KR101227803B1 - Homogenizer with reduced interference - Google Patents

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칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 제 1 진행 방향으로 진행하는 제 1 입력 광빔(4)과 제 2 입력 광빔(5)으로부터, 상기 제 1 입력 광빔(4)과 제 2 입력 광빔(5)이 균질화기의 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)의 광입사면(6a,6b)에 입사하도록 하여, 목표 필드(3) 내에 목표 강도 분포(20)를 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 제 2 입력 광빔(5)은 상기 제 1 진행 방향과 상이한 제 2 진행 방향으로 진행한다. 본 발명은 또한, 제 1 입력 광빔(4)을 생성하기 위한 제 1 광원과 제 2 입력 광빔(5)을 생성하기 위한 제 2 광원, 또는 광빔을 생성하기 위한 단일 광원과 상기 광원을 제 1 입력 광빔과 제 2 입력 광빔으로 분할하기 위한 빔스플리터, 상기 제 1 입력 광빔(4)을 제 1 진행 방향으로 진행하도록 안내하는 제 1 안내 소자 및 상기 제 1 입력 광빔(4)과 제 2 입력 광빔(5)이 입사하는 광입사면(6a,6b)을 갖는 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)를 구비하는 균질화기를 포함하는, 목표 필드(3) 내에 목표 강도 분포(20)를 형성하는 광학 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 광입사면(6a,6b)에 입사할 때 상기 제 1 진행 방향과 다른 제 2 진행 방향으로 진행하도록 상기 제 2 입력 광빔(5)을 안내하는 제 2 안내 소자가 존재한다.According to the present invention, the first input light beam 4 and the second input light beam 5 are cylindrical from the first homogenizer from the first input light beam 4 and the second input light beam 5 traveling in the first travel direction. A method of forming the target intensity distribution 20 in the target field 3 by making it enter the light incident surfaces 6a and 6b of the lens array 1a. According to the invention, the second input light beam 5 travels in a second travel direction different from the first travel direction. The invention also provides a first light source for generating a first input light beam 4 and a second light source for generating a second input light beam 5, or a single light source for generating a light beam and a first input of the light source. A beam splitter for dividing the light beam and the second input light beam, a first guiding element for guiding the first input light beam 4 in a first travel direction, and the first input light beam 4 and the second input light beam ( An optical system for forming a target intensity distribution 20 in a target field 3, comprising a homogenizer having a cylindrical lens array 1a having light incident surfaces 6a, 6b on which 5) is incident. will be. According to the present invention, there is a second guide element for guiding the second input light beam 5 to travel in a second travel direction different from the first travel direction when it enters the light incident surfaces 6a, 6b. .

Figure R1020117007447
Figure R1020117007447

Description

감소된 간섭을 갖는 균질화기{Homogenizer with reduced interference}Homogenizer with reduced interference

본 발명은 제 1 진행 방향으로 진행하는 제 1 입력 광빔과 제 2 입력 광빔으로부터, 상기 제 1 입력 광빔과 제 2 입력 광빔이 균질화기의 실린드리컬 렌즈 어레이의 광입사면으로 입사하게 함으로써, 목표 필드(target field) 내에 목표 강도 분포(target intensity distribution)를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention aims to cause the first input light beam and the second input light beam to enter the light incident surface of the cylindrical lens array of the homogenizer from the first input light beam and the second input light beam traveling in the first travel direction. A method for forming a target intensity distribution within a field.

본 발명은 강도 분포를 갖는 하나 또는 두 개의 광빔으로부터 목표 필드 내에 목표 강도 분포를 형성하는 광학 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical system for forming a target intensity distribution in a target field from one or two light beams having an intensity distribution.

본 발명은 또한 재료 처리 장치, 특히 전술한 광학 시스템을 포함하는 레이저 어닐링 장치(laser annealing apparatus)에 관한 것이다.The invention also relates to a material processing apparatus, in particular a laser annealing apparatus comprising the above-described optical system.

추가적으로, 본 발명은 전술한 제 1 및 제 2 레이저 빔을 생성할 수 있는 펄스 확장기(pulse stretcher)에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a pulse stretcher capable of generating the aforementioned first and second laser beams.

본 발명은 예컨대, 액정 디스플레이(LCD)(예컨대, 박막 트랜지스터 디스플레이(TFT) 등) 또는 발광 디스플레이(무기 또는 유기 발광 다이오드(LED, OLED), 또는 전기발광(electroluminescence; EL))와 같은 평판 디스플레이 분야에서, 기판의 광(예컨대, 레이저) 유도 결정화의 분야에 있어서, 대형 기판의 어닐링에 유용하다. 또한, 본 발명은 박막 광전지 소자의 제조에 사용될 수 있다.The present invention is for example in the field of flat panel displays such as liquid crystal displays (e.g. thin film transistor displays (TFTs), etc.) or light emitting displays (inorganic or organic light emitting diodes (LEDs, OLEDs), or electroluminescence (EL)). In the field of light (eg, laser) induced crystallization of a substrate, it is useful for annealing large substrates. The present invention can also be used in the manufacture of thin film photovoltaic devices.

특히, 본 발명은 비정질 실리콘(a-Si) 박막을 결정화하여 다결정 실리콘(p-Si)을 형성할 수 있는 장치를 제조하는데 유용하다. 그러한 다결정 실리콘 박막은 마이크로 전자공학 및 위에서 언급한 바 있는 디스플레이 기술에서 널리 사용된다. p-Si는 a-Si에 비하여 높은 전하 캐리어 이동도를 가지며, 이는 디스플레이 기판 위에 더 높은 속도의 스위치를 제조하거나 또는 더 높은 품질의 구동 전자회로를 집적하는데 유용하다. 또한, p-Si는 가시 스펙트럼 영역의 광에 대해 더 낮은 흡수 계수를 가져서 백라이트를 투과시키는 LCD-제품용 후면 전극으로서 p-Si를 사용할 수 있게 한다. 마지막으로, p-Si의 결함 밀도가 a-Si에 비하여 더 낮은데, 이는 고효율 태양전지 셀의 제조에 대한 전제조건이다.In particular, the present invention is useful for producing devices capable of forming polycrystalline silicon (p-Si) by crystallizing amorphous silicon (a-Si) thin films. Such polycrystalline silicon thin films are widely used in microelectronics and display technology as mentioned above. P-Si has higher charge carrier mobility than a-Si, which is useful for fabricating higher speed switches or integrating higher quality drive electronics on display substrates. In addition, p-Si has a lower absorption coefficient for light in the visible spectral region, making it possible to use p-Si as a back electrode for LCD-products that transmits the backlight. Finally, the defect density of p-Si is lower than a-Si, which is a prerequisite for the fabrication of high efficiency solar cells.

a-Si의 p-Si으로의 변환은 약 1000℃ 정도에서의 열처리에 의해 수행될 수 있다. 그러한 과정은 수정(quartz)과 같은 내열성 기판 위에 있는 a-Si에 대해서만 사용될 수 있다. 그러한 재료는 디스플레이 목적용의 보통의 플로트 판유리(float glass)에 비하여 비싸다. a-Si의 광 유도 결정화는 결정화 과정 동안 열적 부하에 의해 기판을 손상시키지 않고 a-Si로부터 p-Si를 형성할 수 있게 한다. 비정질 실리콘은 스퍼터링 또는 화학 기상 증착(CVD)과 같은 저렴한 공정에 의해 유리, 수정 또는 합성물과 같은 기판 위에 형성될 수 있다. 결정화 공정들은 엑시머 레이저 결정화(excimer laser crystallization; ELC), 연속 측방 고상법(sequential lateral solidification; SLS) 또는 얇은 빔 결정화 공정(thin beam crystallization procedure; TDX)으로서 공지되어 있다. 이들 상이한 제조 공정에 대한 개관은, 예컨대, SID 00 Digest, 1-3에 실린 D.S. Knowles 등의 "Thin Beam Crystallization Method: A New Laser Annealing Tool with Lower Cost and Higher Yield for LTPS Panels"; "LCD Panel Manufacturing Moves to the next Level-Thin-Beam Directional X'tallization(TDX) Improves Yield, Quality and Throughput for Processing Poly -Silicon LCDs"라는 제목의 TCZ GmbH Company의 브로셔에 있는 SID 05 Digest, 1-3에 게재된 Ji-Yong Park 등의 "P-60: Thin Laser Beam Crystallization method for SOP and OLED application"에 주어져 있다.The conversion of a-Si to p-Si may be performed by heat treatment at about 1000 ° C. Such a process can only be used for a-Si on heat resistant substrates such as quartz. Such materials are expensive compared to ordinary float glass for display purposes. Light induced crystallization of a-Si enables the formation of p-Si from a-Si without damaging the substrate by thermal loading during the crystallization process. Amorphous silicon can be formed on substrates such as glass, quartz or composites by inexpensive processes such as sputtering or chemical vapor deposition (CVD). Crystallization processes are known as excimer laser crystallization (ELC), sequential lateral solidification (SLS) or thin beam crystallization procedure (TDX). An overview of these different manufacturing processes is given, for example, in D.S. Knowles et al. "Thin Beam Crystallization Method: A New Laser Annealing Tool with Lower Cost and Higher Yield for LTPS Panels"; SID 05 Digest, 1-3 in the brochure of TCZ GmbH Company entitled "LCD Panel Manufacturing Moves to the next Level-Thin-Beam Directional X'tallization (TDX) Improves Yield, Quality and Throughput for Processing Poly -Silicon LCDs". Ji-Yong Park et al., "P-60: Thin Laser Beam Crystallization Method for SOP and OLED Application."

예컨대 0.5mm×300mm의 통상적인 크기와 균질한 강도 분포를 갖는 라인 빔이, 예를 들어, 엑시머 레이저 결정화(ELC)를 이용한 대형 기판 상의 실리콘 어닐링에 적용된다. 최신의 광학 시스템은 원하는 강도 분포를 형성하기 위하여 교차 실린드리컬 렌즈 어레이들을 포함하는 굴절식 광학 조명 시스템을 사용한다. 그 기능성이 예컨대 US 2003/0202251 A1에 기재되어 있는 이들 어레이들은, 적절하게 성형된 서브 개구들을 사용하여 입력 빔을 다수의 빔들로 분할하는 균질화 방식들의 보다 일반적인 그룹의 예이다. 필드 평면에서의 이들 다수의 빔들이 중첩은 강도 변화들을 평균화시켜 빔을 균질하게 한다. 통상적으로, 두개의 수직한 방향, 소위 말하여 단축(short axis) 방향과 소위 말하여 장축(long axis) 방향은 실린드리컬 광학기기를 사용하여 균질하게 분리된다.A line beam with a typical size and homogeneous intensity distribution, for example of 0.5 mm x 300 mm, is applied to silicon annealing on large substrates, for example using excimer laser crystallization (ELC). State-of-the-art optical systems use refractive optical illumination systems that include cross cylindrical lens arrays to form the desired intensity distribution. These arrays whose functionality is described, for example, in US 2003/0202251 A1, are examples of more general groups of homogenization schemes that split the input beam into multiple beams using suitably shaped sub apertures. The overlap of these multiple beams in the field plane averages the intensity variations to make the beam homogeneous. Typically, two perpendicular directions, the so-called short axis direction and the so-called long axis direction, are homogeneously separated using cylindrical optics.

WO 2006/066706 A2는 4 내지 7㎛의 단축 반치폭(FWHM) 크기와 700mm의 장축 크기를 갖는 라인빔의 생성을 개시하고 있다. 장축 크기에 대한 균질화기는 실린드리컬 플라이아이 변환기와 로드(rod)를 포함한다.WO 2006/066706 A2 discloses the production of line beams having a uniaxial half width (FWHM) size of 4 to 7 μm and a long axis size of 700 mm. Homogenizers for major axis size include cylindrical fly-eye transducers and rods.

인터그레이터(integrator)로서 플라이아이를 포함하는 레이저 균질화 방식에서, 균일한 강도 분포는 레이저 프로파일의 상이한 부분들을 어떤 한 필드 점(field point)에서 중첩시킴으로써 달성된다. 이러한 방법은, 예컨대, APPLIED OPTICS/ Vol.28, No.1/ 1 January 1989, pages 106-110에 게재된 Yoshihary Ozaki 및 Kiichi Takamoto의 논문 "Cylindrical fly's eye lens for intensity redistribution of an excimer laser beam"에 개시되어 있다.In a laser homogenization scheme that includes a fly's eye as an integrator, a uniform intensity distribution is achieved by superimposing different portions of the laser profile at any one field point. This method is described, for example, in the article "Cylindrical fly's eye lens for intensity redistribution of an excimer laser beam" by Yoshihary Ozaki and Kiichi Takamoto, published in APPLIED OPTICS / Vol. 28, No. 1/1 January 1989, pages 106-110. Is disclosed.

레이저 프로파일의 상이한 부분들의 어떠한 한 필드 점에서의 이러한 중첩으로 인해, 간섭이 발생할 수 있다. 간섭 패턴의 콘트라스트는 레이저의 독립적인 공간적 가간섭성 셀(spatial coherence cell)들의 개수에 의존한다. 레이저의 공간적 가간섭성 셀은 두 빔이 서로에 대해 간섭성이 있을 때의 영역을 의미한다.Due to this overlap at any one field point of the different parts of the laser profile, interference may occur. The contrast of the interference pattern depends on the number of independent spatial coherence cells of the laser. The spatially coherent cell of a laser refers to the area when two beams are coherent with each other.

많은 응용예들의 경우에, 잔여하는 간섭 패턴은 감소되어야 한다. 잔여하는 간섭 패턴들을 감소시키기 위한 상이한 방법 및 장치들이 공지되어 있다.For many applications, the residual interference pattern should be reduced. Different methods and apparatuses for reducing residual interference patterns are known.

예컨대 US 6,594,090 B2는 플라이아이 인터그레이터와 집광 렌즈로 구성되는 균질화기를 개시하고 있다. 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이를 포함하는 플라이아이 인터그레이터는 집광 렌즈의 전방에 배치되어 있다. 간섭 패턴을 감소시키기 위하여, 회전 확산기(diffuser)가 플라이아이의 전방에서 사용된다. 회전 확산기의 효과는 이미지 평면에서 간섭할 수 있는 빔들 사이의 상대 위상을 변화시키는 것이다. 회전 확산기는 에텐듀(etendue), 즉 수직한 두 방향의 영역 및 각도에서 광이 "퍼지는" 정도를 향상시킨다. 에텐듀에 있어서의 증가가 단점을 내포하지 않는 많은 응용예들이 존재하지만, 특히 기판에서 매우 높은 종횡비의 균질화된 빔을 갖는 레이저 어닐링 장치에서는, 단축 방향으로 에텐듀에 있어서의 증가는 불리하다.US 6,594,090 B2, for example, discloses a homogenizer consisting of a fly-eye integrator and a condenser lens. A fly's eye integrator comprising two cylindrical lens arrays is arranged in front of the condenser lens. In order to reduce the interference pattern, a rotary diffuser is used in front of the fly's eye. The effect of the rotary spreader is to change the relative phase between the interfering beams in the image plane. Rotating diffusers enhance etendue, ie the extent to which light "spreads" in areas and angles in two perpendicular directions. There are many applications where the increase in etendue does not present disadvantages, but especially in laser annealing apparatus having a very high aspect ratio homogenized beam in the substrate, the increase in etendue in the short axis direction is disadvantageous.

US 6,650,480 B2는 플라이아이를 포함하는 균질화기에서 간섭을 감소시킬 또 다른 가능성을 개시한다. 여기서 기술된 예는 균질화 실린드리컬 렌즈 어레이의 전방에 분포 지연 소자(distributed delay device)의 사용을 언급한다. 분포 지연 소자는 광경로차가 연속적으로 발생하도록 계단화된 형태를 갖는 수정 블록(quartz block)이다. 한 계단의 크기는 실린드리컬 렌즈 어레이의 한 렌즈의 크기와 동일하여야 한다. 도입된 경로길이의 차가 레이저 빔의 가간섭성 길이(coherence length)보다 크다면, 이미지 평면 내의 어떤 한 필드 점에 집광된, 렌즈 어레이의 상이한 위치들로부터 온 광선들의 간섭이 감소될 수 있다. 레이저 빔의 변동에 독립적이 되도록 하기 위하여, 플라이아이 내의 많은 수의 실린드리컬 렌즈들이 유리하다. 이 경우에, 작은 계단 크기의 분포 지연 소자가 요구된다. 이는 이 소자의 제조를 매우 어렵게 만든다.US 6,650,480 B2 discloses another possibility of reducing interference in homogenizers comprising flyeye. The example described here refers to the use of a distributed delay device in front of the homogenized cylindrical lens array. The distribution delay element is a quartz block having a stepped shape so that light path differences occur continuously. The size of one step should be equal to the size of one lens of the cylindrical lens array. If the difference in path length introduced is greater than the coherence length of the laser beam, the interference of light rays from different positions of the lens array, which are focused at any one field point in the image plane, can be reduced. In order to be independent of the variation of the laser beam, a large number of cylindrical lenses in the fly's eye are advantageous. In this case, a small step size distribution delay element is required. This makes the fabrication of this device very difficult.

펄스 확장기를 사용한 스펙클 콘트라스트(speckle contrast)에 있어서의 감소가 US 6,693,930 B1에 개시되어 있다. 콘트라스트에 있어서의 감소는, 상이한 각도 또는 위치로 확산기에 입사하는 레이저 빔들이 확산기를 떠나면서 변화된 스펙클 패턴을 형성한다는 사실을 기초로 수행된다. 펄스 확장기(pulse stretcher)의 사용으로, 잔여 콘트라스트를 감소시키는 다수의 스펙클 패턴들을 형성하는 다수의 비간섭성(incoherence) 빔들이 형성된다.A reduction in speckle contrast using a pulse expander is disclosed in US Pat. No. 6,693,930 B1. The reduction in contrast is performed based on the fact that laser beams entering the diffuser at different angles or positions leave the diffuser and form a changed speckle pattern. With the use of a pulse stretcher, a number of incoherence beams are formed that form a number of speckle patterns that reduce residual contrast.

US 6,191,887은 스펙클 감소를 위한 다른 시스템을 개시한다. 이 시스템은 펄스를 일시적으로 분리되고 공간적으로 수차를 갖는 작은 펄스(pulselet)들로 분할한다. 공간적인 수차들은 지연 라인들을 따라 위치하며 파면(wave front) 형태를 변형한다. 수차들로 인하여, 상이한 스펙클 패턴들이 이미지 평면에서 발생한다.US 6,191,887 discloses another system for speckle reduction. The system divides the pulse into small pulses that are temporarily separated and spatially aberrations. Spatial aberrations are located along the delay lines and deform the wave front shape. Due to aberrations, different speckle patterns occur in the image plane.

분포 지연 소자를 갖는 종래의 광학 장치 이외에도, 종래 기술에 따른 다른 모든 인용된 광학 장치들은 확산기와 수차로 인하여 각도 및 파면 분포를 변형하는 단점을 갖는다. 특히 레이저 어닐링 장치에 있어서, 단축 방향으로의 이러한 효과는 허용될 수 없다.In addition to conventional optical devices having distribution delay elements, all other cited optical devices according to the prior art have the disadvantage of modifying the angle and wavefront distribution due to diffusers and aberrations. Especially in the laser annealing apparatus, this effect in the short axis direction is unacceptable.

본 발명의 목적은 실린드리컬 렌즈 어레이를 사용하는 레이저 빔 균질화기에서 간섭을 감소시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for reducing interference in a laser beam homogenizer using a cylindrical lens array.

본 발명의 다른 목적은 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 목표 필드 내에 균질화된 목표 강도 분포를 형성하는 광학 시스템/장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an optical system / apparatus for forming a homogenized target intensity distribution in a target field from an input light beam having an intensity distribution.

본 발명의 또 다른 목적은, 간섭 효과의 감소로 인해, 바람직하게는 30000 이상의 높은 종횡비를 갖는 고도로 균질화된 목표 강도 분포를 갖는 재료 처리 장치를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a material processing apparatus having a highly homogenized target intensity distribution, preferably with a high aspect ratio of at least 30000, due to the reduction of the interference effect.

본 발명의 추가적인 목적은 하나의 가간섭성 입사 레이저 빔으로부터 상이한 방향으로 진행하는 두 개의 비간섭성 레이저 빔을 형성할 수 있는 펄스 확장기를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a pulse expander capable of forming two incoherent laser beams traveling in different directions from one coherent incident laser beam.

유리한 실시예들이 그 종속 청구항들에 개시된다.Advantageous embodiments are disclosed in the dependent claims.

목표 필드 내에 목표 강도 분포를 형성하는 방법은 제 1 진행 방향으로 진행하는 제 1 (바람직하게는 발산하지 않는) 입력 광빔과 제 2 (바람직하게는 발산하지 않는) 입력 광빔을 전제로 한다. 상기 제 1 입력 광빔 및 상기 제 2 입력 광빔은 균질화기의 실린드리컬 렌즈 어레이의 광입사면에 입사한다. 본 발명에 따르면, 상기 제 2 입력 광빔은 상기 제 1 진행 방향과 다른 제 2 진행 방향으로 진행한다. 상기 제 1 입력 광빔과 제 2 입력 광빔 모두의 간섭 패턴들은 상기 목표 필드에서 중첩하여 잔여 간섭을 감소시키는 결과를 가져온다. 이러한 효과는, 상기 제 1 입력 광빔이 다수의 가간섭성 서브 빔들을 포함하고 상기 제 2 입력 광빔도 역시 다수의 가간섭성 서브 빔들을 포함한다고 가정하여 유도될 수 있다. 간섭 분석 및 각각의 계산 결과는 도 1 내지 도 3을 기초로 한 이하의 문단들에서 설명될 것이다.The method of forming the target intensity distribution in the target field is based on the first (preferably not diverging) input light beam and the second (preferably not diverging) input light beam traveling in the first travel direction. The first input light beam and the second input light beam are incident on the light incident plane of the cylindrical lens array of the homogenizer. According to the present invention, the second input light beam travels in a second travel direction different from the first travel direction. Interference patterns of both the first and second input light beams overlap in the target field resulting in a reduction of residual interference. This effect can be induced assuming that the first input light beam includes a plurality of coherent subbeams and the second input light beam also includes a plurality of coherent subbeams. The interference analysis and the respective calculation results will be described in the following paragraphs based on FIGS. 1-3.

바람직하게는, 상기 실린드리컬 렌즈 어레이는 평행하게 진행하는 일직선의 정점 라인(apex line)을 각각 갖는 다수의 실린드리컬 미소렌즈(lenslet)를 포함하며, 상기 제 1 입력 광빔과 제 2 입력 광빔은 상기 정점 라인들에 수직한 평면 내의 각도를 둘러싼다. 이렇게 배향된 입력 광빔들의 중첩은 원치 않는 잔여 간섭들의 증가된 감소를 가져오는 반면, 다른 평면들 내의 각도 배향은 일반적으로 더 낮은 감소를 가져온다.Advantageously, said cylindrical lens array comprises a plurality of cylindrical microlenslets each having a straight apex line running in parallel, said first and second input light beams. Encloses an angle in a plane perpendicular to the vertex lines. This superimposition of the oriented input light beams results in an increased reduction of unwanted residual interferences, while angular orientation in other planes generally results in a lower reduction.

본 발명에 따른 상기 방법의 바람직한 변형예에 따르면, 상기 각도는 다음의 관계식(1)을 유지한다:According to a preferred variant of the method according to the invention, the angle holds the following relation (1):

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112011023478932-pat00001
Figure 112011023478932-pat00001

여기서 P는 상기 실린드리컬 렌즈 어레이의 피치이고 i, m은 정수이다.Where P is the pitch of the cylindrical lens array and i, m are integers.

상기 제 1 입력 광빔과 상기 제 2 입력 광빔이 서로에 대해 비간섭성이고 상기 제 1 및 제 2 입력 광빔들의 피크 강도(peak intensity)들이 거의 동일하도록 상기 제 1 입력 광빔의 피크 강도 및/또는 상기 제 2 입력 광빔의 피크 강도가 조절된다고 더 가정한다면, 이상적인 경우에 상기 목표 필드에서의 잔여 간섭 패턴은 최소화된다.The peak intensity and / or the peak intensity of the first input light beam such that the first input light beam and the second input light beam are incoherent with respect to each other and the peak intensities of the first and second input light beams are about the same. Assuming further that the peak intensity of the second input light beam is adjusted, in the ideal case the residual interference pattern in the target field is minimized.

현실의 균질화기이기 때문에, 위에서 언급한 그리고 특히 동일한 피크 강도를 갖는 타입의 두 입력 광빔들의 중첩이 평평한 탑햇 프로파일(top hat profile)을 갖는 상기 목표 필드에서의 목표 강도 분포를 반드시 가져오는 것은 아니며, 본 발명에 따르면 상기 제 1 및/또는 제 2 입력 광빔의 상기 피크 강도는 상기 목표 필드에서의 잔여 간섭 패턴을 최소화하도록 조절될 수 있다. 이는, 예컨대, 상기 목표 필드에서의 빔 프로파일을 측정하고 상기 제 1 및/또는 제 2 입력 광빔의 상기 피크 강도를 조절하는 제어 변수로서 그 측정값을 되돌려 결합함으로써 달성될 수 있다.As a homogenizer in reality, the superposition of two input light beams of the type mentioned above and in particular of the same peak intensity does not necessarily result in a target intensity distribution in the target field with a flat top hat profile, According to the invention the peak intensity of the first and / or second input light beam may be adjusted to minimize the residual interference pattern in the target field. This can be achieved, for example, by measuring the beam profile in the target field and combining the measured value back as a control variable that adjusts the peak intensity of the first and / or second input light beam.

상기 제 1 및 제 2 입력 광빔들이 상이한 광원들에 의해 생성되는 것이 가능하다. 이 경우에, 일반적으로, (각각의 클럭 펄스에 의해 실행되지 않는다면) 상이한 광빔들 사이에 위상 관계가 존재하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 상기 제 1 및 제 2 입력 광빔들이 단일한 광원에 의해 생성되는 것이 바람직하다. 이러한 배치는, 대부분의 경우에 상기 제 1 및 제 2 광빔들 사이의 위상 관계를 알 것이고 광학 시스템의 설계 파라미터들을 고려하여 위상 관계를 계산하는 것이 가능할 것이라는 점에서 이점을 갖는다.It is possible that the first and second input light beams are generated by different light sources. In this case, in general, there is no phase relationship between the different light beams (unless executed by each clock pulse). Nevertheless, it is preferred that the first and second input light beams are generated by a single light source. This arrangement has the advantage that in most cases it will be known the phase relationship between the first and second light beams and it will be possible to calculate the phase relationship taking into account the design parameters of the optical system.

단지 두 개의 입력 광빔들, 즉 위의 제 1 및 제 2 입력 광빔들만이 본 발명에 따른 균질화 방식에 연관될 수 있을 뿐만 아니라, 적어도 하나의 추가적인 입력 광빔으로 이하에서 부르는 바와 같이, 하나의 추가적인 또는 다수의 입력 광빔들이 연관될 수도 있다는 점을 유의한다. 각각의 추가적인 입력 광빔은 제 1 및 제 2 빔들의 진행 방향들과 다를 뿐만 아니라 - 만약 하나의 이상의 추가적인 입력 광빔이 관련된다면 - 다른 추가적인 입력 광빔들의 진행 방향들과도 역시 상이한 또 다른 진행 방향으로 진행할 수 있다. 모든 입력 광빔들, 즉 제 1 및 제 2 입력 광빔들 및 하나 또는 다수의 추가적인 입력 광빔들은, 상기 목표 필드에서의 잔여 간섭 패턴이 최소화되도록 각각의 피크 강도들이 조절될 수 있다.Only two input light beams, ie the first and second input light beams above, can be involved in the homogenization scheme according to the invention, as well as one additional or as referred to below as at least one additional input light beam. Note that multiple input light beams may be associated. Each additional input light beam not only differs in the travel directions of the first and second beams-if one or more additional input light beams are involved-but also travels in another travel direction that is also different from the travel directions of the other additional input light beams. Can be. All input light beams, ie the first and second input light beams and one or more additional input light beams, can be adjusted with respective peak intensities such that the residual interference pattern in the target field is minimized.

바람직한 실시예에서, 상기 단일한 광원에 의해 방출된 광빔은 제 1 광빔과 제 2 광빔으로 분할되며 적용 가능하다면 하나 또는 그 이상의 추가적인 광빔들로 분할될 수 있다. 상기 제 1 광빔은 펄스 확장기를 지연 없이 통과하여 진행한다. 상기 제 2 (그리고 적용 가능한 추가적인) 광빔(들)은 펄스 확장기에 의해 상기 제 1 광빔에 대해 지연되고 편향된다. 상기 제 1 광빔은 상기 제 1 입력 광빔으로서 사용될 수 있으며 상기 지연되고 편향된 제 2 광빔은 상기 제 2 입력 광빔으로서 사용될 수 있고 만약 적용 가능하다면 하나 또는 다수의 추가적인 광빔(들)이 추가적인 입력 광빔(들)로서 사용될 수 있다. 이러한 실시예는, 두 개 또는 상기 다수의 입력 광빔들이 광학적 빔 성형(shaping) 장치, 즉 주로 광학 시스템의 부품인 펄스 확장기에 의해 형성될 수 있다는 이점을 갖는다.In a preferred embodiment, the light beam emitted by the single light source is split into a first light beam and a second light beam and may be split into one or more additional light beams, if applicable. The first light beam travels through the pulse expander without delay. The second (and applicable additional) light beam (s) is delayed and deflected with respect to the first light beam by a pulse expander. The first light beam may be used as the first input light beam and the delayed and deflected second light beam may be used as the second input light beam and if applicable one or more additional light beam (s) may be additional input light beam (s). Can be used as This embodiment has the advantage that two or more of the plurality of input light beams can be formed by an optical beam shaping device, ie a pulse expander which is mainly part of an optical system.

상기 제 1 빔에 대한 상기 제 2 빔(또는 상기 하나 또는 다수의 추가적인 광빔(들))의 편향(deflection)은 상기 제 2 (또는 상기 하나 또는 다수의 추가적인) 광빔(들)의 빔 경로에 웨지(wedge)를 배치함으로써 쉽게 형성될 수 있다. 대신에, 웨지는 상기 제 1 광빔의 빔 경로에 배치될 수도 있다.Deflection of the second beam (or the one or more additional light beam (s)) with respect to the first beam is wedged in the beam path of the second (or the one or more additional) light beam (s). It can be easily formed by disposing a wedge. Instead, a wedge may be disposed in the beam path of the first light beam.

또 다른 바람직한 실시예는, 상기 제 1 진행 방향 및/또는 상기 제 2 진행 방향 및/또는 상기 추가적인 진행 방향(들)이 자동적으로 또는 수동으로 조절된다는 점으로 이루어진다. 상기 조절은 목표 필드에서의 잔여 간섭 패턴을 최소화하도록 한다.Another preferred embodiment consists in that the first travel direction and / or the second travel direction and / or the additional travel direction (s) are adjusted automatically or manually. The adjustment allows to minimize the residual interference pattern in the target field.

상기 광빔이 적어도 하나의 빔스플리터에의해 분할되는 경우에, 상기 적어도 하나의 빔스플리터의 반사도는 바람직하게는, 목표 필드에서의 잔여 간섭 패턴이 최소화되도록 선택된다. 잔여 간섭 패턴의 최소화는 빔스플리터에 입사하는 광에 대한 빔스플리터의 적절한 편광 의존성을 선택함으로써 성취될 수 있다. 다른 가능성은 입사광에 대한 빔스플리터의 적절한 전체적인 반사도를 선택하여 이루어진다. 도면을 참조하여 이하에서 설명되는 바와 같이, 바람직하게는, 빔스플리터의 반사도는 2/3, 또는 반사도에 어느 정도의 공차를 허용할 때 60%와 70% 사이이다. 이는 특히 편광에 독립적인 반사도를 갖는 빔스플리터에 대해 유지된다.If the light beam is split by at least one beamsplitter, the reflectivity of the at least one beamsplitter is preferably selected such that the residual interference pattern in the target field is minimized. Minimization of the residual interference pattern can be achieved by selecting the appropriate polarization dependence of the beamsplitter on light incident on the beamsplitter. Another possibility is achieved by selecting the appropriate overall reflectivity of the beamsplitter to incident light. As will be explained below with reference to the drawings, the reflectivity of the beamsplitter is preferably between 60% and 70% when allowing a tolerance of 2/3, or some degree of reflectivity. This is particularly true for beamsplitters having reflectivity independent of polarization.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 광빔을 상기 제 1, 제 2 및 상기 하나 또는 다수의 추가적인 광빔(들)로 분할하기 위하여 두 개 또는 그 이상의 펄스 확장기들이 연달아 배치된다. 두 개 또는 다수의 펄스 확장기들의 연속적인 사용은 상이한 진행 방향을 갖는 다수의 빔들을 형성하도록 할 뿐만 아니라 잔여 간섭 패턴을 최소화하는데 요구되는 것과 같은 목표 필드에서의 소정의 간섭 조건들을 충족시키기 위하여 상기 다수의 빔들의 진행 방향들이 미리 결정되도록 할 수 있다.In a preferred embodiment of the invention, two or more pulse expanders are arranged in succession to split the light beam into the first, second and the one or more additional light beam (s). Successive use of two or multiple pulse expanders not only allows the formation of multiple beams with different propagation directions, but also to meet certain interference conditions in the target field such as those required to minimize the residual interference pattern. The advancing directions of the beams of may be predetermined.

본 발명에 따른 목표 필드 내에 목표 강도 분포를 형성하기 위한 광학 시스템은:An optical system for forming a target intensity distribution in a target field according to the invention is:

- 제 1 입력 광빔을 형성하는 제 1 광원과 제 2 입력 광빔을 형성하기 위한 제 2 광원, 또는 광빔을 형성하는 단일 광원과 상기 광빔을 제 1 입력 광빔과 제 2 입력 광빔으로 분할하기 위한 빔스플리터,A first light source for forming a first input light beam and a second light source for forming a second input light beam, or a single light source for forming a light beam and a beam splitter for dividing the light beam into a first input light beam and a second input light beam ,

- 상기 제 1 입력 광빔과 상기 제 2 입력 광빔이 입사하는 광입사면을 갖는 실린드리컬 렌즈 어레이를 구비하는 균질화기,A homogenizer having a cylindrical lens array having a light incidence surface to which the first input light beam and the second input light beam are incident,

- 상기 광입사면에 입사할 때 상기 제 1 입력 광빔을 제 1 진행 방향으로 진행하도록 안내하는 제 1 안내 소자 및A first guide element for guiding the first input light beam in a first travel direction upon incidence upon the light incident surface;

- 상기 광입사면에 입사할 때 상기 제 2 입력 광빔을 상기 제 1 진행 방향과 다른 제 2 진행 방향으로 진행하도록 안내하는 제 2 안내 소자를 포함한다.A second guide element for guiding the second input light beam to travel in a second travel direction different from the first travel direction when it enters the light incident surface.

위에서 언급한 문제는 본 발명에 따른 이러한 광학 시스템에 의해 완전히 해결된다.The above mentioned problem is completely solved by this optical system according to the invention.

바람직하게는, 상기 실린드리컬 렌즈 어레이는 평행하게 진행하는 일직선의 정점 라인을 각각 갖는 다수의 실린드리컬 미소렌즈(lenslet)들을 포함하며, 상기 제 1 입력 광빔과 제 2 입력 광빔은 상기 정점 라인들에 수직한 평면 내의 각도를 둘러싼다. 서로에 대해 그러한 각도 배향을 갖는 입력 광빔들의 중첩은 원치 않는 잔여 간섭들의 증가된 감소를 가져오는 반면, 다른 평면들 내의 각도 배향들은 일반적으로 더 적은 정도의 감소를 가져온다.Advantageously, said cylindrical lens array comprises a plurality of cylindrical microlenses, each having a straight vertex line running in parallel, wherein said first and second input light beams are said vertex lines. Surround an angle in a plane perpendicular to the field. Overlapping of input light beams with such angular orientations with respect to each other results in increased reduction of unwanted residual interferences, while angular orientations in other planes generally result in a lesser degree of reduction.

본 발명에 따른 상기 광학 시스템의 바람직한 실시예는 위에서 주어진 관계식(1)을 유지하는 피치 및 각도를 갖는 상기 실린드리컬 렌즈 어레이에 의해 특징지워진다.A preferred embodiment of the optical system according to the invention is characterized by the cylindrical lens array having a pitch and an angle that maintains the relation (1) given above.

바람직하게는, 상기 제 1 입력 광빔과 상기 제 2 입력 광빔은 서로에 대해 비간섭성이며 두 입력 광빔들의 피크 강도는 동일하다.Preferably, the first input light beam and the second input light beam are incoherent with respect to each other and the peak intensities of the two input light beams are the same.

일반적으로, 상기 제 1 및/또는 제 2 광원들 또는 상기 단일 광원은 하나 또는 그 이상의 레이저이다.In general, the first and / or second light sources or the single light source are one or more lasers.

바람직한 실시예에서 본 발명에 따른 광학 시스템은 제 1 광빔을 거의 지연 없이 투과시키고 제 2 광빔을 상기 투과된 제 1 광빔에 대해 지연 및 편향시키는 펄스 확장기를 포함한다. 한편으로 상기 투과된 제 1 광빔은 제 1 입력 광빔을 형성하고 다른 한편으로 상기 지연 및 편향된 제 2 광빔은 제 2 입력 광빔을 형성한다.In a preferred embodiment the optical system according to the invention comprises a pulse expander which transmits the first light beam with little delay and delays and deflects the second light beam with respect to the transmitted first light beam. On the one hand the transmitted first light beam forms a first input light beam and on the other hand the delayed and deflected second light beam forms a second input light beam.

바람직하게는, 상기 제 2 광빔을 편향시키기 위하여 상기 제 2 광빔의 빔 경로에 웨지가 배치된다.Preferably, a wedge is disposed in the beam path of the second light beam to deflect the second light beam.

본 발명에 따른 광학 시스템은, 바람직하게는, 상기 제 1 진행 방향 및/또는 상기 제 2 진행 방향을 자동으로 및/또는 수동으로 조절하는 진행 방향 조절 소자를 포함한다. 상기 진행 방향 조절 소자는 이동 가능한, 특히 회전 가능한 및/또는 선형적으로 미끄럼 가능한 미러(mirror)일 수 있다.The optical system according to the invention preferably comprises a travel direction adjustment element for automatically and / or manually adjusting the first travel direction and / or the second travel direction. The advancing direction control element may be a movable, in particular rotatable and / or linearly slidable mirror.

대신에 또는 추가적으로, 본 발명에 따른 상기 광학 시스템은 상기 제 1 입력 광빔의 피크 강도 및/또는 상기 제 2 입력 광빔의 피크 강도를 자동으로 및/또는 수동으로 조절하는 피크 강도 조절 소자를 포함할 수 있다. 상기 피크 강도 조절 소자는 상기 목표 필드에서의 잔여 간섭 패턴을 최소화하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 입력 광빔들의 피크 강도를 조절하는 역할을 할 수 있다. 이상적인 경우에, 상기 피크 강도 조절 소자는 상기 제 1 및 제 2 입력 광빔들의 피크 강도를 동일하게 조절하는 역할을 할 수 있다. 피크 강도 조절 소자로서, 예컨대, 감쇠기가 사용될 수 있다.Alternatively or additionally, the optical system according to the invention may comprise a peak intensity adjusting element which automatically and / or manually adjusts the peak intensity of the first input light beam and / or the peak intensity of the second input light beam. have. The peak intensity adjusting element may serve to adjust peak intensities of the first and second input light beams to minimize the residual interference pattern in the target field. In an ideal case, the peak intensity adjusting element may serve to equally adjust peak intensities of the first and second input light beams. As the peak intensity adjusting element, for example, an attenuator can be used.

본 출원의 도입부에서 이미 언급한 바와 같이, 본 발명은 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 장치를 구성할 때 유용할 수 있다. 따라서 본 발명은 또한, 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 목표 필드 내에 목표 강도 분포를 형성하는 재료 처리 장치, 특히 레이저 어닐링 장치로서, 목표 필드에서의 강도 분포가 제 1 차원으로의 연장과 제 2 차원으로의 연장을 가지며, 제 1 차원으로의 연장이 제 2 차원으로의 연장을 30000배만큼 초과하도록 하는 재료 처리 장치에 초점을 맞출 수도 있다. 본 발명에 따르면, 상기 재료 처리 장치는 앞서 설명된 타입들 중 하나에 따른 광학 시스템을 포함한다.As already mentioned at the beginning of the present application, the present invention may be useful when constructing an apparatus for laser annealing of large substrates. The invention thus also relates to a material processing apparatus, in particular a laser annealing apparatus, which forms a target intensity distribution in a target field from an input light beam having an intensity distribution, wherein the intensity distribution in the target field extends in the first dimension and in the second dimension. It is also possible to focus on a material processing apparatus having an extension of and allowing the extension to the first dimension to exceed the extension to the second dimension by 30000 times. According to the invention, the material processing apparatus comprises an optical system according to one of the types described above.

입사 광빔을 확장시키고 상술한 종류의 제 1 및 제 2 입력 광빔을 형성할 수 있는 본 발명에 따른 펄스 확장기는:The pulse expander according to the invention, which is capable of expanding the incident light beam and forming first and second input light beams of the kind described above:

- 입사 광빔을 제 1 광빔과 제 2 광빔으로 분할하는 빔스플리터로서, 상기 제 1 광빔이 상기 빔스플리터를 거의 지연 없이 통과하여 제 1 진행 방향으로 진행하는 빔스플리터,A beamsplitter for dividing an incident light beam into a first light beam and a second light beam, wherein the first light beam passes through the beamsplitter almost without delay and proceeds in a first travel direction,

- 상기 통과된 제 1 광빔에 대해 상기 제 2 광빔을 지연시키기 위한 지연 라인, 및A delay line for delaying said second light beam with respect to said passed first light beam, and

- 상기 지연된 제 2 광빔이 제 2 방향으로 진행하도록 상기 통과된 제 1 광빔에 대하여 상기 지연된 제 2 광빔을 편향시키기 위한 편향 소자를 포함한다.A deflection element for deflecting said delayed second light beam relative to said passed first light beam such that said delayed second light beam travels in a second direction.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 확장기는 상기 제 2 광빔을 편향시키기 위해 상기 제 2 광빔의 빔 경로에 배치된 웨지를 포함할 수 있다.The pulse expander according to a preferred embodiment of the present invention may include a wedge disposed in the beam path of the second light beam to deflect the second light beam.

바람직하게는 펄스 확장기는 상기 제 1 진행 방향 및/또는 제 2 진행 방향을 자동으로 및/또는 수동으로 조절하기 위한 진행 방향 조절 소자를 포함한다. 예를 들어 상기 진행 방향 조절 소자는 이동 가능한, 특히 회전 가능한 및/또는 선형적으로 미끄럼 가능한 미러일 수 있다.Preferably the pulse expander comprises a travel direction adjustment element for automatically and / or manually adjusting the first travel direction and / or the second travel direction. For example, the advancing direction control element may be a movable, in particular rotatable and / or linearly slidable mirror.

본 발명에 따른 펄스 확장기의 바람직한 실시예는 상기 제 1 광빔의 피크 강도 및/또는 상기 제 2 광빔의 피크 강도를 자동으로 및/또는 수동으로 조절하는 피크 강도 조절 소자를 또한 포함할 수 있다. 예시적으로, 상기 제 1 및 제 2 입력 광빔들의 피크 강도는 동일하게 조절된다.A preferred embodiment of the pulse expander according to the invention may also comprise a peak intensity adjusting element which automatically and / or manually adjusts the peak intensity of the first light beam and / or the peak intensity of the second light beam. By way of example, the peak intensities of the first and second input light beams are equally adjusted.

실린드리컬 렌즈 어레이를 사용하는 레이저 빔 균질화기에서 간섭을 감소시키며 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 목표 필드 내에 균질화된 목표 강도 분포를 형성할 수 있다.In a laser beam homogenizer using a cylindrical lens array, it is possible to form a homogenized target intensity distribution within a target field from an input light beam having an intensity distribution and reducing interference.

또한, 간섭 효과의 감소로 인해, 바람직하게는 30000 이상의 높은 종횡비를 갖는 고도로 균질화된 목표 강도 분포를 얻을 수 있으며, 펄스 확장기를 제공하여 하나의 가간섭성 입사 레이저 빔으로부터 상이한 방향으로 진행하는 두 개의 비간섭성 레이저 빔을 형성할 수 있다.In addition, due to the reduction of the interference effect, it is possible to obtain a highly homogenized target intensity distribution, preferably with a high aspect ratio of more than 30000, and provide a pulse expander to provide two directions that travel in different directions from one coherent incident laser beam It is possible to form an incoherent laser beam.

예시적인 실시예들이 다음의 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이 및 상이한 진행 방향을 갖는 두 개의 빔에 의해 조명되는 집광기(condenser)를 포함하며, 이웃하는 실린드리컬 미소렌즈들에 입사하는 서브 빔들만이 필드 평면에서 간섭하는, 최신의 균질화기를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 최신의 균질화기를 투과하기 전에 서로 평행하게 진행하는 제 1 세트의 서브 빔들로 구성된 빔에 대해 계산된 간섭 패턴을 도시한다.
도 3은 각각의 세트의 서브 빔들이 도 1에 따른 최신의 균질화기를 투과하기 전에 서로 평행하게 진행하고 상이한 세트의 서브 빔들이 도 1에 따른 최신의 균질화기를 투과하기 전에 서로 평행하지 않게 진행하는, 제 1 및 제 2 세트의 서브 빔들로 구성된 간섭 패턴을 도시한다.
도 4는 도 2에 따른 간섭 패턴을 전달하는 제 1 세트의 서브 빔들을 형성하는 종래의 기술에 따른 펄스 확장기에 대해 변형된 펄스 확장기를 도시한다.
도 5는 도 3에 따른 간섭 패턴을 전달하는 제 1 및 제 2 세트의 서브 빔들을 형성하는 본 발명에 따른 펄스 확장기를 도시한다.
도 6은 도 3에 따른 간섭 패턴을 전달하는 제 1 및 제 2 세트의 서브 빔들을 형성하는 본 발명에 따른 다른 펄스 확장기를 도시한다.
도 7은 다수의 내부 빔 분할로 인해 한 세트의 지연된 펄스들을 형성하는 것으로, 각각의 후속하는 지연 펄스는 이전의 펄스의 진행 방향에 대하여 동일한 각도만큼 편향된 진행 방향으로 펄스 확장기를 출사하도록 하는, 도 5에 따른 펄스 확장기를 도시한다.
도 8은 60%의 반사도를 갖는 빔스플리터를 사용할 때 도 5 또는 도 6에 따른 펄스 확장기로부터 외부 결합된(out-coupled) 투과 펄스 및 지연 펄스들의 강도를 도시한다.
도 9는 66%의 반사도를 갖는 빔스플리터를 사용할 때 도 5 또는 도 6에 따른 펄스 확장기로부터 외부 결합된 투과 펄스 및 지연 펄스들의 강도를 도시한다.
도 10은 상이한 진행 방향을 갖는 두 개의 빔들에 의해 조명되며, 세 개의 인접하는 실린드리컬 미소렌즈들에 입사하는 서브 빔들이 필드 평면에서 간섭하도록 하는 도 1에 따른 최신의 균질화기를 도시한다.
도 11은 도 10에 따른 실린드리컬 렌즈 어레이의 피치만큼 떨어져 있는 서브 빔들에 대한 보강 간섭 조건을 도시한다.
도 12는 도 10에 따른 실린드리컬 렌즈 어레이의 피치의 두 배만큼 떨어져 있는 서브 빔들에 대한 보강 간섭 조건을 도시한다.
도 13은 플라이아이 균질화기의 실린드리컬 렌즈 어레이에 입사하는 빔의 측방 가간섭성 길이가 어레이 피치의 두 배를 초과할 때 목표 필드에서 간섭 패턴을 제거할 수 있는 연달아 배치된 두 개의 펄스 확장기를 도시한다.
Exemplary embodiments will be described in detail below with reference to the following attached drawings.
1 includes two cylindrical lens arrays and a condenser illuminated by two beams with different propagation directions, with only sub-beams incident on neighboring cylindrical microlenses interfering in the field plane The latest homogenizer is shown.
FIG. 2 shows the calculated interference pattern for a beam consisting of a first set of subbeams running parallel to one another before passing through the state-of-the-art homogenizer according to FIG. 1.
FIG. 3 shows that each set of sub-beams runs parallel to each other before passing the state-of-the-art homogenizer according to FIG. 1 and different sets of sub-beams run not parallel to each other before passing the state-of-the-art homogenizer according to FIG. 1, An interference pattern composed of first and second sets of sub beams is shown.
4 shows a modified pulse expander for a pulse expander according to the prior art for forming a first set of sub beams carrying an interference pattern according to FIG. 2.
FIG. 5 shows a pulse expander according to the invention forming first and second sets of sub beams carrying an interference pattern according to FIG. 3.
FIG. 6 shows another pulse expander according to the invention forming first and second sets of sub beams carrying an interference pattern according to FIG. 3.
FIG. 7 illustrates the formation of a set of delayed pulses due to multiple internal beam splitting, such that each subsequent delay pulse exits the pulse expander in a direction of travel deflected by the same angle relative to the direction of travel of the previous pulse. A pulse expander according to 5 is shown.
8 shows the intensity of out-coupled transmission pulses and delay pulses from the pulse expander according to FIG. 5 or 6 when using a beamsplitter with a reflectance of 60%.
9 shows the intensity of externally coupled transmitted and delayed pulses from the pulse expander according to FIG. 5 or 6 when using a beamsplitter with 66% reflectivity.
FIG. 10 shows a state-of-the-art homogenizer according to FIG. 1 illuminated by two beams with different propagation directions, such that sub-beams incident on three adjacent cylindrical microlenses interfere in the field plane.
FIG. 11 shows constructive interference conditions for sub-beams spaced apart by the pitch of the cylindrical lens array according to FIG. 10.
FIG. 12 shows constructive interference conditions for sub beams two times the pitch of the cylindrical lens array according to FIG. 10.
Figure 13 shows two consecutively placed pulse expanders capable of removing interference patterns in the target field when the lateral coherence length of the beam incident on the cylindrical lens array of the fly's eye homogenizer exceeds twice the array pitch. Shows.

실린드리컬 렌즈 어레이를 갖는 균질화기는 렌즈 어레이의 피치 및 집광 렌즈의 초점 길이에 따라 이미지 평면에 공간적인 간섭 패턴을 형성한다. 이러한 사실이 이하에서 설명될 것이다.Homogenizers with cylindrical lens arrays form spatial interference patterns in the image plane depending on the pitch of the lens array and the focal length of the condenser lens. This will be explained below.

도 1은 좌표 x, y, z를 갖는 직각 좌표계의 xz-평면에 있는 균질화기에 대한 통상적인 구성의 평면도를 도시한다. 균질화기는, 직각 좌표계 x, y, z의 xy-평면에 평행한 평면(13, 14, 15)들 내에 있으며 z-방향을 따라 배열되는, 제 1 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)와 제 2 실린드리컬 렌즈 어레이(1b)를 갖는 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(1a 및 1b) 및 실린드리컬 집광기(2)를 포함한다.1 shows a plan view of a typical configuration for a homogenizer in the xz-plane of a rectangular coordinate system with coordinates x, y, z. The homogenizer is in the planes 13, 14, 15 parallel to the xy-planes of the Cartesian coordinate system x, y, z and arranged along the z-direction, with the first cylindrical lens array 1a and the second cylinder. Two cylindrical lens arrays 1a and 1b having a cylindrical lens array 1b and a cylindrical condenser 2.

도 1에 도시된 배치에서, 제 1 어레이(1a)는 초점 평면(13)에, 즉 제 2 어레이(1b)의 초점 거리(f1b)에 위치한다. 집광기(2)는 제 2 어레이(1b)로부터 거리 d에 위치한다. 상기 집광기(2)의 초점 거리(f2)에 위치하는 평면은 필드 평면을 형성한다. 이하에서 이 필드 평면은 참조 번호 3으로 표시된다.In the arrangement shown in FIG. 1, the first array 1a is located at the focal plane 13, ie at the focal length f 1b of the second array 1b. The collector 2 is located at a distance d from the second array 1b. The plane located at the focal length f 2 of the light collector 2 forms a field plane. In the following, this field plane is indicated by the reference numeral 3.

상기 실린드리컬 렌즈 어레이(1a 및 1b)는 각각 다수의, 바람직하게는 동일한 실린드리컬 미소렌즈(8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c 및 9d)들을 포함한다. 실린드리컬 미소렌즈라는 말은 원형의 단면을 갖는 실린더 형태의 미소렌즈들만을 포함하는 것이 아니라, 특히 반원형의 단면 또는 비원형의 오목한 또는 비원형의 볼록한 단면을 갖는 "실린더"도 포함한다. 간략함을 위하여, 각각의 실린드리컬 렌즈 어레이(1a 및 1b)에 대해 단지 네 개의 동일한 실린드리컬 미소렌즈(8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c 및 9d)들이 도 1에 도시되어 있다. 실린드리컬 렌즈 어레이(1a 및 1b)들 중 하나의 동일한 실린드리컬 미소렌즈(8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c 및 9d)들은 x-축 방향으로 서로에 대해 인접하여 배치되어 있다. 상기 실린드리컬 렌즈 어레이(1a 및 1b)들의 개별적인 실린드리컬 미소렌즈(8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c 및 9d)들과 상기 실린드리컬 집광기(2)의 정점 라인(apex line)(10a, 10b, 10c, 10d, 11a, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b)들은 직각 좌표계 x, y, z의 y-방향을 따른다.The cylindrical lens arrays 1a and 1b each comprise a plurality of, preferably identical cylindrical microlenses 8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c and 9d. The term cylindrical microlenses does not only include cylindrical microlenses having a circular cross section, but also includes "cylinders" having a semicircular cross section or a noncircular concave or noncircular convex cross section. For simplicity, only four identical cylindrical microlenses 8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c and 9d are shown in FIG. 1 for each cylindrical lens array 1a and 1b. It is. The same cylindrical microlenses 8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c and 9d of one of the cylindrical lens arrays 1a and 1b are disposed adjacent to each other in the x-axis direction. have. The individual cylindrical microlenses 8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c and 9d of the cylindrical lens arrays 1a and 1b and the apex line of the cylindrical condenser 2 line) 10a, 10b, 10c, 10d, 11a, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b follow the y-direction of the Cartesian coordinate system x, y, z.

이하에서는 한 실린드리컬 렌즈 어레이(1a 및 1b) 내의 인접하는 실린드리컬 미소렌즈(8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c 및 9d)들의 정점 라인(10a, 10b, 10c, 10d, 11a, 11b, 11c, 11d)들 사이의 거리를 피치(16, 17)라고 부른다. 본 예에서, 실린드리컬 렌즈 어레이(1a 및 1b)들의 피치(16, 17)는 동일하다.Hereinafter, the vertex lines 10a, 10b, 10c, 10d, of adjacent cylindrical microlenses 8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c, and 9d in one cylindrical lens array 1a and 1b; The distance between 11a, 11b, 11c, and 11d is called the pitches 16 and 17. In this example, the pitches 16 and 17 of the cylindrical lens arrays 1a and 1b are the same.

이하의 설명에 대해, 하나 또는 그 이상의 광원(도시되지 않음)이 상기 제 1 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)의 왼쪽 편에 배치된 것으로 가정한다. 상기 하나 또는 그 이상의 광원들은 상기 제 1 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)로 안내되는 하나 또는 그 이상의 광빔들을 방출한다. 이 경우에 광은 모든 파장의 전자기 방사광을 의미한다.For the following description, it is assumed that one or more light sources (not shown) are disposed on the left side of the first cylindrical lens array 1a. The one or more light sources emit one or more light beams that are directed to the first cylindrical lens array 1a. Light in this case means electromagnetic radiation of all wavelengths.

먼저, 상기 광원들 중 하나로부터 제 1 빔(4)이 방출되어 z-방향으로 진행한다고 가정하고 다음으로 상기 하나의 광원 또는 다른 광원으로부터 제 2 빔(5)이 방출되어 상기 z-축 방향에 대해 0°와 다른(xz-평면에서 측정된) 각도를 갖는 방향으로 진행한다고 가정한다. 상기 제 1 및 제 2 빔(4, 5)들의 각각은 다수의 서브 빔(4a, 4b, 5a, 5b)들을 포함한다. 상기 실린드리컬 렌즈 어레이(1a 및 1b)들의 피치(16, 17)만큼 x-방향으로 떨어져 있는 각각의 제 1 및 제 2 빔들 중 두 개가 도 1에 도시되어 있다.First, assume that a first beam 4 is emitted from one of the light sources and travel in the z-direction, and then a second beam 5 is emitted from the one or another light source and in the z-axis direction. Assume that we proceed in a direction with an angle that is different from 0 ° (measured in the xz-plane). Each of the first and second beams 4, 5 comprises a plurality of sub beams 4a, 4b, 5a, 5b. Two of each of the first and second beams spaced in the x-direction by the pitches 16, 17 of the cylindrical lens arrays 1a and 1b are shown in FIG. 1.

두 개의 빔(4, 5)들 모두는 위치(6a, 6b) 상에서 상기 제 1 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)의 전면에 입사하고, 상기 균질화기를 통과하여 상기 필드 평면(3)을 가로지른다. 이 경우에, 필드 평면(3)에서의 서브 빔(4a, 5a 또는 4b, 5b)들의 위치(7a, 7b)는 제 1 어레이(1a)에서의 위치(6a, 6b)에만 의존하며 제 1 어레이(1a)에 입사할 때의 서브 빔(4a, 5a 또는 4b, 5b)들의 입사각(α4a, α4b, α5a, α5b)에는 어느 정도 독립적이다. 도 1은 xz-평면 내에서 각각의 서브 빔(4a, 5a 또는 4b, 5b)의 진행 방향과 z-방향 사이의 각도인 입사각(α4a, α4b, α5a, α5b)을 나타내고 있다. 여기서, 예시적으로 α4a = α4b, = 0°이고, α5a = α5b ≠ 0°라고 가정한다.Both beams 4, 5 are incident on the front surface of the first cylindrical lens array 1a on positions 6a, 6b and cross the field plane 3 through the homogenizer. In this case, the positions 7a, 7b of the subbeams 4a, 5a or 4b, 5b in the field plane 3 depend only on the positions 6a, 6b in the first array 1a and the first array. It is somewhat independent of the incidence angles α 4a , α 4b , α 5a , α 5b of the sub-beams 4a, 5a or 4b, 5b when incident on (1a). FIG. 1 shows the angles of incidence α 4a , α 4b , α 5a , α 5b which are angles between the advancing direction of the sub-beams 4a, 5a or 4b, 5b and the z-direction in the xz-plane. Here, for example, it is assumed that α 4a = α 4b , = 0 °, and α 5a = α 5b ≠ 0 °.

다수의 서브 빔(4a, 5a 또는 4b, 5b)들의 중첩으로 인해, 상기 필드 평면(3)에서의 균질화가 달성될 수 있다. 서브 빔(4a 및 4b)들은 제 1 어레이(1a)의 피치(16)만큼 떨어져 있는 두 위치(6a, 6b)에서 제 1 렌즈 어레이(1a)에 입사한다. 두 개의 서브 빔(4a 및 4b)들은 동일한 방식으로 편향되며 필드 평면(3)에서 동일한 필드점(7a)에 집광된다. 만약 두 개의 서브 빔(4a 및 4b)들이 서로에 대해 가간섭성이라면 필드 평면(3)에서 간섭이 발생한다. 필드 평면(3)에서의 간섭 패턴의 공간적 분포는 어레이(1a, 1b)의 피치(16, 17)와 집광 렌즈(2)의 초점 길이(f2)에 의존한다.Due to the overlap of the multiple sub beams 4a, 5a or 4b, 5b, homogenization in the field plane 3 can be achieved. The sub beams 4a and 4b enter the first lens array 1a at two positions 6a and 6b which are spaced apart by the pitch 16 of the first array 1a. The two sub beams 4a and 4b are deflected in the same way and are concentrated at the same field point 7a in the field plane 3. If the two subbeams 4a and 4b are coherent with each other, interference occurs in the field plane 3. The spatial distribution of the interference pattern in the field plane 3 depends on the pitches 16 and 17 of the arrays 1a and 1b and the focal length f 2 of the condensing lens 2.

도 2는 간략함을 위하여, 도 1에 도시된 상기 균질화기를 통과한 후의 필드 평면(3)에서의, 단지 두 개의 서브 빔(4a 및 4b)들만으로 구성된 상기 제 1 빔(4)의 간섭 패턴(18)을 도시하고 있다. 패턴은 도 1에 도시된 서브 빔(4a 및 4b)들만에 대해 계산된 것임을 유의한다. 만약 제 1 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)의 전면에 입사할 때 추가적인 서브 빔(4c, 4d, ...)(도시되지 않음)들이 z-방향으로 진행한다면(그러나 상기 제 1 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)의 피치(16)만큼 떨어져 있을 필요는 없다), 이들 서브 빔(4c, 4d, ...)(도시되지 않음)들도 역시 간섭에 기여할 것이며 간섭 패턴(18)은 더욱 복잡해질 것이다. 그럼에도 불구하고, 100%의 콘트라스트는 동일할 것이다.FIG. 2 shows, for the sake of simplicity, the interference pattern of the first beam 4 consisting of only two sub-beams 4a and 4b in the field plane 3 after passing through the homogenizer shown in FIG. 18 is shown. Note that the pattern is calculated for only the sub beams 4a and 4b shown in FIG. If additional sub-beams 4c, 4d, ... (not shown) proceed in the z-direction when incident on the front of the first cylindrical lens array 1a (but the first cylindrical lens) Need not be as far apart as the pitch 16 of the array 1a), these sub-beams 4c, 4d, ... (not shown) will also contribute to the interference and the interference pattern 18 will become more complex. will be. Nevertheless, 100% contrast will be the same.

도 1에 또한 도시된 것은, 상기 제 1 빔(4)의 서브 빔(4a 및 4b)들에 대해 상이한 각도 α5a = α5b로 제 1 어레이(1a) 상에 입사하지만 동일한 위치에서 제 1 어레이(1a)에 입사하는 상기 제 2 빔(5)의 두 개의 서브 빔(5a, 5b)들이다. 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(1a, 1b)의 동작 원리로 인하여, 두 개의 서브 빔(5a, 5b)들은 서브 빔(4a 및 4b)들과 비교하여 동일한 각도 β5a = β5b = β4a = β4b로 제 2 실린드리컬 렌즈 어레이(1b)를 떠난다. 따라서 제 2 빔(5)의 두 개의 서브 빔(5a, 5b)들은 제 1 빔(4)의 두 개의 서브 빔(4a 및 4b)들과 비교하여 동일한 필드점(7b = 7a)에 집광된다. 제 1 빔(4)의 서브 빔(4a 및 4b)들이 서로에 대해 가간섭성이고 제 2 빔(5)의 서브 빔(5a, 5b)들이 서로에 대해 가간섭성인 경우에, 만약 두 개의 빔(4, 5)들이 서로에 대해 비간섭성이고, 서브 빔(5a 및 5b)들 사이의 위상차 ΔΦ5a,5b가 서브 빔(4a 및 4b)들의 위상차 ΔΦ4a,4b와 (2i+1)*π(여기서 i는 정수)만큼 상이하다면, 잔여 간섭이 큰 정도로 감소될 수 있다.Also shown in FIG. 1, the first array is incident on the first array 1a at different angles α 5a = α 5b for the sub-beams 4a and 4b of the first beam 4 but at the same location. Two sub-beams 5a, 5b of the second beam 5 incident on 1a. Due to the operating principle of the two cylindrical lens arrays 1a and 1b, the two subbeams 5a and 5b have the same angle β 5a = β 5b = β 4a = compared to the subbeams 4a and 4b. Leave the second cylindrical lens array 1b at β 4b . The two subbeams 5a, 5b of the second beam 5 are thus condensed at the same field point 7b = 7a compared to the two subbeams 4a and 4b of the first beam 4. If the subbeams 4a and 4b of the first beam 4 are coherent to each other and the subbeams 5a and 5b of the second beam 5 are coherent to each other, (4, 5) are incoherent to each other, and the phase difference ΔΦ 5a, 5b between the subbeams 5a and 5b is the phase difference ΔΦ 4a, 4b and (2i + 1) * of the subbeams 4a and 4b *. If it is different by π, where i is an integer, the residual interference can be reduced to a large extent.

빔(4 및 5)들 사이의 위상차 ΔΦ4,5는, 입사각 α = α5a - α4a = α5b - α4b에 대해 관계식(1)이 만족된다면 성취될 수 있다. 즉,The phase difference ΔΦ 4,5 between the beams 4 and 5 can be achieved if the relation (1) is satisfied for the angle of incidence α = α 5a4a = α 5b4b . In other words,

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112011023478932-pat00002
Figure 112011023478932-pat00002

여기서, P는 제 1 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)의 피치이고 i는 정수이다.Where P is the pitch of the first cylindrical lens array 1a and i is an integer.

만약 빔(4 및 5)들의 진폭(A)이 동일하고 각도 α가 위의 관계식(2)을 만족한다면, 빔(4 및 5)들 모두의 간섭 패턴(18, 19)들은 도 3에 도시된 것과 같이 보인다. 두 개의 비간섭성 간섭 패턴(18, 19)들의 합(20)은, 도 3에서 정규화된 강도 값 1에 일직선의 라인으로 표시된 일정한 강도를 가져온다.If the amplitudes A of the beams 4 and 5 are the same and the angle α satisfies the relation (2) above, the interference patterns 18, 19 of both the beams 4 and 5 are shown in FIG. 3. Looks like. The sum 20 of the two incoherent interference patterns 18, 19 results in a constant intensity indicated by a straight line in the normalized intensity value 1 in FIG. 3.

이하의 실시예들은 플라이아이 균질화기를 사용할 때 잔여 간섭의 단점을 보상하기 위하여 단일한 광원으로부터 그러한 두 개의 빔(4 및 5)들을 형성한다. 실시예들은 펄스 확장기에서의 상기 상이한 빔(4 및 5)들의 생성에 초점을 맞춘다.The following embodiments form such two beams 4 and 5 from a single light source to compensate for the disadvantages of residual interference when using a flyeye homogenizer. Embodiments focus on the generation of the different beams 4 and 5 in a pulse expander.

도 4는 좌표 x, y, z를 갖는 직각 좌표계의 xz 평면에서 광빔(100)의 진행 경로를 연장시키기 위한 이미지 펄스 확장기의 통상적인 구성을 도시하고 있다. 유사한 펄스 확장기들이 US 2005/0127184 A1, US 6,928,093 B2 및 WO 2005/050799 A1에도 개시되어 있다.4 shows a typical configuration of an image pulse expander for extending the traveling path of the light beam 100 in the xz plane of a rectangular coordinate system having coordinates x, y, z. Similar pulse expanders are also disclosed in US 2005/0127184 A1, US 6,928,093 B2 and WO 2005/050799 A1.

도 4에 도시된 펄스 확장기는, 이하에서 제 1 구면 미러(103), 제 2 구면 미러(104), 제 3 구면 미러(105) 및 제 4 구면 미러(106)라고 부르는 네 개의 구면 미러(103, 104, 105, 106)들을 포함한다. 미러(103, 104, 105 및 106)들의 곡률 반경 r1, r2, r3 및 r4는 동일하다. 제 1 미러(103)와 제 3 미러(105)는, 엄밀히 말하면 곡률 반경 r1과 r3에 대응하는 미러 거리 D1에서, 서로 마주보도록 배치된 그들의 오목면들에 대한 공통의 대칭축 상에 배치된다. 유사한 방식으로, 제 2 미러(104)와 제 4 미러(106)는, 곡률 반경 r2와 r4에 대응하는 미러 거리 D2=D1에서 서로 마주보도록 배치된 그들의 오목면들에 대한 또 다른 공통의 대칭축 상에 배치된다. 따라서 상기 배치는 미러(103, 104, 105 및 106)들의 공초점(confocal) 또는 4f 배치이며, 그 결과로 상기 배치는 1:-1의 결상 광학 특성을 갖는다. 상기 미러(103, 104, 105 및 106)들 이외에도, 도 4에 따른 펄스 확장기는, 제 1 및 제 3 미러(103, 105)들 사이의 중심에 배치되며 z-축 방향에 대해 45°로 경사진 빔스플리터(101)를 포함한다. 종래의 기술에 추가하여, 보상판(102a)이 지연된 빔 경로 내에 삽입된다. 이 보상판(102a)도 역시 z-축 방향에 대해 경사져 있지만 -45°의 각도로, 즉 빔스플리터(101)와 반대로 배치된다.The pulse expander shown in FIG. 4 includes four spherical mirrors 103, hereinafter referred to as first spherical mirror 103, second spherical mirror 104, third spherical mirror 105, and fourth spherical mirror 106. , 104, 105, 106). The radii of curvature r1, r2, r3 and r4 of the mirrors 103, 104, 105 and 106 are the same. The first mirror 103 and the third mirror 105 are strictly arranged on a common axis of symmetry with respect to their concave surfaces arranged to face each other at a mirror distance D1 corresponding to curvature radii r1 and r3. In a similar manner, the second mirror 104 and the fourth mirror 106 are on another common axis of symmetry with respect to their concave surfaces arranged to face each other at a mirror distance D2 = D1 corresponding to the radii of curvature r2 and r4. Is placed on. The arrangement is thus a confocal or 4f arrangement of the mirrors 103, 104, 105 and 106, as a result of which the arrangement has an imaging optical characteristic of 1: -1. In addition to the mirrors 103, 104, 105 and 106, the pulse expander according to FIG. 4 is arranged in the center between the first and third mirrors 103 and 105 and tilted at 45 ° with respect to the z-axis direction. A photo beam splitter 101. In addition to the prior art, a compensation plate 102a is inserted in the delayed beam path. This compensating plate 102a is also inclined with respect to the z-axis direction but is disposed at an angle of −45 °, ie opposite to the beam splitter 101.

이하에서는, 펄스 확장기의 원리가 설명된다.In the following, the principle of the pulse expander is explained.

광빔(100)은 예를 들어 엑시머 레이저(도시되지 않음)와 같은 레이저에 의해 형성된다. 상기 펄스 확장기는 제 1 및 제 3 미러(103, 105)들 사이의 공간 내에 광빔(100)을 결합시키는 역할을 하는 삽입 결합 영역(coupling-in area)(118)을 갖는다. 본 경우에서, 삽입 결합 영역(118)은 입사 광빔(100)에 대해 45°로 경사진 상기 빔스플리터(101)에 의해 형성된다.The light beam 100 is formed by a laser, for example an excimer laser (not shown). The pulse expander has a coupling-in area 118 that serves to couple the light beam 100 in the space between the first and third mirrors 103, 105. In this case, the insertion coupling region 118 is formed by the beam splitter 101 inclined at 45 ° with respect to the incident light beam 100.

레이저 빔(100)은 빔스플리터(101)에 입사한다. 입사 빔(100)은 투과된 부분(107)과 반사된 부분(108)으로 분할된다. 반사된 부분(108)은 제 3 미러(105)로 진행하여 거기서 반사된다. 제 3 미러(105)로부터, 광빔(108)은 제 2 미러(104)로 진행하여 거기서 반사되고 제 4 미러(106)로 진행하는데, 그런 다음 여기서 광빔(108)이 반사된다. 거기서부터 광빔(108)은 제 1 미러(103)로 진행하며, 여기서 광빔(108)은 다시 반사된다. 반사된 부분(108)은 따라서 공초점 분포 구성을 통해 진행하였으며 빔스플리터(101)로 다시 결상된다. 반사형 방식으로 형성된, 빔스플리터(101)의 삽입 결합 영역(118)의 "후방"은 두 미러(103 및 105)들 사이의 공간 바깥으로 광빔(108)을 결합시키기 위한 출력 결합 영역(120)으로서 역할을 한다. 그러므로, 화살표(109)를 따라서, 네 번의 순환 후에 지연된 광빔(108)이 펄스 확장기를 떠나며, 여기서 구면 미러(103, 104, 105 및 106)들의 사용이 출력 결합 영역(20) 위로 삽입 결합 영역(18)을 1:1로 결상시키기 때문에, 펄스 확장기 다음에 상기 출력 결합된 광빔(109)과 삽입 결합된 광빔(100)은 동일한 광축 상에 놓이고 동일한 모양과 단면적을 갖게 된다. 광빔(100)의 진행 경로는 그런 후 미러 거리 D의 대략 4배만큼 펄스 확장기에서 길어지게 되었다.The laser beam 100 is incident on the beam splitter 101. The incident beam 100 is divided into a transmitted portion 107 and a reflected portion 108. The reflected portion 108 proceeds to and reflects on the third mirror 105. From the third mirror 105, the light beam 108 proceeds to and reflects on the second mirror 104 and to the fourth mirror 106, where the light beam 108 is then reflected. From there the light beam 108 proceeds to the first mirror 103, where the light beam 108 is reflected again. The reflected portion 108 thus proceeded through a confocal distribution configuration and imaged back into the beamsplitter 101. The "rear" of the insertion coupling region 118 of the beam splitter 101, formed in a reflective manner, is an output coupling region 120 for coupling the light beam 108 out of the space between the two mirrors 103 and 105. Serves as. Therefore, along the arrow 109, the delayed light beam 108 after four cycles leaves the pulse expander, where the use of spherical mirrors 103, 104, 105 and 106 is above the output coupling region 20. Since 18) is imaged 1: 1, the output coupled light beam 109 and the inserted coupled light beam 100 after the pulse expander are placed on the same optical axis and have the same shape and cross-sectional area. The propagation path of the light beam 100 was then lengthened in the pulse expander by approximately four times the mirror distance D.

상기 빔스플리터(101)의 전방에서 상기 지연된 광빔(108)의 진행 경로에 배치된 추가적인 보상판(102a)은 빔스플리터(101)의 시프트만을 보상하는 역할을 한다. 만약 보상판(102a)이 빔스플리터(101)와 동일한 두께(d)와 굴절률(n)을 갖는다면 그리고 보상판(102a)이 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 미러(103)에 의해 반사된 후의 반사된 부분(108)에 대해 45°로 배향되어 있다면, 투과된 빔(107)과 지연된 빔(108)은 오프셋 없이, 하나의 단일한 출력 결합된 광빔(109)을 형성하는 동일한 각도로 펄스 확장기를 떠난다.The additional compensation plate 102a disposed in the traveling path of the delayed light beam 108 in front of the beam splitter 101 serves to compensate only the shift of the beam splitter 101. If the compensation plate 102a has the same thickness d and the refractive index n as the beam splitter 101 and the compensation plate 102a is reflected by the first mirror 103 as shown in FIG. 4. If oriented at 45 ° with respect to the later reflected portion 108, the transmitted beam 107 and the delayed beam 108 are pulsed at the same angle to form one single output coupled light beam 109 without offset. Leaving the expander.

물론 지연된 빔(108)의 잔여 특성은 펄스 확장기의 조절에 의존한다. 레이저 어닐링 장치에서, 상기 지연된 빔(108)에 대한 단축으로의 발산과 방향 지시는 입사 광빔(100)의 발산과 가까워야 한다. 이러한 조건이 성취된다면, 장축으로의 발산과 방향 지시도 역시 입사 광빔(100)의 특성들과 매우 가까워진다.Of course, the remaining characteristics of the delayed beam 108 depends on the adjustment of the pulse expander. In the laser annealing apparatus, the divergence and direction indication to the short axis for the delayed beam 108 should be close to the divergence of the incident light beam 100. If this condition is achieved, the divergence and direction indication in the long axis also becomes very close to the characteristics of the incident light beam 100.

투과된 빔(107)이 도 1의 상기 제 1 빔(4)을 형성하고 지연된 빔(108)이 제 2 빔(5)을 형성한다고 가정하면, 도 1의 서브 빔(5a 및 5b)들은 서브 빔(4a 및 4b)들과 거의 동일한 특성들을 가질 것이다. 이는 간섭 패턴들이 크게 다르지 않을 것이라는 점을 의미한다. 빔(4, 5)들이 비간섭성이더라도, 그 합은 간섭의 유의미한 감소를 가져오지 않는다.Assuming the transmitted beam 107 forms the first beam 4 of FIG. 1 and the delayed beam 108 forms the second beam 5, the sub beams 5a and 5b of FIG. It will have almost the same characteristics as the beams 4a and 4b. This means that the interference patterns will not be very different. Although the beams 4 and 5 are incoherent, the sum does not lead to a significant reduction in the interference.

따라서, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 보상판(102b)은 소정의 방향으로의 방향 지시를 도입하는 웨지(wedge)이다. 웨지(102b)의 각도 γ는, 지연된 빔(108)의 결과적인 각도 α가 위에서 주어진 관계식(1)을 만족하도록 크기가 정해져야 한다. 소정의 방향은 플라이아이(1a, 1b, 2)와의 결합이 발생하는 방향과 같다. 빔스플리터의 반사도는, 투과된 빔(107)과 지연된 빔(108)이 거의 동일한 피크 강도를 갖도록 설계되어야 한다. 이 경우에, 콘트라스트의 감소가 매우 효과적이다.Therefore, in the preferred embodiment according to the present invention shown in Fig. 5, the compensation plate 102b is a wedge for introducing a direction indication in a predetermined direction. The angle γ of the wedge 102b must be sized such that the resulting angle α of the delayed beam 108 satisfies the relation (1) given above. The predetermined direction is the same as the direction in which engagement with the fly's eyes 1a, 1b and 2 occurs. The reflectivity of the beamsplitter should be designed such that the transmitted beam 107 and the delayed beam 108 have approximately the same peak intensity. In this case, the reduction of contrast is very effective.

도 6은 좌표 x, y, z를 갖는 직각 좌표계의 xz-평면 내에서 레이저 빔(100)을 투과 빔(107)과 지연 빔(108)으로 분할하기 위한 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한다. 도 4의 실시예와의 차이점은, 구면 미러(103, 104, 105 및 106) 대신에, 평면 미러(112, 113, 114, 115), 즉 제 1 평면 미러(112), 제 2 평면 미러(113), 제 3 평면 미러(115) 및 제 4 평면 미러(114)를 사용하는 것이다. 평면 미러(112 및 114)는 z-축에 대해 -45°로 기울어져 있으며 평면 미러(113 및 115)는 z-축에 대해 45°로 기울어져 있다. 상기 평면 미러(112, 113, 114, 115)들은 서로 마주보는 직사각형 상의 반사면을 가지며 짝을 지어 배치된다. 상기 제 1 및 제 3 미러(112, 115)들 사이의 중심에는 빔스플리터(111)가 위치한다. 빔스플리터(111)는 도 4와 동일한 배향, 즉 z-축에 대해 45°로 기울어진 배향을 갖는다.6 shows another embodiment according to the invention for dividing the laser beam 100 into a transmission beam 107 and a retardation beam 108 within the xz-plane of a rectangular coordinate system with coordinates x, y, z. . The difference from the embodiment of FIG. 4 is that instead of the spherical mirrors 103, 104, 105, and 106, the planar mirrors 112, 113, 114, 115, that is, the first planar mirror 112, the second planar mirror ( 113, the third planar mirror 115 and the fourth planar mirror 114 are used. Planar mirrors 112 and 114 are inclined at -45 ° with respect to the z-axis and planar mirrors 113 and 115 are inclined at 45 ° with respect to the z-axis. The planar mirrors 112, 113, 114, and 115 are arranged in pairs with reflecting surfaces of rectangles facing each other. The beam splitter 111 is positioned at the center between the first and third mirrors 112 and 115. The beam splitter 111 has the same orientation as that of FIG. 4, ie, tilted at 45 ° with respect to the z-axis.

레이저 빔(100)이 음(-)의 x-축 방향으로 진행한다고 다시 가정한다. 레이저 빔(100)은 빔스플리터(111)에 입사한다. 입사 빔(100)은 투과 부분(107)과 반사 부분(108)으로 분할된다. 투과 부분(107)은 두 번, 즉 빔스플리터(111)의 전면(118)과 후면(121)에서 편향된다. 화살표(110)를 따라, 투과 부분(107)은 펄스 확장기를 떠난다. 출력 결합된 투과 광빔(110)과 삽입 결합된 광빔(100)은 동일한 광축 상에 다시 놓이고 동일한 형태와 단면적을 갖는다. 반사 부분(108)은 제 3 미러(115)로 진행하여 거기서 반사된다. 제 3 미러(115)로부터, 광빔(108)은 제 4 미러(114)로 진행하며, 거기서 반사되어 제 2 미러(113)로 진행하는데, 여기서 광빔(108)은 그런 후 반사된다. 거기서부터 광빔(108)은 제 1 미러(112)로 진행하는데, 여기서 광빔(108)은 다시 반사된다. 따라서 반사 부분(108)은 분포된 구성을 통과하여 진행하여 제 1 미러(112)로부터 다시 빔스플리터(101)로 반사된다. 반사형으로 형성된 빔스플리터(101)의 삽입 결합 영역(118)의 "후방"은 두 개의 미러(112 및 115) 사이의 공간 외부로 광빔(108)을 결합시키는 출력 결합 영역(120)으로서 역할을 한다. 그러므로, 화살표(109)를 따라, 네 개의 평면 미러(112, 113, 114, 115)들에서 반사된 후 광빔(108)은 펄스 확장기를 떠나며, 출력 결합된 광빔(109)과 삽입 결합된 광빔(100)은 상이한 광축 상에 놓이지만 동일한 형태와 단면적을 갖는다. 따라서 광빔(100)의 진행 경로는 대략적으로 미러(112, 113, 114, 115)들 사이의 거리들의 합만큼 펄스 확장기에서 연장되었다. 구면 미러(103, 104, 105, 106)들을 사용하는 대신에 평면 미러(112, 113, 114, 115)들을 사용하는 것으로 인한 차이점은, 평면 미러(112, 113, 114, 115)들이 입사 레이저 빔(100)을 결상시키지 않는다는 것이다.Assume again that the laser beam 100 travels in the negative x-axis direction. The laser beam 100 is incident on the beam splitter 111. The incident beam 100 is divided into a transmission portion 107 and a reflection portion 108. The transmissive portion 107 is deflected twice, ie at the front 118 and rear 121 of the beam splitter 111. Along arrow 110, transmissive portion 107 leaves the pulse expander. The output coupled transmission light beam 110 and the insertion coupled light beam 100 are again placed on the same optical axis and have the same shape and cross-sectional area. The reflective portion 108 proceeds to and reflects on the third mirror 115. From the third mirror 115, the light beam 108 proceeds to the fourth mirror 114 where it is reflected and proceeds to the second mirror 113, where the light beam 108 is then reflected. From there the light beam 108 proceeds to the first mirror 112 where the light beam 108 is reflected again. Thus, the reflective portion 108 travels through the distributed configuration and is reflected from the first mirror 112 back to the beamsplitter 101. The "rear" of the insertion coupling region 118 of the beam splitter 101 formed reflectively serves as the output coupling region 120 for coupling the light beam 108 out of the space between the two mirrors 112 and 115. do. Therefore, along arrow 109, after being reflected at the four planar mirrors 112, 113, 114, 115, the light beam 108 leaves the pulse expander, and the output coupled light beam 109 and the insert coupled light beam ( 100) lies on different optical axes but has the same shape and cross-sectional area. Thus, the propagation path of the light beam 100 extends in the pulse expander by approximately the sum of the distances between the mirrors 112, 113, 114, 115. The difference from using planar mirrors 112, 113, 114, and 115 instead of using spherical mirrors 103, 104, 105, and 106 is that planar mirrors 112, 113, 114, and 115 are incident laser beams. It does not phase (100).

결상을 하지 않지만 레이저의 가간섭성 길이(coherence length)보다 긴 작은 지연 라인(delay line)의 경우에, 지연된 빔(108)의 추가적인 확장이 허용될 수도 있다.In the case of a delay line which does not form an image but is smaller than the coherence length of the laser, further expansion of the delayed beam 108 may be allowed.

이러한 실시예의 유리한 변형은 상기 평면 미러들 중 회전 가능한 적어도 하나의 미러(여기서는 미러(112))를 구비하는 것이다. 회전 가능한 미러(112)는 도 1에서의 빔(5a 및 5b)들의 각도 α가 미러(112)의 회전으로 인해 연속적으로 조절될 수 있게 한다. 도 3에서의 강도 분포가 모니터링된다면, 미러(112)의 각도는 잔여 간섭 패턴을 최소화하도록 조절될 수 있다.An advantageous variant of this embodiment is to have at least one rotatable mirror (here mirror 112) of the planar mirrors. The rotatable mirror 112 allows the angle α of the beams 5a and 5b in FIG. 1 to be continuously adjusted due to the rotation of the mirror 112. If the intensity distribution in FIG. 3 is monitored, the angle of the mirror 112 can be adjusted to minimize the residual interference pattern.

이러한 실시예의 추가적인 유리한 변형은 평면 미러들 중 시프트 가능한 적어도 하나의 미러(여기서도 역시 미러(112))를 구비하는 것이다. 미러를 시프트시킬 가능성의 이점은 지연된 빔(108)의 빔 위치를 조절하는 것이다.A further advantageous variant of this embodiment is to have at least one of the planar mirrors shiftable (here also the mirror 112). An advantage of the possibility of shifting the mirror is to adjust the beam position of the delayed beam 108.

지연된 빔이 완전히 반사되는 것을 보장하기 위하여, 도 5에서와 같은 빔스플리터(101) 또는 도 6에서와 같은 빔스플리터(111)는, 예컨대, 입력 빔(100)의 한 부분을 투과시키고 나머지 부분(지연 빔(108))을 반사시키는 편광 빔스플리터일 수 있으며, 그러면 나머지 부분은 빔스플리터를 두 번째 입사할 때 완전히 반사되어 펄스 확장기를 떠난다.To ensure that the delayed beam is fully reflected, the beamsplitter 101 as in FIG. 5 or the beamsplitter 111 as in FIG. 6 transmits a portion of the input beam 100 and the remaining portion ( A polarizing beamsplitter that reflects delay beam 108, and then the remaining portion is fully reflected upon a second incidence of the beamsplitter leaving the pulse expander.

그러나 일반적으로, 빔스플리터(101 또는 111)는 지연된 빔(108)을 완전히 반사하지 않고, 지연된 빔(108)을 다시 분할하여 펄스 확장기 내에서 한번 더 일주하는 또 다른 빔(122)을 형성할 것이며, 상기 또 다른 빔은 그런 후 다시 부분적으로 반사되어 출력 결합되고 부분적으로 투과된다. 그 결과, 일련의 펄스들이 펄스 확장기에 의해 형성되는데, 각각의 펄스는 일정한 시간만큼 추가적으로 지연된다. 도 7은, 중심 광선에 대하여, 도 5에 도시된 빔 확장기의 경우에서의 각각의 상황을 도시한다.In general, however, the beamsplitter 101 or 111 will not fully reflect the delayed beam 108 and will repartition the delayed beam 108 to form another beam 122 that once again circulates within the pulse expander. The another beam is then partially reflected again, output coupled and partially transmitted. As a result, a series of pulses are formed by the pulse expander, with each pulse further delayed by a certain amount of time. FIG. 7 shows each situation in the case of the beam expander shown in FIG. 5 with respect to the center ray.

펄스들의 상대적인 강도는 빔스플리터의 반사도에 의해 결정된다. 만약 펄스 확장기 내에서의 광학적 손실(예컨대, 흡수에 의한)이 무시될 수 있다면, (입력 빔에 대한 상대적인) 펄스들의 강도는 아래의 공식에 의해 주어진다.The relative intensity of the pulses is determined by the reflectivity of the beamsplitter. If the optical losses (eg by absorption) in the pulse expander can be neglected, the intensity of the pulses (relative to the input beam) is given by the formula below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

투과된 펄스의 강도(0번째 펄스) tIntensity of transmitted pulse (0th pulse) t

처음 지연된 펄스의 강도(첫번째 펄스) r2 Intensity of first delayed pulse (first pulse) r 2

두번째 지연된 펄스의 강도(두번째 펄스) tr2 Intensity of second delayed pulse (second pulse) tr 2

......

n번재 지연된 펄스의 강도(n번째 펄스) tn-1r2 Intensity of the nth delayed pulse (nth pulse) t n-1 r 2

......

총합 1Total 1

여기서 r은 빔스플리터의 반사도이고 t = 1 - r은 투과도이다.Where r is the reflectivity of the beamsplitter and t = 1-r is the transmittance.

r=60%인 경우에 대해, 상이한 펄스들의 상대 강도가 도 9에 예시적으로 도시되어 있다.For the case of r = 60%, the relative intensities of the different pulses are shown by way of example in FIG. 9.

만약 보상판(102a) 대신에 웨지(102b)가 펄스 확장기에 삽입된다면, 또는 처음 지연된 빔(108)의 각도 시프트 α를 도입하기 위해 미러(112)가 조절된다면, 각각의 연속하는 펄스는 또한 n-번째 펄스에 대해 αn = nα인 각도만큼 편향될 것이다(도 7 참조).If the wedge 102b is inserted in the pulse expander instead of the compensating plate 102a, or if the mirror 112 is adjusted to introduce the angular shift α of the first delayed beam 108, each successive pulse is also n It will be deflected by the angle α n = n α for the -th pulse (see FIG. 7).

만약 이제 실린드리컬 렌즈 어레이가, 예를 들어, 도 1에 따른 배치의 상기 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)가 이들 다수의 빔들로 조명된다면, 직접적인 빔에 대한 n번째 빔의 위상차는 대략적으로 첫번째 빔과 직접적인 빔의 위상차의 n배(각도가 작은 경우)이다. 따라서 간섭을 최소화하기 위한 공식(즉, 위상이 맞지 않는 첫번째 지연된 빔에 대한 관계식(1))에 따른 (2i+1)π의 위상차를 위해 각도 α가 조절된다면, n번째 빔은 n(2i+1)π의 위상차를 가질 것이며 짝수의 n을 갖는 빔들은 직접적인 빔과 동일한 위상에 있을 것이고, 홀수의 n을 갖는 빔들은 위상이 맞지 않을 것이며 이들 모두는 최종적인 간섭 패턴을 형성하도록 더해질 것이다. α가 (2i+1)π와 상이하게 선택된 경우에 유사한 고려가 적용되지만, 일반적으로 이러한 경우는 덜 바람직하다.If the cylindrical lens array is now illuminated with these multiple beams, for example the cylindrical lens array 1a in the arrangement according to FIG. 1, the phase difference of the n th beam relative to the direct beam is approximately first. N times the phase difference between the beam and the direct beam (if the angle is small). Thus, if angle α is adjusted for a phase difference of (2i + 1) π according to a formula for minimizing interference (i.e., relation (1) for the first delayed beam out of phase), then the nth beam is n (2i + 1) pi will have a phase difference and even n beams will be in phase with the direct beam, odd n beams will not be out of phase and all will be added to form the final interference pattern. Similar considerations apply when α is chosen differently from (2i + 1) π, but in general this is less preferred.

이는, 다수의 빔들이 펄스 확장기로부터 존재하게 된다면, 전체적인 간섭 패턴이 사라지도록 상기 다수의 빔들의 상대 강도들이 조절되어야 한다는 것을 의미한다. 강도를 조절하기 위한 단지 하나의 용이한 사용 가능 수단, 즉 빔스플리터의 반사도가 존재하기 때문에, 빔스플리터의 반사도는 전체적인 간섭이 최소화되도록 선택되어야 한다. 위상이 맞는 짝수 번째의 빔들과 위상이 맞지 않는 홀수 번째의 빔들을 갖는 위의 경우에, 완전한 상쇄를 위한 조건은 이들 두 그룹의 추가된 강도들이 동일한 것(즉, 입력 빔 강도의 각각 50%)이다. 최적의 반사도를 결정하기 위하여 위로부터 다음의 공식이 사용될 수 있다:This means that if multiple beams are present from the pulse expander, the relative intensities of the multiple beams must be adjusted so that the overall interference pattern disappears. Since there is only one easy usable means for adjusting the intensity, namely the reflectivity of the beamsplitter, the reflectivity of the beamsplitter should be chosen so that the overall interference is minimized. In the above case with odd-numbered beams out of phase and odd-numbered beams out of phase, the condition for complete cancellation is that the added intensities of these two groups are equal (i.e. 50% of input beam intensity, respectively). to be. The following formula from above can be used to determine the optimal reflectivity:

[수학식 4]&Quot; (4) "

투과된 펄스의 강도(0 펄스) tIntensity of transmitted pulse (0 pulse) t

처음 지연된 펄스의 강도(1 펄스) r2 Intensity of first delayed pulse (1 pulse) r 2

두번째 지연된 펄스의 강도(2 펄스) tr2 Intensity of second delayed pulse (2 pulses) tr 2

세번째 지연된 펄스의 강도(3 펄스) t2r2 Intensity of third delayed pulse (3 pulses) t 2 r 2

네번째 지연된 펄스의 강도(4 펄스) t3r2
Intensity of the fourth delayed pulse (4 pulses) t 3 r 2

*다섯번째 지연된 펄스의 강도(5 펄스) t4r2 * Intensity of the fifth delayed pulse (5 pulses) t 4 r 2

......

총합 t + tr2/(1-t2) r2/(1-t2)Total t + tr 2 / (1-t 2 ) r 2 / (1-t 2 )

그러면 동일한 강도의 조건은 r = 2/3 = 66.67%가 된다. 결과적인 상대 강도들이 도 9에 도시되어 있다.The condition of equal intensity is then r = 2/3 = 66.67%. The resulting relative intensities are shown in FIG.

반사도 r이 이러한 최적 값으로부터 벗어난다면,If the reflectivity r deviates from this optimal value,

[수학식 5][Equation 5]

(Imax-Imin)/(Imax+Imin)(I max -I min ) / (I max + I min )

로서 정의된 잔여 간섭 콘트라스트는 |(2-3r)/(2-r)|라는 것을 보일 수 있으며, 여기서 Imax는 잔여 간섭 패턴의 최대 강도이고 Imin은 최소 강도이다. 예를 들어, r = 50%인 경우에, 간섭 콘트라스트는 33.33%이다.It can be seen that the residual interference contrast defined as | (2-3r) / (2-r) |, where I max is the maximum intensity of the residual interference pattern and I min is the minimum intensity. For example, when r = 50%, the interference contrast is 33.33%.

위의 계산은, 예컨대 도 1의 렌즈 어레이(1a)의 미소렌즈(8a와 8b 또는 8b와 8c)들과 같이 렌즈 어레이의 이웃하는 미소렌즈들을 투과하는 서브 빔들의 간섭만이 발생한다는 가정을 기초로 한 것이다. 그러나, 입력 빔의 측방 가간섭성 길이가 어레이 피치(P)의 두 배를 초과한다면, 이웃하는 미소렌즈들로부터 뿐만 아니라 더 큰 간격을 갖는 미소렌즈들(예컨대 도 10에서 미소렌즈(8a와 8c 또는 8a와 8d)들)로부터의 서브 빔들 사이에서도 간섭이 존재한다. 시작 표면에서 간섭 광선들의 상이한 거리들을 갖는 이들 다중 간섭 경로들에 대해, 위에서 기술된 것과 같은 하나의 펄스 확장기는 일반적으로 간섭 패턴을 완전하게 제거할 수 없다. 예를 들어, (도 11에서 도시된 것과 같이) 거리 P 및 (도 12에서 도시된 바와 같이) 2P를 갖는 광선들 사이의 간섭이 존재한다면, (관계식(1)로부터) 다음의 조건들이:The above calculation is based on the assumption that only interference of sub-beams passing through neighboring microlenses of the lens array occurs, for example, microlenses 8a and 8b or 8b and 8c of lens array 1a of FIG. I did it. However, if the lateral coherence length of the input beam exceeds twice the array pitch P, then microlenses with greater spacing as well as from neighboring microlenses (eg microlenses 8a and 8c in FIG. Or interference exists between the sub beams from 8a and 8d). For these multiple interference paths with different distances of interference rays at the starting surface, one pulse expander as described above generally cannot completely eliminate the interference pattern. For example, if there is interference between rays having a distance P (as shown in FIG. 11) and 2P (as shown in FIG. 12), the following conditions (from relation (1)) are:

[수학식 6]&Quot; (6) "

sin(α) = λ(2i+1)/2Psin (α) = λ (2i + 1) / 2P

And

[수학식 7][Equation 7]

sin(α) = λ(2j+1)/4Psin (α) = λ (2j + 1) / 4P

동시에 만족되어야 할 것인데, 이는 모든 정수 i, j에 대해 불가능하다.It must be satisfied at the same time, which is not possible for all integers i and j.

이 경우에, 도 13에 도시된 바와 같이, 두 개의 펄스 확장기(123, 124)들을 사용함으로써 간섭이 제거될 수 있다. 입력 빔(125)으로부터 시작하여, 제 1 펄스 확장기(123)는 조건(6)을 만족시키는 각도 α1을 둘러싸는 진행 방향을 갖는 펄스(126, 127)을 형성하며 제 2 펄스 확장기(124)는 조건(7)을 만족시키는 상이한 각도 α2를 둘러싸는 진행 방향을 갖는 펄스(128, 129, 130, 131, 132, 133)를 형성한다. 제 1 펄스 확장기(123)를 떠나는 빔(126, 127)들은 그런 후 제 2 펄스 확장기(124)에 대한 입력 빔으로서 역할을 한다.In this case, as shown in FIG. 13, interference can be eliminated by using two pulse expanders 123, 124. Starting from the input beam 125, the first pulse expander 123 forms pulses 126, 127 having a traveling direction surrounding an angle α 1 that satisfies the condition 6 and the second pulse expander 124. Form pulses 128, 129, 130, 131, 132, and 133 with advancing directions surrounding different angles α 2 satisfying condition (7). The beams 126, 127 leaving the first pulse expander 123 then serve as input beams for the second pulse expander 124.

간섭 광선들의 각각의 간격 pk에 대해 다음의 조건:For each interval p k of interfering rays the following conditions:

[수학식 8][Equation 8]

sin(αk) = λ(2jk+1)/4pk sin (α k ) = λ (2jk + 1) / 4p k

을 만족시키는 각도 αk를 각각 형성하는, 제거될 필요가 있는 각각의 간섭 패턴(즉, 간섭 광선들의 각각의 간격)에 대해 보다 일반적인, 하나의 펄스 확장기 또는 어떤 다른 각도-형성 소자가 사용될 수 있다.One pulse expander or any other angle-forming element may be used that is more general for each interference pattern (i.e. each spacing of the interference rays) that needs to be removed, each forming an angle α k that satisfies .

하나 또는 그 이상의 상기 형성된 각도 αk가 광선들의 하나 또는 그 이상의 간격 pk에 대해 동시에 공식(8)을 만족한다면 펄스 확장기들의 총 개수는 줄어들 수 있다. 예를 들어, 일정한 간격 pk = kP(어레이 피치의 배수, k는 정수)에 대해, 펄스 확장기의 개수는 m = ceiling[log2k]으로 감소할 수 있는데, 여기서 ceiling[ ]은 다음의 정수까지 증가시키는 수학적인 연산자이다. 그러면 각도 αm는 다음의 조건:The total number of pulse expanders can be reduced if one or more of the formed angles a k satisfy the formula (8) simultaneously for one or more intervals p k of light rays. For example, for a constant interval p k = kP (multiple of the array pitch, k is an integer), the number of pulse expanders can be reduced to m = ceiling [log 2 k], where ceiling [] is the following integer Is a mathematical operator that increments to. The angle α m is then:

[수학식 9]&Quot; (9) "

sin(αm) = λ(2jm+1)/2mPsin (α m ) = λ (2j m +1) / 2 m P

을 반드시 만족시켜야 한다.Must be satisfied.

Claims (6)

입사 광빔(100)을 확장시키는 펄스 확장기에 있어서,
- 상기 입사 광빔(100)을 제 1 광빔(107) 및 제 2 광빔(108)으로 그리고 둘 이상의 추가적인 광빔(122)으로 분할하는 것으로서, 상기 제 1 광빔(107)이 지연 없이 투과하여 제 1 진행 방향으로 진행하도록 하는 빔스플리터(101, 111),
- 상기 투과된 제 1 광빔(107)에 대해 상기 제 2 광빔(108)을 지연시키고 상기 둘 이상의 추가적인 광빔(122) 중 하나를 상기 제 2 광빔에 대해 그리고 상기 둘 이상의 추가적인 광빔들 중 다른 광빔들에 대해 지연시키는 지연 라인(103, 104, 105, 106),
- 상기 지연된 제 2 광빔(108)이 제 2 방향으로 진행하도록 상기 투과된 제 1 광빔(107)에 대하여 상기 지연된 제 2 광빔(108)을 편향시키며 또한 상기 투과된 제 1 광빔(107)에 대하여 및 상기 지연된 제 2 광빔에 대하여 그리고 상기 둘 이상의 추가적인 광빔들 중 다른 광빔들에 대하여 상기 지연된 둘 이상의 추가적인 광빔(122) 중 하나를 편향시키는 편향 소자(101, 102b; 111, 112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 확장기.
In the pulse expander for expanding the incident light beam 100,
Splitting the incident light beam 100 into a first light beam 107 and a second light beam 108 and into two or more additional light beams 122, wherein the first light beam 107 transmits without delay and undergoes a first travel Beamsplitters 101 and 111 for advancing in a direction,
Retard the second light beam 108 with respect to the transmitted first light beam 107 and one of the two or more additional light beams 122 with respect to the second light beam and other of the two or more additional light beams. Delay lines 103, 104, 105, 106 for delaying
Deflecting the delayed second light beam 108 relative to the transmitted first light beam 107 so that the delayed second light beam 108 travels in a second direction and also with respect to the transmitted first light beam 107 And deflecting elements (101, 102b; 111, 112) for deflecting one of said delayed two or more additional light beams 122 with respect to said delayed second light beam and with respect to other of said two or more additional light beams. Featured pulse expander.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 광빔(108) 및 상기 둘 이상의 추가적인 광빔(122)을 편향시키기 위하여 상기 제 2 광빔(108)의 빔 경로에 웨지(102b)가 배치된 것을 특징으로 하는 펄스 확장기.
The method of claim 1,
And a wedge (102b) disposed in the beam path of the second light beam (108) to deflect the second light beam (108) and the two or more additional light beams (122).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 진행 방향, 상기 제 2 진행 방향, 상기 둘 이상의 추가적인 진행 방향 중에서 하나 이상의 진행 방향을 자동으로 또는 수동으로 조절하는 진행 방향 조절 소자(112)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 확장기.
3. The method according to claim 1 or 2,
And a travel direction adjustment element (112) for automatically or manually adjusting one or more travel directions from among the first travel direction, the second travel direction, and the two or more additional travel directions.
제 3 항에 있어서,
상기 조절 소자는 이동 가능한 미러(112)인 것을 특징으로 하는 펄스 확장기.
The method of claim 3, wherein
And the adjusting element is a movable mirror (112).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 광빔(107)의 피크 강도(A4), 상기 제 2 광빔(108)의 피크 강도(A5), 상기 둘 이상의 추가적인 광빔(122)의 피크 강도 중에서 하나 이상의 피크 강도를 자동으로 또는 수동으로 조절하는 피크 강도 조절 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 확장기.
3. The method according to claim 1 or 2,
The first light beam 107 of the peak intensity (A 4), the second light beam (108) of the peak intensity (A 5), one or more of the peak intensity from the peak intensity of the two or more further light beam (122) automatically or The pulse expander further comprises a manually adjusted peak intensity control element.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 입력 광빔(107, 108) 그리고 상기 둘 이상의 추가적인 광빔(122)의 피크 강도(A4,A5)가 동일하게 조절되는 것을 특징으로 하는 펄스 확장기.
The method of claim 5, wherein
And the peak intensities (A 4 , A 5 ) of the first and second input light beams (107, 108) and the two or more additional light beams (122) are equally adjusted.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2237079B1 (en) * 2009-04-03 2013-05-29 Innovavent GmbH Device for homogenising coherent radiation
DE102009037141B4 (en) 2009-07-31 2013-01-03 Carl Zeiss Laser Optics Gmbh Optical system for generating a light beam for treating a substrate
US9793673B2 (en) 2011-06-13 2017-10-17 Kla-Tencor Corporation Semiconductor inspection and metrology system using laser pulse multiplier
US9525265B2 (en) * 2014-06-20 2016-12-20 Kla-Tencor Corporation Laser repetition rate multiplier and flat-top beam profile generators using mirrors and/or prisms
US9907636B2 (en) 2015-07-01 2018-03-06 3M Innovative Properties Company Curing lights with homogenous light patch
KR101913654B1 (en) * 2017-05-30 2018-12-28 학교법인 한동대학교 Laser Beam Homogenizer having Zooming Apparatus
CN114072977A (en) 2019-08-07 2022-02-18 极光先进雷射株式会社 Optical pulse stretcher, laser device, and method for manufacturing electronic device
KR20230064979A (en) 2021-11-04 2023-05-11 한국전기연구원 Composite lighting system for improving visibility

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001035451A1 (en) 1999-11-09 2001-05-17 Nikon Corporation Illuminator, aligner, and method for fabricating device
US20030202251A1 (en) 1996-02-06 2003-10-30 Shunpei Yamazaki Apparatus and method for laser radiation
US6693930B1 (en) 2000-12-12 2004-02-17 Kla-Tencor Technologies Corporation Peak power and speckle contrast reduction for a single laser pulse

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030202251A1 (en) 1996-02-06 2003-10-30 Shunpei Yamazaki Apparatus and method for laser radiation
WO2001035451A1 (en) 1999-11-09 2001-05-17 Nikon Corporation Illuminator, aligner, and method for fabricating device
US6693930B1 (en) 2000-12-12 2004-02-17 Kla-Tencor Technologies Corporation Peak power and speckle contrast reduction for a single laser pulse

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