照射されたとき、長軸に沿って分割される１０本のビームを横方向に移動させ、結果として短軸方向で約１０μｍの幅を備えたシルクハット形状強度プロファイルに結び付く０．１５の開口数を有する図４および５に示されるような２ステージ・ホモジナイザから予期し得る視野での算定強度分布を示す図である。 ３０８ｎｍの波長およびガウス・ビームの回折限界ビーム・サイズの８．５倍の幅を備えたガウス入力ビームで照射されたとき、長軸に沿って分割される１０本のビームを横方向に移動させ、結果として短軸方向で約５μｍの幅を備えたシルクハット形状に結び付く０．１５の開口数を有する図４および５に示されるような２ステージ・ホモジナイザから予期し得る視野での算定強度分布を示す図である。 図２に適応するが、入射ビームを分割することによって形成される個別ビームが空間的に分離される領域を追加的に示す図である。 ２ステージ・ホモジナイザおよび鮮明な縁部を生成するための視野絞りを備えた光学系のｙｚ平面における平面図である。 本発明による光学系の第１の好ましい実施形態のｘｚ平面における平面図である。 図１１による光学系の第１の好ましい実施形態のｙｚ平面における平面図である。 先行技術による円柱レンズを示す透視図であるが、円柱の軸を横切って区画化されている。 図１３による区画化円柱レンズの形態であって図１１および１２による光学系に使用される、本発明によるビーム移動用光学素子の透視図である。 従来式の凸面円柱レンズに対して頂上線が傾けられる凸面円柱レンズの形態である、本発明によるビーム移動用光学素子の透視図である。 凸面円柱レンズの形態であって、本発明による光学系において短軸または長軸方向に対して傾けられて配置されると想定される、本発明によるビーム移動用光学素子の透視図である。 本発明による光学系の第２の好ましい実施形態のｘｚ平面における平面図である。 図１７による光学系の第２の好ましい実施形態のｙｚ平面における平面図である。 本発明による光学系の第４の好ましい実施形態のｘｚ平面における平面図である。 図１９による光学系の第４の好ましい実施形態のｙｚ平面における平面図である。 本発明による光学系の第５の好ましい実施形態のｘｚ平面における平面図である。 図２１による光学系の第５の好ましい実施形態のｙｚ平面における平面図である。 図２１、２２による光学系の第５の好ましい実施形態の修正品のｘｚ平面における平面図である。 図２３による光学系の第５の好ましい実施形態の修正品のｙｚ平面における平面図である。 本発明による光学系の第６の好ましい実施形態のｘｚ平面における平面図である。 図２５による光学系の第６の好ましい実施形態のｙｚ平面における平面図である。 本発明による光学系の第７の実施形態のｘｚ平面における平面図である（入り口部分）。 ａ：図２７による第７の実施形態の一部である回転した円柱レンズの透視図である。 ｂ：図２８ａによるレンズの透視図であって、入射ビームが切り取られる領域を示している。 ｃ：図２７による光学系の第７の実施形態のｙｚ平面における平面図（出口部分）であって、視野平面上へのビームの焦点集束を示しており、そこで図２８ａによる回転型円柱レンズが長軸ｘに沿った中央に当てられる。 ｄ：図２８ｃによる光学系の第７の実施形態のｙｚ平面における平面図（出口部分）であって、視野平面上へのビームの焦点集束を示しており、そこで図２８ａによる回転型円柱レンズが長軸方向ｘで縁部に当てられる。 ｅ：長軸方向にスリットを形成する視野絞りが並列で走る直線的縁部を有するときに図２８ｃのＸ１−Ｘ１に沿ってとった断面図である。 ｆ：長軸方向で傾斜して走る直線的縁部を有する切り取り用刃を使用するときに図２８ｃのＸ１−Ｘ１に沿ってとった断面図である。 ａ：ガウス分布を想定して視野平面での算定された入力ビーム強度プロファイルを示す図である。 ｂ：図２８ａによる回転型円柱レンズを使用することによって視野平面での算定されたシルクハット形状プロファイルを示す図であって、レーザの拡散を考慮に入れていない。 ｃ：図２７、２８ｃ、２８ｄによる光学系を通過した図２９ａによる入力ビームを想定して算定された出力ビームの強度プロファイルを示す図である。 ｄ：ガウス分布を想定して視野平面での算定されたシルクハット形状の強度プロファイルを示す図である。 ｅ：回転型円柱レンズおよび図２８ｂ、２８ｆによる切り取り用刃を使用することによって視野平面で算定された傾斜の強度プロファイルを示す図であって、入力ビームを発するレーザの発散を考慮に入れていない。 ｆ：図２７、２８ｃ、２８ｄによる光学系を通過した図２９ａによる入力ビームを想定して算定された出力ビームの強度プロファイルを示す図であるが、図２８ｂに示されるように回転型円柱レンズの入り口で切り取られたビームを有する。 ａ：本発明による光学系の第７の実施形態に対する代替例のｙｚ平面における平面図である。 ｂ：図３０ａによる実施形態を使用するときの短軸方向に沿った目標強度分布を示す図である。 ａ：本発明による光学系の第８の実施形態のｘｚ平面における平面図である。 ｂ：図３１ａによる光学系の第８の実施形態のｙｚ平面における平面図である。 図３１ａと３１ｂによる光学系の第８の実施形態に対する代替具現化例のｘｚ平面における平面図である。 図３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃによる光学系の第８の実施形態で使用されるような回転型円柱レンズのｘｙ平面における平面図である。 ａ：ガウス分布を想定して算定された入力ビーム強度プロファイルを示す図である。 ｂ：図２８ａによる回転型円柱レンズを使用することによって視野平面での算定されたシルクハット形状プロファイルを示す図であって、レーザの拡散を考慮に入れていない。 ｃ：図３０および３１による光学系を通過した図３４ａによる入力ビームを想定して算定された出力ビームの強度プロファイルを示す図である。 ａ：図３３による回転型円柱レンズおよび図２８ｂ、２８ｆに示されたものと同様の切り取り用刃を使用することによって視野平面での算定された傾斜の強度プロファイルを示す図であって、入力光ビームを発するレーザの拡散を考慮に入れていない。 ｂ：図３０および３１による光学系を通過した図３４ａによる入力ビームを想定して算定された出力ビームの強度プロファイルを示す図であるが、図３３に示されるように回転型円柱レンズの入り口で切り取られたビームを有する。 第１の寸法と第２の寸法を備えた断面を有する出力ビームの短軸に沿った強度分布を示す概略図であって、第１の寸法は第２の寸法を数百倍上回る。

Claims (93)

1. 光のビームから面上に強度分布を生成させるための光学系であって、
   入射ビームを、いくつかが前記面上の第１の方向に少なくとも部分的に重なり合う複数のビームに分割する少なくとも１つの第１の光学素子と、
   前記ビームのうちの少なくとも１つを前記面上の第２の方向に移動させる少なくとも１つの第２の光学素子と
   を含む光学系。
2. 前記強度分布の外側の形状が基本的に長方形であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記複数のビームのうちのいくつか、好ましくは全部が前記第１の方向に前記面上に完全に重なり合うことを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
4. 前記第２の方向が前記第１の方向に対して基本的に直角であることを特徴とする請求項１から３の一項に記載の光学系。
5. 前記形状が前記第２の方向に幅を有することを特徴とし、かつ前記幅が１００μｍよりも小さいことを特徴とする請求項２から４の一項に記載の光学系。
6. 前記形状が前記第１の方向に長さを有することを特徴とし、かつ前記長さが１００ｍｍよりも大きいことを特徴とする請求項２から５の一項に記載の光学系。
7. 前記形状が３μｍと２０μｍの間の幅を有し、かつ３００ｍｍよりも大きい長さを有することを特徴とする請求項２から６の一項に記載の光学系。
8. 前記強度分布が中央領域で基本的に均質であり、前記強度が＋５％と−５％の間、好ましくは＋１％と−１％の間で変わる領域によって前記中央領域が決められることを特徴とする請求項１から７の一項に記載の光学系。
9. 前記面が円柱状または球状または平面であることを特徴とする請求項１から８の一項に記載の光学系。
10. 前記第１の光学素子が屈折性または反射性のアレイであることを特徴とする請求項１から９の一項に記載の光学系。
11. 前記アレイが円柱レンズもしくは非球面レンズまたは平坦な面を備えたレンズまたは円柱状ミラーまたは非球面ミラーまたは平面ミラーを含むことを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
12. 前記第２の光学素子が屈折性であることを特徴とする、または前記第２の光学素子が反射性であることを特徴とする、または前記第２の光学素子が回折性であることを特徴とする請求項１から１１の一項に記載の光学系。
13. 前記第２の光学素子が、円柱レンズまたは非球面レンズまたは平坦もしくは楔の面を備えたレンズを含むことが好ましい屈折性のアレイであることを特徴とする、または前記第２の光学素子が、円柱または非球面または平面ミラーを含むことが好ましい反射性のアレイであることを特徴とする請求項１２に記載の光学系。
14. 前記第２の光学素子が回折格子を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の光学系。
15. 前記第２の光学素子が複数の部分素子を含むことを特徴とする請求項１から１４の一項に記載の光学系。
16. 前記ビームのうちの少なくとも１つを前記第２の方向に移動させるために少なくとも１つの部分素子が他の部分素子に対して変位または傾斜させられることを特徴とする請求項１５に記載の光学系。
17. 前記部分素子が、楔もしくはプリズムの能力または円柱レンズを含むことが好ましい屈折性素子を含むことを特徴とする、または前記部分素子が、円柱または非球面または平面ミラーを含むことが好ましい反射性素子を含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載の光学系。
18. 前記複数の部分素子が互いに対して回転させられ、この回転軸が前記第１の方向に平行である、または前記複数の部分素子が互いに対して前記第２の方向に移動させられることを特徴とする請求項１７に記載の光学系。
19. 前記複数の部分素子のうちの少なくとも１つ、好ましくは全部が角度または位置で調節可能であることを特徴とする請求項１５から１８の一項に記載の光学系。
20. 前記第２の方向に対するビームの位置が光学デバイス、特にＣＭＯＳ検出器またはフォトダイオード・アレイによって測定されることを特徴とする請求項１から１９の一項に記載の光学系。
21. 前記光学デバイスからの情報が前記調節可能な部分素子を制御するために使用されることを特徴とする請求項２０に記載の光学系。
22. 前記制御がデジタル信号処理を含み、特に、前記信号処理が前記ビームの各々の最良の位置を判定するためのアルゴリズムを含むことを特徴とする請求項２１に記載の光学系。
23. 請求項１から２２のうちの少なくとも一項に記載の光学系を含む材料処理装置。
24. 請求項１から２２のうちの少なくとも一項に記載の光学系を含むレーザ・アニール装置。
25. 前記ビームを前記面上で少なくとも部分的に重ね合わせるための集光レンズを含む請求項１から２２の一項に記載の光学系。
26. 前記集光レンズが円柱レンズであることを特徴とする請求項２５に記載の光学系。
27. 前記円柱レンズが前記第１の方向にのみ光学的能力を有することを特徴とする請求項２６に記載の光学系。
28. 前記ビームを前記第２の方向に焦点集束させるための焦点集束用素子を含むことを特徴とする請求項１から２２または２５から２７の一項に記載の光学系。
29. 前記焦点集束用素子が円柱状面を有することを特徴とする請求項２８に記載の光学系。
30. 前記円柱状面が前記第２の方向にのみ光学的能力を有することを特徴とする請求項２９に記載の光学系。
31. 前記焦点集束用素子が前記第２の光学素子を含むことを特徴とする請求項２８から３０の一項に記載の光学系。
32. 前記第１の光学素子が部分素子の２つのアレイを含むことを特徴とする請求項１から２２または２８から３１の一項に記載の光学系。
33. 前記２つのアレイが光軸に沿って変位して配置されることを特徴とする請求項３２に記載の光学系。
34. 前記第２の光学素子が前記２つのアレイの間に配置されることを特徴とする請求項３２または３３に記載の光学系。
35. 前記２つのアレイの前記部分素子が前記入射光ビームの線集束を生成することを特徴とする請求項３４に記載の光学系。
36. 中間視野平面、および前記中間視野平面内に配置された視野絞り、および前記視野絞りを前記面上に結像させるためのリレー光学系を含む請求項１から２２または２８から３５の一項に記載の光学系。
37. 前記ビームのうちの少なくとも１つを前記第２の方向に移動させるために少なくとも１つの部分素子が他の部分素子に対して変位させられることを特徴とする請求項１５から２２または２８から３６の一項に記載の光学系。
38. 前記ビームのうちの少なくとも１つを前記第２の方向に移動させるために少なくとも１つの部分素子が他の部分素子に対して傾斜させられることを特徴とする請求項１５から２２または２８から３７の一項に記載の光学系。
39. 入力強度分布を有する入力光ビームから面上に目標強度分布を生成させるための光学系であって、
    或る伝播方向で伝播し、前記伝播方向を横切る第１の次元の広がりを有し、かつ第１の次元と前記伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有する前記入力光ビームを放射する光源と、
    前記入力光ビームを、いくつかが前記面上の前記第１の次元内で少なくとも部分的に重なり合う複数のビームに分割する少なくとも１つのビーム分割用光学素子と、
    前記複数のビームのうちの少なくとも１つを前記面上の前記第２の次元内で移動させる少なくとも１つのビーム移動用光学素子と
    を含む光学系。
40. ロッド積分器を含むことを特徴とする請求項３９に記載の光学系。
41. 前記ビーム移動用光学素子が、円柱状または環状または球状または平面状または非球面状である面を含むことを特徴とする請求項３９または４０に記載の光学系。
42. 前記ビーム移動用光学素子が、回転軸である光軸で回転させられる円柱状または環状のレンズを含み、この回転角度が０°を超えて２０°未満の間にあることを特徴とする請求項４１に記載の光学系。
43. 前記ビーム移動用光学素子が、回転軸の周りで回転させられて前記第１および／または前記第２の次元に対して傾斜させられた円柱状または環状または球状または非球面状または平面状のミラーを含み、この回転角度が０°を超えて２０°未満の間にあることを特徴とする請求項４１に記載の光学系。
44. 前記回転軸が前記第１および前記第２の次元によって形成される平面内にあることを特徴とする請求項４３に記載の光学系。
45. 前記回転軸が前記ミラーによって形成される平面内にあることを特徴とする請求項４３に記載の光学系。
46. 入力強度分布を有する入力光ビームから面上に目標強度分布を生成させるための光学系であって、
    或る伝播方向で伝播し、前記伝播方向を横切る第１の次元の広がりを有し、かつ第１の次元と前記伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有する前記入力光ビームを放射する光源と、
    前記入力光ビームを、いくつかが前記面上の前記第１の次元内で少なくとも部分的に重なり合う複数のビームに分割する少なくとも１つのビーム分割用光学素子と、
    前記面上の前記第２の次元内の前記複数のビームのうちの少なくとも１番目を前記複数のビームのうちの２番目に対して前記第２の次元内の前記複数のビームの前記第１または前記第２の広がりの一部分で移動させる少なくとも１つのビーム移動用光学素子と
    を含む光学系。
47. 前記複数のビームの移動量が前記面上で２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満であることを特徴とする請求項４６に記載の光学系。
48. 前記第２の次元内の開口数が０．１５未満であることを特徴とする請求項４６または４７に記載の光学系。
49. 前記複数のビームのうちの２つの隣り合うビームが前記面上の前記第２の次元内で少なくとも部分的に重なり合うことを特徴とする請求項４６、４７または４８に記載の光学系。
50. 入力強度分布を有する入力光ビームから面上に目標強度分布を生成させるための光学系であって、
    或る伝播方向で伝播し、前記伝播方向を横切る第１の次元の広がりを有し、かつ第１の次元と前記伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有する前記入力光ビームを放射する光源と、
    前記第１および／または前記第２の次元内で前記入力光ビームを均質にすることで前記面上の或る領域に均質な強度分布を生成させるための少なくとも１つのビーム均質化用光学素子と
    を含み、最大目標強度からの偏りが１５％未満であり、前記第１または前記第２の次元内の広がりＴ_yが０．６＜Ｔ_y／ＦＷＨＭ＜０．８５の関係を保ち、ここでＦＷＨＭが前記第１または前記第２の次元それぞれの前記目標強度分布の最大の半分における全幅である光学系。
51. 前記偏りが１０％未満であることを特徴とする請求項５０に記載の光学系。
52. 前記偏りが５％未満であることを特徴とする請求項５１に記載の光学系。
53. 前記面上の前記第２の次元内の前記広がりに対する前記第１の次元内の前記広がりの比が値１００００を超えることを特徴とする請求項５０から５２の一項に記載の光学系。
54. 前記面上または前記面付近に配置された視野制限素子を含むことで前記視野の視野サイズを、前記広がりが前記関係を保つ前記次元内で制限することを特徴とする請求項５０から５３の一項に記載の光学系。
55. 前記視野の前記視野サイズを前記広がりが前記関係を保つ前記次元内で縮小させるため、かつ前記視野を別の面に結像させるために結像用光学素子と縮小用光学素子を含むことを特徴とする請求項５０から５４の一項に記載の光学系。
56. 前記ビーム均質化用光学素子の入り口における入力光パワーに対する目標光パワーの比によって決まる効率で、３０％を超える効率を有することを特徴とする請求項５０から５５の一項に記載の光学系。
57. 基板が前記別の面上または前記別の面付近に置かれることを特徴とする請求項５５または５６に記載の光学系。
58. 入力強度分布を有する入力光ビームから面上に目標強度分布を生成させるための光学系であって、
    或る伝播方向で伝播し、前記伝播方向を横切る第１の次元の広がりを有し、かつ第１の次元と前記伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有する前記入力光ビームを放射する光源と、
    前記第１および／または前記第２の次元内で前記入力光ビームを均質にし、前記第１および／または前記第２の次元内で直線的な強度の傾斜を生じさせることで前記面上の或る領域内に、前記第１または前記第２の次元の広がりＲ_yを有する均質で傾斜のある強度分布を生成させるための少なくとも１つのビーム均質化用光学素子と傾斜発生用光学素子と
    を含み、
    目標強度が最大目標強度の８５％を超え、前記第１または前記第２の次元内の前記傾斜の広がりＲ_yが、０．６＜Ｒ_y／ＦＷＨＭ＜０．８５の関係を保ち、ここでＦＷＨＭが前記第１または前記第２の次元それぞれの前記目標強度分布の最大の半分における全幅である光学系。
59. 前記傾斜発生用素子が切り取り用開口を含み、切り取りの量が前記第１または前記第２の次元の関数であることを特徴とする請求項５８に記載の光学系。
60. 前記傾斜発生用素子が前記第１および／または前記第２の次元で反射力を有するミラーを含み、前記均質にされたビームが１０°よりも大きい入射角で前記ミラーに当たって前記面でコマ収差を導入することを特徴とする請求項５８または５９に記載の光学系。
61. 前記面におけるコマ収差を増大させるために前記ミラーが前記第１または前記第２の次元で非球面形状を有することを特徴とする請求項６０に記載の光学系。
62. 前記面上の前記第２の次元の前記広がりに対する前記第１の次元の前記広がりの比が値１０，０００を超えることを特徴とする請求項５８から６１の一項に記載の光学系。
63. 前記面上または前記面付近に配置された視野制限素子を含み、前記視野の視野サイズを、前記広がりが前記関係を保つ前記次元内で制限することを特徴とする請求項５８から６２の一項に記載の光学系。
64. 前記視野の視野サイズを前記広がりが前記関係を保つ前記次元内で縮小するため、かつ前記視野を別の面に結像させるために結像用光学素子と縮小用光学素子を含むことを特徴とする請求項５８から６３の一項に記載の光学系。
65. 前記ビーム均質化用光学素子と傾斜発生用光学素子の入り口における入力光パワーに対する目標光パワーの比によって決まる効率で、３０％を超える効率を有することを特徴とする請求項５８から６４の一項に記載の光学系。
66. 基板が前記別の面上または前記別の面付近に置かれることを特徴とする請求項５８から６５の一項に記載の光学系。
67. 入力強度分布を有して或る伝播方向で伝播し、前記伝播方向を横切る第１の次元の広がりを有し、かつ第１の次元と前記伝播方向を横切る第２の次元の広がりを有する入力光ビームから面上に目標強度分布を生成させるための光学系であって、前記目標強度分布が前記第２の次元内で２０μｍ未満の最大の半分における全幅を備えた広がりを有するように前記第１の次元と前記第２の次元内で前記入力光ビームを均質にするためのビーム均質化用素子を含む光学系。
68. 前記目標強度分布が前記第２の次元で４から１２μｍ、好ましくは４μｍと７μｍの間の最大の半分における全幅を備えた広がりを有することを特徴とする請求項６７に記載の光学系。
69. 前記目標強度分布が、前記第２の次元の広がりを決める前記均質化入力光ビームの縁部を切り取らずに達成されることを特徴とする請求項６７または６８に記載の光学系。
70. 前記第１の次元に沿った前記最大の半分における全幅の偏りが５μｍ／ｍ未満、好ましくは２μｍ／ｍ未満であることを特徴とする請求項６７から６９の一項に記載の光学系。
71. 前記面上の前記目標強度分布が前記第１および／または第２の次元内で直線的または曲線的であることを特徴とする請求項７０に記載の光学系。
72. 前記目標強度分布の前記第１の次元の前記広がりと前記第２の次元の前記広がりの間の比として定義されるアスペクト比が値１０，０００を超え、好ましくは３０，０００を超えることを特徴とする請求項６７から７１の一項に記載の光学系。
73. 前記目標強度分布が前記第２の次元内で、４μｍ未満の距離以内、好ましくは２．５μｍ未満の距離以内で強度が最大強度の１０％から９０％へと増大する第１の勾配を有することを特徴とする請求項６７から７２の一項に記載の光学系。
74. 前記目標強度分布が前記第２の次元内で、５．５μｍ未満の距離以内、好ましくは２．５μｍ未満の距離以内で強度が最大強度の１０％から９０％へと増大する第２の勾配を有することを特徴とする請求項７０から７３の一項に記載の光学系。
75. 前記第２の次元で前記面に相対して前記目標強度分布を移動させるための相対移動用デバイスを含むことを特徴とする請求項６７から７４の一項に記載の光学系。
76. 前記相対移動用デバイスが前記第２の次元で前記面に相対して前記目標強度分布を、パルス化された前記入力光ビームのパルス周期以内で前記最大の半分における全幅未満で移動させることが可能であることを特徴とする請求項７５に記載の光学系。
77. 前記相対移動用デバイスが段階的および／または連続的な移動のための能力を有することを特徴とする請求項７５または７６の一項に記載の光学系。
78. 最大強度値から１５％未満の均一性偏りを備え、３００ｍｍを上回る長さと５０μｍを下回る幅を有する中央領域のある均質な目標強度分布をレーザ光源から生成させるための光学系であって、前記レーザ光源によって放射されるレーザ光の３０％よりも多くが前記中央領域内にある光学系。
79. ３００ｍｍを上回る長さを備えた第１の次元を有する中央領域の均質な目標強度分布をレーザ光源から生成させるための光学系であって、前記第１の次元のみで積分するためのロッド積分器を含む光学系。
80. 前記中央領域が５０μｍ未満の幅を備えた第２の次元を有することを特徴とする請求項７９に記載の光学系。
81. 前記中央領域内で最大強度からの均一性偏りが１５％未満であることを特徴とする請求項７９または８０に記載の光学系。
82. 前記積分器ロッドの出口平面が、前記第１の次元で前記出口平面の増倍された像を形成するための倍率因数で標的平面内に結像されることを特徴とする請求項７９から８１の一項に記載の光学系。
83. 前記倍率因数が２０よりも大きい請求項８２に記載の光学系。
84. 最大強度値から１５％未満の均一性偏りを備え、第１の次元で１００ｍｍを上回る長さと第２の次元で１００μｍを下回る幅を有する中央領域に、均質な目標強度分布を生成させるための光学系であって、第１の方向に第１の屈折力を備えたレンズを含み、前記レンズが前記第１の方向に直角である光軸と一致する回転軸の周りで或る回転角度で回転させられ、前記回転角度が前記第１の方向と前記第１および／または第２の次元の間の角度であり、前記回転角度が０．２°よりも大きく、２０°よりも小さい光学系。
85. 前記回転角度が０．４°よりも大きく、好ましくは０．６°よりも大きいことを特徴とする請求項８５に記載の光学系。
86. 最大強度値から１５％未満の均一性偏りを備え、１００ｍｍを上回る長さと１００μｍを下回る幅を有する中央領域に、均質な目標強度分布を生成させるための光学系であって、第１および／または第２の方向に反射力を備えたミラーを含み、前記ミラーが回転軸の周りで或る回転角度で回転させられ、前記回転角度が前記ミラーの対称軸と前記第１または前記第２の方向の間の角度であり、前記回転角度が０．２°よりも大きい光学系。
87. 前記回転角度が０．４°よりも大きく、好ましくは０．６°よりも大きいことを特徴とする請求項８６に記載の光学系。
88. 最大強度値から１５％未満の均一性偏りを備え、１００ｍｍを上回る長さと１００μｍを下回る幅を有する中央領域に、均質な目標強度分布を生成させるための光学系であって、第１の方向に反射力または屈折力を有する複数のレンズを含むレンズ・アレイを含み、前記複数のレンズのうちの少なくとも１つが前記第１の方向に前記複数のレンズのうちの少なくとも２番目へと移動させられる光学系。
89. 或る伝播方向で伝播する入力光ビームを均質にするための光学系であって、前記光学系の瞳平面内に配置された分散型遅延デバイス光学素子を含む光学系。
90. 前記分散型遅延デバイス光学素子が、前記伝播方向を横切って間隔を置いて並んで配置された複数の立方体ロッドを含むことを特徴とする請求項８９に記載の光学系。
91. 前記立方体ロッドの長さが前記入力光ビームのコヒーレンス長を超えることを特徴とする請求項８９または９０に記載の光学系。
92. 前記立方体ロッドの長さが前記入力光ビームのコヒーレンス長を２以上の因数で超えることを特徴とする請求項９１に記載の光学系。
93. 前記分散型遅延デバイス光学素子が、前記伝播方向で多様な長さを備えた複数の区画を有する棒材を含むことを特徴とする請求項８９から９２の一項に記載の光学系。

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