DE102020126269A1 - Device and method for generating a defined laser line on a working plane - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung zum Erzeugen einer definierten Laserlinie (12) auf einer Arbeitsebene (14) beinhaltet eine Laserlichtquelle (22), die dazu eingerichtet ist, einen Laserrohstrahl (24) zu erzeugen. Sie beinhaltet ferner eine optische Anordnung (26), die den Laserrohstrahl (24) aufnimmt und entlang einer optischen Achse (40) zu einem Beleuchtungsstrahl (28) umformt. Der Beleuchtungsstrahl (28) definiert eine Strahlrichtung (29), die die Arbeitsebene (14) schneidet und besitzt im Bereich der Arbeitsebene (14) ein Strahlprofil (50), das senkrecht zu der Strahlrichtung (29) eine lange Achse (52) mit einer Langachsstrahlbreite und eine kurze Achse (54) mit einer Kurzachsstrahlbreite aufweist. Die optische Anordnung (26) ist relativ zu der Arbeitsebene (14) entlang einer Bewegungsrichtung (20) bewegbar, um ein Werkstück (16) mit Hilfe des Beleuchtungsstrahls (28) zu bearbeiten Das Strahlprofil (50) weist über der Kurzachsstrahlbreite einen definierten Intensitätsverlauf (62) auf, der eine in Bewegungsrichtung (20) vorlaufende Flanke (56), eine in Bewegungsrichtung (20) nachlaufende Flanke (58) und ein zwischen der vorlaufenden Flanke (56) und der nachlaufenden Flanke (58) liegendes Plateau (60) besitzt. Das Plateau (60) weist im Bereich der vorlaufenden Flanke (56) einen höheren Intensitätslevel auf als im Bereich der nachlaufenden Flanke (58). Die optische Anordnung (26) ist derart justiert, dass das Plateau (60) einen im Mittel (64) kontinuierlich abfallenden Intensitätslevel erhält.A device for generating a defined laser line (12) on a working plane (14) contains a laser light source (22) which is set up to generate a raw laser beam (24). It also contains an optical arrangement (26) which receives the raw laser beam (24) and converts it into an illumination beam (28) along an optical axis (40). The illumination beam (28) defines a beam direction (29) that intersects the working plane (14) and has a beam profile (50) in the area of the working plane (14) that has a long axis (52) perpendicular to the beam direction (29) with a Having a long axis beam width and a short axis (54) with a short axis beam width. The optical arrangement (26) can be moved relative to the working plane (14) along a direction of movement (20) in order to process a workpiece (16) with the aid of the illumination beam (28). The beam profile (50) has a defined intensity profile ( 62), which has a flank (56) leading in the direction of movement (20), a flank (58) trailing in the direction of movement (20) and a plateau (60) lying between the leading flank (56) and the trailing flank (58). . The plateau (60) has a higher intensity level in the area of the leading edge (56) than in the area of the trailing edge (58). The optical arrangement (26) is adjusted in such a way that the plateau (60) has an intensity level that falls continuously on average (64).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer definierten Laserlinie auf einer Arbeitsebene, mit einer Laserlichtquelle, die dazu eingerichtet ist, einen Laserrohstrahl zu erzeugen, und mit einer optischen Anordnung, die den Laserrohstrahl aufnimmt und entlang einer optischen Achse zu einem Beleuchtungsstrahl umformt, wobei der Beleuchtungsstrahl eine Strahlrichtung definiert, die die Arbeitsebene schneidet, wobei der Beleuchtungsstrahl im Bereich der Arbeitsebene ein Strahlprofil besitzt, das senkrecht zu der Strahlrichtung eine lange Achse mit einer Langachsstrahlbreite und eine kurze Achse mit einer Kurzachsstrahlbreite aufweist, wobei die optische Anordnung relativ zu der Arbeitsebene entlang einer Bewegungsrichtung bewegbar ist, um ein Werkstück mit Hilfe des Beleuchtungsstrahls zu bearbeiten, und wobei das Strahlprofil über der Kurzachsstrahlbreite einen definierten Intensitätsverlauf aufweist, der eine in Bewegungsrichtung vorlaufende Flanke, eine in Bewegungsrichtung nachlaufende Flanke und ein zwischen der vorlaufenden Flanke und der nachlaufenden Flanke liegendes Plateau besitzt, wobei das Plateau im Bereich der vorlaufenden Flanke einen höheren Intensitätslevel aufweist als im Bereich der nachlaufenden Flanke.The present invention relates to a device for generating a defined laser line on a working plane, with a laser light source that is set up to generate a raw laser beam, and with an optical arrangement that receives the raw laser beam and converts it into an illumination beam along an optical axis, wherein the illumination beam defines a beam direction that intersects the working plane, the illumination beam in the region of the working plane having a beam profile which is perpendicular to the beam direction and has a long axis with a long-axis beam width and a short axis with a short-axis beam width, the optical arrangement being relative to the working plane is movable along a direction of movement in order to process a workpiece with the aid of the illumination beam, and wherein the beam profile has a defined intensity curve over the short-axis beam width, which has a leading edge in the direction of movement, a slope in Bew direction of movement and has a plateau lying between the leading edge and the trailing edge, the plateau having a higher intensity level in the area of the leading edge than in the area of the trailing edge.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen einer definierten Laserlinie auf einer Arbeitsebene, mit den Schritten
- - Bereitstellen einer Laserlichtquelle, die einen Laserrohstrahl erzeugt,
- - Bereitstellen einer optischen Anordnung, die den Laserrohstrahl aufnimmt und entlang einer optischen Achse zu einem Beleuchtungsstrahl umformt, der eine Strahlrichtung definiert, die die Arbeitsebene schneidet, wobei die optische Anordnung eine Vielzahl von optischen Elementen aufweist und relativ zu der Arbeitsebene entlang einer Bewegungsrichtung bewegbar ist, um ein Werkstück mit Hilfe des Beleuchtungsstrahls zu bearbeiten, und
- - Inbetriebnehmen der Laserlichtquelle,
- - Providing a laser light source that generates a raw laser beam,
- - Providing an optical arrangement that receives the raw laser beam and transforms it along an optical axis into an illumination beam that defines a beam direction that intersects the working plane, the optical arrangement having a plurality of optical elements and being movable relative to the working plane along a direction of movement to process a workpiece using the illumination beam, and
- - commissioning of the laser light source,
Eine solche Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren sind aus
Die bekannte Vorrichtung erzeugt eine linienförmige Laserbeleuchtung auf einer Arbeitsebene, um ein Werkstück zu bearbeiten. Das Werkstück kann insbesondere amorphes Silizium auf einer Trägerplatte sein. Das amorphe Silizium wird mit Hilfe der Laserlinie zeilenweise aufgeschmolzen und durch Abkühlen zu polykristallinem Silizium umgewandelt. Eine derartige Anwendung wird in der Praxis häufig als Solid State Laser Annealing (SLA) oder Excimer Laser Annealing (ELA) bezeichnet.The known device generates linear laser illumination on a work plane in order to machine a workpiece. In particular, the workpiece can be amorphous silicon on a carrier plate. The amorphous silicon is melted line by line with the help of the laser line and converted to polycrystalline silicon by cooling. Such an application is often referred to in practice as solid state laser annealing (SLA) or excimer laser annealing (ELA).
Für eine solche Anwendung wird eine Laserlinie auf der Arbeitsebene benötigt, die in der einen Richtung möglichst lang ist, um eine möglichst breite Arbeitsfläche zu erfassen, und die im Vergleich dazu in der anderen Richtung sehr kurz ist, um eine für den jeweiligen Prozess benötigte Energiedichte bereitzustellen. Wünschenswert ist dementsprechend eine lange, dünne Laserlinie parallel zu der Arbeitsebene. Man bezeichnet die Richtung, in der die Laserlinie verläuft, üblicherweise als lange Achse und die Liniendicke als kurze Achse des sogenannten Strahlprofils. In der Regel soll die Laserlinie in beiden Achsen einen definierten Intensitätsverlauf aufweisen. Wünschenswert ist insbesondere, dass die Laserlinie in der langen Achse ein möglichst rechteckiges oder eventuell trapezförmiges Intensitätsprofil besitzt, wobei Letzteres vorteilhaft sein kann, wenn mehrere solcher Laserlinien zu einer längeren Gesamtlinie aneinandergesetzt werden sollen. In der kurzen Achse wird für SLA Anwendungen üblicherweise ein im Idealfall rechteckförmiges Intensitätsprofil (sogenanntes Top Hat Profil) gewünscht, das eine in Bewegungsrichtung vorlaufende Flanke, eine in Bewegungsrichtung nachlaufende Flanke und ein zwischen der vorlaufenden Flanke und der nachlaufenden Flanke liegendes, ebenes Plateau besitzt.Such an application requires a laser line on the working plane that is as long as possible in one direction in order to cover the widest possible working area and that is very short in comparison in the other direction in order to achieve the energy density required for the respective process to provide. Accordingly, a long, thin laser line parallel to the working plane is desirable. The direction in which the laser line runs is usually referred to as the long axis and the line thickness as the short axis of the so-called beam profile. As a rule, the laser line should have a defined intensity curve in both axes. In particular, it is desirable for the laser line to have an intensity profile that is as rectangular as possible or possibly trapezoidal in the long axis, with the latter being advantageous if several such laser lines are to be joined together to form a longer total line. In the short axis, an ideally rectangular intensity profile (so-called top hat profile) is usually desired for SLA applications, which has a leading edge in the direction of movement, a trailing edge in the direction of movement and a flat plateau between the leading edge and the trailing edge.
Ein Nachteil dieser Lösung ist der Aufwand für die Bereitstellung von zwei Laserrohstrahlen und zwei parallelen Strahlengängen. Angesichts dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, die es auf alternative Weise ermöglichen, eine möglichst optimale Energiedichte bei der SLA-Bearbeitung eines Werkstücks bereitzustellen.A disadvantage of this solution is the effort involved in providing two raw laser beams and two parallel beam paths. In view of this, it is an object of the present invention to specify a device and a method of the type mentioned at the beginning that make it possible in an alternative way to provide the best possible energy density in the SLA machining of a workpiece.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird hier eine Vorrichtung der eingangs genannten Art angegeben, wobei die optische Anordnung derart justiert ist, dass das Plateau einen im Mittel kontinuierlich abfallenden Intensitätslevel erhält. Des Weiteren wird ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben, wobei die optischen Elemente derart justiert werden, dass das Plateau einen im Mittel kontinuierlich abfallenden Intensitätslevel erhält.According to one aspect of the present invention, a device of the type mentioned at the outset is specified here, the optical arrangement being adjusted in such a way that the plateau is given an intensity level which on average falls continuously. Furthermore, a method of the type mentioned at the outset is specified, in which the optical elements are adjusted in such a way that the plateau is given an intensity level that falls continuously on average.
Ebenso bei der oben beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren wird der Beleuchtungsstrahl vorzugsweise pulsweise erzeugt, insbesondere indem die Laserlichtquelle den Laserrohstrahl pulsweise aussendet. Unabhängig davon fällt der Intensitätsverlauf des Strahlprofils in der kurzen Achse hier entgegen der Bewegungsrichtung weitgehend linear von einem höheren ersten Niveau im Bereich der vorlaufenden Flanke auf ein niedrigeres zweites Niveau im Bereich der nachlaufenden Flanke ab. Der Intensitätsverlauf der neuen Vorrichtung und des entsprechenden Verfahrens ähnelt daher einem Pultdach. Ein Pultdach ist bei Gebäuden eine Dachform mit nur einer geneigten Dachfläche. Dementsprechend besitzt das Strahlprofil einen pultdachförmigen Intensitätsverlauf in der kurzen Achse. Vorzugsweise ist das Plateau stufenfrei. Dabei ist den Fachleuten klar, dass der Intensitätsverlauf der Vorrichtung und des Verfahrens in der Realität nicht ideal eben ist, sondern kleine Wellen und Rippel in dem entgegen der Bewegungsrichtung geneigten Plateau aufweisen kann. Kleine Wellen und Rippel sind aufgrund von Beugungseffekten und Fertigungstoleranzen unvermeidlich. Die Wellen und Rippel sind jedoch klein im Vergleich zu der Höhe des Plateaus und können bei einer idealisierten Betrachtung außer Acht bleiben. In einigen Ausführungsbeispielen können die Wellen und Rippel kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 5% bezogen auf den Intensitätslevel des Plateaus sein. Dementsprechend fällt das Plateau der neuen Vorrichtung und des Verfahrens im Mittel entgegen der Bewegungsrichtung kontinuierlich ab, insbesondere bei Betrachtung einer durch die Wellen und Rippel gelegten Regressionsgeraden.Also in the device and the method described above, the illumination beam is preferably generated in pulses, in particular in that the laser light source emits the raw laser beam in pulses. Irrespective of this, the intensity curve of the beam profile in the short axis falls largely linearly, counter to the direction of movement, from a higher first level in the area of the leading edge to a lower second level in the area of the trailing edge. The intensity profile of the new device and the corresponding method is therefore similar to a pent roof. In buildings, a pent roof is a roof shape with only one sloping roof surface. Accordingly, the beam profile has a pent roof-shaped intensity curve in the short axis. The plateau is preferably step-free. It is clear to those skilled in the art that the intensity curve of the device and the method is not ideally flat in reality, but can have small waves and ripples in the plateau that is inclined counter to the direction of movement. Small waves and ripples are unavoidable due to diffraction effects and manufacturing tolerances. However, the waves and ripples are small compared to the height of the plateau and can be ignored in an idealized view. In some embodiments, the waves and ripples may be less than 10%, preferably less than 5%, of the plateau intensity level. Accordingly, the plateau of the new device and the method falls continuously on average against the direction of movement, in particular when considering a regression line drawn through the waves and ripples.
Die neue Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen aufgrund des kontinuierlichen Abfalls eine homogenere Werkstückbearbeitung. Darüber hinaus ermöglichen sie prinzipiell eine einfachere und kostengünstigere Realisierung mit nur einem Laserrohstrahl. Infolgedessen können die neue Vorrichtung und das Verfahren mit älteren, bereits bestehenden Vorrichtungen realisiert werden, indem die optischen Elemente im Strahlengang für das Kurzachsprofil in der angegebenen Weise neu justiert werden. Der nachträgliche Einbau von zusätzlichen optischen Elementen ist denkbar, aber regelmäßig nicht erforderlich. Wie sich gezeigt hat, kann der pultdachförmige Intensitätsverlauf in vielen Fällen bereits durch eine geänderte Feinjustierung der optischen Elemente erreicht werden. Die oben genannte Aufgabe ist daher auf einfache und kostengünstige Weise gelöst.The new device and the method enable more homogeneous workpiece processing due to the continuous waste. In addition, they allow in principle a simpler and more cost-effective implementation with only one raw laser beam. As a result, the new device and the method can be implemented with older, already existing devices by readjusting the optical elements in the beam path for the short-axis profile in the manner indicated. The subsequent installation of additional optical elements is conceivable, but not usually necessary. As has been shown, the pent-roof intensity profile can in many cases already be achieved by changing the fine adjustment of the optical elements. The above task is therefore solved in a simple and cost-effective manner.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die optische Anordnung dazu eingerichtet, das Plateau mit einem einzelnen Laserrohstrahl zu erzeugen. Dementsprechend wird das Plateau in bevorzugten Ausführungsbeispielen mit einem einzelnen Laserrohstrahl erzeugt.In a preferred embodiment of the invention, the optical arrangement is set up to generate the plateau with a single raw laser beam. Accordingly, in preferred embodiments, the plateau is generated with a single raw laser beam.
In dieser Ausgestaltung profitieren die neue Vorrichtung und das Verfahren von den bereits oben angedeuteten vorteilhaften Möglichkeiten. Eine homogene SLA Bearbeitung eines Werkstücks wird auf besonders kostengünstige Weise ermöglicht.In this embodiment, the new device and the method benefit from the advantageous options already indicated above. A homogeneous SLA processing of a workpiece is made possible in a particularly cost-effective manner.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die optische Anordnung eine Vielzahl von optischen Elementen auf, die einen Strahlengang in Bezug auf die kurze Achse des Strahlprofils bilden, wobei ein optisches Element aus der Vielzahl der optischen Elemente eine Objektivlinse am Ende des Strahlengangs ist, und wobei der Strahlengang die Objektivlinse außermittig ausleuchtet.In another embodiment, the optical assembly includes a plurality of optical elements forming a beam path with respect to the short axis of the beam profile, one optical element of the plurality of optical elements being an objective lens at the end of the beam path, and the beam path illuminates the objective lens off-centre.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen fokussiert die Objektivlinse den Beleuchtungsstrahl auf die Arbeitsebene. Vorzugsweise besitzt die Objektivlinse eine überwiegende Brechkraft in Bezug auf die kurze Achse des Strahlprofils und ist in Bezug auf die lange Achse des Strahlprofils funktionslos. Der Strahlengang der kurzen Achse platziert den umzuformenden Laserstrahl unsymmetrisch in Bezug auf die optische Achse des Kurzachs-Strahlengangs auf der Objektivlinse. Die unsymmetrische bzw. außermittige Beleuchtung hat zur Folge, dass sphärische Aberrationen der Objektivlinse den umzuformenden Laserstrahl auf der einen Seite der optischen Achse stärker beeinflussen als auf der anderen Seite. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einem schräg verlaufenden Plateau im Intensitätsverlauf des Kurzachs-Strahlprofils. Wie sich gezeigt hat, kann bereits eine gezielte Justierung der optischen Elemente im Kurzachs-Strahlengang vorteilhaft dazu beitragen, die Objektivlinse außermittig auszuleuchten, um so auf einfache und kostengünstige Weise das pultdachförmig geneigte Plateau im Intensitätsverlauf des Kurzachs-Strahlprofils zu implementieren.In preferred embodiments, the objective lens focuses the illumination beam onto the work plane. Preferably, the objective lens has a predominant power with respect to the short axis of the beam profile and is non-functional with respect to the long axis of the beam profile. The beam path of the short axis plat adorns the laser beam to be reshaped asymmetrically in relation to the optical axis of the short-axis beam path on the objective lens. As a result of the asymmetrical or off-centre illumination, spherical aberrations of the objective lens have a greater influence on the laser beam to be reshaped on one side of the optical axis than on the other side. This advantageously leads to an inclined plateau in the intensity profile of the short-axis beam profile. As has been shown, a targeted adjustment of the optical elements in the short-axis beam path can advantageously contribute to illuminating the objective lens off-centre in order to implement the pent-roof-shaped inclined plateau in the intensity profile of the short-axis beam profile in a simple and cost-effective manner.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vielzahl der optischen Elemente eine Teleskoplinse in dem Strahlengang auf, wobei die Teleskoplinse in Bezug auf die optische Achse außermittig angeordnet ist.In a further refinement, the multiplicity of optical elements has a telescopic lens in the beam path, the telescopic lens being arranged eccentrically in relation to the optical axis.
Diese Ausgestaltung ist eine sehr kostengünstige Möglichkeit, um das pultdachförmige Plateau zu erzeugen, da eine Teleskopanordnung im (Kurzachs-)Strahlengang der optischen Anordnung häufig ohnehin benötigt wird. Vorteilhaft besitzt die Teleskoplinse eine überwiegende Brechkraft in Bezug auf die kurze Achse des Strahlprofils und ist in Bezug auf die lange Achse des Strahlprofils funktionslos. Die außermittig justierte Teleskoplinse kann auf einfache und kostengünstige dazu beitragen, den umzuformenden Laserstrahl außermittig auf der zuvor genannten Objektivlinse zu platzieren, um so das schräg abfallende Plateau zu bilden.This configuration is a very cost-effective way of producing the pent-roof-shaped plateau, since a telescope arrangement in the (short-axis) beam path of the optical arrangement is often required anyway. Advantageously, the telescopic lens has a predominant refractive power with respect to the short axis of the beam profile and has no function with respect to the long axis of the beam profile. The eccentrically adjusted telescopic lens can contribute in a simple and cost-effective manner to placing the laser beam to be reshaped off-center on the aforementioned objective lens, in order to form the sloping plateau.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vielzahl der optischen Elemente eine Teleskoplinse in dem Strahlengang auf, wobei die Teleskoplinse in Bezug auf die optische Achse schräg angeordnet ist.In a further refinement, the multiplicity of optical elements has a telescopic lens in the beam path, the telescopic lens being arranged at an angle in relation to the optical axis.
Auch diese Ausgestaltung ist eine sehr kostengünstige Möglichkeit, um das pultdachförmige Plateau zu erzeugen, da eine Teleskopanordnung im (Kurzachs-)Strahlengang der optischen Anordnung häufig ohnehin benötigt wird. Vorteilhaft besitzt die Teleskoplinse eine überwiegende Brechkraft in Bezug auf die kurze Achse des Strahlprofils und ist in Bezug auf die lange Achse des Strahlprofils funktionslos. Die schräg angeordnete Teleskoplinse kann in bevorzugten Ausführungsbeispielen durch eine Rotation der Teleskoplinse um die lange Achse bei der Justierung der optischen Anordnung realisiert werden. Auch dies stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, um den umzuformenden Laserstrahl außermittig auf der oben genannten Objektivlinse zu platzieren. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Teleskoplinse außermittig in Bezug auf die optische Achse des Kurzachs-Strahlengangs und zudem auch schräg in Bezug auf die optische Achse des Kurzachs-Strahlengangs bzw. rotiert um die lange Achse angeordnet sein. In diesen Ausführungsbeispielen kann die Neigung des Plateaus auf einfache und kostengünstige Weise optimiert werden.This configuration is also a very cost-effective way of producing the pent-roof-shaped plateau, since a telescopic arrangement in the (short-axis) beam path of the optical arrangement is often required anyway. Advantageously, the telescopic lens has a predominant refractive power with respect to the short axis of the beam profile and has no function with respect to the long axis of the beam profile. In preferred exemplary embodiments, the obliquely arranged telescopic lens can be implemented by rotating the telescopic lens about the long axis when adjusting the optical arrangement. This also represents a simple and cost-effective way of placing the laser beam to be reshaped off-centre on the objective lens mentioned above. In some preferred exemplary embodiments, the telescope lens can be arranged eccentrically in relation to the optical axis of the short-axis beam path and also at an angle in relation to the optical axis of the short-axis beam path or rotated about the long axis. In these exemplary embodiments, the inclination of the plateau can be optimized in a simple and inexpensive manner.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vielzahl von optischen Elementen eine Vielzahl von Spiegeln auf, die den Strahlengang falten, wobei zumindest ein Spiegel aus der Vielzahl von Spiegeln dazu eingerichtet ist, die Objektivlinse ausmittig zu beleuchten.In a further refinement, the multiplicity of optical elements has a multiplicity of mirrors which fold the beam path, with at least one mirror from the multiplicity of mirrors being set up to illuminate the objective lens off-centre.
Die Faltung des Strahlengangs, insbesondere in Bezug auf die kurze Achse ermöglicht eine kompakte Bauform der neuen Vorrichtung. Durch eine neue Justierung von einem oder mehreren Spiegeln der Anordnung kann die Schrägstellung des Plateaus auf sehr einfache und kostengünstige Weise realisiert werden. Des Weiteren kann mit dieser Ausgestaltung eine hohe Strahlqualität erreicht werden, indem die Linsen der optischen Anordnung primär in Bezug auf hohe Strahlqualität justiert werden, während die Schrägstellung des Plateaus mit Hilfe von einem oder mehreren Faltungsspiegeln realisiert wird. Alternativ oder ergänzend kann eine Schrägstellung des Plateaus sowohl durch Justierung der Linsen, wie oben erläutert, als auch durch Justierung von einem oder mehreren Spiegeln realisiert werden, was eine flexible Optimierung der neuen Vorrichtung ermöglicht.The folding of the beam path, in particular in relation to the short axis, enables a compact design of the new device. By readjusting one or more mirrors of the arrangement, the tilting of the plateau can be implemented in a very simple and cost-effective manner. Furthermore, a high beam quality can be achieved with this configuration, in that the lenses of the optical arrangement are primarily adjusted in relation to high beam quality, while the inclination of the plateau is realized with the aid of one or more folding mirrors. Alternatively or in addition, the plateau can be tilted both by adjusting the lenses, as explained above, and by adjusting one or more mirrors, which enables flexible optimization of the new device.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Kurzachsstrahlengangs eines ersten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung, -
2 eine vereinfachte Darstellung einer Spiegelfaltung zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung, -
3 eine vereinfachte Darstellung des Strahlprofils gemäß Ausführungsbeispielen der neuen Vorrichtung, -
4 den Intensitätsverlauf eines Kurzachs-Strahlprofils gemäß einem Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung und des neuen Verfahrens.
-
1 a simplified and schematic representation of the short-axis beam path of a first exemplary embodiment of the new device, -
2 a simplified representation of a mirror folding to explain a further embodiment of the new device, -
3 a simplified representation of the beam profile according to exemplary embodiments of the new device, -
4 the intensity curve of a short-axis beam profile according to an embodiment of the new device and the new method.
In
In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Werkstück 16 eine Schicht amorphes Silizium beinhalten, die mit Hilfe der Laserlinie 12 aufgeschmolzen und zu polykristallinem Silizium umgewandelt wird.
Die Vorrichtung 10 besitzt eine Laserlichtquelle 22, die beispielsweise ein Festkörperlaser sein kann, der Laserlicht im Infrarotbereich oder im UV-Bereich erzeugt. Beispielsweise kann die Laserlichtquelle 22 einen Nd:YAG Laser mit einer Wellenlänge im Bereich von 1030 nm beinhalten. In weiteren Beispielen kann die Laserlichtquelle 22 Diodenlaser, Excimerlaser oder Festkörperlaser beinhalten, die jeweils Laserlicht mit Wellenlängen zwischen 150 nm und 360 nm, 500 nm und 530 nm oder 900 nm bis 1070 nm erzeugen.The
Die Laserlichtquelle 22 sendet einen Laserrohstrahl 24 aus, der beispielsweise über eine Glasfaser in eine optische Anordnung 26 eingekoppelt werden kann. Der Laserrohstrahl 24 wird mit der optischen Anordnung 26 zu einem Beleuchtungsstrahl 28 umgeformt, der eine Strahlrichtung 29 definiert. Die Strahlrichtung 29 schneidet die Arbeitsebene 14.The
Die optische Anordnung 26 beinhaltet einen Strahltransformator 30, der den Laserrohstrahl 24 in der x-Richtung (entsprechend der langen Achse) aufweitet. Der Strahltransformator 30 kann in einigen Ausführungsbeispielen realisiert sein, wie der Strahltransformator, der in
Entsprechend
Die optische Anordnung 26 beinhaltet eine hier nicht dargestellte Langachsoptik, die den umgeformten Laserrohstrahl 24 in der langen Achse formt. Insbesondere kann die Langachsoptik ein oder mehrere Mikrolinsenarrays (hier nicht dargestellt) sowie eine oder mehrere Linsen mit positiver optischer Brechkraft überwiegend in der langen Achse beinhalten. Die Mikrolinsenarrays und die eine oder mehreren Linsen können Zylinderlinsen beinhalten, die sich in y-Richtung erstrecken und insbesondere einen abbildenden Homogenisierer bilden, der den Laserrohstrahl 24 in der langen Achse homogenisiert, um ein vorteilhaftes Top Hat Intensitätsprofil in der langen Achse zu erhalten.The
Die optische Anordnung 26 beinhaltet ferner eine Vielzahl von optischen Elementen 32, 34, 36, 38, die den aufgeweiteten Laserrohstrahl in der kurzen Achse formen und auf die Arbeitsebene fokussieren. Die optischen Elemente 32, 34, 36, 38 sind entlang einer optischen Achse 40 angeordnet und beinhalten hier eine erste Linse 32 und eine zweite Linse 34, die zusammen eine Teleskopanordnung 42 bilden. Bezugsziffer 38 symbolisiert eine Spiegelanordnung mit einer Vielzahl von Spiegel 44, 46, 48 (siehe
Die optische Anordnung 26 ist dazu eingerichtet, den Beleuchtungsstrahl 28 mit einem definierten Strahlprofil 50 im Bereich der Arbeitsebene 14 zu erzeugen.
Wie in
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen des neuen Verfahrens wird die Neigung des Plateaus 60 durch eine gezielte Justierung der optischen Elemente 32, 34, 36, 38 realisiert. Wie in
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