WO2011012503A1 - Optisches system zum erzeugen eines lichtstrahls zur behandlung eines substrats - Google Patents

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WO2011012503A1
WO2011012503A1 PCT/EP2010/060504 EP2010060504W WO2011012503A1 WO 2011012503 A1 WO2011012503 A1 WO 2011012503A1 EP 2010060504 W EP2010060504 W EP 2010060504W WO 2011012503 A1 WO2011012503 A1 WO 2011012503A1
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optical
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light beam
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PCT/EP2010/060504
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Johannes Wangler
Michael Layh
Markus Zenzinger
Holger Muenz
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Carl Zeiss Laser Optics Gmbh
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    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape

Definitions

  • the invention relates to an optical system for generating a light beam for treating a substrate arranged in a substrate plane, the light beam having a beam length in a first dimension perpendicular to the propagation direction of the light beam and a beam width in a second dimension perpendicular to the first dimension and the light propagation direction the beam length is large with respect to the beam width, with a first optical array defining a plurality of light channels juxtaposed in the first dimension, which divide the light beam in the first dimension into a plurality of subfields, the subfields in the first dimension being superimposed on one another invade the substrate plane.
  • An optical system of the type mentioned above is used, for example, for melting materials, in particular in the field of light-induced crystallization of silicon.
  • An optical system of the type mentioned above is used, for example, for melting materials, in particular in the field of light-induced crystallization of silicon.
  • One particular application is in flat panel manufacturing where substrates coated with an amorphous silicon layer are treated with a beam of light to crystallize the silicon.
  • the substrates used have relatively large dimensions, for example in the range of over 30 cm x over 50 cm.
  • a light beam is generated correspondingly, which in a first dimension (which is referred to below as X) has a beam length which corresponds approximately to the width of the substrate (for example about 30 cm).
  • the light beam In the dimension perpendicular to the X dimension (hereafter referred to as Y), the light beam should be as thin as possible, with beam widths in the Y dimension of a few microns being desirable to obtain the highest possible energy density for the treatment of the substrate.
  • the light beam thus applied to the substrate thus has a large ratio of beam length in the X dimension and the beam width in the Y dimension, which can be greater than 5,000, even greater than 10,000, depending on the beam length.
  • the light beam used to treat the substrate must satisfy essentially two requirements, namely, the intensity distribution of the light beam in the X dimension must be as homogeneous as possible, and in the Y dimension the intensity distribution of the light beam should be one have the greatest possible edge steepness.
  • the optical system known from the document WO 2006/066706 A2 mentioned at the beginning has an optical arrangement which defines a plurality of light channels arranged side by side in the first dimension, which divide the light beam in the first dimension into a plurality of subfields which are located in partially overlap the first dimension, with the subfields in the first dimension facing each other superimposed to invade the substrate plane.
  • the optical arrangement defining the light channels is formed in the known optical system in the form of a one- or two-element honeycomb condenser.
  • the honeycomb condenser is designed as a cylindrical lens array, ie a plurality of individual cylindrical lenses are arranged next to one another in the X dimension, each individual cylinder lens defining a light channel, the light beam being divided into a corresponding number of subfields as it passes through the plurality of light channels.
  • the individual sub-fields are then superimposed on the substrate in the X-dimension again, whereby a mixture and thus homogenization of the intensity distribution of the light beam in the X-dimension is achieved.
  • the homogeneity of the intensity distribution in the X-dimension is not optimal.
  • the light beam usually a laser beam having a dimension X L in the first dimension and a dimension Y L in the second dimension and a divergence D x in the first dimension and a divergence D ⁇ in the first dimension, enters the first dimension second dimension on the first optical arrangement in the form of the honeycomb condenser.
  • interference effects and beating effects in the light beam on the substrate were observed, which deteriorate the result of the treatment of the substrate with the light beam.
  • the optical system is said to be capable of producing a light beam for treating a substrate having a large beam length and small beam width whose intensity distribution in the X dimension is even more homogeneous.
  • this object is achieved with regard to the system mentioned in the introduction in that a second optical arrangement is arranged in the direction of light propagation in front of the first optical arrangement, which in the first dimension is a has such an extent and widens an angular spectrum of the light beam incident on the second optical arrangement in the first dimension so that the light conductance of the second optical arrangement in the first dimension is at least 50% to 100% of the total optical conductivity of the optical system in the first dimension, then that approximately all light channels of the first optical arrangement are uniformly illuminated with light.
  • the first optical arrangement which divides the incident light beam into partial fields is preceded by a second optical arrangement which pre-processes the light beam incident on the second optical arrangement in such a way that the light beam subsequently has a widened angular spectrum and a high expansion in the first dimension incident on the first optical arrangement.
  • the light beam thus does not fall with the predetermined natural divergence of the light beam into the individual light channels of the first optical arrangement, but with a greatly increased divergence or aperture through the second optical arrangement.
  • the individual light channels of the first optical arrangement are insufficiently filled with light, which causes interference and beat effects in the substrate level.
  • the individual light channels of the first optical arrangement are more uniformly filled with light due to the previously broadened angular spectrum of the incident light beam; in other words, the light beam enters the first optical arrangement which defines the light channels, pre-homogenized.
  • the second optical arrangement thus causes an additional mixture of the light of the incident light beam, whereby the subsequent first optical arrangement can homogenize the light beam more effectively.
  • the entire required light conductance in the X-dimension is introduced, namely in a single stage, namely by the second optical arrangement.
  • the intensity distribution of the light beam generated by the optical system according to the invention is thus substantially more homogeneous in the substrate plane as in the known optical system, whereby the result of the treatment of the substrate with the light beam is improved.
  • the term light-conducting value in the first dimension and the total light-conducting value in the first dimension are understood to mean the one-dimensional optical conductance or the total light conductance in this X-dimension.
  • the light conductance of the second optical arrangement is 70% to 100%, preferably 80% to 100%, more preferably 90% to 100% of the total light conductance of the optical system.
  • the optical properties of the second optical arrangement are designed such that light emanating from an arbitrary subregion of the second optical arrangement along the first dimension contains at least approximately the full angle information and enters approximately each light channel of the first optical arrangement.
  • the first optical arrangement is completely illuminated with the aperture of the second optical arrangement over the size of the first optical arrangement. Accordingly, in this embodiment, each spatial mode of the light beam incident on the second optical arrangement is distributed over the entire first optical arrangement, ie the entirety of the light channels defined by the latter.
  • partial area there is a minimum area of the second optical arrangement with extension in the first dimension from which outgoing light contains nearly complete or complete angle information. Such a subarea is commonly referred to as a "pitch".
  • the second optical arrangement is designed to change the beam width of the incident light beam in the second dimension by positional adjustment, in particular by rotation about the light propagation direction.
  • the second optical arrangement not only contributes to the homogenization of the light beam in the X-dimension, but also fulfills a second function, namely to change the beam width of the incident light beam in the second dimension.
  • a small light conductance can also be controlled in the Y dimension and introduced in one stage.
  • the variability of the beamwidth of the incident light beam in the second dimension is desirable because the beamwidth is a parameter of the substrate dependent treatment.
  • the second optical arrangement has at least one optical element with a one-dimensionally scattering and / or diffractive structure in the first dimension.
  • Such an optical element may be refractive or diffractive.
  • the at least one optical element is a diffractive optical element.
  • the scattering and / or diffractive structure has structural elements forming aperiodic substructures, each substructure having one of the forms above subregions, each of which contains at least approximately the full angle information of outgoing light.
  • the at least one optical element of the second optical arrangement has aperiodic substructures which are formed by individual structural elements.
  • a plurality of structural elements which differ from each other in terms of distance and / or size (in the direction of the first dimension), each form a substructure, each individual substructure forming a "pitch" or one of the abovementioned subregions, outgoing light of which in each case covers the entire area
  • periodic interferences which can only be mixed away from the first optical arrangement to a certain extent, are advantageously avoided even before the light beam enters the first optical arrangement This is especially true in the case where the light channels of the first optical arrangement itself have a more or less periodic structure.
  • distances between respectively adjacent substructures and / or the size of the substructures in the first dimension of the scattering and / or diffractive structure of the optical element are different.
  • the at least one optical element having a structure having a one-dimensionally diffractive effect in the first dimension can be embodied as a grating in a very simple realization, wherein the line spacing between the individual lines of the grating varies stochastically from line to line. A plurality of such lines then each form a substructure or a subarea which respectively individually imparts the full angle information to the light.
  • a one-dimensional grating is particularly advantageous in relation to the above-mentioned embodiment, according to which the second optical arrangement changes the beam width of the incident light beam in the second dimension by increasing the position of the beam width or reducing the beam width in the second dimension , as is provided in a further preferred embodiment, only needs to be rotatably supported in the optical system about the axis of the light propagation direction.
  • the grid also diffracts in the Y-dimension, thereby increasing the beam width in the Y-dimension .
  • a broader tophat-shaped (ie intensity distribution with flat plateau and high edge steepness) with corresponding beam width in the Y-dimension can be set.
  • an average spacing of the distances between respectively adjacent substructures of the scattering and / or diffractive structure of the optical element is selected such that light from each lateral coherence cell of the light beam incident on the second optical arrangement approximately transposes from the first optical arrangement the entire beam length is directed into the substrate plane.
  • the light beam Since the light beam is usually formed from a laser beam, the light beam has a predetermined lateral coherence length in the direction of the first dimension.
  • the term "lateral coherence length" here means the distance between two partial beams, which are spaced apart from one another in the first dimension, which are barely capable of interfering with each other.
  • the extent of the individual lateral coherence cells in the first dimension corresponds to the lateral coherence length. In the event that light from the individual coherence cells is incident only in one or a few light channels of the first optical arrangement, this can lead to interference phenomena in the plane of the substrate.
  • the mean pitch of the optical element is selected so that each coherence cell of the light beam homogeneously illuminates the substrate to a good approximation.
  • speckle contrast which is stochastic due to the behavior of the individual laser modes
  • an average spacing of the distances between respectively adjacent substructures of the scattering and / or diffractive structure of the optical element is chosen such that interference contrasts caused by the first optical arrangement are minimized on the substrate.
  • the average substructure spacing of the optical element is matched to the first optical arrangement, which can cause interference effects in the case of the configuration of the first optical arrangement as honeycomb condenser, but which can be eliminated or at least reduced by adapting the average spacing of the substructures.
  • interference contrasts are deterministic in nature and are based on the superposition of coherent sub-beams in the substrate plane.
  • the mean distance between the spacings of respectively adjacent substructures of the relation is sufficient:
  • the average spacing of the spacings of respectively adjacent substructures of the relation is sufficient:
  • the second optical arrangement has condenser optics, wherein the at least one optical element with the one-dimensionally acting and / or diffractive structure in the first dimension results in a uniform illumination of the first optical arrangement together with the condenser optics.
  • the light beam through the second optical arrangement in cooperation of the optical scattering element / diffractive optical element with the condenser optics has an intensity distribution in the X-dimension, which has a high edge steepness.
  • the first optical arrangement preferably has at least one cylindrical lens array, wherein cylinder axes of the individual cylindrical lenses are aligned in the second dimension, and wherein the individual cylindrical lenses are preferably plano-convex cylindrical lenses.
  • the individual light channels of the first optical arrangement are formed by the individual cylindrical lenses.
  • the individual cylindrical lenses are illuminated substantially filled by the upstream second optical arrangement for introducing the preferably almost total light conductance into the system with the pre-homogenized light beam.
  • the cylindrical lens array is bounded in each case by a wedge-shaped light-permeable edge region whose surface, for example, is inclined in the second dimension with respect to a plane perpendicular to the light propagation direction.
  • the two wedge-shaped light-permeable regions delimit the optically usable region of the cylindrical lens array, which likewise has a positive effect on the homogeneity the intensity distribution of the light beam in the substrate plane.
  • the homogeneity of the light beam in the substrate plane is improved if only as completely as possible light-filled light channels of the first optical arrangement contribute to the light beam in the plane of the substrate.
  • the measure provided here for limiting the light beam incident on the cylindrical lens array has the advantage over a conventional aperture that the heat input due to absorption is significantly reduced. Due to the wedge-shaped light-permeable edge regions, the light incident on these edge regions is deflected, for example, into the Y-dimension and can be rendered harmless in a light trap.
  • the first optical arrangement has condenser optics which have at least one biconcave lens.
  • the one or more of the aforementioned cylindrical lens arrays defining the light channels of the first optical array span the light beam along with the condenser optics in the X-dimension in the substrate plane.
  • the at least one intended biconcave lens in the condenser optics of the first optical arrangement can advantageously serve to further optimize the homogeneity of the light beam in the substrate plane in the edge region in the X dimension.
  • the homogeneity of the light beam in the substrate plane can take on a quadratic shape, which can then be compensated by a corresponding deflection of the biconcave lens, which is adapted accordingly to the correction of the non-constant course of the homogeneity of the light beam.
  • Several such lenses with different deflections can be provided which can be exchanged into the system.
  • the optical system has a third optical arrangement which focuses the incident light beam in the second dimension onto the substrate, the third optical arrangement being constructed from mirrors.
  • the optical system for generating a light beam for treating a substrate is thus composed of two subsystems, of which one subsystem shapes the light beam only in the X dimension to form the light beam according to the beam length with optimum homogeneity in the X dimension. and wherein the other subsystem forms the beam width of the light beam in the plane of the substrate, the minimum beam width being achieved by focusing.
  • mirrors for focusing the light beam onto the substrate is advantageous in relation to the very large ratio of beam length and beam width compared to a refractive arrangement, because a refractive arrangement is due to the dependence of the refraction on the sine of the angle of incidence to nonlinearities of the figure gives rise to occasion.
  • the third optical arrangement has at least two cylindrical mirrors whose respective cylinder axis extends in the first dimension, wherein a first mirror is a convex mirror and a second mirror is a concave mirror.
  • the working distance i. the distance between the substrate and the last optical element in front of the substrate can be made large, and the imaging quality is high at the same time.
  • the working distance and magnification can be set within wide limits while compensating for coma and spherical aberration.
  • the convex and concave mirrors follow one another directly in the light propagation direction.
  • an optical element for limiting the beam in the second dimension is provided with variable adjustment of a passage region of the optical element for beam limitation.
  • an adjustable beam limitation in the Y dimension allows the light energy acting on the substrate to be changed. For example, if the passband of the beam limiting optical element is increased, the energy incident on the substrate is increased. However, increasing the pass band of the beam limiting optical element may degrade the temporal stability of the light energy and the density of light energy, which in turn may degrade the result of treating the substrate.
  • the intensity profile of the light beam in the Y dimension does not have a high edge steepness, even a slight shift of the light beam in the Y dimension manifests itself in a change in the energy transmitted by the beam limiting optical element , Shifts in the light beam may be caused by fluctuations in the position of the beam path, however, the intensity distribution in the light beam may also fluctuate throughout the process.
  • the embodiment already mentioned above can now be used to particular advantage, according to which the second optical arrangement can change the beam width of the incident light beam in the second dimension by adjusting the position.
  • the beam width of the incident beam can be increased simultaneously with the second optical device, thereby widening the intensity profile of the beam in the passband of the beam limiting optical element, so that fluctuations in position or in the profile shape of the light beam does not adversely affect the homogeneity of the light beam in the Y-dimension in the plane of the substrate even with a large passband of the optical element for beam limitation impact.
  • the beam limiting element can be arranged in the third optical arrangement, but also elsewhere in the system.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an optical system for generating a light beam for treating a substrate, the system being shown in the XZ plane;
  • Fig. 2 shows an embodiment of an optical element of the optical
  • Fig. 3 is a side view in the X direction of the optical element in Fig. 2;
  • Fig. 4 shows a detail of the optical system in Fig. 1 in a opposite
  • Figure 1 is an enlarged scale in a representation in the XZ plane.
  • FIG. 5 shows the detail in FIG. 4 in a representation in the YZ plane
  • Fig. 6 shows a further embodiment of optical elements of the optical
  • FIG. 5 which illustrates the adjustment of the beam width to the passband of an optical element for beam confinement of the optical system in FIG. 1.
  • FIG. 1 an optical system provided with the general reference numeral 10 for generating a light beam for treating a substrate is shown schematically.
  • the system 10 is used in particular in a system for the surface melting of layers on substrates by means of a light beam. More specifically, the optical system 10 is used in a system for crystallizing silicon layers of amorphous silicon for flat panel production.
  • the optical system 10 is in such a system for surface melting of layers on substrates a component of a total optical system, in addition to the optical system 10 further optical units not shown, for example.
  • a light source in particular a laser, beam expansion optics, pulse multipliers and stretcher, attenuator and the like.
  • the optical system 10 according to FIG. 1 can be the last optically active unit in front of the substrate in an X-dimension to be explained below in such an overall optical system in the light propagation direction, as shown here.
  • the system 10 is correspondingly shown in the light propagation direction from an imaginary light entry plane 12 of the light entry into the optical system 10 up to a substrate plane 14 in which a substrate, not shown, is located.
  • the optical system 10 is adapted to generate in the substrate plane 14 a light beam having a beam length L in a first dimension, hereinafter referred to as X-dimension, and in a second dimension hereinafter referred to as Y-dimension.
  • X-dimension a first dimension
  • Y-dimension a second dimension
  • the beam width B (see Fig. 5), wherein the beam length L is much larger compared to the beam width B.
  • the beam length L is more than 100 mm, for example about 300 mm, and the beam width B is less than 50 ⁇ m, in particular less than 10 ⁇ m, for example about 5 ⁇ m.
  • Fig. 1 the light propagation direction, which is both perpendicular to the X-dimension and perpendicular to the Y-dimension, denoted by Z.
  • Fig. 1 which shows the optical system 10 in the XZ plane, a coordinate system 16 is shown for illustrative purposes.
  • the optical system 10 has a first optical arrangement 18 and, viewed in the light propagation direction, a second optical arrangement 20 in front of the first optical arrangement 18.
  • the first optical device 18 has an optical element 22 and an optical element 24.
  • the optical element 22 defines in the X dimension a plurality of juxtaposed light channels 26 which divide the incident light beam in the X dimension into a plurality of subfields. In the embodiment shown in FIG. 1, the optical element 22 defines a total of seven such light channels. But it can be much more.
  • the optical element 24 likewise defines a plurality of light channels 28 arranged next to one another in the X dimension, likewise seven such light channels 28 in the exemplary embodiment according to FIG.
  • Both the optical element 22 and the optical element 24 are each in the form of cylindrical lens arrays, with the respective cylinder axes of the individual cylindrical lenses extending in the Y-dimension, ie perpendicular to the plane of the drawing in FIG.
  • the individual the light channels 26 and 28 forming cylindrical lenses are each formed plano-convex.
  • the cylindrical lenses of the optical element 22 face with their convex light exit side of the convex light entrance side of the cylindrical lenses of the optical element 24.
  • the light channels 26 and 28 of the optical elements 22 and 24 divide the X-dimension light beam incident into the optical elements 22 and 24 into a plurality of subfields, three subfields 30, 32, and 34 being exemplified in FIG.
  • the arrangement of the optical elements 22 and 24 is also referred to as a (double) honeycomb condenser.
  • the first optical arrangement 18 has, in addition to the honeycomb condenser, an additional condenser optic 36, which has a plano-convex lens 38 and a biconcave lens 40.
  • the first optical arrangement 18 acts on the incident light beam only in the X-dimension, while it does not or substantially not influence the incident light beam in the Y-dimension.
  • the lenses 38 and 40 are formed as cylindrical lenses whose cylinder axis extends in the Y-dimension.
  • the subfields 30, 32, 34 which are formed by the passage of the light beam through the individual light channels 26, 28 of the first optical arrangement 18, are superimposed on one another by the condenser optics 36 in the substrate plane 14 in the X dimension.
  • the intensity distribution in the light beam 14 incident on the substrate is shown in FIG X-dimension homogenized, because light from each of the light channels 26, 28 is mixed with the light from the other of the light channels 26, 28.
  • this light mixture caused by the first optical arrangement 18 is not optimal if the light channels 26, 28 are not adequately filled with light by the light beam incident on the individual light channels 26, 28.
  • the second optical arrangement 20 is provided in the optical system 10.
  • the second optical arrangement 20 has such an extent in the first dimension X and widens an angular spectrum of the light beam 42 incident on the second optical arrangement 18 in the first dimension X such that the optical conductivity LLW x of the second optical arrangement 20 in the first dimension X is 50% to 100% of the total optical modulus of the optical system 10 in the first dimension X, so that approximately all of the light channels 26, 28 of the first optical array 18 are uniformly illuminated with light.
  • the optical conductivity of the second optical arrangement 20 is preferably 70% to 100%, preferably 80% to 100%, more preferably 90% to 100%, of the total optical conductivity of the optical system 10.
  • the second optical arrangement 20 thus at least approximately guides the total optical conductivity of the optical system System 10 in a single stage, whereby at least approximately all light channels 26, 28 of the first optical assembly 18 are evenly "filled" with light.
  • the second optical arrangement 20 has an optical element 44, in particular a diffractive optical element, which diffuses one-dimensionally and diffusely in the X-dimension.
  • each partial area 46, 48, 50 strikes all the light channels 26 of the optical element 22 and thus also all the light channels 28 of the optical element 24.
  • the incident light beam 42 is transformed by way of the optical element 44 in that it enters the first optical arrangement 18 in a pre-homogenized manner.
  • a minimum area of the optical one is in each case Element 44 to understand that contains the complete angle information.
  • Such a subarea is also referred to as a "pitch".
  • partial regions 46, 48 and 50 shown by way of example in FIG. 1 are arbitrarily selected along the X-dimension, ie. the subregions in the X dimension are distributed over the optical element 44. Viewed over the extent of the optical element 44 in the X dimension, the light emanating from the element 44 fills the light channels almost completely, but at least 80%.
  • the second optical arrangement 20 furthermore has a condenser optic 52 which directs the light beam 42 divergently scattered or diffracted by the optical element 44 onto the first optical arrangement 18.
  • the condenser optics 52 here has two plano-convex lenses 54 and 56.
  • the second optical assembly 20 produces a uniform, in particular tophatic, illumination of the first optical assembly 18 overall in the X-dimension, i.
  • the light beam at the exit of the first optical arrangement 20 or at the entrance to the optical element 22 of the first optical arrangement 18 has an intensity profile with an X-dimension over the extension of the optical element 22 extending intensity plateau with it on both sides subsequent steep edges.
  • the first optical arrangement 18 is thus illuminated in its size in the X-dimension with the aperture of the optical element 44.
  • each spatial mode of the incident light beam 42 coming from a laser is distributed over the entire extension of the optical element 22 of the first optical arrangement 18.
  • practically all of the required X-dimension optical conductivity is introduced into the optical system 10, whereby the individual light channels 26, 28 of the first optical device 18 are almost completely filled or illuminated ,
  • the optical element 44 is preferably designed as a one-dimensional grid, in particular as a grating.
  • the optical element 44 has dashes, Ridges or the like formed structural elements which are spaced from each other differently and / or have different sizes in the direction of the first dimension X.
  • a plurality of such structural elements each form a substructure 58, wherein each of the substructures 58 represents a corresponding subarea 46, 48 or 50, from which outgoing light contains the full angle information.
  • the substructures 58 thus form the above-mentioned subregions, from which outgoing light enters each of the light channels 26, 28.
  • the partial structures 58 extend perpendicular to their direction of action (X-dimension) in the Y-dimension.
  • the spacing and / or the size of the individual partial structures 58 of the grid is not constant, ie the partial structures 58 of the optical element 44 formed by the structural elements are aperiodic.
  • interference modulations of the light beam emerging from the second optical arrangement 20 are already eliminated prior to entry into the first optical arrangement 18, which could otherwise be transmitted from the optical elements 22, 24 and their substantially periodic structure into the substrate plane 14.
  • the mean distance or, equivalently, the size in the X-dimension of the substructures 58 of the grating is selected so that light from each X-dimension lateral coherence cell of the incident light beam 42 almost over the beam length L in the X-dimension of the first optical arrangement 18 is directed into the substrate plane 14.
  • the average spacing of the partial structures 58 of the grid is furthermore selected with the proviso that interference contrasts caused by the first optical arrangement 18, which may arise due to the periodic structure of the light channels 26, 28, are minimized in the substrate plane 14.
  • the mean distance between the spacings of respectively adjacent substructures 58 of the relation is sufficient:
  • lateral coherence length l c here means the distance between two partial beams of the light which are spaced apart from one another in the first dimension X, which are just capable of interfering with each other.
  • the light beam 42 incident in the optical system 10 is pulsed, in which case an unillustrated pulse extension module is arranged in front of the optical system 10, it may be provided with offset elements, for example plates and wedges, so that successive sub-modules are provided. Pulse at different locations and / or with different angles in the optical system 10 enter.
  • the local and / or angular offset is preferably chosen so that the different paths of the sub-pulses through the optical system 10 lead to different interference patterns in the substrate plane 14. Since the sub-pulses arrive time-displaced in the substrate plane 14, they can not interfere with each other, so that a further interference contrast reduction in the substrate plane 14 is possible with these offset elements.
  • the one-dimensionally scattering or diffractive optical element 44 is furthermore rotatable about the Z-direction.
  • the structure of the optical element 44 which acts as a one-dimensionally scattering or diffractive element, can be brought from an exclusive extent in the X dimension into a position in which the one-dimensional structure unfolds an activity component also in the Y dimension, which can be used for this purpose.
  • the lenses 54, 56, the cylindrical lens arrays of the optical elements 22, 24 and the lens 38 are designed to be plano-convex.
  • the lens 40 is biconcave.
  • the deflection of the biconcave lens 40 is adapted to correct a non-constant course of the homogeneity of the light beam in the substrate plane 14.
  • a quadratic profile of the intensity of the light beam incident on the substrate plane 14 can be adjusted or compensated.
  • the intensity of the light beam incident on the substrate plane 14 may be reduced or increased toward the edge, which reduction or gain often takes a quadratic course.
  • the homogeneity in the X dimension in the edge regions can be improved here.
  • FIGs. 2 and 3 show the optical element 22 in plan view in the XY plane (Fig. 2) and in the YZ plane (Fig. 3).
  • the region of the optical element 22, which has the cylindrical lens array is provided with the reference symbol 64.
  • the optical element 22 is shown only in the region of the cylindrical lens array 64.
  • the region 64 is bounded on both sides in the X-dimension by a wedge-shaped transparent edge region 66, 68, as shown in FIG. 2, whose respective surfaces 70 and 72, for example, are inclined in the Y-dimension.
  • light incident on the wedge-shaped edge regions 66, 68 is deflected, for example in the Y direction, so that light from the wedge-shaped edge regions 66 and 68 does not enter the second optical element 24 or the cylindrical lens array of the optical element 24.
  • the light deflected by the wedge-shaped edge regions 66 and 68 can be rendered harmless in a light trap, for example in an optical beam limiting element in the further beam path of the optical system 10, which is still below is described.
  • the two wedge-shaped edge regions 66 and 68 are inclined in opposite directions to each other, however, the two wedge-shaped edge regions 66 and 68 may also be inclined in the same direction, and also parallel to each other.
  • the beam limitation of the light beam incident on the optical element 22 in the wedge-shaped edge regions 66 and 68 avoids that one or more of the light channels 28 of the optical element 24 are not completely filled or uniformly illuminated, which, as already described above, too could lead to a deteriorated homogeneity of the light beam in the substrate plane 14.
  • a third optical arrangement 74 of the optical system 10 is described below, which forms the incident light beam 42 in the Y-dimension in order to focus the light beam 42 into the substrate plane 14 with the desired beam width B.
  • the third optical arrangement 74 is shown by a single line 76 summarized.
  • FIG. 4 also shows the third optical arrangement 74 as in FIG. 1 in the XZ plane, starting from the condenser optics 36 of the first optical arrangement 18 shown in FIG. 1 in simplified form.
  • FIG. 5 shows the third optical arrangement 74 in FIG the YZ plane in which the third optical arrangement 74 is effective.
  • the third optical assembly 74 has reflective elements, and includes a mirror 82 and a mirror 84.
  • the mirrors 82 and 84 are shown as lines, as Fig. 4 is an illustration in the XZ plane and the mirrors 82 and 84 are not effective in the XZ plane.
  • an optical element 86 for beam limitation in the Y dimension is arranged.
  • the element 86 may also be arranged elsewhere in the system 10, for example before the second optical arrangement 20.
  • the optical element 86 has a passband 88 which is variably adjustable in the Y direction.
  • the incident light beam is directed to the passband 88 of the optical element 86, and by means of the mirrors 82 and 84, the passband 88 of the optical element 86 in the substrate plane 14 is reduced in size.
  • the beam width B in the substrate plane 14 can be adjusted, i.
  • the passage area 88 of the optical element 86 in the Y dimension is increased for this purpose.
  • a controlled enlargement of the beam width B in the substrate plane 14 can be achieved not only simply by enlarging the passage area 88 of the optical element 86, but also the light beam incident on the optical element 86 has to be adapted to the enlarged passage area 88 , Because even in the Y-dimension, a small proportion of the optical conductivity in the Y-dimension must be introduced in a controlled manner. This will be described in more detail below with reference to FIG. 7.
  • FIG. 7 shows the Y-dimension beam limiting optical element 86 having two passages 88a and 88b of different sizes.
  • FIG. 7 shows two beam profiles 90a and 90b of a respective light beam incident on the optical element 86.
  • the passband 88 of the beam limiting optical element 86 is narrow in accordance with the passband 88a, and a light beam having a beam profile or intensity profile according to the beam profile 90a is incident on the optical member 86, slight displacements are effected - gene of this light beam in the Y-dimension on the stability of the intensity of the light beam in the substrate plane 14 as good as not from.
  • the passband 88 of the optical element 86 is tuned to the passband 88b in FIG.
  • the optical element 44 of the second optical device 20 is rotatable about the Z direction.
  • the one-dimensionally acting scattering or diffracting structure 58 causes a controlled adjustable beam broadening in the Y-dimension when the optical element 44 is rotated about the Z-direction, because the one-dimensionally acting structural elements 58 now also have a component in the Y-dimension.
  • the beam profile generated by rotating the optical element 44 is shown in FIG. 7 by the beam profile 90b.
  • the beam profile 90b in the Y-dimension is substantially tophat-shaped with a medium intensity plateau and a large edge steepness. Fluctuations in the position of the light beam in the Y-dimension are therefore not detrimental to the quality of the light beam and its temporal stability in the substrate plane 14 even in the larger passband 88b of the optical element 86 in the substrate plane 14.
  • the reduction of the energy and energy density in the substrate plane 14 caused by the broadening of the light beam can be compensated by an increase in the energy at the light source.
  • FIG. 6 shows yet another aspect of the optical system 10.
  • the third optical arrangement 74 is constructed with respect to the focusing of the light beam in the Y-dimension in the substrate plane 14 of reflective elements.
  • Fig. 6 now shows an embodiment of the third optical arrangement in which the mirrors 82 and 84 of Fig. 5 are both formed as domed mirrors, the mirror 82 being formed as a convex mirror and the mirror 84 as a concave mirror. The mirrors 82 and 84 follow each other immediately.
  • the mirrors 82 and 84 are formed as cylindrical mirrors whose cylinder axes extend in the direction of the X-dimension (perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 6).
  • the use of at least one convex and at least one concave mirror in the third optical arrangement 74 has the advantage that the working distance A, i. the distance between the substrate plane 14 and the last optical element 84 can be made larger than in an imaging system which also uses refractive elements for imaging.
  • the working distance A and the magnification of the optical assembly 74 can be set within wide limits, and also coma and spherical aberration can occur the image can be easily compensated with such an arrangement as in a refractive array.

Abstract

Ein optisches System zum Erzeugen eines Lichtstrahls zur Behandlung eines in einer Substrat ebene (14) angeordneten Substrats, wobei der Lichtstrahl in einer ersten Dimension (X) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (Z) des Lichtstrahls eine Strahllänge (L) und in einer zweiten Dimension (Y) senkrecht zur ersten Dimension (X) und zur Lichtausbreitungsrichtung (Z) eine Strahlbreite (B) aufweist, wobei die Strahllänge (L) groß gegenüber der Strahlbreite (B) ist, weist eine erste optische Anordnung (18) auf, die eine Mehrzahl von in der ersten Dimension (X) nebeneinander angeordneten Lichtkanälen (26; 28) definiert, die den Lichtstrahl in der ersten Dimension (X) in eine Mehrzahl von Teilfeldern (30, 32, 34) aufteilen, wobei die Teilfelder (30, 32, 34) in der ersten Dimension (X) einander überlagert in die Substratebene (14) einfallen. Eine zweite optische Anordnung (20) ist in Lichtausbreitungsrichtung vor der ersten optischen Anordnung (18) angeordnet, die in der ersten Dimension (X) eine solche Ausdehnung aufweist und ein Winkelspektrum des auf die zweite optische Anordnung (18) einfallenden Lichtstrahls (42) in der ersten Dimension (X) so verbreitert, dass der Lichtleitwert der zweiten optischen Anordnung (20) in der ersten Dimension (X) 50% bis 100% des Gesamtlichtleitwerts des optischen Systems (10) in der ersten Dimension (X) beträgt, so dass näherungsweise alle Lichtkanäle (26; 28) der ersten optischen Anordnung (18) gleichmäßig mit Licht ausgeleuchtet sind.

Description

Optisches System zum Erzeugen eines Lichtstrahls zur Behandlung eines Substrats
Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Erzeugen eines Lichtstrahls zur Behandlung eines in einer Substratebene angeordneten Substrats, wobei der Lichtstrahl in einer ersten Dimension senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls eine Strahllänge und in einer zweiten Dimension senkrecht zur ersten Dimension und zur Lichtausbreitungsrichtung eine Strahlbreite aufweist, wobei die Strahllänge groß gegenüber der Strahlbreite ist, mit einer ersten optischen Anordnung, die eine Mehrzahl von in der ersten Dimension nebeneinander angeordneten Lichtkanälen definiert, die den Lichtstrahl in der ersten Dimension in eine Mehrzahl von Teilfeldern aufteilen, wobei die Teilfelder in der ersten Dimension aneinander überlagert in die Substratebene einfallen.
Ein solches optisches System ist aus WO 2006/066706 A2 bekannt. Ein optisches System der eingangs genannten Art wird beispielsweise zum Aufschmelzen von Materialien, insbesondere auf dem Gebiet der lichtinduzierten Kristallisation von Silicium verwendet. Ein spezieller Anwendungsfall ist die Flachbildschirmherstellung, bei der mit einer amorphen Siliciumschicht versehene Substrate mit einem Lichtstrahl behandelt werden, um das Silicium zu kristallisieren. Die verwendeten Substrate weisen dabei relativ große Abmessungen auf, beispielsweise im Bereich von über 30 cm x über 50 cm. Mit einem optischen System der eingangs genannten Art wird entsprechend ein Lichtstrahl erzeugt, der in einer ersten Dimension (die nachfolgend mit X bezeichnet wird) eine Strahllänge aufweist, die etwa der Breite des Substrats (beispielsweise etwa 30 cm) entspricht. In der zur X-Dimension senkrechten Dimension (im Nachfolgenden mit Y bezeichnet) soll der Lichtstrahl so dünn wie möglich sein, wobei Strahlbreiten in der Y-Dimension von wenigen Mikrometern erwünscht sind, um eine für die Behandlung des Substrats möglichst hohe Energiedichte zu erhalten.
Der so auf das Substrat applizierte Lichtstrahl weist demnach ein großes Verhältnis aus Strahllänge in der X-Dimension und der Strahlbreite in der Y-Dimension auf, das je nach Strahllänge größer als 5.000, sogar größer als 10.000 sein kann.
Der Lichtstrahl, der zur Behandlung des Substrats dient, muss dabei im Wesentlichen zwei Anforderungen genügen, und zwar zum einen muss die Intensitätsverteilung des Lichtstrahls in der X-Dimension so homogen wie möglich sein, und in der Y- Dimension sollte die Intensitätsverteilung des Lichtstrahls eine möglichst große Kantensteilheit besitzen.
Insbesondere das Problem der Homogenität des Lichtstrahls in der (großen) X- Dimension wurde bislang noch nicht in zufriedenstellender Weise gelöst. Das aus dem eingangs genannten Dokument WO 2006/066706 A2 bekannte optische System weist eine optische Anordnung auf, die eine Mehrzahl von in der ersten Dimension nebeneinander angeordneten Lichtkanälen definiert, die den Lichtstrahl in der ersten Dimension in eine Mehrzahl von Teilfeldern aufteilen, die sich in der ersten Dimension teilweise überlappen, wobei die Teilfelder in der ersten Dimension einander überlagert in die Substratebene einfallen. Die die Lichtkanäle definierende optische Anordnung ist bei dem bekannten optischen System in Form eines ein- oder zweie- lementigen Wabenkondensors ausgebildet. Der Wabenkondensor ist als Zylinderlin- senarray ausgebildet, d.h. eine Mehrzahl von einzelnen Zylinderlinsen sind in der X- Dimension nebeneinander angeordnet, wobei jede einzelne Zylinderlinse einen Lichtkanal definiert, wobei der Lichtstrahl beim Durchtritt durch die mehreren Lichtkanäle in eine entsprechende Anzahl von Teilfeldern aufgeteilt wird. Mittels einer nachfolgenden Kondensoroptik werden die einzelnen Teilfelder dann auf dem Substrat in der X-Dimension wieder überlagert, wodurch eine Mischung und damit Homogenisierung der Intensitätsverteilung des Lichtstrahls in der X-Dimension erreicht wird.
Bei dem bekannten optischen System ist die Homogenität der Intensitätsverteilung in der X-Dimension nicht optimal. Bei dem bekannten optischen System tritt der Lichtstrahl, üblicherweise ein Laserstrahl mit einer Abmessung XL in der ersten Dimension und einer Abmessung YL in der zweiten Dimension und einer von der Lichtquelle vorgegebenen Divergenz Dx in der ersten Dimension und einer Divergenz Dγ in der zweiten Dimension auf die erste optische Anordnung in Form des Wabenkondensors ein. Es wurden insbesondere Interferenzeffekte und Schwebungseffekte im Lichtstrahl auf dem Substrat beobachtet, die das Ergebnis der Behandlung des Substrats mit dem Lichtstrahl verschlechtern.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Das optische System soll in der Lage sein, einen Lichtstrahl zur Behandlung eines Substrats mit großer Strahllänge und kleiner Strahlbreite zu erzeugen, dessen Intensitätsverteilung in der X- Dimension noch homogener ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Systems dadurch gelöst, dass eine zweite optische Anordnung in Lichtausbreitungsrichtung vor der ersten optischen Anordnung angeordnet ist, die in der ersten Dimension eine solche Ausdehnung aufweist und ein Winkelspektrum des auf die zweite optische Anordnung einfallenden Lichtstrahls in der ersten Dimension so verbreitert, dass der Lichtleitwert der zweiten optischen Anordnung in der ersten Dimension zumindest 50 % bis 100 % des Gesamtlichtleitwerts des optischen Systems in der ersten Dimension beträgt, so dass näherungsweise alle Lichtkanäle der ersten optischen Anordnung gleichmäßig mit Licht ausgeleuchtet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen optischen System ist der ersten optischen Anordnung, die den einfallenden Lichtstrahl in Teilfelder aufteilt, eine zweite optische Anordnung vorgeschaltet, die den auf die zweite optische Anordnung einfallenden Lichtstrahl in der Weise vorbearbeitet, dass der Lichtstrahl anschließend mit einem verbreiterten Winkelspektrum und hoher Ausdehnung in der ersten Dimension auf die erste optische Anordnung einfällt. Bei dem erfindungsgemäßen optischen System fällt der Lichtstrahl somit im Unterschied zu dem bekannten optischen System nicht mit der vorgegebenen natürlichen Divergenz des Lichtstrahls in die einzelnen Lichtkanäle der ersten optischen Anordnung ein, sondern mit einer durch die zweite optische Anordnung stark vergrößerten Divergenz bzw. Apertur. Bei dem bekannten optischen System sind die einzelnen Lichtkanäle der ersten optischen Anordnung nur unzureichend mit Licht gefüllt, wodurch Interferenz- und Schwebungseffekte in der Substrat ebene verursacht werden. Bei dem erfindungsgemäßen optischen System werden die einzelnen Lichtkanäle der ersten optischen Anordnung demgegenüber aufgrund des zuvor verbreiterten Winkelspektrums des einfallenden Lichtstrahls gleichmäßiger mit Licht gefüllt, mit anderen Worten tritt der Lichtstrahl in die erste optische Anordnung, die die Lichtkanäle definiert, vorhomogenisiert ein. Die zweite optische Anordnung bewirkt somit eine zusätzliche Mischung des Lichts des einfallenden Lichtstrahls, wodurch die nachfolgende erste optische Anordnung den Lichtstrahl noch wirksamer homogenisieren kann. Über die zweite optische Anordnung wird vorzugsweise der gesamte benötigte Lichtleitwert in der X-Dimension eingeführt, und zwar in einer einzigen Stufe, nämlich durch die zweite optische Anordnung. Die Intensitätsverteilung des mit dem erfindungsgemäßen optischen System erzeugten Lichtstrahls ist in der Substratebene somit wesentlich homogener als bei dem bekannten optischen System, wodurch das Ergebnis der Behandlung des Substrats mit dem Lichtstrahl verbessert wird.
Unter Lichtleitwert in der ersten Dimension und Gesamtlichtleitwert in der ersten Dimension wird hier der eindimensionale Lichtleitwert bzw. Gesamtlichtleitwert in dieser X-Dimension verstanden. Der Lichtleitwert LLWx der ersten optischen Anordnung ist dabei durch die Gleichung gegeben: LLWx = Dx * NAx, wobei Dx die Erstreckung der ersten optischen Anordnung in der ersten Dimension und NAx die numerische Apertur der ersten optischen Anordnung in der ersten Dimension ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Lichtleitwert der zweiten optischen Anordnung 70 % bis 100 %, vorzugsweise 80 % bis 100 %, weiter vorzugsweise 90 % bis 100 % des Gesamtlichtleitwerts des optischen Systems.
Je höher der von der zweiten optischen Anordnung in das System eingeführte Lichtleitwert ist, umso homogener ist die Intensitätsverteilung des linienförmigen Lichtstrahls in der Substratebene.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die optischen Eigenschaften der zweiten optischen Anordnung so ausgelegt, dass von einem beliebigen Teilbereich der zweiten optischen Anordnung entlang der ersten Dimension ausgehendes Licht jeweils zumindest näherungsweise die volle Winkelinformation enthält und näherungsweise in jeden Lichtkanal der ersten optischen Anordnung eintritt.
In dieser Ausgestaltung wird die erste optische Anordnung mit anderen Worten mit der Apertur der zweiten optischen Anordnung über die Größe der ersten optischen Anordnung vollständig ausgeleuchtet. Demnach wird bei dieser Ausgestaltung jede räumliche Mode des auf die zweite optische Anordnung einfallenden Lichtstrahls über die gesamte erste optische Anordnung, d.h. die Gesamtheit der durch diese definierten Lichtkanäle verteilt. Unter„Teilbereich" ist hier ein minimaler Bereich der zweiten optischen Anordnung mit Erstreckung in der ersten Dimension zu verstehen, von dem ausgehendes Licht die nahezu vollständige oder die vollständige Winkelinformation enthält. Ein solcher Teilbereich wird üblicherweise auch als „Pitch" bezeichnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite optische Anordnung dazu ausgelegt, durch Lageverstellung, insbesondere durch Drehung um die Lichtausbreitungsrichtung die Strahlbreite des einfallenden Lichtstrahls in der zweiten Dimension zu verändern.
Hierbei ist von Vorteil, dass die zweite optische Anordnung nicht nur zur Homogenisierung des Lichtstrahls in der X-Dimension beiträgt, sondern auch eine zweite Funktion erfüllt, nämlich die Strahlbreite des einfallenden Lichtstrahls in der zweiten Dimension zu verändern. Hierdurch lässt sich auch in der Y-Dimension ein kleiner Lichtleitwert kontrolliert und einstufig einführen. Die Veränderbarkeit der Strahlbreite des einfallenden Lichtstrahls in der zweiten Dimension ist erwünscht, weil die Strahlbreite ein Parameter der substratabhängigen Behandlung ist. Mit der zuvor genannten Ausgestaltung werden zusätzliche optische Anordnungen zur Strahlverbreiterung in Y, wie beispielsweise in WO 2006/066706 A2 beschrieben, eingespart.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die zweite optische Anordnung zumindest ein optisches Element mit einer in der ersten Dimension eindimensional streuend und/oder beugend wirkenden Struktur auf.
Ein solches optisches Element kann refraktiv oder diffraktiv sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das zumindest eine optische Element ein diffraktives optisches Element.
Vorzugsweise weist die streuend und/oder beugend wirkende Struktur Strukturelemente auf, die aperiodische Teilstrukturen bilden, wobei jede Teilstruktur einen der oben genannten Teilbereiche bildet, von denen jeweils ausgehendes Licht zumindest näherungsweise die volle Winkelinformation enthält.
In dieser Ausgestaltung weist das zumindest eine optische Element der zweiten optischen Anordnung aperiodische Teilstrukturen auf, die durch einzelne Strukturelemente gebildet werden. Mehrere Strukturelemente, die sich untereinander hinsichtlich Abstand und/oder Größe (in Richtung der ersten Dimension) unterscheiden, bilden jeweils eine Teilstruktur, wobei jede einzelne Teilstruktur einen„Pitch" bzw. einen der oben genannten Teilbereiche bildet, von denen ausgehendes Licht jeweils die gesamte oder nahezu gesamte Winkelinformation enthält. Durch die Aperiodizi- tät der Teilstrukturen untereinander werden nun vorteilhafterweise bereits vor dem Eintritt des Lichtstrahls in die erste optische Anordnung periodische Interferenzen vermieden, die von der ersten optischen Anordnung nur bis zu einem bestimmten Maß weggemischt werden können und somit zu einer Restmodulation in der Substratebene führen könnten. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass die Lichtkanäle der ersten optischen Anordnung selbst eine mehr oder weniger periodische Struktur besitzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind Abstände zwischen jeweils benachbarten Teilstrukturen und/oder die Größe der Teilstrukturen in der ersten Dimension der streuend und/oder beugend wirkenden Struktur des optischen Elements unterschiedlich.
In dieser Ausgestaltung kann das zumindest eine optische Element mit in der ersten Dimension eindimensional beugend wirkender Struktur in einer sehr einfachen Realisation als Strichgitter ausgebildet sein, wobei der Strichabstand zwischen den einzelnen Strichen des Gitters von Strich zu Strich stochastisch variiert. Mehrere solcher Striche bilden dann jeweils eine Teilstruktur bzw. einen Teilbereich, die bzw. der dem Licht jeweils einzeln die volle Winkelinformation vermittelt. Ein eindimensionales Gitter ist in Bezug auf die oben genannte Ausgestaltung, wonach die zweite optische Anordnung durch Lageverstellung die Strahlbreite des einfallenden Lichtstrahls in der zweiten Dimension verändert, besonders vorteilhaft, da zur Vergrößerung der Strahlbreite bzw. zur Verringerung der Strahlbreite in der zweiten Dimension das Gitter, wie in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist, lediglich um die Achse der Lichtausbreitungsrichtung verdrehbar in dem optischen System gelagert werden muss. Sobald die Striche des eindimensionalen Gitters aus einer O°-Stellung, in der die Striche des Gitters senkrecht zur X- Dimension verlaufen, gedreht sind, wirkt das Gitter auch in der Y-Dimension beugend, wodurch die Strahlbreite in der Y-Dimension vergrößert wird. Auf diese Weise kann mit dem eindimensionalen Gitter in der Y-Dimension aus einer Gauss-förmigen Intensitätsverteilung eine breitere tophatförmige (d.h. Intensitätsverteilung mit flachem Plateau und hoher Kantensteilheit) mit entsprechender Strahlbreite in der Y- Dimension eingestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein mittlerer Abstand der Abstände zwischen jeweils benachbarten Teilstrukturen der streuend und/oder beugend wirkenden Struktur des optischen Elements so gewählt, dass Licht aus jeder lateralen Kohärenzzelle des auf die zweite optische Anordnung einfallenden Lichtstrahls von der ersten optischen Anordnung näherungsweise über die gesamte Strahllänge in die Substratebene gerichtet wird.
Da der Lichtstrahl üblicherweise aus einem Laserstrahl geformt wird, weist der Lichtstrahl in Richtung der ersten Dimension eine vorbestimmte laterale Kohärenzlänge auf. Unter lateraler Kohärenzlänge ist hier der Abstand zweier Teilstrahlen, die in der ersten Dimension voneinander beabstandet sind, zu verstehen, die gerade noch miteinander interferenzfähig sind. Die Ausdehnung der einzelnen lateralen Kohärenzzellen in der ersten Dimension entspricht der lateralen Kohärenzlänge. Im Fall, dass Licht aus den einzelnen Kohärenzzellen nur in einen oder wenige Lichtkanäle der ersten optischen Anordnung einfallen, kann dies zu Interferenzerscheinungen in der Ebene des Substrats führen. In der vorstehend genannten Ausgestaltung ist dagegen der mittlere Teilstrukturabstand des optischen Elements so gewählt, dass jede Kohärenzzelle des Lichtstrahls das Substrat in guter Näherung homogen ausleuchtet. Damit kommt Licht aus jeder Kohärenzzelle an jede Stelle des Substrats und erlaubt somit, den Specklekontrast (der aufgrund des Verhaltens der einzelnen Lasermoden stochastischer Natur ist) durch statistisch aufgesammelte Phasen so gering wie möglich zu halten.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn ein mittlerer Abstand der Abstände zwischen jeweils benachbarten Teilstrukturen der streuend und/oder beugend wirkenden Struktur des optischen Elements so gewählt ist, dass durch die erste optische Anordnung verursachte Interferenzkontraste auf dem Substrat minimiert werden.
Mit dieser Maßnahme ist der mittlere Teilstrukturabstand des optischen Elements auf die erste optische Anordnung abgestimmt, die im Fall der Ausgestaltung der ersten optischen Anordnung als Wabenkondensor Interferenzeffekte verursachen kann, die aber durch die Anpassung des mittleren Abstands der Teilstrukturen eliminiert oder zumindest reduziert werden können. Interferenzkontraste sind im Unterschied zu Specklekontrasten deterministischer Natur und beruhen auf der Überlagerung von kohärenten Teilstrahlen in der Substrat ebene.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung genügt der mittlere Abstand der Abstände jeweils benachbarter Teilstrukturen der Relation:
Laterale Kohärenzlänge lc des Lichtstrahls < mittlerer Abstand der Teilstrukturen.
In einer noch weiter bevorzugten Ausgestaltung genügt der mittlere Abstand der Abstände jeweils benachbarter Teilstrukturen der Relation:
1/3 < mittlerer Abstand/laterale Kohärenzlänge lc des Lichtstrahls < 5, vorzugsweise: 1 < mittlerer Abstand/laterale Kohärenzlänge lc des Lichtstrahls < 3. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die zweite optische Anordnung eine Kondensoroptik auf, wobei das zumindest eine optische Element mit der in der ersten Dimension eindimensional wirkenden und/oder beugenden Struktur zusammen mit der Kondensoroptik eine gleichmäßige Ausleuchtung der ersten optischen Anordnung ergibt.
Hierbei ist von Vorteil, dass der Lichtstrahl durch die zweite optische Anordnung im Zusammenwirken des optischen Streuelements/diffraktiven optischen Elements mit der Kondensoroptik eine Intensitätsverteilung in der X-Dimension aufweist, die eine hohe Kantensteilheit besitzt.
Die erste optische Anordnung weist vorzugsweise zumindest ein Zylinderlinsenarray auf, wobei Zylinderachsen der einzelnen Zylinderlinsen in der zweiten Dimension ausgerichtet sind, und wobei die einzelnen Zylinderlinsen vorzugsweise plankonvexe Zylinderlinsen sind.
In dieser Ausgestaltung, die an sich bekannt ist, werden die einzelnen Lichtkanäle der ersten optischen Anordnung durch die einzelnen Zylinderlinsen gebildet. Im Unterschied zu dem bekannten optischen System werden jedoch die einzelnen Zylinderlinsen durch die vorgeschaltete zweite optische Anordnung zur Einführung des vorzugsweise nahezu gesamten Lichtleitwerts in das System mit dem vorhomogenisierten Lichtstrahl wesentlich gefüllter ausgeleuchtet.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn zur seitlichen Begrenzung des einfallenden Lichtstrahls in der ersten Dimension das Zylinderlinsenarray jeweils durch einen keilförmigen lichtdurchlässigen Randbereich begrenzt ist, dessen Oberfläche bspw. in der zweiten Dimension gegenüber einer Ebene senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung geneigt ist.
Die beiden keilförmigen lichtdurchlässigen Bereiche begrenzen den optisch nutzbaren Bereich des Zylinderlinsenarrays, was sich ebenfalls positiv auf die Homogenität der Intensitätsverteilung des Lichtstrahls in der Substratebene auswirkt. Wie bereits oben ausgeführt, wird die Homogenität des Lichtstrahls in der Substratebene verbessert, wenn nur möglichst vollständig vom Licht ausgefüllte Lichtkanäle der ersten optischen Anordnung zu dem Lichtstrahl in der Ebene des Substrats beitragen. Die hier vorgesehene Maßnahme zur Begrenzung des auf das Zylinderlinsenarray einfallenden Lichtstrahls hat gegenüber einer klassischen Blende den Vorteil, dass der Wärmeeintrag aufgrund von Absorption deutlich verringert ist. Durch die keilförmigen lichtdurchlässigen Randbereiche wird das auf diese Randbereiche einfallende Licht beispielsweise in die Y-Dimension abgelenkt und kann in einer Lichtfalle unschädlich gemacht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erste optische Anordnung eine Kondensoroptik auf, die zumindest eine bikonkave Linse aufweist.
Das oder die zuvor genannten Zylinderlinsenarrays, die die Lichtkanäle der ersten optischen Anordnung definieren, spannen den Lichtstrahl zusammen mit der Kondensoroptik in der X-Dimension in der Substratebene auf. Die zumindest eine vorgesehene bikonkave Linse in der Kondensoroptik der ersten optischen Anordnung kann vorteilhafterweise dazu dienen, die Homogenität des Lichtstrahls in der Substratebene im Randbereich in der X-Dimension weiter zu optimieren. Die Homogenität des Lichtstrahls kann in der Substratebene nämlich bspw. einen quadratischen Verlauf annehmen, der dann durch eine entsprechende Durchbiegung der bikonkaven Linse kompensiert werden kann, die an die Korrektur des nicht-konstanten Verlaufs der Homogenität des Lichtstrahls entsprechend angepasst ist. Es können mehrere solcher Linsen mit unterschiedlichen Durchbiegungen bereitgehalten werden, die austauschweise in das System eingebracht werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das optische System eine dritte optische Anordnung auf, die den einfallenden Lichtstrahl in der zweiten Dimension auf das Substrat fokussiert, wobei die dritte optische Anordnung aus Spiegeln aufgebaut ist. Das optische System zur Erzeugung eines Lichtstrahls zur Behandlung eines Substrats ist somit aus zwei Teilsystemen aufgebaut, von denen das eine Teilsystem den Lichtstrahl nur in der X-Dimension formt, um den Lichtstrahl entsprechend der Strahllänge mit optimaler Homogenität in der X-Dimension zu formen, und wobei das andere Teilsystem die Strahlbreite des Lichtstrahls in der Ebene des Substrats formt, wobei die minimale Strahlbreite durch Fokussierung erreicht wird. Die Verwendung von Spiegeln für die Fokussierung des Lichtstrahls auf das Substrat ist in Bezug auf das sehr große Verhältnis aus Strahllänge und Strahlbreite gegenüber einer refrakti- ven Anordnung von Vorteil, weil eine refraktive Anordnung aufgrund der Abhängigkeit der Brechung vom Sinus des Einfalls- bzw. Ausfallswinkels zu Nichtlinearitäten der Abbildung Anlass gibt.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die dritte optische Anordnung zumindest zwei Zylinderspiegel aufweist, deren jeweilige Zylinderachse in der ersten Dimension verläuft, wobei ein erster Spiegel ein konvexer Spiegel und ein zweiter Spiegel ein konkaver Spiegel ist.
Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass der Arbeitsabstand, d.h. der Abstand zwischen dem Substrat und dem letzten optischen Element vor dem Substrat groß gewählt werden kann, und die Abbildungsqualität gleichzeitig hoch ist. Durch Variation der Einfallswinkel, Spiegelradien und Abstände kann bei einer Anordnung aus einem konvexen Spiegel und einem konkaven Spiegel der Arbeitsabstand und der Abbildungsmaßstab innerhalb weiter Grenzen eingestellt und gleichzeitig Koma und sphärische Abberation kompensiert werden. Vorzugsweise folgen der konvexe und der konkave Spiegel in Lichtausbreitungsrichtung gesehen unmittelbar aufeinander.
Die vorstehend genannten Ausgestaltungen der dritten optischen Anordnung werden auch ohne das Kennzeichen des Anspruchs 1 als eigenständige Erfindung angesehen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein optisches Element zur Strahlbegrenzung in der zweiten Dimension mit variabler Einstellung eines Durchlassbereiches des optischen Elements zur Strahlbegrenzung vorhanden.
Wie bereits oben erwähnt, ist es in Abhängigkeit des zu behandelnden Substrats erforderlich, verschiedene Parameter des Lichtstrahls zu verändern. So ist es zum Beispiel von Substrat zu Substrat erforderlich, die Strahlbreite zu variieren oder die im Lichtstrahl enthaltene Energie und/oder Energiedichte. Durch eine einstellbare Strahlbegrenzung in der Y-Dimension kann die auf das Substrat einwirkende Lichtenergie verändert werden. Wird zum Beispiel der Durchlassbereich des optischen Elements zur Strahlbegrenzung erhöht, so wird die auf das Substrat einfallende Energie erhöht. Die Erhöhung des Durchlassbereiches des optischen Elements zur Strahlbegrenzung kann jedoch die zeitliche Stabilität der Lichtenergie und der Lichtenergiedichte verschlechtern, wodurch wiederum das Ergebnis der Behandlung des Substrats verschlechtert werden kann. Dies hängt damit zusammen, dass im Fall, dass das Intensitätsprofil des Lichtstrahls in der Y-Dimension keine hohe Kantensteilheit aufweist, sich eine auch nur geringfügige Verschiebung des Lichtstrahls in der Y-Dimension in einer Veränderung der von dem optischen Element zur Strahlbegrenzung durchgelassenen Energie äußert. Verschiebungen des Lichtstrahls können durch Fluktuationen in der Position des Strahlengangs verursacht werden, jedoch kann auch die Intensitätsverteilung im Lichtstrahl über den Prozess fluktuieren. Im Zusammenhang mit der vorstehend genannten Maßnahme kann nun die bereits oben erwähnte Ausgestaltung besonders vorteilhaft genutzt werden, wonach die zweite optische Anordnung durch Lageverstellung die Strahlbreite des einfallenden Lichtstrahls in der zweiten Dimension verändern kann. Wird nämlich der Durchlassbereich des optischen Elements zur Strahlbegrenzung vergrößert, kann gleichzeitig mit der zweiten optischen Anordnung die Strahlbreite des einfallenden Lichtstrahls vergrößert werden, wodurch das Intensitätsprofil des Lichtstrahls im Durchlassbereich des optischen Elements zur Strahlbegrenzung verbreitert wird, so dass sich Fluktuationen in der Position oder in der Profilform des Lichtstrahls auch bei einem großen Durchlassbereich des optischen Elements zur Strahlbegrenzung nicht negativ auf die Homogenität des Lichtstrahls in der Y-Dimension in der Ebene des Substrats auswirken. Das Strahlbegrenzungselement kann in der dritten optischen Anordnung, aber auch an anderer Stelle im System angeordnet sein.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems zum Erzeugen eines Lichtstrahls zur Behandlung eines Substrats, wobei das System in der XZ-Ebene dargestellt ist;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Elements des optischen
Systems in Fig. 1, wobei das optische Element in der XY-Ebene dargestellt ist;
Fig. 3 eine Seitenansicht in X-Richtung des optischen Elements in Fig. 2;
Fig. 4 einen Ausschnitt des optischen Systems in Fig. 1 in einem gegenüber
Fig. 1 vergrößerten Maßstab in einer Darstellung in der XZ-Ebene;
Fig. 5 den Ausschnitt in Fig. 4 in einer Darstellung in der YZ-Ebene;
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für optische Elemente der optischen
Anordnung in Fig. 5 in einer Darstellung in der YZ-Ebene; und Fig. 7 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts der optischen Anordnung in
Fig. 5, die die Anpassung der Strahlbreite an den Durchlassbereich eines optischen Elements zur Strahlbegrenzung des optischen Systems in Fig. 1 veranschaulicht.
In Fig. 1 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes optisches System zum Erzeugen eines Lichtstrahls zur Behandlung eines Substrats schematisch dargestellt.
Das System 10 wird insbesondere in einer Anlage zum flächigen Aufschmelzen von Schichten auf Substraten mittels eines Lichtstrahls verwendet. Spezieller wird das optische System 10 in einer Anlage zur Kristallisation von Siliciumschichten aus amorphem Silicium für die Flachbildschirmherstellung verwendet.
Das optische System 10 ist in einer solchen Anlage zum flächigen Aufschmelzen von Schichten auf Substraten ein Bestandteil eines optischen Gesamtsystems, das neben dem optischen System 10 noch weitere nicht dargestellte optische Einheiten aufweist, bspw. eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, Strahlaufweitungsoptiken, Pulsvervielfacher und -stretcher, Abschwächer und dergleichen. Das optische System 10 gemäß Fig. 1 kann in einem solchen optischen Gesamtsystem in Lichtausbreitungsrichtung gesehen die letzte in einer nachfolgend noch zu erläuternden X- Dimension optisch wirksame Einheit vor dem Substrat sein, wie hier dargestellt. Das System 10 ist entsprechend in Lichtausbreitungsrichtung gesehen von einer gedachten Lichteintrittsebene 12 des Lichteintritts in das optische System 10 bis zu einer Substratebene 14 gezeigt, in der sich ein nicht dargestelltes Substrat befindet.
Das optische System 10 ist dazu ausgelegt, in der Substratebene 14 einen Lichtstrahl zu erzeugen, der in einer ersten Dimension, die nachfolgend als X-Dimension bezeichnet wird, eine Strahllänge L und in einer zweiten Dimension, die nachfolgend als Y-Dimension bezeichnet wird, eine Strahlbreite B (siehe Fig. 5) aufweist, wobei die Strahllänge L gegenüber der Strahlbreite B sehr viel größer ist. Die Strahllänge L beträgt mehr als 100 mm, bspw. etwa 300 mm und die Strahlbreite B beträgt weniger als 50 μm, insbesondere weniger als 10 μm, bspw. etwa 5 μm.
In Fig. 1 ist die Lichtausbreitungsrichtung, die sowohl senkrecht zur X-Dimension als auch senkrecht zur Y-Dimension verläuft, mit Z bezeichnet. In Fig. 1, die das optische System 10 in der XZ-Ebene zeigt, ist ein Koordinatenkreuz 16 zur Veranschaulichung eingezeichnet.
Das optische System 10 weist eine erste optische Anordnung 18 und in Lichtausbreitungsrichtung gesehen vor der ersten optischen Anordnung 18 eine zweite optische Anordnung 20 auf.
Die erste optische Anordnung 18 weist ein optisches Element 22 und ein optisches Element 24 auf. Das optische Element 22 definiert in der X-Dimension eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Lichtkanälen 26, die den einfallenden Lichtstrahl in der X-Dimension in eine Mehrzahl von Teilfeldern aufteilen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 definiert das optische Element 22 insgesamt sieben solcher Lichtkanäle. Es können aber wesentlich mehr sein. Das optische Element 24 definiert ebenfalls eine Mehrzahl von in der X-Dimension nebeneinander angeordneten Lichtkanälen 28, im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ebenfalls sieben derartiger Lichtkanäle 28.
Sowohl das optische Element 22 als auch das optische Element 24 sind jeweils in Form von Zylinderlinsenarrays ausgebildet, wobei sich die jeweiligen Zylinderachsen der einzelnen Zylinderlinsen in der Y-Dimension, also senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1 erstrecken.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die einzelnen die Lichtkanäle 26 und 28 bildenden Zylinderlinsen jeweils plankonvex ausgebildet. Die Zylinderlinsen des optischen Elements 22 stehen dabei mit ihrer konvexen Lichtaustrittsseite der konvexen Lichteintrittseite der Zylinderlinsen des optischen Elements 24 gegenüber. Die Lichtkanäle 26 und 28 der optischen Elemente 22 und 24 teilen den in die optischen Element 22 und 24 einfallenden Lichtstrahl in der X-Dimension in eine Mehrzahl von Teilfeldern auf, wobei in Fig. 1 drei Teilfelder 30, 32 und 34 beispielhaft dargestellt sind.
Die Anordnung aus den optischen Elementen 22 und 24 wird auch als (Doppel-) Wabenkondensor bezeichnet. Die erste optische Anordnung 18 weist außer dem Wabenkondensor noch eine zusätzliche Kondensoroptik 36 auf, die eine plankonvexe Linse 38 und eine bikonkave Linse 40 aufweist. Die erste optische Anordnung 18 wirkt auf den einfallenden Lichtstrahl lediglich in der X-Dimension, während sie den einfallenden Lichtstrahl in der Y-Dimension nicht oder im Wesentlichen nicht beeinflusst. Entsprechend sind die Linsen 38 und 40 als Zylinderlinsen ausgebildet, deren Zylinderachse in der Y-Dimension verläuft.
Die Teilfelder 30, 32, 34, die durch den Durchgang des Lichtstrahls durch die einzelnen Lichtkanäle 26, 28 der ersten optischen Anordnung 18 entstehen, werden durch die Kondensoroptik 36 in der Substratebene 14 in der X-Dimension einander überlagert. Durch die Aufteilung des auf die erste optische Anordnung 18 einfallenden Lichtstrahls in eine Mehrzahl von in der ersten Dimension nebeneinander angeordneten Teilfeldern und die Überlagerung dieser Teilfelder in der ersten Dimension in der Substrat ebene 14 wird die Intensitätsverteilung im auf die Substrat ebene einfallenden Lichtstrahl 14 in der X-Dimension homogenisiert, weil Licht aus jedem der Lichtkanäle 26, 28 mit dem Licht aus den anderen der Lichtkanäle 26, 28 gemischt wird. Diese durch die erste optische Anordnung 18 bewirkte Lichtmischung ist jedoch nicht optimal, wenn die Lichtkanäle 26, 28 von dem auf die einzelnen Lichtkanäle 26, 28 einfallenden Lichtstrahl nicht hinreichend mit Licht ausgefüllt werden.
Um dies zu erreichen, ist bei dem optischen System 10 die zweite optische Anordnung 20 vorgesehen. Die zweite optische Anordnung 20 weist in der ersten Dimension X eine solche Ausdehnung auf und verbreitert ein Winkelspektrum des auf die zweite optische Anordnung 18 einfallenden Lichtstrahls 42 in der ersten Dimension X so, dass der Lichtleitwert LLWx der zweiten optischen Anordnung 20 in der ersten Dimension X 50 % bis 100 % des Gesamtlichtleitwerts des optischen Systems 10 in der ersten Dimension X beträgt, so dass näherungsweise alle Lichtkanäle 26, 28 der ersten optischen Anordnung 18 gleichmäßig mit Licht ausgeleuchtet sind. Vorzugsweise beträgt der Lichtleitwert der zweiten optischen Anordnung 20 70 % bis 100 %, vorzugsweise 80 % bis 100 %, weiter vorzugsweise 90 % bis 100 % des Gesamtlichtleitwerts des optischen Systems 10. Die zweite optische Anordnung 20 führt somit zumindest näherungsweise den gesamten Lichtleitwert des optischen Systems 10 in einer einzigen Stufe ein, wodurch zumindest näherungsweise alle Lichtkanäle 26, 28 der ersten optischen Anordnung 18 gleichmäßig mit Licht "gefüllt" sind.
Dies wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, dass die zweite optische Anordnung 20 ein eindimensional, und zwar in der X-Dimension streuend und/oder beugend wirkendes optisches Element 44, insbesondere ein diffraktives optisches Element aufweist. Der Lichtleitwert LLWx an der Stelle des optischen Elements 44 ist gegeben durch LLWx = Dx * NAx, wobei Dx die Erstreckung des optischen Elements 44 in der X-Dimension und NAx seine numerische Apertur ist. Durch die Streuung bzw. Beugung des einfallenden Lichtstrahls 42 an dem optischen Element 44 wird das Winkelspektrum im Lichtstrahl 42 so verbreitert, dass von einem beliebigen Teilbereich des optischen Elements 44 entlang der ersten Dimension ausgehendes Licht zumindest näherungsweise in jeden Lichtkanal 26 des optischen Elements 22 der ersten optischen Anordnung 18 einfällt. Für drei Teilbereiche 46, 48 und 50 ist dies in Fig. 1 veranschaulicht. Das Licht, das von jedem Teilbereich 46, 48, 50 ausgeht, trifft auf alle Lichtkanäle 26 des optischen Elements 22 und damit auch auf alle Lichtkanäle 28 des optischen Elements 24. Über das optische Element 44 wird der einfallende Lichtstrahl 42 mit anderen Worten so umgeformt, dass er vorhomogenisiert in die erste optische Anordnung 18 einfällt. Unter einem wie vorstehend genannten Teilbereich ist jeweils ein minimaler Bereich des optischen Elements 44 zu verstehen, der die vollständige Winkelinformation enthält. Ein solcher Teilbereich wird auch als„Pitch" bezeichnet.
Es versteht sich, dass die in Fig. 1 beispielhaft gezeigten Teilbereiche 46, 48 und 50 entlang der X-Dimension beliebig ausgewählt sind, d.h. dass die Teilbereiche in der X-Dimension über das optische Element 44 verteilt sind. Über die Ausdehnung des optischen Elements 44 in der X-Dimension gesehen füllt das von dem Element 44 ausgehende Licht die Lichtkanäle nahezu vollständig, zumindest aber zu 80 % aus.
Die zweite optische Anordnung 20 weist weiterhin eine Kondensoroptik 52 auf, die den durch das optische Element 44 divergent gestreuten bzw. gebeugten Lichtstrahl 42 auf die erste optische Anordnung 18 richtet. Die Kondensoroptik 52 weist hier zwei plankonvexe Linsen 54 und 56 auf. Die zweite optische Anordnung 20 erzeugt insgesamt in der X-Dimension eine gleichmäßige, insbesondere tophatförmige Ausleuchtung der ersten optischen Anordnung 18, d.h. über die Erstreckung der ersten optischen Anordnung 20 in der X-Dimension weist der Lichtstrahl am Ausgang der ersten optischen Anordnung 20 bzw. am Eintritt in das optische Element 22 der ersten optischen Anordnung 18 ein Intensitätsprofil mit einem sich in der X- Dimension über die Erstreckung des optischen Elements 22 erstreckendes Intensitätsplateau mit sich daran beidseitig anschließenden steilen Kanten auf. Die erste optische Anordnung 18 wird somit in ihrer Größe in der X-Dimension mit der Apertur des optischen Elements 44 ausgeleuchtet. Mit anderen Worten wird durch die zweite optische Anordnung 20 jede räumliche Mode des einfallenden Lichtstrahls 42, der von einem Laser kommt, über die gesamte Erstreckung des optischen Elements 22 der ersten optischen Anordnung 18 verteilt. Auf diese Weise wird mit dem optischen Element 44 praktisch der gesamte benötigte Lichtleitwert in der X-Dimension, wie oben erläutert, in das optische System 10 eingeführt, wodurch die einzelnen Lichtkanäle 26, 28 der ersten optischen Anordnung 18 nahezu vollständig gefüllt bzw. ausgeleuchtet sind.
Das optische Element 44 ist vorzugsweise als eindimensionales Gitter, insbesondere als Strichgitter ausgebildet. In diesem Fall weist das optische Element 44 als Striche, Furchen oder dergleichen ausgebildete Strukturelemente auf, die untereinander unterschiedlich beabstandet sind und/oder unterschiedliche Größen in Richtung der ersten Dimension X aufweisen. Mehrere solcher Strukturelemente bilden jeweils eine Teilstruktur 58, wobei jede der Teilstrukturen 58 einen entsprechenden Teilbereich 46, 48 oder 50 darstellt, von dem ausgehendes Licht die volle Winkelinformation enthält. Die Teilstrukturen 58 bilden somit die oben genannten Teilbereiche, von denen ausgehendes Licht in jeden der Lichtkanäle 26, 28 gelangt. Die Teilstrukturen 58 erstrecken sich senkrecht zu ihrer Wirkungsrichtung (X-Dimension) in der Y- Dimension. Der Abstand und/oder die Größe der einzelnen Teilstrukturen 58 des Gitters ist dabei nicht konstant, d.h. die durch die Strukturelemente gebildeten Teilstrukturen 58 des optischen Elements 44 sind aperiodisch. Hierdurch werden bereits Interferenzmodulationen des aus der zweiten optischen Anordnung 20 austretenden Lichtstrahls vor dem Eintritt in die erste optische Anordnung 18 eliminiert, die ansonsten von den optischen Elementen 22, 24 und deren im Wesentlichen periodischer Struktur in die Substratebene 14 übertragen werden könnten.
Der mittlere Abstand oder gleichbedeutend die Größe in der X-Dimension der Teilstrukturen 58 des Gitters ist dabei so gewählt, dass Licht aus jeder in der X- Dimension lateralen Kohärenzzelle des einfallenden Lichtstrahls 42 nahezu über die Strahllänge L in der X-Dimension von der ersten optischen Anordnung 18 in die Substratebene 14 gerichtet wird. Der mittlere Abstand der Teilstrukturen 58 des Gitters ist weiterhin mit der Maßgabe gewählt, dass durch die erste optische Anordnung 18 verursachte Interferenzkontraste, die durch die periodische Struktur der Lichtkanäle 26, 28 entstehen können, in der Substratebene 14 minimiert sind.
Der mittlere Abstand der Teilstrukturen 58 des Gitters genügt dabei der Relation:
Laterale Kohärenzlänge lc des Lichtstrahls 42 < mittlerer Abstand der Teilsttrukturen 58. Vorzugsweise genügt der mittlere Abstand der Abstände jeweils benachbarter Teilstrukturen 58 der Relation:
1/3 < mittlerer Abstand der Teilstrukturen 58/laterale Kohärenzlänge lc des Lichtstrahls 42 < 5, weiter vorzugsweise
1 < mittlerer Abstand der Teilstrukturen 58/laterale Kohärenzlänge lc Lichtstrahls < 3.
Unter lateraler Kohärenzlänge lc ist hier der Abstand zweier Teilstrahlen des Lichts zu verstehen, die in der ersten Dimension X voneinander beabstandet sind, die gerade noch miteinander interferenzfähig sind.
Wenn der in das optische System 10 einfallende Lichtstrahl 42 gepulst ist, wobei in einem solchen Fall vor dem optischen System 10 ein nicht dargestelltes Pulsverlängerungsmodul angeordnet ist, kann vorgesehen sein, das Pulsverlängerungsmodul mit Versatzelementen, beispielsweise Platten und Keilen auszustatten, so dass aufeinanderfolgende Sub-Pulse an unterschiedlichen Orten und/oder mit unterschiedlichem Winkel in das optische System 10 eintreten. Der Ort- und/oder Winkelversatz ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass die unterschiedlichen Wege der Sub-Pulse durch das optische System 10 zu unterschiedlichen Interferenzmustern in der Substratebene 14 führen. Da die Sub-Pulse zeitversetzt in der Substratebene 14 ankommen, können sie nicht miteinander interferieren, so dass mit diesen Versatzelementen eine weitere Interferenzkontrastreduktion in der Substratebene 14 möglich ist.
Das eindimensional streuend oder beugend wirkende optische Element 44 ist weiterhin um die Z-Richtung verdrehbar. Hierdurch kann die eindimensional streuend oder beugend wirkende Struktur des optischen Elements 44 aus einer ausschließlichen Erstreckung in der X-Dimension in eine Lage gebracht werden, in der die eindimensional wirkende Struktur eine Wirkungskomponente auch in der Y-Dimension entfaltet, was dazu genutzt werden kann, die Strahlbreite B des Lichtstrahls in der Substratebene 14 zu vergrößern oder entsprechend zu verkleinern, wie später noch beschrieben wird.
Gemäß Fig. 1 sind die Linsen 54, 56, die Zylinderlinsenarrays der optischen Elemente 22, 24 und die Linse 38 plankonvex ausgebildet. Die Linse 40 hingegen ist bikonkav ausgebildet. Die Durchbiegung der bikonkaven Linse 40 ist daran angepasst, einen nicht-konstanten Verlauf der Homogenität des Lichtstrahls in der Substrat ebene 14 zu korrigieren. Damit kann in der X-Dimension ein quadratischer Verlauf der Intensität des auf die Substratebene 14 einfallenden Lichtstrahls angepasst bzw. kompensiert werden. In Bezug auf die X-Dimension kann sich nämlich die Intensität des auf die Substrat ebene 14 einfallenden Lichtstrahls zum Rand hin verringern oder verstärken, wobei diese Verringerung oder Verstärkung häufig einen quadratischen Verlauf annimmt. Durch eine entsprechend angepasste Verteilung der Brechkraft auf die Lichteintrittseite 60 und die Lichtaustrittsseite 62 der Linse 40 kann hier die Homogenität in der X-Dimension in den Randbereichen verbessert werden.
Mit Bezug auf Fig. 2 und 3 wird ein weiterer Aspekt des optischen Systems 10 beschrieben. Fig. 2 und 3 zeigen das optische Element 22 in Draufsicht in der XY-Ebene (Fig. 2) und in der YZ-Ebene (Fig. 3).
In Fig. 2 ist der Bereich des optischen Elements 22, der das Zylinderlinsenarray aufweist, mit dem Bezugszeichen 64 versehen. In Fig. 1 ist das optische Element 22 nur im Bereich des Zylinderlinsenarrays 64 dargestellt. Der Bereich 64 ist gemäß Fig. 2 zu beiden Seiten in der X-Dimension durch einen keilförmigen lichtdurchlässigen Randbereich 66, 68 begrenzt, deren jeweilige Oberfläche 70 bzw. 72 beispielsweise in der Y-Dimension geneigt ist. Hierdurch wird Licht, das auf die keilförmigen Randbereiche 66, 68 einfällt, beispielsweise in die Y-Richtung abgelenkt, so dass Licht aus den keilförmigen Randbereichen 66 und 68 nicht in das zweite optische Element 24 bzw. das Zylinderlinsenarray des optischen Elements 24 einfällt. Das von den keilförmigen Randbereichen 66 und 68 abgelenkte Licht kann in einer Lichtfalle unschädlich gemacht werden, beispielsweise in einem optischen Strahlbegrenzungselement im weiteren Strahlengang des optischen Systems 10, der nachfolgend noch beschrieben wird. Gemäß Fig. 3 sind die beiden keilförmigen Randbereiche 66 und 68 gegensinnig zueinander geneigt, jedoch können die beiden keilförmigen Randbereiche 66 und 68 auch gleichsinnig geneigt, und auch parallel zueinander sein. Durch die Strahlbegrenzung des auf das optische Element 22 einfallenden Lichtstrahls in den keilförmigen Randbereichen 66 und 68 wird vermieden, dass ein oder mehrere der Lichtkanäle 28 des optischen Elements 24 nicht vollständig gefüllt bzw. gleichmäßig ausgeleuchtet sind, was, wie bereits oben beschrieben wurde, zu einer verschlechterten Homogenität des Lichtstrahls in der Substratebene 14 führen könnte.
Die bisherige Beschreibung des optischen Systems 10 bezog sich auf die Formung des einfallenden Lichtstrahls 42 in der X-Dimension. Nachfolgend wird eine dritte optische Anordnung 74 des optischen Systems 10 beschrieben, die den einfallenden Lichtstrahl 42 in der Y-Dimension formt, um den Lichtstrahl 42 in die Substratebene 14 mit der gewünschten Strahlbreite B zu fokussieren. In Fig. 1 ist die dritte optische Anordnung 74 durch eine einzelne Linie 76 zusammengefasst dargestellt.
Fig. 4 zeigt die dritte optische Anordnung 74 ebenfalls wie in Fig. 1 in der XZ-Ebene, und zwar ausgehend von der vereinfacht dargestellten Kondensoroptik 36 der ersten optischen Anordnung 18 in Fig. 1. Fig. 5 zeigt die dritte optische Anordnung 74 in der YZ-Ebene, in der die dritte optische Anordnung 74 wirksam ist.
Die dritte optische Anordnung 74 weist reflektierende Elemente auf, und umfasst einen Spiegel 82 und einen Spiegel 84. In Fig. 4 sind die Spiegel 82 und 84 als Linien dargestellt, da Fig. 4 eine Darstellung in der XZ-Ebene ist, und die Spiegel 82 und 84 in der XZ-Ebene nicht wirksam sind.
Vor dem Spiegel 82 ist ein optisches Element 86 zur Strahlbegrenzung in der Y- Dimension angeordnet. Das Element 86 kann auch an anderer Stelle im System 10 angeordnet sein, bspw. noch vor der zweiten optischen Anordnung 20.
Das optische Element 86 weist einen Durchlassbereich 88 auf, der in der Y-Richtung variabel einstellbar ist. Der einfallende Lichtstrahl wird auf den Durchlassbereich 88 des optischen Elements 86 gerichtet, und mittels der Spiegel 82 und 84 wird der Durchlassbereich 88 des optischen Elements 86 in die Substrat ebene 14 verkleinert abgebildet. Über die Einstellung der Größe des Durchlassbereichs 88 in der Y- Dimension kann die Strahlbreite B in der Substratebene 14 eingestellt werden, d.h. wenn die Strahlbreite B in der Substrat ebene 14 vergrößert werden soll, wird dazu der Durchlassbereich 88 des optischen Elements 86 in der Y-Dimension vergrößert.
Eine kontrollierte Vergrößerung der Strahlbreite B in der Substrat ebene 14 lässt sich jedoch nicht nur einfach durch eine Vergrößerung des Durchlassbereiches 88 des optischen Elements 86 erreichen, vielmehr muss dazu auch der auf das optische Element 86 einfallende Lichtstrahl an den vergrößerten Durchlassbereich 88 ange- passt werden. Denn auch in der Y-Dimension muss ein kleiner Anteil des Lichtleitwertes in der Y-Dimension kontrolliert eingebracht werden. Dies wird mit Bezug auf Fig. 7 hiernach näher beschrieben.
Fig. 7 zeigt das optische Element 86 zur Strahlbegrenzung in der Y-Dimension mit zwei unterschiedlich groß eingestellten Durchlassbereichen 88a und 88b.
Des Weiteren sind in Fig. 7 zwei Strahlprofile 90a und 90b eines auf das optische Element 86 einfallenden jeweiligen Lichtstrahls dargestellt.
Betrachtet man den Fall, dass der Durchlassbereich 88 des optischen Elements 86 zur Strahlbegrenzung gemäß dem Durchlassbereich 88a, also schmal eingestellt ist, und trifft ein Lichtstrahl mit einem Strahlprofil oder Intensitätsprofil gemäß dem Strahlprofil 90a auf das optische Element 86 ein, so wirken sich geringfügige Verschiebun- gen dieses Lichtstrahls in der Y-Dimension auf die Stabilität der Intensität des Lichtstrahls in der Substratebene 14 so gut wie nicht aus. Ist demgegenüber der Durchlassbereich 88 des optischen Elements 86 auf den Durchlassbereich 88b in Fig. 7 eingestellt, d.h. ist der Durchlassbereich 88 des optischen Elements 86 groß, und würde derselbe Lichtstrahl mit dem Strahlprofil 90a auf das optische Element 86 einfallen, so würden sich bereits geringfügige Verschiebungen bzw. Fluktuationen des Lichtstrahls in der Y-Dimension abträglich auf die Strahlqualität, insbesondere die zeitliche Stabilität der Intensität in der Y-Dimension auswirken. Daher ist bei dem optischen System 10 vorgesehen, die Strahlbreite des auf das optische Element 86 einfallenden Lichtstrahls an die Größe des Durchlassbereiches 88 anzupassen.
Dies wird bei dem optischen System 10 dadurch realisiert, dass das optische Element 44 der zweiten optischen Anordnung 20 um die Z-Richtung drehbar ist. Die eindimensional wirkende streuende oder beugende Struktur 58 bewirkt bei einer Verdrehung des optischen Elements 44 um die Z-Richtung eine kontrolliert einstellbare Strahlverbreiterung in der Y-Dimension, weil die eindimensional wirkenden Strukturelemente 58 nun auch eine Komponente in der Y-Dimension besitzen. Das durch Drehen des optischen Elements 44 erzeugte Strahlprofil ist in Fig. 7 durch das Strahlprofil 90b dargestellt. Durch die Strahlverbreiterung des Lichtstrahls ist das Strahlprofil 90b in der Y-Dimension im Wesentlichen tophatförmig mit einem mittleren Intensitätsplateau und großer Kantensteilheit ausgebildet. Fluktuationen der Position des Lichtstrahls in der Y-Dimension machen sich somit auch bei dem größeren Durchlassbereich 88b des optischen Elements 86 in der Substratebene 14 nicht nachteilig hinsichtlich der Qualität des Lichtstrahls und seiner zeitlichen Stabilität in der Substratebene 14 bemerkbar.
Die durch die Verbreiterung des Lichtstrahls bewirkte Verringerung der Energie und Energiedichte in der Substratebene 14 kann durch eine Erhöhung der Energie an der Lichtquelle kompensiert werden.
In Fig. 6 ist noch ein weiterer Aspekt des optischen Systems 10 dargestellt. Wie bereits erwähnt, ist die dritte optische Anordnung 74 in Bezug auf die Fokussie- rung des Lichtstrahls in der Y-Dimension in die Substrat ebene 14 aus reflektiven Elementen aufgebaut.
Fig. 6 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der dritten optischen Anordnung, bei der die die Spiegel 82 und 84 gemäß Fig. 5 beide als gewölbte Spiegel ausgebildet sind, wobei der Spiegel 82 als konvexer Spiegel ausgebildet ist, und der Spiegel 84 als konkaver Spiegel. Die Spiegel 82 und 84 folgenden unmittelbar aufeinander.
Insbesondere sind die Spiegel 82 und 84 als Zylinderspiegel ausgebildet, deren Zylinderachsen sich in Richtung der X-Dimension (senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 6) erstrecken. Die Verwendung von zumindest einem konvexen und zumindest einem konkaven Spiegel in der dritten optischen Anordnung 74 hat den Vorteil, dass der Arbeitsabstand A, d.h. der Abstand zwischen der Substratebene 14 und dem letzten optischen Element 84 größer gewählt werden kann als bei einem Abbildungssystem, das zumindest auch refraktive Elemente zur Abbildung verwendet. Durch Variation der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Spiegel 82 und 84, durch Variation der Spiegelradien und/oder durch Variation der Spiegelabstände kann der Arbeitsabstand A und der Abbildungsmaßstab der optischen Anordnung 74 innerhalb weiter Grenzen eingestellt werden, und es können auch Koma und sphärische Abberation in der Abbildung mit einer solchen Anordnung leichter kompensiert werden als bei einer refraktiven Anordnung.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches System zum Erzeugen eines Lichtstrahls zur Behandlung eines in einer Substrat ebene (14) angeordneten Substrats, wobei der Lichtstrahl in einer ersten Dimension (X) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (Z) des Lichtstrahls eine Strahllänge (L) und in einer zweiten Dimension (Y) senkrecht zur ersten Dimension (X) und zur Lichtausbreitungsrichtung (Z) eine Strahlbreite (B) aufweist, wobei die Strahllänge (L) groß gegenüber der Strahlbreite (B) ist, mit einer ersten optischen Anordnung (18), die eine Mehrzahl von in der ersten Dimension (X) nebeneinander angeordneten Lichtkanälen (26; 28) definiert, die den Lichtstrahl in der ersten Dimension (X) in eine Mehrzahl von Teilfeldern (30, 32, 34) aufteilen, wobei die Teilfelder (30, 32, 34) in der ersten Dimension (X) einander überlagert in die Substrat ebene (14) einfallen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite optische Anordnung (20) in Lichtausbreitungsrichtung vor der ersten optischen Anordnung (18) angeordnet ist, die in der ersten Dimension (X) eine solche Ausdehnung aufweist und ein Winkelspektrum des auf die zweite optische Anordnung (18) einfallenden Lichtstrahls (42) in der ersten Dimension (X) so verbreitert, dass der Lichtleitwert der zweiten optischen Anordnung (20) in der ersten Dimension (X) 50% bis 100% des Gesamtlichtleitwerts des optischen Systems in der ersten Dimension (X) beträgt, so dass zumindest näherungsweise alle Lichtkanäle (26; 28) der ersten optischen Anordnung (18) gleichmäßig mit Licht ausgeleuchtet sind.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitwert der zweiten optischen Anordnung (20) 70% bis 100%, vorzugsweise 80% bis 100%, weiter vorzugsweise 90% bis 100% des Gesamtlichtleitwerts des optischen Systems beträgt.
3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Eigenschaften der zweiten optischen Anordnung (20) so ausgelegt sind, dass von einem beliebigen Teilbereich (46, 48, 50) der zweiten optischen Anordnung (20) entlang der ersten Dimension (X) ausgehendes Licht zumin- dest näherungsweise die volle Winkelinformation enthält und zumindest näherungsweise in jeden Lichtkanal (26, 28) der ersten optischen Anordnung (18) eintritt.
4. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Anordnung (20) dazu ausgelegt ist, durch Lageverstellung die Strahlbreite (B) des einfallenden Lichtstrahls (42) in der zweiten Dimension (Y) zu verändern.
5. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Anordnung (20) dazu ausgelegt ist, durch Drehung um die Lichtausbreitungsrichtung die Strahlbreite (B) des einfallenden Lichtstrahls (42) in der zweiten Dimension (Y) zu verändern.
6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Anordnung (20) zumindest ein optisches Element (44) mit einer in der ersten Dimension (X) eindimensional streuend und/oder beugend wirkenden Struktur aufweist.
7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine optische Element (44) ein diffraktives optisches Element ist.
8. Optisches System nach Anspruch 3 und nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die streuend und/oder beugend wirkende Struktur Strukturelemente aufweist, die aperiodische Teilstrukturen (58) bilden, wobei jede Teilstruktur (58) einen der Teilbereiche (46, 48, 50) bildet, von denen jeweils ausgehendes Licht zumindest näherungsweise die volle Winkelinformation enthält.
9. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Abstände zwischen jeweils benachbarten Teilstrukturen (58) und/oder die Größe der Teilstrukturen (58) in der ersten Dimension (X) der streuend und/oder beugend wirkenden Struktur des optischen Elements (44) unterschiedlich sind.
10. Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Abstand der Abstände jeweils benachbarter Teilstrukturen (58) der streuend und/oder beugend wirkenden Struktur des optischen Elements (44) so gewählt ist, dass Licht aus jeder lateralen Kohärenzzelle des auf die zweite optische Anordnung (20) einfallenden Lichtstrahls (42) von der ersten optischen Anordnung (18) näherungsweise über die gesamte Strahllänge (L) in die Substrat ebene (14) gerichtet wird.
11. Optisches System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Abstand der Abstände jeweils benachbarter Teilstrukturen (58) der streuend und/oder beugend wirkenden Struktur des optischen Elements (44) so gewählt ist, dass durch die erste optische Anordnung (18) verursachte Interferenzkontraste in der Substratebene (14) minimiert werden.
12. Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abstand der Abstände jeweils benachbarter Teilstrukturen (58) der Relation: laterale Kohärenzlänge lc des Lichts des Lichtstrahls < mittlerer Abstand der Teilstrukturen (58) genügt.
13. Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abstand der Abstände jeweils benachbarter Teilstrukturen (58) der Relation genügt: 1/3 < mittlerer Abstand der Teilstrukturen (58)/laterale Kohärenzlänge lc des Lichts des Lichtstrahls < 5, vorzugsweise
1 < mittlerer Abstand der Teilstrukturen (58)/laterale Kohärenzlänge lc des Lichts des Lichtstrahls < 3.
14. Optisches System nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (44) mit einer in der ersten Dimension (X) eindimensional streuend und/oder beugend wirkenden Struktur um die Achse (7) der Lichtausbreitungsrichtung verdrehbar ist.
15. Optisches System nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Anordnung (20) eine Kondensoroptik (52) aufweist, wobei das zumindest eine optische Element (44) mit der in der ersten Dimension (X) eindimensional streuend und/oder beugend wirkenden Struktur zusammen mit der Kondensoroptik (52) eine gleichmäßige Ausleuchtung der ersten optischen Anordnung (18) ergibt.
16. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Anordnung (18) zumindest ein Zylinderlinsenarray (64) aufweist, wobei Zylinderachsen der einzelnen Zylinderlinsen in der zweiten Dimension ausgerichtet sind, und wobei die einzelnen Zylinderlinsen vorzugsweise plankonvexe Zylinderlinsen sind.
17. Optisches System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur seitlichen Begrenzung des einfallenden Lichtstrahls in der ersten Dimension (X) das Zylinderlinsenarray (64) jeweils durch einen keilförmigen lichtdurchlässigen Randbereich (66, 68) begrenzt ist.
18. Optisches System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (70, 72) des keilförmigen lichtdurchlässigen Randbereichs (66, 68) in der zweiten Dimension (Y) gegenüber einer Ebene senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung (Z) geneigt ist.
19. Optisches System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Anordnung (18) eine Kondensoroptik (36) aufweist, die zumindest eine bikonkave Linse (40) aufweist.
20. Optisches System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbiegung der bikonkaven Linse (40) zur Korrektur eines nicht-konstanten Verlaufs der Homogenität des Lichtstrahls in der Substrat ebene (14) angepasst ist.
21. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch eine dritte optische Anordnung (74), die den einfallenden Lichtstrahl in der zweiten Dimension (Y) in die Substratebene fokussiert, wobei die dritte optische Anordnung (74) aus Spiegeln (82, 84) aufgebaut ist.
22. Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte optische Anordnung (74) zumindest zwei Zylinderspiegel (82, 84) aufweist, deren jeweilige Zylinderachse in der ersten Dimension (X) verläuft, wobei ein erster Spiegel (82) ein konvexer Spiegel und ein zweiter Spiegel (84) ein konkaver Spiegel ist.
23. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch ein optisches Element (86) zur Strahlbegrenzung in der zweiten Dimension (Y) mit variabler Einstellung eines Durchlassbereichs (88) des optischen Elements (86) zur Strahlbegrenzung.
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