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Dokumentenidentifikation DE102006018504A1 25.10.2007
Titel Anordnung zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie sowie Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes
Anmelder Carl Zeiss Laser Optics GmbH, 73447 Oberkochen, DE
Erfinder Münz, Holger, 73433 Aalen, DE
DE-Anmeldedatum 21.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006018504
Offenlegungstag 25.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.2007
IPC-Hauptklasse G02B 27/10(2006.01)A, F, I, 20060421, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 27/09(2006.01)A, L, I, 20060421, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Anordnung (100) zum Erhöhen der Asymmetrie der Strahldivergenz eines sich in einer Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitenden Einfallsstrahlbündels (2), wobei das Einfallsstrahlbündel (2) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung (z) eine räumliche Ausdehnung in einer ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung in einer zu der Ausbreitungsrichtung (z) senkrechten und einer zu der ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei das Einfallsstrahlenbündel (2) eine Strahldivergenz in der zweiten Richtung (x) und eine gleich große oder kleinere Strahldivergenz in der ersten Richtung (y) aufweist. Erfindungsgemäß ist eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlenbündels (2) vorgesehen, welche eine Strahlunterteileinrichtung (3) und eine Umsortiereinrichtung (6, 8) umfasst. Die Strahlunterteileinrichtung (3) ist vorgesehen, um das Einfallsstrahlenbündel (2) in der ersten Richtung (y) in wenigstens zwei Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung in der ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung in der zweiten Richtung (x) aufweist. Die Umsortiereinrichtung (6, 8) dient dem Zweck, wenigstens zwei der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel (9a, 9b, 9c, 9d) mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen in der ersten Richtung (y) nebeneinander ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie aus einem sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Einfallsstrahlbündel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes eines Einfallsstrahlbündels gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Flachbildschirme werden nach dem Stand der Technik vorwiegend mit Hilfe der so genannten Aktiv-Matrix- (AM) oder Dünnschichttransistor-Technologie (englisch kurz: TFT) angesteuert. Diese Technologie basiert auf polykristallinem Silizium.

Polysiliziumschichten lassen sich reproduzierbar herstellen, indem ein homogenisierter und zu einer Beleuchtungslinie geformter Laserstrahl mit hoher Laserleistung im ultravioletten Spektralbereich über ein mit amorphem Silizium (a-Si) beschichtetes Substrat geführt wird. Der Laserstrahl wird an der Oberfläche der im Allgemeinen nur 50 bis 70 nm dünnen a-Si Schicht absorbiert, ohne das Substrat aufzuheizen und somit zu beschädigen. Durch den Laserstrahl wird die a-Si-Schicht aufgeschmolzen und erstarrt während des Abkühlens zum gewünschten polykristallinen Silizium (p-Si).

Der Laserstrahl wird üblicherweise von einem vorzugsweise gepulst mit etwa 300 Hz betriebenen Excimerlaser erzeugt. Die Beleuchtungslinie des Laserstrahls weist abhängig von der konkreten Herstellungsmethode Längen von typisch mehreren hundert Millimetern und Breiten von in der Regel 5 &mgr;m bis 1 mm auf.

Beim sogenannten TDX-(Thin Beam Directional X'talization)-Prozess, welcher z.B. in D.S. Knowles et al., „Thin Beam Crystallization Method: a New Laser Annealing Tool with Lower Cost and Higher Yield for LTPS Panels", SID Digest 2005; presented on May 25–27, 2005 at SID Conference oder in Ji-Yong Park et al., "Thin Laser Beam crystallization method for SOD and OLED application", SID Digest 2005; presented on May 25–27, 2005 at SID Conference beschrieben ist und auf den sich die vorliegende Erfindung vorwiegend (jedoch nicht ausschließlich) bezieht, wird ein sehr schmaler (ca. 5–10 &mgr;m), langer (derzeit 730 mm) und homogener Strahl benötigt. Typischerweise ist die Strahlbreite nur wenige mal größer als die beugungsbegrenzte Strahlbreite bei der jeweiligen numerischen Apertur des Systems, die aus Gründen der Fokustiefe nach oben begrenzt ist. Gleichzeitig ist das Strahlparameterprodukt („Fokussierbarkeit", d.h. as Produkt aus Stahldurchmesser und Divergenz) des Excimerlasers in der Praxis nicht beliebig klein zu machen und beträgt ein Vielfaches (im Allgemeinen das 3- bis 10-fache) der beugungsbegrenzten Spotgröße. Zusammen mit der Anforderung nach einer guten Homogenität des Strahls führt dies zu einem hohen Anteil nicht genutzter Energie, der in einer Zwischenbildebene aus dem Strahl entfernt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszuführen und weiterzubilden, dass aus einem vorgegebenen Einfallsstrahlbündel ein in einer Richtung vergleichsweise randscharfes Strahlbündel entsteht, ohne dass es erforderlich ist, in dieser Richtung einen Teil des Einfallsstrahls in nicht nutzbarer Weise zu entfernen.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterprodukts eines Einfallsstrahlbündels der vorstehend angegebenen Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Geht man ganz allgemein von einem langgestreckten, d.h. eine lange und eine kurze Achse aufweisenden, optischen Strahl, z.B. einem Laserstrahl, aus, wie er beispielsweise zum Kristallisieren von amorphem Silizium eingesetzt werden kann. Ein derartiger langgestreckter Strahl muss in Richtung seiner kurzen Achse, in der dessen Ausdehnung vorzugsweise nur wenige &mgr;m beträgt, vergleichsweise scharf sein, während die Randschärfe in der langen Achsrichtung mit Ausdehnungen von über einem halben Meter vergleichsweise beliebig ist. Unter dieser Voraussetzung gelangt man zu der Erkenntnis, dass eine Verringerung des Strahlparameterproduktes (oder der Divergenz bei konstanter Strahlgröße) des Lasers, d.h. eine Erhöhung der Kohärenz, in der kurzen Achse des Strahls möglich ist, weil in der anderen Achse des Strahls die Divergenz/Inkohärenz gleichzeitig erhöht werden darf. Letzteres ist sogar wünschenswert, weil dadurch die Homogenität des Strahls verbessert wird.

Die Erfindung geht entsprechend Anspruch 1 von einer Anordnung zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie aus einem sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitenden Einfallsstrahlbündel aus. Das Einfallsstrahlbündel, welches z.B. von einem Excimerlaser stammen kann, welcher elektromagnetische Strahlung vorzugsweise im ultravioletten Spektralbereich emittiert, weist senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung eine räumliche Ausdehnung in einer ersten Richtung und eine räumliche Ausdehnung in einer sowohl zu der Ausbreitungsrichtung des Einfallsstrahlbündels als auch zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung auf.

Die aus diesem Einfallsstrahlbündel durch entsprechende Homogenisier- und Strahlformungsoptiken erzeugte Beleuchtungslinie weist in entsprechender Weise eine räumliche Ausdehnung in einer Richtung und eine räumliche Ausdehnung in einer dazu senkrechten weiteren Richtung auf. Homogenisieroptiken der hierfür erforderlichen Art sind z.B. in der EP 0 232 037 A1, der JP 07227993 A, der EP 0 100 242 A2, der DE 42 20 705 A1, der US 5,414,559, der DE 38 29 728 A1, der DE 38 41 045 A1, der US 6,281,967 B1 oder der DE 195 20 187 A1 beschrieben.

Die Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der weiteren Richtung ist für den oben beschriebenen Einsatzzweck wenigstens 30 000 mal größer, als die Ausdehnung in der einen Richtung. Vorzugsweise ist die Beleuchtungslinie in Richtung seiner kurzen Achse nur wenige Mikrometer breit (gewünscht sind Strahlbreiten von 4 bis 10 &mgr;m bei halber maximaler Intensität) und in Richtung seiner langen Achse über 300 mm, vorzugsweise mehr als 700 mm lang.

Anstelle oder ggf. zusätzlich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtung zum Entfernen des Randbereichs der Beleuchtungslinie in Richtung seiner kurzen Achse, wodurch die Strahldivergenz und damit die Strahlbreite reduziert wird, ist erfindungsgemäß eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels vorgesehen. Diese Anordnung umfasst eine Strahlunterteileinrichtung, um das Einfallsstrahlbündel in der ersten Richtung in wenigstens zwei Teilstrahlbündel derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung in der ersten Richtung und eine räumliche Ausdehnung in der zweiten Richtung aufweist. Ferner umfasst die Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels eine Umsortiereinrichtung, um wenigstens zwei der Teilstrahlbündel derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen in der ersten Richtung nebeneinander oder wenigstens teilweise überlappend angeordnet sind.

Dies führt in der kurzen Achse zu einer Verringerung der Strahlgröße und damit des Strahlparameterproduktes um einen Faktor, welcher der Anzahl der Teilstrahlbündel entspricht. In der langen Achse nimmt das Strahlparameterprodukt um denselben Faktor zu. Durch nachfolgende Aufweitung des Strahls in der kurzen Achse und Komprimierung des Strahls in der langen Achse kann der Strahlquerschnitt unverändert gehalten werden. Bei konstantem Strahlquerschnitt ergibt sich damit für die kurze Achse zu einer Verringerung der Divergenz um einen Faktor, welcher der Anzahl der Teilstrahlbündel entspricht, wobei die Divergenz nach unten durch die Beugung begrenzt ist. In der langen Achse nimmt die Divergenz um denselben Faktor zu.

Besonders vorteilhaft ist es für den vorliegenden Anwendungsfall, wenn das Einfallsstrahlbündel ein Strahlparameterprodukt in der zweiten Richtung und eine gleich großes oder kleineres Strahlparameterprodukt in der ersten Richtung aufweist. Das Strahlparameterprodukt in der ersten Richtung wird dann durch die erfindungsgemäße Anordnung weiter reduziert, während es in der zweiten Richtung weiter erhöht wird und zur Homogenisierung des Strahls beiträgt, wie oben bereits erwähnt wurde.

Geht man entsprechend Anspruch 5 von einer Anordnung aus, bei der sich ein Einfallsstrahlbündel in einer Ausbreitungsrichtung ausbreiten kann, wobei das Einfallsstrahlbündel senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung eine räumliche Ausdehnung in einer ersten Richtung und eine räumliche Ausdehnung in einer zu der Ausbreitungsrichtung senkrechten und einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung aufweist und wobei das Einfallsstrahlbündel ein Strahlparameterprodukt in der zweiten Richtung und eine gleich großes oder kleineres Strahlparameterprodukt in der ersten Richtung aufweist, so kann diese bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung ganz allgemein zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes eingesetzt werden.

Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist erfindungsgemäß eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels vorgesehen, welche eine Strahlunterteileinrichtung und eine Umsortiereinrichtung der vorstehend beschriebenen Art umfasst. Wie vorstehend angegeben, ist die Strahlunterteileinrichtung dazu vorgesehen, um das Einfallsstrahlbündel in der ersten Richtung in wenigstens zwei Teilstrahlbündel derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung in der ersten Richtung und eine räumliche Ausdehnung in der zweiten Richtung aufweist. Die Umsortiereinrichtung ist ausgebildet, um wenigstens zwei der Teilstrahlbündel derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen in der ersten Richtung nebeneinander oder wenigstens teilweise überlappend angeordnet sind.

In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist eine Strahlumformeinrichtung vorgesehen, um die räumliche Ausdehnung der Teilstrahlbündel in der zweiten Richtung in die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der weiteren Richtung umzuformen. Anders ausgedrückt werden die Ausdehnungen der Teilstrahlbündel in der zweiten (ggf. nicht unterteilten) Richtung zur Bildung der räumlichen Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der weiteren Richtung (der langen Achse) verwendet. Es spielt dabei im allgemeinen keine Rolle, ob bei der Transformation (Unterteilung und Umsortierung) oder bei nachfolgenden Abbildungen eine (oder mehrere) Spiegelungen) um eine in der ersten Richtung ausgerichtete (gedachte) Spiegelachse und/oder um eine in der zweiten Richtung ausgerichtete (gedachte) Spiegelachse stattgefunden hat oder nicht. Als Strahlumformeinrichtung kann eine oder ggf. mehrere Homogenisieroptiken insbesondere der oben beschriebenen Art verwendet werden. Es kann sich hierbei auch um einen einfachen Strahlaufweiter handeln. Es ist insbesondere auch möglich, dass die Umsortiereinrichtung selbst diese Aufgabe übernimmt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist erfindungsgemäß eine Strahlumformeinrichtung vorgesehen, um die räumliche Ausdehnung der Teilstrahlbündel in der ersten Richtung in die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der einen Richtung umzuformen. Anders ausgedrückt werden die Ausdehnungen der Teilstrahlbündel in der ersten (unterteilten) Richtung zur Bildung der räumlichen Ausdehnung der Beleuchtungslinie in der einen Richtung (der kurzen Achsrichtung) verwendet. Es spielt auch hier im allgemeinen keine Rolle, ob bei der Transformation (Unterteilung und Umsortierung) oder bei nachfolgenden Abbildungen eine (oder mehrere) Spiegelungen) um eine in der ersten Richtung ausgerichtete (gedachte) Spiegelachse und/oder um eine in der zweiten Richtung ausgerichtete (gedachte) Spiegelachse stattgefunden hat oder nicht. Als Strahlumformeinrichtung kann eine oder ggf. mehrere Homogenisieroptiken insbesondere der oben beschriebenen Art verwendet werden. Es kann auch eine den Strahl aufweitende oder den Strahl komprimierende Einrichtung verwendet werden. Es ist insbesondere auch möglich, dass die Umsortiereinrichtung selbst diese Aufgabe übernimmt, z.B. durch entsprechende Überlagerung der Teilstrahlbündel.

Als Strahlunterteileinrichtungen oder als Bestandteile von Strahlunterteileinrichtungen eignen sich Prismenelemente, Planplattenelemente, Linsenelemente oder Spiegelelemente, welche eines der Teilstrahlbündel gegenüber einem anderen der Teilstrahlbündel ablenken. Konkrete Ausführungsbeispiele entnimmt man den nachfolgenden Figuren und den zugehörigen Beschreibungsteilen.

Grundsätzlich kann die Umsortiereinrichtung in unterschiedlichster Weise ausgeführt sein. Sie kann beispielsweise eine Rotationseinrichtung zum Drehen wenigstens eines der Teilstrahlbündel um einen vorgegebenen Drehwinkel umfassen.

Aus der EP 0 484 276 A1 ist z.B. gemäß dem dortigen Anspruch 5 eine Vorrichtung bekannt, welche Strahlenbündel um einen Winkel, vorzugsweise 90°, drehen kann. Die dort beschriebene Vorrichtung, für welche beispielhaft ein Abbé-König-Prisma angegeben ist, kann zum Umsortieren der (geteilten) Teilstrahlenbündel verwendet werden. Selbstverständlich ist es günstig, die Teilstrahlenbündel um 90° zu drehen. Eine Drehung um einen anderen Winkel (und ggf. eine Versetzung der Teilstrahlenbündel) zur relativen Ausrichtung entsprechend der obigen Definition ist jedoch grundsätzlich ebenfalls möglich.

Eine andere Ausführungsvariante mit einer Rotationseinrichtung ist z.B. auch aus der US 5,168,401 bekannt (vgl. dort insbesondere auch den Anspruch 1). Eine Ausführungsvariante dieser Rotationseinrichtung ist in der 13 dieses Dokuments dargestellt. Diese besteht aus einem Mehrfachreflektorelement bestehend aus zwei Prismen und einer nachgeordneten Mikrolinse. Die beiden Prismen weisen Spiegelflächen auf, welche jeweils in Bezug zum einfallenden Strahl bzw. dem an der ersten Spiegelfläche reflektierten Strahl eine 45°-Orientierung aufweisen. Die Mikrolinse ist im Strahlengang des zwei Mal reflektierten Strahls angeordnet. Durch eine entsprechend andere Orientierung der reflektierenden Flächen kann auch eine Drehung um einen anderen Winkel bewerkstelligt werden. Auch diese Ausführungsvariante kann zur Umsortierung der (geteilten) Teilstrahlbündel der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden. Es ist leicht einsichtig, dass für den Fall, bei dem es nicht auf eine unveränderte Seitenorientierung der Teilstrahlbündel zueinander ankommt, auch auf die („an der Zylinderachse spiegelnde") Mikrolinse verzichtet werden kann.

Selbstverständlich können anstelle von Prismenelementen oder Linsenelementen auch Planplattenelemente oder Spiegelelemente, wie dies z.B. in der WO 96/04584 A1 beschrieben (und insbesondere in den 8, 12, 13, 14 und 15 dargestellt) ist, verwendet werden.

Insbesondere wenn es auf eine unveränderte Seitenorientierung der Teilstrahlbündel zueinander nicht ankommt, kann die Umsortiereinrichtung auch eine Spiegelungseinrichtung zum gespiegelten Abbilden wenigstens eines der Teilstrahlbündel an einer winklig zu der ersten und der zweiten Richtung verlaufenden Spiegelachse umfassen. Beispielhaft wird auf die EP 1 528 425 A1 hingewiesen, bei der eine Spiegelung mittels einer um 45° zu einer Vorzugsorientierung eines einfallenden Strahls geneigt angeordneten Zylinderlinse erfolgt. Dort wird dieser Vorgang zwar als 90° Drehung bezeichnet, tatsächlich findet jedoch eine Vertauschung der Seiten des einfallenden Lichtstrahls entsprechend einer Spiegelung an der Zylinderachse der eingesetzten Zylinderlinse statt.

Wie in den dort beschriebenen zwei Ausführungsbeispielen gezeigt wird, kann die Spiegelachse senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung und unter einem Winkel von 45° zu der ersten und der zweiten Richtung verlaufen. Selbstverständlich ist auch eine andere winklige Anordnung, z.B. auch 90°, möglich.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung basiert auf einer Umsortiereinrichtung, welche der Anmelderin aus dem Stand der Technik als solche nicht bekannt ist. Die Umsortiereinrichtung dieser Ausführungsvariante umfasst eine erste Versetzungseinrichtung zum räumlichen Versetzen wenigstens eines der Teilstrahlbündel in der zweiten Richtung gegenüber einem anderen der Teilstrahlbündel. Die zwei Teilstrahlbündel sind damit bezüglich ihrer zweiten (Achs-)Richtung nebeneinander angeordnet.

Weiterhin kann die Umsortiereinrichtung dieser erfindungsgemäßen Ausführungsvariante eine zweite Versetzungseinrichtung zum Versetzen wenigstens eines der Teilstrahlbündel in der ersten Richtung umfassen, so dass die Teilstrahlbündel beispielsweise in der zweiten Richtung im wesentlichen fluchten und zwar z.B. (teilweise oder vollständig) überlappend, unmittelbar aneinander grenzend oder mit gewissem Abstand benachbart zueinander angeordnet.

Die erste Versetzungseinrichtung kann genauso wie die zweite Versetzungseinrichtung wenigstens ein Prismenelement oder wenigstens ein Planplattenelement oder wenigstens ein Linsenelement oder wenigstens ein Spiegelelement umfassen. Im Hinblick auf konkrete Realisierungsmöglichkeiten und mögliche Orientierungen zueinander wird auf die Ausführungsbeispiele gemäß der nachfolgenden Figurenbeschreibung verwiesen.

Insbesondere um die ursprüngliche Strahlform des Eingangsstrahlenbündels wiederherzustellen, kann eine Komprimiereinrichtung vorgesehen sein, um die unterteilten und/oder umsortierten Teilstrahlbündel in der zweiten Richtung zu komprimieren und ggf. auch eine Aufweitungseinrichtung, um die unterteilten und/oder umsortierten und/oder komprimierten Teilstrahlbündel in der ersten Richtung aufzuweiten.

Eine Anordnung zum Herstellen einer Beleuchtungslinie oder eine Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Art eignet sich insbesondere zur Verwendung bei einer Anordnung zum Erhitzen mittels Laserstrahlung. Die Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels kann dabei unmittelbar am Austritt des Laserstrahls vom Laser, unmittelbar vor der Feldebene des Laserstrahls, in welcher das zu erhitzende Substrat angeordnet ist oder an jeder anderen Stelle dazwischen im Strahlengang des Laserstrahls zwischen Austritt und Substratfläche angeordnet sein. Ein konkretes Ausführungsbeispiel entnimmt man der nachfolgenden Figurenbeschreibung.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Es zeigen:

1: Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erhören der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes gemäß der Erfindung.

2: Einen Querschnitt eines in vier Teilstrahlbündel unterteilten Einfallsstrahlbündels.

3: Einen Querschnitt des Strahls nach der 2, nachdem die vier Teilstrahlbündel einer ersten nicht ineinander versetzt wurden.

4: Einen Querschnitt des Strahls nach einer weiteren Versetzung der Teilstrahlbündel in der Weise, dass die Teilstrahlbündel nunmehr nebeneinander angeordnet sind.

5: Einen Querschnitt eines in y-Richtung aufgeweiteten Strahls nach der 4.

6: Einen Querschnitt des in x-Richtung komprimierten Strahls nach der 5.

7: Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung, welche. Bestandteil einer erfindungsgemäßen Anordnung nach der 1 sein kann.

8: Eine Seitenansicht einer Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung, welche geeignet ist, ein Einfallsstrahlbündel mit quadratischem Querschnitt in einen Stahl mit einem in 3 dargestellten Querschnitt zu transformieren

9: Die Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung nach der 8 in Draufsicht.

10: Eine Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung in Form einer Spiegelanordnung mit 2 Planspiegeln.

11: Eine Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung, welches geeignet ist, ein Einfallsstrahlbündel mit quadratischem Strahlquerschnitt in einen Strahl mit einem in der 3 dargestellten Querschnitt zu überführen..

12: Eine Strahlunterteil- und Versetzungseinrichtung in Form einer planparallelen Platte, um aus einem Einfallsstrahlbündel ein erstes Teilstrahlbündel abzuteilen und gegenüber dem verbleibenden Teilstrahlbündeln zu versetzen.

13: Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes eines einfallenden Strahlbündels.

14: Eine kombinierte Strahlunterteil-, Versetzungs- und Komprimiereinrichtung, welche dazu geeignet ist, ein Teilstrahlbündel von einem Einfallsstrahlbündel abzuteilen, in einer Richtung zu komprimieren und gegenüber dem verbleibenden Teilstahlbündel räumlich in dieser einen Richtung zu versetzen.

15: Ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes.

16: Einen Querschnitt eines Strahls, welcher aus einem Einfallsstrahlbündel mit quadratischem Querschnitt durch Unterteilung in vier Teilstrahlbündel und deren räumlicher Versetzung entstanden ist.

17: Ein Querschnitt des Strahls nach der 16, nachdem die Teilstrahlbündel um einen Winkel gedreht worden sind, so dass nunmehr die Teilstrahlbündel mit ihren kürzeren Seiten nebeneinander angeordnet sind.

18: Einen Querschnitt eines Strahls, welcher aus einem Einfallsstrahlbündel mit quadratischem Querschnitt durch Unterteilung in vier Teilstrahlbündel und deren räumlicher Versetzung entstanden ist.

19: Einen Querschnitt des Strahls nach der 18, nachdem die Teilstrahlbündel um ein Winkel gedreht worden sind, wobei die Teilstrahlbündel mit ihren kürzeren Seiten nunmehr teilweise überlappen.

20: Eine Anordnung zur Laserkristallisation einer amorphen Siliziumschicht auf einem Substrat.

Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes eines sich in z-Richtung ausbreitenden Einfallsstrahlbündels 2.

Die Anordnung 100 umfasst eine Strahlunterteileinrichtung 3, eine Umsortiereinrichtung 5 mit einer ersten Versetzungseinrichtung 6 sowie einer zweiten Versetzeinrichtung 8, eine Strahlaufweitungseinrichtung 10 sowie eine Strahlkomprimiereinrichtung 12. Die Funktionsweise dieser Anordnung 100 wird nachfolgend unter zu Hilfenahme der 2 bis 6 beschrieben.

Der Strahlunterteileinrichtung 3 wird eingangsseitig ein Einfallsstrahlbündel 2 zugeführt, welches in vorliegendem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 von einer Strahlungsquelle 1 emittiert wird. Die Strahlungsquelle 1 kann beispielsweise ein Excimerlaser, insbesondere ein KrF-Excimerlaser, ein XeC1-Excimerlaser oder ein XeF-Excimerlaser sein.

Das Einfallsstrahlbündel 2 breitet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in z-Richtung aus. In der xy-Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung z hat das Einfallstrahlbündel 2 einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt. Der Querschnitt dieses Einfallstrahlbündels 2 ist in der 2 skizziert. Die Ausdehnung in x-Richtung ist mit dem Bezugszeichen 1, die Ausdehnung in y-Richtung mit dem Bezugszeichen b gekennzeichnet. Es wird davon ausgegangen, dass die Strahldivergenz in beiden Richtungen x, y identisch ist.

Die Strahlunterteileinrichtung 3 der Anordnung 100 nach der 1 unterteilt den Querschnitt des Einfallsstrahlbündels 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel in y-Richtung in vier gleich große Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c und 4d, wie dies in 2 dargestellt ist. Die identischen Ausdehnungen der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in y-Richtung sind in der Figur durch mit den Bezugszeichen b1, b2, b3, b4 versehene Pfeile angedeutet.

Diese vier Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d werden, wie sich aus der 1 ergibt, der ersten Versetzungseinrichtung 6 zugeführt. Die Versetzungseinrichtung 6 versetzt diese Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in x-Richtung um ihre jeweilige Strahllänge 1. Der Querschnitt des resultierenden Strahls mit den Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d entnimmt man der 3.

Da die Querschnitte der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d bzw. der versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d die Form eines Rechtecks aufweisen und zu Ihren Mittenachsen Ax, Ay symmetrisch sind, spielt es keine Rolle, ob die Versetzung eine rein translatorische Verschiebung in x-Richtung ist oder ob bei der Versetzung eine Spiegelung an einer oder beiden Mittenachsen Ax, Ay oder eine zu diesen äquivalente Transformation stattgefunden hat.

Die zueinander versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d werden nunmehr einer zweiten Versetzungseinrichtung 8 zugeführt. Diese zweite Versetzungseinrichtung 8 versetzt die Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d in y-Richtung relativ zueinander, so dass die Breiten b1, b2, b3, b4 der nunmehr zweimal versetzten Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d die Gesamtausdehnung L = 4*1 des neu gebildeten Strahlbündels 9 bilden. Anders ausgedrückt bedeutet dieses, dass die Längsseiten der Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d in x-Richtung fluchten.

Will man nunmehr die ursprüngliche Strahlform wieder herstellen, so muss der Strahl 9 in x-Richtung komprimiert und in y-Richtung aufgeweitet werden. Zur Strahlaufweitung in y-Richtung wird das neu gebildete Strahlbündel 9 der Aufweitungseinrichtung 10 zugeführt. Am Ausgang der der Strahlaufweitungseinrichtung 10 entsteht nunmehr ein in y-Richtung aufgeweitetes Strahlbündel 11 mit dem in der 5 dargestellten Querschnitt. Zur Komprimierung des Strahlbündels 11 wird dieser einer Komprimiereinrichtung 12 zugeführt und man erhält ausgangsseitig ein Strahlbündel 13 wie es in der 6 dargestellt ist. Dies führt in der y-Achse zu einer Verringerung der Divergenz um einen Faktor n wobei die Divergenz nach unten durch die Beugung begrenzt ist. In x-Richtung nimmt die Divergenz um einen Faktor n bei unverändertem Strahlquerschnitt zu.

Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die Strahlaufweitung und Komprimierung auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen kann. Dieser Sachverhalt ist in der 1 mit Hilfe der in Klammern gesetzten Bezugszeichen angedeutet.

Das Umsortieren der Teilstrahlbündel durch nacheinander folgendes seitliches Versetzten der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d erst in x-Richtung und dann in y-Richtung kann beispielsweise mit Hilfe von Prismen der in 7 dargestellten Form realisiert werden. Jedem zu verschiebenden Teilstrahlbündel 4a, 4c, 4d ist ein derartiges Prisma 6a, 6c, 6d zugeordnet. Ein derartiges Prisma 6a, 6c, 6d hat die Form eines Parallelepipeds mit in der xz-Ebene liegender Grundfläche in der Form eines Parallelogramms. Die Höhe des Parallelepipeds in y-Richtung entspricht gerade der Breite b1, b3, b4 des zu versetzenden Teilstrahlbündels 4a, 4c, 4d. Die Ausdehnung der in x-Richtung verlaufenden Seiten des Parallelogramms darf nicht weniger als die Länge l des Einfallsstrahlbündels 2 sein.

Die 8 und 9 zeigen beispielhaft eine erste Versetzungseinrichtung 6 mit drei Parallelepipedprismen, welche geeignet ist, aus einem Einfallsstrahlbündels 2, wie er in der 2 dargestellt ist, eine Strahlbündelanordnung mit einem Querschnitt zu erzeugen, wie er in der 3 dargestellt ist.

Ein Einfallsstrahlbündel 2 wird senkrecht auf die Einfallsflächen der Prismen 6a, 6c, 6d gerichtet. Auf Grund der endlichen Abmessung der Eintrittsfläche 22 wird das erste Teilstrahlbündel 4a abgeteilt. Dieses Teilstrahlbündel 4a wird an den Reflektionsflächen 23, 24 reflektiert und tritt an der Austrittsfläche 25 aus dem Prisma 6a aus, wie dies in der 7 dargestellt ist. Entsprechendes gilt für die Prismen 6c und 6d. Zwischen den Prismen 6a und 6c ist ein Freiraum, durch welchen das verbleibende Teilstahlbündel 4b ungehindert und ohne Ablenkung hindurch tritt.

Für das Zusammenfügen in der anderen Achse des Strahls kann die gleiche Anordnung „rückwärts" verwendet werden. Die Anschließende Aufweiterung/Komprimierung der Strahlen mittels der Aufweitungseinrichtung 10 bzw. der Komprimiereinrichtung 12 kann in gewohnter Weise durch Teleskope mit zylindrischen Linsen oder durch anamorphotische Prismen stattfinden.

Anstelle der in den 7 bis 9 gezeigten Prismen zur Strahlversetzung können auch Spiegelanordnungen verwendet werden, wie sie den 10 und 11 zu entnehmen sind.

Die 10 zeigt eine Spiegelanordnung 6e als Teilelement der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung 6, 8. Die Spiegelanordnung 6e umfasst einen ersten Teilspiegel 6e1 sowie einen zweiten Teilspiegel 6e2. Bei beiden Spiegeln 6e1, 6e2 handelt es sich um Planspiegel, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel in zwei zu einander parallelen Ebenen angeordnet sind. Ein unter dem Einfallswinkel &egr;1 einfallender Teilstrahl 4a wird am ersten Teilspiegel 6e1 reflektiert. Das reflektierte Teilstrahlbündel trifft unter dem Einfallswinkel &egr;2 auf den zweiten Teilspiegel 6e2 und verlässt nach nochmaliger Reflexion parallel zur Einfallsrichtung des Teilstrahlbündels 4a die Spiegelanordnung 6e.

Die erste bzw. zweite Versetzungseinrichtung 6,8 kann nunmehr in zu der Parallelepipedanordnung nach den 8 und 9 entsprechender Weise ausgebildet sein. Für eine Unterteilung und Versetzung eines einfallenden Strahlbündels 2 in vier Teilstrahlbündel bzw. eine Versetzung und Zusammenfügung von vier Teilstrahlbündeln zu einem Ausgangsstrahlbündel sind wiederum jeweils drei Spiegelanordnungen entsprechend der 10 erforderlich.

Bei der Verwendung von Spiegeln kann auch auf eine der zwei Reflektionen verzichtet werden, womit eine Ablenkung des Strahls um beispielsweise 90° verbunden ist. Anschließen kann der Strahl auf gleiche Weise in der anderen Achse zusammengefügt werden. Die entsprechende Anordnung ist der 11 zu entnehmen.

Die in 11 dargestellte Spiegelanordnung eignet sich zur Überführung eines Einfallsstrahlbündels mit quadratischem Querschnitt entsprechend der 2 in ein Austrittsstrahlbündel mit einem Strahlquerschnitt entsprechend der 3. Zu diesem Zweck sind im Beispiel gemäß der 11 vier Planspiegel mit identischer Größe in y-Richtung nebeneinander in z-Richtung um die Länge l versetzt angeordnet. Das Einfallsstrahlbündel 2breitet sich in z-Richtung aus und trifft unter dem Einfallswinkel &egr;1 zunächst auf den ersten Spiegel 6f auf Grund der endlichen Ausdehnung des Spiegels 6f wird ein erster Teilstrahl 4a abgeteilt und am Spiegel 6f reflektiert. Dieser Teilstrahl verlässt als Teilstrahl 7a die Spiegelanordnung. Der verbleibende Anteil des Einfallsstrahlbündels 2 trifft nunmehr auf den Spiegel 6g. Dort wird entsprechend den Abmessungen ein weiteres Teilstrahlbündel 4b abgeteilt und reflektiert. Dieses verlässt als zweites Teilstrahlbündel 7b die Spiegelanordnung. Der verbleibende Anteil des Einfallsstrahlbündels 2 breitet sich weiter in z-Richtung aus und trifft dort auf den Planspiegel 6a. dort wird wiederum ein Teilstrahlbündel 4c abgeteilt und als Teilsstrahlbündel 7c mit geänderter Richtung abgelenkt. Das verbleibende Teilstrahlbündel 4d des Einfallstrahlbündels 2 trifft auf den Spiegel 6i, wo es reflektiert wird und als Teilstrahlbündel 7d die Anordnung verlässt.

Sollen die Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d in ihrer Form noch verändert werden, so können anstelle der Planspiegel 6a, 6b, 6c, 6d gemäß den Ausführungen nach den 10 oder 11 auch gewölbte, vorzugsweise zylindrische, zylinderartig geformte oder tonnenförmige Spiegel verwendet werden.

12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine oder zweite Versetzungseinrichtung 6, 8. Anstelle der Reflexionsprismen aus dem Ausführungsbeispiel gemäß der 7 kann auch die Refraktion an Planplatten 6j in gleicher Weise verwendet werden.

13 zeigt eine zweite Variante einer Anordnung 101 gemäß der Erfindung.

Die Anordnung 101 umfasst eine Strahlunterteileinrichtung 3 und eine Umsortiereinrichtung 5 mit einer ersten Versetzungseinrichtung 6, einer zweiten Versetzeinrichtung 8, einer Strahlkomprimiereinrichtung 12 sowie einer Strahlaufweitungseinrichtung 10.

Der Strahlunterteileinrichtung 3 wird eingangsseitig ein Einfallsstrahlbündel 2 zugeführt, welches in vorliegendem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 von einer Strahlungsquelle 1 emittiert wird. Die Strahlungsquelle 1 kann wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 1 ein Excimerlaser, insbesondere ein KrF-Excimerlaser, ein XeC1-Excimerlaser oder ein XeF-Excimerlaser sein.

Das Einfallsstrahlbündel 2 breitet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in z-Richtung aus. Es wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass das Einfallstrahlbündel 2 in der xy-Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung z einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufeist, wie er z.B. in der 2 skizziert ist. Die Ausdehnung in x-Richtung ist mit dem Bezugszeichen 1, die Ausdehnung in y-Richtung mit dem Bezugszeichen b gekennzeichnet. Es wird wieder davon ausgegangen, dass die Strahldivergenz in beiden Richtungen x, y identisch ist.

Die Strahlunterteileinrichtung 3 der Anordnung 101 nach der 13 unterteilt den Querschnitt des Einfallsstrahlbündels 2 in y-Richtung in vier gleich große Teilstrahlbündel, wie dies in der 13 durch die Bezugszeichen 4a, 4b, 4c und 4d angedeutet ist.

Diese vier Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d werden, wie sich aus der 13 ergibt, der ersten Versetzungseinrichtung 6 zugeführt. Die Versetzungseinrichtung 6 versetzt diese Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in x-Richtung um ihre jeweilige Strahllänge 1. Der Querschnitt des resultierenden Strahls mit den Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d kann man wieder der 3 entnehmen.

Die zueinander versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d werden nunmehr einer Komprimiereinrichtung 12 zugeführt. Diese Komprimiereinrichtung 12 komprimiert das aus den Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d bestehende Strahlbündelgebilde in x-Richtung. Will man die ursprüngliche Strahlbündelquerschnittsform wiederherstellen, so empfiehlt sich eine Komprimierung auf die ursprüngliche Ausdehnung 1.

Das aus den komprimierten Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d bestehende Strahlbündelgebilde wird nun der Versetzungseinrichtung 8 zugeführt. Diese Versetzungseinrichtung 8 versetzt die komprimierten Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d in y-Richtung derart, dass sie nebeneinander und in x-Richtung fluchtend zueinander angeordnet sind. Die reduzierten Abmessungen des Strahlbündels nach dessen Komprimierung durch die Komprimiereinrichtung 12 und dessen Versetzung durch die Versetzungseinrichtung 8 ist in der 13 auch zeichnerisch angedeutet und mittels der Bezugszeichen 9e..9h gekennzeichnet.

Das auf diese Weise entstandene Strahlbündel 9e..9h bedarf nunmehr zur Herstellung des ursprünglichen Strahlquerschnitts lediglich einer Aufweitung in y-Richtung, was durch die Aufweitungseinrichtung 10 bewerkstelligt wird. Das in y-Richtung aufgeweitete Strahlenbündel 11 erzeugt in einer nachfolgenden Feldebene die gewünschte Beleuchtungslinie 21 mit dem gewünschten Strahlquerschnitt mit in der y-Achse verringerter Divergenz um einen Faktor n (wobei die Divergenz nach unten durch die Beugung begrenzt ist) und in x-Richtung um den Faktor n erhöhter Divergenz bei unverändertem Strahlquerschnitt.

Obwohl in beiden o.a. Ausführungsbeispielen 100, 101 nach den 1 und 13 von einem Eingangsstrahlbündel mit quadratischem Querschnitt ausgegangen wird, soll dies vorliegend nicht als auf diesen Querschnitt beschränkt angesehen werden. Jedes Eingangsstrahlbündel mit beliebigem Strahlquerschnitt kann durch die vorstehend beschriebene Transformation in einen Ausgangsstrahl mit einem Strahlquerschnitt mit modifizierter Divergenz, d.h. modifiziertem Strahlparameterprodukt überführt werden. Insbesondere kann ein Strahlbündel mit rechteckigem Querschnitt auch in seiner kurzen Achse, d.h. in der Richtung mit geringerer Ausdehnung, unterteilt und umsortiert werden.

Das Unterteilen, Versetzen und Komprimieren kann auch in einem Schritt durchgeführt werden, wie dies beispielweise mit einer in der 14 dargestellten Prismenanordnung möglich ist. Zum Unterteilen in vier Teilstrahlen sind vier Anordnung nach der 14 erforderlich, welche in y-Richtung nebeneinander, jedoch in x-Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Jede dieser Anordnungen umfasst zwei Prismen 12a, 12b. Eine Einfallsstrahlbündel 2 wird mittels der in y-Richtung nebeneinander angeordneten Prismen 12a in Teilstrahlbündel 4a unterteilt. An der Rückfläche erfolgt eine Ablenkung in negative x-Richtung und aufgrund der Neigung zum Teilstrahlbündel 4a eine Komprimierung. Derselbe Vorgang wiederholt sich bei der Transmission durch das zweite Prisma 12b. Das komprimierte Teilstrahlbündel 13a verlässt die Anordnung in derselben aber versetzten Richtung wie der einfallende Strahl. Ein unterschiedlicher seitlicher Versatz für die Teilstrahlen 4a, 4b, 4c, 4d wird hier durch unterschiedliche Abstände der Prismen 12a, 12b oder unterschiedliche Verhältnisse der Wege in Glas (Prisma) und Luft (Umgebung) erzeugt. Kehrt man Ein- und Austrittsstrahlrichtung um, so führt die Anordnung ein Unterteilen, Versetzen und Aufweiten durch.

15 zeigt eine dritte Variante einer Anordnung 102 gemäß der Erfindung.

Die Anordnung 102 umfasst eine Strahlunterteileinrichtung 3, eine Umsortiereinrichtung 5 mit einer ersten Versetzungseinrichtung 6 und einer Rotationseinrichtung 14, sowie eine Aufweitungseinrichtung 10 und eine Komprimiereinrichtung 12.

Der Strahlunterteileinrichtung 3 wird eingangsseitig ein Einfallsstrahlbündel 2 zugeführt, welches in vorliegendem Ausführungsbeispiel gemäß der 15 von einer Strahlungsquelle 1 emittiert wird.

Das Einfallsstrahlbündel 2 breitet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in z-Richtung aus. Es wird wieder der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass das Einfallstrahlbündel 2 in der xy-Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung z einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt hat. Der Querschnitt dieses Einfallstrahlbündels 2 ist in der 2 skizziert. Die Ausdehnung in x-Richtung ist mit dem Bezugszeichen 1, die Ausdehnung in y-Richtung mit dem Bezugszeichen b gekennzeichnet. Es wird wieder davon ausgegangen, dass die Strahldivergenz in beiden Richtungen x, y identisch ist.

Die Strahlunterteileinrichtung 3 der Anordnung 102 nach der 15 unterteilt den Querschnitt des Einfallsstrahlbündels 2 in y-Richtung in vier gleich große Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c und 4d, wie dies in 2 dargestellt ist. Die identischen Ausdehnungen der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in y-Richtung sind in der Figur durch mit den Bezugszeichen b1, b2, b3, b4 versehene Pfeile angedeutet.

Diese vier Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d werden, wie sich aus der 15 ergibt, der ersten Versetzungseinrichtung 6 zugeführt. Die Versetzungseinrichtung 6 versetzt diese Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d in x-Richtung um weniger als ihre jeweilige Strahllänge 1. Den Querschnitt der resultierenden Strahlbündelansammlung mit den Teilstrahlbündeln 7a, 7b, 7c, 7d entnimmt man der 16.

Da die Querschnitte der Teilstrahlbündel 4a, 4b, 4c, 4d bzw. der versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d die Form eines Rechtecks aufweisen und zu Ihren Mittenachsen Ax, Ay symmetrisch sind, spielt es wiederum keine Rolle, ob die Versetzung eine rein translatorische Verschiebung in x-Richtung ist oder ob bei der Versetzung eine Spiegelung an einer oder beiden Mittenachsen Ax, Ay oder eine zu diesen äquivalente Transformation stattgefunden hat.

Die zueinander versetzten Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d werden nunmehr der Rotationseinrichtung 14 zugeführt. Diese Rotationseinrichtung 14 dreht die Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d in der xy-Ebene relativ zueinander, so dass die Breiten b1, b2, b3, b4 der auf diese Weise erzeugten Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d eine Gesamtausdehnung L haben, welche gerade die vierfache Länge l eines Teilstrahlbündels 7a, 7b, 7c, 7d ist. Die Längsseiten der Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d fluchten in x''-Richtung.

Ist der seitliche Versatz der Teilstrahlbündel 7a, 7b, 7c, 7d geringer, wie dies die 18 zeigt, so führt ein Verdrehen in der xy-Ebene mittels der Rotationseinrichtung 14 zu einer Überlappung der Teilstrahlbündel 9a, 9b, 9c, 9d, wenn diese in x''-Richtung fluchten. Dies ist in der 19 dargestellt. Die Überlappungsbereiche sind in dieser Figur mittels der Bezugszeichen 9m, 9n, 9o gekennzeichnet.

Als Rotationseinrichtung 14 kann z.B. die in der EP 0 484 276 A1 beschriebene Anordnung verwendet werden.

Will man nunmehr die ursprüngliche Strahlform wieder herstellen, so muss der Strahl 9 in x''-Richtung komprimiert und in y''-Richtung aufgeweitet werden. Zur Strahlaufweitung in y''-Richtung wird das neu gebildete Strahlbündel 9 der Aufweitungseinrichtung 10 zugeführt. Am Ausgang der Strahlaufweitungseinrichtung 10 entsteht nunmehr ein in y''-Richtung aufgeweitetes Strahlbündel 11 mit dem in der 5 dargestellten Querschnitt. Zur Komprimierung des Strahlbündels 11 wird dieser der Komprimiereinrichtung 12 zugeführt und man erhält ausgangsseitig ein Strahlbündel 13 wie es in der 6 dargestellt ist. Dies führt in der y/y''-Achse zu einer Verringerung der Divergenz um einen Faktor n wobei die Divergenz nach unten durch die Beugung begrenzt ist. In x/x''-Richtung nimmt die Divergenz um einen Faktor n bei unverändertem Strahlquerschnitt zu.

Die 20 zeigt eine Anordnung 110 zum Erhitzen eines Substrats mittels Laserstrahlung. Es handelt sich um eine Anordnung, wie sie zum Beispiel zur Kristallisation von amorphen Siliziumschichten verwendet werden kann, wie dies in der Beschreibungseinleitung der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben ist.

Eine derartige Anordnung 110 umfasst eine Strahlungsquelle 1 zum Erzeugen der zum Erhitzen erforderlichen (Laser-)Strahlung, eine Strahlaufbereitungseinrichtung 15 zur zeitlichen und örtlichen Pulsformung des (Laser-) Strahls, eine Homogenisiereinrichtung 16 für die x-Richtung (nachfolgend als kurze Achsrichtung bezeichnet) und eine Homogenisiereinrichtung 17 für die y-Richtung (nachfolgend als lange Achsrichtung bezeichnet). Ferner ist eine Strahlkomprimierungseinrichtung 18 für die kurze Achsrichtung x sowie eine Strahlaufweitungseinrichtung 19 für die lange Achsrichtung y vorgesehen. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass unterschiedliche Funktionalitäten auch in einer einzigen Einrichtung realisiert sein können. So ist es beispielsweise möglich, mit einer einzigen Homogenisiereinrichtung sowohl die Homogenität in der langen Achsrichtung als auch in der kurzen Achsrichtung festzulegen. Auch kann eine Strahlaufweitung gleichzeitig mit einer Homogenisierung in der langen Achse erfolgen. Auch die Reihenfolge der Strahlformung zur Herstellung der gewünschten Strahlform ist weitgehend beliebig. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass zunächst eine Homogenisierung in der x-Richtung, dann eine Homogenisierung in der y-Richtung, hierauf folgend eine Strahlkomprimierung in der x-Richtung und schließlich eine Strahlaufweitung in der y-Richtung erfolgt, wie dies der in der 20 dargestellte Strahlengang aufzeigt, zwingend. Die einzelnen Funktionsblöcke 16, 17, 18 und 19 können in weitgehend beliebiger Weise im Strahlengang angeordnet sein. Der in der 20 gezeigte Aufbau dient lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung.

Die Anordnung zum Herstellen einer Beleuchtungslinie oder die Anordnung zum Erhöhen der Asymmetrie des Strahlparameterproduktes 100, 101, 102 der vorstehend beschriebenen Art kann unmittelbar am Austritt des Laserstrahls vom Laser 1, unmittelbar vor der Feldebene 20 des Laserstrahls, in welchem das zu Erhitzende Substrat angeordnet ist oder an jeder anderen Stelle dazwischen im Strahlengang des Laserstrahls zwischen Strahlaustritt und Substratfläche 20 angeordnet sein. Dieser Sachverhalt ist mit Hilfe des Pfeils mit dem Bezugszeichen 105 kenntlich gemacht.

1
Strahlungsquelle
2
Einfallsstrahlbündel
3
Strahlunterteileinrichtung
4a
erstes Teilstrahlbündel
4b
zweites Teilstrahlbündel
4c
drittes Teilstrahlbündel
4d
viertes Teilstrahlbündel
5
Umsortiereinrichtung
6
erste Versetzungseinrichtung
6a
Prisma mit einer Grundfläche in Form eines Parallelogramms als erstes Teilelement
der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung
6c
Prisma mit einer Grundfläche in Form eines Parallelogramms als zweites Teilelement
der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung
6d
Prisma mit einer Grundfläche in Form eines Parallelogramms als drittes Teilelement
der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung
6e
Spiegelanordnung als Teilelement der ersten oder zweiten Versetzungseinrichtung
6e1
erster Teilspiegel
6e2
zweiter Teilspiegel
6f
erster Spiegel
6g
zweiter Spiegel
6h
dritter Spiegel
6i
vierter Spiegel
7a
erstes in x-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
7b
zweites in x-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
7c
drittes in x-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
7d
viertes in x-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
8
zweite Versetzungseinrichtung
9a
erstes in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9b
zweites in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9c
drittes in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9d
viertes in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9e
erstes in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9f
zweites in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9g
drittes in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9h
viertes in y-Richtung versetztes Teilstrahlbündel
9
neu gebildetes Strahlbündel
9m
Überlappungsbereich
9n
Überlappungsbereich
9o
Überlappungsbereich
10
Aufweitungseinrichtung
11
in y-Richtung aufgeweitetes Strahlbündel
12
Komprimiereinrichtung
13
in x-Richtung komprimiertes Strahlbündel
13a
erstes in x-Richtung versetztes und komprimiertes Teilstrahlbündel
13b
zweites in x-Richtung versetztes und komprimiertes Teilstrahlbündel
13c
drittes in x-Richtung versetztes und komprimiertes Teilstrahlbündel
13d
viertes in x-Richtung versetztes und komprimiertes Teilstrahlbündel
14
Rotationseinrichtung
15
Strahlaufbereitungseinrichtung
16
Homogenisiereinrichtung für die x-Richtung
17
Homogenisiereinrichtung für die y-Richtung
18
Strahlkomprimierungseinrichtung für die x-Richtung
19
Strahlaufweitungseinrichtung für die y-Richtung
20
Substratebene/beleuchtungsebene
21
Beleuchtungslinie
22
Einfallsfläche
23
erste Reflexionsfläche
24
zweite Reflexionsfläche
25
Austrittsfläche
100
erste Variante einer Anordnung gemäß der Erfindung
101
zweite Variante einer Anordnung gemäß der Erfindung
102
dritte Variante einer Anordnung gemäß der Erfindung
105
Bereich in der die erfindungsgemäße Anordnung angeordnet sein kann
110
Anordnung zum Erhitzen mittels Laserstrahlung
b
Strahlbreite
1
Strahllänge
x
erste Richtung
x'
geänderte erste Richtung
x''
geänderte erste Richtung
y
zweite Richtung
y'
geänderte zweite Richtung
y''
geänderte zweite Richtung
z
Ausbreitungsrichtung
Ax
Achse
Ay
Achse


Anspruch[de]
Anordnung (100, 101, 102) zum Herstellen einer randscharfen Beleuchtungslinie (21) aus einem sich in einer Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitenden Einfallsstrahlbündel (2), wobei

– das Einfallsstrahlbündel (2) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung (z) eine räumliche Ausdehnung (b) in einer ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung (1) in einer zu der Ausbreitungsrichtung (z) senkrechten und einer zu der ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei

– die Beleuchtungslinie (21) eine räumliche Ausdehnung in einer Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung in einer dazu senkrechten weiteren Richtung (x) aufweist, wobei

– die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie (21) in der weiteren Richtung (x) wenigstens 30 000 mal größer ist, als die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie (21) in der einen Richtung (y),

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels (2) vorgesehen ist, umfassend:

– eine Strahlunterteileinrichtung (3), um das Einfallsstrahlbündel (2) in der ersten Richtung (y) in wenigstens zwei Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung (b1, b2, b3, b4) in der ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung (1) in der zweiten Richtung (x) aufweist, und

– eine Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14), um wenigstens zwei der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel (9a, 9b, 9c, 9d) mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen (b1, b2, b3, b4) in der ersten Richtung (y) nebeneinander oder wenigstens teilweise überlappend (9m, 9n, 9o) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfallsstrahlbündel (2) eine Strahldivergenz in der zweiten Richtung (x) und eine gleich große oder kleinere Strahldivergenz in der ersten Richtung (y) aufweist. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlumformeinrichtung (15, 16, 17, 18, 19) vorgesehen ist, um die räumliche Ausdehnung (1) der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d; 7a, 7b, 7c, 7d; 9a, 9b, 9c, 9d) in der zweiten Richtung (x) in die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie (21) in der weiteren Richtung (x) umzuformen. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlumformeinrichtung (15, 16, 17, 18, 19) vorgesehen ist, um die räumliche Ausdehnung (b1, b2, b3, b4) der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d; 7a, 7b, 7c, 7d; 9a, 9b, 9c, 9d) in der ersten Richtung (y) in die räumliche Ausdehnung der Beleuchtungslinie (21) in der einen Richtung (y) umzuformen. Anordnung (100, 101, 102) zum Erhöhen der Asymmetrie der Strahldivergenz eines sich in einer Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitenden Einfallsstrahlbündels (2), wobei

– das Einfallsstrahlbündel (2) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung (z) eine räumliche Ausdehnung (b) in einer ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung (1) in einer zu der Ausbreitungsrichtung (z) senkrechten und einer zu der ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei

– das Einfallsstrahlbündel (2) eine Strahldivergenz in der zweiten Richtung (x) und eine gleich große oder kleinere Strahldivergenz in der ersten Richtung (y) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Anordnung zur Transformation des Einfallsstrahlbündels (2) vorgesehen ist, umfassend:

– eine Strahlunterteileinrichtung (3) um das Einfallsstrahlbündel (2) in der ersten Richtung (y) in wenigstens zwei Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart zu unterteilen, dass jedes Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) eine entsprechend der Teilung reduzierte räumliche Ausdehnung (b1, b2, b3, b4) in der ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung (1) in der zweiten Richtung (x) aufweist, und

– eine Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14), um wenigstens zwei der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) derart umzusortieren, dass die umsortierten Teilstrahlbündel (9a, 9b, 9c, 9d) mit ihren jeweiligen räumlichen Ausdehnungen (b1, b2, b3, b4) in der ersten Richtung (y) nebeneinander oder wenigstens teilweise überlappend (9m, 9n, 9o) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlunterteileinrichtung (6) wenigstens ein Prismenelement (6a, 6c, 6d) oder wenigstens ein Planplattenelement (6j) oder wenigstens ein Linsenelement oder wenigstens ein Spiegelelement (6e1, 6e2; 6f, 6g, 6h, 6i) zum Ablenken eines der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) gegenüber einem anderen der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) umfasst. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14) eine erste Versetzungseinrichtung (6) zum Versetzen wenigstens eines der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) in der zweiten Richtung (x) umfasst. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14) eine zweite Versetzungseinrichtung (8) zum Versetzen wenigstens eines der Teilstrahlbündel in der ersten Richtung (y) umfasst. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Versetzungseinrichtung (6) und/oder die zweite Versetzungseinrichtung (8) wenigstens ein Prismenelement (6a, 6c, 6d) oder wenigstens ein Planplattenelement (6j) oder wenigstens ein Linsenelement oder wenigstens ein Spiegelelement (6e1, 6e2; 6f, 6g, 6h, 6i) umfasst. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsortiereinrichtung (6, 14) eine Rotationseinrichtung (14) zum Drehen wenigstens eines der Teilstrahlbündel (7a, 7b, 7c, 7d) um einen vorgegebenen Drehwinkelumfasst. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel 90° beträgt. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationseinrichtung (14) wenigstens ein Prismenelement oder wenigstens ein Planplattenelement oder wenigstens ein Linsenelement oder wenigstens ein Spiegelelementumfasst. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsortiereinrichtung (6, 8; 6, 14) eine Spiegelungseinrichtung zum gespiegelten Abbilden wenigstens eines der Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d) an einer winklig zu der ersten und/oder der zweiten Richtung (y, x) verlaufenden Spiegelachse (Ax, Ay) umfasst. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelachse (Ax, Ay) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung und unter einem Winkel von 90° oder 45° zu der ersten und/oder der zweiten Richtung (y, x) verläuft. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komprimiereinrichtung (12) vorgesehen ist, um die unterteilten und/oder umsortierten Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d; 7a, 7b, 7c, 7d; 9a, 9b, 9c, 9d) in der zweiten Richtung (x) zu komprimieren. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufweitungseinrichtung (10) vorgesehen ist, um die unterteilten und/oder umsortierten und/oder komprimierten Teilstrahlbündel (4a, 4b, 4c, 4d; 7a, 7b, 7c, 7d; 9a, 9b, 9c, 9d) in der ersten Richtung (y) aufzuweiten. Anordnung (110) zum Erhitzen mittels Laserstrahlung mit einer Anordnung (100, 101, 102) zum Herstellen einer Beleuchtungslinie (21) oder einer Anordnung (100, 101, 102) zum Erhöhen der Asymmetrie der Strahldivergenz nach einem der Ansprüche 1 bis 16.






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