DE102018200078B4

DE102018200078B4 - Optisches System und Verfahren zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie

Info

Publication number: DE102018200078B4
Application number: DE102018200078.6A
Authority: DE
Inventors: Berthold Burghardt; Hans-Jürgen Kahlert; Johannes Richter
Original assignee: Innovavent GmbH
Current assignee: Innovavent GmbH
Priority date: 2018-01-04
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-01-05
Also published as: JP2021508857A; WO2019134924A1; CN111465889B; KR20200101987A; CN111465889A; JP6813719B1; KR102459299B1; DE102018200078A1

Abstract

Optisches System (10) zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie (22), umfassend:- eine Laserstrahlquelle (26) zum Erzeugen eines Laserstrahls (14) entlang einer optischen Achse (z);- eine Strahlformungseinrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (14) derart zu formen, dass ein Strahlprofil (16) des Laserstrahls (14) eine lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist; und- 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,wobei die Strahlformungseinrichtung (12) mindestens eine Teleskopanordnung (20; 36) umfasst, welche eine erste Linsengruppe (23; 38) und eine zweite Linsengruppe (24; 40) umfasst, wobei die erste Linsengruppe (23; 38) und die zweite Linsengruppe (24; 40) mindestens bezüglich der kurzen Achse (x) eine optische Brechkraft aufweisen,wobei das optische System (10) eine erste Bewegungseinrichtung (60) zum Bewegen mindestens einer der ersten und zweiten Linsengruppe entlang der optischen Achse (z) umfasst,wobei das optische System (10) ferner eine Steuereinheit (64) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die erste Bewegungseinrichtung (62) so anzusteuern, dass die mindestens eine der ersten und zweiten Linsengruppe bewegt wird während die Laserstrahlquelle (26) den Laserstrahl erzeugt,wobei die Laserstrahlquelle (26) einen Laserresonator (46), eine dem Laserresonator (46) im Strahlengang nachgeordnete frequenzvervielfachende Kristallanordnung (52) und ein im Strahlengang zwischen dem Laserresonator (46) und der Kristallanordnung (52) angeordnetes erstes Shutter-Element (48) umfasst, undwobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die erste Bewegungseinrichtung (60) in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements (48) anzusteuern.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie, insbesondere beispielsweise für sogenannte Laser Lift Off Anwendungen oder für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten, und ein Verfahren zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie, insbesondere für Laser Lift Off Anwendungen oder zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten.
Die im Folgenden vorgestellte Technik kann beispielsweise im Zusammenhang mit Laser Lift Off Anwendungen eingesetzt werden. Laser Lift Off Anwendungen lösen Kunststoffsubstrate von einem Glasträger. Dabei wird eine Laserlinie (d. h. eine Beleuchtungslinie) durch ein transparentes Glas auf ein Kunststoffsubstrat fokussiert. Die Verklebung wird mit dem Laserstrahl aufgelöst und das Kunststoffsubstrat auf diese Weise berührungslos von dem Glassubstrat getrennt. Zum Beispiel flexible OLED-Displays werden auf PI-Folien hergestellt, die auf Glasplatten für die Herstellung aufgeklebt sind. Nach der Herstellung, die z. B. Aufdampf- und Photolithographieprozesse beinhaltet, wird das Display-Substrat vom Glasträger mit Hilfe eines Laser Lift Off (LLO) Prozesses gelöst. Für diese Prozesse werden gepulste Festkörperlaser, die beispielsweise 343 nm und 355 nm Laserlicht emittieren und von der Polyimidschicht bzw. einer Klebeschicht gut absorbiert werden, dennoch für das Glas nahezu transparent sind, eingesetzt.
Eine mögliche Anwendung eines LLO Prozesses besteht beispielsweise in der Ablösung flexibler OLED-Display-Substrate von einem Glasträger. Hierbei sind auf einer ebenen Glasplatte von z. B. 0,5 mm Dicke Polyimid-Filme von mehreren 10-100 µm aufgeklebt, auf denen OLED-Display Strukturen aufgebaut werden. Nach Fertigstellung der Displayfolie muss diese vom Glasträger abgenommen werden. Dazu wird eine Laserlinie durch das für 343 nm oder 355 nm transparente Glas auf die Kunststofffolie fokussiert. Bei typischen Energiedichten von 100-500 mJ/cm² wird die Verklebung gelöst indem eine 20-50 µm breite Linie mit einer Geschwindigkeit von 50-300 mm/s darüber hinwegbewegt wird. Das Kunststoffsubstrat bleibt dabei unbeschädigt und das flexible OLED Displaysubstrat kann für die Weiterverarbeitung z. B. in Smartphones verwendet werden.
Ein anderer Anwendungsfall der vorgestellten Technik betrifft die Bearbeitung von Dünnfilmschichten. 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.
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 . Seit einigen Jahren werden auch Laser mit der Wellenlänge 343 nm und 355 nm für diese Prozesse eingesetzt. Anhand einer Strahlformungseinrichtung kann der Laserstrahl derart geformt werden, dass ein Strahlprofil 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. Ein entsprechendes optisches System ist beispielsweise in der DE 10 2015 002 537 A1 beschrieben.
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, sodass 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.
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 100 µm auf. Die kurze und die lange Achse bilden also ein relativ hohes Aspektverhältnis.
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.
Neben den oben geschilderten Anwendungsgebieten im Zusammenhang mit LLO und der Herstellung von Dünnfilmtransistoren existieren eine Reihe weitere Anwendungsgebiete, in welchen die Erzeugung einer Beleuchtungslinie mit hohem Aspektverhältnis zur Beleuchtung eines Substrats erforderlich ist.
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 des Substrats. 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.).
Neben der oben geschilderten räumlichen Homogenität der Intensität der Beleuchtungslinie ist die zeitliche Homogenität der Intensität (damit ist die zeitliche Änderung der Intensität während des Scannens gemeint) von vergleichbar großer Bedeutung. Zeitliche Intensitätsschwankungen der Beleuchtungslinie führen dazu, dass Bereiche des beleuchteten Materials, über welches die Beleuchtungslinie geführt wird, mit unterschiedlicher (d. h. inhomogener bzw. ungleichmäßiger) Intensität beleuchtet werden, was zu unerwünschten ungleichmäßigen Eigenschaften des gebildeten Endprodukts führen kann.
Das Dokument US 6894839 B2 offenbart ein optisches Beleuchtungssystem zum Ausstrahlen eines linearen Strahls mit hoher Beleuchtungsgleichmäßigkeit und einer schmalen Linienbreite mit einem großen Aspektverhältnis. Das optische Beleuchtungssystem umfasst ein afokales Strahlaufweitungssystem, das einen von einer Laserlichtquelle beleuchteten Strahl ausdehnt, ein linienstrahlbildendes Linsensystem mit mindestens einer Brechkraft in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen rechtwinklig zu mindestens einer ersten Richtung ist, wobei das linienstrahlbildende Linsensystem den von dem Strahlaufweitungssystem beleuchteten Strahl in einen linearen Strahl konvertiert mit seiner langen Seite in der ersten Richtung, einen Linsenarrayabschnitt mit mehreren Elementlinsen, die entlang der ersten Richtung angeordnet sind, und ein optisches Kondensorsystem, das eine Bearbeitungsfläche beleuchtet.
Das Dokument US 2012/0111310 A1 offenbart ein Zielobjektverarbeitungsverfahren, das ein Zielobjekt mit einem Laserstrahl selbst-brechen kann. Das Zielobjektverarbeitungsverfahren umfasst Erzeugen eines Laserstrahls aus einer Laserstrahlquelle; Korrigieren eines Divergenzwinkels des erzeugten Laserstrahls, und Bilden eines Flecks durch Verdichten des korrigierten Laserstrahls in das Innere des Zielobjekts.
Das Dokument US 2009/0154518 A1 offenbart dass ein ursprünglicher Laserstrahl mit einem symmetrischen M2, aber einer schlechten Strahlqualität in einer Querachse durch einen aufgefächerten Stapel von parallelen transparenten Platten in mehrere Strahlscheiben geschnitten wird. Die Strahlscheiben werden auch durch den Stapel von Platten in einer anderen Querachse senkrecht zur ersten Achse gespreizt. Ein aufgefächerter Stapel von Glasblöcken richtet die ausgebreiteten Strahlscheiben in der ersten Achse aus, um effektiv einen einzigen Strahl mit einem asymmetrischen M2 zu bilden, wobei die Strahlqualität in einer Achse verbessert und in der anderen im Vergleich zum ursprünglichen Strahl verschlechtert ist.
Vor dem oben geschilderten Hintergrund ist es wünschenswert, die optischen Eigenschaften der er-zeugten Beleuchtungslinie zeitlich möglichst konstant zu halten. Insbesondere ist es wünschenswert, eine Intensität (insbesondere eine gesamte Intensitätsverteilung bzw. zumindest eine maximale Intensität) der Beleuchtungslinie und eine Halbwerts-breite (FWHM) der Beleuchtungslinie entlang der kurzen Achse zeitlich möglichst konstant zu halten.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes optisches System zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie, insbesondere für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten, anzugeben, welches die Erzeugung einer qualitativ hochwertigen und zeitlich konstanten Beleuchtungslinie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird anhand eines optischen Systems nach Anspruch 1 und anhand eines Verfahrens nach Anspruch 12 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein optisches System zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie (insbesondere für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten) bereitgestellt. Das optische System umfasst eine Laserstrahlquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls entlang einer optischen Achse. Ferner umfasst das optische System eine Strahlformungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den 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. Die Strahlformungseinrichtung umfasst mindestens eine Teleskopanordnung, welche eine erste Linsengruppe und eine zweite Linsengruppe umfasst, wobei die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe mindestens bezüglich der kurzen Achse eine optische Brechkraft aufweisen. Das optische System umfasst eine erste Bewegungseinrichtung zum Bewegen mindestens einer der ersten und zweiten Linsengruppe entlang der optischen Achse. Das optische System umfasst ferner eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die erste Bewegungseinrichtung so anzusteuern, dass die mindestens eine der ersten und zweiten Linsengruppe bewegt wird während die Laserstrahlquelle den Laserstrahl erzeugt.
Als das Strahlprofil des Laserstrahls wird insbesondere ein Strahlprofil des Laserstrahls (insbesondere direkt) vor der Abbildungseinrichtung verstanden. Die Teleskopanordnung kann auch als Fernrohranordnung bezeichnet werden und beschreibt die optische Anordnung der Linsengruppen bzw. Linsen dieser Anordnung und deren optischen Eigenschaften. Insbesondere kann es sich bei der Teleskopanordnung um ein Kepler-Teleskop oder um ein Galileo-Teleskop handeln, wie weiter unten detailliert beschrieben wird. Die Teleskopanordnung umfasst mindestens eine erste und eine zweite Linsengruppe. Der Begriff der Linsengruppe ist hierbei so zu verstehen, dass es sich jeweils um eine einzelne Linse (beispielsweise eine Sammellinse oder eine Zerstreuungslinse) oder um eine aus mehreren (beispielsweise verkitteten) Linsen zusammengesetzte Gruppe von Linsen handeln kann. Im einfachsten Fall kann somit die Teleskopanordnung aus zwei einzelnen Linsen bestehen, welche jeweils als einzelne Linse eine eigene Linsengruppe bilden. Die Teleskopanordnung kann so ausgestaltet sein, dass ein Brennpunkt der ersten Linsengruppe räumlich mit einem Brennpunkt der zweiten Linsengruppe übereinstimmt. Die erste Linsengruppe kann beispielsweise aus einer einzelnen Zylinderlinse bestehen oder sich aus mehreren Zylinderlinsen zusammensetzen. Dasselbe gilt unabhängig von der Anordnung der ersten Linsengruppe für die zweite Linsengruppe.
Die optische Achse erstreckt sich gemäß der hierin verwendeten Konvention entlang einer z-Achse. Die erste Bewegungseinrichtung ist somit dazu eingerichtet, die erste Linsengruppe, die zweite Linsengruppe oder beide Linsengruppen entlang der z-Achse zu bewegen. Hierfür kann die erste Bewegungseinrichtung beispielsweise einen linearen Stellmotor oder ein Piezo-Element umfassen.
Die Begriffe „erste“ und „zweite“, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit der „ersten Bewegungseinrichtung“ und der später geschilderten „zweiten Bewegungseinrichtung“ verwendet werden, dienen lediglich der Unterscheidbarkeit und transportieren keinen weiteren Sinngehalt. Alternativ könnte beispielsweise die „erste Bewegungseinrichtung“ als „Bewegungseinrichtung“ und die „zweite Bewegungseinrichtung“ als „weitere Bewegungseinrichtung“ bezeichnet werden.
Die Steuereinheit kann beispielsweise mindestens einen Prozessor und mindestens einen Speicher umfassen. In dem Speicher können Befehle gespeichert sein, welche die Steuereinheit dazu veranlassen, die erste Bewegungseinrichtung gemäß einem vordefinierten Ablauf anzusteuern. Ferner kann die Steuereinheit auch zum Steuern weiterer Elemente des optischen Systems verwendet werden, wie beispielsweise der Laserstrahlquelle sowie der beiden Shutter-Elemente, welche weiter unten beschrieben werden.
Die oben geschilderte Technik hat die Wirkung und den Vorteil, dass sich optische Veränderungen des optischen Systems, welche sich während der Erzeugung des Laserstrahls ergeben, durch eine Bewegung bzw. Verstellung der Teleskopanordnung kompensieren lassen. Insbesondere kann ein thermischer Linseneffekt, welcher durch eine Erwärmung einer optischen Komponente des optischen Systems, verursacht durch den Laserstrahl, hervorgerufen wird, durch die Bewegung der ersten Bewegungseinrichtung kompensiert oder zumindest verringert werden.
Die Laserstrahlquelle umfasst erfindungsgemäß einen Laserresonator, eine dem Laserresonator im Strahlengang nachgeordnete frequenzvervielfachende Kristallanordnung und ein im Strahlengang zwischen dem Laserresonator und der Kristallanordnung angeordnetes erstes Shutter-Element. Ferner ist die Steuereinheit erfindungsgemäß dazu eingerichtet, die erste Bewegungseinrichtung in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements anzusteuern. Dies kann beispielsweise basierend auf Steuerdaten geschehen, welche in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert sind.
Bei dem Laserresonator kann es sich beispielsweise um einen Festkörperlaser handeln, der Laserstrahlung insbesondere im Infrarotbereich emittiert. Der Laserresonator kann beispielsweise einen Nd:YAG-Laser umfassen. Die frequenzvervielfachende Kristallanordnung kann beispielsweise einen Kristall zur Frequenzverdopplung (auch: SHG-Kristall) und/oder einen Kristall zur Frequenzverdreifachung (auch: THG-Kristall) umfassen. Neben der Ansteuerung der ersten Bewegungseinrichtung kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, das erste Shutter-Element anzusteuern. Das erste Shutter-Element kann beispielsweise einen mechanischen Shutter umfassen. Das Shutter-Element kann so angesteuert werden, dass es entweder den Laserstrahl blockiert, sodass sich die Laserstrahlquelle in einem Zustand befindet, in dem sie keinen Laserstrahl erzeugt, oder dass es den Laserstrahl passieren lässt (beispielsweise dadurch, dass ein mechanischer Shutter aus dem Strahlengang heraus bewegt wird), sodass sich die Laserstrahlquelle in einem Zustand befindet, in dem sie einen Laserstrahl erzeugt. Anders ausgedrückt kann das erste Shutter-Element als Ein/AusSchalter der Laserstrahlquelle für die frequenzvervielfachte Laserstrahlung aufgefasst werden, wobei durch Ansteuern des ersten Shutter-Elements die Laserstrahlquelle dazu gebracht werden kann, einen Laserstrahl zu erzeugen oder eine Erzeugung eines Laserstrahls zu beenden. Mithilfe des Shutter-Elements kann somit eine Zeitdauer, in der die frequenzvervielfachende Kristallanordnung dem Laserstrahl ausgesetzt ist, auf Zeiten reduziert werden, in denen der Laserstrahl auch tatsächlich für die Beleuchtung eines Substrats (beispielsweise einer Dünnfilmschicht) verwendet wird.
Eine Steuerung in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements kann bedeuten, dass ein zeitlicher Ablauf der Bewegung der ersten und/oder der zweiten Linsengruppe abhängig ist (insbesondere ausgelöst wird) von einem Schließen oder einem Öffnen des ersten Shutter-Elements. Anders ausgedrückt kann eine Ansteuerung einer Öffnung des Shutter-Elements in einem vordefinierten zeitlichen Zusammenhang mit einer Ansteuerung der ersten Bewegungseinrichtung stehen. Insbesondere kann eine Ansteuerung der ersten Bewegungseinrichtung von einem Öffnen (oder einem Öffnen-Befehl) des Shutter-Elements ausgelöst werden.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die erste Bewegungseinrichtung so anzusteuern, dass (insbesondere unmittelbar) nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements die Teleskopanordnung kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren wird, um einen durch eine Erwärmung der Kristallanordnung (insbesondere im Laser) verursachten thermischen Linseneffekt zumindest teilweise zu kompensieren.
Die Steuereinheit kann die Ansteuerung des ersten Shutter-Elements und der ersten Bewegungseinrichtung übernehmen, wobei in einem Speicher der Steuereinheit Steuerdaten gespeichert sind, welche die Steuereinheit dazu veranlassen, unmittelbar nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements die Teleskopanordnung von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu fahren.
Der thermische Linseneffekt kann zu einer Verschiebung einer Strahltaille des Laserstrahls, die z. B. im Laser erzeugt wird, entlang der optischen Achse führen. Diese Verschiebung führt in einem optischen System zur Erzeugung einer Beleuchtungslinie dazu, dass sich die Fokusbreite am Substrat und die Fokuslage und damit die Intensität ändern. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, diese Verschiebung so zu kompensieren, dass eine Breite der Beleuchtungslinie (insbesondere entlang der kurzen Achse) und/oder eine Intensität der Beleuchtungslinie im Wesentlichen konstant gehalten wird.
In einem Speicher der Steuereinheit können Steuerdaten gespeichert sein, welche beispielsweise auf simulierten Daten oder auf Kalibrierungsdaten basieren, die eine zeitliche Abhängigkeit des thermischen Linseneffekts beschreiben. Die Steuerdaten zur Ansteuerung der ersten Bewegungseinheit können so ausgestaltet sein, dass sie diesen thermischen Linseneffekt bestmöglich kompensieren.
Es kann sich bei der mindestens einen Teleskopanordnung beispielsweise um ein Kepler-Teleskop oder um ein Galileo-Teleskop handeln. Die Teleskopanordnung kann dazu eingerichtet sein, einen im Wesentlichen kollimierten eintreffenden Laserstrahl als im Wesentlichen kollimierten Laserstrahl austreten zu lassen. Die Teleskopanordnung im Falle, dass es sich um ein Kepler-Teleskop handelt, kann aus zwei Linsengruppen mit positiver Brechkraft und insbesondere aus zwei einzelnen Sammellinsen bestehen. Hierbei kann ein bildseitiger Brennpunkt der ersten Linsengruppe (welche im Strahlengang vor der zweiten Linsengruppe angeordnet ist) mit einem objektseitigen Brennpunkt der zweiten Linsengruppe (in zumindest einer möglichen Stellung der Teleskopanordnung) im Wesentlichen übereinstimmen. Die Teleskopanordnung im Falle, dass es sich um ein Galileo-Teleskop handelt, kann aus einer ersten Linsengruppe (welche im Strahlengang vor der zweiten Linsengruppe angeordnet ist) mit negativer Brechkraft und einer zweiten Linsengruppe mit positiver Brechkraft bestehen. Hierbei kann ein objektseitiger Brennpunkt der ersten Linsengruppe mit einem objektseitigen Brennpunkt der zweiten Linsengruppe (in zumindest einer möglichen Stellung der Teleskopanordnung) im Wesentlichen übereinstimmen. Das Galileo-Teleskop kann somit einen Strahlaufweiter darstellen (beispielsweise einen 1:5-Strahlaufweiter bzw. ein 1:5-Teleskop).
Es kann sich bei der Teleskopanordnung um ein Kepler-Teleskop handeln, wobei die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe dieselbe Brennweite aufweisen. Alternativ kann die zweite Linsengruppe eine größere Brennweite aufweist als die erste Linsengruppe, wobei die zweite Linsengruppe im Strahlengang hinter der ersten Linsengruppe angeordnet ist, sodass ein in die Teleskopanordnung eintreffender Laserstrahl als aufgeweiteter Laserstrahl austritt. Zusätzlich zu der Teleskopanordnung kann sich im Strahlengang vor oder hinter der Teleskopanordnung eine weitere Teleskopanordnung befinden. Beispielsweise kann die weitere Teleskopanordnung im Strahlengang hinter der Teleskopanordnung vorgesehen sein, wobei es sich bei der Teleskopanordnung um eine Teleskopanordnung handelt, deren erste und zweite Linsengruppe dieselbe Brennweite aufweisen und wobei es sich bei der weiteren Teleskopanordnung um eine strahlaufweitende Teleskopanordnung handelt (beispielsweise ein 1:5-Teleskop).
Die zweite Linsengruppe kann im Strahlengang hinter der ersten Linsengruppe angeordnet sein, wobei die erste Bewegungseinrichtung zum Bewegen der ersten Linsengruppe eingerichtet ist, und wobei die zweite Linsengruppe (insbesondere in Bezug auf andere Elemente der Strahlformungseinrichtung, in Bezug auf die Laserstrahlquelle und/oder in Bezug auf die Abbildungseinrichtung) starr gelagert ist.
Somit kann die erste Linsengruppe von der Bewegungseinrichtung bewegt werden, während die zweite Linsengruppe gemeinsam mit anderen (optischen) Elementen der Strahlformungseinrichtung an ihrem Ort verbleibt. Es hat sich herausgestellt, dass der thermische Linseneffekt besonders effektiv durch ein Verschieben der ersten Linsengruppe der Teleskopanordnung kompensiert werden kann.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die erste Linsengruppe nach Öffnen des ersten Shutter-Elements entlang der optischen Achse in Richtung des Strahlengangs zu verschieben.
Das optische System kann ferner eine zweite Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Abbildungseinrichtung entlang der optischen Achse umfassen. Mit der Abbildungseinrichtung kann eine zylindrische Fokussierlinse oder ein zylindrisches Objektiv beispielsweise unmittelbar vor dem Substrat gemeint sein. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die zweite Bewegungseinrichtung so anzusteuern, dass die Abbildungseinrichtung gleichzeitig mit der mindestens einen der ersten und der zweiten Linsengruppe bewegt wird.
Die Bewegung der Abbildungseinrichtung kann dazu dienen, eine Verschiebung der Fokusposition (in Bezug auf die kurze Achse) entlang der optischen Achse, welche durch den thermischen Linseneffekt und/oder durch die Bewegung der ersten Bewegungseinrichtung verursacht wird, zu kompensieren. Es können in einem Speicher der Steuereinheit entsprechende Steuerdaten gespeichert sein, welche einen zeitlichen und räumlichen Ablauf der Bewegung der ersten und/oder der zweiten Bewegungseinrichtung definieren. Diese Steuerdaten können auf Grundlage einer vorherigen Kalibrierung oder einer vorherigen Simulation gewonnen worden sein.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die zweite Bewegungseinrichtung so anzusteuern, dass (insbesondere unmittelbar) nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements die Abbildungseinrichtung kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren wird.
Die Abbildungseinrichtung wird insbesondere von der ersten Stellung in die zweite Stellung gefahren, um eine Verschiebung einer Fokusposition der kurzen Achse der Beleuchtungslinie in Richtung der optischen Achse (insbesondere zum Substrat) zu kompensieren. Diese Verschiebung der Fokusposition kann beispielsweise durch den thermischen Linseneffekt und/oder die Bewegung der ersten Bewegungseinrichtung verursacht werden. Durch die Bewegung der zweiten Bewegungseinrichtung kann gewährleistet werden, dass eine Fokusposition in Richtung der optischen Achse und somit eine Breite (FWHM) und eine Intensität der Beleuchtungslinie in der Abbildungsebene (der Ebene des beleuchteten Substrats) konstant gehalten wird.
Das optische System kann ferner ein zweites Shutter-Element umfassen, welches im Strahlengang hinter der Kristallanordnung angeordnet ist. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, das erste Shutter-Element und das zweite Shutter-Element so anzusteuern, dass zunächst das erste Shutter-Element geöffnet wird, während das zweite Shutter-Element geschlossen ist, und nach einer vorbestimmten Zeitspanne das zweite Shutter-Element geöffnet wird.
Somit kann zusätzlich zu der durch die erste Bewegungseinrichtung durchgeführten Korrektur gewährleistet werden, dass eine Veränderung der optischen Eigenschaften des optischen Systems unmittelbar nach Öffnen des ersten Shutter-Elements keinen Einfluss auf die Beleuchtungslinie hat, da zu diesem Zeitpunkt das zweite Shutter-Element noch geschlossen ist. Erst wenn sich der thermische Linseneffekt einigermaßen „eingependelt“ bzw. stabilisiert hat wird das zweite Shutter-Element geöffnet und geringfügige Veränderungen des thermischen Linseneffekts können im geöffneten Zustand des zweiten Shutter-Elements durch die erste Bewegungseinrichtung ausgeglichen werden oder diese Veränderung ist klein genug, so dass diese für den Prozess unbedeutend ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Erzeugen eines Laserstrahls entlang einer optischen Achse, Formen des Laserstrahls derart, dass ein Strahlprofil des Laserstrahls eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist, Abbilden des so geformten Laserstrahls als eine Beleuchtungslinie und Bewegen mindestens einer ersten Linsengruppe oder einer zweiten Linsengruppe einer Teleskopanordnung entlang der optischen Achse und während der Laserstrahl erzeugt wird, wobei die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe mindestens bezüglich der kurzen Achse eine optische Brechkraft aufweisen.
Eine Laserstrahlquelle, welche den Laserstrahl erzeugt, umfasst einen Laserresonator, eine dem Laserresonator im Strahlengang nachgeordnete frequenzvervielfachende Kristallanordnung und ein im Strahlengang zwischen dem Laserresonator und der Kristallanordnung angeordnetes erstes Shutter-Element. Die erste Linsengruppe oder die zweite Linsengruppe werden in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements bewegt.
Die oben im Hinblick auf das optische System des ersten Aspekts gemachten Ausführungen gelten entsprechend auch für das Verfahren des zweiten Aspekts. Insbesondere kann das Verfahren des zweiten Aspekts mit dem optischen System des ersten Aspekts durchgeführt werden, wobei sämtliche Details des ersten Aspekts auch auf den zweiten Aspekt zutreffen können, soweit möglich.
Nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements kann die Teleskopanordnung kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren werden, um einen durch eine Erwärmung der Kristallanordnung verursachten thermischen Linseneffekt zumindest teilweise zu kompensieren.
Der thermische Linseneffekt kann zu einer Verschiebung einer Strahltaille des Laserstrahls entlang der optischen Achse führen. Das Bewegen kann dazu führen, diese Verschiebung so zu kompensieren, dass eine Breite der Beleuchtungslinie und/oder eine Intensität (insbesondere die gesamte Intensitätsverteilung oder zumindest eine maximale Intensität) der Beleuchtungslinie im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, von denen

1a, 1b eine schematische Übersichtsdarstellung eines optischen Systems für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten aus unterschiedlichen Blickrichtungen zeigen,
2 Details der Laserstrahlquelle des optischen Systems aus 1a, 1b und eine durch den thermischen Linseneffekt verursachte Verschiebung der Strahltaille im Laser zeigt,
3 eine schematische Darstellung der Verschiebung der Strahltaille in dem optischen System der 1a, 1b und eine damit verbundenen Änderung der Ausleuchtung des zylindrischen Abbildungsobjektivs zeigt,
4 die Auswirkung des Effekts der thermischen Linse auf die Intensität und Breite der Beleuchtungslinie in der Substratebene zeigt,
5 die Auswirkung des Effekts der thermischen Linse auf die Intensität und Breite der Beleuchtungslinie bei wiederholtem An- und Ausschalten des frequenzvervielfachten Laserstrahls zeigt,
6 eine schematische Darstellung des Strahlenverlaufs (Gauß'sche Strahlpropagation) in einem erfindungsgemäßen optischen System zeigt,
7 für die Anordnung aus 6 die Auswirkung einer Verschiebung der Linsengruppe Nr. 1 und der Abbildungseinrichtung Nr. 5 auf die Breite der Beleuchtungslinie in der Ebene Nr. 6 zeigt,
8 für die Anordnung aus 6 den zeitlichen Verlauf der Verschiebung der Taillenlage des Laserstrahls in Zusammenhang mit einer geeigneten Verschiebung der Linsengruppe Nr. 1 und der Abbildungseinrichtung Nr. 5 zeigt, und
9 einen zeitlichen Ablauf einer Ansteuerung eines ersten und eines zweiten Shutter-Elements zeigt.

Ein optisches System für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten ist in 1a, 1b gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Obwohl im Folgenden von einem optischen System 10 für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten die Rede ist, kann das beschriebene optische System 10 für jede beliebige andere Anwendung verwendet werden, für welche eine Beleuchtungslinie benötigt wird. Das optische System 10 umfasst eine Strahlformungseinrichtung 12, die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl 14 derart zu formen, dass ein Strahlprofil 16 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 gebildeten kurzen Achse des Laserstrahls 14 die kurze Achse der Beleuchtungslinie 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 der 1a ist das optische System 10 beispielsweise von oben gesehen dargestellt (Blickrichtung entlang der x-Richtung), und in der 1b beispielsweise von einer Seite gesehen dargestellt (Blickrichtung entlang der y-Richtung).
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.
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 z beschrieben werden. Die Strahlformungseinrichtung 12 (beispielsweise als anamorphotische Optik) hat bezüglich der ersten und der zweiten Abbildungsachse x, y unterschiedliche Abbildungseigenschaften. Die Strahlformungseinrichtung 12 kann dazu eingerichtet sein, am Ort „16“ vor der Abbildungseinrichtung 18 (siehe z. B. 1a, 1b) 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 Einzelnen: Die Strahlformungseinrichtung 12 kann (insbesondere als anamorphotische Optik) umfassen (siehe 1a, 1b):

- Eine erste Teleskopanordnung 20, welche in Bezug auf die kurze Achse x optisch wirksam ist, d. h. in Bezug auf die kurze Achse x eine Brechkraft aufweist. Die erste Teleskopanordnung 20 setzt sich zusammen aus einer ersten Zylinderlinse 23 als erste Linsengruppe und einer zweiten Zylinderlinse 24 als zweite Linsengruppe. Die erste Zylinderlinse 23 empfängt den Laserstrahl 14 von einer Laserstrahlquelle 26 und fokussiert diesen bezüglich der kurzen Achse x auf ein erstes Zwischenbild 28. Die zweite Zylinderlinse 24 ist im Strahlengang hinter der ersten Zylinderlinse 23 angeordnet und kollimiert die Lichtstrahlen des ersten Zwischenbilds 28. Wie in der 1b dargestellt ist, handelt es sich bei der ersten Teleskopanordnung 20 um ein 1:1-Teleskop, welches als Kepler-Teleskop ausgestaltet ist. Hierbei sind die erste Zylinderlinse 23 und die zweite Zylinderlinse 24 jeweils eine Sammellinse mit im Wesentlichen derselben Brennweite. Der bildseitige Brennpunkt der ersten Zylinderlinse 23 stimmt im Wesentlichen mit dem objektseitigen Brennpunkt der zweiten Zylinderlinse überein.

- Eine im Strahlengang hinter der ersten Teleskopanordnung 20 angeordnete Zylinderlinse 30, welche in Bezug auf die lange Achse y eine Brechkraft aufweist. Die Zylinderlinse 30 empfängt den Laserstrahl 14, welcher in Bezug auf die lange Achse y von der ersten Teleskopanordnung 20 nicht beeinflusst wurde, von der Laserstrahlquelle 26 und fokussiert diesen auf ein Zwischenbild 32.
- Eine im Strahlengang hinter der Zylinderlinse 30 angeordnete Zylinderlinse 34, welche in Bezug auf die lange Achse y eine Brechkraft aufweist. Die Zylinderlinse 34 kollimiert die Lichtstrahlen des Zwischenbilds 32. Wie in der 1a dargestellt ist, bilden die Zylinderlinse 30 und die Zylinderlinse 34 ein Kepler-Teleskop, welches zur Aufweitung des Laserstrahls 14 bezüglich der langen Achse y dient.
- Eine im Strahlengang hinter der Zylinderlinse 34 angeordnete zweite Teleskopanordnung 36, welche in Bezug auf die kurze Achse x optisch wirksam ist, d. h. in Bezug auf die kurze Achse x eine Brechkraft aufweist. Die zweite Teleskopanordnung 36 setzt sich zusammen aus einer ersten Zylinderlinse 38 als erste Linsengruppe und einer im Strahlengang hinter der ersten Zylinderlinse 38 angeordneten zweiten Zylinderlinse 40 als zweite Linsengruppe. Die erste Zylinderlinse 38 weitet den Laserstrahl 14 bezüglich der kurzen Achse x auf und die zweite Zylinderlinse 40 kollimiert diesen aufgeweiteten Laserstrahl wieder. Wie in der 1b dargestellt ist, handelt es sich bei der zweiten Teleskopanordnung 36 um ein strahlaufweitendes Teleskop (z. B. ein 1:5-Teleskop), welches als Galileo-Teleskop ausgestaltet ist. Hierbei ist die erste Zylinderlinse 38 eine Zerstreuungslinse und die zweite Zylinderlinse 40 eine Sammellinse, wobei die Brennpunkte der ersten Zylinderlinse 38 und der zweiten Zylinderlinse 40 im Wesentlichen übereinstimmen bzw. übereinander liegen. Es entsteht ein virtuelles zweites Zwischenbild im Strahlengang vor der ersten Zylinderlinse 38 (nicht dargestellt).
- Eine im Strahlengang hinter der zweiten Teleskopanordnung 36 angeordnete anamorphotische Homogenisierungsoptik 42 zur (weitestgehenden) Homogenisierung des Laserstrahls 14 bezüglich der langen Achse y.
- Eine im Strahlengang hinter der anamorphotischen Homogenisierungsoptik 42 angeordnete und in Bezug auf die lange Achse y Brechkraft aufweisende Kondensorzylinderlinse 44 zur Überlagerung der homogenisierten Laserstrahlen auf der Beleuchtungslinie 22.

Im Strahlengang hinter der Kondensorzylinderlinse 44 befindet sich die Abbildungseinrichtung 18. 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 der Kondensorzylinderlinse 44 angeordnet ist und zur Fokussierung des Laserstrahls 14 bezüglich der Achse x auf die Beleuchtungslinie 22 dient.
Die der Strahlformungseinrichtung 12 nachgeordnete Abbildungseinrichtung 18 greift also das Strahlprofil 16 vor der Abbildungseinrichtung 18 auf und bildet den Laserstrahl 14 als die Beleuchtungslinie 22 ab, wobei lediglich (genauer: ausschließlich) die kurze Achse x des Strahlprofils 16, nicht jedoch die homogenisierte lange Achse y des Strahlprofils 16 fokussiert wird. Die Abbildungseinrichtung 18 bildet typisch nichtbeugungsbegrenzt ab, kann jedoch in manchen Ausführungsformen auch beugungsbegrenzt abbildend sein.
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.
Wie oben geschildert wurde, werden zur Erzeugung einer Laser-Linienstrahlgeometrie anamorphotische optische Anordnungen genutzt. Dabei wird z. B. in der einen (langen) Strahlachse y der von der Laserstrahlquelle 26 emittierte Laserstrahl 14 homogenisiert mit Hilfe von Zylinderlinsenarrays. Die andere (kurze) Achse x wird als Gaußstrahl optisch verarbeitet und die Strahltaille der Laserstrahlquelle 26 in die Ebene der Homogenisierung übertragen. Eine typische Anordnung ist in 1a, 1b gezeigt und wurde oben detailliert erläutert.
In der zu homogenisierenden Achse y wird der Laserstrahl 14 zylindrisch aufgeweitet (typisch 2- bis 4-fach) und auf zwei aufeinander folgende Linsenarrays geführt. In der Brennweite der Kondensorzylinderlinse 44 entsteht die homogenisierte lange Strahlachse y. Die Strahltaille des in der Laserstrahlquelle 26 gebildeten Laserstrahls 14 wird mit einem zylindrischen 1:1 Teleskop 20 rekollimiert und mit einem weiteren Teleskop 36 aufgeweitet um mit dem Fokussierungsobjektiv 18 eine Gauß'sche kleine Strahlachse x gewünschter Breite zu erzeugen.
2 zeigt Details der Laserstrahlquelle 26 des optischen Systems 10 der 1a, 1b. Die Laserstrahlquelle 26 umfasst einen Laserresonator 46 zum Erzeugen des Laserstrahls 14, wobei es sich beispielsweise um einen Infrarot-Festkörperlaser und insbesondere um einen Nd:YAG-Laser handeln kann. Die Laserstrahlquelle 26 umfasst ferner im Strahlengang hinter dem Laserresonator 46 ein erstes Shutter-Element 48, wobei es sich beispielsweise um einen elektronisch ansteuerbaren mechanischen Shutter handelt, welcher dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl 14 entweder zu blockieren oder durchzulassen. Die Laserstrahlquelle 26 umfasst ferner im Strahlengang hinter dem ersten Shutter-Element 48 eine Sammellinse 50 zum Fokussieren des Laserstrahls 14 in einer frequenzvervielfachenden Kristallanordnung 52, welche im Strahlengang hinter der Sammellinse 50 angeordnet ist. Die frequenzvervielfachende Kristallanordnung 52 umfasst einen SHG-Kristall zum Verdoppeln einer Frequenz (bzw. zum Halbieren einer Wellenlänge) des Laserstrahls 14 und/oder einen THG-Kristall zum Verdreifachen der Frequenz des Laserstrahls 14.
Die Laserstrahlquelle 26 umfasst ferner eine Sammellinse als Rekollimationslinse 54. Die Rekollimationslinse 54 ist dazu geeignet, den Laserstrahl 14 weitgehend zu kollimieren.
Eine mögliche Betriebsart, die Laserstrahlquelle 26 zu betreiben besteht darin, den Laserresonator 46 dauerhaft (bzw. zumindest über einen längeren Zeitraum, welcher mehrere Beleuchtungsprozesse umfasst) eingeschaltet zu lassen, sodass dieser einen zeitlich sehr konstanten kontinuierlichen Infrarot-Laserstrahl 14 generiert. Um jedoch die empfindliche Kristallanordnung 52 (Lebensdauerbegrenzung durch die Erzeugung von UV-Laserlicht) sowie gegebenenfalls weitere Komponenten des optischen Systems 10 nicht unnötig dauerhaft der (gegebenenfalls beeinträchtigenden bzw. schädigenden) Laserstrahlung auszusetzen, wird die erste Shutter-Einrichtung 48 lediglich dann geöffnet, wenn die Beleuchtungslinie 22 auch wirklich zur Beleuchtung eines Substrats benötigt wird. Anders ausgedrückt kann der Laserstrahl 14 durch Schließen des ersten Shutter-Elements 48 ausgeschaltet werden, wenn dieser gerade nicht benötigt wird, beispielsweise da ein zu beleuchtendes Substrat ausgetauscht wird. Auf diese Weise kann eine Zeitdauer, in der die Kristallanordnung 52 dem Laserstrahl 14 ausgesetzt ist, minimiert werden und die effektive Lebensdauer vergrößert werden.
Die oben geschilderte Betriebsart der Laserstrahlquelle 26, bei der das erste Shutter-Element 48 bei Bedarf geöffnet wird, wird im Folgenden auch als Burstmode bezeichnet. Wenn im Folgenden davon die Rede ist, dass die Laserstrahlquelle 26 den Laserstrahl 14 emittiert/nicht emittiert oder die Laserstrahlquelle 26 ein-/ausgeschaltet ist, dann bedeutet dies, dass zu diesen Zeiten das erste Shutter-Element 48 geöffnet/geschlossen ist.
Für den Einsatz von Beleuchtungslinien z. B. in Lift-Off-Anwendungen (Beleuchtung von aufgeklebten Folien auf Glas durch das Glas) aber auch in Dünnschicht-Silizium-Kristallisations-Anwendung ist es wichtig, dass der Laserstrahl 14 eine gleichbleibende (d. h. zeitlich konstante) Breite (FWHM) und Peakintensität aufweist.
Der Einsatz des Burstmodes kann wichtig sein, um Laserbetriebszeiten und damit Betriebskosten zu reduzieren und zu optimieren. In einem typischen Lift-Off-Prozess für große Glassubstrate liegt zum Beispiel die Taktzeit im Bereich von 60-100 s, der Laserstrahl selber wird jedoch nur ca. 20-30 s für die Ablösung eines Plastiksubstrates von einer Glasträgerscheibe benötigt. Im Gegensatz zum Burstmode würde im Dauerbetrieb der Laserstahlquelle 26 ein Prozess-Shutter (siehe das weiter unten beschriebene zweite Shutter-Element 66) geschlossen und geöffnet und die Laserstrahlquelle 26 wäre dauerhaft in Betrieb und würde dauerhaft die Kristallanordnung 52 beleuchten.
Im Burstmodebetrieb kann der UV-Laser Betrieb von 60-100 s auf 20-30 s reduziert werden und bietet das Potenzial, die Betriebskosten um einen Faktor 2-4 zu reduzieren.
Wird die oben beschriebene extern (außerhalb des Laserresonators 46) frequenzvervielfachte Laserstrahlquelle 26 im Burstmode betrieben, bildet sich im Vervielfachungskristall (SHG und THG) 52 mit dem Start einer Pulssequenz (d. h. unmittelbar nach Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) eine thermische Linse (radiales Temperaturprofil verursacht Brechungsindexänderung) in den ersten 10-20 s aus, die danach im Wesentlichen stabil bleibt, bis die Pulssequenz beendet wird. Diese thermische Linse führt dazu, dass eine Laserstrahltaille, die den Laserstrahl 14 charakterisiert (Strahlqualität, Lage, Taillendurchmesser und Divergenzwinkel) optisch an einem anderen Ort im Laser entsteht. Die Strahllage kann sich dabei um mehrere cm bis hin zu einem halben Meter oder sogar mehr ändern, abhängig davon wie die Fokussierung des IR Laserstrahls 14 in die frequenzvervielfachende Kristallanordnung 52 ausgelegt ist. In der 2 ist dargestellt, wie die Position der Strahltaille von der Position 56 unmittelbar nach Starten der Pulssequenz (t = 0, beim Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) zu der Position 58 nach ca. t = 10-20 s gewandert ist. In der Position 58 befindet sich das optische System 10 und insbesondere die ausgebildete thermische Linse im thermischen Gleichgewicht und die Position der Strahltaille verändert sich bei weiterhin geöffnetem erstem Shutter-Element 48 nicht wesentlich.
Der virtuelle Ursprung (Taille) des emittierten Laserstrahls 14 wird durch die thermische Linse verlegt (insbesondere in z-Richtung entlang der optischen Achse).
Die Strahltaillenlageänderung hat im Wesentlichen keine Auswirkung auf die zu homogenisierende lange Linienstrahlachse y.
Die Erzeugung der kleinen Strahlachse x des Linienstrahls nutzt jedoch die Gauß'sche Strahlpropagation und damit ergibt sich, dass die Taillenlage in der Laserstrahlquelle 26 Einfluss auf die Strahltaille im Fokus der Objektivlinse 18 hat.
Typisch wird in Linienstrahlanordnungen wie der der 1a, 1b eine Linienbreite (entlang der kurzen Achse x) zwischen 10-100 µm FWHM (Full Width at Half Maximum) erzeugt. Dazu wird der Laserstrahl in dem 1:1 Teleskop (erste Teleskopanordnung 20) optisch transportiert und anschließend in dem weiteren Teleskop (zweite Teleskopanordnung 36) aufgeweitet 1:1 bis 1:5. Mit dem Zylinderobjektiv 18 wird der Laserstrahl 14 in die homogenisierte Ebene fokussiert (siehe 3, welche die Anordnung gemäß 1b zeigt).
Die Anordnung ist so ausgelegt, dass Strahltaillenlageänderungen auf die Lage des Fokus hinter dem Fokussierungsobjektiv 18 im Rahmen der eingestellten Schärfentiefe praktisch keine Auswirkungen haben. Grundsätzlich verschiebt sich die Lage des Fokus jedoch (entlang der optischen Achse z). Die Lageänderungen der Strahltaille in der Laserstrahlquelle 26 haben jedoch deutliche Auswirkungen auf die Ausleuchtung des zylindrischen Fokussierungsobjektivs 18 (Abbildungseinrichtung 18). Für die Gauß'sche Strahlpropagation gilt, dass der Fokusdurchmesser der Gleichung folgt: $d (1 / e^{2}) = 4 f λ M^{2} / (π D (1 / e^{2}))$
Dabei ist d der Durchmesser im Fokus und D der Durchmesser (1/e²) des Laserstrahls 14 an der Abbildungseinrichtung 18 mit der Brennweite f, M² ist die Strahlqualitätszahl des Laserstrahls 14, λ die Wellenlänge.
Wird durch die Verschiebung der Strahltaille (siehe die 2 und 3) der Durchmesser D am Fokussierungsobjektiv 18 kleiner, wird der Fokusdurchmesser d größer. Dies hat zur Folge, dass die Peak-Intensität der Gaußverteilung in der Ebene der Beleuchtungslinie 22 abfällt.
Dieses Verhalten ist mit dem Laserstrahl 14 der Laserstrahlquelle 26 in dem optischen System gemäß 1a, 1b beobachtet worden. Mit dem Einschalten einer Pulssequenz (Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) wird ein Fokus beobachtet, der innerhalb von typisch 10-20 s auf eine ~10 % größere Breite d anwächst. Danach stabilisiert sich die Breite und Intensität des Fokus.
Dieses Verhalten, welches ein Resultat der in der Kristallanordnung 52 erzeugten thermischen Linse ist, ist in 4 dargestellt. Zum Zeitpunkt t = 720 s wird das erste Shutter-Element 48 geöffnet und die Laserstrahlquelle 26 erzeugt den Laserstrahl 14. Wie anhand der oberen Kurve der 4 (Intensität, linke Skala) erkennbar ist, sinkt die anfängliche Intensität der Beleuchtungslinie 22 von einem Maximalwert innerhalb der ersten ca. 10 s auf einen Wert ab, welcher im Verlauf der weiteren Beleuchtung (das erste Shutter-Element 48 bleibt geöffnet) weitgehend konstant bleibt. Analog dazu ist die Breite entlang der kurzen Achse x der Beleuchtungslinie 22 (untere Kurve, FWHM, rechte Skala) unmittelbar beim Einschalten des Laserstrahls 14 auf einem Anfangswert und steigt anschließend innerhalb der ersten ca. 10 s auf einen Wert an, welcher im Verlauf der weiteren Beleuchtung weitgehend konstant bleibt.
Wie in der 5 dargestellt ist, ist das oben beschriebene Verhalten der Beleuchtungslinie 22 reproduzierbar und tritt auch bei wiederholtem Ein- und Ausschalten der Laserstrahlquelle 26, d. h. bei wiederholtem Öffnen und Schließen des ersten Shutter-Elements 48 (im wiederkehrenden Burstmode), auf.
Die Kristallanordnung 52 in der Laserstrahlquelle 26 wird aktiv auf eine Solltemperatur stabilisiert, um die Frequenzkonversion effizient einzustellen (Anpassung der Brechungsindizes). Für verschiedene Burstmodesequenzen kann sich ein etwas anderes Gleichgewicht einstellen.
Erfindungsgemäß umfasst das optische System 10 eine erste Bewegungseinrichtung 60 (siehe beispielsweise 1a, 1b), welche dazu geeignet ist, den oben geschilderten Effekt der Veränderung der Intensität und der Breite (FWHM) der Beleuchtungslinie 22 zu verringern und bestenfalls vollständig zu kompensieren.
Anders ausgedrückt wird erfindungsgemäß das 1:1-Teleskop (die erste Teleskopanordnung 20) und/oder das 1:1...5-Teleskop (die zweite Teleskopanordnung 36) gezielt verstimmt, um dadurch die oben beschriebene Strahltaillenortänderung so zu kompensieren, dass sich Peakintensität und Strahlbreite am Substrat (d. h. in der Ebene der Beleuchtungslinie 22) nicht oder nur geringfügig (beispielsweise < 1 %) ändern.
In den untersuchten Ausführungen hat sich gezeigt, dass sich die erste Teleskopanordnung 20 (das 1:1-Teleskop) dafür besonders eignet. Eine Verstellung von 0,1-0,2 mm reicht in bestimmten Anordnungen aus. Da das zeitliche Verhalten der Strahltaillenlageänderung für definierte Burstmode-Sequenzen reproduzierbar ist, kann eine fest eingestellte zeitabhängige Verstellung der ersten Linsengruppe 23 (d. h. in der Anordnung der 1a, 1b der näher an der Laserstrahlquelle 26 positionierten Sammellinse 23 der ersten Teleskopanordnung 20) mit dem Start der Pulssequenz (d. h. mit dem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) genutzt werden. Als erste Bewegungseinrichtung 60 eignen sich Linearantriebe oder zum Beispiel auch Piezoantriebe.
Die Verschiebung des Fokus bezüglich der kurzen Achse x hinter dem Fokussierobjektiv 18 beträgt typisch 20-100 µm entlang der optischen Achse z, ein Bruchteil der üblichen Schärfentiefe. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, zugleich die Abbildungseinrichtung 18 (das Fokussierungsobjektiv 18) ebenfalls mithilfe einer zweiten Bewegungseinrichtung 62 zu verfahren.
In 6 ist die Gauß'sche Strahlpropagation in einem realen Strahlengang dargestellt. Mit Hilfe der Strahlpropagation kann Strahldurchmesser und Fokuslage bestimmt werden für die jeweilige Taillenausgangsposition in der Laserstrahlquelle 26.
Die Verstellung der ersten Zylinderlinse 38 ist exemplarisch für eine Kompensation der Strahltaillenänderung in 7 dargestellt, zugleich die dazugehörige Verstellung der Abbildungseinrichtung 18 für die in 6 dargestellte Konfiguration. Die gleichzeitige Verschiebung der Abbildungseinrichtung 18 kann dann notwendig sein, wenn die Schärfentiefe nicht deutlich größer ist als die Verstellung. Der Schärfentiefebereich wird durch die Strahlqualität des Laserstrahls 14 (Maßzahl M²) bzw. durch eine eventuelle Aufbereitung/Verkleinerung der Strahlqualität mit einer Strahltransformationsoptik festgelegt.
Im Detail zeigt 7 eine geeignete Veränderung einer Position der ersten Zylinderlinse 23 der ersten Teleskopanordnung 20 („Teleskoplinse Shift“, rechte Skala). Ferner ist eine geeignete Veränderung einer Position der Abbildungseinrichtung 18 dargestellt („Fokussierlinse Shift“, rechte Skala). Die resultierende Halbwertsbreite („FWHM“) der Beleuchtungslinie 22 bezüglich der kurzen Achse x ist ebenfalls in 7 dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass diese im Wesentlichen konstant bleibt und somit der Effekt der thermischen Linse nahezu vollständig kompensiert werden kann.
8 zeigt dieselbe Veränderung der ersten Teleskopanordnung 20 und der Abbildungseinrichtung 18 wie in 7 und zusätzlich die Veränderung der Position der Strahltaille („Taillenlage im Laser“, linke Skala).
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass zumindest eine der Zylinderlinsen 23, 24, 38 und 40 von einer zugehörigen ersten Bewegungseinrichtung 60 entlang der optischen Achse z bewegt wird, sobald die Laserstrahlquelle 26 eingeschaltet wird, d. h. sobald (bzw. unmittelbar nachdem) das erste Shutter-Element 48 der Laserstrahlquelle 26 geöffnet wird. Als vorteilhaft hat sich hierbei eine Verschiebung der ersten Zylinderlinse 23 der ersten Teleskopanordnung 20 herausgestellt, wobei auf ähnliche Weise stattdessen oder zusätzlich eine der Zylinderlinsen 24, 38 und/oder 40 bewegt werden kann.
Ferner ist in den obigen Beispielen der 7 und 8 eine Verschiebung der Abbildungseinrichtung 18 mithilfe einer zweiten Bewegungseinrichtung 62 beschrieben, welche jedoch optional ist.
Zur Steuerung der Bewegung der ersten Bewegungseinrichtung 60 und gegebenenfalls der zweiten Bewegungseinrichtung 62 ist eine Steuereinheit 64 vorgesehen (siehe 1a, 1b). Neben der Ansteuerung der Bewegung der jeweiligen Bewegungseinrichtung 60, 62 ist die Steuereinheit 64 für eine Ansteuerung der Laserstrahlquelle 26 verantwortlich. Genauer gesagt steuert die Steuereinheit 64 eine zeitliche Abfolge des Ein- und Ausschaltens der Laserstrahlquelle 26 bzw. des Öffnens und Schließen des ersten Shutter-Elements 48. Auch das weiter unten beschriebene optionale zweite Shutter-Element 66 kann von der Steuereinheit 64 gesteuert werden.
Die Steuereinheit 64 umfasst einen Speicher, in dem Steuerdaten gespeichert sind, auf Grundlage derer die erste Bewegungseinrichtung 60 (und gegebenenfalls die zweite Bewegungseinrichtung 62) eine Bewegung der ersten Zylinderlinse 23 (und gegebenenfalls der Abbildungseinrichtung 18) durchführen. Insbesondere können Daten hinterlegt sein, die eine zeitliche Abfolge einer Bewegung der jeweiligen Bewegungseinrichtung 60, 62 definieren. Somit können die in dem Speicher der Steuereinheit 64 gespeicherten Daten repräsentativ für die in den 7 und 8 dargestellte Kurve sein, welche den Ort der ersten Zylinderlinse 23 in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt. Dasselbe gilt für die Kurve, welche den Ort der Abbildungseinrichtung 18 in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt.
Die Steuerdaten können auf Grundlage einer vorherigen Kalibrierung gewonnen worden sein oder können durch Berechnung und/oder Simulation gewonnen worden sein, wie dies in Zusammenhang mit 6 beschrieben ist.
Insbesondere kann die Steuereinheit 64 dazu eingerichtet sein, die erste Zylinderlinse 23 (insbesondere unmittelbar nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) gemäß einer vorbestimmten Orts-Zeit-Beziehung zu verfahren. Optional kann die Steuereinheit 64 dazu eingerichtet sein, die Abbildungseinrichtung 18 (insbesondere unmittelbar nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) gemäß einer vorbestimmten Orts-Zeit-Beziehung zu verfahren.
Die Steuereinheit 64 kann ferner eine Ansteuerung weiterer Funktionen und/oder Elemente des optischen Systems 10 bzw. einer Anlage, welche das optische System 10 umfasst, übernehmen.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Technik des Verschiebens einer Linse einer der Teleskopanordnungen 20, 36 kann das optische System 10 gemäß einer Ausführungsform optional ein zweites Shutter-Element 66 umfassen (siehe 1a, 1b). Das zweite Shutter-Element 66 befindet sich im Strahlengang an beliebiger Stelle hinter der Kristallanordnung, beispielsweise direkt hinter der Laserstrahlquelle 26. Das zweite Shutter-Element 66 wird von der Steuereinheit 64 angesteuert.
Genauer gesagt ist die Steuereinheit 64 dazu eingerichtet, das erste Shutter-Element 48 und das zweite Shutter-Element 66 so anzusteuern, dass zunächst das erste Shutter-Element geöffnet wird, während das zweite Shutter-Element 66 geschlossen ist, und nach einer vorbestimmten Zeitspanne (beispielsweise im Bereich von 10-20 s) das zweite Shutter-Element 66 geöffnet wird. Durch diese Abfolge kann gewährleistet werden, dass eine starke Änderung der Taillenlage direkt nach dem Einschalten der Laserstrahlquelle 26 (d. h. direkt nach dem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) nicht zu einer starken Änderung der Strahlintensität bzw. Strahlbreite der Beleuchtungslinie 22 führt, da zu diesem Zeitpunkt der starken anfänglichen Änderung (beispielsweise in den ersten 10 s nach Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) das zweite Shutter-Element 66 noch geschlossen bleibt und zu dieser Zeit keine Beleuchtungslinie 22 erzeugt wird. Erst nachdem sich der Effekt der thermischen Linse einigermaßen stabilisiert hat wird das zweite Shutter-Element 66 geöffnet und eine Beleuchtungslinie 22 erzeugt, deren Intensität und Breite weitgehend konstant bleibt. Geringfügige Änderungen, welche auch noch nach dieser vorbestimmten Zeitspanne in der Lage der Strahltaille auftreten können, werden durch eine Bewegung der ersten Bewegungseinrichtung 60 und gegebenenfalls der zweiten Bewegungseinrichtung 62 kompensiert, entsprechend der obigen Beschreibung.
Die oben beschriebene Technik der Verwendung eines zweiten Shutter-Elements 66 ist in 9 dargestellt. In der Figur ist die Intensität der Beleuchtungslinie 22 über die Zeit aufgetragen. Zur besseren Veranschaulichung zeigt die 9 auch die Intensität der Beleuchtungslinie 22 zu Zeiten in denen das zweite Shutter-Element 66 geschlossen ist und somit gar keine Beleuchtungslinie 22 erzeugt wird. Bei der in diesen Zeiten dargestellten Intensität handelt es sich um eine Intensität, welche die Beleuchtungslinie 22 hätte wenn das zweite Shutter-Element 66 geöffnet wäre.
In 9 ist ein Zeitraum 68 dargestellt, in dem die Laserstrahlquelle 26 eingeschaltet ist, d. h. in dem das erste Shutter-Element 48 geöffnet ist. In diesem Zeitraum befände sich die Intensität zu Beginn auf einen Maximalwert und würde innerhalb der ersten 10-20 s stark abfallen, bis ein weitgehend stabiler Zustand erreicht ist, siehe auch die 4 und 5. Wie durch den Zeitraum 70 angegeben ist, ist zu Beginn (für einen vorbestimmten Zeitraum 72 nach dem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) das zweite Shutter-Element 66 jedoch noch geschlossen und es wird keine Beleuchtungslinie 22 erzeugt. Erst nach dem Zeitraum 72 wird in Zeitraum 74 das zweite Shutter-Element 66 (Prozess-Shutter) geöffnet und eine Beleuchtungslinie 22 wird erzeugt. Schwankungen in der Intensität und/oder der Breite (FWHM) der Beleuchtungslinie 22 werden - wie oben im Detail geschildert wurde - durch ein Bewegen mindestens einer Linsengruppe 23, 24, 38, 40 mindestens einer Teleskopanordnung 20, 36 kompensiert.
Es ist in einem Beispiel jedoch auch möglich, keine erste Bewegungseinrichtung 60 und keine zweite Bewegungseinrichtung 62 vorzusehen und den Effekt der thermischen Linse lediglich durch Steuern des zweiten Shutter-Elements 66 zu kompensieren, wie im Zusammenhang mit 9 beschrieben wurde.
Die oben geschilderte Technik stellt eine Möglichkeit bereit, einen Effekt einer thermischen Linse und insbesondere eine damit verbundene Verschiebung der Strahltaille des Laserstrahls 14 zuverlässig und auf einfache und reproduzierbare Weise zu kompensieren. Auf diese Weise kann ein Substrat mit konstanter Intensität und konstanter Strahlbreite beleuchtet werden, was zu stabilen Materialeigenschaften und somit zu einer verbesserten Materialqualität führt.
Die Figuren oder deren Bildteile sind nicht notwendigerweise als maßstabsgetreu anzusehen. Insofern kann beispielsweise in der 1b die kurze Achse x des Strahlprofils 16 länger erscheinen als die lange Achse y in 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.

Claims

Optisches System (10) zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie (22), umfassend: - eine Laserstrahlquelle (26) zum Erzeugen eines Laserstrahls (14) entlang einer optischen Achse (z); - eine Strahlformungseinrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (14) derart zu formen, dass ein Strahlprofil (16) des Laserstrahls (14) eine lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist; und - 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, wobei die Strahlformungseinrichtung (12) mindestens eine Teleskopanordnung (20; 36) umfasst, welche eine erste Linsengruppe (23; 38) und eine zweite Linsengruppe (24; 40) umfasst, wobei die erste Linsengruppe (23; 38) und die zweite Linsengruppe (24; 40) mindestens bezüglich der kurzen Achse (x) eine optische Brechkraft aufweisen, wobei das optische System (10) eine erste Bewegungseinrichtung (60) zum Bewegen mindestens einer der ersten und zweiten Linsengruppe entlang der optischen Achse (z) umfasst, wobei das optische System (10) ferner eine Steuereinheit (64) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die erste Bewegungseinrichtung (62) so anzusteuern, dass die mindestens eine der ersten und zweiten Linsengruppe bewegt wird während die Laserstrahlquelle (26) den Laserstrahl erzeugt, wobei die Laserstrahlquelle (26) einen Laserresonator (46), eine dem Laserresonator (46) im Strahlengang nachgeordnete frequenzvervielfachende Kristallanordnung (52) und ein im Strahlengang zwischen dem Laserresonator (46) und der Kristallanordnung (52) angeordnetes erstes Shutter-Element (48) umfasst, und wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die erste Bewegungseinrichtung (60) in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements (48) anzusteuern.
Optisches System (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die erste Bewegungseinrichtung (60) so anzusteuern, dass nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements (48) die Teleskopanordnung (20; 36) kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren wird, um einen durch eine Erwärmung der Kristallanordnung (52) verursachten thermischen Linseneffekt zumindest teilweise zu kompensieren.
Optisches System (10) nach Anspruch 2, wobei der thermische Linseneffekt zu einer Verschiebung einer Strahltaille des Laserstrahls (14) entlang der optischen Achse (z) führt und wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, diese Verschiebung so zu kompensieren, dass eine Breite der Beleuchtungslinie (22) und/oder eine maximale Intensität der Beleuchtungslinie (22) konstant gehalten wird.
Optisches System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei der mindestens einen Teleskopanordnung (20) um ein Kepler-Teleskop oder um ein Galileo-Teleskop handelt, und wobei die Teleskopanordnung (20; 36) dazu eingerichtet ist, einen kollimierten eintreffenden Laserstrahl als kollimierten Laserstrahl austreten zu lassen.
Optisches System (10) nach Anspruch 4, wobei es sich bei der Teleskopanordnung (20) um ein Kepler-Teleskop handelt und wobei die erste Linsengruppe (23) und die zweite Linsengruppe (24) dieselbe Brennweite aufweisen.
Optisches System (10) nach Anspruch 4, wobei die zweite Linsengruppe (40) im Strahlengang hinter der ersten Linsengruppe (38) angeordnet ist und wobei die zweite Linsengruppe (40) eine größere Brennweite aufweist als die erste Linsengruppe (38), sodass ein in die Teleskopanordnung (36) eintreffender Laserstrahl als aufgeweiteter Laserstrahl austritt.
Optisches System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Linsengruppe (24; 40) im Strahlengang hinter der ersten Linsengruppe (23; 38) angeordnet ist, wobei die erste Bewegungseinrichtung (60) zum Bewegen der ersten Linsengruppe (23; 38) eingerichtet ist, und wobei die zweite Linsengruppe (24; 40) starr gelagert ist.
Optisches System (10) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die erste Linsengruppe (23; 38) nach Öffnen des ersten Shutter-Elements (48) entlang der optischen Achse (z) in Richtung des Strahlengangs zu verschieben.
Optisches System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: eine zweite Bewegungseinrichtung (62) zum Bewegen der Abbildungseinrichtung (18) entlang der optischen Achse (z), wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die zweite Bewegungseinrichtung (62) so anzusteuern, dass die Abbildungseinrichtung (18) gleichzeitig mit der mindestens einen der ersten und der zweiten Linsengruppe bewegt wird.
Optisches System (10) nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die zweite Bewegungseinrichtung (62) so anzusteuern, dass nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements (48) die Abbildungseinrichtung (18) kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren wird.
Optisches System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: ein zweites Shutter-Element (66), welches im Strahlengang hinter der Kristallanordnung (52) angeordnet ist, wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, das erste Shutter-Element (48) und das zweite Shutter-Element (66) so anzusteuern, dass zunächst das erste Shutter-Element (48) geöffnet wird, während das zweite Shutter-Element (66) geschlossen ist, und nach einer vorbestimmten Zeitspanne das zweite Shutter-Element (66) geöffnet wird.
Verfahren zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie, umfassend: - Erzeugen eines Laserstrahls (14) entlang einer optischen Achse (z); - Formen des Laserstrahls (14) derart, dass ein Strahlprofil (16) des Laserstrahls (14) eine lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist; - Abbilden des so geformten Laserstrahls (14) als eine Beleuchtungslinie (22); und - Bewegen mindestens einer ersten Linsengruppe (23; 38) oder einer zweiten Linsengruppe (24; 40) einer Teleskopanordnung (20; 36) entlang der optischen Achse (z) und während der Laserstrahl (14) erzeugt wird, wobei die erste Linsengruppe (23; 38) und die zweite Linsengruppe (24; 40) mindestens bezüglich der kurzen Achse (x) eine optische Brechkraft aufweisen, wobei eine Laserstrahlquelle (26), welche den Laserstrahl (14) erzeugt, einen Laserresonator (46), eine dem Laserresonator (46) im Strahlengang nachgeordnete frequenzvervielfachende Kristallanordnung (52) und ein im Strahlengang zwischen dem Laserresonator (46) und der Kristallanordnung (52) angeordnetes erstes Shutter-Element (48) umfasst, und wobei die erste Linsengruppe (23; 38) oder die zweite Linsengruppe (24; 40) in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements (48) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements (48) die Teleskopanordnung (20; 36) kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren wird, um einen durch eine Erwärmung der Kristallanordnung (52) verursachten thermischen Linseneffekt zumindest teilweise zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der thermische Linseneffekt zu einer Verschiebung einer Strahltaille des Laserstrahls (14) entlang der optischen Achse (z) führt und wobei das Bewegen dazu führt, diese Verschiebung so zu kompensieren, dass eine Breite der Beleuchtungslinie (22) und/oder eine maximale Intensität der Beleuchtungslinie (22) konstant gehalten wird.