DD279324A1 - Anordnung zur variation des koharenzparameters in beleuchtungssystemen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Variation des Kohaerenzparameters in Beleuchtungssystemen und ist insbesondere fuer Projektionseinrichtungen geeignet, die fuer unterschiedliche Einsatzbedingungen vorgesehen sind. Durch die erfindungsgemaesse Einfuegung eines afokalen Systems zwischen die Primaerlichtquelle und Sekundaerlichtquelle kann der Kohaerenzparameter beeinflusst werden. Die Anordnung von strahleinkoppelnden und strahlformenden Elementen zu einem Ellipsoidreflektor liefert guenstige Kohaerenzverhaeltnisse in der Ebene der Sekundaerlichtquelle. Fig. 1

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine sekundäre Strahlungsquelle zu schaffen, deren Kohärenzparameter variierbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung zur Variation des Kohärenzparameters in Beleuchtungssystemen^estehend aus einer Laserlichtquelle, optischen Mitteln zur Einkopplung des von der Laserlichtquelle emittierten Strahlenbündels in den Rotationsellipsoidrefiektor, optischen Mitteln zur Strahlformung, die die vorzugsweise ebenen Wellenflächen umwandeln, dadurch gelöst, daß sich der Mittelpunkt der die Mittel zur Strahlformung verlassenden Kugelwellenflächen in der Nähe des primärseitigen Brennpunktes des Rotationsellipsoidreflektors befindet und daß ein afokales optisches System vor den optischen Mitteln zur Strahlformung angeordnet ist, wodurch eine Aufweitung oder Bündelung des quasiparallelen Laserstrahlenbündels derart bewirkt wird, daß die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung liegenden annähernd ebenen Wellenflächen gleicher Phase in ihrer Ausdehnung variiert werden jedoch in ihrer Form unverändert bleiben.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in der Kompatibilität dieser Strahlungsquelle auf Grund der Verwendung eines entsprechenden afokalen Systems.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung.

Die im Ausführungsbeispiel Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einem Ellipsoidreflektor 1 mit den zugehörigen Brennpunkten F und r', einem konvexen sphärischen Spsgel 2, dessen Brennpunkt annähernd mit dem Brennpunkt F des Ellipsoidreflektors 1 zusammenfällt und einem afokalen System mit schwacher Bündelwirkung 4 oder gegen ein afokales System mit starker Bündelwirkung 5 ausgetauscht werden kann. Das ankommende Laserstrahlenbündel 6 mit dem Durchmesser D₀ wird durch das afokale System mit mittlerer Bündelwirkung 3 auf den Durchmesser D₃ gebündelt und fällt auf den konvexen sphärischen Spiegel 2 und wird scheinbar aus der Nähe des Brennpunktes F kommen'-' auf den Ellipsoidrsflektor 1 umgelenkt, von dem es wiederum in Richtung des sekundären Brennpunktes F' des Ellipsoidreflektors 1 reflektiert wird. Der Randstrahl des Bündels 6 fällt bei Herausnahme des afokalen Systems als Strahl auf den sphärischen Spiegel 2, wird unter dem Winkel φ in Richtung Ellipsoidreflektor 1 gelenkt und von dort unter dem Winkel φ' zur Rotationsachse 7 des Ellipsoides 1 in die Öffnung einer Blende 8 reflektiert.

Die Blende 3 steht senkrecht zur Rotationsachse 7 und schneidet annähernd den sekundären Brennpunkt F'. Die Öffnung der Blende 8 stellt für ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem geometrisch eine sekundäre Lichtquelle dar, wobei die Winkelverteilung in der Öffnung der Biende 8 in eine örtliche Verteilung in der Blende eines ebenfalls nachgeschalteten Objektivs umgewandelt wird. Die Winkelverteilung am Ort der Öffnung der Blende 8 bestimmt somit die Lichtausfüllung der Blende 8 und damit den Kohärenzparameter δ. Durch Einschalten des afokalen Systoms 3 mit mittlerer Bündelwirkung in den Strahlengang des Bündels 6 wird dieses vom Durchmesser D₀ auf den Durchmesser D₃ gebündelt. Der Randstrahl verläuft parallel und näher an der Rotationsachse 7, fällt auf den sphärischen Spiegel 2 und wird unter dem Winkel φ₃ in Richtung Ellipsoidreflektor 1 abgelenkt, wobei <p₃ > φ ist. Der Ellipsoidreflektor 1 lenkt den Strahl nunmehr in Richtung der Öffnung der Blende 10 unter dem Winkel ip₃- zur Rotationsachse 7 ab, wobei <p'₃ > φ' ist. Der innere Bündelstrahl fällt nach zweifacher Reflexion in der Nähe des Scheitel des sphärischen Spiegels 2 und des Ellipsoidreflektors 1 unter sehr flachem Winkel ebenfalls in die Öffnung der Blende 8. Der Austausch des afokalen Systems 3 mit mittlerer Bündelwirkung durch das afokale System mit mittlerer Bündelwirkung durch das afokale System mit schwacher Bündelwirkung 4 oder das afokale System mit starker Bündelwirkung 5 führt durch die unterschiedliche Bündelwirkung nach der jeweils zweifachen Reflexion am sphärischen Spiegel 2 und am Ellipsoidreflektor 1 zu unterschiedlichen Einfallswinkeln der jeweiligen Randstrahlen in die Öffnung der Blende 8. Somit wird die Beleuchtungsapertur der geometrisch als sekundäre Lichtquelle betrachteten Öffnung der Blende 8 variiert, wobei die gesamte Energie des Laserbündels 6 Inhalt des jeweiligen Beleuchtungsapeiturbündels ist. Die Beleuchtungsaperturänderung bewirkt, wie oben beschrieben, eine Änderung des Ausfüllverhältnisses der Objektivblende und somit des Kohärenzparameters δ.

Claims (1)

1. Anordnung zur Variation des Kohärenzparameters in Beleuchtungssystemen bestehend aus einer Laserlichtquelle, optischen Mitteln zur Einkopplung des von der Laserlichtquelle emittierten Strahlenbündels in den Rotationsellipsoidreflektor, optischen Mitteln zur Strahlformung, die die vorzugsweise ebenen Wellenflächen gleicher Phase des Laserausgangsbündels in Kugelflächen umwandeln, gekennzeichnet dadurch, daß sich der Mittelpunkt der die Mittel zur Strahlformung ,erlassenden Kugelwellenflächen in der Nähe des primärseitigen Brennpunktes des Rotationsellipsidreflektors befindet und daß ein afokales optisches System vor den optischen Mitteln zur Strahlformung angeordnet ist, wodurch eine Aufweitung oder Bündelung des quasiparallelen Laserstrahlenbündels derart bewirkt wird, daß die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung liegenden annähernd ebenen Wellenflächen gleicher Phase in ihrer Ausdehnung variiert werden, jedoch in ihrer Form unverändert bleiben.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Variation des Kohärenzparameters in Beleuchtungssystemen, wo Laser als Strahlungsquelle in optische Abbildungseinrichtungen zur Strukturübertragung eingesetzt werden. Sie ist besonders gesignet für den Einsatz in fotolithografischen Geräten und Ausrüstungen zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Im wissenschaftlichen Gerätebau und auch insbesondere bei der Entwicklung mikrolithografischer Ausrüstungen wird bei den Beleuchtungssystemen üblicherweise das Köhlersche Beleuchtungsprinzip angewandt. Es beinhaltet u. a., daß die senkrecht zur optischen Achse stehende Lichtquellenebene oder eine als Lichtquelle betrachtete andere Ebene (Sekundärlichtquelle) in die Ebene der Eintrittspupille des Objektivs abgebildet wird und ist aus energetischen Gründen und in den meisten Fällen aus Gründen der Gleichmäßigkeit der Aufleuchtung der zu übertragenden Strukturmuster vorteilhaft. Nach der Beugungstheorie und durch die Praxis bestätigt spielt bei beugungsbegrenzten optischen Systemen die räumliche Kohärenz der verwendeten Strahlung eine wesentliche Rolle bei der Strukturübertragung. Als Maß für den räumlichen Kohärenzstatus dient das Lichtausfüllverhältnis 5 in der Ebene der Eintrittspupille (Kohärenzparameter), wenn man wie in den meisten klassischen Fällen voraussetzen kann, daß benachbarte durch ein Mindestintervall (Kohärenzintervall) getrennte Punkte der nullten Beugungsordnungen in der Pupille inkohärent sind. Die Kohärenzverhältnisse bei der Übertragung bestimmen letztendlinh, aus welchen Beugungsordnungen die übertragene Struktur zusammengesetzt wird, auf welche Weise und in welcher Reihenfolge dabei Phasen- und Amplitudenaddition erfolgt.

   Bei fotoliihografischen Ausrüstungen hat sich die Einstellung des Kohärenzparameters als bedeutender Faktor zur Erzielung positiver Wirkungen auf die Strukturübertragung erwiesen. Für die z.Z. üblicherweise in der Produktion eingesetzten Anlagen mit Hg-Höchstdruckstrahlern als Strahlungsquelle hat sich als günstigster Kohärenzparameter ein Wert von 0,6 bis 0,7 ergeben. Dieser Optimalwert gilt jedoch nur für den konkreten Einsatzfall und ergibt sich aus den Einflußgrößen Strahlungsquelle, Beleuchtungssystem einschließlich technologischem Umfeld. Bei den in jüngster Zeit auf Grund des angebotenen Wellenlängenspektrums und der Energie a'j Strahlungsquellen für optische Übertragungseinrichtungen eingesetzten Lasern liegt in der Regel hohe Kohärenz vor. Um den damit verbundenen geringen Kohärenzparameter zu vergrößern wird die Eintrittspupille durch das annähernd punktförmige Bild des fokussieren Laserstrahls abgerastert. Das geschieht durch Scan-Einrichtungen in zwei Koordinaten deren Auslenkungen den Kohärenzparameter δ bestimmen. Die unstetige punkt- oder streifenförmige Energieverteilung in der Pupille führt zu zwei wesentlichen Nachteilen. Zum ersten kann die Energiekonzentration an den beleuchteten Stellen der Pupille so groß sein, daß optische Bauteile in der Nähe der Pupille ablationsgefährdet sind oder daß photochemische Prozesse wie z. B. Ozonbildung vor sich gehen. Zum zweiten entsteht in Abhängigkeit von der Rasterkonetanten eine systematische Welligkeit der Kontrastübertragungsfunktion (MTF), wobei gerade die für die Strukturübertragung relevanten Ortsfrequenzen ungünstige Werte annehmen können. Um der Gleichverteilung der Energie in der Pupille näher zu kommen werden Streuscheiben eingesetzt. Nachteilig wirkt sich der damit verbundene Energieverlust aus. Ein anderes Verfahren zur Umwandlung einer ausgedehnten Laserstrahlungsquelle geringer Apertur in eine ausgedehnte Strahlungsquelle mit ausgedehnter Apertur bedient sich eines Glasfaserbündels, in dessen Eingang der Laserstrahl unter einem Winkel eingekoppelt wird und dessen Ausgang eine Rasterfläche entsprechend der Anzahl der Einzelfasern bildet, wobei die Lichtmischung in jeder Einzelfaser zu einer bestimmten Apertur an ihrem Ausgang führt. Der Ausgang des Bündels wird als Sekundärlichtquelle betrachtet. Der Kohärenzparameter δ wird durch die geometrische Ausdehnung des Faserbündelausgangs festgelegt und kann durch Änderung der Geometrie beeinflußt werden. Nachteilig ist der hohe Energieverlust im Glasfaserbündel sowie die eingeschränkten technischen Möglichkeiten zur Variation des Kohärenzparameters.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es₍mit relativ einfachen Mitteln mittels Laser eine sekundäre Strahlungsquelle zu schaffen mit hoher Kompatibilität bezüglich konkreter Einsatzbedingungen.