DE10225674B4 - Lens system for homogenizing laser radiation - Google Patents
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Abstract
Linsensystem zum Homogenisieren von Laserstrahlung mit einem ersten Linsenarray (LA1) aus einer Mehrzahl von ersten Linsen (1, 2, 3, ...) und zumindest einem zweiten Linsenarray (LA2) aus einer Mehrzahl von zweiten Linsen (a, b, c, ...), die so im Strahlengang der Laserstrahlung hinter den ersten Linsen (1, 2, 3, ...) angeordnet sind, dass die Laserstrahlung zumindest teilweise homogenisiert auf ein Beleuchtungsfeld (F) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (b, d, f) der ersten und/oder zweiten Linsen (1, 2, 3, ...; a, b, c, ...) so geformt und/oder positioniert ist, dass diese Linsen die Laserstrahlung mit einer Abmessung auf das Beleuchtungsfeld (F) abbilden, die verschieden ist von der Abmessung, mit der die anderen (1, 2, 3, a, c, d, e, g) ersten und/oder zweiten Linsen die Laserstrahlung auf das Beleuchtungsfeld (F) abbilden, wobei das zweite Linsenarray (LA2) zumindest zwei lineare, sich quer zur Strahlungsrichtung erstreckende Subarrays (LA2a, LA2b) aufweist, deren...Lens system for homogenizing laser radiation with a first lens array (LA1) of a plurality of first lenses (1, 2, 3, ...) and at least one second lens array (LA2) of a plurality of second lenses (a, b, c, ...), which are arranged in the beam path of the laser radiation behind the first lenses (1, 2, 3, ...), that the laser radiation is at least partially homogenized on an illumination field (F) is imaged, characterized in that a part (b, d, f) of the first and / or second lenses (1, 2, 3, ..., a, b, c, ...) is shaped and / or positioned so that these lenses, the laser radiation with a Measure dimension on the illumination field (F), which is different from the dimension with which the other (1, 2, 3, a, c, d, e, g) first and / or second lenses, the laser radiation to the illumination field (F ), wherein the second lens array (LA2) has at least two linear subarrays (LA2a, LA2b) extending transversely to the radiation direction, de ren ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Linsensystem zum Homogenisieren von Laserstrahlung.The invention relates to a lens system for homogenizing laser radiation.
Von einem Laser emittierte Strahlung weist häufig eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung auf, was als ”inhomogenes Strahlprofil” bezeichnet wird. So hat z. B. die von einem Excimerlaser emittierte Strahlung in Richtung einer ersten Achse ein sog. Gaußprofil, während die Intensitätsverteilung senkrecht dazu etwa trapezförmig ist.Radiation emitted by a laser often has an uneven intensity distribution, which is referred to as an "inhomogeneous beam profile". So z. For example, the radiation emitted by an excimer laser in the direction of a first axis is a so-called Gaussian profile, while the intensity distribution perpendicular to it is approximately trapezoidal.
Bei bestimmten Anwendungen des Lasers ist ein homogenes Strahlprofil wünschenswert, also eine Intensitätsverteilung der Laserstrahlung, die im Wesentlichen gleichförmig ist. Die Strahlungsintensität soll also an allen zum Einsatz kommenden Stellen des Strahles im Wesentlichen gleich sein. Hierzu sind sog. Homogenisierer im Stand der Technik bekannt. So beschreibt z. B. die
Eine Weiterbildung einer derartigen Homogenisiereinrichtung findet sich in der
Die
Die
Die vorstehend genannten Homogenisierer gemäß dem Stand der Technik werden nachfolgend als bekannt vorausgesetzt.
Die von links einfallende Laserstrahlung wird durch die einzelnen Linsen
Die Größe und Form der Abbildung auf dem Beleuchtungsfeld F (z. B. quadratisch, rechteckig oder auch als Linie) wird bestimmt durch die Breite d der beschriebenen Teilbündel, die Brennweite f2 der Sammellinsen des Arrays LA2, und die Brennweite f3 der Kondensorlinse CL. In
Dieses Beleuchtungsfeld mit der Abmessung D wird üblicherweise beim Einsatz von Excimerlasern für z. B. Kristallisierungsprozesse mit einem Objektiv unter mehrfacher Verkleinerung auf das zu bearbeitende Substrat abgebildet, um Energiedichten von z. B. mehreren 100 mJ/cm2 zu erreichen.This illumination field with the dimension D is usually when using excimer lasers for z. B. crystallization processes with a lens with multiple reduction on the substrate to be processed to energy densities of z. B. several 100 mJ / cm 2 to achieve.
Der vorliegenden Erfindung liegt folgendes Problem zugrunde: Wird ein Linsensystem gemäß
Soll hingegen die gesamte Strahlung für einen Bearbeitungsprozess ausgenutzt werden, können die Intensitätsspitzen an den Rändern den Bearbeitungsprozess in unerwünschter Weise beeinträchtigen.If, on the other hand, the entire radiation is to be utilized for a machining process, the intensity peaks at the edges can undesirably impair the machining process.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linsensystem der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Homogenisierung der Laserstrahlung weiter verbessert wird.The invention has the object of developing a lens system of the type mentioned so that the homogenization of the laser radiation is further improved.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Linsensystem zum Homogenisieren von Laserstrahlung nach Anspruch 1 vor mit einem ersten Linsenarray aus einer Mehrzahl von ersten optischen Linsen und zumindest einem zweiten Linsenarray aus einer Mehrzahl von zweiten Linsen, die so im Strahlengang der Laserstrahlung hinter den ersten Linsen angeordnet sind, dass die Laserstrahlung zumindest teilweise homogenisiert auf ein Beleuchtungsfeld abgebildet wird, wobei ein Teil der ersten und/oder zweiten Linsen so geformt und/oder positioniert ist, dass diese Linsen die Laserstrahlung mit einer Abmessung auf das Beleuchtungsfeld abbilden, die verschieden ist von der Abmessung, mit der die anderen ersten und/oder zweiten Linsen die Laserstrahlung auf das Beleuchtungsfeld abbilden.To achieve this object, the invention proposes a lens system for homogenizing laser radiation according to
Die Erfindung beruht also auf dem Grundgedanken, die oben beschriebene Anordnung gemäß dem Stand der Technik dahingehend abzuwandeln, dass ein Teil der Linsen der Linsenarrays, also z. B. die Hälfte der Linsen des zweiten Linsenarrays, so geformt wird und/oder so angeordnet wird, dass die Abbildung der Laserstrahlung durch diese Linsen auf dem Beleuchtungsfeld einen etwas kleineren Durchmesser hat als die Abbildung der übrigen Linsen. Dabei liegt der etwas kleinere Durchmesser voll im größeren Abbildungsdurchmesser, so dass die Summe der Intensitäten am Rande des beleuchteten Feldes etwas geringer wird als ohne die genannte Abänderung der Linsenanordnung. Dadurch verschwinden die sog. ”dog ears”. Zwar geht mit dem Verschwinden der ”dog ears” etwas Flankensteilheit an den Rändern verloren, jedoch ist für eine Vielzahl von Anwendungen die Ausschaltung der Intensitätsspitzen an den Rändern wesentlich wichtiger als die Flankensteilheit.The invention is therefore based on the idea to modify the above-described arrangement according to the prior art to the effect that a part of the lenses of the lens arrays, so z. B. is the half of the lenses of the second lens array, is formed and / or arranged so that the image of the laser radiation through these lenses on the illumination field has a slightly smaller diameter than the image of the other lenses. In this case, the slightly smaller diameter is fully in the larger imaging diameter, so that the sum of the intensities at the edge of the illuminated field is slightly lower than without the said modification of the lens arrangement. As a result, the so-called "dog ears" disappear. Although with the disappearance of the "dog ears" some edge steepness is lost at the edges, however, the elimination of the intensity peaks at the edges is much more important than the edge steepness for a large number of applications.
Ferner ist vorgesehen, dass das zweite Linsenarray zumindest zwei lineare, sich quer zur Strahlungsrichtung erstreckende Subarrays aufweist, deren Linsen jeweils Abstand zueinander haben, wobei die Linsen des einen Subarrays in Bezug auf die Linsen des anderen Subarrays in Strahlungsrichtung versetzt und quer zur Strahlungsrichtung auf Lücke angeordnet sind.It is further provided that the second lens array has at least two linear, extending transversely to the radiation direction subarrays whose lenses are spaced from each other, wherein the lenses of a subarray offset with respect to the lenses of the other subarray in the radiation direction and transverse to the radiation direction to the gap are arranged.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Linsenarray Linsen aufweist, die in einer Ebene senkrecht zur Strahlungsrichtung liegen und die abwechselnd so unterschiedlich geformt sind, dass ihre Brennweiten abwechselnd unterschiedliche Werte haben.A further preferred embodiment of the invention provides that the second lens array has lenses which lie in a plane perpendicular to the radiation direction and which are alternately shaped differently so that their focal lengths have alternately different values.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:An exemplary embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to the figures. It shows:
Wie oben ausgeführt ist, ist der Durchmesser D der Abbildung auf dem Beleuchtungsfeld F bei einer Linsenanordnung gemäß
Das erste Linsenarray LA1 entspricht dem Ausführungsbeispiel nach
Bei dem in
Ein Verdrehen des gesamten Rahmens, in dem die Linsen des zweiten Subarrays LA2b aufgehängt sind, verursacht ein Verschieben der jeweils abgebildeten Felder zueinander, wodurch die Ränder der Intensitätsverteilung quasi beliebig einstellbar abgerundet werden können und die „dog ears” weiter unterdrückt werden.A rotation of the entire frame in which the lenses of the second subarray LA2b are suspended causes a shift of the respectively imaged fields relative to each other, whereby the edges of the intensity distribution can be rounded in an almost arbitrarily adjustable manner and the "dog ears" are further suppressed.
Es ist auch möglich, die einzelnen Zylinderlinsen b, d, f etc. des zweiten Subarrays LA2b um die Achse C drehbar anzuordnen oder dies auch für die Linsen des ersten Subarrays LA2a vorzusehen (in
In Abwandlung des in
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