DE112005003207T5

DE112005003207T5 - Optisches Beleuchtungssystem zum Erzeugen eines Linienstrahls

Info

Publication number: DE112005003207T5
Application number: DE112005003207T
Authority: DE
Inventors: Rafael Egger; Holger Muenz; Alois Herkommer
Original assignee: Carl Zeiss Laser Optics GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2025-12-03
Also published as: WO2006066706A2; JP2008524662A; WO2006066706A3; KR20070090246A; US7538948B2; DE112005003207B4; TW200630179A; TWI361123B; US20060209310A1; US20090231718A1; US7864429B2

Abstract

Optisches System, um aus einem Lichtstrahl eine Intensitätsverteilung auf einer Oberfläche zu erzeugen, wobei das optische System Folgendes umfasst:
– mindestens ein erstes optisches Element, das den einfallenden Strahl in mehrere Strahlen unterteilt, von denen einige mindestens teilweise in einer ersten Richtung auf der Oberfläche überlappen;
– mindestens ein zweites optisches Element, das mindestens einen der Strahlen in einer zweiten Richtung auf der Oberfläche versetzt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung in einem Zielfeld von einem Eingabelichtstrahl mit einer Intensitätsverteilung.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Materialbearbeitungsvorrichtung, insbesondere eine Lasertemperungsvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung eignet sich beispielsweise beim Tempern großer Substrate auf dem Gebiet der durch Licht (zum Beispiel Laser) induzierten Kristallisation von Substraten, auf dem Gebiet von Herstellungsprozessen von Flachbildschirmen, wie etwa Flüssigkristalldisplays (LCD) (beispielsweise: Dünnfilmtransistordisplays (TFT) usw.) oder Lumineszenzdisplays (anorganische oder organische Leuchtdiode (LED, OLED), Elektrolumineszenz (EL)). Zudem kann die vorliegende Erfindung für die Herstellung photovoltaischer Dünnschichtschaltkreise verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum Kristallisieren von Filmen aus amorphem Silizium (a-Si), wodurch polykristallines Silizium (p-Si) entsteht. Derartige Dünnfilme aus polykristallinem Silizium finden breite Verwendung in Mikroelektronik- und Displaytechniken wie oben erwähnt. p-Si weist eine höhere Ladungsträgermobilität im Vergleich zu a-Si auf, was sich für die Herstellung einer schnelleren Umschaltung oder Integration einer qualitativ hochwertigeren Treiberelektronik auf dem Displaysubstrat eignet. Zudem weist p-Si einen niedrigeren Absorptionskoeffizienten für Licht in dem sichtbaren Spektralbereich auf, wodurch p-Si als eine Gegenelektrode für LCD-Anwendungen verwendet werden kann, bei der Hintergrundlicht durchgelassen werden kann. Als letzter Punkt ist die Defektdichte von p-Si niedriger im Vergleich mit a-Si, was eine Vorbedingung für die Herstellung von hocheffizienten Solarzellen ist.
Die Umwandlung von a-Si in p-Si kann durch Wärmebehandlung bei etwa 1000°C bewirkt werden. Eine derartige Prozedur kann möglicherweise nur für a-Si auf hitzebeständigen Substraten wie etwa Quarz verwendet werden. Solche Materialien sind teuer im Vergleich zu normalem Floatglas zu Displayzwecken. Lichtinduzierte Kristallisation von a-Si gestattet die Ausbildung von p-Si aus a-Si ohne Zerstören des Substrats durch die thermische Belastung während der Kristallisation. Amorphes Silizium kann über einen preiswerten Prozess wie etwa Sputtern oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) auf Substraten wie etwa Glas, Quarz oder Synthetik abgeschieden werden. Die Kristallisationsprozeduren sind wohlbekannt als die Excimerlaserkristallisation (ELC), die SLS (Sequential Lateral Solidification) oder die Dünnstrahlkristallisationsprozedur (TDX). Einen Überblick über diese verschiedenen Herstellungsprozeduren erhält man zum Beispiel von D.S. Knowles et al. „Thin Beam Crystallization Method: A New Laser Annealing Tool with Lower cost and Higher Yield for LTPS Panels" in SID 00 Digest, 1–3; Ji-Yong Park et al. „P-60: Thin Laser Beam Crystallization method for SOP and OLED application" in SID 05 Digest, 1–3 in einer Broschüre der Firma TCZ GmbH mit dem Titel „LCD Panel Manufacturing Moves to the next Level-Thin-Beam Directional 'Xtallization (TDX) Improves Yield, Quality and Throughput for Processing Poly-Silicon LCDs".
Linienstrahlen mit einer typischen Größe von z.B. 0,5 mm × 300 mm und einer homogenen Intensitätsvertei lung werden beispielsweise beim Siliziumtempern auf großen Substraten unter Verwendung von Excimerlasern (ELC) angewendet. Optische Systeme nach dem Stand der Technik verwenden refraktive optische Beleuchtungssysteme, die gekreuzte Zylinderlinsenarrays enthalten, um die gewünschte Intensitätsverteilung herzustellen. Diese Arrays, deren Funktionalität z.B. in US 2003/0202251 A1 beschrieben wird, sind Beispiele einer allgemeineren Gruppe von Homogenisierungsverfahren, die den Eingabestrahl unter Verwendung geeignet geformter Teilaperturen in mehrere Strahlen unterteilen. Die Überlagerung dieser mehreren Strahlen in der Feldebene mittelt Intensitätsvariationen aus und homogenisiert den Strahl.
In der Regel werden zwei senkrechte Richtungen separat unter Verwendung einer Zylinderoptik homogenisiert. Das Hauptelement für jede Richtung ist ein Zylinderlinsenarray, das eine gewisse homogene Winkeldivergenz erzeugt. Dies bedeutet, dass für jede der Richtungen eine der Zylinderlinsenarrays optisch relevant ist für das Erzeugen der bestimmten homogenen Winkeldivergenz. 1 zeigt einen Querschnitt entlang einer der senkrechten Richtungen eines homogenisierenden optischen Systems 1 nach dem Stand der Technik, das gekreuzte Zylinderlinsenarrays enthält. Aus Einfachheitsgründen zeigt 1 nur das Zylinderlinsenarray 2 (das im vorliegenden Fall n = 3 kleine Linsen 2a, 2b, 2c enthält), das die homogene Winkeldivergenz (Divergenz) von dem Eingabestrahl 4 in der gezeichneten Richtung (Richtung der ersten Achse) und mit einem Pfeil 3 bezeichnet erzeugt. Der Bereich von Winkeln 5 von jedem Array 2 wird auf die Brennebene 6 einer nachfolgenden Kondensorlinse 7 abgebildet, um eine homogene Beleuchtung 8 zu erhalten.
Die Feldgröße s_f wird bestimmt durch den Abstand d des ersten Arrays 2 und den Brennweiten f_Kondensor, f_Array der Linsen 2, 7 gemäß der folgenden Gleichung: sf = d·fKondensor/fArray (1)
Die andere Achse des Strahls wird unter Verwendung der gleichen Technik homogenisiert, wenngleich andere Brennweiten und/oder andere Arrayabstände erforderlich sind, um die gewünschte Feldgröße zu erhalten.
Dieser Aufbau mit einem Array 2 ist gegenüber einer Divergenz (Inkohärenz) des ankommenden Strahls 4 empfindlich, was die Ränder des Feldes 9 verwischt, und um diese zu überwinden, kann ein zweites Array 10 (hier: n = 3 kleine Linsen 10a, 10b, 10c) mit identischer Brennweite f_Array in der Brennebene 11 eines konvexen Feldarrays 2 platziert werden (z.B. bekannt aus Fred M. Dickey und Scott C. Holswade, „Laser Beam Shaping", Marcel Dekker Inc. New York/Basel 2000). Dies ergibt den klassischen zylindrischen Fliegenaugenhomogenisierer 12, der in 2 gezeigt ist.
2. ZU LÖSENDES PROBLEM
Bei Systemen nach dem Stand der Technik beträgt die Breite des Linienstrahls in der Regel das mehrere 100fache der Breite eines beugungsbegrenzten Strahls (für die gegebene numerische Apertur des Systems). Für einige Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, einen sehr dünnen (<0,05 mm) und langen (>300 mm) Linienfokus mit einer homogenen Intensitätsverteilung zu haben. In diesem Fall ist die Strahlbreite fast ein kleines Mehrfaches der beugungsbegrenzten Strahlgröße. Für einen Gaußschen Eingabestrahl (der eine gute Annäherung für ein Excimerlaserprofil entlang einer Abmessung ist) beträgt die beugungsbegrenzte Strahlgröße (gemessen bei einem Intensitätsniveau 1/e²) wmin = 2λ/πNA (2) wobei λ die Laserwellenlänge und NA die numerische Apertur des Systems (gemessen bei einem Intensitätsniveau von 1/e² des Eingabestrahls) ist. Typische Werte von der Lasermaterialbearbeitung sind NA = 0,15 und λ = 308 nm bei einer gegebenen beugungsbegrenzten Strahlgröße w_min von etwa 1,3 μm. Kleine Strahlbreiten in der Nähe dieser Beugungsgrenze können mit einer Homogenisierung nach dem Stand der Technik unter Verwendung von Zylinderlinsenarrays nicht realisiert werden. Ein Linsenarray unterteilt den Strahl in n Strahlen mit einer n-fachen geringeren Breite. Dies reduziert effektiv die verfügbare numerische Apertur NA_lenslet für jeden Strahl auf 1/n der numerischen Apertur NA des Systems: NAlenslet = NA/n (3)
Die Mindestfeldgröße, die erzielt werden kann, wird durch diesen Wert NA_lenslet der individuellen kleinen Linsen begrenzt. Es ist wohlbekannt, dass Beugungseffekte den resultierenden Strahl bei kleinen Strahlgrößen dominieren. Beispielsweise sieht für n = 10 und die Parameter wie oben die beste Homogenität der Intensitätsverteilung, die man von einem zweistufigen Homogenisierer 12 wie in 2 gezeigt erwarten kann, wenn man versucht, ein 10-μm-Feld zu erzeugen, wie die in 3 gezeigte Intensitätsverteilung aus, die auf einer Fourier-Optik-Berechnung basiert. Diese recht inhomogene Intensitätsverteilung resultiert aus einer zumindest fast inkohärenten Überlagerung der Teilstrahlprofile in y-Richtung.
In der Praxis wird das Ergebnis durch Speckels weiter verzerrt, die auf eine Interferenz zwischen den Strahlen von verschiedenen kleinen Linsen zurückzuführen sind (wieder bekannt aus Fred M. Dickey und Scott C. Holswade, „Laser Beam Shaping", Marcel Dekker Inc. New Work/Basel 2000). Außerdem sind zweistufige Homogenisierer für kleine Feldgrößen schwierig zu realisieren, weil f_Array und somit der Abstand der Arrays sehr groß sein muss.
Ein Homogenisierer, der ein einzelnes Array verwendet, ist leichter zu realisieren, ist aber wie oben angegeben empfindlich gegenüber einer Divergenz des ankommenden Strahls, was die Breite der Intensitätsverteilung in der Feldebene weiter erhöht. Dies stellt ein Problem insbesondere für Excimerlaser dar, wo die Mindeststrahlbreite, die durch Fokussieren des Strahls realisiert werden kann, das r-fache der beugungsbegrenzten Linienbreite w_min ist, wobei r in der Regel eine Zahl zwischen 5 und 20 ist.
Dies bedeutet, dass mit Lösungen nach dem Stand der Technik sehr schmale Intensitätsverteilungen nicht realisiert werden können. Es ist erforderlich, auf ein signifikant größeres Feld hin auszulegen und nur den mittleren Teil davon zu verwenden (was beispielsweise von Burkhardt et al. in US 5,721,416 gelehrt wird), was bedeutet, dass das meiste Licht nicht auf den gewünschten Feldbereich gelenkt wird. Das Problem besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer schmalen, homogenen Intensitätsverteilung mit einer kleinen Steigungsbreite zu finden, was die Laserleistung, die erforderlich ist, signifikant reduziert.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines optischen Systems zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung in einem Zielfeld von einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung, wodurch die Zielintensitätsverteilung in zwei, bevorzugt senkrechten, Richtungen homogenisiert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines optischen Systems zum Erzeugen einer schmalen, homogenen Zielintensitätsverteilung mit einer kleinen Steigungsbreite in einem Ziel feld von einem Eingabelichtstrahl, wodurch das Verhältnis von Lichteingabeleistung zu Ausgabelichtleistung im Vergleich zu optischen Systemen nach dem Stand der Technik signifikant reduziert wird, wo ein hoher Anteil des Lichts nicht zu dem gewünschten Feldbereich gelenkt und zum Beispiel von einer Feldblende ausgeblendet wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eine optischen Systems zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung in einem Zielfeld von einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung, das es ermöglicht, die Zielintensitätsverteilung zu justieren und insbesondere die Breite eines Ausgabelinienstrahls, der eine Breite und eine Länge aufweist, mit einer Ausdehnung von mehr als mehreren Hunderten der Breite. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung, einer Lasertemperungsvorrichtung und einer Vorrichtung zum Induzieren einer Kristallisation von Halbleiterschichten wie etwa beispielsweise Schichten aus amorphen Silizium, die die oben erwähnten Aufgaben lösen.
Diese und weitere Aufgaben werden durch ein optisches System mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 22 und 25 bis 93, durch eine Materialbearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 23 und eine Lasertemperungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 24 gelöst.
Diese und weitere Aufgaben werden gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein optisches System, um aus einem Lichtstrahl eine Intensitätsverteilung auf einer Oberfläche zu erstellen, gelöst, wobei das optische System Folgendes umfasst: mindestens ein erstes optisches Element, das den einfallenden Strahl in mehrere Strahlen unterteilt, von denen einige mindestens teilweise in einer ersten Richtung auf der Oberfläche überlappen und wobei das optische System weiterhin mindestens ein zweites optisches Element umfasst, das mindestens einen der Strahlen in einer zweiten Richtung auf der Oberfläche versetzt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung bereitgestellt, umfassend: eine Lichtquelle, die den sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahl emittiert, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist, mindestens ein strahlteilendes optisches Element zum Aufteilen des Eingabelichtstrahls in mehrere Strahlen, von denen einige mindestens teilweise in der ersten Dimension auf der Oberfläche überlappen, mindestens ein strahlversetzendes optisches Element zum Versetzen mindestens eines der mehreren Strahlen in der zweiten Dimension auf der Oberfläche.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System zum Erstellen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung bereitgestellt, umfassend: eine Lichtquelle, die den sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahl emittiert, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist, mindestens ein strahlteilendes optisches Element zum Aufteilen des Eingabelichtstrahls in mehrere Strahlen, von denen einige mindestens teilweise in der ersten Dimension auf der Oberfläche überlappen, mindestens ein strahlversetzendes optisches Element zum Versetzen mindestens eines ersten der mehreren Strahlen bezüglich eines zweiten der mehreren Strahlen in der zweiten Dimension auf der Oberfläche um einen Bruchteil der Erstreckung des ersten oder des zweiten der mehreren Strahlen in der zweiten Dimension.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung bereitgestellt, umfassend: eine Lichtquelle, die den sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahl emittiert, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist, mindestens ein strahlhomogenisierendes optisches Element zum Homogenisieren des Eingabelichtstrahls in der ersten und/oder der zweiten Dimension, wodurch eine homogenisierte Intensitätsverteilung in einem Bereich auf der Oberfläche erstellt wird, wo der Gleichförmigkeitsfehler unter 15% beträgt und wo die Aufweitung T_y in der ersten oder der zweiten Dimension die folgende Beziehung erfüllt: 0,6 < T_y/FWHM < 0,85, wobei FWHM die Halbwertsbreite der Zielintensitätsverteilung in der ersten bzw. der zweiten Dimension ist. Für eine Gaußsche Strahlverteilung beträgt der Wert für T_y/FWHM 0,48. Der Effekt der Homogenisierung besteht darin, diesen Wert zu erhöhen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung bereitgestellt, umfassend: eine Lichtquelle, die den sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahl emittiert, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist, mindestens ein strahlhomogenisierendes und rampenerzeugendes optisches Element zum Homogenisieren des Eingabelichtstrahls in der ersten und/oder der zweiten Dimension und zum Erzeugen einer linearen Intensitätsrampe in der ersten und/oder der zweiten Dimension, wodurch eine homogenisierte und rampenartige Intensitätsverteilung in einem Bereich auf der Oberfläche mit einer Aufweitung R_y in der ersten oder der zweiten Dimension erstellt wird, wobei die Zielintensität mehr als 85% einer größten Zielintensität beträgt und wobei die Aufweitung R_y der Rampe in der ersten oder zweiten Dimension der folgenden Beziehung genügt: 0,6 < R_y/FWHM < 0,85, wobei FWHM die Halbwertsbreite der Zielintensitätsverteilung in der ersten bzw. der zweiten Dimension ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung fokussiert auf ein optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung und sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitend, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zu der Ausbreitungsrichtung und einer Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist und umfassend ein strahlhomogenisierendes Element zum Homogenisieren des Eingabelichtstrahls in der ersten Dimension und der zweiten Dimension derart, dass die Zielintensitätsverteilung eine Erstreckung in der zweiten Dimension mit einer Halbwertsbreite von unter 20 μm aufweist.
Noch einer weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches System zum Erzeugen einer homogenen Zielintensitätsverteilung eines mittleren Bereichs mit weniger als 15% Gleichförmigkeitsabweichung von einem größten Intensitätswert aus einer Laserlichtquelle, wobei der mittlere Bereich eine Länge von größer als 300 mm und eine Breite von kleiner als 50 μm aufweist, wobei mehr als 30% des von der Laserlichtquelle emittierten Laserlichts sich innerhalb des mittleren Bereichs befindet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches System zum Erzeugen einer homogenen Zielintensitätsverteilung eines mittleren Bereichs mit weniger als 15% Gleichförmigkeitsabweichung von einem größten Intensitätswert, wobei der mittlere Bereich eine Länge von größer als 100 mm in einer ersten Dimension und eine Breite von weniger als 100 μm in einer zweiten Dimension aufweist. Das optische System gemäß der Erfindung umfasst eine Linse mit einer Brechleistung in einer ersten und/oder einer zweiten Richtung, wobei die Linse um einen Drehwinkel um eine Drehachse gedreht wird, die mit einer optischen Achse zusammenfällt, die senkrecht zu der ersten und zweiten Richtung ist, wobei der Drehwinkel der Winkel zwischen einer Symmetrieachse der Linse, beispielsweise einer Scheitellinie einer konvexen oder einer konkaven Zylinderlinse (die bevorzugt die Brechleistung in der ersten und/oder der zweiten Richtung bestimmt), und der ersten oder der zweiten Dimension der Zielintensitätsverteilung ist, wobei der Drehwinkel größer als 0,2 Grad ist. Der Wert 0,2 Grad liegt gut über Nicht-Einstellungen in typischen Beleuchtungssystemen. Bevorzugt ist der Drehwinkel der Winkel zwischen der ersten oder der zweiten Richtung, die die Richtung der Brechkraft bestimmt.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines optischen Systems zum Erzeugen einer homogenen Zielintensitätsverteilung eines mittleren Bereichs mit weniger als 15% Gleichförmigkeitsabweichung von einem größten Intensitätswert, wobei der mittlere Bereich eine Länge in einer ersten Dimension von größer als 100 mm und eine Breite von kleiner als 100 μm in einer zweiten Dimension aufweist.
Das optische System umfasst einen Spiegel mit einer reflektierenden Leistung in einer ersten und/oder einer zweiten Richtung, wobei der Spiegel um einen Drehwinkel um eine Drehachse gedreht wird, die mit einer optischen Achse zusammenfällt, wobei der Drehwinkel der Winkel zwischen einer Symmetrieachse des Spiegels, beispielsweise einer Scheitellinie einer konvexen oder einer konkaven Zylinderlinse (die bevorzugt die reflektierende Leistung in der ersten und/oder der zweiten Richtung bestimmt), und der ersten oder der zweiten Dimension der Zielintensitätsverteilung ist, wobei der Drehwinkel größer als 0,2 Grad ist. Bevorzugt ist der Drehwinkel der Winkel zwischen der ersten oder der zweiten Richtung, die die Richtung der Reflexionskraft bestimmt. Besonders bevorzugt stimmt die Drehachse nicht mit der optischen Achse überein.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein optisches System zum Erzeugen einer homogenen Zielintensitätsverteilung eines mittleren Bereichs mit weniger als 15% Gleichförmigkeitsabweichung von einem größten Intensitätswert bereit, wobei der mittlere Bereich eine Länge von größer als 100 mm und eine Breite von kleiner als 100 μm aufweist. Das optische System umfasst ein Linsenarray, das Linsen mit einer Reflexions- oder Brechkraft in einer ersten Richtung umfasst, wobei mindestens eine der Linsen zu mindestens einer zweiten der Linsen in der ersten Richtung versetzt wird.
Mindestens ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches System zum Homogenisieren eines sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahls, umfassend ein verteiltes Verzögerungseinrichtungsoptikelement, das in einer Pupillenebene des optischen Elements angeordnet ist.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung werden eine Materialbearbeitungsvorrichtung, eine Lasertempe rungsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Induzieren einer Kristallisation von Halbleiterschichten, wie etwa beispielsweise Schichten aus amorphem Silizium, bereitgestellt, umfassend ein optisches System zum Erstellen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche von einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung wie oben umrissen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen gezeigt und werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Identische oder funktionsmäßig ähnliche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszahlen identifiziert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Draufsicht in der yz-Ebene einer ersten Ausführungsform eines homogenisierenden optischen Elements gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Draufsicht in der yz-Ebene einer zweiten Ausführungsform eines homogenisierenden optischen Elements gemäß dem Stand der Technik;
3 eine berechnete Intensitätsverteilung, die von einem zweistufigen Homogenisierer wie in 2 gezeigt erwartet werden kann, wenn versucht wird, ein 10-μm-Feld zu erzeugen;
4 eine Draufsicht in der xz-Ebene einer dritten Ausführungsform eines homogenisierenden optischen Elements gemäß dem Stand der Technik;
5 eine Draufsicht in der yz-Ebene der dritten Ausführungsform eines homogenisierenden optischen Elements gemäß dem in 4 gezeigten Stand der Technik;
6 ein typisches Intensitätsprofil in einer Feld ebene entlang einer ersten Dimension unter Verwendung eines Excimerlasers mit einer fast-Gaußschen Strahlform mit einer nummerischen Apertur von 0,15 und einer Wellenlänge von 308 nm und einer Breite vom 8,5fachen der beugungsbegrenzten Strahlgröße eines Gaußschen Strahls;
7 eine berechnete Intensitätsverteilung in der Feldebene, die man von einem zweistufigen Homogenisierer wie in 4 und 5 gezeigt mit einer nummerischen Apertur von 0,15 erwarten kann bei Beleuchtung mit einem Gaußschen Eingabestrahl mit einer Wellenlänge von 308 nm und einer Breite vom 8,5fachen der diffraktionsbegrenzten Strahlgröße eines Gaußschen Strahls und unter seitlicher Versetzung von zehn Strahlen, die entlang der langen Achse getrennt sind, in der Richtung der kurzen Achse, was zu einem Hut-Intensitätsprofil mit einer Breite von etwa 10 μm führt;
8 eine berechnete Intensitätsverteilung in der Feldebene, die man von einem zweistufigen Homogenisierer wie in 4 und 5 gezeigt mit einer nummerischen Apertur von 0,15 erwarten kann bei Beleuchtung mit einem Gaußschen Eingabestrahl mit einer Wellenlänge von 308 nm und einer Breite vom 8,5fachen der diffraktionsbegrenzten Strahlgröße eines Gaußschen Strahls und unter seitlicher Versetzung von zehn Strahlen, die entlang der langen Achse getrennt sind, in der Richtung der kurzen Achse, was zu einem Hut-Intensitätsprofil mit einer Breite von etwa 5 μm führt;
9 entspricht 2, gibt aber zusätzlich das Gebiet an, wo die durch Trennen des ankommenden Strahls ausgebildeten individuellen Strahlen räumlich getrennt sind;
10 eine Draufsicht in der yz-Ebene eines optischen Systems mit einem zweistufigen Homogenisierer und einer Feldblende zum Erzeugen scharfer Ränder;
11 eine Draufsicht in der xz-Ebene einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung;
12 eine Draufsicht in der yz-Ebene der ersten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß 11;
13 eine Perspektivansicht einer Zylinderlinse gemäß dem Stand der Technik, die aber quer zur Zylinderachse segmentiert ist;
14 eine Perspektivansicht eines strahlversetzenden optischen Elements gemäß der Erfindung in Form einer segmentierten Zylinderlinse gemäß 13, das in dem optischen System nach 11 und 12 verwendet wird;
15 eine Perspektivansicht eines strahlversetzenden optischen Elements gemäß der Erfindung in Form einer konvexen Zylinderlinse, wobei die Scheitellinie bezüglich einer herkömmlichen konvexen Zylinderlinse geneigt ist;
16 eine Perspektivansicht eines strahlversetzenden optischen Elements gemäß der Erfindung in Form einer konvexen Zylinderlinse und das so vorgesehen ist, dass es in einem optischen System gemäß der Erfindung bezüglich der Richtung der kurzen oder langen Achse geneigt angeordnet ist;
17 eine Draufsicht in der xz-Ebene einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung;
18 eine Draufsicht in der yz-Ebene der zweiten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß 17;
19 eine Draufsicht in der xz-Ebene einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung;
20 eine Draufsicht in der yz-Ebene der vierten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß 19;
21 eine Draufsicht in der xz-Ebene einer fünften bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung;
22 eine Draufsicht in der yz-Ebene der fünften bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß 21;
23 eine Draufsicht in der xz-Ebene einer Abänderung der fünften bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß 21 und 22;
24 eine Draufsicht in der yz-Ebene der Abänderung der fünften bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß 23;
25 eine Draufsicht in der xz-Ebene einer sechsten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung;
26 eine Draufsicht in der yz-Ebene der sechsten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems nach 25;
27 eine Draufsicht in der xz-Ebene einer siebten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung (Eingangsteil);
28a eine Perspektivansicht einer gedrehten Zylinderlinse, die Teil der siebten Ausführungsform nach 27 ist;
28b eine Perspektivansicht der Linse nach 28a, die den Bereich des beschnittenen ankommenden Strahls zeigt;
28c eine Draufsicht in der yz-Ebene der siebten Ausführungsform eines optischen Systems nach 27 (Austrittsteil), die das Fokussieren des Strahls auf einer Feldebene zeigt, wo die gedrehte Zylinderlinse nach 28 in der Mitte entlang der langen Achse x getroffen wird;
28d die Draufsicht in der yz-Ebene der siebten Ausführungsform eines optischen Systems nach 28c (Ausgangsteil), die das Fokussieren des Strahls auf einer Feldebene zeigt, wo die gedrehte Zylinderlinse nach 28a am Rand in der Richtung x der langen Achse getroffen wird;
28e eine Querschnittsansicht entlang X1-X1 von 28c, wenn eine einen Schlitz bildende Feldblende in der Richtung der Längsachse parallel verlaufende lineare Ränder aufweist;
28f eine Querschnittsansicht entlang X1-X1 von 28c bei Verwendung eines Beschneidungsmessers mit geneigt verlaufenden linearen Rändern in der Richtung der langen Achse;
29a ein berechnetes Eingabestrahlintensitätsprofil an der Feldebene unter Annahme einer Gaußschen Verteilung;
29b ein berechnetes Hutprofil an der Feldebene unter Verwendung einer gedrehten Zylinderlinse nach 28a und nicht unter Berücksichtigung der Divergenz des Lasers;
29c ein berechnetes Ausgabestrahlintensitätsprofil unter Annahme eines Eingabestrahls nach 29a nach Durchlaufen des optischen Systems nach 27, 28c, 28d;
29d ein berechnetes Hutintensitätsprofil in der Feldebene unter Annahme einer Gaußschen Verteilung;
29e ein berechnetes Rampenintensitätsprofil in der Feldebene unter Verwendung einer gedrehten Zylinderlinse und eines Beschneidungsmessers nach 28b, 28f und nicht unter Berücksichtigung der Divergenz des den Eingabestrahl emittierenden Lasers;
29f ein berechnetes Ausgabestrahlintensitätsprofil unter Annahme eines Eingabestrahls nach 29a nach Durchlaufen des optischen Systems nach 27, 28c, 28d, wobei aber der Strahl am Eingang der gedrehten Zylinderlinse wie in 28b gezeigt beschnitten ist;
30a eine Draufsicht in der yz-Ebene einer Alternative zur siebten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung;
30b eine Zielintensitätsverteilung entlang der Richtung der kurzen Achse bei Verwendung der Ausführungsform nach 30a;
31a eine Draufsicht in der xz-Ebene der achten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung;
31b eine Draufsicht in der xz-Ebene der achten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß 31a;
32 eine Draufsicht in der xz-Ebene einer alternativen Realisierung der achten Ausführungsform eines optischen Systems nach 31a und 31b;
33 eine Draufsicht in der xy-Ebene der gedrehten Zylinderlinse bei Verwendung in der achten Ausführungs form eines optischen Systems nach 30a, 30b, 30c, 31a, 31b, 31c;
34a ein berechnetes Eingabestrahlintensitätsprofil unter Annahme einer Gaußschen Verteilung;
34b ein berechnetes Hutprofil an der Feldebene unter Verwendung einer gedrehten Zylinderlinse nach 28a und nicht unter Berücksichtigung der Divergenz des Lasers;
34c ein berechnetes Ausgabestrahlintensitätsprofil unter Annahme eines Eingabestrahls nach 34a nach Durchlaufen des optischen Systems nach 30 und 31;
35a ein berechnetes Rampenprofil an der Feldebene unter Verwendung einer gedrehten Zylinderlinse nach 33 und einem Beschneidungsklinge ähnlich dem in 28b, 28f gezeigten und nicht unter Berücksichtigung der Divergenz des den Eingabelichtstrahl emittierenden Lasers;
35b ein berechnetes Ausgabestrahlintensitätsprofil unter Annahme eines Eingabestrahls nach 34a nach Durchlaufen des optischen Systems nach 30 und 31, wobei aber der Strahl am Eingang der gedrehten Zylinderlinse wie in 33 gezeigt beschnitten ist;
36 eine schematische Zeichnung der Intensitätsverteilung entlang der kurzen Achse eines Ausgabestrahls mit einem Querschnitt mit einer ersten Dimension und einer zweiten Dimension, wobei die erste Dimension die zweite Dimension mehrere hundert Male übersteigt.
BESCHREIBUNG DER PRINZIPIELLEN LÖSUNG
Wie oben zu sehen (2. ZU LÖSENDES PROBLEM) ist die Homogenisierung mit Zylinderlinsenarrays nicht geeignet für die Erzeugung eines sehr schmalen, homogen beleuchteten Feldes mit einer geringen Randbreite. Die Probleme mit Homogenisierern nach dem Stand der Technik entstehen durch das Aufteilen des Strahls in mehrere Strahlen entlang der Richtung, in der das schmale Feld erstellt werden soll (ab nun als die „kurze" Richtung A_s bezeichnet), was die numerische Apertur effektiv reduziert und die beugungsbegrenzte Strahlgröße heraufsetzt.
Der Schlüssel zu einer Lösung besteht in dem Homogenisieren des Strahls nur in der „langen" Richtung A_l unter Verwendung des oder der Zylinderlinsenarrays und in dem Vermeiden des Aufteilens des Strahls in der kurzen Richtung A_s, um die numerische Apertur NA hoch und die beugungsbegrenzte Strahlgröße klein zu halten. Die mehreren Strahlen von dem oder den Arrays der langen Achse werden dazu verwendet, eine Homogenisierung entlang beider Achsen A_s, A_l des Strahls zu erzielen.
Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass es einige Anwendungen oder Verwendungen nicht erfordern, dass „exklusiv" ein Aufteilen des Eingabestrahls in der langen Richtung A_l stattfindet und „jedes" Aufteilen des Eingabestrahls in der kurzen Richtung A_s vermieden wird. Einige Anwendungen gestatten, den Eingabestrahl zusätzlich in der kurzen Richtung A_s aufzuteilen (aber bevorzugt nur einige Male) in Abhängigkeit von der verwendeten Eingabelichtquelle und/oder in Abhängigkeit von der Breite des zu erzeugenden Strahls. Beispielsweise kann eine Strahlbreite von etwa 20 μm erzielt werden durch 2- oder 3-maliges Aufteilen des Eingabestrahls eines Excimerlasers, wobei diese Breite auch durch 5- bis 20-maliges Aufteilen des Eingabestrahls eines Festkörperlasers erzielt werden kann.
Das Homogenisieren eines Eingabestrahls exklusiv in der „langen" Richtung A_l unter Verwendung von einem oder mehreren Zylinderlinsenarrays und Vermeidung eines je den Aufteilens des Strahl in der „kurzen" Richtung A_s wird beispielhaft nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 und 5 vorgeführt. 4 zeigt eine Draufsicht in der xz-Ebene einer dritten Ausführungsform eines homogenisierenden optischen Elements gemäß dem Stand der Technik. 5 zeigt die entsprechende Draufsicht in der yz-Ebene der in 4 gezeigten dritten Ausführungsform. Als ein homogenisierendes optisches Element wird ein bereits in 2 gezeigter zweistufiger Homogenisierer 12 verwendet. Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass auch ein einstufiger Homogenisierer (wie zum Beispiel in 1 gezeigt) oder ein beliebiger anderer ein- oder mehrstufiger Homogenisierer verwendet werden kann.
Eine nicht gezeigte Lichtquelle emittiert einen Eingabelichtstrahl 4, der sich in einer Ausbreitungsrichtung z ausbreitet. Der Eingabelichtstrahl 4 weist eine Erstreckung in einer ersten Dimension x quer zur Ausbreitungsrichtung z und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension y quer zu der ersten Dimension x und zu der Ausbreitungsrichtung z auf. Die Lichtquelle kann beispielsweise ein Laser sein, der bevorzugt bei einer Wellenlänge unter 600 nm arbeitet, wie etwa zum Beispiel ein Excimerlaser, der bei 351 nm bzw. 308 nm arbeitet (beispielsweise ein KrF-Excimerlaser, ein XeCl-Excimerlaser, ein XeF-Excimerlaser).
Das oder die Zylinderarray(s) 2, 10 für die Homogenisierung entlang der langen Achse A_l erzeugen m individuelle Strahlen 13 (4 zeigt m = 3 individuelle Strahlen 13), die alle in der Feldebene 6 überlagert werden. Zusammen mit einer Fokussierungslinse 14 auf der kurzen Achse führt dies zu einem Strahl 8, der homogen entlang der langen Achse A_l und so klein wie möglich auf der kurzen Achse A_s ist. Die Fokussierungslinse 14 kann irgendwo vor, zwischen oder hinter den optischen Elementen 2, 10, 7 zur Homogenisierung entlang der langen Achse A_l platziert werden.
In der Feldebene weist das typische Profil in der kurzen Achse A_s eine fast-Gaußsche Form und eine Breite von r·w_min auf. Für einen Gaußschen Eingabestrahl 4 mit typischen Parametern
NA_imaging = 0,15 (gemessen bei einem Intensitätspegel von 1/e²)
λ = 308 nm
r = 8,5
wobei NA_imaging die nummerische Apertur des Abbildungssystems und λ die Wellenlänge des Eingabestrahls 4 ist, beträgt die Breite r·w_min der kurzen Achse A_s des Strahls 8 in dem Feld 6 11,2 μm (bei einem Intensitätspegel von 1/e²), wie in 6 gezeigt ist.
Ausgehend davon wird eine homogene Verteilung entlang der kurzen Achse durch seitliches Versetzen der m individuellen Strahlen 13 erzeugt, was zu einem Strahl 15 mit flacher Oberseite mit einer Randbreite w_edge führt, die fast die gleiche ist wie vor der Versetzung. Für m = 10 Strahlen 13 mit Versetzungen von (6,25, 6,25, 6,25, 2,5, 0, 0, –2,5, –6,25, –6,25, –6,25) μm weist der resultierende Hut eine Breite von T_y ~ 10 μm auf. Dieses Strahlprofil 15a ist in 7 gezeigt.
Dieser Hut kann mit einer Feldblende (in 4 und 5 nicht gezeigt) beschnitten und auf die Endebene (in 4 und 5 nicht gezeigt) abgebildet werden. Die Energie, die verloren geht, beträgt 45,6% für das Erzeugen eines T_y ~ 10-μm-Huts, was bedeutet, dass nur 15% der Laserleistung im Vergleich zum Stand der Technik erforderlich ist (siehe ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK, Sektion 1). Die Breite T_y der homogenen Sektion kann durch unterschiedliches Versetzen der Strahlen 13 justiert werden. Für m = 10 Strahlen 13 mit einer Versetzung von (5, 5, 5, 2,25, 0, 0, –2,25, –5, –5, –5) μm beträgt die Breite T_y des Huts ~5 μm. Das entsprechende Strahlprofil 15b ist in 8 gezeigt.
Die Versetzung der m Strahlen in dem Feld kann als eine geringfügige Änderung des kurze-Achse-Pointingwinkels realisiert werden. Die Ablenkung muss in dem Gebiet geschehen, in dem die m individuellen Strahlen 13 räumlich beabstandet sind, d.h. vor dem oder den Zylinderlinsenarrays oder nahe dabei für die Homogenisierung entlang der langen Achse A_l (in 9 als schattierter Bereich 16 gezeigt).
Die seitliche Versetzung der individuellen Strahlen 13 in der Feldebene 6 kann festgelegt sein oder justiert werden. Im ersten Fall wird sie in die optischen Elemente oder Halterungen zum Beispiel als geringfügig unterschiedliche Keilwinkel oder Drehwinkel eingebaut. Im letzteren Fall kann sie entweder einmal bei der anfänglichen Ausrichtung des Systems eingestellt werden oder unter Verwendung von Schrauben, Piezoelementen, Motoren, Wärmeausdehnungselementen, Pneumatikzylindern usw. vollständig justiert werden.
Wenn ein Zeilenstrahl 21 mit scharfen Rändern erforderlich ist, kann die Feldebene 6 des Illuminators 12 wieder auf die Endebene 17 abgebildet werden, und eine Feldblende 18 kann an der Stelle 6 des Zwischenfeldes 9 platziert werden, wie zum Beispiel durch ein optisches System wie in 10 gezeigt realisiert.
10 zeigt eine Draufsicht in der yz-Ebene des optischen Systems. Das optische System nach 10 umfasst einen zweistufigen Homogenisierer 12, der darauf basiert, dass zwei Zylinderlinsenarrays 2, 10 und eine Kondensorlinse 7 in der xy-Ebene angeordnet und in der yz-Ebene optisch aktiv sind. Das optische System umfasst weiterhin einen weiteren zweistufigen Homogenisierer 12', bei dem die Zylinderlinsenarray 2', 10' und die Kondensorlinse 7' in der xy-Ebene angeordnet und in der xz-Ebene optisch aktiv sind.
Der letztere Homogenisierer 12' soll eine Homogenisierung eines ankommenden Strahls in einer ersten Dimension durchführen, wohingegen der erste Homogenisierer 12 eine Homogenisierung des ankommenden Strahls in einer zweiten Dimension senkrecht zu der ersten Dimension erzielen soll. Zudem kann angenommen werden, dass die Aufweitung eines Strahls in der ersten axialen Dimension die Aufweitung in der Dimension der zweiten Achse um mehrere (hundert) Male übersteigt. Letztlich kann angenommen werden, dass die Aufweitung des homogenisierten Strahls in der Dimension der kurzen Achse (fast) so eng wie möglich gehalten werden soll. Die letztere Annahme erfordert, dass die Beugung in der Dimension der kurzen Achse gering ist. Deshalb sollte, um die auf die begrenzte Größe der Linsen zurückzuführende Beugung gering zu halten, die Anzahl der kleinen Linsen in den Arrays 2, 10 des zweistufigen Homogenisierers 12 kleiner als 5, bevorzugt kleiner als 3, sein. Außerdem zeigt 10 eine in der Brennebene 6 der zylindrischen Kondensorlinse 7 angeordnete Feldblende 18. Auf der anderen Seite der Feldblende 18, d.h. gegenüber von dem Homogenisierer 12, ist eine Abbildungsoptik 19 angeordnet. Im vorliegenden Fall umfasst die Abbildungsoptik 19 eine Reduktionsprojektionslinse 20. Die Bildebene 17 der Projektionslinse 20 bildet die Endebene 17 wie oben festgestellt. Zudem kann ein nicht gezeigtes strahlversetzendes optisches Element in einem Gebiet wie oben beschrieben und unter Bezugnahme auf 9 eingeführt werden.
Eine nicht gezeigte Lichtquelle emittiert einen Eingabelichtstrahl 4, der sich in einer Ausbreitungsrichtung z ausbreitet. Der Eingabelichtstrahl 4 weist eine nicht gezeigte Erstreckung d₁ in einer ersten Dimension x quer zur Ausbreitungsrichtung z und einer Erstreckung d₂ in einer zweiten Dimension y quer zur ersten Dimension x und zur Ausbreitungsrichtung z auf. Der Eingabelichtstrahl 4 kann von einem Laser kommen, bei spielsweise einem Excimerlaser wie etwa einem KrF-Excimerlaser, einem XeCl-Excimerlaser oder einem XeF-Excimerlaser. Der Fliegenauge-Homogenisierer 12 sowie der weitere Homogenisierer 12' teilen den Eingabelichtstrahl 4 in mehrere individuelle Strahlen 13 mit einer Divergenz auf. Die Kondensorlinse 7, die in einer Entfernung entsprechend der Brennweiten f_Array der kleinen Linsen des ersten Zylinderlinsenarrays 2 angeordnet ist, bildet die individuellen Strahlen auf die (Zwischen-)Feldebene 6 ab. Einige der individuellen Strahlen 13, die in der ersten Dimension x getrennt sind, überlappen zumindest teilweise in der ersten Dimension x auf der (Zwischen-)Feldebene 6. Das nicht gezeigte strahlversetzende optische Element, das in einem Gebiet angeordnet ist, wo die individuellen Strahlen 13 getrennt sind, versetzt die mehreren Strahlen in der zweiten Dimension y um einen Bruchteil der Erstreckung der mehreren Strahlen in der zweiten Dimension auf der (Zwischen-)Feldebene 6 (siehe zum Beispiel ausführliche Beschreibung bezüglich 7 und 8).
Der abgebildete Strahl 8 weist eine gewisse Erstreckung in der (Zwischen-)Feldebene 6 auf, d.h. dem Feld 9 mit der Feldgröße s_f. Die in der (Zwischen-)Feldebene 6 (oder in der Nähe der Feldebene 6) angeordnete Feldblende 18 weist eine Öffnung in y-Richtung auf, die kleiner ist als die Erstreckung des abgebildeten Strahls 8 in der (Zwischen-)Feldebene 6. Deshalb schneidet die Feldblende 18 die Ränder des abgebildeten Strahls 8. Die Projektionslinse 20 bildet das von der Feldblende 18 geschnittene Feld 9 auf die Endbildebene 17 auf, was zu einem Zeilenstrahl 21 mit einer äußeren Gestalt führt, die im Wesentlichen rechteckig ist und scharfe Ränder in der Richtung y der kurzen Achse aufweist.
Diese Konfiguration kann mit allen vorgeschlagenen Lösungen und bevorzugten Ausführungsformen verwendet werden, die unten aufgezählt sind. Der Einfachheit halber wird in diesem ganzen Dokument ein Reduktionsverhältnis von 1 angenommen, was die Unterscheidung zwischen Feldblendenebene und Bildebene unnötig macht, soweit Feldgrößen und nummerische Aperturen betroffen sind.
Wenn eine Einrichtung zum Messen der Intensität in der Ebene der Feldblende oder der Bildebene zur Verfügung steht, zum Beispiel eingesetzt werden kann oder über einen Abgriffspiegel/Teilreflektor und Abbildungsoptik, ist es möglich, die Homogenität unter Verwendung eines Rückkopplungsalgorithmus automatisch neu zu justieren.
Dieser Algorithmus könnte wie folgt funktionieren:

– Kalibrieren einer Ausrichtung jedes Strahls durch Bewegen aller Strahlen auf einer Seite des Bildfeldes/Justierungsbereichs und indem sie durch die andere Seite nacheinander belegt werden, wobei bestimmt wird, welches Versetzungssignal welcher tatsächlichen Versetzung entspricht
– Bewegen der Hälfte der m Strahlen zu einem Rand des gewünschten Feldes (zum Beispiel +6,25 μm bei dem obigen Beispiel)
– Bewegen der anderen Hälfte der Strahlen zu dem anderen Rand des gewünschten Feldes
– wenn m nicht gerade ist, platzieren des restlichen Strahls in der Mitte des gewünschten Feldes
– Bewegen von Strahlen einem nach dem anderen von jeder Seite nach innen, um die „Intensitätssenke" zwischen den äußeren Spitzen aufzufüllen.

Nachdem eine gute Homogenität erzielt ist, kann sie fein abgestimmt werden, indem die ungefähren Positionen der Strahlen verfolgt werden und ein Strahl, dessen Position nahe bei einem Intensitätsmaximum des Strahls liegt, in Richtung eines benachbarten Minimums bewegt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen eines optischen Systems gemäß der Erfindung ausführlich beschrieben:
Bevorzugte Ausführungsform Nr. 1:
11 zeigt eine Draufsicht in der xz-Ebene einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung. 12 ist eine Draufsicht in der yz-Ebene der ersten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems nach 11.
Diese Ausführungsform Nr. 1 umfasst zwei Zylinderlinsenarrays 2, 10, die einen zweistufigen Fliegenaugen-Homogenisierer 12 zum Homogenisieren eines ankommenden Strahls in einer ersten Richtung x entlang der langen Achse A_l ausbilden, eine konvexe Kondensorlinse 7 zum Abbilden der von den zwei Zylinderlinsenarray 2, 10 erzeugten individuellen Strahlen 13 auf eine (Feld-)Oberfläche. Es muss angemerkt werden, dass diese Feldoberfläche eine Zwischenfeldoberfläche (von der das Feld wieder wie zum Beispiel oben beschrieben auf eine Endfeldoberfläche abgebildet wird) oder eine Endfeldoberfläche sein kann. Es ist weiter erwähnenswert, dass nicht nur das Abbilden auf einer Ebene stattfinden kann, sondern auch ein Abbilden auf eine Oberfläche, die zylindrisch, sphärisch oder anderweitig gekrümmt ist. Mindestens eine fokussierende Linse 22 liegt vor zum Ausbilden von Linienfoki von den individuellen Strahlen 13 entlang einer zweiten Richtung y entlang der kurzen Achse A_s.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das in den 11 und 12 gezeigte optische System eine Zielintensitätsverteilung auf der Oberfläche 6 aus einem Eingabelichtstrahl 4 mit einer willkürlichen Eingabeintensitätsverteilung erstellen. Als Lichtquelle kann ein Excimerlaser wie beispielsweise oben erwähnt verwendet werden. Solch eine Lichtquelle emittiert den sich in einer Ausbreitungsrichtung z von der linken Seite der Zeichnung zur rechten Seite ausbreitenden Eingabelichtstrahl 4. Der Eingabelichtstrahl 4 weist eine Erstreckung in der ersten Dimension x quer zur Ausbreitungsrichtung z und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension y quer zur ersten Dimension x und zur Ausbreitungsrichtung z auf.
Das zweite Array 10 und das erste Array 2 teilen den Eingabelichtstrahl 4 in mehrere m individuelle Strahlen 13. In dem vorliegenden Fall bestehen das erste und zweite Array 2, 10 aus m = 3 zylindrischen konvexen Linsen (alternativ können konkave Linsen oder asphärische Linsen und/oder Linsen mit flachen Oberflächen verwendet werden), die nebeneinander angeordnet sind. Deshalb werden m = 3 individuelle Strahlen 13 aus dem Eingabelichtstrahl 4 ausgebildet. Anstelle von refraktiven Linsenarrays 2, 10 können auch andere Arten von refraktiven Elementen verwendet werden. Refraktive Elemente sind in dem vorliegenden Fall jene, wo der Hauptteil des ankommenden Strahls gebrochen wird. Die refraktiven Elemente, insbesondere die Zylinderlinsenarrays 2, 10, können aus Kieselglas oder Calciumfluorid hergestellt sein. Anstelle von refraktiven Elementen können auch reflektierende Elemente, bei denen der Hauptteil des ankommenden Strahls reflektiert wird, wie etwa Spiegel, insbesondere ein Array oder Arrays mit zylindrischen, asphärischen oder Planspiegeln, verwendet werden. Zudem ist es möglich, stattdessen diffraktive Elemente zu verwenden. Solche diffraktiven Elemente können beispielsweise eindimensionale Fresnelzonen-Linsen oder lineare Gitter sein. Schließlich sind auch Kombinationen aus refraktiven, reflektierenden und/oder diffraktiven Elementen möglich.
Einige der individuellen Strahlen 13 überlappen zumindest teilweise in der ersten Dimension auf der Oberfläche (Feldoberfläche oder Endoberfläche) 6. Im vorliegenden Fall überlappen alle m = 3 individuellen Strah len 13 vollständig in der ersten Dimension auf der Oberfläche, was anhand der die Strahlen 13 bildenden äußeren Linien zu sehen ist.
Gemäß der Erfindung liegt mindestens ein strahlversetzendes optisches Element vor zum Versetzen mindestens eines der mehreren individuellen Strahlen 13 in der zweiten Dimension y auf der Oberfläche 6. Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Ablenkung der m individuellen Strahlen 13 realisiert, indem die fokussierende Linse 22 der kurzen Achse A_s aus m Sektionen 27 gebildet wird (wie aus 13 ersichtlich) und sie seitlich entlang der kurzen Achse A_s versetzt werden (wie in 14 gezeigt). Der Ort 25, 26 jedes Linienstrahls 23, 24 in der Feldebene 6 wird um den gleichen Betrag verschoben wie die kleinen Linsen 27i, ..., 27n, 27n+1, ... 27m. Bei dem obigen Beispiel müssen die kleinen Linsen 27i, ..., 27n, 27n+1, ... 27m dementsprechend um +–6,25 μm verschoben werden, um einen Linienstrahl T_y = 10 μm zu erzeugen.
Es muss angemerkt werden, dass bei der gegenwärtigen bevorzugten Ausführungsform Nr. 1 die Zahl m individueller Strahlen gleich der Anzahl m von Strahlen ist, die getrennt werden. Dennoch ist dies keine zwingende Bedingung. Dies bedeutet, dass die Anzahl an Sektionen 27 im Vergleich zu der Anzahl von Zylindern der Zylinderarrays 2, 10 größer oder kleiner sein kann.
Bevorzugt werden die kleinen Linsen 27i, ..., 27n, 27n+1, ... 27m abwechselnd verschoben, um Inhomogenitäten des Eingabestrahls 4 besser zu mitteln (14). Es hat sich herausgestellt, dass das Verschieben benachbarter kleiner Linsen 27n+1, ... 27n in der gleichen Richtung entlang der kurzen Achse A_s auch zu zweckmäßigen Ergebnissen führt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn alle individuellen Strahlen 13 in der ersten Dimension entlang der langen Achse A_l vollständig überlappen, was der Fall in der in den 11 und 12 ge zeigten Ausführungsform Nr. 1 ist.
Für m → ∞ verläuft die durch den Scheitel (Maximalwert) der verschobenen kleinen Linsen (die möglicherweise nicht individualisiert sind) gebildete Linie 29 nicht länger parallel zur Richtung A_l der langen Achse wie auch die Scheitellinie 28 in dem in 13 gezeigten nicht verschobenen Fall, sondern unter einem Neigungswinkel α geneigt. Eine derartige Zylinderlinse 30 mit kontinuierlich verschobener Scheitellinie 29 ist in 15 gezeigt.
Eine derartige asymmetrische Linse 30 wie in 15 gezeigt wird nicht als eine Standardlinse hergestellt. Beim Ändern der Strahlbreite des Zielstrahls ist ein neues Design erforderlich. Es hat sich herausgestellt, dass auch eine standardmäßige (nicht segmentierte) Zylinderlinse 31 verwendet werden kann, wenn die Linse 31 bezüglich der optischen Achse gedreht wird, zum Beispiel der Ausbreitungsrichtung z der individuellen Strahlen in einem optischen System wie zum Beispiel in 11 und 12 gezeigt. Eine derartige Drehung um einen Winkel α ist auch in 16 angegeben.
Im vorliegenden Fall besteht das strahltrennende optische Element 22, 30 aus einem Material, das hauptsächlich refraktiv ist, wie etwa Kieselglas oder Calciumfluorid. Anstelle eines strahltrennenden Elements vom reflektierenden Typ können auch strahltrennende Elemente vom reflektiven oder diffraktiven Typ verwendet werden.
Bevorzugte Ausführungsform Nr. 2
Die segmentierte fokussierende Linse wie in Ausführungsform Nr. 1 erfordert eine sehr feine mechanische Justierung, weil sich der Strahl um das gleiche Ausmaß wie die kleinen Linsen verschiebt. Dies kann vermieden werden, indem eine getrennte (segmentierte) Linse 22, 30, 31 mit einer langen Brennweite f_segmented eingeführt wird. Die Justierung, die erforderlich ist, skaliert wie die Brennweite, und somit sind sehr zweckmäßige mechanische Justiergenauigkeiten in der Größenordnung von 0,1 mm für eine Feinabstimmung der Intensitätsverteilung in der Feldebene ausreichend. Die zusätzliche Linse kann sich an beliebiger Stelle in dem Gebiet befinden, wo die individuellen Strahlen getrennt werden, zum Beispiel zwischen den Arrays kleiner Linsen.
17 und 18 zeigen Draufsichten in der xz-Ebene und der yz-Ebene einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung, die von der in 11 und 12 gezeigten dadurch differiert, dass (segmentierte) Linsen 22, 30, 31 mit schwacher Leistung zwischen den Arrays 2, 10 von kleinen Linsen angeordnet sind, und dadurch, dass die fokussierende Linse 14 eine Zylinderlinse ist, wie zum Beispiel in 4 gezeigt. Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass anstatt einer segmentierten Linse 22 mit schwacher Leistung auch eine gedrehte (oder eine drehbare) Zylinderlinse 31 oder eine Linse 30 mit geneigter Scheitellinie bezüglich der x-Richtung wie in 15 bzw. 16 gezeigt verwendet werden kann.
Bevorzugte Ausführungsform Nr. 3
Die zusätzliche Linse 22, 30, 31 von der Ausführungsform Nr. 2 kann in ein beliebiges anderes Element, zum Beispiel die zylindrischen Arrays, integriert werden, indem eines von diesem segmentiert wird, wodurch eine Seite eine geringfügige Krümmung entlang der kurzen Achse A_s erhält, und indem die Segmente justierbar gemacht werden.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass anstelle des Segmentierens der Elemente auch eine Drehung der Zylinderlinsen oder eine Neigung der Scheitellinie der Zylinder- oder gekrümmten Linsen bezüglich der die kur ze Dimension der Zielstrahlverteilung definierenden x-Richtung, wie zum Beispiel in 15 bzw. 16 gezeigt, möglich sein kann.
Bevorzugte Ausführungsform Nr. 4
Die segmentierte Linse kann durch ein beliebiges anderes Element ersetzt werden, das eine justierbare Ablenkung eines Strahls gestattet. Eine weitere vierte bevorzugte Ausführungsform verwendet Keile 32, 33, 34.
Im Stand der Technik sind auch mehrere Keilprismen unterschiedlicher Ablenkwinkel zur Strahlversetzung – in verschiedenen Anwendungen und verschiedenen Kombinationen mit optischen Systemen – verwendet worden. Für Hochleistungsintensitätsverteilungen mit einem großen Seitenverhältnis ist diese Implementierung jedoch nicht zweckmäßig, da die resultierenden kleinen Keilwinkel schwierig herzustellen sind bzw. die Anstellwinkel der Keilprismen mit sehr hoher Präzision ausgerichtet werden müssen. Der kleine Anstellwinkel der Keile, der für kleine Strahlversetzungen erforderlich ist, die für das hocheffiziente optische System gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt wird, ergibt sich aus der großen Brennweite der Kondensorlinse. Die für Anwendungen gemäß der Erfindung erforderlichen Anstellwinkel werden in der Größenordnung von 10 bis 30 μrad liegen.
Die Anwendung für Keilprismen unterschiedlicher Prismenwinkel ist deshalb bevorzugt nur für Intensitätsverteilungen mit Seitenverhältnissen kleiner 100 anwendbar. Es ist jedoch möglich, Prismen mit identischem und großem Prismenwinkel von einigen Graden mit sehr hoher Präzision herzustellen. Die Erfinder haben realisiert, dass es möglich ist, kleine Strahlablenkungswinkel zu erreichen, indem die Prismen senkrecht zum Prismenkeil gedreht werden. Deshalb verwendet die vierte bevorzugte Ausführungsform Keile 32, 33, 34 mit justierbaren Anstellwinkeln α₃₂ bzw. α₃₃. Diese vierte Ausführungsform ist in 19 und 20 gezeigt.
Diese Ausführungsform umfasst zwei Zylinderlinsenarrays 2, 10, die einen zweistufigen Fliegenaugen-Homogenisierer 12 zum Homogenisieren eines ankommenden Strahls in einer ersten Richtung x entlang einer langen Achse A_l ausbilden, eine konvexe Kondensorlinse 7 zum Abbilden der von den beiden Zylinderlinsenarrays 2, 10 erzeugten individuellen Strahlen 13 auf eine ebene Zwischenfeldoberfläche, eine ebene Feldoberfläche oder eine letzte ebene Oberfläche 6 (siehe obige Erläuterungen). Es muss angemerkt werden, dass diese Oberfläche 6 auch zylindrisch, sphärisch oder anderweitig gekrümmt sein kann. In der Ausbreitungsrichtung z zwischen dem ersten und zweiten Array 2, 10 ist ein Satz von Keilen 32, 33, 34 mit identischen Keilwinkeln β, die um eine Drehachse 35 gedreht werden können, nebeneinander in der Richtung A_l der langen Achse angeordnet. Statt Keilen 32, 33, 34 mit identischem Keilwinkel β können auch Keile mit unterschiedlichen Winkeln β₁, β₂, ... verwendet werden, wodurch die Strahlablenkung justiert werden kann, indem zusätzlich die Prismen bezüglich einer Drehachse 35 gedreht werden. Mindestens eine fokussierende Linse 14 liegt zum Ausbilden von Brennlinien von den individuellen Strahlen 13 entlang einer zweiten Richtung y entlang der kurzen Achse A_s vor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das in 19 und 20 gezeigte optische System eine Zielintensitätsverteilung auf die Oberfläche 6 aus einem Eingabelichtstrahl 4 mit einer willkürlichen Eingabeintensitätsverteilung erstellen. Als Lichtquelle kann wieder ein Excimerlaser wie bzw. oben erwähnt verwendet werden. Statt eines Excimerlasers kann eine beliebige andere Lichtquelle oder insbesondere ein beliebiger anderer Laser wie etwa ein Festkörperlaser, ein CO₂-Laser usw. verwendet werden.
Die Lichtquelle emittiert den Eingabelichtstrahl 4, der sich in der Ausbreitungsrichtung z von der linken Seite der Zeichnung zur rechten Seite ausbreitet. Der Eingabelichtstrahl 4 weist eine Erstreckung in der ersten Dimension x quer zur Ausbreitungsrichtung z und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension y quer zur ersten Dimension x und zur Ausbreitungsrichtung z auf. Das zweite Array 10 und das erste Array 2 teilen den Eingabelichtstrahl 4 in mehrere m individuelle Strahlen 13 auf. In dem vorliegenden Fall bestehen das erste und zweite Array 2, 10 aus m = 3 Zylinderlinsen, die nebeneinander angeordnet sind. Deshalb werden m = 3 individuelle Strahlen 13 aus dem Eingabelichtstrahl 4 ausgebildet.
Einige der individuellen Strahlen 13 überlappen zumindest teilweise in der ersten Dimension auf der Oberfläche (Feldoberfläche) 6. Im vorliegenden Fall überlappen alle m = 3 individuellen Strahlen 13 vollständig in der ersten Dimension auf der Oberfläche, was anhand der äußeren Strahlen der Strahlen 13 zu sehen ist.
Gemäß der Erfindung liegt mindestens ein strahlversetzendes optisches Element zum Versetzen mindestens eines der mehreren individuellen Strahlen 13 in der zweiten Dimension y auf der Oberfläche 6 vor. Bei der vierten bevorzugten Ausführungsform wird die Ablenkung der m individuellen Strahlen 13 realisiert, indem der Satz aus m = 3 Keilen 32, 33, 34 zwischen dem ersten und zweiten Array 2, 10 eingeführt wird, wodurch die Keile 32, 33, 34 zueinander geneigt sind, wie durch die Winkel α₃₂, α₃₃ angezeigt, was eine Neigung bezüglich der xy-Ebene darstellt.
Die Neigung α₃₂, α₃₃ der Keile 32, 33, 34 bezüglich der xy-Ebene und deshalb die Neigung zueinander kann justiert werden, indem die Keile 32, 33, 34 mit Hilfe entsprechender Aktuatoren wie etwa nicht gezeigter piezoelektrischer Kristalle oder nicht gezeigter Schrittmotoren um die Achse 35 gedreht werden.
Dieser Ansatz gestattet eine sehr feine Steuerung des Ablenkungswinkels und somit eine sehr feine Steuerung der Erstreckung des Lichtstrahls 8 in der Richtung A_s der kurzen Achse in der Feldebene 6. Es ist erwähnenswert, dass Ausführungsformen Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 ebenfalls jeweilige Aktuatoren, Motoren usw. umfassen können, um die Positionen der Segmente 27i, ... 27n, 27n+1, ... 27m des Strahlablenkungselements 22 gemäß 14 zueinander sowie dem Neigungswinkel α der Zylinderlinse 16 nach 16 zu justieren.
Bevorzugte Ausführungsform Nr. 5
Die Ablenkung der m individuellen Strahlen kann auch dadurch erzielt werden, dass eine segmentierte reflektierende Komponente eingeführt wird. Das Einfachste ist ein segmentierter flacher Spiegel, der irgendwo in dem Gebiet platziert ist, wo die individuellen Strahlen getrennt werden. Der segmentierte flache Spiegel kann den Strahlweg in der kurzen Achse (wie in 21 und 22 gezeigt und nachfolgend beschrieben) oder in der langen Achse oder in einer beliebigen anderen Ebene falten.
Diese in 21 und 22 in Form von Draufsichten in der xz-Ebene bzw. der yz-Ebene gezeigte fünfte Ausführungsform umfasst beispielhaft zwei Zylinderlinsenarrays 2, 10 und eine Kondensorlinse 7, die einen zweistufigen Fliegenaugen-Homogenisierer 12 zum Homogenisieren eines ankommenden Strahls 4 in einer ersten Richtung x entlang einer langen Achse A_l ausbilden. Die beiden Zylinderlinsenarrays 2, 10 erzeugen m = 3 individuelle Strahlen 13 durch Trennen des ankommenden Strahls 4. Die konvexe Kondensorlinse 7 kondensiert die von den beiden Zylinderlinsenarrays 2, 10 erzeugten individuellen Strahlen 13 auf eine Zwischenfeldoberfläche, eine Feldoberfläche oder eine Endoberfläche 6, wie bereits oben bezüglich Ausführungsform Nr. 4 ausführlich erläutert.
In der Ausbreitungsrichtung z zwischen dem ersten und zweiten Array 2, 10, die senkrecht zueinander in der xy-Ebene (erstes Array 2) und der xz-Ebene (zweites Array 10) angeordnet sind, ist der zuvor erwähnte segmentierte flache Spiegel 40, der im vorliegenden Fall m = 3 Spiegelsegmente 37, 38, 39 umfasst, angeordnet zum Ablenken und Versetzen der individuellen Strahlen 13 in der Richtung y der kurzen Achse A_s. Eine fokussierende Linse 14 liegt vor, um Brennlinien aus den individuellen Strahlen 13 entlang der Richtung y der zweiten Achse A_s auszubilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das in 21 und 22 gezeigte optische System eine Zielintensitätsverteilung auf der Oberfläche 6 in Form einer fast rechteckigen länglichen Linie mit einem hohen Aspektverhältnis (d.h. einem hohen Seitenverhältnis der Linienerstreckung in der Richtung x der langen Achse A_l zur Erstreckung in der Richtung y der kurzen Achse A_s), das einen Wert von 1000 übersteigt, aus einem Eingabelichtstrahl 4 mit einer willkürlichen Eingabeintensitätsverteilung erstellen.
Als Lichtquelle kann wieder ein Excimerlaser wie beispielsweise oben erwähnt verwendet werden. Die Lichtquelle emittiert den sich in einer Ausbreitungsrichtung –y ausbreitenden Eingabelichtstrahl 4, der vom Spiegel 40 im Wesentlichen in der z-Richtung abgelenkt wird und sich in der z-Richtung von der linken Seite der Zeichnung zur rechten Seite ausbreitet. Der Spiegel 40 kann beispielsweise aus Kieselglas, Zerodur (das das Warenzeichen eines Materials ist, das von der Schott AG vertrieben wird) oder ULE (das das Warenzeichen eines Materials ist, das von der Firma Corning vertrieben wird) hergestellt sein.
Der Eingabelichtstrahl 4 weist eine Erstreckung in der ersten Dimension x quer zur Ausbreitungsrichtung –y, z und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension z, y quer zur ersten Dimension x und zur Ausbreitungsrichtung –y, z auf.
Das zweite Array 10 und das erste Array 2 teilen den Eingabelichtstrahl 4 in mehrere m individuelle Strahlen 13 auf. Im vorliegenden Fall bestehen das erste und zweite Array 2, 10 aus m = 3 Zylinderlinsen, die nebeneinander angeordnet sind. Deshalb werden m = 3 individuelle Strahlen 13 aus dem Eingabelichtstrahl 4 ausgebildet. Im vorliegenden Fall überlappen alle m = 3 individuellen Strahlen 13 vollständig in der ersten Dimension auf der Oberfläche, was anhand der die Strahlen 13 bildenden äußeren Strahlen ersichtlich ist.
Wieder liegt gemäß der Erfindung ein strahlversetzendes optisches Element zum Versetzen der mehreren m individuellen Strahlen 13 in der zweiten Dimension y auf der Oberfläche 6 vor. Bei der vorliegenden fünften bevorzugten Ausführungsform wird die Ablenkung der m individuellen Strahlen 13 dadurch realisiert, dass die Segmente 37, 38, 39 des Spiegels 40 zwischen das erste und zweite Array 2, 10 eingeführt werden. Erzielt wird dies durch Neigen der Spiegelsegmente 37, 38, 39 zueinander, wie durch die Winkel γ₁, γ₂ angegeben. (Man beachte, dass die Neigungswinkel γ₁, γ₂ unproportional gezeichnet sind. Diese Winkel γ₁, γ₂ werden im Allgemeinen in der Größenordnung von 10 bis 30 μrad liegen.)
Die Neigung γ₁, γ₂ der Spiegelsegmente 37, 38, 39 zueinander kann justiert werden, indem die Spiegelsegmente 37, 38, 39 mit Hilfe entsprechender Aktuatoren wie etwa nicht gezeigter piezoelektrischer Kristalle oder nicht gezeigter Schrittmotoren um eine Achse 36 gedreht werden.
Wie jedoch oben bezüglich der Ausführungsform Nr. 4 erläutert, müssen zum Erzeugen von Intensitätsverteilungen mit großen Aspektverhältnissen die Anstellwinkel sehr klein sein. Die Anstellwinkel der hier verwendeten Spiegel müssen in der Größenordnung von unter 10 μrad liegen. Bei Annahme eines Spiegeldurchmessers von 10 mm würde dies zu einer Abweichung senkrecht zum Spiegel von < weniger als 1 μm führen, was insbesondere dann sehr schwierig aufrechtzuerhalten ist, wenn die mechanischen und thermischen Empfindlichkeiten der geneigten Spiegel betrachtet werden. Außerdem muss bei Verwendung von Abbildungsoptiken die Abweichung des Spiegels kleiner als 30 μm sein. Somit wird die Anwendung von geneigten Spiegeln bevorzugt verwendet zum Erstellen von Intensitätsverteilungen mit Seitenverhältnissen unter 100. Zum Erzeugen von Intensitätsprofilen mit einem höheren Seitenverhältnis ist es bevorzugt, die Spiegelablenkungswinkel γ₁, γ₂ durch Ansteuereinheiten wie etwa Piezostapel für jedes individuelle Spiegelsegment in Kombination mit zum Beispiel einem Leistungssensor nahe der Feldebene aktiv zu manipulieren und zu steuern.
Die Erfinder haben jedoch realisiert, dass anstelle eines segmentierten Spiegels 40 auch ein einstückiger Spiegel 41 verwendet werden kann, wie in 23 und 24 gezeigt ist (23 entspricht 21, zeigt aber nicht das zylindrische Array 10; 24 entspricht 22). Der einstückige Spiegel 41 kann in der x-Richtung nicht als ein Teil um eine Achse 36 gedreht werden (wie dies der Fall für die Segmente 37, 38, 39 nach 23, 24 ist). Stattdessen ändert sich der Drehwinkel um die Achse 36 kontinuierlich über den Spiegel 41 hinweg, was zu einer Verdrehung des Spiegels 41 führt, mit den Pfeilen D1, D2 angedeutet. Dies entspricht der Änderung des Spiegels zu einer geringfügig zylindrischen Gestalt entlang einer außeraxialen Richtung 42. Der Spiegel 41 kann mit dieser geringfügig zylindrischen Gestalt hergestellt werden oder als ein ebener Spiegel hergestellt und mechanisch gebogen werden.
Dennoch können auch jeweilige Aktuatoren wie etwa pie zoelektrische Kristalle, die in funktioneller Beziehung zu dem einstückigen Spiegel 41 stehen, oder ein Motor vorliegen, um jeweils das Biegen des Spiegels 41 zu justieren.
Anstelle einer Verdrehung, die dem Spiegel 41 die vorbestimmte Gestalt gibt, wie oben erläutert, kann auch ein gekrümmter, insbesondere zylindrisch gebogener Spiegel verwendet werden, der um die Achse 42 gedreht werden kann.
Bevorzugte Ausführungsform Nr. 6
Anstatt einen getrennten segmentierten Spiegel wie in der bevorzugten Ausführungsform Nr. 5 einzuführen, ist es auch möglich, das optische System teilweise oder ganz aus reflektierenden Komponenten zusammenzusetzen und jede von diesen als ein segmentiertes optisches Teil zu realisieren. 25 und 26 zeigen ein Beispiel, wo die Arrays 2, 10 reflektierend sind und eines von ihnen segmentiert ist und/oder hinsichtlich Winkel justiert werden kann. Reflektierend bedeutet in diesem Fall, dass der Hauptteil eines ankommenden Strahls bei den Arrays 2, 10 reflektiert wird.
Die in den 25 und 26 in Form von Draufsichten in der xz-Ebene und der yz-Ebene gezeigte sechste Ausführungsform umfasst beispielhaft zwei zylindrische Spiegelarrays 2', 10' und eine konvexe Kondensorlinse 7, die einen zweistufigen „Fliegenaugen"-Homogenisierer 12' bildet zum Homogenisieren eines ankommenden Strahls 4 in einer ersten Richtung x entlang der langen Achse A_l zum Abbilden der von den beiden zylindrischen Spiegelarrays 2', 10' erzeugten individuellen Strahlen 13 auf eine Oberfläche 6 (Zwischenfeldoberfläche oder Feldoberfläche oder Endoberfläche) und eine fokussierende Linse 14 zum Ausbilden von Brennlinien von den individuellen Strahlen 13 entlang einer zweiten Richtung y entlang der kurzen Achse A_s.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das in den 25 und 26 gezeigte optische System eine Zielintensitätsverteilung auf der Oberfläche 6 in Form einer fast rechteckigen länglichen Linie mit einem hohen Aspektverhältnis von mehr als 1000 aus einem Eingabelichtstrahl 4 mit einer willkürlichen Eingabeintensitätsverteilung erzeugen. Als Lichtquelle 4 kann wieder ein Excimerlaser verwendet werden. Die Lichtquelle 4 emittiert den sich in einer Ausbreitungsrichtung z ausbreitenden Eingabelichtstrahl 4. Das zweite zylindrische Spiegelarray 10', was bezüglich der xy-Richtung durch eine Drehung um eine Achse 43 parallel zu der x-Achse geneigt wird, reflektiert und trennt den ankommenden Strahl 4 in mehrere m individuelle Strahlen 13. Die m = 3 getrennten individuellen Strahlen 13 werden zu dem ersten zylindrischen Spiegelarray 2' gelenkt. Das zylindrische Spiegelarray 10', 2' kann aus Kieselglas, einer von Schott AG, Mainz, Deutschland, unter dem Warenzeichen Zerodur vertriebenen Glaskeramik oder einem von Corning, New York, USA, unter dem Warenzeichen ULE vertriebenen Glas bestehen.
Das erste zylindrische Spiegelarray 2' besteht aus m = 3 getrennten individuellen zylindrischen Spiegelelementen 44, 45, 46, die unabhängig um die Achse 43 gedreht werden können, die parallel zu der x-Richtung verläuft. Die getrennten individuellen zylindrischen Spiegelsegmente 44, 45, 46, die nebeneinander in der x-Richtung angeordnet sind, können derart justiert werden, dass sie zueinander in der xz-Ebene geneigt sind (Neigungswinkel ξ₁, ξ₂ sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet; typische Werte sind +/–10–30 μrad, die jeweilige Versetzungen von +/– mehreren μm liefern). Die getrennten individuellen zylindrischen Spiegelsegmente 44, 45, 46, m = 3, reflektieren und insbesondere versetzen die individuellen Strahlen in der Richtung y der kurzen Achse A_s. Die Kondensorlinse 7 bildet die getrennten und versetzten Strahlen 13 auf die (Feld-)O berfläche 6 ab. Die fokussierende Linse erzeugt Brennlinien auf der Oberfläche 6. Im vorliegenden Fall überlappen alle m = 3 individuellen Strahlen 13 vollständig in der ersten Dimension auf der Oberfläche, was anhand der äußeren Linien von den Strahlen 13 zu sehen ist.
Alle diese bevorzugten Ausführungsformen können mit voller Justierbarkeit oder einer einmaligen Einstellung bei der anfänglichen Ausrichtung des Systems realisiert werden.
Bevorzugte Ausführungsform Nr. 7
Die in den 27, 28, 29 gezeigte siebte Ausführungsform gemäß einer bevorzugten Version der Erfindung wird für die Herstellung von polykristallinen Siliziumfilmen aus amorphen Siliziumfilmen, die auf einem Substrat (auch als „Panel" bekannt) abgeschieden sind, wobei der so genannte TDX-Prozess verwendet wird.
Diese Technik basiert auf einer Form von gesteuertem superlateralem Wachstum (SLG – Super-Lateral Growth), wo das Panel mit einem sehr dünnen (deshalb ist diese Dimension als kurze Achse A_s bezeichnet) Strahl bestrahlt wird, der den auf dem Substrat abgeschiedenen amorphen Siliziumfilm vollständig schmilzt und danach gestattet, dass das laterale Kristallwachstum von großen Körnern von Keimen am Rand des geschmolzenen Gebiets abläuft. Indem die Strahlbreite ausreichend begrenzt wird (hier beispielsweise 5–15 μm), wird sichergestellt, dass das ganze Schmelzegebiet über laterales Wachstum ohne irgendeine Keimbildung kristallisiert wird, die zu Gebieten kleiner Körner führt, was beispielsweise bei einer größeren Strahlbreite beobachtet werden kann.
Die andere Abmessung des Strahls wird so lang wie möglich gemacht (deshalb wird diese Dimension als lange Achse A_l bezeichnet), um einen hohen Grad an Gleichför migkeit und einen hohen Durchsatz sicherzustellen. Die ganze Breite des Panels (zum Beispiel mehr als 700 mm) wird in jedem Impuls belichtet, wodurch die Ungleichförmigkeit der zusammengesetzten Gebiete vermieden wird, die in Belichtungstechniken (wie etwa SLS) mit mehreren Durchgängen zu sehen sind. Während der Belichtung wird das Panel mit einer konstanten (kontinuierlichen oder abgestuften) Geschwindigkeit gescannt, und der Laser wird nach einer Translation von etwa 2 μm zum Feuern ausgelöst (Laserwiederholungsrate etwa 6 kHz, Laserimpulsenergie etwa 150 mJ, Laserleistung 300-900 W). Jeder Impuls schmilzt ein 5–15 μm × ~700 mm großes Gebiet, das unter Verwendung eines Keims von dem poly-Si des vorausgegangenen Impulses ein laterales Kristallwachstum erfahren wird, wodurch lange Kristallkörner in der Scannrichtung erzeugt werden (Richtung y der kurzen Achse A_s). Es werden nur zwei bis drei Impulse verwendet, um jeden Bereich zu belichten, im Vergleich zu 20–40 Impulsen, die beim standardmäßigen ELA (Excimer Laser Annealing) verwendet werden, wodurch man einen viel höheren Paneldurchsatz erhält.
Das nachfolgend und unter Bezugnahme auf die in 27, 28 und 29 gezeigte Zeichnungen beschriebene System besteht aus einem optischen System, das dem in 11 und 12 gezeigten recht ähnlich ist, wo aber die segmentierte Linse 22 durch ein Zylinderlinsenelement 53 ersetzt wird, das um die optische Achse z gedreht wird. Um einen Zeilenstrahl mit fast rechteckiger Feldgestalt zu erzeugen, sind ein hohes Seitenverhältnis und eine gut homogenisiertes Hutprofil entlang den kurzen Achsen eines zweistufigen Homogenisierers erforderlich oder zumindest vorteilhaft. Jede Stufe des zweistufigen Homogenisierers kann aus einem einstufigen Homogenisierer bestehen, kann aber auch mehr als eine individuelle Stufe umfassen.
US 2005 0031261 A1 beispielsweise beschreibt einen zweistufigen Homogenisierer, der aus zwei einstufigen Homogenisierern besteht, nämlich einem zylindrischen Linsenarray mit Kondensorlinse (Fliegenauge-Homogenisierer) und einem Stab. Die in diesem Dokument beschriebene Konfiguration wird nur zum Homogenisieren einer vorbestimmten Richtung verwendet. Die restliche Inhomogenität des Fliegenauges (erster Schritt) wird von dem Stab verbessert (zweiter Schritt). Im Gegensatz dazu verwendet die vorliegende Lösung, die im Folgenden beschrieben wird, ein erstes Fliegenauge zum Erstellen einer gleichförmigen Verteilung an dem Zylinderlinsenelement, das um die z-Achse gedreht wird. Am Eingang des Stabs liegt keine homogene Verteilung des Laserprofils vor. Nur die Winkelverteilung der gedrehten Zylinderlinse ist über den Querschnitt homogen verteilt. Der Stab wird verwendet, um das ungleichförmige Eingabestrahlprofil zu homogenisieren.
Ein weiteres Dokument nach dem Stand der Technik, nämlich EP 1 400 832 A1 verwendet einen Stab nur für das Homogenisieren des Eingabelaserstrahls entlang einer Breitenrichtung. Die vorliegende Erfindung, die im Folgenden beschrieben wird, verwendet den Stab zum Homogenisieren eines Eingabelaserstrahls entlang der Längenrichtung.
Ähnlich zu der oben verwendeten Nomenklatur wird unten die folgende Notation verwendet: die x-Achse ist die lange Achse A_l mit einer Größe in der Endebene (Panel) größer als 300 mm. Die y-Achse ist die kurze Achse A_s mit einer Größe in der Endebene im Bereich zwischen 5 und 200 μm, bevorzugt zwischen 5 und 20 μm, entsprechend zum Beispiel einer Größe in der (Zwischen-)Feld(Blenden)-Ebene im Bereich zwischen 50 bis 2000 μm, bevorzugt zwischen 50 und 200 μm für eine Verkleinerung M = 10. Es wird nur die Homogenisierung der langen Achse A_l bis zum Ende des Stabs 56 und die Homogenisierung der kurzen Achse A_s bis zur Feldebene vorgelegt. Das Abbilden des Ausgangs des Stabs 56 auf die Endebene (Panel) in der Richtung der langen Achse A_l erfordert mindestens zwei Zylinderlinsen (oder Spiegel). Dies wird hier nicht vorgelegt. Eine jeweilige Anordnung ist in Verbindung mit Ausführungsform Nr. 8 gezeigt.
Das in den 27 und 28 gezeigte optische System kann eine Zielintensitätsverteilung mit einer (fast) rechteckigen äußeren Gestalt und einem Aspektverhältnis von über 1000, bevorzugt über 10000, auf einer Oberfläche 58 aus einem Eingabelichtstrahl 50 mit einer willkürlichen Eingabeintensitätsverteilung erstellen. Als eine hier nicht gezeigte Lichtquelle kann zum Beispiel ein Excimerlaser (siehe oben) verwendet werden. Die Lichtquelle emittiert den Eingabelichtstrahl 50, der sich in einer Ausbreitungsrichtung z von der linken Seite der Zeichnung zur rechten Seite ausbreitet. Der Eingabelichtstrahl 50 weist eine Erstreckung in der ersten Dimension x (d.h. hier die Richtung der langen Achse A_l) quer zur Ausbreitungsrichtung z und einer Erstreckung in einer zweiten Dimension y (hier die Richtung der kurzen Achse A_s) quer zur ersten Dimension x und zur Ausbreitungsrichtung z auf.
Der Homogenisierer besteht aus zwei getrennten Homogenisierungsstufen 51, 56. Die Konfiguration ist in 27 gezeigt. Die erste Stufe ist ein Zylinderlinsenarray 51 (Fliegenauge) in Kombination mit einer Kondensorlinse 52. Anstelle dieses einzelnen Zylinderlinsenarrays 51 kann auch ein doppelstufiger Homogenisierer verwendet werden, der zwei zylindrische Arrays wie oben gezeigt umfasst. Die zweite Stufe besteht aus dem oben erwähnten Stab 56 in Kombination mit einem doppelten zylindrischen Fliegenauge 55 und einer Kondensorlinse 54.
Die Aufgabe des ersten Homogenisierers 51 besteht darin, einen Lichtstrahl mit gleichförmiger Intensitätsverteilung entlang der langen Achse A_l bei dem Zylinderlinsenelement 53 aus der Eingabeintensitätsverteilung des Eingabelichtstrahls 50 herzustellen.
Das Zylinderlinsenelement 53 weist eine optische Brechkraft in der Richtung y der kurzen Achse A_s auf. Das Zylinderlinsenelement 53 kann um die optische Achse 50 gedreht werden. Der Effekt der Drehung ist eine Ablenkung von Strahlen mit einer Entfernung zur optischen Achse 50 in der Richtung y der langen Achse A_l. Die Ablenkung ist proportional zur axialen Entfernung von der optischen Achse 50 in der Richtung y der langen Achse A_l.
Bei der zweiten Homogenisierungsstufe 56 wird die Winkelverteilung an dem Zylinderlinsenelement 53 von einer Kondensorlinse 54 auf ein Zylinderlinsenarray 55 kondensiert, das aus zwei Elementen 55a, 55b besteht. Dies bedeutet, dass ein Fächer von Strahlen beginnend bei dem Zylinderlinsenelement 53 über den ganzen Bereich des Zylinderlinsenarrays 55 verteilt wird. Mit anderen Worten wird ein bestimmter abgelenkter Strahl in der Richtung y der kurzen Achse A_s über den ganzen Bereich des Zylinderlinsenarrays 55 verteilt.
Die Winkelverteilung am Eingang des Linsenarrays 55 hängt von der Feldposition an dem Zylinderlinsenelement 53 ab. Der Fächer von Strahlen beim Zylinderlinsenarray-55-Eingang ist entsprechend der räumlichen Entfernung des Felds an den Zylinderlinsenelement 53 geneigt.
Um dies zu kompensieren, wird das Zylinderlinsenarray 55 gemäß einer speziellen Anordnung verwendet. Die Entfernung des zweiten Arrays 55b zum ersten 55a ist gleich der Brennweite f_Array 55b des zweiten Elements 55b des Linsenarrays 55. In dieser Konfiguration wird der Ausgangswinkel nur von der Position des Strahls beim ersten Element 55a des Linsenarrays 55 bestimmt. Die zweite Aufgabe des Linsenarrays 55 besteht in der Definierung einer Winkelverteilung, die für die Homogenisierung mit dem folgenden Stab 56 erforderlich ist.
Der Stab 56 weist eine Antireflexbeschichtung 56a am Eingangsbereich auf. Wenn ein Strahl innerhalb des Stabs 56 auf die Grenze 56a zwischen dem Glas 56 und Luft trifft, kommt es zu einer Innenreflexion, was den Strahl 59 im Stab 56 hält. Nach mehreren Reflexionen 60a, 60b wird am Ausgang 56b des Stabs 56 eine gleichförmige Verteilung erzielt (27). Reflexionen 60a, 60b treten nur in der Richtung x der langen Achse A_l auf. In der Richtung y der kurzen Achse A_s gibt es keine Reflexion (28c, 28d). Die Größe des Stabs in der Richtung y der kurzen Achse A_s ist größer als die Strahlgröße 61 in der Richtung y der kurzen Achse A_s. Neben der Homogenisierung in der Richtung x der langen Achse A_l weist der Stab 56 auch die Aufgabe auf, die von dem Linsenelement 53 erzeugte Winkelversetzung gleichmäßig über die Richtung x der langen Achse A_l zu vergleichen. Das Abbilden des Stab-56-Ausgangs 56b auf die Endebene (Panel) in der Richtung y der langen Achse A_l erfordert mindestens drei Zylinderlinsen (oder Spiegel), die hier nicht vorgestellt werden. Dennoch werden Einzelheiten in Verbindung mit Ausführungsform Nr. 7 erläutert. Der Vergrößerungsfaktor liegt in der Größenordnung von 10 bis 200.
28 zeigt das Prinzip der Strahlabweichung in der Richtung y der kurzen Achse A_s als Funktion der Strahlposition in der Richtung x der langen Achse A_l. 28a zeigt einen Querschnitt des drehbaren Zylinderlinsenelements 53 in der xy-Ebene. 28c zeigt einen Querschnitt des Strahlwegs entlang der optischen Achse 50 und der Richtung der kurzen Achse einschließlich nur den jeweiligen optisch aktiven Elementen. 28d zeigt einen Querschnitt des Strahlwegs entlang der Richtung y der kurzen Achse A_s in einer Ebene parallel zu der in 28c gezeigten, aber für eine andere Position in der Richtung der langen Achse. Wegen der geneigten Zylinderlinse 53 trifft der zentrale Strahl 53a nicht in der Mitte auf die Zylinderlinse 53, sondern in einer Entfernung y von der Mitte, die proportional zum Drehwinkel α ist.
Das schraffierte Rechteck 62 in 28a ist die Strahlgestalt beim Linsenelement 53. Diese Strahlgestalt kann bereits der von Array 51 und Kondensorlinse 52 erzeugtem entsprechen. Alternativ kann außerdem der homogenisierte Strahl an den Rändern in der Richtung y der kurzen Achse A_s unter Verwendung einer Apertur 64 oder einer Anordnung ähnlich der in 28e gezeigten beschnitten werden. Wie bereits erläutert ist die Verteilung in der Richtung y der langen Achse A_l homogen. Der mittlere Strahl 53b mit den Stahlkoordinaten (0, 0) trifft in der Mitte auf die Zylinderlinse 53 und wird nicht beeinflusst. Der linke Strahl 53a mit den Strahlkoordinaten (–x, 0) trifft im unteren Teil auf die Linse 53 und wird in der oberen Richtung abgelenkt. Der rechte Strahl 53c mit den Koordinaten (x, 0) trifft im oberen Teil auf die Linse 53 und wird in der unteren Richtung abgelenkt. Für niedrige Ablenkungswerte, wie der Fall hier sein wird, ist die Ablenkung eine lineare Funktion der x-Koordinate. Die abgelenkten Strahlen 61a, 61b, 61c, 61 werden mit Hilfe des zylindrischen Kondensorlinsenelements 57 (oder alternativ durch einen nicht gezeigten Kondensorspiegel) auf die (Zwischen-)Feld-(Blenden-)Ebene 58 kondensiert. Die jeweilige Position der abgelenkten Strahlen 61a, 61b, 61c, 61 an der Feld-(Blenden-)Ebene 58 ist proportional zu der Ablenkung und deshalb proportional zu der Drehung des Linsenelements 53 um die z-Achse. 28d zeigt die entsprechenden Strahlen 61a bis 61b an der Feld-(Blenden-)Ebene 58. Außerdem gezeigt ist der optische Weg der Strahlen 61 mit einer Entfernung x in der Richtung der langen Achse A_l von der optischen Achse 50 in der Richtung y der kurzen Achse A_s, die parallel zur optischen Achse 50 verlaufen. Diese Strahlen 61 werden mit Hilfe der fokussierenden Linse 57 auf die Feld-(Blenden-)Ebene 58 fokussiert. 29c zeigt die berechnete Intensitätsverteilung des jeweiligen Strahls 64 entlang der kurzen Achse A_s unter Verwendung eines Eingabelichts.
Der Laser selbst weist ein Divergenzprofil auf, das sich mit der Zeit ändern könnte. Ohne Drehung des Linsenelements 53 wird dieses Divergenzprofil von dem Linsenelement 53 und dem Linsenelement 57 als räumliche Verteilung in der Richtung der kurzen Achse A_s in der Feld-(Blenden-)Ebene 58 kondensiert. Dieses Profil ist in 29a gezeigt. Bei den nächsten Schritten wird die Erstellung einer homogenen Verteilung erläutert. Die Drehung des Linsenelements 53 erzeugt eine Verschiebung bei der Feld-(Blenden-)Ebene 58, die proportional ist zur Entfernung in der Richtung der langen Achse A_l an der Position des Linsenelements 53. Weil die Intensitätsverteilung am Linsenelement 53 wegen der ersten Stufe der Homogenisierung homogen ist, wird es eine hutförmige Intensitätsverteilung an der Feld-(Blenden-)Ebene 58 für parallele Strahlen erzeugen, die auf das Linsenelement 53 auftreffen. Die Breite T_y des Hutes ist proportional zum Drehwinkel α des Linsenelements 53. Die Verteilung des Huts ist in 29b gezeigt. Die hutförmige Verteilung ist ein Ergebnis einer Simulation, wenn die Divergenz des Lasers und die Diffraktion nicht berücksichtigt werden.
Wegen der Laserdivergenz in der Richtung der kurzen Achse ist das Ergebnis an der Feld-(Blenden-)Ebene 58 die Faltung der räumlichen Verteilung der kondensierten Laserdivergenz (29a) und der von dem gedrehten Linsenelement 53 erstellten hutförmigen Verteilung (29b).
Um die laterale Wachstumslänge der Si-Kristalle zu vergrößern, ist eine asymmetrische Intensitätsverteilung vorteilhaft. Die Lichtintensität bei der Vorderkante des Strahlprofils kann geringer sein als die der Hinterkante. Bewerkstelligt werden kann dies durch Beschneiden des Laserstrahlprofils wie in 28b ge zeigt mit Hilfe von Klingen. Die integrierte Intensität über die Erstreckung y der kurzen Achse A_s nimmt als Funktion der Position in der Richtung x der langen Achse A_l linear ab. Die integrierte Intensität an einer Position x führt zu einer Intensität in der Feld-(Blenden-)Ebene 58 an einer bestimmten Position. Die Position an der Feld-(Blenden-)Ebene 58 ist eine lineare Funktion der Position x der langen Achse A_l. Deshalb variiert auch die Intensität an der Feld-(Blenden-)Ebene 58 mit der gleichen Funktion wie die integrierte Intensität am Linsenelement 53. Für das in 28b gezeigte Strahlprofil wird die Intensitätsverteilung an der Feld-(Blenden-)Ebene 58 als eine lineare Rampe R_y erwartet.
Das asymmetrische Strahlprofil mit der Rampe R_y kann erstellt werden, indem der obere und untere Teil mit einer Apertur beschnitten wird, die von der in 28c, d, e gezeigten abweicht. Die Apertur weist die Gestalt wie der in 28b gezeigte schraffierte Bereich 63 auf. Sie könnte auch von zwei einzelnen Rändern realisiert werden, die das Profil im oberen und im unteren Bereich beschneiden, wie in 28f gezeigt.
Für das in 29e gezeigte beschnittene Strahlprofil ist die Verteilung wie eine Rampe R_y anstelle des Hutes T_y. Nach einer Faltung mit der räumlichen Verteilung der kondensierten Laserdivergenz ist die Rampe R_y immer noch sichtbar (29f).
Die Klinge 64' zum Erzeugen der Rampe R_y in der Richtung y der kurzen Achse A_s sollten in einer beliebigen Ebene vor der gedrehten Zylinderlinse 53 platziert werden. Bei einer bevorzugten Lösung erfolgt das Beschneiden durch die Klinge 64' symmetrisch zu einer Mittelachse A_c im oberen und unteren Teil des Strahls in der Richtung x der kurzen Achse A_s. In diesem Fall hat eine Strahlverschiebung in der Richtung der kurzen Achse nur einen kleinen Einfluss auf die Übertragung durch die beschneidenden Klinge 64'. Die Klinge 64' könnten eine lineare Rampe R_y wie in 28c gezeigt erzeugen, könnten aber auch nur einen Teil des Strahlprofils beschneiden. Wenn zum Beispiel nur der Teil, der sich auf der Seite der Vorderkante befindet, beschnitten wird, wird die Energiedichte an der Hinterkante nicht beeinflusst. Dies bedeutet, dass die prozessrelevante Hinterkante immer noch eine hutförmige Verteilung aufweisen wird, während sich die Rampe nur im Bereich der Vorderkante befinden wird.
Eine asymmetrische Verteilung wie die zuletzt beschriebene mit einer fast hutförmigen Verteilung bei der Hinterkante und einer rampenförmigen Intensitätsverteilung bei der Vorderkante kann ebenfalls durch eine Aberration bei dem Fokussieren des Strahls in der Richtung y der kurzen Achse A_s erzeugt werden. Wenn ein zylindrischer Spiegel mit seiner optischen Leistung in der Richtung der kurzen Achse unter einem Einfallswinkel θ ungleich 0° verwendet wird, wird ein signifikantes Koma sichtbar sein. 30a zeigt einen Teil einer derartigen Variante der siebten Ausführungsform gemäß der Erfindung, wo das zylindrische Kondensorlinsenelement 57 durch einen zylindrischen Spiegel 57' ersetzt wird, der einen ankommenden Strahl unter einem Einfallswinkel θ in der Größenordnung von 40° reflektiert. Anstelle dieses Winkels θ = 40° kann ein beliebiger anderer Einfallswinkel θ > 0°, bevorzugt ein Einfallswinkel zwischen 10° und 50°, verwendet werden.
Der Effekt des Komas in der gezeichneten 30b, die die Intensitätsverteilung des Strahls entlang der Richtung x der kurzen Achse A_s in der (Zwischenfeld-)Ebene zeigt, ist aufgrund des Einfallswinkels θ von 40° sehr groß. Wie aus der Literatur bekannt, erzeugt Koma eine asymmetrische Energieverteilung. Der Effekt könnte auch unter kleineren Einfallswinkeln θ erreicht werden, indem eine asphärische Oberflächenfigur des Spiegels 57' in der Richtung der kurzen Achse A_s verwendet wird. Die se Oberflächenfigur ist in der Form von P = a × q3 (4)wobei p die Abweichung von der sphärischen Oberflächenfigur, q die Höhe am Spiegel in der Richtung der kurzen Achse und a eine Konstante ist, die die Asphäre und deshalb die Steigung der Rampe bestimmt.
Bevorzugte Ausführungsform Nr. 8
Eine Ausführungsform unter Verwendung eines Stabs zum Homogenisieren eines ankommenden Strahls ist aus US 4,918,583 bekannt. 7 dieses Dokuments zeigt eine Anordnung, die recht ähnlich der in Verbindung mit Ausführungsform Nr. 8 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten ist. während die Anordnung gemäß der Ausführungsform Nr. 8 die Intensitätsverteilung der langen Achse homogenisiert, homogenisiert die in US 4,918,583 offenbarte Anordnung einen Eingabestrahl in beiden Richtungen, nämlich der Dimension x, y der langen und der kurzen Achse A_l, A_s.
Die in den 31a und 31b gezeigte achte Ausführungsform gemäß einer bevorzugten Version der Erfindung kann ebenfalls für die Herstellung von polykristallinen Siliziumfilmen aus auf einem Substrat („Panel") abgeschiedenen amorphen Siliziumfilmen verwendet werden, wobei der oben erläuterte TDX-Prozess verwendet wird.
31a zeigt eine Draufsicht in der xz-Ebene der achten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung. 31b zeigt die entsprechende Draufsicht in der yz-Ebene der achten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Systems nach 31a.
Diese Ausführungsform umfasst eine nicht gezeigte Lichtquelle, zwei homogenisierende Stufen 81, 82, ein verteiltes Verzögerungseinrichtungs-(DDD)-Optikele ment 73, drei Abbildungsoptiken 83, 84, 85, eine gedrehte Zylinderlinse 77, eine Zwischenfeldebene 92 für die optionale Anwendung eines begrenzenden Moduls 79 und eine Feldebene 105, wo ein Panel 80 platziert ist.
Als Lichtquelle kann ein Laser verwendet werden. Bevorzugt arbeitet der Laser bei einer Wellenlänge unter 600 nm. Insbesondere kann ein Excimerlaser wie etwa ein KrF-Excimerlaser, ein XeCl-Excimerlaser oder ein XeF-Excimerlaser verwendet werden.
Die erste homogenisierende Stufe 81 umfasst ein Zylinderlinsenarray 71 (anstelle dieses Zylinderlinsenarrays 71 kann auch ein zweistufiges Zylinderlinsenarray (Fliegenauge) wie zum Beispiel oben beschrieben oder ein diffraktives optisches Element (DOE) verwendet werden) zum Trennen eines ankommenden Strahls in mehrere Strahlen in nur einer Dimension (hier: A_l) und eine erste konvexe Kondensorlinse 72 zum Kondensieren der getrennten individuellen Strahlen zu einer ersten Pupillenebene 93.
Die zweite homogenisierende Stufe 82 umfasst einen würfelartigen Stab 75 zum Integrieren eines ankommenden Strahls und einen zweite konvexe zylindrische Kondensorlinse 76 zum Kondensieren des integrierten Strahls auf die zweite Pupillenebene 112.
Das DDD-Optikelement 73 umfasst mehrere würfelartige Stäbe 73a, 73b, die beabstandet Seite an Seite in der Richtung x der langen Achse A_l angeordnet sind. Das DDD-Element 73 kann die optische Weglänge eines sich in z-Richtung ausbreitenden Strahls selektiv vergrößern. Anstelle dieser Konfiguration, die mehrere (würfelartige) Stäbe 73a, 73b umfasst, kann auch eine Stange mit Sektionen mit unterschiedlichen Längen in der z-Richtung wie beispielsweise in US 4,619,508 beschrieben verwendet werden.
Die erste Abbildungsoptik 83 umfasst die erste Kondensorlinse 72 und eine weitere Kollimatorlinse 74. Die erste Abbildungsoptik 83 kann die Brennebene des Zylinderlinsenarrays 71 ungefähr in die Eintrittsebene 97 des Stabs 75 abbilden.
Die zweite Abbildungsoptik 84 umfasst im vorliegenden Fall eine konvexe zylindrische kondensierende Linse 76 und eine weitere Zylinderlinse 78. Die Austrittsebene 103 des Integratorstabs 75 wird durch Verwendung der zweiten Abbildungsoptik 84 mit einem Vergrößerungsfaktor größer als 20 in die Zielebene 80 abgebildet, um ein vergrößertes Bild der Stabaustrittsebene 103 in der ersten Dimension x auszubilden. Anstelle von Linsen 76 und 78 können auch Spiegel verwendet werden.
Die dritte Abbildungsoptik 85 umfasst eine senkrecht zur y-Richtung angeordnete Zylinderlinse 114. Die dritte Abbildungsoptik 85 ist eine Übertragungsoptik, die das von einem ankommenden Strahl beleuchtete Feld 86 abbilden kann und die optional in der ersten und/oder zweiten Dimension durch ein in der Feldebene 92 angeordnetes feldbegrenzendes Modul 79 begrenzt wird. In dieser konjugierten Feldebene 92 wird eine Einschnürung des ankommenden kollimierten Strahls durch eine zylindrische Kondensorlinse 113 in y-Richtung ausgebildet. Das Reduktionsverhältnis des optischen Übertragungssystems 85 kann Werte zwischen 1 und 15 aufweisen. Anstelle einer linsenbasierten Abbildungsoptik 85 kann auch eine spiegelbasierte Abbildungsoptik oder eine Kombination davon verwendet werden.
Die Zylinderlinse 77 ist ähnlich zu der bereits bezüglich Ausführungsform Nr. 7 (siehe oben) beschriebenen. 32 zeigt eine derartige Zylinderlinse 77.
Diese Zylinderlinse kann in Abhängigkeit von dem Winkel α zwischen der Scheitellinie 87 bezüglich der Richtung x der langen Achse A_l verwendet werden, um ver schiedene ankommende Strahlen mit paralleler Ausbreitungsrichtung in unterschiedliche Richtungen zu versetzen. Die detaillierte Funktionalität ist bereits oben unter Bezugnahme auf Ausführungsform Nr. 7 beschrieben worden. Anstelle einer Zylinderlinse 77 kann auch eine in Scheiben zerlegte Linse wie oben beschrieben (siehe 13, 14) oder eine asymmetrische Zylinderlinse mit geneigter Scheitellinie wie in 15 gezeigt verwendet werden.
Als ein feldbegrenzendes Modul 79 kann beispielsweise eine rechteckige Feldblende verwendet werden, wie zum Beispiel in 10 gezeigt. Anstelle einer herkömmlichen Feldblende können auch optische Elemente verwendet werden, die den nützlichen Teil des Strahls von dem unnützlichen Teil des Strahls trennen können. Ein derartiges strahltrennendes Element kann aus einem oder mehreren reflektierenden, refraktiven oder diffraktiven optischen Elementen wie etwa Keilprismen, Spiegeln oder Zylinderlinsen wie etwa einer Faser mit scharfen Grenzen, die das zu trennende Licht ablenken, oder im Fall eines reflektierenden trennenden Elements strukturierten Spiegeln mit begrenzten reflektierten Gebieten zum Reflektieren des gewünschten Strahls bei Durchlassen des zu trennenden Lichts bestehen.
Das Panel 80 ist im vorliegenden Fall ein planares Substrat, das einen dünnen amorphen Siliziumfilm trägt. Deshalb ist die Oberfläche 88 des Panels 80 eine Ebene. Das Panel 88 kann auch eine zylindrische, sphärische oder anderweitig gekrümmte Oberfläche aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das in 31a und 31b gezeigte optische System eine Zielintensitätsverteilung auf der Oberfläche 88 des Panels 80, wo die äußere Gestalt im Wesentlichen rechteckig ist und die ein hohes Aspektverhältnis von über 10 000 aufweist, aus einem Eingabelichtstrahl 89 mit einer willkürlichen Eingabeintensitätsverteilung erstellen.
Die Lichtquelle 4 emittiert den Eingabelichtstrahl 89, der sich in einer Ausbreitungsrichtung z von der linken Seite der Zeichnung (31a, 31b) zur rechten Seite ausbreitet. Der Eingabelichtstrahl 89 weist eine Erstreckung in einer ersten Dimension x quer zur Ausbreitungsrichtung z und einer Erstreckung in einer zweiten Dimension y quer zur ersten Dimension x und zur Ausbreitungsrichtung z auf.
Die Größe des Laserstrahls 89 wird durch einen Strahlaufweiter oder durch eine Abbildungsoptik justiert, die die Apertur des Lasers auf das in 31a, 31b nicht gezeigte Zylinderlinsenarray 71 abbildet. Der in 31a, 31b gezeigte kollimierte Laserstrahl 89 trifft die erste homogenisierende Stufe 81 zum Homogenisieren des Strahls 89 in der Richtung x der langen Achse. Die erste homogenisierende Stufe 81, die aus einem ein Zylinderlinsenarray 71 umfassenden einstufigen Integrator besteht, bildet Linienfoki 106 (in der ersten kleinen Zeichnung 107 in 31b unten gezeigt) in den Brennebenen 105.
Das Linsenarray 71 teilt den Eingabelichtstrahl 89 in seiner weiteren Ausbreitungsrichtung z in mehrere m individuelle Strahlen 91 auf, wobei m der Anzahl Zylinderlinsensegmente 90 entspricht, die nebeneinander angeordnet sind, wobei ihre Achsen entlang der Richtung y der kurzen Achse A_s verlaufen.
Im vorliegenden Fall kondensiert die konvexe zylindrische Kondensorlinse 72, deren Zylinderachse in y-Richtung verläuft, die individuellen Strahlen 91. Die individuellen Strahlen 91 überlappen vollständig in der ersten Dimension x in der Pupillenebene 93 der homogenisierenden Anordnung 81. Das DDD-Element 73 gemäß der Erfindung ist in der Pupillenebene 93 und nicht wie beispielsweise in US 4,619,508 beschrieben in der Feld ebene angeordnet.
Wenn die Größe der räumlichen Kohärenzzelle des Laserstrahls die gleiche Größe wie der Abstand des Zylinderlinsenelements 71 aufweist, beleuchtet jede räumliche Kohärenzzelle die volle Pupille in der Ebene 73. Nicht durch das DDD-Element verlaufende Strahlen weisen eine Weglängendifferenz zu Strahlen, die die DDD-Elemente durchlaufen, von (k – 1)·L auf, wobei L die Länge der DDD-Stäbe 73 ist. Bei einer bevorzugten Anordnung sind diese Weglängen größer als die Kohärenzlänge des Lasers. In diesem Fall treten zwei verschiedene Interferenzmuster an der Feldebene 116 auf. Das Ausmaß der Interferenz wird um einen Faktor von reduziert. Wenn die DDD-Elemente in der Feldebene angeordnet wären (wie zum Beispiel aus US 4,619,508 bekannt), könnte die gleiche Interferenzreduktion durch eine Anzahl von DDD-Elementen erzielt werden, die gleich der Anzahl räumlicher Kohärenzzellen ist. Die Anzahl von Kohärenzzellen für einen Excimerlaser liegt in der Größenordnung von 20 bis 100. Interferenz durch die Verwendung von DDD-Elementen in der Feldebene zu reduzieren würde viel mehr Elemente erfordern als durch Verwendung von DDD-Elementen 73 in der Pupillenebene 93.
Die die getrennt angeordneten kubischen Stäbe 73a, 73b durchdringenden Strahlteile 94 werden aufgrund der höheren optischen Dichte der Stäbe 73a, 73b im Vergleich zu der übrigen Umgebung, die im Allgemeinen Luft ist, verzögert.
Die Auswirkung davon ist, dass ein ankommender kohärenter Strahl (mit einer Kohärenzlänge in der Größenordnung von einigen wenigen mm bei Verwendung eines Excimerlasers XeF bei 351 nm), der sich durch das DDD-Element 73 ausbreitet und deshalb teilweise einen oder mehrere der Stäbe trifft und das DDD-Element 73 hauptsächlich ungestört durchläuft, aufgrund unterschiedlicher optischer Wege teilweise inkohärent ist. Die Länge der Stäbe 73a, 73b übersteigt bevorzugt die Kohärenzlänge um einen Faktor von 2.
Die zylindrische Kollimatorlinse 74, deren Zylinderachse in y-Richtung verläuft, kollimiert den (teilweise) inkohärenten (nach Realisierung durch das DDD-Element 73) Laserstrahl 96 und bildet den Strahl 96 auf einer Eintrittsoberfläche 97 des Stabs 75 oder in den Stab 75 ab.
Der Eingang 97 des Stabs 75 wird in der x-Richtung fast vollständig beleuchtet. Wenn eine verbesserte Homogenisierung des Stabs 75 erzielt werden sollte, könnte der Stab 75 auch geringfügig überfüllt werden. In diesem Fall gibt es einen Energieverlust wegen des Überfüllens und auch eine dynamische Energievariation für eine unsymmetrische Strahlverteilung in der Richtung x zur langen Achse A_l, wenn eine zeitlich abhängige Strahlverschiebung vorliegt.
Die Eintrittsoberfläche 97 des Stabs 75 ist von einer nicht gezeigten Antireflexbeschichtung bedeckt, um Reflexion so weit wie möglich zu reduzieren. Als Antireflexbeschichtung kann eine dielektrische Mehrfachschicht verwendet werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Der Stab 75 wirkt als ein Integrator für den zu der Eintrittsoberfläche 97 geleiteten kollimierten Strahl 98. Wenn ein Strahl 99 innerhalb des Stabs 75 auf die Grenze 100a, 100b zwischen Quarzglas (das bevorzugt als Material zum Herstellen des Stabs 75 verwendet wird) und die umgebende Luft (siehe oben) auftrifft, kommt es zu einer Innenreflexion 101, die den Strahl 99 im Stab 75 hält. Die Erstreckungen des Stabs 75 sind so gewählt, dass die Winkel der Innenreflexionen 101 innerhalb des Stabs 75 unter dem Grenzwinkel für Totalreflexion gehalten werden, um Reflexionsverluste so weit wie möglich zu minimieren. Wenn ein hohler Stab mit ebenfalls aus dem Stand der Technik wohlbekannten spiegelnden Keilflächen verwendet wird, treten unerwünschte Verluste aufgrund des endlichen Reflexionsvermögens gemeinsamer spiegelnder Schichten auf.
Nach mehreren Reflexionen 101 wird ein Austrittsstrahl 102 mit gleichförmiger Intensitätsverteilung an der Austrittsoberfläche 103 des Stabs 75 erzielt (31a, 31b). Ähnlich zu dem oben beschriebenen Beispiel treten Reflexionen 101 nur in der Richtung x der langen Achse A_l auf (31a). In dieser Richtung x könnte der Stab 75 geringfügig überfüllt sein. In der Richtung y der kurzen Achse A_s gibt es keine Reflexion (31b). Die Stabgröße in der Richtung y der kurzen Achse A_s ist größer als die Strahlgröße in der Richtung y der kurzen Achse A_s. Die Strahlgröße in der Richtung y der kurzen Achse ist aufgrund des kleinen Divergenzwinkels in dieser Richtung y gering.
Die den Eintrittsstrahl 98 des Stabs 75 bildenden m individuellen Strahlen 91 werden deshalb in dem Stab 75 gemischt und überlagert und bilden n·m individuelle Teilstrahlen (nicht explizit gezeigt) in der Dimension y der langen Achse A_s, wobei n etwa die Anzahl an Reflexionen ist, die innerhalb des Stabs 75 auftreten, bevor der Strahl 102 die Austrittsoberfläche 103 des Stabs 75 verlässt. Im Einzelnen hängt die Anzahl der Reflexionen von Einfallswinkeln von einfallenden Strahlen, Länge, Brechungsindex und Breite des Stabs 82 ab. Die individuellen Teilstrahlen werden in einer entsprechenden Pupillenebene 112 in x-Richtung ausgebildet, wie im Einsatz 111 durch Brennlinien 110 angedeutet. Diese Brennlinien schneiden die gekippte Zylinderlinse 77 an verschiedenen Stellen, was zu geringfügig versetzten Brennpunktpositionen in y-Richtung in der Ebene 92, durch zylindrische Kondensorlinse 113 fokussiert, führt.
In y-Richtung sind die Zylinderlinsenarrays 71 sowie die folgenden Abbildungsoptiken 72, 74, die nur in x- Richtung wirken, ohne jeglichen Effekt. Die Abbildungsoptiken 72, 74 können in dem vorliegenden Fall alternativ auch in y-Richtung verwendet werden, um den Strahldurchmesser in y-Richtung mit Hilfe einer teleskopartigen Abbildungseinrichtung zu justieren. In diesem Fall steht am Eingang des Stabs 75 in y-Richtung kein adäquater Divergenzwinkel zur Verfügung, der die übliche Strahldivergenz des Laserstrahls übersteigt, so dass innerhalb des Stabs 75 in y-Richtung keine Reflexionen auftreten (siehe 31b). Sowohl die erste als auch die zweite homogenisierende Stufe 81, 82 sind in y-Richtung ineffektiv und führen nicht zu einer Erhöhung des geometrischen Flusses in y-Richtung, der definiert ist als das Produkt aus dem Strahldurchmesser in y-Richtung und dem Divergenzwinkel in y-Richtung.
Anstelle eines Stabs 75 kann alternativ auch ein in die Pupillenebene 93 oder eine daraus abgeleitete Ebene eingeführtes Zylinderlinsenarray 75' als eine zweite homogenisierende Stufe 82 verwendet werden. Diese alternative Ausführungsform ist in 31c gezeigt. Die n·m Linienfoki 112, die von den Zylinderlinsenarrays 71 und 75' erzeugt werden, sind in 31c als ein Einsatz 113 gezeigt.
Die Kollimatorlinse 76 kollimiert die n·m Brennlinien 110 (Brennebene 112) bildenden n·m individuellen Teilstrahlen in der Richtung y der kurzen Achse und entsprechende Brennpunkte 110 in der Richtung x der langen Achse (31b, Einsatz 111). In der Richtung x der kurzen Achse entsprechen die Linienfoki kollimierten Teilstrahlen mit (ungefähr) parallelen Strahlen.
In x-Richtung bildet eine weitere kollimierende Optik 78 zusammen mit der Zylinderoptik 76 den Ausgang 103 des Stabs 75 derart auf die Bildebene 80 ab, dass es in x-Richtung zu einer extensiv homogenisierten Beleuchtung kommt. Insbesondere umfassen die n·m Linienfoki in der Richtung y der kurzen Achse eine Aper tur NA in der Richtung x der langen Achse und sind in der Brennebene 112 positioniert. Die Kollimatorlinse 78 kollimiert die Apertur in der Richtung x der langen Achse, um das Feld 86 in der x-Dimension zu beleuchten. Dadurch werden n·m individuelle Teilstrahlen in der Richtung x der langen Achse überlagert. Die Überlagerung führt zu einer Homogenisierung in der Richtung x der langen Achse.
In der Richtung x der kurzen Achse entsprechen die Linienfoki kollimierten Teilstrahlen mit (ungefähr) parallelen Strahlen. Jede der Linienfoki 110 hinter der zweiten homogenisierenden Stufe 82 kann in y-Richtung (die der Scannrichtung des Ausgabezeilenstrahls bezüglich des Substrats entspricht) beispielsweise mit Hilfe von Prismen, Spiegeln usw. geringfügig versetzt werden, wobei theoretisch eine homogenisierte Beleuchtung in x-Richtung erzeugt werden kann. Ein derartiges Verfahren zum Erzeugen einer homogenisierten Beleuchtung mit Hilfe so genannter Aperturteilung und prismatischer Teile mit unterschiedlichen Versetzungen ist gemäß dem Stand der Technik wohlbekannt. Dennoch lässt sich ein derartiges Verfahren in dem vorliegenden Fall nicht anwenden. Um eine hohe Effizienz, insbesondere bei Vorliegen eines großen Aspektverhältnisses, und eine hohe Leistungsdichte zu realisieren, wird möglicherweise nur ein sehr kleiner linsenhomogenisierender Effekt erzielt, der in der Bildebene dazu führt, dass eine Verbreiterung des Strahlclusters durch die Laserdivergenz um einen Faktor von 3 begrenzt wird. Prismen mit einer derartigen Winkelgenauigkeit können, soweit die Erfinder wissen, nicht hergestellt werden. Überraschenderweise haben die Erfinder erkannt, dass zum präzisen Justieren eines sehr kleinen Strahloffsets auf eine Versetzung einer Zylinderlinse implementiert werden kann. Mit Hilfe eines Arrays aus geringfügig versetzten Zylinderlinsen ist eine Homogenisierung über sehr kleine Flächen technisch möglich geworden, was gemäß Lösungen nach dem Stand der Technik nicht der Fall war.
Zudem haben die Erfinder erkannt, dass es überraschenderweise zum Homogenisieren sehr enger Bereiche ausreicht, einen Zylinderlinse mit einer Hauptbrechkraft in y-Richtung geringfügig um die z-Achse zu drehen, wie bereits bezüglich der vorausgegangenen bevorzugten Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden ist.
Unter Verwendung einer derartigen drehbaren Zylinderlinse ist eine homogene Beleuchtung einer Bildebene in einem Gebiet von etwa dem Dreifachen des geometrischen Flusses der durch die Laserdivergenz vorbestimmten Beleuchtung möglich. In dem Fall, wo die Laserdivergenz bezüglich der schmalen Begrenzung der Beleuchtung in y-Richtung überdimensioniert ist, kann in einer Zwischenfeldebene 92 eine Feldblende 79 angewendet werden, die mit Hilfe einer Zylinderoptik 85 auf einer Endfeldebene 105 abgebildet wird, wie im Folgenden beschrieben wird. In diesem Fall dient die Homogenisierung hauptsächlich für eine homogene Beleuchtung der Feldblende 79, wobei die Überbeleuchtung der Feldblende 79 so gering wie möglich sein sollte, um den Lichtleistungsverlust auf den höchst möglichen Grad zu reduzieren.
Gemäß der Erfindung liegt das strahlversetzende optische Element 77 in Form einer Zylinderlinse mit einer Scheitellinie 87 (in diesem Fall verläuft diese Scheitellinie parallel zur Zylinderachse der Linse), die mit einem Neigungswinkel α bezüglich der x-Richtung geneigt ist, vor, um mindestens eine der mehreren n·m individuellen Teilstrahlen zumindest teilweise in der zweiten Dimension y auf der Feldebene 86 zu versetzen. In dem in 31 gezeigten vorliegenden Fall lenkt die gedrehte Zylinderlinse 77 die kollimierten n·m individuellen Teilstrahlen geringfügig ab, und zwar um nicht mehr als 10 μm. Jeder kollimierte individuelle Teilstrahl wird unter einem anderen Winkel abgelenkt. Einzelheiten sind in 28a, 28b gezeigt und oben beschrieben.
Die fokussierende Linse 113 fokussiert die individuellen Teilstrahlen auf die (Zwischen-)Feldebene 92. Die fokussierten n·m individuellen Teilstrahlen überlappen zumindest teilweise und bilden eine wohl definierte begrenzte Beleuchtung des Feldes in der Richtung y der kurzen Achse A_s. 34c zeigt die berechnete Intensitätsverteilung des jeweiligen Strahls in der Feldebene 92 entlang der kurzen Achse A_s unter Verwendung eines Eingabelichtstrahls mit einem Gaußschen Strahlprofil wie in 34a gezeigt.
Um die Kantenschärfe der Ausgabeintensitätsverteilung in der Richtung y der kurzen Achse A_s, in 34c gezeigt, zu verbessern, können die von der oben beschriebenen optischen Anordnung erzeugten Kanten mit Hilfe einer Feldblende 79 oder einer anderen optischen Vorrichtung wie etwa beispielsweise oben erwähnt beschnitten werden. Der Strahl wird durch eine reduzierende Optik 85 weiter reduziert und auf die in 31a und 31b gezeigte Endebene 80 abgebildet, wodurch man ein Intensitätsprofil entlang der Richtung y der kurzen Achse A_s erhält, das dem in 34b gezeigten vergleichbar ist.
Um die laterale Wachstumslänge der Si-Kristalle zu vergrößern, ist eine asymmetrische Intensitätsverteilung vorteilhaft, wie bereits oben festgestellt wird. Dies kann durch Beschneiden des Laserstrahlprofils wie in 32 gezeigt auf einem Bereich erzielt werden, der in 32 schattiert ist, vor dem Eintritt in die gedrehte Zylinderlinse 77. Das asymmetrische Strahlprofil kann leicht erzeugt werden, indem der obere und untere Teil mit einer Apertur beschnitten wird. Die Apertur weist die Gestalt wie der in 33 gezeigte schraffierte Bereich 104 auf. Die integrierte Intensität über die Erstreckung y der kurzen Achse A_s nimmt als Funktion der Position in der Richtung x der langen Achse A_l linear ab. Die integrierte Intensität an einer Position x wird zu einer Intensität in der Feld-(Blenden-)Ebene 92 an einer bestimmten Position führen. Die Position an der Feld-(Blenden-)Ebene 92 ist eine lineare Funktion der Position x der langen Achse A_l. Deshalb variiert auch die Intensität an der Feld-(Blenden-)Ebene 92 mit der gleichen Funktion wie die integrierte Intensität an dem gedrehten Linsenelement 77.
Wenn ein Laser als Lichtquelle verwendet wird, hat der Eingabestrahl 89 ein Divergenzprofil (eine Berechnung davon ist in 34a gezeigt), das sich mit der Zeit ändern könnte. Ohne Drehen des Linsenelements 77 wird dieses beschnittene Divergenzprofil von dem Linsenelement 78 als eine räumliche Verteilung in der Richtung x der kurzen Achse A_s an der Feld-(Blenden-)Ebene 92 kondensiert. Dieses Profil ist in 35b gezeigt. Wegen der Laserdivergenz in der Richtung der kurzen Achse ist das Ergebnis an der Feld-(Blenden-)Ebene 92 die Faltung der räumlichen Verteilung der kondensierten Laserdivergenz (34a) und der Rampenverteilung (35a), die von dem gedrehten Linsenelement 77 erzeugt wird. Nach der Faltung mit der räumlichen Verteilung der kondensierten Laserdivergenz ist die Rampe immer noch sichtbar (35b).
Diese Intensitätsverteilung nach 35b kann wieder von einer Feldblende 79 oder einem anderen feldbegrenzenden Element, das in der Feldebene 92 positioniert ist, beschnitten werden. Das beschnittene Feld 79 kann von der in 31a und 31b gezeigten optischen Anordnung 85 wieder auf die Endebene 105 abgebildet werden.
36 fasst charakteristische Größen der Eingabeintensitätsverteilung I in der Dimension y der kurzen Achse A_s zusammen, die unter Verwendung eines optischen Systems wie in 31a und 31b gezeigt und ausführlich oben beschrieben erzielt werden können.
Zusammenfassung:
Die Erfindung zeigt ein optisches System, um aus einem Lichtstrahl eine Intensitätsverteilung auf einer Oberfläche zu erzeugen. Das optische System umfasst mindestens ein erstes optisches Element, das einen einfallenden Strahl in mehrere Strahlen unterteilt, von denen einige mindestens teilweise in einer ersten Richtung auf der Oberfläche überlappen und mindestens ein zweites optisches Element, das mindestens einen der Strahlen in einer zweiten Richtung auf der Oberfläche versetzt.

Claims

Optisches System, um aus einem Lichtstrahl eine Intensitätsverteilung auf einer Oberfläche zu erzeugen, wobei das optische System Folgendes umfasst: – mindestens ein erstes optisches Element, das den einfallenden Strahl in mehrere Strahlen unterteilt, von denen einige mindestens teilweise in einer ersten Richtung auf der Oberfläche überlappen; – mindestens ein zweites optisches Element, das mindestens einen der Strahlen in einer zweiten Richtung auf der Oberfläche versetzt.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Gestalt der Intensitätsverteilung im Wesentlichen rechteckig ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einige, bevorzugt alle der mehreren Strahlen auf der Oberfläche in der ersten Richtung vollständig überlappen.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung verläuft.
Optisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt eine Breite in der zweiten Richtung aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Breite kleiner ist als 100 μm.
Optisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt eine Länge in der ersten Richtung aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Länge größer ist als 100 mm.
Optisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt eine Breite zwischen 3 und 20 μm und eine Länge, die größer als 300 mm ist, aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsverteilung im Wesentlichen homogen auf einem mittleren Bereich ist, wobei der mittlere Bereich definiert ist durch den Bereich, wobei die Intensität in dem Bereich zwischen +5% und –5%, bevorzugt zwischen +1% und –1%, variiert.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zylindrisch oder sphärisch oder plan ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element ein refraktives oder reflektierendes Array ist.
Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Array Zylinderlinsen oder asphärische Linsen oder Linsen mit flachen Oberflächen oder zylindrische Spiegel oder asphärische Spiegel oder Planspiegel umfasst.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element refraktiv ist oder dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element reflektierend ist oder dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element diffraktiv ist.
Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element ein refraktives Array ist, das bevorzugt Zylinderlinsen oder asphärische Linsen oder Linsen mit flachen Oberflächen oder Keile umfasst oder dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite optische Element ein reflektierendes Array ist, das bevorzugt zylindrische oder asphärische oder Planspiegel umfasst.
Optisches System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element ein Gitter umfasst.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element Unterelemente umfasst.
Optisches System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Unterelement gegenüber einem anderen Unterelement verschoben oder gekippt ist, um mindestens einen der Strahlen in der zweiten Richtung zu versetzen.
Optisches System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterelemente refraktive Elemente umfassen, die bevorzugt Keile oder eine prismatische Leistung oder Zylinderlinsen umfassen, oder dadurch gekennzeichnet, dass die Unterelemente reflektierende Elemente umfassen, die bevorzugt zylindrische oder asphärische oder Planspiegel umfassen.
Optisches System nach Anspruch 17, wobei die Unterelemente zueinander gedreht sind, wobei die Drehachse parallel zur ersten Richtung verläuft, oder dadurch gekennzeichnet, dass die Unterelemente zueinander in der zweiten Richtung versetzt sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines, bevorzugt alle der Unterelemente hinsichtlich Winkel oder Position justiert werden können.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Strahlen bezüglich der zweiten Richtung mit einer optischen Einrichtung gemessen wird, insbesondere einem CMOS-Detektor oder einem Photodiodenarray.
Optisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen von der optischen Einrichtung zum Steuern der justierbaren Unterelemente verwendet werden.
Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung digitale Signalverarbeitung beinhaltet, wobei insbesondere die Signalverarbeitung einen Algorithmus zum Bestimmen der besten Position jedes der Strahlen beinhaltet.
Materialbearbeitungsvorrichtung, umfassend das optische System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22.
Lasertemperungsvorrichtung, umfassend das optische System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, umfassend eine Kondensorlinse zum Überlappen der Strahlen zumindest teilweise auf der Oberfläche.
Optisches System nach Anspruch 25, dadurch gekenn zeichnet, dass die Kondensorlinse eine Zylinderlinse ist.
Optisches System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlinse eine optische Leistung nur in der ersten Richtung aufweist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder 25 bis 27, umfassend ein Fokussierungselement zum Fokussieren der Strahlen in der zweiten Richtung.
Optisches System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierungselement eine zylindrische Oberfläche aufweist.
Optisches System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Oberfläche eine optische Leistung nur in der zweiten Richtung aufweist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierungselement das zweite optische Element umfasst.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element zwei Arrays von Unterelementen umfasst.
Optisches System nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arrays versetzt entlang einer optischen Achse angeordnet sind.
Optisches System nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element zwischen den beiden Arrays angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 34, dadurch gekenn zeichnet, dass die Unterelemente der beiden Arrays Brennlinien des einfallenden Lichtstrahls erzeugen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder 28 bis 35, umfassend eine Zwischenfeldebene und eine in der Zwischenfeldebene angeordnete Feldblende und ein optisches Übertragungssystem zum Abbilden der Feldblende auf die Oberfläche.
Optisches System nach einem der Ansprüche 15 bis 22 oder 28 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Unterelement gegen ein anderes Unterelement verschoben ist, um mindestens einen der Strahlen in der zweiten Richtung zu versetzen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 15 bis 22 oder 28 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Unterelement gegen ein anderes Unterelement gekippt ist, um mindestens einen der Strahlen in der zweiten Richtung zu versetzen.
Optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung, umfassend: – eine Lichtquelle, die den sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahl emittiert, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist, – mindestens ein strahlteilendes optisches Element zum Aufteilen des Eingabelichtstrahls in mehrere Strahlen, von denen einige mindestens teilweise in der ersten Dimension auf der Ober fläche überlappen, – mindestens ein strahlversetzendes optisches Element zum Versetzen mindestens eines der mehreren Strahlen in der zweiten Dimension auf der Oberfläche.
Optisches System nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System einen Stabintegrator umfasst.
Optisches System nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlversetzende optische Element eine Oberfläche umfasst, wobei die Oberfläche zylindrisch oder torusförmig oder sphärisch oder plan oder asphärisch ist.
Optisches System nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlversetzende optische Element eine Zylinder- oder Toruslinse umfasst, die mit einer optischen Achse als einer Drehachse gedreht wird, wobei der Drehwinkel zwischen mehr als 0 Grad und weniger als 20 Grad liegt.
Optisches System nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlversetzende optische Element einen zylindrischen oder einen torusförmigen oder einen sphärischen oder einen asphärischen oder einen Planspiegel umfasst, der um eine Drehachse gedreht wird, die bezüglich zu der ersten und/oder zweiten Dimension geneigt ist, wobei der Drehwinkel zwischen mehr als 0 Grad und weniger als 20 Grad liegt.
Optisches System nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse in einer durch die erste und die zweite Dimension ausgebildeten Ebene liegt.
Optisches System nach Anspruch 43, dadurch gekenn zeichnet, dass die Drehachse in einer durch den Spiegel ausgebildeten Ebene liegt.
Optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung, umfassend: – eine Lichtquelle, die den sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahl emittiert, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist, – mindestens ein strahlteilendes optisches Element zum Aufteilen des Eingabelichtstrahls in mehrere Strahlen, von denen einige mindestens teilweise in der ersten Dimension auf der Oberfläche überlappen, – mindestens ein strahlversetzendes optisches Element zum Versetzen mindestens eines ersten der mehreren Strahlen bezüglich eines zweiten der mehreren Strahlen in der zweiten Dimension auf der Oberfläche um einen Bruchteil der Erstreckung des ersten oder des zweiten der mehreren Strahlen in der zweiten Dimension.
Optisches System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der mehreren Strahlen weniger als 20 μm, bevorzugt weniger als 10 μm, auf der Oberfläche beträgt.
Optisches System nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass eine nummerische Apertur in der zweiten Dimension weniger als 0,15 beträgt.
Optisches System nach Anspruch 46, 47 oder 48, da durch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte der mehreren Strahlen zumindest teilweise in der zweiten Dimension auf der Oberfläche überlappen.
Optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung, umfassend: – eine Lichtquelle, die den sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahl emittiert, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist, – mindestens ein strahlhomogenisierendes optisches Element zum Homogenisieren des Eingabelichtstrahls in der ersten und/oder der zweiten Dimension, wodurch eine homogenisierte Intensitätsverteilung in einem Bereich auf der Oberfläche erstellt wird, wo die Abweichung von der größten Zielintensität weniger als 15% beträgt und wo die Aufweitung T_y in der ersten oder der zweiten Dimension die folgende Beziehung erfüllt: 0,6 < T_y/FWHM < 0,85, wobei FWHM die Halbwertsbreite der Zielintensitätsverteilung in der ersten bzw. der zweiten Dimension ist.
Optisches System nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung unter 10% liegt.
Optisches System nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung unter 5% liegt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 50 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Erstreckung in der ersten Dimension zu der Erstreckung in der zweiten Dimension auf der Oberfläche einen Wert von 10000 übersteigt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 50 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ein feldbegrenzendes Element umfasst, das auf der Oberfläche oder nahe der Oberfläche positioniert ist, um die Feldgröße des Feldes in der Dimension zu begrenzen, wobei die Aufweitung die Beziehung erfüllt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 50 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Abbildungs- und Reduzierungsoptik umfasst zum Reduzieren der Feldgröße des Felds in der Dimension, wobei die Aufweitung der Beziehung genügt, und zum Abbilden des Feldes auf eine andere Oberfläche.
Optisches System nach einem der Ansprüche 50 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Effizienz, die definiert ist durch das Verhältnis von Ziellichtleistung zu Eingabelichtleistung am Eingang des strahlhomogenisierenden optischen Elements, von mehr als 30% aufweist.
Optisches System nach Anspruch 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat auf der anderen Oberfläche oder in der Nähe der anderen Oberfläche platziert ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung, umfassend: – eine Lichtquelle, die den sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahl emittiert, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zur Ausbreitungsrichtung und eine Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist, – mindestens ein strahlhomogenisierendes und rampenerzeugendes optisches Element zum Homogenisieren des Eingabelichtstrahls in der ersten und/oder der zweiten Dimension und zum Erzeugen einer linearen Intensitätsrampe in der ersten und/oder der zweiten Dimension, wodurch eine homogenisierte und rampenartige Intensitätsverteilung in einem Bereich auf der Oberfläche mit einer Aufweitung R_y in der ersten oder der zweiten Dimension erstellt wird, wobei die Zielintensität mehr als 85% einer größten Zielintensität beträgt und wobei die Aufweitung R_y der Rampe in der ersten oder zweiten Dimension der folgenden Beziehung genügt: 0,6 < R_y/FWHM < 0,85, wobei FWHM die Halbwertsbreite der Zielintensitätsverteilung in der ersten bzw. der zweiten Dimension ist.
Optisches System nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass das rampenerzeugende Element eine Beschneidungsapertur umfasst, wobei das Ausmaß der Beschneidung eine Funktion der ersten oder der zweiten Dimension ist.
Optisches System nach Anspruch 58 oder 59, dadurch gekennzeichnet, dass das rampenerzeugende Element einen Spiegel mit einer reflektierenden Leistung in der ersten und/oder der zweiten Dimension umfasst und der homogenisierte Strahl auf den Spiegel unter einem Einfallswinkel größer als 10 Grad auftrifft, wodurch an der Oberfläche ein Koma eingeführt wird.
Optisches System nach Anspruch 60, dadurch gekenn zeichnet, dass der Spiegel eine asphärische Oberflächenfigur in der ersten oder der zweiten Dimension aufweist, um das Koma an der Oberfläche zu vergrößern.
Optisches System nach einem der Ansprüche 58 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Erstreckung in der ersten Dimension zu der Erstreckung in der zweiten Dimension auf der Oberfläche einen Wert von 10000 übersteigt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 58 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ein feldbegrenzendes Element umfasst, das auf der Oberfläche oder nahe der Oberfläche positioniert ist, um die Feldgröße des Feldes in der Dimension zu begrenzen, wobei die Aufweitung die Beziehung erfüllt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 58 bis 63, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Abbildungs- und Reduzierungsoptik umfasst zum Reduzieren der Feldgröße des Felds in der Dimension, wobei die Aufweitung der Beziehung genügt, und zum Abbilden des Feldes auf eine andere Oberfläche.
Optisches System nach einem der Ansprüche 58 bis 64, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Effizienz, die definiert ist durch das Verhältnis von Ziellichtleistung zu Eingabelichtleistung am Eingang des strahlhomogenisierenden und rampenerzeugenden optischen Elements, von mehr als 30% aufweist.
Optisches System nach Anspruch 58 oder 65, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat auf der anderen Oberfläche oder in der Nähe der anderen Oberfläche platziert ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Zielintensitätsverteilung auf einer Oberfläche aus einem Eingabelichtstrahl mit einer Eingabeintensitätsverteilung und sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitend, wobei der Eingabelichtstrahl eine Erstreckung in einer ersten Dimension quer zu der Ausbreitungsrichtung und einer Erstreckung in einer zweiten Dimension quer zu der ersten Dimension und zu der Ausbreitungsrichtung aufweist, umfassend ein strahlhomogenisierendes Element zum Homogenisieren des Eingabelichtstrahls in der ersten Dimension und der zweiten Dimension derart, dass die Zielintensitätsverteilung eine Erstreckung in der zweiten Dimension mit einer Halbwertsbreite von unter 20 μm aufweist.
Optisches System nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielintensitätsverteilung eine Erstreckung in der zweiten Dimension mit einer Halbwertsbreite von 4 bis 12 μm, bevorzugt zwischen 4 und 7 μm, aufweist.
Optisches System nach Anspruch 67 oder 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielintensitätsverteilung ohne Beschneidung eines Rands des homogenisierten Eingabelichtstrahls erzielt wird, die Erstreckung in der zweiten Dimension definierend.
Optisches System nach einem der Ansprüche 67 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Halbwertsbreite entlang der ersten Dimension weniger als 5 μm/m, bevorzugt weniger als 2 μm/m, beträgt.
Optisches System nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der Zielintensitätsverteilung auf der Oberfläche in der ersten und/oder zweiten Dimension linear oder gekrümmt ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 67 bis 71, dadurch gekennzeichnet, dass das als das Verhältnis zwischen der Erstreckung in der ersten Dimension und der Erstreckung in der zweiten Dimension der Zielintensitätsverteilung definierte Seitenverhältnis einen Wert von 10000 übersteigt, bevorzugt einen Wert von 30000 übersteigt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 67 bis 72, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielintensitätsverteilung eine erste Steigung in der zweiten Richtung aufweist, wo die Intensität von 10% auf 90% der größten Intensität innerhalb einer Entfernung von weniger als 4 μm, bevorzugt innerhalb einer Entfernung von weniger als 2,5 μm, zunimmt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 70 bis 73, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielintensitätsverteilung eine zweite Steigung in der zweiten Richtung aufweist, wo die Intensität von 10% auf 90% der größten Intensität innerhalb einer Entfernung von weniger als 5,5 μm, bevorzugt innerhalb einer Entfernung von weniger als 2,5 μm, zunimmt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 67 bis 74, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Relativbewegungseinrichtung zum Bewegen der Zielintensitätsverteilung relativ zur Oberfläche in der zweiten Dimension umfasst.
Optisches System nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungseinrichtung in der Lage ist, die Zielintensitätsverteilung relativ zur Oberfläche in der zweiten Dimension um weniger als die Halbwertsbreite innerhalb einer Impulsperiode des gepulsten Eingabelichtstrahls zu bewegen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 75 oder 76, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungseinrichtung zum schrittweisen und/oder kontinuierlichen Bewegen in der Lage ist.
Optisches System zum Erstellen einer homogenen Zielintensitätsverteilung eines mittleren Bereichs mit weniger als 15% Gleichförmigkeitsabweichung von einem größten Intensitätswert aus einer Laserlichtquelle, wobei der mittlere Bereich eine Länge von größer als 300 mm und eine Breite von kleiner als 50 μm aufweist, wobei mehr als 30% des von der Laserlichtquelle emittierten Laserlichts sich innerhalb des mittleren Bereichs befindet.
Optisches System zum Erstellen einer homogenen Zielintensitätsverteilung eines mittleren Bereichs aus einer Laserlichtquelle, wobei der mittlere Bereich eine erste Dimension mit einer Länge größer als 300 mm aufweist, wobei das optische System einen Stabintegrator zum Integrieren nur in der ersten Dimension umfasst.
Optisches System nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Bereich eine zweite Dimension mit einer Breite von weniger als 50 μm aufweist.
Optisches System nach Anspruch 79 oder 80, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des mittleren Bereichs die Gleichförmigkeitsabweichung von einem größten Intensitätswert unter 15% liegt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 79 bis 81, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsebene des Integratorstabs mit einem Vergrößerungsfaktor in die Zielebene abgebildet wird, um ein vergrößertes Bild der Stabaustrittsebene in der ersten Dimension auszubilden.
Optisches System nach Anspruch 82, wobei der Vergrößerungsfaktor größer als 20 ist.
Optisches System zum Erzeugen einer homogenen Zielintensitätsverteilung eines mittleren Bereichs mit weniger als 15% Gleichförmigkeitsabweichung von einem größten Intensitätswert, wobei der mittlere Bereich eine Länge von größer als 100 mm in einer ersten Dimension und eine Breite von weniger als 100 μm in einer zweiten Dimension aufweist, wobei das optische System eine Linse mit einer ersten Brechleistung in einer ersten Richtung umfasst, wobei die Linse durch einen Drehwinkel um eine Drehachse gedreht wird, die mit einer optischen Achse zusammenfällt, die senkrecht zu der ersten Richtung verläuft, wobei der Drehwinkel der Winkel zwischen der ersten Richtung und der ersten und/oder zweiten Dimension ist, wobei der Drehwinkel größer als 0,2 Grad und kleiner als 20 Grad ist.
Optisches System nach Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel größer ist als 0,4 Grad, bevorzugt größer als 0,6 Grad.
Optisches System zum Erzeugen einer homogenen Zielintensitätsverteilung eines mittleren Bereichs mit weniger als 15% Gleichförmigkeitsabweichung von einem größten Intensitätswert, wobei der mittlere Bereich eine Länge von größer als 100 mm und einer Breite kleiner als 100 μm aufweist, wobei das optische System einen Spiegel mit einer reflektierenden Leistung in einer ersten und/oder einer zweiten Richtung umfasst, wobei der Spiegel um einen Drehwinkel um eine Drehachse gedreht wird, wobei der Drehwinkel der Winkel zwischen einer Symmetrieachse des Spiegels und der ersten oder der zweiten Richtung ist, wobei der Drehwinkel größer ist als 0,2 Grad.
Optisches System nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel größer ist als 0,4 Grad, bevorzugt größer als 0,6 Grad.
Optisches System zum Erzeugen einer homogenen Zielintensitätsverteilung eines mittleren Bereichs mit weniger als 15% Gleichförmigkeitsabweichung von einem größte Intensitätswert, wobei der mittlere Bereich eine Länge von größer als 100 mm und einer Breite kleiner als 100 μm aufweist, wobei das optische System ein Linsenarray enthält, das Linsen mit einer reflektierenden oder Brechleistung in einer ersten Richtung umfasst, wobei mindestens eine der Linsen zumindest zu einer zweiten der Linsen in der ersten Richtung versetzt wird.
Optisches System zum Homogenisieren eines sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Eingabelichtstrahls, umfassend ein verteiltes Verzögerungseinrichtungsoptikelement, das in einer Pupillenebene des optischen Systems angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 89, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungseinrichtungsoptikelement mehrere würfelähnliche Stäbe enthält, die Seite an Seite quer zu der Ausbreitungsrichtung voneinander beabstandet sind.
Optisches System nach Anspruch 89 oder 90, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der würfelähnlichen Stäbe die Kohärenzlänge des Eingabelichtstrahls übersteigt.
Optisches System nach Anspruch 91, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der würfelähnlichen Stäbe die Kohärenzlänge des Eingabelichtstrahls um einen Faktor von 2 oder mehr übersteigt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 89 bis 92, dadurch gekennzeichnet, dass das verteilte Verzögerungseinrichtungsoptikelement eine Stange mit Sektionen mit unterschiedlichen Längen in der Ausbreitungsrichtung umfasst.