DE102009037113A1

DE102009037113A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Unterdrücken von Interferenzerscheinungen und Vorrichtung zum flächigen Aufschmelzen von Schichten

Info

Publication number: DE102009037113A1
Application number: DE200910037113
Authority: DE
Inventors: Hubert Holderer; Torsten STEINBRÜCK; Michael Layh; Johannes Wangler; Holger MÜNZ
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss Laser Optics GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss Laser Optics GmbH
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2010-09-23

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dienen zum Unterdrücken von Interferenzerscheinungen (52) auf einer von einem Laserstrahl (16) beleuchteten Fläche (50), insbesondere in einer Anlage zum flächigen Aufschmelzen von Schichten auf ein Substrat mittels des Laserstrahls (16). Der Laserstrahl (16) wird vor dem Auftreffen auf die Fläche (50) durch optische Elemente (42, 42', 44, 46, 48) geführt. Mindestens eines der optischen Elemente (42', 44, 46, 48) wird in vorbestimmter Weise in seinen optischen Eigenschaften oszillierend verändert, derart, dass ein Auftreffort des Laserstrahls (16) auf der Ebene (50) sich oszillierend ändert (Figur 2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterdrücken von Interferenzerscheinungen auf einer von einem Laserstrahl beleuchteten Fläche, wobei der Laserstrahl vor dem Auftreffen auf die Fläche durch optische Elemente geführt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Interferenzerscheinungen auf einer von einem Laserstrahl beleuchteten Fläche mit optischen Elementen zum Führen des Laserstrahls vor dem Auftreffen auf die Fläche.
Die Erfindung betrifft schließlich eine Vorrichtung zum flächigen Aufschmelzen von Schichten auf ein Substrat mittels eines Laserstrahls, bei dem der Laserstrahl mittels optischer Elemente geführt wird.
Aus der DE 10 2006 018 801 A1 ist eine Vorrichtung zum Aufschmelzen einer amorphen Siliziumschicht auf ein Substrat bekannt. Die dabei hergestellten Bauelemente werden in der Mikroelektronik sowie für Displays unterschiedlicher Art eingesetzt.
Bei bekannten Vorrichtungen werden Excimer-Laser verwendet, um beispielsweise amorphes Silizium aufzuschmelzen und zu rekristallisieren. Durch ein optisches System wird ein Strahl mit Linienfokus von beispielsweise 730 mm Länge und weniger als 1 mm Breite erzeugt und über das Substrat geführt. Dabei ist es wichtig, die Laserenergie gleichmäßig über die Fläche zu verteilen, um ein gleichmäßiges Prozessergebnis auf dem Bauelement („Panel”) zu erreichen.
Um eine homogene Verteilung des Laserlichts zu bewirken, verwendet man Mischelemente, insbesondere Wabenkondensoren. Diese Mischelemente haben jedoch den Nachteil, dass sie Interferenzen im Beleuchtungsfeld einführen. Bei einem sehr schmalen, nahezu linienförmigen Laserstrahl manifestieren sich die Interferenzen als periodisches Muster von parallelen Strichen. Dieses Muster führt zu einer entsprechenden Verteilung der Elektronenbeweglichkeit im hergestellten Panel und damit zu einem strichförmigen Muster auf dem fertigen Display, das vom menschlichen Auge wahrnehmbar und damit störend ist.
Darüber hinaus haben Laser generell die Eigenschaft, so genannte Speckles zu bilden. Speckles sind Interferenzerscheinungen, die meist zeit- und ortsvariabel auftreten und ebenfalls die Homogenität der Elektronenbeweglichkeit im fertigen Display negativ beeinflussen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Homogenität des Beleuchtungsfeldes eines Lasers, speziell die Homogenität der mit einem Laser aufgeschmolzenen Schicht hinsichtlich der Elektronenbeweglichkeit verbessert werden.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eines der optischen Elemente in vorbestimmter Weise in seinen optischen Eigenschaften oszillierend verändert wird, derart, dass ein Auftreffort des Laserstrahls auf der Ebene sich oszillierend ändert.
Bei einem Vorrichtung der eingangs als erstes genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Mittel vorgesehen sind, um mindestens eines der optischen Elemente in vorbestimmter Weise in seinen optischen Eigenschaften oszillierend zu verändern, derart, dass ein Auftreffort des Laserstrahls auf der Ebene sich oszillierend ändert.
Bei einem Vorrichtung der eingangs als zweites genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Unterdrücken von Interferenzerscheinungen auf einer von einem Laserstrahl beleuchteten Fläche des Substrats Mittel vorgesehen sind, um mindestens eines der optischen Elemente in vorbestimmter Weise in seinen optischen Eigenschaften oszillierend zu verändern, derart, dass ein Auftreffort des Laserstrahls auf der Ebene sich oszillierend ändert.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird damit vollkommen gelöst.
Die Erfindung bewirkt nämlich, dass der Laserstrahl beim Auftreffen auf die Fläche so weit verschmiert wird, dass die in dem Laserstrahl vorhandenen Bereiche mit Interferenzerscheinungen ausgemittelt werden.
Erfindungsgemäß können die optischen Eigenschaften periodisch oder stochastisch verändert werden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass bei einer periodischen Veränderung die dazu erforderlichen Mittel einfacher ausgestaltet sein können, während bei einer stochastischen Veränderung ein noch höheres Maß an Homogenität erreicht wird.
Bei einer ersten Gruppe von Ausführungsbeispielen wird das optische Element bewegt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Veränderung der optischen Eigenschaften in besonders einfacher Weise verändert werden können.
Bei einer ersten Variante dieses Ausführungsbeispiels wird das optische Element quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls bewegt. Dabei ist das optische Element vorzugsweise als diffraktives optisches Element ausgebildet.
Dabei ist insbesondere in Ausbreitungsrichtung hinter dem diffraktiven optischen Element ein optisches Sammelelement vorbestimmter Brennweite f₁ sowie ein Wabenkondensor angeordnet sind, dessen Parzellen eine vorbestimmte Breite p aufweisen, wobei das diffraktive optische Element um einen Versatz Δx_D quer zur Ausbreitungsrichtung bewegt wird, der nach der Beziehung 1/10f1λ/p < ΔxD < f1λ/peingestellt ist, wobei λ die Wellenlänge des Laserstrahls ist.
Bei einer zweiten Variante wird das optische Element hingegen relativ zu einer Ausbreitungsrichtung des Lasterstrahls verkippt und ist zu diesem Zweck insbesondere als Spiegel ausgebildet.
Der Spiegel ist dabei vorzugsweise in einem vorgegebenen Abstand l von der Fläche angeordnet, wobei der Laserstrahl der Frequenz f_L auf der Fläche ein Streifenmuster mit einem Abstand S_p der Streifen erzeugt und sich über einer Breite S_p eine vorbe stimmte Anzahl n_p von Pixeln befindet, und schließlich der Spiegel mit einer Frequenz f_k gekippt wird, die nach der Beziehung fk = nfL/np mit n ≠ Z und n ≠ 1/Zeingestellt ist, wobei Z eine ganze Zahl ist.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass die Veränderung der optischen Eigenschaften je nach Bauart und Einbauort des betreffenden optischen Elements auf mechanisch-konstruktiv einfache Weise möglich ist.
Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsbeispielen wird das optische Element in seiner Reflektionseigenschaft flächig verändert.
Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass an einer Oberfläche des optischen Elements Deformationswellen erzeugt werden.
Hierzu ist vorzugsweise das optische Element ein Spiegel und die Mittel sind als Oszillator ausgebildet, der eine reflektierende Oberfläche des Spiegels mit einer Deformationswelle beaufschlagt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die gewünschte Änderung der optischen Eigenschaft mit elektronischen Mitteln, also ohne bewegliche Teile, bewirkt werden kann.
Bei einer dritten Gruppe von Ausführungsbeispielen wird das optische Element in seiner Transmissionseigenschaft flächig verändert, insbesondere indem in dem optischen Element Druckwellen erzeugt werden.
Hierzu ist vorzugsweise das optische Element eine Linse oder Platte ist und die Mittel sind als Oszillator ausgebildet sind, der in der Linse eine Druckwelle erzeugt.
Auch diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die gewünschte Veränderung der optischen Eigenschaft ohne bewegte Teile bewirkt werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine äußerst schematisierte Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufschmelzen von Schichten mittels eines Laserstrahls;
2 einen Strahlengang zur Erläuterung des Phänomens der Interferenzbildung beim Homogenisieren eines Laserstrahls;
3 eine Ansicht wie 2, jedoch für eine Vorgehensweise gemäß der Erfindung;
4 einen Interferenzstreifen in einem homogenisierten Laserstrahl;
5 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß verwendeten Kippspiegels;
6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß verwendeten Kippspiegels;
7 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß verwendeten Spiegels mit modulierter Oberfläche; und
8 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß verwendeten Linse mit modulierter Dichte.
In 1 bezeichnet 10 als Ganzes eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von Schichten, insbesondere zum Aufschmelzen einer dünnen, polykristallinen Silizium-Schicht 12 auf ein Glas- oder Kunststoffsubstrat 14, ein so genanntes Panel. Derartige Panels von beispielsweise 940 × 730 mm Größe werden insbesondere für die Herstellung von Halbleiter-Displays benötigt, wie man sie in elektronischen Geräten unterschiedlicher Art benötigt. Die genannten Abmessungen sind nur als Beispiel zu verstehen. Daneben gibt es auch Panels, die eine Breite von 1.500 mm statt 730 mm aufweisen.
Zum Aufschmelzen der Schicht 12 wird ein Laserstrahl 16 verwendet, der in Form einer Linie, d. h. eines sehr schmalen Streifens von beispielsweise 730 mm Länge und einer Breite von weniger als 1 mm auf die zunächst noch amorphe Schicht 12 auftrifft. Beim Abkühlen der Schicht 12 bilden sich Kristalle. Um möglichst große Kristalle zu erzeugen und somit eine hohe Elektronenmobilität zu erreichen, wird zunächst in einem ersten Bearbeitungsschritt nur ein kleiner Bereich, nämlich ein schmaler, linienförmigen Bereich aufgeschmolzen, den man kristallisieren lässt. In einem zweiten, unmittelbar darauffolgenden Bearbeitungsschritt wird dann ein unmittelbar benachbarter linienförmiger Bereich aufgeschmolzen. Dadurch wird erreicht, dass im zweiten Bearbeitungsschritt die Kristallisierung an den Kristallen des vorhergehenden ersten Bearbeitungsschritts erfolgt und im Ergebnis größere Kristalle erzeugt werden.
Auch hier gilt, dass für Panels anderer Größe andere Strahlabmessungen möglich sind, beispielsweise von 1.500 mm Breite. Das Substrat 14 liegt dabei auf einem beweglichen Träger 18, der bei der in 1 dargestellten Seitenansicht in einer Richtung 19 in der Zeichenebene der 1 von rechts nach links bzw. umgekehrt quer zur Länge des Laserstrahls 16 verfahrbar ist. Der Laserstrahl wird dabei gepulst. Bei jedem Puls wird demnach die erwähnte streifenförmige Fläche aufgeschmolzen.
Ein Laser 20 erzeugt den Laserstrahl 16, der hier in einer Richtung nach oben verläuft. Der Laserstrahl 16 wird von einem Spiegel 24 umgelenkt und durchläuft eine nur schematisch angedeutete erste optische Einheit 26, in der der Laserstrahl 16 in seinem Querschnitt noch nicht wesentlich verändert wird. Der Laserstrahl 16 hat am Austritt der ersten optischen Einheit 26 einen Querschnitt von im Wesentlichen quadratischer Form, beispielsweise von der Größe einer Briefmarke mit einer Breite von typischerweise 10 bis 50 mm. Der Laserstrahl 16 durchläuft in der ersten optischen Einheit 26 mehrere optische Untereinheiten, insbesondere Einheiten zum Homogenisieren, bevor er auf eine zweite optische Einheit 30 trifft. Zum Homogenisieren des Laserstrahls 16 werden beispielsweise Wabenkondensoren verwendet.
Die erste optische Einheit 26 ist direkt an die zweite optische Einheit 30 gekoppelt. Die zweite optische Einheit 30 enthält optische Elemente, im dargestellten Beispiel zwei Spiegel 32a und 32b, es kann jedoch auch eine andere Anzahl von Spiegeln vorgesehen sein.
Wenn insoweit von optischen Elementen oder von Spiegeln die Rede ist, dann sind darunter nicht nur die optisch wirksamen Bestandteile zu verstehen, sondern ggf. auch eine primäre Fassung, Rahmen oder dgl. Unter „optische Elemente” sind außer Spiegeln auch Linsen, Strahlteiler, Fenster, Gitter, Filter und dgl. zu verstehen.
Die Spiegel 32a, 32b sind teilweise als reine Umlenkspiegel eben oder als strahlformende Spiegel gewölbt ausgebildet. Sie haben eine im Wesentlichen langgestrecktrechteckförmige Spiegelfläche und ein Seitenverhältnis von mehr als 4:1 und typischerweise ein Gewicht zwischen 1 und 50 kg. Auch die von dem Laserstrahl 16 ausgeleuchtete Fläche hat vorzugsweise ein Seitenverhältnis von mehr als 4:1.
Durch die Reflektion an den Spiegeln 32a, 32b wird der Laserstrahl 16 von seinem nahezu quadratischen Querschnitt in den erwähnten linienförmigen Querschnitt umgeformt, mit dem er auf die Silizium-Schicht 12 auftrifft.
Neben den sehr speziellen Anforderungen an die Strahlformung in der zweiten optischen Einheit 30 werden in einem derartigen Materialbearbeitungsprozess auch sehr hohe Anforderungen an die Strahlhomogenität, d. h. die Uniformität des Beleuchtungsfeldes auf der Silizium-Schicht 12, gestellt. Typische Werte sind dabei einige Prozent Kontrastvariation über das gesamte Beleuchtungsfeld. Aus diesem Grunde wird der Laserstrahl 16, wie bereits erwähnt, in der ersten optischen Einheit 26 homogenisiert.
In diesem Zusammenhang ist problematisch, dass Laser so genannte „Speckles” aufweisen, d. h. Stellen, die durch interne Interferenzen im Laser ohne Licht sind. Speckles sind zeitlich und örtlich nicht stabil. Sie sind bei Systemen, beispielsweise bei Lithographie-Systemen, die mehrere aufeinander folgende Laserpulse für den selben Bearbeitungsschritt verwenden, nicht problematisch, weil sie sich zeitlich ausmitteln.
Bei der Verwendung von Laserstrahlen ergeben sich jedoch auch ortsfeste Interferenzen, insbesondere dann, wenn in der bereits beschriebenen Weise eine Homogenisierung des Laserstrahls vorgenommen wird. Zur Homogenisierung eines Laserstrahls werden Mischelemente, beispielsweise die erwähnten Wabenkondensoren, aber auch Stäbe usw. in das Beleuchtungsfeld eingeführt. Diese Mischelemente verursachen jedoch in partiell kohärenten Lichtfeldern, wie sie bauartbedingt von Lasern erzeugt werden, Interferenzen, also beispielsweise Streifenmuster.
2 veranschaulicht dieses Problem anhand optischer Elemente, die beispielsweise in der ersten optischen Einheit 26 angeordnet sind. Der Laserstrahl 16 mit der Ausbreitungsrichtung 38 ist hier mit einer Mehrzahl von Kohärenzzellen 40a, 40b, 40c und 40d dargestellt. Die von den Kohärenzzellen 40a–d ausgehenden Partialstrahlen durchlaufen nun in der Ausbreitungsrichtung 38 ein refraktives optisches Element (ROE) 42, dann eine erste Sammellinse 44 bzw. -optik der Brennweite f₁, einen Wabenkondensor 46 mit Parzellen der Breite p und eine zweite Sammellinse 48 bzw. -optik der Brennweite f₂, ehe sie auf eine Oberfläche 50 auftreffen, die beispielsweise die Oberfläche des Spiegels 32a oder bereits sie Oberfläche des Substrats 12 sein kann.
Die Sammellinsen 44, 48 befinden sich jeweils in einem Abstand von ihren benachbarten Elementen 42/46 bzw. 46/50, der ihrer jeweiligen Brennweite f₁ bzw. f₂ entspricht.
Wenn nun die laterale Kohärenzlänge des Laserstrahls 16, also die Breite der Kohärenzzellen 40a–d, in der Größenordnung der Strukturgröße des ersten Mischelementes, nämlich des ROE 42, liegt, dann wird der Wabenkondensor 46 über mehrere seiner Parzellen 47 kohärent ausgeleuchtet. Diese Kohärenz über mehrere Parzellen 47 hinweg führt aufgrund der Periodizität des Wabenkondensors 46 zwingend zu einem periodischen Interferenzmuster, dem so genannten Gitterinterferenzeffekt, in der Beleuchtungsebene auf der Oberfläche 50, wie mit Interferenzpeaks 52 angedeutet. Wenn die Wellenlänge des Laserstrahls 16 gleich λ ist, dann beträgt der Abstand Δx_l der Interferenzpeaks 52 voneinander Δxl = f2λ/p.
Die anderen Kohärenzzellen des Laserstrahls 16 führen zwar in der Regel zu einem versetzten Interferenzmuster, jedoch mit der selben Periodizität, weil diese nur vom Abstand (Pitch) der Parzellen 47 des Wabenkondensors 46 und von der Wellenlänge λ abhängt. Daher verbleibt auch bei vielen zueinander inkohärenten Kohärenzzellen 40a–d eine störende Restmodulation.
Ein wesentliches Problem dieser Interferenzbildung für den vorliegenden Materialbearbeitungsprozess besteht nun darin, dass die Interferenzmuster von Laserimpuls zu darauffolgendem Laserimpuls sehr ortsstabil sind und somit über das gesamte Panel betrachtet zu einem Streifenmuster in der Intensitätsverteilung und somit der Aufschmelzenergie führen. Dies wiederum führt zu einer streifenartigen Verteilung der Materialparameter, insbesondere der Kristallgröße, und damit der Elektronenmobilität. Im Ergebnis erhalten die Pixel des aus dem bearbeiteten Substrat 14 hergestellten Flat Panel Displays eine streifenartige Helligkeitsmodulation, die vom menschlichen Auge wahrgenommen und als störend empfunden wird.
Um eine derartige Interferenzbildung zu verhindern oder zumindest so weit zu reduzieren, dass sie unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des menschlichen Auges liegt, wir erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen:
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 3 dargestellt ist, wird die laterale Position des ROE 42 zeitlich verändert, wie mit 42' angedeutet. Der laterale Versatz beträgt dabei Δx_D.
Da die Richtung des Laserstrahls 16 nach dem Durchgang durch das ROE 42' durch dessen Oberflächenstruktur bestimmt ist, werden durch den lateralen Versatz Δx_D alle auslaufenden Strahlen entsprechend dem Versatz Δx_D quer zur Ausbreitungsrichtung 38 verschoben. Dies hat eine globale Änderung des Einfallwinkels vor dem Wabenkondensor 46 zur Folge und führt somit zu einem effektiven Verschmieren der Interferenzstruktur. In 3 ist dargestellt, dass sich die laterale Position der Interferenzpeaks 52 um einen Abstand Δx_p nach 52' verschiebt, wenn das ROE 42 nach 42' versetzt wird. Dabei gilt Δxp = ΔxDf2/f1
Um das Interferenzmuster effektiv zu verschmieren, ist der Versatz Δx_D vorzugsweise entsprechend der Ungleichung 1/10f1λ/p < ΔxD < f1λ/peinzustellen. Die optimale Frequenz für die Lateralbewegung des ROE 42' wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass das Interferenzmuster in der Richtung 19, also der Scanrichtung, in der Größenordnung des Abstandes Δx_l merklich variiert wird. In der Praxis stellt man die Frequenz mit > 100 Hz ein.
An dieser Stelle sei klargestellt, dass die in den 2 und 3 dargestellten Anordnungen natürlich nur als vereinfachte und veranschaulichende Beispiele zu verste hen sind. So können anstelle eines refraktiver optischer Elemente (ROE) natürlich auch diffraktive optische Elemente (DOE) verwendet werden.
Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsbeispielen, die beispielsweise an den Spiegeln 32a, 32b der zweiten optischen Einheit 30 realisiert sein können, wird so vorgegangen, wie in den 4 bis 8 dargestellt.
4 zeigt einen Interferenzstreifen 60 der Breite B_p, dessen Interferenzpeaks einen Abstand S_p zueinander haben.
Durch eine der nachstehend erläuterten Maßnahmen wird der Interferenzstreifen als Ganzes verschoben und dadurch verschmiert.
Zum Verschieben des Interferenzstreifens kann ein Kippspiegel verwendet werden, wie er in zwei Varianten in den 5 und 6 dargestellt ist. Der Kippspiegel kann beispielsweise ein in der Anordnung 10 von 1 ohnehin vorhandener Umlenkspiegel sein.
Bei der Variante von 5 ist ein Spiegel 64 um eine an einer Spiegelkante angeordneten Kippachse 68 verkippbar, wie mit 64' angedeutet.
Bei der Variante von 6 ist ein Spiegel 72 um eine auf der Mitte seiner Rückseite angeordnete Kippachse 72 verkippbar, wie mit 70' angedeutet.
In beiden Fällen ist der Kippwinkel mit α angegeben. Je größer der Abstand l der Kippspiegel von der beleuchteten Oberfläche ist, desto kleiner ist der benötigte Kippwinkel α. Außerdem sind bei weit entferntem Kippspiegel die Abmessungen des Strahlquerschnitts noch sehr klein, so dass entsprechend kleine und leichte Spiegel mit geringer zu bewegender Masse verwendet werden können. Der Kippwinkel wird zweckmäßigerweise nach der Beziehung sinα = Sp/(2l) eingestellt. Für l = 2000 mm und Sp = 1,2 mm ergibt sich beispielsweise α = 300 μrad.
Um Regelmäßigkeiten in der Verteilung der Interferenzpeaks zu vermeiden, wird die Kippfrequenz nicht als ganzzahliger Bruch oder ganzzahliges Vielfaches des Quotienten Z Laserfrequenz f_L/Anzahl der Pixel n_p über den Abstand S_p eingestellt. Die Kippfrequenz f_k wird vorzugsweise nach der Beziehung fk = nfL/np, wobei n ≠ Z und n ≠ 1/Zeingestellt, wobei Z eine ganze Zahl ist. Damit wird eine unregelmäßige Struktur der Interferenzlinien erzeugt. Eine weitere Verbesserung lässt sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, dass die Kippfrequenz f_k moduliert, also zeitlich zwischen beispielsweise nf_k und 1,5nf_k verändert wird. Die Modulation kann aber nicht nur sinusförmig, sondern auch als Puls-Code-Modulation, periodisch oder stochastisch erzeugt werden.
Wenn die Kippfrequenz größer ist als der Kehrwert der doppelten Pulsdauer des gepulsten Laserstrahls 16, dann wird das Licht während jedes einzelnen Pulses mindestens ein mal über den Abstand S_p verschoben und damit die Interferenzen verwischt. Pei einer Pulsdauer von 270 ns ergibt sich damit beispielsweise eine Kippfrequenz f_k = 1,85 GHz.
Die 7 und 8 zeigen weitere Varianten, bei denen die Interferenz nicht räumlich verschoben sondern unmittelbar verwischt wird.
7 zeigt einen Spiegel 74, der mit einer reflektierenden Oberfläche 76 versehen ist. An der Oberfläche 76 wird der Laserstrahl 16 reflektiert. An eine Oberfläche, beispielsweise eine Seitenfläche 78 des Spiegels 74 ist ein Oszillator 80 angeschlossen, der mechanische Schwingungen auf den Spiegel 74 überträgt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass der Oszillator in der Oberfläche 76 wandernde Deformationswellen 82 erzeugt, wie mit Pfeilen 84 angedeutet. Die Deformationswellen 82 werden vorzugsweise moduliert erzeugt, also auch hier sinusförmig oder als Puls-Code-Modulation, periodisch oder stochastisch.
Die Form der Deformationswelle 82 an der Oberfläche 76 ändert die Reflektionsrichtung und verschiebt damit den Laserstrahl 16 auf der Schicht 12. Auch hier sollte eine Änderung des Reflektionswinkels eingestellt werden, die den Laserstrahl um etwa ±S_p/2 hin- und herschiebt. Die Wellenlänge der Deformationswelle 82 wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Ungleichung vStp ≥ 0,5lW erfüllt ist., wobei v_S die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Deformationswelle 82, t_p die Pulsdauer des Laserstrahls 16 und l_W die Wellenlänge der Deformationswelle 82 ist.
Wenn beispielsweise v_S = 5000 m/s und t_p = 270 ns, dann wird l_W = 2,7 mm.
Die Anregungsfrequenz f_A der Deformationswelle 82 gehorcht der Beziehung fA = vS/lW und führt für den vorgenannten Beispielsfall zu f_A ≈ 2 GHz.
Für die Amplitude A der Deformationswelle 82 gilt bei einer mittleren Änderung α des Reflektionswinkels A = ((α/2)vS)/(2πfA)
Bei einer Anregungsfrequenz von 2 GHz ergibt sich A ≈ 50 nm. Das Produkt aus Anregungsfrequenz f_A und Amplitude A ist konstant.
8 zeigt schließlich noch ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Linse 86 von dem Laserstrahl 16 durchlaufen wird. An eine Seitenfläche 88 der Linse 86 ist auch hier ein Oszillator 90 angeschlossen, der eine Druckwelle 92 in der Linse 86 erzeugt, wie mit Pfeilen 94 angedeutet.
Da sich der optische Brechungsindex des Linsenmaterials unter Druckeinwirkung ändert, bewirkt die Druckwelle 92 eine lokale Änderung des Brechungsindexes und damit einen lateralen Versatz des Laserstrahls analog zu der Wirkungsweise der Vorrichtung von 7.
Anstelle der Linse 86 kann selbstverständlich auch ein anderes, vom Laserstrahl 16 durchlaufenes Element gewählt werden, beispielsweise eine planparallele Platte, ein eingeschlossener Gasraum oder dergleichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006018801 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Unterdrücken von Interferenzerscheinungen (52; 60) auf einer von einem Laserstrahl (16) beleuchteten Fläche (50), wobei der Laserstrahl (16) vor dem Auftreffen auf die Fläche (50) durch optische Elemente (32a, 32b; 42, 42' 44, 46, 48; 64; 70; 74; 86) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der optischen Elemente (32a, 32b; 42', 44, 46, 48; 64; 70; 74; 86) in vorbestimmter Weise in seinen optischen Eigenschaften oszillierend verändert wird, derart, dass ein Auftreffort des Laserstrahls (16) auf der Ebene (50) sich oszillierend ändert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Eigenschaften periodisch verändert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Eigenschaften stochastisch verändert werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (42'; 64; 70) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (42') quer zur Ausbreitungsrichtung (38) des Laserstrahls (16) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (64; 70) relativ zu einer Ausbreitungsrichtung (38) des Lasterstrahls (16) verkippt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (74) in seiner Reflektionseigenschaft flächig verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Oberfläche (76) des optischen Elements (74) Deformationswellen (82) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (86) in seiner Transmissionseigenschaft flächig verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem optischen Element (86) Druckwellen (92) erzeugt werden.
Vorrichtung zum Unterdrücken von Interferenzerscheinungen (52; 60) auf einer von einem Laserstrahl (16) beleuchteten Fläche (50) mit optischen Elementen (42, 44, 46, 48; 64; 70; 74; 86) zum Führen des Laserstrahls (16) vor dem Auftreffen auf die Fläche (50), dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um mindestens eines der optischen Elemente (42'; 64; 70; 74; 86) in vorbestimmter Weise in seinen optischen Eigenschaften oszillierend zu verändern, derart, dass ein Auftreffort des Laserstrahls (16) auf der Ebene (50) sich oszillierend ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum periodischen Verändern der optischen Eigenschaften ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum stochastischen Verändern der optischen Eigenschaften ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen des optischen Elements (42', 64; 70) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen des optischen Elements (42') quer zur Ausbreitungsrichtung (38) des Laserstrahls (16) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element als diffraktives optisches Element (42) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Ausbreitungsrichtung (38) hinter dem diffraktiven optischen Element (42) ein optisches Sammelelement (44) vorbestimmter Brennweite (f₁) sowie ein Wabenkondensor (46) angeordnet sind, dessen Parzellen (47) eine vorbestimmte Breite (p) aufweisen und dass das diffraktive optische Element (42') um einen Versatz (Δx_D) quer zur Ausbreitungsrichtung (38) bewegt wird, der nach der Beziehung 1/10f1λ/p < ΔxD < f1λ/peingestellt ist, wobei λ die Wellenlänge des Laserstrahls (16) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verkippen des optischen Elements (64; 70) quer zur Ausbreitungsrichtung (38) des Laserstrahls (16) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element als Spiegel (64; 70) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (64; 70) in einem vorgegebenen Abstand (l) von der Fläche (50) angeordnet ist, dass der Laserstrahl (16) der Frequenz (f_L) auf der Fläche (50) ein Streifenmuster (60) mit einem Abstand (S_p) der Streifen erzeugt, wobei sich über einer Breite (S_p) eine vorbestimmte Anzahl (n_p) von Pixeln befindet, und dass der Spiegel (64; 70) mit einer Frequenz (f_k) gekippt wird, die nach der Beziehung fk = nfL/np mit n ≠ Z und n ≠ 1/Zeingestellt ist, wobei Z eine ganze Zahl ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum flächigen Verändern der Reflektionseigenschaft des optischen Elements (74) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel (74) ist und dass die Mittel als Oszillator (80) ausgebildet sind, der eine reflektierende Oberfläche (76) des Spiegels (74) mit einer Deformationswelle (82) beaufschlagt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum flächigen Verändern der Transmissionseigenschaft des optischen Elements (86) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element eine Linse (86) oder Platte ist und dass die Mittel als Oszillator (90) ausgebildet sind, der in der Linse (86) eine Druckwelle (92) erzeugt.
Vorrichtung zum flächigen Aufschmelzen von Schichten (12) auf ein Substrat (14) mittels eines Laserstrahls (16), bei dem der Laserstrahl (16) mittels optischer Elemente (32a, 32b; 42, 42' 44, 46, 48; 64; 70; 74; 86) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterdrücken von Interferenzerscheinungen (52; 60) auf einer von einem Laserstrahl (16) beleuchteten Fläche (50) des Substrats (14) Mittel vorgesehen sind, um mindestens eines der optischen Elemente (42'; 64; 70; 74; 86) in vorbestimmter Weise in seinen optischen Eigenschaften oszillierend zu verändern, derart, dass ein Auftreffort des Laserstrahls (16) auf der Ebene (50) sich oszillierend ändert.