TWI465775B - 照明系統 - Google Patents

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TWI465775B
TWI465775B TW097117481A TW97117481A TWI465775B TW I465775 B TWI465775 B TW I465775B TW 097117481 A TW097117481 A TW 097117481A TW 97117481 A TW97117481 A TW 97117481A TW I465775 B TWI465775 B TW I465775B
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Description

照明系統
本揭示大致有關照明系統及相關組件及方法。
已知可從光束產生照明線的照明系統。
本揭示大致有關照明系統及相關組件及方法。
若干實施例中，一照明系統可產生具有改良均勻性之視場平面中的照明線(如沿著該照明線長軸方向的改良均勻度)。
視場平面係為引導該照明線於上的平面。例如，該視場平面可為聚焦該照明線於上的基板表面位置。
特定實施例中，一照明系統可為部分雷射退火系統。該實施例中，可使用該照明線退火大型基板(如這些基板表面)。
若干實施例中，一照明系統可為部分掃描系統。該實施例中，可掃描該照明線於一基板表面上。
特定實施例中，一照明系統可包含一濾器單元。該濾器單元可增強該照明線的輪廓清晰度及/或均勻度。可設計該濾器單元忽略熱效應，及/或與特定已知系統相較下，可顯著降低光學元件及/或裝配座變形(deformation)及/或破壞的風險。
若干實施例中，一照明系統(如包含一濾器單元)可為部分可退火大型基板(如這些基板表面)的雷射退火系統。
一特徵中，該揭示特徵係為包含一光學裝置及一濾器單元的一照明系統。該光學裝置可從一輸入光束產生一照明線，其中該照明線具有一視場平面中的一長軸及一短軸。該光學裝置包含成像及/或均質化光學元件，係配置使得於使用期間，該光學裝置於該照明線長軸及短軸方向個別地成像及/或均質化該輸入光束。該濾器單元可於長軸方向修正空間均勻性。該濾器單元與該照明線的該視場平面相距很遠，或與關於該照明線短軸方向而與視場平面光學共軛的一平面相距很遠。
若干實施例中，該系統係配置使得於使用期間，該照明線的一尺寸比(aspect ratio)超過10。
特定實施例中，該系統係被配置使得於使用期間，該濾器單元位於關於該照明線短軸方向的光瞳面。例如，該系統係被配置使得於使用期間，該濾器單元位於一平面中，於其中該輸入光束在該照明線短軸方向中的擴展(expansion)係大於該照明線於其視場平面中(或於最接近該濾器單元而與該視場平面光學共軛的一平面中)在該照明線短軸方向中的擴展的五倍(例如大於十倍)。若干實施例中，考慮若干微米的典型光束寬度，若該濾器放置於短軸方向光束擴展大於750微米的一距離，則可主要排除場相關效應。
若干實施例中，該濾器單元放置於關於該短軸方向的一光瞳平面中。通常，該視場平面的富利葉平面被稱為光瞳平面。本例中，”光瞳平面”措詞不應僅涵蓋該富利葉平 面，而亦涵蓋假設可忽略視場相依效應之該富利葉平面及該視場平面之間的該平面。
若干實施例中，該系統係被配置使得於使用期間，該濾器單元位於關於該照明線短軸方向的富利葉平面中。
特定實施例中，該系統係被配置使得於使用期間，該濾器單元位於或接近該照明線之視場平面，或者位於或接近視場平面關於該照明線長軸方向的一光學共軛平面。
若干實施例中，該濾器單元包含可至少局部縮減光束傳輸的一傳輸縮減元件(transmission reducing element)。例如，該傳輸縮減元件可包含一光束吸收元件，一光束反射元件，及/或一折射光束偏移元件(refractive beam deflecting element)。
特定實施例中，該系統係被配置使得於使用期間，該濾器單元包含彼此鄰接安置於該照明線長軸方向的複數個濾器片段。例如，該系統可被配置使得於使用期間，各該濾器片段安置於該照明線短軸方向，位於其離開光束路徑的一位置及其在跨越該光束橫斷面的完整路徑的一部分(如小於20%，小於10%，小於5%，小於2%)上延伸的一位置之間任何處。
若干實施例中，該濾器單元包含一偏移元件，係配置使得於使用期間，該偏移元件將該輸入光束非預期部分直接或間接偏移至一光截止器(light dump)，而該偏移元件包含一反射光束偏移元件或一折射光束偏移元件。例如，該偏移元件可包含具有至少一楔形物的一折射光束偏移元 件，及/或包含至少一筒形透鏡的一折射光束偏移元件。
例如，該系統可為雷射退火裝置及/或掃描系統。
另一特徵中，本發明特徵係為包含一光學裝置及一濾器單元的一照明系統。該光學裝置可從一輸入光束產生一照明線，其中該照明線具有一視場平面中的一長軸及一短軸。該光學裝置包含成像及/或均質化光學元件，被配置使得於使用期間，該光學裝置於該照明線長軸及短軸方向個別地成像及/或均質化該輸入光束。該濾器單元可於該照明線長軸方向修正空間均勻性。該濾器單元包含一折射光束偏移元件，可將該輸入光束非預期部分直接或間接偏移至一光束截止器(beam dump)。
若干實施例中，該系統係被配置使得於使用期間，該照明線的一尺寸比超過10(例如超過50，超過1000，超過30000)。
特定實施例中，該折射光束偏移元件包含至少一楔形物。例如，該折射光束偏移元件包含至少一筒形透鏡。
若干實施例中，該系統包含一聚焦筒形透鏡元件，在使用期間，該聚焦筒形透鏡單元被安置於該折射光束偏移光學元件後的光學路徑中。
例如，該系統可為雷射退火裝置及/或掃描系統。
若干實施例中，該系統係為短軸方向相對基板掃描該照明線的掃描系統。因此，該照明線可於短軸方向運行於該基板上及/或於短軸方向移動該基板，使該基板其他者之後接續一部份暴露至該照明線。
理論例中，該濾器單元係精確地位於關於短軸方向的富利葉平面中。過濾此平面中之光束，對視場平面或其共軛平面中的光束大小並無影響，僅對此平面中的強度輪廓(intensity profile)有影響。
通常，濾器單元關於其他方向(也就是長軸方向)的位置，對於關於短軸方向之(中間)視場平面中的照明線光束輪廓並無顯著效應。若干實施例中，該濾器單元係位於或接近視場平面或者位於或接近其關於長軸方向的光學共軛平面。接著可使用該濾器做長軸方向的均勻修正。
該濾器單元可為如反射截止器(reflecting stop)的一光束反射元件。再者，該濾器單元可為一吸收器。然而，特定實施例中，該濾器單元包含光束折射偏移元件型式的一傳輸縮減元件。也就是說，除了反射或吸收進入的光束，可經由一光學折射元件將該進入光束折射及偏移於另一方向。
若干實施例中，該濾器單元包含複數個並列及/或彼此鄰接安置的濾器片段。該濾器片段可為安置的指狀物。該指狀物如可彼此相對安置於一組或兩組中。沿延伸光束方向安置各組。可於與該延伸光束方向垂直的一方向局部固定(如第一次裝設該濾器單元)或獨立移動該指狀物。
該濾器片段係被放置於其離開光束路徑的一位置及其在跨越該光束橫斷面的完整路徑的一部分上延伸的一位置之間任何處。可浸深入光束來修正預期不均勻性。
若干實施例中，各該濾器片段係被放置於其離開光束 路徑的一位置及其在跨越該光束橫斷面的完整路徑的15%以下延伸的一位置之間任何處。因為如蠅眼均質器或杆柱的已知均質器可良好執行該值以上的不均勻性修正，所以15%可為一上限。
特定實施例中，各該濾器片段係被放置於其離開光束路徑的一位置及其在跨越該光束橫斷面的完整路徑的10%以下延伸的一位置之間任何處。通常最大10%沉浸深度已足夠。
若干實施例中，各該濾器片段係被放置於其離開光束路徑的一位置及其在跨越該光束橫斷面的完整路徑的5%以下延伸的一位置之間任何處。
若干實施例中，當各該濾器片段係被放置於其離開光束路徑的一位置及其在跨越該光束橫斷面的完整路徑的2%以下延伸的一位置之間任何處時，不再可偵測到濾器相依像差(filter dependent aberration)。
特定實施例中，該濾器單元包含一折射光束偏移元件，可將該輸入光束非預期部分直接或間接偏移至一光束截止器。針對低功率系統，此如粘著至硬背板之一片黑絨絲般簡單，但通常必須小心設計較高功率光束截止器，以避免後反射，過熱或過吵。使用受控著色鹽(如銅(II)硫酸鹽)量適當吸收該光束來製造極高功率光束截止器。水係經由一端具有一窗的一長管循環，且使用一熱交換器來冷凝。
折射光束偏移元件可包含分別並列或彼此鄰接安置的一或複數楔形物。楔形物係為相當簡單光學元件，因此可 以低價製造。
折射光束偏移元件可(可替代)包含分別並列或彼此鄰接安置的一或複數個筒形透鏡。該解決方案較昂貴，但另一方面包含可簡化過濾光束至光束截止器之方向的光束聚焦功能。
該濾器單元另外包含一視場定義元件(field definition element)，輸入光束之被偏移非預期部分被引導至此視場定義元件，其可進一步引導該輸入光束之被偏移非預期部分至該光束截止器。
該視場定義元件可以非常簡單配置包含一柱或一棱鏡。除此之外，亦可使用一吸收器或一鏡。
再者，該濾器單元可包含一聚焦筒形透鏡元件，安置於該折射光束偏移光學元件後面的光束路徑中，以聚焦該輸入光束之被偏移非預期部分。係需若干系統配置中的光束聚焦筒形元件，為了於非常窄空間引導該過濾光束至該光束截止器。
若干實施例中，該系統配置可降低光束傳遞單元或均質器的熱效應或一般而言該系統中的熱效應。可使用此濾器單元(如刀刃(blade))裁修光瞳面或接近視場平面中的光束。若於預定方向在光瞳面中裁修，則可裁修部分光束而不引進視場相依效應。
若接近視場平面(以上述觀念)裁修，則可達成以複數個折射光束偏移元件進行均勻修正。
通常，該折射光束偏移元件僅用來偏移光束而不阻擋 它。該系統另一位置處，一光束分離元件可引導光束進入光束截止器。該配置優點係應裁修能量之平面處並無加熱。可放置若干光束偏移折射元件於該系統不同平面處。光束截止器處永遠消除該(剩餘)能量。
該折射光束偏移元件可包含並列及彼此鄰接安置於長軸方向的一楔形物或複數楔個形物。另外或可替代地，該折射光束偏移元件可包含並列及彼此鄰接安置於長軸方向的一筒形透鏡或複數個筒形透鏡。
該濾器單元可與一視場定義元件合作，輸入光束之被偏移非預期部分被引導至此視場定義元件，且此視場定義元件可進一步引導該輸入光束之被偏移非預期部分至該光束截止器。該視場定義元件可包含一柱或一棱鏡。
再者，該濾器單元可包含一聚焦筒形透鏡元件，安置於該折射光束偏移光學元件後面的光束路徑中，以聚焦該輸入光束之被偏移非預期部分。
例如，該系統可於退火大型基板，基板之雷射感應結晶領域，平板顯示器(如有機發光二極體(OLED)顯示器，薄膜電晶體顯示器製程)領域，及太陽能電池技術(如多晶薄膜太陽能電池處理技術)中使用。
藉由圖示顯示實施例來說明本揭示。雖然圖示中的實施例係以透鏡或折射光學元件為基礎，但亦可使用反射折射或鏡裝置。
通常，該實施例係為用於申請案引言部分中說明之雷 射退火大型基板的變形光學裝置(anamorphic optical arrangements)。變形影像(anamorphic image)係為彼此位於直角角度之兩區段(方向)不同之成像比例(imaging scale)或影像尺寸的光學影像。例如，兩相互垂直區段可分別位於延長照明線的長及短軸方向。也就是說，提供輸入光束(如雷射光束)在這兩相互垂直方向上的均質化與影像的變形分離(anamorphic separation)。
第1及2圖說明包含如準分子雷射，固態雷射或類似之一光源(無圖示)的一系統。該光源發出以下名為輸入光束I的光束(如脈衝傳送光束)。若如使用準分子雷射作為光源，則輸入光束I的大小可為20公厘×15公厘。例如，該輸入光束波長可為351奈米。
此雷射光束I經由以下明定的光學元件處理產生照明線B(第1及2圖中的右手部分)。
大體上，依據第1及2圖的光學系統，在某種含義上係為彼此垂直之不同軸中的輸入光束I大部分獨立處理的變形系統(anamorphic system)。此主要藉由使用僅於一方向光學主動的筒形光學元件，藉此不同軸的該筒形光學元件係彼此橫向或垂直安置。因為照明線B於一方向的擴張超過其他方向數倍，所以第一者被稱為長軸方向A1 ，而後者被稱為短軸方向As 。照明線B大致為短軸方向As 如5至10微米及長軸方向如500至1000奈米或更多擴張的一線性線。
Z方向中傳遞的輸入光束I首先通過均質化短及長軸 方向As ，A1 之輸入光束I的一均質器。長軸方向A1 之均質器5係由兩筒形透鏡陣列1，2及一筒形聚光透鏡3建造。筒形透鏡陣列1，2包含彼此鄰接安置的複數筒形透鏡1a，1b，1c，2a，2b，2c。本例中，顯示各筒形透鏡陣列1，2的三個筒形透鏡1a，1b，1c，2a，2b，2c。通常，各筒形透鏡陣列1，2可包含如具有2公厘直徑及30公厘長度的十個別鏡1a，1b，1c，2a，2b，2c。筒形聚光透鏡3可具有筒形透鏡陣列1，2擴張若干倍大小。
筒形透鏡1a，1b，1c，2a，2b，2c及筒形聚光透鏡3於x方向彎曲，所以僅於x方向光學主動。第一筒形透鏡陣列1之筒形視場透鏡1a，1b，1c及第二筒形透鏡陣列2之筒形視場透鏡2a，2b，2c，係安置於對應各形成一光通道之個別筒形視場/光瞳透鏡1a，1b，1c，2a，2b，2c的聚焦長度f1,2 (可為微米)的一距離。聚光透鏡3可將各光通道成像至視場平面X3，其中可安置覆蓋如薄非晶矽層的一基板，一玻璃板。陣列1，2的角分布係被轉換至基板平面X3中的視場分布。該視場大小(如照明線B大小)係視透鏡3的聚焦長度f3 (可為2000公厘)及陣列1，2的最大角(約為11度)而定。除了上述均質器5之外，亦可使用如DE 42 20 705 A1，DE 38 29 728 A1，DE 38 41 045 A1，JP 201156016 A1或US 2006/0209310 A1中說明的任何其他均質器。
不論亦可使用來均質化y方向中之輸入光束I的類似均質化概念為何，第1及2圖顯示之第一實施例係以短軸As 的另一可能均質化方案，亦即US 2006/0209310 A1中說 明俗稱的刨切透鏡概念為基礎。第1及2圖顯示例中，一分段(刨切)筒形透鏡4係安置於兩筒形透鏡陣列1，2之間。具有y方向曲率的筒形透鏡4，係包含複數個別透鏡片段4a，4b，4c。本例中，筒形透鏡片段4a，4b，4c數量係與個別筒形視場透鏡1a，1b，1c及筒形光瞳透鏡2a，2b，2c相符。
長軸方向A1 的筒形透鏡片段4a，4b，4c大小，係等於各透鏡陣列1，2之筒形透鏡1a，1b，1c，2a，2b，2c其中之一的大小。因此，x方向中的各筒形透鏡片段4a，4b，4c，係安置於對應第1圖最佳顯示的一對筒形視場/光瞳透鏡1a，1b，1c，2a，2b，2c的一光通道。如第2圖最佳顯示，具短軸方向As 曲率的各筒形透鏡片段4a，4b，4c係獨立放置(如機械性可移動)於短軸方向As 。短軸方向As 中的主光束13係視相對位移量做偏移。
聚光透鏡6的聚焦平面Y2中，子光束L1 ，L2 ，L3 的寬度(短軸方向As )係視短軸方向As 中其發散而定。假設典型光束發散為300μrad，則各子光束L1 ，L2 ，L3 的寬度為150微米。因為這些子光束L1 ，L2 ，L3 若干彼此重疊放置，所以可如US 2006/0209310 A1中詳述般產生均質化光束L。
視場定義元件7可放置於短軸方向As 中聚焦光束L的位置Y2。第2圖亦顯示此可能性。安置於視場定義元件7後之光學路徑係將視場定義元件7成像於基板的平面Y3上。第2圖顯示的投射光學元件5係為僅於短軸方向As 成像的一投影筒形透鏡8。除了投影筒形透鏡8，亦可使用筒 形鏡。第6圖虛線所示之視場定義元件7正面之短軸方向As 的光束輪廓，係被成像入具有如第7圖顯示之虛線光束輪廓的視場平面Y3。目前，使用M=1/3的縮減比例。為了比較，亦將無濾器9之光學系統的個別光束輪廓繪成直線。
已發現基板上的照明線B強度，係視若干邊緣情況而於長軸方向A1 中改變。針對若干製程，不可容許該變異。依據本揭示，提供修正該長軸方向不均勻強度的不均勻修正裝置。該強度不均勻修正裝置包含可阻擋短軸方向As 中之部份均質化光束L的濾器9。濾器9包含彼此鄰接安置且可沿著長軸方向A1 (至少部分)阻擋短軸方向As 中之光束L不同擴張量的複數濾器片段9a，9b，9c，9d，9e。第3圖顯示包含各具有矩形之五個濾器片段9a，9b，9c，9d，9e的強度不均勻修正裝置(濾器9)。該五個濾器片段9a，9b，9c，9d，9e係沿著長軸方向A1 並列及彼此鄰接安置。各濾器片段9a，9b，9c，9d，9e可(固定或可移動)放置於離開光路徑或跨越光束橫斷面延伸完整路徑的一位置之間任何處。或也就是說，各濾器片段9a，9b，9c，9d，9e浸入光束L輪廓不同深度，因而延著長軸方向A1 切開光束L外形不同部分。因此，可放置各濾器片段9a，9b，9c，9d，9e達成最佳傳送輪廓。
針對長軸方向中光束L不均勻修正，濾器9係被引進於基板(視場)平面X3,Y3上之照明線B外輪廓(本質上)不受影響，而僅沿著長軸方向A1 之強度輪廓受影響的一平面中。因此，具有濾器片段9a，9b，9c，9d，9e的濾器9不 可放置於短軸方向As 之基板平面Y3，或如(中間)視場平面Y2的成對平面。濾器9或濾器片段9a，9b，9c，9d，9e分別僅放置於距短軸方向As 之視場平面Y3，或短軸方向As 之成對平面Y2，亦即光瞳平面遙遠的一平面中，其中視場或基板平面Y3中之照明線B的局部分布係被轉換為角分布α；也就是說：距視場平面Y3，或其成對平面Y2遙遠，係可忽略視場相依效應的一平面。本例中，與(中間)視場平面的距離係為若干微米。理論例中，濾器9係放置於富利葉平面相對短軸方向As 中之視場平面Y3或其成對平面Y2中。此例中，富利葉平面係位於參考符號Y4及Y5標示位置之間的區域z0，z1。
第1及2圖說明的系統中，濾器9(或分別濾器片段9a，9b，9c，9d，9e最佳位置，係位於參考數字z1識別之該區域標示短軸方向As 的筒形聚焦透鏡6正面。例如，第1及2圖顯示短軸方向As 安置相當接近筒形聚焦透鏡6的第3圖濾器9。
長軸方向A1 之濾器片段9a，9b，9c，9d，9e數量可決定均勻控制有效性。該數量愈大，該修正愈佳。原則上，修正步驟等於濾器片段9a，9b，9c，9d，9e數量。濾器片段9a，9b，9c，9d，9e之平面X1,Y1處的子孔徑x1 ，y1 ，係為用於從陣列1，2方向之面板平面X3,Y3處的一單視場點追蹤的所有可能射線束，位於此平面X1,Y1處的橫斷面。若包含長軸方向A1 之濾器片段9a，9b，9c，9d，9e的濾器9尺寸小於此平面X1,Y1處的子孔徑x1 ，則修正步 驟數量小於濾器片段9a，9b，9c，9d，9e數量。
第1及2圖顯示例中，子孔徑x1 大小可與長軸方向x中的濾器9尺寸相較。該圖示僅顯示五個濾器片段9a，9b，9c，9d，9e。為了擁有擴大修正可能性，此數量應介於10至100或甚至更大範圍。濾器片段9a，9b，9c，9d，9e不可延伸跨越該光束橫斷面完整路徑，而僅小於跨越該光束橫斷面10%完整路徑，以不顯著縮減基板平面X3,Y3中之照明線B的聚焦深度。
彼此及特別針對撞擊濾器9之均質化光束L調整濾器片段9a，9b，9c，9d，9e，係可達成參考以下第4及5圖說明沿著長軸方向A1 均質化強度輪廓。第4圖顯示用於比較不使用依據第3圖的任何濾器(直線)及使用濾器9(虛線)，作為短軸方向As 中之中間視場平面的位置X2-X2處之光學照明系統所製造長軸方向中的照明線L強度分佈切穿圖。第5圖顯示不使用依據第3圖的任何濾器(直線)及使用依據第3圖的濾器9(虛線)，作為長及短軸方向中之視場平面的位置X3-X3處之光學照明系統所製造長軸方向A1 中的照明線B強度分佈切穿圖。
若聚焦透鏡6正面位置處的子孔徑x1 過大或因其他原因而需不同位置，則濾器9亦可於短軸方向As 放置在聚焦透鏡6後面。第2圖參考數字z2，z3及z4標示個別區域。因排除視場相依效應主導及其他光學元件3，6，7，8已放置的位置，所以僅相當接近(中間)視場平面Y2，Y3的區域。各(中間)視場平面Y2，Y3的最小距離係位於上述裝置 最少500微米。
第8及9圖顯示依據與第1及2圖顯示不同點僅在於濾器9安置於區域z2，也就是短軸方向As 之筒形聚焦透鏡6後面的一光學系統。僅接近視場定義元件7或平板平面Y3的位置為短軸方向As 之(中間)視場平面。只要光束L橫斷面遠大於平面Y2，Y3處的光束L橫斷面，因濾器9之傳輸縮減係等於平面Y2，Y3中的所有短軸輪廓。以下短軸方向As 中之光瞳平面經驗法則可當作參考：若針對平面Y2及Y3之間的一平面，短軸方向As 中的光束L橫斷面大於平面Y3中的光束L橫斷面五倍，則此平面可被稱為光瞳平面。若針對聚焦筒形透鏡4界定之平面及視場定義光學元件7界定之平面Y2之間的一平面，短軸方向As 中的光束L橫斷面大於放置視場定義光學元件7之平面Y2中的光束L橫斷面五倍，則此平面可被稱為光瞳平面。平面Y2及Y3之間相同有效。為了成為真正的視場相依，大於十的一因子係具優勢。
第10圖顯示光學照明系統實施例區段的卡笛生座標系統yz平面橫斷面。該圖示說明可產生俗稱照明線短光束軸的光束路徑。如此光學照明系統本質上與第8及9圖分別顯示者相同。主要差異點係濾器機械結構，可區分原因係以參考數字19標示。第10圖顯示例中，濾器19位於第2圖示的區域z2中。
雖然第1，2，8及9圖所示濾器9於本例中可為如平面窗或鏡的吸光或光反射光學元件，但亦可使用裁修光束 L非預期部分的另一發明性概念。呈現具有至少一方向y，具有進入(雷射)光束L低集光率的光束L受控裁修解。除了使用吸收器，鍛坯葉片或鏡之外，亦可使用包含第11圖所示之複數折射光束偏移片段19a,...191結合聚焦筒形透鏡10的折射光束偏移元件19。折射光束偏移元件19可偏移y方向的光束L非預期部分。選擇偏移角β使該偏移光束L完全撞擊視場定義元件7。光束L於視場定義元件7位置處被引入光束截止器12。
折射光束偏移元件19可為被轉移方向為y軸的楔形物(如第10圖顯示)或筒形透鏡。此透鏡曲率應小的可避免反聚焦效應。目前視場定義光學元件7為具有正方形橫斷面的一柱。除了柱之外，亦可使用一棱鏡或一鏡。目前為了簡化，筒形透鏡10為一單片。該筒形透鏡亦可被分割為如楔形物19(楔形物片段19a,...191)。
為了完整，第12圖顯示不使用(直線)及使用(虛線)濾器19，平面X3中的照明線B強度輪廓。
第13圖顯示依據本揭示光學照明系統實施例區段的卡笛生座標系統yz平面橫斷面。該圖示說明可產生俗稱照明線短光束軸的光束路徑。如此光學照明系統本質上與第1及2圖分別顯示者相同。主要差異點係濾器機械結構，可區分原因係以參考數字19標示。第13圖顯示例中，濾器19位於第2圖示的區域z1中。
第13圖顯示濾器19包含可裁修短軸方向As 之光束L上及下部分的兩子濾器19’及19”，或換句話說，濾器19 包含彼此相對的兩組子濾器。本實施例中，各折射光束偏移元件19’，19”係為類似第10圖所示具有複數片段19a,19b,...19f的一楔形物。
與第10圖例的聚焦元件不同，使用聚焦筒形透鏡6。聚焦筒形透鏡6的聚焦平面係位於非常接近視場定義光學元件7。折射光束偏移元件19’及聚焦筒形透鏡6之間的主光束13偏移角β，係被轉換為柱7處的高度h =f 6 *tan(β)，其中f6 為光學元件6的聚焦長度。光束L撞擊且內部反射於元件7中。此後，光束L被光束截止器12吸收。聚焦長度f6 及高度h典型值係為f6 =500公厘，h=1公厘。
1‧‧‧第一筒形透鏡陣列
1a,1b,1c‧‧‧筒形視場透鏡
2‧‧‧第二筒形透鏡陣列
2a,2b,2c‧‧‧筒形光瞳透鏡
3‧‧‧聚光筒形透鏡
4‧‧‧分段筒形透鏡，短軸方向的均質器
4a,4b,4c‧‧‧筒形透鏡片段
5‧‧‧長軸方向的均質器
6‧‧‧短軸方向的筒形聚焦透鏡
7‧‧‧短軸方向的視場定義元件
8‧‧‧短軸方向的投影筒形透鏡
9‧‧‧濾器
9a,...9f‧‧‧濾器片段
12‧‧‧光束截止器
19、19a,...191‧‧‧折射光束偏移元件
13‧‧‧主光束
A1 ‧‧‧長軸方向
As ‧‧‧短軸方向
B‧‧‧照明線
I‧‧‧輸入光束
L‧‧‧均質化光束
L1 、L2 、L3 、19’、19”‧‧‧子濾器
X1、X2‧‧‧x軸之視場平面附近的平面
X3‧‧‧x軸之視場平面
X4‧‧‧x軸之富利葉平面
Y1、Y4‧‧‧y軸之光瞳平面
Y2、Y3‧‧‧y軸之視場平面
Y5‧‧‧y軸之富利葉平面
f1,2 ‧‧‧視場/光瞳透鏡的聚焦長度
f3 ‧‧‧聚光透鏡的聚焦長度
f6 ‧‧‧聚焦筒形透鏡元件的聚焦長度
h‧‧‧高度
x1 ‧‧‧X1處的子孔徑
x1a ‧‧‧X1a處的子孔徑
x1b ‧‧‧X1b處的子孔徑
z0、z1、z2、z3、z4‧‧‧濾器可能位置
α‧‧‧角度
β‧‧‧偏移角度
如藉由參考附圖進一步說明本揭示，其中：第1圖顯示依據本揭示可產生銳利照明線於一平板上的一光學照明系統實施例的卡笛生座標系統xz平面橫斷面；該圖示說明可產生俗稱照明線長光束軸的光束路徑；第2圖顯示第1圖之光學照明系統第一實施例的卡笛生座標系統yz平面橫斷面；該圖示說明可產生俗稱照明線短光束軸的光束路徑；第3圖係為沿著顯示依據本揭示之濾器的第1及第2圖的光學照明系統的X1-X1切面；第4圖係為不使用依據第3圖的任何濾器(直線)及使用依據第3圖的濾器(虛線)，位置X2-X2處之光學照明系統所製造長軸方向(短軸方向中的中間視場平面)中的照明線強度分佈切穿圖； 第5圖係為不使用依據第3圖的任何濾器(直線)及使用依據第3圖的濾器(虛線)，位置X3-X3處之光學照明系統所製造長軸方向(長及短軸方向中的視場平面，平板面)中的照明線強度分佈切穿圖；第6圖係為不使用依據第3圖的任何濾器(直線)及使用依據第3圖的濾器(虛線)，位置Y2-Y2處之光學照明系統所製造短軸方向(短軸方向中的中間視場平面)中的照明線強度分佈切穿圖；第7圖係為不使用依據第3圖的任何濾器(直線)及使用依據第3圖的濾器(虛線)，位置Y3-Y3處之光學照明系統所製造短軸方向(長及短軸方向中的視場平面，平板面)中的照明線強度分佈切穿圖；第8圖顯示依據本揭示可產生銳利照明線於一平板上的一光學照明系統實施例的卡笛生座標系統xz平面橫斷面；該圖示說明可產生俗稱照明線長光束軸的光束路徑；第9圖顯示依據第8圖之光學照明系統第二實施例的卡笛生座標系統yz平面橫斷面；該圖示說明可產生俗稱照明線短光束軸的光束路徑；第10圖顯示依據可產生銳利照明線於一平板上之本揭示光學照明系統第三實施例區段的卡笛生座標系統yz平面橫斷面；該圖示說明可產生俗稱照明線短光束軸的光束路徑；第11圖係為沿著顯示依據本揭示之濾器的第10圖的光學照明系統的X1b-X1b切面； 第12圖係為不使用依據第11圖的任何濾器(直線)及使用依據第11圖的濾器(虛線)，位置X3-X3處之光學照明系統所製造長軸方向(短軸方向中的視場平面)中的照明線強度分佈切穿圖；第13圖顯示依據可產生銳利照明線於一平板上之本揭示光學照明系統第四實施例區段的卡笛生座標系統xz平面橫斷面；該圖示說明可產生俗稱照明線長光束軸的光束路徑。
1‧‧‧第一筒形透鏡陣列
1a,1b,1c‧‧‧筒形視場透鏡
2‧‧‧第二筒形透鏡陣列
2a,2b,2c‧‧‧筒形光瞳透鏡
3‧‧‧聚光筒形透鏡
4‧‧‧分段筒形透鏡，短軸方向的均質器
4a,4b,4c‧‧‧筒形透鏡片段
5‧‧‧長軸方向的均質器
6‧‧‧短軸方向的筒形聚焦透鏡
7‧‧‧短軸方向的視場定義元件
8‧‧‧短軸方向的投影筒形透鏡
9‧‧‧濾器
9a,...9f‧‧‧濾器片段
A1 ‧‧‧長軸方向
B‧‧‧照明線
I‧‧‧輸入光束
L‧‧‧均質化光束
L1 、L2 、L3 ‧‧‧子濾器
X1、X2‧‧‧x軸之視場平面附近的平面
X3‧‧‧x軸之視場平面
X4‧‧‧x軸之富利葉平面
Y1、Y4‧‧‧y軸之光瞳平面
Y2、Y3‧‧‧y軸之視場平面
f1,2 ‧‧‧視場/光瞳透鏡的聚焦長度

Claims (21)

  1. 一種照明系統，用於一雷射退火裝置，包含：一光學裝置，可從一輸入光束產生一照明線，該照明線具有一視場平面中的一長軸及一短軸，該系統係配置使得於使用期間，該照明線的一尺寸比超過10，該光學裝置包含成像及/或均質化光學元件，係配置使得於使用期間，該光學裝置個別地成像及/或均質化在該照明線之該長軸及該短軸的方向中的該輸入光束；及一濾器單元，可修正該長軸之方向上的空間均勻性；其中該濾器單元與該照明線的該視場平面相距很遠，或與關於該照明線之該短軸之方向而和該視場平面光學共軛的一平面相距很遠。
  2. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其中該系統係配置使得於使用期間，該濾器單元位於關於該照明線之該短軸之方向的一光瞳面中。
  3. 如申請專利範圍第2項的照明系統，其中該系統係配置使得於使用期間，該濾器單元位於一平面中，於其中該輸入光束在該照明線之該短軸之方向中的擴展係大於該照明線於其該視場平面在該照明線之該短軸之方向中的擴展的五倍；或者，該濾器單元位於一平面中，於其中該輸入光束在該照明線之該短軸之方向中的擴展係大於該照明線於最接近該濾器單元而與該視 場平面光學共軛的一平面在該照明線之該短軸之方向中的擴展的五倍。
  4. 如申請專利範圍第2項的照明系統，其中該系統係配置使得於使用期間，該濾器單元位於一平面中，於其中該輸入光束在該照明線之該短軸之方向中的擴展係大於該照明線於其該視場平面在該照明線之該短軸之方向中的擴展的十倍；或者，該濾器單元位於一平面中，於其中該輸入光束在該照明線之該短軸之方向中的擴展係大於該照明線於最接近該濾器單元而與該視場平面光學共軛的一平面在該照明線之該短軸之方向中的擴展的五倍。
  5. 如申請專利範圍第2項的照明系統，其中該系統係配置使得於使用期間，該濾器單元位於關於該照明線之該短軸之方向的一富利葉平面中。
  6. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其中該系統係配置使得於使用期間，該濾器單元位於或接近該照明線的該視場平面，或者位於或接近該視場平面關於該照明線之該長軸之方向的一光學共軛平面。
  7. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其中該濾器單元包含一傳輸縮減元件，可至少局部縮減該光束的傳輸。
  8. 如申請專利範圍第7項的照明系統，其中該傳輸縮減元件包含一光束吸收元件。
  9. 如申請專利範圍第7項的照明系統，其中該傳輸縮減元件包含一光束反射元件。
  10. 如申請專利範圍第7項的照明系統，其中該傳輸縮減元件包含一折射光束偏移元件。
  11. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其中該系統係配置使得於使用期間，該濾器單元包含彼此鄰接安置於該照明線之該長軸的方向上的複數個濾器片段。
  12. 如申請專利範圍第11項的照明系統，其中該系統係安置使得於使用期間，各該濾器片段被放置於該照明線之該短軸的方向中，位於其離開該光束之路徑的一位置及其在跨越該光束之橫斷面的完整路徑的一部分上延伸的一位置之間任何處。
  13. 如申請專利範圍第11項的照明系統，其中該系統係安置使得各該濾器片段被放置於其離開該光束之路徑的一位置及其在跨越該光束之橫斷面的完整路徑的20%以下延伸的一位置之間任何處。
  14. 如申請專利範圍第11項的照明系統，其中該系統係安置使得各該濾器片段被放置於其離開該光束之路徑的一位置及其在跨越該光束之橫斷面的完整路徑的10%以下延伸的一位置之間任何處。
  15. 如申請專利範圍第11項的照明系統，其中該系統係安置使得各該濾器片段被放置於其離開該光束之路徑的一位置及其在跨越該光束之橫斷面的完整路徑的5%以下延伸的一位置之間任何處。
  16. 如申請專利範圍第11項的照明系統，其中該系統係安置使得各該濾器片段被放置於其離開該光束之路徑的一位置及其在跨越該光束之橫斷面的完整路徑的2%以下延伸的一位置之間任何處。
  17. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其中該濾器單元包含一偏移元件，係配置使得於使用期間，該偏移元件可將該輸入光束之非預期部分直接或間接偏移至一光截止器，而該偏移元件包含一反射光束偏移元件或一折射光束偏移元件。
  18. 如申請專利範圍第17項的照明系統，其中該偏移元件包含具有至少一楔形物的一折射光束偏移元件。
  19. 如申請專利範圍第17項的照明系統，其中該偏移元件包含具有至少一筒形透鏡的一折射光束偏移元件。
  20. 一種雷射退火裝置，包含：如申請專利範圍第1至19項之任一項所述的照明系統。
  21. 一種掃描系統，包含：如申請專利範圍第1至19項之任一項所述的照明系統。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5438448B2 (ja) * 2009-09-24 2014-03-12 大日本スクリーン製造株式会社 空間変調光生成装置および画像記録装置
US8014427B1 (en) * 2010-05-11 2011-09-06 Ultratech, Inc. Line imaging systems and methods for laser annealing
US8569187B2 (en) * 2011-06-24 2013-10-29 Applied Materials, Inc. Thermal processing apparatus
CN105158913B (zh) 2013-05-13 2019-06-21 深圳光峰科技股份有限公司 激光光源、波长转换光源、合光光源及投影系统
DE102015002537B4 (de) * 2015-02-27 2017-11-09 Innovavent Gmbh Optisches System und optisches Verfahren zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung sowie Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten
DE102016006960B4 (de) * 2016-06-08 2019-05-02 Innovavent Gmbh Optisches System zum Beseitigen von Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung von Laserstrahlung, Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten mit einem optischen System und optisches Verfahren
DE102016117967B4 (de) * 2016-09-23 2024-09-12 Carl Zeiss Jena Gmbh Leuchteinrichtung für ein Fahrzeug
KR101892045B1 (ko) 2016-11-17 2018-08-24 엘지전자 주식회사 차량용 램프
KR101891601B1 (ko) 2016-11-17 2018-08-24 엘지전자 주식회사 차량용 램프
CN110936014A (zh) * 2019-12-30 2020-03-31 苏州迅镭激光科技有限公司 一种可实现大幅面扫描焊接的光学系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6877859B2 (en) * 2003-03-20 2005-04-12 Eastman Kodak Company Projection apparatus using telecentric optics
US6943086B2 (en) * 2001-10-10 2005-09-13 Hitachi, Ltd. Laser annealing apparatus, TFT device and annealing method of the same
US20070019856A1 (en) * 2003-01-15 2007-01-25 Negevtech Ltd.. System for detection of wafer defects

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6057818A (ja) * 1983-09-09 1985-04-03 Ricoh Co Ltd レ−ザ−光用ビ−ムエクスパンダ
US20020014533A1 (en) * 1995-12-18 2002-02-07 Xiaxun Zhu Automated object dimensioning system employing contour tracing, vertice detection, and forner point detection and reduction methods on 2-d range data maps
JP3301054B2 (ja) * 1996-02-13 2002-07-15 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザー照射装置及びレーザー照射方法
US6404499B1 (en) * 1998-04-21 2002-06-11 Asml Netherlands B.V. Lithography apparatus with filters for optimizing uniformity of an image
JP4663047B2 (ja) * 1998-07-13 2011-03-30 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザー照射装置及び半導体装置の作製方法
FR2796167A1 (fr) * 1999-07-06 2001-01-12 Thomson Csf Systeme optique de conversion d'un front d'onde equi-energie en front d'onde d'energie variable
GB9922576D0 (en) * 1999-09-24 1999-11-24 Koninkl Philips Electronics Nv Laser system
EP1728271B1 (en) * 2004-03-26 2016-06-08 Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. Laser irradiation method and laser irradiation apparatus
JP2008524662A (ja) * 2004-12-22 2008-07-10 カール・ツアイス・レーザー・オプティクス・ゲーエムベーハー 線ビームを生成するための光学照射系
US7253376B2 (en) * 2005-01-21 2007-08-07 Ultratech, Inc. Methods and apparatus for truncating an image formed with coherent radiation
TW200736660A (en) * 2005-10-28 2007-10-01 Zeiss Carl Laser Optics Gmbh Beam separating optical element

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6943086B2 (en) * 2001-10-10 2005-09-13 Hitachi, Ltd. Laser annealing apparatus, TFT device and annealing method of the same
US20070019856A1 (en) * 2003-01-15 2007-01-25 Negevtech Ltd.. System for detection of wafer defects
US6877859B2 (en) * 2003-03-20 2005-04-12 Eastman Kodak Company Projection apparatus using telecentric optics

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