DE102006023321B4 - System for monitoring the focus during processing of a reflective substrate by means of a laser beam - Google Patents

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Abstract

System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrates (6) mittels eines Laserstrahls (2) eines Arbeitslasers (1), der durch eine Maske (4) hindurch tritt, die durch ein Abbildungsobjektiv (5) auf das Substrat (6) abgebildet wird, mit einer Einheit (9, 13) zum Erzeugen eines Überwachungsstrahls (8), einer Einkoppeleinheit (10) zum Einkoppeln des Überwachungsstrahls (8) in den Strahlengang des Laserstrahls (2) des Arbeitslasers (1) zum Leiten des Überwachungsstrahls (8) über das Abbildungsobjektiv (5) auf das Substrat (6) und einer Überwachungseinheit, mit einer Optikeinheit (11) zum Erzeugen und Abbilden eines Musters des reflektierten Überwachungsstrahls (8) und einer Aufnahmeeinheit (12) zum Aufnehmen des Musters des Überwachungsstrahls (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Überwachungsstrahls (8) im selben Wellenlängenbereich liegt wie der Laserstrahl (2) des Arbeitslasers (1), dass die Einheit (9, 13) zum Erzeugen des Überwachungsstrahls (8) eine Auskoppeleinheit (13) aufweist, zum Auskoppeln eines Anteils des Arbeitsstrahls (2) zum Erzeugen des Überwachungsstrahls (8),...System for focus monitoring when processing a reflective substrate (6) by means of a laser beam (2) of a working laser (1) which passes through a mask (4) which is imaged onto the substrate (6) by an imaging lens (5), with a unit (9, 13) for generating a monitoring beam (8), a coupling unit (10) for coupling the monitoring beam (8) into the beam path of the laser beam (2) of the working laser (1) for guiding the monitoring beam (8) over the Imaging objective (5) on the substrate (6) and a monitoring unit, with an optical unit (11) for generating and imaging a pattern of the reflected monitoring beam (8) and a recording unit (12) for recording the pattern of the monitoring beam (8), characterized that the wavelength of the monitoring beam (8) lies in the same wavelength range as the laser beam (2) of the working laser (1), that the unit (9, 13) for generating the monitoring unit gsstrahls (8) has a decoupling unit (13) for decoupling a portion of the working beam (2) for generating the monitoring beam (8), ...

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrates mittels eines Lasers nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a system for monitoring the focus during the processing of a reflective substrate by means of a laser according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Laserstrahlen werden zur Bearbeitung diverser Materialien in einer Vielzahl von technischen Bereichen eingesetzt. Insbesondere Hochleistungslaser werden eingesetzt, um Substrate abzutragen, wie dies bei der Laser-Ablation erfolgt, Oberflächen von Substraten aufzuschmelzen, ein Beispiel hierfür ist die Laserkristallation von amorphen Siliziumfilmen auf Glas, wie sie für die Displayherstellung eingesetzt werden oder hochpräzise Löcher in Substrate zu bohren, was beispielsweise zum Bohren von μm-kleinen Tintenstrahldüsen genutzt wird, sowie einer Vielzahl von anderen, auch medizinischen Anwendungen. Insbesondere dann, wenn eine Oberfläche zur Kristallisation aufgeschmolzen werden soll, in sogenannten Annealingsystemen, ist von herausragender Bedeutung, dass die Energiestabilität, die Gleichmäßigkeit des Strahles und die hohe Leistung des Lasers über den gesamten Prozess der Substratbearbeitung hin gewährleistet werden. Von ebenso fundamentaler Bedeutung ist hierbei, dass der Fokus in der Substrat-, also in der Arbeitsebene, erhalten bleibt.Laser beams are used to process diverse materials in a variety of technical fields. In particular, high power lasers are used to ablate substrates, as in laser ablation, to melt surfaces of substrates, an example of which is the laser-crystallization of amorphous silicon films on glass as used for display fabrication or to drill high-precision holes in substrates, which is used, for example, for drilling micron-sized ink jet nozzles, as well as a variety of other, including medical applications. In particular, when a surface for crystallization is to be melted, in so-called annealing systems, it is of paramount importance that the energy stability, the uniformity of the beam and the high power of the laser are ensured throughout the entire process of substrate processing. Of equally fundamental importance here is that the focus remains in the substrate, ie in the working plane.

Von Verfahren zum Kristallisieren amorpher Siliziumschichten mittels Excimer-Lasern wie dem in der DE 103 01 482 A1 beschriebenen, ist es daher bekannt, einen sogenannten Fokusmonitor einzusetzen, der während der Bearbeitung der Siliziumproben die Bildfeldposition durch das Objektiv misst. Der Aufbau eines bekannten Systems zur Fokusüberwachung, welcher in einem derartigen Annealingssystem zur Kristallisation amorpher Siliziumschichten Verwendung findet, ist in der 1 dargestellt. Bei derartigen Systemen wird der von einem Excimer-Laser 1 emittierte ultraviolette Laserstrahl 2 in einem optischen Strahlführungssystem 3 geleitet. Hier wird die Laserenergie stabilisiert und das Strahlprofil homogenisiert.Of processes for crystallizing amorphous silicon layers by means of excimer lasers such as in the DE 103 01 482 A1 It is therefore known to use a so-called focus monitor, which measures the field of view position through the objective during the processing of the silicon samples. The structure of a known system for monitoring the focus, which is used in such an annealing system for the crystallization of amorphous silicon layers, is in the 1 shown. In such systems, that of an excimer laser 1 emitted ultraviolet laser beam 2 in an optical beam guidance system 3 directed. Here, the laser energy is stabilized and the beam profile homogenized.

Anschließend wird der Laserstrahl 2 über eine Maske 4 mit dem Abbildungsobjektiv 5 auf das Werkstück 6 abgebildet. Die Maske 4, welche bei dieser Materialbearbeitung vorzugsweise als Strichmaske ausgebildet ist, formt den Laserstrahl 2 in das Muster um, welches zum Anschmelzen des Werkstücks 6 aus amorphem Silizium am besten geeignet erscheint. Das Werkstück 6 ist üblicherweise in einer hier nicht dargestellten Vakuumkammer angeordnet und gegenüber der Maske 4 verschiebbar. Die Relativbewegung wird entweder dadurch erreicht, dass die Maske 4 beweglich ist, oder dadurch, dass das Werkstück 6 auf einem ebenfalls nicht dargestellten steuerbaren x-y-Tisch angeordnet ist. Der Laserstrahl 2 kann aus baulichen Gründen an einem oder mehreren Umlenkspiegeln 7 umgelenkt werden; dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Fokusposition des Laserstrahls 2 wird maßgeblich durch das Abbildungsobjektiv 5 bestimmt, sie kann bei einem derartigen System aber insbesondere aus baulichen Gründen nicht direkt in der Substratebene nach dem Abbildungsobjektiv 5 ermittelt werden. Dennoch ist eine Überwachung des Fokus gerade während der Substratbearbeitung unerlässlich. Deshalb ist es bekannt, mittels eines Überwachungslaserstrahls 8, der von einer roten Laserdiode 9 erzeugt und mittels eines Strahlteilers 10 in das Abbildungsobjektiv 5 des ultravioletten Laserstrahls 2 eingekoppelt wird, den Strahlengang des ultravioletten Laserstrahls 2 nachzuempfinden, um damit durch die Fokusüberwachung des roten Laserlichts 8 ein Maß für den Fokus des UV-Laserstrahls 2 zu haben. Zur Überwachung des Fokus des roten Laserstrahls 8 wird der über das Abbildungsobjektiv 5 auf das Substrat 6 geworfene und dort reflektierte rote Laserstrahl 8 zumindest anteilig über den Strahlteiler 10 und eine Optik 11, bestehend aus einer Kollimator-Linse und wenigstens einem Zylinderlinsen-Array auf eine CCD-Kamera 12 abgebildet. Auf der CCD-Kamera 12 ergibt sich das Bild zweier Linien, deren Abstand ein Maß für die Fokusposition ist. Ist das Bildfeld defokussiert, so kann durch eine Verschiebung des Substrats 6 in z-Richtung die Abbildung wieder fokussiert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieses System insbesondere bei starken Temperaturänderungen des Objektivs 5, etwa durch die teilweise Absorption von transmittierter Laserstrahlung 2, nicht mehr zuverlässig funktioniert.Subsequently, the laser beam 2 over a mask 4 with the picture lens 5 on the workpiece 6 displayed. The mask 4 , which is preferably formed in this material processing as a bar mask, forms the laser beam 2 into the pattern, which is used to melt the workpiece 6 made of amorphous silicon seems most suitable. The workpiece 6 is usually arranged in a vacuum chamber, not shown here and opposite the mask 4 displaceable. The relative movement is achieved either by the fact that the mask 4 is movable, or in that the workpiece 6 is arranged on a likewise not shown controllable xy-table. The laser beam 2 can for structural reasons on one or more deflecting mirrors 7 to be diverted; however, this is not mandatory. The focus position of the laser beam 2 becomes relevant through the imaging lens 5 determined, but in such a system, but especially for structural reasons not directly in the substrate plane after the imaging lens 5 be determined. Nevertheless, monitoring the focus is essential during substrate processing. Therefore, it is known by means of a monitoring laser beam 8th from a red laser diode 9 generated and by means of a beam splitter 10 into the picture lens 5 of the ultraviolet laser beam 2 coupled, the beam path of the ultraviolet laser beam 2 to recapture, in order by the focus monitoring of the red laser light 8th a measure of the focus of the UV laser beam 2 to have. To monitor the focus of the red laser beam 8th becomes the over the picture lens 5 on the substrate 6 thrown and reflected there red laser beam 8th at least proportionally over the beam splitter 10 and an optic 11 consisting of a collimator lens and at least one cylindrical lens array on a CCD camera 12 displayed. On the CCD camera 12 The result is the image of two lines whose distance is a measure of the focus position. If the image field is defocused, it may be due to a displacement of the substrate 6 in the z direction the picture will be focused again. It has been shown, however, that this system is particularly effective in the event of severe changes in the temperature of the objective 5 , for example by the partial absorption of transmitted laser radiation 2 , no longer reliable.

Aus EP 0459 394 A2 ist ein Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Excimer-Lasers im ultravioletten Spektralbereich bekannt, bei dem zur Fokusüberwachung eine Deuterium-Lampe eingesetzt wird, deren Wellenlänge ebenfalls im ultravioletten Spektralbereich liegt.Out EP 0459 394 A2 is a laser processing system for machining a workpiece by means of an excimer laser in the ultraviolet spectral range known in which the focus monitoring a deuterium lamp is used, whose wavelength is also in the ultraviolet spectral range.

Die DE 102 07 535 A1 zeigt ein Laserbearbeitungssystem, mit dem ein Objekt zeitlich versetzt zur Bearbeitung mittels interferometrischer Methoden vermessen werden kann.The DE 102 07 535 A1 shows a laser processing system with which an object can be measured offset in time for processing by interferometric methods.

Aus DE 198 23 951 A1 ist ein Fokussensor bekannt, der in Hochenergielasern eingesetzt werden kann.Out DE 198 23 951 A1 is a focus sensor known that can be used in high-energy lasers.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrats mittels eines Lasers bereitzustellen, das den aktuellen Fokuszustand in der Bildebenenposition unabhängig von Temperaturänderungen bestimmt. Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrats mittels eines Lasers mit den Merkmalen von Anspruch 1.The invention has for its object to provide a system for monitoring the focus when processing a reflective substrate by means of a laser, the current focus state in the image plane position regardless of temperature changes. The object is achieved according to the invention by a system for focus monitoring in the processing of a reflective substrate by means of a laser having the features of claim 1.

Erfindungsgemäß wird zur Überwachung des Fokus des Laserstrahls des vorzugsweise ultravioletten Arbeitslasers, der zur Bearbeitung des Substrats eingesetzt wird, ein Laserstrahl desselben Wellenlängenbereichs wie der Arbeitsstrahls selbst verwendet. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Arbeitsstrahl und der zur Fokusüberwachung verwendete Überwachungsstrahl dieselben Strahleigenschaften haben und damit denselben Temperaturschwankungen und anderen Einflüssen ausgesetzt sind und diese sich auch bei beiden Strahlen gleich auswirken. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Systems zur Fokusüberwachung maßgeblich erhöht. Driftet der Fokus des Arbeitslasers nämlich beispielsweise durch Temperaturverschiebungen im Abbildungsobjektiv weg, so passiert dasselbe mit dem zur Fokusüberwachung eingesetzten berwachungsstrahl, der dieselben Eigenschaften und Empfindlichkeiten wie der Arbeitsstrahl aufweist, durch das selbe Abbildungsobjektiv hindurchgeleitet wird und damit der selben Fokusverschiebung ausgesetzt ist, die damit stellvertretend für den Arbeitslaser an ihm nachgewiesen werden kann. Unter Wellenlängenbereich wird hier ein Spektralbereich verstanden, der im Wesentlichen den gleichen optischen Eigenschaften unterliegt. Dies sind beispielsweise der Infrarotbereich, die optischen Bereiche und der ultraviolette Bereich.According to the invention, a laser beam of the same wavelength range as the working beam itself is used to monitor the focus of the laser beam of the preferably ultraviolet working laser used for processing the substrate. In this way, it can be ensured that the working beam and the monitoring beam used for focus monitoring have the same beam properties and are thus exposed to the same temperature fluctuations and other influences, and these have the same effect on both beams. As a result, the reliability of the system for focus monitoring is significantly increased. For example, if the focus of the working laser drifts away due to temperature shifts in the imaging lens, the same happens to the monitoring beam used for focus monitoring, which has the same properties and sensitivities as the working beam through which the same imaging objective is passed and thus exposes itself to the same focus shift, thus representing it for the working laser can be proved on him. Wavelength range is here understood to mean a spectral range which is subject to essentially the same optical properties. These are, for example, the infrared range, the optical ranges, and the ultraviolet range.

Besonders vorteilhaft kann dieses System zur Fokusüberwachung für Laserstrahlen zur Bearbeitung eines Substrats eingesetzt werden, deren Arbeitswellenlänge im ultravioletten Bereich liegt. Hier verändert sich nämlich der Einfluss der Temperatur exponentiell mit der Wellenlänge. So ist es in diesem Bereich besonders wichtig, dass Arbeitsstrahl und Überwachungsstrahl nahe beieinander liegende Wellenlängen aufweisen.Particularly advantageous, this system can be used for monitoring the focus for laser beams for processing a substrate whose working wavelength is in the ultraviolet range. Here, the influence of the temperature changes exponentially with the wavelength. So it is particularly important in this area, that working beam and monitoring beam have closely spaced wavelengths.

Erfindungsgemäß wird als Überwachungsstrahl ein Anteil des Arbeitsstrahles selbst verwendet. Hierzu weist die Einheit zum Erzeugen des Überwachungsstrahls eine Auskoppeleinheit zum Auskoppeln eines Anteils des Arbeitsstrahls auf. Ein entscheidender Vorteil hiervon ist, dass es damit sichergestellt ist, dass die beiden Strahlen exakt dieselbe Reaktion auf äußere Einflüsse zeigen. So ist ihre Temperaturabhängigkeit sowie die daraus folgende Wellenverschiebung und damit Fokusverschiebung identisch. Ferner hat dies den Vorteil, dass eine weitere Lichtquelle eingespart werden kann, wenn ein Teil des Arbeitsstrahles selbst zur Erzeugung des Überwachungsstrahles aus dem Strahlengang des Arbeitslasers ausgekoppelt wird.According to the invention, a proportion of the working beam itself is used as the monitoring beam. For this purpose, the unit for generating the monitoring beam has a decoupling unit for decoupling a portion of the working beam. A decisive advantage of this is that it ensures that the two beams show exactly the same reaction to external influences. Their temperature dependence as well as the resulting wave shift and thus focus shift are identical. Furthermore, this has the advantage that a further light source can be saved if a part of the working beam itself is coupled out to generate the monitoring beam from the beam path of the working laser.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung basiert das System zur Fokusüberwachung auf der Abbildung der Struktur eines Überwachungsstrahls, die unterhalb der Auflösungsgrenze des Systems liegt, einer sogenannten Spot-Abbildung. Der Durchmesser des abzubildenden Überwachungsstrahls liegt vorzugsweise im μm-Bereich. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass der Lichtkegel des abzubildenden Überwachungsstrahls die Eingangsapertur des Abbildungsobjektives überstrahlt, und sie damit möglichst homogen ausleuchtet.In a preferred embodiment of the invention, the system for monitoring the focus is based on the image of the structure of a monitoring beam, which lies below the resolution limit of the system, a so-called spot image. The diameter of the monitoring beam to be imaged is preferably in the μm range. In this way it can be ensured that the light cone of the monitoring beam to be imaged outshines the input aperture of the imaging objective, and thus illuminates it as homogeneously as possible.

Erfindungsgemäß wird der Überwachungsstrahl vor der Maske des Laserbearbeitungssystems ausgekoppelt, wobei die Auskoppeleinheit zum Auskoppeln des Überwachungsstrahls vor der Maske angeordnet ist. Die Maske weist dabei eine Durchtrittsöffnung speziell für den Überwachungsstrahl auf. Hierdurch kann die Maske zur Spot-Bildung des Überwachungsstrahls verwendet werden, es ist keine weitere optische Einheit hierfür notwendig. Außerdem wird dabei der Laserstrahl des Arbeitslasers durch das Auskoppeln des Überwachungsstrahls am wenigsten negativ beeinflusst. Vorzugsweise weist die Maske eine μm-große punktförmige Öffnung auf, durch die der ausgekoppelte Überwachungsstrahl geführt wird, so dass hierdurch der abzubildende Spot gebildet wird.According to the invention, the monitoring beam is decoupled in front of the mask of the laser processing system, wherein the decoupling unit is arranged in front of the mask for decoupling the monitoring beam. The mask has a passage opening specifically for the monitoring beam. As a result, the mask can be used for spot formation of the monitoring beam, there is no further optical unit necessary for this. In addition, the laser beam of the working laser is the least negatively affected by the decoupling of the monitoring beam. Preferably, the mask has a μm-sized punctiform opening, through which the coupled-out monitoring beam is guided, so that the spot to be imaged is thereby formed.

Der auf das Substrat abgebildete Spot des Überwachungsstrahls wird vom Substrat reflektiert, durchläuft in umgekehrtem Weg das Abbildungsobjektiv und wird von einer dafür vorgesehenen Optikeinheit auf eine Aufnahmeeinheit wie eine CCD-Kamera abgebildet. Vorzugsweise wird der Spot von der Optikeinheit doppelt abgebildet, was Idealerweise durch ein Zylinderlinsen-Array erfolgt. Auf der CCD-Kamera ergeben sich somit als Abbild des Spots des Überwachungsstrahls wenigstens zwei Linien. Der Abstand der Linien ist gemäß dem Shack-Hartmann-Prinzip ein Maß für die Fokusposition des Überwachungsstrahls und damit auch für die Fokusposition des Laserstrahls des Arbeitslasers, wenn beide entsprechend justiert sind.The spot of the monitoring beam imaged onto the substrate is reflected by the substrate, traverses the imaging objective in the opposite way and is imaged by an optical unit provided thereon onto a receiving unit such as a CCD camera. Preferably, the spot is duplicated by the optical unit, which is ideally done by a cylindrical lens array. On the CCD camera thus arise as an image of the spot of the monitoring beam at least two lines. The distance of the lines is according to the Shack-Hartmann principle a measure of the focus position of the monitoring beam and thus also for the focus position of the laser beam of the working laser, if both are adjusted accordingly.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnungen eingehend erläutert wird. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims in conjunction with the description of an embodiment which is explained in detail with reference to the drawings. Show it:

1: Schematischer Aufbau einer Fokusüberwachungseinheit gemäß dem Stand der Technik, 1 : Schematic structure of a focus monitoring unit according to the prior art,

2: schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fokusüberwachungssystems und 2 : schematic representation of a focus monitoring system according to the invention and

3: den Zusammenhang zwischen Linienabstand und Defokussierung. 3 : the relationship between line spacing and defocusing.

2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines Werkstücks 6, wie beispielsweise eines Display-Rohlings mit amorphem Silizium, mittels eines Excimer-Lasers 1. Der Aufbau des Laser-Bearbeitungssystems in 2 entspricht im Wesentlichen dem in 1 gezeigten, aus dem Stand der Technik bereits bekannten Aufbau. Auch hier wird der ultraviolette Laserstrahl 2 über ein optisches Strahlführungssystem 3 auf eine Maske 4 geleitet, in der er in ein Beleuchtungsmuster umgeformt wird, welches über einen Umlenkspiegel 7, der vorzugsweise als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist und über ein Abbildungsobjektiv 5, das als Zoom-Objektiv ausgebildet sein kann, auf das Werkstück 6 gelenkt wird. Der zur Fokusüberwachung verwendete Überwachungsstrahl 8 wird in diesem Ausführungsbeispiel an einem vor der Maske 4 angeordneten Strahlteiler 13 aus dem ultravioletten Arbeitsstrahl 2 ausgekoppelt. Der ausgekoppelte Strahl wird über einen Umlenkspiegel 14 vorzugsweise ebenfalls auf die Maske 4 gelenkt, wo er durch ein für das Fokusüberwachungssystem in der Maske 4 speziell vorgesehenes sehr kleines Loch 15 durchtritt, so dass er die Maske 4 als punktförmiger Strahl mit einem Strahldurchmesser von vorzugsweise weniger als 10 μm verlässt. Dieser punktförmige Überwachungslaserstrahl 8 wird nun über weitere Umlenkspiegel 16 und 17 zu dem Strahlteiler 10 geleitet, über den er wieder in den Strahlengang des Arbeitsstrahles 2 eingekoppelt wird. Er durchläuft hier ebenfalls das Abbildungsobjektiv 5 und trifft auf das reflexive Werkstück 6, von dem aus er in entgegengesetzte Richtung zurückgeworfen wird. Der zurücklaufende Überwachungslaserstrahl 8 tritt erneut durch das Abbildungsobjektiv 5, den Umlenkspiegel 7, den Strahlteiler 10 und trifft dann auf eine Optikeinheit 11, an der er vorzugsweise über eine Kollimationslinse und ein Zylinderlinsen-Array in wenigstens zwei Linien abgebildet wird, welche auf der CCD-Kamera 12 aufgenommen werden. Aus dem Abstand der Linien bzw. deren Verschiebung kann gemäß dem Shack-Hartmann-Prinzip auf die z-Verschiebung der Wellenfront am Ort des Substrats 6, und damit den aktuellen Fokussierzustand geschlossen werden. Da es sich in diesem Ausführungsbeispiel bei dem Überwachungslaserstrahl 8 und dem Arbeitslaserstrahl 2 um Anteile des selben vom Excimer-Laser 1 emittierten Strahls handelt, unterliegen sowohl der Arbeitslaserstrahl 2, als auch der Überwachungslaserstrahl 8 denselben durch äußere Einflüsse wie beispielsweise Temperaturschwankungen bedingten Änderungen, so dass eine am Überwachungslaserstrahl 8 nachgewiesene Fokusverschiebung ein exaktes Maß für die Fokusverschiebung darstellt, der der Arbeitslaserstrahl 2 unterliegt. 2 schematically shows an embodiment of an inventive system for focus monitoring in the machining of a workpiece 6 , such as a display blank with amorphous silicon, by means of an excimer laser 1 , The structure of the laser processing system in 2 is essentially the same as in 1 shown, already known from the prior art construction. Again, the ultraviolet laser beam 2 via an optical beam guidance system 3 on a mask 4 in which it is transformed into a lighting pattern, which has a deflection mirror 7 , which is preferably formed as a partially transmissive mirror and an imaging lens 5 , which may be formed as a zoom lens, on the workpiece 6 is steered. The monitoring beam used for focus monitoring 8th is in this embodiment at a front of the mask 4 arranged beam splitter 13 from the ultraviolet working beam 2 decoupled. The decoupled beam is transmitted via a deflection mirror 14 preferably also on the mask 4 where he steered through a mask for the focus surveillance system 4 specially provided very small hole 15 passes through, so he's the mask 4 as a punctiform beam with a beam diameter of preferably less than 10 microns leaves. This punctiform monitoring laser beam 8th will now have more deflection mirrors 16 and 17 to the beam splitter 10 over which he returns to the beam path of the working beam 2 is coupled. He also goes through the imaging lens here 5 and hits the reflective workpiece 6 from which it is thrown back in the opposite direction. The returning monitoring laser beam 8th reappears through the imaging lens 5 , the deflection mirror 7 , the beam splitter 10 and then hits an optical unit 11 in that it is preferably imaged via a collimating lens and a cylindrical lens array in at least two lines, which on the CCD camera 12 be recorded. From the distance of the lines or their displacement can according to the Shack-Hartmann principle on the z-displacement of the wavefront at the location of the substrate 6 , and thus the current focus state are closed. Since it is in this embodiment, the monitoring laser beam 8th and the working laser beam 2 by the same proportion of the excimer laser 1 emitted beam are subject, both the working laser beam 2 , as well as the monitoring laser beam 8th the same caused by external influences such as temperature fluctuations changes, so that one on the monitoring laser beam 8th Proven focus shift represents an exact measure of the focus shift that the working laser beam 2 subject.

Hierbei ergibt sich der in 3 dargestellte Zusammenhang zwischen der auf der x-Achse dargestellten Defokussierung des Laserstrahls am Ort des Werkstücks 6, der in μm angegeben ist und dem Linienabstand, der von der CCD-Kamera 12 aufgenommenen durch die Optikeinheit 11 getrennten Linien des Überwachungsstrahls 8, welche auf der y-Achse in Form von zwischen den Linien liegenden Kamera-Pixeln angegeben ist. Zwischen Fokusverschiebung von Arbeits- und Überwachungslaserstrahl 2 und 8 und dem Linienabstand, der auf der CCD-Kamera 12 abzutasten ist, besteht also ein linearer Zusammenhang. Um das System zu fokussieren, ist es also lediglich notwendig, die über den Linienabstand direkt beobachtete z-Verschiebung der Wellenfront beispielsweise über eine z-Verschiebung eines x-, y-, z-Tisches, auf dem sich das Werkstück 6 befindet, auszugleichen. Diese Form der online auszuführenden Fokusüberwachung gibt also exakt die Fokusverschiebung des Arbeitslaserstrahls 2 wieder und ermöglicht diese fehlerfrei auszugleichen und so eine optimale Einwirkung des Laserstrahls 2 auf das Werkstück 6 zu gewährleisten.This results in the 3 illustrated relationship between the defocusing of the laser beam at the location of the workpiece shown on the x-axis 6 , which is given in microns and the line spacing used by the CCD camera 12 picked up by the optical unit 11 separate lines of the monitoring beam 8th , which is indicated on the y-axis in the form of inter-line camera pixels. Between focus shift of working and monitoring laser beam 2 and 8th and the line spacing on the CCD camera 12 is to be sampled, so there is a linear relationship. In order to focus the system, it is therefore only necessary to observe the z-displacement of the wavefront directly observed over the line spacing, for example via a z-displacement of an x, y, z table on which the workpiece is located 6 is to balance. This form of on-line focus monitoring gives exactly the focus shift of the working laser beam 2 again and makes it possible to compensate for this error-free and thus an optimal action of the laser beam 2 on the workpiece 6 to ensure.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Excimer-LaserExcimer laser
22
ultravioletter Laserstrahlultraviolet laser beam
33
optisches Strahlführungssystemoptical beam guidance system
44
Maskemask
55
Abbildungsobjektivimaging lens
66
Werkstück aus amorphem SiliziumWorkpiece made of amorphous silicon
77
Umlenkspiegeldeflecting
88th
Überwachungslaserstrahlmonitoring laser beam
99
rote Laserdiodered laser diode
1010
Strahlteilerbeamsplitter
1111
Optikoptics
1212
CCD-KameraCCD camera
1313
Strahlteilerbeamsplitter
1414
Umlenkspiegeldeflecting
1515
kleines Lochsmall hole
1616
Umlenkspiegeldeflecting
1717
Umlenkspiegeldeflecting

Claims (5)

System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrates (6) mittels eines Laserstrahls (2) eines Arbeitslasers (1), der durch eine Maske (4) hindurch tritt, die durch ein Abbildungsobjektiv (5) auf das Substrat (6) abgebildet wird, mit einer Einheit (9, 13) zum Erzeugen eines Überwachungsstrahls (8), einer Einkoppeleinheit (10) zum Einkoppeln des Überwachungsstrahls (8) in den Strahlengang des Laserstrahls (2) des Arbeitslasers (1) zum Leiten des Überwachungsstrahls (8) über das Abbildungsobjektiv (5) auf das Substrat (6) und einer Überwachungseinheit, mit einer Optikeinheit (11) zum Erzeugen und Abbilden eines Musters des reflektierten Überwachungsstrahls (8) und einer Aufnahmeeinheit (12) zum Aufnehmen des Musters des Überwachungsstrahls (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Überwachungsstrahls (8) im selben Wellenlängenbereich liegt wie der Laserstrahl (2) des Arbeitslasers (1), dass die Einheit (9, 13) zum Erzeugen des Überwachungsstrahls (8) eine Auskoppeleinheit (13) aufweist, zum Auskoppeln eines Anteils des Arbeitsstrahls (2) zum Erzeugen des Überwachungsstrahls (8), dass die Auskoppeleinheit (13) zum Auskoppeln des Überwachungsstrahls (8) vor der Maske (4) angeordnet ist und dass die Maske (4) eine Durchtrittsöffnung (15) speziell für den Überwachungsstrahl (8) aufweist.System for monitoring the focus during the processing of a reflective substrate ( 6 ) by means of a laser beam ( 2 ) of a work laser ( 1 ) passing through a mask ( 4 ) passing through an imaging lens ( 5 ) on the substrate ( 6 ), with a unit ( 9 . 13 ) for generating a monitoring beam ( 8th ), a coupling unit ( 10 ) for coupling the monitoring beam ( 8th ) in the beam path of the laser beam ( 2 ) of the working laser ( 1 ) for guiding the monitoring beam ( 8th ) via the imaging lens ( 5 ) on the substrate ( 6 ) and a monitoring unit, with an optical unit ( 11 ) for generating and imaging a pattern of the reflected monitoring beam ( 8th ) and a recording unit ( 12 ) for picking up the pattern of the monitoring beam ( 8th ), characterized in that the wavelength of the monitoring beam ( 8th ) is in the same wavelength range as the laser beam ( 2 ) of the working laser ( 1 ) that the unit ( 9 . 13 ) for generating the monitoring beam ( 8th ) a decoupling unit ( 13 ), for decoupling a portion of the working beam ( 2 ) for generating the monitoring beam ( 8th ), that the decoupling unit ( 13 ) for decoupling the monitoring beam ( 8th ) in front of the mask ( 4 ) and that the mask ( 4 ) a passage opening ( 15 ) especially for the monitoring beam ( 8th ) having. System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrates (6) mittels eines Laserstrahls (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Wellenlänge des Laserstrahls (2) des Arbeitslasers (1) als auch die des Überwachungsstrahls (8) im Ultravioletten liegen.System for monitoring the focus during the processing of a reflective substrate ( 6 ) by means of a laser beam ( 2 ) according to claim 1, characterized in that both the wavelength of the laser beam ( 2 ) of the working laser ( 1 ) as well as the monitoring beam ( 8th ) are in the ultraviolet. System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrats (6) mittels eines Laserstrahls (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abzubildende Überwachungsstrahl (8) punktförmig ist.System for monitoring the focus during the processing of a reflective substrate ( 6 ) by means of a laser beam ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the monitoring beam to be imaged ( 8th ) is punctiform. System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrats (6) mittels eines Laserstrahls (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung (15) kleiner als 10 μm ist.System for monitoring the focus during the processing of a reflective substrate ( 6 ) by means of a laser beam ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the passage opening ( 15 ) is less than 10 microns. System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrats (6) mittels eines Laserstrahls (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Optikeinheit (11) zum Erzeugen und Abbilden eines Musters des reflektierten Überwachungsstrahls (8) eine Kollimationslinse und ein Zylinderlinsenarray aufweist.System for monitoring the focus during the processing of a reflective substrate ( 6 ) by means of a laser beam ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the optical unit ( 11 ) for generating and imaging a pattern of the reflected monitoring beam ( 8th ) has a collimating lens and a cylindrical lens array.
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