DE10049557A1

DE10049557A1 - Vorrichtung zum Umwandeln der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls und Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einer Intensität, dielängs einer Achse von einer Seite des Strahls zur anderen beständig abfällt

Info

Publication number: DE10049557A1
Application number: DE10049557A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Kahlert; Berthold Burghardt
Original assignee: Microlas Lasersystem GmbH
Current assignee: Microlas Lasersystem GmbH
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2020-10-07
Also published as: US20020041444A1; US6621639B2; DE10049557B4; JP2002224877A

Abstract

Man erhält eine Vorrichtung zum Umwandeln der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls in insbesondere eine Intensitätsverteilung, die längs einer Achse von einer Seite zur anderen hin beständig abfällt, dadurch, daß man eine Homogenisiereinrichtung (10), die Teilstrahlen des Laserstrahls so einander überlagert, daß bei Durchlauf eines Laserstrahls mit einer bestimmten Intensitätsverteilung durch die Homogenisiereinrichtung eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung des Laserstrahls gefördert wird, mit zumindest einer Invertierungseinrichtung (24, 26) kombiniert, die die Intensitätsverteilung eines Teilstrahls entlang zumindest einer Achse, entlang der die Intensität umgewandelt werden soll, invertiert. Das Ausmaß des Abfalls der Intensität von einer Seite zur anderen Seite kann mittels der Anzahl der Invertierungseinrichtungen gesteuert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln der In tensitätsverteilung eines Laserstrahls, wobei die Vorrichtung insbesondere geeignet ist zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einer Intensität, die längs einer Quer-Achse von einer Seite zur anderen Seite des Strahls beständig abfällt.

Unter beständigem Abfall (bzw. beständigem Steigen) der Inten sität ist in der vorliegenden Anmeldung nicht ein mathematisch gesehen streng monotoner Abfall (bzw. monotones Ansteigen) zu sehen, sondern eine Veränderung der Intensität in einem so gro ßen Maßstab, wie er für die Verwendung des Laserstrahls tech nisch von Bedeutung ist, d. h. es kann Intensitätsschwankungen über kleinere Bereiche hinweg geben, die aber bei der Anwendung des Laserstrahls im technischen Ergebnis keine Rolle spielen und nichts an der Grundtendenz der Veränderung der Intensitäts verteilung ändern.

Bei zahlreichen Anwendungen von Lasern ist es wünschenswert, einen Laserstrahl einzusetzen, der eine inhomogene Strahlver teilung hat. Beispielsweise kann man Laser für die Rekristalli sierung von amorphen Si-Schichten einsetzen, indem man Substra te mit diesen Schichten mit einem Laserstrahl abfährt. Dabei hat es sich als vorteilhaft für eine homogene Rekristallisie rung erwiesen, wenn die beim Abfahren vorauslaufende Kante des Laserstrahls eine Intensitätsüberhöhung gegenüber dem nachfol genden Teil des Laserstrahls aufweist.

Im Stand der Technik ist es bekannt, zum Steuern der Intensi tätsverteilung eines Laserstrahls Teile desselben auszublenden. Beispielsweise ist aus der DE 199 15 000 eine Vorrichtung bekannt, bei der Teilstrahlen des Laserstrahls so einander über lagert werden, daß an sich eine Homogenisierung der Intensi tätsverteilung des Laserstrahls gefördert wird, daß aber eine Blende im Strahlengang des Laserstrahls bei den nicht vollstän dig einander überlagerten Teilstrahlen unterschiedliche Anteile ausblendet. Beim Ausblenden von Teilen des Laserstrahls geht stets Laserstrahlleistung verloren.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung be reitzustellen, mit der ein Intensitätsprofil des Laserstrahls erzeugbar ist, das, quer zur Laserstrahlrichtung, auf einer Strahlseite eine höhere Intensität hat als in anderen Bereichen des Strahls. Dabei soll insbesondere die in die Vorrichtung eingestrahlte Laserstrahlleistung möglichst verlustfrei ausge nützt werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Umwandeln der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls mit

- einer Homogenisiereinrichtung, die Teilstrahlen des Laser strahls so einander überlagert, daß bei Durchlauf eines Laserstrahls durch die Homogenisiereinrichtung eine Homo genisierung der Intensitätsverteilung des Laserstrahls ge fördert wird, und
- zumindest einer Invertierungseinrichtung, die die Intensi tätsverteilung zumindest eines Teilstrahls des Laser strahls in Richtung quer zur Laserstrahlrichtung inver tiert.

Unter Invertieren der Intensität entlang einer Achse bzw. in einer Richtung wird hier verstanden, daß die Reihenfolge der Intensitätswerte des Teilstrahls von einer Seite zur anderen Seite des Teilstrahls genau umgekehrt wird. Hat der Teilstrahl am linken Rand (die Orientierung ist hier willkürlich gewählt) beispielsweise eine Intensität a, in der Mitte einer Intensität b, und am rechten Rand eine Intensität c, so hat der invertier te Teilstrahl am linken Rand die Intensität c, in der Mitte die Intensität b, und am rechten Rand die Intensität a.

Eine Homogenisiereinrichtung, wie sie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird, ist beispielsweise aus der DE 42 20 705 A1 bekannt. Dort wird die Intensitätsverteilung eines La serstrahls dadurch homogenisiert (räumlich angeglichen), daß eine Mehrzahl von Linsen in einer Reihe senkrecht zur optischen Achse angeordnet wird. Diese Linsen sind jeweils so geformt, daß sie einzelne Teilstrahlen des Laserstrahls so einander überlagern, daß die abgebildete Laserstrahlung insgesamt weit gehend homogenisiert ist.

Eine Weiterbildung einer solchen Homogenisiereinrichtung findet sich in der DE 196 32 460 C1. Dort werden mehrere Beleuchtungs felder mit jeweils homogener Intensitätsverteilung erzeugt, wo bei eine Linsenreihe mehrere unterschiedliche Gruppen von azen trischen Linsensegmenten von Zylinderlinsen aufweist (vgl. auch US-Patent 5,796,521).

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Vor richtung besteht die Invertierungseinrichtung aus zwei Sammel linsen mit den Brennweiten f₅ und f₄, die in der Richtung der Strahlausbreitung im Abstand f₅ + f₄ voneinander entfernt ange ordnet sind, d. h. in Teleskopanordnung.

Bekanntlich genügt ja eine Sammellinse zum Invertieren einer Intensitätsverteilung. (Eine Sammellinse bildet einen Gegen stand auf einem Schirm, der hinter ihrem Brennpunkt aufgestellt ist, auf dem Kopf stehend ab.) Die zweite Sammellinse sorgt da für, daß parallel auf die erste Sammellinse auftreffende Strah len die Invertierungseinrichtung auch wieder parallel in der Richtung der Strahlausbreitung verlassen.

Bevorzugt ist die Invertierungseinrichtung in der Richtung der Strahlausbreitung (auf der Strahlachse) vor der Homogeni siereinrichtung angeordnet.

Die oben beschriebene Erfindung kombiniert eine bekannte Homo genisiereinrichtung mit einer zusätzlichen Invertierungsein richtung.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann ei ne bekannte Homogenisiereinrichtung so ergänzt werden, daß nach wie vor die Teilstrahlen, die sie durchlaufen, einander überla gert werden, daß aber zumindest einer der Teilstrahlen, einmal (oder dreimal, fünfmal, etc.) mehr invertiert wird als die an deren Teilstrahlen.

Eine Variante der Erfindung betrifft also eine Vorrichtung zum Umwandeln der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls, die ei ne Mehrzahl von optischen Einrichtungen und eine dahinter ange ordnete Sammellinse umfaßt, die derart ausgewählt und angeord net sind, daß jede optische Einrichtung einen Teilstrahl des Laserstrahls abbildet, und daß die Teilstrahlen nach Durchlau fen der Vorrichtung einander überlagert werden, die dadurch ge kennzeichnet ist, daß zumindest eine der optischen Einrichtun gen so gestaltet ist, daß sie den zugehörigen Teilstrahl einmal mehr entlang zumindest einer Achse, entlang der die Intensität umgewandelt werden soll, invertiert als die anderen optischen Einrichtungen die ihnen zugehörigen Teilstrahlen.

Beispielsweise umfassen die optischen Einrichtungen im allge meinen jeweils ein Linsenpaar, und die optischen Einrichtungen, die den zugehörigen Teilstrahl einmal mehr invertieren als die anderen optischen Einrichtungen, umfassen zwei Linsenpaare. Von diesen Linsenpaaren kann ein Paar aus zwei Sammellinsen mit den Brennweiten f₅ und f₄ bestehen, die in Richtung der Strahlaus breitung im Abstand f₅ + f₄ voneinander entfernt angeordnet sind. Das zweite Linsenpaar dieser optischen Einrichtung hat dann z. B. Brennweiten, die kleiner sind als bei den anderen optischen Einrichtungen, so daß für die beiden Linsenpaare ge nügend Platz zur Verfügung ist.

Die genannten Vorrichtungen gemäß den beiden alternativen Aus führungsformen können durch Kombination mit einer Laserstrah lenquelle, die einen Laserstrahl mit einer Intensitätsvertei lung erzeugt, die bestimmten Anforderungen genügt, zu einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einer Intensi tät, die längs einer quer zur Strahlrichtung verlaufenden Achse von einer Seite zur anderen Seite beständig abfällt, ausgebaut werden.

Eine solche Vorrichtung umfaßt erfindungsgemäß:

- eine Laserstrahlquelle, die einen Laserstrahl erzeugt, bei dem die Intensität in ausgewählten Teilstrahlen des Laser strahls entlang der Achse von einer Seite der ausgewählten Teilstrahlen zu deren anderen Seite beständig steigt
- zumindest eine Invertierungseinrichtung, die die Intensi tätsverteilung zumindest eines der ausgewählten Teilstrah len entlang der Achse invertiert, und eine Homogenisiereinrichtung, die Teilstrahlen des Laser strahls so einander überlagert, daß der Laserstrahl, wenn keiner seiner Teilstrahlen die Invertierungseinrichtung durchlaufen würde, homogenisiert würde.

Es ist möglich, daß auch die Homogenisiereinrichtung die Teil strahlen noch einmal invertiert. In diesem Falle sind die Rol len von der "einen" Seite und der "anderen" Seite des Teil strahls gegenüber der "einen" Seite und der "anderen" Seite des erzeugten Gesamtstrahls vertauscht.

Vorteilhaft erzeugt die Laserstrahlquelle einen Laserstrahl, dessen Intensitätsverteilung von einer Seite (bzw. der Kante oder dem Rand) des Laserstrahls entlang der Querachse zunächst beständig auf ein Maximum steigt und von dem Maximum zu der an deren Seite hin beständig abfällt. In diesem Falle wird/werden die Invertierungseinrichtung/en vorteilhaft so angeordnet, daß nur Teilstrahlen auf einer Seite des Maximums invertiert wer den. Typischerweise ist die Laserstrahlquelle eine Excimer- Laserstrahlquelle, die eine symmetrische, insbesondere längs einer der Achsen glockenförmige Intensitätsverteilung erzeugt. (Längs der anderen Achse ist die Intensitätsverteilung bei Ex cimerlasern zumeist mehr oder weniger homogen).

Die Erfindung umfaßt außerdem ein Verfahren zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einer Intensitätsverteilung, die längs einer Achse von einer Seite zur anderen beständig abfällt, das die Schritte umfaßt:

- Einstrahlen eines Laserstrahls, bei dem die Intensitäts verteilung in ausgewählten Teilstrahlen des Laserstrahls entlang der Achse von einer Seite der ausgewählten Teil strahlen zu deren anderen Seite beständig steigt,
- Invertieren zumindest eines der ausgewählten Teilstrahlen entlang der Achse,
- Durchleiten des Laserstrahls durch eine Homogenisierein richtung, die Teilstrahlen des Laserstrahls so einander überlagert, daß ohne den Schritt des Invertierens zumin dest eines der ausgewählten Teilstrahlen eine Homogenisie rung der Intensitätsverteilung gefördert würde.

Vorteilhaft erfolgt der Schritt des Invertierens des zumindest einen der ausgewählten Teilstrahlen (zeitlich und räumlich) vor dem Durchleiten des Laserstrahls durch die Homogenisiereinrich tung.

Die Stärke des Abfalls der Intensitätsverteilung nimmt mit der Anzahl der invertierten Teilstrahlen zu, und sie kann somit durch die Zahl der invertierten Teilstrahlen gesteuert werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Homogenisiereinrichtung, die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls be vorzugt verwendet wird;

Fig. 2 die Intensitätsverteilung längs einer Achse ei nes Excimerlasers;

Fig. 3 eine typische homogene Intensitätsverteilung ei nes Excimerlasers, wie sie mit der Einrichtung entsprechend Fig. 1 erreichbar ist;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umwandeln der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls, die eine Homogenisiereinrichtung wie die in Fig. 1 gezeigte sowie zwei Invertierungseinrich tungen umfaßt;

Fig. 5 die Intensitätsverteilung des Laserstrahls aus Fig. 2, nachdem der Strahl die beiden in Fig. 4 gezeigten Invertierungseinrichtungen passiert hat;

Fig. 6 die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 4 erzielte inhomogene Intensitätsvertei lung, bei der die Intensität längs der hier ge zeigten Achse von der einen Seite zur anderen Seite beständig abfällt, die man erhält, wenn der Laserstrahl mit der Intensitätsverteilung aus Fig. 5 die in Fig. 4 (und Fig. 1) gezeig te Homogenisiereinrichtung passiert.

Fig. 1 zeigt eine Homogenisiereinrichtung 10, mit der ein Las serstrahl 12, z. B. ein Excimerlaserstrahl homogenisierbar ist. Excimerlaser emittieren Strahlung, die in der Regel einen rechteckigen Querschnitt hat. In Richtung der sog. langen Achse (des Rechteckes) weist die Energiedichte der Strahlung eine Verteilung auf, die im wesentlichen trapezförmig mit steilen Flanken ("flat top") ist. In Richtung der sog. kurzen Achse (des Rechteckes) weist die Energiedichte der Strahlung eine Verteilung auf, die weitgehend einer sog. Gauß-Kurve ent spricht. In Fig. 1 betrachtet man die kurze Achse von der Sei te, sie verläuft von oben nach unten. Die Intensitätsverteilung ist schematisch (grau unterlegt) eingezeichnet.

Die Homogenisiereinrichtung 10 besteht aus zwei parallel ange ordneten Zylinderlinsenreihen ("arrays") 14 und 16 und einer im Strahlengang dahinter angeordneten Sammellinse 18 (Kondensor linse). Die Längsachsen der Zylinderlinsen stehen senkrecht zur Zeichnungsebene. Dies ergibt sich auch aus der schematischen Darstellung der Zylinderlinsenformen in den Figuren. Bei Ver wendung eines Excimerlaserstrahls stehen also die Zylinderach sen parallel zur "langen Achse" des Laserstrahls. In Fig. 1 (wie auch in Fig. 4) verläuft der Strahlengang des Laser strahls 12 von links nach rechts. Der in Fig. 1 gezeigte Homo genisierer ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik be kannt.

Durch die erste Reihe 14 von Zylinderlinsen wird der einfallen de Laserstrahl 12 in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufgeteilt. In Fig. 1 ist nur der Strahlengang von drei Teilstrahlen sche matisch dargestellt, insgesamt wird der Laserstrahl hier in sieben Teilstrahlen aufgeteilt (typisch sind 5-20 Teilstrah len).

Die optischen Elemente 14, 16 und 18 bewirken, daß die in Fig. 1 von links einfallende Laserstrahlung 12 auf eine Ebene 20 ab gebildet wird. Alle Teilstrahlen überlagern sich in der Ebene 20 voll (sie überlappen). Dies bedeutet, daß im einfallenden Laserstrahl 12 noch vorhandene Inhomogenitäten der Intensitäten voll ausgeglichen werden, d. h. der auf die Ebene 20 abgebilde te Laserstrahl ist homogenisiert. Naturgemäß wird eine Homoge nisierung nur dann erzielt, wenn bereits der einfallende Laser strahl ein bestimmtes Aussehen hat, z. B. insbesondere symme trisch ist wie der hier gezeigte Laserstrahl.

Ist die einfallende Laserstrahlung auch in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene inhomogen, wird ein zweiter, gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 um 90° gedrehter Homogenisierer benö tigt (nicht dargestellt).

Die Zylinderlinsen aus der Zylinderlinsenreihe 14 haben die Brennweite f₁; die Zylinderlinsen aus der Zylinderlinsenreihe 16 haben die Brennweite f₂; und die Sammellinse 18 hat die Brennweite f₃. Größe und Form des Beleuchtungsfeldes auf der Abbildungsebene 20 (quadratisch, rechteckig, . . .) wird durch die Breite und Brennweite f₂ der Linsen sowie die Brennweite f₃ der Sammellinse bestimmt.

Fig. 2 zeigt die Intensitätsverteilung des eingestrahlten La serstrahls 12 längs der kurzen Achse. Diese Intensitätsvertei lung ist symmetrisch in bezug auf die Strahlachse, wobei sie von der einen Seite des Laserstrahls zunächst beständig auf ein Maximum 22 steigt und von dem Maximum 22 zu der anderen Seite beständig abfällt. Es kann zwischen den einzelnen Punkten - dies sind hier Meßpunkte - der Kurve zu Fluktuationen in der Intensitätsverteilung kommen, diese erfolgen jedoch auf einem wesentlich kleineren Maßstab als dem hier gezeigten, sind hier also nicht sichtbar.

Also gilt, daß bei der in Fig. 2 gezeigten Intensitätsvertei lungen aller Teilstrahlen (bis auf einen zentralen Teilstrahl um das Maximum 22 herum) von einer Seite zur anderen Seite be ständig steigen (bzw. fallen, je nachdem, was man als die eine Seite, und was man als die andere Seite definiert).

Da die Intensitätsverteilung aus Fig. 2 symmetrisch ist, und da die Homogenisiereinrichtung alle Teilstrahlen aus der Intensi tätsverteilung einander überlagert, überlagern sich insbesonde re die Teilstrahlen auf der linken Seite des Maximums 22 mit den Teilstrahlen auf der rechten Seite des Maximums 22, und da durch erzielt man ein insgesamt homogenes Strahlprofil. Ein Beispiel für ein derart homogenes Strahlprofil ist in Fig. 3 gezeigt. Dies ist das Strahlprofil, das man in der Ebene 20 er hält.

Fig. 4 zeigt nun eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umwan deln der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls. Diese be steht aus der Homogenisiereinrichtung 10 und zwei, in der Rich tung des Einfalls des Laserstrahls 12 vor der Homogenisierein richtung angeordnete Invertierungseinrichtungen 24 und 26. Die Invertierungseinrichtungen 24 und 26 bestehen jeweils aus zwei Sammellinsen, wobei die erste Sammellinse die Brennweite f₅ und die zweite Sammellinse die Brennweite f₄ hat, und die beiden Sammellinsen im Abstand f₅ + f₄ voneinander entfernt angeordnet sind. Bevorzugt ist, wie hier gezeigt, f₅ = f₄. Jede Sammellin se hat längs der hier von oben verlaufenden kurzen Achse die selbe Größe wie eine der Linsen aus der Zylinderlinsenreihe 14, und sie ist jeweils so angeordnet, daß sie genau auf den Teil strahl einwirkt bzw. diesen Teilstrahl abbildet, der auf eine entsprechende Zylinderlinse aus der Zylinderlinsenreihe 14 trifft. Alternativ können die Sammellinsen jeder Invertierungs einrichtung 24 bzw. 26 auch etwas kleiner sein als die Linsen aus der Zylinderlinsenreihe 14, so daß nicht der ganze Teil strahl, den die entsprechende Zylinderlinse aus der Zylinder linsenreihe 14 abbildet, invertiert wird. Die Sammellinsen aus den Invertierungseinrichtungen 24 bzw. 26 können beispielsweise in der in Fig. 4 von oben nach unten verlaufenden Richtung um 10% kleiner sein als die entsprechenden Linsen aus der Zylin derlinsenreihe 14.

In Fig. 4 ist schematisch der Strahlengang der beiden Teil strahlen, die von den Invertierungseinrichtungen 24 und 26 in vertiert werden, sowie eines weiteren Teilstrahls, der nicht zusätzlich invertiert wird, gezeigt. Die erste Sammellinse je der Invertierungseinrichtung 24 bzw. 26 invertiert den entspre chenden Teilstrahl. Die zweite Sammellinse dient dazu, den be reits invertierten Teilstrahl wieder in die Richtung der Strahlausbreitung zu lenken, d. h. daß ein parallel auf die er ste Linse treffender Strahl die zweite Linse parallel verläßt.

Der Abstand zwischen der zweiten Sammellinse jeder Invertie rungseinrichtung und der Ebene der Zylinderlinsenreihe 14, der in Fig. 4 mit a bezeichnet ist, ist in Fig. 4 deutlich größer als die Brennweiten f₅ und f₄. Gemäß einer alternativen Ausfüh rungsform kann man jedoch den Abstand a auch so wählen, daß a = f₄.

Die Intensitätsverteilung 28, die der Laserstrahl in der Ebene 30 hinter den beiden Invertierungseinrichtungen 24 und 26 hat, ist in Fig. 4 schematisch (grau unterlegt) dargestellt.

In dem Profil 28 sind zwei Teilstrahlen invertiert, d. h., an statt daß die Intensität von einer Seite (oben) zur anderen Seite (unten) beständig steigt, fällt das Profil ständig. Dies hat zur Folge, daß sich die Teilstrahlen in der Ebene 20 derart überlagern, daß ein Laserstrahl erzeugt wird, bei dem die In tensitätsverteilung so aussieht, daß die Intensität von einer Seite (unten) zur anderen Seite (oben) beständig abfällt.

Eine Intensitätsverteilung, wie man sie bei der vorliegenden Erfindung beispielsweise in der Ebene 30 erhält, ist in Fig. 5 gezeigt. (Hier wurde der Laserstrahl allerdings in mehr als nur sieben Teilstrahlen aufgeteilt).

Hier sind zwei Teilstrahlen 32 und 34, die jeweils eine Breite von zehn willkürlichen Einheiten haben, invertiert worden. Das Invertieren bedeutet hier, daß beispielsweise die Intensität, die der Laserstrahl am Breitenpunkt 11 vor dem Invertieren hat te, nunmehr am Breitenpunkt 19 vorliegt, die Intensität, die vor dem Invertieren auf der Breite 12 vorlag, liegt nun auf der Breite 18 vor, etc. Der Teilstrahl 32 geht also aus einer Spie gelung der Werte des entsprechenden Teilstrahls aus Fig. 2 an einer durch die Breite 5 verlaufenden Achse hervor, der Teil strahl 34 geht aus den Werten des entsprechenden Teilstrahls aus Fig. 2 hervor, wenn sie an einer Achse gespiegelt werden, die durch die Breite 15 verläuft.

Wird ein Strahl mit einer Intensitätsverteilung wie der in Fig. 5 gezeigten durch eine Homogenisiereinrichtung wie die in Fig. 1 dargestellte gesendet, so erhält man ein inhomogenes Strahl profil, bei dem die Intensitätsverteilung von einer Seite zur anderen Seite beständig abfällt. Werden die Teilstrahlen anders als in der in Fig. 1 und Fig. 4 gezeigten Homogenisierungs einrichtung nicht abermals invertiert, so erhält man eine In tensitätsverteilung wie die in Fig. 6 gezeigte.

Strahlen mit einer derartigen Intensitätsverteilung werden, wie eingangs bereits erwähnt, z. B. beim Rekristallisieren von amorphen Si-Schichten vorteilhaft für eine homogene Rekristal lisierung eingesetzt. Dabei lenkt man den Laserstrahl so auf Substrate mit amorphen Si-Schichten, daß die Schichten zunächst von dem in Fig. 6 linken Teil des Laserstrahls, also dem Teil mit der Intensitätsüberhöhung getroffen werden, und beim Abfah ren des Laserstrahls über das Substrat nimmt dann die Laserlei stung nach und nach ab.

Der in Fig. 6 gezeigte Winkel α kann dadurch eingestellt wer den, daß man die Anzahl der invertierten Teilstrahlen (oder de ren Größe) entsprechend wählt.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind die Invertie rungseinrichtungen 24 und 26 vor der Homogenisiereinrichtung 10 angeordnet. Sie können jedoch auch in diese eingebaut werden, z. B. indem die in Fig. 4 oberen beiden Linsen aus der Zylin derlinsenreihe 14 durch Linsen mit einer deutlich kleineren Brennweite ersetzt werden, und wobei in den Strahlengang z. B. zwischen der Zylinderlinsenreihe 14 und der Zylinderlinsenreihe 16 für die beiden oberen Teilstrahlen jeweils zwei weitere Lin sen mit kurzer Brennweite eingebaut werden.

Bei einer weiteren Alternative dient nur eine einzige Sammel linse, die z. B. kurz vor der Homogenisiereinrichtung angeord net wird oder in diese eingebaut wird, dazu, einen Teilstrahl zu invertieren.

Claims

1. Vorrichtung zum Umwanden der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls (12), mit einer Homogenisiereinrichtung (10), die Teilstrahlen des Laser strahls (12) so einander überlagert, daß bei Durchlauf eines Laserstrahls mit einer bestimmten Intensitätsverteilung (Fig. 2) durch die Homogenisiereinrichtung (10) eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung des Laserstrahls gefördert wird, und zumindest eine Invertierungseinrichtung (24, 26), die die In tensitätsverteilung eines Teilstrahls entlang zumindest einer Achse, entlang der die Intensität umgewandelt werden soll, in vertiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Invertierungseinrichtung (24, 26) aus zwei Sammellinsen mit den Brennpunkten f₅ und f₄ besteht, die in der Richtung der Strahlausbreitung im Abstand f₅ + f₄ voneinander entfernt ange ordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Invertierungseinrichtung (24, 26) in der Richtung der Strahlausbreitung vor der Homogenisierungseinrichtung angeord net ist.

4. Vorrichtung zum Umwandeln der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls, die eine Mehrzahl von optischen Einrichtungen und eine dahinter angeordnete Sammellinse umfaßt, die derart ausge wählt und angeordnet sind, daß jede optische Einrichtung einen Teilstrahl des Laserstrahls abbildet, und daß die Teilstrahlen nach Durchlauf der Vorrichtung einander überlagert werden, da durch gekennzeichnet, daß zumindest eine der optischen Einrich tungen so gestaltet ist, daß sie entlang zumindest einer Achse, entlang der die Intensität umgewandelt werden soll, den zugehö rigen Teilstrahl einmal mehr invertiert als die anderen opti schen Einrichtungen ihre jeweils zugehörigen Teilstrahlen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen optischen Einrichtungen jeweils ein Linsenpaar um fassen, und daß jede optische Einrichtung, die den zugehörigen Teilstrahl einmal mehr invertiert als die anderen optischen Einrichtungen ihren jeweils zugehörigen Teilstrahl invertieren, zwei Linsenpaare umfaßt.

6. Vorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einer In tensität, die längs einer Achse von einer Seite zur anderen Seite beständig abfällt (Fig. 6), mit
einer Laserstrahlquelle, die einen Laserstrahl (12) er zeugt, bei dem die Intensität in bestimmten Teilstrahlen des Laserstrahls entlang der Achse von einer Seite der bestimmten Teilstrahlen zu deren anderen Seite beständig steigt,
zumindest einer Invertierungseinrichtung (24, 26), die die Intensitätsverteilung zumindest eines der bestimmten Teilstrah len entlang der Achse invertiert (32, 34), und
einer Homogenisiereinrichtung (10), die Teilstrahlen des Laserstrahls (12) so einander überlagert, daß der Laserstrahl, wenn keiner seiner Teilstrahlen die Invertierungseinrichtung (24, 26) durchlaufen würde, homogenisiert würde.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlquelle einen Laserstrahl (12) erzeugt, dessen Intensität von einer Seite des Laserstrahls entlang der Achse zunächst beständig auf ein Maximum (22) steigt und von dem Ma ximum (22) zur anderen Seite hin beständig abfällt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlquelle einen Laserstrahl mit im wesentlichen symmetrischer Intensitätsverteilung erzeugt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlquelle einen Laserstrahl mit längs einer Achse glockenförmiger Intensitätsverteilung (Fig. 2) erzeugt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Invertierungsvorrichtung (24, 26) aus zwei Sammellinsen mit den Brennpunkten f₅ und f₄ besteht, die in der Richtung der Strahlausbreitung im Abstand f₅ + f₄ von einander entfernt angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Invertierungseinrichtung (24, 26) in der Richtung der Strahlausbreitung vor der Homogenisiereinrichtung angeordnet ist.

12. Verfahren zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einer Inten sität, die längs seiner Achse von einer Seite zur anderen Seite beständig abfällt (Fig. 6), umfassend die Schritte:

- Einstrahlen eines Laserstrahls (12), bei dem die Intensi tät in bestimmten Teilstrahlen des Laserstrahls entlang der Achse von einer Seite der bestimmten Teilstrahlen zu deren an deren Seite beständig steigt,
- Invertieren zumindest eines der bestimmten Teilstrahlen entlang der Achse,
- Durchleiten des Laserstrahls durch eine Homogenisierein richtung (10), die Teilstrahlen des Laserstrahls so einander überlagert, daß ohne den Schritt des Invertierens zumindest ei nes der bestimmten Teilstrahlen eine Homogenisierung der Inten sitätsverteilung gefördert würde.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Invertierens des zumindest einen der bestimmten Teilstrahlen vor dem Durchleiten des Laserstrahls durch die Ho mogenisiereinrichtung (10) erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich net, daß ein Laserstrahl (12) eingestrahlt wird, der längs der Achse eine glockenförmige Intensitätsverteilung (Fig. 2) mit einem Maximum (22) aufweist, und wobei nur Teilstrahlen seit lich des Maximums auf nur einer der beiden Seiten invertiert werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stärke (α) des beständigen Abfalls der Intensität durch die Zahl der bestimmten Teilstrahlen gesteuert wird, die invertiert werden.

16. Verfahren zum Rekristallisieren von Siliziumschichten, bei dem ein Laserstrahl relativ zu der Siliziumschicht geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vorauslaufende Kante des Laserstrahls eine höhere Intensität hat als die nachfolgenden Abschnitte des Laserstrahls.