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Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Erzeugung einer Beleuchtungslinie in einer Bearbeitungsebene aus einem Lichtstrahl einer Wellenlänge λ. Das optische System weist einen Spalt und eine Beleuchtungsoptik zur Beleuchtung des Spalts auf, wobei der Lichtstrahl in einem Beleuchtungsstrahlengang durch die Beleuchtungsoptik geführt ist. Das optische System umfasst ferner eine Abbildungsoptik zur Abbildung des Spalts in die Beleuchtungslinie in der Bearbeitungsebene, wobei der Lichtstrahl in einem Abbildungsstrahlengang durch die Abbildungsoptik geführt ist. Das optische System ist derart ausgebildet, dass die Beleuchtungslinie in einer Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls eine Halbwertsbreite von weniger als dem 50-fachen eines Quotienten aus der Wellenlänge λ und einer zweiten numerischen Apertur in dem Abbildungsstrahlengang des optischen Systems aufweist.
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Ein optisches System der eingangs genannten Art wird beispielsweise in Vorrichtungen zum Aufschmelzen von Materialien, insbesondere auf dem Gebiet der lichtinduzierten Kristallisation von Silizium verwendet. Ein spezieller Anwendungsfall ist die Flachbildschirmherstellung, bei der mit einer amorphen Siliziumschicht versehene Substrate mit einem Lichtstrahl behandelt werden, um das Silizium zu kristallisieren. Die verwendeten Substrate weisen dabei relativ große Abmessungen auf, beispielsweise im Bereich von über 30 cm × über 50 cm oder noch größer. Mit einer solchen Vorrichtung lässt sich ein Lichtstrahl erzeugen, der in einer Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls (diese Dimension wird im Nachfolgenden als Y-Dimension bezeichnet) eine Strahlbreite von wenigen Mikrometern aufweist, um eine für die Behandlung des Substrats möglichst hohe Energiedichte zu erhalten.
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Als Lichtstrahl ist in optischen Systemen der eingangs genannten Art häufig ein Laserstrahl vorgesehen. Nach dem Austritt aus einer Lichtquelle ist der Lichtstrahl einer Beleuchtungsoptik zuführbar, die üblicherweise Mittel zur Homogenisierung des Lichtstrahls in einer und/oder zwei Dimensionen quer zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls umfasst. Im Anschluss an die Beleuchtungsoptik ist häufig ein Spalt oder eine schlitzförmige Blende im Lichtstrahl angeordnet. Nachfolgend weist das optische System eine Abbildungsoptik auf, mittels derer der Spalt in die Bearbeitungsebene abgebildet wird. Das Bild des Spalts in der Bearbeitungsebene entspricht dabei der Beleuchtungslinie. Die Mindestbreite der Beleuchtungslinie in einer Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls ist durch die Beugung begrenzt.
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Für die Laserkristallisation werden schmale Beleuchtungslinien benötigt, deren Breite in der Größenordnung der beugungsbegrenzten Breite liegt oder nur ein geringes Mehrfaches der beugungsbegrenzten Breite betragen. Gleichzeitig soll eine Intensitätsverteilung des Lichtstrahls über die Breite der Beleuchtungslinie möglichst steile Flanken aufweisen. Darüber hinaus muss eine numerische Apertur der Abbildung des Spalts in die Bearbeitungsebene begrenzt sein, um eine hinreichende Fokustiefe der Abbildung zu erlangen. Für einen Gaußschen Eingabestrahl (der eine gute Annäherung für ein Excimerlaserprofil entlang einer Abmessung ist) beträgt die beugungsbegrenzte Strahlgröße (gemessen bei einem Intensitätsniveau 1/e2) wmin = 2λ/πNA wobei λ die Laserwellenlänge und NA die numerische Apertur des Systems (gemessen bei einem Intensitätsniveau von 1/e2 des Eingabestrahls) bezeichnen. Typische Werte aus der Lasermaterialbearbeitung sind NA = 0,15 und λ = 308 nm bei einer gegebenen beugungsbegrenzten Strahlgröße wmin von etwa 1,3 μm.
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Durch die begrenzte numerische Apertur der Abbildung und die schmale Breite der Beleuchtungslinie kommt es zu Beugungseffekten, die sich negativ auf eine Homogenität und Flankenform eines Strahlprofils der Beleuchtungslinie auswirken. Unter dem Strahlprofil wird dabei der Intensitätsverlauf des Lichts in Richtung der Y-Dimension über die Beleuchtungslinie hinweg verstanden. Als Beispiel ist in 2 schematisch ein Strahlprofil der Beleuchtungslinie in der Bearbeitungsebene in Richtung der Y-Dimension gezeigt, das sich durch eine Abbildung eines weitgehend homogen ausgeleuchteten Spalts mit einer Breite von 15 μm bei einer homogen ausgeleuchteten Pupille im Beleuchtungsstrahlengang ergibt. Deutlich sind eine Überhöhung der Intensität in der Mitte des Profils sowie wellenförmige Intensitätsschwankungen infolge Beugung über den Verlauf zu erkennen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches System zur Erzeugung einer Beleuchtungslinie in einer Bearbeitungsebene aus einem Lichtstrahl der Wellenlänge λ, bereitzustellen, die sich durch ein möglichst homogenes Strahlprofil auszeichnet.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß weist die Beleuchtungsoptik eine optische Anordnung auf, durch die eine erste numerische Apertur in dem Beleuchtungsstrahlengang bestimmt ist, wobei die optische Anordnung derart ausgestaltet ist, dass die durch die optische Anordnung bestimmte erste numerische Apertur kleiner ist als die zweite numerische Apertur. Durch die erfindungsgemäße optische Anordnung lässt sich ein Verlauf des Strahlprofils in Richtung der Y-Dimension in der Bearbeitungsebene beeinflussen.
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In einer Ausgestaltung umfasst die optische Anordnung eine Beleuchtungsaperturblende. Die Anordnung einer Beleuchtungsaperturblende in dem Beleuchtungsstrahlengang bietet vielfältige Möglichkeiten, den Verlauf des Strahlprofils in Richtung der Y-Dimension in der Bearbeitungsebene zu beeinflussen. Als Beleuchtungsaperturblende ist dabei ein optisches Element zu verstehen, durch das eine Apertur des Beleuchtungsstrahlengangs bestimmt ist. Die Beleuchtungsaperturblende kann als Blende ausgeführt sein, die als separates Bauteil in den Beleuchtungsstrahlengang einbringbar ist. Sie kann aber auch als diffraktives, refraktives oder reflektives optisches Element ausgestaltet sein, dessen Größe die numerische Apertur bestimmt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Beleuchtungsaperturblende Bereiche unterschiedlicher Transmissivität in Richtung der Y-Dimension auf. Damit ist eine einfache Möglichkeit zur Beeinflussung der numerischen Apertur gegeben.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform umfasst die optische Anordnung Mittel zur Beeinflussung einer Ausleuchtung einer Pupille im Beleuchtungsstrahlengang, die derart ausgestaltet ist, dass die Intensität der Ausleuchtung der Pupille zu den Rändern der Pupille hin abnimmt. Hiermit ist es möglich, einen Verlauf des Strahlprofils in der Bearbeitungsebene durch Reduzierung lokaler oder globaler Extrema zu verbessern. Eine derartige Ausgestaltung, insbesondere auch eine Pupillenausleuchtung mit einem runden oder sinusförmigen Verlauf und einem Maximum zwischen den beiden Rändern der Pupille in Richtung der Y-Dimension, führt zu einer deutlich verbesserten Homogenität des Strahlprofils in der Bearbeitungsebene.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die optische Anordnung eine abbildende Optik zur Abbildung einer Ebene des zur Beleuchtung verwendeten Lichtstrahls auf. Damit ist eine alternative Ausgestaltungsform zur Beeinflussung der Intensität der Pupillenausleuchtung bereitgestellt. Bevorzugt wird durch die abbildende Optik eine Ebene nahe der Lichtquelle des Lichtstrahls abgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die optische Anordnung eine Strahlumformungsoptik, die vorzugsweise asphärische optische Elemente aufweist und eine zumindest weitgehend kohärente Umformung des Lichtstrahls ermöglicht. Damit sind weitere alternative Ausgestaltungsformen zur Beeinflussung der Intensität der Pupillenausleuchtung bereitgestellt.
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Die Aufgabe wird ferner durch ein optisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist in dem Abbildungsstrahlengang eine Abbildungsaperturblende (12) angeordnet, die Bereiche unterschiedlicher Transmissivität über den Querschnitt in Richtung der Y-Dimension aufweist. Hiermit ist eine weitere einfache Möglichkeit zur Beeinflussung des Strahlprofils entlang der Y-Dimension in der Bearbeitungsebene gegeben. Insbesondere ist es möglich, Beugungserscheinungen im Strahlprofil zu minimieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Abbildungsaperturblende auch Bereich unterschiedlicher Transmissivität in einer Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls und quer zur Y-Dimension aufweisen, das heißt in Richtung einer langen Achse der Beleuchtungslinie.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Transmissivität der Abbildungsaperturblende entlang der Y-Dimension zu den Rändern der Abbildungsaperturblende hin ab.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein optisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Erfindungsgemäß weist die Beleuchtungsoptik eine optische Anordnung auf, durch die eine Ausleuchtung des Spalts über den Querschnitt in Richtung der Y-Dimension beeinflusst ist. Auch hiermit ist es möglich, einen globalen Verlauf des Strahlprofils in der Bearbeitungsebene zu verbessern.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die andere optische Anordnung derart ausgestaltet, dass die Intensität der Ausleuchtung des Spalts in Richtung der Y-Dimension zu einem Rand des Spalts hin zunimmt. Hierzu sind im Beleuchtungsstrahlengang bevorzugt Blenden, Homogenisierungsoptiken oder andere, die Intensitätsverteilung über die Strahlbreite beeinflussende optische Elemente vorgesehen. Damit ist eine sehr einfache Möglichkeit zur Verbesserung der Homogenität der Beleuchtungslinie gegeben.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein optisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Erfindungsgemäß weist der Spalt Mittel auf, durch die Amplitude und/oder Phase des durchtretenden Lichts beeinflusst sind. Damit lassen sich Beugungseffekte wirksam minimieren.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel derart ausgebildet, dass der Spalt in einem zentralen Bereich eine verringerte Transmissivität, also eine reduzierte Lichtdurchlässigkeit, aufweist. Diese Ausgestaltungsform stellt eine weitere, einfach zu realisierende Lösung zur Verbesserung der Homogenität des Strahlprofils bereit.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel zur Beeinflussung der Amplitude und/oder Phase des durchtretenden Lichts refraktiv, diffraktiv, reflektierend und/oder absorbierend ausgestaltet ist. Dadurch ist eine deutliche Glättung des Strqahlprofils erzielbar.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den beigefügten Zeichnungen. Die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale sind dabei nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist es auch möglich, das optische System mit erfindungsgemäßen optischen Anordnung im Beleuchtungsstrahlengang und im Abbildungsstrahlengang auszugestalten.
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Die Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
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1a und 1b: ein System zur Lasermaterialbearbeitung in zwei Ansichten;
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2: ein typisches Strahlprofil in Richtung der Y-Dimension bei Verwendung eines optischen Systems nach dem Stand der Technik;
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3: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Systems;
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4a: eine Intensitätsverteilung in einer Beleuchtungspupille bei Anordnung einer Aperturblende im Beleuchtungsstrahlengang;
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4b: ein resultierendes Strahlprofil bei einer Beleuchtung gemäß 4a;
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5a: eine Intensitätsverteilung in einer Beleuchtungspupille mit einer optischen Anordnung im Beleuchtungsstrahlengang;
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5b: ein resultierendes Strahlprofil bei einer Beleuchtung gemäß 5a;
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6: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
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6a: ein Transmissionsverlauf in einer Abbildungsaperturblende;
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6b: ein resultierendes Strahlprofil bei einer Beleuchtung gemäß 6a;
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7a: eine Intensitätsverteilung in einem Spalt eines optischen Systems, das eine andere optische Anordnung in der Beleuchtungsoptik aufweist;
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7b: ein resultierendes Strahlprofil bei einer Beleuchtung gemäß 7a;
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8a: einen Transmissionsverlauf in einem Spalt eines optischen Systems, der Mittel zur Beeinflussung von Amplitude oder Phasengang aufweist und
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8b: ein resultierendes Strahlprofil bei einer Beleuchtung gemäß 8a.
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In 1a ist ein Querschnitt durch eine bekannte Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung 1 entlang einer Ebene x-z dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle in Form eines Lasers 2 sowie ein optisches System 3 zur Erzeugung einer Beleuchtungslinie in einer Bearbeitungsebene 4 aus einem Laserstrahl 5. In der Bearbeitungsebene ist ein zu bearbeitendes Substrat angeordnet, beispielsweise amorphes Silizium.
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Der Laser 2 ist als Excimer-Laser ausgeführt und emittiert einen Laserstrahl 5 mit einer Wellenlänge λ. Der Laserstrahl 5 ist dem optischen System 3 zuführbar. Beim Eintritt in das optische System 3 weist der Laserstrahl einen kompakten. Querschnitt auf, beispielsweise in rechteckiger oder quadratischer Form mit Kantenlängen zwischen 10 und 50 mm.
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Im Strahlengang durch das optische System 3 wird der Laserstrahl 5 in einer ersten Richtung x quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls aufgeweitet (siehe 1a). Die erste Richtung x wird nachfolgend als X-Dimension bezeichnet. Ferner wird der Laserstrahl im Strahlengang durch das optische System in einer zweiten Richtung y quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls und quer zur X-Dimension auf die Bearbeitungsebene fokussiert, wie in 1b dargestellt. Die zweite Richtung y wird nachfolgend als Y-Dimension bezeichnet.
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Die Aufweitung des Laserstrahls 5 in der X-Dimension erfolgt durch eine erste konvexe Linse 61. Mittels einer nachfolgenden konkaven Linse 81 wird der Laserstrahl in X-Dimension wieder kollimiert. Der kollimierte Strahl wird anschließend der Bearbeitungsebene 4 zugeführt.
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Die Fokussierung des Laserstrahls 5 in der Y-Dimension auf die Bearbeitungsebene erfolgt mit Hilfe einer zweiten konkaven Linse 62 und einer dritten konkaven Linse 82. Die zweite konkave Linse 62 ist dabei in dem Strahlengang zwischen Laser 2 und Spalt 7 angeordnet und bewirkt eine Ausleuchtung des Spalts 7. Die dritte konkave Linse 82 ist zwischen dem Spalt 7 und der Bearbeitungsebene 4 positioniert. Über die dritte konkave Linse 82 ist ein Bild des ausgeleuchteten Spalts 7 in der Bearbeitungsebene 4 erzeugbar. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist anstelle einer als Einzellinse ausgeführten dritten konkaven Linse eine Gruppe von geeigneten optischen Elementen (z. B. Spiegeln) im Strahlengang zwischen dem Spalt 7 und der Bearbeitungsebene 4 angeordnet, mit denen sich ein Bild des Spalts 7 in der Bearbeitungsebene 4 erzeugen lässt. Dabei kann in dem Strahlgang auch ein Abschnitt mit in Y-Dimension kollimiertem Licht vorgesehen sein.
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In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform sind in dem Strahlengang ein oder mehrere refraktive, reflektive oder diffraktive optische Element zur Homogenisierung des Laserstrahls in einer oder mehreren Dimensionen angeordnet.
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In 2 ist ein typisches Strahlprofil entlang der Y-Dimension in der Bearbeitungsebene 4 dargestellt, das mit einer bekannten Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung erzielt werden kann. Unter einem Strahlprofil wird dabei der Intensitätsverlauf des Lichts über die Beleuchtungslinie in Richtung der Y-Dimension verstanden. Deutlich erkennbar sind ein inhomogener Verlauf mit wellenförmigen Störungen infolge der Beugung und eine Überhöhung in der Strahlmitte.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Nachfolgenden zwischen einer Beleuchtungsoptik 6, einem Spalt 7 und einer Abbildungsoptik 8 unterschieden. Unter der Beleuchtungsoptik 6 sind dabei optische Elemente zu verstehen, die zwischen dem Laser 2 und dem Spalt 7 angeordnet sind und eine Strahlveränderung in Richtung der Y-Dimension bewirken. Der Teil des Laserstrahlengangs durch die Beleuchtungsoptik 6 ist dabei als Beleuchtungsstrahlengang 10 definiert. Die Abbildungsoptik 8 umfasst optische Elemente, die im Strahlengang des Laserstrahls zwischen dem Spalt 7 und der Bearbeitungsebene 4 angeordnet sind und eine Strahlveränderung in Y-Dimension bewirken. Der Teil des Laserstrahlengangs durch die Abbildungsoptik 8 wird als Abbildungsstrahlengang bezeichnet.
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In 3 sind die Beleuchtungsoptik 6, der Beleuchtungsstrahlengang 10, der Spalt 7, die Abbildungsoptik 8 und der Abbildungsstrahlengang 11 detaillierter dargestellt.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Beleuchtungsstrahlengang eine Beleuchtungsaperturblende 13 angeordnet, durch die eine numerische Apertur 14 im Beleuchtungsstrahlengang reduziert ist. Die Beleuchtungsaperturblende 13 ist dabei vor der zweiten konkaven Linse 62 angeordnet. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist Beleuchtungsaperturblende an anderen geeigneten Stellen im Beleuchtungsstrahlengang positioniert. Die numerische Apertur 14 ist in 3 durch den Winkel zwischen der optischen Achse und einem durch die Beleuchtungsaperturblende begrenzten Lichtstrahl symbolisiert. Zum Vergleich ist in 3 ferner ein erster fiktiver Beleuchtungsstrahlengang 20 gestrichelt dargestellt, der sich ohne Anordnung einer Beleuchtungsaperturblende 13 in der Beleuchtungsoptik 6 ergeben würde.
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In 4a ist ein erster Intensitätsverlauf 16 in einer Beleuchtungspupille bei Anordnung einer Beleuchtungsaperturblende im Beleuchtungsstrahlengang gemäß 3 dargestellt. Unter der Beleuchtungspupille ist dabei ein Bild der Beleuchtungsaperturblende 13 zu verstehen, wie es von einem Punkt auf der optischen Achse vor der Beleuchtungsoptik 6 durch ein der Beleuchtungsaperturblende 13 vorangehendes optisches Element der Beleuchtungsoptik 6 gesehen werden würde. Gibt es kein optisches Element zwischen dem Punkt und der Beleuchtungsaperturblende 13, stellt diese selber die Beleuchtungspupille dar. Der erste Intensitätsverlauf 16 in der Beleuchtungspupille bei Anordnung einer Beleuchtungsaperturblende 13 im Strahlengang ist in 4a anhand einer durchgezogenen Linie dargestellt. Zum Vergleich ist mit einer gestrichelten Linie ein Intensitätsverlauf gezeigt, der sich ohne eine Beleuchtungsaperturblende in der Beleuchtungspupille einstellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist durch die Anordnung einer Beleuchtungsaperturblende im Beleuchtungsstrahlengang die numerische Apertur im Beleuchtungsstrahlengang um zwischen 0% und 50%, bevorzugt zwischen 20% und 30%, besonders bevorzugt um 25% gegenüber einer numerischen Apertur im Abbildungsstrahlengang reduziert.
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In 4b ist ein resultierendes Strahlprofil in der Bearbeitungsebene 4 bei Anordnung einer Beleuchtungsaperturblende gemäß 3 in dem Beleuchtungsstrahlengang dargestellt. Der globale Verlauf des Strahlprofils ist deutlich verbessert, und das Profil ist flacher ausgebildet. Die ursprünglich beobachtete Überhöhung in der Strahlmitte (vergleiche 2) ist deutlich reduziert.
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In einem zweiten, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Beleuchtungsoptik eine optische Anordnung auf, durch die eine Intensität der Ausleuchtung der Beleuchtungspupille beeinflusst ist. Die gewünschte Ausleuchtung der Beleuchtungspupille kann beispielsweise mit Hilfe von Blenden erzielt werden, die im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet sind und ganz oder teilweise transmittierend ausgestaltet sein können. Alternativ oder ergänzend hierzu ist die Ausleuchtung der Beleuchtungspupille durch Abbildung einer geeigneten Ebene des zur Beleuchtung verwendeten Laserstrahls beeinflussbar, sofern letzterer bei einer Propagation durch die Beleuchtungsoptik verändert wird. Weiterhin alternativ oder ergänzend ist in dem Beleuchtungsstrahlengang eine Strahlformungsoptik angeordnet, mit der der Laserstrahl kohärent umformbar ist. Hierzu umfasst die Strahlformungsoptik bevorzugt asphärisch ausgestaltete optische Elemente.
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In 5a ist schematisch ein zweiter Intensitätsverlauf 26 in der Beleuchtungspupille 25 dargestellt, der sich bei Verwendung einer optischen Anordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ergibt. Durch die optische Anordnung ist die Lichtintensität in der Beleuchtungspupille 25 zu den Rändern hin deutlich verringert. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen sind auch andere Intensitätsverläufe in der Beleuchtungspupille vorstellbar.
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In 5b ist schematisch ein Strahlprofil in der Bearbeitungsebene 4 dargestellt, wie es sich bei Verwendung einer optischen Anordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einstellt. Der globale Verlauf des Strahlprofils ist deutlich verbessert, und das Profil ist flacher ausgebildet. Die ursprünglich beobachtete Überhöhung in der Strahlmitte (vergleiche 2) ist auch hier deutlich reduziert.
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In einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Abbildungsaperturblende 12 im Abbildungsstrahlengang 11 des optischen Systems 3 angeordnet, durch die eine numerische Apertur 17 im Abbildungsstrahlengang 11 verringert ist. Die Abbildungsaperturblende 12 ist dabei bevorzugt wie in 6 dargestellt vor der dritten konkaven Linse 82 angeordnet. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen ist die Abbildungsaperturblende an anderen geeigneten Stellen im Abbildungsstrahlengang 11 positioniert. Die numerische Apertur 17 im Abbildungsstrahlengang ist in 6 durch den Winkel zwischen der optischen Achse und einem durch die Abbildungsaperturblende begrenzten Lichtstrahl symbolisiert. Gestrichelt dargestellt ist in 6 ferner ein zweiter fiktiver Strahlengang 21, der sich ohne Anordnung einer Abbildungsaperturblende 12 in der Abbildungsoptik 8 ergeben würde. Die Abbildungsaperturblende 12 weist Bereiche 12a, 12b unterschiedlicher Transmissivität über den Querschnitt in Richtung der Y-Dimension auf. In einem äußeren Bereich 12b ist die Abbildungsaperturblende lichtundurchlässig ausgestaltet. In einem inneren Bereich 12a ist die Abbildungsaperturblende aus einem Licht teilweise transmittierenden Material gefertigt.
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In 6a ist beispielhaft eine Transmissionsfunktion 46 einer Abbildungsaperturblende 12 mit einem Gauss-förmigen Transmissionverlauf dargestellt, wobei die Transmissivität zu den Rändern der Abbildungsaperturblende 12 hin abnimmt. In weiteren Ausführungsformen ist die Abbildungsaperturblende 12 derart ausgestaltet, dass alternativ oder ergänzend zur Modulation der Amplitude auch die Phase des einfallenden Lichtes modulierbar ist.
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In 6b ist schematisch ein Strahlprofil in der Bearbeitungsebene 4 dargestellt, wie es sich bei Verwendung einer Abbildungsaperturblende gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einstellt. Eine lokale Homogenität des Strahlprofils ist deutlich verbessert, und das Profil ist flacher ausgebildet.
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In einem vierten Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsoptik 6 eine andere optische Anordnung auf, durch die eine Ausleuchtung des Spalts 7 über den Querschnitt in Richtung der Y-Dimension beeinflusst ist. Hierzu können an geeigneter Stelle im Beleuchtungsstrahlengang 10 Grauverlaufsfilter, asphärische optische Elemente, Blenden und/oder andere strahlformende optische Elemente angeordnet sein.
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In 7a ist eine mögliche Intensitätsverteilung 28 des einfallenden Lichts in Richtung der Y-Dimension über den Spalt 7 hinweg bei Verwendung einer anderen optischen Anordnung im Beleuchtungsstrahlengang 10 dargestellt. Die andere optische Anordnung ist dabei derart ausgestaltet, dass die Intensität des Lichtstrahls 5 zum Rand des Spalts 7 hin zunimmt. In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die andere optische Anordnung so ausgebildet, dass die Intensität des Lichts innerhalb des Spalts 7 variierbar ist.
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7b zeigt schematisch ein Strahlprofil in der Bearbeitungsebene 4, wie es sich bei Verwendung einer anderen optischen Anordnung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel einstellt. Der globale Verlauf des Strahlprofils ist deutlich verbessert, und das Profil ist flacher ausgebildet. Die ursprünglich beobachtete Überhöhung in der Strahlmitte (vergleiche 2) ist auch hier deutlich reduziert.
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In einem fünften Ausführungsbeispiel weist der Spalt 7 Mittel auf, durch die Amplitude und/oder Phase des durchtretenden Lichts beeinflusst sind. Hierzu können in dem Spalt oder in unmittelbarer Nähe zum Spalt beispielsweise Filter, Blenden, Linsen oder andere refraktive, diffraktive oder reflektierende optische Mittel angeordnet sein.
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In 8a ist beispielhaft eine Intensitätsverteilung 28 eines Lichtstrahls in einem Spalt 7 dargestellt, in dem Mittel gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel angeordnet sind, durch die die einfallende Strahlung nur teilweise transmittiert wird. Dadurch ist ein weicher Intensitätsverlauf an den Kanten des Spalts gegeben. 8b zeigt schematisch ein Strahlprofil in der Bearbeitungsebene 4, das sich bei einer Intensitätsverteilung im Spalt gemäß 8a einstellt. Mit dem teilweise transmittierenden Spalt lässt sich eine deutliche Glättung des Strahlprofils erzielen, allerdings auf Kosten der Kantensteilheit.
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Die Erfindung befasst sich mit der Verbesserung der Homogenität einer aus einem Laserstrahl erzeugten schmalen Beleuchtungslinie, deren Breite durch die Beugung begrenzt ist. Die Homogenität lässt sich durch Anordnung einer Beleuchtungsaperturblende und/oder einer Abbildungsaperturblende im Strahlengang verbessern. Alternativ als auch ergänzend kann die Homogenität durch eine geänderte Spaltausleuchtung und/oder durch Änderung der Spalteigenschaften, genauer durch Änderung der Amplituden- und/oder Phaseneigenschaften des Spalts, gesteigert werden. Alle vorgestellten Lösungen sind sowohl in Einzelstellung als auch in beliebiger Kombination anwendbar.
