WO2009036716A1 - Method and arrangement for producing a laser beam with a linear beam cross section - Google Patents

Method and arrangement for producing a laser beam with a linear beam cross section Download PDF

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WO2009036716A1
WO2009036716A1 PCT/DE2008/001181 DE2008001181W WO2009036716A1 WO 2009036716 A1 WO2009036716 A1 WO 2009036716A1 DE 2008001181 W DE2008001181 W DE 2008001181W WO 2009036716 A1 WO2009036716 A1 WO 2009036716A1
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optics
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Michael Stopka
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938Using specific optical elements
    • G02B27/095Refractive optical elements
    • G02B27/0955Lenses
    • G02B27/0966Cylindrical lenses

Definitions

  • the laser beam is telecentrically imaged at least with respect to the long axis, i. H. the laser beam homogenized with respect to the long axis is imaged by means of a condenser optics in such a way that a beam path which can be assigned to the imaged laser beam and consists of partial beams oriented parallel to the propagation direction is formed,
  • Cylinder lens arrangements are. Downstream of the cylindrical lens arrangements in the beam path, a condenser lens is provided for imaging the beam cross-section which is rectangular in the long axis.
  • the following is a short axis homogenizer, which also provides a first arrangement of mutually parallel cylindrical lenses, followed in the beam path of a second array of parallel aligned cylindrical lenses, the axes of the cylindrical lenses of the short axis homogenizer are oriented orthogonal to the cylindrical lens axes of the long axis homogenizer.
  • the focal points or lines of the respective first arrangement of cylindrical lenses are also located between the two cylindrical lens arrangements in the case of the short-axis homogenizer.
  • a condenser lens and a field lens are subsequently provided, which image the beam cross section, which is homogenized in the short axis, into the region of a slit lens.
  • an optical magnifying glass arrangement ensures a reduction in the beam cross-sectional shape in the short axis, and ultimately the laser beam, which is now linearly formed and homogenized in the beam cross section, is imaged onto the substrate surface coated with amorphous silicon. Further details can be found in the aforementioned US 2005/0035103 A1.
  • a method for generating a laser beam with a linear beam cross section is characterized in that in the beam path for beam shaping and beam imaging of the laser beam cross section in the short axis at least two-stage optical imaging is performed with the one hand, a spatial Bridging the caused by the telecentric beam guidance long distance between the Kurzachsenhomogenisierer and an imaging plane is made possible, in which preferably is provided with the amorphous Si layer substrate, and on the other hand, an independent adjustment for the slope and line half width is created.
  • the two-stage imaging is realized by two optical imaging branches arranged one after the other in the beam path, of which the first optical imaging branch consists of the cylindrical lens arrangements of the short axis homogenizer, a subsequent short axis condensing optics and a short axis field lens optical system following the beam path.
  • the laser beam L emerging from an excimer laser is matched to the input aperture of a homogenizer H composed of a long-axis LAH and a short-axis homogenizer SAH by means of suitable imaging optics, for example a telephoto lens.

Abstract

A description is given of a method and an arrangement for producing a laser beam with a linear beam cross section, which has a long and a short cross-sectional beam axis and has an extent in the long axis of at least 200 mm and an extent in the short axis of at most 800 µm, wherein the laser beam emerging from a laser beam source is homogenized separately with respect to the long axis and the short axis, in that the laser beam is homogenized both in relation to the long axis and in relation to the short axis while respectively producing a focal plane, into which there are focused in each case a multiplicity of partial beams which have been created by dividing up the beam cross section of the laser beam and which are subsequently brought together to form a laser beam homogenized in the beam cross section, and the laser beam undergoes telecentric imaging, at least with respect to the long axis, i.e. the laser beam homogenized with respect to the long axis is projected by means of a condensing optical system (LACL) in such a way as to produce a path of rays that can be assigned to the projected laser beam, comprising partial beams of parallel light oriented longitudinally in relation to the direction of propagation. The invention is characterised by the following method steps: projecting the beam cross section that is converging in a homogenizing manner in the short axis by means of a first condensing optical system (SACL1) to produce a homogeneous image field (HFSA1) and producing a first pupil (P1) by means of a first field-lens optical system (SAFL1), into which the focal plane, in which the partial beams divided up with respect to the short axis are focused, is projected and projecting the homogeneous image field (HFSA1) by means of a second condensing optical system (SACL2) in a second image field (HSFA2) as well as projecting the first pupil (P1) by means of a second field-lens optical system (SAFL2) in a second pupil (P2), which corresponds to the entrance pupil of an imaging optical system (p-lens SA) for the telecentric imaging of the laser beam on an imaging plane, onto which the laser beam homogenized with respect to the long axis is projected by means of the condensing optical system (LACL).

Description

Verfahren und Anordnung zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einem linienhaften Method and arrangement for generating a laser beam with a linear
StrahlquerschnittBeam cross section
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einem linienhaften Strahlquerschnitt, der eine lange und eine kurze Strahlquerschnittsachse besitzt und eine Erstreckungen in der langen Achse von wenigstens 200 mm und eine Erstreckung in der kurzen Achse von maximal 800 μm aufweist, bei dem der aus einer Laserstrahlquelle austretende Laserstrahl getrennt bezüglich der langen Achse und der kurzen Achse homogenisiert wird, indem der Laserstrahl sowohl relativ zur langen als auch zur kurzen Achse unter Erzeugung jeweils einer Fokiebene, in die jeweils eine Vielzahl von Teilstrahlen, in die der Strahlquerschnitt des Laserstrahls aufgetrennt wird, fokussiert wird, die nachfolgend unter Ausbildung eines im Strahlquerschnitt homogenisierten Laserstrahls zusammengeführt werden. Der Laserstrahl wird zumindest bezüglich der langen Achse telezentrisch abgebildet, d. h. der bezüglich der langen Achse homogenisierte Laserstrahl wird mittels einer Kondensoroptik derart abgebildet, dass ein dem abgebildeten Laserstrahl zuordenbarer Strahlengang, bestehend aus längs zur Ausbreitungsrichtung orientierten Teilstrahlen parallelen Lichtes, entsteht,The invention relates to a method and an arrangement for producing a laser beam having a linear beam cross section, which has a long and a short beam cross-sectional axis and has a long axis extent of at least 200 mm and a short axis extension of at most 800 μm, in which the laser beam emerging from a laser beam source is homogenized separately with respect to the long axis and the short axis, by the laser beam both relative to the long and the short axis forming a respective fissure plane into each of a plurality of partial beams into which the beam cross section the laser beam is separated, is focused, which are subsequently merged to form a homogenized in the beam cross section laser beam. The laser beam is telecentrically imaged at least with respect to the long axis, i. H. the laser beam homogenized with respect to the long axis is imaged by means of a condenser optics in such a way that a beam path which can be assigned to the imaged laser beam and consists of partial beams oriented parallel to the propagation direction is formed,
Stand der TechnikState of the art
Verfahren sowie Anordnungen der vorstehend genannten Gattung werden seit geraumer Zeit in der industriellen Fertigung von auf TFT (thin film transistor)-Technik basierenden Flachbildschirmen eingesetzt. Eine der hierfür zu treffenden Maßnahmen ist die Bereitstellung einer möglichst großflächigen polykristallinen Siliziumschicht, auf deren Grundlage im Weiteren eine Vielzahl arrayförmig angeordneter Dünnschicht-Transistoren prozessiert wird. Zur Herstellung der polykristallinen Siliziumschicht wird ein Substrat mit amorphen Silizium beschichtet, das im Wege eines laserunterstützten Belichtungsverfahrens durch kontrollierte lokale, lichtinduzierte Erhitzung in polykristallines Silizium im Wege eines kurzzeitigen Schmelzvorganges umgewandelt wird. Für derartige, literaturbekannte Belichtungsverfahren werden in an sich bekannter Weise Excimer-Laser, beispielsweise XeCI-Laser eingesetzt, die Licht im ultravioletten Spektralbereich zu emittieren vermögen, das von Silizium weitgehend vollständig absorbiert wird, wodurch eine bis zum Aufschmelzen des amorphen Siliziums führende thermische Erhitzung und eine damit verbundene Rekristallisation des amorphen Siliziums in polykristallines Silizium ermöglicht wird. In diesen Zusammenhang wird häufig von ELA-Verfahren (Excimer Laser Annealing) gesprochen. Um eine für den Aufschmelzvorgang erforderliche Energiedichte auf die Oberfläche des mit amorphen Siliziums befilmten Substrates kurzzeitig mittels eines Laserstrahls zudeponieren und zugleich auch den Anforderungen industrieller Fertigung zu genügen, erwies es sich als zweckmäßig, den aus einem Excimer-Laser austretenden Laserstrahl, in einen Laserstrahl mit linienhafter Strahlquerschnittsform überzuführen, beispielsweise mit einer Linienlänge von 370 mm und einer Linienbreite von 400 μm, der in dieser Form in kontrollierter Weise zur lokalen kurzzeitigen Aufschmelzung der amorphen Siliziumschicht über die gesamte, mit amorphem Silizium beschichtete Substratoberfläche, abgescannt bzw. abgerastert wird.Methods and arrangements of the aforementioned type are used for some time in the industrial production of TFT (thin film transistor) technology based flat screens. One of the measures to be taken is to provide a polycrystalline as large as possible surface Silicon layer, on the basis of which a plurality of arrayed thin-film transistors is processed in the further. To produce the polycrystalline silicon layer, a substrate is coated with amorphous silicon, which is converted by means of a laser-assisted exposure method by controlled local, light-induced heating in polycrystalline silicon by means of a brief melting process. Excimer lasers, for example XeCl lasers, which are able to emit light in the ultraviolet spectral range, which is largely completely absorbed by silicon, are used for such exposure methods known from the literature in a manner known per se, resulting in thermal heating leading to the melting of the amorphous silicon an associated recrystallization of the amorphous silicon in polycrystalline silicon is made possible. In this context, often spoken by ELA (Excimer Laser Annealing). In order to briefly deposit a required energy density for the melting process on the surface of the substrate coated with amorphous silicon by means of a laser beam and at the same time meet the requirements of industrial production, it proved to be expedient to use the laser beam emerging from an excimer laser in a laser beam line cross-sectional shape, for example, with a line length of 370 mm and a line width of 400 .mu.m, which is scanned in this form in a controlled manner for local short-term melting of the amorphous silicon layer over the entire, coated with amorphous silicon substrate surface, scanned or scanned.
In besonders vorteilhafter Weise bedarf es für eine derartig homogene Rekristallisation eines entsprechend geformten Laserstrahls mit einer ausgeprägten Homogenität in der Verteilung der Lichtintensität sowohl längs der langen als auch längs der kurzen Achse des rechteckförmig linienhaften Strahlquerschnittes. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, das Strahlprofil in Bezug auf die Lichtintensitätsverteilung längs der kurzen Achse mit beidseitig großer Flankensteilheit auszubilden, so dass in Bezug zur kurzen Strahlquerschnittsachse die Lichtintensität möglichst nahe an ein als ein Ideal anzusehendes Rechteckprofils angenähert wird, d.h. das Strahlintensitätsplateau reicht mit dem Plateauwert bis an die seitlichen Flanken heran und fällt an den Flanken steil ab.In a particularly advantageous manner, for such a homogeneous recrystallization of a correspondingly shaped laser beam with a pronounced homogeneity in the distribution of the light intensity both along the long and along the short axis of the rectangular line beam cross section required. Moreover, it is advantageous to form the beam profile with respect to the light intensity distribution along the short axis with large steepness on both sides, so that the light intensity is approximated as close as possible to a rectangular profile to be regarded as an ideal with respect to the short beam cross-sectional axis The beam intensity plateau reaches with the plateau value up to the lateral flanks and drops steeply at the flanks.
Repräsentativ für einen diesbezüglichen Stand der Technik wird auf die US 2005/0035103 A1 verwiesen, in der eine beachtenswerte Zusammenstellung über den derzeitigen Stand der Technik bezüglich ELA-Verfahren zu entnehmen ist und aus der insbesondere unter Bezugnahe auf deren Figur 1 eine Excimer- Laseranordnung mit einer im Strahlengang nach geordneten Strahlführenden sowie auch Strahlformenden Optikanordnung zur Erzeugung eines Laserstrahls mit einem linienhaften Strahlquerschnitt im vorstehend genannten Sinne gezeigt ist. So verhilft eine Teleobjektivanordnung zur Anpassung des aus dem Excimer-Laser austretenden rechteckförmigen Strahlquerschnittes an die Eingangsapertur eines im Strahlengang nachfolgenden Homogenisierers, der den im Strahlquerschnitt rechteckförmigen Laserstrahl getrennt relativ zu dessen kurzen sowie auch langen Strahlquerschnittsachse jeweils in Bezug auf die Lichtintensitätsverteilung zu homogenisieren vermag. Zunächst durchläuft hierbei der Laserstrahl einen so genannten Langachsenhomogenisierer, der aus einer ersten Anordnung parallel zueinander orientierter Zylinderlinsen besteht sowie dieser im Strahlengang nachgeordnet einer zweiten Anordnung parallel zueinander angeordneter Zylinderlinsen, wobei die Fokipunkte bzw. -linien der Zylinderlinsen der ersten Anordnung zwischen der ersten und zweiten Anordnung derRepresentative of a related art, reference is made to US 2005/0035103 A1, in which a notable summary of the current state of the art with respect to ELA method can be found and from the particular reference to their Figure 1 an excimer laser arrangement with an optical arrangement arranged in the beam path according to ordered and also beam-shaping optical arrangement for generating a laser beam with a linear beam cross-section in the aforementioned sense is shown. Thus, a telephoto arrangement helps to adapt the rectangular beam cross section emerging from the excimer laser to the input aperture of a homogenizer in the beam path which is capable of separately homogenizing the laser beam rectangular in the beam cross section relative to its short and also long beam cross section axis with respect to the light intensity distribution. First, the laser beam passes through a so-called long axis homogenizer, which consists of a first arrangement of parallel cylindrical lenses and this in the beam path downstream of a second array of parallel cylindrical lenses, the focal points or lines of the cylindrical lenses of the first arrangement between the first and second Arrangement of
Zylinderlinsenanordnungen liegen. Im Strahlengang, den Zylinderlinsenanordnungen nachgeordnet, ist eine Kondensorlinse zur Abbildung des in der langen Achse rechteckförmig ausgebildeten Strahlquerschnittes vorgesehen. Im Weiteren folgt ein Kurzachsenhomogenisierer, der ebenfalls eine erste Anordnung von jeweils parallel zueinander angeordneter Zylinderlinsen vorsieht, gefolgt im Strahlengang von einer zweiten Anordnung parallel zueinander ausgerichteter Zylinderlinsen, wobei die Achsen der Zylinderlinsen des Kurzachsenhomogenisierers orthogonal zu den Zylinderlinsenachsen des Langachsenhomogenisierers orientiert sind. Gleichfalls dem Langachsenhomogenisierer liegen auch beim Kurzachsenhomogenisierer die Fokipunkte bzw. -linien der jeweils ersten Anordnung an Zylinderlinsen zwischen beiden Zylinderlinsenanordnungen. Zur weiteren Abbildung des in der kurzen Achse homogenisierten Strahlquerschnittes werden nachfolgend eine Kondensorlinse sowie eine Feldlinse vorgesehen, die den in der kurzen Achse homogenisierten Strahlquerschnitt in den Bereich einer Spaltlinse abbilden. Schließlich sorgt eine optische Lupenanordnung für eine Verkleinerung der Strahlquerschnittsform in der kurzen Achse und letztlich wird der nun linienhaft ausgebildete und im Strahlquerschnitt homogenisierte Laserstrahl auf die mit amorphem Silizium beschichtete Substratoberfläche abgebildet. Weitere Einzelheiten hierzu können der vorstehend genannten US 2005/0035103 A1 entnommen werden. Ergänzend seien ferner die Druckschriften US 2006/0209310 A1 und US 2007/0091978 A1 genannt, in denen gleichfalls Ausführungsbeispiele zur optischen Laserstrahlhomogenisierung mit nachfolgender Überführung des Laserstrahls in einen Laserstrahl mit einem linienförmigen Strahlquerschnitt zu entnehmen sind, die jedoch gegenüber der vorstehend genannten US 2005/0035103 A1 keine grundsätzlichen Neuerungen offenbaren.Cylinder lens arrangements are. Downstream of the cylindrical lens arrangements in the beam path, a condenser lens is provided for imaging the beam cross-section which is rectangular in the long axis. The following is a short axis homogenizer, which also provides a first arrangement of mutually parallel cylindrical lenses, followed in the beam path of a second array of parallel aligned cylindrical lenses, the axes of the cylindrical lenses of the short axis homogenizer are oriented orthogonal to the cylindrical lens axes of the long axis homogenizer. Likewise with the long-axis homogenizer, the focal points or lines of the respective first arrangement of cylindrical lenses are also located between the two cylindrical lens arrangements in the case of the short-axis homogenizer. For further illustration of the short axis Homogenized beam cross section, a condenser lens and a field lens are subsequently provided, which image the beam cross section, which is homogenized in the short axis, into the region of a slit lens. Finally, an optical magnifying glass arrangement ensures a reduction in the beam cross-sectional shape in the short axis, and ultimately the laser beam, which is now linearly formed and homogenized in the beam cross section, is imaged onto the substrate surface coated with amorphous silicon. Further details can be found in the aforementioned US 2005/0035103 A1. In addition, the publications US 2006/0209310 A1 and US 2007/0091978 A1 may also be mentioned, in which exemplary embodiments for the optical laser beam homogenization with subsequent transfer of the laser beam into a laser beam with a linear beam cross section are to be taken, which, however, compared to the aforementioned US 2005 / 0035103 A1 reveal no fundamental changes.
Im Bestreben, die Linienform des Strahlquerschnittes längs ihrer langen Achse zu vergrößern, letztlich auch aus Gründen möglichst großflächige, mit amorphem Silizium befilmte Substratflächen wirtschaftlich im Wege des ELA-Verfahrens zu bearbeiten, stellt sich in zunehmenden Maße das Problem der Bildfeldwölbung ein, die aufgrund unterschiedlicher Fokustiefen zu einer unscharfen Abbildung längs der Laserlinie führt, wobei der Grad der Unscharfe mit zunehmenden Abstand von der Bildmitte zu den Bildrandbereichen zunimmt. Dieser Abbildungsfehler schlägt darüber hinaus umso mehr zu Buche, wenn die Tiefenschärfe des abbildenden Systems in etwa in der gleichen oder kleineren Größenordnung liegt wie die durch die Bildfeldwölbung insbesondere in den Bildrandbereichen hervorgerufene Lageverschiebung der Fokuspunkte verglichen zur Fokuslage in der Bildmitte. Bedient man sich bei zur Abbildung des Laserstrahl längs seiner langen Achse jedoch einer telezentrischen Abbildung, d.h. die dem Laserstrahl zuordenbaren Teilstrahlen sind nach Durchtritt durch die dem Langachsenhomogenisierer nachgeordneten Kondensoroptik zueinander parallel gerichtet, so ist es möglich, die sich bezüglich der langen Achse ausbildenden nachteilig in Erscheinung tretenden Abbildungsfehler bedingt durch die Bildfeldwölbung zu minimieren. Derartige optische Aufbauten zur Realisierung lang dimensionierter Laserlinien mit Linienlängen von typischerweise 450 mm und mehr, erfordern jedoch zur Realisierung telezentrischer Abbildungsoptiken, große Abstände zwischen dem Langachsenhomogenisierer und der Langachsenkondensoroptik. Dies wirft jedoch Probleme bei der Abbildung des Laserstrahls längs seiner kurzen Achse auf, gilt es doch über die gesamte Linienlänge des Laserstrahls eine längs der kurzen Achse möglichst einem idealen Rechteckprofils angenäherte Lichtintensitätsverteilung, d.h. ein Profil mit einer möglichst definierten Linienhalbwertsbreite und einer ausgeprägten Flankensteilheit zu realisieren.In an effort to increase the line shape of the beam cross-section along its long axis, ultimately also for reasons as large as possible, befilmte with amorphous silicon substrate surfaces to edit economically by way of ELA method, arises increasingly the problem of field curvature due to different Focus depths leads to a blurred image along the laser line, the degree of blurring increases with increasing distance from the center of the image to the image edge areas. Moreover, this aberration is even more evident when the depth of field of the imaging system is approximately of the same or smaller magnitude as the positional shift of the focal points caused by the field curvature, especially in the image border areas, compared to the focal position in the center of the image. If, however, a telecentric image is used to image the laser beam along its long axis, ie the partial beams which can be assigned to the laser beam are directed parallel to one another after passing through the condenser optics downstream of the long axis homogenizer, then it is possible to disadvantageously form the ones forming with respect to the long axis Appearance occurring imaging error due to the field curvature to minimize. such Optical structures for the realization of long-dimensioned laser lines with line lengths of typically 450 mm and more, however, require for the realization of telecentric imaging optics, large distances between the long-axis homogenizer and the Langachsenkondensoroptik. However, this raises problems in the imaging of the laser beam along its short axis, it is true over the entire line length of the laser beam along the short axis as close as possible to an ideal rectangular profile approximated light intensity distribution, ie to realize a profile with a possible defined half line width and a pronounced edge steepness ,
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einem linienhaften Strahlquerschnitt, der eine lange und eine kurze Strahlquerschnittsachse besitzt und eine Erstreckung in der langen Achse von wenigstens 200 mm, vorzugsweise mehr als 400 mm, und eine Erstreckung in der kurzen Achse von maximal 800 μm, vorzugsweise 400 μm aufweist, bei dem der aus einer Laserstrahlquelle austretende Laserstrahl getrennt bezüglich der langen Achse und der kurzen Achse homogenisiert wird, indem der Laserstrahl sowohl relativ zur langen als auch zur kurzen Achse unter Erzeugung jeweils einer Fokiebene, in die jeweils eine Vielzahl von Teilstrahlen, in die der Strahlquerschnitt des Laserstrahls aufgetrennt wird, fokussiert wird, die nachfolgend unter Ausbildung eines im Strahlquerschnitt homogenisierten Laserstrahls zusammengeführt werden und der Laserstrahl zumindest bezüglich der langen Achse eine telezentrische Abbildung erfährt, d.h. der bezüglich der langen Achse homogenisierte Laserstrahl wird mittels einer Kondensoroptik derart abgebildet, dass ein dem abgebildeten Laserstrahl zuordenbarer Strahlengang, bestehend aus längs zur Ausbreitungsrichtung orientierten Teilstrahlen parallelen Lichtes, derart weiterzubilden, dass das Strahlprofil längs der kurzen Achse trotz der großen Abbildungsabstände mit einem möglichst scharf gezeichneten Rechtecksprofil, d.h. mit einer möglichst ausgeprägten Flankensteilheit und einer definierten Linienhalbwertsbreite, auf eine Abbildungsebene abgebildet werden kann. So gilt es insbesondere, optische Maßnahmen zu treffen, durch die eine weitgehend unabhängige Variation des Strahlprofils bezüglich der kurzen Achse hinsichtlich Flankensteilheit und Linienhalbwertsbreite längs der gesamten Länge des linienhaften Laserstrahlquerschnittes vorgenommen werden kann. Ferner gilt es, eine entsprechende Anordnung zur Erzeugung eines Laserstrahls anzugeben, die den vorstehend beschriebenen Anforderungen entspricht.The invention has for its object to provide a method for producing a laser beam with a linear beam cross section, which has a long and a short beam cross-sectional axis and an extension in the long axis of at least 200 mm, preferably more than 400 mm, and an extension in the short Axial of at most 800 microns, preferably 400 .mu.m, in which the emerging from a laser beam source laser beam is homogenized separately with respect to the long axis and the short axis by the laser beam both relative to the long and the short axis to produce a respective Fokiebene, in in each case a plurality of partial beams, in which the beam cross section of the laser beam is separated, is focused, which are subsequently combined to form a homogenized in the beam cross section laser beam and the laser beam at least with respect to the long axis undergoes a telecentric imaging, ie with respect to the lan gen axis homogenized laser beam is imaged by means of a condenser optics such that a the laser beam imaged beam path consisting of longitudinally oriented to the propagation direction partial beams of parallel light, such that the beam profile along the short axis despite the large imaging distances with a sharp as possible drawn rectangular profile, ie can be mapped to a mapping plane with the greatest possible edge steepness and a defined line half-width. In particular, it is necessary to take optical measures that allow a largely independent variation of the Beam profile with respect to the short axis in terms of edge steepness and line half-width along the entire length of the linear laser beam cross-section can be made. Furthermore, it is necessary to provide a corresponding arrangement for generating a laser beam, which corresponds to the requirements described above.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Eine lösungsgemäße Anordnung ist Gegenstand des Anspruches 6. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.The solution of the problem underlying the invention is specified in claim 1. A solution according to the invention is the subject of claim 6. The invention further advantageous features forming the subject of the invention are the subject of the dependent claims and the further description, in particular with reference to the exemplary embodiments.
Lösungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einem linienhaften Strahlquerschnitt gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass im Strahlengang zur Strahlformung sowie Strahlabbildung des Laserstrahlquerschnittes in der kurzen Achse eine wenigstens zweistufige optische Abbildung vorgenommen wird, mit der einerseits eine räumliche Überbrückung der durch die telezentrische Strahlführung bedingten langen Distanz zwischen dem Kurzachsenhomogenisierer und einer Abbildungsebene ermöglicht wird, in der sich vorzugsweise das mit der amorphen Si-Schicht versehene Substrat befindet, und mit der andererseits eine voneinander unabhängige Einstellmöglichkeit für die Flankensteilheit und Linienhalbwertsbreite geschaffen wird.According to the solution, a method for generating a laser beam with a linear beam cross section according to the features of the preamble of claim 1 is characterized in that in the beam path for beam shaping and beam imaging of the laser beam cross section in the short axis at least two-stage optical imaging is performed with the one hand, a spatial Bridging the caused by the telecentric beam guidance long distance between the Kurzachsenhomogenisierer and an imaging plane is made possible, in which preferably is provided with the amorphous Si layer substrate, and on the other hand, an independent adjustment for the slope and line half width is created.
Die zweistufige Abbildung ist lösungsgemäß durch zwei im Strahlengang nacheinander folgend angeordnete optische Abbildungszweige realisiert, von denen der erste optische Abbildungszweig aus den Zylinderlinsenanordnungen des Kurzachsenhomogenisierers, einer nachfolgenden Kurzachsenkondensoroptik sowie einer dem Strahlengang folgenden Kurzachsenfeldlinsenoptik besteht. Hierbei sind die einzelnen optischen Einheiten derart aufeinander abgestimmt und angeordnet, so dass zum einen die Kurzachsenkondensoroptik ein homogenes Bildfeld erzeugt und zum anderen die nachfolgende Feldlinsenoptik die sich zwischen beiden Zylinderanordnungen des Kurzachsenhomogenisierers sich scharf abbildende Fokiebene, in die die bezüglich der kurzen Achse aufgetrennten Teilstrahlen in Form eines Linienarrays abgebildet werden, in eine erste Pupillenebene abgebildet wird.According to the solution, the two-stage imaging is realized by two optical imaging branches arranged one after the other in the beam path, of which the first optical imaging branch consists of the cylindrical lens arrangements of the short axis homogenizer, a subsequent short axis condensing optics and a short axis field lens optical system following the beam path. Here, the individual optical units are coordinated and arranged so that on the one hand the Kurzachsenkondensoroptik generates a homogeneous image field and on the other hand, the subsequent field lens optics which is sharply imaged between the two cylinder arrangements of the Kurzachsenhomogenisierers Foci into which the partial beams separated with respect to the short axis are imaged in the form of a line array are imaged in a first pupil plane.
Der zweite Abbildungszweig, der im Strahlengang dem ersten Abbildungszweig nachgeordnet ist, bildet das im Rahmen des ersten homogenen Zweiges erzeugte homogene Bildfeld mittels einer zweiten Kondensoroptik in ein zweites homogenes Bildfeld ab, wobei zugleich die in der ersten Pupille abgebildete Fokiebene des Kurzachsenhomogenisierers mittels einer zweiten Feldlinsenoptik in eine zweite Pupille abgebildet wird, die der Eintrittspupille einer Abbildungsoptik zur telezentrischen Abbildung des Laserstrahls auf eine Abbildungsebene entspricht, auf die zugleich auch der bezüglich der langen Achse homogenisierte Laserstrahl mittels der Langachsenkondensoroptik abgebildet wird. Somit besteht der zweite Abbildungszweig ausschließlich aus einer Kurzachsenkondensoroptik und einer Kurzachsenfeldlinsenoptik.The second imaging branch, which is arranged downstream of the first imaging branch in the beam path, images the homogeneous image field generated in the context of the first homogeneous branch into a second homogeneous image field by means of a second condenser optic, wherein at the same time the foci of the short axis homogenizer depicted in the first pupil by means of a second field lens optic is imaged in a second pupil, which corresponds to the entrance pupil of an imaging optics for telecentric imaging of the laser beam onto an imaging plane, to which at the same time the homogenized with respect to the long axis laser beam is imaged by means of Langachsenkondensoroptik. Thus, the second imaging branch consists exclusively of a Kurzachsenkondensoroptik and a short-axis field lens optics.
Es ist erkannt worden, dass durch die getrennte Abbildung in beiden optischen Zweigen, die jeweils über eine Kondensoroptik sowie eine Feldlinsenoptik verfügen, die Voraussetzung dafür geschaffen ist, das Strahlprofil der kurzen Achse in Bezug auf die Flankensteilheit und die Linienhalbwertsbreite getrennt voneinander zu variieren bzw. gezielt zu optimieren. Dies kann, wie die weiteren Ausführungen zeigen werden, durch axiales Verschieben der einzelnen in den optischen Abbildungszweigen zugehörigen Kondensor- und/oder Feldlinsenoptiken erreicht werden. Zudem eröffnet eine Drehung einer längs der Abbildungszweige enthaltenen Optiken zumindest eine Beeinflussung der Linienhalbwertsbreite.It has been recognized that the separate mapping in both optical branches, each having a condenser optics and a field lens optics, the prerequisite is created to vary the beam profile of the short axis with respect to the edge steepness and the line half-width separately. to optimize specifically. This can, as the further embodiments will show, be achieved by axial displacement of the individual condenser and / or field lens optics associated with the optical imaging branches. In addition, a rotation of an optics contained along the imaging branches opens at least an influence on the line half-width.
Das lösungsgemäße Konzept sowie eine konkrete Anordnung längs des Abbildungsstrahlenganges angeordneter optischer Elemente werden im Weiteren unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele beschrieben. Kurze Beschreibung der ErfindungThe solution according to the concept as well as a concrete arrangement along the imaging beam path arranged optical elements will be described below with reference to the embodiments. Brief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 Strahlengang mit optischen Elementen zur Illustration der Abbildung des Laserstrahlquerschnittes bezüglich der kurzen Achse,1 beam path with optical elements for illustrating the imaging of the laser beam cross-section with respect to the short axis,
Fig. 2 Strahlengang mit optischen Elementen zur Darstellung der Abbildung des Laserstrahls bezüglich der langen Achse,2 optical path with optical elements to illustrate the image of the laser beam with respect to the long axis,
Fig. 3a, b Diagrammdarstellungen zur Illustration der getrennten Einstellbarkeit der Flankensteilheit sowie Linienhalbwertsbreite bezüglich der kurzen Achse.3a, b show diagrams illustrating the separate adjustability of the edge steepness and line half width with respect to the short axis.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability
In Fig. 1 ist der Strahlengang zur Illustration der Strahlformung und Strahlabbildung eines Laserstrahls bezüglich seiner kurzen Achse zum Zwecke der Erzeugung eines linienhaften Strahlquerschnittes mit einer Linienlänge, d.h. mit einer maximalen Erstreckung längs der langen Achse von mehr als 200 mm, vorzugsweise größer als 450 mm, und einer Linienbreite maximal 800 μm, vorzugsweise 400 μm, dargestellt. Figur 2, die lediglich eine um 90° gedrehte Ansicht zum Strahlengang gemäß Figur 1 zeigt, verdeutlicht die Strahlformung längs der langen Achse. Im Weiteren kann auf beide Figuren zugleich Bezug genommen werden.In Fig. 1, the beam path for illustrating the beam forming and beam imaging of a laser beam with respect to its short axis for the purpose of generating a line beam cross section with a line length, i. with a maximum extension along the long axis of more than 200 mm, preferably greater than 450 mm, and a maximum line width of 800 microns, preferably 400 microns shown. FIG. 2, which shows only a view rotated by 90 ° relative to the beam path according to FIG. 1, illustrates the beam shaping along the long axis. Furthermore, reference can be made to both figures at the same time.
Es sei angenommen, dass der aus einem Excimerlaser austretende Laserstrahl L mit Hilfe einer geeigneten Abbildungsoptik, beispielsweise eines Teleobjektives, auf die Eingangsapertur eines Homogenisierers H, der sich aus einem Langachsen- LAH und einem Kurzachsenhomogenisierer SAH zusammensetzt, angepasst ist.Let it be assumed that the laser beam L emerging from an excimer laser is matched to the input aperture of a homogenizer H composed of a long-axis LAH and a short-axis homogenizer SAH by means of suitable imaging optics, for example a telephoto lens.
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Strahlengang sieht in Strahlrichtung von links nach rechts zu dem so genannten Langachsenhomogenisierers zugehörig eine Zylinderlinsenanordnung LAH1 und LAH2 vor. Gemeinsam mit der Langachsenkondensorlinse LACL bilden sie ein afokales optisches System und stellen eine telezentrische Abbildungsoptik dar, die den in der langen Strahlquerschnittsachse homogenisierten Laserstrahl nach Durchtritt durch die Langachsenkondensorlinse LACL längs zur optischen Achse parallelisiert und ein auf der Abbildungsebene HFLA, in der beispielsweise das zu belichtende, mit amorphem Silizium beschichtete Substrat angeordnet ist, ein in der langen Achse homogenisiertes Bildfeld erzeugt. Hinzu kommt, dass durch die telezentrische Abbildung längs der langen Achse die durch Bildfeldwölbung herrührenden Abbildungsfehler zumindest sehr stark unterdrückt werden können. So wird die Langachsenkondensorlinse LACL in einen solchen Abstand zur Zylinderlinsenanordung aus LAH2 und LAH1 gestellt, so das jeder durch diesen Langachsenhomogenisierer getrennte Teilstrahl nach der Kondensorlinse in einen parallelen Teilstrahl resultiert, wobei sich alle parallelen Teilstrahlen in der Abbildungsebene HFLA überlagern.The beam path illustrated in FIGS. 1 and 2 provides a beam direction from left to right to the so-called long-axis homogenizer Cylinder lens arrangement LAH1 and LAH2 before. Together with the long-axis condenser lens LACL they form an afocal optical system and represent a telecentric imaging optics, the laser beam homogenized in the long beam cross-sectional axis after passing through the long-axis condenser lens LACL parallel to the optical axis and parallel to the image plane HFLA, in the example to be exposed , disposed with substrate coated with amorphous silicon, generates an image field homogenized in the long axis. In addition, due to the telecentric imaging along the long axis, the image aberrations resulting from field curvature can be suppressed at least very greatly. Thus, the long-axis condenser lens LACL is placed at a distance from the cylindrical lens arrangement of LAH2 and LAH1, so that each sub-beam separated by this long-axis homogenizer results in a parallel sub-beam after the condenser lens, with all the parallel sub-beams superimposed in the imaging plane HFLA.
Aufgrund der gewählten optischen Brennweiten der vorstehend bezeichneten optischen Elemente zur Langachsenausbildung beträgt der Abstand d typischerweise Längen von 3 Meter und mehr, eine verhältnismäßig große Distanz, die es zur Abbildung des in der kurzen Achse zu homogenisierenden Strahlquerschnitt auf die Abbildungsebene HFLA zu überbrücken gilt. Hierzu ist im Strahlengang dem Langachsenhomogenisierer LAH der sogenannte Kurzachsenhomogenisierer SAH, bestehend aus einer ersten Zylinderlinsenanordnung SAH1 und einer zweiten Zylinderlinsenanordnung SAH2, nachgeordnet, wobei gleichsam zum Langachsenhomogenisierer eine zwischen beiden Zylinderlinsenanordnungen SAH1 und SAH2 liegende Fokiebene vorgesehen ist, in die der durch die erste Zylinderlinsenanordnung SAH1 in Teilstrahlen aufgeteilte kurze Strahlquerschnitt in Form eines Spot- oder Linienarrays fokussiert wird.Due to the chosen optical focal lengths of the above-described long-axis optical elements, the distance d is typically 3 meters or more in length, a relatively large distance to be bridged to the HFLA imaging plane to image the beam cross-section to be homogenized in the short axis. For this purpose, the Langachshomogenisierer LAH the so-called short axis homogenizer SAH, consisting of a first cylindrical lens SAH1 and a second Zylinderlinsenanordnung SAH2 downstream, where it is provided to Längsachshomogenisierer a lying between two cylindrical lens assemblies SAH1 and SAH2 Fokiebene, in which by the first Zylinderlinsenanordnung SAH1 divided into partial beams short beam cross section is focused in the form of a spot or line array.
Dem Kurzachsenhomogenisierer ist eine Kurzachsenkondensorlinse SACL1 nachgeordnet, durch die ein sich längs der kurzen Strahlquerschnittsachse homogenisierend ausbildendes Bildfeld HFSA1 erzeugt wird. Das homogensierte Bildfeld HFSA1 weist ein weitgehend rechteck-förmiges Strahlprofil in der kurzen Achse auf, das es im Weiteren in die Abbildungsebene HFLA abzubilden gilt. Im Strahlengang dem homogenisierten Bildfeld HFSA1 vorgelagert ist eine Kurzachsenfeldlinse SAFL1 vorgesehen, durch die eine Pupille P1 definiert wird, in die die zwischen den beiden Zylinderlinsenanordnungen SAH1 und SAH2 des Kurzachsenhomogenisierers liegende Fokiebene scharf abgebildet wird. Die vorstehend beschriebenen optischen Komponenten bezüglich der Abbildung des in der kurzen Achse homogenisierten Laserstrahlprofils, nämlich SAH1 , SAH2, SACL1 und SAFL1 bilden den so genannten ersten Abbildungszweig I, der der Erzeugung des homogenisierten Bildfeldes HFSA1 dient.The short-axis homogenizer is followed by a short-axis condenser lens SACL1, by means of which an image field HFSA1 homogenizing forming along the short beam cross-sectional axis is generated. The homogenized Image field HFSA1 has a largely rectangular-shaped beam profile in the short axis, which is to be further imaged in the image plane HFLA. A short axis field lens SAFL1 is provided in the beam path upstream of the homogenized image field HFSA1, by which a pupil P1 is defined, in which the focus plane lying between the two cylindrical lens arrangements SAH1 and SAH2 of the short axis homogenizer is sharply imaged. The optical components described above with respect to the imaging of the short axis homogenized laser beam profile, namely SAH1, SAH2, SACL1 and SAFL1 form the so-called first imaging branch I, which is used to generate the homogenized image field HFSA1.
Der sich im Strahlengang nachfolgend anschließende zweite optische Abbildungszweig Il weist lediglich eine zweite Kurzachsenkondensorlinse SACL2 und eine im Strahlengang folgende zweite Kurzachsenfeldlinse SAFL2 auf. Hierbei dient die zweite Kurzachsenkondensorlinse SACL2 zur Abbildung des ersten homogenen Bildfeldes HFSA1 und der Erzeugung eines zweiten homogenen Bildfeldes HFSA2 in einer Raumebene längs des Strahlenganges, in der vorzugsweise eine schlitzförmige Blendenanordnung angebracht ist. Die Schlitzgröße ist zumeist größer bemessen als der tatsächliche Strahlquerschnitt des homogenen Bildfeldes HFSA2. Die zweite Kurzachsenfeldlinse SAFL2 bildet hingegen die Pupille P1 in die Pupille P2 ab, die zugleich der Eintrittspupille einer Abbildungsoptik p-lens SA entspricht. Typischerweise besteht die Abbildungsoptik aus einer Verkleinerungsoptik, mit der die kurze Achse des Laserstrahlquerschnitts beispielsweise fünffach verkleinert auf die Abbildungsebene HFLA telezentrisch abgebildet wird.The second optical imaging branch II following in the beam path has only a second short-axis condenser lens SACL2 and a second short-axis field lens SAFL2 following in the beam path. Here, the second short-axis condenser lens SACL2 is used to image the first homogeneous image field HFSA1 and the generation of a second homogeneous image field HFSA2 in a spatial plane along the beam path, in which a slot-shaped diaphragm arrangement is preferably mounted. The slot size is usually larger than the actual beam cross section of the homogeneous image field HFSA2. The second short-axis field lens SAFL2, on the other hand, forms the pupil P1 into the pupil P2, which at the same time corresponds to the entrance pupil of an imaging optics p-lens SA. Typically, the imaging optics consists of a reduction optics with which the short axis of the laser beam cross-section, for example, is zoomed down onto the imaging plane HFLA in a fivefold manner.
Von sehr wesentlicher Bedeutung ist das Vorsehen jeweils einer Kondensorlinse und einer Feldlinse innerhalb der beiden vorstehend bezeichneten zwei optischen Abbildungszweige I und II, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, dass sich innerhalb der homogenen Bildfelder HFSA1 bzw. HFSA2 nahezu rechteckförmig ausgebildete Strahlprofile in der kurzen Achse ausbilden, deren Flankensteilheit sowie Linienhalbwärtsbreite getrennt voneinander beeinflussbar sind. So konnte gezeigt werden, dass durch axiales Verschieben der Feldlinsenposition, insbesondere der Kurzachsenfeldlinse SAFL2 innerhalb des zweiten Abbildungszweiges längs ihrer optischen Achse eine Variation der Linienhalbwärtsbreite bei gleichbleibender bzw. nahezu gleichbleibender Flankensteilheit erzielt werden kann. Dies zeigt ein in Figur 3a dargestelltes Diagramm, längs dessen Ordinate Lichtintensitätswerte und längs deren Abszisse Auslenkungswege in mm angetragen sind. Die drei im Diagramm dargestellten Graphen stellen ausgehend von einer Normalposition 1 das Lichtprofil bei Verschiebung der Kurzachsenfeldlinse SAFL2 um 20 mm nach rechts (siehe Graph 2) und 20mm nach links (siehe Graph 3 bezogen zur Normalposition) dar. Es zeigt sich, dass in allen drei Stellungen die Flankensteilheit des Strahlprofils weitgehend gleich bleibt, trotz Variation der Linienhalbwertsbreite.Of very significant importance is the provision of a respective condenser lens and a field lens within the two above-mentioned two optical imaging branches I and II, whereby the possibility is created that form within the homogeneous image fields HFSA1 and HFSA2 almost rectangular shaped beam profiles in the short axis whose edge steepness and line half width can be influenced separately from each other. Thus it could be shown that by axially shifting the field lens position, In particular, the short-axis field lens SAFL2 within the second imaging branch along its optical axis, a variation of the line half width can be achieved with a constant or almost constant edge steepness. This is shown in FIG. 3 a, along whose ordinate light intensity values and along their abscissa deflection paths in mm are plotted. The three graphs shown in the diagram represent, starting from a normal position 1, the light profile on displacement of the short-axis field lens SAFL2 by 20 mm to the right (see graph 2) and 20mm to the left (see graph 3 relative to the normal position). It turns out that in all three positions, the edge steepness of the beam profile remains largely the same, despite variation of the line half-width.
Demgegenüber ist es durch axiales Verschieben der Kurzachsenkondensorlinse SACL2 möglich, die Flankensteilheit zu verändert während die Linienhalbwärtsbreite konstant bleibt. Dies kann aus dem Diagramm gemäß Figur 3b entnommen werden, dessen Achsendimensionierung mit jener gemäß Diagrammdarstellung in Figur 3a identisch ist. Auch hier unterscheiden sich die drei unterschiedlichen Strahlprofilverläufe durch eine unterschiedliche axiale Lage der Kurzachsenkondensorlinse 2. In contrast, by axially displacing the short-axis condenser lens SACL2, it is possible to change the edge steepness while the line half width remains constant. This can be seen from the diagram according to FIG. 3b, whose axis dimensioning is identical to that according to the diagram in FIG. 3a. Here, too, the three different beam profile profiles differ by a different axial position of the short-axis condenser lens 2.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
LAH LangachsenhomogenisiererLAH long axis homogenizer
LAH1 Erste Zylinderlinsenanordnung des LangachsenhomogenisiererLAH1 First cylindrical lens arrangement of the long axis homogenizer
LAH2 Zweite Zylinderlinsenanordnung des LangachsenhomogenisiererLAH2 Second cylindrical lens arrangement of the long axis homogenizer
SAH KurzachsenhomogenisiererSAH short axis homogenizer
SAH1 Erste Zylinderlinsenanordnung des KurzachsenhomogenisiererSAH1 First cylindrical lens arrangement of the short axis homogenizer
SHA2 Zweite Zylinderlinsenanordnung des KurzachsenhomogenisiererSHA2 Second cylindrical lens arrangement of the short axis homogenizer
SACL1 KurzachsenkondensorlinseSACL1 short-axis condenser lens
SAFL1 KurzachsenfeldlinseSAFL1 short-axis field lens
HFSA1 Erstes homogenes Bildfeld bezgl. der kurzen AchseHFSA1 First homogeneous image field with respect to the short axis
P1 Erste PupilleP1 first pupil
LACL LangachsenkondensorlinseLACL long-axis condenser lens
SACL2 KurzachsenkondensorlinseSACL2 short-axis condenser lens
SAFL1 KurzachsenfeldlinseSAFL1 short-axis field lens
HFSA2 Zweites homogenes Bildfeld bezgl. der kurzen AchseHFSA2 Second homogeneous image field with respect to the short axis
P2 Zweite Pupille p-lens SA Verkleinerungsoptik,P2 Second pupil p-lens SA reduction optics,
HFLA AbbildungsebeneHFLA image plane
H Homogenisierer H homogenizer

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einem linienhaften Strahlquerschnitt, der eine lange und eine kurze Strahlquerschnittsachse besitzt und eine Erstreckungen in der langen Achse von wenigstens 200 mm und eine Erstreckung in der kurzen Achse von maximal 800 μm aufweist, bei dem der aus einer Laserstrahlquelle austretende Laserstrahl getrennt bezüglich der langen Achse und der kurzen Achse homogenisiert wird, indem der Laserstrahl sowohl relativ zur langen als auch zur kurzen Achse unter Erzeugung jeweils einer Fokiebene, in die jeweils eine Vielzahl von Teilstrahlen, in die der Strahlquerschnitt des Laserstrahls aufgetrennt wird, fokussiert wird, die nachfolgend unter Ausbildung eines im Strahlquerschnitt homogenisierten Laserstrahls zusammengeführt werden, und der Laserstrahl zumindest bezüglich der langen Achse eine telezentrische Abbildung erfährt, d. h. der bezüglich der langen Achse homogenisierte Laserstrahl wird mittels einer Kondensoroptik (LACL) derart abgebildet, dass ein dem abgebildeten Laserstrahl zuordenbarer Strahlengang, bestehend aus längs zur Ausbreitungsrichtung orientierten Teilstrahlen parallelen Lichtes, entsteht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:A method of producing a laser beam having a linear beam cross section having a long and a short beam cross-sectional axis and having a long axis extension of at least 200 mm and a short axis extension of a maximum of 800 μm using a laser beam source emanating laser beam separately with respect to the long axis and the short axis is homogenized by the laser beam both relative to the long and the short axis to produce a respective Fokiebene, in each of which a plurality of partial beams, in which the beam cross section of the laser beam is separated which are subsequently combined to form a laser beam homogenized in the beam cross section, and the laser beam undergoes a telecentric imaging at least with respect to the long axis, i. H. the laser beam homogenized with respect to the long axis is imaged by means of a condenser optic (LACL) in such a way that a beam path which can be assigned to the imaged laser beam and consists of partial beams oriented parallel to the propagation direction is formed, characterized by the following method steps:
Abbilden des sich in der kurzen Achse homogenisierend zusammenführenden Strahlquerschnitts mittels einer ersten Kondensoroptik (SACL1) zur Erzeugung eines homogenen Bildfeldes (HFSA1) und Erzeugen einer ersten Pupille (P1) mittels einer ersten Feldlinsenoptik (SAFL1), in die die Fokiebene, in die die bezüglich der kurzen Achse aufgetrennten Teilstrahlen fokussiert sind, abgebildet wird, undImaging the beam cross-section homogenizingly converging in the short axis by means of a first condenser optics (SACL1) for generating a homogeneous image field (HFSA1) and generating a first pupil (P1) by means of a first field lens optic (SAFL1) into which the foci into which the reference plane are focused on the short axis split partial beams, is mapped, and
Abbilden des homogenen Bildfeldes (HFSA1) mittels einer zweiten Kondensoroptik (SACL1) in ein zweites Bildfeld (HSFA2) sowie Abbilden der ersten Pupille (P1) mittels einer zweiten Feldlinsenoptik (SAFL2) in eine zweite Pupille (P2), die der Eintrittspupille einer Abbildungsoptik (p-lens SA) zur telezentrischen Abbildung des Laserstrahls auf eine Abbildungsebene entspricht, auf die der bezüglich der langen Achse homogenisierte Laserstrahl mittels der Kondensoroptik (LACL) abgebildet wird. Imaging the homogeneous image field (HFSA1) by means of a second condenser optics (SACL1) into a second image field (HSFA2) and imaging the first pupil (P1) by means of a second field lens optic (SAFL2) into a second pupil (P2) corresponding to the entrance pupil of an imaging optic ( p-lens SA) for telecentric imaging of the laser beam onto an imaging plane onto which the long axis homogenized laser beam is imaged by means of condenser optics (LACL).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch axiales Verschieben der ersten Kondensorlinse (SACL1) längs der Strahlrichtung eine Variation einer der kurzen Achse zuordenbaren Flankensteilheit, d.h. 10 - 90 % des mittleren Strahlplateaus, ohne Beeinflussung einer der kurzen Achse zuordenbaren Linienhalbwertsbreite ermöglicht wird.2. Method according to claim 1, characterized in that by axially displacing the first condenser lens (SACL1) along the beam direction, a variation of a slope steepness attributable to the short axis, i. 10 - 90% of the central beam plateau is made possible, without influencing a line half value width assignable to the short axis.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch axiales Verschieben der ersten Feldlinsenoptik (SAFL1) längs der Strahlrichtung eine Variation einer der kurzen Achse zuordenbare Linienhalbwertsbreite ohne Beeinflussung einer der kurzen Achse zuordenbaren Flankensteilheit ermöglicht wird.3. The method of claim 1 or 2, characterized in that by axial displacement of the first field lens optics (SAFL1) along the beam direction, a variation of the short axis assignable line half-width without affecting a short axis assignable edge steepness is made possible.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahls mit einem linienhaften Strahlquerschnitt mit einer Erstreckung von wenigstens 450 mm und einer Erstreckung in der kurzen Achse von wenigsten 100 μm erzeugt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a laser beam is generated with a linear beam cross-section with an extension of at least 450 mm and an extension in the short axis of at least 100 microns.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bildfeld (HSFA2) in den Bereich einer spaltförmigen Blendenanordnung abgebildet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the second image field (HSFA2) is imaged in the region of a slit-shaped diaphragm arrangement.
6. Vorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls mit einem linienhaften Strahlquerschnitt, der eine lange und eine kurze Strahlquerschnittsachse besitzt und eine Erstreckungen in der langen Achse von wenigstens 200 mm und eine Erstreckung in der kurzen Achse von maximal 800 μm aufweist, mit einem Laser, der einen Laserstrahl emittiert, längs dessen Strahlrichtung folgende den Laserstrahl beeinflussende Komponenten angeordnet sind: eine Teleskopeinheit zur Anpassung der Strahlquerschnittsbreiten des Laserstrahls auf die Eingangsapertur eines im Strahlengang nachfolgenden Homogenisierers, der eine Homogenisierung der Lichtintensitätsverteilung des Laserstrahls getrennt längs der langen und längs der kurzen Achse des Strahlquerschnittes vornimmt, eine erste telezentrische Abbildungsoptik zur telezentrischen Abbildung des längs der langen Achse homogenisierten Laserstrahls auf eine6. An apparatus for producing a laser beam having a linear beam cross-section, which has a long and a short beam cross-sectional axis and has a length in the long axis of at least 200 mm and a short axis extension of at most 800 microns, with a laser, the one A laser telescope, along the beam direction of which the following components influencing the laser beam are arranged: a telescope unit for adapting the beam cross section widths of the laser beam to the input aperture of a homogenizer following in the beam path, which homogenizes the light intensity distribution of the laser beam Laser beam separated along the long and along the short axis of the beam cross-section makes a first telecentric imaging optics for telecentric imaging of the long axis homogenized laser beam on a
Abbildungsebene und eine zweite Abbildungsoptik zur Abbildung des längs der kurzen Achse homogenisierten Laserstrahls auf die Abbildungsebene dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abbildungsoptik wenigstens zwei in Strahlrichtung hintereinander angeordnete Optik-Paare aufweist, jeweils bestehend aus einer Kondensoroptik und einer Feldlinsenoptik, dass das in Strahlrichtung erste Optik-Paar eine erste Kondensoroptik (SACL1) zur Erzeugung eines homogenen Bildfeldes (HFSA1) und eine erste Feldlinsenoptik (SAFL1) zur Erzeugung einer ersten Pupille (P1) aufweist, und dass das dem in Strahlrichtung dem ersten Optik-Paar nachgeordnete zweite Optik- Paar eine zweite Kondensoroptik (SACL1) zum Abbilden des homogenen Bildfeldes (HFSA1) in ein zweites homogenes Bildfeld (HSFA2) sowie eine zweite Feldlinsenoptik (SAFL2) zum Abbilden der ersten Pupille (P1) in eine zweite Pupille (P2), die der Eintrittspupille einer Abbildungsoptik (p-lens SA) zur telezentrischen Abbildung des Laserstrahls auf eine Abbildungsebene entspricht.Figure plane and a second imaging optics for imaging the longitudinal axis of the short axis homogenized laser beam to the imaging plane, characterized in that the second imaging optics has at least two in the beam direction successively arranged pairs of optics, each consisting of a Kondensoroptik and a field lens optics that the first optics in the beam direction Pair has a first condenser optics (SACL1) for generating a homogeneous image field (HFSA1) and a first field lens optics (SAFL1) for generating a first pupil (P1), and in that the second optics pair downstream of the first optic pair in the beam direction second condenser optics (SACL1) for imaging the homogenous image field (HFSA1) into a second homogeneous image field (HSFA2) and a second field lens optic (SAFL2) for imaging the first pupil (P1) into a second pupil (P2), the entrance pupil of an imaging optic ( p-lens SA) for telecentric imaging of the laser beam on e corresponds to the image plane.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kondensoroptik (SACL1) und/oder die erste Feldlinsenoptik (SAFL1) in Strahlrichtung kontrolliert beweglich angeordnet sind.7. The device according to claim 6, characterized in that the first condenser optics (SACL1) and / or the first field lens optics (SAFL1) are arranged in a controlled movable manner in the beam direction.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kondensoroptik (SACL1) und/oder die erste Feldlinsenoptik (SAFL1) um eine orthogonal zur Strahlrichtung orientierte Achse kontrolliert drehbar angeordnet sind. 8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the first condenser optics (SACL1) and / or the first field lens optics (SAFL1) are arranged to be controlled rotatable about an axis oriented orthogonal to the beam direction.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kondensoroptik (SACL1 , SACL2) jeweils als eine Kondensorlinse und die erste und zweite Feldlinsenoptik (SAFL1 , SAFL2) jeweils als eine Feldlinse ausgebildet sind.9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the first and second condenser optics (SACL1, SACL2) each as a condenser lens and the first and second field lens optics (SAFL1, SAFL2) are each formed as a field lens.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die telezentrische Abbildungsoptik zur telezentrischen Abbildung des längs der langen Achse homogenisierten Laserstrahls auf eine Abbildungsebene ausschließlich aus folgenden optischen Komponenten besteht: der bezüglich der langen Achse vorgesehenen Homogenisierungsoptik (LAH1 , LAH2) sowie einer Langachsenkondensorlinse (LACL).10. The device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the telecentric imaging optics for telecentric imaging of the long axis homogenized laser beam on an imaging plane consists exclusively of the following optical components: provided with respect to the long axis Homogenisierungsoptik (LAH1, LAH2) and a long-axis condenser lens (LACL).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Strahlrichtung der Abbildungsebene vorangestellte spaltförmige Blendenanordnung vorgesehen ist. 11. Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that a preceding in the beam direction of the imaging plane slit-shaped diaphragm arrangement is provided.
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