DE102015002537B4 - Optical system and optical process for homogenizing the intensity of laser radiation and equipment for processing thin-film layers - Google Patents

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Abstract

Optisches System (10) zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung umfassend: – eine Strahlformungseinrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl (14) derart zu formen, dass ein Strahlprofil (16, 36) des Laserstrahls (14) eine. lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist, – eine im Strahlengang des Laserstrahls (14) der Strahlformungseinrichtung (12) nachgeordnete Abbildungseinrichtung (18), die dazu eingerichtet ist, den so geformten Laserstrahl (14) als eine Beleuchtungslinie (22) abzubilden, und – eine Blendeneinrichtung (30) mit mindestens einem Blendenelement (32, 32a, 32b), das im Strahlengang des Laserstrahls (14) in mindestens eine Seite (34, 34a, 34b) des Strahlprofils (16, 36), die sich entlang der langen Achse (y) des Strahlprofils (16, 36) erstreckt, derart hineinragt, dass durch teilweises Ausblenden des Strahlprofils (16, 36) das Strahlprofil (16, 36) eine lokal begrenzte Einbuchtung (38, 38a, 38b) an der mindestens einen Seite (34, 34a, 34b) des Strahlprofils (16, 36) aufweist, gekennzeichnet durch: – eine Sensoreinrichtung (40), die dazu eingerichtet ist, eine räumliche Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) zu ermitteln, und – eine Rechnereinheit, die dazu eingerichtet ist, die räumliche Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) hinsichtlich eines Intensitätsmaximums (26) zu analysieren, wobei die Blendeneinrichtung (30) dazu eingerichtet ist, auf Basis des analysierten Intensitätsmaximums (26) in der räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) räumlich derart anzuordnen und/oder die geometrische Form des mindestens einen Blendenelements (32, 32a, 32b) derart anzupassen, dass durch die lokal begrenzte Einbuchtung (38, 38a, 38b) des Strahlprofils (16, 36) das Intensitätsmaximum (26) in der räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) zumindest teilweise kompensiert wird.An optical system (10) for homogenizing the intensity of laser radiation, comprising: - a beam shaping device (12), which is adapted to form a laser beam (14) such that a beam profile (16, 36) of the laser beam (14). has a long axis (y) and a short axis (x), - an imaging device (18) arranged downstream of the beam shaping device (12) in the beam path of the laser beam (14) and adapted to illuminate the thus formed laser beam (14) as a line of illumination ( 22), and - a diaphragm device (30) with at least one diaphragm element (32, 32a, 32b) arranged in the beam path of the laser beam (14) in at least one side (34, 34a, 34b) of the beam profile (16, 36), which extends along the long axis (y) of the beam profile (16, 36) protrudes in such a way that by partially fading the beam profile (16, 36) the beam profile (16, 36) has a locally limited indentation (38, 38a, 38b) on the at least one side (34, 34a, 34b) of the beam profile (16, 36), characterized by: - a sensor device (40), which is adapted to a spatial intensity distribution (24, 24 ', 24' ') of the To determine illumination line (22), and - a computer unit, the is arranged to analyze the spatial intensity distribution (24, 24 ', 24' ') of the illumination line (22) with respect to an intensity maximum (26), wherein the aperture device (30) is adapted, based on the analyzed maximum intensity (26) in the spatial intensity distribution (24, 24 ', 24' ') of the illumination line (22) to spatially arrange the at least one diaphragm element (32, 32a, 32b) and / or the geometric shape of the at least one diaphragm element (32, 32a, 32b) adapted to be compensated by the locally limited indentation (38, 38 a, 38 b) of the beam profile (16, 36), the intensity maximum (26) in the spatial intensity distribution (24, 24 ', 24' ') of the illumination line (22) at least partially ,

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung, insbesondere für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten, und ein optisches Verfahren zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung, insbesondere zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten.The invention relates to an optical system for homogenizing the intensity of laser radiation, in particular for a system for processing thin-film layers, and to an optical method for homogenizing the intensity of laser radiation, in particular for processing thin-film layers.

Die US 2008/0316748 A1 betrifft ein Beleuchtungssystem mit einer Optikanordnung, die dazu eingerichtet ist, eine Beleuchtungslinie aus einem Eingangslichtstrahl zu erzeugen. Die Beleuchtungslinie hat eine lange Achse und eine kurze Achse in einer Feldebene. Die Optikanordnung weist Abbildungs- und/oder Homogenisierungsoptiken auf, die so ausgebildet sind, dass sie während der Verwendung der Optikanordnung den Eingangslichtstrahl in den Richtungen der langen und kurzen Achsen der Beleuchtungslinie getrennt abbilden und/oder homogenisieren. Das Beleuchtungssystem weist ferner eine Filtereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, räumliche Ungleichheiten in der langen Achsrichtung zu korrigieren. Die Filtereinheit ist entfernt von der Feldebene der Beleuchtungslinie oder einer Ebene, die in Bezug auf die Richtungen der kurzen Achse und der langen Achse der Beleuchtungslinie zu jener optisch konjugiert ist.The US 2008/0316748 A1 relates to an illumination system having an optical assembly configured to generate a line of illumination from an input light beam. The lighting line has a long axis and a short axis in a field plane. The optics assembly includes imaging and / or homogenizing optics configured to separately image and / or homogenize the input light beam in the directions of the long and short axes of the illumination line during use of the optics assembly. The illumination system further includes a filter unit configured to correct spatial inequalities in the long axis direction. The filter unit is remote from the field plane of the illumination line or a plane that is optically conjugate with respect to the directions of the short axis and the long axis of the illumination line.

Die DE 10 2011 100 594 A1 bezieht sich auf ein Linienbildsystem. Das Linienbildsystem umfasst einen Laser, erste und zweite zylindrische optische Systeme mit einem ersten Raumfilter, der dazwischen angeordnet ist, einer scharfkantigen Apertur, einem zylindrischen Weiterleitungssystem und einer zylindrischen Fokussierungslinse. Der erste Raumfilter ist aufgebaut, um einen Linienfokus im zentralen Maximum abzuschneiden, um einen ersten Lichtstrahl zu bilden. Das zweite zylindrische Linsensystem ist im fernen Feld angeordnet und aufgebaut, um ein Raumfiltern durchzuführen, damit die zentralen Intensitätsmaxima des ersten Lichtstrahls passieren, während außenliegende Intensitätsmaxima blockiert werden. Der resultierende zweifach gefilterte Lichtstrahl weist eine Intensitätsverteilung mit relativ flacher Oberseite auf, die in Zusammenhang steht mit der Längsrichtung des Linienbilds, so dass das darauffolgende Abschneiden durch die scharfkantige Apertur mehr Licht übermittelt als herkömmliche Linienbildsysteme.The DE 10 2011 100 594 A1 refers to a line imaging system. The line image system includes a laser, first and second cylindrical optical systems having a first spatial filter interposed therebetween, a sharp-edged aperture, a cylindrical relay system, and a cylindrical focusing lens. The first spatial filter is constructed to cut off a line focus at the central maximum to form a first light beam. The second cylindrical lens system is disposed in the far field and configured to perform spatial filtering to pass the central intensity maxima of the first light beam while blocking out external intensity maxima. The resulting dual filtered light beam has a relatively flat upper intensity distribution associated with the longitudinal direction of the line image, such that subsequent truncation by the sharp-edged aperture transmits more light than conventional line image systems.

Die DE 10 2007 044 298 B3 beschreibt ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einem linienhaften Strahlquerschnitt, der eine lange und eine kurze Strahlquerschnittsachse besitzt und eine Erstreckung in der langen Achse von wenigstens 200 mm und eine Erstreckung in der kurzen Achse von maximal 800 iJm aufweist, bei dem der aus einer Laserstrahlquelle austretende Laserstrahl getrennt bezüglich der langen Achse und der kurzen Achse homogenisiert wird, indem der Laserstrahl sowohl relativ zur langen als auch zur kurzen Achse unter Erzeugung jeweils einer Fokiebene, in die jeweils eine Vielzahl von Teilstrahlen, in die der Strahlquerschnitt des Laserstrahls aufgetrennt wird, fokussiert wird, die nachfolgend unter Ausbildung eines im Strahlquerschnitt homogenisierten Laserstrahls zusammengeführt werden, und der Laserstrahl zumindest bezüglich der langen Achse eine telezentrische Abbildung erfährt, d. h. der bezüglich der langen Achse homogenisierte Laserstrahl wird mittels einer Kondensoroptik (LACL) derart abgebildet, dass ein dem abgebildeten Laserstrahl zuordenbarer Strahlengang, bestehend aus längs zur Ausbreitungsrichtung orientierten Teilstrahlen parallelen Lichtes, entsteht.The DE 10 2007 044 298 B3 describes a method and arrangement for producing a laser beam having a linear beam cross section having a long and a short beam cross section axis and having a long axis extension of at least 200 mm and a short axis extension of at most 800 iJm, in which the laser beam emerging from a laser beam source is homogenized separately with respect to the long axis and the short axis by the laser beam both relative to the long and the short axis to produce a respective Fokiebene, in each of which a plurality of partial beams, in which the beam cross section of the laser beam is focused, which are subsequently merged to form a beam cross-section homogenized laser beam, and the laser beam at least with respect to the long axis undergoes a telecentric imaging, ie, the long axis homogenized laser beam is by means of a condensate Soroptik (LACL) shown in such a way that a the laser beam to be mapped optical path, consisting of parallel to the direction of propagation oriented partial beams of parallel light arises.

Die US 2014/0027417 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren und Projizieren zweier Laserstrahlen. Die Vorrichtung ist derart angeordnet, dass die projizierten, homogenisierten Strahlen in einer ersten schrägen Achse parallel zueinander ausgerichtet sind und sich teilweise in einer zweiten schrägen Achse überlappen, die senkrecht zu der ersten schrägen Achse ist. Die projizierten, homogenisierten Laserstrahlen haben unterschiedliche Intensitäten in der zweiten Achse und der Grad der Teilüberlappung ist derart gewählt, dass die kombinierte Intensität der Laserstrahlen in der zweiten Achse ein Stufenprofil hat.The US 2014/0027417 A1 relates to an apparatus for homogenizing and projecting two laser beams. The apparatus is arranged such that the projected homogenized beams are aligned parallel to one another in a first oblique axis and partially overlap in a second oblique axis which is perpendicular to the first oblique axis. The projected, homogenized laser beams have different intensities in the second axis and the degree of partial overlap is chosen such that the combined intensity of the laser beams in the second axis has a step profile.

Die DE 10 2010 041 739 A1 betrifft ein optisches System zur Erzeugung einer Beleuchtungslinie in einer Bearbeitungsebene aus einem Lichtstrahl einer Wellenlänge λ. Das optische System weist einen Spalt, eine Beleuchtungsoptik zur Beleuchtung des Spalts und eine Abbildungsoptik zur Abbildung des Spalts in die Beleuchtungslinie in der Bearbeitungsebene auf. Der Lichtstrahl ist in einem Beleuchtungsstrahlengang durch die Beleuchtungsoptik und in einem Abbildungsstrahlengang durch die Abbildungsoptik geführt. Das optische System ist derart ausgebildet, dass die Beleuchtungslinie in einer Y-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. In dem optischen System sind Mittel angeordnet, durch die eine Homogenität der Beleuchtungslinie in Richtung der Y-Dimension verbessert ist.The DE 10 2010 041 739 A1 relates to an optical system for generating a line of illumination in a working plane of a light beam of a wavelength λ. The optical system has a gap, an illumination optical system for illuminating the gap and imaging optics for imaging the gap in the illumination line in the processing plane. The light beam is guided in an illumination beam path through the illumination optics and in an imaging beam path through the imaging optics. The optical system is designed such that the illumination line in a Y dimension transverse to the propagation direction of the light beam has a half width of less than 50 times a quotient of the wavelength λ and a second numerical aperture in the imaging beam path of the optical system. In the optical system means are arranged, by which a homogeneity of the illumination line in the direction of the Y-dimension is improved.

Für die Kristallisation von Dünnfilmschichten beispielsweise für die Herstellung von Dünnfilmtransistoren (im Englischen: Thin Film Transistor; kurz: TFT) werden Laser eingesetzt. Als zu bearbeitender Halbleiter kommt insbesondere Silizium (kurz: Si), genauer a-Si zum Einsatz. Die Dicke der Halbleiterschicht beträgt z. B. 50 nm, welche sich typischerweise auf einem Substrat (z. B. Glassubstrat) oder einem sonstigen Träger befindet.For the crystallization of thin-film layers, for example for the production of thin-film transistors (in English: Thin Film Transistor, in short: TFT) lasers are used. As the semiconductor to be processed in particular silicon (in short: Si), more precisely a-Si is used. The thickness of the semiconductor layer is z. B. 50 nm, which is typically located on a substrate (eg glass substrate) or other substrate.

Die Schicht wird mit dem Licht des Lasers, beispielsweise eines gepulsten Festkörperlasers, beleuchtet. Dabei wird das Licht mit einer Wellenlänge von z. B. von 532 nm oder 515 nm zu einer Beleuchtungslinie geformt, siehe z. B. DE 10 2012 007 601 A1 oder WO 2013/156384 A1 . Anhand einer Strahlformungseinrichtung kann der Laserstrahl derart geformt werden, dass ein Strahiprofil des Laserstrahls eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist. Anschließend kann anhand einer im Strahlengang des Laserstrahls der Strahlformungseinrichtung nachgeordneten Abbildungseinrichtung der so geformte Laserstrahl als die Beleuchtungslinie abgebildet werden, um die Beleuchtungslinie aus dem Licht des Laserstrahls zu erzeugen. Im Einzelnen: Die Strahlformungseinrichtung kann beispielsweise eine anamorphotische Optik umfassen und bezüglich einer ersten und einer zweiten Abbildungsachse unterschiedliche Abbildungseigenschaften aufweisen. Insbesondere kann die Strahlformungseinrichtung dazu eingerichtet sein, an einem Ort direkt vor der Abbildungseinrichtung aus Laserlicht einen Laserstrahl zu erzeugen, dessen Strahlprofil eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist, wobei das Strahlprofil in der langen Achse eine (weitestgehend) homogenisierte (oder im Wesentlichen homogene) Intensitätsverteilung aufweist. Die Abbildungseinrichtung fokussiert dann (insbesondere ausschließlich) die kurze Achse des von der Strahlformungseinrichtung direkt vor der Abbildungseinrichtung erzeugten Strahlprofils, um die kurze Achse der Beleuchtungslinie zu erzeugen. Jedoch weist die Abbildungseinrichtung insbesondere hinsichtlich der langen Achse (im Wesentlichen) keinerlei fokussierende Eigenschaften auf, so dass die lange Achse des von der Strahlformungseinrichtung direkt vor der Abbildungseinrichtung erzeugten Strahlprofils quasi unverändert durch die Abbildungseinrichtung hindurchtreten und damit der langen Achse der Beleuchtungslinie entsprechen kann.The layer is illuminated with the light of the laser, for example a pulsed solid-state laser. In this case, the light with a wavelength of z. B. of 532 nm or 515 nm to a line of illumination, see, for. B. DE 10 2012 007 601 A1 or WO 2013/156384 A1 , By means of a beam shaping device, the laser beam can be shaped such that a straightening profile of the laser beam has a long axis and a short axis. Subsequently, by means of an imaging device located downstream in the beam path of the laser beam of the beam shaping device, the laser beam thus formed can be imaged as the illumination line in order to generate the illumination line from the light of the laser beam. In detail, the beam-shaping device may, for example, comprise an anamorphic optical system and have different imaging properties with respect to a first and a second imaging axis. In particular, the beam shaping device can be set up to produce a laser beam whose laser beam profile has a long axis and a short axis at a location directly in front of the imaging device, the beam profile having a (largely) homogenized (or essentially homogeneous) beam in the long axis ) Has intensity distribution. The imaging device then focuses (particularly exclusively) the short axis of the beam profile generated by the beam shaping device directly in front of the imaging device to produce the short axis of the illumination line. However, the imaging device has (in particular) no focusing properties, particularly with respect to the long axis, so that the long axis of the beam profile generated by the beam shaping device directly in front of the imaging device can pass virtually unchanged through the imaging device and thus correspond to the long axis of the illumination line.

Die Beleuchtungslinie weist demnach, wie das zuvor geformte Strahlprofil des Laserstrahls auch, eine kurze Achse und eine lange Achse auf, wobei – zum Zwecke der Klarstellung – insbesondere die kurze Achse des Strahlprofils des Laserstrahls vor Abbildung durch die Abbildungseinrichtung der kurzen Achse der Beleuchtungslinie entspricht und die lange Achse des Strahlprofils der (homogenisierten) langen Achse der Beleuchtungslinie entspricht. Die Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie entlang der langen Achse ist idealerweise rechteckförmig und weist beispielsweise eine Länge (oder Halbwertsbreite; im Englischen: Full Width at Half Maximum, kurz: FWHM) von mehreren 100 mm, z. B. 750 mm bis 1000 mm oder länger, auf. Die Intensitätsverteilung entlang der kurzen Achse ist typischerweise gaussförmig und weist eine FWHM von etwa 5 μm bis 50 μm auf. Die kurze und die lange Achse bilden also ein relativ hohes Aspektverhältnis.Accordingly, the illumination line, like the previously formed beam profile of the laser beam, has a short axis and a long axis, and for the sake of clarity, the short axis of the beam profile of the laser beam, in particular, corresponds to the illumination line before imaging by the imaging device, and the long axis of the beam profile corresponds to the (homogenized) long axis of the illumination line. The intensity distribution of the illumination line along the long axis is ideally rectangular and has, for example, a length (or full width at half maximum, in short: FWHM) of several 100 mm, eg. B. 750 mm to 1000 mm or longer, on. The intensity distribution along the short axis is typically Gaussian and has a FWHM of about 5 μm to 50 μm. The short and the long axis thus form a relatively high aspect ratio.

Die Beleuchtungslinie wird mit einem Vorschub von ca. 1 mm/s bis 50 mm/s, vorzugsweise 10 mm/s bis 20 mm/s in Richtung der kurzen Achse über die Halbleiterschicht geführt. Die Intensität (im Fall von Dauerstrichlasern) bzw. die Pulsenergie (im Fall von gepulsten Lasern) des Lichtstrahls wird derart eingestellt, dass die Halbleiterschicht kurzzeitig (d. h. auf einer Zeitskala von etwa 50 ns bis 100 μs) aufschmilzt und sich als kristalline Schicht mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wieder verfestigt.The illumination line is guided over the semiconductor layer at a feed of approximately 1 mm / s to 50 mm / s, preferably 10 mm / s to 20 mm / s in the direction of the short axis. The intensity (in the case of continuous wave lasers) or the pulse energy (in the case of pulsed lasers) of the light beam is set such that the semiconductor layer melts for a short time (ie on a time scale of about 50 ns to 100 μs) and improves as a crystalline layer solidifies electrical properties again.

Die Qualität der erzeugten Beleuchtungslinie hängt insbesondere von deren entlang der kurzen und/oder der langen Achse integrierten, räumlichen Intensitätsverteilung ab und hat Einfluss auf das mit der Beleuchtungslinie zu verarbeitende Material. So bewirken bei der Kristallisation von amorphen Siliziumschichten bereits geringe Inhomogenitäten der Intensitätsverteilung entlang der langen Achse, also beispielweise lokale Abweichungen oder Modulationen der absoluten Intensität von einer (idealen) homogenen Intensitätsverteilung im niedrigen einstelligen Prozentbereich (z. B. ca. 2%), beim Vorschub der Beleuchtungslinie ihrerseits räumliche Inhomogenitäten in der Kristallstruktur (z. B. durch lokale Variation der Korngröße), die Einfluss auf die Qualität der Dünnfilmschicht und damit auch auf die Qualität des Dünnfilmtransistors haben. Daraus ergibt sich folgender Zusammenhang: Je homogener (d. h. gleichmäßiger) die Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie ist, desto homogener (gleichmäßiger) ist die Kristallstruktur der Dünnfilmschicht und desto homogener (gleichmäßiger) sind die Eigenschaften eines daraus gebildeten Endprodukts, wie zum Beispiel die TFTs einer Bildschirmfläche in einem Anzeigegerät (z. B. Bildschirm, Monitor, usw.).The quality of the generated illumination line depends in particular on the spatial intensity distribution integrated along the short and / or long axis and has an influence on the material to be processed with the illumination line. Thus, in the crystallization of amorphous silicon layers, even low inhomogeneities of the intensity distribution along the long axis, for example local deviations or modulations of the absolute intensity, result from an (ideal) homogeneous intensity distribution in the low single-digit percentage range (for example about 2%) Propagation of the illumination line in turn spatial inhomogeneities in the crystal structure (eg., By local variation of the grain size), which have an influence on the quality of the thin film layer and thus on the quality of the thin film transistor. This results in the following relationship: The more homogeneous (ie more uniform) the intensity distribution of the illumination line, the more homogeneous (uniform) is the crystal structure of the thin film layer and the more homogeneous (even) are the properties of a final product formed therefrom, such as the TFTs of a screen surface in a display device (eg monitor, monitor, etc.).

Vor diesem Hintergrund ist eine möglichst homogene Intensitätsverteilung wünschenswert, insbesondere eine Gleichheit der Intensität über die gesamte Ausdehnung der Beleuchtungslinie entlang der langen Achse.Against this background, the most homogeneous possible intensity distribution is desirable, in particular an equality of the intensity over the entire extension of the illumination line along the long axis.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes optisches System zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung, insbesondere für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten, anzugeben, welches die Erzeugung einer zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten qualitativ hochwertigen Beleuchtungslinie ermöglicht.An object of the invention is therefore to provide an improved optical system for homogenizing the intensity of laser radiation, in particular for a plant for processing thin-film layers, which enables the production of a high-quality illumination line for processing thin-film layers.

Diese Aufgabe wird anhand eines optischen Systems nach Anspruch 1 und anhand eines optischen Verfahrens nach Anspruch 17 gelöst.This object is achieved by an optical system according to claim 1 and by an optical method according to claim 17.

Ein optisches System zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung, insbesondere für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten, umfasst eine Strahlformungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl derart zu formen, dass ein Strahlprofil des Laserstrahls eine lange Achse und eine (insbesondere zur langen Achse senkrecht orientierte) kurze Achse aufweist, und eine im Strahlengang des Laserstrahls der Strahlformungseinrichtung nachgeordnete (insbesondere zylindrische) Abbildungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den so geformten Laserstrahl (insbesondere die kurze Achse des so geformten Laserstrahls) als (oder auf) eine Beleuchtungslinie abzubilden. Als das Strahlprofil des Laserstrahls wird insbesondere ein Strahlprofil des Laserstrahls (insbesondere direkt) vor Abbildungseinrichtung verstanden. Das optische System umfasst ferner eine Blendeneinrichtung mit mindestens einem Blendenelement, das im Strahlengang des Laserstrahls in mindestens eine Seite des Strahlprofils, die sich entlang (insbesondere im Wesentlichen parallel zu) der langen Achse des Strahlprofils erstreckt, derart hineinragt, dass durch teilweises (insbesondere lediglich teilweises) Ausblenden des Strahlprofils durch das mindestens eine Blendenelement das Strahlprofil (insbesondere hinter oder direkt hinter der Blendeneinrichtung, und zwar im Vergleich zum Strahlprofil des Laserstrahls vor oder direkt vor der Blendeneinrichtung) eine lokal begrenzte (insbesondere zur langen Achse oder zum Kreuzungspunkt aus langer und kurzer Achse hin gewölbte) Einbuchtung an der mindestens einen Seite des Strahlprofils aufweist.An optical system for homogenizing the intensity of laser radiation, in particular for a system for processing thin-film layers, comprises a beam-shaping device which is adapted to form a laser beam such that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis (in particular perpendicular to the long axis), and one in the beam path of the laser beam the beam shaping device downstream (in particular cylindrical) imaging device which is adapted to image the laser beam thus formed (in particular the short axis of the laser beam thus formed) as (or on) an illumination line. In particular, a beam profile of the laser beam (in particular directly) in front of the imaging device is understood as the beam profile of the laser beam. The optical system further comprises a diaphragm device with at least one diaphragm element which projects in the beam path of the laser beam into at least one side of the beam profile which extends along (in particular substantially parallel to) the long axis of the beam profile in such a way that partial (in particular only partially) hiding the beam profile by the at least one diaphragm element the beam profile (in particular behind or directly behind the diaphragm device, in comparison to the beam profile of the laser beam before or directly in front of the diaphragm device) a locally limited (in particular to the long axis or to the intersection of long and Having a short axis curved) indentation on the at least one side of the beam profile.

Mit anderen Worten: Durch die Anordnung des mindestens einen Blendenelements kann, indem das mindestens eine Blendenelement nur einen Teil des Strahlprofils ausblendet, das Strahlprofil hinter (oder direkt hinter) der Blendeneinrichtung im Vergleich zum Strahlprofil des Laserstrahls vor (oder direkt vor) der Blendeneinrichtung) eine lokal begrenzte Einbuchtung aufweisen. Die lokal begrenzte Einbuchtung kann im Sinne einer lokalen Einschnürung des Strahlprofils verstanden werden, d. h. im Vergleich zum Strahlprofil des Laserstrahls vor der Blendeneinrichtung kann man sich das Strahlprofil des Laserstrahls hinter der Blendeneinrichtung als lokal eingedrückt vorstellen. Das mindestens eine Blendenelement kann also dazu eingerichtet sein, den Laserstrahl, insbesondere entlang der langen Achse des Strahlprofils, teilweise, und zwar insbesondere nur teilweise, derart auszublenden, dass das Strahlprofil eine lokale Einschnürung aufweist oder lokal eingedrückt ist.In other words, as a result of the arrangement of the at least one diaphragm element, by the at least one diaphragm element hiding only a part of the beam profile, the beam profile behind (or directly behind) the diaphragm device in comparison to the beam profile of the laser beam before (or directly in front of) the diaphragm device) have a locally limited indentation. The locally limited indentation can be understood in terms of a local constriction of the beam profile, d. H. Compared to the beam profile of the laser beam in front of the diaphragm device, one can imagine the beam profile of the laser beam behind the diaphragm device as being locally pressed in. The at least one diaphragm element can thus be configured to partially hide the laser beam, in particular along the long axis of the beam profile, and in particular only partially, such that the beam profile has a local constriction or is locally pressed in.

Dies hat die Wirkung und den Vorteil, dass das durch die Blendeneinrichtung teilweise ausgeblendete Strahlprofil nach Abbildung durch die Abbildungseinrichtung eine Beleuchtungslinie erzeugen werden kann, deren entlang der kurzen Achse integrierte, räumliche Intensitätsverteilung an einer bestimmten Position, die der Position des mindestens einen Blendenelements hinsichtlich der langen Achse entspricht, die lokale Intensität gezielt reduziert ist, so dass hierdurch ein ohne Anwesenheit der Blendeneinrichtung vorhandenes lokales Intensitätsmaximum verringert oder gar kompensiert werden kann. Somit können Intensitätsspitzen in der Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie vermieden werden, um die Intensitätsverteilung am Ort der ursprünglichen Intensitätsspitze zu glätten. Dies ermöglicht eine verbesserte Homogenisierung der Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie und damit die Erzeugung einer zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten qualitativ hochwertigen Beleuchtungslinie.This has the effect and the advantage that the beam profile partially blanked out by the diaphragm device can produce a line of illumination after imaging by the imaging device whose spatial intensity distribution integrated along the short axis at a specific position which corresponds to the position of the at least one diaphragm element corresponds long axis, the local intensity is deliberately reduced, so that thereby a present without the presence of the aperture device local intensity maximum can be reduced or even compensated. Thus, intensity peaks in the intensity distribution of the illumination line can be avoided in order to smooth the intensity distribution at the location of the original intensity peak. This enables an improved homogenization of the intensity distribution of the illumination line and thus the generation of a high-quality illumination line for processing thin-film layers.

Das mindestens eine Blendenelement kann eine Mehrzahl Blendenelemente sein. Hinsichtlich der Ausführungen zu dem mindestens einen Blendenelement kann jedes Blendenelement der Mehrzahl Blendenelemente als dieses mindestens eine Blendenelement realisiert sein.The at least one diaphragm element may be a plurality of diaphragm elements. With regard to the embodiments of the at least one diaphragm element, each diaphragm element of the plurality of diaphragm elements can be realized as this at least one diaphragm element.

Die Blendeneinrichtung und/oder das mindestens eine Blendenelement kann/können im Strahlengang des Laserstrahls hinter (insbesondere direkt hinter) der Strahlformungseinrichtung angeordnet sein. Die Blendeneinrichtung und/oder das mindestens eine Blendenelement kann/können im Strahlengang des Laserstrahls vor (insbesondere direkt vor) der Abbildungseinrichtung angeordnet sein. Die Blendeneinrichtung und/oder das mindestens eine Blendenelement kann/können im Strahlengang des Laserstrahls aber auch hinter (insbesondere direkt hinter) der Abbildungseinrichtung angeordnet sein. Die Blendeneinrichtung und/oder das mindestens eine Blendenelement kann/können im Strahlengang des Laserstrahls an einem Ort abseits einer zu einer Fokalebene der Abbildungseinrichtung konjugierten Ebene angeordnet sein. Insbesondere kann/können die Blendeneinrichtung und/oder das mindestens eine Blendenelement im Strahlengang des Laserstrahls an einem Ort zwischen einer Fokalebene der Abbildungseinrichtung und einer zu der Fokalebene der Abbildungseinrichtung konjugierten Ebene angeordnet sein. Zum Beispiel kann/können die Blendeneinrichtung und/oder das mindestens eine Blendenelement im Strahlengang des Laserstrahls an einem Ort zwischen einer Fokalebene der Abbildungseinrichtung und der zu der Fokalebene der Abbildungseinrichtung nächstgelegenen konjugierten Ebene angeordnet sein. Dies hat die Wirkung und den Vorteil, dass das mindestens eine Blendenelement an einem Ort angeordnet werden kann, an dem die Intensität (also die Leistung pro Fläche) des Laserstrahls relativ gering ist (im Vergleich zu einem Ort, der einer konjugierten Ebene entspricht) und damit die Reduzierung der Intensität durch Ausblenden anhand des Blendenelements relativ feinfühlig bzw. relativ genau erfolgen kann.The diaphragm device and / or the at least one diaphragm element can be arranged in the beam path of the laser beam behind (in particular directly behind) the beam shaping device. The diaphragm device and / or the at least one diaphragm element can be arranged in the beam path of the laser beam before (in particular directly in front of) the imaging device. The diaphragm device and / or the at least one diaphragm element can also be arranged in the beam path of the laser beam but also behind (in particular directly behind) the imaging device. The diaphragm device and / or the at least one diaphragm element can be arranged in the beam path of the laser beam at a location away from a plane conjugate to a focal plane of the imaging device. In particular, the diaphragm device and / or the at least one diaphragm element can be arranged in the beam path of the laser beam at a location between a focal plane of the imaging device and a plane conjugate to the focal plane of the imaging device. For example, the diaphragm device and / or the at least one diaphragm element can be arranged in the beam path of the laser beam at a location between a focal plane of the imaging device and the conjugate plane closest to the focal plane of the imaging device. This has the effect and the advantage that the at least one diaphragm element can be arranged in a location at which the intensity (ie the power per area) of the laser beam is relatively low (compared to a location corresponding to a conjugate plane) and Thus, the reduction of the intensity by hiding based on the diaphragm element can be relatively sensitive or relatively accurate.

Das mindestens eine Blendenelement kann für Licht des Laserstrahls lichtundurchlässig und/oder reflektierend und/oder absorbierend ausgebildet sein. Dies hat die Wirkung und den Vorteil, dass der anhand des Blendenelements ausgeblendete Lichtanteil des Strahlprofils gezielt aus dem optischen System entfernt und somit ein unkontrollierter Einfluss dieses Lichtanteils beispielsweise auf die Beleuchtungslinie vermieden werden kann. The at least one diaphragm element can be designed to be light-impermeable and / or reflective and / or absorbing for light of the laser beam. This has the effect and the advantage that the light component of the beam profile hidden using the diaphragm element is purposefully removed from the optical system and thus an uncontrolled influence of this light component, for example on the illumination line, can be avoided.

Die Blendeneinrichtung kann eine Kühleinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Blendenelement derart zu kühlen, dass es eine vorbestimmte Temperatur im Wesentlich konstant aufweist. Dies hat die Wirkung und den Vorteil, dass es anhand des Laserstrahls zu lokaler Aufheizung eines oder mehrerer Blendenelemente nicht kommt. Somit können durch eine derartige Aufheizung erzeugte Luftschlieren oder Luftverwirbelungen im Strahlengang des Laserstrahls vermieden werden, die zu einer zeitlichen und/oder räumlichen Schwankung der Intensität der Beleuchtungslinie führen könnten.The diaphragm device may comprise a cooling device which is adapted to cool the at least one diaphragm element in such a way that it has a substantially constant temperature at a predetermined temperature. This has the effect and the advantage that it does not come to local heating of one or more aperture elements based on the laser beam. Thus, generated by such heating air streaks or air turbulence in the beam path of the laser beam can be avoided, which could lead to a temporal and / or spatial fluctuation of the intensity of the illumination line.

Das mindestens eine Blendenelement kann gegenüber der Blendeneinrichtung (und insbesondere auch gegenüber der Strahlformungseinrichtung und/oder der Abbildungseinrichtung) fest angeordnet sein. Dies hat die Wirkung und den Vorteil, dass eine relativ einfache und stabile (also verlässliche) Realisierung der Blendeneinrichtung und damit auch des optischen Systems möglich ist.The at least one diaphragm element can be fixedly arranged relative to the diaphragm device (and in particular also with respect to the beam-shaping device and / or the imaging device). This has the effect and the advantage that a relatively simple and stable (ie reliable) realization of the diaphragm device and thus also of the optical system is possible.

Alternativ kann das mindestens eine Blendenelement gegenüber der Blendeneinrichtung (und insbesondere auch gegenüber der Strahlformungseinrichtung und/oder der Abbildungseinrichtung) räumlich, insbesondere entlang des Strahlengangs des Laserstrahls und/oder transversal zum Strahlengang des Laserstrahls, veränderbar angeordnet sein. Zum Beispiel kann das mindestens eine Blendenelement derart räumlich veränderbar angeordnet sein, dass es im Strahlengang des Laserstrahls in die mindestens eine Seite des Strahlprofils räumlich unterschiedlich weit hineinragen kann. Somit kann der Lichtanteil, der durch das Blendenelement aus dem Strahlprofil ausgeblendet wird, verändert und/oder die Form der durch Ausblenden im Strahlprofil erzeugten lokal begrenzten Einbuchtung gestaltet werden. Das mindestens eine Blendenelement kann (insbesondere entlang der kurzen Achse) verschiebbar angeordnet sein und/oder die Blendeneinrichtung dazu eingerichtet sein, das mindestens eine Blendenelement gegenüber dem Strahlprofil des Laserstrahls (und insbesondere auch gegenüber der Strahlformungseinrichtung und/oder der Abbildungseinrichtung) zu verschieben. Sofern eine Mehrzahl Blendenelemente vorgesehen ist, können die Blendenelemente untereinander jeweils unabhängig voneinander räumlich veränderbar angeordnet sind. Dies hat die Wirkung und den Vorteil, dass durch eine veränderte Anordnung des mindestens einen Blendenelements flexibel auf eine (möglicherweise über die Zeit) veränderte Intensitätsverteilung im Strahlprofil und/oder in der Beleuchtungslinie reagiert werden kann.Alternatively, the at least one diaphragm element with respect to the diaphragm device (and in particular also with respect to the beam shaping device and / or the imaging device) spatially, in particular along the beam path of the laser beam and / or transversely to the beam path of the laser beam, be arranged changeable. For example, the at least one diaphragm element can be arranged in such a spatially variable manner that it can project into the at least one side of the beam profile spatially differently in the beam path of the laser beam. Thus, the proportion of light that is masked out of the beam profile by the diaphragm element, changed and / or the shape of the generated by hiding in the beam profile locally limited indentation are designed. The at least one diaphragm element may be displaceable (in particular along the short axis) and / or the diaphragm device may be configured to displace the at least one diaphragm element with respect to the beam profile of the laser beam (and in particular also with respect to the beam shaping device and / or the imaging device). If a plurality of diaphragm elements is provided, the diaphragm elements can be mutually independently arranged spatially changeable. This has the effect and the advantage that a changed arrangement of the at least one diaphragm element can flexibly respond to a (possibly over time) altered intensity distribution in the beam profile and / or in the illumination line.

Das optische System umfasst eine Sensoreinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine räumliche Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie zu ermitteln oder zu erfassen. Das optische System umfasst ferner eine Rechnereinheit, die dazu eingerichtet ist, die räumliche Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie hinsichtlich eines Intensitätsmaximums zu analysieren. Die Blendeneinrichtung ist dazu eingerichtet, auf Basis des analysierten Intensitätsmaximums in der räumlichen Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie das mindestens eine Blendenelement räumlich derart anzuordnen und/oder die geometrische Form des mindestens einen Blendenelements derart anzupassen, dass durch die lokal begrenzte Einbuchtung des Strahlprofils das Intensitätsmaximum in der räumlichen Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie zumindest teilweise kompensiert wird. In diesem Sinne kann die Blendeneinrichtung als eine Steuereinheit verstanden werden, die dazu eingerichtet ist, auf Basis des von der Rechnereinheit analysierten Intensitätsmaximums in der räumlichen Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie das mindestens eine Blendenelement räumlich veränderlich anzuordnen. Dies hat die Wirkung und den Vorteil, dass durch eine veränderte Anordnung des mindestens einen Blendenelements und/oder durch eine veränderte Form der sich durch die Mehrzahl Blendenelemente ergebenden Gesamtblende flexibel auf eine (möglicherweise über die Zeit) aufgetretene Veränderung der Intensitätsverteilung in der durch das optische System erzeugten Beleuchtungslinie reagiert werden kann.The optical system comprises a sensor device, which is set up to detect or detect a spatial intensity distribution of the illumination line. The optical system further comprises a computer unit which is set up to analyze the spatial intensity distribution of the illumination line with respect to an intensity maximum. The diaphragm device is set up to spatially arrange the at least one diaphragm element on the basis of the analyzed intensity maximum in the spatial intensity distribution of the illumination line and / or to adapt the geometric shape of the at least one diaphragm element in such a way that the intensity maximum in the spatial field is determined by the locally limited indentation of the beam profile Intensity distribution of the illumination line is at least partially compensated. In this sense, the diaphragm device can be understood as a control unit which is set up to spatially vary the at least one diaphragm element on the basis of the intensity maximum analyzed by the computer unit in the spatial intensity distribution of the illumination line. This has the effect and the advantage that due to a changed arrangement of the at least one diaphragm element and / or due to a changed shape of the total aperture resulting from the plurality of diaphragm elements, a change in the intensity distribution in the optical system (possibly over time) has occurred System generated lighting line can be responded.

Das optische System kann eine Laserstrahlungsquelle zum Bereitstellen des Laserstrahls umfassen. Es versteht sich jedoch, dass es für den erfindungsgemäßen Gegenstand ausreichend ist, lediglich das mindestens eine Blendenelement zu spezifizieren, welches dazu eingerichtet ist, in das Strahlprofil des Laserstrahls hineinzuragen. Denn es ist im Rahmen einer gängigen und üblichen Praxis durchaus möglich, das mindestens eine Blendenelement in seiner Struktur und Relation gegenüber dem (Strahlprofil des) Laserstrahls zu definieren, obwohl die Laserstrahlungsquelle zum Bereitstellen des Laserstrahls selbst nicht als Teil eines anspruchsgemäßen Gegenstands definiert ist.The optical system may include a laser radiation source for providing the laser beam. It is understood, however, that it is sufficient for the article according to the invention to specify only the at least one aperture element which is adapted to project into the beam profile of the laser beam. Because it is quite possible in the context of a common and usual practice to define the at least one aperture element in its structure and relation to the (beam profile of the) laser beam, although the laser radiation source for providing the laser beam itself is not defined as part of a claimed subject matter.

Eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten weist insbesondere eines der oben beschriebenen optischen Systeme auf. Zusätzlich kann die Anlage auch einen Träger umfassen, auf welchen eine Materialschicht aufbringbar oder aufgebracht ist. Die Anlage kann dazu ausgebildet und angeordnet sein, die Materialschicht mit der durch das optische System erzeugten Beleuchtungslinie zu beaufschlagen, um die Materialschicht zumindest durch kurzzeitiges Aufschmelzen zu verarbeiten. Das optische System kann aber auch als ein unabhängiges Modul ausgebildet sein, welches in eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten quasi als Aufrüstung (im Englischen: upgrade) nachträglich eingebracht werden kann. Insofern kann das optische System gegenüber einer solchen Anlage auch als separate Vorrichtung verstanden und beansprucht werden.A system for processing thin-film layers has, in particular, one of the optical systems described above. In addition, the system may also comprise a carrier on which a layer of material can be applied or applied. The system can be designed and arranged to act on the material layer with the illumination line generated by the optical system in order to process the material layer at least by brief melting. The optical system can also be designed as an independent module, which can be retrofitted into a system for processing thin-film layers, as it were, as an upgrade. In this respect, the optical system can be understood and claimed as such a system as a separate device.

Ein optisches Verfahren zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung, insbesondere zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten, umfasst die Schritte:

  • – Formen eines Laserstrahls anhand einer Strahlformungseinrichtung derart, dass ein Strahlprofil des Laserstrahls eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist,
  • – Abbilden (insbesondere lediglich der kurzen Achse) des so geformten Laserstrahls als eine Beleuchtungslinie anhand einer Abbildungseinrichtung,
  • – Bereitstellen mindestens eines Blendenelements einer Blendeneinrichtung, das im Strahlengang des Laserstrahls in mindestens eine Seite des Strahlprofils, die sich entlang der langen Achse des Strahlprofils erstreckt, derart hineinragt, dass durch teilweises Ausblenden des Strahlprofils das Strahlprofil eine lokal begrenzte Einbuchtung an der mindestens einen Seite des Strahlprofils aufweist,
  • – Ermitteln einer räumlichen Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie,
  • – Analysieren der räumlichen Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie hinsichtlich eines Intensitätsmaximums, und
  • – auf Basis des analysierten Intensitätsmaximums in der räumlichen Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie, räumliches Anordnen des mindestens einen Blendeelements und/oder Anpassen der geometrischen Form des mindestens einen Blendeelements derart, dass durch die lokal begrenzte Einbuchtung des Strahlprofils das Intensitätsmaximum in der räumlichen Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie zumindest teilweise kompensiert wird.
An optical method for homogenizing the intensity of laser radiation, in particular for processing thin-film layers, comprises the steps:
  • Forming a laser beam on the basis of a beam shaping device such that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis,
  • Imaging (in particular only the short axis) of the thus formed laser beam as a line of illumination by means of an imaging device,
  • - Providing at least one diaphragm element of a diaphragm device which projects in the beam path of the laser beam in at least one side of the beam profile, which extends along the long axis of the beam profile, such that by partially fading the beam profile, the beam profile a locally limited indentation on the at least one side the beam profile has,
  • Determining a spatial intensity distribution of the illumination line,
  • - Analyzing the spatial intensity distribution of the illumination line with respect to an intensity maximum, and
  • On the basis of the analyzed intensity maximum in the spatial intensity distribution of the illumination line, spatial arrangement of the at least one diaphragm element and / or adaptation of the geometric shape of the at least one diaphragm element such that the intensity maximum in the spatial intensity distribution of the illumination line at least partially due to the locally limited indentation of the beam profile is compensated.

Sofern in dieser Anmeldung von Licht die Rede ist, kann darunter Laserlicht verstanden werden. Andererseits kann unter Laserlicht oder Laserstrahlung auch Licht bzw. Lichtstrahlung im Allgemeinen verstanden werden. Insofern ist die vorliegende Erfindung nicht auf Laserlicht beschränkt, sondern ist vielmehr ganz allgemein auf die Homogenisierung eines (quasi beliebigen) Lichtstrahls gerichtet.As far as in this application of light is mentioned, this can be understood as laser light. On the other hand, under laser light or laser radiation, light or light radiation in general can be understood. In this respect, the present invention is not limited to laser light, but is rather generally directed to the homogenization of a (quasi arbitrary) light beam.

Soweit in dieser Beschreibung ein Verfahren bzw. einzelne Schritte eines Verfahrens zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung beschrieben wird/werden, kann das Verfahren bzw. können einzelne Schritte des Verfahrens durch ein entsprechend ausgestaltetes optisches System oder eine entsprechend ausgestaltete Einrichtung des optischen Systems ausgeführt werden. Analoges gilt für die Erläuterung des optischen Systems, die Verfahrensschritte beispielsweise anhand der Blendeneinrichtung ausführt. Insoweit sind Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale dieser Beschreibung äquivalent. Insbesondere ist es möglich, das Verfahren mit einer Steuereinheit (z. B. einem Computer) zu realisieren, auf dem ein entsprechendes erfindungsgemäßes Programm ausgeführt wird. Im Übrigen ist eine beliebige Kombination der unten beschriebenen, im Zusammenhang mit den Figuren erläuterten Merkmale denkbar.Insofar as a method or individual steps of a method for homogenizing the intensity of laser radiation is / are described in this description, the method or individual steps of the method can be implemented by a correspondingly designed optical system or a correspondingly configured device of the optical system. The same applies to the explanation of the optical system, the method steps, for example, based on the aperture device executes. In that regard, device and method features are equivalent to this description. In particular, it is possible to implement the method with a control unit (for example a computer) on which a corresponding program according to the invention is executed. Incidentally, any combination of the features described below, explained in connection with the figures is conceivable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, von denenThe invention will be further explained with reference to the accompanying drawings, of which

1a, 1b eine schematische Übersichtsdarstellung eines optischen Systems für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten zeigen, 1a . 1b show a schematic overview of an optical system for a plant for processing thin-film layers,

2 ein Beispiel für die Intensitätsverteilung einer mit dem optischen System aus 1a, 1b erzeugten Beleuchtungslinie zeigt, 2 an example of the intensity distribution of one with the optical system 1a . 1b generated illumination line shows

3 eine schematische Darstellung der Wirkung einer inhomogenen Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie auf die Bearbeitung von Dünnfilmschichten zeigt, 3 FIG. 2 shows a schematic representation of the effect of an inhomogeneous intensity distribution of the illumination line on the processing of thin-film layers, FIG.

4a–4d eine schematische Übersichtsdarstellung eines erfindungsgemäßen optischen Systems für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten zeigen, 4a - 4d show a schematic overview of an inventive optical system for a system for processing thin-film layers,

5a, 5b Beispiele für die Wirkung einer erfindungsgemäßen Blendeneinrichtung auf die Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie zeigen, 5a . 5b Show examples of the effect of a diaphragm device according to the invention on the intensity distribution of the illumination line,

6a, 6b weitere Beispiele für die Wirkung einer erfindungsgemäßen Blendeneinrichtung auf die Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie zeigen, 6a . 6b show further examples of the effect of a diaphragm device according to the invention on the intensity distribution of the illumination line,

7 ein Beispiel für die Wirkung einer erfindungsgemäßen Blendeneinrichtung auf die Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie im Vergleich zur Abwesenheit einer derartigen Blendeneinrichtung zeigt, 7 shows an example of the effect of a diaphragm device according to the invention on the intensity distribution of the illumination line compared to the absence of such diaphragm device,

8 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Blendeneinrichtung zeigt, 8th 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a diaphragm device according to the invention,

9 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Blendeneinrichtung zeigt, und 9 a schematic representation of a second embodiment of an aperture device according to the invention shows, and

10a, 10b eine weitere schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Blendeneinrichtung aus 9 zeigen. 10a . 10b a further schematic representation of the second embodiment of the diaphragm device according to the invention 9 demonstrate.

Ein optisches System für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten ist in 1a, 1b gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das optische System 10 umfasst eine Strahlformungseinrichtung 12, die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl 14 derart zu formen, dass ein Strahlprofil 16 (im Folgenden auch mit 36 bezeichnet) des Laserstrahls 14 eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist, sowie eine im Strahlengang des Laserstrahls 14 der Strahlformungseinrichtung 12 nachgeordnete Abbildungseinrichtung 18, die dazu eingerichtet ist, den so geformten Laserstrahl 14 als eine Beleuchtungslinie 22 abzubilden. Die Abbildungseinrichtung 18 erzeugt somit aus der durch die Strahlformungseinrichtung 12 kurzen Achse des Laserstrahls 14 die kurze Achse der Beleuchtungslinie 22.An optical system for a system for processing thin-film layers is known in 1a . 1b shown and generally with 10 designated. The optical system 10 includes a beam shaping device 12 which is adapted to a laser beam 14 form such that a beam profile 16 (in the following also with 36 referred to) of the laser beam 14 has a long axis and a short axis, and one in the beam path of the laser beam 14 the beam shaping device 12 downstream imaging device 18 which is adapted to the thus formed laser beam 14 as a lighting line 22 map. The imaging device 18 thus generates from the beam shaping device 12 short axis of the laser beam 14 the short axis of the illumination line 22 ,

Per Konvention sollen in den Figuren die kurze Achse parallel zur x-Achse, die lange Achse parallel zur y-Achse und die optische Achse des optischen Systems 10 parallel zur z-Achse verlaufen. In den 1a und 1b ist im oberen Bildteil das optische System 10 beispielsweise von oben gesehen dargestellt, und im unteren Bildteil beispielsweise von einer Seite gesehen dargestellt.By convention, in the figures, the short axis parallel to the x-axis, the long axis parallel to the y-axis and the optical axis of the optical system 10 parallel to the z-axis. In the 1a and 1b is the optical system in the upper part of the picture 10 for example, as seen from above, and shown in the lower part of the image, for example, seen from one side.

Die Strahlformungseinrichtung 12 kann beispielsweise die in 4 bis 6 der DE 10 2012 007 601 A1 gezeigte anamorphotische Optik 42 darstellen oder umfassen. Insbesondere kann die Strahlformungseinrichtung 12 eine oder mehrere der in 4 bis 6 der DE 10 2012 007 601 A1 gezeigten Komponenten 20, 54, 56, 58, 62, 66, 68, 74 umfassen.The beam shaping device 12 For example, the in 4 to 6 of the DE 10 2012 007 601 A1 shown anamorphic optics 42 represent or include. In particular, the beam shaping device 12 one or more of the in 4 to 6 of the DE 10 2012 007 601 A1 shown components 20 . 54 . 56 . 58 . 62 . 66 . 68 . 74 include.

Mit anderen Worten: Die Strahlformungseinrichtung 12 kann durch eine (zur x-Achse des Koordinatensystems parallele) erste Abbildungsachse x, eine (zur y-Achse des Koordinatensystems parallele) zur ersten Abbildungsachse x senkrechte zweite Abbildungsachse y und eine zur ersten und zur zweiten Abbildungsachse x, y senkrechte (zur z-Achse des Koordinatensystems parallele) optische Achse beschrieben werden. Die Strahlformungseinrichtung 12 (beispielsweise als anamorphotische Optik 42) hat bezüglich der ersten und der zweiten Abbildungsachse x, y unterschiedliche Abbildungseigenschaften. Die Strahlformungseinrichtung 12 (beispielsweise als anamorphotische Optik 42) kann dazu eingerichtet sein, am Ort ”16” vor der Abbildungseinrichtung 18 (siehe z. B. 1a, 1b, 4a, 4b, 4d) aus Laserlicht einen Laserstrahl 14 zu erzeugen, dessen Strahlprofil 16 eine lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist, wobei das Strahlprofil in der langen Achse (y) eine weitestgehend homogenisierte (oder im Wesentlichen homogene) Intensitätsverteilung aufweist.In other words: the beam-shaping device 12 can by a (parallel to the x-axis of the coordinate system) first imaging axis x, a (parallel to the y-axis of the coordinate system) to the first imaging axis x vertical second imaging axis y and one to the first and the second imaging axis x, y vertical (for z Axis of the coordinate system parallel) optical axis are described. The beam shaping device 12 (For example, as anamorphic optics 42 ) has different imaging properties with respect to the first and second imaging axes x, y. The beam shaping device 12 (For example, as anamorphic optics 42 ) may be set up locally " 16 "In front of the imaging device 18 (see eg 1a . 1b . 4a . 4b . 4d ) laser light from a laser beam 14 to generate its beam profile 16 a long axis (y) and a short axis (x), wherein the beam profile in the long axis (y) has a largely homogenized (or substantially homogeneous) intensity distribution.

In Einzelnen: Die Strahlformungseinrichtung 12 kann (insbesondere als anamorphotische Optik 42) umfassen (siehe 1b):

  • – eine erste Kollimationszylinderlinse 54 zur Kollimation von (beispielsweise aus einer oder mehreren Lichtleitfasern 20) bezüglich der Achse x austretenden Lichtstrahlen,
  • – eine zweite Kollimationszylinderlinse 56 zur Kollimation von (beispielsweise aus der einen oder den mehreren Lichtleitfasern 20) bezüglich der Achse y austretenden Lichtstrahlen,
  • – eine im Strahlengang hinter der ersten Kollimationszylinderlinse 54 angeordnete Zylinderlinse 58 zur Fokussierung der Lichtstrahlen bezüglich der Achse x auf ein erstes Zwischenbild 60,
  • – eine im Strahlengang hinter der ersten Kollimationszylinderlinse 54 angeordnete Zwischenkollimationszylinderlinse 58' zur Kollimation der Lichtstrahlen des ersten Zwischenbilds 60,
  • – eine im Strahlengang hinter dem ersten Zwischenbild 60, insbesondere hinter der Zwischenkollimationszylinderlinse 58' angeordnete weitere Zylinderlinse 62 zur Fokussierung der Lichtstrahlen bezüglich der Achse x auf ein zweites Zwischenbild 64,
  • – eine im Strahlengang hinter der Zylinderlinse 58 zur Fokussierung der Lichtstrahlen bezüglich der Achse x auf das erste Zwischenbild 60 angeordnete anamorphotische Homogenisierungsoptik 68 zur (weitest gehenden) Homogenisierung der (beispielsweise aus der einen oder den mehreren Lichtleitfasern 20) bezüglich der Achse x austretenden Lichtstrahlen, und/oder
  • – eine im Strahlengang hinter der anamorphotischen Homogenisierungsoptik 68 angeordnete Kondensorzylinderlinse 74 zur Überlagerung der homogenisierten Laserstrahlen auf der Beleuchtungslinie 22.
In detail: The beam shaping device 12 can (especially as anamorphic optics 42 ) (see 1b ):
  • A first collimating cylindrical lens 54 for collimation of (for example, one or more optical fibers 20 ) with respect to the axis x emerging light rays,
  • - A second collimating cylinder lens 56 for collimation of (for example, the one or more optical fibers 20 ) with respect to the axis y emerging light rays,
  • - One in the beam path behind the first Kollimationszylinderlinse 54 arranged cylindrical lens 58 for focusing the light beams with respect to the axis x onto a first intermediate image 60 .
  • - One in the beam path behind the first Kollimationszylinderlinse 54 arranged intermediate collimating cylinder lens 58 ' for collimation of the light beams of the first intermediate image 60 .
  • - One in the beam path behind the first intermediate image 60 , in particular behind the intermediate collimating cylinder lens 58 ' arranged further cylindrical lens 62 for focusing the light beams with respect to the axis x to a second intermediate image 64 .
  • - One in the beam path behind the cylinder lens 58 for focusing the light beams with respect to the axis x onto the first intermediate image 60 arranged anamorphic Homogenisierungsoptik 68 for (far-reaching) homogenization of (for example, the one or more optical fibers 20 ) with respect to the axis x emitted light rays, and / or
  • - One in the beam path behind the anamorphic homogenization optics 68 arranged condenser cylinder lens 74 for superimposing the homogenized laser beams on the illumination line 22 ,

Die Abbildungseinrichtung 18 kann beispielsweise die in 4 bis 6 der DE 10 2012 007 601 A1 gezeigte Komponente 66 umfassen oder darstellen. Im letzteren Fall stellt die Abbildungseinrichtung 18 also beispielsweise eine Fokussierzylinderlinsenoptik 66 dar, die im Strahlengang hinter dem zweiten Zwischenbild 64 angeordnet ist und zur Fokussierung der Lichtstrahlen 14 bezüglich der Achse x auf die Beleuchtungslinie 22 dient.The imaging device 18 For example, the in 4 to 6 of the DE 10 2012 007 601 A1 shown component 66 include or represent. In the latter case, the imaging device 18 So for example a Fokussierzylinderlinsenoptik 66 in the beam path behind the second intermediate image 64 is arranged and for focusing the light beams 14 with respect to the axis x on the illumination line 22 serves.

Die der Strahlformungseinrichtung 12 nachgeordnete Abbildungseinrichtung 18 greift also das Strahlprofil 16 z. B. am Zwischenbild 64 vor der Abbildungseinrichtung 18 auf (siehe z. B. 4a und 4b, oberer Bildteil) und bildet den Laserstrahl 14 als die Beleuchtungslinie 22 ab, wobei lediglich (genauer: ausschließlich) die kurze Achse des Strahlprofils 16, nicht jedoch die homogenisierte lange Achse des Strahlprofils 16 fokussiert wird. Die Abbildungseinrichtung 18 bildet nicht-beugungsbegrenzt ab.The beam shaping device 12 downstream imaging device 18 So picks up the beam profile 16 z. B. on the intermediate image 64 before the imaging device 18 on (see eg 4a and 4b , upper part of the picture) and forms the laser beam 14 as the lighting line 22 but only (more precisely: exclusively) the short axis of the beam profile 16 but not the homogenized long axis of the beam profile 16 is focused. The imaging device 18 forms non-diffraction limited.

Die durch das optische System 10 erzeugte Beleuchtungslinie 22 kann für die Kristallisation von Dünnfilmschichten, beispielsweise für die Herstellung von Dünnfilmtransistoren (im Englischen: Thin Film Transistors; kurz: TFT) verwendet werden. Dabei wird eine zu bearbeitende Halbleiterschicht mit der Beleuchtungslinie 22 beaufschlagt und über die Halbleiterschicht geführt, wobei die Intensität der Beleuchtungslinie 22 derart eingestellt ist, dass die Halbleiterschicht kurzzeitig aufschmilzt und sich als kristalline Schicht mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wieder verfestigt.The through the optical system 10 generated illumination line 22 can be used for the crystallization of thin film layers, for example for the production of thin film transistors (in short: TFT). This is a semiconductor layer to be processed with the illumination line 22 applied and guided over the semiconductor layer, wherein the intensity of the illumination line 22 is set such that the semiconductor layer melts for a short time and solidifies again as a crystalline layer with improved electrical properties.

Wie in 2 gezeigt, weist die Beleuchtungslinie 22 eine entlang der kurzen Achse (also entlang der x-Achse) integrierte Intensitätsverteilung 24 auf, die annäherungsweise rechteckförmig, d. h. entlang der langen Achse (also entlang der y-Achse) idealerweise homogen ausgebildet ist. Jedoch bleibt es normalerweise nicht aus, dass in der Intensitätsverteilung 24 ein oder mehrere (wenn auch kleine) lokale Intensitätsmaxima 26 auftreten (siehe 2), welche eine geringe Inhomogenität der Intensitätsverteilung 24, also beispielsweise eine lokale Abweichung oder Modulation der absoluten Intensität von einer (idealen) homogenen Intensitätsverteilung 24 im niedrigen einstelligen Prozentbereich, wie z. B. 2%, bewirken.As in 2 shown points the lighting line 22 an intensity distribution integrated along the short axis (ie along the x-axis) 24 which is approximately rectangular in shape, ie ideally along the long axis (ie along the y-axis) is homogeneously formed. However, it usually does not stay that in the intensity distribution 24 one or more (albeit small) local intensity maxima 26 occur (see 2 ), which has a low inhomogeneity of the intensity distribution 24 Thus, for example, a local deviation or modulation of the absolute intensity of an (ideal) homogeneous intensity distribution 24 in the low single-digit percentage range, such as B. 2% cause.

Wie in 3 gezeigt, verursachen derartigen Intensitätsmaxima/Inhomogenitäten 26 in der Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 die Qualität des zu verarbeitenden Materials. Beim Vorschub (siehe den nach unten gerichteten Pfeil in 3) der Beleuchtungslinie 22 beeinflussen nämlich die räumlichen Intensitätsmaxima/Inhomogenitäten 26 der Intensitätsverteilung 24 etwa durch eine lokale Variation der Korngrößen in der Kristallstruktur die Qualität der Dünnfilmschicht 28 und damit auch die Qualität eines aus einer derartigen Dünnfilmschicht 28 erzeugten Dünnfilmtransistors. 3 zeigt, dass an der räumlichen Position eines lokalen Intensitätsmaximums 26 in der Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 die anhand der Beleuchtungslinie 22 erzeugte Dünnfilmschicht 28 eine Abweichung, nämlich einen Unterschied in der Kristallstruktur aufweist, die, wie z. B. im unteren Teil der 3 als regelmäßig wiederkehrende Streifen gezeigt, anhand von Dunkelfeldbeleuchtung unter einem Mikroskop sichtbar gemacht werden können. Typische Inhomogenitäten, die entlang der langen Achse (y) der Beleuchtungslinie 22 (und damit in der Dünnfilmschicht 28) auftreten, haben eine Periode von beispielsweise 0,1 mm bis 1 mm Länge (sog. ”kurzwellige” Modulationen) oder größer, also z. B. 10 mm bis 100 mm oder gar 500 mm (sog. ”langwellige” Modulation).As in 3 shown cause such intensity maxima / inhomogeneities 26 in the intensity distribution 24 the lighting line 22 the quality of the material to be processed. When feeding (see the downward arrow in 3 ) of the illumination line 22 namely influence the spatial intensity maxima / inhomogeneities 26 the intensity distribution 24 for example, by a local variation of the grain sizes in the crystal structure, the quality of the thin film layer 28 and thus also the quality of such a thin film layer 28 generated thin-film transistor. 3 shows that at the spatial position of a local intensity maximum 26 in the intensity distribution 24 the lighting line 22 the based on the lighting line 22 produced thin film layer 28 a deviation, namely a difference in the crystal structure, which, such. B. in the lower part of 3 shown as regularly recurring stripes, can be visualized using dark field illumination under a microscope. Typical inhomogeneities occurring along the long axis (y) of the illumination line 22 (and thus in the thin film layer 28 ) occur, have a period of, for example, 0.1 mm to 1 mm in length (so-called "short-wave" modulations) or greater, ie z. B. 10 mm to 100 mm or even 500 mm (so-called "long-wave" modulation).

Es ist daher wünschenswert, eine möglichst homogene Intensitätsverteilung 24, d. h. eine Gleichheit der Intensität über die gesamte Ausdehnung der Beleuchtungslinie 22 entlang der langen Achse (y-Achse) ohne das Auftreten großer Intensitätsmaxima 26 zu realisieren.It is therefore desirable to have the most homogeneous possible intensity distribution 24 ie equality of intensity over the entire extension of the illumination line 22 along the long axis (y-axis) without the appearance of large intensity maxima 26 to realize.

Erfindungsgemäß weist das optische System 10 deshalb eine Blendeneinrichtung 30 auf, siehe 4a bis 10b. Die Blendeneinrichtung 30 umfasst mindestens ein Blendenelement 32, 32a, 32b, das im Strahlengang des Laserstrahls 14 in mindestens eine Seite 34a, 34b des Strahlprofils 16, 36 des Laserstrahls 14, die sich entlang der langen Achse des Strahlprofils 16, 36 (also parallel zur y-Achse) erstreckt, derart hineinragt (wie im oberen Bildteil von 4b angedeutet), dass durch teilweises Ausblenden des Strahlprofils 16, 36 anhand des mindestens einen Blendenelements 32, 32a, 32b das Strahlprofil 16, 36 im Strahlengang direkt hinter der Blendeneinrichtung 30 eine lokal begrenzte Einbuchtung 38, 38a, 38b an der mindestens einen Seite 34a, 34b des Strahlprofils 16, 36 aufweist (wie in 5a und 5b jeweils im unteren Bildteil dargestellt). In den 4a und 4c sowie im oberen Bildteil von 4b ist das optische System 10 beispielsweise von einer Seite gesehen dargestellt, und in 10b sowie im unteren Bildteil von 4b beispielsweise von oben gesehen dargestellt. In den 4d und 10a ist das optische System 10 beispielsweise von schräg oben gesehen dargestellt. Das in 4c und 4d gezeigte optische System 10 weist zur Kompaktifizierung des Systems 10 einen gefalteten Strahlengang auf, jedoch wird das erfindungsgemäße Funktionsprinzip der Blendeneinrichtung 30 hierdurch nicht beeinträchtigt.According to the invention, the optical system 10 therefore a diaphragm device 30 up, see 4a to 10b , The aperture device 30 includes at least one aperture element 32 . 32a . 32b , in the beam path of the laser beam 14 in at least one page 34a . 34b the beam profile 16 . 36 of the laser beam 14 extending along the long axis of the beam profile 16 . 36 (ie, parallel to the y-axis) extends, so protrudes (as in the upper part of FIG 4b indicated) that by partially hiding the beam profile 16 . 36 based on the at least one aperture element 32 . 32a . 32b the beam profile 16 . 36 in the beam path directly behind the aperture device 30 a localized indentation 38 . 38a . 38b on the at least one side 34a . 34b the beam profile 16 . 36 has (as in 5a and 5b each shown in the lower part of the picture). In the 4a and 4c as well as in the upper part of the picture 4b is the optical system 10 for example, as seen from one side, and in 10b as well as in the lower part of the picture 4b for example, seen from above. In the 4d and 10a is the optical system 10 for example, seen from obliquely above. This in 4c and 4d shown optical system 10 indicates the compactification of the system 10 a folded beam path, however, the inventive principle of operation of the aperture device 30 not affected by this.

Das in 5a dargestellte Beispiel einer Blendeneinrichtung 30 weist nicht nur ein einziges Blendenelement 32, sondern eine Mehrzahl Blendenelemente 32a, 32b auf. Zum Beispiel umfasst die in 5a gezeigte Blendeneinrichtung 30 zwei spiegelbildlich einander entsprechende Blendenelemente 32a und 32b. Ein erstes Blendenelement 32a ragt im Strahlengang des Laserstrahls 14 in eine erste Seite 34a des Strahlprofils 36, die sich entlang der langen Achse des Strahlprofils 36 (parallel zur y-Achse) erstreckt, derart hinein, dass durch teilweises Ausblenden des Strahlprofils 36 anhand des ersten Blendenelements 32a das Strahlprofil 36 eine erste lokal begrenzte Einbuchtung 38a an der ersten Seite 34a des Strahlprofils 36 aufweist. Ein zweites Blendenelement 32b ragt im Strahlengang des Laserstrahls 14 in eine zweite Seite 34b des Strahlprofils 36, die sich ebenfalls der langen Achse des Strahlprofils 36 (parallel zur y-Achse) erstreckt und gegenüber der ersten Seite 34a des Strahlprofils 36 angeordnet ist, derart hinein, dass durch teilweises Ausblenden des Strahlprofils 36 anhand des zweiten Blendenelements 32b das Strahlprofil 36 eine zweite lokal begrenzte Einbuchtung 38b an der zweiten Seite 34b des Strahlprofils 36 aufweist.This in 5a illustrated example of a diaphragm device 30 does not just have a single aperture element 32 but a plurality of diaphragm elements 32a . 32b on. For example, the in 5a shown aperture device 30 two mirror-image mutually corresponding aperture elements 32a and 32b , A first panel element 32a protrudes in the beam path of the laser beam 14 in a first page 34a the beam profile 36 extending along the long axis of the beam profile 36 (parallel to the y-axis), in such a way that by partially hiding the beam profile 36 based on the first panel element 32a the beam profile 36 a first localized indentation 38a on the first page 34a the beam profile 36 having. A second aperture element 32b protrudes in the beam path of the laser beam 14 in a second page 34b the beam profile 36 , which is also the long axis of the beam profile 36 (parallel to the y-axis) and opposite the first side 34a the beam profile 36 is arranged so in that by partially hiding the beam profile 36 based on the second aperture element 32b the beam profile 36 a second localized indentation 38b on the second page 34b the beam profile 36 having.

Das in 5b dargestellte Beispiel einer Blendeneinrichtung 30 weist lediglich ein Blendenelement 32 auf, dass sich im Strahlengang des Laserstrahls 14 in eine Seite 34 des Strahlprofils 36, die sich entlang der langen Achse des Strahlprofils 36 (parallel zur y-Achse) erstreckt, derart hineinragt, dass durch teilweises Ausblenden des Strahlprofils 36 anhand des einen Blendenelements 32 das Strahlprofil 36 (lediglich) eine lokal begrenzte Einbuchtung 38 an der einen Seite 34 des Strahlprofils 36 aufweist.This in 5b illustrated example of a diaphragm device 30 only has an aperture element 32 on that in the beam path of the laser beam 14 in a page 34 the beam profile 36 extending along the long axis of the beam profile 36 (parallel to the y-axis) extends, projects in such a way that by partially hiding the beam profile 36 based on the one aperture element 32 the beam profile 36 (only) a localized indentation 38 on one side 34 the beam profile 36 having.

Es ist also möglich, dass die Blendeneinrichtung 30 lediglich ein Blendenelement 32 oder eine Mehrzahl Blendenelemente 32a, 32b aufweist. Das oder die Blendenelemente 32, 32a, 32b sind für das Licht des Laserstrahls 14 beispielsweise lichtundurchlässig, reflektierend oder absorbierend ausgebildet. Das mindestens eine Blendenelement 32 oder die Mehrzahl Blendenelemente 32, 32a, 32b formen die Apertur zur verbesserten Homogenisierung der Beleuchtungslinie 22.So it is possible that the aperture device 30 only one aperture element 32 or a plurality of aperture elements 32a . 32b having. The orifice elements 32 . 32a . 32b are for the light of the laser beam 14 For example, opaque, reflective or absorbent formed. The at least one aperture element 32 or the plurality of aperture elements 32 . 32a . 32b shape the aperture for improved homogenization of the illumination line 22 ,

Wie in 5a und 5b dargestellt, hat die erfindungsgemäße Blendeneinrichtung 30 die Wirkung, dass das durch die Blendeneinrichtung 30 bzw. deren Blendenelemente) 32, 32a, 32b teilweise ausgeblendete Strahlprofil 36 nach Abbildung durch die Abbildungseinrichtung 18 eine Beleuchtungslinie 22 erzeugt wird, deren entlang der kurzen Achse (also parallel zur x-Achse) integrierte, räumliche Intensitätsverteilung 24 an einer bestimmten Position, die der Position des mindestens einen Blendenelements 32, 32a, 32b auf der langen (y-)Achse entspricht (vergleiche z. B. die gestrichelten Linien in 5b), die lokale Intensität gezielt verringert ist, so dass hierdurch ein ohne Anwesenheit der Blendeneinrichtung 30 vorhandenes lokales Intensitätsmaximum 26 reduziert oder gar vollständig kompensiert werden kann. Somit können Intensitätsspitzen 26 in der Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 vermieden und eine verbesserte Homogenisierung der Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 realisiert werden.As in 5a and 5b shown, has the diaphragm device according to the invention 30 the effect that that through the aperture device 30 or their diaphragm elements) 32 . 32a . 32b partially hidden beam profile 36 as illustrated by the imaging device 18 a lighting line 22 whose spatial intensity distribution is integrated along the short axis (ie parallel to the x-axis) 24 at a certain position, that of the position of the at least one aperture element 32 . 32a . 32b on the long (y) axis corresponds (compare, for example, the dashed lines in 5b ), the local intensity is deliberately reduced, so that thereby one without the presence of the aperture device 30 available local intensity maximum 26 reduced or even completely compensated. Thus, intensity peaks 26 in the intensity distribution 24 the lighting line 22 avoided and improved homogenization of the intensity distribution 24 the lighting line 22 will be realized.

Die in 5a gezeigte Blendenelemente 32a, 32b sind derart geformt, dass die Intensität in der Mitte der Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 teilweise ausgeblendet, also abgesenkt, und damit an die Intensität an den Rändern der Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 angeglichen wird. Insofern ist das in 5 zu kompensierende Intensitätsmaximum 26 in der Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 ein relativ breites Intensitätsmaximum 26, das sich (fast) über die gesamte lange Achse der Beleuchtungslinie 22 erstreckt.In the 5a shown aperture elements 32a . 32b are shaped so that the intensity in the middle of the intensity distribution 24 the lighting line 22 partially hidden, that is lowered, and thus to the intensity at the edges of the intensity distribution 24 the lighting line 22 is adjusted. In that sense, that is in 5 to be compensated intensity maximum 26 in the intensity distribution 24 the lighting line 22 a relatively broad intensity maximum 26 that extends (almost) over the entire long axis of the illumination line 22 extends.

Kommt hingegen ein Blendenelement 32 zum Einsatz, das in seiner Länge, die zur Ausblendung des Strahlprofils 36 wirksam ist, kürzer ist als die Gesamtlänge der langen Achse der Beleuchtungslinie 22 (wie z. B. in 5b gezeigt), dann kann hiermit ein relativ schmales, also lokal recht begrenztes Intensitätsmaximum 26 in der Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 kompensiert werden.On the other hand, comes an aperture element 32 used in its length, which serves to hide the beam profile 36 is effective, shorter than the total length of the long axis of the illumination line 22 (such as in 5b shown), then this can be a relatively narrow, so locally quite limited intensity maximum 26 in the intensity distribution 24 the lighting line 22 be compensated.

6a und 6b zeigen weitere Beispiele für die Wirkung der erfindungsgemäßen Blendeneinrichtung 30 auf die Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22. In 6a ist die ein Intensitätsmaximum 26 aufweisende Intensitätsverteilung 24' der Beleuchtungslinie 22 in Abwesenheit der Blendeneinrichtung 30 gezeigt. In Anwesenheit der Blendeneinrichtung 30 erzeugt das Blendenelement 32 im Strahlprofil 36 direkt hinter der Blendeneinrichtung 30 eine Intensitätsverteilung 24'' des Strahlprofils 36 mit einer lokalen Einbuchtung 38, so dass das Intensitätsmaximum 26 kompensiert wird und – im Vergleich zur vorherigen Intensitätsverteilung 24' – eine hinsichtlich der Homogenisierung verbesserte Intensitätsverteilung 24 erreicht wird (siehe 6b). 6a and 6b show further examples of the effect of the diaphragm device according to the invention 30 on the intensity distribution 24 the lighting line 22 , In 6a is the one intensity maximum 26 having intensity distribution 24 ' the lighting line 22 in the absence of the aperture device 30 shown. In the presence of the aperture device 30 creates the aperture element 32 in the beam profile 36 directly behind the aperture device 30 an intensity distribution 24 '' the beam profile 36 with a local dent 38 so that the intensity maximum 26 is compensated and - compared to the previous intensity distribution 24 ' - An improved with respect to the homogenization intensity distribution 24 is achieved (see 6b ).

Werden sämtliche Intensitätsmaxima 26 in der Intensitätsverteilung 24' der Beleuchtungslinie 22' anhand der Blendeneinrichtung 30 eliminiert, so kann damit eine insgesamt deutlich geglättete Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 erreicht werden (siehe 7), die sich innerhalb einer vorgegebenen Bande erstreckt (siehe die gestrichelten Linien in 7).Become all intensity maxima 26 in the intensity distribution 24 ' the lighting line 22 ' based on the aperture device 30 eliminated, so that can be a total clearly smoothened intensity distribution 24 the lighting line 22 be achieved (see 7 ) extending within a given band (see the dashed lines in FIG 7 ).

Grundsätzlich ist es vorstellbar, dass das mindestens eine Blendenelement 32, 32a, 32b der Blendeneinrichtung 30 gegenüber der Blendeneinrichtung 30 fest angeordnet ist. Dies ist beispielsweise in 8 gezeigt. Dort weist die Blendeneinrichtung 30 zwei Blendenelemente 32a und 32b mit Freiformkurven auf, die durch Fräsen hergestellt wurden und an eine zuvor ermittelte Intensitätsverteilung 24 der durch das optische System 10 erzeugten Beleuchtungslinie 22 angepasst ist (wie weiter unten beschrieben).In principle, it is conceivable that the at least one diaphragm element 32 . 32a . 32b the aperture device 30 opposite the aperture device 30 is fixed. This is for example in 8th shown. There, the aperture device 30 two aperture elements 32a and 32b with free-form curves, which were produced by milling and to a previously determined intensity distribution 24 the through the optical system 10 generated illumination line 22 is adjusted (as described below).

Alternativ hierzu kann das oder können die Blendenelemente 32, 32a, 32b der Blendeneinrichtung 30 gegenüber der Blendeneinrichtung 30 räumlich veränderbar angeordnet sein. Insbesondere bedeutet dies, dass bei einer Mehrzahl Blendenelemente 32a, 32b die Blendenelemente 32a, 32b untereinander jeweils unabhängig voneinander räumlich veränderbar angeordnet sein können. Dies ist beispielsweise in 9 dargestellt. Hierbei sind die vielen Blendenelemente 32a, 32b verschiebbar angeordnet und die Blendeneinrichtung 30 dazu eingerichtet, jedes einzelne der Blendenelemente 32a, 32b gegenüber dem Strahlprofil 36 des Laserstrahls 14 transversal zum Strahlengang des Laserstrahls 14 (also entlang der Achse x) zu verschieben, um so ein beliebiges Blendenelement 32a, 32b aus dem Strahlprofil 36 herauszuziehen oder entlang der kurzen Achse (x) unterschiedlich weit in das Strahlprofil 36 einzuschieben.Alternatively, this may or may be the aperture elements 32 . 32a . 32b the aperture device 30 opposite the aperture device 30 be arranged spatially changeable. In particular, this means that in the case of a plurality of diaphragm elements 32a . 32b the aperture elements 32a . 32b mutually independently of each other can be arranged spatially changeable. This is for example in 9 shown. Here are the many aperture elements 32a . 32b slidably arranged and the aperture device 30 set up to each one of the aperture elements 32a . 32b opposite the beam profile 36 of the laser beam 14 transversal to the beam path of the laser beam 14 (so along the axis x) to move, so any aperture element 32a . 32b from the beam profile 36 pull out or along the short axis (x) different distances in the beam profile 36 insert.

Die in 8 und 9 gezeigte räumliche Anordnung der Blendenelemente 32, 32a, 32b bzw. die gewählte Form der durch die Blendenelemente 32a, 32b gebildete Gesamtapertur kann auf folgende Art und Weise eingestellt werden: So kann das optische System 10 eine Sensoreinrichtung 40 aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine räumliche Intensitätsverteilung 24 der durch das optische System 10 erzeugten Beleuchtungslinie 22 zu ermitteln. Eine Rechnereinheit (nicht dargestellt) des optischen Systems 10 kann dazu eingerichtet sein, die ermittelte räumliche Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 hinsichtlich eines oder mehrerer Intensitätsmaxima 26 zu analysieren. Auf Basis des bzw. der so analysierten Intensitätsmaxima 26 in der räumlichen Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 kann dann (einmal oder zeitlich kontinuierlich) das mindestens eine Blendenelement 32, 32a, 32b räumlich derart angeordnet und/oder die geometrische Form des durch die Blendenelementen 32a, 32b gebildeten Gesamtapertur derart angepasst werden, dass durch die lokal begrenzte Einbuchtung 38 des Strahlprofils 36, die durch das mindestens eine Blendenelement 32, 32a, 32b erzeugt wird, das oder die Intensitätsmaxima 26 in der räumlichen Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 (zumindest teilweise) kompensiert werden. In vorteilhafter Weise ist die Blendeneinrichtung 24 also dazu eingerichtet, auf Basis des analysierten Intensitätsmaximums 26 in der räumlichen Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 das mindestens eine Blendenelement 32, 32a, 32b räumlich derart anzuordnen und/oder die geometrische Anordnung der Mehrzahl von Blendenelementen 32, 32a, 32b derart anzupassen, dass durch die lokal begrenzte Einbuchtung 38 des Strahlprofils 36 das Intensitätsmaximum 26 in der räumlichen Intensitätsverteilung 24 der Beleuchtungslinie 22 (zumindest teilweise) kompensiert wird.In the 8th and 9 shown spatial arrangement of the aperture elements 32 . 32a . 32b or the selected shape of the through the aperture elements 32a . 32b The total aperture formed can be adjusted in the following way: This is how the optical system can be used 10 a sensor device 40 which is adapted to a spatial intensity distribution 24 the through the optical system 10 generated illumination line 22 to investigate. A computer unit (not shown) of the optical system 10 can be adapted to the determined spatial intensity distribution 24 the lighting line 22 with respect to one or more intensity maxima 26 analyze. Based on the intensity maxima thus analyzed 26 in the spatial intensity distribution 24 the lighting line 22 can then (once or temporally continuously) the at least one aperture element 32 . 32a . 32b arranged spatially and / or the geometric shape of the through the aperture elements 32a . 32b formed total aperture can be adjusted so that by the localized indentation 38 the beam profile 36 passing through the at least one aperture element 32 . 32a . 32b is generated, the one or more intensity maxima 26 in the spatial intensity distribution 24 the lighting line 22 (at least partially) be compensated. Advantageously, the aperture device 24 So set up on the basis of the analyzed maximum intensity 26 in the spatial intensity distribution 24 the lighting line 22 the at least one aperture element 32 . 32a . 32b spatially to arrange and / or the geometric arrangement of the plurality of diaphragm elements 32 . 32a . 32b adapt so that by the localized indentation 38 the beam profile 36 the intensity maximum 26 in the spatial intensity distribution 24 the lighting line 22 (at least partially) is compensated.

Wie in 4a bis 4d gezeigt, ist das mindestens eine Blendenelement 32 im Strahlengang des Laserstrahls 14 direkt hinter der Strahlformungseinrichtung 12 und direkt vor der Abbildungseinrichtung 18 angeordnet. Alternativ kann das mindestens eine Blendenelement 32 aber auch im Strahlengang des Laserstrahls 14 direkt hinter der Abbildungseinrichtung 18 angeordnet sein (nicht dargestellt). Bevorzugt ist in beiden Fällen, dass das mindestens eine Blendenelement 32 im Strahlengang des Laserstrahls 14 an einem Ort 16 abseits einer Fokalebene 22 der Abbildungseinrichtung 18 (die räumlich mit der Beleuchtungslinie 22 zusammenfällt) und abseits einer zu der Fokalebene 22 der Abbildungseinrichtung 18 konjugierten Ebene 64 (die mit einem Zwischenbild 64 des Systems 10 zusammenfällt) angeordnet ist (siehe z. B. 4a und 4b, oberer Bildteil, sowie 10a und 10b). Insbesondere kann das mindestens eine Blendenelement 32 im Strahlengang des Laserstrahls 14 an einem Ort zwischen der Fokalebene 22 der Abbildungseinrichtung 18 und der zu der Fokalebene 22 der Abbildungseinrichtung 18 nächstgelegenen konjugierten Ebene 64 angeordnet sein (siehe erneut z. B. 4a und 4b, oberer Bildteil, sowie 10a und 10b). Dies hat den Vorteil, dass das Blendenelement 32 an einem Ort 16 angeordnet ist, an dem die Intensität (also die Leistung pro Fläche) des Laserstrahls 14 relativ gering ist (im Vergleich zu einem Ort 64, der einer konjugierten Ebene 64 entspricht; siehe hierzu z. B. 4a und 4b, oberer Bildteil, wo am Ort 16 der Laserstrahl 14 deutlich weiter aufgefächert ist als am Ort 64) und damit die lokale Reduzierung der Intensität durch Ausblenden anhand des Blendenelements 32 relativ feinfühlig (also genau) erfolgen kann.As in 4a to 4d shown, that is at least one aperture element 32 in the beam path of the laser beam 14 directly behind the beam shaping device 12 and right in front of the imaging device 18 arranged. Alternatively, the at least one aperture element 32 but also in the beam path of the laser beam 14 directly behind the imaging device 18 be arranged (not shown). In both cases, it is preferred that the at least one diaphragm element 32 in the beam path of the laser beam 14 in one place 16 away from a focal plane 22 the imaging device 18 (which spatially with the illumination line 22 coincides) and off one to the focal plane 22 the imaging device 18 conjugate level 64 (with an intermediate picture 64 of the system 10 coincident) is arranged (see for example 4a and 4b , upper part of the picture, as well 10a and 10b ). In particular, the at least one aperture element 32 in the beam path of the laser beam 14 in a place between the focal plane 22 the imaging device 18 and the one to the focal plane 22 the imaging device 18 nearest conjugate level 64 be arranged (see again eg 4a and 4b , upper part of the picture, as well 10a and 10b ). This has the advantage that the aperture element 32 in one place 16 is arranged, at which the intensity (ie the power per area) of the laser beam 14 is relatively small (compared to a place 64 , the one conjugate level 64 corresponds; see z. B. 4a and 4b , upper part of the picture, where in place 16 the laser beam 14 clearly fanned out further than locally 64 ) and thus the local reduction of the intensity by fading with the aperture element 32 relatively sensitive (that is, exactly) can be done.

Dieser Aspekt wird im Folgenden näher anhand der 10a und 10b erläutert. 10a und 10b zeigen die in 9 dargestellte Blendeneinrichtung 30 nochmals in räumlicher Anordnung relativ zur Abbildungseinrichtung 18. Da der Laserstrahl 14 anhand der Strahlformungseinrichtung 12 (beispielsweise anhand einer anamorphotischen Homogenisierungsoptik 68, siehe 1b, 4b und 10b) in der y-z-Ebene mit einer nicht-verschwindenden Winkelverteilung auf die Abbildungseinrichtung 18 trifft (siehe 1b, oberer Bildteil, 4b, unterer Bildteil, sowie 10a, 10b), d. h. da der Aperturwinkel Φ größer als Null ist (siehe 10a, 10b), wird das mindestens eine Blendenelement 32 in der Fokalebene 22 der Abbildungseinrichtung 18 verschmiert projiziert oder dargestellt.This aspect is described in more detail below with reference to 10a and 10b explained. 10a and 10b show the in 9 illustrated aperture device 30 again in a spatial arrangement relative to the imaging device 18 , Because the laser beam 14 by means of the beam-shaping device 12 (For example, using an anamorphic Homogenisierungsoptik 68 , please refer 1b . 4b and 10b ) in the yz plane with a non-vanishing angular distribution on the imaging device 18 meets (see 1b , upper part of the picture, 4b , lower part of the picture, as well 10a . 10b ), ie because the aperture angle Φ is greater than zero (see 10a . 10b ), the at least one aperture element 32 in the focal plane 22 the imaging device 18 smeared projected or displayed.

Je weiter das mindestens eine Blendenelement 32 von der Fokalebene 22 bzw. der Zwischenbildebene 64 entfernt ist, desto mehr wird das Blendenelement 32 in der langen Achse (y-Achse) auf der Beleuchtungslinie 22 verschmiert dargestellt. Das bedeutet, dass Strukturen des Blendenelements 32 (wie etwa die in 9 gezeigte Rechteckförmigkeit eines einzelnen Blendenelements 32a, 32b) in der langen (y) Achse nur Modulationsperioden in der Intensitätsverteilung 24 (vgl. 3) beeinflussen bzw. korrigieren können, die gleichgroß oder größer sind als die Verschmierung. Wenn sich in der Fokalebene 22 eine Verschmierung B (siehe 10a, 10b) in der Größenordnung von etwa 10 mm ergibt, dann sind Modulationsperioden in der Größenordnung von > 10 mm ausgleichbar. Sollte gewünscht sein, kleinere Intensitätsmodulationsperioden auszugleichen, muss die Verschmierung B in der Fokalebene 22 entsprechend kleiner ausfallen und z. B. eine Größenordnung von 1 mm aufweisen. Hierzu kann das Blendenelement 32 z. B. näher an die Fokalebene 22 herangesetzt werden. Bevorzugte Positionen des Blendenelements 32 sind direkt vor bzw. direkt hinter der Abbildungseinrichtung 18 (siehe z. B. Ort 16 in 4a bis 4b, 10a und 10b), da dort auch noch die Strahlbreite in der kurzen Achse (x-Achse) groß genug ist, um durch Ein- und Ausschieben des Blendenelements 32 in das Strahlprofil 36 des Laserstrahls 14 sehr empfindlich die Intensität beeinflussen zu können.The further the at least one diaphragm element 32 from the focal plane 22 or the intermediate image plane 64 is removed, the more the aperture element 32 in the long axis (y-axis) on the illumination line 22 shown smeared. That means structures of the aperture element 32 (such as the in 9 shown rectangularity of a single aperture element 32a . 32b ) in the long (y) axis only modulation periods in the intensity distribution 24 (see. 3 ), which are equal to or greater than the smearing. When in the focal plane 22 a smear B (see 10a . 10b ) on the order of about 10 mm, then modulation periods in the order of> 10 mm can be compensated. Should it be desired to compensate for smaller intensity modulation periods, smear B must be in the focal plane 22 correspondingly smaller and z. B. have an order of 1 mm. For this purpose, the aperture element 32 z. B. closer to the focal plane 22 be set. Preferred positions of the diaphragm element 32 are directly in front of or directly behind the imaging device 18 (See, for example, location 16 in 4a to 4b . 10a and 10b ), because there is still the beam width in the short axis (x-axis) is large enough to push in and out of the diaphragm element 32 in the beam profile 36 of the laser beam 14 very sensitive to be able to influence the intensity.

Typische Werte für den Aperturwinkel Φ liegen im Bereich von etwa 10 mrad. Bei einer typischen Distanz D (siehe 10a) von der Blendeneinrichtung 30, genauer: dem mindestens einen Blendenelement 32, zu der Fokalebene 22 im Bereich von etwa 1000 mm, ergibt sich eine Verschmierung B in der Größenordnung von etwa 10 mm. Wird hingegen eine typischen Distanz D von der Blendeneinrichtung 30, genauer: dem mindestens einen Blendenelement 32, zu der Fokalebene 22 im Bereich von etwa 100 mm gewählt, so ergibt sich eine Verschmierung B in der Größenordnung von etwa 1 mm.Typical values for the aperture angle Φ are in the range of about 10 mrad. At a typical distance D (see 10a ) of the aperture device 30 More precisely, the at least one diaphragm element 32 , to the focal plane 22 in the range of about 1000 mm, there is a smear B in the order of about 10 mm. If, however, a typical distance D from the aperture device 30 More precisely, the at least one diaphragm element 32 , to the focal plane 22 chosen in the range of about 100 mm, so there is a smear B in the order of about 1 mm.

In diesem Sinne kann eine Rechnereinheit dazu eingerichtet sein, die räumliche Intensitätsverteilung 24, 24', 24'' der Beleuchtungslinie 22 hinsichtlich einer charakteristischen Modulationsperiode zu analysieren, und die Blendeneinrichtung 30 dazu eingerichtet sein, auf Basis der analysierten Modulationsperiode in der räumlichen Intensitätsverteilung 24, 24', 24'' der Beleuchtungslinie 22 das mindestens eine Blendenelement 32, 32a, 32b räumlich entlang des Strahlengangs des Laserstrahls 14 derart anzuordnen, d. h. den Abstand D von der Blendeneinrichtung 30, genauer: dem mindestens einen Blendenelement 32, zu der Fokalebene 22, derart anzupassen, dass durch die lokal begrenzte Einbuchtung 38 des Strahlprofils 36 die Modulationsperiode in der räumlichen Intensitätsverteilung 24, 24', 24'' der Beleuchtungslinie 22 zumindest teilweise kompensiert wird bzw. werden kann, also dass die Verschmierung B der lokal begrenzten Einbuchtung 38 des Strahlprofils 36 der analysierten Modulationsperiode entspricht.In this sense, a computer unit can be set up for the spatial intensity distribution 24 . 24 ' . 24 '' the lighting line 22 in terms of a characteristic modulation period, and the aperture device 30 be set up on the basis of the analyzed modulation period in the spatial intensity distribution 24 . 24 ' . 24 '' the lighting line 22 the at least one aperture element 32 . 32a . 32b spatially along the beam path of the laser beam 14 to arrange such, ie the distance D from the diaphragm device 30 More precisely, the at least one diaphragm element 32 , to the focal plane 22 to be adapted in such a way that by the locally limited indentation 38 the beam profile 36 the modulation period in the spatial intensity distribution 24 . 24 ' . 24 '' the lighting line 22 is at least partially compensated or can be, so that the smearing B of the localized indentation 38 the beam profile 36 corresponds to the analyzed modulation period.

Die Blendeneinrichtung 30 kann eine Kühleinrichtung (nicht dargestellt), insbesondere eine auf Wasserkühlung basierende Kühleinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Blendenelement 32, 32a, 32b derart zu kühlen, dass es eine vorbestimmte Temperatur im Wesentlich konstant aufweist. Mit anderen Worten: Die Kühleinrichtung hält das oder die Blendenelemente 32, 32a, 32b auf einer zeitlich konstanten Temperatur. Dies hat den Vorteil, dass es anhand des Laserstrahls 14 zu lokaler Aufheizung eines oder mehrerer Blendenelemente 32, 32a, 32b nicht kommt. Somit können durch eine derartige Aufheizung erzeugte Luftschlieren oder Luftverwirbelungen im Strahlengang des Laserstrahls 14 vermieden werden, die zu einer zeitlichen und/oder räumlichen Schwankung der Intensitätsverteilung 24, 24', 24'' der Beleuchtungslinie 22 führen könnten.The aperture device 30 may comprise a cooling device (not shown), in particular a water-cooling-based cooling device, which is adapted to the at least one diaphragm element 32 . 32a . 32b to cool so that it has a predetermined temperature substantially constant. In other words, the cooling device holds the orifice elements 32 . 32a . 32b at a constant temperature over time. This has the advantage of being based on the laser beam 14 for local heating of one or more diaphragm elements 32 . 32a . 32b does not come. Thus, generated by such heating air streaks or air turbulence in the beam path of the laser beam 14 be avoided, leading to a temporal and / or spatial fluctuation of the intensity distribution 24 . 24 ' . 24 '' the lighting line 22 could lead.

Die Figuren oder deren Bildteile sind nicht notwendigerweise als maßstabsgetreu anzusehen. Insofern kann beispielsweise im unteren Bildteil der 1a die kurze Achse des Strahlprofils 16 länger erscheinen als die lange Achse im oberen Bildteil der 1a.The figures or their parts are not necessarily to be considered as true to scale. In this respect, for example, in the lower part of the image 1a the short axis of the beam profile 16 appear longer than the long axis in the upper part of the picture 1a ,

Sofern nicht ausdrücklich anders beschrieben, stehen identische Bezugszeichen in den Figuren für identische oder identisch wirkende Elemente. Außerdem ist eine beliebige Kombination der in den Figuren dargestellten Merkmale denkbar.Unless expressly stated otherwise, identical reference numerals in the figures stand for identical or identically acting elements. In addition, any combination of the features shown in the figures is conceivable.

Claims (17)

Optisches System (10) zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung umfassend: – eine Strahlformungseinrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl (14) derart zu formen, dass ein Strahlprofil (16, 36) des Laserstrahls (14) eine. lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist, – eine im Strahlengang des Laserstrahls (14) der Strahlformungseinrichtung (12) nachgeordnete Abbildungseinrichtung (18), die dazu eingerichtet ist, den so geformten Laserstrahl (14) als eine Beleuchtungslinie (22) abzubilden, und – eine Blendeneinrichtung (30) mit mindestens einem Blendenelement (32, 32a, 32b), das im Strahlengang des Laserstrahls (14) in mindestens eine Seite (34, 34a, 34b) des Strahlprofils (16, 36), die sich entlang der langen Achse (y) des Strahlprofils (16, 36) erstreckt, derart hineinragt, dass durch teilweises Ausblenden des Strahlprofils (16, 36) das Strahlprofil (16, 36) eine lokal begrenzte Einbuchtung (38, 38a, 38b) an der mindestens einen Seite (34, 34a, 34b) des Strahlprofils (16, 36) aufweist, gekennzeichnet durch: – eine Sensoreinrichtung (40), die dazu eingerichtet ist, eine räumliche Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) zu ermitteln, und – eine Rechnereinheit, die dazu eingerichtet ist, die räumliche Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) hinsichtlich eines Intensitätsmaximums (26) zu analysieren, wobei die Blendeneinrichtung (30) dazu eingerichtet ist, auf Basis des analysierten Intensitätsmaximums (26) in der räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) räumlich derart anzuordnen und/oder die geometrische Form des mindestens einen Blendenelements (32, 32a, 32b) derart anzupassen, dass durch die lokal begrenzte Einbuchtung (38, 38a, 38b) des Strahlprofils (16, 36) das Intensitätsmaximum (26) in der räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) zumindest teilweise kompensiert wird.Optical system ( 10 ) for homogenizing the intensity of laser radiation comprising: - a beam shaping device ( 12 ), which is adapted to a laser beam ( 14 ) such that a beam profile ( 16 . 36 ) of the laser beam ( 14 ) one. long axis (y) and a short axis (x), - one in the beam path of the laser beam ( 14 ) of the beam-shaping device ( 12 ) downstream imaging device ( 18 ), which is adapted to the thus formed laser beam ( 14 ) as a lighting line ( 22 ), and - a diaphragm device ( 30 ) with at least one diaphragm element ( 32 . 32a . 32b ), which in the beam path of the laser beam ( 14 ) in at least one page ( 34 . 34a . 34b ) of the beam profile ( 16 . 36 ) along the long axis (y) of the beam profile (FIG. 16 . 36 ) projects in such a way that by partially hiding the beam profile ( 16 . 36 ) the beam profile ( 16 . 36 ) a locally limited Indentation ( 38 . 38a . 38b ) on the at least one side ( 34 . 34a . 34b ) of the beam profile ( 16 . 36 ), characterized by: - a sensor device ( 40 ), which is set up to provide a spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ), and - a computer unit which is set up to control the spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ) with respect to an intensity maximum ( 26 ), wherein the aperture device ( 30 ) is set up on the basis of the analyzed maximum intensity ( 26 ) in the spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ) the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) spatially arrange and / or the geometric shape of the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) such that by the locally limited indentation ( 38 . 38a . 38b ) of the beam profile ( 16 . 36 ) the intensity maximum ( 26 ) in the spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ) is at least partially compensated. Optisches System (10) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) im Strahlengang des Laserstrahls (14) hinter der Strahlformungseinrichtung (12) angeordnet ist.Optical system ( 10 ) according to claim 1, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) in the beam path of the laser beam ( 14 ) behind the beam-shaping device ( 12 ) is arranged. Optisches System (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) im Strahlengang des Laserstrahls (14) vor der Abbildungseinrichtung (18) angeordnet ist.Optical system ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) in the beam path of the laser beam ( 14 ) in front of the imaging device ( 18 ) is arranged. Optisches System (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) im Strahlengang des Laserstrahls (14) hinter der Abbildungseinrichtung (18) angeordnet ist.Optical system ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) in the beam path of the laser beam ( 14 ) behind the imaging device ( 18 ) is arranged. Optisches System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) im Strahlengang des Laserstrahls (14) an einem Ort (16) abseits einer zu einer Fokalebene (22) der Abbildungseinrichtung (18) konjugierten Ebene (64) angeordnet ist.Optical system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) in the beam path of the laser beam ( 14 ) in one place ( 16 ) away from one to a focal plane ( 22 ) of the imaging device ( 18 ) conjugate level ( 64 ) is arranged. Optisches System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) im Strahlengang des Laserstrahls (14) an einem Ort zwischen einer Fokalebene (22) der Abbildungseinrichtung (18) und einer zu der Fokalebene (22) der Abbildungseinrichtung (18) konjugierten Ebene (64) angeordnet ist.Optical system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) in the beam path of the laser beam ( 14 ) at a location between a focal plane ( 22 ) of the imaging device ( 18 ) and one to the focal plane ( 22 ) of the imaging device ( 18 ) conjugate level ( 64 ) is arranged. Optisches System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) im Strahlengang des Laserstrahls (14) an einem Ort (16) zwischen einer Fokalebene (22) der Abbildungseinrichtung (18) und der zu der Fokalebene (22) der Abbildungseinrichtung (18) nächstgelegenen konjugierten Ebene (64) angeordnet ist.Optical system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) in the beam path of the laser beam ( 14 ) in one place ( 16 ) between a focal plane ( 22 ) of the imaging device ( 18 ) and the focal plane ( 22 ) of the imaging device ( 18 ) nearest conjugate level ( 64 ) is arranged. Optisches System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) für Licht des Laserstrahls (14) lichtundurchlässig und/oder reflektierend und/oder absorbierend ausgebildet ist.Optical system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) for light of the laser beam ( 14 ) is made opaque and / or reflective and / or absorbent. Optisches System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) gegenüber der Blendeneinrichtung (30) fest angeordnet ist.Optical system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) relative to the diaphragm device ( 30 ) is fixed. Optisches System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) gegenüber der Blendeneinrichtung (30) räumlich veränderbar angeordnet ist.Optical system ( 10 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) relative to the diaphragm device ( 30 ) is arranged spatially changeable. Optisches System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl Blendenelemente (32a, 32b) vorgesehen ist.Optical system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of diaphragm elements ( 32a . 32b ) is provided. Optisches System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) verschiebbar angeordnet ist und die Blendeneinrichtung (30) dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) gegenüber dem Strahlprofil (16, 36) des Laserstrahls (14) zu verschieben.Optical system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) is slidably disposed and the aperture device ( 30 ) is adapted to the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) relative to the beam profile ( 16 . 36 ) of the laser beam ( 14 ) to move. Optisches System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rechnereinheit dazu eingerichtet ist, die räumliche Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) hinsichtlich einer charakteristischen Modulationsperiode zu analysieren, und die Blendeneinrichtung (30) dazu eingerichtet ist, auf Basis der analysierten Modulationsperiode in der räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) das mindestens eine Blendenelement (32, 32a, 32b) räumlich, derart anzuordnen, dass durch die lokal begrenzte Einbuchtung (38, 38a, 38b) des Strahlprofils (16, 36) die Modulationsperiode in der räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) zumindest teilweise kompensiert wird.Optical system ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the computer unit is adapted to the spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ) with respect to a characteristic modulation period, and the diaphragm device ( 30 ) is set up on the basis of the analyzed modulation period in the spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ) the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) spatially arranged such that by the localized indentation ( 38 . 38a . 38b ) of the beam profile ( 16 . 36 ) the modulation period in the spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ) is at least partially compensated. Optisches System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Laserstrahlungsquelle (20) zum Bereitstellen des Laserstrahls (14).Optical system ( 10 ) according to any one of the preceding claims, further comprising at least one laser radiation source ( 20 ) for providing the laser beam ( 14 ). Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten mit einem optischen System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Plant for processing thin-film layers with an optical system ( 10 ) according to any one of the preceding claims. Anlage nach Anspruch 15, ferner umfassend: – einen Träger, auf welchen eine Materialschicht aufbringbar oder aufgebracht ist, wobei die Anlage dazu ausgebildet und angeordnet ist, die Materialschicht mit der Beleuchtungslinie (22) des optischen Systems (10) zu beaufschlagen, um die Materialschicht zumindest durch kurzzeitiges Aufschmelzen zu verarbeiten.Plant according to claim 15, further comprising: a support, on which a material layer can be applied or applied, wherein the installation is designed and arranged to cover the material layer with the illumination line ( 22 ) of the optical system ( 10 ) to process the material layer, at least by short-term melting. Optisches Verfahren zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung die Schritte umfassend: – Formen eines Laserstrahls (14) anhand einer Strahlformungseinrichtung (12) derart, dass ein Strahlprofil (16, 36) des Laserstrahls (14) eine lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist, – Abbilden des so geformten Laserstrahls (14) als eine Beleuchtungslinie (22) anhand einer Abbildungseinrichtung (18), und – Bereitstellen mindestens eines Blendenelements (32, 32a, 32b) einer Blendeneinrichtung (30), das im Strahlengang des Laserstrahls (14) in mindestens eine Seite (34, 34a, 34b) des Strahlprofils (16, 36), die sich entlang der langen Achse (y) des Strahlprofils (16, 36) erstreckt, derart hineinragt, dass durch teilweises Ausblenden des Strahlprofils (16, 36) das Strahlprofil (16, 36) eine lokal begrenzte Einbuchtung (38, 38a, 38b) an der mindestens einen Seite (34, 34a, 34b) des Strahlprofils (16, 36) aufweist, gekennzeichnet durch: – Ermitteln einer räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22), – Analysieren der räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) hinsichtlich eines Intensitätsmaximums (26), – auf Basis des analysierten Intensitätsmaximums (26) in der räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22), räumliches Anordnen des mindestens einen Blendenelements (32, 32a, 32b) und/oder Anpassen der geometrischen Form des mindestens einen Blendenelements (32, 32a, 32b) derart, dass durch die lokal begrenzte Einbuchtung (38, 38a, 38b) des Strahlprofils (16, 36) das Intensitätsmaximum (26) in der räumlichen Intensitätsverteilung (24, 24', 24'') der Beleuchtungslinie (22) zumindest teilweise kompensiert wird.Optical method of homogenizing the intensity of laser radiation comprising the steps of: - forming a laser beam ( 14 ) by means of a beam-shaping device ( 12 ) such that a beam profile ( 16 . 36 ) of the laser beam ( 14 ) has a long axis (y) and a short axis (x), - imaging the thus formed laser beam ( 14 ) as a lighting line ( 22 ) by means of an imaging device ( 18 ), and - providing at least one diaphragm element ( 32 . 32a . 32b ) of a diaphragm device ( 30 ), which in the beam path of the laser beam ( 14 ) in at least one page ( 34 . 34a . 34b ) of Beam profile ( 16 . 36 ) along the long axis (y) of the beam profile (FIG. 16 . 36 ) projects in such a way that by partially hiding the beam profile ( 16 . 36 ) the beam profile ( 16 . 36 ) a localized indentation ( 38 . 38a . 38b ) on the at least one side ( 34 . 34a . 34b ) of the beam profile ( 16 . 36 ), characterized by: - determining a spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ), - analyzing the spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ) with respect to an intensity maximum ( 26 ), - on the basis of the analyzed maximum intensity ( 26 ) in the spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ), spatial arrangement of the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) and / or adjusting the geometric shape of the at least one aperture element ( 32 . 32a . 32b ) such that by the locally limited indentation ( 38 . 38a . 38b ) of the beam profile ( 16 . 36 ) the intensity maximum ( 26 ) in the spatial intensity distribution ( 24 . 24 ' . 24 '' ) of the illumination line ( 22 ) is at least partially compensated.
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