用于测量激光线射束的测量设备的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于测量由激光系统产生的激光线射束的测量设备以及一种相对应的激光系统。

背景技术：

1、在特定的应用中，使用在相应的焦点区中提供具有非常均匀的线形的强度分布的激光射束的激光系统。这种焦点区在此也被称为激光线焦点或简称为激光线。关于所产生的激光射束，在此也称为激光线射束(laserlinienstrahl)。对应的激光系统的目的在于，提供在射束轮廓的两个垂直的方向上(即垂直于射束传播方向)的具有射束直径的大到非常大的纵横比的强度分布，其中同时确保在更小的射束直径的方向上的大的景深。

2、使用这种激光线射束的示例性应用是激光加工，如例如在tft显示器中使用的沉积在玻璃衬底上的二氧化硅层的再结晶，例如太阳能电池的基于激光的掺杂和例如在制造微电子器件中使用的激光剥离工艺。在wo2018/019374a1中描述一种示例性的激光系统，所述激光系统产生并使用具有激光线焦点的激光射束。

3、在借助于激光线射束加工衬底之前，典型地需要测量激光线射束。在此，通常通过射束轮廓测量装置(英文“beam profiler(光束轮廓仪)”)测量具有高均匀性的长的激光线，所述射束轮廓测量装置沿激光线移动并且位置分辨地逐点测量激光线。所述过程可能持续几分钟。在此，逐步从激光线的总长度中测量激光线的例如仅1mm长度的非常小的部分并且随后组合成激光线的总长度的测量。在此，利用射束轮廓测量装置的测量典型地在同一工艺腔中进行，在所述工艺腔中也通过激光线射束进行对衬底的加工。工艺腔在此通常设有保护气体气氛并且被气密地密封。为了使激光线辐射能够侵入到工艺腔中，在工艺腔处为激光线射束提供通常呈进入窗形式的进入区域。

4、因为在整个测量过程中分别仅需要激光线的一小部分用于即刻的测量，所以必须消除在激光线的其余部分中的能量。这有利地在水冷的吸收器中进行，以便可以消除典型地约6kw的高激光功率。然而，因为工艺腔中不允许水，所以水冷的吸收器不能在工艺腔本身中使用，而是仅在外部使用。然而，如果吸收器未充分冷却，根本不存在，或者激光射束必须从工艺腔的内部被转向至工艺腔的外部的吸收器，则这引起辐射轮廓测量装置的周围环境中的构件的加热，这可能歪曲测量的结果。

5、已知的是，使用两个布置在进入区域上方的、可在激光线射束下方运动的并且与激光线成直线布置的激光射束切割器(英文“beam cutter(光束切割器)”)。所述激光射束切割器切割用于在工艺腔中加工衬底的激光线射束，因为激光线的所产生的长度典型地大于对于加工单独的衬底所需的长度。激光线的超出激光线的必要的长度的部分几乎由激光射束切割器切断或者被反射到处于工艺腔的外部的水冷的吸收器上，所述吸收器消除包含在激光线的所述部分中的能量。

6、发明人现在已经认识到，作为用于避免歪曲的测量的可行的解决方案，可行的是，将可共同地在激光线射束的纵向方向上或线延伸方向上运动的两个激光射束切割器进一步改进、尤其延长，使得所述激光射束切割器将激光线射束的长度缩短到对于通过射束轮廓测量装置的测量分别所需的长度上。然而，这需要超出工艺腔的非常长的激光射束切割器。除了所述高的结构空间需求之外，具有两个长的激光射束切割器的构造是不稳定的从而可能倾向于不期望的振动。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是，提出一种相对于现有技术改进的用于测量由激光系统产生的激光线射束的测量设备，所述测量设备尤其可以提供精确的测量结果并且具有紧凑的构造。

2、所述目的通过根据权利要求1的测量设备实现。与此对应地提出一种用于测量由激光系统产生的激光线射束的测量设备，其中该测量设备具有：(a)工艺腔，所述工艺腔具有用于使激光线射束进入到工艺腔中的进入区域，(b)射束轮廓测量装置，所述射束轮廓测量装置布置在工艺腔中并且设置用于测量通过进入区域进入的激光线射束，以及(c)调整设备，所述调整设备用于在激光线射束(通过进入区域)进入到工艺腔中之前对激光线射束进行调整(trimmen)。该调整设备具有多个、至少三个单个的并且可以借助于至少一个驱动装置运动的镜，用于在激光线射束进入到工艺腔中之前对激光线射束进行调整，其中单个的镜至少区段式地在至少一个运动方向上相对于激光线射束的通过测量设备预给定的线延伸可运动。

3、因此，根据本发明提供一种调整设备，所述调整设备具有多个、至少三个镜，所述镜在激光线射束进入到工艺腔中之前对激光线射束进行调整。为了调整，镜在激光线射束下方并且在进入区域上方运动。与已知的激光射束切割器相比，具有多个镜的调整设备确保紧凑的构造。与已知的激光射束切割器的延长中不同，通过尤其可以比激光射束切割器更小或更短的多个镜，借此可以避免，调整设备连同其镜向工艺腔的外部延伸，使得实现期望的紧凑的构造。

4、测量设备预给定激光线辐射的线延伸是指，预给定激光线辐射的线延伸相对于测量设备或者相对测量设备的取向。这意味着，通过激光系统进行的、激光线射束与其线延伸到测量设备上、即到工艺腔的进入区域上的定向通过测量设备预给定，使得激光系统取向用于将激光线射束定位在测量设备处。在此，在测量装置处可以使用不同的装置用于预给定线延伸。尤其是激光线射束的线延伸或长度通过进入区域预给定，使得激光线射束可以照射到所述进入区域上并且到达工艺腔中。还尤其是激光线射束的线延伸或长度通过射束轮廓测量装置在工艺腔中预给定。优选地，射束轮廓测量装置在此配置成可以在平行于激光线射束的线延伸的路段上运动、尤其移动。对应地也可以说，镜的至少一个运动方向相对于射束轮廓测量装置可以沿着其移动的路段设置。例如，如下文更详细地阐述的那样，可行的是，单个的镜的运动方向的区段横向于或平行于线延伸定向，和/或单个的镜的运动方向的区段横向于、尤其垂直于线延伸定向。

5、根据本发明，多个镜应理解为三个或更多个镜。单个的镜至少区段式地在运动方向上相对于激光线辐射的线延伸可运动在此意味着，单个的镜不必在运动方向上沿着其整个运动区域相对于线延伸可运动。替代于此，可行的是，给出如前面所阐述的那样例如平行且横向于线延伸的多个运动方向，镜可以沿着所述运动方向运动。然而，也可以仅提供镜唯独在例如横向或平行于线延伸的运动方向上的可运动性。

6、单个且和可运动的镜的至少一个驱动装置可以是用于多个镜中的多个镜或所有镜的共同的驱动装置，例如呈凸轮轴的构型的驱动装置，或者替代地，可以是每个单个的镜的分别单独的驱动装置。至少一个驱动装置由此提供镜的可运动性、尤其是可移动性。驱动装置例如可以是电动马达驱动的。

7、工艺腔可以同时用作为用于测量激光线射束的测量腔和用作为用于借助于激光线射束加工衬底的加工腔。在工艺腔中可以存在保护气体气氛，其中工艺腔优选地被气密地密封。进入区域例如可以构成为例如由玻璃或塑料构成的进入窗。

8、如前面已经提到的那样，射束轮廓测量装置可以平行于激光线射束的线延伸可运动地、尤其可移动地构成。为此，射束轮廓测量装置可以具有自身的驱动装置。由此，射束轮廓测量装置可以沿着激光线延伸移动以测量激光线射束。

9、优选的是，单个的镜如此可运动，使得在多个单个的镜中的两个镜之间在进入区域处保留预给定的测量间隙和/或预给定的加工间隙，激光线射束可以通过所述预给定的测量间隙和/或预给定的加工间隙进入到工艺腔中。在此，特别优选的是以上提及的组合，其中镜可以如此运动，使得在相应的两个镜之间保留要么预给定的测量间隙要么预给定的加工间隙。因此，借助于单个的镜可以快速且简单地设定要么衬底的加工，要么激光线射束的测量，在所述衬底的加工中略微缩短过长的激光线射束，在所述激光线射束的测量中激光线射束沿着其长度分别显著缩短并且局部地被测量。迄今所使用的激光射束切割器可以对应地取消，这除了提高的紧凑性之外还意味着显著的成本降低。

10、优选地，测量设备包括用于控制激光线射束的测量的控制装置。在此，通过控制至少一个驱动装置以使镜运动，控制装置可以设置用于，使预给定的测量间隙在预给定的测量方向上相对于激光线射束的线延伸相对射束轮廓测量装置的测量区域移动。同样可以提出，控制装置控制射束轮廓测量装置的相对应的运动或进给，以便因此使射束轮廓测量装置的测量或检测区域与预给定的测量间隙的位置协调或聚集。因此，激光线射束的不同区域可以沿着线延伸被偏转到工艺腔中并且被偏转到射束轮廓测量装置上。

11、在此优选的是，预给定的测量间隙具有在20mm至100mm的范围中的长度和/或预给定的加工间隙具有在1200mm至1800mm的范围中的长度。在本文中，除非另有说明，长度是指元件的最大延伸和/或在激光线延伸的纵向方向上并且平行于激光线射束测量的尺寸。特别优选的是，预给定的测量间隙具有在30mm至80mm的范围中的长度，还优选地在40mm至60mm的范围中的长度。还优选的是，预给定的加工间隙具有在800mm至1600mm的范围中的长度，还优选地在900mm至1550mm的范围中的长度。已经表明，在所提及的测量间隙长度中特别精确和快速的测量是可行的。在所提及的加工间隙长度中又表明，特别精确和快速地加工衬底是可行的。

12、如先前已经提及的，多个镜包括三个或更多个镜。然而，特别优选的是，测量设备包括至少四个、尤其至少五个、更特别地至少六个以及还特别地至少九个单个的镜。多个镜又可以具有为48、更特别地为36、还特别地为30的有利的最大数量。在测量和加工时在紧凑性和精确性方面证明为特别有利的是，镜的数量在4至30的范围中、更特别地在5至24的范围中。

13、此外，已经证明为有利的是，单个的镜分别具有在40mm至200mm的范围中的长度，更特别地在60mm至150mm的范围中的长度，并且还尤其地在80mm至120mm的范围中的长度。如之前所表明的那样，借此尤其是指镜的最大延伸或在激光线延伸的纵向方向上并且平行于激光线射束所测量的尺寸。因此，镜的长度对应于可由镜反射的激光线射束的有效部分长度。

14、优选地，测量设备具有尤其布置在工艺腔外部的射束吸收器，所述射束吸收器设置用于吸收激光线射束的由单个的镜调整的并且反射到射束吸收器上的部分。因此，激光线射束的调整的部分表示不通过进入区域进入到工艺腔中而是被反射到射束吸收器上的部分。射束吸收器尤其可以是水冷却的。替代地，射束吸收器也可以布置在工艺腔内部，但是在那里通常有利的水冷却是不可行的。

15、调整设备的镜可以相对激光线射束以尤其一致的、预先设定的或可设定的角度调整。尤其地将所述镜调整成这样的角度，使得所述镜将激光线射束反射到测量设备的射束吸收器上。因此，射束吸收器可以消除激光线射束的在工艺腔中不期望的部分的能量。

16、优选地，测量设备具有预给定的行驶道(fahrbahn)，单个的镜可以沿着所述行驶道运动。行驶道可以优选地至少区段式地平行于激光线射束的线延伸而延伸。

17、还优选的是，单个的镜中的每个镜分别布置在滑座(wagen)上，借助于所述滑座可以通过该滑座的移动来使相应的单个的镜运动。借此，滑座用作为用于使镜运动的机构，其中借助于每个滑座使每个镜单独地在滑座上运动。在此，镜的至少一个驱动装置可以在驱动技术上与滑座耦合，以便使镜运动。

18、在一个优选的变型方案中，所述滑座可移动地布置在通过轨道形成的至少一个行驶道上。所述行驶道尤其可以是前面提及的行驶道。轨道(schiene)在此是一种比较简单且成本有利的可行性，将滑座从而镜沿着行驶道可移动地设置。尤其是可以使用连贯的轨道。同样地，行驶道的其它变型方案也是可设想且可行的。

19、在此可以提出，(分别)相邻的滑座彼此连接并且可以共同地一起可移动。尤其是相邻的滑座可以直接彼此连接，这意味着，在相邻的滑座之间的共同的连接件将所述滑座彼此连接。更特别地，可以提供两排分别彼此连接的滑座，其中一排可以从第一侧例如从左侧移动到激光线射束处，并且另一排可以从第二侧例如从右侧移动到激光线射束处，以便对所述激光线射束进行调整。通过两排滑座的连接和共同的可移动性，激光线射束实际上可以被调整或缩短到关于其长度(激光线射束以所述长度进入到工艺腔中)的任意长度。

20、也可以提出，相邻的滑座借助于铰接轴承(gelenklager)彼此连接，所述铰接轴承设置用于在滑座移动时确保各个滑座之间的最小间距。因此，通过借助于这种作为相邻的滑座的连接机构的铰接轴承的铰接连接确保，镜在行驶时不会通过各个滑座彼此碰撞而损坏。这于是在行驶道具有弯道或(部分)半径时更特别重要，滑座沿着所述弯道或(部分)半径行驶，这更特别是在行驶道的闭合的、例如圆形的、椭圆形的或矩形的(必要时具有倒圆的角的)轨迹或行驶道的u形轨迹的情况下是如此，如其可以有利地被使用那样。相反，静止时，即不移动单个的镜的情况下，单个的镜之间的间距应该优选地为零或最小，以使得激光线射束不能穿过其间。

21、最后可以提出，单个的镜的相应的滑座可以沿着共同的行驶道移动。这意味着，所有滑座有利地在唯一的行驶道上行进，所述行驶道就此而言是连贯的并且允许实际上任意地调整激光线射束。

22、如先前提及的，在此有利的是，共同的行驶道具有闭合的轨迹，例如圆形的、椭圆形的或矩形的(尤其是具有倒圆的角的)轨迹，或者基本上u形的轨迹。这允许调整设备的紧凑的构造，从而允许测量设备作为整体的紧凑的构造。

23、替代于镜的共同的可移动性和/或沿着共同的轨迹或行驶道的可移动性可行的是，单个的镜可以彼此独立地运动和/或可以分别沿着单独的轨迹运动。因此例如可设想，所有镜、尤其连同其滑座可以彼此独立地在单独的行驶道上横向于、尤其是基本上垂直于线延伸移动。所述镜可以与此对应地单独地移动到激光线射束下方并且从其中移出。

24、此外，一个实施变型方案是有利的，其中镜中的至少一个镜在运动方向上在所述镜中的至少一个另外的镜上方可运动并且可布置在所述镜中的至少一个另外的镜上方。尤其是多个镜也可以在一个或多个镜上方可运动并且可布置在一个或多个镜上方。更特别地，也可以提出三个或更多个镜可以在彼此上下地运动和彼此上下地布置。为此，与镜相关联的滑座或镜本身可以是不同的大小。这尤其意味着，滑座和/或镜尤其可以在横向于、更特别地垂直于激光射束的线延伸的横向延伸或高度延伸方面不同。在此，镜或滑座可以设有敞开的空间或空腔，具有镜的相应更小的滑座或相应更小的镜可以被推入到所述空间或空腔中，使得所述镜处于更大的滑座或镜下方。在此，所述镜的长度和/或宽度在激光射束的线延伸的纵向方向上在单个的镜下可以保持相同或者彼此不同。所述镜可以分别彼此上下地布置，这尤其意味着，所述镜可以无接触地彼此上下移动从而可以无接触地彼此彼此上下。单个的镜(更特别地分别装备有前面提及的滑座)可以在行驶道上可移动，其中单个的镜和滑座可以在不同的行驶道上、尤其在轨道上行进，所述行驶道可以平行于激光线射束的线延伸设置。因此，在线延伸的纵向方向上，可以用镜覆盖大的长度，沿着所述镜可以设定测量间隙或加工间隙，然而其中镜不必向外突出或不必向外突出非常远，因为所述镜可以彼此上下地布置而不是彼此相邻地布置。

25、有利的是，单个的镜至少区段式地在至少一个运动方向上横向于激光线射束的通过测量设备预给定的线延伸可运动。相对于已知的激光射束切割器，具有镜横向于激光线射束的线延伸或者纵向方向的可运动性的或者换言之可移动性的调整设备引起特别简单紧凑的构造。与已知的激光射束切割器的延长中不同，通过横向于线延伸的可运动性借此可以避免调整设备以其镜向工艺腔外部延伸，使得实现期望的紧凑的构造。镜可以在横向于激光线射束的线延伸的至少一个运动方向上运动意味着，也可以存在横向于线延伸的多个运动方向，所述运动方向分别在其相对于线延伸的角度方面不同。更特别地，至少一个运动方向或多个运动方向中的一个运动方向可以基本上垂直于线延伸。在此，基本上垂直包括垂直以及与数学上完美正交性的由制造技术决定的偏差或公差。

26、横向于激光线射束的线延伸的运动方向尤其可以是相对于线延伸成至少10°、优选地至少30°并且还优选地至少45°的角度的运动方向。更特别地，运动方向可以基本上垂直于线延伸。运动方向或角度可以是多个唯一的角度或一个唯一的角度，或者替代地，可以设有多个运动方向，所述运动方向相对于线延伸成分别不同的角度。

27、开始提及的目的还通过一种用于产生激光线射束的激光系统来实现，其中该激光系统包括：用于发射至少一个激光射束的至少一个激光源，用于将由至少一个激光源发射的至少一个激光射束变形成激光线射束的激光变形设备和用于测量所产生的激光线射束的根据本发明的测量设备。

28、在此，可以使用由现有技术、例如开头提及的文献已知的激光源和激光变形设备。