WO2022074094A1 - Apparatus and method for generating a defined laser line on a working plane - Google Patents

Apparatus and method for generating a defined laser line on a working plane Download PDF

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WO2022074094A1
WO2022074094A1 PCT/EP2021/077643 EP2021077643W WO2022074094A1 WO 2022074094 A1 WO2022074094 A1 WO 2022074094A1 EP 2021077643 W EP2021077643 W EP 2021077643W WO 2022074094 A1 WO2022074094 A1 WO 2022074094A1
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axis
optical
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short
plateau
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PCT/EP2021/077643
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Andreas Heimes
Julian Hellstern
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
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    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
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    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02678—Beam shaping, e.g. using a mask

Definitions

  • the present invention relates to a device for generating a defined laser line on a working plane, with a laser light source that is set up to generate a raw laser beam, and with an optical arrangement that receives the raw laser beam and along an optical axis to form an illumination beam reshaped, wherein the illumination beam defines a beam direction that intersects the working plane, wherein the illumination beam has a beam profile in the region of the working plane which has a long axis with a long-axis beam width and a short axis with a short-axis beam width perpendicular to the beam direction, the optical arrangement is movable relative to the working plane along a direction of movement in order to process a workpiece with the aid of the illumination beam, and wherein the beam profile has a defined intensity curve over the short-axis beam width, which has a flank leading in the direction of movement e trailing edge in the direction of movement and one lying between the leading edge and the trailing edge Plateau has a higher intensity level in the area of the leading edge than in the area of the
  • the invention also relates to a method for generating a defined laser line on a working plane, with the steps
  • an optical arrangement that receives the raw laser beam and transforms it along an optical axis into an illumination beam that defines a beam direction that intersects the working plane, the optical arrangement having a plurality of optical elements and being movable relative to the working plane along a direction of movement to process a workpiece using the illumination beam, and
  • the illumination beam in the area of the working plane is given a beam profile which, perpendicular to the beam direction, has a long axis with a long-axis beam width and a short axis with a short-axis beam width, the beam profile having a defined intensity curve over the short-axis beam width which has an in direction of movement leading edge, a trailing edge in the direction of movement and a plateau lying between the leading edge and the trailing edge, and wherein the plateau has a higher intensity level in the area of the leading edge than in the area of the trailing edge.
  • the known device generates linear laser illumination on a work plane in order to machine a workpiece.
  • the workpiece can be amorphous silicon on a carrier plate.
  • the amorphous silicon is using the Laser line melted line by line and converted to polycrystalline silicon by cooling.
  • Such an application is often referred to in practice as solid state laser annealing (SLA) or excimer laser annealing (ELA).
  • a laser line is required on the working plane, which is as long as possible in one direction in order to cover the widest possible working area, and which is very short in comparison in the other direction in order to create a laser line for the respective Provide process required energy density. Accordingly, a long, thin laser line parallel to the working plane is desirable.
  • the direction in which the laser line runs is usually referred to as the long axis and the line thickness as the short axis of the so-called beam profile.
  • the laser line should have a defined intensity curve in both axes.
  • the laser line it is desirable for the laser line to have an intensity profile that is as rectangular as possible or possibly trapezoidal in the long axis, with the latter being advantageous if several such laser lines are to be joined together to form a longer overall line.
  • an ideally rectangular intensity profile (so-called top hat profile) is usually desired for SLA applications, which has a leading edge in the direction of movement, a trailing edge in the direction of movement and a flat plateau between the leading edge and the trailing edge.
  • US 2014/0027417 A1 describes that a modified, to a certain extent two-stage top hat profile for an SLA or ELA process is advantageous because the formation of the polycrystalline silicon takes place in several successive steps during the relative movement of the laser line and the optimal energy density for melting the material in the course of the movement.
  • the laser line is pulsed as it moves relative to the workpiece, and each section of the workpiece is illuminated with approximately 20 laser pulses during movement. The laser pulses melt the silicon several times and change its properties.
  • US 2014/0027417 A1 proposes generating the beam profile of the laser line using two raw laser beams that overlap in the area of the working plane.
  • the optical arrangement includes a separate beam path for each of the two raw laser beams.
  • Each of the two beam paths produces a largely top-hat shaped beam profile in the short axis.
  • the two Top Hat spray profiles are in the direction of the short zen axis offset from each other on the working plane, resulting in a beam profile with a defined step that separates two largely flat plateau sections.
  • a disadvantage of this solution is the effort involved in providing two raw laser beams and two parallel beam paths.
  • a device of the type mentioned is specified here, the optical arrangement being adjusted in such a way that the plateau receives an intensity level that falls continuously on average. Furthermore, a method of the type mentioned at the outset is specified, in which the optical elements are adjusted in such a way that the plateau is given an intensity level that falls continuously on average.
  • the illumination beam is preferably generated in pulses, in particular by the laser light source emits the raw laser beam in pulses.
  • the intensity curve of the beam profile in the short axis falls here against the direction of movement largely linearly from a higher first level in the area of the leading edge to a lower second level in the area of the trailing edge.
  • the intensity profile of the new device and the corresponding method is therefore similar to a pent roof.
  • a pent roof is a roof shape with only one sloping roof surface. Accordingly, the beam profile has a pent roof-shaped intensity curve in the short axis.
  • the plateau is preferably step-free.
  • the intensity curve of the device and the method is not ideally flat in reality, but can have small waves and ripples in the plateau that is inclined counter to the direction of movement. Small waves and ripples are unavoidable due to diffraction effects and manufacturing tolerances. However, the waves and ripples are small compared to the height of the plateau and can be ignored in an idealized view. In some embodiments, the waves and Ripple less than 10%, preferably less than 5% based on the intensity level of the plateau. Accordingly, the plateau of the new device and the method falls continuously on average against the direction of movement, in particular when considering a regression line drawn through the waves and ripples.
  • the new device and the method allow a more homogeneous workpiece processing due to the continuous waste. In addition, they allow in principle a simpler and more cost-effective implementation with only one raw laser beam. As a result, the new device and the method can be implemented with older, already existing devices by readjusting the optical elements in the beam path for the short-axis profile in the manner indicated. The subsequent installation of additional optical elements is conceivable, but not usually necessary. As has been shown, the pent-roof intensity profile can in many cases already be achieved by changing the fine adjustment of the optical elements. The above task is therefore solved in a simple and cost-effective manner.
  • the optical arrangement is set up to generate the plateau with a single raw laser beam. Accordingly, in preferred embodiments, the plateau is generated with a single raw laser beam.
  • the new device and the method benefit from the advantageous options already indicated above.
  • a homogeneous SLA processing of a workpiece is made possible in a particularly cost-effective manner.
  • the optical assembly includes a plurality of optical elements forming a beam path with respect to the short axis of the beam profile, one optical element of the plurality of optical elements being an objective lens at the end of the beam path, and where the beam path illuminates the objective lens off-centre.
  • the objective lens focuses the illumination beam onto the work plane.
  • the objective lens has a predominant power with respect to the short axis of the beam profile and is non-functional with respect to the long axis of the beam profile.
  • the short-axis beam path places the laser beam to be reshaped on the objective lens asymmetrically with respect to the optical axis of the short-axis beam path.
  • spherical aberrations of the objective lens have a greater influence on the laser beam to be reshaped on one side of the optical axis than on the other side.
  • a targeted adjustment of the optical elements in the short-axis beam path can advantageously contribute to illuminating the objective lens off-centre in order to implement the pent-roof-shaped inclined plateau in the intensity profile of the short-axis beam profile in a simple and cost-effective manner.
  • the multiplicity of optical elements has a telescopic lens in the beam path, the telescopic lens being arranged eccentrically with respect to the optical axis.
  • This configuration is a very cost-effective way of producing the pent-roof-shaped plateau, since a telescopic arrangement in the (short-axis) beam path of the optical arrangement is often required anyway.
  • the telescopic lens has a predominant refractive power with respect to the short axis of the beam profile and has no function with respect to the long axis of the beam profile.
  • the eccentrically adjusted telescopic lens can contribute in a simple and cost-effective manner to placing the laser beam to be reshaped off-center on the aforementioned objective lens, in order to form the sloping plateau.
  • the multiplicity of optical elements has a telescopic lens in the beam path, the telescopic lens being arranged at an angle in relation to the optical axis.
  • This configuration is also a very cost-effective way of producing the pent-roof-shaped plateau, since a telescopic arrangement in the (short-axis) beam path of the optical arrangement is often required anyway.
  • the telescopic lens has a predominant refractive power with respect to the short axis of the beam profile and has no function with respect to the long axis of the beam profile.
  • the obliquely arranged telescopic lens can be implemented by rotating the telescopic lens about the long axis when adjusting the optical arrangement.
  • the telescopic lens can be arranged eccentrically with respect to the optical axis of the short-axis beam path and also at an angle with respect to the optical axis of the short-axis beam path or rotated about the long axis.
  • the inclination of the plateau can be optimized in a simple and inexpensive manner.
  • the multiplicity of optical elements has a multiplicity of mirrors which fold the beam path, with at least one mirror from the multiplicity of mirrors being set up to illuminate the objective lens off-centre.
  • the folding of the beam path in particular in relation to the short axis, enables a compact design of the new device.
  • the tilting of the plateau can be implemented in a very simple and cost-effective manner.
  • a high beam quality can be achieved with this configuration, in that the lenses of the optical arrangement are primarily adjusted in relation to high beam quality, while the inclination of the plateau is realized with the aid of one or more folding mirrors.
  • the plateau can be tilted both by adjusting the lenses, as explained above, and by adjusting one or more mirrors, which enables flexible optimization of the new device.
  • FIG. 4 shows the intensity curve of a short-axis beam profile according to an exemplary embodiment of the new device and the new method.
  • FIG. 1 an embodiment of the new device is denoted in its entirety by the reference numeral 10.
  • the device 10 generates a laser line 12 in the area of a working plane 14 in order to machine a workpiece 16 that is placed in the area of the working plane 14 here.
  • the laser line 12 here runs in the direction of an x-axis (FIG. 2) and the line width is viewed here in the direction of the y-axis. Accordingly, the x-axis designates the long axis below and the y-axis designates the short axis of the beam profile formed on the working plane 14 (FIG. 2).
  • the workpiece 16 can contain a layer of amorphous silicon, which is melted using the laser line 12 and converted to polycrystalline silicon.
  • 1 shows the device 10 in a simplified and schematic representation of the short-axis beam path 18, which forms the short axis of the laser line. Accordingly, the laser line is in the "side view" of Fig. 1 (along the x-axis) only visible as a point.
  • the laser line 12 can be moved relative to the workpiece 16 in the direction of the arrow 20.
  • the device 10 has a laser light source 22, which can be, for example, a solid-state laser that generates laser light in the infrared range or in the UV range.
  • the laser light source 22 can include a Nd:YAG laser with a wavelength in the range of 1030 nm.
  • the laser light source 22 may include diode lasers, excimer lasers, or solid-state lasers that each generate laser light having wavelengths between 150 nm and 360 nm, 500 nm and 530 nm, or 900 nm to 1070 nm.
  • the laser light source 22 emits a raw laser beam 24 which can be coupled into an optical arrangement 26 via a glass fiber, for example.
  • the raw laser beam 24 is converted with the optical arrangement 26 into an illumination beam 28 which defines a beam direction 29 .
  • the beam direction 29 intersects the working plane 14.
  • the optical arrangement 26 includes a beam transformer 30 which expands the raw laser beam 24 in the x-direction (corresponding to the long axis).
  • the beam transformer 30 can be implemented like the beam transformer described in detail in WO 2018/019374 A1. Accordingly, WO 2018/019374 A1 is incorporated here by reference in relation to the beam transformer and further details of the optical arrangement, such as in particular the long-axis beamforming.
  • the beam transformer 30 may include a transparent, monolithic, plate-shaped element having a front side and a back side that are substantially parallel to each other.
  • the plate-shaped element can be arranged at an acute angle to the raw laser beam 24 .
  • the front and back can each have a reflective coating, so that the raw laser beam 24, which is coupled obliquely into the plate-shaped element on the front, experiences multiple reflections in the plate-shaped element before it emerges fanned out at the back of the plate-shaped element.
  • the optical arrangement 26 includes a long-axis optics, not shown here, which forms the reshaped raw laser beam 24 in the long axis.
  • the long-axis optics can contain one or more microlens arrays (not shown here) and one or more lenses with positive optical power predominantly in the long axis.
  • the microlens arrays and the one or more lenses can include cylindrical lenses that extend in the y-direction and in particular form an imaging homogenizer that homogenizes the raw laser beam 24 in the long axis in order to obtain an advantageous top hat intensity profile in the long axis.
  • the optical arrangement 26 also includes a plurality of optical elements 32, 34, 36, 38, which form the expanded raw laser beam in the short axis and focus it on the working plane.
  • the optical elements 32, 34, 36, 38 are arranged along an optical axis 40 and here include a first lens 32 and a second lens 34 which together form a telescope assembly 42.
  • Reference number 38 symbolizes a mirror arrangement with a multiplicity of mirrors 44, 46, 48 (see FIG. 2), which fold the beam path 18 in the short axis.
  • the optical element 38 is an objective lens here, which focuses the illumination beam 28 onto the working plane 14 .
  • the optical arrangement 26 is set up to generate the illumination beam 28 with a defined beam profile 50 in the area of the working plane 14 .
  • 3 shows such a beam profile 50 in an idealized representation.
  • the beam profile 50 describes the intensity I of the laser radiation on the working plane 14 as a function of the respective positions along the x-axis and the y-axis.
  • the beam profile 50 has a long axis 52 with a long-axis beamwidth in the x-direction and a short axis 54 with a short-axis beamwidth in the y-direction.
  • the short-axis beamwidth 54 can be defined, for example, as a full width at half maximum (FWHM) or as a width between the 90% intensity values (Full Width at 90% Maximum, FW@90%).
  • the beam profile 50 here has a top hat profile in the short axis with a first flank 56, a second flank 58 and a plateau 60, which falls continuously from the first flank 56 to the second flank 58.
  • the plateau 60 preferably falls largely linearly from the first flank 56 to the second flank 58, as is shown in simplified form in FIG.
  • the beam profile 50 is moved parallel to the y-axis relative to the working plane 14 in order to process a workpiece 16 .
  • the workpiece 16 is arranged on a table which can be moved in the y-direction. Accordingly, the first flank 56 leads in the direction of movement 20, the second flank 58 lags behind in the direction of movement 20 (FIG. 2).
  • the plateau 60 is inclined counter to the direction of movement and has the shape of a pent roof in a view parallel to the x-axis.
  • the short-axis beam profile with the flanks 56, 58 and the plateau 60 is shown greatly enlarged in FIGS. 1 and 2 for illustration purposes.
  • the short-axis beam width FWHM is in a range between 50 ⁇ m and 150 ⁇ m.
  • the long axis beam width can be in a range between 20mm and 1200mm.
  • a real short-axis beam profile 62 has various ripples and waves, particularly in the area of the plateau 60.
  • the Edges 56, 58 have a finite edge steepness, although ideally a vertical edge would be desirable in each case.
  • Reference numeral 64 designates a regression line, which can be a regression line through the ripple and waves 66, for example. It can be seen from the regression line 64 that the plateau 60 of the beam profile 62 is inclined here from the leading edge 56 to the trailing edge 58 . In the illustrated embodiment, the slope is about 3%. Preferably, the slope of the plateau 60 is between 0.5% and 5%, both inclusive.
  • the inclination of the plateau 60 is realized by a targeted adjustment of the optical elements 32, 34, 36, 38.
  • the telescope lens 34 and/or the mirrors 44, 46, 48 can be used in particular to adjust the short-axis beam path 18 in such a way that the objective lens 38 is illuminated eccentrically in relation to the optical axis 40.
  • the telescope lens 34 can be displaced along the optical axis, i.e. in the z-direction, as indicated by the arrow 68, and/or it can be pivoted about the long axis (parallel to the x-axis), as indicated by the arrow 70 is indicated.
  • off-centre illumination of the objective lens 38 and/or other lenses of the short-axis beam path 18 are shifted in the y-direction, as indicated by arrows 72 .
  • one or more mirrors 44, 46, 48 of the mirror assembly can be pivoted.
  • the telescope lens 32 was shifted by 100 m in the y-direction.
  • the telescope lens 34 was shifted by -40mm in the z-direction.
  • the telescope lens 34 can be pivoted here by an angle 74 of 0.5°.

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Abstract

The invention relates to an apparatus for generating a defined laser line (12) on a working plane (14), said apparatus comprising a laser light source (22) which is designed to generate a raw laser beam (24). Said apparatus also comprises an optical arrangement (26) which receives the raw laser beam (24) and transforms it along an optical axis (40) into an illumination beam (28). The illumination beam (28) defines a beam direction (29) which intersects the working plane (14) and has, in the region of the working plane (14), a beam profile (50) which has, perpendicular to the beam direction (29), a long axis (52) having a long-axis beam width and a short axis (54) having a short-axis beam width. The optical arrangement (26) can be moved relative to the working plane (14) along a direction of movement (20) in order to process a workpiece (16) with the aid of the illumination beam (28). The beam profile (50) has a defined intensity profile (62) over the short-axis beam width, said intensity profile having a leading edge (56) in the direction of movement (20), a trailing edge (58) in the direction of movement (20), and a plateau (60) located between the leading edge (56) and the trailing edge (58). The plateau (60) has a higher intensity level in the region of the leading edge (56) than in the region of the trailing edge (58). The optical arrangement (26) is adjusted in such a way that the plateau (60) has an average (64) continuously decreasing intensity level.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer definierten Laserlinie auf einer Arbeitsebene Device and method for generating a defined laser line on a working plane
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer definierten Laserlinie auf einer Arbeitsebene, mit einer Laserlichtguelle, die dazu eingerichtet ist, einen Laserrohstrahl zu erzeugen, und mit einer optischen Anordnung, die den Laserrohstrahl aufnimmt und entlang einer optischen Achse zu einem Beleuchtungsstrahl umformt, wobei der Beleuchtungsstrahl eine Strahlrichtung definiert, die die Arbeitsebene schneidet, wobei der Beleuchtungsstrahl im Bereich der Arbeitsebene ein Strahlprofil besitzt, das senkrecht zu der Strahlrichtung eine lange Achse mit einer Langachsstrahl breite und eine kurze Achse mit einer Kurzachsstrahlbreite aufweist, wobei die optische Anordnung relativ zu der Arbeitsebene entlang einer Bewegungsrichtung bewegbar ist, um ein Werkstück mit Hilfe des Beleuchtungsstrahls zu bearbeiten, und wobei das Strahlprofil über der Kurzachsstrahlbreite einen definierten Intensitätsverlauf aufweist, der eine in Bewegungsrichtung vorlaufende Flanke, eine in Bewegungsrichtung nachlaufende Flanke und ein zwischen der vorlaufenden Flanke und der nachlaufenden Flanke liegendes Plateau besitzt, wobei das Plateau im Bereich der vorlaufenden Flanke einen höheren Intensitätslevel aufweist als im Bereich der nachlaufenden Flanke. The present invention relates to a device for generating a defined laser line on a working plane, with a laser light source that is set up to generate a raw laser beam, and with an optical arrangement that receives the raw laser beam and along an optical axis to form an illumination beam reshaped, wherein the illumination beam defines a beam direction that intersects the working plane, wherein the illumination beam has a beam profile in the region of the working plane which has a long axis with a long-axis beam width and a short axis with a short-axis beam width perpendicular to the beam direction, the optical arrangement is movable relative to the working plane along a direction of movement in order to process a workpiece with the aid of the illumination beam, and wherein the beam profile has a defined intensity curve over the short-axis beam width, which has a flank leading in the direction of movement e trailing edge in the direction of movement and one lying between the leading edge and the trailing edge Plateau has a higher intensity level in the area of the leading edge than in the area of the trailing edge.
[0002] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen einer definierten Laserlinie auf einer Arbeitsebene, mit den Schritten The invention also relates to a method for generating a defined laser line on a working plane, with the steps
- Bereitstellen einer Laserlichtquelle, die einen Laserrohstrahl erzeugt, - Providing a laser light source that generates a raw laser beam,
- Bereitstellen einer optischen Anordnung, die den Laserrohstrahl aufnimmt und entlang einer optischen Achse zu einem Beleuchtungsstrahl umformt, der eine Strahlrichtung definiert, die die Arbeitsebene schneidet, wobei die optische Anordnung eine Vielzahl von optischen Elementen aufweist und relativ zu der Arbeitsebene entlang einer Bewegungsrichtung bewegbar ist, um ein Werkstück mit Hilfe des Beleuchtungsstrahls zu bearbeiten, und - Providing an optical arrangement that receives the raw laser beam and transforms it along an optical axis into an illumination beam that defines a beam direction that intersects the working plane, the optical arrangement having a plurality of optical elements and being movable relative to the working plane along a direction of movement to process a workpiece using the illumination beam, and
- Inbetriebnehmen der Laserlichtquelle, wobei der Beleuchtungsstrahl im Bereich der Arbeitsebene ein Strahlprofil erhält, das senkrecht zu der Strahlrichtung eine lange Achse mit einer Langachsstrahlbreite und eine kurze Achse mit einer Kurzachsstrahlbreite aufweist, wobei das Strahlprofil über der Kurzachsstrahlbreite einen definierten Intensitätsverlauf aufweist, der eine in Bewegungsrichtung vorlaufende Flanke, eine in Bewegungsrichtung nachlaufende Flanke und ein zwischen der vorlaufenden Flanke und der nachlaufenden Flanke liegendes Plateau erhält, und wobei das Plateau im Bereich der vorlaufenden Flanke einen höheren Intensitätslevel aufweist als im Bereich der nachlaufenden Flanke. - Putting the laser light source into operation, in which case the illumination beam in the area of the working plane is given a beam profile which, perpendicular to the beam direction, has a long axis with a long-axis beam width and a short axis with a short-axis beam width, the beam profile having a defined intensity curve over the short-axis beam width which has an in direction of movement leading edge, a trailing edge in the direction of movement and a plateau lying between the leading edge and the trailing edge, and wherein the plateau has a higher intensity level in the area of the leading edge than in the area of the trailing edge.
[0003] Eine solche Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren sind aus US 2014/0027417 A1 bekannt. Such a device and a corresponding method are known from US 2014/0027417 A1.
[0004] Die bekannte Vorrichtung erzeugt eine linienförmige Laserbeleuchtung auf einer Arbeitsebene, um ein Werkstück zu bearbeiten. Das Werkstück kann insbesondere amorphes Silizium auf einer Trägerplatte sein. Das amorphe Silizium wird mit Hilfe der Laserlinie zeilenweise aufgeschmolzen und durch Abkühlen zu polykristallinem Silizium umgewandelt. Eine derartige Anwendung wird in der Praxis häufig als Solid State Laser Annealing (SLA) oder Excimer Laser Annealing (ELA) bezeichnet. The known device generates linear laser illumination on a work plane in order to machine a workpiece. In particular, the workpiece can be amorphous silicon on a carrier plate. The amorphous silicon is using the Laser line melted line by line and converted to polycrystalline silicon by cooling. Such an application is often referred to in practice as solid state laser annealing (SLA) or excimer laser annealing (ELA).
[0005] Für eine solche Anwendung wird eine Laserlinie auf der Arbeitsebene benötigt, die in der einen Richtung möglichst lang ist, um eine möglichst breite Arbeitsfläche zu erfassen, und die im Vergleich dazu in der anderen Richtung sehr kurz ist, um eine für den jeweiligen Prozess benötigte Energiedichte bereitzustellen. Wünschenswert ist dementsprechend eine lange, dünne Laserlinie parallel zu der Arbeitsebene. Man bezeichnet die Richtung, in der die Laserlinie verläuft, üblicherweise als lange Achse und die Liniendicke als kurze Achse des sogenannten Strahlprofils. In der Regel soll die Laserlinie in beiden Achsen einen definierten Intensitätsverlauf aufweisen. Wünschenswert ist insbesondere, dass die Laserlinie in der langen Achse ein möglichst rechteckiges oder eventuell trapezförmiges Intensitätsprofil besitzt, wobei Letzteres vorteilhaft sein kann, wenn mehrere solcher Laserlinien zu einer längeren Gesamtlinie aneinandergesetzt werden sollen. In der kurzen Achse wird für SLA Anwendungen üblicherweise ein im Idealfall rechteckförmiges Intensitätsprofil (sogenanntes Top Hat Profil) gewünscht, das eine in Bewegungsrichtung vorlaufende Flanke, eine in Bewegungsrichtung nachlaufende Flanke und ein zwischen der vorlaufenden Flanke und der nachlaufenden Flanke liegendes, ebenes Plateau besitzt. For such an application, a laser line is required on the working plane, which is as long as possible in one direction in order to cover the widest possible working area, and which is very short in comparison in the other direction in order to create a laser line for the respective Provide process required energy density. Accordingly, a long, thin laser line parallel to the working plane is desirable. The direction in which the laser line runs is usually referred to as the long axis and the line thickness as the short axis of the so-called beam profile. As a rule, the laser line should have a defined intensity curve in both axes. In particular, it is desirable for the laser line to have an intensity profile that is as rectangular as possible or possibly trapezoidal in the long axis, with the latter being advantageous if several such laser lines are to be joined together to form a longer overall line. In the short axis, an ideally rectangular intensity profile (so-called top hat profile) is usually desired for SLA applications, which has a leading edge in the direction of movement, a trailing edge in the direction of movement and a flat plateau between the leading edge and the trailing edge.
[0006] US 2014/0027417 A1 beschreibt allerdings, dass ein modifiziertes, gewissermaßen zweistufiges Top Hat Profil für einen SLA bzw. ELA Prozess vorteilhaft sei, weil die Bildung des polykristallinen Siliziums bei der Relativbewegung der Laserlinie in mehreren aufeinander folgenden Schritten erfolge und sich die optimale Energiedichte zum Aufschmelzen des Materials im Verlauf der Bewegung verringere. Die Laserlinie wird bei ihrer Bewegung relativ zu dem Werkstück pulsweise erzeugt und jeder Abschnitt des Werkstücks wird während der Bewegung mit etwa 20 Laserpulsen beleuchtet. Durch die Laserpulse werde das Silizium mehrfach aufgeschmolzen und verändere seine Eigenschaften. US 2014/0027417 A1 schlägt aus diesem Grund vor, das Strahlprofil der Laserlinie mit Hilfe von zwei Laserrohstrahlen zu erzeugen, die sich im Bereich der Arbeitsebene überlagern. Die optische Anordnung beinhaltet für jeden der beiden Laserrohstrahlen einen eigenen Strahlengang. Jeder der beiden Strahlengänge erzeugt ein weitgehend Top Hat förmiges Strahlprofil in der kurzen Achse. Die beiden Top Hat Strahlprofile sind in Richtung der kur- zen Achse versetzt zueinander auf der Arbeitsebene platziert, so dass insgesamt ein Strahlprofil mit einer definierten Stufe resultiert, die zwei weitgehend ebene Plateauabschnitte trennt. However, US 2014/0027417 A1 describes that a modified, to a certain extent two-stage top hat profile for an SLA or ELA process is advantageous because the formation of the polycrystalline silicon takes place in several successive steps during the relative movement of the laser line and the optimal energy density for melting the material in the course of the movement. The laser line is pulsed as it moves relative to the workpiece, and each section of the workpiece is illuminated with approximately 20 laser pulses during movement. The laser pulses melt the silicon several times and change its properties. For this reason, US 2014/0027417 A1 proposes generating the beam profile of the laser line using two raw laser beams that overlap in the area of the working plane. The optical arrangement includes a separate beam path for each of the two raw laser beams. Each of the two beam paths produces a largely top-hat shaped beam profile in the short axis. The two Top Hat spray profiles are in the direction of the short zen axis offset from each other on the working plane, resulting in a beam profile with a defined step that separates two largely flat plateau sections.
[0007] Ein Nachteil dieser Lösung ist der Aufwand für die Bereitstellung von zwei Laserrohstrahlen und zwei parallelen Strahlengängen. Angesichts dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, die es auf alternative Weise ermöglichen, eine möglichst optimale Energiedichte bei der SLA-Bearbeitung eines Werkstücks bereitzustellen. A disadvantage of this solution is the effort involved in providing two raw laser beams and two parallel beam paths. In view of this, it is an object of the present invention to specify a device and a method of the type mentioned at the beginning that make it possible in an alternative way to provide the best possible energy density in the SLA machining of a workpiece.
[0008] Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird hier eine Vorrichtung der eingangs genannten Art angegeben, wobei die optische Anordnung derart justiert ist, dass das Plateau einen im Mittel kontinuierlich abfallenden Intensitätslevel erhält. Des Weiteren wird ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben, wobei die optischen Elemente derart justiert werden, dass das Plateau einen im Mittel kontinuierlich abfallenden Intensitätslevel erhält. According to one aspect of the present invention, a device of the type mentioned is specified here, the optical arrangement being adjusted in such a way that the plateau receives an intensity level that falls continuously on average. Furthermore, a method of the type mentioned at the outset is specified, in which the optical elements are adjusted in such a way that the plateau is given an intensity level that falls continuously on average.
[0009] Ebenso bei der oben beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren wird der Beleuchtungsstrahl vorzugsweise pulsweise erzeugt, insbesondere indem die Laserlichtquelle den Laserrohstrahl pulsweise aussendet. Unabhängig davon fällt der Intensitätsverlauf des Strahlprofils in der kurzen Achse hier entgegen der Bewegungsrichtung weitgehend linear von einem höheren ersten Niveau im Bereich der vorlaufenden Flanke auf ein niedrigeres zweites Niveau im Bereich der nachlaufenden Flanke ab. Der Intensitätsverlauf der neuen Vorrichtung und des entsprechenden Verfahrens ähnelt daher einem Pultdach. Ein Pultdach ist bei Gebäuden eine Dachform mit nur einer geneigten Dachfläche. Dementsprechend besitzt das Strahlprofil einen pultdachförmigen Intensitätsverlauf in der kurzen Achse. Vorzugsweise ist das Plateau stufenfrei. Dabei ist den Fachleuten klar, dass der Intensitätsverlauf der Vorrichtung und des Verfahrens in der Realität nicht ideal eben ist, sondern kleine Wellen und Rippel in dem entgegen der Bewegungsrichtung geneigten Plateau aufweisen kann. Kleine Wellen und Rippel sind aufgrund von Beugungseffekten und Fertigungstoleranzen unvermeidlich. Die Wellen und Rippel sind jedoch klein im Vergleich zu der Höhe des Plateaus und können bei einer idealisierten Betrachtung außer Acht bleiben. In einigen Ausführungsbeispielen können die Wellen und Rippel kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 5% bezogen auf den Intensitätslevel des Plateaus sein. Dementsprechend fällt das Plateau der neuen Vorrichtung und des Verfahrens im Mittel entgegen der Bewegungsrichtung kontinuierlich ab, insbesondere bei Betrachtung einer durch die Wellen und Rippel gelegten Regressionsgeraden. Also in the device and the method described above, the illumination beam is preferably generated in pulses, in particular by the laser light source emits the raw laser beam in pulses. Irrespective of this, the intensity curve of the beam profile in the short axis falls here against the direction of movement largely linearly from a higher first level in the area of the leading edge to a lower second level in the area of the trailing edge. The intensity profile of the new device and the corresponding method is therefore similar to a pent roof. In buildings, a pent roof is a roof shape with only one sloping roof surface. Accordingly, the beam profile has a pent roof-shaped intensity curve in the short axis. The plateau is preferably step-free. It is clear to those skilled in the art that the intensity curve of the device and the method is not ideally flat in reality, but can have small waves and ripples in the plateau that is inclined counter to the direction of movement. Small waves and ripples are unavoidable due to diffraction effects and manufacturing tolerances. However, the waves and ripples are small compared to the height of the plateau and can be ignored in an idealized view. In some embodiments, the waves and Ripple less than 10%, preferably less than 5% based on the intensity level of the plateau. Accordingly, the plateau of the new device and the method falls continuously on average against the direction of movement, in particular when considering a regression line drawn through the waves and ripples.
[0010] Die neue Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen aufgrund des kontinuierlichen Abfalls eine homogenere Werkstückbearbeitung. Darüber hinaus ermöglichen sie prinzipiell eine einfachere und kostengünstigere Realisierung mit nur einem Laserrohstrahl. Infolgedessen können die neue Vorrichtung und das Verfahren mit älteren, bereits bestehenden Vorrichtungen realisiert werden, indem die optischen Elemente im Strahlengang für das Kurzachsprofil in der angegebenen Weise neu justiert werden. Der nachträgliche Einbau von zusätzlichen optischen Elementen ist denkbar, aber regelmäßig nicht erforderlich. Wie sich gezeigt hat, kann der pultdachförmige Intensitätsverlauf in vielen Fällen bereits durch eine geänderte Feinjustierung der optischen Elemente erreicht werden. Die oben genannte Aufgabe ist daher auf einfache und kostengünstige Weise gelöst. The new device and the method allow a more homogeneous workpiece processing due to the continuous waste. In addition, they allow in principle a simpler and more cost-effective implementation with only one raw laser beam. As a result, the new device and the method can be implemented with older, already existing devices by readjusting the optical elements in the beam path for the short-axis profile in the manner indicated. The subsequent installation of additional optical elements is conceivable, but not usually necessary. As has been shown, the pent-roof intensity profile can in many cases already be achieved by changing the fine adjustment of the optical elements. The above task is therefore solved in a simple and cost-effective manner.
[0011] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die optische Anordnung dazu eingerichtet, das Plateau mit einem einzelnen Laserrohstrahl zu erzeugen. Dementsprechend wird das Plateau in bevorzugten Ausführungsbeispielen mit einem einzelnen Laserrohstrahl erzeugt. In a preferred embodiment of the invention, the optical arrangement is set up to generate the plateau with a single raw laser beam. Accordingly, in preferred embodiments, the plateau is generated with a single raw laser beam.
[0012] In dieser Ausgestaltung profitieren die neue Vorrichtung und das Verfahren von den bereits oben angedeuteten vorteilhaften Möglichkeiten. Eine homogene SLA Bearbeitung eines Werkstücks wird auf besonders kostengünstige Weise ermöglicht. In this embodiment, the new device and the method benefit from the advantageous options already indicated above. A homogeneous SLA processing of a workpiece is made possible in a particularly cost-effective manner.
[0013] In einer weiteren Ausgestaltung weist die optische Anordnung eine Vielzahl von optischen Elementen auf, die einen Strahlengang in Bezug auf die kurze Achse des Strahlprofils bilden, wobei ein optisches Element aus der Vielzahl der optischen Elemente eine Objektivlinse am Ende des Strahlengangs ist, und wobei der Strahlengang die Objektivlinse außermittig ausleuchtet. [0014] In bevorzugten Ausführungsbeispielen fokussiert die Objektivlinse den Beleuchtungsstrahl auf die Arbeitsebene. Vorzugsweise besitzt die Objektivlinse eine überwiegende Brechkraft in Bezug auf die kurze Achse des Strahlprofils und ist in Bezug auf die lange Achse des Strahlprofils funktionslos. Der Strahlengang der kurzen Achse platziert den umzuformenden Laserstrahl unsymmetrisch in Bezug auf die optische Achse des Kurzachs-Strahlengangs auf der Objektivlinse. Die unsymmetrische bzw. außermittige Beleuchtung hat zur Folge, dass sphärische Aberrationen der Objektivlinse den umzuformenden Laserstrahl auf der einen Seite der optischen Achse stärker beeinflussen als auf der anderen Seite. Dies führt in vorteilhafter weise zu einem schräg verlaufenden Plateau im Intensitätsverlauf des Kurzachs-Strahlprofils. Wie sich gezeigt hat, kann bereits eine gezielte Justierung der optischen Elemente im Kurzachs-Strahlengang vorteilhaft dazu beitragen, die Objektivlinse außermittig auszuleuchten, um so auf einfache und kostengünstige Weise das pultdachförmig geneigte Plateau im Intensitätsverlauf des Kurzachs-Strahlprofils zu implementieren. In another embodiment, the optical assembly includes a plurality of optical elements forming a beam path with respect to the short axis of the beam profile, one optical element of the plurality of optical elements being an objective lens at the end of the beam path, and where the beam path illuminates the objective lens off-centre. In preferred embodiments, the objective lens focuses the illumination beam onto the work plane. Preferably, the objective lens has a predominant power with respect to the short axis of the beam profile and is non-functional with respect to the long axis of the beam profile. The short-axis beam path places the laser beam to be reshaped on the objective lens asymmetrically with respect to the optical axis of the short-axis beam path. As a result of the asymmetrical or off-centre illumination, spherical aberrations of the objective lens have a greater influence on the laser beam to be reshaped on one side of the optical axis than on the other side. This advantageously leads to an inclined plateau in the intensity profile of the short-axis beam profile. As has been shown, a targeted adjustment of the optical elements in the short-axis beam path can advantageously contribute to illuminating the objective lens off-centre in order to implement the pent-roof-shaped inclined plateau in the intensity profile of the short-axis beam profile in a simple and cost-effective manner.
[0015] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vielzahl der optischen Elemente eine Teleskoplinse in dem Strahlengang auf, wobei die Teleskoplinse in Bezug auf die optische Achse außermittig angeordnet ist. In a further embodiment, the multiplicity of optical elements has a telescopic lens in the beam path, the telescopic lens being arranged eccentrically with respect to the optical axis.
[0016] Diese Ausgestaltung ist eine sehr kostengünstige Möglichkeit, um das pultdachförmige Plateau zu erzeugen, da eine Teleskopanordnung im (Kurzachs-)Strahlengang der optischen Anordnung häufig ohnehin benötigt wird. Vorteilhaft besitzt die Teleskoplinse eine überwiegende Brechkraft in Bezug auf die kurze Achse des Strahlprofils und ist in Bezug auf die lange Achse des Strahlprofils funktionslos. Die außermittig justierte Teleskoplinse kann auf einfache und kostengünstige dazu beitragen, den umzuformenden Laserstrahl außermittig auf der zuvor genannten Objektivlinse zu platzieren, um so das schräg abfallende Plateau zu bilden. [0016] This configuration is a very cost-effective way of producing the pent-roof-shaped plateau, since a telescopic arrangement in the (short-axis) beam path of the optical arrangement is often required anyway. Advantageously, the telescopic lens has a predominant refractive power with respect to the short axis of the beam profile and has no function with respect to the long axis of the beam profile. The eccentrically adjusted telescopic lens can contribute in a simple and cost-effective manner to placing the laser beam to be reshaped off-center on the aforementioned objective lens, in order to form the sloping plateau.
[0017] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vielzahl der optischen Elemente eine Teleskoplinse in dem Strahlengang auf, wobei die Teleskoplinse in Bezug auf die optische Achse schräg angeordnet ist. [0018] Auch diese Ausgestaltung ist eine sehr kostengünstige Möglichkeit, um das pultdachförmige Plateau zu erzeugen, da eine Teleskopanordnung im (Kurzachs-)Strah- lengang der optischen Anordnung häufig ohnehin benötigt wird. Vorteilhaft besitzt die Teleskoplinse eine überwiegende Brechkraft in Bezug auf die kurze Achse des Strahlprofils und ist in Bezug auf die lange Achse des Strahlprofils funktionslos. Die schräg angeordnete Teleskoplinse kann in bevorzugten Ausführungsbeispielen durch eine Rotation der Teleskoplinse um die lange Achse bei der Justierung der optischen Anordnung realisiert werden. Auch dies stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, um den umzuformenden Laserstrahl außermittig auf der oben genannten Objektivlinse zu platzieren. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Teleskoplinse außermittig in Bezug auf die optische Achse des Kurzachs-Strahlengangs und zudem auch schräg in Bezug auf die optische Achse des Kurzachs-Strahlengangs bzw. rotiert um die lange Achse angeordnet sein. In diesen Ausführungsbeispielen kann die Neigung des Plateaus auf einfache und kostengünstige Weise optimiert werden. In a further embodiment, the multiplicity of optical elements has a telescopic lens in the beam path, the telescopic lens being arranged at an angle in relation to the optical axis. [0018] This configuration is also a very cost-effective way of producing the pent-roof-shaped plateau, since a telescopic arrangement in the (short-axis) beam path of the optical arrangement is often required anyway. Advantageously, the telescopic lens has a predominant refractive power with respect to the short axis of the beam profile and has no function with respect to the long axis of the beam profile. In preferred exemplary embodiments, the obliquely arranged telescopic lens can be implemented by rotating the telescopic lens about the long axis when adjusting the optical arrangement. This also represents a simple and cost-effective way of placing the laser beam to be reshaped off-centre on the objective lens mentioned above. In some preferred exemplary embodiments, the telescopic lens can be arranged eccentrically with respect to the optical axis of the short-axis beam path and also at an angle with respect to the optical axis of the short-axis beam path or rotated about the long axis. In these exemplary embodiments, the inclination of the plateau can be optimized in a simple and inexpensive manner.
[0019] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vielzahl von optischen Elementen eine Vielzahl von Spiegeln auf, die den Strahlengang falten, wobei zumindest ein Spiegel aus der Vielzahl von Spiegeln dazu eingerichtet ist, die Objektivlinse ausmittig zu beleuchten. In a further embodiment, the multiplicity of optical elements has a multiplicity of mirrors which fold the beam path, with at least one mirror from the multiplicity of mirrors being set up to illuminate the objective lens off-centre.
[0020] Die Faltung des Strahlengangs, insbesondere in Bezug auf die kurze Achse ermöglicht eine kompakte Bauform der neuen Vorrichtung. Durch eine neue Justierung von einem oder mehreren Spiegeln der Anordnung kann die Schrägstellung des Plateaus auf sehr einfache und kostengünstige Weise realisiert werden. Des Weiteren kann mit dieser Ausgestaltung eine hohe Strahlqualität erreicht werden, indem die Linsen der optischen Anordnung primär in Bezug auf hohe Strahlqualität justiert werden, während die Schrägstellung des Plateaus mit Hilfe von einem oder mehreren Faltungsspiegeln realisiert wird. Alternativ oder ergänzend kann eine Schrägstellung des Plateaus sowohl durch Justierung der Linsen, wie oben erläutert, als auch durch Justierung von einem oder mehreren Spiegeln realisiert werden, was eine flexible Optimierung der neuen Vorrichtung ermöglicht. The folding of the beam path, in particular in relation to the short axis, enables a compact design of the new device. By readjusting one or more mirrors of the arrangement, the tilting of the plateau can be implemented in a very simple and cost-effective manner. Furthermore, a high beam quality can be achieved with this configuration, in that the lenses of the optical arrangement are primarily adjusted in relation to high beam quality, while the inclination of the plateau is realized with the aid of one or more folding mirrors. Alternatively or in addition, the plateau can be tilted both by adjusting the lenses, as explained above, and by adjusting one or more mirrors, which enables flexible optimization of the new device.
[0021] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in ande- ren Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other ren combinations or can be used alone without departing from the scope of the present invention.
[0022] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Kurzachsstrahlengangs eines ersten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung, 1 shows a simplified and schematic representation of the short-axis beam path of a first exemplary embodiment of the new device,
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer Spiegelfaltung zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung, 2 shows a simplified representation of a mirror folding to explain a further exemplary embodiment of the new device,
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung des Strahlprofils gemäß Ausführungsbeispielen der neuen Vorrichtung, 3 shows a simplified representation of the beam profile according to exemplary embodiments of the new device,
Fig. 4 den Intensitätsverlauf eines Kurzachs-Strahlprofils gemäß einem Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung und des neuen Verfahrens. 4 shows the intensity curve of a short-axis beam profile according to an exemplary embodiment of the new device and the new method.
[0023] In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 erzeugt eine Laserlinie 12 im Bereich einer Arbeitsebene 14, um ein Werkstück 16 zu bearbeiten, das hier im Bereich der Arbeitsebene 14 platziert ist. Die Laserlinie 12 verläuft hier in Richtung einer x-Achse (Fig. 2) und die Linienbreite wird hier in Richtung der y-Achse betrachtet. Dementsprechend bezeichnet die x-Achse im Folgenden die lange Achse und die y-Achse bezeichnet die kurze Achse des auf der Arbeitsebene 14 gebildeten Strahlprofils (Fig. 2). In Fig. 1 an embodiment of the new device is denoted in its entirety by the reference numeral 10. The device 10 generates a laser line 12 in the area of a working plane 14 in order to machine a workpiece 16 that is placed in the area of the working plane 14 here. The laser line 12 here runs in the direction of an x-axis (FIG. 2) and the line width is viewed here in the direction of the y-axis. Accordingly, the x-axis designates the long axis below and the y-axis designates the short axis of the beam profile formed on the working plane 14 (FIG. 2).
[0024] In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Werkstück 16 eine Schicht amorphes Silizium beinhalten, die mit Hilfe der Laserlinie 12 aufgeschmolzen und zu polykristallinem Silizium umgewandelt wird. Fig. 1 zeigt die Vorrichtung 10 in einer vereinfachten und schematischen Darstellung des Kurzachsstrahlengangs 18, der die kurze Achse der Laserlinie formt. Dementsprechend ist die Laserlinie in der „Seitenansicht“ der Fig. 1 (entlang der x-Achse) nur als Punkt sichtbar. Zur Bearbeitung des Werkstücks 16 kann die Laserlinie 12 relativ zu dem Werkstück 16 in Richtung des Pfeils 20 bewegt werden. In preferred exemplary embodiments, the workpiece 16 can contain a layer of amorphous silicon, which is melted using the laser line 12 and converted to polycrystalline silicon. 1 shows the device 10 in a simplified and schematic representation of the short-axis beam path 18, which forms the short axis of the laser line. Accordingly, the laser line is in the "side view" of Fig. 1 (along the x-axis) only visible as a point. To process the workpiece 16, the laser line 12 can be moved relative to the workpiece 16 in the direction of the arrow 20.
[0025] Die Vorrichtung 10 besitzt eine Laserlichtquelle 22, die beispielsweise ein Festkörperlaser sein kann, der Laserlicht im Infrarotbereich oder im UV-Bereich erzeugt. Beispielsweise kann die Laserlichtquelle 22 einen Nd:YAG Laser mit einer Wellenlänge im Bereich von 1030 nm beinhalten. In weiteren Beispielen kann die Laserlichtquelle 22 Diodenlaser, Excimerlaser oder Festkörperlaser beinhalten, die jeweils Laserlicht mit Wellenlängen zwischen 150 nm und 360 nm, 500 nm und 530 nm oder 900 nm bis 1070 nm erzeugen. The device 10 has a laser light source 22, which can be, for example, a solid-state laser that generates laser light in the infrared range or in the UV range. For example, the laser light source 22 can include a Nd:YAG laser with a wavelength in the range of 1030 nm. In other examples, the laser light source 22 may include diode lasers, excimer lasers, or solid-state lasers that each generate laser light having wavelengths between 150 nm and 360 nm, 500 nm and 530 nm, or 900 nm to 1070 nm.
[0026] Die Laserlichtquelle 22 sendet einen Laserrohstrahl 24 aus, der beispielsweise über eine Glasfaser in eine optische Anordnung 26 eingekoppelt werden kann. Der Laserrohstrahl 24 wird mit der optischen Anordnung 26 zu einem Beleuchtungsstrahl 28 umgeformt, der eine Strahlrichtung 29 definiert. Die Strahlrichtung 29 schneidet die Arbeitsebene 14. The laser light source 22 emits a raw laser beam 24 which can be coupled into an optical arrangement 26 via a glass fiber, for example. The raw laser beam 24 is converted with the optical arrangement 26 into an illumination beam 28 which defines a beam direction 29 . The beam direction 29 intersects the working plane 14.
[0027] Die optische Anordnung 26 beinhaltet einen Strahltransformator 30, der den Laserrohstrahl 24 in der x-Richtung (entsprechend der langen Achse) aufweitet. Der Strahltransformator 30 kann in einigen Ausführungsbeispielen realisiert sein, wie der Strahltransformator, der in WO 2018/019374 A1 im Detail beschrieben ist. Dementsprechend ist die WO 2018/019374 A1 hier in Bezug auf den Strahltransformator und weitere Details der optischen Anordnung, wie insbesondere die Langsachsstrahlformung, durch Bezugnahme aufgenommen. The optical arrangement 26 includes a beam transformer 30 which expands the raw laser beam 24 in the x-direction (corresponding to the long axis). In some embodiments, the beam transformer 30 can be implemented like the beam transformer described in detail in WO 2018/019374 A1. Accordingly, WO 2018/019374 A1 is incorporated here by reference in relation to the beam transformer and further details of the optical arrangement, such as in particular the long-axis beamforming.
[0028] Entsprechend WO 2018/019374 A1 kann der Strahltransformator 30 ein transparentes, monolithisches, plattenförmiges Element mit einer Vorderseite und einer Rückseite beinhalten, die im Wesentlichen parallel zueinanderstehen. Das plattenförmige Element kann unter einem spitzen Winkel zu dem Laserrohstrahl 24 angeordnet sein. Die Vorderseite und die Rückseite können jeweils eine reflektierende Beschichtung aufweisen, so dass der Laserrohstrahl 24, der an der Vorderseite schräg in das plattenförmige Element eingekoppelt wird, mehrfache Reflexionen in dem plattenförmigen Element erfährt, bevor er aufgefächert an der Rückseite des plattenförmigen Elements austritt. [0029] Die optische Anordnung 26 beinhaltet eine hier nicht dargestellte Langachsoptik, die den umgeformten Laserrohstrahl 24 in der langen Achse formt. Insbesondere kann die Langachsoptik ein oder mehrere Mikrolinsenarrays (hier nicht dargestellt) sowie eine oder mehrere Linsen mit positiver optischer Brechkraft überwiegend in der langen Achse beinhalten. Die Mikrolinsenarrays und die eine oder mehreren Linsen können Zylinderlinsen beinhalten, die sich in y-Richtung erstrecken und insbesondere einen abbildenden Homogenisierer bilden, der den Laserrohstrahl 24 in der langen Achse homogenisiert, um ein vorteilhaftes Top Hat Intensitätsprofil in der langen Achse zu erhalten. According to WO 2018/019374 A1, the beam transformer 30 may include a transparent, monolithic, plate-shaped element having a front side and a back side that are substantially parallel to each other. The plate-shaped element can be arranged at an acute angle to the raw laser beam 24 . The front and back can each have a reflective coating, so that the raw laser beam 24, which is coupled obliquely into the plate-shaped element on the front, experiences multiple reflections in the plate-shaped element before it emerges fanned out at the back of the plate-shaped element. The optical arrangement 26 includes a long-axis optics, not shown here, which forms the reshaped raw laser beam 24 in the long axis. In particular, the long-axis optics can contain one or more microlens arrays (not shown here) and one or more lenses with positive optical power predominantly in the long axis. The microlens arrays and the one or more lenses can include cylindrical lenses that extend in the y-direction and in particular form an imaging homogenizer that homogenizes the raw laser beam 24 in the long axis in order to obtain an advantageous top hat intensity profile in the long axis.
[0030] Die optische Anordnung 26 beinhaltet ferner eine Vielzahl von optischen Elementen 32, 34, 36, 38, die den aufgeweiteten Laserrohstrahl in der kurzen Achse formen und auf die Arbeitsebene fokussieren. Die optischen Elemente 32, 34, 36, 38 sind entlang einer optischen Achse 40 angeordnet und beinhalten hier eine erste Linse 32 und eine zweite Linse 34, die zusammen eine Teleskopanordnung 42 bilden. Bezugsziffer 38 symbolisiert eine Spiegelanordnung mit einer Vielzahl von Spiegel 44, 46, 48 (siehe Fig. 2), die den Strahlengang 18 in der kurzen Achse falten. Das optische Element 38 ist hier eine Objektivlinse, die den Beleuchtungsstrahl 28 auf die Arbeitsebene 14 fokussiert. The optical arrangement 26 also includes a plurality of optical elements 32, 34, 36, 38, which form the expanded raw laser beam in the short axis and focus it on the working plane. The optical elements 32, 34, 36, 38 are arranged along an optical axis 40 and here include a first lens 32 and a second lens 34 which together form a telescope assembly 42. Reference number 38 symbolizes a mirror arrangement with a multiplicity of mirrors 44, 46, 48 (see FIG. 2), which fold the beam path 18 in the short axis. The optical element 38 is an objective lens here, which focuses the illumination beam 28 onto the working plane 14 .
[0031] Die optische Anordnung 26 ist dazu eingerichtet, den Beleuchtungsstrahl 28 mit einem definierten Strahlprofil 50 im Bereich der Arbeitsebene 14 zu erzeugen. Fig. 3 zeigt ein solches Strahlprofil 50 in einer idealisierten Darstellung. Das Strahlprofil 50 beschreibt die Intensität I der Laserstrahlung auf der Arbeitsebene 14 in Abhängigkeit von den jeweiligen Positionen entlang der x-Achse und der y-Achse. Wie dargestellt, besitzt das Strahlprofil 50 eine lange Achse 52 mit einer Langachsstrahlbreite in x-Richtung und eine kurze Achse 54 mit einer Kurzachsstrahlbreite in y-Richtung. Die Kurzachsstrahlbreite 54 kann beispielsweise als Halbwertsbreite (FWHM) definiert sein oder als Breite zwischen den 90% Intensitätswerten (Full Width at 90% Maximum, FW@90%). Das Strahlprofil 50 besitzt hier in der kurzen Achse ein Top Hat Profil mit einer ersten Flanke 56, einer zweiten Flanke 58 und einem Plateau 60, das von der ersten Flanke 56 zur zweiten Flanke 58 kontinuierlich abfällt. Vorzugsweise fällt das Plateau 60 weitgehend linear von der ersten Flanke 56 zur zweiten Flanke 58 ab, wie dies vereinfacht in Fig. 3 dargestellt ist. [0032] Wie in Fig. 1 und 2 angedeutet ist, wird das Strahlprofil 50 zur Bearbeitung eines Werkstücks 16 parallel zur y-Achse relativ zu der Arbeitsebene 14 bewegt. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Werkstück 16 auf einem Tisch angeordnet, der in y- Richtung verfahren kann. Dementsprechend läuft die erste Flanke 56 in der Bewegungsrichtung 20 vor, die zweite Flanke 58 läuft in der Bewegungsrichtung 20 nach (Fig. 2). Das Plateau 60 ist entgegen der Bewegungsrichtung geneigt und in einer Ansicht parallel zur x-Achse pultdachförmig. Der guten Ordnung halber sei darauf hingewiesen, dass das Kurzachsstrahlprofil mit den Flanken 56, 58 und dem Plateau 60 in Fig. 1 und 2 zur Illustration stark vergrößert dargestellt ist. In bevorzugten Ausführungsbeispielen liegt die Kurzachsstrahlbreite FWHM in einem Bereich zwischen 50 .m und 150 .m. Die Langachsstrahlbreite kann in einem Bereich zwischen 20mm und 1200mm liegen. The optical arrangement 26 is set up to generate the illumination beam 28 with a defined beam profile 50 in the area of the working plane 14 . 3 shows such a beam profile 50 in an idealized representation. The beam profile 50 describes the intensity I of the laser radiation on the working plane 14 as a function of the respective positions along the x-axis and the y-axis. As illustrated, the beam profile 50 has a long axis 52 with a long-axis beamwidth in the x-direction and a short axis 54 with a short-axis beamwidth in the y-direction. The short-axis beamwidth 54 can be defined, for example, as a full width at half maximum (FWHM) or as a width between the 90% intensity values (Full Width at 90% Maximum, FW@90%). The beam profile 50 here has a top hat profile in the short axis with a first flank 56, a second flank 58 and a plateau 60, which falls continuously from the first flank 56 to the second flank 58. The plateau 60 preferably falls largely linearly from the first flank 56 to the second flank 58, as is shown in simplified form in FIG. As indicated in FIGS. 1 and 2, the beam profile 50 is moved parallel to the y-axis relative to the working plane 14 in order to process a workpiece 16 . In some preferred exemplary embodiments, the workpiece 16 is arranged on a table which can be moved in the y-direction. Accordingly, the first flank 56 leads in the direction of movement 20, the second flank 58 lags behind in the direction of movement 20 (FIG. 2). The plateau 60 is inclined counter to the direction of movement and has the shape of a pent roof in a view parallel to the x-axis. For the sake of good order, it should be pointed out that the short-axis beam profile with the flanks 56, 58 and the plateau 60 is shown greatly enlarged in FIGS. 1 and 2 for illustration purposes. In preferred exemplary embodiments, the short-axis beam width FWHM is in a range between 50 μm and 150 μm. The long axis beam width can be in a range between 20mm and 1200mm.
[0033] Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Intensitätsverlauf 62 des Strahlprofils 50 in der kurzen Achse gemäß einem Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung 10. Wie man hier erkennen kann, besitzt ein reales Kurzachsstrahlprofil 62 diverse Ripple und Wellen, insbesondere im Bereich des Plateaus 60. Die Flanken 56, 58 besitzen eine endliche Flankensteilheit, wenngleich im Idealfall jeweils eine senkrechte Flanke wünschenswert wäre. Bezugsziffer 64 bezeichnet eine Ausgleichsgerade, die beispielsweise eine Regressionsgerade durch die Ripple und Wellen 66 sein kann. Anhand der Ausgleichsgeraden 64 kann man erkennen, dass das Plateau 60 des Strahlprofils 62 hier von der vorlaufenden Flanke 56 zur nachlaufenden Flanke 58 geneigt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Neigung etwa 3%. Bevorzugt liegt die Neigung des Plateaus 60 zwischen 0,5% und 5%, jeweils einschließlich. shows an exemplary intensity curve 62 of the beam profile 50 in the short axis according to an embodiment of the new device 10. As can be seen here, a real short-axis beam profile 62 has various ripples and waves, particularly in the area of the plateau 60. The Edges 56, 58 have a finite edge steepness, although ideally a vertical edge would be desirable in each case. Reference numeral 64 designates a regression line, which can be a regression line through the ripple and waves 66, for example. It can be seen from the regression line 64 that the plateau 60 of the beam profile 62 is inclined here from the leading edge 56 to the trailing edge 58 . In the illustrated embodiment, the slope is about 3%. Preferably, the slope of the plateau 60 is between 0.5% and 5%, both inclusive.
[0034] In den bevorzugten Ausführungsbeispielen des neuen Verfahrens wird die Neigung des Plateaus 60 durch eine gezielte Justierung der optischen Elemente 32, 34, 36, 38 realisiert. Wie in Fig. 1 und 2 angedeutet ist, können insbesondere die Teleskoplinse 34 und/oder die Spiegel 44, 46,48 verwendet werden, um den Kurzachsstrahlengang 18 so einzustellen, dass die Objektivlinse 38 bezogen auf die optische Achse 40 außermittig beleuchtet wird. Insbesondere kann die Teleskoplinse 34 entlang der optischen Achse, also in z-Richtung, verschoben werden, wie mit dem Pfeil 68 angedeutet ist, und/oder sie kann um die lange Achse (parallel zur x-Achse) verschwenkt werden, wie mit dem Pfeil 70 angedeutet ist. Des Weiteren kann eine außermittige Beleuchtung der Objektivlinse 38 und/oder weiterer Linsen des Kurzachsstrahlengangs 18 in y-Richtung verschoben werden, wie dies mit Pfeilen 72 angedeutet ist. Schließlich können ein oder mehrere Spiegel 44, 46, 48 der Spiegelanordnung verschwenkt werden. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wurde die Teleskoplinse 32 um 100 .m in y-Richtung verschoben. Außerdem wurde die Teleskoplinse 34 noch um -40mm in z-Richtung verschoben. In the preferred exemplary embodiments of the new method, the inclination of the plateau 60 is realized by a targeted adjustment of the optical elements 32, 34, 36, 38. As indicated in FIGS. 1 and 2, the telescope lens 34 and/or the mirrors 44, 46, 48 can be used in particular to adjust the short-axis beam path 18 in such a way that the objective lens 38 is illuminated eccentrically in relation to the optical axis 40. In particular, the telescope lens 34 can be displaced along the optical axis, i.e. in the z-direction, as indicated by the arrow 68, and/or it can be pivoted about the long axis (parallel to the x-axis), as indicated by the arrow 70 is indicated. Furthermore, off-centre illumination of the objective lens 38 and/or other lenses of the short-axis beam path 18 are shifted in the y-direction, as indicated by arrows 72 . Finally, one or more mirrors 44, 46, 48 of the mirror assembly can be pivoted. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the telescope lens 32 was shifted by 100 m in the y-direction. In addition, the telescope lens 34 was shifted by -40mm in the z-direction.
Alternativ zu der Verschiebung der Teleskoplinse 32 in y-Richtung kann die Teleskoplinse 34 hier um einen Winkel 74 von 0,5° verschwenkt sein. As an alternative to the displacement of the telescope lens 32 in the y-direction, the telescope lens 34 can be pivoted here by an angle 74 of 0.5°.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zum Erzeugen einer definierten Laserlinie (12) auf einer Arbeitsebene (14), mit einer Laserlichtquelle (22), die dazu eingerichtet ist, einen Laserrohstrahl (24) zu erzeugen, und mit einer optischen Anordnung (26), die den Laserrohstrahl (24) aufnimmt und entlang einer optischen Achse (40) zu einem Beleuchtungsstrahl (28) umformt, wobei der Beleuchtungsstrahl (28) eine Strahlrichtung (29) definiert, die die Arbeitsebene (14) schneidet, wobei der Beleuchtungsstrahl (28) im Bereich der Arbeitsebene (14) ein Strahlprofil (50) besitzt, das senkrecht zu der Strahlrichtung (29) eine lange Achse (52) mit einer Langachsstrahl breite und eine kurze Achse (54) mit einer Kurzachsstrahlbreite aufweist, wobei die optische Anordnung (26) relativ zu der Arbeitsebene (14) entlang einer Bewegungsrichtung (20) bewegbar ist, um ein Werkstück (16) mit Hilfe des Beleuchtungsstrahls (28) zu bearbeiten, und wobei das Strahlprofil (50) über der Kurzachsstrahlbreite einen definierten Intensitätsverlauf (62) aufweist, der eine in Bewegungsrichtung (20) vorlaufende Flanke (56), eine in Bewegungsrichtung (20) nachlaufende Flanke (58) und ein zwischen der vorlaufenden Flanke (56) und der nachlaufenden Flanke (58) liegendes Plateau (60) besitzt, wobei das Plateau (60) im Bereich der vorlaufenden Flanke (56) einen höheren Intensitätslevel aufweist als im Bereich der nachlaufenden Flanke (58), dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (26) derart justiert ist, dass das Plateau (60) einen im Mittel (64) kontinuierlich abfallenden Intensitätslevel erhält. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (26) dazu eingerichtet ist, das Plateau (60) mit einem einzelnen Laserrohstrahl (24) zu erzeugen. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (26) eine Vielzahl von optischen Elementen (32, 34, 36, 38) aufweist, die einen Strahlengang (18) in Bezug auf die kurze Achse des Strahlprofils (50) bilden, wobei ein optisches Element aus der Vielzahl der optischen Elemente eine Objektivlinse (38) am Ende des Strahlengangs ist, und wobei der Strahlengang (18) die Objektivlinse (38) außermittig ausleuchtet. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der optischen Elemente (32, 34, 36, 38) eine Teleskoplinse (34) in dem Strahlengang (18) aufweist, wobei die Teleskoplinse (32) in Bezug auf die optische Achse (40) außermittig angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der optischen Elemente (32, 34, 36, 38) eine Teleskoplinse (34) in dem Strahlengang (18) aufweist, wobei die Teleskoplinse (34) in Bezug auf die optische Achse (40) schräg angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von optischen Elementen (32, 34, 36, 38) eine Vielzahl von Spiegeln (44, 46, 48) aufweist, die den Strahlengang (18) falten, wobei zumindest ein Spiegel aus der Vielzahl von Spiegeln (44, 46, 48) dazu eingerichtet ist, die Objektivlinse (38) ausmittig zu beleuchten. Verfahren zum Erzeugen einer definierten Laserlinie (12) auf einer Arbeitsebene (14), mit den Schritten Device for generating a defined laser line (12) on a working plane (14), with a laser light source (22) which is set up to generate a raw laser beam (24), and with an optical arrangement (26) which transmits the raw laser beam ( 24) and converts it into an illumination beam (28) along an optical axis (40), the illumination beam (28) defining a beam direction (29) which intersects the working plane (14), the illumination beam (28) in the region of the working plane (14) has a beam profile (50) which has a long axis (52) with a long-axis beam width and a short axis (54) with a short-axis beam width perpendicular to the beam direction (29), the optical arrangement (26) being relative to the Working plane (14) is movable along a direction of movement (20) in order to process a workpiece (16) with the aid of the illumination beam (28), and wherein the beam profile (50) over the short-axis beam width defines a n intensity profile (62), which has a leading edge (56) in the direction of movement (20), a trailing edge (58) in the direction of movement (20) and a plateau (56) lying between the leading edge (56) and the trailing edge (58). 60), the plateau (60) having a higher intensity level in the area of the leading edge (56) than in the area of the trailing edge (58), characterized in that the optical arrangement (26) is adjusted in such a way that the plateau ( 60) has an intensity level that falls continuously on average (64). Device according to claim 1, characterized in that the optical arrangement (26) is set up to generate the plateau (60) with a single raw laser beam (24). Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the optical arrangement (26) has a multiplicity of optical elements (32, 34, 36, 38) which have a beam path (18) in relation to the short axis of the beam profile (50) form, wherein an optical element of the plurality of optical elements is an objective lens (38) at the end of the beam path, and wherein the beam path (18) illuminates the objective lens (38) off-center. Device according to Claim 3, characterized in that the plurality of optical elements (32, 34, 36, 38) has a telescopic lens (34) in the beam path (18), the telescopic lens (32) being tilted with respect to the optical axis (40th ) is arranged eccentrically. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the plurality of optical elements (32, 34, 36, 38) includes a telescopic lens (34) in the optical path (18), the telescopic lens (34) with respect to the optical axis (40) is arranged obliquely. Device according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the plurality of optical elements (32, 34, 36, 38) has a plurality of mirrors (44, 46, 48) which fold the beam path (18), at least one of the plurality of mirrors (44, 46, 48) configured to illuminate the objective lens (38) off-center. Method for generating a defined laser line (12) on a working plane (14), with the steps
- Bereitstellen einer Laserlichtquelle (22), die einen Laserrohstrahl (24) erzeugt, - Providing a laser light source (22) which generates a raw laser beam (24),
- Bereitstellen einer optischen Anordnung (26), die den Laserrohstrahl (24) aufnimmt und entlang einer optischen Achse (40) zu einem Beleuchtungsstrahl (28) umformt, der eine Strahlrichtung (29) definiert, die die Arbeitsebene (14) schneidet, wobei die optische Anordnung (26) eine Vielzahl von optischen Elementen (32, 34, 36, 38) aufweist und relativ zu der Arbeitsebene (14) entlang einer Bewegungsrichtung (20) bewegbar ist, um ein Werkstück (16) mit Hilfe des Beleuchtungsstrahls (28) zu bearbeiten, und - Providing an optical arrangement (26) which receives the raw laser beam (24) and converts it along an optical axis (40) into an illumination beam (28) which defines a beam direction (29) which intersects the working plane (14), the Optical arrangement (26) has a multiplicity of optical elements (32, 34, 36, 38) and can be moved relative to the working plane (14) along a direction of movement (20) in order to illuminate a workpiece (16) with the aid of the illumination beam (28) to edit, and
Inbetriebnehmen der Laserlichtquelle (22), 15 wobei der Beleuchtungsstrahl (28) im Bereich der Arbeitsebene (14) ein Strahlprofil (50) erhält, das senkrecht zu der Strahlrichtung (29) eine lange Achse (52) mit einer Langachsstrahl breite und eine kurze Achse (54) mit einer Kurzachsstrahlbreite aufweist, wobei das Strahlprofil (50) über der Kurzachsstrahlbreite einen definierten Intensitätsverlauf (62) aufweist, der eine in Bewegungsrichtung (20) vorlaufende Flanke (56), eine in Bewegungsrichtung nachlaufende Flanke (58) und ein zwischen der vorlaufenden Flanke (56) und der nachlaufenden Flanke (58) liegendes Plateau (60) erhält, und wobei das Plateau (60) im Bereich der vorlaufenden Flanke (56) einen höheren Intensitätslevel aufweist als im Bereich der nachlaufenden Flanke (58), dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (32, 34, 36, 38) derart justiert werden, dass das Plateau (60) einen im Mittel (64) kontinuierlich abfallenden Intensitätslevel erhält. putting the laser light source (22) into operation, 15, the illumination beam (28) in the area of the working plane (14) being given a beam profile (50) which has a long axis (52) with a long-axis beam width and a short axis (54) with a short-axis beam width perpendicular to the beam direction (29). , wherein the beam profile (50) has a defined intensity curve (62) over the short-axis beam width, which has an edge (56) leading in the direction of movement (20), an edge (58) trailing in the direction of movement and a between the leading edge (56) and the trailing edge (58) and the plateau (60) has a higher intensity level in the area of the leading edge (56) than in the area of the trailing edge (58), characterized in that the optical elements (32 , 34, 36, 38) are adjusted in such a way that the plateau (60) receives an intensity level that falls continuously on average (64).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022105342A1 (en) 2022-03-08 2023-09-14 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Device for generating a defined laser line on a working plane

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274414B1 (en) * 1996-08-19 2001-08-14 Sanyo Electric Co., Ltd. Laser anneal method of a semiconductor layer
EP1400832A1 (en) * 2002-09-19 2004-03-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer and laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US20050139830A1 (en) * 2003-10-24 2005-06-30 Kazuo Takeda Semiconductor thin film decomposing method, decomposed semiconductor thin film, decomposed semiconductor thin film evaluation method, thin film transistor made of decomposed semiconductor thin film, and image display device having circuit constituted of thin film transistors
US20060209310A1 (en) * 2004-12-22 2006-09-21 Holger Muenz Optical illumination system for creating a line beam
US20140027417A1 (en) 2012-07-24 2014-01-30 Coherent Gmbh Excimer laser apparatus projecting a beam with a selectively variable short-axis beam profile
WO2018019374A1 (en) 2016-07-27 2018-02-01 Trumpf Laser Gmbh Laser line illumination
WO2020137399A1 (en) * 2018-12-27 2020-07-02 株式会社ブイ・テクノロジー Laser annealing method and laser annealing device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9922576D0 (en) 1999-09-24 1999-11-24 Koninkl Philips Electronics Nv Laser system
KR100990251B1 (en) 2003-12-23 2010-10-26 엘지디스플레이 주식회사 Laser optical system including filter changing laser beam profile
JP5526173B2 (en) 2012-03-14 2014-06-18 株式会社東芝 Laser annealing method, laser annealing apparatus, and method of manufacturing thin film transistor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274414B1 (en) * 1996-08-19 2001-08-14 Sanyo Electric Co., Ltd. Laser anneal method of a semiconductor layer
EP1400832A1 (en) * 2002-09-19 2004-03-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer and laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US20050139830A1 (en) * 2003-10-24 2005-06-30 Kazuo Takeda Semiconductor thin film decomposing method, decomposed semiconductor thin film, decomposed semiconductor thin film evaluation method, thin film transistor made of decomposed semiconductor thin film, and image display device having circuit constituted of thin film transistors
US20060209310A1 (en) * 2004-12-22 2006-09-21 Holger Muenz Optical illumination system for creating a line beam
US20140027417A1 (en) 2012-07-24 2014-01-30 Coherent Gmbh Excimer laser apparatus projecting a beam with a selectively variable short-axis beam profile
WO2018019374A1 (en) 2016-07-27 2018-02-01 Trumpf Laser Gmbh Laser line illumination
WO2020137399A1 (en) * 2018-12-27 2020-07-02 株式会社ブイ・テクノロジー Laser annealing method and laser annealing device

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