KR101529344B1 - Method and arrangement for producing a laser beam with a linear beam cross section - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선형 횡단면을 가진 레이저 빔의 생성 방법 및 장치에 관한 것이며, 상기 횡단면은 긴 빔 횡단면 축과 짧은 빔 횡단면 축을 가지며, 긴축에서 200 mm 이상의 길이 및 짧은축에서 800 ㎛ 이하의 길이를 가지고, 레이저 빔 소스로부터 나온 레이저 빔이 긴축과 짧은축에 대해 별도로 균일화됨으로써, 상기 레이저 빔이 긴축과 짧은축에 대해, 상기 레이저 빔의 빔 횡단면의 분할에 의해 형성된 다수의 부분 빔이 포커싱되는 각각의 초점면을 형성하면서 균일화되고, 상기 다수의 부분 빔들은 후속해서 빔 횡단면에서 균일화된 레이저 빔을 형성하도록 함께 안내되고, 상기 레이저 빔은 적어도 긴축에 대해 텔레센트릭하게 이미징되는 즉, 긴축에 대해 균일화된 레이저 빔이 콘덴싱 광학 시스템(LACL)에 의해, 이미징된 레이저 빔에 할당 가능한 빔 경로, 즉 전파 방향에 대해 종방향으로 방향 설정된 평행한 광의 부분 빔들로 이루어진 빔 경로가 생기도록 이미징된다. 본 발명은 하기 단계, 즉
- 균일한 이미지 필드(HFSA1)를 형성하기 위한 제 1 콘덴싱 광학 시스템(SACL1)에 의해 짧은축에서 균일하게 수렴되는 빔 횡단면의 이미징, 및 상기 짧은축에 대해 분할된 부분 빔들이 포커싱되는 초점면이 이미징되는 제 1 필드 렌즈 광학 시스템(SAFL1)에 의해 제 1 동공(P1)의 형성 단계,
- 제 2 콘덴싱 광학 시스템(SACL2)에 의해 제 2 이미지 필드(SAFL2)로 상기 균일한 이미지 필드(HFSA1)의 이미징, 및 제 2 필드 렌즈 광학 시스템(SAFL2)에 의해 제 2 동공(P2)으로 상기 제 1 동공(P1)의 이미징 단계를 포함하고, 상기 제 2 동공(P2)은 긴축에 대해 균일화된 레이저 빔이 상기 콘덴싱 광학 시스템(LACL)에 의해 이미징되는 이미징 면으로 상기 레이저 빔의 텔레센트릭 이미징을 위한 이미징 광학 시스템(p-렌즈 SA)의 입사 동공에 상응한다.The present invention relates to a method and apparatus for producing a laser beam having a linear cross section, the cross section having a long beam cross section axis and a short beam cross section axis, having a length of at least 200 mm in the long axis and a length of no more than 800 탆 in the short axis, A laser beam emitted from a laser beam source is separately equalized with respect to a short axis and a short axis so that the laser beam is focused on each of a plurality of partial beams formed by division of the beam cross- And the plurality of partial beams are then guided together to form a laser beam which is subsequently uniformized in the beam cross-section, and the laser beam is telecentrically imaged with respect to at least the tangential axis, that is, A laser beam is guided by a condensing optical system (LACL), a beam path assignable to the imaged laser beam, A set of parallel light in the vertical direction with respect to the direction of propagation direction is imaged part to the animation beam path consisting of beams. The present invention relates to a process comprising the following steps:
- imaging of a beam cross section that is uniformly converged in a short axis by a first condensing optical system (SACL1) to form a uniform image field (HFSA1), and a focal plane The step of forming the first pupil P1 by the first field lens optical system (SAFL1)
Imaging the uniform image field HFSA1 with a second image field SAFL2 by a second condensing optical system SACL2 and imaging the second image field HFSA2 with a second pupil P2 by a second field lens optical system SAFL2. Wherein the second pupil (P2) comprises an imaging surface in which a laser beam homogenized with respect to the axis is imaged by the condensing optical system (LACL), the telecentricity of the laser beam Corresponds to the entrance pupil of the imaging optical system (p-lens SA) for imaging.
Description
본 발명은 선형 횡단면을 가진 레이저 빔의 생성 방법 및 장치에 관한 것이며, 상기 횡단면은 긴 빔 횡단면 축 및 짧은 빔 횡단면 축을 가지며, 긴 축에서 200 mm 이상의 길이 및 짧은 축에서 800 ㎛ 이하의 길이를 가지고, 레이저 빔 소스로부터 나온 레이저 빔은 긴 축과 짧은 축에 대해 별도로 균일화됨으로써, 상기 레이저 빔이 긴 축과 짧은 축에 대해, 레이저 빔의 빔 횡단면의 분할에 의해 형성된 다수의 부분 빔이 포커싱되는 각각의 초점면을 형성하면서 균일화되고, 상기 다수의 부분 빔들은 후속해서 빔 횡단면에서 균일화된 레이저 빔을 형성하도록 함께 안내된다. 레이저 빔은 적어도 긴 축에 대해 텔레센트릭하게 이미징된다. 즉, 긴 축에 대해 균일화된 레이저 빔이 콘덴싱 광학 시스템에 의해, 이미징된 레이저 빔에 할당 가능한 빔 경로, 즉 전파 방향에 대해 종방향으로 방향 설정된 평행한 광의 부분 빔들로 이루어진 빔 경로가 생기도록 이미징된다.The present invention relates to a method and apparatus for producing a laser beam having a linear cross section, the cross section having a long beam cross section and a short beam cross section, having a length of at least 200 mm in the long axis and a length of less than 800 μm in the short axis , The laser beam from the laser beam source is separately equalized with respect to the long axis and the short axis so that the laser beam is focused on the long axis and the short axis by a plurality of partial beams focused by the division of the beam cross section of the laser beam And the plurality of partial beams are then guided together to form a laser beam which is then uniformized in the beam cross-section. The laser beam is telecentrically imaged at least about the long axis. That is, the laser beam that is homogenized with respect to the long axis is imaged by the condensing optical system into a beam path that can be assigned to the imaged laser beam, that is, a beam path consisting of partial beams of parallel light that is vertically oriented with respect to the propagation direction. do.
상기와 같은 방법 및 장치는 오래전부터 TFT(thin film transistor)-기술에 기초한 평면 디스플레이의 산업적 제조에 사용되었다. 이를 위한 조치들 중 하나는 가급적 큰 면적의 다결정 실리콘 층의 제공이며, 이것을 기초로 후속해서 어레이 형태로 배치된 다수의 박막 트랜지스터가 처리된다. 다결정 실리콘 층의 제조를 위해, 기판이 비결정질 실리콘으로 코팅되고, 상기 실리콘은 레이저 이용 노광 과정 중에 제어된, 국부적, 광 유도 가열에 의해 다결정 실리콘으로 단시간 용융 과정 중에 변환된다. 이러한, 간행물에 공지된 노광 방법에서는 공지된 방식으로 엑시머 레이저, 예컨대 XeCl-레이저가 사용되고, 상기 레이저는 실리콘에 의해 거의 완전히 흡수되는 자외선 스펙트럼 범위의 광을 방출할 수 있기 때문에, 비결정질 실리콘의 용융을 야기하는 열 가열 및 그에 수반되는, 다결정 실리콘으로 상기 비결정질 실리콘의 재결정화가 가능해진다. 이와 관련해서, 종종 ELA 방법(Excimer Laser Annealing)이 언급된다. 레이저 빔에 의해 용융 과정에 필요한 에너지 밀도를 비결정질 실리콘으로 코팅된 기판의 표면으로 단시간 동안 제공하고 동시에 산업적 제조의 요구를 충족시키기 위해, 엑시머-레이저로부터 방출된 레이저 빔을 예컨대 370 ㎜의 선 길이 및 400 ㎛의 선 폭을 가진 선형 횡단면 형상을 가진 레이저 빔으로 변환시키는 것이 바람직한 것으로 나타났고, 상기 형태의 레이저 빔은 제어된 방식으로 비결정질 실리콘 층의 국부적인 단시간 용융을 위해 비결정질 실리콘으로 코팅된 기판 표면 전체에 걸쳐 스캐닝 또는 래스터화된다.Such methods and devices have long been used in the industrial manufacture of flat panel displays based on thin film transistor (TFT) technology. One of the measures for this is the provision of a polycrystalline silicon layer as large as possible, on which a plurality of thin film transistors arranged in an array are processed. For the production of the polycrystalline silicon layer, the substrate is coated with amorphous silicon and the silicon is converted during the short-time melting process to polycrystalline silicon by controlled, local, photo-induced heating during the laser using exposure process. In an exposure method known in these publications, an excimer laser such as an XeCl-laser is used in a known manner, and since the laser can emit light in the ultraviolet spectrum range which is almost completely absorbed by silicon, Resulting in thermal heating and concomitant recrystallization of the amorphous silicon with polycrystalline silicon. In this connection, it is often referred to the ELA method (E xcimer L aser A nnealing) . In order to provide the energy density required for the melting process by the laser beam to the surface of the substrate coated with amorphous silicon for a short time while at the same time meeting the demands of industrial manufacturing, the laser beam emitted from the excimer laser is irradiated with a laser beam having a line length of, It has been found desirable to convert the laser beam into a laser beam having a linear cross-sectional shape with a line width of 400 mu m, and the laser beam of the above type is irradiated onto the substrate surface coated with amorphous silicon for a local, short-time melting of the amorphous silicon layer in a controlled manner Scanned or rasterized throughout.
특히 바람직하게, 이는 직사각형으로 선형인 빔 횡단면의 긴 축 및 짧은 축을 따른 광 강도의 분포에 있어서 탁월한 균일성을 가진 적합하게 형성된 레이저 빔의 균일한 재결정화를 위해 필요하다. 또한, 짧은 축을 따른 광 강도 분포와 관련한 빔 프로파일을 양측에서 큰 에지 기울기를 갖도록 형성하는 것이 바람직하므로, 짧은 빔 횡단면 축에 대해 광 강도가 이상적인 것으로 간주되는 직사각형 프로파일에 가급적 가까이 근접한다. 즉, 빔 강도 플래토우 값이 측면 에지에 까지 이르고 상기 에지에서 급강하한다.Particularly preferably, this is necessary for the uniform recrystallization of a suitably formed laser beam with excellent uniformity in the distribution of the light intensity along the long and short axes of the rectangular cross-section of the beam. It is also desirable to form the beam profile with respect to the light intensity distribution along the short axis to have a large edge slope on both sides so that the light intensity is as close as possible to the rectangular profile considered as ideal for the short beam cross section axis. That is, the beam intensity plateau value reaches to the side edge and dives from the edge.
이와 관련한 선행 기술의 예로서 US 2005/0035103 A1이 참고된다. 여기서는 ELA-방법에 관련한 선행 기술에 대한 주목할만한 구성이 나타나며 특히 도 1과 관련해서, 전술한 의미의 선형 빔 횡단면을 가진 레이저 빔을 생성하기 위한, 빔 경로에서 후방에 배치된 빔 안내 광학 장치 및 빔 형성 광학 장치를 구비한 엑시머 레이저 장치가 제시된다. 망원 렌즈 장치가 엑시머 레이저로부터 방출된 직사각형 빔 횡단면을 빔 경로에서 후속하는 균일화기의 입사 애퍼쳐에 맞추는데 도움을 주며, 상기 균일화기는 횡단면이 직사각형인 레이저 빔을 별도로 그것의 짧은 빔 횡단면 축 및 긴 빔 횡단면 축에 대해 각각 광 강도 분포와 관련해서 균일화할 수 있다. 이 경우, 먼저 레이저 빔은 소위 긴 축 균일화기를 통과한다. 상기 긴 축 균일화기는 서로 평행하게 방향 설정된 실린더 렌즈들의 제 1 장치, 및 빔 경로에서 상기 제 1 장치 후방에 배치된, 서로 평행하게 배치된 실린더 렌즈들의 제 2 장치로 이루어지고, 상기 제 1 장치의 실린더 렌즈들의 초점들 또는 초점 선들은 실린더 렌즈 장치의 제 1 장치와 제 2 장치 사이에 놓인다. 빔 경로에서, 실린더 렌즈 장치 후방에 배치된 콘덴서 렌즈는 긴 축에서 직사각형으로 형성된 빔 횡단면의 이미징을 위해 제공된다. 후속해서, 짧은 축 균일화기가 배치되며, 상기 짧은 축 균일화기도 서로 평행하게 배치된 실린더 렌즈들의 제 1 장치 및 빔 경로에서 상기 제 1 장치에 후속해서 서로 평행하게 배치된 실린더 렌즈들의 제 2 장치를 포함한다. 짧은 축 균일화기의 실린더 렌즈들의 축들은 긴 축 균일화기의 실린더 렌즈 축들에 대해 수직으로 배치된다. 긴 축 균일화기와 마찬가지로 짧은 축 균일화기에서도 각각 실린더 렌즈들의 제 1 장치의 초점 또는 초점 선은 2개의 실린더 렌즈 장치들 사이에 놓인다. 짧은 축에서 균일화된 빔 횡단면의 후속 이미징을 위해, 후속해서 콘덴서 렌즈 및 필드 렌즈가 제공되고, 상기 렌즈들은 짧은 축에서 균일화된 빔 횡단면을 갭 렌즈의 영역으로 이미징한다. 끝으로, 광학 확대경 장치는 짧은 축에서 빔 횡단면 형상을 축소하고, 선형으로 형성된, 빔 횡단면에서 균일화된 레이저 빔이 비결정질 실리콘으로 코팅된 기판 표면으로 이미징된다. 이에 대한 다른 세부 사항은 상기 US 2005/0035103 A1에 나타난다. 또한, 보충적으로 간행물 US 2006/0209310 A1 및 US 2007/0091978 A1이 언급되며, 여기에도 레이저 빔을 균일화하고 후속해서 이 레이저 빔을 선형 횡단면을 가진 레이저 빔으로 바꾸는 실시예가 나타나지만, 이 실시예는 상기 US 2005/0035103 A1에 비한 개선을 공개하지 않는다.An example of this prior art is US 2005/0035103 A1. Here, a notable configuration for the prior art relating to the ELA method is shown, and in particular with respect to FIG. 1, a beam guiding optic arranged rearward in the beam path for producing a laser beam with a linear beam cross- An excimer laser device having a beam forming optical device is presented. The telephoto lens device assists in matching the rectangular beam cross-section emitted from the excimer laser beam to the incidence aperture of a subsequent uniformizer in the beam path, the latter having a cross-section of a rectilinear laser beam separately taken from its short beam cross- Can be uniformized with respect to the light intensity distribution with respect to the transverse axis. In this case, the laser beam first passes through a so-called long axis equalizer. Wherein said long axis equalizer comprises a first device of cylinder lenses oriented parallel to each other and a second device of cylinder lenses arranged in parallel behind each other arranged in the beam path behind said first device, The focal points or focal lines of the cylinder lenses lie between the first and second devices of the cylinder lens device. In the beam path, a condenser lens disposed behind the cylinder lens arrangement is provided for imaging a beam cross section formed in a rectangular shape in the long axis. Subsequently, a short axis homogenizer is arranged, said short axis homogenizing means comprising a first device of cylinder lenses arranged parallel to each other and a second device of cylinder lenses arranged in parallel with each other following said first device in the beam path do. The axes of the cylinder lenses of the short axis homogenizer are arranged perpendicular to the cylinder lens axes of the long axis homogenizer. Like the long axis homogenizer, the focus or focal line of the first device of the cylinder lenses, respectively, also lie between the two cylinder lens devices in short axis homogenizers. For subsequent imaging of the beam cross-section homogenized in the short axis, a condenser lens and a field lens are subsequently provided, which image the beam cross-section homogenized in the short axis to the area of the gap lens. Finally, the optical magnifying device shrinks the beam cross-sectional shape in a short axis, and the laser beam, which is linearly formed in the beam cross-section, is imaged onto the substrate surface coated with amorphous silicon. Other details of this are disclosed in the above-mentioned US 2005/0035103 Al. In addition, additionally, publications US 2006/0209310 A1 and US 2007/0091978 A1 are mentioned, in which there is also shown an embodiment in which the laser beam is homogenized and subsequently transformed into a laser beam with a linear cross section, 2005/0035103 A1, the improvement is not disclosed.
빔 횡단면의 선형을 빔의 긴 축을 따라 확대하고, 결국 비결정질 실리콘으로 코팅된, 가급적 큰 면적의 기판 면을 ELA 방법으로 경제적으로 처리하려는 노력은 이미지 필드 휘어짐의 문제를 증대시킨다. 상기 이미지 필드 휘어짐은 상이한 초점 심도로 인해 레이저 선을 따른 선명하지 않은 이미징을 야기하고, 상기 비선명도는 이미지 중심과 이미지 가장자리 영역 사이의 간격 증가에 따라 커진다. 이러한 이미징 에러는 또한 이미징 시스템의 초점 심도가 이미지 필드 휘어짐에 의해 특히 이미지 가장자리 영역에서 생기는, 이미지 중심에서의 초점 위치에 비한 초점의 위치 이동과 대략 동일하거나 또는 더 작은 크기일 때 한층 더 커진다. 레이저 빔을 그 긴 축을 따라 이미징, 텔레센트릭 이미징하는 경우, 즉 레이저 빔에 할당 가능한 부분 빔들이 긴 축 균일화기 후방에 배치된 콘덴싱 광학 시스템의 통과 후에 서로 평행하게 배향되면, 긴 축과 관련해서, 이미지 필드 휘어짐으로 인해 불리하게 나타나는 이미징 에러가 최소화될 수 있다. 그러나, 통상 450 ㎜이상의 선 길이를 가진, 길게 설계된 레이저 선을 실시하기 위한 이러한 광학 구조물은 텔레센트릭 이미징 광학 시스템의 실시를 위해 긴 축 균일화기와 긴 축 콘덴싱 광학 시스템의 큰 간격을 필요로 한다. 그러나, 이는 레이저 빔을 그 짧은 축을 따라 이미징할 때, 레이저 빔의 전체 선 길이에 걸쳐 짧은 축을 따라 이상적인 직사각형 프로파일에 가급적 근접한 광 강도 분포, 즉 가급적 규정된 선 1/2 폭 및 뚜렷한 에지 기울기를 가진 프로파일을 구현하는데 문제를 일으킨다.Efforts to enlarge the linear shape of the beam cross section along the long axis of the beam and eventually to coat the substrate surface of the largest possible area coated with amorphous silicon economically by the ELA method increase the problem of image field warping. The image field curvature causes unclear imaging along the laser line due to the different depth of focus and the uncertainty increases with increasing distance between the image center and the image edge area. This imaging error also becomes even greater when the focal depth of the imaging system is approximately equal to or smaller than the focal position shift relative to the focal position at the image center, particularly at the image edge area caused by image field curvature. If the laser beam is imaged, telecentricly imaged along its long axis, that is, the partial beams assignable to the laser beam are oriented parallel to each other after passing through the condensing optical system arranged behind the long axis homogenizer, , Imaging errors that are unfavorable due to image field curvature can be minimized. However, such an optical structure for implementing a long designed laser line, typically having a line length of 450 mm or more, requires a large gap between a long axis equalizer and a long axis condensing optical system for the implementation of a telecentric imaging optical system. However, this means that when imaging the laser beam along its short axis, it has a light intensity distribution as close as possible to an ideal rectangular profile along a short axis over the entire line length of the laser beam, preferably with a
본 발명의 과제는 선형 횡단면을 가진 레이저 빔의 생성 방법으로서, 상기 횡단면은 긴 빔 횡단면 축 및 짧은 빔 횡단면 축을 가지며, 긴 축에서 200 mm 이상, 바람직하게는 400 ㎜ 보다 긴 길이 및 짧은 축에서 800 ㎛ 이하, 바람직하게는 400 ㎛ 이하의 길이를 가지고, 레이저 빔 소스로부터 나온 레이저 빔이 긴 축과 짧은 축에 대해 별도로 균일화되며, 상기 레이저 빔이 긴 축과 짧은 축에 대해, 레이저 빔의 빔 횡단면의 분할에 의해 형성된 다수의 부분 빔이 포커싱되는 각각의 초점면을 형성하면서 균일화되고, 상기 다수의 부분 빔들은 후속해서 빔 횡단면에서 균일화된 레이저 빔을 형성하도록 함께 안내되고, 레이저 빔은 적어도 긴 축에 대해 텔레센트릭하게 이미징되는 즉, 긴 축에 대해 균일화된 레이저 빔이 콘덴싱 광학 시스템에 의해, 이미징된 레이저 빔에 할당 가능한 빔 경로, 즉 전파 방향에 대해 종방향으로 방향 설정된 평행한 광의 부분 빔들로 이루어진 빔 경로가 생기도록 이미징되는, 선형 횡단면을 가진 레이저 빔의 생성 방법에 있어서, 상기 짧은 축을 따른 빔 프로파일이 큰 이미징 간격에도 불구하고 가급적 선명하게 나타나는 직사각형 프로파일, 즉 가급적 뚜렷한 에지 기울기 및 규정된 선 1/2 폭으로 이미징 면에 이미징되도록 개선하는 것이다. 특히, 선형 레이저 빔 횡단면의 전체 길이를 따라 에지 기울기 및 선 1/2 폭에 관련한 짧은 축에 대한 빔 프로파일의 독자적인 변동을 일으키는 광학 조치들이 취해져야 한다. 또한, 상기 요구에 부합하는 레이저 빔 생성 장치가 제공되어야 한다.A method for producing a laser beam having a linear cross section, the cross section having a long beam cross section axis and a short beam cross section axis and having a length of at least 200 mm, preferably at least 400 mm, The laser beam having a length of less than or equal to 탆, preferably less than or equal to 400 탆, the laser beam coming out of the laser beam source being separately made uniform with respect to the long axis and the short axis, And the plurality of partial beams are subsequently guided together to form a uniformized laser beam in the beam cross-section, and the laser beam is guided along at least a long axis The laser beam that is telecentrically imaged with respect to the long axis, i.e., the laser beam that is uniformized with respect to the long axis, is condensed by the condensing optical system, 11. A method of generating a laser beam having a linear cross section, wherein a beam path is assigned to a low beam, said beam path consisting of partial beams of parallel light oriented in the longitudinal direction with respect to the propagation direction, The profile is imaged on the imaging surface with a rectangular profile that is as clear as possible, despite a large imaging gap, that is, a sharp edge slope as clearly as possible and a
상기 과제는 청구항 제 1항에 의해 해결된다. 장치에 관련한 상기 과제는 청구항 제 6항에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항들 및 특히, 실시예를 참고로 하는 하기 설명에 제시된다.The above problem is solved by
본 발명에 따라, 청구항 제 1항의 전제부에 따른 선형 횡단면을 가진 레이저 빔의 생성 방법은 짧은 축에서 레이저 빔 횡단면의 빔 형성 및 빔 이미징을 위해 빔 경로에서 2단 광학 이미징이 이루어지고, 상기 2단 광학 이미징에 의해 한편으로는 텔레센트릭 빔 가이드에 기인한, 짧은 축 균일화기와, 비결정질 Si-층을 가진 기판이 배치된 이미징 면 사이의 긴 거리의 공간적 브리징(bridging)이 가능해지고, 다른 한편으로는 에지 기울기 및 선 1/2 폭에 대한 서로 독립적인 조절 가능성이 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the invention, a method of generating a laser beam with a linear cross-section according to the preamble of
2단 이미징은 본 발명에 따라 빔 경로에서 차례로 연속해서 배치된 2개의 광학 이미징 분기들에 의해 실시되며, 상기 2개의 광학 이미징 분기들 중 제 1 광학 이미징 분기는 짧은 축 균일화기의 실린더 렌즈 장치, 후속하는 짧은 축 콘덴싱 광학 시스템 및 빔 경로에 후속하는 짧은 축 필드 렌즈 광학 시스템으로 이루어진다. 이 경우, 개별 광학 유닛은 한편으로는 짧은 축 콘덴싱 광학 시스템이 균일한 이미지 필드를 형성하며 다른 한편으로는 후속하는 필드 렌즈 광학 시스템이 짧은 축 균일화기의 2개의 실린더 장치들 사이에 선명하게 이미징되는 초점면을 제 1 동공 면으로 이미징하고, 상기 짧은 축과 관련해서 분할된 부분 빔들이 렌즈 어레이의 형태로 상기 초점면으로 이미징되도록, 서로 매칭되고 배치된다.The two-stage imaging is carried out by two optical imaging branches which are successively arranged in turn in the beam path according to the invention, the first one of the two optical imaging branches being the cylinder lens device of the short axis homogenizer, Followed by a short axis condensing optical system and a short axis field lens optical system following the beam path. In this case, the individual optical units, on the one hand, form a uniform image field on the short axis condensing optical system and on the other hand the subsequent field lens optical system is clearly imaged between the two cylinder devices of the short axis homogenizer The focal plane is imaged with the first pupil plane, and the partial beams divided with respect to the short axis are imaged onto the focal plane in the form of a lens array.
빔 경로에서 제 1 이미징 분기 후방에 배치된 제 2 이미징 분기는 제 1 균일한 분기의 범주에서 형성된 균일한 이미지 필드를 제 2 콘덴싱 광학 시스템에 의해 제 2 균일한 이미지 필드로 이미징하고, 동시에 제 1 동공 내에 이미징된 짧은 축 균일화기의 초점면이 제 2 필드 렌즈 광학 시스템에 의해 제 2 동공으로 이미징되며, 상기 제 2 동공은 이미징 면으로 레이저 빔을 텔레센트릭 이미징하기 위한 이미징 광학 시스템의 입사 동공에 상응하고, 상기 이미징 면으로 동시에 긴축에 대해 균일화된 레이저 빔이 긴 축 콘덴싱 광학 시스템에 의해 이미징된다. 따라서, 제 2 이미징 분기는 짧은 축 콘덴싱 광학 시스템 및 짧은 축 필드 렌즈 광학 시스템으로만 이루어진다.A second imaging branch disposed behind the first imaging branch in the beam path is configured to image a uniform image field formed in the first uniform branching category by a second condensing optical system to a second uniform image field, The focal plane of the short axis homogenizer imaged in the pupil is imaged by the second field lens optical system to the second pupil and the second pupil is imaged onto the imaging plane of the imaging pupil of the imaging optical system for telecentric imaging of the laser beam And a laser beam which is simultaneously homogenized with respect to the axis of the imaging plane is imaged by the long axis condensing optical system. Thus, the second imaging branch consists only of a short axis condensing optical system and a short axis field lens optical system.
각각 콘덴싱 광학 시스템 및 필드 렌즈 광학 시스템을 포함하는 2개의 광학 분기에서 분리된 이미징에 의해, 짧은 축의 빔 프로파일을 에지 기울기 및 선 1/2 폭과 관련해서 서로 별도로 변경하거나 또는 의도적으로 최적화하기 위한 전제 조건이 형성되는 것은 공지되어 있다. 이는 다른 실시예에서 나타나는 바와 같이 광학 이미징 분기에 속한 개별 콘덴싱 광학 시스템 및/또는 필드 렌즈 광학 시스템의 축방향 이동에 의해 달성될 수 있다. 또한, 이미징 분기를 따라 포함된 광학 시스템의 회전은 적어도 선 1/2 폭을 조절한다.The assumptions for separately changing or intentionally optimizing the beam profile of the short axis with respect to the edge slope and
본 발명에 따른 컨셉 및 이미징 빔 경로를 따라 배치된 광학 소자의 구체적인 배치는 이하에서 실시예를 참고로 설명된다.The concept according to the present invention and the specific arrangement of the optical elements arranged along the imaging beam path are described below with reference to the embodiments.
본 발명에 의해, 짧은 축을 따른 빔 프로파일이 큰 이미징 간격에도 불구하고 가급적 선명하게 나타나는 직사각형 프로파일, 즉 가급적 뚜렷한 에지 기울기 및 규정된 선 1/2 폭으로 이미징 면에 이미징된다.With the present invention, the beam profile along the short axis is imaged onto the imaging surface with a rectangular profile, preferably as pronounced edge slope and
본 발명은 하기에서 도면을 참고로 실시예로 설명되지만, 이 실시예에 제한되지는 않는다.
도 1은 짧은 축에 대한 레이저 빔 횡단면의 이미징을 나타내기 위한 광학 소자를 가진 빔 경로를 도시하고,
도 2는 긴 축에 대한 레이저 빔의 이미징을 나타내기 위한 광학 소자를 가진 빔 경로를 도시하며,
도 3a 및 도 3b는 짧은 축에 대한 에지 기울기 및 선 1/2 폭의 분리된 조절 가능성을 나타내기 위한 다이어그램이다. The present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, but it is not limited thereto.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a beam path with optical elements for imaging of a laser beam cross-section for a short axis,
Figure 2 shows a beam path with optical elements for imaging of a laser beam with respect to a long axis,
Figs. 3A and 3B are diagrams for illustrating separate adjustability of edge slope and
도 1에는 200 ㎜ 보다 큰, 바람직하게는 450 ㎜ 보다 큰 선 길이, 즉 긴 축을 따른 최대 길이, 및 800 ㎛ 이하, 바람직하게는 400 ㎛ 이하의 선 폭을 가진 선형 빔 횡단면을 형성하기 위해 짧은 축에 대한 레이저 빔의 형성 및 이미징을 나타내기 위한 빔 경로가 도시된다. 도 1에 따른 빔 경로에 대해 90도 회전된 도면을 도시하는 도 2는 긴 축을 따른 빔 형성을 나타낸다. 이하에서, 2개의 도면이 동시에 참고될 수 있다.1 shows a cross-sectional view of a short-axis < RTI ID = 0.0 > axis < / RTI > to form a linear beam cross-section having a line length greater than 200 mm, preferably greater than 450 mm, A beam path for indicating the formation and imaging of a laser beam for the laser beam is shown. Figure 2, which shows a view rotated 90 degrees with respect to the beam path according to Figure 1, shows beam formation along a long axis. Hereinafter, two drawings can be referred to at the same time.
엑시머 레이저로부터 방출된 레이저 빔(L)은 적합한 이미징 광학 시스템, 예컨대 망원 렌즈에 의해, 긴 축 균일화기(LAH) 및 짧은 축 균일화기(SAH)로 이루어진 균일화기(H)의 입사 애퍼쳐에 맞춰진다고 가정한다.The laser beam L emitted from the excimer laser is focused by an appropriate imaging optical system such as a telephoto lens to the incidence aperture of a homogenizer H consisting of a long axis homogenizer (LAH) and a short axis homogenizer (SAH) It is assumed.
도 1 및 도 2에 도시된 빔 경로는 좌측으로부터 우측으로의 빔 방향으로 소위 긴 축 균일화기에 속하는 실린더 렌즈 장치(LAH1, LAH2)를 갖는다. 상기 실린더 렌즈 장치들은 긴 축 콘덴서 렌즈(LACL)와 함께 비초점 광학 시스템을 형성하며 텔레센트릭 이미징 광학 시스템을 형성한다. 상기 텔레센트릭 이미징 광학 시스템은 긴 빔 횡단면 축에서 균일화된 레이저 빔을 긴 축 콘덴서 렌즈(LACL)를 통과한 후에 광축에 대해 종방향으로 평행화하고, 예컨대 노광될, 비결정질 실리콘으로 코팅된 기판이 배치된 이미징 면(HFLA) 상에 긴 축에서 균일화된 이미지 필드를 형성한다. 또한, 긴 축을 따른 텔레센트릭 이미징에 의해, 이미지 필드 휘어짐에 의해 야기되는 이미징 에러가 적어도 매우 강력히 억제될 수 있다. 긴 축 콘덴서 렌즈(LACL)는 LAH2 및 LAH1으로 이루어진 실린더 렌즈 장치에 대해, 상기 긴 축 균일화기에 의해 분리된 각각의 부분 빔이 콘덴서 렌즈 후방에 평행한 부분 빔을 형성하는 간격으로 배치되고, 모든 평행한 부분 빔들은 이미징 면(HFLA)에서 중첩된다.The beam path shown in Figs. 1 and 2 has a cylinder lens apparatus (LAH1, LAH2) belonging to a so-called long axis homogenizer in the beam direction from left to right. The cylinder lens devices together with a long axial condenser lens (LACL) form a non-focal optical system and form a telecentric imaging optical system. The telecentric imaging optical system longitudinally collimates the laser beam after passing through a long axial condenser lens (LACL) in the long beam cross-sectional axis with respect to the optical axis, Thereby forming an image field uniform in the long axis on the placed imaging plane HFLA. Also, telecentric imaging along the long axis can at least very strongly suppress imaging errors caused by image field curvature. The long axis condenser lens (LACL) is arranged at intervals such that for each cylinder lens device consisting of LAH2 and LAH1, each partial beam separated by said long axis equalizer forms a partial beam parallel to the back of the condenser lens, One partial beams are superimposed on the imaging plane HFLA.
긴 축 형성을 위한 상기 광학 소자의 선택된 광학 초점 거리로 인해, 간격 d는 통상 3 미터 이상의 길이이며, 이는 짧은 축에서 균일화될 빔 횡단면을 이미지 면(HFLA)에 이미징하기 위해 커버되어야 하는 비교적 큰 거리이다. 이를 위해, 빔 경로에서 긴 축 균일화기(LAH) 후방에, 제 1 실린더 렌즈 장치(SAH1) 및 제 2 실린더 렌즈 장치(SAH2)로 이루어진 소위 짧은 축 균일화기(SAH)가 배치된다. 긴 축 균일화기와 마찬가지로, 2개의 실린더 렌즈 장치(SAH1, SAH2) 사이에 놓인 초점면이 제공된다. 제 1 실린더 렌즈 장치(SAH1)에 의해 부분 빔으로 분할된 짧은 빔 횡단면이 점 또는 선 어레이의 형태로 상기 초점면에 포커싱된다.Due to the chosen optical focal length of the optical element for long axis formation, the distance d is usually at least 3 meters long, which is a relatively large distance that must be covered to image the beam cross section to be homogenized in the short axis onto the image plane HFLA to be. To this end, a so-called short axis homogenizer (SAH) composed of a first cylinder lens device (SAH1) and a second cylinder lens device (SAH2) is disposed behind the long axis homogenizer (LAH) in the beam path. As with the long axis homogenizer, a focal plane lying between the two cylinder lens devices (SAH1, SAH2) is provided. A short beam cross section divided into partial beams by the first cylinder lens device SAH1 is focused on the focal plane in the form of a point or line array.
짧은 축 균일화기 후방에 짧은 축 콘덴서 렌즈(SACL1)가 배치되고, 상기 콘덴서 렌즈에 의해 짧은 빔 횡단면 축을 따라 균일하게 형성된 이미지 필드(HFSA1)가 형성된다. 균일화된 이미지 필드(HFSA1)는 짧은 축에서 거의 직사각형의 빔 프로파일을 가지며, 상기 프로파일은 이미징 면(HFLA)으로 이미징된다. 빔 경로에서, 균일화된 이미지 필드(HFSA1) 전방에 짧은 축 필드 렌즈(SAFL1)가 제공되고, 상기 필드 렌즈에 의해 동공(P1)이 규정되고, 짧은 축 균일화기의 2개의 실린더 렌즈 장치(SAH1, SAH2) 사이에 놓인 초점면이 상기 동공(P1) 내로 선명하게 이미징된다. 상기 광학 소자들은 짧은 축에서 균일화된 레이저 빔 프로파일, 즉 SAH1, SAH2, SACL1 및 SAFL1의 이미징과 관련해서 소위 제 1 이미징 분기(Ι)를 형성하고, 상기 제 1 이미징 분기는 균일화된 이미지 필드(HFSA1)를 형성하기 위해 사용된다.A short axis condenser lens SACL1 is disposed behind the short axis homogenizer and an image field HFSA1 is formed uniformly along the short beam cross section axis by the condenser lens. The homogenized image field HFSA1 has a nearly rectangular beam profile in the short axis, and the profile is imaged with the imaging plane HFLA. In the beam path, a short axial field lens (SAFL1) is provided in front of the homogenized image field (HFSA1), a pupil (P1) is defined by the field lens, and two cylindrical lens devices (SAH1, SAH2 are clearly imaged into the pupil P1. The optical elements form a so-called first imaging branch (I) in connection with the imaging of a laser beam profile which is uniformized in the short axis, i.e. SAH1, SAH2, SACL1 and SAFL1, and the first imaging branch is a homogenized image field (HFSA1 ). ≪ / RTI >
빔 경로에서 후속하는 제 2 광학 이미징 분기(Ⅱ)는 제 2 짧은 축 콘덴서 렌즈(SACL2), 및 빔 경로에서 후속하는 제 2 짧은 축 필드 렌즈(SAFL2)만을 포함한다. 이 경우, 제 2 짧은 축 콘덴서 렌즈(SACL2)는 제 1 균일한 이미지 필드(HFSA1)의 이미징을 위해, 그리고 바람직하게는 슬릿형 다이어프램 장치가 설치된 빔 경로를 따른 공간 면에 제 2 균일한 이미지 필드(HFSA2)를 형성하기 위해 사용된다. 슬릿 크기는 대부분 균일한 이미지 필드(HFSA2)의 실제 빔 횡단면보다 크게 설정된다. 제 2 짧은 축 필드 렌즈(SAFL2)는 동공(P1)을 동공(P2) 내로 이미징한다. 상기 동공(P2)은 동시에 이미징 광학 시스템 p-렌즈(SA)의 입사동에 상응한다. 통상, 상기 이미징 광학 시스템은 축소 광학 시스템으로 이루어지고, 상기 광학 시스템에 의해 레이저 빔 횡단면의 짧은 축이 예컨대 5배 축소되어 이미징 면(HFLA)에 텔레센트릭하게 이미징된다.The second optical imaging branch II subsequent to the beam path includes only the second short axis condenser lens SACL2 and the second short axis field lens SAFL2 subsequent to the beam path. In this case, the second short axis condenser lens SACL2 is arranged for imaging of the first uniform image field HFSA1, and preferably on the spatial plane along the beam path in which the slit-shaped diaphragm device is installed, (HFSA2). The slit size is largely set larger than the actual beam cross-section of the uniform image field (HFSA2). The second short axis field lens SAFL2 images the pupil P1 into the pupil P2. The pupil P2 corresponds to the incident angle of the imaging optical system p-lens SA at the same time. Typically, the imaging optical system consists of a reduced optical system in which the short axis of the laser beam cross-section is reduced, for example 5 times, by telecentric imaging on the imaging plane HFLA.
각각 하나의 콘덴서 렌즈와 하나의 필드 렌즈를 상기 2개의 광학 이미징 분기(Ι및 Ⅱ) 내에 제공하는 것이 매우 중요하다. 상기 제공에 의해, 균일한 이미지 필드들(HFSA1 또는 HFSA2) 내부에서 거의 직사각형의 빔 프로파일을 짧은 축에 형성하고, 상기 빔 프로파일의 에지 기울기 및 선 1/2 폭을 서로 별도로 조절할 수 있는 가능성이 생긴다. 제 2 이미징 분기 내의 필드 렌즈, 특히 짧은 축 필드 렌즈(SAFL2)의 위치를 그 광축을 따라 축방향으로 이동함으로써, 에지 기울기가 변하지 않는 경우 또는 거의 변하지 않는 경우 선 1/2 폭이 변동될 수 있다. 이는 도 3a에 도시된 다이어그램에 나타나며, 다이어그램의 종 좌표에는 광 강도 값이 그리고 그 횡 좌표에는 편향 거리(㎜)가 도시된다. 다이어그램에 도시된 3개의 그래프는 정상 위치(1)로부터, 우측으로 20 ㎜(그래프 2 참고) 및 좌측으로 20 ㎜(정상 위치에 대한 그래프 3 참고)만큼 짧은 축 필드 렌즈(SAFL2)의 이동시 광 프로파일을 나타낸다. 총 3개의 위치에서, 빔 프로파일의 에지 기울기는 선 1/2 폭의 변동에도 불구하고 거의 동일하게 유지된다.It is very important to provide one condenser lens and one field lens in each of the two optical imaging branches I and II. With this provision, it is possible to form a nearly rectangular beam profile in a short axis within the uniform image fields (HFSA1 or HFSA2), and to adjust the edge tilt and
이에 비해, 짧은 축 콘덴서 렌즈(SACL2)의 축 방향 이동에 의해, 선 1/2 폭이 일정하게 유지되는 동안 에지 기울기가 변동될 수 있다. 이는 도 3b에 따른 다이어그램에 나타나고, 그 축 설계는 도 3a의 다이어그램에 따른 것과 동일하다. 여기서도, 3개의 상이한 빔 프로파일은 짧은 축 콘덴서 렌즈(2)의 상이한 축방향 위치에 의해 달라진다.In contrast, by the axial movement of the short axis condenser lens SACL2, the edge slope can be varied while the
LAH 긴축 균일화기
LAH1 긴축 균일화기의 제 1 실린더 렌즈 장치
LAH2 긴축 균일화기의 제 2 실린더 렌즈 장치
SAH 짧은축 균일화기
SAH1 짧은축 균일화기의 제 1 실린더 렌즈 장치
SHA2 짧은축 균일화기의 제 2 실린더 렌즈 장치
SACL1 짧은축 콘덴서 렌즈
SAFL1 짧은축 필드 렌즈
HFSA1 짧은 축에 대한 제 1 균일한 이미지 필드
P1 제 1 공동
LACL 긴축 콘덴서 렌즈
SACL2 제2 짧은축 콘덴서 렌즈
SAFL1 제2 짧은축 필드 렌즈
HFSA2 짧은 축에 대한 제 2 균일한 이미지 필드
P2 제 2 공동
p-렌즈 SA 축소 렌즈
HFLA 이미징 면
H 균일화기LAH Tightening Uniformizer
The first cylinder lens device of the LAH1 tightening uniformizer
The second cylinder lens device of the LAH2 tightening uniformizer
SAH short axis uniformizer
The first cylinder lens device of SAH1 short axis uniformizer
The second cylinder lens device of the SHA2 short axis uniformizer
SACL1 short axis condenser lens
SAFL1 Short Axis Field Lens
First uniform image field for HFSA1 short axis
P1 First joint
LACL shrink condenser lens
SACL2 second short axis condenser lens
SAFL1 second short axis field lens
Second uniform image field for HFSA2 short axis
P2 second joint
p-Lens SA reduction lens
HFLA Imaging Face
H uniformizer
Claims (11)
- 균일한 이미지 필드(HFSA1)를 형성하기 위한 짧은축 콘덴서 렌즈(SACL1)에 의해 짧은축에서 균일하게 수렴되는 빔 횡단면의 이미징, 및 상기 짧은축에 대해 분할된 부분 빔들이 포커싱되는 초점면이 이미징되는 짧은축 필드 렌즈(SAFL1)에 의해 제 1 동공(P1)의 형성 단계,
- 제 2 짧은축 콘덴서 렌즈(SACL2)에 의해 상기 균일한 이미지 필드(HFSA1)를 제2 균일한 이미지 필드(HFSA2)로 이미징하고, 제 2 짧은축 필드 렌즈(SAFL2)에 의해 상기 제 1 동공(P1)을 제 2 동공(P2)으로 이미징 단계를 포함하고, 상기 제 2 동공(P2)은 긴축에 대해 균일화된 레이저 빔이 상기 긴축 콘덴서 렌즈(LACL)에 의해 이미징되는 이미징 면으로 상기 레이저 빔의 텔레센트릭 이미징을 위한 이미징 광학 시스템(p-렌즈 SA)의 입사 동공에 상응하는 것을 특징으로 하는 선형 횡단면을 가진 레이저 빔의 생성 방법.
A method of generating a laser beam having a linear cross section, the cross section having a long beam cross section axis and a short beam cross section axis, having a length of at least 200 mm in the short axis and a length of no more than 800 탆 in the short axis, Is uniformized with respect to the short axis and the short axis so that the laser beam is uniformized with respect to the short axis and the short axis while forming the respective focal planes in which the plurality of partial beams formed by the division of the beam cross section of the laser beam are focused, The plurality of partial beams are then guided together to form a uniformed laser beam in the beam cross section, which laser beam is uniformly telescoped by the shrink condenser lens (LACL) It is made up of partial beams of parallel light oriented in the longitudinal direction with respect to the propagation direction, In the method for generating a laser beam having a linear cross section formed by a laser beam which is imaged by each possible beam path,
Imaging of a beam cross section that is uniformly converged in the short axis by a short axis condenser lens (SACL1) to form a uniform image field (HFSA1), and imaging of the beam plane in which the partial beams divided for the short axis are focused, A step of forming the first pupil P1 by the short axis field lens SAFL1,
- imaging the uniform image field (HFSA1) with a second short axis condenser lens (SACL2) into a second uniform image field (HFSA2), imaging the first pupil (HFSA2) with a second short axis field lens P1) into a second pupil (P2), wherein the second pupil (P2) comprises an imaging surface on which a laser beam homogenized with respect to the axis is imaged by the tractive condenser lens (LACL) Characterized in that it corresponds to the entrance pupil of an imaging optical system (p-lens SA) for telecentric imaging.
3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that a laser beam having a linear beam cross-section with a length of 450 mm or more in the axis of the short axis and a length of 800 mu m or less in the short axis is produced Way.
- 상기 레이저 빔의 광 강도 분포의 균일화를 상기 빔 횡단면의 긴축 및 짧은축을 따라 별도로 수행하는, 빔 경로에서 후속하는 균일화기의 입사 애퍼쳐에 상기 레이저 빔의 빔 횡단면 폭을 맞추기 위한 망원 렌즈,
- 긴축을 따라 균일화된 레이저 빔을 이미징 면으로 텔레센트릭 이미징하기 위한 제 1 텔레센트릭 이미징 광학 시스템 및
- 짧은축을 따라 균일화된 레이저 빔을 상기 이미징 면으로 이미징하기 위한 제 2 이미징 광학 시스템이
배치되는, 선형 횡단면을 가진 레이저 빔의 생성 장치에 있어서,
상기 제 2 이미징 광학 시스템은 상기 빔 방향으로 차례로 배치된, 각각 콘덴싱 광학 시스템 및 필드 렌즈 광학 시스템으로 이루어진 2개 이상의 광학 시스템 쌍을 포함하고,
상기 빔 방향으로 제 1 광학 시스템 쌍은 균일한 이미지 필드(HFSA1)를 형성하기 위한 짧은축 콘덴서 렌즈(SACL1) 및 제 1 동공(P1)을 형성하기 위한 짧은축필드 렌즈(SAFL1)를 포함하고,
상기 빔 방향으로 상기 제 1 광학 시스템 쌍 후방에 배치된 제 2 광학 시스템 쌍은 상기 균일한 이미지 필드(HFSA1)를 제 2 균일한 이미지 필드(HFSA2)로 이미징하기 위한 제2 짧은축 콘텐서 렌즈(SACL2) 및 상기 제 1 동공(P1)을 제 2 동공(P2)으로 이미징하기 위한 제2 짧은축 필드렌즈(SAFL2)를 포함하고, 상기 제 2 동공은 이미징 면으로 레이저 빔을 텔레센트릭 이미징하기 위한 이미징 광학 시스템(p-렌즈 SA)의 입사 동공에 상응하는 것을 특징으로 하는 선형 횡단면을 가진 레이저 빔의 생성 장치.CLAIMS What is claimed is: 1. An apparatus for generating a laser beam having a long beam cross-section axis and a short beam cross-section axis comprising a laser emitting a laser beam and having a linear cross-section with a length of at least 200 mm in the short axis and a length of no more than 800 탆 in the short axis, The following elements affecting the laser beam along the direction of the beam
A telephoto lens for matching the beam cross-section width of the laser beam to the incidence aperture of a subsequent homogenizer in the beam path, wherein the homogenization of the light intensity distribution of the laser beam is performed separately along a short axis and a short axis of the beam cross-
A first telecentric imaging optical system for telecentric imaging the laser beam homogenized along the constriction to the imaging plane and
- a second imaging optical system for imaging a laser beam homogenized along a short axis to said imaging plane
An apparatus for generating a laser beam having a linear cross section,
The second imaging optical system comprises two or more optical system pairs, each of which is comprised of a condensing optical system and a field lens optical system, which are sequentially arranged in the beam direction,
The first optical system pair in the beam direction includes a short axis condenser lens SACL1 for forming a uniform image field HFSA1 and a short axis field lens SAFL1 for forming a first pupil P1,
A second optical system pair disposed behind the first optical system pair in the beam direction comprises a second short axis condenser lens for imaging the uniform image field HFSA1 into a second uniform image field HFSA2 And a second short axis field lens (SAFL2) for imaging the first pupil (P1) into a second pupil (P2), wherein the second pupil is telecentric imaging Characterized in that it corresponds to the entrance pupil of the imaging optical system (p-lens (SA)) for the laser beam.
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