KR102512789B1

KR102512789B1 - Optical system for homogenizing the intensity of light radiation

Info

Publication number: KR102512789B1
Application number: KR1020200084201A
Authority: KR
Inventors: 게버트 세바스찬; 뮬러 랄프; 카러 한스-주에르거
Original assignee: 이노바벤트 게엠베하
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2023-03-21
Also published as: DE102019118676B4; KR20210007883A; JP2021048384A; DE102019118676A1; CN112213862A; CN112213862B

Abstract

본 발명은 반도체 재료 층을 처리하기 위해, 특히 결정질 반도체 층을 생성하기 위해 광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템(30)에 관한 것이다. 상기 광학 시스템은 제 1 장치(32a)를 가진 광학 빔 변환 장치(32)를 포함하고, 상기 제 1 장치(32a)는 제 1 빔 변환 요소들(40)을 포함하며, x-방향의 단축과 y-방향의 장축을 가진 빔 프로파일(50)을 갖는 입사 광빔(38)을 상기 장축을 따라 부분 광빔들(42)로 기하학적으로 분할하도록 설계되고, 상기 x-방향 및 상기 y-방향은 각각 광빔의 전파 방향에 대해 수직이고, 상기 부분 광빔(42)의 전파 방향은 상기 입사 광빔(38)의 전파 방향과는 다르다. 상기 광학 빔 변환 장치(32)는 또한 제 2 빔 변환 요소들(44)를 가진 제 2 장치(32b)를 포함하고, 상기 제 2 장치(32b)는 상기 부분 광빔들(42)의 빔 경로에 배치되어 편향된 부분 광빔(42)을 재차 편향시키도록 설계된다. 재차 편향된 부분 광빔(46)의 전파 방향과 관련해서, x-방향에서 재차 편향된 부분 광빔(46)의 빔 프로파일(48)은 상기 입사 광빔(38)의 전파 방향과 관련해서, y-방향에서 상기 입사 광빔(38)의 빔 프로파일(50)의 섹션에 상응한다. 상기 재차 편향된 부분 광빔(46)의 빔 경로에 배치되며 상기 광학 빔 변환 장치(32) 후방에 배치된 빔 형성 장치(34)가 제공되고, 상기 빔 형성 장치(34)는 부분 광빔(46)을 y-방향과 관련해서 조명 평면 내에 놓인 조명 라인으로서 공간적으로 중첩시키도록 설계된다. 또한, 광학 시스템은 재차 편향된 부분 광빔(46)의 빔 경로에 배치되며 상기 광학 빔 변환 장치(32) 후방에 배치된 광학 이미징 장치(36)를 포함하고, 상기 광학 이미지 장치(36)는 상기 제 1 빔 변환 요소들(44)이 상기 조명 평면(65) 내에 놓인 이미지 평면(61)에서 광학적으로 이미징되도록 설계되고 배치된다.The present invention relates to an optical system (30) for homogenizing the intensity of light radiation for processing a layer of semiconductor material, in particular for producing a crystalline semiconductor layer. The optical system comprises an optical beam converting device 32 having a first device 32a, the first device 32a comprising first beam converting elements 40, with a short axis in the x-direction and It is designed to geometrically split an incident light beam 38 having a beam profile 50 with a long axis in the y-direction into partial light beams 42 along the long axis, the x-direction and the y-direction are respectively light beams perpendicular to the direction of propagation of the partial light beam 42 and the direction of propagation of the partial light beam 42 is different from the direction of propagation of the incident light beam 38 . The optical beam converting device 32 also includes a second device 32b having second beam converting elements 44, the second device 32b in the beam path of the partial light beams 42. It is designed to deflect the partial light beam 42 that has been disposed and deflected again. With respect to the direction of propagation of the partial light beam 46 deflected again, the beam profile 48 of the partial light beam 46 deflected again in the x-direction, with respect to the direction of propagation of the incident light beam 38, in the y-direction Corresponds to a section of the beam profile 50 of the incident light beam 38. A beam forming device (34) is provided, which is disposed in the beam path of the re-deflected partial light beam (46) and is disposed behind the optical beam conversion device (32), wherein the beam forming device (34) converts the partial light beam (46). As an illumination line lying within the illumination plane with respect to the y-direction, it is designed to overlap spatially. In addition, the optical system includes an optical imaging device 36 disposed in the beam path of the re-deflected partial light beam 46 and disposed behind the optical beam converting device 32, the optical imaging device 36 being the first. 1 beam converting elements 44 are designed and arranged to be optically imaged at an image plane 61 lying within the illumination plane 65 .

Description

Optical system for homogenizing the intensity of light radiation

본 발명은 광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템에 관한 것이다. 균일한 강도 프로파일을 가진 광 방사선를 생성하기 위한 이러한 광학 시스템은 반도체 재료를 처리하기 위해, 특히 결정질 반도체 층을 생성하기 위해 사용된다.The present invention relates to an optical system for equalizing the intensity of light radiation. Such optical systems for generating light radiation with a uniform intensity profile are used for processing semiconductor materials, in particular for producing crystalline semiconductor layers.

레이저는 일반적으로 박막 층의 결정화, 예컨대 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 약어: TFT)의 제조에 사용된다. 처리될 반도체는 실리콘(약어: Si), 더 정확하게는 비정질 실리콘(약어: a-Si)이다. 반도체 층의 두께는 예컨대 50nm이며, 반도체 층은 전형적으로 기판, 예컨대 유리 기판 상에 또는 그 밖의 캐리어 상에 배치된다.Lasers are generally used for the crystallization of thin film layers, such as the manufacture of Thin Film Transistors (abbreviated: TFT). The semiconductor to be processed is silicon (abbreviation: Si), more precisely amorphous silicon (abbreviation: a-Si). The thickness of the semiconductor layer is, for example, 50 nm, and the semiconductor layer is typically disposed on a substrate, such as a glass substrate or other carrier.

상기 층은 레이저, 예컨대 펄스형 고체 레이저의 광으로 조명된다. 예컨대 343nm의 파장을 갖는 광은 조명 라인으로 형성되며 반도체 재료의 이미지 평면 상에 이미징된다. 조명 라인은 단축(좁은 축) 및 균일한 장축을 갖는다. 단축 또는 좁은 축은 가우스형 또는 평평한 강도 분포를 갖는다.The layer is illuminated with light from a laser, for example a pulsed solid-state laser. Light with a wavelength of eg 343 nm is formed into an illumination line and is imaged onto an image plane of the semiconductor material. The illumination line has a minor axis (narrow axis) and a uniform long axis. A minor or narrow axis has a Gaussian or flattened intensity distribution.

조명 라인은 단축 방향으로 전형적으로 약 5 내지 50mm/s의 공급 속도로 반도체 층 위로 이동된다. 광빔의 출력 밀도(연속파 레이저의 경우) 또는 펄스 에너지 밀도(펄스 레이저의 경우)는, 예컨대 비정질 실리콘의 경우, 이 실리콘이 부분적으로 용융되고 이 용융된 실리콘이 후속해서 유리 기판 상에서 용융되지 않은 고체 실리콘으로부터 다결정 구조로 고화되도록 설정된다. 용융 및 고화는 일반적으로 10 내지 100ns의 시간 스케일로 실행되며, 그 후 실온으로 필름의 냉각은 일반적으로 수백 ㎲가 걸린다.The illumination line is moved over the semiconductor layer in the uniaxial direction, typically at a feed rate of about 5 to 50 mm/s. The power density of the light beam (in the case of a continuous wave laser) or the pulse energy density (in the case of a pulsed laser) is, for example, in the case of amorphous silicon, when this silicon is partially melted and this melted silicon is subsequently unmelted solid silicon on a glass substrate. is set to solidify into a polycrystalline structure from Melting and solidification are typically performed on a time scale of 10 to 100 ns, after which cooling of the film to room temperature typically takes hundreds of microseconds.

비정질 실리콘 층이 조사되어 다결정 실리콘 층으로 변환될 때, 조명 라인의 균일한 강도, 즉 단축 및/또는 장축을 따라 통합된 공간 강도 분포의 균일성이 특히 중요하다. 조명 라인의 강도 분포가 더 균질하거나 더 균일할수록, 박막층의 결정 구조(예컨대, 다결정 층의 입자 크기)가 더 균질하거나 더 균일하고, 박막층으로 형성된 최종 제품, 예컨대 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 더 우수하다. 균일한 결정 구조는 예컨대 전자와 정공의 높은 이동도로 인해 높은 전도도를 초래한다. 이러한 이유로, 조명 라인의 균일성에 대한 요구가 높아진다.When an amorphous silicon layer is irradiated and converted to a polycrystalline silicon layer, the uniform intensity of the illumination line, ie the uniformity of the integrated spatial intensity distribution along the short and/or long axis, is of particular importance. The more homogeneous or more uniform the intensity distribution of the illumination line, the more homogeneous or more uniform the crystal structure of the thin film layer (eg, the grain size of the polycrystalline layer), and the better the electrical properties of the final product formed by the thin film layer, such as a thin film transistor. . A homogeneous crystal structure results in high conductivity due to, for example, high mobility of electrons and holes. For this reason, the demand for uniformity of the lighting line is high.

불균일성은, 조명 라인이 단축의 방향으로 반도체 층 위로 이동되면, 특히 빔 장축을 따라 그리고 이에 대해 수직으로 빔 단축을 따라 발생할 수 있다. 이러한 불균일성을 "무라(Mura)"라고 한다. 소위 "스캔 무라(Scan Mura)"는 빔 축을 따른 불균일성에서 유래하며, 스캔 방향 또는 공급 방향으로 연장되는 스트립형 불균일성으로서 나타난다. 이것에 대해 수직으로, 소위 "샷 무라(Shot Mura)"가 발생하는데, 이는 공급 중에 펄스 사이의 강도의 변동에 기인한다.Non-uniformity can occur along the beam minor axis, in particular along and perpendicular to the beam long axis, if the illumination line is moved over the semiconductor layer in the direction of the minor axis. This non-uniformity is called "Mura". The so-called "Scan Mura" originates from non-uniformity along the beam axis and appears as a strip-like non-uniformity extending in the scan or feed direction. Perpendicular to this, so-called "Shot Mura" occurs, which is due to fluctuations in intensity between pulses during feeding.

결정화 중에 규칙적인 다결정 입자 구조를 생성하기 위해, 표면 간섭 효과가 이용되는 것은 알려져 있으며, 상기 표면 간섭 효과는 노광 중에 변조된 강도 분포가 발생하고, 공급 중에 여러 번의 노광에 의해 대략 광의 파장의 크기를 가진 입자 구조가 증폭되는 결과를 초래한다. 이 효과를 "레이저 유도 주기적 패턴 구조"(Laser Induced Periodical Pattern Structure, 약어: "LIPPS")라고 한다. 예를 들어 343nm의 파장에서, 약 0.3㎛ 내지 0.4㎛의 입자 구조가 얻어진다.It is known that the surface interference effect is used to generate a regular polycrystalline grain structure during crystallization, and the surface interference effect generates a modulated intensity distribution during exposure, and approximates the size of the wavelength of light by multiple exposures during supply. This results in the amplification of the particle structure with This effect is called "Laser Induced Periodical Pattern Structure" (abbreviation: "LIPPS"). At a wavelength of eg 343 nm, a grain structure of about 0.3 μm to 0.4 μm is obtained.

또한, 조사에 의하면, 조명 라인의 단축 방향으로의 평평한 강도 분포가 균일한 결정화 결과에 바람직한 것으로 나타났다. In addition, investigations have shown that a flat intensity distribution in the direction of the minor axis of the illumination line is desirable for a uniform crystallization result.

단축 방향으로의 평평한 강도 분포의 정확한 프로파일이 결정적이다. 평평한 프로파일의 플랭크가 평평하게 경사지는 경우, 평평한 프로파일의 플랭크가 이에 비해 가파르게 경사지는 경우보다, 중앙의 평평한 영역에서 이용할 수 있는 에너지가 더 적다. 따라서, 비교적 평평한 플랭크를 가진 강도 프로파일에서는, 균일하게 결정화된 고품질의 반도체 재료 층을 생성하기 위해 중앙의 평평한 영역에서 충분한 강도를 달성하는 것이 어렵다. 또한, 가파른 플랭크는 100 ㎛ 내지 수백 ㎛에 걸쳐 플랭크 기울기가 약간만 변화되도록, 충분한 피사계 심도를 허용해야 한다.The exact profile of the flat intensity distribution in the uniaxial direction is crucial. If the flanks of a flat profile slope flat, less energy is available in the central flat region than if the flanks of a flat profile slope steeply. Thus, in intensity profiles with relatively flat flanks, it is difficult to achieve sufficient intensity in the central flat region to produce a uniformly crystallized, high quality semiconductor material layer. Also, steep flanks should allow for sufficient depth of field so that only slight changes in flank slope over 100 μm to hundreds of μm.

따라서, 조명 라인의 단축을 따라서 일반적으로 30 ㎛ 내지 100 ㎛의 폭을 갖는 균일한 분포가 가능한 한 가파른 플랭크를 가지면서, 예컨대 최대 강도의 10%에 해당하는 제 1 강도와 최대 강도의 90%에 해당하는 제 2 강도 사이에서 10 ㎛의 폭을 갖는 것이 바람직하다.Accordingly, a uniform distribution along the minor axis of the illumination line, generally having a width of 30 μm to 100 μm, with a flank as steep as possible, e.g. a first intensity corresponding to 10% of the maximum intensity and a first intensity corresponding to 90% of the maximum intensity It is preferred to have a width of 10 μm between the corresponding second intensities.

본 발명은 일 방향을 따라, 특히 조명 라인의 단축을 따라 광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 개선된 광학 시스템을 개시한다. 개선된 광학 시스템은 특히 반도체 재료를 처리하기 위해, 특히 균일하게 결정화된 반도체 층을 제조하기 위해 제공된다.The present invention discloses an improved optical system for equalizing the intensity of light radiation along one direction, in particular along the minor axis of an illumination line. An improved optical system is provided, in particular for processing semiconductor materials, in particular for producing uniformly crystallized semiconductor layers.

본 발명은 반도체 재료 층을 처리하기 위해, 특히 결정질 반도체 층을 생성하기 위해 광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템을 포함한다. 광학 시스템은 제 1 장치를 갖는 광학 빔 변환 장치를 포함하고, 상기 제 1 장치는 제 1 빔 변환 요소들을 포함하며, x-방향의 단축 및 y-방향의 장축을 가진 빔 프로파일을 갖는 입사 광빔을 상기 장축을 따라 부분 광빔들로 기하학적으로 분할하도록 설계되고, 상기 x-방향 및 상기 y-방향은 각각 광빔의 전파 방향에 대해 수직이며, 상기 부분 광빔의 전파 방향은 입사 광빔의 전파 방향과는 다르다. 상기 광학 빔 변환 장치는 또한 제 2 장치를 포함하고, 상기 제 2 장치는 제 2 빔 변환 요소들을 포함하며, 부분 광빔의 빔 경로에 배치되어 편향된 부분 광빔을 재차 편향시키도록 설계되고, 재차 편향된 상기 부분 광빔의 전파 방향과 관련하여, x-방향에서 재차 편향된 부분 광빔의 빔 프로파일은, 입사 광빔의 전파 방향과 관련하여, y-방향에서 입사 광빔의 빔 프로파일 섹션에 상응한다. 광학 시스템은 또한 부분 광빔의 빔 경로에 배치되며 광학 빔 변환 장치 후방에 배치된 빔 형성 장치를 포함하고, 상기 빔 형성 장치는 부분 광빔들을 y-방향과 관련해서 조명 평면에 놓인 조명 라인으로서 공간적으로 중첩시키도록 설계된다. 광학 시스템은 또한 부분 광빔의 빔 경로에 배치되며 광학 빔 변환 장치 후방에 배치된 광학 이미징 장치를 포함하고, 상기 광학 이미징 장치는 제 1 빔 변환 요소들이 x-축과 관련해서 조명 평면에 놓인 이미지 평면에서 광학적으로 이미징되도록 설계되고 배치된다.The present invention comprises an optical system for homogenizing the intensity of light radiation for processing a layer of semiconductor material, in particular for producing a crystalline semiconductor layer. The optical system includes an optical beam converting device having a first device, the first device including first beam converting elements, and converting an incident light beam having a beam profile having a minor axis in the x-direction and a major axis in the y-direction. designed to be geometrically split into partial light beams along the major axis, wherein the x-direction and the y-direction are each perpendicular to the direction of propagation of the light beam, and the direction of propagation of the partial light beam is different from the direction of propagation of the incident light beam. . The optical beam converting device also includes a second device, the second device including second beam converting elements, arranged in a beam path of the partial light beam and designed to deflect the deflected partial light beam again, The beam profile of the partial light beam deflected again in the x-direction, with respect to the propagation direction of the partial light beam, corresponds to the beam profile section of the incident light beam in the y-direction, with respect to the propagation direction of the incident light beam. The optical system also includes a beam forming device disposed in the beam path of the partial light beams and disposed behind the optical beam conversion device, the beam forming device spatially transforming the partial light beams as an illumination line lying in an illumination plane with respect to the y-direction. designed to overlap. The optical system also includes an optical imaging device disposed in the beam path of the partial lightbeam and disposed behind the optical beam converting device, the optical imaging device having first beam converting elements arranged in an image plane lying in an illumination plane with respect to the x-axis. It is designed and arranged to be optically imaged in

따라서, 입사 광빔은 광학 빔 변환 장치에 의해 부분 광빔들로 분할되어 편향된다. 입사 광빔은 전파 방향에 대해 수직으로 단축 및 장축을 가진 빔 프로파일을 갖는다. 입사 광빔의 전파 방향은 z-축의 방향을 규정하며, 단축은 x-축 방향으로 배향되고 장축은 y-축 방향으로 배향된다. 부분 광빔들은 입사 광빔의 전파 방향과는 다른 전파 방향을 가지며, z-축의 방향은 항상 각각의 광빔 또는 부분 광빔의 전파 방향에 의해 규정된다. 따라서, z-축의 방향, 즉 z-방향은 광학 시스템에서 광빔 또는 부분 광빔의 전파에 따라 공간에서 변한다. 광빔 또는 부분 광빔의 x-방향 및 y-방향은 항상 관련 광빔 또는 부분 광빔의 전파 방향으로 규정되며, 특히 x-방향 및 y-방향은 z-방향과 관련해서 항상 동일하게 규정된다.Thus, the incident light beam is divided into partial light beams and deflected by the optical beam conversion device. The incident light beam has a beam profile with minor and major axes perpendicular to the direction of propagation. The direction of propagation of the incident light beam defines the direction of the z-axis, with the minor axis oriented in the x-axis direction and the major axis oriented in the y-axis direction. The partial light beams have a propagation direction different from that of the incident light beam, and the direction of the z-axis is always defined by the propagation direction of each light beam or partial light beam. Accordingly, the direction of the z-axis, i.e., the z-direction, changes in space according to the propagation of the light beam or partial light beam in the optical system. The x-direction and the y-direction of a light beam or partial light beam are always defined as the propagation direction of the relevant light beam or partial light beam, in particular the x-direction and the y-direction are always defined identically with respect to the z-direction.

광빔은 레이저에 의해 방출된 레이저 방사선일 수 있다. 광 방사선은 예컨대 UV 고체 레이저에 의해 방출된 343nm 파장의 레이저 방사선일 수 있다.The light beam may be laser radiation emitted by a laser. The optical radiation may be laser radiation of a wavelength of 343 nm emitted by, for example, a UV solid-state laser.

장축 및 이에 대해 상대적인 단축을 가진 입사 광빔의 빔 프로파일은, 예컨대 실린더 렌즈 망원경과 같은 원통형 광학계를 사용하여 일 방향으로만 둥근 빔 프로파일을 가진 광빔, 특히 레이저 빔의 확대에 의해 달성될 수 있다.A beam profile of an incident light beam with a major axis and a minor axis relative thereto can be achieved by magnifying a light beam, in particular a laser beam, with a beam profile that is round in only one direction, for example using cylindrical optics such as cylinder lens telescopes.

빔 프로파일은 공간에서 부분 광빔들을 편향시킴으로써, 특히 공간에서 부분 광빔들을 회전시킴으로써 공간에서 재배향된다. 재배향 후에, 즉 빔 변환 장치 후에, 단축을 따른 부분 광빔의 빔 프로파일은 장축을 따른 입사 광빔의 빔 프로파일의 일 섹션에 상응한다. 빔 프로파일의 섹션은 제 1 빔 변환 요소들에서 광빔의 분할에 의해 결정된다. 이 경우, 제 1 빔 변환 요소들의 측면 에지에서 강도의 급격한 감소가 나타난다. 재배향 후에, 부분 광빔의 단축 방향으로 이 "날카로운" 강도 에지는 제 2 빔 변환 요소의 상부 및 하부 에지를 따라 배치된다. 후술되는 바와 같이, 일 실시예에서, 이 "날카로운" 강도 에지는 조명된 제 1 빔 변환 요소들의 측면 에지들을 이미징함으로써 이미지 평면으로 전송될 수 있다. 특히, 조명된 제 1 빔 변환 요소들은 제 1 빔 변환 요소들의 측면 에지들의 원통형 이미징을 위한 물체로서 사용될 수 있다.The beam profile is redirected in space by deflecting the partial lightbeams in space, in particular by rotating the partial lightbeams in space. After redirection, ie after the beam converting device, the beam profile of the partial light beam along the minor axis corresponds to a section of the beam profile of the incident light beam along the major axis. The section of the beam profile is determined by the division of the light beam at the first beam converting elements. In this case, a sharp decrease in intensity appears at the lateral edges of the first beam converting elements. After redirection, in the direction of the minor axis of the partial light beam, these “sharp” intensity edges are disposed along the upper and lower edges of the second beam converting element. As described below, in one embodiment, this “sharp” intensity edge can be transferred to the image plane by imaging the side edges of the illuminated first beam converting elements. In particular, the illuminated first beam converting elements can be used as an object for cylindrical imaging of the lateral edges of the first beam converting elements.

광학 빔 변환 장치로부터 방출되는 부분 광빔들은 빔 형성 장치를 통과하며, 상기 빔 형성 장치에 의해 부분 광빔들이 장축을 따라 공간적으로 중첩된다. 조명 평면 내의 조명 필드 상의 공간적 중첩은 조명 라인의 장축이 형성되도록 선택될 수 있다. 이로써 공지된 방식으로 장축을 따라 평평하고 균일한 강도 프로파일이 얻어진다. 빔 형성 장치는 아나모픽 광학계를 형성하거나 아나모픽 광학계의 일부일 수 있다. 빔 형성 장치는 예컨대 입사 광빔 또는 부분 광빔이 다수의 부분 빔들 또는 추가 부분 빔들로 분해되고 상기 부분 빔들이 후속해서 공간적으로 중첩되는 원리에 기초한 렌즈 어레이 균일화기를 포함할 수 있다. 그 결과, y-축을 따라 대체로 균일한 강도 프로파일이 얻어진다.The partial light beams emitted from the optical beam conversion device pass through a beam forming device whereby the partial light beams are spatially superimposed along a long axis. The spatial overlap on the illumination field within the illumination plane can be chosen such that the long axis of the illumination line is formed. This results in a flat and uniform intensity profile along the long axis in a known manner. The beam forming device may form an anamorphic optical system or may be part of an anamorphic optical system. The beam forming device may include, for example, a lens array homogenizer based on the principle that an incident light beam or a partial light beam is decomposed into a plurality of partial beams or further partial beams and the partial beams are subsequently spatially superimposed. As a result, a substantially uniform intensity profile along the y-axis is obtained.

y-방향으로의 중첩에 의해, x-방향으로의, 즉 단축의 방향으로의 중첩이 나타난다. 특히, 부분 광빔들은 부분 빔들의 "날카로운" 강도 에지들이 붕괴되도록 중첩된다. 그에 따라, 단축의 방향으로도 급격히 떨어지는 측면 플랭크를 가진 평평한, 대체로 균일한 강도 프로파일이 주어진다.Superposition in the y-direction results in overlap in the x-direction, ie in the direction of the minor axis. In particular, the partial light beams overlap such that the “sharp” intensity edges of the partial beams collapse. This gives a flat, substantially uniform strength profile with steeply dropping side flanks even in the direction of the minor axis.

광학 이미징 장치는 이제 제 1 빔 변환 요소들이 조명 평면에 놓인 이미지 평면에 광학적으로 이미징되도록, 설계되고 광학 시스템의 빔 경로에 배치된다. 특히, 광학 이미징 장치는, 특히 제 1 빔 변환 요소들 및 조명 평면의 소정 위치와 관련하여, 조명된 제 1 빔 변환 요소들이 조명 평면에 형성된 이미지 평면에서 이미지로서 광학적으로 이미징되는 물체로서 사용되도록, 설계되고 광학 시스템의 빔 경로 내에 공간적으로 배치된다. 조명 평면은 광학 시스템에 의해 형성된 조명 라인이 반도체 재료 층의 조명 및 처리를 위해 놓여야 하는 평면이다. 조명 평면은 이상적으로는 처리될 반도체 재료의 표면에 의해 형성된다.An optical imaging device is now designed and placed in the beam path of the optical system such that the first beam converting elements are optically imaged in an image plane lying in the illumination plane. In particular, the optical imaging device is such that the illuminated first beam converting elements are used as an object to be optically imaged as an image in an image plane formed in the illumination plane, in particular with respect to the first beam converting elements and a predetermined position of the illumination plane, designed and spatially positioned within the beam path of the optical system. The illumination plane is the plane along which the illumination lines formed by the optical system must lie for illumination and processing of the semiconductor material layer. The illumination plane is ideally formed by the surface of the semiconductor material to be processed.

제 1 빔 변환 요소들은 z-방향으로 서로 거리를 두고 배치될 수 있다. 이들은 제 1 빔 변환 요소들에 할당된 개별 이미지 층들이 서로 약간만 이격되어 있도록, 예컨대 서로 5 ㎛ 미만으로 이격되어 있도록, z-방향으로 서로 작게 이격되어 있다. 특히, 광학 이미징 장치의 초점 거리, 제 1 빔 변환 장치와 광학 이미징 장치 사이의 거리, 및 처리될 반도체 재료 층과 광학 이미징 장치 사이의 거리는 조명된 반사 요소들이 물체로서 광학 이미징 장치에 의해 반도체 재료 층 상의 또는 반도체 재료 층의 표면 근처 영역 내의 하나의 이미지 평면 또는 다수의 이미지 평면들 내로 전달되어 거기서 이미지로서 이미징되도록 선택된다. The first beam converting elements may be disposed at a distance from each other in the z-direction. They are spaced small from each other in the z-direction such that the individual image layers assigned to the first beam converting elements are only slightly spaced from each other, for example less than 5 μm from each other. In particular, the focal length of the optical imaging device, the distance between the first beam converting device and the optical imaging device, and the distance between the semiconductor material layer to be processed and the optical imaging device allow the illuminated reflective elements to move as objects to the semiconductor material layer by the optical imaging device. It is selected to be delivered and imaged as an image there into one image plane or multiple image planes in a region on or near the surface of the layer of semiconductor material.

일 실시예에 따르면, 광학 이미징 장치는 입사 부분 광빔들을 x-방향으로만 이미징하도록 설계된다. 따라서, 광학 이미징 장치는 y-방향이 아니라 x-방향으로만 작용하고, 상기 x-방향은 재차 편향된 부분 광빔의 전파 방향에 관련되며 부분 광빔들 또는 중첩되어 하나의 광빔을 형성하는 부분 광빔들의 단축의 방향을 나타낸다. 축소의 경우, 광은 y-방향이 아니라 x-방향으로만 번들링된다. 중첩된 부분 광빔들은 특히 조명 라인에서 이미징될 수 있다. 광학 이미징 장치가 x-방향으로 작용하기 때문에, 부분 광빔의 빔 프로파일의 "날카로운" 상부 및 하부 강도 에지는 제 2 빔 변환 요소 후에, 이미지 평면으로 전송되어, 거기서 이미징되고, 특히 축소되어 이미징되고, 이는 x-축을 따라 높은 강도를 가진 좁은 조명 라인으로 이어진다.According to one embodiment, the optical imaging device is designed to image incident partial lightbeams only in the x-direction. Therefore, the optical imaging device acts only in the x-direction and not in the y-direction, and the x-direction is related to the direction of propagation of the re-deflected partial light beams and shortens the partial light beams or overlapping partial light beams to form one light beam. indicates the direction of In the case of downscaling, light is bundled only in the x-direction and not in the y-direction. Superimposed partial light beams can be imaged in particular in the illumination line. Since the optical imaging device operates in the x-direction, the “sharp” upper and lower intensity edges of the beam profile of the partial light beam are transferred, after the second beam conversion element, to the image plane and imaged there, in particular imaged with a reduction, This leads to a narrow illumination line with high intensity along the x-axis.

본 발명에 따르면, 광학 이미징 장치는 특히 제 1 장치가 광학 이미징 장치의 이미지 평면에 공액된 물체 평면에 놓이도록, 설계 및 배치될 수 있다. 따라서, 제 1 빔 변환 요소들은 물체로서 이미지 평면에서 광학적으로 이미지로서 이미징된다. 광학 이미징 장치가 초점 거리 f를 갖는 경우, 이미지 폭 b에는 식 b = f*a/(a-f)이 적용될 수 있고, 상기 식에서 이미지 폭 b는 광학 이미징 장치의 이미지측 주 평면과 이미지 평면 사이의 거리이고, 물체 폭 a는 제 1 장치와 광학 이미징 장치의 물체측 주 평면 사이의 거리이다. 제 1 장치의 제 1 빔 변환 요소들은 서로 오프셋되어 배치될 수 있어서, 이들은 광학 이미징 장치의 다수의 이미지 평면에 공액된 상이한 물체 평면에 놓일 수 있다.According to the invention, the optical imaging device can be designed and arranged in particular such that the first device lies in the object plane conjugated to the image plane of the optical imaging device. Thus, the first beam converting elements are optically imaged as an image in the image plane as an object. When the optical imaging device has a focal length f, the equation b = f*a/(a-f) can be applied to the image width b, where the image width b is the distance between the main plane on the image side of the optical imaging device and the image plane. , and the object width a is the distance between the first device and the object-side principal plane of the optical imaging device. The first beam converting elements of the first device may be arranged offset from each other, such that they lie in different object planes conjugated to multiple image planes of the optical imaging device.

변형예에 따르면, 광학 이미징 장치는 제 1 빔 변환 요소들이 축소되어 광학적으로 이미징되도록, 설계 및 배치될 수 있다. 결과적으로, 단축을 따른 강도가 높아질 수 있어서, 높은 강도를 가진 좁은 조명 라인이 이미징될 수 있는 동시에, 빔 변환 요소들의 충분한 크기 및 그에 따라 양호한 취급이 달성된다.According to a variant, the optical imaging device may be designed and arranged such that the first beam converting elements are reduced and optically imaged. As a result, the intensity along the minor axis can be high, so that a narrow illumination line with high intensity can be imaged, while sufficient dimensions of the beam converting elements and thus good handling are achieved.

추가의 실시예에 따르면, 광학 이미징 장치는 제 1 빔 변환 요소들이 각각 2개의 측면 분할 에지를 가지며 상기 분할 에지에서 광빔이 부분 광빔들로 기하학적으로 분할되도록, 설계 및 배치될 수 있고, 각각 2개의 측면 분할 에지는 이미지 평면에서 또는 각각 하나의 이미지 평면에서 광학적으로 이미징된다. 공간에서 부분 광빔들의 편향에 의해, 특히 공간에서 부분 광빔들의 회전에 의해, 빔 프로파일이 공간에서 재배향된다. 따라서, 재배향 후에, 즉 제 2 빔 변환 장치 후에, 단축을 따른 부분 광빔의 빔 프로파일은 장축을 따른 입사 광빔의 빔 프로파일의 일 섹션에 상응한다. 빔 프로파일의 상기 섹션은 제 1 빔 변환 요소들에서 광빔의 분할에 의해 결정된다. 이 경우, 제 1 빔 변환 요소들의 측면 에지에서 강도의 급격한 감소가 나타난다. 재배향 후에, 부분 광빔의 단축 방향으로 이 "날카로운" 강도 에지는 제 2 빔 변환 요소의 상부 및 하부 에지를 따라 배치된다. 이 "날카로운" 강도 에지는 조명된 제 1 빔 변환 요소들의 측면 에지들을 이미징함으로써 이미지 평면으로 전달될 수 있다. 따라서, 조명된 제 1 빔 변환 요소들은 제 1 빔 변환 요소의 측면 에지를 원통형 이미징하기 위한 물체로서 사용된다.According to a further embodiment, the optical imaging device may be designed and arranged such that the first beam converting elements each have two lateral dividing edges at which the light beam is geometrically divided into partial light beams, each having two lateral dividing edges. The lateral dividing edges are optically imaged in the image plane or in each one image plane. By deflection of the partial light beams in space, in particular rotation of the partial light beams in space, the beam profile is reoriented in space. Thus, after redirection, ie after the second beam conversion device, the beam profile of the partial light beam along the minor axis corresponds to a section of the beam profile of the incident light beam along the major axis. The section of the beam profile is determined by the division of the light beam at the first beam converting elements. In this case, a sharp decrease in intensity appears at the lateral edges of the first beam converting elements. After redirection, in the direction of the minor axis of the partial light beam, these “sharp” intensity edges are disposed along the upper and lower edges of the second beam converting element. This “sharp” intensity edge can be transferred to the image plane by imaging the side edges of the illuminated first beam converting elements. Thus, the illuminated first beam converting elements are used as an object for cylindrical imaging of the lateral edge of the first beam converting element.

조명 평면은 처리될 반도체 재료 층의 표면에 의해 형성될 수 있고 및/또는 처리될 반도체 재료 층의 표면 근처 영역에 놓일 수 있다. 제 1 빔 변환 요소들은 서로 오프셋되어 배치될 수 있으므로, 이 거리에 따라 제 1 빔 변환 요소들은 상이한 이미지 평면에 이미징될 수 있다. 광학 이미징 장치는, 예컨대 제 1 빔 변환 요소들로부터 비교적 큰 거리에 따라, 상이한 이미지 평면들 사이의 거리가 작도록, 예컨대 5 ㎛ 미만이도록, 설계되고 배치된다. 또한, 빔 형성 장치를 통과할 때 광축과 광빔 사이의 상이한 거리에 의해 상이한 이미지 평면들이 생성될 수 있다.The illumination plane can be formed by the surface of the layer of semiconductor material to be processed and/or can lie in a region near the surface of the layer of semiconductor material to be processed. The first beam converting elements can be arranged offset from each other, so that depending on this distance the first beam converting elements can be imaged in different image planes. The optical imaging device is designed and arranged such that the distance between the different image planes is small, eg less than 5 μm, eg along with a relatively large distance from the first beam converting elements. Also, different image planes can be created by different distances between the optical axis and the light beam as it passes through the beam forming device.

광학 이미징 장치는 광학 시스템의 빔 경로에, 특히 광학 빔 변환 장치와 빔 형성 장치 사이에 배치되어 x-축 방향에서 부분 광빔의 빔 단면을 변화시키도록 설계된 실린더 렌즈 망원경 장치를 포함할 수 있다. 광학 시스템의 이미징 스케일은 상기 실린더 렌즈 망원경 장치에 의해 변경되거나 설정될 수 있다.The optical imaging device may include a cylinder lens telescope device designed to change the beam cross-section of the partial light beam in the x-axis direction disposed in the beam path of the optical system, in particular between the optical beam conversion device and the beam forming device. The imaging scale of the optical system can be changed or set by the cylinder lens telescope device.

일 실시예에서, 실린더 렌즈 망원경 장치는 부분 광빔의 빔 단면이 x-방향으로 축소되도록, 즉 실린더 렌즈 망원경 장치 전방에서 x-방향의 빔 단면이 실린더 렌즈 망원경 장치 후방에서 x-방향의 빔 단면보다 커지도록, 설계될 수 있다. 이 실시예에서, 실린더 렌즈 망원경 장치는 축소 효과를 갖도록 설계된다.In one embodiment, the cylinder lens telescope device is such that the beam cross-section of the partial light beam is reduced in the x-direction, that is, the beam cross-section in the x-direction at the front of the cylinder lens telescope device is smaller than the beam cross-section in the x-direction at the rear of the cylinder lens telescope device. It can be designed to grow. In this embodiment, the cylinder lens telescope device is designed to have a zooming effect.

다른 변형예에 따르면, 광학 이미징 장치는 빔 경로에서 빔 형성 장치 후방에 배치되어 x-방향으로 이미징하도록 설계된 실린더 렌즈 렌즈 장치를 포함할 수 있다. 특히, 실린더 렌즈 렌즈 장치는 제 1 빔 변환 장치를 물체로서 이미지 평면에 이미징하기 위해, 특히 축소 이미징하기 위해 제공된다. 원통형 렌즈 장치에 의한 축소는, 실린더 렌즈 망원경 장치를 축소 실린더 렌즈 망원경 장치로서 설계한 경우, 축소 실린더 렌즈 망원경에 의해, 실린더 렌즈 망원경의 축소에 상응하는 팩터만큼 확대될 수 있다.According to another variant, the optical imaging device may include a cylinder lens lens device designed to image in the x-direction, disposed behind the beam forming device in the beam path. In particular, a cylinder lens lens arrangement is provided for imaging, in particular reduction imaging, the first beam conversion device as an object in the image plane. The reduction by the cylindrical lens telescope can be magnified by a factor corresponding to the reduction of the cylinder lens telescope by the reduction cylinder lens telescope, if the cylinder lens telescope unit is designed as a reduction cylinder lens telescope unit.

실린더 렌즈 망원경 장치를 구비한 실린더 렌즈 렌즈 장치는 특히 초점 거리 f를 가질 수 있고, 실린더 렌즈 망원경 장치를 구비한 실린더 렌즈 렌즈 장치에 의한 이미징의 이미지 폭 b는 다음 식을 충족시킬 수 있으며,The cylinder lens lens device with the cylinder lens telescope device may have a focal length f, and the image width b of imaging by the cylinder lens lens device with the cylinder lens telescope device may satisfy the following expression:

b= f*a/(a-f)b=f*a/(a-f)

상기 식에서, 이미지 폭 b는 실린더 렌즈 망원경 장치를 구비한 실린더 렌즈 렌즈 장치의 이미지측 주 평면과 이미지 평면 사이의 거리이고, 물체 폭 a는 제 1 장치와 실린더 렌즈 망원경 장치를 구비한 실린더 렌즈 렌즈 장치의 물체측 주 평면 사이의 거리이다. 상기 식은 이미징 방정식으로부터 도출된다. 따라서, 초점 거리 f는 실린더 렌즈 망원경 장치를 구비한 실린더 렌즈 렌즈 장치로 이루어진 광학 이미징 장치의 총 초점 거리이고, 주 평면은 실린더 렌즈 망원경 장치를 구비한 실린더 렌즈 렌즈 장치로 이루어진 광학 이미징 장치의, 전체 광학 이미징 시스템의 주 평면이다.In the above formula, the image width b is the distance between the image side main plane and the image plane of the cylinder lens lens device with the cylinder lens telescope device, and the object width a is the cylinder lens lens device with the first device and the cylinder lens telescope device. is the distance between the main planes on the object side of The above formula is derived from the imaging equations. Therefore, the focal length f is the total focal length of the optical imaging device made of the cylinder lens lens device with the cylinder lens telescope device, and the principal plane is the total focal length of the optical imaging device composed of the cylinder lens lens device with the cylinder lens telescope device. It is the main plane of the optical imaging system.

실린더 렌즈 망원경 장치가 시준된 실린더 렌즈 망원경 장치로서 사용되는 경우, 즉 실린더 렌즈 망원경 장치가 무한대-무한대로 설정되고 입사 부분 광빔들의 빔 경로가 평행하며 방출 부분 광빔들의 빔 경로가 약간 발산하는 경우, 상기 방정식의 초점 거리는 실린더 렌즈 렌즈 장치의 초점 거리에 상응하고, 이미지 폭 b는 실린더 렌즈 렌즈 장치의 이미지측 주 평면과 이미지 평면 사이의 거리이며, 물체 폭 a는 제 1 장치와 실린더 렌즈 렌즈 장치의 물체측 주 평면 사이의 거리이다.When the cylinder lens telescope device is used as a collimated cylinder lens telescope device, that is, when the cylinder lens telescope device is set to infinity-infinity, the beam paths of the incident partial light beams are parallel and the beam paths of the emitting partial light beams diverge slightly, the above The focal length in the equation corresponds to the focal length of the cylinder lens lens device, the image width b is the distance between the main plane of the image side of the cylinder lens lens device and the image plane, and the object width a is the first device and the object width of the cylinder lens lens device is the distance between the side principal planes.

또 다른 변형예에 따르면, 제 2 빔 변환 요소들은 각각 공간 위치 및 입사 부분 광빔의 전파 방향에 대한 경사각과 관련해서 조정될 수 있다. 이러한 미세 조정 가능성에 의해, 부분 빔의 빔 프로파일의 강도 프로파일의 날카로운 에지들이 붕괴되어 평평한, 조합된 강도 프로파일이 주어지도록, 부분 빔들의 강도 프로파일이 x-방향으로 중첩될 수 있다.According to another variant, the second beam converting elements can each be adjusted with respect to the spatial position and the angle of inclination with respect to the direction of propagation of the incident partial light beam. With this fine-tuneability, the intensity profiles of the partial beams can be superimposed in the x-direction, such that sharp edges of the intensity profile of the beam profile of the partial beams are collapsed to give a flat, combined intensity profile.

하나의 가능한 구성에서, 제 1 빔 변환 요소들은 부분 광빔의 전파 방향이 입사 광빔의 전파 방향에 대해 90°만큼 편향되도록 설계되어 배치될 수 있고, 및/또는 제 2 빔 변환 요소들은 재차 편향된 부분 광빔의 전파 방향이 부분 광빔의 전파 방향에 대해 90°만큼 편향되도록 설계되어 배치된다. 이러한 구성에서, 예컨대 재차 편향된 부분 빔의 전파 방향은 입사 광빔의 y-방향, 즉 입사 광빔의 장축 방향에 상응할 수 있다.In one possible configuration, the first beam-converting elements can be designed and arranged such that the direction of propagation of the partial lightbeam is deflected by 90° with respect to the direction of propagation of the incident lightbeam, and/or the second beam-converting elements can in turn deviate from the direction of propagation of the deflected partial lightbeam. is designed and arranged so that the propagation direction of the partial light beam is deflected by 90° with respect to the propagation direction of the partial light beam. In this configuration, for example, the propagation direction of the re-deflected partial beam may correspond to the y-direction of the incident light beam, that is, to the major axis direction of the incident light beam.

일 실시예에서, 제 1 및/또는 제 2 장치는 각각 2개 이상의 반사 요소를 포함한다. 이 실시예에서, 빔 변환 요소들은 반사 요소들을 형성하거나 포함한다. 전파 방향의 변화는 반사 요소들에서 광의 반사에 의해 야기된다. 대안적인 실시예에서, 빔 변환 요소들은 굴절 요소들을 형성하거나 포함할 수 있으며, 전파 방향은 굴절 요소의 계면에서 광의 굴절에 의해 변한다.In one embodiment, the first and/or second devices each include two or more reflective elements. In this embodiment, the beam converting elements form or include reflective elements. A change in the direction of propagation is caused by reflection of light at the reflective elements. In an alternative embodiment, the beam converting elements may form or include refractive elements, and the direction of propagation is changed by refraction of light at the interface of the refractive element.

제 1 장치는 서로 오프셋되어 배치된 제 1 반사 요소들을 가진 제 1 계단 미러 장치를 포함할 수 있고, 제 2 장치는 각각 서로 오프셋되어 배치된 제 2 반사 요소들을 가진 제 2 계단 미러 장치를 포함할 수 있다.The first device may include a first staircase mirror device having first reflective elements arranged offset from each other, and the second device may include a second staircase mirror device each having second reflective elements arranged offset from each other. can

얇은 반도체 층, 예컨대 얇은 a-Si 층을 어닐링하기 위한 장치와 같은 많은 광학 장치에서, 긴 라인에 충분한 펄스 에너지를 제공하기 위해 다수의 광빔, 특히 레이저 빔이 요구된다. 광학 시스템은 특히 다수의 광빔을 제공하기 위한 적어도 하나의 광원, 및 다수의 제 1 빔 변환 요소를 가진 각각 하나의 제 1 장치를 갖는 다수의 광학 빔 변환 장치를 포함하고, 상기 제 1 광학 장치들은 각각 x-방향의 단축 및 y-방향의 장축을 가진 빔 프로파일을 갖는 다수의 입사 광빔들 중 하나의 입사 광빔을 장축을 따라 부분 광빔들로 기하학적으로 분할하도록 설계되고, 상기 x-방향 및 y-방향은 각각의 광빔의 전파 방향에 대해 각각 수직이고, 부분 광빔의 전파 방향은 각각의 입사 광빔의 전파 방향과는 다르다. 다수의 광학 빔 변환 장치는 또한 각각 제 2 빔 변환 요소들을 가진 제 2 장치를 포함하며, 상기 제 2 장치들은 각각 입사 광빔으로부터 분할된 부분 광빔들 중 하나의 부분 광빔의 빔 경로에 배치되고 편향된 부분 광빔들을 재차 편형시키도록 각각 설계되며, 재차 편향된 부분 광빔의 전파 방향과 관련하여, x-방향에서 재차 편향된 부분 광빔의 빔 프로파일은 각각의 입사 광빔의 전파 방향과 관련하여, y-방향에서 각각의 입사 광빔의 빔 프로파일 섹션에 상응한다. 광학 시스템은 또한 다수의 입사 광빔으로부터 분할된 부분 광빔들의 빔 경로에 배치된, 다수의 광학 빔 변환 장치 후방에 배치된 빔 형성 장치를 포함하고, 상기 빔 형성 장치는 다수의 입사 광빔으로부터 분할된 부분 광빔을 y-방향과 관련해서 조명 평면 내에 놓인 조명 라인으로서 공간적으로 중첩시키도록 설계된다. 광학 시스템은 또한 다수의 입사 광빔으로부터 분할된 부분 광빔들의 빔 경로에 배치된, 다수의 광학 빔 변환 장치 후방에 배치된 광학 이미징 장치를 포함하고, 상기 광학 이미징 장치는 다수의 제 1 장치들의 제 1 빔 변환 요소들이 조명 평면 내에 놓인 이미지 평면에 광학적으로 이미징되도록, 설계되고 배치된다. 이 구성에서는 각각의 광빔에 대해 하나의 광학 빔 변환 장치가 제공된다. 상기 광학 빔 변환 장치들의 각각에 대해, 단 하나의 광 빔 변환 장치를 가진 구성과 관련하여 위에서 설명된 바와 동일한 것이 적용될 수 있다. 이 시스템에서는, 전술한 시스템에서와 동일한 것이 적용될 수 있는 단 하나의 빔 형성 장치 및 단 하나의 광학 이미징 장치가 전술한 시스템에서와 같이 제공된다.In many optical devices, such as those for annealing thin semiconductor layers, such as thin a-Si layers, multiple light beams, in particular laser beams, are required to provide sufficient pulse energy for long lines. The optical system in particular comprises a plurality of optical beam converting devices each having at least one light source for providing a plurality of light beams, and each first device having a plurality of first beam converting elements, the first optical devices comprising: It is designed to geometrically divide one incident light beam among a plurality of incident light beams having beam profiles each having a minor axis in the x-direction and a major axis in the y-direction into partial light beams along the long axis, wherein the x-direction and y-direction The directions are respectively perpendicular to the propagation direction of each light beam, and the propagation direction of the partial light beam is different from the propagation direction of each incident light beam. The plurality of optical beam converting devices also includes second devices each having second beam converting elements, the second devices being disposed in the beam path of one of the partial light beams divided from the incident light beam and deflected portions respectively. Each is designed to re-deflect the light beams, and the beam profile of the re-deflected partial light beam in the x-direction, with respect to the direction of propagation of the re-deflected partial light beam, is, in relation to the direction of propagation of each incident light beam, Corresponds to a section of the beam profile of the incident light beam. The optical system also includes a beam forming device disposed behind the plurality of optical beam converting devices, disposed in a beam path of the partial light beams divided from the plurality of incident light beams, the beam forming device being the divided portion from the plurality of incident light beams. It is designed to spatially overlap the light beams as an illumination line lying within the illumination plane with respect to the y-direction. The optical system also includes an optical imaging device disposed behind the plurality of optical beam conversion devices, disposed in the beam path of the partial light beams divided from the plurality of incident light beams, the optical imaging device comprising a first one of the first plurality of devices. The beam converting elements are designed and arranged to be optically imaged at an image plane lying within the illumination plane. In this configuration, one optical beam converting device is provided for each light beam. For each of the above optical beam converting devices, the same as described above in relation to the configuration with only one optical beam converting device can be applied. In this system, only one beam forming device and only one optical imaging device to which the same can be applied as in the above system are provided as in the above system.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명될 것이다.The present invention will be explained in detail below with reference to the accompanying drawings.

도 1은 반도체 재료 층을 처리하기 위해 반도체 재료 층에 대해 공급 방향으로 이동된 조명 라인으로 노광된 반도체 재료 층의 개략도이고,
도 2a 내지 도 2c는 이미징된 조명 라인의 라인 형상을 나타낸 도면이며,
도 3a 및 도 3b는 균일한 강도를 갖는 조명 라인이 단축 및 장축 모두에서 형성되어 반도체 재료 상에 이미징될 수 있게 하는, 광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템의 개략도이고,
도 4는 2개의 계단 미러 장치로서 광학 빔 변환 장치의 일 실시예의 개략도이며,
도 5a는 제 1 빔 변환 요소들에서 개별 강도 섹션으로 분할된 입사 광빔의 장축 방향으로 입사 광빔의 가우스 강도 프로파일의 개략도이고,
도 5b-1 내지 도 5b-4는 빔 형성 장치에 의한 중첩 없이, 광학 이미징 장치를 통과한 후에, 제 1 빔 변환 요소들에 할당된 개별 강도 섹션을 나타낸 도면이며,
도 5c는 강도 프로파일 섹션들을 중첩함으로써 얻어진 조합된 강도 프로파일을 나타낸 도면이고,
도 6은 실린더 렌즈 망원경 장치의 조정에 의해 및/또는 하나 이상의 빔 우회로의 제공에 의해 이미지 위치 보상이 달성될 수 있는 광학 시스템의 일 실시예의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a layer of semiconductor material exposed with an illumination line moved in a feed direction relative to the layer of semiconductor material to treat the layer of semiconductor material;
2a to 2c are views showing the line shape of the imaged illumination line,
3a and 3b are schematic diagrams of an optical system for homogenizing the intensity of light radiation, wherein an illumination line with uniform intensity is formed on both the minor and major axes, enabling it to be imaged on a semiconductor material;
4 is a schematic diagram of an embodiment of an optical beam conversion device as a two-step mirror device;
5A is a schematic diagram of a Gaussian intensity profile of an incident light beam in the direction of a major axis of the incident light beam divided into individual intensity sections at first beam converting elements;
5b-1 to 5b-4 show individual intensity sections assigned to first beam converting elements after passing through an optical imaging device, without overlap by a beam forming device;
5C is a diagram showing a combined intensity profile obtained by overlapping intensity profile sections;
Figure 6 is a schematic diagram of one embodiment of an optical system in which image position compensation may be achieved by adjustment of the cylinder lens telescope arrangement and/or by provision of one or more beam bypasses.

도 1은 균일하게 결정화된 층을 생성하기 위해 반도체 재료가 레이저 빔으로 조사되는 방법을 개략적으로 나타내고 있다. 캐리어(10), 예컨대 유리 기판은 처리될 반도체 재료로 이루어진 층(12)으로 코팅된다. 이 실시 예에서, 처리될 반도체 재료는 비정질 실리콘이다. 반도체 재료 층(12)의 두께는 일반적으로 약 50 nm이다.Figure 1 schematically shows how a semiconductor material is irradiated with a laser beam to create a uniformly crystallized layer. A carrier 10, for example a glass substrate, is coated with a layer 12 of the semiconductor material to be processed. In this embodiment, the semiconductor material to be processed is amorphous silicon. The thickness of the semiconductor material layer 12 is typically about 50 nm.

라인 형태의 레이저 빔(14)은 반도체 재료 상에 이미징되고 공급 방향(X)으로 상기 반도체 재료에 대해 이동됨으로써, 레이저 라인(14)은 반도체 재료 층(12)의 적어도 일부 영역을 스윕하여 이를 조명한다. 여기에 도시된 실시예에서, 반도체 재료 층(12)을 가진 캐리어(10)는 공간내에서 변위되고, 그에 따라 고정된 레이저 빔(14)에 대해 변위된다. 레이저 라인(14)은 전체 반도체 재료 층(12)이 레이저 라인(14)에 의해 조사되도록 반도체 재료 층(12)에 대해 이동될 수 있다. 일반적으로, 레이저 라인(14)은 특정 영역이 레이저 라인(14)에 의해 여러 번 조사되도록 반도체 재료 층(12)에 대해 이동된다. 일반적인 공급 속도는 5mm/s ~ 50mm/s이다.A laser beam 14 in the form of a line is imaged onto the semiconductor material and moved relative to it in the supply direction X, such that the laser line 14 sweeps and illuminates at least some area of the semiconductor material layer 12 . do. In the embodiment shown here, the carrier 10 with the semiconductor material layer 12 is displaced in space and thus displaced relative to the fixed laser beam 14 . Laser line 14 can be moved relative to semiconductor material layer 12 such that the entire semiconductor material layer 12 is illuminated by laser line 14 . Generally, laser line 14 is moved relative to semiconductor material layer 12 such that a specific area is irradiated by laser line 14 multiple times. Typical feed speeds are 5 mm/s to 50 mm/s.

레이저 빔(14)의 전파 방향은 여기에 도시된 실시예에서, 반도체 재료 층(12)의 표면에 대해 수직이다. 즉, 레이저 빔(14)은 0°의 입사각으로 반도체 재료 층(12)의 표면에 수직으로 충돌한다.The direction of propagation of the laser beam 14 is perpendicular to the surface of the semiconductor material layer 12 in the embodiment shown here. That is, the laser beam 14 strikes the surface of the semiconductor material layer 12 perpendicularly at an angle of incidence of 0°.

레이저 빔(14)의 가능한 라인 형상은 도 2a 내지 도 2c에 도시되어 있다. 도 2a 내지 도 2c는 각각 특정 방향에 따른 강도를 나타낸다.Possible line shapes of the laser beam 14 are shown in Figs. 2a to 2c. 2a to 2c show the intensity along a specific direction, respectively.

도 2a는 장축 방향으로의 레이저 라인의 강도, 구체적으로 단축을 따라 (x-축을 따라) 통합된 강도 분포(16)를 나타내고, 이러한 방식으로 통합된 강도 분포(16)는 장축을 따라 (y-축을 따라) 도시되어 있다. 일반적으로, 도면에서 단축은 x-축에 대해 평행하고 장축은 y-축에 대해 평행해야 한다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 분포(16)는 대략 직사각형이며, 즉 장축을 따라 이상적으로 균일하다. y-방향으로의 조명 라인의 길이는 일반적으로 100mm 내지 1000mm, 예컨대 100mm, 250mm, 750mm 또는 1000mm, 또는 1000mm 초과일 수 있다.Figure 2a shows the intensity of the laser line in the direction of the major axis, specifically along the minor axis (along the x-axis) the integrated intensity distribution 16, in this way the integrated intensity distribution 16 is along the major axis (y-axis). axis) are shown. In general, the minor axis in the drawing should be parallel to the x-axis and the major axis to be parallel to the y-axis. As can be seen from this figure, the distribution 16 is approximately rectangular, i.e., ideally uniform along its long axis. The length of the illumination line in the y-direction may generally be between 100 mm and 1000 mm, such as 100 mm, 250 mm, 750 mm or 1000 mm, or greater than 1000 mm.

도 2b 및 도 2c는 각각 단축의 방향으로 레이저 라인의 강도, 구체적으로 장축을 따라 (즉, y-축을 따라) 통합된 강도 분포(18, 20)를 나타내며, 이러한 방식으로 통합된 강도 분포가 단축을 따라 (즉, x-축을 따라) 도시되어 있다. 도 2b의 강도는 가우스 프로파일(18)을 갖는다. 이에 대한 대안으로서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 강도는 평평한 프로파일(20)("플랫-탑"), 즉 대략 직사각형 프로파일을 가질 수 있다.2b and 2c respectively show the intensity of the laser line in the direction of the minor axis, specifically the integrated intensity distribution 18, 20 along the long axis (ie along the y-axis), in this way the integrated intensity distribution is (ie, along the x-axis). The intensity in FIG. 2b has a Gaussian profile (18). Alternatively, as shown in FIG. 2C , the strength may have a flat profile 20 ("flat-top"), i.e., an approximately rectangular profile.

x-방향의 강도에 대한 일반적인 폭은 30㎛~100㎛이다. 도 2b의 가우스 프로파일(18)에서, 폭은 반치전폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)으로 표시되며, 도 2c의 평탄화된 프로파일(20)에서는, 최대 강도의 90%(FW 90%, Full Width at 90%)에 해당하는 강도에서 곡선이 갖는 폭으로 표시된다. A typical width for the intensity in the x-direction is 30 μm to 100 μm. In the Gaussian profile 18 of FIG. 2B, the width is expressed as Full Width at Half Maximum (FWHM), and in the flattened profile 20 of FIG. 2C, 90% of the maximum intensity (FW 90%, Full Width at 90%) is expressed as the width of the curve at the corresponding intensity.

평평한 프로파일(20)은 처리될 반도체 재료 층(12)의 균일한 결정화를 가져온다. 평평한 중앙의 프로파일에서의 균일한 강도 프로파일과 더불어, 측면 플랭크들이 가능한 한 가파른 것이 중요하다. 도 2c는 플랭크의 비교적 가파른 프로파일을 도시한다. 도시된 플랭크들은 각각 최대 강도의 10%에 해당하는 제 1 강도(I₁)와 최대 강도의 90%에 해당하는 제 2 강도(I₂) 사이에서 약 10㎛의 폭을 갖는다.The flat profile 20 results in uniform crystallization of the semiconductor material layer 12 to be processed. With a uniform strength profile in a flat central profile, it is important that the side flanks be as steep as possible. Figure 2c shows the relatively steep profile of the flank. Each of the illustrated flanks has a width of about 10 μm between a first intensity (I ₁ ) corresponding to 10% of the maximum intensity and a second intensity (I ₂ ) corresponding to 90% of the maximum intensity.

조명 라인(14)이 a-Si와 같은 처리될 반도체 재료 층(12) 위로 안내되면, 이로 인해 반도체 재료 층(12)이 일시적으로 용융되어, 개선된 전기적 특성을 갖는 결정질 층으로서 고화된다.When the illumination line 14 is guided over the layer 12 of a semiconductor material to be processed, such as a-Si, it temporarily melts the layer 12 of semiconductor material and solidifies it as a crystalline layer with improved electrical properties.

도 3a 및 3b는 반도체 재료 층을 처리하기 위한 시스템을 위한 광학 시스템(30)을 개략적으로 도시하고 있으며, 상기 광학 시스템(30)에 의해 평평한 프로파일을 가진 조명 라인(14)이 x-방향 및 y-방향으로, 즉 조명 라인(14)의 단축 및 장축을 따라 형성될 수 있고, 반도체 재료(12) 상에 이미징될 수 있다.3a and 3b schematically show an optical system 30 for a system for processing layers of semiconductor material, by means of which an illumination line 14 with a flat profile is directed in the x-direction and in the y-direction. -direction, ie along the minor and major axes of the illumination line 14 , and can be imaged onto the semiconductor material 12 .

광학 시스템(30)은 입사 광빔을 부분 광빔들로 분할하여, 부분 광빔의 빔 프로파일이 입사 광빔의 전파 방향과 관련한 입사 광빔의 빔 프로파일의 방향과 다른, 부분 광빔의 전파 방향과 관련한 방향을 갖게 편향시키도록 설계된 광학 빔 변환 장치(32), 광빔의 빔 경로에서 상기 빔 변환 장치 후방에 배치되어, 광빔의 빔 프로파일이 장축 및 단축을 가지며 장축 및 단축 모두에서 평평하고 균일한 강도 프로파일을 갖게 광빔을 형성하도록 설계된 빔 형성 장치(34), 및 광빔의 빔 경로에서 상기 빔 변환 장치(32) 후방에 배치되어, 광을 조명 라인(14)으로서 이미징하도록 설계된 이미징 장치(36)를 포함한다.Optical system 30 divides the incident lightbeam into partial lightbeams so that the beam profile of the partial lightbeam is deflected to have a direction relative to the direction of propagation of the partial lightbeam that is different from the direction of the beam profile of the incident lightbeam relative to the direction of propagation of the incident lightbeam. An optical beam converting device (32), arranged behind the beam converting device in the beam path of the light beam, such that the beam profile of the light beam has a major axis and a minor axis and has a flat and uniform intensity profile in both the major axis and the minor axis. a beam forming device 34 designed to form and an imaging device 36 arranged behind the beam conversion device 32 in the beam path of the light beam and designed to image the light as an illumination line 14 .

광 방사선은 예컨대 UV 고체 레이저에 의해 방출된 343nm 파장의 레이저 방사선일 수 있다. 그러나 원칙적으로, 다른 광원, 특히 다른 고체 레이저 소스와 같은 다른 레이저 광원, 예컨대 녹색 스펙트럼 범위에서 방출하는 고체 레이저가 사용될 수도 있다.The optical radiation may be laser radiation of a wavelength of 343 nm emitted by, for example, a UV solid-state laser. In principle, however, other light sources may also be used, in particular other laser sources such as other solid-state laser sources, for example solid-state lasers emitting in the green spectral range.

도 3a 및 도 3b에서, 도 1 및 도 2에서와 같이, 단축은 x-축에 대해 평행하고 장축은 y-축에 대해 평행하게 도시되어 있다. z-방향 또는 z-축은 후술하는 바와 같이 광빔 또는 부분 광빔의 전파 방향을 나타낸다. x-축 및 y-축은 각각 z-축에 대해 수직으로 배치된다. 광빔이 편향되고 그 결과 공간에서의 전파 방향이 나중에 더 상세히 설명되는 바와 같이 변화되기 때문에, 공간에서의 x-방향, y-방향 및 z-방향의 배향은 광학 시스템에서 광빔의 전파에 따라 변화된다. In Figures 3a and 3b, as in Figures 1 and 2, the minor axis is shown parallel to the x-axis and the major axis parallel to the y-axis. The z-direction or z-axis represents the propagation direction of the light beam or partial light beam as will be described later. The x-axis and y-axis are each positioned perpendicular to the z-axis. As the light beam is deflected and as a result the direction of propagation in space is changed as explained in more detail later, the orientations in the x-, y- and z-directions in space change with the propagation of the light beam in the optical system. .

도 3a는 x-방향으로, 즉 변형된 레이저 빔의 단축과 조명 라인을 따라 광학 시스템(30)의 이미징 특성을 나타내며, 도 3b는 y-방향으로, 즉 변형된 광빔의 장축 및 조명 라인을 따라 광학 시스템(30)의 이미징 특성을 나타낸다.Figure 3a shows the imaging characteristics of optical system 30 in the x-direction, i.e., along the short axis of the modified laser beam and the illumination line, and Fig. 3b shows the imaging characteristics of the optical system 30 in the y-direction, i.e., along the major axis of the modified light beam and the illumination line. The imaging characteristics of the optical system 30 are shown.

여기에 도시된 실시예에서, 광학 빔 변환 장치(32)는 계단 미러 장치이다. 특히, 광학 빔 변환 장치(32)는 제 1 장치(32a) 및 제 2 장치(32b), 여기에 도시된 실시예에서 제 1 계단 미러 장치(32a) 및 제 2 계단 미러 장치(32b)를 포함한다.In the embodiment shown here, the optical beam conversion device 32 is a stair mirror device. In particular, the optical beam conversion device 32 comprises a first device 32a and a second device 32b, in the embodiment shown here a first step mirror device 32a and a second step mirror device 32b. do.

제 1 및 제 2 계단 미러 장치(32a, 32b)는 이제 도 4를 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다. 타원형 빔 프로파일을 갖는 광빔(38), 여기서는 레이저 빔이 제 1 계단 미러 장치(32a)에 충돌한다. 여기에 도시된 실시예에서, 광빔은 레이저에 의해 방출되며 빔 경로에서 광학 빔 변환 장치(32) 전방에 배치된 원통형 광학계에 의해 y-축 방향으로 확대되고 x-방향으로 변하지 않는 원형 빔 프로파일을 갖는 빔이므로, 이제 확대된 광빔(38)은 x-축 방향으로 단축 및 y-축 방향으로 장축을 가진 타원형 빔 프로파일을 갖는다. 원통형 광학계는 예컨대 실린더 렌즈 망원경일 수 있다.The first and second stair mirror devices 32a, 32b will now be described in more detail with reference to FIG. 4 . A light beam 38 having an elliptical beam profile, here a laser beam, impinges on the first step mirror device 32a. In the embodiment shown here, a light beam is emitted by a laser and is expanded in the y-axis direction by a cylindrical optical system disposed in front of the optical beam converting device 32 in the beam path and has a circular beam profile that does not change in the x-direction. Since it is a beam with a minor axis in the x-axis direction, the now enlarged light beam 38 has an elliptical beam profile with a minor axis in the x-axis direction and a major axis in the y-axis direction. The cylindrical optical system may be, for example, a cylinder lens telescope.

제 1 계단 미러 장치(32a)는 제 1 빔 변환 요소로서 4개의 계단 미러 요소(40)를 포함한다. 4개의 계단 미러 요소(40)는 제 1 반사 요소를 형성한다. 4 개의 계단 미러 요소(40)는 x-방향을 따라 배치되므로, 반사면들은 x-방향 연장부를 가지며, 이들은 광빔(38)의 전파 방향으로 서로 오프셋되어, 즉 서로 거리를 두고 배치된다. 2개의 인접한 계단 미러 요소(40) 사이의 z-방향의 일반적인 거리는 50mm 이하이다. 또한, 각각의 계단 미러 요소(40)는 전파 방향, 즉 z-방향에 대해 비스듬히 배향되며, 특히 각각의 계단 미러 요소는 전파 방향에 대해 45°의 경사각으로 배치된다. 결과적으로, 도 4에서 좌측의 계단 미러(40)에 충돌하는 입사 광빔(38)의 부분은 90°만큼 편향되어 나머지 광빔으로부터 분리된다. 나머지 광빔은 다음 계단 미러 요소(40), 도 4에서 좌측으로부터 두번째 계단 미러 요소(40)에 충돌할 때까지 z-방향으로 더 전파된다. 이 계단 미러 요소(40)에 충돌하는 나머지 광빔의 부분은 다시 90°만큼 편향되어 나머지 광빔으로부터 분리된다. 이러한 방식으로, 입사 광빔(38)은 4개의 부분 광빔(42)으로 분할되고, 이 부분 광빔(42)의 전파 방향은 각각 입사 광빔(38)의 전파 방향과 90°다르다. 도 4에서, 입사 광빔은 수평으로 전파되고 제 1 계단 미러 장치에 의해 90°만큼 편향되고, 도 4에서 위로 편향된다. 여기에 도시된 실시예에서, y-방향으로의 제 1 계단 미러 장치(32a)의 폭은 실질적으로 y-방향으로, 즉 장축 방향으로의 입사 광빔(38)의 빔 프로파일의 폭이다. 일반적으로, y-방향으로의 제 1 계단 미러 장치의 폭은 적어도 y-방향으로, 즉 장축 방향으로의 입사 광빔의 빔 프로파일의 폭이다. 제 1 계단 미러 장치(32a)는 특히 빔 스플리터로서 작용한다.The first stair mirror device 32a includes four stair mirror elements 40 as first beam converting elements. The four stair mirror elements 40 form the first reflective element. Since the four stair mirror elements 40 are arranged along the x-direction, the reflective surfaces have an x-direction extension, and they are offset from each other in the direction of propagation of the light beam 38 , ie are arranged at a distance from each other. A typical distance in the z-direction between two adjacent stair mirror elements 40 is less than 50 mm. Further, each step mirror element 40 is oriented obliquely with respect to the direction of propagation, that is, the z-direction, in particular each step mirror element is disposed at an inclination angle of 45° with respect to the direction of propagation. Consequently, the portion of the incident light beam 38 impinging on the step mirror 40 on the left in FIG. 4 is deflected by 90° and separated from the rest of the light beam. The remaining light beam propagates further in the z-direction until it impinges on the next stair mirror element 40, the second stair mirror element 40 from the left in FIG. 4 . The portion of the remaining light beam impinging on this step mirror element 40 is again deflected by 90° and separated from the rest of the light beam. In this way, the incident light beam 38 is split into four partial light beams 42, and the propagation directions of these partial light beams 42 are each different from the propagation direction of the incident light beam 38 by 90[deg.]. In FIG. 4, the incident light beam propagates horizontally and is deflected by 90° by the first step mirror device, and in FIG. 4 is deflected up. In the embodiment shown here, the width of the first step mirror device 32a in the y-direction is substantially the width of the beam profile of the incident light beam 38 in the y-direction, ie in the major axis direction. In general, the width of the first step mirror device in the y-direction is the width of the beam profile of the incident light beam at least in the y-direction, that is, in the major axis direction. The first step mirror device 32a acts in particular as a beam splitter.

제 2 계단 미러 장치(32b)도 제 2 빔 변환 요소로서 4개의 계단 미러 요소(44)를 포함한다. 4개의 제 2 계단 미러 요소(44)는 제 2 반사 요소를 형성하며, 4개의 제 2 계단 미러 요소(44)의 각각은 제 1 계단 미러 장치(32a)의 계단 미러 요소들(40) 중 하나에 할당된다. 4개의 제 2 계단 미러 요소(44)는 (입사 광빔(38)의 좌표와 관련하여) z-방향을 따라 배치되므로, 반사면들은 z-방향 연장부를 가지며, 이들은 (입사 광빔(38)의 좌표와 관련하여) y-방향으로 서로 오프셋되어, 즉 서로 거리를 두고 배치된다. 제 2 계단 미러 요소들(44)은 제 1 계단 미러 요소들(40)에 대해 90°회전되어 배치된다. 4개의 제 2 계단 미러 요소(44)는 4 개의 제 1 계단 미러 요소(40)에 대해 x-방향으로 각각 동일한 거리만큼 변위되어, 즉 도 4에서 위로 변위되어 배치된다. 따라서, 도 4에서 위로 전파되는 4개의 부분 광빔(42)의 각각은 자신에게 충돌하는 편향된 부분 광빔(42)의 전파 방향에 대해 비스듬히 배치된 4개의 제 2 계단 미러 요소(44) 중 하나에 충돌한다. 그들은 각각 반사되어 편향된다. 특히, 제 2 계단 미러 요소들(44)의 각각은 부분 광빔(42)의 전파 방향에 대하여 45°의 경사각으로 배치된다. 결과적으로, 각각의 입사 부분 광빔(42)이 90°만큼 다시 편향됨으로써, 이제 편향된 부분 광빔은 입사 광빔(38)의 좌표와 관련하여 y-방향으로 전파된다. The second stair mirror device 32b also includes four stair mirror elements 44 as second beam converting elements. The four second stair mirror elements 44 form a second reflective element, each of the four second stair mirror elements 44 being one of the stair mirror elements 40 of the first stair mirror device 32a. is assigned to The four second stair mirror elements 44 are disposed along the z-direction (with respect to the coordinates of the incident light beam 38), so that the reflective surfaces have z-direction extensions, which are (with respect to the coordinates of the incident light beam 38). with respect to) offset from each other in the y-direction, ie at a distance from each other. The second step mirror elements 44 are arranged rotated by 90° with respect to the first step mirror elements 40 . The four second stair mirror elements 44 are displaced by the same distance each in the x-direction with respect to the four first stair mirror elements 40 , ie displaced upwards in FIG. 4 . Accordingly, each of the four partial light beams 42 propagating upward in FIG. 4 impinges on one of the four second step mirror elements 44 disposed at an angle to the direction of propagation of the deflected partial light beam 42 impinging upon it. do. They are each reflected and deflected. In particular, each of the second step mirror elements 44 is arranged at an inclination angle of 45° with respect to the direction of propagation of the partial light beam 42 . As a result, each incident partial light beam 42 is deflected again by 90°, so that the now deflected partial light beam propagates in the y-direction with respect to the coordinates of the incident light beam 38 .

여기에 도시된 실시예에서, 각각 4개의 계단 미러 요소(40, 44)가 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 계단 미러 장치(32a, 32b) 마다 2개 이상, 예를 들어 3개, 5개, 6개 또는 7개의 계단 미러 요소(빔 변환 요소)가 제공된다. 광학 빔 변환 장치(32)의 제 1 및 제 2 장치(32a, 32b)는 일반적으로 동일한 개수의 빔 변환 요소를 포함한다. 또한, 제 1 및 제 2 장치(32a, 32b)의 빔 변환 요소들은 일반적으로 동일한 치수를 갖는다. In the embodiment shown here, each of four stair mirror elements 40, 44 are shown. According to the invention, two or more, for example three, five, six or seven stair mirror elements (beam diverting elements) are provided per stair mirror device 32a, 32b. The first and second devices 32a, 32b of the optical beam converting device 32 generally include the same number of beam converting elements. Also, the beam converting elements of the first and second devices 32a, 32b generally have the same dimensions.

도 4에 나타나는 바와 같이, z-방향으로의 개별 요소들(40)의 오프셋으로 인해, 제 1 계단 미러 요소(40)에서의 반사 후에 부분 광빔들(42) 사이의 경로 차이는 실질적으로 (입사 광빔(38)의 좌표와 관련하여) y-방향에서의 제 2 계단 미러 요소들(44)의 오프셋 및 이로 인한 경로 차이에 의해 보상된다. As shown in FIG. 4 , due to the offset of the individual elements 40 in the z-direction, the path difference between the partial light beams 42 after reflection at the first step mirror element 40 is substantially (incident It is compensated for by the offset of the second step mirror elements 44 in the y-direction (with respect to the coordinates of the light beam 38) and the resulting path difference.

도 4는 또한 제 2 계단 미러 요소들(44)에서 제 2 반사 후에 부분 광빔(46)의 빔 프로파일(48)을 입사 광빔(38)의 빔 프로파일(50)과 비교하여 개략적으로 도시한다. 특히, 입사 광빔(38)의 빔 프로파일(50)은 제 1 계단 미러 요소들(40)에서 입사 광빔(38)의 분할에 따라 섹션들로 분할되어 도시되어 있다. FIG. 4 also schematically shows the beam profile 48 of the partial light beam 46 after the second reflection at the second step mirror elements 44 in comparison with the beam profile 50 of the incident light beam 38 . In particular, the beam profile 50 of the incident light beam 38 is shown divided into sections according to the division of the incident light beam 38 at the first step mirror elements 40 .

도 4에 나타나는 바와 같이, 광빔(38)을 90°편향된 부분 광빔(42)으로 분할하고 후속해서 부분 광빔(42)을 재차 90°만큼 편향시킴으로써, 부분 광빔(46)의 빔 프로파일(48)이 부분 광빔(46)의 전파 방향에 대해 재배향된다. 따라서, 입사 광빔(38)의 빔 프로파일(50)의 원래 장축은 이제 부분 광빔들(46)로 형성된 광빔의 단축 방향으로 배치되고, 입사 광빔(38)의 빔 프로파일(50)의 원래 단축은 부분 광빔(46)으로부터 형성된 광빔의 장축 방향으로 배치된다. 도 4를 참조하면, 개별 계단 미러 요소(40)에 할당된 빔 프로파일 섹션(50)의 측면 날카로운 에지(52)는 각각 회전된 빔 프로파일 섹션(48)의 수직 방향으로, 즉 x-축을 따라, 즉 부분 광빔(46)의 단축을 따라 배치된다. 날카로운 에지들(52)이 붕괴되도록 부분 광빔들(46)의 이후 중첩, 및 이미지 평면(61) 상에 이미징 장치(36)에 의한 날카로운 에지(52)의 이미징에 의해, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 단축을 따라 가파른 플랭크를 가진 평평하고 균일한 강도 프로파일을 갖는 조명 라인(14)이 생성된다.As shown in FIG. 4 , by splitting light beam 38 into partial light beams 42 deflected by 90° and subsequently deflecting partial light beams 42 again by 90°, beam profile 48 of partial light beam 46 is It is redirected with respect to the direction of propagation of the partial light beam 46 . Accordingly, the original major axis of the beam profile 50 of the incident light beam 38 is now disposed in the direction of the minor axis of the light beam formed by the partial light beams 46, and the original minor axis of the beam profile 50 of the incident light beam 38 is the partial light beam. It is arranged in the direction of the long axis of the light beam formed from the light beam 46. Referring to FIG. 4 , the lateral sharp edges 52 of the beam profile sections 50 assigned to individual stair mirror elements 40 are each in the vertical direction of the rotated beam profile section 48, ie along the x-axis, that is, along the minor axis of the partial light beam 46 . By the subsequent superimposition of the partial light beams 46 such that the sharp edges 52 are collapsed, and the imaging of the sharp edge 52 by the imaging device 36 on the image plane 61, described in more detail below. As shown, an illumination line 14 with a flat, uniform intensity profile with steep flanks along the minor axis is created.

전술한 광학 빔 변환 장치(32)는 다수의 부분 광빔(46)으로 형성되며 입사 광빔(38)과 비교하여 변화된 빔 프로파일(48)을 가진 광빔을 생성한다. The aforementioned optical beam conversion device 32 is formed from a plurality of partial light beams 46 and produces a light beam having a changed beam profile 48 compared to the incident light beam 38 .

상기 부분 광빔들(46)은 이제 도 3a 및 도 3b의 광학 시스템에서 전파된다. 이하의 설명은 전파되는 광빔에 관련된다. 이는 광학 빔 변환 장치(32)로부터 방출되는 부분 광빔들(46)이 하나의 광빔을 형성하는 것을 의미한다. 부분 광빔들(46)은 장축 방향으로 이격되어 광학 빔 변환 장치(32)로부터 방출될 수 있지만, 장축의 방향으로 일직선으로 또는 서로 아주 작은 거리만을 두고 광학 빔 변환 장치(32)로부터 방출될 수도 있다. 상기 거리는 z-방향으로 제 1 계단 미러 요소들(40)의 거리의 크기에 따라 변한다.The partial lightbeams 46 now propagate in the optical system of Figs. 3a and 3b. The following description relates to a propagating light beam. This means that the partial light beams 46 emitted from the optical beam converting device 32 form one light beam. The partial light beams 46 may be emitted from the optical beam converting device 32 spaced apart in the direction of the major axis, but may also be emitted from the optical beam converting device 32 in a straight line in the direction of the major axis or at a very small distance from each other. . The distance varies according to the magnitude of the distance of the first step mirror elements 40 in the z-direction.

광학 빔 변환 장치(32)로부터 방출되는 부분 광빔들(46)로 이루어진 광빔은 광학 시스템(30)의 빔 경로에서 실린더 렌즈 망원경 장치(54)에 충돌한다. 실린더 렌즈 망원경 장치(54)는 이미징 장치(36)의 일부이다. 빔 프로파일의 장축의 방향에서, 실린더 렌즈 망원경 장치(54)는 도 3b에 나타나는 바와 같이 광빔에 영향을 미치지 않는다. 단축의 방향에서, 실린더 렌즈 망원경 장치(54)는 도 3a에 나타나는 바와 같이 입사 광빔의 직경이 변화되게 한다. 여기에 도시된 실시예에서, 실린더 렌즈 망원경 장치(54)는 축소 실린더 렌즈 망원경 장치(54)이다. 축소(V)가 실린더 렌즈 망원경 장치(54)의 입구에서 단축 방향으로의 빔 직경(D_in) 대 실린더 렌즈 망원경 장치(54)의 출구에서 단축 방향으로의 빔 직경(D_out)의 비에 의해 결정되기 때문에, 즉 V=D_in/D_out이기 때문에, 실린더 렌즈 망원경 장치(54)는 입사 광빔의 빔 직경이 축소되도록 단축의 방향으로 작용한다.A light beam consisting of partial light beams 46 emitted from optical beam conversion device 32 impinges on cylinder lens telescope device 54 in the beam path of optical system 30 . Cylinder lens telescope device 54 is part of imaging device 36 . In the direction of the long axis of the beam profile, the cylinder lens telescope device 54 does not affect the light beam as shown in FIG. 3B. In the direction of the minor axis, the cylinder lens telescope device 54 causes the diameter of the incident light beam to be varied as shown in FIG. 3A. In the embodiment shown here, the cylinder lens telescope device 54 is a reduced cylinder lens telescope device 54. The reduction (V) is determined by the ratio of the beam diameter in the minor axis direction at the entrance of the cylinder lens telescope device 54 (D _in ) to the beam diameter in the minor axis direction at the exit of the cylinder lens telescope device 54 (D _out ). Since it is determined, that is, since V = D _in /D _out , the cylinder lens telescope device 54 acts in the direction of the minor axis so that the beam diameter of the incident light beam is reduced.

아나모픽 균일화 광학계(56)는 빔 경로에서 실린더 렌즈 망원경 장치(54) 후에 제공되며, 도 3a 및 도 3b의 광학 시스템(30)의 빔 형성 장치(34)의 일부이다. 아나모픽 균일화 광학계(56)는 조명 라인의 y-축 방향으로 입사 광빔의 강도를 균일화하도록 설계된다. 아나모픽 균일화 광학계(56)는 예컨대 서로 평행하게 배치된 2개의 실린더 렌즈 어레이를 포함한다. 실린더 렌즈 어레이들은 입사 방사선을 개별 부분 번들로 분할하고 이들을 전체 면에서 또는 적어도 부분 면에서 중첩시킴으로써, 광 방사선이 거의 균일화된다. 다수의 입사 광빔에서, 각각의 광빔은 개별 부분 번들로 분할되어, 균일화되는 방식으로 중첩된다. 다수의 입사 부분 광빔에서, 각각의 부분 광빔은 개별 부분 번들로 분할되어, 균일화되는 방식으로 중첩된다. 이러한 균일화 광학계는 예컨대 DE 42 20 705 A1, DE 38 29 728 A1 또는 DE 102 25 674 A1에 따른, 여기 공개 내용에 포함된 종래 기술에 더 상세하게 설명되어 있다.Anamorphic homogenizing optics 56 are provided after cylinder lens telescope device 54 in the beam path and are part of beam forming device 34 of optical system 30 of FIGS. 3A and 3B . The anamorphic homogenizing optics 56 are designed to homogenize the intensity of the incident light beam in the y-axis direction of the illumination line. The anamorphic equalization optics 56 include, for example, two cylinder lens arrays arranged parallel to each other. Cylinder lens arrays divide the incident radiation into individual partial bundles and superimpose them on the entire surface or at least on the partial surface, so that the light radiation is substantially homogenized. In a multiplicity of incident light beams, each light beam is divided into individual partial bundles, which are superimposed in a homogenized manner. In a plurality of incident partial light beams, each partial light beam is divided into individual partial bundles, which are superimposed in a homogenized manner. Such homogenizing optics are described in more detail in the prior art contained in the disclosure herein, for example according to DE 42 20 705 A1, DE 38 29 728 A1 or DE 102 25 674 A1.

광학 시스템(30)의 빔 형성 장치(34)는 또한 빔 경로에서 아나모픽 균일화 광학계(56) 후방에 콘덴서 실린더 렌즈(58)를 포함하며, 상기 콘덴서 실린더 렌즈(58)는 아나모픽 균일화 광학계(56)에 의해 재분배된 광빔 또는 부분 광빔을 텔레센트릭 방식으로 조명 라인 상으로 향하게하고 장축에 대해, 즉 y-방향으로 중첩하도록 설계된다. 따라서, 아나모픽 균일화 광학계(56)와 콘덴서 실린더 렌즈(58)의 조합은 하나의 개별 조명 라인, 또는 다수의 입사 광빔의 경우 다수의 개별 조명 라인을 하나의 (전체) 조명 라인으로 형성하는 것을 허용한다.The beam forming device 34 of the optical system 30 also includes a condenser cylinder lens 58 behind the anamorphic equalization optics 56 in the beam path, the condenser cylinder lens 58 to the anamorphic equalization optics 56. It is designed to direct the light beams redistributed by or partial light beams onto the illumination line in a telecentric manner and overlap with respect to the long axis, ie in the y-direction. Thus, the combination of the anamorphic homogenizing optics 56 and the condenser cylinder lens 58 allows forming one individual illumination line, or multiple individual illumination lines in the case of multiple incident light beams, into one (total) illumination line. .

아나모픽 균일화 광학계(56)와 콘덴서 실린더 렌즈(58)의 조합은 하나의 아나모픽 광학계일 수 있거나 또는 그러한 광학계의 일부일 수 있다. 특히, 이들은 아나모픽 광학계(42)와 관련하여 본 공개 내용에 포함된 문서 DE 10 2012 007 601 A1의 도 4 내지 도 6에 설명된 바와 같은, 아나모픽 광학계의 일부일 수 있다.The combination of anamorphic homogenizing optics 56 and condenser cylinder lens 58 may be one anamorphic optic or may be part of such optics. In particular, they may be part of the anamorphic optics, as described in FIGS. 4 to 6 of document DE 10 2012 007 601 A1 included in the present disclosure with regard to the anamorphic optics 42 .

특히, 빔 형성 장치(34)는 다음 광학 요소들 중 하나 또는 다수를 포함한다:In particular, the beam forming device 34 includes one or more of the following optical elements:

- x-축에 대해 방출된 레이저 빔의 시준을 위한 제 1 시준 실린더 렌즈(독일 특허 출원 DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 번호 54로 표시),- a first collimating cylinder lens for collimation of the emitted laser beam about the x-axis (indicated by reference number 54 in German patent application DE 10 2012 007 601 A1);

- y-축에 대해 방출된 레이저 빔의 시준을 위한 제 2 시준 실린더 렌즈(독일 특허 출원 DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 번호 56으로 표시),- a second collimating cylinder lens for collimation of the emitted laser beam about the y-axis (indicated by reference number 56 in German patent application DE 10 2012 007 601 A1);

- 중간 이미지(독일 특허 출원 DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 번호 60으로 표시) 상에 x-축에 대해 광빔을 포커싱하기 위해, 빔 경로에서 제 1 시준 실린더 렌즈 후방에 배치된 실린더 렌즈(독일 특허 출원 DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 번호 58로 표시),- a cylinder lens (German patent) arranged behind a first collimating cylinder lens in the beam path, for focusing the light beam about the x-axis onto an intermediate image (indicated by reference numeral 60 in German patent application DE 10 2012 007 601 A1) denoted by drawing number 58 in application DE 10 2012 007 601 A1),

- 제 1 중간 이미지의 광빔의 시준을 위해 빔 경로에서 제 1 시준 실린더 렌즈 후방에 배치된 중간 시준 실린더 렌즈, 및/또는- an intermediate collimating cylinder lens arranged behind the first collimating cylinder lens in the beam path for collimating the light beam of the first intermediate image, and/or

- 제 2 중간 이미지(독일 특허 출원 DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 번호 64로 표시) 상에 x-축에 대해 광빔을 포커싱하기 위해, 빔 경로에서 제 1 중간 이미지 후방에, 특히 중간 시준 실린더 렌즈 후방에 배치된 추가 실린더 렌즈(독일 특허 출원 DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 번호 62로 표시).- behind the first intermediate image in the beam path, in particular an intermediate collimating cylinder lens, for focusing the light beam about the x-axis onto a second intermediate image (indicated by reference numeral 64 in German patent application DE 10 2012 007 601 A1) An additional cylinder lens arranged at the rear (indicated by drawing number 62 in German patent application DE 10 2012 007 601 A1).

전술한 아나모픽 균일화 광학계(56)는 예컨대 독일 특허 출원 DE 10 2012 007 601 A1의 도 4 내지 도 6에 도시된 컴포넌트(68)를 나타내거나 포함할 수 있다. The aforementioned anamorphic homogenizing optics 56 may represent or include, for example, the component 68 shown in FIGS. 4 to 6 of German patent application DE 10 2012 007 601 A1.

전술한 콘덴서 실린더 렌즈(58)는 예컨대 독일 특허 출원 DE 10 2012 007 601 A1의 도 4 내지 도 6에 도시된 콘덴서 실린더 렌즈(74)를 나타내거나 포함할 수 있다.The aforementioned condenser cylinder lens 58 may represent or include, for example, the condenser cylinder lens 74 shown in FIGS. 4 to 6 of German patent application DE 10 2012 007 601 A1.

원통형 렌즈 장치(60)는 광학 시스템(30)의 빔 경로에서 콘덴서 실린더 렌즈(58) 후방에 배치된다. 원통형 렌즈 장치(60)는 이미징 장치(36)의 일부이다.Cylindrical lens unit 60 is disposed behind condenser cylinder lens 58 in the beam path of optical system 30 . Cylindrical lens device 60 is part of imaging device 36 .

원통형 렌즈 장치(60)는 x-축(단축)의 방향으로만 작용하도록, 특히 입사 광이 단축에 대해 조명 라인(14)에 이미징되거나 포커싱되도록 설계된다. 다시 말해서: 원통형 렌즈 장치(60)는 광빔을 조명 라인(14)으로서 이미징하고, 빔 프로파일의 단축만 포커싱되고 빔 프로파일의 균일화된 장축은 포커싱되지 않는다. 단축도 후술하는 바와 같이 균일화된다. 원통형 렌즈 장치(60)는 예컨대 포커싱 실린더 렌즈 광학계일 수 있다.Cylindrical lens arrangement 60 is designed to act only in the direction of the x-axis (short axis), in particular such that incident light is imaged or focused onto illumination line 14 about the short axis. In other words: the cylindrical lens device 60 images the light beam as an illumination line 14, only the short axis of the beam profile is focused and the smoothed long axis of the beam profile is not focused. Shortening is also equalized as will be described later. The cylindrical lens device 60 may be, for example, a focusing cylinder lens optical system.

광학 시스템(30)은 원통형 렌즈 장치(60)와 처리될 반도체 재료 층 사이에 배치된 보호 창(63)에 의해 오염으로부터 보호된다. The optical system 30 is protected from contamination by a protective window 63 disposed between the cylindrical lens device 60 and the layer of semiconductor material to be processed.

본 발명에 따르면, 광학 이미징 장치(36)는, 제 1 계단 미러 장치(32a)의 조명된 계단 미러 요소들(40)이 물체로서 광학 이미징 장치(36)에 의해 이미지 평면으로 또는 이미지 평면들로 전송되어 거기에 이미징되도록, 설계되고, 이미지 평면을 형성하거나 또는 이미지 평면이 놓인 처리될 반도체 재료 층 상의 조명 평면 및 제 1 계단 미러 장치(32a)에 대해 배치된다. 더 정확하게는, 제 1 계단 미러 요소(40)의 조명된 측면 분할 에지(52)가 이미지 평면 또는 이미지 평면들에 이미징된다. 제 1 계단 미러 요소(40)의 조명된 측면 분할 에지(52)는 제 2 계단 미러 요소 후방의 90°회전된 빔 프로파일(48)에서, 도 4와 관련해서 상하에 배치되며, 즉 x-방향으로 배치되며, x-축(단축)의 방향으로 작용하는 광학 이미징 장치(36)에 의해 이미지 평면에 이미징될 수 있다.According to the invention, the optical imaging device 36 is such that the illuminated step mirror elements 40 of the first step mirror device 32a are moved as objects by the optical imaging device 36 to or into the image plane. It is designed to be transmitted and imaged thereon, and is arranged relative to the first step mirror device 32a and the illumination plane on the layer of semiconductor material to be processed which forms or lies the image plane. More precisely, the illuminated lateral dividing edge 52 of the first stair mirror element 40 is imaged to the image plane or image planes. The illuminated lateral dividing edge 52 of the first step mirror element 40 is arranged above and below with respect to FIG. 4 , in the beam profile 48 rotated by 90° behind the second step mirror element, ie in the x-direction , and can be imaged in the image plane by an optical imaging device 36 acting in the direction of the x-axis (short axis).

도 3a 및 도 3b에는 물체 폭 a, 즉 제 1 계단 미러 요소(40)와 실린더 렌즈 망원경 장치(54)를 구비한 원통형 렌즈 장치(60)의 물체측 주 평면 사이의 거리, 및 이미지 폭 b, 즉 실린더 렌즈 망원경 장치(54)를 구비한 원통형 렌즈 장치(60)의 이미지측 주 평면과 이미지 평면(61) 사이의 거리가 도시되어 있다. 제 1 계단 미러 요소들(40)은 물체 평면(67)에 놓인다. 원통형 렌즈 장치(60) 및 실린더 렌즈 망원경 장치(54)를 구비한 이미징 시스템이 초점 거리 f를 갖는 경우, 이미지 평면(61) 상에 이미징 시스템(36)에 의한 제 1 계단 미러 요소(40)의 이미징을 위해, 이미지 폭 b는 식 b=(f*a)/(a-f)을 충족시켜야 한다. 상기 식은 이미징 방정식 1/f = 1/b + 1/a로부터 도출된다.3a and 3b show the object width a, i.e. the distance between the first step mirror element 40 and the main plane on the object side of the cylindrical lens device 60 with the cylinder lens telescope device 54, and the image width b, That is, the distance between the main plane of the image side of the cylindrical lens device 60 with the cylinder lens telescope device 54 and the image plane 61 is shown. The first step mirror elements 40 lie on the object plane 67 . When the imaging system with the cylindrical lens device 60 and the cylinder lens telescope device 54 has a focal length f, the first step of the mirror element 40 by the imaging system 36 on the image plane 61 For imaging, the image width b must satisfy the equation b=(f*a)/(a-f). The equation is derived from the imaging equation 1/f = 1/b + 1/a.

이미지 평면(61)은 조명 평면(63), 즉 조명 라인(14)으로 상기 평면을 조명하기 위해 조명 라인(14)이 이미징되어야 하는 평평한 면 내에 놓인다. 조명 평면(63), 따라서 이미지 평면(61)은 조명 라인에 의해 조명되어 처리되어야 하는 반도체 재료 층과 같은 처리될 기판 상에 놓일 수 있다. 상기 평면은 처리될 기판 또는 처리될 반도체 재료 층의 표면 근처 영역에 놓일 수도 있다.The image plane 61 lies in an illumination plane 63, ie a flat plane on which the illumination line 14 is to be imaged in order to illuminate said plane with the illumination line 14. The illumination plane 63 and thus the image plane 61 can be illuminated by an illumination line and placed on a substrate to be processed, such as a layer of semiconductor material to be processed. The plane may lie in a region near the surface of the substrate to be processed or the layer of semiconductor material to be processed.

원통형 렌즈 장치(60)는 또한 축소 원통형 렌즈 장치이다. 따라서, 제 1 계단 미러 요소들(40)은 x-축 방향으로 축소되어 이미지 평면에 이미징된다. 즉, 배율이 1보다 작다. 축소의 크기는 (실린더 렌즈 망원경 장치가 무한대-무한대로 설정된 경우) 물체 폭 대 렌즈 장치(60)의 초점 거리 f의 비를 통해 조정될 수 있다. 원통형 렌즈 장치(60)에 의한 일반적인 축소는 예컨대 20배 축소 내지 100배 축소의 범위에 있다.Cylindrical lens device 60 is also a reducing cylindrical lens device. Accordingly, the first step mirror elements 40 are reduced in the x-axis direction and imaged in the image plane. That is, the magnification is less than 1. The size of the reduction can be adjusted through the ratio of the object width to the focal length f of the lens unit 60 (when the cylinder lens telescope unit is set to infinity-infinity). Typical reductions by the cylindrical lens device 60 range, for example, from 20 times reduction to 100 times reduction.

원통형 렌즈 장치(60)에 의한 축소 이미징에 추가하여, 실린더 렌즈 망원경 장치(54)에 의한 전술한 축소도 이루어진다. 원통형 렌즈 장치(60)의 배율이 예컨대 1/40(40배 축소에 해당)이고 실린더 렌즈 망원경 장치(54)가 팩터 3 만큼(1/3 만큼 축소에 해당) 축소되면, 단축(x-축)의 방향으로 전체 광학 시스템(30)의 배율은 1/120이다. 따라서, 전체 광학 시스템(30)에 대한 배율(M2)은 M2=V*M1이고, 상기 식에서 M1은 원통형 렌즈 장치(60)의 배율이며 V는 실린더 렌즈 망원경 장치(54)의 축소이다.In addition to the reduction imaging by the cylindrical lens unit 60, the aforementioned reduction by the cylinder lens telescope unit 54 is also achieved. If the magnification of the cylindrical lens unit 60 is, for example, 1/40 (corresponding to a 40-fold reduction) and the cylinder lens telescope unit 54 is reduced by a factor of 3 (corresponding to a reduction of 1/3), the short axis (x-axis) The magnification of the entire optical system 30 in the direction of is 1/120. Therefore, the magnification M2 for the entire optical system 30 is M2=V*M1, where M1 is the magnification of the cylindrical lens unit 60 and V is the reduction of the cylinder lens telescope unit 54.

이러한 방식으로, 이미지 평면에, 즉 반도체 재료 층의 조명 평면에 x-축 방향으로 계단 미러 요소들의 작은 이미지들을 형성하는 것이 가능하다. 계단 미러 요소들의 이미지들은 조명 라인의 단축을 나타낸다. 따라서, x-방향으로 비교적 높은 강도를 갖는 좁은 라인이 나타난다.In this way, it is possible to form small images of the step mirror elements in the x-axis direction in the image plane, ie in the illumination plane of the layer of semiconductor material. The images of the stair mirror elements show the shortening of the lighting line. Thus, a narrow line with a relatively high intensity in the x-direction appears.

강도는 또한 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 비교적 가파른 측면 플랭크를 가지면서, x-축을 따라 균일하다. The intensity is also uniform along the x-axis, with a relatively steep lateral flank, as described in more detail below.

아나모픽 균일화 광학계(56)와 관련하여 전술한 바와 같이, 부분 광빔(46)으로 이루어진 광빔은 y-축을 따라 균일한 강도를 얻기 위해 아나모픽 균일화 광학계(56)를 사용하여 장축(y-축)을 따라 공간적으로 중첩된다. 단축을 따른 광빔의 중첩도 나타난다. 특히, 이미지 평면에서 제 1 계단 미러 요소들(40)을 이미징하는 부분 광빔들(46)이 중첩된다.As described above with respect to the anamorphic equalization optics 56, the light beam comprising the partial light beam 46 is aligned along its long axis (y-axis) using the anamorphic equalization optics 56 to obtain a uniform intensity along the y-axis. overlapping spatially. Superposition of the light beams along the minor axis is also shown. In particular, the partial light beams 46 imaging the first step mirror elements 40 in the image plane are superimposed.

단축의 부분 광빔들(46)은 타원형 빔 프로파일을 가진 입사 광빔(38)에 존재하는 강도 분포를 가진 제 1 계단 미러 요소들(40)의 부분 이미지들을 나타낸다. 이는 이하에서 도 5a, 도 5b-1 내지 도 5b-4 및 도 5c를 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.The uniaxial partial lightbeams 46 represent partial images of the first step mirror elements 40 with an intensity distribution present in an incident lightbeam 38 having an elliptical beam profile. This will be explained in more detail below with reference to FIGS. 5A, 5B-1 to 5B-4 and 5C.

도 5a는 제 1 빔 변환 요소(40)에서 장축(y-축)을 따른 입사 광빔(38)의 가우스 강도 프로파일(62)의 분할을 개략적으로 도시한다. 제 1 빔 변환 요소(40)에서 반사에 의해, 입사 광빔(38)은 부분 광빔들(42)로 분할되고, 상기 부분 광빔들(42)의 빔 프로파일은 장축을 따라 각각 입사 광빔(38)의 빔 프로파일(50)의 일 섹션에 상응한다. 따라서, 부분 광빔(42)의 장축을 따른 강도는 도 5a에 도시된 강도 프로파일(62)의 일 섹션에 상응한다. 부분 광빔에 각각 할당되는 강도 프로파일(62)의 섹션들은 도 5a에서 도면 번호 64로 표시된다. 도 5a에서, 빔 프로파일 섹션의 강도는 제 1 빔 변환 요소(40)의 날카로운 측면 에지(52)에서 광빔(38)의 분할로 인해 측면에서 가파르게 떨어짐을 알 수 있다. 여기에 도시된 실시예에서, 입사 광빔(38)은 20mm의 폭을 가진 가우스 프로파일을 가지며, 4개의 제 1 빔 변환 요소(40)에 의해 각각 5mm의 폭(입사 광빔(38)의 y-방향)을 가진 빔 프로파일 섹션들로 분할된다.FIG. 5a schematically shows the division of the Gaussian intensity profile 62 of the incident light beam 38 along the major axis (y-axis) in the first beam converting element 40 . By reflection at the first beam converting element 40, the incident light beam 38 is split into partial light beams 42, the beam profiles of which are each along the long axis of the incident light beam 38. Corresponds to a section of the beam profile 50 . Accordingly, the intensity along the long axis of the partial light beam 42 corresponds to one section of the intensity profile 62 shown in FIG. 5A. The sections of the intensity profile 62 each assigned to a partial lightbeam are indicated by reference numeral 64 in FIG. 5A. In FIG. 5a , it can be seen that the intensity of the beam profile section drops steeply laterally due to the splitting of the light beam 38 at the sharp side edge 52 of the first beam converting element 40 . In the embodiment shown here, the incident light beam 38 has a Gaussian profile with a width of 20 mm, each having a width of 5 mm (in the y-direction of the incident light beam 38) by four first beam converting elements 40. ) is divided into beam profile sections with

도 5b-1 내지 도 5b-4는 개별 빔 프로파일 섹션의 강도를 도시한다.5b-1 to 5b-4 show the intensities of individual beam profile sections.

도 5b-1의 라인(68)은 제 1 계단 미러 장치(32a)의 가장 외부의 제 1 계단 미러 요소(40), 즉 도 4에서 가장 왼쪽 외부에 배치된 계단 미러 요소(49)의 부분 광빔(42)에 할당될 강도 프로파일을 나타낸다. 도 5b-2의 라인(70)은 두번째 제 1 계단 미러 요소(40)의 부분 광빔(42)에 할당될 강도 프로파일을 나타내고, 도 5b-3의 라인(72)은 세번째 제 1 계단 미러 요소(40)의 부분 광빔(42)에 할당될 강도 프로파일을 나타내며, 도 5b-4의 라인(74)은 네번째 제 1 계단 미러 요소(40)의 부분 광빔(42)에 할당될(도 4에서 우측 외부) 강도 프로파일을 나타낸다. 도 5b-1 내지 도 5b-4는 부분 광빔들이 중첩되기 전과 광학 이미징 장치(36)를 통과한 후에 부분 광빔들의 강도 프로파일을 나타낸다. 제 2 빔 변환 요소(44)에서 90°회전에 의해, 제 2 빔 변환 요소(44) 후에 입사 광빔(38) 및 그에 따라 부분 빔 섹션(50)의 빔 프로파일의 장축은 재차 편향된 부분 광빔(46)의 단축의 방향으로 정렬된다. 따라서, 도 5b-1 내지 5b-4에서의 x-축의 방향은 각각 재차 편향된 부분 광빔(46)의 단축 방향에 상응하고, 이로써 가파른 측면 강도 감소는 이제 빔 프로파일 섹션(48)의 (도 4와 관련해서) 상부 및 하부 에지(52)에 할당될 수 있다. 여기에 도시된 실시예에서, 광학 이미징 장치(36)는 단축을 따라 팩터 100x 만큼 축소시킨다. 결과적으로, 제 2 빔 변환 요소(44)에서 90°회전 후에 빔 프로파일 섹션(48)의 x-방향(단축을 따라)의 연장에 상응하는, 빔 프로파일 섹션(50)의 y-방향으로의 5mm의 연장은 광학 이미징 장치(36)에 의한 이미징 후에 50㎛로 축소된다. x-방향으로의 이러한 연장은 도 5b-1 내지 도 5b-2에서 x-축을 따른 강도 프로파일의 연장으로 도시되어 있다. 이에 더하여, 도 5a의 가파른 측면 플랭크는 "부드러워지고", 즉 상기 가파른 측면 플랭크가 도 5a에 도시된 것보다 더 평평해지므로 약간 더 넓어진다. 이러한 부드러워짐은 이하에서 더 상세히 설명되는, 광학 이미징 장치(36)의 회절 제한에 기인한다. 특히 번짐, 즉 10㎛ 미만의 에지 선명도(최대 강도의 10%에 해당하는 제 1 강도와 최대 강도의 90%에 해당하는 제 2 강도 사이의 10㎛ 미만의 폭)가 나타난다.Line 68 in Fig. 5b-1 is the partial light beam of the outermost first step mirror element 40 of the first step mirror device 32a, i.e. the leftmost outermost step mirror element 49 in Fig. 4. (42) denotes the intensity profile to be assigned. Line 70 in FIG. 5B-2 represents the intensity profile to be assigned to the partial light beam 42 of the second first step mirror element 40, and line 72 in FIG. 5B-3 shows the third first step mirror element ( 40), line 74 in FIG. 5B-4 will be assigned to partial light beam 42 of the fourth first step mirror element 40 (outside right in FIG. 4). ) represents the intensity profile. 5b-1 to 5b-4 show the intensity profiles of the partial lightbeams before they are superimposed and after passing through the optical imaging device 36. By a 90° rotation in the second beam converting element 44, the major axis of the beam profile of the incident light beam 38 and thus of the partial beam section 50 after the second beam converting element 44 is again deflected by the partial light beam 46. ) aligned in the direction of the short axis of Accordingly, the direction of the x-axis in FIGS. 5B-1 to 5B-4 respectively corresponds to the direction of the minor axis of the re-deflected partial light beam 46, so that the steep lateral intensity reduction now corresponds to that of the beam profile section 48 (as in FIG. 4). With respect to) the upper and lower edges 52 may be assigned. In the embodiment shown here, the optical imaging device 36 demagnifies by a factor of 100x along the short axis. Consequently, 5 mm in the y-direction of the beam profile section 50, corresponding to the extension in the x-direction (along the minor axis) of the beam profile section 48 after a 90° rotation in the second beam converting element 44. The extension of is reduced to 50 μm after imaging by the optical imaging device 36. This extension in the x-direction is shown as the extension of the intensity profile along the x-axis in Figs. 5b-1 to 5b-2. In addition to this, the steep side flanks of FIG. 5A are “smoothed”, i.e. they are flatter than shown in FIG. 5A and therefore slightly wider. This smoothing is due to the diffraction limitation of the optical imaging device 36, described in more detail below. In particular, smearing, i.e., edge sharpness of less than 10 μm (width of less than 10 μm between the first intensity corresponding to 10% of the maximum intensity and the second intensity corresponding to 90% of the maximum intensity) is observed.

제 2 빔 변환 요소(44)에서의 제 2 편향에 의해, 부분 광빔들은 강도 프로파일의 가파른 플랭크가 붕괴도록 중첩될 수 있는 방식으로 서로 나란히 배치된다. 이것은 이제 도 5c를 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.By means of the second deflection in the second beam converting element 44, the partial light beams are arranged alongside each other in such a way that they can overlap such that the steep flank of the intensity profile collapses. This will now be explained in more detail with reference to FIG. 5C.

도 5c는 중첩된 강도 프로파일, 즉 부분 광빔이 중첩될 때 나타나는 강도 프로파일을 도시한다. 중첩된 강도 프로파일(66)에서 전체 폭에 걸쳐 대략 일정한 강도, 즉 평평한 강도 프로파일("플랫-탑")이 나타난다. 도 5c에서 알 수 있는 바와 같이, 부분 광빔들(42)은 부분 광빔들(42)의 강도 프로파일의 "날카로운" 에지가 붕괴되도록 중첩된다. 이 "날카로운" 에지들은 도 5c에서 좌측 및 우측에 도시되어 있다. 이 "날카로운" 에지에서 강도가 급격하게 떨어진다. 중첩된 강도 프로파일(66)에서, 이는 또한 측면들에서 급격히 떨어지는 프로파일(71)을 초래한다. 따라서 중첩된 강도 프로파일(66)은 급격히 떨어지는 플랭크(71)를 가지면서 전체 폭에 걸쳐 거의 일정하게 연장된다.Fig. 5c shows an overlapped intensity profile, that is, an intensity profile that appears when partial light beams overlap. The superimposed intensity profile 66 exhibits approximately constant intensity over the entire width, i.e., a flat intensity profile ("flat-top"). As can be seen in FIG. 5C , the partial lightbeams 42 overlap such that the “sharp” edge of the intensity profile of the partial lightbeams 42 collapses. These “sharp” edges are shown on the left and right in FIG. 5C. At this "sharp" edge, the intensity drops off rapidly. In the superimposed intensity profile 66, this also results in a profile 71 that drops sharply at the sides. The superimposed strength profile 66 thus extends almost constantly over the entire width with steeply dropping flanks 71 .

전술한 바와 같이, 부분 광빔들(42)은 중첩되기 전에, 제 2 장치(32b)의 제 2 빔 변환 요소들(44)에서 재차 90°만큼 편향되고, 이로 인해 개별 부분 광빔(42)의 빔 프로파일이 90°만큼 회전되기 때문에, 도 5c의 측면 에지(70)는 상하로 회전된 후, 즉 도 4의 날카로운 에지(52)에서, x-방향(단축)을 따라 배치되고, 중첩에 의해 나타나는 도 5c의 평평하게 중첩된 강도 프로파일(66)은 회전 및 중첩 후에 단축(x-축)을 따른 강도 프로파일이다. 제 1 빔 변환 요소들(40)에서의 분할, 제 2 빔 변환 요소들(44)에서 90°회전, 및 x-방향으로의 중첩을 일으키는 y-방향으로의 부분 광빔(46)의 중첩에 의해, 급격히 떨어지는 에지(71)를 가지면서 x-방향으로 평평하게 연장되는 균일화된 강도 프로파일(66)이 나타난다.As described above, the partial light beams 42 are deflected again by 90° at the second beam converting elements 44 of the second device 32b before being overlapped, whereby the beams of the individual partial light beams 42 Since the profile is rotated by 90°, the side edge 70 in FIG. 5c is rotated up and down, i.e. at the sharp edge 52 in FIG. The flat superimposed intensity profile 66 of FIG. 5C is the intensity profile along the short axis (x-axis) after rotation and superimposition. By splitting in the first beam converting elements 40, turning 90° in the second beam converting elements 44, and superimposing the partial light beams 46 in the y-direction causing an overlap in the x-direction. , a homogenized intensity profile 66 appears, extending flat in the x-direction, with an abruptly falling edge 71.

평평하게 연장되는 균일화된 강도 프로파일(66)을 미세하게 조정하기 위해, 제 2 계단 미러 장치(32b)의 계단 미러 요소들(44)은 각도 및 위치에서 미세 조정 가능하다. 특히, 입사 광빔(42)의 전파 방향에 대한 경사각은 미세하게(예컨대, 1/10°만큼) 변화될 수 있고, 총 3개의 공간 방향, 특히 x-방향에서의 위치가 미세하게 변화될 수 있다.The step mirror elements 44 of the second step mirror device 32b are fine-tunable in angle and position, in order to fine-tune the evenly extending homogenized intensity profile 66 . In particular, the angle of inclination with respect to the direction of propagation of the incident light beam 42 can be changed minutely (eg, by 1/10°), and the position in all three spatial directions, particularly the x-direction, can be changed minutely. .

이미징 장치(36)에 의한 x-방향에서의 이미징은 회절에 의한 제한된 해상도(회절 제한)로 인해 x-방향에서의 번짐을 초래한다. 결과적으로, 도 5a의 급격히 떨어지는 플랭크들은 번짐을 가지고 이미징된다. 이제 원통형 이미징의 개구 수는 번짐, 즉 바람직한 에지 선명도가 10㎛ 미만(최대 강도의 10%에 해당하는 제 1 강도와 최대 강도의 90%에 해당하는 제 2 강도 사이의 10㎛ 미만의 폭)이지만, 여전히 수 백 ㎛의 피사계 심도가 나타나도록 선택된다. 따라서, 개구 수는 비교적 작다.Imaging in the x-direction by the imaging device 36 results in smearing in the x-direction due to limited resolution by diffraction (diffraction limited). As a result, the rapidly falling flanks of Fig. 5a are imaged with smearing. Now, the numerical aperture of cylindrical imaging is smeared, i.e. the desired edge sharpness is less than 10 μm (less than 10 μm width between the first intensity equal to 10% of the maximum intensity and the second intensity equal to 90% of the maximum intensity) , still chosen to reveal a depth of field of a few hundred μm. Therefore, the numerical aperture is relatively small.

다음 실시예는 전술한 관계를 설명한다:The following example illustrates the foregoing relationship:

제 1 계단 미러 장치(32a)에서, 20mm×4mm의 원통형으로 확대된 광빔(38)은 4개의 부분 광빔(42)으로 분할된다. 제 1 계단 미러 요소들(40)은 각각 5mm의 폭(광빔(38)의 y-방향으로의 연장)을 가지므로, 부분 광빔들(42)도 이 방향으로 상응하는 치수를 갖는다. 제 1 계단 미러 요소들(40)은 일반적으로 이미징 렌즈(60)로부터 3m 내지 5m의 거리에 있으며, 상기 거리는 더 커질 수 있다. 초점 거리 f=150mm를 가진 이미징 렌즈(60)는 약 30x의 축소 스케일을 야기한다. 시준된 실린더 렌즈 망원경(54)으로 축소를 예를 들어 100x로 설정한 경우, 계단 미러 요소 이미지에 대한 폭으로서 5mm/100 = 50㎛를 얻는다. 계단 미러 요소 이미지들이 회전되었기 때문에, 이 폭은 x-방향(단축)의 치수이다.In the first step mirror device 32a, a cylindrically enlarged light beam 38 of 20 mm x 4 mm is divided into four partial light beams 42. Since the first step mirror elements 40 each have a width of 5 mm (extension in the y-direction of the light beam 38), the partial light beams 42 also have corresponding dimensions in this direction. The first step mirror elements 40 are typically at a distance of 3 m to 5 m from the imaging lens 60, although the distance may be greater. An imaging lens 60 with a focal length f = 150 mm results in a reduction scale of about 30x. If we set the demagnification to eg 100x with the collimated cylinder lens telescope 54, we get 5 mm/100 = 50 μm as the width for the stair mirror element image. Since the stair mirror element images have been rotated, this width is the dimension in the x-direction (minor axis).

원통형 이미징의 회절 제한된 해상도는 실린더 렌즈 렌즈 장치(60)의 0.1 내지 0.15의 전형적인 개구 수에서, 바람직한 10㎛ 에지 선명도보다 낮은 해상도를 제공한다. 피사계 심도는 10㎛ 만큼의 번짐을 위해 +/- 10㎛/0.05 = +/- 200㎛로 주어진다.The diffraction limited resolution of cylindrical imaging provides less than the desired 10 μm edge sharpness at typical numerical apertures of 0.1 to 0.15 for cylinder lens lens arrangements 60. Depth of field is given by +/- 10 μm/0.05 = +/- 200 μm for blurring by 10 μm.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 계단 미러 요소들(40)은 z-방향으로 상이하게 배치됨으로써, 원통형 렌즈 장치(60)로부터의 그 거리 및 그에 따라 물체 폭이 상이하다. 그러나, 계단 미러 요소들(40)이 z-방향으로 일반적으로 50mm 이하로 서로 떨어져 있기 때문에, 개별 계단 미러 요소들(40)의 이미지 폭들 및 그에 따라 이미지 평면들은 약간만 다르다. 따라서, f = 150mm의 초점 거리를 가진 원통형 렌즈 장치(60)에 의한 30배 축소를 위해, 5000mm의 물체 폭에 대한 이미지 평면은 5050mm의 물체 폭에 대한 이미지 평면과 비교하여, z-방향으로 단지 50㎛ 미만만큼만 이격되어 있다. 물체측 빔 경로에서 3배 축소를 가진 시준된 실린더 렌즈 망원경(58)을 고려하면, 차이는 5㎛보다 작아진다.As can be seen in FIG. 4 , the first step mirror elements 40 are arranged differently in the z-direction, so that their distance from the cylindrical lens device 60 and thus the object width are different. However, since the stair mirror elements 40 are spaced apart from each other in the z-direction, typically by no more than 50 mm, the image widths of the individual stair mirror elements 40 and thus the image planes differ only slightly. Thus, for a 30x reduction by a cylindrical lens device 60 with a focal length of f = 150 mm, the image plane for an object width of 5000 mm is only They are only spaced apart by less than 50 μm. Considering a collimated cylinder lens telescope 58 with 3x magnification in the object side beam path, the difference becomes less than 5 μm.

얇은 반도체 층, 예컨대 얇은 a-Si 층을 어닐링하기 위한 장치는 긴 라인에 충분한 펄스 에너지를 제공하기 위해 다수의 레이저 빔을 필요로 한다. 다수의 레이저 빔이 사용되는 경우, 도 3a 및 도 3b의 광학 시스템(30)은 제 1 및 제 2 변환 장치(32a, 32b)와 축소 실린더 렌즈 망원경 장치(54)를 가진 빔 경로가 각각의 레이저 빔에 대해 병렬로 형성되도록 변경된다. 아나모픽 균일화 장치(56) 및 콘덴서 렌즈(58)를 가진 빔 형성 장치(34) 그리고 원통형 렌즈 장치(60)는 모든 레이저 빔에 대해 공통적으로 사용된다. 이러한 방식으로, 추가 라인들이 이미지 평면에서 중첩된다.Apparatus for annealing thin semiconductor layers, such as thin a-Si layers, require multiple laser beams to provide sufficient pulse energy for long lines. When multiple laser beams are used, the optical system 30 of FIGS. 3A and 3B is such that the beam path with the first and second conversion devices 32a, 32b and the reducing cylinder lens telescope device 54 is directed to each laser beam. It is changed to be formed parallel to the beam. An anamorphic equalization device 56 and a beam forming device 34 with a condenser lens 58 and a cylindrical lens device 60 are commonly used for all laser beams. In this way, additional lines overlap in the image plane.

다수의 레이저 빔이 조합되면, 기하학적 배치의 이유로, 계단 미러 장치들(32a, 32b)과 원통형 렌즈 장치(60) 사이의 더 큰 경로 차이가 발생할 수 있다. 최대 500mm의 빔 경로 차이가 발생할 수 있다. 또한, 레이저 빔이 광학 축으로부터 90°회전된 축에서 아나모픽 균일화 장치(56)를 통해 멀리 안내될수록, 계단 미러 요소(40)의 이미지는 더 짧은 z-위치를 갖고, 따라서 더 작은 이미지 폭을 갖는 것이 고려되어야 한다. 이는 축으로부터 먼 광빔이 축에 가까운 광빔보다 원통형 이미징 장치(60)의 재료를 통한 더 긴 경로를 갖기 때문이다.If multiple laser beams are combined, a larger path difference between the stair mirror devices 32a, 32b and the cylindrical lens device 60 may occur due to the geometric arrangement. Beam path differences of up to 500 mm may occur. Also, the farther the laser beam is guided through the anamorphic equalizer 56 on an axis rotated 90° from the optical axis, the image of the step mirror element 40 has a shorter z-position and thus a smaller image width. that should be taken into account This is because an off-axis light beam has a longer path through the material of the cylindrical imaging device 60 than an off-axis light beam.

이미지 위치에서 이러한 차이를 보상하기 위해, 광학 시스템은 추가의 반사 요소들에 의해 빔 경로 내에 일부 광빔에 대한 우회로가 형성되도록 설계된다. 이러한 추가의 반사 요소들(82)은 광학 시스템(80)에 대해 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 빔 우회로(84)를 가변적으로 조정할 수 있도록, 반사 요소들(82)의 상대 위치가 변경될 수 있다. 대안으로서, 실린더 렌즈 망원경 장치(54)의 광학 요소들 사이의 거리(86)가 변경될 수 있다. 다수의 레이저 빔의 경우에 각각의 레이저 빔에 대해 별도의 실린더 렌즈 망원경 장치(54)가 존재하기 때문에, 개별 실린더 렌즈 망원경 장치(54)의 조정을 통해 상이한 레이저 빔에 대한 이미지 위치 보상이 달성될 수 있어서, 피사계 심도가 손실되지 않는다.To compensate for this difference in image position, the optical system is designed so that some light beams are diverted in the beam path by additional reflective elements. These additional reflective elements 82 are schematically shown in FIG. 6 for an optical system 80 . The relative positions of the reflective elements 82 can be changed to allow variable adjustment of the beam bypass 84 . Alternatively, the distance 86 between the optical elements of the cylinder lens telescope device 54 may be varied. Since there is a separate cylinder lens telescope unit 54 for each laser beam in the case of multiple laser beams, image position compensation for different laser beams can be achieved through adjustment of the individual cylinder lens telescope unit 54. Thus, depth of field is not lost.

따라서, 개시된 광학 시스템은 입사 광빔에 의해 조명되는 빔 변환 장치의 제 1 요소들이 광학 이미징 장치에 의해 광학적으로 이미지로서 축소되어 반도체 재료 층 상의 또는 내의 조명 평면에서 이미징되는 물체로서 사용되도록 설계된다. 이미지들은 빔 형성 장치에 의해 y-방향(장축)으로 공간적으로 중첩되며 따라서 공간적으로 중첩되어 이미징된다. 특히, 조명된 빔 변환 장치의 에지들은 x-방향으로 높고, 거의 일정한 강도를 가진 x-방향의 좁은 조명 라인이 생성되도록, 광학 이미징 장치에 의해 축소되어 이미징되고, 상기 강도는 조명 라인의 가장자리들에서 가파르게 떨어진다. 실린더 렌즈 망원경 장치 및 광학 이미징 장치는 축소 작용을 한다. 단축을 따라 이러한 특성을 갖는 조명 라인은 규칙적인 다결정 입자 구조를 생성할 수 있다.Accordingly, the disclosed optical system is designed such that first elements of a beam conversion device illuminated by an incident light beam are optically reduced as an image by an optical imaging device to be used as an imaged object at an illumination plane on or in a layer of semiconductor material. The images are spatially overlapped in the y-direction (long axis) by the beam forming device and are thus spatially overlapped and imaged. In particular, the edges of the illuminated beam conversion device are reduced and imaged by an optical imaging device such that a narrow illumination line in the x-direction with a high, almost constant intensity in the x-direction is generated, the intensity being the edges of the illumination line falls steeply from The cylinder lens telescope device and the optical imaging device have a reducing action. An illumination line with this property along its axis can produce a regular polycrystalline grain structure.

12: 반도체 재료 층
14: 조명 라인
30, 80: 광학 시스템
32: 광학 빔 변환 장치
34: 빔 형성 장치
36: 광학 이미징 장치
38: 입사 광빔
40: 제 1 빔 변환 요소
42: 부분 광빔
44: 제 2 빔 변환 요소
48: 빔 프로파일
52: 분할 에지
54: 실린더 렌즈 망원경 장치
61: 이미지 평면
65: 조명 평면
67: 물체 평면12: semiconductor material layer
14: lighting line
30, 80: optical system
32: optical beam converter
34: beam forming device
36: optical imaging device
38 Incident light beam
40: first beam conversion element
42 partial light beam
44: second beam conversion element
48: beam profile
52: split edge
54: cylinder lens telescope device
61: image plane
65: light plane
67: object plane

Claims

An optical system (30, 80) for equalizing the intensity of light radiation for treating a layer of semiconductor material, comprising:
Optical beam conversion device 32 - the optical beam conversion device comprises:
An incident light beam 38 having first beam conversion elements 40 and having a beam profile 50 having a minor axis in the x-direction and a major axis in the y-direction is geometrically divided into partial light beams 42 along the major axis. a first device 32a designed to split and deflect into the x-direction such that the direction of propagation of the partial light beam 42 is different from the direction of propagation of the incident light beam 38 - the first device 32a is arranged in the x-direction and each of the y-directions is perpendicular to the propagation direction of the light beam; and
A second device 32b having second beam converting elements 44 and arranged in the beam path of the deflected partial light beams 42 and designed to deflect the deflected partial light beam 42 back - said second device 32b is the beam profile 48 of the re-deflected partial light beam 46 in the x-direction, with respect to the direction of propagation of the re-deflected partial light beam 46, with respect to the direction of propagation of the incident light beam 38, in the y-direction. corresponds to a section of the beam profile 50 of the incident light beam 38;
including -,
an illumination line disposed in the beam path of the re-deflected partial light beam 46 and disposed behind the optical beam conversion device 32 to direct the re-deflected partial light beam 46 into an illumination plane 65 with respect to the y-direction a beam forming device 34 designed to overlap spatially as (14), and
an image plane 61 disposed in the beam path of the re-deflected partial light beam 46 and disposed behind the optical beam converting device 32 so that the first beam converting elements 40 lie within the illumination plane 65 An optical system (30, 80) comprising an optical imaging device (36) designed and arranged to be optically imaged at.

The optical system (30, 80) according to claim 1, wherein the optical imaging device (36) is designed to image the re-deflected partial light beam (46) only in the x-direction.

3. The method of claim 1 or 2, wherein the optical imaging device (36) is placed in an object plane (67) where the first device (32a) is conjugated to the image plane (61) of the optical imaging device (36). An optical system (30, 80), designed and arranged to be

3. The optical system (30, 80) according to claim 1 or 2, wherein the optical imaging device (36) is designed and arranged such that the first beam converting elements (40) are optically imaged with a reduction.

3. The optical imaging device (36) according to claim 1 or 2, wherein the first beam converting elements (40) geometrically split the incident light beam (38) into deflected partial light beams (42). An optical system (30, 80) designed and arranged to each include a lateral dividing edge (52), wherein each of the two lateral dividing edges (52) are optically imaged at the image plane.

3. The optical system (30, 80) according to claim 1 or 2, wherein the illumination plane (65) is formed by the surface of the layer of semiconductor material to be processed or lies in a region near the surface of the layer of semiconductor material to be processed. .

3. The method of claim 2, wherein the optical imaging device (36) includes a cylinder lens telescoping device (54) disposed in the beam path of the optical system (30, 80), the cylinder lens telescoping device (54) being re-deflected. An optical system (30, 80), designed to change the beam cross-section of the partial light beam (46) in the x-direction.

8. The optical system (30, 80) according to claim 7, wherein the cylinder lens telescope device (54) is designed to reduce the beam cross-section of the re-deflected partial light beam (46) in the x-direction.

9. The method of claim 7 or 8, wherein the optical imaging device (36) comprises a cylinder lens device (60) disposed behind the beam forming device (34) in the beam path, the cylinder lens device (60) comprising: An optical system (30, 80), designed for imaging in the x-direction.

10. The method of claim 9, wherein the cylinder lens device (60) with the cylinder lens telescope device (54) has a focal length f, and an image width b is
b=f*a/(af)
, wherein the image width b is the distance between the main plane on the image side of the cylinder lens device 60 with the cylinder lens telescope device 54 and the image plane 61, and the object width a is the 1 is the distance between the object side main plane of the cylinder lens device (60) with the cylinder lens telescope device (54) and the device (32a).

3. Optical system (30, 80) according to claim 1 or 2, wherein the second beam converting elements (44) are each adjustable with respect to the spatial position and angle of inclination with respect to the direction of propagation of the deflected partial light beam (42). ).

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the first beam converting elements (40) are designed and arranged such that the direction of propagation of the deflected partial light beam (42) is deflected by 90° with respect to the direction of propagation of the incident light beam (38). ( 30, 80).

3. The optical system (30, 80) according to claim 1 or 2, wherein at least one of the first and second devices (32a, 32b) each comprises two or more reflective elements.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the first device comprises a first stair mirror device (32a) having first reflective elements (40) arranged offset from each other, and the second device is each offset from one another. an optical system (30, 80), comprising a second stair mirror device (32b) having second reflective elements (44) arranged above and below.

An optical system (30, 80) according to claim 1 or 2, comprising:
at least one light source for providing multiple light beams;
Optical beam conversion device 32 - the optical beam conversion device comprises:
A partial light beam ( 42), each designed to geometrically divide and deflect, such that the direction of propagation of the partial light beam 42 is different from the direction of propagation of the incident light beam 38 - the first device 32a ) is the x-direction and the y-direction are respectively perpendicular to the direction of propagation of each incident light beam 38; and
Second devices 32b having second beam converting elements 44 and respectively arranged in the beam path of the deflected partial light beams 42 of the first device 32a and respectively designed to deflect the deflected partial light beams 42 back. ) - the second device 32b, with respect to the direction of propagation of the re-deflected partial light beam 46, the beam profile 48 of the re-deflected partial light beam 46 in the x-direction corresponds to the respective incident light beam 38 corresponding to the beam profile section 50 of each said incident light beam 38 in the y-direction, with respect to the direction of propagation of ;
including -,
Arranged in the beam path of the re-deflected partial light beams 46 of the plurality of incident light beams 38 and disposed behind the plurality of optical beam conversion devices 32, the re-deflected partial light beams 46 of the plurality of incident light beams 38 a beam forming device 34 designed to spatially superimpose as an illumination line 14 lying in the illumination plane 65 with respect to the y-direction, and
Arranged in the beam path of the re-deflected partial light beams 46 of the plurality of incident light beams 38 and disposed behind the plurality of optical beam converting devices 32, the first beam conversion of the first plurality of devices 32a An optical system (30, 80) comprising an optical imaging device (36) designed and arranged such that elements (40) are optically imaged at an image plane (61) lying within said illumination plane (65).

A system for processing a layer of semiconductor material with an optical system according to claim 1 or 2, comprising:
comprising a carrier (10) provided with a layer of semiconductor material (12);
wherein the system is designed and arranged such that the illumination line (14) of the optical system is provided to the semiconductor material layer (12).