WO2019134924A1 - Optical system for producing an illumination line - Google Patents

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WO2019134924A1
WO2019134924A1 PCT/EP2019/050063 EP2019050063W WO2019134924A1 WO 2019134924 A1 WO2019134924 A1 WO 2019134924A1 EP 2019050063 W EP2019050063 W EP 2019050063W WO 2019134924 A1 WO2019134924 A1 WO 2019134924A1
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laser beam
lens group
optical system
laser
shutter element
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PCT/EP2019/050063
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German (de)
French (fr)
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Berthold Burghardt
Hans-Juergen Kahlert
Johannes Richter
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Innovavent Gmbh
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    • H01L21/02667Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02678Beam shaping, e.g. using a mask

Definitions

  • the invention relates to an optical system for generating a lighting line, in particular for example for so-called laser lift-off applications or for a system for processing thin-film layers, and to a method for generating a lighting line, in particular for laser lift-off applications or for processing thin-film layers.
  • Laser Lift Off applications dissolve plastic substrates from a glass substrate.
  • a laser line ie an illumination line
  • the bond is dissolved with the laser beam and the plastic substrate is thus separated contactlessly from the glass substrate.
  • flexible OLED displays are fabricated on PI films adhered to glass plates for production. After the production, the z.
  • LLO laser lift-off
  • the display substrate is detached from the glass slide using a laser lift-off (LLO) process.
  • LLO laser lift-off
  • an LLO process is, for example, the detachment of flexible OLED display substrates from a glass slide.
  • a flat glass plate of z. B. 0.5 mm thick polyimide films of several 10-100 pm pasted, on which OLED display structures are built. After completion of the display film, it must be removed from the glass slide.
  • a laser line is focused by the 343 nm or 355 nm transparent glass on the Kunststoff ⁇ fabric film.
  • the bonding is achieved by moving a 20-50 pm wide line over it at a speed of 50-300 mm / s.
  • the plastic substrate remains unbe ⁇ damaged and the flexible OLED display substrate can be used for further processing z. B. be used in smartphones.
  • TFT thin-film transistors
  • Si silicon
  • a-Si is used as the semiconductor to be processed in particular silicon (in short: Si).
  • the thickness of the semiconductor layer is z. 50 nm, which is typically on a substrate (eg glass substrate) or other substrate.
  • the layer is illuminated with the light of the laser, for example a pulsed solid-state laser.
  • the light with a wavelength of z. B. of 532 nm or 515 nm to a line of illumination, see, for. B. DE 10 2012 007 601 Al or WO 2013/156384 Al.
  • lasers with wavelengths of 343 nm and 355 nm have also been used for these processes.
  • the laser beam can be shaped such that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis.
  • the laser beam thus formed can be imaged as the illumination line on the basis of an imaging device arranged in the beam path of the laser beam of the beam shaping device in order to generate the illumination line from the light of the laser beam.
  • a corresponding optical system is described for example in DE 10 2015 002 537.
  • the beam-shaping device may, for example, comprise an anamorphic optical system and have different imaging properties with respect to a first and a second imaging axis.
  • the beam shaping device can be set up to produce a laser beam whose laser beam profile has a long axis and a short axis at a location directly in front of the imaging device , the beam profile having a (largely) homogenized (or in the Substantially homogeneous) intensity distribution.
  • the imaging device then focused (insbesonde- re exclusively) the short axis of the beam profile produced by the beam shaping means directly in front of the imaging device to generate the short axis of BL LEVEL ⁇ processing line.
  • the imaging device has (in particular) no focusing properties, in particular with respect to the long axis, so that the long axis of the beam profile generated by the beam shaping device directly in front of the imaging device can pass virtually unchanged through the imaging device and thus correspond to the long axis of the illumination line.
  • the illumination line has therefore as the previously shaped beam profile of the laser beam ⁇ also a short axis and a long axis, where - for the purpose of Clarification - in particular the short axis of the beam profile of the laser beam before imaging by the imaging device corresponds to the short axis of the illumination line and the long axis of the beam profile corresponds to the (homogenized) long axis of the illumination line.
  • the intensity distribution of the illumination line along the long axis is ideally rectangular and has, for example, a length (or full width at half maximum, in short: FWHM) of several 100 mm, eg. B. 750 mm to 1000 mm or longer, on.
  • the intensity distribution along the short axis is typically Gaussian and has a FWHM of about 5 pm to 100 pm.
  • the short and the long axis thus form a relatively high aspect ratio.
  • the illumination line is guided over the semiconductor layer at a feed of approximately 1 mm / s to 50 mm / s, preferably 10 mm / s to 20 mm / s in the direction of the short axis.
  • the intensity (in the case of continuous wave lasers) or the pulse energy (in the case of pulsed lasers) of the light beam is adjusted such that the half ⁇ conductor layer for a short time (ie, on a time scale of about 50 ns to 100 ps) on ⁇ melts and when solidified crystalline layer with improved electrical properties.
  • the temporal homogeneity of the intensity (which means the temporal change of the intensity during the scanning) is of comparatively great importance.
  • Temporal intensity variations of the illumination line cause areas of the illuminated material over which the illumination line is guided to be illuminated with different (i.e., inhomogeneous) intensity, which may lead to undesirable nonuniform properties of the final product formed.
  • the optical properties of the generated illumination line as constant as possible over time.
  • an intensity in particular an entire intensity distribution or at least a maximum intensity
  • FWHM half-width
  • An object of the invention is therefore to provide an improved optical system for generating a lighting line, in particular for a plant for processing thin-film layers, which enables the generation of a high-quality and temporally constant illumination line.
  • an optical system for generating a BL LEVEL ⁇ processing line (especially for an installation for the processing of thin film layers).
  • the optical system includes a laser beam source for generating a laser beam along an optical axis.
  • the optical system comprises a beam shaping device that is configured to shape the laser beam in such a way that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis (in particular perpendicular to the long axis) and one downstream of the beam shaping device in the beam path of the laser beam (in particular ⁇ sondere cylindrical) imaging device, which is adapted to the so- ⁇ shaped laser beam (in particular, the short axis of the thus formed laser beam) depict than (or on) a line of illumination.
  • the beam shaping device comprises at least one telescope arrangement, which comprises a first lens group and a second lens group, wherein the first lens group and the second lens group at least with respect to the short axis have an optical power.
  • the optical system comprises a first movement device for moving at least one of the first and second lens groups along the optical axis.
  • the optical system further includes a control unit configured to drive the first movement means to move the at least one of the first and second lens groups while the laser beam source generates the laser beam.
  • a beam profile of the laser beam (in particular directly) in front of the imaging device is understood as the beam profile of the laser beam.
  • the telescope arrangement can also be referred to as a telescope arrangement and describes the optical arrangement of the lens groups or lenses of this arrangement and their optical properties.
  • the telescope arrangement may be a Kepler telescope or a Galileo telescope, as described in detail below.
  • the telescope arrangement comprises at least a first and a second lens group.
  • the term "lens group" is to be understood in this case as meaning that it can each be a single lens (for example a converging lens or a diverging lens) or a group of lenses composed of a plurality of (for example cemented) lenses.
  • the telescope arrangement can consist of two individual lenses which each form a separate lens group as a single lens.
  • the telescope arrangement can be designed such that a focal point of the first lens group spatially coincides with a focal point of the second lens group.
  • the first lens group may for example consist of a single cylindrical lens or composed of several ren cylindrical lenses. The same applies regardless of the arrangement of the first lens group for the second lens group.
  • the optical axis extends along a z-axis in accordance with the convention used herein.
  • the first movement device is thus adapted to move the first lens group, the second lens group or both lens groups along the z-axis.
  • the first movement device may comprise, for example, a linear servomotor or a piezo element.
  • first and second are for the sole purpose of distinctness and trans- port no further sense content.
  • the "first movement device” could be referred to as “movement device” and the “second movement device” as “further movement device”.
  • the control unit may comprise, for example, at least one processor and at least one memory. In the memory, instructions may be stored which cause the control unit to control the first movement device according to a predefined sequence. Furthermore, the control unit can also be used for controlling further elements of the optical system, such as the laser beam source and the two shutter elements, which are described below.
  • the technique described above has the effect and the advantage that optical changes of the optical system which result during the generation of the laser beam can be compensated by a movement or adjustment of the telescope arrangement.
  • a thermal lens effect which is caused by heating of an optical component of the optical system, caused by the laser beam, can be compensated or at least reduced by the movement of the first movement device.
  • the laser beam source may include a laser resonator, a laser resonator in the beam path downstream Strah ⁇ frequenzvervielfachende crystal arrangement and arranged in the beam path between the laser resonator Strah ⁇ and the crystal assembly first shutter member.
  • the control unit may be configured to control the first movement device in dependence on an opening state of the first shutter element (in particular based on control data which are stored in a memory of the control unit).
  • the laser resonator can be, for example, a solid-state laser which emits laser radiation, in particular in the infrared range.
  • the laser resonator ⁇ tor example, a Nd: YAG laser include.
  • the frequency-multiplying crystal arrangement can comprise, for example, a crystal for frequency doubling (also: SHG crystal) and / or a crystal for frequency tripling (also: THG crystal).
  • the control unit can be set up to control the first shutter element.
  • the first shutter element may, for example, comprise a mechanical shutter.
  • the shutter element can be controlled to either block the laser beam so that the laser beam source is in a state in which it is does not generate a laser beam or makes it pass the laser beam (for example, by moving a mechanical shutter out of the beam path) so that the laser beam source is in a state of producing a laser beam.
  • the first shutter element can be regarded as an on / off switch of the laser beam source for the frequency-multiplied laser radiation, and by driving the first shutter element, the laser beam source can be made to generate a laser beam or stop generation of a laser beam.
  • a period of time in which the frequency-multiplying crystal array is exposed to the laser beam can be reduced to times in which the laser beam is actually used for illuminating a substrate (for example, a thin-film layer).
  • a control in dependence on an opening state of the first shutter element can mean that a time sequence of the movement of the first and / or the second lens group is dependent (in particular triggered) on a closing or opening of the first shutter element.
  • a triggering of an opening of the shutter element can occur in a predefined temporal relationship with an activation of the first movement device.
  • an activation of the first movement device can be triggered by an opening (or an open command) of the shutter element.
  • the control unit may be configured to control the first movement device so that (in particular immediately) after opening the first shutter element, the telescopic arrangement is moved continuously from a first position to a second position to a voltage by heating the Kristallanord (in particular in the laser) caused thermal lensing effect to compensate at least partially.
  • the control unit can take over the control of the first shutter element and the first movement device, wherein control data are stored in a memory of the control unit, which cause the control unit, immediately after opening the first shutter element, the telescope arrangement from the first position to drive the second position.
  • the thermal lensing effect may result in a displacement of a beam waist of the laser beam, the z. B. generated in the laser, lead along the optical axis.
  • These Displacement in an optical system for generating a lighting line causes the focus width at the substrate and the focus position and thus the intensity to change.
  • the control unit may be configured to compensate for this displacement so that a width of the illumination line (in particular along the short axis) and / or an intensity of the illumination line is kept substantially constant.
  • control data may be stored, which are based for example on simulated data or calibration data describing a temporal dependence of the thermal lensing effect.
  • the control data for controlling the first movement unit can be designed so that they compensate for this thermal lensing effect as best as possible.
  • the at least one telescope arrangement may be, for example, a Kepler telescope or a Galileo telescope.
  • the telescope assembly may be configured to allow a substantially collimated incident laser beam to exit as a substantially collimated laser beam.
  • the telescope arrangement in the case of a Kepler telescope can consist of two lens groups with positive refractive power and in particular of two individual converging lenses. In this case, an image-side focal point of the first lens group (which is arranged in the beam path in front of the second lens group) substantially coincide with an object-side focal point of the second lens group (in at least one possible position of the telescope arrangement).
  • the telescope arrangement in the case of a Galileo telescope can consist of a first lens group (which is arranged in the beam path in front of the second lens group) with negative refractive power and a second lens group with positive refractive power.
  • an object-side focal point of the first lens group may substantially coincide with an object-side focal point of the second lens group (in at least one possible position of the telescope arrangement).
  • the Galileo telescope can thus represent a beam expander (for example, a 1: 5 beam expander or a 1: 5 telescope).
  • the telescope arrangement may be a Kepler telescope, wherein the first lens group and the second lens group have the same focal length.
  • the second lens group may have a larger focal length than the first lens group, wherein the second lens group is arranged in the beam path behind the Ers th lens group, so that an incoming laser beam in the telescope arrangement exits as an expanded laser beam.
  • the telescope tion can be located in the beam path in front of or behind the telescope arrangement another telescope arrangement.
  • the further telescope arrangement can be provided in the beam path behind the telescope arrangement, wherein the telescope arrangement is a telescope arrangement whose first and second lens group have the same focal length and wherein the further telescope arrangement is a beam-expanding telescope arrangement (for example, a 1: 5-telescopic).
  • the second lens group can be arranged in the beam path behind the first lens group, wherein the first movement device is arranged to move the first lens group, and wherein the second lens group (in particular with respect to other elements of the beam shaping device, with respect to the laser beam ⁇ source and / or with respect to the imaging device) is rigidly mounted.
  • the first lens group may be moved by the moving means while the second lens group remains in place along with other (optical) elements of the beam shaping means. It has been found that the thermal lens effect can be compensated for particularly effectively by displacing the first lens group of the telescope arrangement.
  • the control unit may be configured to move the first lens group along the optical axis in the direction of the beam path after opening the first shutter element.
  • the optical system may further comprise second moving means for moving the imaging means along the optical axis.
  • the Abbil ⁇ dung means a cylindrical focusing lens or a cylindrical lens can be meant, for example, immediately before the substrate.
  • the control unit may be adapted to control the second moving means so that the imaging device is moved simultaneously with the at least one of the first and two ⁇ th lens group.
  • the movement of the imaging device may serve to compensate for a shift of the focus position (with respect to the short axis) along the optical axis, which is caused by the thermal lensing effect and / or by the movement of the first movement device. It can be stored in a memory of the control unit corresponding control data which a temporal and spatial sequence of the movement of the first and / or the second movement Define generating device. This control data may have been obtained based on a previous calibration or a previous simulation.
  • the control unit may be configured to control the second movement device such that (in particular immediately) the imaging device is moved continuously from a first position to a second position after opening the first shutter element.
  • the imaging device is in particular moved from the first position to the second position in order to compensate for a shift of a focus position of the short axis of the illumination line in the direction of the optical axis (in particular to the substrate).
  • This shift of the focus position can be caused, for example, by the thermal lensing effect and / or the movement of the first movement device.
  • the movement of the second movement device can ensure that a focus position in the direction of the optical axis and thus a width (FWHM) and an intensity of the illumination line in the imaging plane (the plane of the illuminated substrate) are kept constant.
  • the optical system may further comprise a second shutter element which is arranged in the beam path behind the crystal arrangement.
  • the control unit may be configured to drive the first shutter element and the second shutter element so that first the first shutter element is opened while the second shutter element is closed, and after a predetermined period of time the second shutter element is opened.
  • the second shutter member is opened, and minor changes in the thermal lens effect can be compensated in the open state of the second shutter member by the first moving means or the change is small enough so that this is insignificant for the process.
  • a method for generating an illumination ⁇ line includes generating a laser beam along a optical axis, shaping the laser beam so that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis, imaging the thus formed laser beam as a line of illumination, and moving at least a first lens group or a second lens group of a telescope assembly along the optical axis and the laser beam is generated, wherein the first lens group and the second lens group have an optical refractive power at least with respect to the short axis.
  • a laser beam source which generates the laser beam may comprise a laser resonator, a frequency-multiplying crystal arrangement arranged downstream of the laser resonator in the beam path, and a first shutter element arranged in the beam path between the laser resonator and the crystal arrangement.
  • the first lens group or the second lens group can be moved in response to an opening state of the first shutter element.
  • the telescopic arrangement may be continu ously ⁇ moved from a first position to a second position to a n free caused by heating of the crystal array thermal lentil to compensate at least partially.
  • the thermal lens effect can lead to a displacement of a beam waist of the laser beam ⁇ along the optical axis.
  • the movement may result in compensating for this shift so that a width of the illumination line and / or an intensity (in particular the entire intensity distribution or at least a maximum intensity) of the illumination line is kept substantially constant.
  • FIG. 1a, 1b show a schematic overview of an optical system for a system for processing thin-film layers from different viewing directions
  • FIG. 2 shows details of the laser beam source of the optical system of Fig. 1a, 1b and a displacement of the beam waist in the laser caused by the thermal lensing effect
  • Fig. 3 is a schematic illustration of the displacement of the beam waist in the optical system of Figs. 1a, 1b and an associated change in the illumination of the cylindrical imaging lens,
  • Fig. 4 shows the effect of the effect of the thermal lens on the intensity
  • Fig. 5 shows the effect of the effect of the thermal lens on the intensity
  • Width of the illumination line with repeated switching on and off of the frequency-multiplied laser beam is the Width of the illumination line with repeated switching on and off of the frequency-multiplied laser beam
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the beam path (Gaussian beam propagation) in an optical system according to the invention
  • Lens group no. 1 and the imaging device no. 5 on the width of the illumination line in the plane no. 6 shows,
  • Fig. 8 for the arrangement of Fig. 6 shows the time course of the displacement of the waist position of the laser beam in conjunction with a suitable shift of the lens group no. 1 and the imaging device no. 5, and
  • FIG. 9 shows a chronological sequence of an activation of a first and a second shutter element.
  • FIG. 1a, 1b An optical system for a system for processing thin-film layers is shown in FIG. 1a, 1b and designated generally by reference numeral 10.
  • the optical system 10 comprises a beam-shaping device 12, which is set up to form a laser beam 14 such that a beam profile 16 of the laser beam 14 has a long axis and a short axis, as well as a downstream in the beam path of the laser beam 14 of the beam shaping device 12 imaging device 18 which is adapted to the so-formed laser beam 14 as an illumination line 22.
  • the imaging device 18 thus generates the short axis of the illumination line 22 from the short axis of the laser beam 14 formed by the beam shaping device 12.
  • the optical system 10 is shown, for example, as seen from above (viewing direction along the x-direction), and in FIG. 1b, for example, seen from one side (viewing direction along the y-direction).
  • the beam shaping device 12 may represent or comprise, for example, the anamorphic optics 42 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1.
  • the beam shaping device 12 may comprise one or more of the components 20, 54, 56, 58, 62, 66, 68, 74 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1.
  • the beam forming apparatus 12, a can by a (the x-axis of the coordinate system parallel) first imaging axis x (parallel to the y axis of the coordinate system) to the first imaging axis x perpendicular second Abbil ⁇ dung axis y, and a second to the first and Image axis x, y vertical (parallel to the z-axis of the coordinate system) optical axis z described ⁇ who.
  • the beam shaping device 12 (for example as anamorphic optical system) has different Ab ⁇ education properties with respect to the first and the second imaging axis x, y.
  • the beam-shaping device 12 may be configured to generate a laser beam 14 at the location "16" in front of the imaging device 18 (see, for example, FIGS. 1 a, 1 b) from laser light whose beam profile 16 has a long axis (y) and a short axis (x), wherein the beam profile in the long axis (y) has a largely homogenized (or substantially homogeneous) intensity ⁇ distribution.
  • the beam shaping device 12 may comprise (in particular as anamorphic optical system) (see FIGS. 1a, 1b):
  • the first telescope arrangement 20 is composed of a first cylindrical lens 23 as a first lens group and a second cylindrical lens 24 as a second lens group.
  • the first cylindrical lens 23 receives the laser beam 14 from a laser beam source 26 and focuses it with respect to the short axis x on a first intermediate image 28.
  • the second cylindrical lens 24 is disposed in the beam path behind the first cylindrical lens 23 and collimates the light beams of the first intermediate image 28.
  • the first telescope arrangement 20 is a 1: 1 telescope, which is designed as a Kepler telescope.
  • the first cylindrical lens 23 and the second cylindrical lens 24 are each a converging lens having substantially the same focal length.
  • the image-side focal point of the first cylindrical lens 23 substantially coincides with the object-side focal point of the second cylindrical lens.
  • a cylindrical lens 30 arranged in the beam path behind the first telescope arrangement 20 and having a refractive power with respect to the long axis y.
  • the cylindrical lens 30 receives the laser beam 14, which was not influenced by the first telescope arrangement 20 with respect to the long axis y, from the laser beam source 26 and focuses it onto an intermediate image 32.
  • a cylindrical lens 34 arranged in the beam path behind the cylindrical lens 30 and having a refractive power with respect to the long axis y.
  • the cylindrical lens 34 collimates the light beams of the intermediate image 32.
  • the cylindrical lens 30 and the cylindrical lens 34 form a Kepler telescope which serves to widen the laser beam 14 with respect to the long axis y.
  • the second Telesko ⁇ pan angel 36 is composed of a first cylindrical lens 38 as a first lens group and a second cylindrical lens 40 arranged in the beam path behind the first cylindrical lens 38 as a second lens group.
  • the first cylindrical lens 38 expands the laser beam 14 with respect to the short axis x and the second cylindrical lens 40 collimates this expanded laser beam again.
  • the second telescope assembly 36 is a beam-expanding telescope (eg, a 1: 5 telescope) configured as a Galileo telescope.
  • the first cylindrical lens is a diverging lens 38 and the second cylindrical lens 40, a collecting ⁇ lens, wherein the focal points of the first cylindrical lens 38 and the second cylindrical lens 40 substantially coincide or are superimposed.
  • the result is a virtual second intermediate image in the beam path in front of the first cylindrical lens 38 (not shown).
  • Anamorphotic homogenizing optics 42 arranged in the beam path behind the second telescope arrangement 36 for (largely) homogenizing the laser beam 14 with respect to the long axis y.
  • the imaging device 18 may comprise or represent, for example, the component 66 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1. In the latter case, the imaging device 18 thus represents, for example, a sierzylinderlinsenoptik 66, which is arranged in the beam path behind the condenser cylinder lens 44 and serves to focus the laser beam 14 with respect to the axis x on the illumination line 22.
  • the beam forming device 12 downstream imaging device 18 thus attacks the beam profile 16 in front of the imaging device 18 and images the laser ⁇ beam 14 as the illumination line 22, wherein only (more precisely: exclusively) the short axis x of the beam profile 16, but not the homogenized long Axis y of the beam profile 16 is focused.
  • the imaging device 18 is typically non from diffraction limited, but may in some embodiments also be diffraction limited ⁇ mapping.
  • the illumination line generated by the optical system 10 22 may for crystallization of thin film layers, for example for the production of Dünnfilmtran ⁇ sistoren (in English: Thin film transistor; short TFT) are used.
  • a semiconductor layer to be processed is acted upon by the illumination line 22 and guided over the semiconductor layer, wherein the intensity of the illumination line 22 is adjusted such that the semiconductor layer melts for a short time and solidifies again as a crystalline layer with improved electrical properties.
  • anamorphic optical arrangements are used to generate a laser line beam geometry.
  • the other (short) axis x is optically processed as Gauss beam and the beam waist of the laser beam source 26 in the Transfer level of homogenization.
  • a typical arrangement is shown in Figs. 1a, 1b and has been discussed in detail above.
  • the laser beam 14 is widened cylindrically (typically 2 to 4 times) and guided on two successive lens arrays.
  • the focal length of the condenser cylinder lens 44 produces the homogenized long beam axis y.
  • the beam waist of the laser beam 14 formed in the laser beam source 26 is recollimated with a cylindrical 1: 1 telescope 20 and expanded with another telescope 36 to produce a Gaussian small beam axis x of the desired width with the focusing lens 18.
  • Fig. 2 shows details of the laser beam source 26 of the optical system 10 of Fig. 1a, 1b.
  • the laser beam source 26 comprises a laser resonator 46 for generating the laser beam 14, which may be, for example, an infrared solid-state laser and in particular a Nd: YAG laser.
  • the laser beam source 26 comprises in the beam path behind the laser resonator 46 a first shutter element 48, which is, for example, an electronically controllable mechanical shutter which is set up to block or pass the laser beam 14 entwe ⁇ der.
  • the laser beam source 26 further comprises in the beam path behind the first shutter element 48, a converging lens 50 for focusing ⁇ the laser beam 14 in a frequency-multiplying crystal array 52, which is arranged in the beam path behind the converging lens 50.
  • the frequency multiplying crystal array 52 includes an SHG crystal for doubling a frequency (or halving a wavelength, respectively) of the laser beam 14 and / or a THG crystal for tripling the frequency of the laser beam 14.
  • the laser beam source 26 further comprises a condenser lens as a recollimation lens 54.
  • the recollimation lens 54 is suitable for substantially collimating the laser beam 14.
  • One possible mode of operation for operating the laser beam source 26 is to leave the laser resonator 46 permanently switched on (or at least for a longer period of time, which comprises a plurality of illumination processes), so that it generates a continuous infrared laser beam 14 that is very constant in time.
  • the delicate crystal array 10 does not unnecessarily permanently suspend 52 (life limited by the generation of UV laser light) and optionally other components of the optical system of the (possibly interfering or GUESS ⁇ -damaging) the laser radiation, the first shutter device 48 is only then opened when the illumination line 22 is really needed to illuminate a substrate.
  • the laser beam 14 can be switched off by closing the first shutter element 48 when it is not needed, for example because a substrate to be illuminated is exchanged. In this way, a period of time in which the crystal array 52 is exposed to the laser beam 14 can be minimized and the effective life can be increased.
  • the above-described mode of operation of the laser beam source 26, in which the first shutter element 48 is opened when required is also referred to below as burst mode. If, in the following, it is said that the laser beam source 26 emits / does not emit the laser beam 14 or the laser beam source 26 is switched on / off, this means that the first shutter element 48 is opened / closed at these times.
  • the laser beam 14 a constant (ie constant time) width (FWHM) and peak intensity having.
  • the use of the burst mode can be important to reduce and optimize laser operating times and thus operating costs.
  • the cycle time is in the range of 60-100 s, but the laser beam itself is only needed for about 20-30 s for the detachment of a plastic substrate from a glass carrier disk.
  • a process shutter in continuous operation of the laser beam source 26, would be closed and opened, and the laser beam source 26 would operate permanently and permanently illuminate the crystal array 52.
  • the UV laser operation can be reduced from 60-100 to 20-30 s s and offers the potential, the operating costs to reduzie ⁇ ren by a factor of 2-4.
  • frequenzver ⁇ multiple laser beam source 26 is operated in burst mode, is formed in Vervielfa ⁇ tion crystal (SHG and TFIG) 52 with the start of a pulse sequence (ie immediately after opening the first shutter element 48), a thermal lens (radial Tempe- temperature profile causes refractive index change) in the first 10-20 s, which then remains essentially stable until the pulse sequence is terminated.
  • This thermal lens causes a laser beam waist, the laser beam 14th
  • characterized (beam quality, position, waist diameter and divergence angle) is generated optically at another location in the laser.
  • the beam position can thereby change by several cm up to a half meter or even more, depending on how the focusing of the IR laser beam 14 into the frequency-multiplying crystal arrangement 52 is designed.
  • the optical system 10 and in particular the formed thermal lens is in thermal equilibrium and the position of the beam waist does not change significantly with the first shutter element 48 still open.
  • the virtual origin (waist) of the emitted laser beam 14 is passed through the thermal lens (in particular in the z-direction along the optical axis).
  • the jet waist position change has essentially no effect on the long line beam axis y to be homogenized.
  • the generation of the small beam axis x of the line beam uses the Gaussian beam propagation, and thus it follows that the waist position in the laser beam source 26 has an influence on the beam waist in the focus of the objective lens 18.
  • La lb a line width (along the short axis x) between 10-100 pm FWHM (Full Width at Half ⁇ Maxi mum) generated.
  • the laser beam is optically transported in the 1: 1 telescope (first telescope arrangement 20) and then expanded in the further telescope (second telescope arrangement 36) 1: 1 to 1: 5.
  • the cylindrical lens 18 focuses the laser beam 14 into the homogenized plane (see FIG. 3, which shows the arrangement according to FIG. 1b).
  • the arrangement is designed so that beam waist position changes to the position of the focus behind the focusing lens 18 in the context of the set Schwarzrfentie ⁇ fe practically have no effect. Basically, however, the position of the focus shifts (along the optical axis z). The changes in the position of the radiation elements in the laser beam source 26, however, have significant effects on the illumination of the cylindrical focusing lens 18 (imaging device 18).
  • d is the diameter in focus and D is the diameter (1 / e 2 ) of the laser beam 14 on the imaging device 18 with the focal length f, M 2 is the beam quality number of the laser beam 14, l is the wavelength.
  • the focus diameter d becomes larger.
  • the behavior of the BL LEVEL ⁇ tung line 22 described above is reproducible and also occurs with repeated switching on and off the laser beam source 26, that is on repeated opening and closing of the first shutter member 48 (in the recurring burst mode) , on.
  • the crystal array 52 in the laser beam source 26 is actively stabilized to a target temperature to efficiently adjust the frequency conversion (refractive indices matching). For different burst mode sequences, a slightly different balance may occur.
  • the optical system 10 comprises a first movement device 60 (see, for example, FIGS. 1a, 1b), which is suitable for reducing and at best completely compensating for the above-described effect of varying the intensity and width (FWHM) of the illumination line 22.
  • the 1: 1 telescope (the first telescope assembly 20) and / or the 1: 1 ... 5 telescope (the second telescope assembly 36) are specifically detuned to thereby accommodate the beam waist location change described above compensate for the fact that peak intensity and beam width at the substrate (ie in the plane of the illumination line 22) do not change or only slightly (for example ⁇ 1%).
  • the first telescope arrangement 20 (the 1: 1 telescope) is particularly suitable for this purpose.
  • An adjustment of 0.1-0.2 mm is sufficient in certain arrangements. Since the temporal behavior of the
  • Radiation waist position change for defined burst mode sequences is reproducible, a fixed set time-dependent adjustment of the first lens group 23 (ie in the arrangement of Figures la, lb the closer to the laser beam source 26 positioned converging lens 23 of the first telescope assembly 20) with the start of the pulse sequence (ie with the opening of the first shutter element 48) can be used.
  • a first movement means 60 are linear actuators or, for example, piezo drives.
  • the shift of the focus with respect to the short axis x behind the focusing objective 18 is typically 20-100 pm along the optical axis z, a fraction of the usual depth of field.
  • the imaging device 18 to proceed ⁇ using a second BEWE ⁇ restriction device 62 (the focus lens 18) also.
  • the Gaussian beam propagation is provides ⁇ Darge in a real optical path.
  • Using the beam propagation can beam diameter and focal position be true ⁇ are for the respective waist position in the laser beam source 26th
  • the adjustment of the first cylindrical lens 38 is shown as an example for a compensation of the beam waist change in Fig. 7, at the same time the associated adjustment of the imaging device 18 for the configuration shown in Fig. 6.
  • the simultaneous displacement of the imaging device 18 may be necessary if the depth of field is not significantly greater than the adjustment.
  • the depth of field is determined by the beam quality of the laser beam 14 (measure M 2 ) or by a possible treatment / reduction of the beam quality with a beam transformation optics.
  • 7 shows a suitable change of a position of the first cylindrical lens 23 of the first telescope arrangement 20 ("telescope lens shift", right-hand scale) .
  • a further suitable change of a position of the imaging apparatus 18 is shown ("focusing lens shift", right-hand scale).
  • the resulting half-width ("FWHM") of the illumination line 22 with respect to the short axis x is also shown in FIG. 7, it being understood that it remains substantially constant and thus the effect of the thermal lens can be almost completely compensated.
  • FIG. 8 shows the same change of the first telescopic arrangement 20 and of the imaging device 18 as in FIG. 7 and additionally the change of the position of the beam waist ("waist position in the laser", left scale).
  • At least one of the cylindrical lenses 23, 24, 38 and 40 is moved along the optical axis z by an associated first movement device 60 as soon as the laser beam source 26 is switched on, ie as soon as (or immediately after) the first shutter Element 48 of the laser ⁇ beam source 26 is opened.
  • a displacement of the first cylindrical lens 23 of the first telescopic arrangement 20 has proven to be advantageous, wherein instead of or in addition, one of the cylindrical lenses 24, 38 and / or 40 can be moved in a similar manner.
  • a displacement of the Abbil ⁇ -making device 18 using a second movement device 62 is the Fig. Described, which is however optional.
  • a control unit 64 For controlling the movement of the first movement device 60 and possibly the second movement device 62, a control unit 64 is provided (see FIG. 1a, 1b). In addition to controlling the movement of the respective movement Supply device 60, 62, the control unit 64 for driving the laser beam source 26 is responsible. More specifically, the control unit 64 controls a timing of turning on and off the laser beam source 26 and the opening and closing of the first shutter member 48, respectively. The optional second shutter member 66 described later may also be controlled by the control unit 64.
  • the control unit 64 comprises a memory in which control data are stored, on the basis of which the first movement device 60 (and optionally the second movement device 62) perform a movement of the first cylindrical lens 23 (and optionally the imaging device 18).
  • data may be stored which define a chronological sequence of a movement of the respective movement device 60, 62.
  • the data stored in the memory of the controller 64 may be representative of that shown in FIGS. 7 and 8
  • curve which describes the location of the first cylindrical lens 23 as a function of time The same applies to the curve which describes the location of the imaging device 18 as a function of time.
  • the control data may have been obtained based on a previous calibration or may have been obtained by calculation and / or simulation, as described in connection with FIG.
  • control unit 64 may be configured to move the first cylindrical lens 23 (in particular immediately after opening the first shutter element 48) in accordance with a predetermined position-time relationship.
  • control unit 64 may be configured to proceed the imaging device 18 (particularly, immediately after opening of the first shutter member 48) in accordance with an agreedmony ⁇ space-time relationship.
  • the control unit 64 can also control other functions and / or elements of the optical system 10 or a system comprising the optical system 10, take over.
  • the optical system 10 according to an exporting ⁇ approximate shape optional second shutter member 66 comprise (see Fig. La, lb).
  • the second shutter element 66 is located in the beam path at any point behind the crystal arrangement, for example, directly behind the laser beam source 26.
  • the second shutter element 66 is driven by the control unit 64.
  • control unit 64 is adapted to drive the first shutter element 48 and the second shutter element 66 so that first the first shutter element is opened while the second shutter element 66 is closed and after one predetermined period of time (for example in the range of 10-20 s), the second shutter element 66 is opened.
  • This sequence can ensure that a large change in the waist position immediately after switching on the laser beam source 26 (ie directly after the opening of the first shutter element 48) does not lead to a sharp change in the beam intensity or beam width of the illumination line 22
  • the second shutter element 66 still remains closed and no illumination line 22 is generated at this time.
  • FIG. 9 shows the intensity of the illumination line 22 at times when the second shutter element 66 is closed and thus no illumination line 22 is generated at all. The intensity shown in these times is an intensity which the illumination line 22 would have when the second shutter element 66 was opened.
  • a period 68 is shown, in which the laser beam source 26 is turned on, that is, in which the first shutter element 48 is opened.
  • the intensity would initially be at a maximum and would fall sharply within the first 10-20 s until a largely stable state is reached, see also Figs. 4 and 5.
  • the second shutter member 66 for a predetermined period of time 72 after opening the first shutter member 48
  • no BL LEVEL ⁇ tung line 22 generates.
  • the second Shutter element 66 process shutter
  • Fluctuations in the intensity and / or width (FWHM) of the illumination line 22 are - as described in detail above - compensated by moving at least one lens group 23, 24, 38, 40 of at least one telescope arrangement 20, 36.
  • the above-described technique provides a way, compensate an effect of ther ⁇ mix lens and in particular an associated displacement of the beam waist of the laser beam 14 reliably and in a simple and reproducible manner to com-.
  • a substrate with constant intensity and constant beam width can be illuminated, which leads to stable material properties and thus to an improved material quality.

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Abstract

The invention relates to an optical system for producing an illumination line. The optical system comprises a laser beam source for producing a laser beam along an optical axis. The optical system also comprises a beam-forming device, which is designed to form the laser beam in such a way that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis, and an imaging device, which is arranged downstream of the beam-forming device in the beam path of the laser beam and which is designed to image the laser beam thus formed as an illumination line. The beam-forming device comprises at least one telescope assembly, which comprises a first lens group and a second lens group. The first lens group and the second lens group have an optical power at least with respect to the short axis. The optical system comprises a first movement device for moving at least one of the first and second lens groups along the optical axis. The optical system also comprises a control unit, which is designed to control the first movement device in such a way that the at least one of the first and second lens groups is moved while the laser beam source produces the laser beam. The invention further relates to a method for producing an illumination line.

Description

Optisches System zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie  Optical system for generating a lighting line
Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie, insbesondere beispielsweise für sogenannte Laser Lift Off Anwendungen oder für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten, und ein Verfahren zum Erzeu- gen einer Beleuchtungslinie, insbesondere für Laser Lift Off Anwendungen oder zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten. The invention relates to an optical system for generating a lighting line, in particular for example for so-called laser lift-off applications or for a system for processing thin-film layers, and to a method for generating a lighting line, in particular for laser lift-off applications or for processing thin-film layers.
Die im Folgenden vorgestellte Technik kann beispielsweise im Zusammenhang mit Laser Lift Off Anwendungen eingesetzt werden. Laser Lift Off Anwendungen lösen Kunststoffsubstrate von einem Glasträger. Dabei wird eine Laserlinie (d. h. eine Be- leuchtungslinie) durch ein transparentes Glas auf ein Kunststoffsubstrat fokussiert. Die Verklebung wird mit dem Laserstrahl aufgelöst und das Kunststoffsubstrat auf diese Weise berührungslos von dem Glassubstrat getrennt. Zum Beispiel flexible OLED-Displays werden auf PI-Folien hergestellt, die auf Glasplatten für die Herstel- lung aufgeklebt sind. Nach der Herstellung, die z. B. Aufdampf- und Photolithogra- phieprozesse beinhaltet, wird das Display-Substrat vom Glasträger mit Hilfe eines Laser Lift Off (LLO) Prozesses gelöst. Für diese Prozesse werden gepulste Festkör¬ perlaser, die beispielsweise 343 nm und 355 nm Laserlicht emittieren und von der Polyimidschicht bzw. einer Klebeschicht gut absorbiert werden, dennoch für das Glas nahezu transparent sind, eingesetzt. The technique presented below can be used, for example, in connection with laser lift-off applications. Laser Lift Off applications dissolve plastic substrates from a glass substrate. A laser line (ie an illumination line) is focused through a transparent glass onto a plastic substrate. The bond is dissolved with the laser beam and the plastic substrate is thus separated contactlessly from the glass substrate. For example, flexible OLED displays are fabricated on PI films adhered to glass plates for production. After the production, the z. For example, by incorporating vapor deposition and photolithography processes, the display substrate is detached from the glass slide using a laser lift-off (LLO) process. For these processes are pulsed Festkör ¬ perlaser that emit, for example, 343 nm and 355 nm laser light and will be readily absorbed by the polyimide layer and an adhesive layer, are almost transparent but for the glass, are used.
Eine mögliche Anwendung eines LLO Prozesses besteht beispielsweise in der Ablösung flexibler OLED-Display-Substrate von einem Glasträger. Hierbei sind auf einer ebenen Glasplatte von z. B. 0,5 mm Dicke Polyimid-Filme von mehreren 10-100 pm aufgeklebt, auf denen OLED-Display Strukturen aufgebaut werden. Nach Fertigstellung der Displayfolie muss diese vom Glasträger abgenommen werden. Dazu wird eine Laserlinie durch das für 343 nm oder 355 nm transparente Glas auf die Kunst¬ stofffolie fokussiert. Bei typischen Energiedichten von 100-500 mJ/cm2 wird die Verklebung gelöst indem eine 20-50 pm breite Linie mit einer Geschwindigkeit von 50-300 mm/s darüber hinwegbewegt wird. Das Kunststoffsubstrat bleibt dabei unbe¬ schädigt und das flexible OLED Displaysubstrat kann für die Weiterverarbeitung z. B. in Smartphones verwendet werden. One possible application of an LLO process is, for example, the detachment of flexible OLED display substrates from a glass slide. Here are on a flat glass plate of z. B. 0.5 mm thick polyimide films of several 10-100 pm pasted, on which OLED display structures are built. After completion of the display film, it must be removed from the glass slide. For this purpose, a laser line is focused by the 343 nm or 355 nm transparent glass on the Kunst ¬ fabric film. At typical energy densities of 100-500 mJ / cm 2 , the bonding is achieved by moving a 20-50 pm wide line over it at a speed of 50-300 mm / s. The plastic substrate remains unbe ¬ damaged and the flexible OLED display substrate can be used for further processing z. B. be used in smartphones.
Ein anderer Anwendungsfall der vorgestellten Technik betrifft die Bearbeitung von Dünnfilmschichten. Für die Kristallisation von Dünnfilmschichten beispielsweise für die Herstellung von Dünnfilmtransistoren (im Englischen: Thin Film Transistor; kurz: TFT) werden Laser eingesetzt. Als zu bearbeitender Halbleiter kommt insbesondere Silizium (kurz: Si), genauer a-Si zum Einsatz. Die Dicke der Halbleiterschicht beträgt z. B. 50 nm, welche sich typischerweise auf einem Substrat (z. B. Glassubstrat) oder einem sonstigen Träger befindet. Another application of the technique presented concerns the processing of thin film layers. For the crystallization of thin-film layers, for example for the production of thin-film transistors (in short: TFT) are laser used. As the semiconductor to be processed in particular silicon (in short: Si), more precisely a-Si is used. The thickness of the semiconductor layer is z. 50 nm, which is typically on a substrate (eg glass substrate) or other substrate.
Die Schicht wird mit dem Licht des Lasers, beispielsweise eines gepulsten Festkörper- lasers, beleuchtet. Dabei wird das Licht mit einer Wellenlänge von z. B. von 532 nm oder 515 nm zu einer Beleuchtungslinie geformt, siehe z. B. DE 10 2012 007 601 Al oder WO 2013/156384 Al. Seit einigen Jahren werden auch Laser mit der Wellen- länge 343 nm und 355 nm für diese Prozesse eingesetzt. Anhand einer Strahlformungseinrichtung kann der Laserstrahl derart geformt werden, dass ein Strahlprofil des Laserstrahls eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist. Anschließend kann anhand einer im Strahlengang des Laserstrahls der Strahlformungseinrichtung nach- geordneten Abbildungseinrichtung der so geformte Laserstrahl als die Beleuchtungslinie abgebildet werden, um die Beleuchtungslinie aus dem Licht des Laserstrahls zu erzeugen. Ein entsprechendes optisches System ist beispielsweise in der DE 10 2015 002 537 beschrieben. The layer is illuminated with the light of the laser, for example a pulsed solid-state laser. In this case, the light with a wavelength of z. B. of 532 nm or 515 nm to a line of illumination, see, for. B. DE 10 2012 007 601 Al or WO 2013/156384 Al. For some years, lasers with wavelengths of 343 nm and 355 nm have also been used for these processes. By means of a beam shaping device, the laser beam can be shaped such that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis. Subsequently, the laser beam thus formed can be imaged as the illumination line on the basis of an imaging device arranged in the beam path of the laser beam of the beam shaping device in order to generate the illumination line from the light of the laser beam. A corresponding optical system is described for example in DE 10 2015 002 537.
Im Einzelnen: Die Strahlformungseinrichtung kann beispielsweise eine anamorphotische Optik umfassen und bezüglich einer ersten und einer zweiten Abbildungsachse unterschiedliche Abbildungseigenschaften aufweisen. Insbesondere kann die Strahlformungseinrichtung dazu eingerichtet sein, an einem Ort direkt vor der Abbildungs¬ einrichtung aus Laserlicht einen Laserstrahl zu erzeugen, dessen Strahlprofil eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist, wobei das Strahlprofil in der langen Achse eine (weitestgehend) homogenisierte (oder im Wesentlichen homogene) Intensitätsverteilung aufweist. Die Abbildungseinrichtung fokussiert dann (insbesonde- re ausschließlich) die kurze Achse des von der Strahlformungseinrichtung direkt vor der Abbildungseinrichtung erzeugten Strahlprofils, um die kurze Achse der Beleuch¬ tungslinie zu erzeugen. Jedoch weist die Abbildungseinrichtung insbesondere hinsichtlich der langen Achse (im Wesentlichen) keinerlei fokussierende Eigenschaften auf, sodass die lange Achse des von der Strahlformungseinrichtung direkt vor der Abbildungseinrichtung erzeugten Strahlprofils quasi unverändert durch die Abbildungseinrichtung hindurchtreten und damit der langen Achse der Beieuchtungslinie entsprechen kann. In detail, the beam-shaping device may, for example, comprise an anamorphic optical system and have different imaging properties with respect to a first and a second imaging axis. In particular, the beam shaping device can be set up to produce a laser beam whose laser beam profile has a long axis and a short axis at a location directly in front of the imaging device , the beam profile having a (largely) homogenized (or in the Substantially homogeneous) intensity distribution. The imaging device then focused (insbesonde- re exclusively) the short axis of the beam profile produced by the beam shaping means directly in front of the imaging device to generate the short axis of BL LEVEL ¬ processing line. However, the imaging device has (in particular) no focusing properties, in particular with respect to the long axis, so that the long axis of the beam profile generated by the beam shaping device directly in front of the imaging device can pass virtually unchanged through the imaging device and thus correspond to the long axis of the illumination line.
Die Beleuchtungslinie weist demnach, wie das zuvor geformte Strahlprofil des Laser¬ strahls auch, eine kurze Achse und eine lange Achse auf, wobei - zum Zwecke der Klarstellung - insbesondere die kurze Achse des Strahlprofils des Laserstrahls vor Abbildung durch die Abbildungseinrichtung der kurzen Achse der Beleuchtungslinie entspricht und die lange Achse des Strahlprofils der (homogenisierten) langen Achse der Beleuchtungslinie entspricht. Die Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie entlang der langen Achse ist idealerweise rechteckförmig und weist beispielsweise eine Länge (oder Halbwertsbreite; im Englischen: Full Width at Half Maximum, kurz: FWHM) von mehreren 100 mm, z. B. 750 mm bis 1000 mm oder länger, auf. Die Intensitätsverteilung entlang der kurzen Achse ist typischerweise gaussförmig und weist eine FWHM von etwa 5 pm bis 100 pm auf. Die kurze und die lange Achse bilden also ein relativ hohes Aspektverhältnis. The illumination line has therefore as the previously shaped beam profile of the laser beam ¬ also a short axis and a long axis, where - for the purpose of Clarification - in particular the short axis of the beam profile of the laser beam before imaging by the imaging device corresponds to the short axis of the illumination line and the long axis of the beam profile corresponds to the (homogenized) long axis of the illumination line. The intensity distribution of the illumination line along the long axis is ideally rectangular and has, for example, a length (or full width at half maximum, in short: FWHM) of several 100 mm, eg. B. 750 mm to 1000 mm or longer, on. The intensity distribution along the short axis is typically Gaussian and has a FWHM of about 5 pm to 100 pm. The short and the long axis thus form a relatively high aspect ratio.
Die Beleuchtungslinie wird mit einem Vorschub von ca. 1 mm/s bis 50 mm/s, vorzugsweise 10 mm/s bis 20 mm/s in Richtung der kurzen Achse über die Halbleiterschicht geführt. Die Intensität (im Fall von Dauerstrichlasern) bzw. die Pulsenergie (im Fall von gepulsten Lasern) des Lichtstrahls wird derart eingestellt, dass die Halb¬ leiterschicht kurzzeitig (d. h. auf einer Zeitskala von etwa 50 ns bis 100 ps) auf¬ schmilzt und sich als kristalline Schicht mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wieder verfestigt. Neben den oben geschilderten Anwendungsgebieten im Zusammenhang mit LLO und der Herstellung von Dünnfilmtransistoren existieren eine Reihe weitere Anwendungsgebiete, in welchen die Erzeugung einer Beleuchtungslinie mit hohem Aspektverhält¬ nis zur Beleuchtung eines Substrats erforderlich ist. Die Qualität der erzeugten Beleuchtungslinie hängt insbesondere von deren entlang der kurzen und/oder der langen Achse integrierten, räumlichen Intensitätsverteilung ab und hat Einfluss auf das mit der Beleuchtungslinie zu verarbeitende Material des Substrats. So bewirken bei der Kristallisation von amorphen Siliziumschichten bereits geringe Inhomogenitäten der Intensitätsverteilung entlang der langen Achse, also beispielweise lokale Abweichungen oder Modulationen der absoluten Intensität von einer (idealen) homogenen Intensitätsverteilung im niedrigen einstelligen Prozentbe¬ reich (z. B. ca. 2 %), beim Vorschub der Beleuchtungslinie ihrerseits räumliche Inhomogenitäten in der Kristallstruktur (z. B. durch lokale Variation der Korngröße), die Einfluss auf die Qualität der Dünnfilmschicht und damit auch auf die Qualität des Dünnfilmtransistors haben. Daraus ergibt sich folgender Zusammenhang: Je homo- gener (d. h. gleichmäßiger) die Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie ist, desto homogener (gleichmäßiger) ist die Kristallstruktur der Dünnfilmschicht und desto homogener (gleichmäßiger) sind die Eigenschaften eines daraus gebildeten Endpro- dukts, wie zum Beispiel die TFTs einer Bildschirmfläche in einem Anzeigegerät (z. B. Bildschirm, Monitor, usw.). The illumination line is guided over the semiconductor layer at a feed of approximately 1 mm / s to 50 mm / s, preferably 10 mm / s to 20 mm / s in the direction of the short axis. The intensity (in the case of continuous wave lasers) or the pulse energy (in the case of pulsed lasers) of the light beam is adjusted such that the half ¬ conductor layer for a short time (ie, on a time scale of about 50 ns to 100 ps) on ¬ melts and when solidified crystalline layer with improved electrical properties. In addition to the above-described fields of application in connection with LLO and the manufacture of thin film transistors, a row, there are other fields of application in which the generation of a line of illumination having a high aspect behaves ¬ nis for illuminating a substrate is required. The quality of the generated illumination line depends, in particular, on the spatial intensity distribution integrated along the short and / or the long axis and influences the material of the substrate to be processed with the illumination line. Thus, even small inhomogeneities of the intensity distribution along a long axis, that is, for example, local deviations or modulations of the absolute intensity of an (ideal) homogeneous intensity distribution in the low single digits Prozentbe ¬ rich effect in the crystallization of amorphous silicon layers (z. B. about 2%) , in the advance of the illumination line in turn spatial inhomogeneities in the crystal structure (eg., By local variation of the grain size), which have an influence on the quality of the thin film layer and thus on the quality of the thin film transistor. This results in the following relationship: the more homogenous (ie more uniform) the intensity distribution of the illumination line, the more homogeneous (more uniform) is the crystal structure of the thin-film layer and the more homogeneous (uniform) are the properties of a final sample formed therefrom. such as the TFTs of a screen area in a display device (eg, monitor, monitor, etc.).
Neben der oben geschilderten räumlichen Homogenität der Intensität der Beleuchtungslinie ist die zeitliche Homogenität der Intensität (damit ist die zeitliche Änderung der Intensität während des Scannens gemeint) von vergleichbar großer Bedeutung. Zeitliche Intensitätsschwankungen der Beleuchtungslinie führen dazu, dass Bereiche des beleuchteten Materials, über welches die Beleuchtungslinie geführt wird, mit unterschiedlicher (d. h. inhomogener bzw. ungleichmäßiger) Intensität beleuchtet werden, was zu unerwünschten ungleichmäßigen Eigenschaften des gebildeten Endprodukts führen kann. In addition to the above-described spatial homogeneity of the intensity of the illumination line, the temporal homogeneity of the intensity (which means the temporal change of the intensity during the scanning) is of comparatively great importance. Temporal intensity variations of the illumination line cause areas of the illuminated material over which the illumination line is guided to be illuminated with different (i.e., inhomogeneous) intensity, which may lead to undesirable nonuniform properties of the final product formed.
Vor diesem Hintergrund ist es wünschenswert, die optischen Eigenschaften der erzeugten Beleuchtungslinie zeitlich möglichst konstant zu halten. Insbesondere ist es wünschenswert, eine Intensität (insbesondere eine gesamte Intensitätsverteilung bzw. zumindest eine maximale Intensität) der Beleuchtungslinie und eine Halbwertsbreite (FWHM) der Beleuchtungslinie entlang der kurzen Achse zeitlich möglichst konstant zu halten. Against this background, it is desirable to keep the optical properties of the generated illumination line as constant as possible over time. In particular, it is desirable to keep an intensity (in particular an entire intensity distribution or at least a maximum intensity) of the illumination line and a half-width (FWHM) of the illumination line along the short axis as constant as possible over time.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes optisches System zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie, insbesondere für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten, anzugeben, welches die Erzeugung einer qualitativ hochwertigen und zeitlich konstanten Beleuchtungslinie ermöglicht. An object of the invention is therefore to provide an improved optical system for generating a lighting line, in particular for a plant for processing thin-film layers, which enables the generation of a high-quality and temporally constant illumination line.
Diese Aufgabe wird anhand eines optischen Systems nach Anspruch 1 und anhand eines Verfahrens nach Anspruch 12 gelöst. This object is achieved by means of an optical system according to claim 1 and by means of a method according to claim 12.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein optisches System zum Erzeugen einer Beleuch¬ tungslinie (insbesondere für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten) bereitgestellt. Das optische System umfasst eine Laserstrahlquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls entlang einer optischen Achse. Ferner umfasst das optische System eine Strahlformungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl derart zu formen, dass ein Strahlprofil des Laserstrahls eine lange Achse und eine (insbesondere zur langen Achse senkrecht orientierte) kurze Achse aufweist, und eine im Strahlengang des Laserstrahls der Strahlformungseinrichtung nachgeordnete (insbe¬ sondere zylindrische) Abbildungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den so ge¬ formten Laserstrahl (insbesondere die kurze Achse des so geformten Laserstrahls) als (oder auf) eine Beleuchtungslinie abzubilden. Die Strahlformungseinrichtung umfasst mindestens eine Teleskopanordnung, welche eine erste Linsengruppe und eine zweite Linsengruppe umfasst, wobei die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe mindestens bezüglich der kurzen Achse eine optische Brechkraft auf weisen. Das optische System umfasst eine erste Bewegungseinrichtung zum Bewe- gen mindestens einer der ersten und zweiten Linsengruppe entlang der optischen Achse. Das optische System umfasst ferner eine Steuereinheit, welche dazu einge- richtet ist, die erste Bewegungseinrichtung so anzusteuern, dass die mindestens eine der ersten und zweiten Linsengruppe bewegt wird während die Laserstrahlquelle den Laserstrahl erzeugt. According to a first aspect, an optical system for generating a BL LEVEL ¬ processing line is provided (especially for an installation for the processing of thin film layers). The optical system includes a laser beam source for generating a laser beam along an optical axis. Furthermore, the optical system comprises a beam shaping device that is configured to shape the laser beam in such a way that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis (in particular perpendicular to the long axis) and one downstream of the beam shaping device in the beam path of the laser beam (in particular ¬ sondere cylindrical) imaging device, which is adapted to the so-¬ shaped laser beam (in particular, the short axis of the thus formed laser beam) depict than (or on) a line of illumination. The beam shaping device comprises at least one telescope arrangement, which comprises a first lens group and a second lens group, wherein the first lens group and the second lens group at least with respect to the short axis have an optical power. The optical system comprises a first movement device for moving at least one of the first and second lens groups along the optical axis. The optical system further includes a control unit configured to drive the first movement means to move the at least one of the first and second lens groups while the laser beam source generates the laser beam.
Als das Strahlprofil des Laserstrahls wird insbesondere ein Strahlprofil des Laserstrahls (insbesondere direkt) vor der Abbildungseinrichtung verstanden. Die Telesko- panordnung kann auch als Fernrohranordnung bezeichnet werden und beschreibt die optische Anordnung der Linsengruppen bzw. Linsen dieser Anordnung und deren optischen Eigenschaften. Insbesondere kann es sich bei der Teleskopanordnung um ein Kepler-Teleskop oder um ein Galileo-Teleskop handeln, wie weiter unten detailliert beschrieben wird. Die Teleskopanordnung umfasst mindestens eine erste und eine zweite Linsengruppe. Der Begriff der Linsengruppe ist hierbei so zu verstehen, dass es sich jeweils um eine einzelne Linse (beispielsweise eine Sammellinse oder eine Zerstreuungslinse) oder um eine aus mehreren (beispielsweise verkitteten) Linsen zusammengesetzte Gruppe von Linsen handeln kann. Im einfachsten Fall kann somit die Teleskopanordnung aus zwei einzelnen Linsen bestehen, welche jeweils als einzelne Linse eine eigene Linsengruppe bilden. Die Teleskopanordnung kann so ausgestaltet sein, dass ein Brennpunkt der ersten Linsengruppe räumlich mit einem Brennpunkt der zweiten Linsengruppe übereinstimmt. Die erste Linsengruppe kann beispielsweise aus einer einzelnen Zylinderlinse bestehen oder sich aus mehre ren Zylinderlinsen zusammensetzen. Dasselbe gilt unabhängig von der Anordnung der ersten Linsengruppe für die zweite Linsengruppe. Die optische Achse erstreckt sich gemäß der hierin verwendeten Konvention entlang einer z-Achse. Die erste Bewegungseinrichtung ist somit dazu eingerichtet, die erste Linsengruppe, die zweite Linsengruppe oder beide Linsengruppen entlang der z- Achse zu bewegen. Hierfür kann die erste Bewegungseinrichtung beispielsweise einen linearen Stellmotor oder ein Piezo-Element umfassen. In particular, a beam profile of the laser beam (in particular directly) in front of the imaging device is understood as the beam profile of the laser beam. The telescope arrangement can also be referred to as a telescope arrangement and describes the optical arrangement of the lens groups or lenses of this arrangement and their optical properties. In particular, the telescope arrangement may be a Kepler telescope or a Galileo telescope, as described in detail below. The telescope arrangement comprises at least a first and a second lens group. The term "lens group" is to be understood in this case as meaning that it can each be a single lens (for example a converging lens or a diverging lens) or a group of lenses composed of a plurality of (for example cemented) lenses. In the simplest case, therefore, the telescope arrangement can consist of two individual lenses which each form a separate lens group as a single lens. The telescope arrangement can be designed such that a focal point of the first lens group spatially coincides with a focal point of the second lens group. The first lens group may for example consist of a single cylindrical lens or composed of several ren cylindrical lenses. The same applies regardless of the arrangement of the first lens group for the second lens group. The optical axis extends along a z-axis in accordance with the convention used herein. The first movement device is thus adapted to move the first lens group, the second lens group or both lens groups along the z-axis. For this purpose, the first movement device may comprise, for example, a linear servomotor or a piezo element.
Die Begriffe„erste" und„zweite", wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit der „ersten Bewegungseinrichtung" und der später geschilderten„zweiten Bewegungs einrichtung" verwendet werden, dienen lediglich der Unterscheidbarkeit und trans- portieren keinen weiteren Sinngehalt. Alternativ könnte beispielsweise die„erste Bewegungseinrichtung" als„Bewegungseinrichtung" und die„zweite Bewegungsein- richtung" als„weitere Bewegungseinrichtung" bezeichnet werden. Die Steuereinheit kann beispielsweise mindestens einen Prozessor und mindestens einen Speicher umfassen. In dem Speicher können Befehle gespeichert sein, welche die Steuereinheit dazu veranlassen, die erste Bewegungseinrichtung gemäß einem vordefinierten Ablauf anzusteuern. Ferner kann die Steuereinheit auch zum Steuern weiterer Elemente des optischen Systems verwendet werden, wie beispielsweise der Laserstrahlquelle sowie der beiden Shutter-Eiemente, welche weiter unten beschrieben werden. The terms "first" and "second", as used for example in connection with the "first movement device" and the later-described "second movement device", are for the sole purpose of distinctness and trans- port no further sense content. Alternatively, for example, the "first movement device" could be referred to as "movement device" and the "second movement device" as "further movement device". The control unit may comprise, for example, at least one processor and at least one memory. In the memory, instructions may be stored which cause the control unit to control the first movement device according to a predefined sequence. Furthermore, the control unit can also be used for controlling further elements of the optical system, such as the laser beam source and the two shutter elements, which are described below.
Die oben geschilderte Technik hat die Wirkung und den Vorteil, dass sich optische Veränderungen des optischen Systems, welche sich während der Erzeugung des Laserstrahls ergeben, durch eine Bewegung bzw. Verstellung der Teleskopanordnung kompensieren lassen. Insbesondere kann ein thermischer Linseneffekt, welcher durch eine Erwärmung einer optischen Komponente des optischen Systems, verur- sacht durch den Laserstrahl, hervorgerufen wird, durch die Bewegung der ersten Bewegungseinrichtung kompensiert oder zumindest verringert werden. The technique described above has the effect and the advantage that optical changes of the optical system which result during the generation of the laser beam can be compensated by a movement or adjustment of the telescope arrangement. In particular, a thermal lens effect, which is caused by heating of an optical component of the optical system, caused by the laser beam, can be compensated or at least reduced by the movement of the first movement device.
Die Laserstrahlquelle kann einen Laserresonator, eine dem Laserresonator im Strah¬ lengang nachgeordnete frequenzvervielfachende Kristallanordnung und ein im Strah¬ lengang zwischen dem Laserresonator und der Kristallanordnung angeordnetes erstes Shutter-Element umfassen. Ferner kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die erste Bewegungseinrichtung in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements anzusteuern (insbesondere basierend auf Steuerdaten, welche in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert sind). The laser beam source may include a laser resonator, a laser resonator in the beam path downstream Strah ¬ frequenzvervielfachende crystal arrangement and arranged in the beam path between the laser resonator Strah ¬ and the crystal assembly first shutter member. Furthermore, the control unit may be configured to control the first movement device in dependence on an opening state of the first shutter element (in particular based on control data which are stored in a memory of the control unit).
Bei dem Laserresonator kann es sich beispielsweise um einen Festkörperlaser han- dein, der Laserstrahlung insbesondere im Infrarotbereich emittiert. Der Laserresona¬ tor kann beispielsweise einen Nd:YAG-Laser umfassen. Die frequenzvervielfachende Kristallanordnung kann beispielsweise einen Kristall zur Frequenzverdopplung (auch: SHG-Kristall) und/oder einen Kristall zur Frequenzverdreifachung (auch: THG-Kristall) umfassen. Neben der Ansteuerung der ersten Bewegungseinrichtung kann die Steu- ereinheit dazu eingerichtet sein, das erste Shutter-Element anzusteuern. Das erste Shutter-Element kann beispielsweise einen mechanischen Shutter umfassen. Das Shutter-Element kann so angesteuert werden, dass es entweder den Laserstrahl blockiert, sodass sich die Laserstrahlquelle in einem Zustand befindet, in dem sie keinen Laserstrahl erzeugt, oder dass es den Laserstrahl passieren lässt (beispiels weise dadurch, dass ein mechanischer Shutter aus dem Strahlengang heraus bewegt wird), sodass sich die Laserstrahlquelle in einem Zustand befindet, in dem sie einen Laserstrahl erzeugt. Anders ausgedrückt kann das erste Shutter-Element als Ein/Aus- Schalter der Laserstrahlquelle für die frequenzvervielfachte Laserstrahlung aufgefasst werden, wobei durch Ansteuern des ersten Shutter-Elements die Laserstrahlquelle dazu gebracht werden kann, einen Laserstrahl zu erzeugen oder eine Erzeugung eines Laserstrahls zu beenden. Mithilfe des Shutter-Elements kann somit eine Zeitdauer, in der die frequenzvervielfachende Kristallanordnung dem Laserstrahl ausge- setzt ist, auf Zeiten reduziert werden, in denen der Laserstrahl auch tatsächlich für die Beleuchtung eines Substrats (beispielsweise einer Dünnfilmschicht) verwendet wird. The laser resonator can be, for example, a solid-state laser which emits laser radiation, in particular in the infrared range. The laser resonator ¬ tor example, a Nd: YAG laser include. The frequency-multiplying crystal arrangement can comprise, for example, a crystal for frequency doubling (also: SHG crystal) and / or a crystal for frequency tripling (also: THG crystal). In addition to the control of the first movement device, the control unit can be set up to control the first shutter element. The first shutter element may, for example, comprise a mechanical shutter. The shutter element can be controlled to either block the laser beam so that the laser beam source is in a state in which it is does not generate a laser beam or makes it pass the laser beam (for example, by moving a mechanical shutter out of the beam path) so that the laser beam source is in a state of producing a laser beam. In other words, the first shutter element can be regarded as an on / off switch of the laser beam source for the frequency-multiplied laser radiation, and by driving the first shutter element, the laser beam source can be made to generate a laser beam or stop generation of a laser beam. Thus, by means of the shutter element, a period of time in which the frequency-multiplying crystal array is exposed to the laser beam can be reduced to times in which the laser beam is actually used for illuminating a substrate (for example, a thin-film layer).
Eine Steuerung in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter- Elements kann bedeuten, dass ein zeitlicher Ablauf der Bewegung der ersten und/oder der zweiten Linsengruppe abhängig ist (insbesondere ausgelöst wird) von einem Schließen oder einem Öffnen des ersten Shutter-Elements. Anders ausge- drückt kann eine Ansteuerung einer Öffnung des Shutter-Elements in einem vordefi- nierten zeitlichen Zusammenhang mit einer Ansteuerung der ersten Bewegungsein- richtung stehen. Insbesondere kann eine Ansteuerung der ersten Bewegungseinrichtung von einem Öffnen (oder einem Öffnen-Befehl) des Shutter-Elements ausgelöst werden. A control in dependence on an opening state of the first shutter element can mean that a time sequence of the movement of the first and / or the second lens group is dependent (in particular triggered) on a closing or opening of the first shutter element. Expressed differently, a triggering of an opening of the shutter element can occur in a predefined temporal relationship with an activation of the first movement device. In particular, an activation of the first movement device can be triggered by an opening (or an open command) of the shutter element.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die erste Bewegungseinrichtung so anzusteuern, dass (insbesondere unmittelbar) nach einem Öffnen des ersten Shutter- Elements die Teleskopanordnung kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren wird, um einen durch eine Erwärmung der Kristallanord nung (insbesondere im Laser) verursachten thermischen Linseneffekt zumindest teilweise zu kompensieren. The control unit may be configured to control the first movement device so that (in particular immediately) after opening the first shutter element, the telescopic arrangement is moved continuously from a first position to a second position to a voltage by heating the Kristallanord (in particular in the laser) caused thermal lensing effect to compensate at least partially.
Die Steuereinheit kann die Ansteuerung des ersten Shutter-Elements und der ersten Bewegungseinrichtung übernehmen, wobei in einem Speicher der Steuereinheit Steuerdaten gespeichert sind, welche die Steuereinheit dazu veranlassen, unmittel- bar nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements die Teleskopanordnung von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu fahren. The control unit can take over the control of the first shutter element and the first movement device, wherein control data are stored in a memory of the control unit, which cause the control unit, immediately after opening the first shutter element, the telescope arrangement from the first position to drive the second position.
Der thermische Linseneffekt kann zu einer Verschiebung einer Strahltaille des Laserstrahls, die z. B. im Laser erzeugt wird, entlang der optischen Achse führen. Diese Verschiebung führt in einem optischen System zur Erzeugung einer Beleuchtungslinie dazu, dass sich die Fokusbreite am Substrat und die Fokuslage und damit die Intensi- tät ändern. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, diese Verschiebung so zu kompensieren, dass eine Breite der Beleuchtungslinie (insbesondere entlang der kurzen Achse) und/oder eine Intensität der Beleuchtungslinie im Wesentlichen konstant gehalten wird. The thermal lensing effect may result in a displacement of a beam waist of the laser beam, the z. B. generated in the laser, lead along the optical axis. These Displacement in an optical system for generating a lighting line causes the focus width at the substrate and the focus position and thus the intensity to change. The control unit may be configured to compensate for this displacement so that a width of the illumination line (in particular along the short axis) and / or an intensity of the illumination line is kept substantially constant.
In einem Speicher der Steuereinheit können Steuerdaten gespeichert sein, welche beispielsweise auf simulierten Daten oder auf Kalibrierungsdaten basieren, die eine zeitliche Abhängigkeit des thermischen Linseneffekts beschreiben. Die Steuerdaten zur Ansteuerung der ersten Bewegungseinheit können so ausgestaltet sein, dass sie diesen thermischen Linseneffekt bestmöglich kompensieren. In a memory of the control unit control data may be stored, which are based for example on simulated data or calibration data describing a temporal dependence of the thermal lensing effect. The control data for controlling the first movement unit can be designed so that they compensate for this thermal lensing effect as best as possible.
Es kann sich bei der mindestens einen Teleskopanordnung beispielsweise um ein Kepler-Teleskop oder um ein Galileo-Teleskop handeln. Die Teleskopanordnung kann dazu eingerichtet sein, einen im Wesentlichen kollimierten eintreffenden Laserstrahl als im Wesentlichen kollimierten Laserstrahl austreten zu lassen. Die Teleskopanord- nung im Falle, dass es sich um ein Kepler-Teleskop handelt, kann aus zwei Linsengruppen mit positiver Brechkraft und insbesondere aus zwei einzelnen Sammellinsen bestehen. Hierbei kann ein bildseitiger Brennpunkt der ersten Linsengruppe (welche im Strahlengang vor der zweiten Linsengruppe angeordnet ist) mit einem objektseiti- gen Brennpunkt der zweiten Linsengruppe (in zumindest einer möglichen Stellung der Teleskopanordnung) im Wesentlichen übereinstimmen. Die Teleskopanordnung im Falle, dass es sich um ein Galileo-Teleskop handelt, kann aus einer ersten Linsen- gruppe (welche im Strahlengang vor der zweiten Linsengruppe angeordnet ist) mit negativer Brechkraft und einer zweiten Linsengruppe mit positiver Brechkraft bestehen. Hierbei kann ein objektseitiger Brennpunkt der ersten Linsengruppe mit einem objektseitigen Brennpunkt der zweiten Linsengruppe (in zumindest einer möglichen Stellung der Teleskopanordnung) im Wesentlichen übereinstimmen. Das Galileo- Teleskop kann somit einen Strahlaufweiter darstellen (beispielsweise einen 1:5- Strahlaufweiter bzw. ein l:5-Teleskop). The at least one telescope arrangement may be, for example, a Kepler telescope or a Galileo telescope. The telescope assembly may be configured to allow a substantially collimated incident laser beam to exit as a substantially collimated laser beam. The telescope arrangement in the case of a Kepler telescope can consist of two lens groups with positive refractive power and in particular of two individual converging lenses. In this case, an image-side focal point of the first lens group (which is arranged in the beam path in front of the second lens group) substantially coincide with an object-side focal point of the second lens group (in at least one possible position of the telescope arrangement). The telescope arrangement in the case of a Galileo telescope can consist of a first lens group (which is arranged in the beam path in front of the second lens group) with negative refractive power and a second lens group with positive refractive power. In this case, an object-side focal point of the first lens group may substantially coincide with an object-side focal point of the second lens group (in at least one possible position of the telescope arrangement). The Galileo telescope can thus represent a beam expander (for example, a 1: 5 beam expander or a 1: 5 telescope).
Es kann sich bei der Teleskopanordnung um ein Kepler-Teleskop handeln, wobei die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe dieselbe Brennweite aufweisen. Alternativ kann die zweite Linsengruppe eine größere Brennweite aufweist als die erste Linsengruppe, wobei die zweite Linsengruppe im Strahlengang hinter der ers ten Linsengruppe angeordnet ist, sodass ein in die Teleskopanordnung eintreffender Laserstrahl als aufgeweiteter Laserstrahl austritt. Zusätzlich zu der Teleskopanord- nung kann sich im Strahlengang vor oder hinter der Teleskopanordnung eine weitere Teleskopanordnung befinden. Beispielsweise kann die weitere Teleskopanordnung im Strahlengang hinter der Teleskopanordnung vorgesehen sein, wobei es sich bei der Teleskopanordnung um eine Teleskopanordnung handelt, deren erste und zweite Linsengruppe dieselbe Brennweite aufweisen und wobei es sich bei der weiteren Teleskopanordnung um eine strahlaufweitende Teleskopanordnung handelt (beispielsweise ein l :5-Teleskop). The telescope arrangement may be a Kepler telescope, wherein the first lens group and the second lens group have the same focal length. Alternatively, the second lens group may have a larger focal length than the first lens group, wherein the second lens group is arranged in the beam path behind the Ers th lens group, so that an incoming laser beam in the telescope arrangement exits as an expanded laser beam. In addition to the telescope tion can be located in the beam path in front of or behind the telescope arrangement another telescope arrangement. For example, the further telescope arrangement can be provided in the beam path behind the telescope arrangement, wherein the telescope arrangement is a telescope arrangement whose first and second lens group have the same focal length and wherein the further telescope arrangement is a beam-expanding telescope arrangement (for example, a 1: 5-telescopic).
Die zweite Linsengruppe kann im Strahlengang hinter der ersten Linsengruppe ange- ordnet sein, wobei die erste Bewegungseinrichtung zum Bewegen der ersten Linsengruppe eingerichtet ist, und wobei die zweite Linsengruppe (insbesondere in Bezug auf andere Elemente der Strahlformungseinrichtung, in Bezug auf die Laserstrahl¬ quelle und/oder in Bezug auf die Abbildungseinrichtung) starr gelagert ist. Somit kann die erste Linsengruppe von der Bewegungseinrichtung bewegt werden, während die zweite Linsengruppe gemeinsam mit anderen (optischen) Elementen der Strahlformungseinrichtung an ihrem Ort verbleibt. Es hat sich herausgestellt, dass der thermische Linseneffekt besonders effektiv durch ein Verschieben der ersten Linsengruppe der Teleskopanordnung kompensiert werden kann. The second lens group can be arranged in the beam path behind the first lens group, wherein the first movement device is arranged to move the first lens group, and wherein the second lens group (in particular with respect to other elements of the beam shaping device, with respect to the laser beam ¬ source and / or with respect to the imaging device) is rigidly mounted. Thus, the first lens group may be moved by the moving means while the second lens group remains in place along with other (optical) elements of the beam shaping means. It has been found that the thermal lens effect can be compensated for particularly effectively by displacing the first lens group of the telescope arrangement.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die erste Linsengruppe nach Öffnen des ersten Shutter-Elements entlang der optischen Achse in Richtung des Strahlen¬ gangs zu verschieben. Das optische System kann ferner eine zweite Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Abbildungseinrichtung entlang der optischen Achse umfassen. Mit der Abbil¬ dungseinrichtung kann eine zylindrische Fokussierlinse oder ein zylindrisches Objektiv beispielsweise unmittelbar vor dem Substrat gemeint sein. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die zweite Bewegungseinrichtung so anzusteuern, dass die Abbildungseinrichtung gleichzeitig mit der mindestens einen der ersten und der zwei¬ ten Linsengruppe bewegt wird. The control unit may be configured to move the first lens group along the optical axis in the direction of the beam path after opening the first shutter element. The optical system may further comprise second moving means for moving the imaging means along the optical axis. With the Abbil ¬ dung means a cylindrical focusing lens or a cylindrical lens can be meant, for example, immediately before the substrate. The control unit may be adapted to control the second moving means so that the imaging device is moved simultaneously with the at least one of the first and two ¬ th lens group.
Die Bewegung der Abbildungseinrichtung kann dazu dienen, eine Verschiebung der Fokusposition (in Bezug auf die kurze Achse) entlang der optischen Achse, welche durch den thermischen Linseneffekt und/oder durch die Bewegung der ersten Bewe- gungseinrichtung verursacht wird, zu kompensieren. Es können in einem Speicher der Steuereinheit entsprechende Steuerdaten gespeichert sein, welche einen zeitlichen und räumlichen Ablauf der Bewegung der ersten und/oder der zweiten Bewe- gungseinrichtung definieren. Diese Steuerdaten können auf Grundlage einer vorherigen Kalibrierung oder einer vorherigen Simulation gewonnen worden sein. The movement of the imaging device may serve to compensate for a shift of the focus position (with respect to the short axis) along the optical axis, which is caused by the thermal lensing effect and / or by the movement of the first movement device. It can be stored in a memory of the control unit corresponding control data which a temporal and spatial sequence of the movement of the first and / or the second movement Define generating device. This control data may have been obtained based on a previous calibration or a previous simulation.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die zweite Bewegungseinrichtung so anzusteuern, dass (insbesondere unmittelbar) nach einem Öffnen des ersten Shutter- Elements die Abbildungseinrichtung kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren wird. The control unit may be configured to control the second movement device such that (in particular immediately) the imaging device is moved continuously from a first position to a second position after opening the first shutter element.
Die Abbildungseinrichtung wird insbesondere von der ersten Stellung in die zweite Stellung gefahren, um eine Verschiebung einer Fokusposition der kurzen Achse der Beleuchtungslinie in Richtung der optischen Achse (insbesondere zum Substrat) zu kompensieren. Diese Verschiebung der Fokusposition kann beispielsweise durch den thermischen Linseneffekt und/oder die Bewegung der ersten Bewegungseinrichtung verursacht werden. Durch die Bewegung der zweiten Bewegungseinrichtung kann gewährleistet werden, dass eine Fokusposition in Richtung der optischen Achse und somit eine Breite (FWHM) und eine Intensität der Beleuchtungslinie in der Abbildungsebene (der Ebene des beleuchteten Substrats) konstant gehalten wird. The imaging device is in particular moved from the first position to the second position in order to compensate for a shift of a focus position of the short axis of the illumination line in the direction of the optical axis (in particular to the substrate). This shift of the focus position can be caused, for example, by the thermal lensing effect and / or the movement of the first movement device. The movement of the second movement device can ensure that a focus position in the direction of the optical axis and thus a width (FWHM) and an intensity of the illumination line in the imaging plane (the plane of the illuminated substrate) are kept constant.
Das optische System kann ferner ein zweites Shutter-Element umfassen, welches im Strahlengang hinter der Kristallanordnung angeordnet ist. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, das erste Shutter-Element und das zweite Shutter-Element so anzusteuern, dass zunächst das erste Shutter-Element geöffnet wird, während das zweite Shutter-Element geschlossen ist, und nach einer vorbestimmten Zeitspanne das zweite Shutter-Element geöffnet wird. The optical system may further comprise a second shutter element which is arranged in the beam path behind the crystal arrangement. The control unit may be configured to drive the first shutter element and the second shutter element so that first the first shutter element is opened while the second shutter element is closed, and after a predetermined period of time the second shutter element is opened.
Somit kann zusätzlich zu der durch die erste Bewegungseinrichtung durchgeführten Korrektur gewährleistet werden, dass eine Veränderung der optischen Eigenschaften des optischen Systems unmittelbar nach Öffnen des ersten Shutter-Elements keinen Einfluss auf die Beleuchtungslinie hat, da zu diesem Zeitpunkt das zweite Shutter- Element noch geschlossen ist. Erst wenn sich der thermische Linseneffekt einigerma¬ ßen„eingependelt" bzw. stabilisiert hat wird das zweite Shutter-Element geöffnet und geringfügige Veränderungen des thermischen Linseneffekts können im geöffneten Zustand des zweiten Shutter-Elements durch die erste Bewegungseinrichtung ausgeglichen werden oder diese Veränderung ist klein genug, so dass diese für den Prozess unbedeutend ist. Thus, in addition to the correction made by the first movement means, it can be ensured that a change in the optical properties of the optical system immediately after opening the first shutter element has no influence on the illumination line, since the second shutter element is still closed at this time , Only when the thermal lens effect has einigerma ¬ SEN "leveled" or stabilized, the second shutter member is opened, and minor changes in the thermal lens effect can be compensated in the open state of the second shutter member by the first moving means or the change is small enough so that this is insignificant for the process.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Beleuchtungs¬ linie bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Erzeugen eines Laserstrahls entlang einer optischen Achse, Formen des Laserstrahls derart, dass ein Strahlprofil des Laser- strahls eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist, Abbilden des so geformten Laserstrahls als eine Beleuchtungslinie und Bewegen mindestens einer ersten Linsengruppe oder einer zweiten Linsengruppe einer Teleskopanordnung entlang der optischen Achse und während der Laserstrahl erzeugt wird, wobei die erste Linsen- gruppe und die zweite Linsengruppe mindestens bezüglich der kurzen Achse eine optische Brechkraft aufweisen. According to a second aspect, a method for generating an illumination ¬ line is provided. The method includes generating a laser beam along a optical axis, shaping the laser beam so that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis, imaging the thus formed laser beam as a line of illumination, and moving at least a first lens group or a second lens group of a telescope assembly along the optical axis and the laser beam is generated, wherein the first lens group and the second lens group have an optical refractive power at least with respect to the short axis.
Die oben im Hinblick auf das optische System des ersten Aspekts gemachten Ausfüh- rungen gelten entsprechend auch für das Verfahren des zweiten Aspekts. Insbeson- dere kann das Verfahren des zweiten Aspekts mit dem optischen System des ersten Aspekts durchgeführt werden, wobei sämtliche Details des ersten Aspekts auch auf den zweiten Aspekt zutreffen können, soweit möglich. Eine Laserstrahlquelle, welche den Laserstrahl erzeugt, kann einen Laserresonator, eine dem Laserresonator im Strahlengang nachgeordnete frequenzvervielfachende Kristallanordnung und ein im Strahlengang zwischen dem Laserresonator und der Kristallanordnung angeordnetes erstes Shutter-Element umfassen. Die erste Linsen- gruppe oder die zweite Linsengruppe kann in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements bewegt werden. The embodiments made above with regard to the optical system of the first aspect also apply correspondingly to the method of the second aspect. In particular, the method of the second aspect can be carried out with the optical system of the first aspect, wherein all the details of the first aspect can also apply to the second aspect, as far as possible. A laser beam source which generates the laser beam may comprise a laser resonator, a frequency-multiplying crystal arrangement arranged downstream of the laser resonator in the beam path, and a first shutter element arranged in the beam path between the laser resonator and the crystal arrangement. The first lens group or the second lens group can be moved in response to an opening state of the first shutter element.
Nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements kann die Teleskopanordnung konti¬ nuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren werden, um einen durch eine Erwärmung der Kristallanordnung verursachten thermischen Linse- neffekt zumindest teilweise zu kompensieren. After opening the first shutter member, the telescopic arrangement may be continu ously ¬ moved from a first position to a second position to a neffekt caused by heating of the crystal array thermal lentil to compensate at least partially.
Der thermische Linseneffekt kann zu einer Verschiebung einer Strahltaille des Laser¬ strahls entlang der optischen Achse führen. Das Bewegen kann dazu führen, diese Verschiebung so zu kompensieren, dass eine Breite der Beleuchtungslinie und/oder eine Intensität (insbesondere die gesamte Intensitätsverteilung oder zumindest eine maximale Intensität) der Beleuchtungslinie im Wesentlichen konstant gehalten wird. The thermal lens effect can lead to a displacement of a beam waist of the laser beam ¬ along the optical axis. The movement may result in compensating for this shift so that a width of the illumination line and / or an intensity (in particular the entire intensity distribution or at least a maximum intensity) of the illumination line is kept substantially constant.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, von denen The invention will be further explained with reference to the accompanying drawings, of which
Fig. la, lb eine schematische Übersichtsdarstellung eines optischen Systems für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten aus unterschiedlichen Blickrichtungen zeigen, Fig. 2 Details der Laserstrahlquelle des optischen Systems aus Fig. la, lb und eine durch den thermischen Linseneffekt verursachte Verschiebung der Strahltaille im Laser zeigt, 1a, 1b show a schematic overview of an optical system for a system for processing thin-film layers from different viewing directions, Fig. 2 shows details of the laser beam source of the optical system of Fig. 1a, 1b and a displacement of the beam waist in the laser caused by the thermal lensing effect,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Verschiebung der Strahltaille in dem optischen System der Fig. la, lb und eine damit verbundenen Änderung der Ausleuchtung des zylindrischen Abbildungsobjektivs zeigt, Fig. 3 is a schematic illustration of the displacement of the beam waist in the optical system of Figs. 1a, 1b and an associated change in the illumination of the cylindrical imaging lens,
Fig. 4 die Auswirkung des Effekts der thermischen Linse auf die Intensität und Fig. 4 shows the effect of the effect of the thermal lens on the intensity and
Breite der Beleuchtungslinie in der Substratebene zeigt,  Shows the width of the illumination line in the substrate plane,
Fig. 5 die Auswirkung des Effekts der thermischen Linse auf die Intensität und Fig. 5 shows the effect of the effect of the thermal lens on the intensity and
Breite der Beleuchtungslinie bei wiederholtem An- und Ausschalten des frequenzvervielfachten Laserstrahls zeigt,  Width of the illumination line with repeated switching on and off of the frequency-multiplied laser beam,
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Strahlenverlaufs (Gauß'sche Strahlpropagation) in einem erfindungsgemäßen optischen System zeigt, 6 shows a schematic representation of the beam path (Gaussian beam propagation) in an optical system according to the invention,
Fig. 7 für die Anordnung aus Fig. 6 die Auswirkung einer Verschiebung der Fig. 7 for the arrangement of FIG. 6, the effect of a shift of
Linsengruppe Nr. 1 und der Abbildungseinrichtung Nr. 5 auf die Breite der Beleuchtungslinie in der Ebene Nr. 6 zeigt,  Lens group no. 1 and the imaging device no. 5 on the width of the illumination line in the plane no. 6 shows,
Fig. 8 für die Anordnung aus Fig. 6 den zeitlichen Verlauf der Verschiebung der Taillenlage des Laserstrahls in Zusammenhang mit einer geeigneten Verschiebung der Linsengruppe Nr. 1 und der Abbildungseinrichtung Nr. 5 zeigt, und Fig. 8 for the arrangement of Fig. 6 shows the time course of the displacement of the waist position of the laser beam in conjunction with a suitable shift of the lens group no. 1 and the imaging device no. 5, and
Fig. 9 einen zeitlichen Ablauf einer Ansteuerung eines ersten und eines zwei- ten Shutter-Elements zeigt. 9 shows a chronological sequence of an activation of a first and a second shutter element.
Ein optisches System für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten ist in Fig. la, lb gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Obwohl im Folgenden von ei¬ nem optischen System 10 für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten die Rede ist, kann das beschriebene optische System 10 für jede beliebige andere An¬ wendung verwendet werden, für welche eine Beleuchtungslinie benötigt wird. Das optische System 10 umfasst eine Strahlformungseinrichtung 12, die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl 14 derart zu formen, dass ein Strahlprofil 16 des Laserstrahls 14 eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist, sowie eine im Strahlengang des Laserstrahls 14 der Strahlformungseinrichtung 12 nachgeordnete Abbildungseinrichtung 18, die dazu eingerichtet ist, den so geformten Laserstrahl 14 als eine Beleuch- tungslinie 22 abzubilden. Die Abbildungseinrichtung 18 erzeugt somit aus der durch die Strahlformungseinrichtung 12 gebildeten kurzen Achse des Laserstrahls 14 die kurze Achse der Beleuchtungslinie 22. An optical system for a system for processing thin-film layers is shown in FIG. 1a, 1b and designated generally by reference numeral 10. Although in the following ei ¬ nem optical system 10 for a system for processing thin-film layers is mentioned, the described optical system 10 can be used for any other appli ¬ tion, for which a lighting line is needed. The optical system 10 comprises a beam-shaping device 12, which is set up to form a laser beam 14 such that a beam profile 16 of the laser beam 14 has a long axis and a short axis, as well as a downstream in the beam path of the laser beam 14 of the beam shaping device 12 imaging device 18 which is adapted to the so-formed laser beam 14 as an illumination line 22. The imaging device 18 thus generates the short axis of the illumination line 22 from the short axis of the laser beam 14 formed by the beam shaping device 12.
Per Konvention sollen in den Figuren die kurze Achse parallel zur x-Achse, die lange Achse parallel zur y-Achse und die optische Achse des optischen Systems 10 parallel zur z-Achse verlaufen. In der Fig. la ist das optische System 10 beispielsweise von oben gesehen dargestellt (Blickrichtung entlang der x-Richtung), und in der Fig. 1b beispielsweise von einer Seite gesehen dargestellt (Blickrichtung entlang der y- Richtung). Die Strahlformungseinrichtung 12 kann beispielsweise die in Fig. 4 bis 6 der DE 10 2012 007 601 Al gezeigte anamorphotische Optik 42 darstellen oder umfassen. By convention, in the figures, the short axis parallel to the x-axis, the long axis parallel to the y-axis and the optical axis of the optical system 10 parallel to the z-axis. In FIG. 1a, the optical system 10 is shown, for example, as seen from above (viewing direction along the x-direction), and in FIG. 1b, for example, seen from one side (viewing direction along the y-direction). The beam shaping device 12 may represent or comprise, for example, the anamorphic optics 42 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1.
Insbesondere kann die Strahlformungseinrichtung 12 eine oder mehrere der in Fig. 4 bis 6 der DE 10 2012 007 601 Al gezeigten Komponenten 20, 54, 56, 58, 62, 66, 68, 74 umfassen. In particular, the beam shaping device 12 may comprise one or more of the components 20, 54, 56, 58, 62, 66, 68, 74 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1.
Mit anderen Worten: Die Strahlformungseinrichtung 12 kann durch eine (zur x-Achse des Koordinatensystems parallele) erste Abbildungsachse x, eine (zur y-Achse des Koordinatensystems parallele) zur ersten Abbildungsachse x senkrechte zweite Abbil¬ dungsachse y und eine zur ersten und zur zweiten Abbildungsachse x, y senkrechte (zur z-Achse des Koordinatensystems parallele) optische Achse z beschrieben wer¬ den. Die Strahlformungseinrichtung 12 (beispielsweise als anamorphotische Optik) hat bezüglich der ersten und der zweiten Abbildungsachse x, y unterschiedliche Ab¬ bildungseigenschaften. Die Strahlformungseinrichtung 12 kann dazu eingerichtet sein, am Ort "16" vor der Abbildungseinrichtung 18 (siehe z. B. Fig. la, lb) aus La- serlicht einen Laserstrahl 14 zu erzeugen, dessen Strahlprofil 16 eine lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist, wobei das Strahlprofil in der langen Achse (y) eine weitestgehend homogenisierte (oder im Wesentlichen homogene) Intensitäts¬ verteilung aufweist. In Einzelnen: Die Strahlformungseinrichtung 12 kann (insbesondere als anamorphoti- sche Optik) umfassen (siehe Fig. la, lb): In other words, the beam forming apparatus 12, a can by a (the x-axis of the coordinate system parallel) first imaging axis x (parallel to the y axis of the coordinate system) to the first imaging axis x perpendicular second Abbil ¬ dung axis y, and a second to the first and Image axis x, y vertical (parallel to the z-axis of the coordinate system) optical axis z described ¬ who. The beam shaping device 12 (for example as anamorphic optical system) has different Ab ¬ education properties with respect to the first and the second imaging axis x, y. The beam-shaping device 12 may be configured to generate a laser beam 14 at the location "16" in front of the imaging device 18 (see, for example, FIGS. 1 a, 1 b) from laser light whose beam profile 16 has a long axis (y) and a short axis (x), wherein the beam profile in the long axis (y) has a largely homogenized (or substantially homogeneous) intensity ¬ distribution. In detail: The beam shaping device 12 may comprise (in particular as anamorphic optical system) (see FIGS. 1a, 1b):
Eine erste Teleskopanordnung 20, welche in Bezug auf die kurze Achse x optisch wirksam ist, d. h. in Bezug auf die kurze Achse x eine Brechkraft aufweist. Die erste Teleskopanordnung 20 setzt sich zusammen aus einer ersten Zylinderlinse 23 als erste Linsengruppe und einer zweiten Zylinderlinse 24 als zweite Linsengrup- pe. Die erste Zylinderlinse 23 empfängt den Laserstrahl 14 von einer Laserstrahlquelle 26 und fokussiert diesen bezüglich der kurzen Achse x auf ein erstes Zwischenbild 28. Die zweite Zylinderlinse 24 ist im Strahlengang hinter der ersten Zylinderlinse 23 angeordnet und kollimiert die Lichtstrahlen des ersten Zwischenbilds 28. Wie in der Figur lb dargestellt ist, handelt es sich bei der ersten Teleskopanordnung 20 um ein l: l-Teleskop, welches als Kepler-Teleskop ausgestaltet ist. Hierbei sind die erste Zylinderlinse 23 und die zweite Zylinderlinse 24 jeweils eine Sammellinse mit im Wesentlichen derselben Brennweite. Der bildseitige Brennpunkt der ersten Zylinderlinse 23 stimmt im Wesentlichen mit dem objektseitigen Brennpunkt der zweiten Zylinderlinse überein. A first telescopic arrangement 20, which is optically active with respect to the short axis x, ie has a refractive power with respect to the short axis x. The first telescope arrangement 20 is composed of a first cylindrical lens 23 as a first lens group and a second cylindrical lens 24 as a second lens group. The first cylindrical lens 23 receives the laser beam 14 from a laser beam source 26 and focuses it with respect to the short axis x on a first intermediate image 28. The second cylindrical lens 24 is disposed in the beam path behind the first cylindrical lens 23 and collimates the light beams of the first intermediate image 28. As in 1 b, the first telescope arrangement 20 is a 1: 1 telescope, which is designed as a Kepler telescope. Here, the first cylindrical lens 23 and the second cylindrical lens 24 are each a converging lens having substantially the same focal length. The image-side focal point of the first cylindrical lens 23 substantially coincides with the object-side focal point of the second cylindrical lens.
Eine im Strahlengang hinter der ersten Teleskopanordnung 20 angeordnete Zylinderlinse 30, welche in Bezug auf die lange Achse y eine Brechkraft aufweist. Die Zylinderlinse 30 empfängt den Laserstrahl 14, welcher in Bezug auf die lange Achse y von der ersten Teleskopanordnung 20 nicht beeinflusst wurde, von der Laserstrahl- quelle 26 und fokussiert diesen auf ein Zwischenbild 32.  A cylindrical lens 30 arranged in the beam path behind the first telescope arrangement 20 and having a refractive power with respect to the long axis y. The cylindrical lens 30 receives the laser beam 14, which was not influenced by the first telescope arrangement 20 with respect to the long axis y, from the laser beam source 26 and focuses it onto an intermediate image 32.
Eine im Strahlengang hinter der Zylinderlinse 30 angeordnete Zylinderlinse 34, welche in Bezug auf die lange Achse y eine Brechkraft aufweist. Die Zylinderlinse 34 kollimiert die Lichtstrahlen des Zwischenbilds 32. Wie in der Figur la dargestellt ist, bilden die Zylinderlinse 30 und die Zylinderlinse 34 ein Kepler-Teleskop, welches zur Aufweitung des Laserstrahls 14 bezüglich der langen Achse y dient.  A cylindrical lens 34 arranged in the beam path behind the cylindrical lens 30 and having a refractive power with respect to the long axis y. The cylindrical lens 34 collimates the light beams of the intermediate image 32. As shown in FIG. 1a, the cylindrical lens 30 and the cylindrical lens 34 form a Kepler telescope which serves to widen the laser beam 14 with respect to the long axis y.
Eine im Strahlengang hinter der Zylinderlinse 34 angeordnete zweite Telesko¬ panordnung 36, welche in Bezug auf die kurze Achse x optisch wirksam ist, d. h. in Bezug auf die kurze Achse x eine Brechkraft aufweist. Die zweite Teleskopanordnung 36 setzt sich zusammen aus einer ersten Zylinderlinse 38 als erste Linsengruppe und einer im Strahlengang hinter der ersten Zylinderlinse 38 angeordneten zweiten Zylinderlinse 40 als zweite Linsengruppe. Die erste Zylinderlinse 38 weitet den Laserstrahl 14 bezüglich der kurzen Achse x auf und die zweite Zylinderlinse 40 kollimiert diesen aufgeweiteten Laserstrahl wieder. Wie in der Figur lb dargestellt ist, handelt es sich bei der zweiten Teleskopanordnung 36 um ein strahlaufweitendes Teleskop (z. B. ein l :5-Teleskop), welches als Galileo-Teleskop ausgestaltet ist. Hierbei ist die erste Zylinderlinse 38 eine Zerstreuungslinse und die zweite Zylinderlinse 40 eine Sammel¬ linse, wobei die Brennpunkte der ersten Zylinderlinse 38 und der zweiten Zylinderlin- se 40 im Wesentlichen übereinstimmen bzw. übereinander liegen. Es entsteht ein virtuelles zweites Zwischenbild im Strahlengang vor der ersten Zylinderlinse 38 (nicht dargestellt). Eine im Strahlengang hinter der zweiten Teleskopanordnung 36 angeordnete anamorphotische Homogenisierungsoptik 42 zur (weitestgehenden) Homogenisie- rung des Laserstrahls 14 bezüglich der langen Achse y. A arranged in the beam path behind the cylindrical lens 34 second Telesko ¬ panordnung 36, which is optically effective with respect to the short axis x, ie, with respect to the short axis x has a refractive power. The second telescopic arrangement 36 is composed of a first cylindrical lens 38 as a first lens group and a second cylindrical lens 40 arranged in the beam path behind the first cylindrical lens 38 as a second lens group. The first cylindrical lens 38 expands the laser beam 14 with respect to the short axis x and the second cylindrical lens 40 collimates this expanded laser beam again. As shown in FIGURE 1b, the second telescope assembly 36 is a beam-expanding telescope (eg, a 1: 5 telescope) configured as a Galileo telescope. Here, the first cylindrical lens is a diverging lens 38 and the second cylindrical lens 40, a collecting ¬ lens, wherein the focal points of the first cylindrical lens 38 and the second cylindrical lens 40 substantially coincide or are superimposed. The result is a virtual second intermediate image in the beam path in front of the first cylindrical lens 38 (not shown). Anamorphotic homogenizing optics 42 arranged in the beam path behind the second telescope arrangement 36 for (largely) homogenizing the laser beam 14 with respect to the long axis y.
Eine im Strahlengang hinter der anamorphotischen Homogenisierungsoptik 42 angeordnete und in Bezug auf die lange Achse y Brechkraft aufweisende Kon- densorzylinderlinse 44 zur Überlagerung der homogenisierten Laserstrahlen auf der Beleuchtungslinie 22.  An arranged in the beam path behind the anamorphic homogenization optics 42 and with respect to the long axis y refractive power having condensor cylinder lens 44 for superposition of the homogenized laser beams on the illumination line 22nd
Im Strahlengang hinter der Kondensorzylinderlinse 44 befindet sich die Abbildungs- einrichtung 18. Die Abbildungseinrichtung 18 kann beispielsweise die in Fig. 4 bis 6 der DE 10 2012 007 601 Al gezeigte Komponente 66 umfassen oder darstellen. Im letzteren Fall stellt die Abbildungseinrichtung 18 also beispielsweise eine Fokussierzylinderlinsenoptik 66 dar, die im Strahlengang hinter der Kondensorzylinderlinse 44 angeordnet ist und zur Fokussierung des Laserstrahls 14 bezüglich der Achse x auf die Beleuchtungslinie 22 dient. In the beam path behind the condenser cylinder lens 44 is the imaging device 18. The imaging device 18 may comprise or represent, for example, the component 66 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1. In the latter case, the imaging device 18 thus represents, for example, a Fokussierzylinderlinsenoptik 66, which is arranged in the beam path behind the condenser cylinder lens 44 and serves to focus the laser beam 14 with respect to the axis x on the illumination line 22.
Die der Strahlformungseinrichtung 12 nachgeordnete Abbildungseinrichtung 18 greift also das Strahlprofil 16 vor der Abbildungseinrichtung 18 auf und bildet den Laser¬ strahl 14 als die Beleuchtungslinie 22 ab, wobei lediglich (genauer: ausschließlich) die kurze Achse x des Strahlprofils 16, nicht jedoch die homogenisierte lange Achse y des Strahlprofils 16 fokussiert wird. Die Abbildungseinrichtung 18 bildet typisch nicht- beugungsbegrenzt ab, kann jedoch in manchen Ausführungsformen auch beugungs¬ begrenzt abbildend sein. Die durch das optische System 10 erzeugte Beleuchtungslinie 22 kann für die Kristallisation von Dünnfilmschichten, beispielsweise für die Herstellung von Dünnfilmtran¬ sistoren (im Englischen: Thin Film Transistors; kurz: TFT) verwendet werden. Dabei wird eine zu bearbeitende Halbleiterschicht mit der Beleuchtungslinie 22 beaufschlagt und über die Halbleiterschicht geführt, wobei die Intensität der Beleuchtungslinie 22 derart eingestellt ist, dass die Halbleiterschicht kurzzeitig aufschmilzt und sich als kristalline Schicht mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wieder verfestigt. The beam forming device 12 downstream imaging device 18 thus attacks the beam profile 16 in front of the imaging device 18 and images the laser ¬ beam 14 as the illumination line 22, wherein only (more precisely: exclusively) the short axis x of the beam profile 16, but not the homogenized long Axis y of the beam profile 16 is focused. The imaging device 18 is typically non from diffraction limited, but may in some embodiments also be diffraction limited ¬ mapping. The illumination line generated by the optical system 10 22 may for crystallization of thin film layers, for example for the production of Dünnfilmtran ¬ sistoren (in English: Thin film transistor; short TFT) are used. In this case, a semiconductor layer to be processed is acted upon by the illumination line 22 and guided over the semiconductor layer, wherein the intensity of the illumination line 22 is adjusted such that the semiconductor layer melts for a short time and solidifies again as a crystalline layer with improved electrical properties.
Wie oben geschildert wurde, werden zur Erzeugung einer Laser-Linienstrahlgeometrie anamorphotische optische Anordnungen genutzt. Dabei wird z. B. in der einen (langen) Strahlachse y der von der Laserstrahlquelle 26 emittierte Laserstrahl 14 homogenisiert mit Hilfe von Zylinderlinsenarrays. Die andere (kurze) Achse x wird als Gaußstrahl optisch verarbeitet und die Strahltaille der Laserstrahlquelle 26 in die Ebene der Homogenisierung übertragen. Eine typische Anordnung ist in Fig. la, lb gezeigt und wurde oben detailliert erläutert. As described above, anamorphic optical arrangements are used to generate a laser line beam geometry. This z. B. in the one (long) beam axis y of the laser beam emitted from the laser beam source 26 14 homogenized by means of cylindrical lens arrays. The other (short) axis x is optically processed as Gauss beam and the beam waist of the laser beam source 26 in the Transfer level of homogenization. A typical arrangement is shown in Figs. 1a, 1b and has been discussed in detail above.
In der zu homogenisierenden Achse y wird der Laserstrahl 14 zylindrisch aufgeweitet (typisch 2- bis 4-fach) und auf zwei aufeinander folgende Linsenarrays geführt. In der Brennweite der Kondensorzylinderlinse 44 entsteht die homogenisierte lange Strahlachse y. Die Strahltaille des in der Laserstrahlquelle 26 gebildeten Laserstrahls 14 wird mit einem zylindrischen 1 : 1 Teleskop 20 rekollimiert und mit einem weiteren Teleskop 36 aufgeweitet um mit dem Fokussierungsobjektiv 18 eine Gauß'sche kleine Strahlachse x gewünschter Breite zu erzeugen. In the axis y to be homogenized, the laser beam 14 is widened cylindrically (typically 2 to 4 times) and guided on two successive lens arrays. The focal length of the condenser cylinder lens 44 produces the homogenized long beam axis y. The beam waist of the laser beam 14 formed in the laser beam source 26 is recollimated with a cylindrical 1: 1 telescope 20 and expanded with another telescope 36 to produce a Gaussian small beam axis x of the desired width with the focusing lens 18.
Fig. 2 zeigt Details der Laserstrahlquelle 26 des optischen Systems 10 der Fig. la, lb. Die Laserstrahlquelle 26 umfasst einen Laserresonator 46 zum Erzeugen des Laserstrahls 14, wobei es sich beispielsweise um einen Infrarot-Festkörperlaser und insbesondere um einen Nd:YAG-Laser handeln kann. Die Laserstrahlquelle 26 um- fasst ferner im Strahlengang hinter dem Laserresonator 46 ein erstes Shutter- Element 48, wobei es sich beispielsweise um einen elektronisch ansteuerbaren mechanischen Shutter handelt, welcher dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl 14 entwe¬ der zu blockieren oder durchzulassen. Die Laserstrahlquelle 26 umfasst ferner im Strahlengang hinter dem ersten Shutter-Element 48 eine Sammellinse 50 zum Fokus¬ sieren des Laserstrahls 14 in einer frequenzvervielfachenden Kristallanordnung 52, welche im Strahlengang hinter der Sammellinse 50 angeordnet ist. Die frequenzvervielfachende Kristallanordnung 52 umfasst einen SHG-Kristall zum Verdoppeln einer Frequenz (bzw. zum Halbieren einer Wellenlänge) des Laserstrahls 14 und/oder einen THG-Kristall zum Verdreifachen der Frequenz des Laserstrahls 14. Fig. 2 shows details of the laser beam source 26 of the optical system 10 of Fig. 1a, 1b. The laser beam source 26 comprises a laser resonator 46 for generating the laser beam 14, which may be, for example, an infrared solid-state laser and in particular a Nd: YAG laser. Furthermore, the laser beam source 26 comprises in the beam path behind the laser resonator 46 a first shutter element 48, which is, for example, an electronically controllable mechanical shutter which is set up to block or pass the laser beam 14 entwe ¬ der. The laser beam source 26 further comprises in the beam path behind the first shutter element 48, a converging lens 50 for focusing ¬ the laser beam 14 in a frequency-multiplying crystal array 52, which is arranged in the beam path behind the converging lens 50. The frequency multiplying crystal array 52 includes an SHG crystal for doubling a frequency (or halving a wavelength, respectively) of the laser beam 14 and / or a THG crystal for tripling the frequency of the laser beam 14.
Die Laserstrahlquelle 26 umfasst ferner eine Sammellinse als Rekollimationslinse 54. Die Rekollimationslinse 54 ist dazu geeignet, den Laserstrahl 14 weitgehend zu kolli- mieren. The laser beam source 26 further comprises a condenser lens as a recollimation lens 54. The recollimation lens 54 is suitable for substantially collimating the laser beam 14.
Eine mögliche Betriebsart, die Laserstrahlquelle 26 zu betreiben besteht darin, den Laserresonator 46 dauerhaft (bzw. zumindest über einen längeren Zeitraum, welcher mehrere Beleuchtungsprozesse umfasst) eingeschaltet zu lassen, sodass dieser einen zeitlich sehr konstanten kontinuierlichen Infrarot-Laserstrahl 14 generiert. Um jedoch die empfindliche Kristallanordnung 52 (Lebensdauerbegrenzung durch die Erzeugung von UV-Laserlicht) sowie gegebenenfalls weitere Komponenten des optischen Systems 10 nicht unnötig dauerhaft der (gegebenenfalls beeinträchtigenden bzw. schä¬ digenden) Laserstrahlung auszusetzen, wird die erste Shutter-Einrichtung 48 lediglich dann geöffnet, wenn die Beleuchtungslinie 22 auch wirklich zur Beleuchtung eines Substrats benötigt wird. Anders ausgedrückt kann der Laserstrahl 14 durch Schließen des ersten Shutter-Elements 48 ausgeschaltet werden, wenn dieser gerade nicht benötigt wird, beispielsweise da ein zu beleuchtendes Substrat ausgetauscht wird. Auf diese Weise kann eine Zeitdauer, in der die Kristallanordnung 52 dem Laserstrahl 14 ausgesetzt ist, minimiert werden und die effektive Lebensdauer vergrößert werden. One possible mode of operation for operating the laser beam source 26 is to leave the laser resonator 46 permanently switched on (or at least for a longer period of time, which comprises a plurality of illumination processes), so that it generates a continuous infrared laser beam 14 that is very constant in time. However, the delicate crystal array 10 does not unnecessarily permanently suspend 52 (life limited by the generation of UV laser light) and optionally other components of the optical system of the (possibly interfering or GUESS ¬-damaging) the laser radiation, the first shutter device 48 is only then opened when the illumination line 22 is really needed to illuminate a substrate. In other words, the laser beam 14 can be switched off by closing the first shutter element 48 when it is not needed, for example because a substrate to be illuminated is exchanged. In this way, a period of time in which the crystal array 52 is exposed to the laser beam 14 can be minimized and the effective life can be increased.
Die oben geschilderte Betriebsart der Laserstrahlquelle 26, bei der das erste Shutter- Element 48 bei Bedarf geöffnet wird, wird im Folgenden auch als Burstmode be- zeichnet. Wenn im Folgenden davon die Rede ist, dass die Laserstrahlquelle 26 den Laserstrahl 14 emittiert/nicht emittiert oder die Laserstrahlquelle 26 ein-/ausge- schaltet ist, dann bedeutet dies, dass zu diesen Zeiten das erste Shutter-Element 48 geöffnet/geschlossen ist. The above-described mode of operation of the laser beam source 26, in which the first shutter element 48 is opened when required, is also referred to below as burst mode. If, in the following, it is said that the laser beam source 26 emits / does not emit the laser beam 14 or the laser beam source 26 is switched on / off, this means that the first shutter element 48 is opened / closed at these times.
Für den Einsatz von Beleuchtungslinien z. B. in Lift-Off-Anwendungen (Beleuchtung von aufgeklebten Folien auf Glas durch das Glas) aber auch in Dünnschicht-Silizium- Kristallisations-Anwendung ist es wichtig, dass der Laserstrahl 14 eine gleichbleibende (d. h. zeitlich konstante) Breite (FWHM) und Peakintensität aufweist. For the use of lighting lines z. As in lift-off applications (illumination of glued films on glass through the glass) but also in thin-film silicon crystallization application, it is important that the laser beam 14 a constant (ie constant time) width (FWHM) and peak intensity having.
Der Einsatz des Burstmodes kann wichtig sein, um Laserbetriebszeiten und damit Betriebskosten zu reduzieren und zu optimieren. In einem typischen Lift-Off-Prozess für große Glassubstrate liegt zum Beispiel die Taktzeit im Bereich von 60-100 s, der Laserstrahl selber wird jedoch nur ca. 20-30 s für die Ablösung eines Plastiksubstra- tes von einer Glasträgerscheibe benötigt. Im Gegensatz zum Burstmode würde im Dauerbetrieb der Laserstahlquelle 26 ein Prozess-Shutter (siehe das weiter unten beschriebene zweite Shutter-Element 66) geschlossen und geöffnet und die Laserstrahlquelle 26 wäre dauerhaft in Betrieb und würde dauerhaft die Kristallanordnung 52 beleuchten. The use of the burst mode can be important to reduce and optimize laser operating times and thus operating costs. In a typical lift-off process for large glass substrates, for example, the cycle time is in the range of 60-100 s, but the laser beam itself is only needed for about 20-30 s for the detachment of a plastic substrate from a glass carrier disk. In contrast to the burst mode, in continuous operation of the laser beam source 26, a process shutter (see the second shutter element 66 described below) would be closed and opened, and the laser beam source 26 would operate permanently and permanently illuminate the crystal array 52.
Im Burstmodebetrieb kann der UV-Laser Betrieb von 60-100 s auf 20-30 s reduziert werden und bietet das Potenzial, die Betriebskosten um einen Faktor 2-4 zu reduzie¬ ren. Wird die oben beschriebene extern (außerhalb des Laserresonators 46) frequenzver¬ vielfachte Laserstrahlquelle 26 im Burstmode betrieben, bildet sich im Vervielfa¬ chungskristall (SHG und TFIG) 52 mit dem Start einer Pulssequenz (d. h. unmittelbar nach Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) eine thermische Linse (radiales Tempe- raturprofil verursacht Brechungsindexänderung) in den ersten 10-20 s aus, die da- nach im Wesentlichen stabil bleibt, bis die Pulssequenz beendet wird. Diese thermische Linse führt dazu, dass eine Laserstrahltaille, die den Laserstrahl 14 In burst mode operation the UV laser operation can be reduced from 60-100 to 20-30 s s and offers the potential, the operating costs to reduzie ¬ ren by a factor of 2-4. When the above-described external (outside the laser resonator 46) frequenzver ¬ multiple laser beam source 26 is operated in burst mode, is formed in Vervielfa ¬ tion crystal (SHG and TFIG) 52 with the start of a pulse sequence (ie immediately after opening the first shutter element 48), a thermal lens (radial Tempe- temperature profile causes refractive index change) in the first 10-20 s, which then remains essentially stable until the pulse sequence is terminated. This thermal lens causes a laser beam waist, the laser beam 14th
charakterisiert (Strahlqualität, Lage, Taillendurchmesser und Divergenzwinkel) op- tisch an einem anderen Ort im Laser entsteht. Die Strahllage kann sich dabei um mehrere cm bis hin zu einem halben Meter oder sogar mehr ändern, abhängig davon wie die Fokussierung des IR Laserstrahls 14 in die frequenzvervielfachende Kristalla- nordnung 52 ausgelegt ist. In der Fig. 2 ist dargestellt, wie die Position der Strahltaille von der Position 56 unmittelbar nach Starten der Pulssequenz (t = 0, beim Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) zu der Position 58 nach ca. t = 10-20 s gewandert ist. In der Position 58 befindet sich das optische System 10 und insbesondere die ausgebildete thermische Linse im thermischen Gleichgewicht und die Position der Strahltaille verändert sich bei weiterhin geöffnetem erstem Shutter-Element 48 nicht wesentlich. characterized (beam quality, position, waist diameter and divergence angle) is generated optically at another location in the laser. The beam position can thereby change by several cm up to a half meter or even more, depending on how the focusing of the IR laser beam 14 into the frequency-multiplying crystal arrangement 52 is designed. In Fig. 2 it is shown how the position of the beam waist from the position 56 immediately after starting the pulse sequence (t = 0, when opening the first shutter element 48) to the position 58 after about t = 10-20 s is. In position 58, the optical system 10 and in particular the formed thermal lens is in thermal equilibrium and the position of the beam waist does not change significantly with the first shutter element 48 still open.
Der virtuelle Ursprung (Taille) des emittierten Laserstrahls 14 wird durch die thermi- sche Linse verlegt (insbesondere in z-Richtung entlang der optischen Achse). The virtual origin (waist) of the emitted laser beam 14 is passed through the thermal lens (in particular in the z-direction along the optical axis).
Die Strahltaillenlageänderung hat im Wesentlichen keine Auswirkung auf die zu ho- mogenisierende lange Linienstrahlachse y. The jet waist position change has essentially no effect on the long line beam axis y to be homogenized.
Die Erzeugung der kleinen Strahlachse x des Linienstrahls nutzt jedoch die Gauß'sche Strahlpropagation und damit ergibt sich, dass die Taillenlage in der Laserstrahlquelle 26 Einfluss auf die Strahltaille im Fokus der Objektivlinse 18 hat. The generation of the small beam axis x of the line beam, however, uses the Gaussian beam propagation, and thus it follows that the waist position in the laser beam source 26 has an influence on the beam waist in the focus of the objective lens 18.
Typisch wird in Linienstrahlanordnungen wie der der Fig. la, lb eine Linienbreite (entlang der kurzen Achse x) zwischen 10-100 pm FWHM (Full Width at Half Maxi¬ mum) erzeugt. Dazu wird der Laserstrahl in dem 1:1 Teleskop (erste Teleskopanord¬ nung 20) optisch transportiert und anschließend in dem weiteren Teleskop (zweite Teleskopanordnung 36) aufgeweitet 1: 1 bis 1:5. Mit dem Zylinderobjektiv 18 wird der Laserstrahl 14 in die homogenisierte Ebene fokussiert (siehe Fig. 3, welche die Anordnung gemäß Fig. lb zeigt). Typically as that of FIG line in beam arrays. La, lb a line width (along the short axis x) between 10-100 pm FWHM (Full Width at Half ¬ Maxi mum) generated. For this purpose, the laser beam is optically transported in the 1: 1 telescope (first telescope arrangement 20) and then expanded in the further telescope (second telescope arrangement 36) 1: 1 to 1: 5. The cylindrical lens 18 focuses the laser beam 14 into the homogenized plane (see FIG. 3, which shows the arrangement according to FIG. 1b).
Die Anordnung ist so ausgelegt, dass Strahltaillenlageänderungen auf die Lage des Fokus hinter dem Fokussierungsobjektiv 18 im Rahmen der eingestellten Schärfentie¬ fe praktisch keine Auswirkungen haben. Grundsätzlich verschiebt sich die Lage des Fokus jedoch (entlang der optischen Achse z). Die Lageänderungen der Strahltaiile in der Laserstrahlquelle 26 haben jedoch deutliche Auswirkungen auf die Ausleuchtung des zylindrischen Fokussierungsobjektivs 18 (Abbildungseinrichtung 18). Für die Gauß'sche Strahlpropagation gilt, dass der Fokusdurchmesser der Gleichung folgt: d(l/e2) = 4 f A M2/(n D(l/e2)) The arrangement is designed so that beam waist position changes to the position of the focus behind the focusing lens 18 in the context of the set Schärfentie ¬ fe practically have no effect. Basically, however, the position of the focus shifts (along the optical axis z). The changes in the position of the radiation elements in the laser beam source 26, however, have significant effects on the illumination of the cylindrical focusing lens 18 (imaging device 18). For the Gaussian beam propagation, the focus diameter follows the equation: d (l / e 2 ) = 4 f AM 2 / (n D (l / e 2 ))
Dabei ist d der Durchmesser im Fokus und D der Durchmesser (1/e2) des Laser- strahls 14 an der Abbildungseinrichtung 18 mit der Brennweite f, M2 ist die Strahlqualitätszahl des Laserstrahls 14, l die Wellenlänge. Here d is the diameter in focus and D is the diameter (1 / e 2 ) of the laser beam 14 on the imaging device 18 with the focal length f, M 2 is the beam quality number of the laser beam 14, l is the wavelength.
Wird durch die Verschiebung der Strahltaille (siehe die Fig. 2 und 3) der Durchmes- ser D am Fokussierungsobjektiv 18 kleiner, wird der Fokusdurchmesser d größer.If, due to the displacement of the beam waist (see FIGS. 2 and 3) of the diameter D at the focusing lens 18, the focus diameter d becomes larger.
Dies hat zur Folge, dass die Peak-Intensität der Gaußverteilung in der Ebene der Beleuchtungslinie 22 abfällt. As a result, the peak intensity of the Gaussian distribution in the plane of the illumination line 22 drops.
Dieses Verhalten ist mit dem Laserstrahl 14 der Laserstrahlquelle 26 in dem opti¬ schen System gemäß Fig. la, lb beobachtet worden. Mit dem Einschalten einer Pulssequenz (Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) wird ein Fokus beobachtet, der innerhalb von typisch 10-20 s auf eine ~10 % größere Breite d anwächst. Danach stabilisiert sich die Breite und Intensität des Fokus. This behavior has been observed in the optical ¬ rule system according to Fig. La, lb with the laser beam 14, the laser beam source 26. With the switching on of a pulse sequence (opening of the first shutter element 48), a focus is observed which increases within typically 10-20 s to a ~ 10% greater width d. Thereafter, the width and intensity of the focus stabilizes.
Dieses Verhalten, welches ein Resultat der in der Kristallanordnung 52 erzeugten thermischen Linse ist, ist in Fig. 4 dargestellt. Zum Zeitpunkt t = 720 s wird das erste Shutter-Element 48 geöffnet und die Laserstrahlquelle 26 erzeugt den Laserstrahl 14. Wie anhand der oberen Kurve der Fig. 4 (Intensität, linke Skala) erkennbar ist, sinkt die anfängliche Intensität der Beleuchtungslinie 22 von einem Maximalwert innerhalb der ersten ca. 10 s auf einen Wert ab, welcher im Verlauf der weiteren Beleuchtung (das erste Shutter-Element 48 bleibt geöffnet) weitgehend konstant bleibt. Analog dazu ist die Breite entlang der kurzen Achse x der Beleuchtungslinie 22 (untere Kurve, FWHM, rechte Skala) unmittelbar beim Einschalten des Laserstrahls 14 auf einem Anfangswert und steigt anschließend innerhalb der ersten ca. 10 s auf einen Wert an, welcher im Verlauf der weiteren Beleuchtung weitgehend konstant bleibt. This behavior, which is a result of the thermal lens produced in the crystal assembly 52, is shown in FIG. At time t = 720 s, the first shutter element 48 is opened and the laser beam source 26 generates the laser beam 14. As can be seen from the upper curve of FIG. 4 (intensity, left scale), the initial intensity of the illumination line 22 decreases from one Maximum value within the first approx. 10 s to a value which remains largely constant in the course of the further illumination (the first shutter element 48 remains open). Analogously, the width along the short axis x of the illumination line 22 (lower curve, FWHM, right scale) immediately at the switching on of the laser beam 14 to an initial value and then increases within the first about 10 s to a value which in the course of remains largely constant.
Wie in der Fig. 5 dargestellt ist, ist das oben beschriebene Verhalten der Beleuch¬ tungslinie 22 reproduzierbar und tritt auch bei wiederholtem Ein- und Ausschalten der Laserstrahlquelle 26, d. h. bei wiederholtem Öffnen und Schließen des ersten Shutter-Elements 48 (im wiederkehrenden Burstmode), auf. Die Kristallanordnung 52 in der Laserstrahlquelle 26 wird aktiv auf eine Solltempera- tur stabilisiert, um die Frequenzkonversion effizient einzustellen (Anpassung der Brechungsindizes). Für verschiedene Burstmodesequenzen kann sich ein etwas ande- res Gleichgewicht einstellen. As shown in FIG. 5, the behavior of the BL LEVEL ¬ tung line 22 described above is reproducible and also occurs with repeated switching on and off the laser beam source 26, that is on repeated opening and closing of the first shutter member 48 (in the recurring burst mode) , on. The crystal array 52 in the laser beam source 26 is actively stabilized to a target temperature to efficiently adjust the frequency conversion (refractive indices matching). For different burst mode sequences, a slightly different balance may occur.
Erfindungsgemäß umfasst das optische System 10 eine erste Bewegungseinrichtung 60 (siehe beispielsweise Fig. la, lb), welche dazu geeignet ist, den oben geschilderten Effekt der Veränderung der Intensität und der Breite (FWHM) der Beleuchtungslinie 22 zu verringern und bestenfalls vollständig zu kompensieren. According to the invention, the optical system 10 comprises a first movement device 60 (see, for example, FIGS. 1a, 1b), which is suitable for reducing and at best completely compensating for the above-described effect of varying the intensity and width (FWHM) of the illumination line 22.
Anders ausgedrückt wird erfindungsgemäß das l : l-Teleskop (die erste Teleskopan- ordnung 20) und/oder das l:1...5-Teleskop (die zweite Teleskopanordnung 36) ge- zielt verstimmt, um dadurch die oben beschriebene Strahltaillenortänderung so zu kompensieren, dass sich Peakintensität und Strahlbreite am Substrat (d. h. in der Ebene der Beleuchtungslinie 22) nicht oder nur geringfügig (beispielsweise < 1 %) ändern. In other words, according to the present invention, the 1: 1 telescope (the first telescope assembly 20) and / or the 1: 1 ... 5 telescope (the second telescope assembly 36) are specifically detuned to thereby accommodate the beam waist location change described above compensate for the fact that peak intensity and beam width at the substrate (ie in the plane of the illumination line 22) do not change or only slightly (for example <1%).
In den untersuchten Ausführungen hat sich gezeigt, dass sich die erste Teleskopan- ordnung 20 (das l : l-Teleskop) dafür besonders eignet. Eine Verstellung von 0,1- 0,2 mm reicht in bestimmten Anordnungen aus. Da das zeitliche Verhalten derIn the examined versions, it has been shown that the first telescope arrangement 20 (the 1: 1 telescope) is particularly suitable for this purpose. An adjustment of 0.1-0.2 mm is sufficient in certain arrangements. Since the temporal behavior of the
Strahltaillenlageänderung für definierte Burstmode-Sequenzen reproduzierbar ist, kann eine fest eingestellte zeitabhängige Verstellung der ersten Linsengruppe 23 (d. h. in der Anordnung der Figuren la, lb der näher an der Laserstrahlquelle 26 positionierten Sammellinse 23 der ersten Teleskopanordnung 20) mit dem Start der Pulssequenz (d. h. mit dem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) genutzt werden. Als erste Bewegungseinrichtung 60 eignen sich Linearantriebe oder zum Beispiel auch Piezoantriebe. Radiation waist position change for defined burst mode sequences is reproducible, a fixed set time-dependent adjustment of the first lens group 23 (ie in the arrangement of Figures la, lb the closer to the laser beam source 26 positioned converging lens 23 of the first telescope assembly 20) with the start of the pulse sequence (ie with the opening of the first shutter element 48) can be used. As a first movement means 60 are linear actuators or, for example, piezo drives.
Die Verschiebung des Fokus bezüglich der kurzen Achse x hinter dem Fokussierob- jektiv 18 beträgt typisch 20-100 pm entlang der optischen Achse z, ein Bruchteil der üblichen Schärfentiefe. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, zugleich die Abbildungs¬ einrichtung 18 (das Fokussierungsobjektiv 18) ebenfalls mithilfe einer zweiten Bewe¬ gungseinrichtung 62 zu verfahren. In Fig. 6 ist die Gauß'sche Strahlpropagation in einem realen Strahlengang darge¬ stellt. Mit Hilfe der Strahlpropagation kann Strahldurchmesser und Fokuslage be¬ stimmt werden für die jeweilige Taillenausgangsposition in der Laserstrahlquelle 26. Die Verstellung der ersten Zylinderlinse 38 ist exemplarisch für eine Kompensation der Strahltaillenänderung in Fig. 7 dargestellt, zugleich die dazugehörige Verstellung der Abbildungseinrichtung 18 für die in Fig. 6 dargestellte Konfiguration. Die gleich- zeitige Verschiebung der Abbildungseinrichtung 18 kann dann notwendig sein, wenn die Schärfentiefe nicht deutlich größer ist als die Verstellung. Der Schärfentiefebereich wird durch die Strahlqualität des Laserstrahls 14 (Maßzahl M2) bzw. durch eine eventuelle Aufbereitung/Verkleinerung der Strahlqualität mit einer Strahltransformationsoptik festgelegt. Im Detail zeigt Fig. 7 eine geeignete Veränderung einer Position der ersten Zylinderlinse 23 der ersten Teleskopanordnung 20 („Teleskoplinse Shift", rechte Skala). Ferner ist eine geeignete Veränderung einer Position der Abbildungseinrichtung 18 dargestellt („Fokussierlinse Shift", rechte Skala). Die resultierende Halbwertsbreite („FWHM") der Beleuchtungslinie 22 bezüglich der kurzen Achse x ist ebenfalls in Fig. 7 dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass diese im Wesentlichen konstant bleibt und somit der Effekt der thermischen Linse nahezu vollständig kompensiert werden kann. The shift of the focus with respect to the short axis x behind the focusing objective 18 is typically 20-100 pm along the optical axis z, a fraction of the usual depth of field. However, in principle it is possible, at the same time the imaging device 18 to proceed ¬ using a second BEWE ¬ restriction device 62 (the focus lens 18) also. In FIG. 6, the Gaussian beam propagation is provides ¬ Darge in a real optical path. Using the beam propagation can beam diameter and focal position be true ¬ are for the respective waist position in the laser beam source 26th The adjustment of the first cylindrical lens 38 is shown as an example for a compensation of the beam waist change in Fig. 7, at the same time the associated adjustment of the imaging device 18 for the configuration shown in Fig. 6. The simultaneous displacement of the imaging device 18 may be necessary if the depth of field is not significantly greater than the adjustment. The depth of field is determined by the beam quality of the laser beam 14 (measure M 2 ) or by a possible treatment / reduction of the beam quality with a beam transformation optics. 7 shows a suitable change of a position of the first cylindrical lens 23 of the first telescope arrangement 20 ("telescope lens shift", right-hand scale) .A further suitable change of a position of the imaging apparatus 18 is shown ("focusing lens shift", right-hand scale). The resulting half-width ("FWHM") of the illumination line 22 with respect to the short axis x is also shown in FIG. 7, it being understood that it remains substantially constant and thus the effect of the thermal lens can be almost completely compensated.
Fig. 8 zeigt dieselbe Veränderung der ersten Teleskopanordnung 20 und der Abbil- dungseinrichtung 18 wie in Fig. 7 und zusätzlich die Veränderung der Position der Strahltaille („Taillenlage im Laser", linke Skala). FIG. 8 shows the same change of the first telescopic arrangement 20 and of the imaging device 18 as in FIG. 7 and additionally the change of the position of the beam waist ("waist position in the laser", left scale).
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass zumindest eine der Zylinderlinsen 23, 24, 38 und 40 von einer zugehörigen ersten Bewegungseinrichtung 60 entlang der optischen Achse z bewegt wird, sobald die Laserstrahlquelle 26 eingeschaltet wird, d. h. sobald (bzw. unmittelbar nachdem) das erste Shutter-Element 48 der Laser¬ strahlquelle 26 geöffnet wird. Als vorteilhaft hat sich hierbei eine Verschiebung der ersten Zylinderlinse 23 der ersten Teleskopanordnung 20 herausgestellt, wobei auf ähnliche Weise stattdessen oder zusätzlich eine der Zylinderlinsen 24, 38 und/oder 40 bewegt werden kann. According to the invention, it is thus provided that at least one of the cylindrical lenses 23, 24, 38 and 40 is moved along the optical axis z by an associated first movement device 60 as soon as the laser beam source 26 is switched on, ie as soon as (or immediately after) the first shutter Element 48 of the laser ¬ beam source 26 is opened. In this case, a displacement of the first cylindrical lens 23 of the first telescopic arrangement 20 has proven to be advantageous, wherein instead of or in addition, one of the cylindrical lenses 24, 38 and / or 40 can be moved in a similar manner.
Ferner ist in den obigen Beispielen der Fig. 7 und 8 eine Verschiebung der Abbil¬ dungseinrichtung 18 mithilfe einer zweiten Bewegungseinrichtung 62 beschrieben, welche jedoch optional ist. Further, in the above Examples 7 and 8, a displacement of the Abbil ¬-making device 18 using a second movement device 62 is the Fig. Described, which is however optional.
Zur Steuerung der Bewegung der ersten Bewegungseinrichtung 60 und gegebenenfalls der zweiten Bewegungseinrichtung 62 ist eine Steuereinheit 64 vorgesehen (siehe Fig. la, lb). Neben der Ansteuerung der Bewegung der jeweiligen Bewe- gungseinrichtung 60, 62 ist die Steuereinheit 64 für eine Ansteuerung der Laserstrahlquelle 26 verantwortlich. Genauer gesagt steuert die Steuereinheit 64 eine zeitliche Abfolge des Ein- und Ausschaltens der Laserstrahlquelle 26 bzw. des Öffnens und Schließen des ersten Shutter-Elements 48. Auch das weiter unten beschriebene optionale zweite Shutter-Element 66 kann von der Steuereinheit 64 gesteuert werden. For controlling the movement of the first movement device 60 and possibly the second movement device 62, a control unit 64 is provided (see FIG. 1a, 1b). In addition to controlling the movement of the respective movement Supply device 60, 62, the control unit 64 for driving the laser beam source 26 is responsible. More specifically, the control unit 64 controls a timing of turning on and off the laser beam source 26 and the opening and closing of the first shutter member 48, respectively. The optional second shutter member 66 described later may also be controlled by the control unit 64.
Die Steuereinheit 64 umfasst einen Speicher, in dem Steuerdaten gespeichert sind, auf Grundlage derer die erste Bewegungseinrichtung 60 (und gegebenenfalls die zweite Bewegungseinrichtung 62) eine Bewegung der ersten Zylinderlinse 23 (und gegebenenfalls der Abbildungseinrichtung 18) durchführen. Insbesondere können Daten hinterlegt sein, die eine zeitliche Abfolge einer Bewegung der jeweiligen Bewegungseinrichtung 60, 62 definieren. Somit können die in dem Speicher der Steuereinheit 64 gespeicherten Daten repräsentativ für die in den Fig. 7 und 8 The control unit 64 comprises a memory in which control data are stored, on the basis of which the first movement device 60 (and optionally the second movement device 62) perform a movement of the first cylindrical lens 23 (and optionally the imaging device 18). In particular, data may be stored which define a chronological sequence of a movement of the respective movement device 60, 62. Thus, the data stored in the memory of the controller 64 may be representative of that shown in FIGS. 7 and 8
dargestellte Kurve sein, welche den Ort der ersten Zylinderlinse 23 in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt. Dasselbe gilt für die Kurve, welche den Ort der Abbildungs- einrichtung 18 in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt. be represented curve which describes the location of the first cylindrical lens 23 as a function of time. The same applies to the curve which describes the location of the imaging device 18 as a function of time.
Die Steuerdaten können auf Grundlage einer vorherigen Kalibrierung gewonnen worden sein oder können durch Berechnung und/oder Simulation gewonnen worden sein, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben ist. The control data may have been obtained based on a previous calibration or may have been obtained by calculation and / or simulation, as described in connection with FIG.
Insbesondere kann die Steuereinheit 64 dazu eingerichtet sein, die erste Zylinderlinse 23 (insbesondere unmittelbar nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) gemäß einer vorbestimmten Orts-Zeit-Beziehung zu verfahren. Optional kann die Steuereinheit 64 dazu eingerichtet sein, die Abbildungseinrichtung 18 (insbesondere unmittelbar nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) gemäß einer vorbe¬ stimmten Orts-Zeit-Beziehung zu verfahren. In particular, the control unit 64 may be configured to move the first cylindrical lens 23 (in particular immediately after opening the first shutter element 48) in accordance with a predetermined position-time relationship. Optionally, the control unit 64 may be configured to proceed the imaging device 18 (particularly, immediately after opening of the first shutter member 48) in accordance with an agreed vorbe ¬ space-time relationship.
Die Steuereinheit 64 kann ferner eine Ansteuerung weiterer Funktionen und/oder Elemente des optischen Systems 10 bzw. einer Anlage, welche das optische System 10 umfasst, übernehmen. The control unit 64 can also control other functions and / or elements of the optical system 10 or a system comprising the optical system 10, take over.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Technik des Verschiebens einer Linse einer der Teleskopanordnungen 20, 36 kann das optische System 10 gemäß einer Ausfüh¬ rungsform optional ein zweites Shutter-Element 66 umfassen (siehe Fig. la, lb). Das zweite Shutter-Element 66 befindet sich im Strahlengang an beliebiger Stelle hinter der Kristallanordnung, beispielsweise direkt hinter der Laserstrahlquelle 26. Das zweite Shutter-Element 66 wird von der Steuereinheit 64 angesteuert. In addition to the above-described technique of moving a lens of the telescopic assemblies 20, 36, the optical system 10 according to an exporting ¬ approximate shape optional second shutter member 66 comprise (see Fig. La, lb). The second shutter element 66 is located in the beam path at any point behind the crystal arrangement, for example, directly behind the laser beam source 26. The second shutter element 66 is driven by the control unit 64.
Genauer gesagt ist die Steuereinheit 64 dazu eingerichtet, das erste Shutter-Element 48 und das zweite Shutter-Element 66 so anzusteuern, dass zunächst das erste Shut- ter-Element geöffnet wird, während das zweite Shutter-Element 66 geschlossen ist, und nach einer vorbestimmten Zeitspanne (beispielsweise im Bereich von 10-20 s) das zweite Shutter-Element 66 geöffnet wird. Durch diese Abfolge kann gewährleistet werden, dass eine starke Änderung der Taillenlage direkt nach dem Einschalten der Laserstrahlquelle 26 (d. h. direkt nach dem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) nicht zu einer starken Änderung der Strahlintensität bzw. Strahlbreite der Beleuchtungslinie 22 führt, da zu diesem Zeitpunkt der starken anfänglichen Änderung (beispielsweise in den ersten 10 s nach Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) das zweite Shutter-Element 66 noch geschlossen bleibt und zu dieser Zeit keine Beleuch- tungslinie 22 erzeugt wird. Erst nachdem sich der Effekt der thermischen Linse einigermaßen stabilisiert hat wird das zweite Shutter-Element 66 geöffnet und eine Beleuchtungslinie 22 erzeugt, deren Intensität und Breite weitgehend konstant bleibt. Geringfügige Änderungen, welche auch noch nach dieser vorbestimmten Zeitspanne in der Lage der Strahltaille auftreten können, werden durch eine Bewegung der ers- ten Bewegungseinrichtung 60 und gegebenenfalls der zweiten Bewegungseinrichtung 62 kompensiert, entsprechend der obigen Beschreibung. More specifically, the control unit 64 is adapted to drive the first shutter element 48 and the second shutter element 66 so that first the first shutter element is opened while the second shutter element 66 is closed and after one predetermined period of time (for example in the range of 10-20 s), the second shutter element 66 is opened. This sequence can ensure that a large change in the waist position immediately after switching on the laser beam source 26 (ie directly after the opening of the first shutter element 48) does not lead to a sharp change in the beam intensity or beam width of the illumination line 22 At this time of the strong initial change (for example in the first 10 s after opening the first shutter element 48), the second shutter element 66 still remains closed and no illumination line 22 is generated at this time. Only after the effect of the thermal lens has stabilized to some extent is the second shutter element 66 opened and a line of illumination 22 is generated whose intensity and width remain largely constant. Minor changes, which may still occur after this predetermined time in the position of the beam waist, are compensated by a movement of the first movement device 60 and possibly the second movement device 62, as described above.
Die oben beschriebene Technik der Verwendung eines zweiten Shutter-Elements 66 ist in Fig. 9 dargestellt. In der Figur ist die Intensität der Beleuchtungslinie 22 über die Zeit aufgetragen. Zur besseren Veranschaulichung zeigt die Fig. 9 auch die Intensität der Beleuchtungslinie 22 zu Zeiten in denen das zweite Shutter-Element 66 geschlossen ist und somit gar keine Beleuchtungslinie 22 erzeugt wird. Bei der in diesen Zeiten dargestellten Intensität handelt es sich um eine Intensität, welche die Beleuchtungslinie 22 hätte wenn das zweite Shutter-Element 66 geöffnet wäre. The above-described technique of using a second shutter element 66 is shown in FIG. In the figure, the intensity of the illumination line 22 is plotted over time. For better illustration, FIG. 9 also shows the intensity of the illumination line 22 at times when the second shutter element 66 is closed and thus no illumination line 22 is generated at all. The intensity shown in these times is an intensity which the illumination line 22 would have when the second shutter element 66 was opened.
In Fig. 9 ist ein Zeitraum 68 dargestellt, in dem die Laserstrahlquelle 26 eingeschaltet ist, d. h. in dem das erste Shutter-Element 48 geöffnet ist. In diesem Zeitraum befände sich die Intensität zu Beginn auf einen Maximalwert und würde innerhalb der ersten 10-20 s stark abfallen, bis ein weitgehend stabiler Zustand erreicht ist, siehe auch die Fig. 4 und 5. Wie durch den Zeitraum 70 angegeben ist, ist zu Beginn (für einen vorbestimmten Zeitraum 72 nach dem Öffnen des ersten Shutter-Elements 48) das zweite Shutter-Element 66 jedoch noch geschlossen und es wird keine Beleuch¬ tungslinie 22 erzeugt. Erst nach dem Zeitraum 72 wird in Zeitraum 74 das zweite Shuter-Element 66 (Prozess-Shutter) geöffnet und eine Beleuchtungslinie 22 wird erzeugt. Schwankungen in der Intensität und/oder der Breite (FWHM) der Beleuchtungslinie 22 werden - wie oben im Detail geschildert wurde - durch ein Bewegen mindestens einer Linsengruppe 23, 24, 38, 40 mindestens einer Teleskopanordnung 20, 36 kompensiert. In Fig. 9, a period 68 is shown, in which the laser beam source 26 is turned on, that is, in which the first shutter element 48 is opened. During this period, the intensity would initially be at a maximum and would fall sharply within the first 10-20 s until a largely stable state is reached, see also Figs. 4 and 5. As indicated by the period 70, at the beginning, however, still closed, the second shutter member 66 (for a predetermined period of time 72 after opening the first shutter member 48) and no BL LEVEL ¬ tung line 22 generates. Only after the period 72 in the period 74, the second Shutter element 66 (process shutter) is opened and a lighting line 22 is generated. Fluctuations in the intensity and / or width (FWHM) of the illumination line 22 are - as described in detail above - compensated by moving at least one lens group 23, 24, 38, 40 of at least one telescope arrangement 20, 36.
Es ist in einem Beispiel jedoch auch möglich, keine erste Bewegungseinrichtung 60 und keine zweite Bewegungseinrichtung 62 vorzusehen und den Effekt der thermischen Linse lediglich durch Steuern des zweiten Shutter-Elements 66 zu kompensie- ren, wie im Zusammenhang mit Fig. 9 beschrieben wurde. However, it is also possible in an example not to provide a first movement device 60 and a second movement device 62 and to compensate for the effect of the thermal lens only by controlling the second shutter element 66, as described in connection with FIG.
Die oben geschilderte Technik stellt eine Möglichkeit bereit, einen Effekt einer ther¬ mischen Linse und insbesondere eine damit verbundene Verschiebung der Strahltaille des Laserstrahls 14 zuverlässig und auf einfache und reproduzierbare Weise zu kom- pensieren. Auf diese Weise kann ein Substrat mit konstanter Intensität und konstan- ter Strahlbreite beleuchtet werden, was zu stabilen Materialeigenschaften und somit zu einer verbesserten Materialqualität führt. The above-described technique provides a way, compensate an effect of ther ¬ mix lens and in particular an associated displacement of the beam waist of the laser beam 14 reliably and in a simple and reproducible manner to com-. In this way, a substrate with constant intensity and constant beam width can be illuminated, which leads to stable material properties and thus to an improved material quality.
Die Figuren oder deren Bildteile sind nicht notwendigerweise als maßstabsgetreu anzusehen. Insofern kann beispielsweise in der Fig. lb die kurze Achse x des Strahlprofils 16 länger erscheinen als die lange Achse y in Fig. la. The figures or their parts are not necessarily to be considered as true to scale. In this respect, for example, in Fig. Lb, the short axis x of the beam profile 16 appear to be longer than the long axis y in Fig. La.
Sofern nicht ausdrücklich anders beschrieben, stehen identische Bezugszeichen in den Figuren für identische oder identisch wirkende Elemente. Außerdem ist eine beliebige Kombination der in den Figuren dargestellten Merkmale denkbar. Unless expressly stated otherwise, identical reference numerals in the figures stand for identical or identically acting elements. In addition, any combination of the features shown in the figures is conceivable.

Claims

Patentansprüche 1. Optisches System (10) zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie (22), umfassend: Claims 1. An optical system (10) for generating a lighting line (22), comprising:
eine Laserstrahlquelle (26) zum Erzeugen eines Laserstrahls (14) entlang einer optischen Achse (z);  a laser beam source (26) for generating a laser beam (14) along an optical axis (z);
eine Strahlformungseinrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (14) derart zu formen, dass ein Strahlprofil (16) des Laserstrahls (14) eine lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist; und  a beam shaping device (12) adapted to shape the laser beam (14) such that a beam profile (16) of the laser beam (14) has a long axis (y) and a short axis (x); and
eine im Strahlengang des Laserstrahls (14) der Strahlformungseinrichtung (12) nachgeordnete Abbildungseinrichtung (18), die dazu eingerichtet ist, den so geform- ten Laserstrahl (14) als eine Beleuchtungslinie (22) abzubilden,  an imaging device (18) arranged downstream of the beam shaping device (12) in the beam path of the laser beam (14) and configured to image the laser beam (14) thus formed as an illumination line (22),
wobei die Strahlformungseinrichtung (12) mindestens eine Teleskopanordnung wherein the beam-shaping device (12) has at least one telescope arrangement
(20) umfasst, welche eine erste Linsengruppe (23) und eine zweite Linsengruppe (24) umfasst, wobei die erste Linsengruppe (23) und die zweite Linsengruppe (24) mindestens bezüglich der kurzen Achse (x) eine optische Brechkraft aufweisen, (20) comprising a first lens group (23) and a second lens group (24), the first lens group (23) and the second lens group (24) having an optical power at least with respect to the short axis (x),
wobei das optische System (10) eine erste Bewegungseinrichtung (60) zum Bewegen mindestens einer der ersten und zweiten Linsengruppe entlang der opti¬ schen Achse (z) umfasst, und wherein the optical system (10) comprises a first moving means (60) for moving at least one of the first and second lens groups along the optical ¬ rule axis (z), and
wobei das optische System (10) ferner eine Steuereinheit (64) umfasst, wel- che dazu eingerichtet ist, die erste Bewegungseinrichtung (62) so anzusteuern, dass die mindestens eine der ersten und zweiten Linsengruppe bewegt wird während die Laserstrahlquelle (26) den Laserstrahl erzeugt.  wherein the optical system (10) further comprises a control unit (64) adapted to drive the first movement means (62) to move the at least one of the first and second lens groups while the laser beam source (26) is moving the laser beam generated.
2. Optisches System (10) nach Anspruch 1, 2. An optical system (10) according to claim 1,
wobei die Laserstrahlquelle (26) einen Laserresonator (46), eine dem Laserre- sonator (46) im Strahlengang nachgeordnete frequenzvervielfachende Kristallanord- nung (52) und ein im Strahlengang zwischen dem Laserresonator (46) und der Kristallanordnung (52) angeordnetes erstes Shutter-Element (48) umfasst, und  wherein the laser beam source (26) comprises a laser resonator (46), a frequency multiplying crystal arrangement (52) arranged downstream of the laser resonator (46) in the beam path and a first shutter arranged in the beam path between the laser resonator (46) and the crystal arrangement (52). Includes element (48), and
wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die erste Bewegungseinrich¬ tung (60) in Abhängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements (48) anzusteuern. wherein the control unit (64) is adapted to the first Bewegungsseinrich ¬ device (60) in response to an opening state of the first shutter element (48) to control.
3. Optisches System (10) nach Anspruch 2, 3. An optical system (10) according to claim 2,
wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die erste Bewegungseinrichtung (60) so anzusteuern, dass nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements (48) die Teleskopanordnung (20) kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren wird, um einen durch eine Erwärmung der Kristallanordnung (52) verursachten thermischen Linseneffekt zumindest teilweise zu kompensieren. 4. Optisches System (10) nach Anspruch 3, wherein the control unit (64) is arranged to control the first movement device (60) in such a way that after opening the first shutter element (48) the telescope assembly (20) is driven continuously from a first position to a second position to at least partially compensate for a thermal lensing effect caused by heating of the crystal array (52). 4. An optical system (10) according to claim 3,
wobei der thermische Linseneffekt zu einer Verschiebung einer Strahltaille des Laserstrahls (14) entlang der optischen Achse (z) führt und wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, diese Verschiebung so zu kompensieren, dass eine Breite der Beleuchtungslinie (22) und/oder eine maximale Intensität der Beleuchtungslinie (22) im Wesentlichen konstant gehalten wird.  wherein the thermal lensing effect results in a displacement of a beam waist of the laser beam (14) along the optical axis (z), and wherein the control unit (64) is adapted to compensate for this displacement such that a width of the illumination line (22) and / or a maximum intensity of the illumination line (22) is kept substantially constant.
5. Optisches System (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 5. Optical system (10) according to one of claims 2 to 4,
wobei es sich bei der mindestens einen Teleskopanordnung (20) um ein Kepler-Teleskop oder um ein Galileo-Teleskop handelt, und  wherein the at least one telescope arrangement (20) is a Kepler telescope or a Galileo telescope, and
wobei die Teleskopanordnung (20) dazu eingerichtet ist, einen im Wesentlichen kollimierten eintreffenden Laserstrahl als im Wesentlichen kollimierten Laser¬ strahl austreten zu lassen. said telescopic assembly (20) is arranged to a substantially collimated for exiting collimated laser beam ¬ incoming laser beam as a substantially.
6. Optisches System (10) nach Anspruch 5, 6. Optical system (10) according to claim 5,
wobei es sich bei der Teleskopanordnung (20) um ein Kepler-Teleskop handelt und wobei die erste Linsengruppe (23) und die zweite Linsengruppe (24) dieselbe Brennweite aufweisen, oder  wherein the telescope assembly (20) is a Kepler telescope and wherein the first lens group (23) and the second lens group (24) have the same focal length, or
wobei die zweite Linsengruppe (40) im Strahlengang hinter der ersten Linsengruppe (38) angeordnet ist und wobei die zweite Linsengruppe (40) eine größere Brennweite aufweist als die erste Unsengruppe (38), sodass ein in die Teleskopanordnung (36) eintreffender Laserstrahl als aufgeweiteter Laserstrahl austritt.  wherein the second lens group (40) is arranged in the beam path behind the first lens group (38) and wherein the second lens group (40) has a greater focal length than the first group of sensors (38), so that a laser beam entering the telescope arrangement (36) is expanded Laser beam emerges.
7. Optisches System (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, 7. An optical system (10) according to any one of claims 2 to 6,
wobei die zweite Linsengruppe (24) im Strahlengang hinter der ersten Linsen- gruppe (23) angeordnet ist,  wherein the second lens group (24) is arranged in the beam path behind the first lens group (23),
wobei die erste Bewegungseinrichtung (60) zum Bewegen der ersten Linsen¬ gruppe (23) eingerichtet ist, und wherein said first moving means (60) for moving the first lens group ¬ (23) is arranged, and
wobei die zweite Linsengruppe (24) starr gelagert ist. 8. Optisches System (10) nach Anspruch 7,  wherein the second lens group (24) is rigidly mounted. 8. An optical system (10) according to claim 7,
wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die erste Linsengruppe (23) nach Öffnen des ersten Shutter-Elements (48) entlang der optischen Achse (z) in Richtung des Strahlengangs zu verschieben. wherein the control unit (64) is adapted to move the first lens group (23) along the optical axis (z) in the direction of the beam path after opening the first shutter element (48).
9. Optisches System (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, ferner umfassend: eine zweite Bewegungseinrichtung (62) zum Bewegen der Abbildungseinrichtung (18) entlang der optischen Achse (z), The optical system (10) of any of claims 2 to 8, further comprising: second movement means (62) for moving the imaging means (18) along the optical axis (z),
wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die zweite Bewegungsein- richtung (62) so anzusteuern, dass die Abbildungseinrichtung (18) gleichzeitig mit der mindestens einen der ersten und der zweiten Linsengruppe bewegt wird.  wherein the control unit (64) is arranged to control the second movement device (62) such that the imaging device (18) is moved simultaneously with the at least one of the first and second lens groups.
10. Optisches System (10) nach Anspruch 9, 10. An optical system (10) according to claim 9,
wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, die zweite Bewegungsein- richtung (62) so anzusteuern, dass nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements (48) die Abbildungseinrichtung (18) kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefahren wird. 11. Optisches System (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, ferner umfassend: ein zweites Shutter-Element (66), welches im Strahlengang hinter der Kristallanordnung (52) angeordnet ist,  wherein the control unit (64) is arranged to control the second movement device (62) so that after opening the first shutter element (48) the imaging device (18) is moved continuously from a first position to a second position. 11. The optical system according to claim 2, further comprising: a second shutter element arranged in the beam path behind the crystal arrangement,
wobei die Steuereinheit (64) dazu eingerichtet ist, das erste Shutter-Element (48) und das zweite Shutter-Element (66) so anzusteuern, dass zunächst das erste Shutter-Element (48) geöffnet wird, während das zweite Shutter-Element (66) ge- schlossen ist, und nach einer vorbestimmten Zeitspanne das zweite Shutter-Element (66) geöffnet wird.  wherein the control unit (64) is arranged to control the first shutter element (48) and the second shutter element (66) in such a way that first the first shutter element (48) is opened while the second shutter element (48) 66) is closed, and after a predetermined period of time, the second shutter element (66) is opened.
12. Verfahren zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie, umfassend: 12. A method of generating a lighting line, comprising:
- Erzeugen eines Laserstrahls (14) entlang einer optischen Achse (z); - generating a laser beam (14) along an optical axis (z);
Formen des Laserstrahls (14) derart, dass ein Strahlprofil (16) des Laserstrahls (14) eine lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist;  Forming the laser beam (14) such that a beam profile (16) of the laser beam (14) has a long axis (y) and a short axis (x);
Abbilden des so geformten Laserstrahls (14) als eine Beleuchtungslinie (22); und  Imaging the thus-formed laser beam (14) as a line of illumination (22); and
- Bewegen mindestens einer ersten Linsengruppe (23) oder einer zweiten Linsengruppe (24) einer Teleskopanordnung (20) entlang der optischen Achse (z) und während der Laserstrahl (14) erzeugt wird, wobei die erste Linsengruppe (23) und die zweite Linsengruppe (24) mindestens bezüglich der kurzen Achse (x) eine opti¬ sche Brechkraft aufweisen. Moving at least a first lens group (23) or a second lens group (24) of a telescope arrangement (20) along the optical axis (z) and while the laser beam (14) is generated, the first lens group (23) and the second lens group (24) 24) have an opti ¬ cal refractive power at least with respect to the short axis (x).
13. Verfahren nach Anspruch 12, 13. The method according to claim 12,
wobei eine Laserstrahlquelle (26), welche den Laserstrahl (14) erzeugt, einen Laserresonator (46), eine dem Laserresonator (46) im Strahlengang nachgeordnete frequenzvervielfachende Kristallanordnung (52) und ein im Strahlengang zwischen dem Laserresonator (46) und der Kristallanordnung (52) angeordnetes erstes Shut- ter-Element (48) umfasst, und wherein a laser beam source (26), which generates the laser beam (14), a laser resonator (46), a laser resonator (46) in the beam path downstream comprising a frequency multiplying crystal arrangement (52) and a first shutter element (48) arranged in the beam path between the laser resonator (46) and the crystal arrangement (52), and
wobei die erste Linsengruppe (23) oder die zweite Linsengruppe (24) in Ab- hängigkeit eines Öffnungszustandes des ersten Shutter-Elements (48) bewegt wird.  wherein the first lens group (23) or the second lens group (24) is moved in response to an opening state of the first shutter member (48).
14. Verfahren nach Anspruch 13, 14. The method according to claim 13,
wobei nach einem Öffnen des ersten Shutter-Elements (48) die Teleskopan ordnung (20) kontinuierlich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gefah- ren wird, um einen durch eine Erwärmung der Kristallanordnung (52) verursachten thermischen Linseneffekt zumindest teilweise zu kompensieren.  wherein after opening of the first shutter element (48) the telescopic arrangement (20) is moved continuously from a first position to a second position in order to at least partially compensate for a thermal lensing effect caused by heating of the crystal arrangement (52).
15. Verfahren nach Anspruch 14, 15. The method according to claim 14,
wobei der thermische Linseneffekt zu einer Verschiebung einer Strahltaille des Laserstrahls (14) entlang der optischen Achse (z) führt und wobei das Bewegen dazu führt, diese Verschiebung so zu kompensieren, dass eine Breite der Beleuchtungslinie (22) und/oder eine maximale Intensität der Beleuchtungslinie (22) im Wesentlichen konstant gehalten wird.  wherein the thermal lensing effect results in a displacement of a beam waist of the laser beam (14) along the optical axis (z), and wherein the movement results in compensating for this displacement such that a width of the illumination line (22) and / or a maximum intensity of the Lighting line (22) is kept substantially constant.
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