KR20210007883A - 광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템 - Google Patents

광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템 Download PDF

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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.

Description

광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템{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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
또한, 조사에 의하면, 조명 라인의 단축 방향으로의 평평한 강도 분포가 균일한 결정화 결과에 바람직한 것으로 나타났다.
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.
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.
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.
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.
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.
광빔은 레이저에 의해 방출된 레이저 방사선일 수 있다. 광 방사선은 예컨대 UV 고체 레이저에 의해 방출된 343nm 파장의 레이저 방사선일 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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,
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명될 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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(Din) 대 실린더 렌즈 망원경 장치(54)의 출구에서 단축 방향으로의 빔 직경(Dout)의 비에 의해 결정되기 때문에, 즉 V=Din/Dout이기 때문에, 실린더 렌즈 망원경 장치(54)는 입사 광빔의 빔 직경이 축소되도록 단축의 방향으로 작용한다.
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.
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.
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.
특히, 빔 형성 장치(34)는 다음 광학 요소들 중 하나 또는 다수를 포함한다:
- 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),
- 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),
- 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),
- 제 1 중간 이미지의 광빔의 시준을 위해 빔 경로에서 제 1 시준 실린더 렌즈 후방에 배치된 중간 시준 실린더 렌즈, 및/또는
- 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).
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.
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.
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.
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.
광학 시스템(30)은 원통형 렌즈 장치(60)와 처리될 반도체 재료 층 사이에 배치된 보호 창(63)에 의해 오염으로부터 보호된다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
강도는 또한 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 비교적 가파른 측면 플랭크를 가지면서, x-축을 따라 균일하다.
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.
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.
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.
도 5b-1 내지 도 5b-4는 개별 빔 프로파일 섹션의 강도를 도시한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
다음 실시예는 전술한 관계를 설명한다:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 평면

Claims (16)

  1. 반도체 재료 층을 처리하기 위해 광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템(30, 80)으로서,
    광학 빔 변환 장치(32) - 상기 광학 빔 변환 장치는:
    제 1 빔 변환 요소들(40)을 가지며, x-방향의 단축과 y-방향의 장축을 가진 빔 프로파일(50)을 갖는 입사 광빔(38)을 상기 장축을 따라 부분 광빔 들(42)로 기하학적으로 분할하도록 설계된 제 1 장치(32a)- 상기 제 1 장치(32a)는 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 방 향과는 다름 -; 및
    제 2 빔 변환 요소들(44)을 가지며, 상기 부분 광빔들(42)의 빔 경로 에 배치되어 편향된 부분 광빔(42)을 재차 편향시키도록 설계된 제 2 장치(32b) - 상기 제 2 장치(32b)는 재차 편향된 부분 광빔(46)의 전파 방향 과 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 상응함 -;
    를 포함함 -,
    상기 재차 편향된 부분 광빔(46)의 빔 경로에 배치되며 상기 광학 빔 변환 장치(32) 후방에 배치되어 상기 재차 편향된 부분 광빔(46)을 y-방향과 관련해서 조명 평면(65) 내에 놓인 조명 라인(14)으로서 공간적으로 중첩시키도록 설계된 빔 형성 장치(34), 및
    상기 재차 편향된 부분 광빔(46)의 빔 경로에 배치되며 상기 광학 빔 변환 장치(32) 후방에 배치되어 상기 제 1 빔 변환 요소들(40)이 상기 조명 평면(65) 내에 놓인 이미지 평면(61)에서 광학적으로 이미징되도록 설계되고 배치된 광학 이미징 장치(36)를 포함하는,
    광학 시스템(30, 80).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 이미징 장치(36)는 상기 부분 광빔(46)을 x-방향으로만 이미징하도록 설계되는, 광학 시스템(30, 80).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 이미징 장치(36)는 상기 제 1 장치(32a)가 상기 광학 이미징 장치(36)의 상기 이미지 평면(61)에 공액된 물체 평면(67)에 놓이도록 설계되고 배치되는, 광학 시스템(30, 80).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 이미징 장치(36)는 상기 제 1 빔 변환 요소들(40)이 축소되어 광학적으로 이미징되도록 설계되고 배치되는, 광학 시스템(30, 80).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 이미징 장치(36)는 상기 제 1 빔 변환 요소들(40)이 상기 입사 광빔(38)을 상기 부분 광빔들(42)로 기하학적으로 분할하는 2개의 측면 분할 에지(52)를 각각 포함하도록 설계되고 배치되며, 상기 각각 2개의 측면 분할 에지(52)는 상기 이미지 평면에서 광학적으로 이미징되는, 광학 시스템(30, 80).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조명 평면(65)은 상기 처리될 반도체 재료 층의 표면에 의해 형성되거나 또는 상기 처리될 반도체 재료 층의 표면 근처 영역에 놓이는, 광학 시스템(30, 80).
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 광학 이미징 장치(36)는 상기 광학 시스템(30, 80)의 빔 경로에 배치된 실린더 렌즈 망원경 장치(54)를 포함하고, 상기 실린더 렌즈 망원경 장치(54)는 상기 부분 광빔(46)의 빔 단면을 x-방향으로 변화시키도록 설계되는, 광학 시스템(30, 80).
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 실린더 렌즈 망원경 장치(54)는 상기 부분 광빔(46)의 빔 단면을 x-방향으로 축소시키도록 설계되는, 광학 시스템(30, 80).
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 광학 이미징 장치(36)는 빔 경로에서 상기 빔 형성 장치(34) 후방에 배치된 실린더 렌즈 렌즈 장치(60)를 포함하고, 상기 실린더 렌즈 렌즈 장치(60)는 x-방향으로 이미징하도록 설계되는, 광학 시스템(30, 80).
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 실린더 렌즈 망원경 장치(54)를 구비한 상기 실린더 렌즈 렌즈 장치(60)는 초점 거리 f를 가지며, 이미지 폭 b는 다음 식
    b=f*a/(a-f)
    을 충족시키고, 상기 이미지 폭 b는 상기 실린더 렌즈 망원경 장치(54)를 구비한 상기 실린더 렌즈 렌즈 장치(60)의 이미지측 주 평면과 상기 이미지 평면(61) 사이의 거리이며, 물체 폭 a는 상기 제 1 장치(32a)와 상기 실린더 렌즈 망원경 장치(54)를 구비한 상기 실린더 렌즈 렌즈 장치(60)의 물체측 주 평면 사이의 거리인, 광학 시스템(30, 80).
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 빔 변환 요소들(44)은 각각 공간 위치 및 상기 입사 부분 광빔(42)의 전파 방향에 대한 경사각과 관련해서 조정될 수 있는, 광학 시스템(30, 80).
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 빔 변환 요소들(40)은 상기 부분 광빔(42)의 전파 방향이 상기 입사 광빔(38)의 전파 방향에 대해 90°만큼 편향되도록 설계되고 배치되거나, 또는 상기 제 2 빔 변환 요소들(44)은 재차 편향된 부분 광빔(46)의 전파 방향이 상기 부분 광빔(42)의 전파 방향과 관련해서 90°만큼 편향되도록 설계되고 배치되는, 광학 시스템(30, 80).
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 장치(32a, 32b) 중 적어도 하나는 각각 2개 이상의 반사 요소들을 포함하는, 광학 시스템(30, 80).
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 장치는 서로 오프셋되어 배치된 제 1 반사 요소들(40)을 갖는 제 1 계단 미러 장치(32a)를 포함하고, 상기 제 2 장치는 각각 서로 오프셋되어 배치된 제 2 반사 요소들(44)을 갖는 제 2 계단 미러 장치(32b)를 포함하는, 광학 시스템(30, 80).
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 광학 시스템(30, 80)으로서,
    다수의 광빔을 제공하기 위한 적어도 하나의 광원,
    광학 빔 변환 장치(32) - 상기 광학 빔 변환 장치는:
    제 1 빔 변환 요소들(40)을 가지며, x-방향의 단축과 y-방향의 장축을 가진 빔 프로파일을 갖는 다수의 입사 광빔들 중 하나의 입사 광빔(38)을 상 기 장축을 따라 부분 광빔들(42)로 기하학적으로 분할하도록 각각 설계된 제 1 장치(32a) - 상기 제 1 장치(32a)는 상기 x-방향 및 상기 y-방향은 각각의 입사 광빔(38)의 전파 방향에 대해 각각 수직이고, 상기 부분 광빔(42)의 전 파 방향은 상기 각각의 입사 광빔(38)의 전파 방향과는 다름 -; 및
    제 2 빔 변환 요소들(44)을 가지며, 제 1 장치(32a)의 분할된 부분 광 빔들(42)의 빔 경로에 각각 배치되어 편향된 부분 광빔(42)을 재차 편향시키 도록 각각 설계된 제 2 장치(32b) - 상기 제 2 장치(32b)는 재차 편향된 부 분 광빔(46)의 전파 방향과 관련해서, x-방향에서 재차 편향된 부분 광빔(46)의 빔 프로파일(48)은 상기 각각의 입사 광빔(38)의 전파 방향과 관 련해서, y-방향에서 상기 각각의 입사 광빔(38)의 빔 프로파일 섹션(50)에 상응함 -;
    를 포함함 -,
    상기 다수의 입사 광빔으로부터 분할된 부분 광빔(46)의 빔 경로에 배치되며 상기 다수의 광학 빔 변환 장치(32) 후방에 배치되어 상기 다수의 입사 광빔으로부터 분할된 상기 부분 광빔을 y-방향과 관련해서 조명 평면(65) 내에 놓인 조명 라인(14)으로서 공간적으로 중첩시키도록 설계된 빔 형성 장치(34), 및
    상기 다수의 입사 광빔으로부터 분할된 상기 부분 광빔(46)의 빔 경로에 배치되며 상기 다수의 광학 빔 변환 장치(32) 후방에 배치되어 상기 다수의 제 1 장치(32a)의 상기 제 1 빔 변환 요소들(40)이 상기 조명 평면(65) 내에 놓인 이미지 평면(61)에서 광학적으로 이미징되도록 설계되고 배치된 광학 이미징 장치(36)를 포함하는, 광학 시스템(30, 80).
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 광학 시스템으로 반도체 재료 층을 처리하기 위한 시스템으로서,
    반도체 재료 층(12)이 제공된 캐리어(10)를 포함하고,
    상기 시스템은 상기 광학 시스템의 조명 라인(14)이 상기 반도체 재료 층(12)에 제공되도록 설계되고 배치되는, 시스템.
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