WO2007122060A1 - Anordnung zum herstellen einer randscharfen beleuchtungslinie sowie anordnung zum erhöhen der asymmetrie des strahlparameterprodukts - Google Patents

Anordnung zum herstellen einer randscharfen beleuchtungslinie sowie anordnung zum erhöhen der asymmetrie des strahlparameterprodukts Download PDF

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WO2007122060A1 PCT/EP2007/053029 EP2007053029W WO2007122060A1 WO 2007122060 A1 WO2007122060 A1 WO 2007122060A1 EP 2007053029 W EP2007053029 W EP 2007053029W WO 2007122060 A1 WO2007122060 A1 WO 2007122060A1
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Holger Muenz
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Carl Zeiss Laser Optics Gmbh
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for producing a sharp-edge illumination line from an incidence beam propagating in a direction of propagation according to the preamble of claims 1 and 10 and to an arrangement for increasing the asymmetry of the beam parameter product of an incident beam according to the preamble of patent claim 14.
  • Polysilicon layers can be produced reproducibly by passing a homogenized laser beam of high laser power in the ultraviolet spectral range, formed on a line of illumination, over a substrate coated with amorphous silicon (a-Si).
  • the laser beam is absorbed on the surface of the generally only 50 to 70 nm thin a-Si layer without heating the substrate and thus damaging it.
  • the a-Si layer is melted and solidifies during cooling to the desired polycrystalline silicon (p-Si).
  • This polycrystalline silicon is called "low temperature poly-silicon" or LTPS for short because of the manufacturing method used in Anglo-Saxon language.
  • the laser beam is usually generated by a preferably pulsed at about 300 Hz operated excimer laser.
  • the illumination line of the laser beam has, depending on the specific manufacturing method lengths of typically several hundred millimeters and widths of usually 5 .mu.m to 1 mm.
  • TDX TMn Beam Directional X'talization
  • the beam width is only a few multiples of the diffraction-limited beamwidth at the respective numerical aperture of the system, which is limited upwards for reasons of depth of focus.
  • the beam parameter product of the beam produced by the commonly used excimer laser ie, the product of steel diameter and divergence, which might also be referred to as "focusability"
  • focusability is not arbitrarily small in practice and is many times (generally 3 to 3) Focusing on the diffraction-limited beam size, together with the requirement for good homogeneity of the beam, this leads to a high proportion of unused energy, which is removed from the beam in an intermediate image plane.
  • Illumination of a gap generated is imaged by means of a cylindrical lens optics on the lighting level.
  • a lighting line with a width of typically 0.05 mm to 1 mm is obtained.
  • an elongated, i. long and short axis optical beam e.g. a laser beam, such as can be used, for example, to crystallize amorphous silicon.
  • a laser beam such as can be used, for example, to crystallize amorphous silicon.
  • Such an elongated beam must be relatively sharp in the direction of its short axis, in which its extent is preferably only a few microns, while the edge sharpness in the long axis direction with dimensions of over half a meter is comparatively arbitrary.
  • a reduction of the beam parameter product (or divergence at constant beam size) of the laser i. an increase in coherence is possible in the short axis of the beam, because in the other axis of the beam, the divergence / incoherence may be increased simultaneously. The latter is even desirable because it improves the homogeneity of the beam.
  • the invention is based on an arrangement for producing a sharp-edge illumination line from an incident beam propagating in a propagation direction.
  • the incident beam which may originate, for example, from an excimer laser, which electromagnetic radiation preferably in emitted ultraviolet spectral region, has perpendicular to the propagation direction a spatial extent in a first direction and a spatial extent in a direction perpendicular to both the propagation direction of the incident beam and to the first direction second direction.
  • the illumination line generated from this incident beam by means of corresponding homogenization and beam shaping optics has, in a corresponding manner, a spatial extent in one direction and a spatial extent in a further perpendicular direction.
  • Homogenizing optics of the kind required for this purpose are e.g. in EP 0 232 037 Al, JP 07227993 A, EP 0 100 242 A2, DE 42 20 705 Al, US 5,414,559, DE 38 29 728 Al, DE 38 41 045 Al, US 6,281,967 Bl or DE 195 20 187 Al described.
  • the extension of the illumination line in the further direction is at least 30,000 times greater than the extension in one direction for the purpose described above.
  • the illumination line in the direction of its short axis is only a few micrometers wide (beam widths of 4 to 10 .mu.m at half maximum intensity are desired) and in the direction of its long axis over 300 mm, preferably more than 700 mm long.
  • an arrangement for transforming the incident beam is provided according to the invention.
  • This arrangement comprises a beam subdivision device to the
  • the arrangement for transforming the incident beam bundle comprises a sorting device for at least two of the partial beam bundles to be sorted such that the rearranged sub-beam bundles with their respective spatial extent in the first direction are arranged side by side or at least partially overlapping.
  • the beam cross section can be kept unchanged. With a constant beam cross-section, this results in a reduction of the divergence for the short axis by a factor which corresponds to the number of partial beam bundles, the divergence being limited by the diffraction downwards. In the long axis, the divergence increases by the same factor.
  • the incident beam has a beam parameter product in the second direction and an equal or smaller beam parameter product in the first direction.
  • the beam parameter product in the first direction is then further reduced by the inventive arrangement, while it is further increased in the second direction and contributes to the homogenization of the beam, as already mentioned above.
  • Incident beam perpendicular to the propagation direction has a spatial extent in a first direction and a spatial extent in a direction perpendicular to the propagation direction and a direction perpendicular to the first direction second direction and wherein the incident beam is a beam parameter product in the second direction and an equal or smaller beam parameter product in Having the first direction, it can be used in accordance with the invention embodiment quite generally for increasing the asymmetry of the Strahlparameter pasmeter.
  • an arrangement for transforming the incident beam is provided according to the invention, which is a
  • the beam-down device is provided to couple the incident beam in the first direction into at least two sub-beams in such a way subdivide that each sub-beam has a reduced spatial extent in the first direction and a spatial extent in the second direction according to the division.
  • the re-sorting device is designed to re-sort at least two of the sub-beam bundles in such a way that the re-sorted sub-beam bundles are arranged with their respective spatial dimensions in the first direction next to one another or at least partially overlapping.
  • a beam-shaping device is provided in order to transform the spatial extent of the partial beam bundles in the second direction into the spatial extent of the illumination line in the further direction.
  • the expansions of the sub-beams in the second (possibly undivided) direction are used to form the spatial extent of the illumination line in the further direction (the long axis).
  • one or optionally a plurality of homogenizing optics in particular of the type described above, can be used. It can also be a simple Strahlaufweiter. It is also possible, in particular, for the re-sorting device itself to undertake this task.
  • a beam-shaping device in order to transform the spatial extent of the partial beam bundles in the first direction into the spatial extent of the illumination line in one direction.
  • the extents of the sub-beams in the first (divided) direction are used to form the spatial extent of the illumination line in the one direction (the short axis direction). It also generally does not matter whether in the transformation (subdivision and resorting) or in subsequent mappings one (or more) mirroring (s) around a (imaginary) mirror axis aligned in the first direction and / or one in the second Direction aligned (imaginary) mirror axis has taken place or not.
  • Suitable beam subassemblies or as constituents of beam subassemblies are prism elements, planar plate elements, lens elements or mirror elements which deflect one of the subbeam beams with respect to another of the subbeam beams. Specific embodiments are taken from the following figures and the associated description parts.
  • the re-sorting device can be designed in many different ways. It can, for example, comprise a rotation device for rotating at least one of the partial beam bundles by a predetermined angle of rotation.
  • a device which beam can rotate at an angle, preferably 90 °.
  • the device described there for which an Abbe-König prism is indicated by way of example, can be used to rearrange the (divided) partial beams.
  • a rotation about a different angle (and possibly an offset of the partial beams) for relative alignment according to the above definition is also possible in principle.
  • FIG. 13 of this document This consists of a multiple reflector element consisting of two prisms and a downstream microlens.
  • the two prisms have mirror surfaces which each have a 45 ° orientation with respect to the incident beam or the beam reflected at the first mirror surface.
  • the microlens is arranged in the beam path of the beam reflected twice. By a correspondingly different orientation of the reflective surfaces can also rotate around another Angle be accomplished.
  • This embodiment variant can also be used for resorting the (divided) partial beam of the arrangement according to the invention. It is easy to see that in the case where it does not depend on an unchanged side orientation of the sub-beam to each other, even on the ("mirroring the cylinder axis") micro lens can be dispensed with.
  • plane plate elements or mirror elements such as e.g. in WO 96/04584 A1 (and more particularly shown in Figures 8, 12, 13, 14 and 15).
  • the resorling device can also comprise a mirroring device for mirroring at least one of the partial beam bundles at a mirror axis extending at an angle to the first and the second direction.
  • a mirroring device for mirroring at least one of the partial beam bundles at a mirror axis extending at an angle to the first and the second direction.
  • the mirror axis may be perpendicular to the propagation direction and at an angle of 45 ° to the first and second directions.
  • another angular arrangement e.g. also 90 °, possible.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is based on a resorter.
  • the rescoring device of this embodiment variant comprises a first displacement device for spatially displacing at least one of the
  • Partial beam in the second direction with respect to another of the partial beam is thus arranged side by side with respect to their second (axial) direction.
  • the re-sorting device of this embodiment variant according to the invention may comprise a second displacement means for displacing at least one of the partial beam in the first direction, so that the partial beam substantially in alignment in the second direction, for example (partially or completely) overlapping, immediately adjacent or with some Distance adjacent to each other.
  • the first displacement device may, like the second displacement device, comprise at least one prism element or at least one plane plate element or at least one lens element or at least one mirror element.
  • a compression device may be provided to compress the subdivided and / or resorted sub-beam in the second direction, and possibly also a broadening device to the subdivided and / or resorted and / or compressed sub-beam in the to widen the first direction.
  • An arrangement for producing a lighting line or an arrangement for increasing the asymmetry of the beam parameter product of the type according to the invention described above is particularly suitable for use in a device for heating by means of laser radiation.
  • the arrangement for transforming the incident beam can be arranged directly at the exit of the laser beam from the laser, directly in front of the field plane of the laser beam, in which the substrate to be heated is arranged or at any other point in between in the beam path of the laser beam between exit and substrate surface.
  • the sub-beam are superimposed by the inventive arrangement such that the geometric extension of at least one edge of the illumination line in the first direction is diffraction-limited at least in the first section in which the geometric extension of the edge of the above-mentioned sub-beam is diffraction-limited.
  • the edge of at least one further flank of at least one further edge of the partial beam is preferably diffraction-limited at least in a second section and the partial beam bundles are superimposed in such a way that the flank of the illumination line opposite the one flank is diffraction-limited in the second section.
  • a diffraction-limited flank section of the illumination line is not only possible because the intensity of a sub-beam with a diffraction-limited flank determines the intensity of the illumination line at its edge, but it is also possible that the intensities of several sub-beams are superimposed with diffraction-limited edges.
  • a plurality of partial beam bundles having an at least (along the long axis) section-wise diffraction-limited edge in the first direction (short axial direction) can be superimposed on one another, forming an edge that is at least partially diffraction-limited.
  • the beam subdivision and superposition device preferably comprises a beam subdivision device and a resorter device of the type described in the introduction.
  • a laser such as an excimer laser, a gas laser or a solid-state laser
  • the laser used generates a laser beam with diffraction-limited geometric beam profile.
  • Suitable lasers are solid state lasers and gas lasers, in particular excimer lasers in the variants MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) or solid state seeded laser.
  • Figure 1 A first embodiment of an inventive arrangement for
  • FIG. 2 shows a cross section of an incident beam bundle subdivided into four partial beam bundles.
  • FIG. 3 shows a cross section of the beam according to FIG. 2 after the four partial beam bundles of a first one have not been interlaced.
  • FIG. 4 shows a cross section of the jet after a further displacement of the beam
  • Partial beam in such a way that the partial beam are now arranged side by side.
  • FIG. 5 shows a cross section of a beam widened in the y-direction according to FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a cross section of the beam compressed in the x-direction according to FIG. 5.
  • Figure 7 A first embodiment of a Strahlunterteil- and
  • Displacement device which may be part of an inventive arrangement of Figure 1.
  • FIG. 8 A side view of a beam subdivision and displacement device, which is suitable for transforming an incident beam having a square cross section into a steel having a cross section as shown in FIG.
  • Figure 9 The Strahlunterteil- and displacement device according to the figure 8 in plan view.
  • Figure 10 A Strahlunterteil- and displacement device in the form of a mirror assembly with 2 plane mirrors.
  • FIG. 11 A beam subdivision and displacement device which is suitable for converting an incident beam bundle having a square beam cross section into a beam having a cross section as shown in FIG.
  • Figure 12 A Strahlunterteil- and displacement device in the form of a plane-parallel
  • FIG. 13 shows a second exemplary embodiment of an arrangement according to the invention for increasing the asymmetry of the beam parameter product of an incident beam.
  • FIG. 14 A combined beam subdivision, displacement and compression device which is suitable for dividing a sub-beam from an incident beam, compressing it in one direction and spatially displacing it in this one direction with respect to the remaining sub-beam.
  • FIG. 15 shows a third exemplary embodiment of an arrangement according to the invention for increasing the asymmetry of the beam parameter product.
  • FIG. 16 shows a cross-section of a beam which has emerged from an incident beam bundle with a square cross-section by subdivision into four sub-beam bundles and their spatial offset.
  • FIG. 17 A cross-section of the beam according to FIG. 16, after the partial beam bundles have been rotated by an angle, so that now the partial beam bundles with their shorter sides are arranged next to one another.
  • FIG. 18 shows a cross-section of a beam which has emerged from an incident beam bundle with a square cross-section by subdivision into four sub-beam bundles and their spatial offset.
  • FIG. 19 shows a cross section of the beam according to FIG. 18 after the partial beam bundles have been rotated by an angle, the partial beam bundles now partially overlapping with their shorter sides.
  • FIG. 20 an arrangement for the laser crystallization of an amorphous silicon layer on a substrate.
  • FIG. 21 shows an intensity profile 51 along the short axis y of a line of illumination produced with the aid of the twisted cylindrical lens system described in WO 2006/066706 A2.
  • FIG. 22 shows a cross-section of the basic configuration of an anamorphic system for producing a narrow, homogeneous, short and long axis illumination line on a substrate 55 from an incident beam.
  • FIG. 23 shows an edge of an intensity profile of a lighting line in a short time
  • FIG. 24 shows an edge of an intensity profile of a lighting line in a short time
  • FIG. 25 Intensity profile of a lighting line formed from two identical partial beam bundles in a short axial direction according to the invention.
  • FIG. 26 intensity profile of a lighting line formed from ten identical partial beam bundles in a short axial direction according to the invention.
  • FIG. 27 top view of the illumination line of the exemplary embodiment according to FIG. 25, in which the partial beam bundles are displaced from one another by a certain amount in the long axial direction.
  • FIG. 28 A lighting line in plan view, which is composed of partial beam bundle profiles, which only partially diffraction-limited
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an arrangement 100 according to the invention for increasing the asymmetry of the beam parameter product of an incident beam bundle 2 propagating in the z-direction.
  • the arrangement 100 comprises a beam subdivision device 3, a resorter device 5 with a first displacement device 6 and a second displacement device 8, a beam expansion device 10 and a beam compression device 12.
  • the mode of operation of this device 100 will be described below with the aid of FIGS. 2 to 6.
  • the beam subdivision device 3 is supplied on the input side with an incident beam 2, which in the present embodiment according to FIG. 1 is emitted by a radiation source 1.
  • the radiation source 1 can, for example, a
  • Excimer laser in particular a KrF excimer laser, a XeCl excimer laser or a XeF excimer laser.
  • the incident beam 2 propagates in the z-direction in the present embodiment. In the xy plane perpendicular to the propagation direction z, the incident beam 2 has a substantially square cross-section. The cross section of this incident beam 2 is sketched in FIG.
  • the extension in the x-direction is denoted by the reference numeral 1
  • the extension in the y-direction by the reference numeral b. It is assumed that the beam divergence is identical in both directions x, y.
  • the beam subdivision device 3 of the arrangement 100 according to FIG. 1 divides the cross section of the incident beam 2 in the present exemplary embodiment in the y direction into four equally sized subbeam beams 4a, 4b, 4c and 4d, as shown in FIG.
  • the identical expansions of the partial beam 4a, 4b, 4c, 4d in the y direction are indicated in the figure by the reference numeral bi, b 2 , b 3 , b 4 arrows provided.
  • the cross sections of the partial beam 4a, 4b, 4c, 4d or the offset sub-beam 7a, 7b, 7c, 7d have the shape of a rectangle and are symmetrical to their center axes A x , A y , it does not matter if the offset is purely translational displacement in the x-direction or whether, in the displacement, a reflection has taken place on one or both of the center axes A x , A y or a transformation equivalent to this.
  • the mutually offset partial beam bundles 7a, 7b, 7c, 7d are now fed to a second displacement device 8.
  • the beam 9 must be compressed in the x-direction and expanded in the y-direction.
  • the newly formed beam 9 is supplied to the expansion device 10.
  • a beam 11 widened in the y-direction and having the cross section shown in FIG. 5 is formed.
  • this is supplied to a compression device 12 and the output side receives a beam 13 as shown in FIG.
  • the divergence increases by a factor of n with the beam cross section unchanged.
  • Compression can also be done in reverse order. This situation is indicated in the figure 1 with the aid of the reference numerals in parentheses.
  • the re-sorting of the partial beam bundles by successive lateral displacement of the partial beam 4 a, 4 b, 4 c, 4 d only in the x-direction and then in the y-direction can be realized for example by means of prisms of the form shown in FIG.
  • Each sub-beam 4 a, 4 c, 4 d to be displaced is assigned such a prism 6 a, 6 c, 6 d.
  • Such a prism 6a, 6c, 6d has the shape of a parallelepiped having an xz-plane base in the form of a parallelogram.
  • the height of the parallelepiped in the y-direction corresponds exactly to the width bi, b 3 , b 4 of the sub-beam 4 a, 4 c, 4 d to be displaced.
  • the extent of the x-directional sides of the parallelogram may not be less than the length 1 of the incident beam 2.
  • FIGS. 8 and 9 show, by way of example, a first displacement device 6 with three parallelepiped prisms, which is suitable for generating from an incident beam 2, as shown in FIG. 2, a beam arrangement with a cross section, as shown in FIG.
  • An incident beam 2 is directed perpendicular to the incident surfaces of the prisms 6a, 6c, 6d. Due to the finite dimension of the entrance surface 22, the first partial beam 4a is divided. This partial beam 4a is reflected at the Refietechnischs vom 23, 24 and exits at the exit surface 25 of the prism 6a, as shown in Figure 7. The same applies to the prisms 6c and 6d. Between the prisms 6a and 6c there is a free space through which the remaining partial steel bundle 4b passes unhindered and without deflection.
  • Radiation by means of the expansion device 10 or the compression device 12 can take place in the usual way by telescopes with cylindrical lenses or by anamorphic prisms.
  • FIG. 10 shows a mirror arrangement 6e as partial element of the first or second displacement device 6, 8.
  • the mirror arrangement 6e comprises a first partial mirror 6el and a second partial mirror 6e2.
  • Both mirrors 6el, 6e2 are planar mirrors, which in the present exemplary embodiment are arranged in two planes parallel to one another.
  • An incident at the angle of incidence E 1 partial beam 4a is reflected at the first partial mirror 6el.
  • the reflected partial beam impinges on the second partial mirror 6e 2 and, after repeated reflection parallel to the direction of incidence of the partial beam 4 a, leaves the mirror arrangement 6 e.
  • the first or second displacement device 6, 8 can now be designed in a manner corresponding to the parallelepiped arrangement according to FIGS. 8 and 9. For a subdivision and displacement of an incident beam 2 into four partial beams or a displacement and joining of four partial beams to a
  • Output beam bundles are in turn each three mirror assemblies corresponding to the 10 required.
  • mirrors can be dispensed with one of the two Refietationen, which is a deflection of the beam is connected by 90 °, for example. Then the beam can be joined in the same way in the other axis.
  • the corresponding arrangement is shown in FIG. 11.
  • the mirror arrangement shown in FIG. 11 is suitable for transferring an incident beam having a square cross section according to FIG. 2 into an exit beam having a beam cross section corresponding to FIG. 3.
  • four plane mirrors of identical size are arranged side by side in the y direction arranged offset in the z-direction by the length 1.
  • Incident beam 2 propagates in the z-direction and is incident at the incident angle E 1, first at the first mirror 6f due to the finite extent of the mirror 6f, a first partial beam 4a is divided and reflected at the mirror 6f. This partial beam leaves as sub-beam 7a, the mirror assembly. The remaining portion of the incident beam 2 now hits the mirror 6g.
  • partial beam bundles 7a, 7b, 7c, 7d are to be changed in shape, instead of the plane mirrors 6a, 6b, 6c, 6d according to the embodiments according to FIGS. 10 or 11, curved, preferably cylindrical, cylinder-shaped or barrel-shaped mirrors may also be used become.
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment for one or second displacement device 6, 8.
  • the refraction on plane plates 6j can also be used in the same way.
  • FIG. 13 shows a second variant of an arrangement 101 according to the invention.
  • the arrangement 101 comprises a beam subdivision device 3 and a resorter device 5 with a first displacement device 6, a second displacement device 8, a beam compression device 12 and a beam expansion device 10.
  • the beam subdivision device 3 is supplied on the input side with an incident beam 2, which in the present embodiment according to FIG. 1 is emitted by a radiation source 1.
  • the radiation source 1 can be an excimer laser, in particular a KrF excimer laser, a XeCl excimer laser or an XeF excimer laser, as in the first exemplary embodiment according to FIG.
  • the incident beam 2 propagates in the z-direction in the present embodiment. It is assumed without restriction of generality that the
  • Incident beam 2 in the xy plane perpendicular to the propagation direction z has a substantially square cross-section, as it is e.g. outlined in Figure 2.
  • the extension in the x-direction is denoted by the reference numeral 1
  • the extension in the y-direction by the reference numeral b. It is again assumed that the beam divergence is identical in both directions x, y.
  • the beam subdivision device 3 of the arrangement 101 according to FIG. 13 divides the cross section of the incident beam 2 in the y direction into four equally sized subbeam beams, as indicated in FIG. 13 by the reference symbols 4a, 4b, 4c and 4d.
  • the first displacement device 6 is supplied.
  • the displacement device 6 displaces these partial beam bundles 4a, 4b, 4c, 4d in the x direction by their respective beam length 1.
  • the cross section of the resulting beam with the partial beam bundles 7a, 7b, 7c, 7d can be seen again in FIG.
  • the mutually offset partial beam bundles 7a, 7b, 7c, 7d are now fed to a compression device 12.
  • This compressor 12 compresses the from the partial beam bundles 7a, 7b, 7c, 7d existing beam bundles in the x direction. If you want to restore the original beam cross-sectional shape, so we recommend a compression to the original extent. 1
  • Beam bundle structure is now supplied to the displacement device 8.
  • This displacement device 8 displaces the compressed sub-beam bundles 7a, 7b, 7c, 7d in the y-direction in such a way that they are arranged next to one another and in the x-direction in alignment with one another.
  • the reduced dimensions of the beam after its compression by the compression device 12 and its displacement by the displacement device 8 is also indicated in the drawing in FIG. 13 and indicated by the reference numbers 9e..9h.
  • the resulting beam bundle 9e..9h now requires only an expansion in the y direction, which is accomplished by the expansion device 10 for producing the original beam cross section.
  • the beam 11 widened in the y-direction produces in a subsequent field plane the desired illumination line 21 with the desired beam cross-section with divergence reduced in the y-axis by a factor n (the divergence being bounded downward by the diffraction) and in the x-direction by the factor n increased divergence with unchanged beam cross section.
  • any input beam of any beam cross-section may be transformed, by the above-described transformation, into an output beam having a divergence beam cross-section, i. modified beam parameter product.
  • a beam of rectangular cross-section may also be in its short axis, i. in the direction of lesser extent, subdivided and resorted.
  • the dividing, displacing and compressing can also be carried out in one step, as for example with a prism arrangement shown in FIG is possible.
  • four arrangements according to FIG. 14 are required, which are arranged next to one another in the y-direction, but offset relative to one another in the x-direction.
  • Each of these arrangements comprises two prisms 12a, 12b.
  • An incident beam 2 is subdivided into sub-beam 4a by means of the prisms 12a arranged side by side in the y-direction.
  • On the back surface is a deflection in the negative x-direction and due to the inclination to the partial beam 4a compression. The same process is repeated in the transmission through the second prism 12b.
  • the compressed sub-beam 13a leaves the arrangement in the same but staggered direction as the incident beam.
  • a different lateral offset for the partial beams 4a, 4b, 4c, 4d is here generated by different distances of the prisms 12a, 12b or different ratios of the paths in glass (prism) and air (environment). Reversing the input and output beam directions, the arrangement performs division, displacement and expansion.
  • FIG. 15 shows a third variant of an arrangement 102 according to the invention.
  • the arrangement 102 comprises a beam subdivision device 3, a resorter device 5 with a first displacement device 6 and a rotation device 14, as well as a widening device 10 and a compression device 12.
  • the beam subdivision device 3 is fed on the input side to an incident beam 2, which in the present exemplary embodiment is emitted by a radiation source 1 according to FIG.
  • the incident beam 2 propagates in the z-direction in the present embodiment. It is again assumed for the sake of simplicity that the incident beam 2 in the xy plane perpendicular to the propagation direction z has a substantially square cross-section.
  • the cross section of this incident beam 2 is sketched in FIG.
  • the extension in the x-direction is denoted by the reference numeral 1
  • the extension in the y-direction by the reference numeral b.
  • the beam divergence is identical in both directions x, y.
  • the beam subdivision device 3 of the arrangement 102 according to FIG. 15 divides the cross section of the incident beam 2 in the y direction into four equally sized subbeam beams 4a, 4b, 4c and 4d, as shown in FIG.
  • the identical dimensions of the partial beam 4 a , 4 b, 4 c, 4 d in the y-direction are indicated in the figure by the reference numeral bi, b 2 , b 3 , b 4 arrows provided.
  • the first displacement device 6 is supplied.
  • the displacement device 6 displaces these partial beam bundles 4a, 4b, 4c, 4d in the x direction by less than their respective beam length 1.
  • the cross section of the resulting beam collection with the partial beam bundles 7a, 7b, 7c, 7d is taken from FIG.
  • the cross sections of the sub-beam 4a, 4b, 4c, 4d or the offset sub-beams 7a, 7b, 7c, 7d have the shape of a rectangle and are symmetrical to their center axes A x , A y , again it does not matter if the offset is a purely translational shift in the x-direction or whether in the displacement, a reflection has taken place on one or both of the center axes A x , A y or a transformation equivalent to this.
  • the mutually offset partial beam bundles 7a, 7b, 7c, 7d are now fed to the rotary device 14.
  • This rotation device 14 rotates the partial beams 7a, 7b, 7c, 7d in the xy plane relative to each other, so that the widths bi, b 2 , b 3 , b 4 of the partial beams 9a, 9b, 9c, 9d thus produced have an overall extension L which is just four times the length l of a partial beam 7a, 7b, 7c, 7d.
  • the longitudinal sides of the partial beam bundles 9a, 9b, 9c, 9d are aligned in the x "direction.
  • the beam 9 must be compressed in the x "direction and expanded in the y" direction.
  • the newly formed beam 9 is supplied to the expansion device 10.
  • a beam 13 is obtained, as shown in FIG.
  • FIG. 20 shows an arrangement 110 for heating a substrate by means of laser radiation. It is an arrangement as it can be used, for example, for the crystallization of amorphous silicon layers, as described in the introduction to the description of the present patent application.
  • Such an arrangement 110 comprises a radiation source 1 for generating the (laser) radiation required for heating, a beam conditioning device 15 for temporally and locally pulse shaping of the (laser) beam, a homogenizing device 16 for the x-direction (hereinafter referred to as short axial direction) and a y-direction homogenizer 17 (hereinafter referred to as a long axis direction). Further, a beam compression device 18 for the short
  • Axial direction x and a beam expander 19 for the long axis y provided. It goes without saying for the person skilled in the art that different functionalities can also be realized in a single device. It is thus possible, for example, to determine both the homogeneity in the long axial direction and in the short axial direction with a single homogenizer. Also, beam expansion can occur simultaneously with homogenization in the long axis. The order of the beam shaping for producing the desired beam shape is largely arbitrary.
  • the arrangement for producing a line of illumination or the arrangement for increasing the asymmetry of the beam parameter product 100, 101, 102 of the type described above can be located directly at the exit of the laser beam from the laser 1, immediately in front of the laser beam
  • Field plane 20 of the laser beam in which the substrate to be heated is arranged or be arranged at any other point in between in the beam path of the laser beam between the beam exit and Substratfiumblee 20. This fact is indicated by the reference numeral 105 with the aid of the arrow.
  • WO 2006/066706 A2 describes that it is not possible to produce a very narrow and homogeneous illumination line if the homogenization is carried out with the aid of cylindrical lens arrangements (ie anamorphic honeycomb or FIy's eye converters, as described, for example, in DE 195 20 187 C1 described) or cylindrical Stabhomogenisierern realized. Instead, there is proposed a system in which an incident beam in the long axis direction is divided into a plurality of sub-beams, the sub-beams are expanded in the long axis direction and shifted in a short axial direction against each other again superimposed.
  • cylindrical lens arrangements ie anamorphic honeycomb or FIy's eye converters, as described, for example, in DE 195 20 187 C1 described
  • the division and displacement can be effected by means of individual discrete optical elements (for example, a cylindrical lens divided in the long axial direction is specified) or also continuously (corresponding to an infinite number of partial beams) (by way of example, a cylindrical lens twisted with respect to the long axial direction is indicated, by way of example).
  • FIG. 21 shows an intensity profile 51 along the short axis y of a line of illumination produced by means of the twisted cylindrical lens system described in WO 2006/066706 A2.
  • This intensity profile 51 results from an addition of the intensity profiles of the infinite many partial beams shifted by means of the rotated cylindrical lens in the short axial direction y.
  • the intensity profiles 50a, 50b, 50c, ... of seven of these partial beams are also shown in an enlarged view in the diagram shown in FIG. 21.
  • FIG. 22 shows a cross-section of the basic configuration of an anamorphic system for producing a narrow homogeneous line of illumination 54 having a short axis A y and a long axis A x on a substrate 55 from a z-direction propagating beam 56 producing the desired intensity profile in the short axis a y a Homogenisieroptik 52 of the type described above (cylinder lens arrangement and / or bar and / or divided or twisted cylindrical lens or the like) and a focusing optics, which, for example a cylindrical or acylindrical lens 53 or mirror with a focal length can be f.
  • a Homogenisieroptik 52 of the type described above (cylinder lens arrangement and / or bar and / or divided or twisted cylindrical lens or the like)
  • a focusing optics which, for example a cylindrical or acylindrical lens 53 or mirror with a focal length can be f.
  • flanks 51a, 51b of the intensity profile 51 of the homogenized illumination line 54 can not be steeper than the flanks 50aa, 50ab,... 50ga, 50gb of the sub-beams 50a, 50b, the extent L and steepness S L of these partial beams 50a, 50b, 50c, .. is characterized by the
  • This fact reflects the coherence or divergence of the incident beam entering the illumination system.
  • a typical excimer laser has a divergence five to twenty times greater than the diffraction limit.
  • a laser which already emits a diffraction-limited beam, e.g. a solid state laser, a gas laser in particular MOPA or solid state seeded (excimer) laser.
  • b) or the divergence is reduced by suitable means, e.g. by
  • FIG. 24 shows the intensity profile 57 of a beam having two diffraction-limited flanks 57a, 57b.
  • the homogenized beam 62 forming the illumination line consists only of two (preferably identical) sub-beam bundles 60, 61, as shown in FIG. These are arranged at least at a distance from one another, which corresponds precisely to the expansions L 6 Oa, L ⁇ ib of the respective outer flanks 60a, 61b.
  • the intensity maximums of the two partial beam bundles 60, 61 are at least as far apart that the intensity maxima 60c, 61c of the adjacent partial beam beams 60, 61 are located precisely at the location of the respective first zeros (intensity minima) 6Od, 61d of the adjacent partial beam bundles 60, 61 are located.
  • the intensity maxima 60c, 61c of adjacent sub-beam bundles 60, 61 are just removed from one another by at least one sub-beam width (calculated from the first minimum to the first minimum).
  • the sub-beams 60, 61 according to FIG. 25 have the intensity profile of a diffraction-limited beam, the same technique can also be used for any other type of sub-beam with deviating intensity profiles.
  • a diffraction-limited, sharp homogeneous illumination line can be generated not only from sub-beam bundles with identical intensity profile in a short axial direction by the (each) outer two sub-beam at least at a distance from their Intensity edges are arranged to each other. It is also possible to choose the intensity amplitudes differing from each other. Furthermore, the outer partial beam can also consist of a plurality of partial beam bundles superimposed on the same location.
  • FIG. 27 shows the top view of the illumination line of the exemplary embodiment according to FIG. 25, in which the partial beam bundles 60, 61 are displaced by a certain amount in the long axial direction x, so that the overlay described above is valid only in one section 74.
  • FIG. 28 outlines a line of illumination 81 in FIG.
  • Top view which is composed of partial beam bundle profiles 75, 76, 77, 78, which only partially have a diffraction-limited edge sharpness. From the diffraction limit deviating profile sections are identified by the reference numerals 75a and 78b. Of course, the edge sharpness according to the invention then arises only at the sections marked by the reference symbols 79, 80 in the long axial direction x of the illumination line 81.
  • 13a shows a first partial branch beam 13b displaced and compressed in the x direction and compressed second partial beam bundle 13c displaced in the x direction and compressed third partial beam bundle 13d displaced and compressed in the x direction and fourth fourth beam compressed and compressed in the x direction
  • Homogenizer for the x-direction 17 Homogenizer for the y-direction

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (100) zum Erhöhen der Asymmetrie der Strahldivergenz eines sich in einer Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitenden Einfallsstrahlbündels (2), wobei das Einfallsstrahlbündel (2) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung (z) eine räumliche Ausdehnung in einer ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung in einer zu der Ausbreitungsrichtung (z) senkrechten und einer zu der ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei das Einfallsstrahlbündel (2) eine Strahldivergenz in der zweiten Richtung (x) und eine gleich große oder kleinere Strahldivergenz in der ersten Richtung (y) aufweist. Erfindungsgemäß ist eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels (2) vorgesehen, welche eine Strahlunterteileinrichtung (3) und eine Umsortiereinrichtung (6, 8) umfasst. Die Strahlunterteileinrichtung vorgesehen, um das Einfallsstrahlbündel (2) in der ersten Richtung (y) in wenigstens zwei Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung in der ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung in der zweiten Richtung (x) aufweist. Die Umsortiereinrichtung (6, 8) dient dem Zweck, wenigstens zwei der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel (9a, 9b, 9c, 9d) mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen in der ersten Richtung (y) nebeneinander oder wenigstens teilweise überlappend angeordnet sind.

Description

Beschreibung:
Anordnung zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie sowie Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie aus einem sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Einfallsstrahlbündel gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 10 sowie eine Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes eines Einfallsstrahlbündels gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.
Flachbildschirme werden nach dem Stand der Technik vorwiegend mit Hilfe der so genannten Aktiv-Matrix- (AM) oder Dünnschichttransistor-Technologie (englisch kurz: TFT) angesteuert. Diese Technologie basiert auf polykristallinem Silizium.
Polysiliziumschichten lassen sich reproduzierbar herstellen, indem ein homogenisierter und zu einer Beleuchtungslinie geformter Laserstrahl mit hoher Laserleistung im ultravioletten Spektralbereich über ein mit amorphem Silizium (a-Si) beschichtetes Substrat geführt wird. Der Laserstrahl wird an der Oberfläche der im Allgemeinen nur 50 bis 70 nm dünnen a-Si Schicht absorbiert, ohne das Substrat aufzuheizen und somit zu beschädigen. Durch den Laserstrahl wird die a-Si-Schicht aufgeschmolzen und erstarrt während des Abkühlens zum gewünschten polykristallinen Silizium (p-Si). Dieses polykristalline Silizium wird aufgrund des verwendeten Herstellverfahren im angelsächsischen Sprachgebrauch als „low temperature poly-silicon" oder abgekürzt LTPS bezeichnet.
Der Laserstrahl wird üblicherweise von einem vorzugsweise gepulst mit etwa 300 Hz betriebenen Excimerlaser erzeugt. Die Beleuchtungslinie des Laserstrahls weist abhängig von der konkreten Herstellungsmethode Längen von typisch mehreren hundert Millimetern und Breiten von in der Regel 5 μm bis 1 mm auf.
Beim sogenannten TDX-(TMn Beam Directional X'talization)-Prozess, welcher z.B. in D.S. Knowles et al, „Thin Beam Crystallization Method: a New Laser Annealing Tool with Lower Cost and Higher Yield for LTPS Panels", SID Digest 2005; presented on May 25-27, 2005 at SID Conference oder in Ji-Yong Park et al, "Thin Laser Beam crystallization method for SOD and OLED application", SID Digest 2005; presented on May 25-27, 2005 at SID Conference beschrieben ist und auf den sich die vorliegende Erfindung vorwiegend (jedoch nicht ausschließlich) bezieht, wird ein sehr schmaler (ca. 5- 10 μm), langer (derzeit 730 mm) und homogener Strahl benötigt. Typischerweise ist die Strahlbreite nur wenige Vielfache größer als die beugungsbegrenzte Strahlbreite bei der jeweiligen numerischen Apertur des Systems, die aus Gründen der Fokustiefe nach oben begrenzt ist. Gleichzeitig ist das Strahlparameterprodukt des durch den üblicherweise verwendeten Excimerlaser erzeugten Strahls (d.h. das Produkt aus Stahldurchmesser und Divergenz, welche man auch als „Fokussierbarkeit" bezeichnen könnte) in der Praxis nicht beliebig klein zu machen und beträgt ein Vielfaches (im Allgemeinen das 3- bis 10-fache) der beugungsbegrenzten Strahlgröße im Fokus. Zusammen mit der Anforderung nach einer guten Homogenität des Strahls führt dies zu einem hohen Anteil nicht genutzter Energie, der in einer Zwischenbildebene aus dem Strahl entfernt wird.
Die DE 195 20 187 Cl beschreibt eine optische Vorrichtung zum Herstellen einer scharfen, eine lange und eine kurze Achse aufweisenden Beleuchtungslinie aus einem von einem Hochleistungslaser emittierten Laserstrahl. Die Homogenität der Strahlintensität in der kurzen Achse wird mit Hilfe einer Zylinderlinsenanordnung erreicht. Steile Intensitätsflanken in der kurzen Achse des Strahls werden durch die homogene
Ausleuchtung eines Spaltes erzeugt. Dieser Spalt wird mittels einer Zylinderlinsenoptik auf die Beleuchtungsebene abgebildet. Man erhält eine Beleuchtungslinie mit einer Breite von typischerweise 0,05 mm bis 1 mm.
Um eine für den TDX-Prozeß erforderliche Beleuchtungslinie mit einer Linienbreite von nur wenigen Mikrometern (in der Größenordnung von 5-10 μm) und einer Kantensteilheit von 2-3 μm für 80% Intensitätsabfall zu erzeugen, ist die in der DE 195 20 187 Cl beschriebene Optik nicht geeignet. Darüber hinaus wäre der den Schlitz passierende Anteil des Laserlichts um ein vielfaches geringer als bei der in der DE 195 20 187 Cl beschriebenen Anwendung, was zum Einen zu einer hohen thermischen Belastung des den Laserstrahl begrenzenden Schlitzes und zum Anderen zu einer höheren erforderlichen Leistung des Lasers führt. Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszuführen und weiterzubilden, dass aus einem vorgegebenen Einfallsstrahlbündel ein in einer Richtung vergleichsweise randscharfes Strahlbündel entsteht, ohne dass es erforderlich ist, in dieser Richtung einen Teil des Einfallsstrahls in nicht nutzbarer Weise zu entfernen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 10, eine Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterprodukts eines Einfallsstrahlbündels der vorstehend angegebenen Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 14 sowie eine Anordnung zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie aus einem sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Einfallsstrahlbündel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Geht man ganz allgemein von einem lang gestreckten, d.h. eine lange und eine kurze Achse aufweisenden, optischen Strahl, z.B. einem Laserstrahl, aus, wie er beispielsweise zum Kristallisieren von amorphem Silizium eingesetzt werden kann. Ein derartiger lang gestreckter Strahl muss in Richtung seiner kurzen Achse, in der dessen Ausdehnung vorzugsweise nur wenige μm beträgt, vergleichsweise scharf sein, während die Randschärfe in der langen Achsrichtung mit Ausdehnungen von über einem halben Meter vergleichsweise beliebig ist. Unter dieser Voraussetzung gelangt man zu der Erkenntnis, dass eine Verringerung des Strahlparameterproduktes (oder der Divergenz bei konstanter Strahlgröße) des Lasers, d.h. eine Erhöhung der Kohärenz, in der kurzen Achse des Strahls möglich ist, weil in der anderen Achse des Strahls die Divergenz / Inkohärenz gleichzeitig erhöht werden darf. Letzteres ist sogar wünschenswert, weil dadurch die Homogenität des Strahls verbessert wird.
Die Erfindung geht entsprechend Anspruch 10 von einer Anordnung zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie aus einem sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Einfallsstrahlbündel aus. Das Einfallsstrahlbündel, welches z.B. von einem Excimerlaser stammen kann, welcher elektromagnetische Strahlung vorzugsweise im ultravioletten Spektralbereich emittiert, weist senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung eine räumliche Ausdehnung in einer ersten Richtung und eine räumliche Ausdehnung in einer sowohl zu der Ausbreitungsrichtung des Einfallsstrahlbündels als auch zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung auf.
Die aus diesem Einfallsstrahlbündel durch entsprechende Homogenisier- und Strahlformungsoptiken erzeugte Beleuchtungslinie weist in entsprechender Weise eine räumliche Ausdehnung in einer Richtung und eine räumliche Ausdehnung in einer dazu senkrechten weiteren Richtung auf. Homogenisieroptiken der hierfür erforderlichen Art sind z.B. in der EP 0 232 037 Al, der JP 07227993 A, der EP 0 100 242 A2, der DE 42 20 705 Al, der US 5,414,559, der DE 38 29 728 Al, der DE 38 41 045 Al, der US 6,281,967 Bl oder der DE 195 20 187 Al beschrieben.
Die Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der weiteren Richtung ist für den oben beschriebenen Einsatzzweck wenigstens 30 000 mal größer, als die Ausdehnung in der einen Richtung. Vorzugsweise ist die Beleuchtungslinie in Richtung seiner kurzen Achse nur wenige Mikrometer breit (gewünscht sind Strahlbreiten von 4 bis 10 μm bei halber maximaler Intensität) und in Richtung seiner langen Achse über 300 mm, vorzugsweise mehr als 700 mm lang.
Anstelle oder ggf. zusätzlich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtung zum Entfernen des Randbereichs der Beleuchtungslinie in Richtung seiner kurzen Achse, wodurch die Strahldivergenz und damit die Strahlbreite reduziert wird, ist erfindungsgemäß eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels vorgesehen. Diese Anordnung umfasst eine Strahlunterteileinrichtung, um das
Einfallsstrahlbündel in der ersten Richtung in wenigstens zwei Teilstrahlbündel derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung in der ersten Richtung und eine räumliche Ausdehnung in der zweiten Richtung aufweist. Ferner umfasst die Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels eine Umsortiereinrichtung, um wenigstens zwei der Teilstrahlbündel derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen in der ersten Richtung nebeneinander oder wenigstens teilweise überlappend angeordnet sind. Dies führt in der kurzen Achse zu einer Verringerung der Strahlgröße und damit des Strahlparameterproduktes um einen Faktor, welcher der Anzahl der Teilstrahlbündel entspricht. In der langen Achse nimmt das Strahlparameterprodukt um denselben Faktor zu. Durch nachfolgende Aufweitung des Strahls in der kurzen Achse und Komprimierung des Strahls in der langen Achse kann der Strahlquerschnitt unverändert gehalten werden. Bei konstantem Strahlquerschnitt ergibt sich damit für die kurze Achse zu einer Verringerung der Divergenz um einen Faktor, welcher der Anzahl der Teilstrahlbündel entspricht, wobei die Divergenz nach unten durch die Beugung begrenzt ist. In der langen Achse nimmt die Divergenz um denselben Faktor zu.
Besonders vorteilhaft ist es für den vorliegenden Anwendungsfall, wenn das Einfallsstrahlbündel ein Strahlparameterprodukt in der zweiten Richtung und eine gleich großes oder kleineres Strahlparameterprodukt in der ersten Richtung aufweist. Das Strahlparameterprodukt in der ersten Richtung wird dann durch die erfindungsgemäße Anordnung weiter reduziert, während es in der zweiten Richtung weiter erhöht wird und zur Homogenisierung des Strahls beiträgt, wie oben bereits erwähnt wurde.
Geht man entsprechend Anspruch 14 von einer Anordnung aus, bei der sich ein Einfallsstrahlbündel in einer Ausbreitungsrichtung ausbreiten kann, wobei das
Einfallsstrahlbündel senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung eine räumliche Ausdehnung in einer ersten Richtung und eine räumliche Ausdehnung in einer zu der Ausbreitungsrichtung senkrechten und einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung aufweist und wobei das Einfallsstrahlbündel ein Strahlparameterprodukt in der zweiten Richtung und eine gleich großes oder kleineres Strahlparameterprodukt in der ersten Richtung aufweist, so kann diese bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung ganz allgemein zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes eingesetzt werden.
Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist erfindungsgemäß eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels vorgesehen, welche eine
Strahlunterteileinrichtung und eine Umsortiereinrichtung der vorstehend beschriebenen Art umfasst. Wie vorstehend angegeben, ist die Strahlunterteileinrichtung dazu vorgesehen, um das Einfallsstrahlbündel in der ersten Richtung in wenigstens zwei Teilstrahlbündel derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung in der ersten Richtung und eine räumliche Ausdehnung in der zweiten Richtung aufweist. Die Umsortiereinrichtung ist ausgebildet, um wenigstens zwei der Teilstrahlbündel derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen in der ersten Richtung nebeneinander oder wenigstens teilweise überlappend angeordnet sind.
In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist eine Strahlumformeinrichtung vorgesehen, um die räumliche Ausdehnung der Teilstrahlbündel in der zweiten Richtung in die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der weiteren Richtung umzuformen. Anders ausgedrückt werden die Ausdehnungen der Teilstrahlbündel in der zweiten (ggf. nicht unterteilten) Richtung zur Bildung der räumlichen Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der weiteren Richtung (der langen Achse) verwendet. Es spielt dabei im allgemeinen keine Rolle, ob bei der Transformation (Unterteilung und Umsortierung) oder bei nachfolgenden Abbildungen eine (oder mehrere) Spiegelung(en) um eine in der ersten Richtung ausgerichtete (gedachte) Spiegelachse und/oder um eine in der zweiten Richtung ausgerichtete (gedachte) Spiegelachse stattgefunden hat oder nicht. Als Strahlumformeinrichtung kann eine oder ggf. mehrere Homogenisieroptiken insbesondere der oben beschriebenen Art verwendet werden. Es kann sich hierbei auch um einen einfachen Strahlaufweiter handeln. Es ist insbesondere auch möglich, dass die Umsortiereinrichtung selbst diese Aufgabe übernimmt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist erfindungsgemäß eine Strahlumformeinrichtung vorgesehen, um die räumliche Ausdehnung der Teilstrahlbündel in der ersten Richtung in die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der einen Richtung umzuformen. Anders ausgedrückt werden die Ausdehnungen der Teilstrahlbündel in der ersten (unterteilten) Richtung zur Bildung der räumlichen Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der einen Richtung (der kurzen Achsrichtung) verwendet. Es spielt auch hier im allgemeinen keine Rolle, ob bei der Transformation (Unterteilung und Umsortierung) oder bei nachfolgenden Abbildungen eine (oder mehrere) Spiegelung(en) um eine in der ersten Richtung ausgerichtete (gedachte) Spiegelachse und/oder um eine in der zweiten Richtung ausgerichtete (gedachte) Spiegelachse stattgefunden hat oder nicht. Als Strahlumformeinrichtung kann eine oder ggf. mehrere Homogenisieroptiken insbesondere der oben beschriebenen Art verwendet werden. Es kann auch eine den Strahl aufweitende oder den Strahl komprimierende Einrichtung verwendet werden. Es ist insbesondere auch möglich, dass die Umsortiereinrichtung selbst diese Aufgabe übernimmt, z.B. durch entsprechende Überlagerung der Teilstrahlbündel.
Als Strahlunterteileinrichtungen oder als Bestandteile von Strahlunterteileinrichtungen eignen sich Prismenelemente, Planplattenelemente, Linsenelemente oder Spiegelelemente, welche eines der Teilstrahlbündel gegenüber einem anderen der Teilstrahlbündel ablenken. Konkrete Ausführungsbeispiele entnimmt man den nachfolgenden Figuren und den zugehörigen Beschreibungsteilen.
Grundsätzlich kann die Umsortiereinrichtung in unterschiedlichster Weise ausgeführt sein. Sie kann beispielsweise eine Rotationseinrichtung zum Drehen wenigstens eines der Teilstrahlbündel um einen vorgegebenen Drehwinkel umfassen.
Aus der EP 0 484 276 Al ist z.B. gemäß dem dortigen Anspruch 5 eine Vorrichtung bekannt, welche Strahlenbündel um einen Winkel, vorzugsweise 90°, drehen kann. Die dort beschriebene Vorrichtung, für welche beispielhaft ein Abbe-König-Prisma angegeben ist, kann zum Umsortieren der (geteilten) Teilstrahlenbündel verwendet werden. Selbstverständlich ist es günstig, die Teilstrahlenbündel um 90° zu drehen. Eine Drehung um einen anderen Winkel (und ggf. eine Versetzung der Teilstrahlenbündel) zur relativen Ausrichtung entsprechend der obigen Definition ist jedoch grundsätzlich ebenfalls möglich.
Eine andere Ausführungsvariante mit einer Rotationseinrichtung ist z.B. auch aus der US 5,168,401 bekannt (vgl. dort insbesondere auch den Anspruch 1). Eine Ausführungsvariante dieser Rotationseinrichtung ist in der Figur 13 dieses Dokuments dargestellt. Diese besteht aus einem Mehrfachreflektorelement bestehend aus zwei Prismen und einer nachgeordneten Mikrolinse. Die beiden Prismen weisen Spiegelflächen auf, welche jeweils in Bezug zum einfallenden Strahl bzw. dem an der ersten Spiegelfläche reflektierten Strahl eine 45°-Orientierung aufweisen. Die Mikrolinse ist im Strahlengang des zwei Mal reflektierten Strahls angeordnet. Durch eine entsprechend andere Orientierung der reflektierenden Flächen kann auch eine Drehung um einen anderen Winkel bewerkstelligt werden. Auch diese Ausführungsvariante kann zur Umsortierung der (geteilten) Teilstrahlbündel der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden. Es ist leicht einsichtig, dass für den Fall, bei dem es nicht auf eine unveränderte Seitenorientierung der Teilstrahlbündel zueinander ankommt, auch auf die („an der Zylinderachse spiegelnde") Mikro linse verzichtet werden kann.
Selbstverständlich können anstelle von Prismenelementen oder Linsenelementen auch Planplattenelemente oder Spiegelelemente, wie dies z.B. in der WO 96/04584 Al beschrieben (und insbesondere in den Fig. 8, 12, 13, 14 und 15 dargestellt) ist, verwendet werden.
Insbesondere wenn es auf eine unveränderte Seitenorientierung der Teilstrahlbündel zueinander nicht ankommt, kann die Umsortiereinrichtung auch eine Spiegelungseinrichtung zum gespiegelten Abbilden wenigstens eines der Teilstrahlbündel an einer winklig zu der ersten und der zweiten Richtung verlaufenden Spiegelachse umfassen. Beispielhaft wird auf die EP 1 528 425 Al hingewiesen, bei der eine Spiegelung mittels einer um 45° zu einer Vorzugsorientierung eines einfallenden Strahls geneigt angeordneten Zylinderlinse erfolgt. Dort wird dieser Vorgang zwar als 90° Drehung bezeichnet, tatsächlich findet jedoch eine Vertauschung der Seiten des einfallenden Lichtstrahls entsprechend einer Spiegelung an der Zylinderachse der eingesetzten Zylinderlinse statt.
Wie in den dort beschriebenen zwei Ausführungsbeispielen gezeigt wird, kann die Spiegelachse senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung und unter einem Winkel von 45° zu der ersten und der zweiten Richtung verlaufen. Selbstverständlich ist auch eine andere winklige Anordnung, z.B. auch 90°, möglich.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung basiert auf einer Umsortiereinrichtung. Die Umsortiereinrichtung dieser Ausführungsvariante umfasst eine erste Versetzungseinrichtung zum räumlichen Versetzen wenigstens eines der
Teilstrahlbündel in der zweiten Richtung gegenüber einem anderen der Teilstrahlbündel. Die zwei Teilstrahlbündel sind damit bezüglich ihrer zweiten (Achs-)Richtung nebeneinander angeordnet. Weiterhin kann die Umsortiereinrichtung dieser erfindungsgemäßen Ausfuhrungsvariante eine zweite Versetzungseinrichtung zum Versetzen wenigstens eines der Teilstrahlbündel in der ersten Richtung umfassen, so dass die Teilstrahlbündel beispielsweise in der zweiten Richtung im Wesentlichen fluchten und zwar z.B. (teilweise oder vollständig) überlappend, unmittelbar aneinander grenzend oder mit gewissem Abstand benachbart zueinander angeordnet.
Die erste Versetzungseinrichtung kann genauso wie die zweite Versetzungseinrichtung wenigstens ein Prismenelement oder wenigstens ein Planplattenelement oder wenigstens ein Linsenelement oder wenigstens ein Spiegelelement umfassen. Im Hinblick auf konkrete Realisierungsmöglichkeiten und mögliche Orientierungen zueinander wird auf die Ausführungsbeispiele gemäß der nachfolgenden Figurenbeschreibung verwiesen.
Insbesondere um die ursprüngliche Strahlform des Eingangsstrahlenbündels wiederherzustellen, kann eine Komprimiereinrichtung vorgesehen sein, um die unterteilten und/oder umsortierten Teilstrahlbündel in der zweiten Richtung zu komprimieren und ggf. auch eine Aufweitungseinrichtung, um die unterteilten und/oder umsortierten und/oder komprimierten Teilstrahlbündel in der ersten Richtung aufzuweiten.
Eine Anordnung zum Herstellen einer Beleuchtungslinie oder eine Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Art eignet sich insbesondere zur Verwendung bei einer Anordnung zum Erhitzen mittels Laserstrahlung. Die Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels kann dabei unmittelbar am Austritt des Laserstrahls vom Laser, unmittelbar vor der Feldebene des Laserstrahls, in welcher das zu erhitzende Substrat angeordnet ist oder an jeder anderen Stelle dazwischen im Strahlengang des Laserstrahls zwischen Austritt und Substratfläche angeordnet sein. Ein konkretes Ausführungsbeispiel entnimmt man der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
Geht man entsprechend Anspruch 1 von einer Anordnung zum Erzeugen einer randscharfen Beleuchtungslinie durch Überlagerung einer Mehrzahl sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Teilstrahlbündel aus, wobei die Teilstrahlbündel senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung eine räumliche Ausdehnung in einer ersten Richtung und eine räumliche Ausdehnung in einer zu der Ausbreitungsrichtung senkrechten und einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung aufweisen und wobei die Beleuchtungslinie eine räumliche Ausdehnung in der ersten Richtung und eine um ein Vielfaches größere räumliche Ausdehnung in der zweiten Richtung aufweist, so wird erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass die geometrische Ausdehnung wenigstens einer Flanke wenigstens eines der Teilstrahlbündel in der ersten Richtung wenigstens in einem (z.B. längs der zweiten Richtung verlaufenden) ersten Abschnitt beugungsbegrenzt ist. Die Teilstrahlbündel werden durch die erfindungsgemäße Anordnung derart überlagert, dass die geometrische Ausdehnung wenigstens einer Flanke der Beleuchtungslinie in der ersten Richtung wenigstens in dem ersten Abschnitt beugungsbegrenzt ist, in dem die geometrische Ausdehnung der Flanke des vorstehend angegebenen Teilstrahlbündels beugungsbegrenzt ist.
Für eine Reihe von Anwendungen ist es ausreichend, wenn nur einer der Ränder der Beleuchtungslinie scharf ist, d.h. eine Flanke mit beugungsbegrenzter geometrischer Ausdehnung aufweist. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn bei einer Anwendung des vorerwähnten TDX-Prozesses die Beleuchtungslinie scannend über das amorphe Halbleitersubstrat geführt wird und im Wesentlichen nur eine Flanke (z.B. nur die Rückflanke) die Kristallqualität des dabei in eine polykristalline Phase umgewandelten Materials maßgeblich bestimmt. Für andere Anwendungen und/oder um den Anteil nicht nutzbarer Strahlungsenergie gering zu halten hat es sich als günstig herausgestellt, wenn beide in langer Achsrichtung verlaufenden Flanken der Beleuchtungslinie zumindest abschnittsweise beugungsbegrenzt sind. Der Lehre des Anspruchs 2 folgend ist vorzugsweise die zu der wenigstens einen Flanke gegenüberliegende Flanke wenigstens eines weiteren der Teilstrahlbündel wenigstens in einem zweiten Abschnitt beugungsbegrenzt und die Teilstrahlbündel sind derart überlagert, dass die der einen Flanke gegenüberliegende Flanke der Beleuchtungslinie in dem zweiten Abschnitt beugungsbegrenzt ist.
Die Erzeugung eines beugungsbegrenzten Flankenabschnitts der Beleuchtungslinie ist nicht nur dadurch möglich, dass die Intensität eines Teilstrahlbündels mit beugungsbegrenzter Flanke die Intensität der Beleuchtungslinie an dessen Rand bestimmt, sondern es ist auch möglich, dass die Intensitäten mehrerer Teilstrahlbündel mit beugungsbegrenzten Flanken überlagert werden. Anders ausgedrückt können mehrere Teilstrahlbündel mit einer zumindest (längs der langen Achse) abschnittsweise beugungsbegrenzten Flanke in der ersten Richtung (kurze Achsrichtung) eine wenigstens abschnittsweise beugungsbegrenzte Flanke bildend einander überlagert sind. Konkret bedeutet das, dass die eine wenigstens abschnittsweise beugungsbegrenzte Flanke der Beleuchtungslinie bildenden abschnittsweise beugungsbegrenzten Flanken der Teilstrahlbündel wenigstens abschnittsweise exakt übereinander liegen und dass die Flanken der nicht die wenigstens abschnittsweise beugungsbegrenzte Flanke der Beleuchtungslinie bildenden Flanken um wenigstens die Flankentiefe von wenigstens einem der beugungsbegrenzten Flankenabschnitte der Beleuchtungslinie entfernt ist.
Die Anwendung des TDX-Prozesses erfordert, dass die Beleuchtungslinie in der ersten Richtung wenigstens abschnittsweise homogen ist. Detailliertere Ausführungen entnimmt man z.B. der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO
2006/066706 A2, welche ebenfalls auf die Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung zurückgeht.
Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die zur Darstellung der randscharfen Beleuchtungslinie erforderlichen Teilstrahlbündel zu erzeugen und diese in entsprechender Weise zu überlagern. Es kann z.B. Anordnung eine Strahlunterteil- und Überlagerungsvorrichtung vorgesehen sein, welche ein Einfallsstrahlbündel in die Mehrzahl sich in der Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Teilstrahlbündel zu unterteilen und anschließend die erzeugten Teilstrahlbündel in der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Weise zu überlagern. Vorzugsweise umfasst die Strahlunterteil- und Überlagerungsvorrichtung eine Strahlunterteileinrichtung und eine Umsortiereinrichtung der eingangs beschriebenen Art.
Zur Erzeugung des Einfallsstrahlbündels kann ein Laser, wie z.B. ein Excimerlaser, ein Gaslaser oder ein Festkörperlaser vorgesehen sein. Wie sich aus obigen Ausführungen ergibt, ist es nicht erforderlich, dass der verwendete Laser einen Laserstrahl mit beugungsbegrenztem geometrischem Strahlprofil erzeugt. Andererseits ist es jedoch auch möglich, die Beleuchtungslinie aus einer Mehrzahl von Teilstrahlbündeln mit wenigstens abschnittsweise beugungsbegrenzter Flanke zu erzeugen, welche (nicht zwingend ausschließlich) von unterschiedlichen Lasern stammen. Geeignete Laser sind Festkörperlaser und Gaslaser, insbesondere Excimer Laser in den Varianten MOPA (Master-Oscillator Power- Amplifier) oder solid State seeded laser.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass in den Figuren die Ausbreitungsrichtung der Strahlung die z-Richtung ist, auch wenn sich ihre Ausbreitung im Raum ändert, d.h. die z-Richtung wird jeweils mit der Ausbreitungsrichtung mitgeführt. Soweit zur
Beschreibung der Zeichnung auf sich ändernde Richtungen explizit hingewiesen wird, werden Hilfsweise gestrichene Bezugszeichen (z', z") verwendet.
Es zeigen:
Figur 1 : Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zum
Erhören der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes gemäß der Erfindung.
Figur 2: Einen Querschnitt eines in vier Teilstrahlbündel unterteilten Einfallsstrahlbündels.
Figur 3: Einen Querschnitt des Strahls nach der Figur 2, nachdem die vier Teilstrahlbündel einer ersten nicht ineinander versetzt wurden.
Figur 4: Einen Querschnitt des Strahls nach einer weiteren Versetzung der
Teilstrahlbündel in der Weise, dass die Teilstrahlbündel nunmehr nebeneinander angeordnet sind.
Figur 5: Einen Querschnitt eines in y-Richtung aufgeweiteten Strahls nach der Figur 4.
Figur 6: Einen Querschnitt des in x-Richtung komprimierten Strahls nach der Figur 5. Figur 7: Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Strahlunterteil- und
Versetzungseinrichtung, welche Bestandteil einer erfindungsgemäßen Anordnung nach der Figur 1 sein kann.
Figur 8: Eine Seitenansicht einer Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung, welche geeignet ist, ein Einfallsstrahlbündel mit quadratischem Querschnitt in einen Stahl mit einem in Figur 3 dargestellten Querschnitt zu transformieren
Figur 9: Die Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung nach der Figur 8 in Draufsicht.
Figur 10: Eine Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung in Form einer Spiegelanordnung mit 2 Planspiegeln.
Figur 11 : Eine Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung, welches geeignet ist, ein Einfallsstrahlbündel mit quadratischem Strahlquerschnitt in einen Strahl mit einem in der Figur 3 dargestellten Querschnitt zu überführen..
Figur 12: Eine Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung in Form einer planparallelen
Platte, um aus einem Einfallsstrahlbündel ein erstes Teilstrahlbündel abzuteilen und gegenüber dem verbleibenden Teilstrahlbündeln zu versetzen.
Figur 13: Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes eines einfallenden Strahlbündels.
Figur 14: Eine kombinierte Strahlunterteil-, Versetzungs- und Komprimiereinrichtung, welche dazu geeignet ist, ein Teilstrahlbündel von einem Einfallsstrahlbündel abzuteilen, in einer Richtung zu komprimieren und gegenüber dem verbleibenden Teilstahlbündel räumlich in dieser einen Richtung zu versetzen.
Figur 15: Ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes. Figur 16: Einen Querschnitt eines Strahls, welcher aus einem Einfallsstrahlbündel mit quadratischem Querschnitt durch Unterteilung in vier Teilstrahlbündel und deren räumlicher Versetzung entstanden ist.
Figur 17: Ein Querschnitt des Strahls nach der Figur 16, nachdem die Teilstrahlbündel um einen Winkel gedreht worden sind, so dass nunmehr die Teilstrahlbündel mit ihren kürzeren Seiten nebeneinander angeordnet sind.
Figur 18: Einen Querschnitt eines Strahls, welcher aus einem Einfallsstrahlbündel mit quadratischem Querschnitt durch Unterteilung in vier Teilstrahlbündel und deren räumlicher Versetzung entstanden ist.
Figur 19: Einen Querschnitt des Strahls nach der Figur 18, nachdem die Teilstrahlbündel um ein Winkel gedreht worden sind, wobei die Teilstrahlbündel mit ihren kürzeren Seiten nunmehr teilweise überlappen.
Figur 20: Eine Anordnung zur Laserkristallisation einer amorphen Siliziumschicht auf einem Substrat.
Figur 21 : Ein Intensitätsprofil 51 längs der kurzen Achse y einer mit Hilfe des in der WO 2006/066706 A2 beschriebenen Systems mit verdrehter Zylinderlinse erzeugten Beleuchtungslinie.
Figur 22: Einen Querschnitt der Grundkonfiguration eines anamorpho tischen Systems zur Herstellung einer schmalen homogenen eine kurze und eine lange Achse aufweisenden Beleuchtungslinie auf einem Substrat 55 aus einem Einfallsstrahl.
Figur 23: Eine Kante eines Intensitätspro fils einer Beleuchtungslinie in kurzer
Achsrichtung, welche durch Abbildung einer Feldblende entstanden ist (Stand der Technik).
Figur 24: Eine Kante eines Intensitätsprofils einer Beleuchtungslinie in kurzer
Achsrichtung, welche durch Überlagerung einer Mehrzahl kontinuierlich verschobener beugungsbegrenzter Teilstrahlen entstanden ist (stand der Technik).
Figur 25: Intensitätspro fil einer aus zwei identischen Teilstrahlbündeln gebildeten Beleuchtungslinie in kurzer Achsrichtung nach der Erfindung.
Figur 26: Intensitätsprofil einer aus zehn identischen Teilstrahlbündeln gebildeten Beleuchtungslinie in kurzer Achsrichtung nach der Erfindung.
Figur 27: Draufsicht auf die Beleuchtungslinie des Ausführungsbeispiels nach der Figur 25, bei dem die Teilstrahlbündel in langer Achsrichtung um einen gewissen Betrag gegeneinander verschoben sind.
Figur 28: Eine Beleuchtungslinie in Draufsicht, welche sich aus Teilstrahlbündelprofilen zusammensetzt, welche nur abschnittsweise eine beugungsbegrenzte
Randschärfe aufweisen.
Die Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes eines sich in z-Richtung ausbreitenden Einfallsstrahlbündels 2.
Die Anordnung 100 umfasst eine Strahlunterteileinrichtung 3, eine Umsortiereinrichtung 5 mit einer ersten Versetzungseinrichtung 6 sowie einer zweiten Versetzeinrichtung 8, eine Strahlaufweitungseinrichtung 10 sowie eine Strahlkomprimiereinrichtung 12. Die Funktionsweise dieser Anordnung 100 wird nachfolgend unter zu Hilfenahme der Figuren 2 bis 6 beschrieben.
Der Strahlunterteileinrichtung 3 wird eingangsseitig ein Einfallsstrahlbündel 2 zugeführt, welches in vorliegendem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 von einer Strahlungsquelle 1 emittiert wird. Die Strahlungsquelle 1 kann beispielsweise ein
Excimerlaser, insbesondere ein KrF-Excimerlaser, ein XeCl-Excimerlaser oder ein XeF- Excimerlaser sein. Das Einfallsstrahlbündel 2 breitet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in z-Richtung aus. In der xy-Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung z hat das Einfallstrahlbündel 2 einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt. Der Querschnitt dieses Einfallstrahlbündels 2 ist in der Figur 2 skizziert. Die Ausdehnung in x-Richtung ist mit dem Bezugszeichen 1, die Ausdehnung in y-Richtung mit dem Bezugszeichen b gekennzeichnet. Es wird davon ausgegangen, dass die Strahldivergenz in beiden Richtungen x, y identisch ist.
Die Strahlunterteileinrichtung 3 der Anordnung 100 nach der Figur 1 unterteilt den Querschnitt des Einfallsstrahlbündels 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel in y- Richtung in vier gleich große Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c und 4d, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Die identischen Ausdehnungen der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in y- Richtung sind in der Figur durch mit den Bezugszeichen bi, b2, b3, b4 versehene Pfeile angedeutet.
Diese vier Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d werden, wie sich aus der Figur 1 ergibt, der ersten Versetzungseinrichtung 6 zugeführt. Die Versetzungseinrichtung 6 versetzt diese Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in x-Richtung um ihre jeweilige Strahllänge 1. Der Querschnitt des resultierenden Strahls mit den Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d entnimmt man der Figur 3.
Da die Querschnitte der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d bzw. der versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d die Form eines Rechtecks aufweisen und zu Ihren Mittenachsen Ax, Ay symmetrisch sind, spielt es keine Rolle, ob die Versetzung eine rein translatorische Verschiebung in x-Richtung ist oder ob bei der Versetzung eine Spiegelung an einer oder beiden Mittenachsen Ax, Ay oder eine zu diesen äquivalente Transformation stattgefunden hat.
Die zueinander versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d werden nunmehr einer zweiten Versetzungseinrichtung 8 zugeführt. Diese zweite Versetzungseinrichtung 8 versetzt die Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d in y-Richtung relativ zueinander, so dass die Breiten bi, b2, b3, b4 der nunmehr zweimal versetzten Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d die Gesamtausdehnung L=4*l des neu gebildeten Strahlbündels 9 bilden. Anders ausgedrückt bedeutet dieses, dass die Längsseiten der Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d in x-Richtung fluchten.
Will man nunmehr die ursprüngliche Strahlform wieder herstellen, so muss der Strahl 9 in x-Richtung komprimiert und in y- Richtung aufgeweitet werden. Zur Strahlaufweitung in y- Richtung wird das neu gebildete Strahlbündel 9 der Aufweitungseinrichtung 10 zugeführt. Am Ausgang der der Strahlaufweitungseinrichtung 10 entsteht nunmehr ein in y-Richtung aufgeweitetes Strahlbündel 11 mit dem in der Figur 5 dargestellten Querschnitt. Zur Komprimierung des Strahlbündels 11 wird dieser einer Komprimiereinrichtung 12 zugeführt und man erhält ausgangsseitig ein Strahlbündel 13 wie es in der Figur 6 dargestellt ist. Dies führt in der y- Achse zu einer Verringerung der Divergenz um einen Faktor n wobei die Divergenz nach unten durch die Beugung begrenzt ist. In x-Richtung nimmt die Divergenz um einen Faktor n bei unverändertem Strahlquerschnitt zu.
Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die Strahlaufweitung und
Komprimierung auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen kann. Dieser Sachverhalt ist in der Figur 1 mit Hilfe der in Klammern gesetzten Bezugszeichen angedeutet.
Das Umsortieren der Teilstrahlbündel durch nacheinander folgendes seitliches Versetzten der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d erst in x-Richtung und dann in y-Richtung kann beispielsweise mit Hilfe von Prismen der in Figur 7 dargestellten Form realisiert werden. Jedem zu verschiebenden Teilstrahlbündel 4a, 4c, 4d ist ein derartiges Prisma 6a, 6c, 6d zugeordnet. Ein derartiges Prisma 6a, 6c, 6d hat die Form eines Parallelepipeds mit in der xz-Ebene liegender Grundfläche in der Form eines Parallelogramms. Die Höhe des Parallelepipeds in y-Richtung entspricht gerade der Breite bi, b3, b4 des zu versetzenden Teilstrahlbündels 4a, 4c, 4d. Die Ausdehnung der in x-Richtung verlaufenden Seiten des Parallelogramms darf nicht weniger als die Länge 1 des Einfallsstrahlbündels 2 sein.
Die Figuren 8 und 9 zeigen beispielhaft eine erste Versetzungseinrichtung 6 mit drei Parallelepipedprismen, welche geeignet ist, aus einem Einfallsstrahlbündels 2, wie er in der Figur 2 dargestellt ist, eine Strahlbündelanordnung mit einem Querschnitt zu erzeugen, wie er in der Figur 3 dargestellt ist. Ein Einfallsstrahlbündel 2 wird senkrecht auf die Einfallsfiächen der Prismen 6a, 6c, 6d gerichtet. Auf Grund der endlichen Abmessung der Eintrittsfiäche 22 wird das erste Teilstrahlbündel 4a abgeteilt. Dieses Teilstrahlbündel 4a wird an den Refiektionsflächen 23, 24 reflektiert und tritt an der Austrittsfläche 25 aus dem Prisma 6a aus, wie dies in der Figur 7 dargestellt ist. Entsprechendes gilt für die Prismen 6c und 6d. Zwischen den Prismen 6a und 6c ist ein Freiraum, durch welchen das verbleibende Teilstahlbündel 4b ungehindert und ohne Ablenkung hindurch tritt.
Für das Zusammenfügen in der anderen Achse des Strahls kann die gleiche Anordnung „rückwärts" verwendet werden. Die Anschließende Aufweiterung/Komprimierung der
Strahlen mittels der Aufweitungseinrichtung 10 bzw. der Komprimiereinrichtung 12 kann in gewohnter Weise durch Teleskope mit zylindrischen Linsen oder durch anamorphotische Prismen stattfinden.
Anstelle der in den Figuren 7 bis 9 gezeigten Prismen zur Strahlversetzung können auch Spiegelanordnungen verwendet werden, wie sie den Figuren 10 und 11 zu entnehmen sind.
Die Figur 10 zeigt eine Spiegelanordnung 6e als Teilelement der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung 6, 8. Die Spiegelanordnung 6e umfasst einen ersten Teilspiegel 6el sowie einen zweiten Teilspiegel 6e2. Bei beiden Spiegeln 6el, 6e2 handelt es sich um Planspiegel, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel in zwei zu einander parallelen Ebenen angeordnet sind. Ein unter dem Einfallswinkel E1 einfallender Teilstrahl 4a wird am ersten Teilspiegel 6el reflektiert. Das reflektierte Teilstrahlbündel trifft unter dem Einfallswinkel ε2 auf den zweiten Teilspiegel 6e2 und verlässt nach nochmaliger Reflexion parallel zur Einfallsrichtung des Teilstrahlbündels 4a die Spiegelanordnung 6e.
Die erste bzw. zweite Versetzungseinrichtung 6,8 kann nunmehr in zu der Parallelepiped- anordnung nach den Figuren 8 und 9 entsprechender Weise ausgebildet sein. Für eine Unterteilung und Versetzung eines einfallenden Strahlbündels 2 in vier Teilstrahlbündel bzw. eine Versetzung und Zusammenfügung von vier Teilstrahlbündeln zu einem
Ausgangsstrahlbündel sind wiederum jeweils drei Spiegelanordnungen entsprechend der Figur 10 erforderlich. Bei der Verwendung von Spiegeln kann auch auf eine der zwei Refiektionen verzichtet werden, womit eine Ablenkung des Strahls um beispielsweise 90° verbunden ist. Anschließen kann der Strahl auf gleiche Weise in der anderen Achse zusammengefügt werden. Die entsprechende Anordnung ist der Figur 11 zu entnehmen.
Die in Figur 11 dargestellte Spiegelanordnung eignet sich zur Überführung eines Einfallsstrahlbündels mit quadratischem Querschnitt entsprechend der Figur 2 in ein Austrittsstrahlbündel mit einem Strahlquerschnitt entsprechend der Figur 3. Zu diesem Zweck sind im Beispiel gemäß der Figur 11 vier Planspiegel mit identischer Größe in y- Richtung nebeneinander in z-Richtung um die Länge 1 versetzt angeordnet. Das
Einfallsstrahlbündel 2 breitet sich in z-Richtung aus und trifft unter dem Einfallswinkel E1 zunächst auf den ersten Spiegel 6f auf Grund der endlichen Ausdehnung des Spiegels 6f wird ein erster Teilstrahl 4a abgeteilt und am Spiegel 6f reflektiert. Dieser Teilstrahl verlässt als Teilstrahl 7a die Spiegelanordnung. Der verbleibende Anteil des Einfallsstrahlbündels 2 trifft nunmehr auf den Spiegel 6g. Dort wird entsprechend den
Abmessungen ein weiteres Teilstrahlbündel 4b abgeteilt und reflektiert. Dieses verlässt als zweites Teilstrahlbündel 7b die Spiegelanordnung. Der verbleibende Anteil des Einfallsstrahlbündels 2 breitet sich weiter in z-Richtung aus und trifft dort auf den Planspiegel 6a. dort wird wiederum ein Teilstrahlbündel 4c abgeteilt und als Teilsstrahlbündel 7c mit geänderter Richtung abgelenkt. Das verbleibende Teilstrahlbündel 4d des Einfallstrahlbündels 2 trifft auf den Spiegel 6i, wo es reflektiert wird und als Teilstrahlbündel 7d die Anordnung verlässt.
Sollen die Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d in ihrer Form noch verändert werden, so können anstelle der Planspiegel 6a, 6b, 6c, 6d gemäß den Ausführungen nach den Figuren 10 oder 11 auch gewölbte, vorzugsweise zylindrische, zylinderartig geformte oder tonnenförmige Spiegel verwendet werden.
Figur 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine oder zweite Versetzungseinrichtung 6, 8. Anstelle der Reflexionsprismen aus dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 7 kann auch die Refraktion an Planplatten 6j in gleicher Weise verwendet werden. Figur 13 zeigt eine zweite Variante einer Anordnung 101 gemäß der Erfindung.
Die Anordnung 101 umfasst eine Strahlunterteileinrichtung 3 und eine Umsortiereinrichtung 5 mit einer ersten Versetzungseinrichtung 6, einer zweiten Versetzeinrichtung 8, einer Strahlkomprimiereinrichtung 12 sowie einer Strahlaufweitungseinrichtung 10.
Der Strahlunterteileinrichtung 3 wird eingangsseitig ein Einfallsstrahlbündel 2 zugeführt, welches in vorliegendem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 von einer Strahlungsquelle 1 emittiert wird. Die Strahlungsquelle 1 kann wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 ein Excimerlaser, insbesondere ein KrF- Excimerlaser, ein XeCl-Excimerlaser oder ein XeF-Excimerlaser sein.
Das Einfallsstrahlbündel 2 breitet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in z-Richtung aus. Es wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass das
Einfallstrahlbündel 2 in der xy-Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung z einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufeist, wie er z.B. in der Figur 2 skizziert ist. Die Ausdehnung in x-Richtung ist mit dem Bezugszeichen 1, die Ausdehnung in y- Richtung mit dem Bezugszeichen b gekennzeichnet. Es wird wieder davon ausgegangen, dass die Strahldivergenz in beiden Richtungen x, y identisch ist.
Die Strahlunterteileinrichtung 3 der Anordnung 101 nach der Figur 13 unterteilt den Querschnitt des Einfallsstrahlbündels 2 in y-Richtung in vier gleich große Teilstrahlbündel, wie dies in der Figur 13 durch die Bezugszeichen 4a, 4b, 4c und 4d angedeutet ist.
Diese vier Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d werden, wie sich aus der Figur 13 ergibt, der ersten Versetzungseinrichtung 6 zugeführt. Die Versetzungseinrichtung 6 versetzt diese Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in x-Richtung um ihre jeweilige Strahllänge 1. Der Querschnitt des resultierenden Strahls mit den Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d kann man wieder der Figur 3 entnehmen.
Die zueinander versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d werden nunmehr einer Komprimiereinrichtung 12 zugeführt. Diese Komprimiereinrichtung 12 komprimiert das aus den Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d bestehende Strahlbündelgebilde in x-Richtung. Will man die ursprüngliche Strahlbündelquerschnittsform wiederherstellen, so empfiehlt sich eine Komprimierung auf die ursprüngliche Ausdehnung 1.
Das aus den komprimierten Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d bestehende
Strahlbündelgebilde wird nun der Versetzungseinrichtung 8 zugeführt. Diese Versetzungseinrichtung 8 versetzt die komprimierten Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d in y- Richtung derart, dass sie nebeneinander und in x-Richtung fluchtend zueinander angeordnet sind. Die reduzierten Abmessungen des Strahlbündels nach dessen Komprimierung durch die Komprimiereinrichtung 12 und dessen Versetzung durch die Versetzungseinrichtung 8 ist in der Figur 13 auch zeichnerisch angedeutet und mittels der Bezugszeichen 9e..9h gekennzeichnet.
Das auf diese Weise entstandene Strahlbündel 9e..9h bedarf nunmehr zur Herstellung des ursprünglichen Strahlquerschnitts lediglich einer Aufweitung in y- Richtung, was durch die Aufweitungseinrichtung 10 bewerkstelligt wird. Das in y- Richtung aufgeweitete Strahlenbündel 11 erzeugt in einer nachfolgenden Feldebene die gewünschte Beleuchtungslinie 21 mit dem gewünschten Strahlquerschnitt mit in der y- Achse verringerter Divergenz um einen Faktor n (wobei die Divergenz nach unten durch die Beugung begrenzt ist)und in x-Richtung um den Faktor n erhöhter Divergenz bei unverändertem Strahlquerschnitt.
Obwohl in beiden o.a. Ausführungsbeispielen 100, 101 nach den Figuren 1 und 13 von einem Eingangsstrahlbündel mit quadratischem Querschnitt ausgegangen wird, soll dies vorliegend nicht als auf diesen Querschnitt beschränkt angesehen werden. Jedes Eingangsstrahlbündel mit beliebigem Strahlquerschnitt kann durch die vorstehend beschriebene Transformation in einen Ausgangsstrahl mit einem Strahlquerschnitt mit modifizierter Divergenz, d.h. modifiziertem Strahlparameterprodukt überführt werden. Insbesondere kann ein Strahlbündel mit rechteckigem Querschnitt auch in seiner kurzen Achse, d.h. in der Richtung mit geringerer Ausdehnung, unterteilt und umsortiert werden.
Das Unterteilen, Versetzen und Komprimieren kann auch in einem Schritt durchgeführt werden, wie dies beispielweise mit einer in der Figur 14 dargestellten Prismenanordnung möglich ist. Zum Unterteilen in vier Teilstrahlen sind vier Anordnung nach der Figur 14 erforderlich, welche in y-Richtung nebeneinander, jedoch in x-Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Jede dieser Anordnungen umfasst zwei Prismen 12a, 12b. Eine Einfallsstrahlbündel 2 wird mittels der in y-Richtung nebeneinander angeordneten Prismen 12a in Teilstrahlbündel 4a unterteilt. An der Rückfläche erfolgt eine Ablenkung in negative x-Richtung und aufgrund der Neigung zum Teilstrahlbündel 4a eine Komprimierung. Derselbe Vorgang wiederholt sich bei der Transmission durch das zweite Prisma 12b. Das komprimierte Teilstrahlbündel 13a verlässt die Anordnung in derselben aber versetzten Richtung wie der einfallende Strahl. Ein unterschiedlicher seitlicher Versatz für die Teilstrahlen 4a, 4b, 4c, 4d wird hier durch unterschiedliche Abstände der Prismen 12a, 12b oder unterschiedliche Verhältnisse der Wege in Glas (Prisma) und Luft (Umgebung) erzeugt. Kehrt man Ein- und Austrittsstrahlrichtung um, so führt die Anordnung ein Unterteilen, Versetzen und Aufweiten durch.
Figur 15 zeigt eine dritte Variante einer Anordnung 102 gemäß der Erfindung.
Die Anordnung 102 umfasst eine Strahlunterteileinrichtung 3, eine Umsortiereinrichtung 5 mit einer ersten Versetzungseinrichtung 6 und einer Rotationseinrichtung 14, sowie eine Aufweitungseinrichtung 10 und eine Komprimiereinrichtung 12.
Der Strahlunterteileinrichtung 3 wird eingangsseitig ein Einfallsstrahlbündel 2 zugeführt, welches in vorliegendem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 15 von einer Strahlungsquelle 1 emittiert wird.
Das Einfallsstrahlbündel 2 breitet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in z-Richtung aus. Es wird wieder der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass das Einfallstrahlbündel 2 in der xy-Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung z einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt hat. Der Querschnitt dieses Einfallstrahlbündels 2 ist in der Figur 2 skizziert. Die Ausdehnung in x-Richtung ist mit dem Bezugszeichen 1, die Ausdehnung in y-Richtung mit dem Bezugszeichen b gekennzeichnet. Es wird wieder davon ausgegangen, dass die Strahldivergenz in beiden Richtungen x, y identisch ist. Die Strahlunterteileinrichtung 3 der Anordnung 102 nach der Figur 15 unterteilt den Querschnitt des Einfallsstrahlbündels 2 in y-Richtung in vier gleich große Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c und 4d, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Die identischen Ausdehnungen der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in y-Richtung sind in der Figur durch mit den Bezugszeichen bi, b2, b3, b4 versehene Pfeile angedeutet.
Diese vier Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d werden, wie sich aus der Figur 15 ergibt, der ersten Versetzungseinrichtung 6 zugeführt. Die Versetzungseinrichtung 6 versetzt diese Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in x-Richtung um weniger als ihre jeweilige Strahllänge 1. Den Querschnitt der resultierenden Strahlbündelansammlung mit den Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d entnimmt man der Figur 16.
Da die Querschnitte der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d bzw. der versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d die Form eines Rechtecks aufweisen und zu Ihren Mittenachsen Ax, Ay symmetrisch sind, spielt es wiederum keine Rolle, ob die Versetzung eine rein translatorische Verschiebung in x-Richtung ist oder ob bei der Versetzung eine Spiegelung an einer oder beiden Mittenachsen Ax, Ay oder eine zu diesen äquivalente Transformation stattgefunden hat.
Die zueinander versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d werden nunmehr der Rotationseinrichtung 14 zugeführt. Diese Rotationseinrichtung 14 dreht die Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d in der xy-Ebene relativ zueinander, so dass die Breiten bi, b2, b3, b4 der auf diese Weise erzeugten Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d eine Gesamtausdehnung L haben, welche gerade die vierfache Länge 1 eines Teilstrahlbündels 7a, 7b, 7c, 7d ist. Die Längsseiten der Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d fluchten in x"- Richtung.
Ist der seitliche Versatz der Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d geringer, wie dies die Figur 18 zeigt, so führt ein Verdrehen in der xy-Ebene mittels der Rotationseinrichtung 14 zu einer Überlappung der Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d, wenn diese in x"-Richtung flüchten. Dies ist in der Figur 19 dargestellt. Die Überlappungsbereiche sind in dieser Figur mittels der Bezugszeichen 9m, 9n, 9o gekennzeichnet. Als Rotationseinrichtung 14 kann z.B. die in der EP 0 484 276 Al beschriebene Anordnung verwendet werden.
Will man nunmehr die ursprüngliche Strahlform wieder herstellen, so muss der Strahl 9 in x"-Richtung komprimiert und in y "-Richtung aufgeweitet werden. Zur Strahlaufweitung in y" -Richtung wird das neu gebildete Strahlbündel 9 der Aufweitungseinrichtung 10 zugeführt. Am Ausgang der Strahlaufweitungseinrichtung 10 entsteht nunmehr ein in y"- Richtung aufgeweitetes Strahlbündel 11 mit dem in der Figur 5 dargestellten Querschnitt. Zur Komprimierung des Strahlbündels 11 wird dieser der Komprimiereinrichtung 12 zugeführt und man erhält ausgangsseitig ein Strahlbündel 13 wie es in der Figur 6 dargestellt ist. Dies führt in der y/y "-Achse zu einer Verringerung der Divergenz um einen Faktor n wobei die Divergenz nach unten durch die Beugung begrenzt ist. In x/x"- Richtung nimmt die Divergenz um einen Faktor n bei unverändertem Strahlquerschnitt zu.
Die Figur 20 zeigt eine Anordnung 110 zum Erhitzen eines Substrats mittels Laserstrahlung. Es handelt sich um eine Anordnung, wie sie zum Beispiel zur Kristallisation von amorphen Siliziumschichten verwendet werden kann, wie dies in der Beschreibungseinleitung der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben ist.
Eine derartige Anordnung 110 umfasst eine Strahlungsquelle 1 zum Erzeugen der zum Erhitzen erforderlichen (Laser-)Strahlung, eine Strahlaufbereitungseinrichtung 15 zur zeitlichen und örtlichen Pulsformung des (Laser-) Strahls, eine Homogenisiereinrichtung 16 für die x-Richtung (nachfolgend als kurze Achsrichtung bezeichnet) und eine Homogenisiereinrichtung 17 für die y-Richtung (nachfolgend als lange Achsrichtung bezeichnet). Ferner ist eine Strahlkomprimierungseinrichtung 18 für die kurze
Achsrichtung x sowie eine Strahlaufweitungseinrichtung 19 für die lange Achsrichtung y vorgesehen. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass unterschiedliche Funktionalitäten auch in einer einzigen Einrichtung realisiert sein können. So ist es beispielsweise möglich, mit einer einzigen Homogenisiereinrichtung sowohl die Homogenität in der langen Achsrichtung als auch in der kurzen Achsrichtung festzulegen. Auch kann eine Strahlaufweitung gleichzeitig mit einer Homogenisierung in der langen Achse erfolgen. Auch die Reihenfolge der Strahlformung zur Herstellung der gewünschten Strahlform ist weitgehend beliebig. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass zunächst eine Homogenisierung in der x-Richtung, dann eine Homogenisierung in der y-Richtung, hierauf folgend eine Strahlkomprimierung in der x-Richtung und schließlich eine Strahlaufweitung in der y-Richtung erfolgt, wie dies der in der Figur 20 dargestellte Strahlengang aufzeigt, zwingend. Die einzelnen Funktionsblöcke 16, 17, 18 und 19 können in weitgehend beliebiger Weise im Strahlengang angeordnet sein. Der in der Figur 20 gezeigte Aufbau dient lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung.
Die Anordnung zum Herstellen einer Beleuchtungslinie oder die Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes 100, 101, 102 der vorstehend beschriebenen Art kann unmittelbar am Austritt des Laserstrahls vom Laser 1, unmittelbar vor der
Feldebene 20 des Laserstrahls, in welchem das zu Erhitzende Substrat angeordnet ist oder an jeder anderen Stelle dazwischen im Strahlengang des Laserstrahls zwischen Strahlaustritt und Substratfiäche 20 angeordnet sein. Dieser Sachverhalt ist mit Hilfe des Pfeils mit dem Bezugszeichen 105 kenntlich gemacht.
Die WO 2006/066706 A2 beschreibt, dass es nicht möglich ist, eine sehr schmale und homogene Beleuchtungslinie herzustellen, wenn man die Homogenisierung mit Hilfe von Zylinderlinsenanordnungen (d.h. anamorphotischen Waben- oder FIy' s Eye Konvertern wie z.B. in der DE 195 20 187 Cl beschrieben) oder zylindrischen Stabhomogenisierern realisiert. Stattdessen wird dort ein System vorgeschlagen, bei dem ein Einfallsstrahlbündel in langer Achsrichtung in eine Mehrzahl an Teilstrahlen aufgeteilt wird, die Teilstrahlen, in langer Achsrichtung aufgeweitet werden und in kurzer Achsrichtung gegeneinander verschoben wieder überlagert werden. Die Aufteilung und Verschiebung kann mit Hilfe einzelner diskreter optischer Elemente (beispielhaft ist u.a. eine in langer Achsrichtung unterteilte Zylinderlinse angegeben) oder auch kontinuierlich (entsprechend einer unendlichen Anzahl an Teilstrahlen) erfolgen (beispielhaft ist u.a. eine gegenüber der langen Achsrichtung verdrehte Zylinderlinse angegeben).
Die Figur 21 zeigt ein Intensitätsprofil 51 längs der kurzen Achse y einer mit Hilfe des in der WO 2006/066706 A2 beschriebenen Systems mit verdrehter Zylinderlinse erzeugten Beleuchtungslinie. Dieses Intensitätsprofil 51 resultiert aus einer Addition der Intensitätsprofile der mittels der verdrehten Zylinderlinse in kurzer Achsrichtung y gegen einander verschobenen unendlichen vielen Teilstrahlen. Die Intensitätsprofile 50a, 50b, 50c, ... von sieben dieser Teilstrahlen sind in vergrößerter Darstellung ebenfalls in das in der Figur 21 dargestellte Diagramm eingezeichnet.
Die Figur 22 zeigt einen Querschnitt der Grundkonfiguration eines anamorphotischen Systems zur Herstellung einer schmalen homogenen eine kurze Achse Ay und eine lange Achse Ax aufweisenden Beleuchtungslinie 54 auf einem Substrat 55 aus einem sich in z- Richtung ausbreitenden Einfallsstrahl 56. Das optische System umfasst zur Erzeugung des gewünschten Intensitätsprofils in der kurzen Achse Ay eine Homogenisieroptik 52 der oben beschriebenen Art (Zylinderlinsenanordnung und/oder Stab und/oder unterteilte oder gedrehte Zylinderlinse oder dergleichen) und eine Fokussieroptik, welche z.B. eine zylindrische oder azylindrische Linse 53 oder Spiegel mit einer Brennweite f sein kann.
Mit Hilfe eines derartigen optischen Systems und ohne Verwendung eines in der DE 195 20 187 Cl beschriebenen Schlitzes ist das Strahlpro fil 51 auf dem Substrat 55 in kurzer Achsrichtung Ay abhängig von
a) der Gestalt und der Intensität der einzelnen Linienfoki 50a, 50b, 50c,.. von jedem Teilstrahlbündel und b) der gegenseitigen Verschiebung der einzelnen Linienfoki 50a, 50b, 50c,.. in der kurzen Achsrichtung y.
Es ist offensichtlich, dass die Flanken 51a, 51b des Intensitätspro fils 51 der homogenisierten Beleuchtungslinie 54 nicht steiler sein können als die Flanken 50aa, 50ab, ... 50ga, 50gb der Teilstrahlbündel 50a, 50b, ... selbst. Eine untere Grenze für die Ausdehnung L und Steilheit SL dieser Teilstrahlbündel 50a, 50b, 50c,.. ist durch die
Beugung gegeben und hängt von der numerischen Apertur NA des Systems in der kurzen Achsrichtung y ab. Das beugungsbegrenzte Intensitätsprofil ist gegeben durch
Figure imgf000028_0001
wobei y die Koordinate in kurzer Achsrichtung Ay und λ die Wellenlänge der verwendeten Strahlung ist. Das Intensitätspro fil 57 eines zwei beugungsbegrenzte Flanken 57a, 57b aufweisenden Strahls ist beispielhaft in der Figur 23 dargestellt. Seine erste Nullstelle liegt bei y= λ/2NA, d.h. die minimal erreichbare Flankensteilheit SL beträgt etwa λ/2NA. Diese Flankensteilheit SL ist steiler als die Flankensteilheit, welche mit der Anordnung nach der DE 195 20 187 Cl mit homogener Beleuchtung, Schlitz und Abbildungsoptik hergestellt werden kann. Das mit einer derartigen Anordnung herstellbare Intensitätsprofil 58 und deren Flanke 58a sind zum Vergleich in die Figur 23 ebenfalls eingezeichnet.
Im Allgemeinen ist das tatsächliche Profil der Teilstrahlbündel 50a, 50b, 50c. in kurzer Achsrichtung breiter bzw. weniger steil als die theoretische Beugungsbegrenzung, was zusätzlich zu geringeren Flankensteilheiten der erzeugten Beleuchtungslinie führt. Diese Tatsache spiegelt die Kohärenz bzw. Divergenz des in das Beleuchtungssystem eintretenden Einfallsstrahlbündels wider. Ein typischer Excimerlaser weist eine Divergenz auf, die fünf bis 20 Mal größer als die Beugungsbegrenzung ist. Um eine gute Randschärfe bzw. Flankensteilheit zu erhalten, ohne dass die Kanten der Beleuchtungslinie mit Hilfe eines Schlitzes beschnitten werden, ist es erforderlich, dass
a) entweder ein Laser verwendet wird, welcher bereits einen beugungsbegrenzten Strahl emittiert, wie z.B. ein Festkörperlaser, ein Gaslaser insbesondere MOPA - oder solid State seeded (excimer) laser. b) oder die Divergenz mit Hilfe geeigneter Mittel reduziert wird, wie z.B. durch
Kohärenzumverteilung wie oben bereits ausführlich beschrieben wurde (Figuren 1 bis 20).
Beide Lösungen werden nach dem der Anmeldering bekannten Stand der Technik nicht eingesetzt, und bei denen im Gegenteil eine gewisse Divergenz in der kurzen Achsrichtung y erforderlich ist, um Interferenzeffekte in den Zylinderlinsenhomogenisierern zu vermeiden.
Zusätzlich zu den Beschränkungen des Einfallsstrahlbündels ist es erforderlich, die laterale Verschiebung der Teilstrahlbündel sehr sorgfältig auszuwählen, um die Flankensteilheit zu maximieren. Insbesondere ist es im Allgemeinen nicht ausreichend, wenn die Teilstrahlbündel äquidistant zueinander angeordnet sind oder identische Intensität aufweisen im Falle einer kontinuierlichen Verschiebung und unendlicher Anzahl an Teilstrahlbündel, wie dies bei dem zu der Figur 21 beschriebenen Beispiel aus dem Stand der Technik der Fall ist. Unter der Voraussetzung, dass zwischen den Teilstrahlbündeln keine Kohärenz besteht und die Teilstrahlbündel tatsächlich beugungsbegrenzt sind führt nämlich eine kontinuierliche Verschiebung der Teilstrahlbündel zu einer Flankensteilheit 59a des Kurzachsenintensitätsprofils 59 der Beleuchtungslinie, wie sie in der Figur 24 dargestellt ist. Zum Vergleich zeigt die Figur 24 das Intensitätsprofil 57 eines zwei beugungsbegrenzte Flanken 57a, 57b aufweisenden Strahls.
Um die Flankensteilheit zu maximieren, ist es erforderlich, dass sich eine hinreichende Anzahl an Teilstrahlbündeln an der äußeren Flanke der Beleuchtungslinie befindet und dass in einem daran anschließenden Bereich keine Teilstrahlbündel angeordnet sind. Die maximale Intensität über dem homogenisierten Strahl muss nur (weitgehend) identisch sein wie die maximale Intensität der äußeren Teilstrahlbündel. In diesem Fall wird die äußere Flanke (nahezu) identisch sein, wie die Flanke eines einzelnen Teilstrahlbündels.
Im einfachsten Fall besteht das die Beleuchtungslinie bildende homogenisierte Strahlbündel 62 nur aus zwei (vorzugsweise identischen) Teilstrahlbündeln 60, 61, wie dies in der Figur 25 dargestellt ist. Diese sind zumindest in einem Abstand zueinander angeordnet, der gerade den Ausdehnungen L6Oa, Lόib der jeweiligen äußeren Flanken 60a, 61b entspricht. Anders ausgedrückt sind die Intens itätsmaxima der beiden Teilstrahlbündel 60, 61 mindestens so weit voneinander entfernt, dass sich die Intensitätsmaxima 60c, 61c der benachbarten Teilsstrahlbündel 60, 61 gerade am Ort der jeweiligen ersten Nullstellen (Intensitätsminima) 6Od, 61d der benachbarten Teilsstrahlbündel 60, 61 befinden. Das bedeutet, dass die Intensitätsmaxima 60c, 61c benachbarter Teilstrahlbündel 60, 61 gerade mindestens um eine Teilstrahlbreite (gerechnet von erstem Minimum zu erstem Minimum) voneinander entfernt sind. Obwohl die Teilstrahlbündel 60, 61 nach der Figur 25 das Intensitätsprofil eines beugungsbegrenzten Strahls haben, kann dieselbe Technik auch für jede andere Art von Teilstrahlbündel mit hiervon abweichenden Intensitätsprofilen verwendet werden.
Eine beugungsbegrenzt randscharfe homogene Beleuchtungslinie lässt sich nicht nur aus Teilstrahlbündeln mit identischem Intensitätsprofil in kurzer Achsrichtung erzeugen, indem die (jeweils) äußeren beiden Teilstrahlbündel wenigstens im Abstand ihrer Intensitätsflanken zueinander angeordnet sind. Es ist auch möglich, die Intensitätsamplituden abweichend voneinander zu wählen. Des Weiteren kann auch das äußere Teilstrahlbündel aus mehreren am gleichen Ort überlagerten Teilstrahlbündeln bestehen. Die Figur 26 zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel bei dem zehn identische Teilstrahlprofile 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72 an den Stellen auf der y-Achse yi=- 0,4μm, y2=-0,4μm, y3=-0,4μm, y4=0,5μm, y5=0,85μm, y6=0,85μm, y7=l,2, ys=l,lμm, y9=l,lμm, ylo=l,lμm eine Beleuchtungslinie 73 bildend angeordnet sind.
Der Vollständigkeit sei daraufhingewiesen, dass die vorstehend erläuterten Kriterien zur Überlagerung von Teilstrahlprofilen in besonderen Fällen auch nur für bestimmte
Abschnitte längs einer Beleuchtungslinie gelten können. Die Figur 27 zeigt die Draufsicht auf die Beleuchtungslinie des Ausführungsbeispiels nach der Figur 25, bei dem die Teilstrahlbündel 60, 61 in langer Achsrichtung x um einen gewissen Betrag gegeneinander verschoben sind, so dass die oben beschriebene Überlagerung nur in einem Abschnitt 74 gültig ist.
Weiterhin kann es im Einzelfall sein, dass die beugungsbegrenzte Randschärfe einzelner oder aller Teilstrahlbündel nur abschnittsweise vorliegt. Die oben erläuterten Kriterien zur Überlagerung von Teilstrahlprofilen gelten dann selbstverständlich nur in den entsprechenden Abschnitten. Die Figur 28 skizziert eine Beleuchtungslinie 81 in
Draufsicht, welche sich aus Teilstrahlbündelprofilen 75, 76, 77, 78 zusammensetzt, welche nur abschnittsweise eine beugungsbegrenzte Randschärfe aufweisen. Von der Beugungsbegrenzung abweichende Profilabschnitte sind mit Hilfe der Bezugszeichen 75a und 78b gekennzeichnet. Die erfindungsgemäße Randschärfe stellt sich dann selbstverständlich nur an den durch die Bezugszeichen 79, 80 gekennzeichneten Abschnitten in langer Achsrichtung x der Beleuchtungslinie 81 ein.
Bezugszeichenliste
1 Strahlungsquelle
2 Einfallsstrahlbündel 3 Strahlunterteileinrichtung
4a erstes Teilstrahlbündel
4b zweites Teilstrahlbündel
4c drittes Teilstrahlbündel
4d viertes Teilstrahlbündel 5 Umsortiereinrichtung
6 erste Versetzungseinrichtung
6a Prisma mit einer Grundfläche in Form eines Parallelogramms als erstes Teilelement der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung
6c Prisma mit einer Grundfläche in Form eines Parallelogramms als zweites Teilelement der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung
6d Prisma mit einer Grundfläche in Form eines Parallelogramms als drittes Teilelement der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung
6e Spiegelanordnung als Teilelement der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung
6el erster Teilspiegel 6e2 zweiter Teilspiegel
6f erster Spiegel
6g zweiter Spiegel
6h dritter Spiegel
6i vierter Spiegel 7a erstes in x-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
7b zweites in x-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
7c drittes in x-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
7d viertes in x-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
8 zweite Versetzungseinrichtung 9a erstes in y- Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9b zweites in y- Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9c drittes in y- Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9d viertes in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel 9e erstes in y- Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9f zweites in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9g drittes in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9h viertes in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel 9 neu gebildetes Strahlbündel
9m Überlappungsbereich
9n Überlappungsbereich
9o Überlappungsbereich
10 Aufweitungseinrichtung 11 in y-Richtung aufgeweitetes Strahlbündel
12 Komprimiereinrichtung
13 in x-Richtung komprimiertes Strahlbündel
13a erstes in x-Richtung versetztes und komprimiertes Teilstrahlbündel 13b zweites in x-Richtung versetztes und komprimiertes Teilstrahlbündel 13c drittes in x-Richtung versetztes und komprimiertes Teilstrahlbündel 13d viertes in x-Richtung versetztes und komprimiertes Teilstrahlbündel
14 Rotationseinrichtung
15 Strahlaufbereitungseinrichtung
16 Homogenisiereinrichtung für die x-Richtung 17 Homogenisiereinrichtung für die y-Richtung
18 Strahlkomprimierungseinrichtung für die x-Richtung
19 Strahlaufweitungseinrichtung für die y-Richtung
20 Substratebene/Beleuchtungsebene
21 Beleuchtungslinie 22 Einfallsfläche
23 erste Reflexionsfläche
24 zweite Reflexionsfläche
25 Austrittsfläche
50a Intensitätsprofil eines Teilstrahlbündels 50b Intensitätsprofil eines Teilstrahlbündels
50c Intensitätsprofil eines Teilstrahlbündels
50aa Flanke 50ab Flanke
51 Intensitätsprofil einer Beleuchtungslinie 51a Flanke 51b Flanke
52 Homogenisieroptik
53 zylindrische Linse
54 Beleuchtungslinie
55 Substrat 56 Einfallsstrahl
57 Intensitätsprofil
57a beugungsbegrenzte Flanke 57b beugungsbegrenzte Flanke
58 Intensitätsprofil 58a Flanke
59 Intensitätsprofil 59a Flanke
60 Teilstrahlbündel 60a Flanke 60c Maximum 6Od Minimum
61 Teilstrahlbündel 61b Flanke
61c Maximum 61d Minimum
62 Gesamtstrahlbündel
63 Teilstrahlbündel
64 Teilstrahlbündel
65 Teilstrahlbündel 66 Teilstrahlbündel
67 Teilstrahlbündel
68 Teilstrahlbündel
69 Teilstrahlbündel 70 Teilstrahlbündel
71 Teilstrahlbündel
72 Teilstrahlbündel
73 Beleuchtungslinie 74 Abschnitt
75 Teilstrahlbündel
75 a Abschnitt
76 Teilstrahlbündel
77 Teilstrahlbündel 78 Teilstrahlbündel
78b Abschnitt
79 Abschnitt
80 Abschnitt
81 Beleuchtungslinie
100 erste Variante einer Anordnung gemäß der Erfindung
101 zweite Variante einer Anordnung gemäß der Erfindung
102 dritte Variante einer Anordnung gemäß der Erfindung
105 Bereich in der die erfindungsgemäße Anordnung angeordnet sein kann 110 Anordnung zum Erhitzen mittels Laserstrahlung
λ Wellenlänge b Strahlbreite
1 Strahllänge f Brennweite
SL Flankensteilheit
L Ausdehnung
LόOa Ausdehnung
Lόlb Ausdehnung NA numerische Apertur
X erste Richtung x' geänderte erste Richtung x" geänderte erste Richtung y zweite Richtung y' geänderte zweite Richtung y" geänderte zweite Richtung z Ausbreitungsrichtung
Ax Achse
Ay Achse

Claims

Patentansprüche:
1. Anordnung zum Erzeugen einer randscharfen Beleuchtungslinie (21, 62, 73, 81) durch Überlagerung einer Mehrzahl sich in einer Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitenden Teilstrahlbündel (60, 61, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 75, 76,
77, 78), wobei
- die Teilstrahlbündel (60, 61, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 75, 76, 77, 78) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung (z) eine räumliche Ausdehnung in einer ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung in einer zu der Ausbreitungsrichtung (z) senkrechten und einer zu der ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweisen, wobei
- die Beleuchtungslinie (21, 62, 73, 81) eine räumliche Ausdehnung in der ersten Richtung (y) und eine um ein Vielfaches größere räumliche Ausdehnung in der zweiten Richtung (x) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
- wenigstens eine Flanke (60a, 61b) wenigstens eines der Teilstrahlbündel (60, 61, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 75, 76, 77, 78) in der ersten Richtung (y) wenigstens in einem ersten Abschnitt (79, 80) beugungsbegrenzt ist und dass die Teilstrahlbündel (60, 61, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 75, 76, 77, 78) derart überlagert sind, dass wenigstens eine Flanke der Beleuchtungslinie (21, 62,
73, 81) in der ersten Richtung (y) wenigstens in dem ersten Abschnitt (79, 80) beugungsbegrenzt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu der wenigstens einen Flanke (60a) des wenigstens einen der Teilstrahlbündel (60, 63, 64, 65) gegenüberliegende Flanke (61b) wenigstens eines weiteren der Teilstrahlbündel (61, 70, 71, 72) wenigstens in einem zweiten Abschnitt (80) beugungsbegrenzt ist und dass die Teilstrahlbündel (60, 61, 63, 64, 65, 70, 71, 72) derart überlagert sind, dass die der einen Flanke gegenüberliegende Flanke der Beleuchtungslinie (81) in dem zweiten Abschnitt (80) beugungsbegrenzt ist.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Teilstrahlbündel (63, 64, 65, 70, 71, 72) mit einer zumindest abschnittsweise beugungsbegrenzten Flanke in der ersten Richtung (y) eine wenigstens abschnittsweise beugungsbegrenzte Flanke bildend übereinander überlagert sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine wenigstens abschnittsweise beugungsbegrenzte Flanke der Beleuchtungslinie (62, 73,
81) bildenden abschnittsweise beugungsbegrenzten Flanken der Teilstrahlbündel (63, 64, 65, 70, 71, 72) wenigstens abschnittsweise exakt übereinander liegen und dass die Flanken der nicht die wenigstens abschnittsweise beugungsbegrenzte Flanke der Beleuchtungslinie (62, 73, 81) bildenden Flanken um wenigstens die Flankentiefe (L6Oa, L6 !b) von wenigstens einem der beugungsbegrenzten Flankenabschnitte der
Beleuchtungslinie (62, 73, 81) entfernt ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dass die Beleuchtungslinie (21, 62, 73, 81) in der ersten Richtung (y) wenigstens abschnittsweise homogen ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine ein Einfallsstrahlbündel in die Mehrzahl sich in der Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitenden und einander überlagernden Teilstrahlbündel unterteilende Strahlunterteil- und Überlagerungsvorrichtung vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlunterteil- und Überlagerungsvorrichtung eine Strahlunterteileinrichtung (3) und eine Umsortiereinrichtung (6, 8) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfasst.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Teilstrahlbündels mit wenigstens abschnittsweise beugungsbegrenzter Flanke ein Laser vorgesehen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein Gaslaser oder ein Festkörperlaser ist.
10. Anordnung (100, 101, 102) zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie (21) aus einem sich in einer Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitenden Einfallsstrahlbündel (2), wobei
- das Einfallsstrahlbündel (2) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung (z) eine räumliche Ausdehnung (b) in einer ersten Richtung (y) und eine räumliche
Ausdehnung (1) in einer zu der Ausbreitungsrichtung (z) senkrechten und einer zu der ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei
- die Beleuchtungslinie (21) eine räumliche Ausdehnung in einer Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung in einer dazu senkrechten weiteren Richtung (x) aufweist, wobei
- die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie (21) in der weiteren Richtung (x) wenigstens 30 000 mal größer ist, als die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie (21) in der einen Richtung (y), dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels (2) vorgesehen ist, umfassend:
- eine Strahlunterteileinrichtung (3), um das Einfallsstrahlbündel (2) in der ersten Richtung (y) in wenigstens zwei Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung (bi, b2, b3, b4) in der ersten Richtung
(y) und eine räumliche Ausdehnung (1) in der zweiten Richtung (x) aufweist, und
- eine Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14), um wenigstens zwei der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel (9a, 9b, 9c, 9d) mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen (bi, b2, b3, b4) in der ersten Richtung (y) nebeneinander oder wenigstens teilweise überlappend (9m,
9n, 9o) angeordnet sind.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfallsstrahlbündel (2) eine Strahldivergenz in der zweiten Richtung (x) und eine gleich große oder kleinere Strahldivergenz in der ersten Richtung (y) aufweist.
12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlumformeinrichtung (15, 16, 17, 18, 19) vorgesehen ist, um die räumliche Ausdehnung (1) der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d; 7a, 7b, 7c, 7d; 9a, 9b, 9c, 9d) in der zweiten Richtung (x) in die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie (21) in der weiteren Richtung (x) umzuformen.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlumformeinrichtung (15, 16, 17, 18, 19) vorgesehen ist, um die räumliche Ausdehnung (bi, b2, b3, b4) der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d; 7a, 7b, 7c, 7d; 9a, 9b, 9c, 9d) in der ersten Richtung (y) in die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie (21) in der einen Richtung (y) umzuformen.
14. Anordnung (100, 101, 102) zum Erhöhen der Asymmetrie der Strahldivergenz eines sich in einer Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitenden Einfallsstrahlbündels (2), wobei
- das Einfallsstrahlbündel (2) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung (z) eine räumliche Ausdehnung (b) in einer ersten Richtung (y) und eine räumliche
Ausdehnung (1) in einer zu der Ausbreitungsrichtung (z) senkrechten und einer zu der ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei
- das Einfallsstrahlbündel (2) eine Strahldivergenz in der zweiten Richtung (x) und eine gleich große oder kleinere Strahldivergenz in der ersten Richtung (y) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels (2) vorgesehen ist, umfassend:
- eine Strahlunterteileinrichtung (3) um das Einfallsstrahlbündel (2) in der ersten Richtung (y) in wenigstens zwei Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung (bi, b2, b3, b4) in der ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung (1) in der zweiten Richtung (x) aufweist, und
- eine Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14), um wenigstens zwei der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel (9a,
9b, 9c, 9d) mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen (bi, b2, b3, b4) in der ersten Richtung (y) nebeneinander oder wenigstens teilweise überlappend (9m, 9n, 9o) angeordnet sind.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlunterteileinrichtung (6) wenigstens ein Prismenelement (6a, 6c, 6d) oder wenigstens ein Planplattenelement (6j) oder wenigstens ein Linsenelement oder wenigstens ein Spiegelelement (6el, 6e2; 6f, 6g, 6h, 6i) zum Ablenken eines der
Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) gegenüber einem anderen der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) umfasst.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14) eine erste Versetzungseinrichtung (6) zum
Versetzen wenigstens eines der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) in der zweiten Richtung (x) umfasst.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14) eine zweite Versetzungseinrichtung (8) zum
Versetzen wenigstens eines der Teilstrahlbündel in der ersten Richtung (y) umfasst.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Versetzungseinrichtung (6) und/oder die zweite Versetzungseinrichtung (8) wenigstens ein Prismenelement (6a, 6c, 6d) oder wenigstens ein Planplattenelement
(6j) oder wenigstens ein Linsenelement oder wenigstens ein Spiegelelement (6el, 6e2; 6f, 6g, 6h, 6i) umfasst.
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsortiereinrichtung (6, 14) eine Rotationseinrichtung (14) zum Drehen wenigstens eines der Teilstrahlbündel (7a, 7b, 7c, 7d) um einen vorgegebenen Drehwinkel umfasst.
20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel 90° beträgt.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationseinrichtung (14) wenigstens ein Prismenelement oder wenigstens ein Planplattenelement oder wenigstens ein Linsenelement oder wenigstens ein Spiegelelement umfasst.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14) eine Spiegelungseinrichtung zum gespiegelten
Abbilden wenigstens eines der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) an einer winklig zu der ersten und/oder der zweiten Richtung (y, x) verlaufenden Spiegelachse (Ax, Ay) umfasst.
23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelachse (Ax, Ay) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung und unter einem Winkel von 90° oder 45° zu der ersten und/oder der zweiten Richtung (y, x) verläuft.
24. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komprimiereinrichtung (12) vorgesehen ist, um die unterteilten und/oder umsortierten Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d; 7a, 7b, 7c, 7d; 9a, 9b, 9c, 9d) in der zweiten Richtung (x) zu komprimieren.
25. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufweitungseinrichtung (10) vorgesehen ist, um die unterteilten und/oder umsortierten und/oder komprimierten Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d; 7a, 7b, 7c, 7d; 9a, 9b, 9c, 9d) in der ersten Richtung (y) aufzuweiten.
26. Anordnung (110) zum Erhitzen mittels Laserstrahlung mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25.
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