DE102012101643A1 - Electromagnetic radiation deflecting device for e.g. laser machining apparatus, for irradiating object such as workpiece, has second beam deflector that deflects turned electromagnetic radiation along second and third directions - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablenken von elektro-magnetischer Strahlung mit einer ersten Strahlablenkeinheit und mit einer zweiten Strahlablenkeinheit. Die erste Strahlablenkeinheit hat einen ersten Ablenker zum Ablenken der elektro-magnetischen Strahlung entlang einer ersten Richtung. Die zweite Strahlablenkeinheit lenkt die abgelenkte elektro-magnetische Strahlung entlang einer zweiten Richtung und entlang einer dritten Richtung ab, wobei zumindest eine Richtungskomponente der zweiten Richtung auf der dritten Richtung senkrecht steht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ablenken von elektro-magnetischer Strahlung und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestrahlen eines Körpers.The invention relates to a device for deflecting electromagnetic radiation with a first beam deflection unit and with a second beam deflection unit. The first beam deflecting unit has a first deflector for deflecting the electromagnetic radiation along a first direction. The second beam deflection unit deflects the deflected electromagnetic radiation along a second direction and along a third direction, wherein at least one direction component of the second direction is perpendicular to the third direction. Furthermore, the invention relates to a method for deflecting electromagnetic radiation and to a device and a method for irradiating a body.
Die Vorrichtung zum Ablenken von elektro-magnetischer Strahlung kann beispielsweise in der Vorrichtung zum Bestrahlen des Körpers genutzt werden. Ferner können das Verfahren zum Ablenken der elektro-magnetischen Strahlung und/oder das Verfahren zum Bestrahlen des Körpers mit Hilfe der Vorrichtung zum Ablenken von elektro-magnetischer Strahlung durchgeführt werden.The device for deflecting electromagnetic radiation can be used, for example, in the device for irradiating the body. Further, the method for deflecting the electromagnetic radiation and / or the method for irradiating the body may be performed by means of the device for deflecting electromagnetic radiation.
Die Vorrichtung zum Bestrahlen des Körpers kann beispielsweise eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten, beispielsweise zum Laserbearbeiten, des Körpers, eine Vorrichtung zur optischen Abtastung, eine Vorrichtung zum Belichten und/oder eine Vorrichtung zum Beleuchten des Körpers sein. Ferner kann die Vorrichtung zum Bestrahlen des Körpers beispielsweise zur Bildgebung genutzt werden. Ferner kann die Vorrichtung zum Bestrahlen des Körpers in der Mikroskopie zum Anregung und/oder Beobachten von Fluoreszenzeffekten oder bei Lithographieverfahren zum Belichten von Fotolack verwendet werden. Der Körper kann beispielsweise ein Werkstück, eine Probe oder ein Substrat sein.The device for irradiating the body may be, for example, a processing device for processing, for example for laser processing, the body, an apparatus for optical scanning, a device for exposing and / or a device for illuminating the body. Furthermore, the device can be used to irradiate the body, for example, for imaging. Furthermore, the apparatus can be used for irradiating the body in microscopy for exciting and / or observing fluorescence effects or in lithography methods for exposing photoresist. The body may be, for example, a workpiece, a sample or a substrate.
Eine Bearbeitungsvorrichtung eignet sich beispielsweise zum Bearbeiten eines Werkstücks. Die Bearbeitungsvorrichtung erzeugt als elektro-magnetische Strahlung einen Bearbeitungs-Laserstrahl, mit dessen Hilfe das Werkstück bearbeitet werden kann. Das Bearbeiten des Werkstücks umfasst beispielsweise ein Schneiden des Werkstücks oder ein Behandeln der Oberfläche des Werkstücks oder einen Materialabtrag an der Oberfläche. Das Bearbeiten der Oberfläche des Werkstücks kann beispielsweise auch als Schreiben auf der Oberfläche bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Werkstück entlang einer vorgegebenen Linie geschnitten werden und/oder in die Oberfläche des Werkstücks kann ein vorgegebenes Bestrahlungsmuster eingebracht werden.A processing device is suitable, for example, for processing a workpiece. The processing device generates as electro-magnetic radiation, a machining laser beam, with the aid of which the workpiece can be edited. The machining of the workpiece includes, for example, cutting the workpiece or treating the surface of the workpiece or a material removal on the surface. The machining of the surface of the workpiece may, for example, also be referred to as writing on the surface. For example, the workpiece can be cut along a predetermined line and / or a predetermined irradiation pattern can be introduced into the surface of the workpiece.
Als elektro-magnetische Strahlung kann beispielsweise gepulste elektro-magnetische Strahlung erzeugt werden. In diesem Zusammenhang kann eine Strahlungsquelle zum Erzeugen der elektro-magnetischen Strahlung beispielsweise ein Ultrakurzpuls(UKP)-Laser sein. Beispielsweise bei der Anregung oder Untersuchung von Fluoreszenzeffekten in einer Probe oder bei der Materialbearbeitung eines Werkstücks mit UKP-Lasern kann es vorteilhaft oder notwendig sein, einzelne Laserpulse mit ausreichender räumlicher oder zeitlicher Trennung oder zumindest einer begrenzten räumlichen und/oder zeitlichen Überlappung auf das Werkstück einwirken zu lassen, z. B. um bestimmte Effekte beobachten zu können und/oder um schädliche thermische Effekte zu vermeiden. Eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit (beleuchtete Fläche pro Zeit) kann durch eine ausreichend hohe mittlere Leistung der Strahlungsquelle erreicht werden. Dabei erweist sich der Ansatz, eine hohe Repetitionsrate (Pulsrate, Pulse pro Zeit) zu verwenden, gegenüber dem Ansatz, eine hohe Pulsenergie zu verwenden, in vielen Fällen als attraktiver. Gründe hierfür sind, dass die Skalierung der Repetitionsrate technisch besser handhabbar ist, als die Skalierung der Pulsenergie, und dass intensivere Pulse auf eine größere Fläche verteilt werden müssten, was entweder unflexiblere und aufwändigere parallele Bearbeitung mit mehreren kleinen Laserspots oder ungenauere Bearbeitung mit größeren Spots erfordern würde. Eine ausreichende räumliche Trennung bei einer hohen Repetitionsrate kann erreicht werden, indem eine sehr schnelle Strahlablenkung erfolgt.As electro-magnetic radiation, for example, pulsed electromagnetic radiation can be generated. In this context, a radiation source for generating the electromagnetic radiation may be, for example, an ultrashort pulse (UKP) laser. For example, in the excitation or investigation of Fluoreszenzeffekten in a sample or in the material processing of a workpiece with UKP lasers, it may be advantageous or necessary to act on individual laser pulses with sufficient spatial or temporal separation or at least a limited spatial and / or temporal overlap on the workpiece to let, for. B. in order to observe certain effects and / or to avoid harmful thermal effects. A high processing speed (illuminated area per time) can be achieved by a sufficiently high average power of the radiation source. In this case, the approach of using a high repetition rate (pulse rate, pulses per time) proves to be more attractive than the approach of using a high pulse energy in many cases. The reasons for this are that the scaling of the repetition rate is technically more manageable than the scaling of the pulse energy, and that more intense pulses would have to be distributed over a larger area, which would either require more inflexible and more complex parallel processing with several small laser spots or inaccurate processing with larger spots would. A sufficient spatial separation at a high repetition rate can be achieved by a very fast beam deflection takes place.
Auch im Falle kontinuierlicher elektro-magnetischer Strahlung kann eine schnelle Ablenkung der elektro-magnetischen Strahlung dazu beitragen die Bestrahlungsleistung auf einem zu bestrahlenden Körper ausreichend schnell zu verteilen, um für die jeweilige Anwendung unerwünschte Akkumulationseffekte zu vermeiden. So kann für die jeweilige Anwendung der Einsatz leistungsstarker Strahlungsquellen und damit eine Verkürzung der Bearbeitungsdauer ermöglicht werden.Even in the case of continuous electro-magnetic radiation, a rapid deflection of the electro-magnetic radiation can help to distribute the irradiation power on a body to be irradiated sufficiently quickly to avoid undesired accumulation effects for the respective application. Thus, the use of powerful radiation sources and thus shortening the processing time can be made possible for the respective application.
Es sind bereits unterschiedliche schnelle Strahlablenkeinheiten bekannt, beispielsweise akusto-optische, elektro-optische oder mechanische, beispielsweise piezo-mechanische, Ablenker. Derartige schnelle Ablenksysteme sind teuer und/oder wenig flexibel bezüglich der möglichen Scanwinkel und/oder weisen einen schlechten Auslastungsgrad (Duty Cycle) auf und/oder sind bezüglich der maximal möglichen Scanwinkel beschränkt. Beispielsweise kann hier die Anzahl der im Scanfeld getrennt optisch auflösbaren Punkte die ausschlaggebende Größe sein, welche im Gegensatz zum Scanwinkel von Apertur und Optik unabhängig sein kann.Different fast beam deflection units are already known, for example acousto-optical, electro-optical or mechanical, for example piezo-mechanical, deflectors. Such fast deflection systems are expensive and / or not very flexible with regard to the possible scan angles and / or have a poor duty cycle and / or are limited with regard to the maximum possible scan angles. By way of example, the number of optically resolvable dots separated in the scan field may be the decisive factor here, which, in contrast to the scanning angle, may be independent of the aperture and the optics.
Ein Ansatz, um große Ablenkwinkel und eine schnelle Ablenkung zu erreichen, ist, eine schnelle Ablenkung mit beispielsweise geringem Ablenkwinkel und eine beispielsweise langsame Ablenkung um große Ablenkwinkel zu kombinieren. Die Ablenkung um die großen Ablenkwinkel kann beispielsweise mit Hilfe eines Galvanometerscanners erzielt werden.One approach to achieving large deflection angles and fast deflection is to have a fast deflection with, for example, a low deflection angle and, for example, a slow deflection to combine large deflection angle. The deflection around the large deflection angle can be achieved for example with the aid of a galvanometer scanner.
Die schnelle Ablenkung ist für allgemeine Anwendungen, beispielsweise in einem Vektor-Beschriftungsmodus, auf der Werkstückoberfläche in zwei Dimensionen möglich. Die Umsetzung eines schnellen zweidimensionalen Scanners mit beliebig einstellbarer Scanrichtung ist aus verschiedenen Gründen bei allen genannten Ansätzen schwieriger als die Realisierung eines schnellen eindimensionalen Scanners. Gründe hierfür sind, dass bei der zweistufigen Auslegung (zwei Scan-Achsen nacheinander für zwei zu überlagernde Scanrichtungen) eines schnellen zweidimensionalen Scanners der Akzeptanzwinkel des zweiten Scanners (zweite Scanachse) eingangsseitig mindestens den Scanwinkel des ersten Scanners (erste Scanachse) aufweisen muss. Dieses Problem kann mit Hilfe einer Zwischenoptik auf die erforderliche Eingangsapertur verlagert, jedoch nicht beseitigt werden. Des Weiteren müssen die beiden Scanachsen eines zweistufigen schnellen Scanners trotz unterschiedlicher und variabler Scanamplituden synchron betrieben werden, was bei hohen Scangeschwindigkeiten bei gleichzeitig hohen Anforderungen an die Genauigkeit in der Praxis mit technischen Schwierigkeiten und enormem zusätzlichen Aufwand verbunden ist. Nicht zuletzt weisen bei einigen Technologien schnelle Scanner typisch hohe Verluste in der Laserleistung (Akusto-Optical-Deflector (AOD): ca. 30%) pro Stufe/Achse auf und pro Achse werden aufwändige und/oder teure Ansteuerkomponenten benötigt.The fast deflection is possible for general applications, for example in a vector labeling mode, on the workpiece surface in two dimensions. The implementation of a fast two-dimensional scanner with arbitrarily adjustable scanning direction is more difficult for all of these approaches than the realization of a fast one-dimensional scanner for various reasons. The reasons for this are that in the two-stage design (two scan axes in succession for two scan directions to be overlaid) of a fast two-dimensional scanner, the acceptance angle of the second scanner (second scan axis) must have at least the scan angle of the first scanner (first scan axis) on the input side. This problem can be relocated to the required input aperture by means of intermediate optics, but can not be eliminated. Furthermore, the two scanning axes of a two-stage fast scanner must be operated synchronously despite different and variable scan amplitudes, which is associated with technical difficulties and enormous additional expense at high scanning speeds with high demands on accuracy in practice. Last but not least, in some technologies fast scanners typically show high losses in the laser power (AOD) (approx. 30%) per level / axis and complex and / or expensive drive components are required per axis.
Für viele Anwendungen, insbesondere auch UKP-Anwendungen, kann es ausreichen, eine schnelle lineare Scanbewegung mit kleiner Amplitude mit einer langsamen Beschriftungsbewegung, auch Vorschub genannt, zu überlagern. Es besteht im Vektor-Beschriftungsmodus (Linienzüge) aber der Bedarf, die Richtung der schnellen Ablenkung, die nachfolgend auch als Bestrahlungsrichtung bezeichnet wird, relativ zur Richtung jedes zu schreibenden Vektors, also relativ zur Vorschubrichtung, ausrichten zu können, um flexible Beschriftungsmuster zu ermöglichen.For many applications, especially UKP applications, it may be sufficient to superimpose a fast linear scanning movement with small amplitude with a slow labeling movement, also called feed. However, in the vector labeling mode (lines) there is a need to be able to align the direction of the fast deflection, hereinafter also referred to as the direction of irradiation, relative to the direction of each vector to be written, ie relative to the direction of advance, in order to allow flexible labeling patterns.
Auch bei einer flächigen Beschriftung in einem Rasterartigen Beschriftungsmodus ist eine Wählbarkeit der Richtung der schnellen linearen Ablenkung vorteilhaft, u. a. da durch die Zeitabfolge der Laserpulse eine Ungleichmäßigkeit der Beschriftungsergebnisse entstehen kann, die durch mehrfache Beschriftung in verschiedenen Schreibrichtungen behoben werden kann. Dies könnte durch eine Drehung des Werkstücks erreicht werden. Eine Drehung des Werkstücks kann i. a. aus Gründen der Trägheit aber nur langsam erfolgen.Even with a flat inscription in a grid-like inscription mode is a selectability of the direction of the fast linear deflection advantageous u. a. since the timing of the laser pulses can result in unevenness of the inscription results, which can be remedied by multiple inscriptions in different writing directions. This could be achieved by a rotation of the workpiece. A rotation of the workpiece can i. a. but only slowly because of inertia.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zum Ablenken von elektro-magnetischer Strahlung bereitgestellt, die einfach und kompakt ausgebildet ist und die auf einfache Weise ein flexibles Ablenken der elektro-magnetischen Strahlung ermöglicht.In various embodiments, a device for deflecting electromagnetic radiation is provided which is simple and compact and which allows a flexible deflection of the electromagnetic radiation in a simple manner.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zum Bestrahlen eines Körpers bereitgestellt, die einfach und kompakt ausgebildet ist und die auf einfache Weise ein flexibles Beobachten oder Bearbeiten einer Probe bzw. eines Werkstücks ermöglicht. Die Vorrichtung zum Bestrahlen eines Körpers ist beispielsweise eine Bearbeitungsvorrichtung, eine Belichtungsvorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung und/oder eine Beobachtungsvorrichtung, beispielsweise ein Mikroskop.In various embodiments, an apparatus for irradiating a body is provided, which is simple and compact and which allows a flexible way to easily observe or process a sample or a workpiece. The device for irradiating a body is, for example, a processing device, an exposure device, a lighting device and / or an observation device, for example a microscope.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Ablenken von elektro-magnetischer Strahlung bereitgestellt, das einfach ausgestaltet ist und das auf einfache Weise ein flexibles Ablenken der elektro-magnetischen Strahlung ermöglicht.In various embodiments, there is provided a method of deflecting electromagnetic radiation that is simple in design and that readily allows flexible deflection of the electromagnetic radiation.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Bestrahlen eines Körpers bereitgestellt, das einfach ausgestaltet ist und das auf einfache Weise ein flexibles Beobachten oder Bearbeiten des Körpers ermöglicht. Der Körper ist beispielsweise ein Werkstück, ein Substrat oder eine Probe.In various embodiments, a method of irradiating a body is provided that is simple in design and that allows for easy flexible viewing or manipulation of the body. The body is for example a workpiece, a substrate or a sample.
In verschiedenen Ausführungsformen weist eine Vorrichtung zum Ablenken von elektro-magnetischer Strahlung eine erste Strahlablenkeinheit und eine zweite Strahlablenkeinheit auf. Die erste Strahlablenkeinheit hat einen ersten Ablenker zum Ablenken der elektro-magnetischen Strahlung entlang einer ersten Richtung und einen Bildfelddreher zum Drehen der abgelenkten elektro-magnetischen Strahlung um einen vorgegebenen Drehwinkel, wodurch die elektro-magnetische Strahlung in eine effektive Ablenkrichtung abgelenkt ist, die gegenüber der ersten Richtung gedreht ist. Die zweite Strahlablenkeinheit lenkt die gedrehte elektro-magnetische Strahlung entlang einer zweiten Richtung und entlang einer dritten Richtung ab, wobei zumindest eine Richtungskomponente der zweiten Richtung auf der dritten Richtung senkrecht steht. In various embodiments, an apparatus for deflecting electromagnetic radiation comprises a first beam deflection unit and a second beam deflection unit. The first beam deflecting unit has a first deflector for deflecting the electro-magnetic radiation along a first direction and a field rotator for rotating the deflected electromagnetic radiation by a predetermined angle of rotation, thereby deflecting the electromagnetic radiation in an effective deflecting direction first direction is turned. The second beam deflection unit deflects the rotated electromagnetic radiation along a second direction and along a third direction, wherein at least one direction component of the second direction is perpendicular to the third direction.
Ferner kann die Vorrichtung zum Ablenken der elektro-magnetischen Strahlung ein, zwei oder mehr optische Elements zum Beeinflussen der elektro-magnetischen Strahlung in deren Strahlengang aufweisen. Das bzw. die optischen Elements weisen beispielsweise Filter, Spiegel und/oder Linsen auf, beispielsweise ein Objektiv, einen Polarisationsfilter, eine Fokussierlinse, eine Streulinse, eine Kollimationslinse, eine Linse zur Strahlaufweitung, die einen Durchmesser eines kollimierten Strahls vergrößert und/oder eine abbildende Zwischenoptik (Relay-Optik), beispielsweise eine Teleskopoptik, die beispielsweise zwei Linsen, deren Brennpunkt zusammenfällt, aufweist. Die elektro-magnetische Strahlung kann beispielsweise ein Bearbeitungsstrahl, ein Beleuchtungsstrahl, ein Belichtungsstrahl, ein Anregungsstrahl oder ein Beobachtungsstrahl sein. Dass die Ablenkung „entlang” der ersten, zweiten bzw. dritten Richtung erfolgt, kann beispielsweise bedeuten, dass die Ablenkung in der entsprechenden Richtung und genau entgegen der entsprechenden Richtung und/oder entlang einer Richtung oszillierend erfolgt.Furthermore, the device for deflecting the electro-magnetic radiation may have one, two or more optical elements for influencing the electromagnetic radiation in its beam path. The optical element (s) comprise, for example, filters, mirrors and / or lenses, for example an objective, a polarizing filter, a focusing lens, a diffusing lens, a collimating lens, a beam widening lens which increases a diameter of a collimated beam and / or an imaging beam Intermediate optics (relay optics), for example, a telescope optics, for example, two lenses whose focal point coincides has. The electro-magnetic radiation may be, for example, a processing beam, an illumination beam, an exposure beam, an excitation beam or an observation beam. The fact that the deflection takes place "along" the first, second or third direction may mean, for example, that the deflection takes place in the corresponding direction and exactly in the opposite direction and / or along one direction in an oscillating manner.
Der Bildfelddreher ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise, die entlang der ersten Richtung abgelenkte elektro-magnetische Strahlung zu drehen. In anderen Worten ermöglicht der Bildfelddreher eine Drehung des Bildfeldes der entlang der ersten Richtung abgelenkten elektro-magnetischen Strahlung. Direkt nach dem Bildfelddreher wird die elektro-magnetische Strahlung somit in die effektive Ablenkrichtung abgelenkt, die gegenüber der ersten Richtung gedreht ist. Der vorgegebene Drehwinkel wird beispielsweise von einem Vorschub ab. Falls der Vorschub diskret ist und/oder schritt- oder stufenweise erfolgt, so kann der Drehwinkel dazu korrespondierend sich diskret bzw. schritt- oder stufenweise ändernd vorgegeben werden. Falls der Vorschub kontinuierlich ist und/oder erfolgt, so kann der Drehwinkel dazu korrespondierend sich kontinuierlich verändernd vorgegeben werden.The image field rotator enables a simple and cost-effective way to rotate the deflected along the first direction of electromagnetic radiation. In other words, the image field rotator allows rotation of the image field of the deflected along the first direction of electro-magnetic radiation. Immediately after the field rotator, the electromagnetic radiation is thus deflected in the effective deflection direction, which is rotated with respect to the first direction. The predetermined angle of rotation, for example, from a feed. If the feed is discrete and / or stepwise or stepwise, so the rotation angle can be given correspondingly discrete or stepwise or stepwise changing. If the feed is continuous and / or takes place, the angle of rotation can be correspondingly set to be continuously changing.
Auf einem zu bestrahlenden Körper erzeugt die elektro-magnetische Strahlung einen Strahlungspunkt, der auch als Projektionspunkt, Auftreffpunkt oder Lichtpunkt bezeichnet werden kann und/oder der ein Fokus der elektro-magnetischen Strahlung sein kann. Der Strahlungspunkt kann beispielsweise punktförmig, kreisförmig, elliptisch, polygonförmig oder ringförmig sein. Zusätzlich zu dem Strahlungspunkt können mit Hilfe der elektro-magnetischen Strahlung und geeigneten optischen Mitteln mehrere, beispielsweise mehrere nebeneinander liegende, Strahlungspunkte auf dem Körper erzeugt werden. Ferner kann ein Strahlprofil der auf den Körper auftreffenden Strahlung vorgegeben werden, beispielsweise flat-top und/oder rechteckig, so dass jeder der Strahlungspunkte über seine gesamte Fläche eine homogene Intensität aufweist. Dadurch kann beispielsweise ein evtl. notwendiger Überlapp zwischen den einzelnen Strahlungspunkten vermindert werden. Die Verteilung der Intensität innerhalb eines Strahlungspunkt auf dem Körper kann beispielsweise gaußförmig, rechteckig oder zumindest nahezu rechteckig oder ringförmig sein, wobei die ringförmige Intensitätsverteilung beispielsweise in der STET-Mikroskopie Anwendung finden kann.On a body to be irradiated, the electromagnetic radiation generates a radiation point, which can also be referred to as a projection point, point of impingement or point of light, and / or which can be a focus of the electromagnetic radiation. The radiation point may, for example, be punctiform, circular, elliptical, polygonal or annular. In addition to the radiation point, with the aid of the electro-magnetic radiation and suitable optical means several, for example several adjacent, radiation points can be generated on the body. Furthermore, a beam profile of the radiation impinging on the body can be predetermined, for example flat-top and / or rectangular, so that each of the radiation points has a homogeneous intensity over its entire area. As a result, for example, a possibly necessary overlap between the individual radiation points can be reduced. The distribution of the intensity within a radiation spot on the body may, for example, be Gaussian, rectangular or at least nearly rectangular or annular, wherein the annular intensity distribution can be used, for example, in STET microscopy.
Der Strahlungspunkt wird aufgrund der Ablenkung der elektro-magnetischen Strahlung entlang der ersten Richtung auf dem Körper entlang einer Bestrahlungsrichtung bewegt. Die Drehung der effektiven Ablenkrichtung aufgrund der Drehung des Bildfeldes bewirkt eine Drehung der Bestrahlungsrichtung auf dem Körper. In anderen Worten treffen die Strahlungspunkte aufeinanderfolgender Strahlungspulse entlang der Bestrahlungsrichtung auf den Körper. Die Drehbarkeit der Bestrahlungsrichtung ermöglicht, die Bestrahlungsrichtung an eine Vorschubrichtung anzupassen. Die Vorschubrichtung wird dabei beispielsweise durch den Verlauf einer Bestrahlungslinie oder abhängig von einem Bestrahlungsmuster, gemäß dem eine Oberfläche des Körpers bestrahlt werden soll, vorgegeben. Beispielsweise kann mit dem auf den Körper treffenden elektro-magnetischen Strahlung eine Bestrahlung des Körpers entlang einer gekrümmte Bestrahlungslinie durch Drehen der Bestrahlungsrichtung in Abhängigkeit von dem Verlauf und/oder der Krümmung der Bestrahlungslinie bzw. in Abhängigkeit von einem aktuell zu bestrahlenden Abschnitt des Bestrahlungsmusters schnell und präzise erfolgen. Die Drehung der effektiven Ablenkrichtung und eine daran gekoppelte Drehung der Bestrahlungsrichtung kann dabei schneller und präziser erfolgen als eine dazu alternative Drehung des Werkstücks.The radiation spot is moved along an irradiation direction due to the deflection of the electro-magnetic radiation along the first direction on the body. The rotation of the effective deflection direction due to the rotation of the image field causes rotation of the irradiation direction on the body. In other words, the radiation points of successive radiation pulses strike the body along the direction of irradiation. The rotatability of the irradiation direction makes it possible to adapt the irradiation direction to a feed direction. The feed direction is predetermined, for example, by the course of an irradiation line or depending on an irradiation pattern according to which a surface of the body is to be irradiated. For example, with the electro-magnetic radiation striking the body, irradiation of the body along a curved irradiation line by rotating the irradiation direction as a function of the course and / or the curvature of the irradiation line or in dependence on a section of the irradiation pattern to be irradiated done precisely. The rotation of the effective deflection direction and a rotation of the irradiation direction coupled thereto can be faster and more precise than an alternative rotation of the workpiece for this purpose.
Die Ablenkung entlang der ersten Richtung kann beispielsweise oszillierend erfolgen. Der Strahlungspunkt oszilliert dann auf dem Körper entlang der Bestrahlungsrichtung.The deflection along the first direction can be done, for example, oscillating. The radiation spot then oscillates on the body along the direction of irradiation.
Der erste Ablenker kann auch als eindimensionaler Scanner bezeichnet werden. Die zweite Strahlablenkeinheit kann auch als zweidimensionaler Scanner bezeichnet werden. Der Bildfelddreher kann auch als Bild drehendes Element oder als Bildrotator bezeichnet werden. The first deflector may also be referred to as a one-dimensional scanner. The second beam deflection unit may also be referred to as a two-dimensional scanner. The image field rotator can also be referred to as an image-rotating element or as an image rotator.
Bei verschiedenen Ausführungsformen lenkt der erste Ablenker die elektro-magnetische Strahlung entlang der ersten Richtung in einem vorgegebenen ersten Winkelbereich ab. Die zweite Strahlablenkeinheit lenkt die elektro-magnetische Strahlung entlang der zweiten Richtung in einem vorgegebenen zweiten Winkelbereich und entlang der dritten Richtung in einem vorgegebenen dritten Winkelbereich ab. Der zweite und/oder der dritte Winkelbereich sind in der Regel größer als der erste Winkelbereich. Der kleinere erste Winkelbereich ermöglicht eine besonders schnelle Ablenkung der elektro-magnetischen Strahlung innerhalb des ersten Winkelbereich, und damit beispielsweise eine schnelle Oszillation des Strahlungspunkts auf dem Körper entlang der Bestrahlungsrichtung. Der größere zweite bzw. dritte Winkelbereich ermöglichen ein präzises Anfahren einer vorgegebenen Position auf dem Körper mit dem Strahlungspunkt.In various embodiments, the first deflector deflects the electromagnetic radiation along the first direction in a predetermined first angular range. The second beam deflection unit deflects the electromagnetic radiation along the second direction in a predetermined second angular range and along the third direction in a predetermined third angular range. The second and / or the third angle range are generally larger than the first angle range. The smaller first angular range allows a particularly rapid deflection of the electromagnetic radiation within the first angular range, and thus, for example, a rapid oscillation of the radiation spot on the body along the irradiation direction. The larger second or third angular range allow a precise approach of a predetermined position on the body with the radiation point.
Das Anfahren einer vorgegebenen Position auf dem Körper mit dem Strahlungspunkt und insbesondere die damit verbundene Bewegung des Strahlungspunkts auf dem Körper kann auch als Vorschub bezeichnet werden. Die Position des Strahlungspunkts auf dem Körper wird mit einer durch die schnelle Ablenkung vorgegebenen Unschärfe im Wesentlichen durch einen Winkel innerhalb des zweiten Winkelbereichs und durch einen Winkel innerhalb des dritten Winkelbereichs vorgegeben. Beispielsweise kann der Strahlungspunkt auf dem Körper entlang der Bearbeitungsrichtung um die vorgegebene Position oszillieren, wobei die vorgegebene Position durch den Vorschub verändert werden kann.The approach of a predetermined position on the body with the radiation point and in particular the associated movement of the radiation point on the body can also be referred to as feed. The position of the radiation spot on the body is predetermined with a blur predetermined by the fast deflection substantially by an angle within the second angle range and by an angle within the third angle range. For example, the radiation spot on the body along the machining direction can oscillate about the predetermined position, wherein the predetermined position can be changed by the feed.
Bei verschiedenen Ausführungsformen lenkt der erste Ablenker die elektro-magnetische Strahlung entlang der ersten Richtung mit einer vorgegebenen ersten Winkelgeschwindigkeit ab. Die zweite Strahlablenkeinheit lenkt die elektro-magnetische Strahlung entlang der zweiten Richtung mit einer vorgegebenen zweiten Winkelgeschwindigkeit und entlang der dritten Richtung mit einer vorgegebenen dritten Winkelgeschwindigkeit ab. Die vorgegebene zweite und die vorgegebene dritte Winkelgeschwindigkeit können kleiner sein als die erste Winkelgeschwindigkeit. Beispielsweise können die vorgegebene erste Winkelgeschwindigkeit die maximale erste Winkelgeschwindigkeit, die vorgegebene zweite Winkelgeschwindigkeit die maximale zweite Winkelgeschwindigkeit und/oder die vorgegebene dritte Winkelgeschwindigkeit die maximale dritte Winkelgeschwindigkeit sein.In various embodiments, the first deflector deflects the electromagnetic radiation along the first direction at a predetermined first angular velocity. The second beam deflection unit deflects the electromagnetic radiation along the second direction at a predetermined second angular velocity and along the third direction at a predetermined third angular velocity. The predetermined second and the predetermined third angular velocity may be smaller than the first angular velocity. For example, the predetermined first angular velocity may be the maximum first angular velocity, the predetermined second angular velocity the maximum second angular velocity, and / or the predetermined third angular velocity the maximum third angular velocity.
Die erste Winkelgeschwindigkeit kann stark variieren, beispielsweise kann die erste Winkelgeschwindigkeit bei einer Oszillationsbewegung an den Umkehrpunkten gleich null sein und dazwischen maximal werden.The first angular velocity may vary widely, for example, the first angular velocity may be zero at an inversion motion at the reversal points and become maximum therebetween.
Die schnelle, beispielsweise maximal schnelle, Ablenkung entlang der ersten Richtung ermöglicht, gepulste elektro-magnetische Strahlung mit einer hohen Repetitionsrate zu verwenden, beispielsweise ohne dass sich beim Bestrahlen des Körpers einzelne aufeinander folgende Strahlungspunkte der elektro-magnetischen Strahlung auf dem Körper überlappen oder zu stark überlappen. Beispielsweise kann ein Überlapp aufeinander folgender Strahlungspunkte von 0 bis 90% vorgegeben werden. Dies kann dazu beitragen, eine Strahlungsquelle mit einer hohen Strahlungsleistung verwenden zu können, ohne die Qualität der Bestrahlungsergebnisse, beispielsweise der Bearbeitungs-, Belichtungs-, Beleuchtungs- bzw. Beobachtungsergebnisse, zu vermindern. Die Winkelgeschwindigkeiten können variabel sein.The fast, for example, maximum fast, deflection along the first direction makes it possible to use pulsed electromagnetic radiation with a high repetition rate, for example, without individual successive radiation points of the electromagnetic radiation on the body overlapping or too strong when the body is irradiated overlap. For example, an overlap of successive radiation points from 0 to 90% can be specified. This can help to be able to use a radiation source with a high radiation power, without reducing the quality of the irradiation results, for example the processing, exposure, lighting or observation results. The angular velocities can be variable.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist der Bildfelddreher ein Wendeprisma (Dove-Prisma) auf. Das Wendeprisma ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise den Bildfelddreher herzustellen. Insbesondere ist keine Justage einzelner Komponenten des Bildfelddrehers nötig.In various embodiments, the image field rotator includes a dove prism. The turning prism allows to easily and inexpensively produce the image field rotator. In particular, no adjustment of individual components of the image field rotator is necessary.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist der Bildfelddreher zumindest drei Spiegel auf. Dies kann dazu beitragen, den Bildfelddreher einfach und bei geringen Materialkosten herzustellen und/oder den Einsatz in Verbindung mit einer intensiven und/oder gepulsten Strahlungsquelle zu unterstützen. Beispielsweise kann auch bei einer breitbandigen, intensiven und/oder gepulsten Strahlungsquelle ein Materialdurchgang, ein Auftreten thermischer Effekte und/oder Dispersion vermieden werden. Die Spiegel können auch Elemente einer Polygonspiegelanordnung zur schnellen Bilddrehung sein, beispielsweise einer Polygonspiegelanordnung wie sie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist. Die Spiegel können auch durch spiegelnde Oberflächen gebildet sein, beispielsweise durch Flächen eines Prismas.In various embodiments, the image field rotator comprises at least three mirrors. This can help to produce the image field rotator easily and with low material costs and / or to support the use in conjunction with an intense and / or pulsed radiation source. For example, a material passage, an occurrence of thermal effects and / or dispersion can be avoided even with a broadband, intense and / or pulsed radiation source. The mirrors may also be elements of a polygon mirror arrangement for rapid image rotation, for example a polygon mirror arrangement as known from the aforementioned prior art. The mirrors may also be formed by reflecting surfaces, for example by surfaces of a prism.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Winkelbereich variabel einstellbar. Der erste Winkelbereich gibt die maximale Ablenkung der elektro-magnetischen Strahlung entlang der ersten Richtung und damit die maximale Ablenkung des Strahlungspunkts auf dem Körper entlang der Bestrahlungsrichtung vor. Dies ermöglicht, eine Amplitude der Bewegung der elektro-magnetischen Strahlung innerhalb des ersten Winkelbereichs abhängig von einem Bestrahlungsmuster oder einer Bestrahlungslinie auf dem Körper einzustellen. Beispielsweise kann an Ecken, Kanten, Kurven, Krümmungen und/oder Rändern des Bestrahlungsmusters bzw. der Bestrahlungslinie die Amplitude kleiner gewählt werden als an einem geradlinigen oder nahezu geradlinigen Abschnitt des Bestrahlungsmusters bzw. der Bestrahlungslinie. Dies kann zu einer Optimierung der Bestrahlungsqualität beitragen.In various embodiments, the first angular range is variably adjustable. The first angle range specifies the maximum deflection of the electromagnetic radiation along the first direction and thus the maximum deflection of the radiation spot on the body along the direction of irradiation. This makes it possible to adjust an amplitude of the movement of the electro-magnetic radiation within the first angle range depending on an irradiation pattern or an irradiation line on the body. For example, at corners, edges, curves, curvatures and / or edges of the irradiation pattern or the irradiation line, the amplitude can be selected to be smaller than at a rectilinear or nearly rectilinear section of the irradiation pattern or the irradiation line. This can contribute to an optimization of the irradiation quality.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist der erste Ablenker einen akusto-optischen Ablenker, einen elektro-optischen Ablenker und/oder einen schnellen mechanischen Ablenker auf, beispielsweise einen mechanischen Ablenker, der auf Schnelligkeit optimiert ist und/oder beispielsweise ein besonders kleines Scanfeld aufweist. Dies kann dazu beitragen, dass die Ablenkung der elektro-magnetischen Strahlung entlang der ersten Richtung besonders schnell und präzise erfolgt. Der mechanische Ablenker kann beispielsweise einen, zwei oder mehr Spiegel aufweisen, die beispielsweise elektro-magnetisch, elektrostatisch oder piezo-mechanisch verstellbar sind. Beispielsweise weist der erste Ablenker einen, beispielsweise resonant betriebenen, Galvanometerscanner, einen mikromechanischen Scanner, einen Polygonscanner oder einen Piezoscanner auf.In various embodiments, the first deflector includes an acousto-optic deflector, an electro-optic deflector, and / or a fast mechanical deflector, such as a mechanical deflector that is optimized for speed and / or has a particularly small scan field, for example. This can help to ensure that the deflection of the electro-magnetic radiation along the first direction is particularly fast and precise. The mechanical deflector may, for example, have one, two or more mirrors which are, for example, electro-magnetic, electrostatic or piezo-mechanically adjustable. For example, the first deflector has a, for example resonantly operated, galvanometer scanner, a micromechanical scanner, a polygon scanner or a piezo scanner.
Die zweite Strahlablenkeinheit weist beispielsweise einen, zwei oder mehr mechanische Ablenker auf, beispielsweise einen, zwei oder mehr Polygonscanner und/oder Galvanometerscanner.The second beam deflection unit has, for example, one, two or more mechanical deflectors, for example one, two or more polygon scanners and / or galvanometer scanners.
In verschiedenen Ausführungsformen weist eine Vorrichtung zum Bestrahlen des Körpers eine Strahlungsquelle zum Erzeugen der elektro-magnetischen Strahlung und eine Vorrichtung zum Ablenken der elektro-magnetischen Strahlung hin zu dem Körper auf, beispielsweise die vorstehend erläuterte Vorrichtung zum Ablenken der elektro-magnetischen Strahlung. Die Strahlungsquelle kann beispielsweise eine Laserstrahlungsquelle sein, beispielsweise ein Ultra-Kurz-Puls-Laser (UKP-Laser). Die Vorrichtung zum Bestrahlen des Körpers kann abhängig von ihrer Verwendung beispielsweise als Bearbeitungsvorrichtung, Beobachtungsvorrichtung, Belichtungsvorrichtung oder Beleuchtungsvorrichtung bezeichnet werden.In various embodiments, a device for irradiating the body comprises a radiation source for generating the electromagnetic radiation and a device for deflecting the electromagnetic radiation toward the body, for example the device for deflecting the electromagnetic radiation described above. The radiation source can be, for example, a laser radiation source, for example an ultra-short pulse laser (UKP laser). The device for irradiating the body may, for example, be referred to as a processing device, observation device, exposure device or illumination device, depending on its use.
In verschiedenen Ausführungsformen weist ein Verfahren zum Ablenken der elektro-magnetischen Strahlung Schritte auf, gemäß denen die elektro-magnetische Strahlung entlang einer ersten Richtung abgelenkt wird, die abgelenkte elektro-magnetische Strahlung um einen vorgegebenen Drehwinkel gedreht wird, wodurch die elektro-magnetische Strahlung in eine effektive Ablenkrichtung abgelenkt ist, die gegenüber der ersten Richtung gedreht ist, und die gedrehte elektro-magnetische Strahlung entlang einer zweiten Richtung und/oder entlang einer dritten Richtung abgelenkt wird. Das Verfahren weist somit eine Änderung des Ablenkwinkels des ersten Ablenkers, der Stellung des Bildfelddrehers und/oder der Ablenkwinkel der zweiten Strahlablenkeinheit auf.In various embodiments, a method of deflecting the electro-magnetic radiation comprises steps of deflecting the electromagnetic radiation along a first direction, rotating the deflected electromagnetic radiation through a predetermined angle of rotation, thereby reducing the electromagnetic radiation in deflecting an effective deflection direction which is rotated with respect to the first direction, and the rotated electromagnetic radiation is deflected along a second direction and / or along a third direction. The method thus has a change of the deflection angle of the first deflector, the position of the image field rotator and / or the deflection angle of the second beam deflection unit.
Die Reihenfolge der Abarbeitung der einzelnen Schritte des Verfahrens kann unabhängig von der Reihenfolge der Elemente, beispielsweise der Ablenkeinheiten und/oder des Bildfelddrehers, im Strahlengang der elektro-magnetischen Strahlung sein. Beispielsweise kann die Reihenfolge der Abarbeitung der einzelnen Schritte des Verfahrens abhängig von einem aktuell zu bestrahlenden Abschnitt des Bestrahlungsmusters auf dem Körper sein. Ferner kann beispielsweise die Ablenkung entlang der ersten Richtung schneller als die Ablenkung entlang der zweiten und dritten Richtung erfolgen und/oder ständig modifiziert werden, beispielsweise oszillierend.The sequence of processing the individual steps of the method may be independent of the order of the elements, for example the deflection units and / or the field rotator, in the beam path of the electromagnetic radiation. By way of example, the sequence of processing of the individual steps of the method may be dependent on a section of the irradiation pattern currently to be irradiated on the body. Furthermore, for example, the deflection along the first direction can be faster than the deflection along the second and third directions and / or be constantly modified, for example oscillating.
Die Drehung des Bildfelddrehers und die damit verbundene Drehung der effektiven Ablenkrichtung der ersten Strahlablenkeinheit kann um den vorgegebenen Drehwinkel erfolgen, wobei die effektive Ablenkrichtung dann beibehalten werden kann, bis die nächste Drehung erfolgt, beispielsweise abhängig von dem aktuell zu bearbeitenden Abschnitt des Bestrahlungsmusters auf dem Körper und damit einem Vorschub auf dem Körper.The rotation of the field rotator and the associated rotation of the effective deflection of the first beam deflecting unit can be performed by the predetermined rotation angle, the effective deflection can then be maintained until the next rotation, for example, depending on the currently processed portion of the irradiation pattern on the body and thus a feed on the body.
Die Ablenkung entlang der zweiten bzw. dritten Richtung kann langsamer erfolgen als entlang der ersten Richtung. Beispielweise kann die Ablenkung entlang der zweiten bzw. dritten Richtung so erfolgen, dass auf dem Körper der Vorschub des oszillierenden Strahlungspunkts entlang des Bestrahlungsmusters erfolgt. Die Ablenkung entlang der zweiten Richtung kann auf dem Körper repräsentativ für eine erste Vorschubrichtung sein und die Ablenkung entlang der dritten Richtung kann auf dem Körper repräsentativ für eine zweite Vorschubrichtung sein, wobei zumindest eine Richtungskomponente der zweiten Vorschubrichtung senkrecht auf der ersten Vorschubrichtung steht. Beispielsweise spannen die beiden Vorschubrichtungen eine X-Y-Ebene auf, die beispielsweise einer Bestrahlungsebene entspricht. Innerhalb der X-Y-Ebene kann jede Vorschubrichtung durch Überlagern der ersten Vorschubrichtung und der zweiten Vorschubrichtung realisiert werden. Beispielsweise kann die Ablenkung entlang der zweiten Richtung einen Vorschub in X-Richtung bewirken und die Ablenkung in Y-Richtung kann einen Vorschub in Y-Richtung bewirken. Die Bestrahlungsebene kann auch als Bearbeitungsebene, Belichtungsebene, Beleuchtungsebene oder Beobachtungsebene bezeichnet werden. Die mittels des ersten Ablenkers und des Bildfelddrehers vorgegebene Bestrahlungsrichtung kann schrittweise oder kontinuierlich an die durch die zweite Strahlablenkeinheit vorgegebene resultierende Vorschubrichtung angepasst werden.The deflection along the second or third direction can be slower than along the first direction. By way of example, the deflection along the second or third direction may take place such that the advancement of the oscillating radiation point along the irradiation pattern takes place on the body. The deflection along the second direction may be representative of a first advance direction on the body and the deflection along the third direction may be representative of a second advance direction on the body with at least one directional component of the second advance direction perpendicular to the first advance direction. For example, the two feed directions to an X-Y plane, which corresponds for example to an irradiation level. Within the X-Y plane, each feed direction can be realized by superposing the first feed direction and the second feed direction. For example, the deflection along the second direction can cause a feed in the X direction and the deflection in the Y direction can cause a feed in the Y direction. The irradiation plane can also be referred to as a working plane, exposure plane, illumination plane or observation plane. The irradiation direction predetermined by means of the first deflector and the image field rotator can be adjusted stepwise or continuously to the resultant feed direction predetermined by the second beam deflecting unit.
In verschiedenen Ausführungsformen weist ein Verfahren zum Bestrahlen des Körpers Schritte auf, gemäß denen vor der ersten Ablenkung die elektro-magnetische Strahlung erzeugt wird, die elektro-magnetische Strahlung wie vorstehend erläutert erst abgelenkt und dann gedreht wird und gemäß denen die elektro-magnetische Strahlung mittels der Ablenkung entlang der zweiten und dritten Richtung hin zu dem Körper abgelenkt wird. Durch das Bestrahlen kann der Körper bearbeitet, beleuchtet, belichtet, beeinflusst und/oder untersucht werden. Beispielsweise kann als elektro-magnetische Strahlung ein Bearbeitungs-Laserstrahl erzeugt werden, mit dessen Hilfe das Werkstück bearbeitet wird. Alternativ dazu kann als elektro-magnetische Strahlung ein Belichtungsstrahl erzeugt werden, mit dessen Hilfe z. B. Fotolack belichtet wird. Alternativ dazu kann als elektro-magnetische Strahlung ein Beobachtungs- oder Anregungsstrahl erzeugt werden, mit dessen Hilfe eine Probe beobachtet oder angeregt wird. In various embodiments, a method for irradiating the body comprises steps according to which the electro-magnetic radiation is generated prior to the first deflection, the electro-magnetic radiation first deflected and then rotated as explained above and according to which the electromagnetic radiation deflecting the deflection along the second and third directions toward the body. By irradiation, the body can be processed, illuminated, exposed, influenced and / or examined. For example, as the electromagnetic radiation, a machining laser beam can be generated, with the help of which the workpiece is processed. Alternatively, as an electromagnetic radiation, an exposure beam can be generated with the help of z. B. photoresist is exposed. Alternatively, an observation or excitation beam can be generated as electromagnetic radiation, with the aid of which a sample is observed or excited.
Bei verschiedenen Ausführungsformen soll der Körper gemäß einem vorgegebenen Bestrahlungsmuster bestrahlt werden. In anderen Worten soll die Ablenkung und/oder Drehung der elektro-magnetischen Strahlung in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Bestrahlungsmuster, beispielseiweise in Abhängigkeit von dem aktuell zu bearbeitenden Abschnitt des Bestrahlungsmusters erfolgen. Dies kann dazu beitragen, die Bearbeitung schnell und präzise durchzuführen.In various embodiments, the body is to be irradiated according to a predetermined irradiation pattern. In other words, the deflection and / or rotation of the electro-magnetic radiation in dependence on the predetermined irradiation pattern, for example, in dependence on the currently processed portion of the irradiation pattern. This can help to perform the machining quickly and accurately.
Das vorgegebene Bestrahlungsmuster kann beispielsweise ein Bestrahlungsmuster auf dem Körper sein. Das Bestrahlungsmuster kann beispielsweise in die Oberfläche des Werkstücks eingearbeitet werden oder das Werkstück kann gemäß dem Bestrahlungsmuster geschnitten werden. Alternativ dazu kann das Bestrahlungsmuster repräsentativ für eine zu beobachtende oder eine anzuregende Struktur einer Probe sein. Das Bestrahlungsmuster kann eine Bearbeitungslinie aufweisen oder eine Bearbeitungslinie sein. Das Bestrahlungsmuster kann beispielsweise ein Bild, eine Schnittkontur, einen Polygonzug, eine geometrische Form oder einen Schriftzug repräsentieren. Alternativ dazu kann mit Hilfe der elektro-magnetischen Strahlung eine Fläche auf dem Körper abgerastert werden, beispielsweise zeilen- oder mäanderförmig, beispielsweise zu Beobachtungs-, Belichtungs-, Beleuchtungs- oder Bearbeitungszwecken.The predetermined irradiation pattern may be, for example, an irradiation pattern on the body. For example, the irradiation pattern may be incorporated into the surface of the workpiece, or the workpiece may be cut according to the irradiation pattern. Alternatively, the irradiation pattern may be representative of a sample to be observed or excited. The irradiation pattern may include a processing line or a processing line. The irradiation pattern can represent, for example, an image, a sectional contour, a polygon, a geometric shape or a lettering. Alternatively, with the aid of the electro-magnetic radiation, a surface can be scanned on the body, for example in a line or meander shape, for example for observation, exposure, illumination or processing purposes.
Die Bestrahlung kann alternativ oder zusätzlich beispielsweise eine lokale Beeinflussung des Materials oder der Materialeigenschaften, beispielsweise eine Verfärbung des Materials, des Körpers sein.The irradiation may alternatively or additionally be, for example, a local influencing of the material or of the material properties, for example a discoloration of the material, of the body.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird eine Bestrahlungsreihenfolge in Abhängigkeit einer Form und/oder Erstreckung von Abschnitten des Bestrahlungsmusters ermittelt und das Bestrahlungsmuster wird gemäß der Bestrahlungsreihenfolge bearbeitet.In various embodiments, an order of irradiation is determined in dependence on a shape and / or extension of portions of the irradiation pattern, and the irradiation pattern is processed according to the order of irradiation.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird eine maximale Ablenkung in der ersten Richtung in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsmuster gewählt, beispielsweise in Abhängigkeit von einem aktuell zu bearbeitenden Abschnitt des Bestrahlungsmusters.In various embodiments, a maximum deflection in the first direction is chosen as a function of the irradiation pattern, for example as a function of a section of the irradiation pattern currently to be processed.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die elektro-magnetische Strahlung in Form von aufeinander folgenden Pulsen, also als gepulste elektro-magnetische Strahlung erzeugt. Bei den Pulsen kann es sich beispielsweise um ultra-kurze Pulse, beispielsweise um ultra-kurze Laserpulse handeln. Beispielsweise können die Pulsdauern kleiner 100 ps oder kleiner 10 ps sein. Dies kann dazu beitragen unterschiedliche Bestrahlungsprozesse, beispielsweise Beobachtungs-, Bearbeitungs-, Belichtungs-, Beleuchtungs- und/oder Anregungsprozesse, ohne und/oder mit wenig thermischer Belastung des Materials des Körpers durchzuführen. Beispielsweise kann Material des Körpers mittels sogenannter „kalter” Ablation abgetragen werden. Allgemein kann eine Akkumulation von störenden Einflüssen vermieden werden.In various embodiments, the electromagnetic radiation is generated in the form of successive pulses, that is to say as pulsed electromagnetic radiation. The pulses may, for example, be ultra-short pulses, for example ultra-short laser pulses. For example, the pulse durations may be less than 100 ps or less than 10 ps. This can contribute to carrying out different irradiation processes, for example observation, processing, exposure, illumination and / or excitation processes, without and / or with little thermal stress on the material of the body. For example, material of the body can be removed by means of so-called "cold" ablation. In general, an accumulation of disturbing influences can be avoided.
Eine Erzeugung der Pulse der elektro-magnetischen Strahlung und die Ablenkung der elektro-magnetischen Strahlung können aufeinander abgestimmt werden. In anderen Worten kann die Ablenkung der elektro-magnetischen Strahlung mit der Erzeugung der Pulse synchronisiert werden. Falls beispielsweise eine Strahlungsquelle verwendet wird, bei der die Erzeugung der Pulse gesteuert werden kann, so kann die Taktung der Pulse auf die Ablenkung, beispielsweise die oszillierende Ablenkung entlang der ersten Richtung, und/oder die Drehung abgestimmt werden. Falls beispielsweise eine Strahlungsquelle verwendet wird, bei der die Erzeugung der Pulse fest vorgegeben ist, so kann die Ablenkung, beispielsweise die oszillierende, bzw. die Drehung auf die Taktung der Pulse abgestimmt werden. Die Abstimmung der Pulse auf die Ablenkung bzw. Drehung der elektro-magnetischen Strahlung kann dazu beitragen, dass einzelne Strahlungspunkte genau auf für sie vorgegebene Positionen auf dem Körper gesetzt werden können. Dabei kann das genaue Setzen der Strahlungspunkte relativ zu dem gesamten Körper und/oder relativ zu einer oder mehreren zuvor bestrahlten Positionen auf dem Körper erfolgen.A generation of the pulses of the electro-magnetic radiation and the deflection of the electromagnetic radiation can be coordinated. In other words, the deflection of the electromagnetic radiation can be synchronized with the generation of the pulses. For example, if a radiation source is used in which the generation of the pulses can be controlled, the timing of the pulses on the deflection, for example the oscillating deflection along the first direction, and / or the rotation can be tuned. If, for example, a radiation source is used in which the generation of the pulses is fixed, then the deflection, for example the oscillating or the rotation, can be tuned to the timing of the pulses. The tuning of the pulses to the deflection or rotation of the electro-magnetic radiation can contribute to the fact that individual radiation points can be set exactly to their predetermined positions on the body. In this case, the precise setting of the radiation points relative to the entire body and / or relative to one or more previously irradiated positions on the body can take place.
Die Abstimmung der Ablenkung bzw. Drehung der elektro-magnetischen Strahlung auf die Erzeugung der Pulse kann auf einen optischen Takt der Pulse oder auf einen elektrischen Takt der Strahlungsquelle abgestimmt werden. Der optische Takt der Pulse ist repräsentativ für die Zeitpunkte, an denen die elektro-magnetische Strahlung tatsächlich die Strahlungsquelle verlässt. Der elektrische Takt der Strahlungsquelle ist repräsentativ für die Zeitpunkte, an denen die Strahlungsquelle ein elektrisches Signal zum Erzeugen der Pulse erhält oder erzeugt. Beim genauen Setzen der Strahlungspunkte relativ zu dem gesamten Körper kann eine Kenntnis des optischen Takts ausreichend sein. Beim genauen Setzen der Strahlungspunkte relativ zu einer oder mehreren zuvor bestrahlten Positionen auf dem Körper kann eine Kenntnis des elektrischen Takts ausreichend sein.The vote of the deflection or rotation of the electro-magnetic radiation to the generation of the pulses can be adjusted to an optical clock of the pulses or to an electrical clock of the radiation source. The optical clock of the pulses is representative of the times when the electromagnetic radiation actually the radiation source leaves. The electrical clock of the radiation source is representative of the times at which the radiation source receives or generates an electrical signal for generating the pulses. When setting the radiation spots accurately relative to the entire body, knowledge of the optical clock may be sufficient. By accurately setting the radiation spots relative to one or more previously irradiated positions on the body, a knowledge of the electrical clock may be sufficient.
Das punktgenaue Setzen der einzelnen Strahlungspunkte auf dem Körper kann dazu beitragen, eine Qualität des Bestrahlungsergebnisses zu verbessern. Ferner kann insbesondere bei Mehrfachbelichtung eine Belichtungsdosis gleichmäßig verteilt werden.The precise placement of the individual radiation points on the body can help to improve the quality of the irradiation result. Furthermore, an exposure dose can be evenly distributed, especially with multiple exposures.
Das Bestrahlungsmuster kann zumindest teilweise aus geraden oder gekrümmten Linienabschnitten zusammengesetzt sein, wobei die Linienabschnitte nicht notwendigerweise zusammenhängen müssen. Beispielsweise kann mit Hilfe des Bestrahlungsmusters eine Vektorbeschriftung gemäß dem Bestrahlungsmuster durchgeführt werden. Die Linienabschnitte können durch einen Satz von lokal unterschiedlichen Linien-Parametern charakterisiert sein. Die Linien-Parameter können beispielsweise Graustufen, Linienstärken und/oder Linienbreiten der Linienabschnitte aufweisen.The irradiation pattern can be at least partially composed of straight or curved line sections, wherein the line sections do not necessarily have to be connected. For example, a vector inscription according to the irradiation pattern can be carried out with the aid of the irradiation pattern. The line segments may be characterized by a set of locally different line parameters. The line parameters may include, for example, gray levels, line weights, and / or line widths of the line segments.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bestrahlungsstärke, mit der ein Abschnitt des Bestrahlungsmusters aktuell bestrahlt werden soll, und/oder eine Linienbreite des Abschnitts durch eine Verteilung der Strahlungsdosis eingestellt werden, wobei die Strahlungsdosis mittels der Ablenkung entlang der ersten Richtung und/oder durch Variation der Strahlungsintensität der elektro-magnetischen Strahlung eingestellt werden kann.In various embodiments, an irradiance at which a portion of the radiation pattern is to be currently irradiated and / or a linewidth of the portion may be adjusted by a radiation dose distribution, wherein the radiation dose is by means of the deflection along the first direction and / or by varying the radiation intensity the electro-magnetic radiation can be adjusted.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
In den Zeichnungen sind Elemente gleicher oder ähnlicher Konstruktion oder Funktion figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.In the drawings, elements of the same or similar construction or function are denoted by the same reference numerals throughout the figures.
Der Körper
Die Vorrichtung
Die elektro-magnetische Strahlung
Die elektro-magnetische Strahlung
Die zweite Strahlablenkeinheit
Ein aktueller Winkel innerhalb des zweiten Winkelbereichs wird von der auf den Körper
Ein aktueller Winkel innerhalb des dritten Winkelbereichs wird von der auf den Körper
Die Steuervorrichtung
Der Bildfelddreher
Da der Bildfelddreher
Alternativ dazu könnte die elektro-magnetische Strahlung
Alternativ oder in Kombination mit einer der beiden zuvor genannten Methoden kann ein von der Stellung des Bildfelddrehers abhängiger Leistungsverlust (z. B. aufgrund von Polarisationseffekten) auch durch eine geeignete Einstellung oder Regelung der Leistung der elektro-magnetischen Strahlung kompensiert werden.Alternatively or in combination with one of the two aforementioned methods, a power loss dependent on the position of the field-rotation device (eg due to polarization effects) can also be compensated by a suitable adjustment or regulation of the power of the electromagnetic radiation.
Mit Hilfe der ersten Strahlablenkeinheit
In
Die durchgezogenen Pfeile kennzeichnen eine Bestrahlungsrichtung auf dem Körper
Die gestrichelten Pfeile kennzeichnen in
Die in Teilfigur I gezeigte erste Ablenkung erfolgt entlang der ersten Richtung beispielsweise derart schnell, dass sich im Falle einer gepulsten Strahlungsquelle die einzelnen Strahlungspunkte auf der Oberfläche des Werkstücks
Im Falle einer kontinuierlichen Strahlungsquelle symbolisieren die dargestellten Strahlungspunkte in einem schnellen zeitlichen Raster aufeinanderfolgende Momentaufnahmen der Strahlungspunkte. Die dargestellte räumliche Trennung der Strahlungspunkte symbolisiert in diesem Bezug die schnelle räumlich Verteilung der Strahlungsdosis durch die schnelle Ablenkung entlang der ersten Richtung.In the case of a continuous radiation source, the illustrated radiation points symbolize in a fast temporal grid consecutive snapshots of the radiation points. The illustrated spatial separation of the radiation points in this respect symbolizes the rapid spatial distribution of the radiation dose due to the rapid deflection along the first direction.
Die in Teilfigur II gezeigte Drehung bewirkt eine Drehung effektiven Ablenkrichtung der ersten Strahlablenkeinheit
Mit Hilfe der zweiten Ablenkung und dritten Ablenkung kann der Körper
Beispielsweise erfolgt gemäß der in Teilfigur III gezeigten Ablenkung der Vorschub senkrecht zu der Bestrahlungsrichtung. In anderen Worten steht die Bestrahlungsrichtung zu jeder Zeit senkrecht auf der Vorschubrichtung. Beispielsweise erfolgt eine Verbreiterung der Linien des Bestrahlungsmusters durch schnelle Verteilung des Laserlichts quer zur langsamen Vorschubrichtung.For example, according to the deflection shown in part III, the feed is perpendicular to the irradiation direction. In other words, the irradiation direction is perpendicular to the feed direction at all times. For example, a broadening of the lines of the irradiation pattern by rapid distribution of the laser light transverse to the slow feed direction.
Alternativ dazu erfolgt gemäß der in Teilfigur IV gezeigten Ablenkung der Vorschub parallel zu der Bestrahlungsrichtung. In anderen Worten ist die Bestrahlungsrichtung zu jeder Zeit parallel zu der Vorschubrichtung. Beispielsweise erfolgt eine Mehrfachbelichtung des abgefahrenen Linienzugs auf dem Körper
Das Wendeprisma
Die Spiegelanordnung ist mit zumindest einem nicht dargestellten Stellmittel beispielsweise mechanisch gekoppelt. Das Stellmittel bewirkt in Reaktion auf ein Ansteuersignal der Steuervorrichtung
In
In
Die unterschiedlich großen Ablenkungen können beispielsweise durch Einstellen unterschiedlich großer erster Winkelbereiche erzielt werden. Beispielsweise kann die relativ große Ablenkung durch einen relativ großen ersten Winkelbereich erzielt werden und die relativ kleine Ablenkung kann durch einen relativ kleinen ersten Winkelbereich erzielt werden.The different sized deflections can be achieved, for example, by setting different sized first angular ranges. For example, the relatively large deflection can be achieved by a relatively large first angular range and the relatively small deflection can be achieved by a relatively small first angular range.
Eine Bestrahlungsintensität und/oder eine Bestrahlungsreihenfolge, mit der das Bestrahlungsmuster
In einem Schritt S2 wird die elektro-magnetische Strahlung
In einem Schritt S4 wird die elektro-magnetische Strahlung
Beispielsweise kann bei einer Strahlungspunktgröße von ca. 50 μm, einem Überlappungsgrad der Strahlungspunkte von ca. 50% und einer Repetitionsrate von 3 MHz eine Scangeschwindigkeit von ca. 75 m/s eingestellt werden. Außerdem kann eine Anzahl optisch getrennt auflösbarer Positionen auf dem Körper
In einem Schritt S6 wird die abgelenkte elektro-magnetische Strahlung
Falls beispielsweise die Oberfläche des Körpers
In einem Schritt S8 wird die abgelenkte und gedrehte elektro-magnetische Strahlung
Mit Hilfe der zweiten bzw. dritten Ablenkung kann der Strahlungspunkt der auf den Körper
In einem Schritt S10 wird der Körper
Ferner kann beim Abarbeiten des Verfahrens zusätzlich eine Fokussierung der auf den Körper
Ferner kann beim Abarbeiten des Verfahrens eine Abweichung der Ausrichtung der Achsen, um die die elektro-magnetische Strahlung
Das Bestrahlungsmuster
Beispielsweise kann beim Bestrahlen krummer Abschnitte des Bestrahlungsmusters
Beispielsweise kann beim Bestrahlen eckiger oder kurvenförmiger Abschnitte des Bestrahlungsmusters
In gleicher oder ähnlicher Weise kann die Anpassung der Amplitude der schnellen Ablenkung bzw. der Intensität der auf den Körper
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann die Bestrahlungsrichtung parallel oder senkrecht zu einem zu bearbeitenden Abschnitt des Bestrahlungsmusters
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007012815 A1 [0012] DE 102007012815 A1 [0012]
- US 2009/0045176 A1 [0013] US 2009/0045176 A1 [0013]
- US 6584218 B2 [0014] US 6584218 B2 [0014]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Experimental nonmechanical image rotation to 20 angles using an acousto-optic dove prism” von Yong-Seok, Eung GI Paek und Xiao Tang, Opt. Eng. 39(11) 2909–2914 (Nov 2000) [0015] Yong-Seok, Eung GI Paek and Xiao Tang, Opt. Eng. "Experimental nonmechanical image rotation to 20 angles using an acousto-optic dove prism". 39 (11) 2909-2914 (Nov 2000) [0015]
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