DE10148167A1 - Beleuchtungsanordnung - Google Patents

Abstract

Bei einer Beleuchtungsanordnung mit einem einen Spiegel (2) aufweisenden Kohärenzminderer (1), der mittels des Spiegels (2) einem zugeführten kohärenten Strahlenbündel (10) unterschiedliche Phasenverschiebungen in Abhängigkeit von der Position im Strahlquerschnitt einprägt und als Beleuchtungsstrahlenbündel (11) abgibt, und mit einer dem Kohärenzminderer (1) nachgeordneten Beleuchtungsoptik zum Beleuchten eines Objektfeldes, die eine Mikrooptik (4; 19) mit einer Vielzahl von Optikelementen (9; 20), die rasterartig angeordnet sind, und eine der Mikrooptik (4; 19) nachgeordnete Abbildungsoptik (5) umfaßt, umfaßt der Spiegel ein Spiegelelement (2), dessen Oberfläche in mehrere Spiegelteilflächen (8) aufgeteilt ist, die zueinander parallel angeordnet und in Richtung ihrer Flächennormalen versetzt sind, wobei das zugeführte Strahlenbündel (10) an den Spiegelteilflächen (8) derart reflektiert wird, daß von den Spiegelteilflächen (8) Beleuchtungsteilstrahlenbündel (11) ausgehen, die zusammen das Beleuchtungsstrahlenbündel mit den unterschiedlichen Phasenverschiebungen bilden.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsanordnung mit einem einen Spiegel aufweisenden Kohärenzminderer, der mittels des Spiegels einem zugeführten kohärenten Strahlenbündel unterschiedliche Phasenverschiebungen in Abhängigkeit von der Position im Strahlquerschnitt einprägt und als Beleuchtungsstrahlenbündel abgibt, und mit einer dem Kohärenzminderer nachgeordneten Beleuchtungsoptik, die eine Mikrooptik mit einer Vielzahl von Optikelementen, die rasterartig angeordnet sind, und eine der Mikrooptik nachgeordnete Abbildungsoptik umfaßt, wobei das Beleuchtungsstrahlenbündel auf die Mikrooptik trifft und dadurch von jedem Optikelement ein Teilstrahlenbündel ausgeht, das mittels der Abbildungsoptik zur Beleuchtung eines Objektfeldes eingesetzt werden kann.
• Eine solche Beleuchtungsanordnung wird häufig als Mikroskopbeleuchtung verwendet, wobei der Kohärenzminderer dazu dient, die Kohärenz des Strahlenbündels so weit zu verringern, daß unerwünschte Interferenzerscheinungen und Speckle im Objektfeld möglichst nicht auftreten.
• Eine Beleuchtungsanordnung der eingangs genannten Art ist beispielsweise in WO 01/35451 A1 beschrieben, wobei der Kohärenzminderer hier drei diskrete und übereinander mit einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnete Spiegelplatten umfaßt. Die Spiegelplatten sind zueinander parallel und um 45° gegenüber dem einfallenden Strahlenbündel geneigt, so daß etwa ein Drittel des Strahlenbündels auf die erste Spiegelplatte trifft, während zwei Drittel des Strahlenbündels hinter der ersten Spiegelplatte vorbeilaufen. Von diesem vorbeilaufenden Strahlenbündel trifft etwa eine Hälfte auf die zweite Spiegelplatte, während die andere Hälfte hinter der zweiten Spiegelplatte vorbeiläuft und auf die dritte Spiegelplatte trifft. Die Teilstrahlenbündel werden an den Spiegelplatten jeweils um 90° so umgelenkt, daß das Beleuchtungsstrahlenbündel abgegeben wird, das drei Teilstrahlenbündel mit zueinander verschobenen Phasen aufgrund der unterschiedlicher Weglängen bei der Reflexion aufweist. Der in WO 01/35451 A1 beschriebene Kohärenzminderer ist aufgrund der diskreten Spiegelplatten sehr aufwendig und die dem Strahlenbündel einprägbaren unterschiedlichen Phasenverschiebungen sind durch die begrenzte Anzahl von praktisch vorsehbaren Spiegelplatten beschränkt.
• Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, die Beleuchtungsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie einen einfachen Aufbau aufweist und dem Strahlenbündel eine Vielzahl von diskreten Phasenverschiebungen aufprägen kann.
• Die Aufgabe wird bei einer Beleuchtungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Spiegel ein Spiegelelement aufweist, dessen Oberfläche in mehrere Spiegelteilflächen aufgeteilt ist, die zueinander parallel angeordnet und in Richtung ihrer Flächennormalen zueinander versetzt sind, wobei von den Spiegelteilflächen ausgehende Beleuchtungsteilstrahlenbündel das Beleuchtungsstrahlenbündel mit den unterschiedlichen Phasenverschiebungen bilden.
• Durch die Strukturierung der Oberfläche des Spiegelelements können eine Vielzahl von diskreten bzw. diskontinuierlichen Phasenverschiebungen eingestellt werden, die dem kohärenten Strahlenbündel bei der Reflexion am Spiegelelement aufgeprägt werden, wobei die Spiegelteilflächen bevorzugt eben sind. Dann sind auch die diskreten Phasenverschiebungen stufenartig versetzt. Die Größe der Phasenverschiebungen und die Größe der Abschnitte im Strahlquerschnitt, denen die entsprechenden Phasenverschiebungen aufgeprägt werden, ist nahezu beliebig wählbar und nur durch die Art der Strukturierung begrenzt.
• Weiterhin werden bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung keine mechanisch zu bewegenden Teile benötigt, um die gewünschte Kohärenzminderung zu erreichen, so daß problemlos gepulste Strahlenbündel zur Beleuchtung des Objektfeldes eingesetzt werden können. Dadurch ist es dann beispielsweise möglich, durch das Objektfeld bewegte Objekte (z. B. Masken aus der Halbleiterfertigung) zu untersuchen, so daß eine sehr hohe Untersuchungsgeschwindigkeit bei äußerst homogener Ausleuchtung erreicht wird. Auch ist in vorteilhafter Weise das unerwünschte Speckle-Rauschen vermindert.
• Die Optikelemente der Mikrooptik sind bevorzugt matrix- bzw. rasterartig in einer Ebene angeordnet. Daher kann die Mikrooptik leicht quer zur Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungsstrahlenbündels angeordnet werden, so daß jedes Optikelement gleichzeitig von einer ebenen Wellenfront getroffen wird.
• Ferner kann der Kohärenzminderer bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung so ausgebildet sein, daß dem Strahlenbündel für jedes Optikelement der Mikrooptik eine vorbestimmte Phasenverschiebung aufgeprägt wird. Dadurch kann man für jedes Optikelement die Phase einer auf alle Optikelemente treffende Wellenfront der Strahlung so einstellen, daß die störenden Interferenzeffekte im Objektfeld möglichst vollständig unterdrückt werden.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung sind die Optikelemente der Mikrooptik in Zeilen und Spalten angeordnet und ist die Oberfläche des Spiegelelements derart strukturiert, daß dem zugeführten Strahlenbündel für die Optikelemente jeder Zeile oder jeder Spalte eine andere Phasenverschiebung aufgeprägt wird. Dadurch weist das auf die Optikelemente treffende Beleuchtungsstrahlenbündel für Optikelemente in benachbarten Zeilen bzw. Spalten eine sprungförmige unterschiedliche Phase auf, so daß Interferenzeffekt des von den in benachbarten Zeilen angeordneten Optikelementen ausgehenden Teilstrahlenbündel vermindert sind.
• Eine individuelle (sprungförmige bzw. diskontinuierliche) Phasenverschiebung für jedes Optikelement kann man beispielsweise dadurch verwirklichen, daß jedem Optikelement genau eine Spiegelteilfläche des Spiegelelements zugeordnet ist. Damit kann die gewünschte Phasenverschiebung mit nur einem Optikteil (dem Spiegelelement mit der strukturierten Oberfläche) erreicht werden, so daß die Beleuchtungsanordnung kompakt ausgebildet werden kann.
• Auch kann jede Spiegelteilfläche genau einem Optikelement zugeordnet sein, wobei mehrere Spiegelteilflächen demselben Optikelement zugeordnet sind. Die mehreren Spiegelteilflächen sind dabei so gewählt, daß selbst bei einer gewissen Dejustierung von z. B. dem Spiegelelement nur Strahlung mit der gewünschten Phasenverschiebung auf die einzelnen Optikelemente trifft und die Strahlung von den dejustierten Spiegelteilflächen bevorzugt auf die Totzonen (die darauf treffenden Strahlung gelangt nicht zur Kondensoroptik) zwischen den Optikelementen trifft. Dadurch wird selbst bei einer Dejustierung sichergestellt, daß kohärente Strahlung möglichst nicht auf benachbarte Optikelemente trifft, so daß die Justierung vereinfacht ist.
• In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung umfaßt das Spiegelelement eine Vielzahl von aufeinandergestapelten planparallelen Platten (die jeweils gleiche oder auch unterschiedliche Dicken aufweisen können), wobei bei jeweils zwei aufeinanderliegenden Platten die Stirnseite der oberen Platte gegenüber der Stirnseite der unteren Platte zurückgesetzt ist. Dadurch sind eine Vielzahl von Stufen gebildet, deren zur Reflexion benutzten Flächen, falls nötig, verspiegelt sind. Die zur Reflexion benutzten Flächen können entweder die Stirnseiten der Platten (dann ist die Breite der Spiegelteilflächen durch die Dicke der Platten und die Stufenhöhe durch den Versatz bestimmt) oder eine der planparallelen Seiten der Platten sein (dann ist die Breite der Spiegelteilflächen durch den Versatz und die Stufenhöhe durch die Plattendicke bestimmt). In dieser Art und Weise kann sehr einfach das Spiegelelement realisiert sein.
• Alternativ ist es auch möglich, daß das Spiegelelement durch Mikrostrukturierungstechniken (wie sie z. B. in der Halbleiterfertigung verwendet werden) gebildet und danach, falls nötig, noch verspiegelt ist. Bei dieser Art der Strukturierung kann besonders einfach eine matrixartige Anordnung der Spiegelteilflächen mit gewünschtem Versatz (insbesondere die Ausbildung von je einer Spiegelfläche für jedes Optikelement der Mikrooptik) gebildet werden.
• Insbesondere entspricht bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung der Versatz von benachbarten Spiegelteilflächen zumindest der halben zeitlichen Kohärenzlänge des Strahlenbündels. Dies läßt sich besonders gut bei sogenannter partiell kohärenter Strahlung realisieren, wie sie insbesondere von Multimode-Lasern (z. B. Excimer-Laser) abgegeben wird, da das partiell kohärente Strahlenbündel eine relativ geringe zeitliche Kohärenzlänge (Kohärenzlänge in Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels) aufweist. So gibt beispielsweise ein Argon-Fluorid- Excimer-Laser ein Strahlenbündel mit einer Wellenlänge von etwa 193 nm und einer zeitlichen Kohärenzlänge von ca. 100 µm ab.
• Unter der zeitlichen Kohärenzlänge wird ein Minimum (bevorzugt das erste Minimum) der zeitlichen Kohärenzfunktion verstanden. Somit ist der Interferenzkontrast bei Überlagerung von zwei Strahlbündeln, die eine Phasenverschiebung um die zeitliche Kohärenzlänge aufweisen, minimal. Durch die angegebene Wahl des Versatzes der Spiegelteilflächen wird sichergestellt, daß der Gangunterschied für zwei von benachbarten Spiegelteilflächen reflektierte Beleuchtungsteilstrahlenbündel zumindest der zeitlichen Kohärenzlänge entspricht. Somit sind die beiden Beleuchtungsteilstrahlenbündel, die in der Regel auf benachbarte Optikelemente der Mikrooptik treffen, zueinander inkohärent, da unter Ausnutzung der zeitlichen Kohärenzlänge die räumliche Kohärenz vermindert bzw., wenn möglich, aufgehoben wird.
• Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung besteht darin, daß das Spiegelelement, in Draufsicht gesehen, eine durchgehende Spiegelfläche aufweist. Dadurch wird sichergestellt, daß so gut wie keine Abschattungseffekte bei der Reflexion am Spiegelelement auftreten.
• Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung zwischen dem Spiegelelement und der Mikrooptik eine erste Zwischenoptik (bevorzugt eine 1 : 1 Abbildungsoptik) angeordnet sein, die das Spiegelelement auf die Mikrooptik abbildet. Dadurch wird vorteilhaft eine Mischung von den von einzelnen Spiegelteilflächen ausgehenden Beleuchtungsteilstrahlenbündeln aufgrund der vorhandenen Divergenz des auf das Spiegelelement einfallenden Strahlenbündels verhindert, so daß sichergestellt ist, daß die einzelnen Optikelemente mit Beleuchtungsteilstrahlenbündeln beaufschlagt werden, die die gewünschte Phasenverschiebung aufweisen.
• Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung der Spiegel des Kohärenzminderers ein zweites, dem ersten Spiegelelement vorgeordnetes Spiegelelement aufweisen, dessen Oberfläche derart strukturiert ist, daß sie mehrere Spiegelteilflächen aufweist, die zueinander parallel angeordnet und in Richtung ihrer Flächennormalen versetzt sind, wobei von den Spiegelteilflächen ausgehende Teilstrahlenbündel unterschiedliche Phasenverschiebungen für verschiedene der Optikelemente aufweist. Durch dieses zweite Spiegelelement kann eine verbesserte Verminderung der Kohärenz in einfacher Art und Weise erreicht werden.
• Des weiteren kann zwischen dem ersten und zweiten Spiegelelement eine zweite Abbildungsoptik (bevorzugt eine 1 : 1 Abbildungsoptik) vorgesehen sein, die das zweite Spiegelelement auf das erste Spiegelelement abbildet. Dadurch wird wiederum eine Durchmischung der einzelnen Teilstrahlenbündel, die von den einzelnen Spiegelteilflächen ausgehen, effektiv verhindert.
• Das zweite Spiegelelement kann, in Draufsicht gesehen, eine durchgehende Spiegelfläche aufweisen. Dadurch wird nahezu das gesamte einfallende Strahlenbündel am zweiten Spiegelelement reflektiert, so daß die durch das zweite Spiegelelement bedingten Verluste äußerst gering sind.
• Die beiden Spiegelelemente können jeweils als Stufenspiegel ausgebildet sein, die zueinander verdreht, bevorzugt um 90°, angeordnet sind. Dadurch wird effektiv die Kohärenz in zwei Richtungen im Strahlquerschnitt, vermindert, so daß das auf die Mikrooptik einfallende Beleuchtungsstrahlenbündel eine äußert geringe Kohärenz aufweist.
• Insbesondere kann die Mikrooptik lauter gleiche Optikelemente aufweisen und beispielsweise als Mikrolinsen- oder Lochmaskenarray ausgebildet sein. Mit einer solchen Mikrooptik ist insbesondere bei der Verwendung der Beleuchtungsoptik in einem Mikroskop gewährleistet, daß in der Pupillenebene eine quasi kontinuierliche Ausleuchtung vorliegt.
• Es ist bevorzugt, daß das zugeführte Strahlenbündel unter einem Einfallswinkel, der im Bereich von 0 bis 20° liegt, das Spiegelelement trifft. Bei einem Einfallswinkel von 0° ist dem Spiegelelement ein Strahlteiler (wie z. B. ein teiltransparente oder auch semitransparente Platte, die um 45° gegenüber der Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels geneigt ist) vorgeordnet. Damit werden vorteilhaft der Strahlquerschnitt bei der Reflexion am Spiegelelement nicht verändert und der Abschattungseffekt so gut wie vollständig unterdrückt.
• Die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung kann überall dort eingesetzt werden, wo ein Feld möglichst homogen ausgeleuchtet werden soll. Dies kann beispielsweise in der Mikroskopie, bei Steppern in der Halbleiterfertigung oder auch bei der Materialbearbeitung der Fall sein.
• Als Strahlungsquelle, die die kohärente oder partiell kohärente Strahlung abgibt, können Laser, wie z. B. Eximer-Laser (beispielsweise Krypton-Fluorid, Argon-Fluorid- oder Fluorid-Eximer- Laser) verwendet werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung;
• Fig. 2 ein Mikrolinsenarray in Draufsicht;
• Fig. 3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung;
• Fig. 4 ein Lochmaskenarray in Draufsicht;
• Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung mit dem Lochmaskenarray, und
• Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Kohärenzminderers.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung einen Kohärenzminderer 1, der einen Stufenspiegel 2 und eine dem Stufenspiegel 2 nachgeordnete 4f- Abbildungsoptik 3 aufweist, sowie eine Beleuchtungsoptik mit einem Mikrolinsenarray 4 und einer Kondensoroptik 5.
• Der Stufenspiegel 2 ist aus einer Vielzahl von aufeinandergestapelten planparallelen Platten 6 (verspiegelte Quarzplatten) gebildet, wobei jeweils die Stirnseite 7 der oberen Platte 6 gegenüber der Stirnseite direkt darunter liegenden Platte 6 derart zurückgesetzt ist, daß eine Stufe gebildet ist. Die freiliegende Oberfläche der unteren Platte 6 bildet dann eine Spiegelteilfläche 8 des Stufenspiegels 2. Der Stufenspiegel 2 weist so viele Stufen (bzw. so viele Spiegelteilflächen 8) auf, wie das Mikrolinsenarray 4 Mikrolinsen 9 in der Zeichenebene von Fig. 1 umfaßt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sind beispielhaft fünf Stufen und fünf Mikrolinsen 9 dargestellt.
• Die Mikrolinsen 9 des Mikrolinsenarrays 4 liegen in einer Ebene und sind in Zeilen und Spalten (Fig. 2) angeordnete, wobei zur besseren Übersichtlichkeit das Mikrolinsenarray mit 5 Zeilen und 10 Spalten dargestellt ist und einige der Mikrolinsen 9 beispielhaft in der Draufsicht von Fig. 2 eingezeichnet sind. Tatsächlich ist das Mikrolinsenarray beim beschriebenen Ausführungsbeispiel 4 ca. 3 × 6 mm groß und der Durchmesser der Mikrolinse 9 beträgt ca. 150 µm. Der Stufenspiegel 2 weist so viele Spiegelteilflächen 8 auf, wie das Mikrolindenarray 4 Zeilen umfaßt. Somit ist jede Stufe des Stufenspiegels 2 den Mikrolinsen 9 einer Zeile des Mikrolinsenarrays 4 zugeordnet.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, trifft ein kohärentes (oder auch partiell kohärentes) Strahlenbündel 10 auf den Stufenspiegel 2 und wird von diesem zum Mikrolinsenarray 4 hin reflektiert. Aufgrund der Stufen des Stufenspiegels 2 kommt es zu unstetigen bzw. diskontinuierlichen Phasenverschiebungen im reflektierten Strahlenbündel 11. In Fig. 1 ist eine Wellenfront W gleicher Phase des einfallenden Strahlenbündels 10 eingezeichnet, die beim reflektierten Strahlenbündel 11 aufgrund der durch den Stufenspiegel 2 erzeugten Gangunterschiede für jedes von den Stufen des Stufenspiegels 2 ausgehendes Teilstrahlenbündel S1 bis S5 (die das reflektierte Strahlenbündel 11 bilden) relativ zu den anderen Teilstrahlenbündel S1 bis S5 in Ausbreitungsrichtung versetzt ist. Dies ist durch die eingezeichnete Lage der Wellenfronten W1 bis W5 gleicher Phase in den Teilstrahlenbündeln S1 bis S5 dargestellt.
• Der Versatz der Wellenfronten ist dabei mittels der Stufenhöhe H (die durch die Dicke der Platte 6 gegeben ist) beim Stufenspiegel 2 so gewählt, daß er der zeitlichen Kohärenzlänge des Strahlenbündels 10 entspricht. Bei der Strahlung eines Argon-Fluorid-Excimer-Lasers entspricht die zeitliche Kohärenzlänge etwa 100 µm, so daß ein Stufenversatz von etwa 50 µm gewählt ist. Bei der Reflexion ergibt sich damit für benachbarte Teilstrahlenbündel ein Gangunterschied von etwa 100 µm, wobei der Gangunterschied aufgrund des schrägen Einfalls des Strahlenbündels 10 etwas größer ist. Der Einfallswinkel des Strahlenbündels 10 auf die den Spiegelteilflächen 8 (bezogen auf die Flächennormalen N) beträgt hier ca. 20°. Die Stufen des Stufenspiegels 2 sind in den Figuren stark vergrößert dargestellt, um den stufenförmigen Phasenversatz im reflektierten Strahlenbündel 11 darstellen zu können.
• Durch die Reflexion am Stufenspiegel 2 enthält das reflektierte Strahlbündel 11 somit mehrere Zellen im Strahlenquerschnitt (hier fünf, für jedes Teilstrahlenbündel S1-S5 eine Zelle), die zueinander inkohärent sind. Die Teilstrahlenbündel S1-S5 sind daher nicht mehr interferenzfähig, auch wenn eine relativ große laterale bzw. räumliche Kohärenzlänge im Strahlenbündel 8 vorhanden ist. Beim Argon-Fluorid-Excimer-Laser kann die laterale Kohärenzlänge (Kohärenzlänge im Strahlenquerschnitt) über 500 µm betragen. Aufgrund der beschriebenen Erzeugung von in Ausbreitungsrichtung versetzten Zellen im Strahlenbündel 11 wird somit unter Ausnutzung der zeitlichen Kohärenz, die laterale bzw. räumliche Kohärenz vermindert bzw., wenn möglich, so gut wie vollständig aufgehoben.
• Die Teilstrahlenbündel S1-S5 werden dann mittels der 4f-Abbildungsoptik 3 auf das Mikrolinsenarray 4 abgebildet. Dazu umfaßt die 4f-Abbildungsoptik eine erste und eine zweite Linse 12, 13, die jeweils eine objekt- und bildseitige Brennweite f aufweisen. Der Abstand der ersten Linse 12 zum Stufenspiegel 2 und der Abstand der zweiten Linse 13 zum Mikrolinsenarray 4 beträgt jeweils f und die beiden Linsen 12, 13 sind um 2f voneinander beabstandet.
• Durch die 4f-Abbildungsoptik 3 (in Fig. 1 ist zur besseren Übersichtlichkeit nur der Strahlverlauf des Teilstrahlenbündels S1 in der 4f-Abbildungsoptik 3 eingezeichnet) werden die Mikrolinsen 9 mit dem Beleuchtungsstrahlenbündel 11 derart beaufschlagt, daß mit jeweils einem Teilstrahlenbündel S1 bis S5 eine Zeile von Mikrolinsen 9 beleuchtet wird.
• Dadurch weist eine zu einem Zeitpunkt auf das Mikrolinsenarray 4 treffende Wellenfront eine verminderte Kohärenz auf, da diese Wellenfront aus unterschiedlichen Zellen (die nicht interferenzfähig sind) zusammengesetzt ist. Die von dem Mikrolinsenarray 4 ausgehenden Strahlenbündel M1-M5 werden dann mittels der Kondensoroptik 5 auf ein Objektfeld 14 (das bevorzugt im Abstand der Brennweite der Kondensoroptik 5 von dieser beabstandet ist) so abgebildet, daß dieses homogen ausgeleuchtet ist. Durch die Phasenverschiebungen in den Teilstrahlenbündel S1 bis S5 kann erreicht werden, daß die Strahlenbündel M1 bis M5 untereinander nicht interferieren, so daß keine störenden Speckle und störende Interferenzen auftreten. Es ist natürlich auch möglich, die 4f-Abbildungsoptik 3 wegzulassen und das Mikrolinsenarray 4 direkt mit den Teilstrahlenbündel S1-S5 zu beaufschlagen.
• In einer Pupillenebene P (die zwischen dem Mikrolinsenarray und der Kondensoroptik 5 liegt) kann noch, wie aus der Mikroskopie bekannt ist, eine verstellbare Blende (nicht gezeigt) vorgesehen sein, mit der die Helligkeit der Ausleuchtung im Objektfeld 14 und das Winkelspektrum der auf das Objektfeld 14 treffenden Strahlen einstellbar ist.
• Durch den schrägen Einfall des Strahlenbündels 10 auf den Stufenspiegel 2 wird auch noch eine Vergrößerung des Strahlenquerschnitts in der Zeichenebene erreicht. Dies kann man beispielsweise dazu verwenden, um den in etwa rechteckigen Querschnitt der Strahlung des Argon-Fluorid-Excimer-Lasers in eine etwa quadratische Form zu überführen. Dadurch kann man mit dem Stufenspiegel 2 auch noch eine Anpassung des Strahlenquerschnitts an die Form des Mikrolinsenarrays 4 durchführen, falls dies gewünscht ist. Bei Umkehrung der Einfallsrichtung (Strahlenbündel 11 fällt auf den Stufenspiegel und wird als Strahlenbündel 10 reflektiert) wird eine entsprechende Verkleinerung des Strahlenquerschnitts in der Zeichenebene erreicht. Somit kann das Spiegelelement (hier der Stufenspiegel 2) zur Querschnittsänderung eingesetzt werden.
• In Fig. 3 ist eine Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dargestellt, wobei im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zusätzlich noch ein zweiter Stufenspiegel 15 vorgesehen ist. Der zweite Stufenspiegel 15 ist in gleicher Weise wie der erste Stufenspiegel 2 aus einer Mehrzahl von planparalellen Platten 16, die aufeinander gestapelt sind, gebildet, wobei die Platten jeweils gegenüber der direkt darunter liegenden Platte 16 zurückgesetzt sind, so daß Stufen mit ebenen Spiegelteilflächen 17 gebildet sind. Der zweite ist dem ersten Stufenspiegel 2 vorgeordnet und gegenüber diesem um 90° verdreht ist. Das heißt, daß durch die Reflexion an den Spiegelteilflächen 17 mehrere Teilstrahlenbündel mit unterschiedlicher Phase erzeugt werden, wobei die Teilstrahlenbündel in einer ersten Richtung im Strahlenquerschnitt nebeneinander liegen (hier senkrecht zur Zeichenebene), während durch die Reflexion am ersten Spiegelelement 2 die Teilstrahlenbündel erzeugt werden, die in einer zweiten Richtung im Strahlenquerschnitt, die senkrecht zur ersten Richtung verläuft, nebeneinander liegen (hier in der Zeichenebene). Der zweite Stufenspiegel 12 weist eine größere Stufenhöhe (die Platten 16 sind dicker als die Platten 6) als der erste Stufenspiegel 2 auf, so daß eine Verminderung der Kohärenz in beiden Richtungen im Querschnitt möglich ist.
• Durch diese Wahl der Stufenhöhe beim zweiten Spiegelelement 15 wird erreicht, daß auch an Strahlbündelpositionen im Strahlquerschnitt, die im Querschnitt nicht unmittelbar benachbart sind, sondern eine größeren Abstand voneinander aufweisen, unterschiedlichen Phasenverschiebungen aufgeprägt werden. Die Stufenhöhe wird dabei bevorzugt so gewählt, daß der gleiche Phasenversatz frühestens an Strahlenbündelpositionen auftritt, deren Abstand größer als die räumliche Kohärenzlänge ist. So kann die Stufenhöhe beispielsweise so gewählt sein, daß selbst die von den Mikrolinsen 9 in den diagonal gegenüberliegenden Ecken im Mikrolinsenarray 4 ausgehenden Teilstrahlenbündel nicht miteinander interferieren können.
• Natürlich müssen die die Stufenhöhen beim ersten und zweiten Spiegelelement 2, 15 nicht konstant sein, sondern können variieren. Auch können die Stufenspiegel 2, 15 im Querschnitt gesehen, sowohl ansteigend als auch absteigend sein, und es ist auch eine statistische Verteilung der Stufenhöhen möglich.
• Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform fällt das kohärente Strahlenbündel 10 auf den zweiten Stufenspiegel 15 (etwa unter 20° zur Flächennormalen der Spiegelfläche 17) und wird von diesen zum ersten Stufenspiegel hin reflektiert. Dabei werden übereinander liegende Teilstrahlenbündel mit einem durch die Reflexion bedingten Phasenversatz erzeugt, wobei in Fig. 3 nur ein Teilstrahlbündel 18 mit zugehöriger Wellenfront W gleicher Phase eingezeichnet ist. Die Teilstrahlbündel 18 treffen auf das erste Spiegelelement 2 und werden von diesem in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 reflektiert, so daß auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird.
• Wenn bei dieser Ausführungsform für jede Spalte des Mikrolinsenarrays 4 eine Spiegelteilfläche 17 vorgesehen ist, wird jede einzelne Mikrolinse 9 mit inkohärenter Strahlung relativ zur Strahlung beaufschlagt, die auf die unmittelbar benachbarten und gegebenenfalls noch weitere beabstandete Mikrolinsen 9 trifft. Der Abstand zwischen benachbarten Mikrolinsen 9 kann somit deutlich kleiner als die räumliche Kohärenzlänge des kohärenten Strahlenbündels 10 sein, ohne daß deshalb unerwünschte Interferenzeffekte im Objektfeld 14 auftreten.
• In einer Weiterbildung der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist zwischen den beiden Stufenspiegeln 2, 15 eine 4f-Abbildungsoptik (nicht gezeigt) angeordnet, die die Spiegelfläche des zweiten Stufenspiegels 15 auf die Spiegelfläche des ersten Stufenspiegels abbildet. Dadurch kann sicher gestellt werden, daß aufgrund der vorhandenen Divergenz des kohärenten Strahlenbündels 10 keine (bzw. nur eine sehr geringe) Durchmischung der bei der Reflexion am zweiten Stufenspiegel erzeugten Teilstrahlenbündel 18 auftritt.
• In Fig. 4 ist ein Lochmaskenarray 19 dargestellt, das anstatt des Mikrolinsenarrays 4 verwendet werden kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Bei der Darstellung in Fig. 5 sind gleiche Elemente wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und zu ihrer Beschreibung wird auf die entsprechenden Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen. Das Lochmaskenarray 19 weist eine Vielzahl von in Spalten und Zeilen angeordneten Durchgangslöchern 20 auf, deren Durchmesser so gewählt ist, daß aufgrund von Beugungseffekten hinter jedem Loch ein divergierendes Strahlenbündel ausgeht, das dann in gleicher Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen mittels einer Kondensoroptik 5 auf das Objektfeld abgebildet wird (Fig. 5). Anders gesagt, das beugungsbedingte Bild jedes Durchgangslochs 20 weist eine an das Objektfeld 14 angepaßte Größe auf. Der Durchmesser der Durchgangslöcher 20 beträgt im beschriebenen Ausführungsbeispiel etwa 10 µm.
• Da der Durchmesser der Durchgangslöcher 20 kleiner als der Durchmesser der Mikrolinsen 9 des Linsenarrays 4 ist, können mehr Durchgangslöcher 20 bei gleichen Strahlquerschnitt vorgesehen sein, so daß mehr Quasistrahlensquellen vorgesehen sind, die auf das Objektfeld abgebildet werden. Damit läßt sich durch Vorsehen einer verstellbaren Blende (nicht gezeigt) zwischen Lochmaskenarray 19 und Kondensoroptik 5 eine sehr gleichmäßige Verstellbarkeit der Helligkeit im Objektfeld erreichen.
• Ferner kann noch unmittelbar vor der Kondensoroptik 5, wie in Fig. 5 gezeigt ist, eine Ringblende 21 mit einer kreisförmigen Aussparung 22 angeordnet sein, mit der höhere Beugungsordnungen als die nullte Beugungsordnung abgeblendet werden. Damit wird möglichst nur die nullte Beugungsordnung ins Objektfeld 14 abgebildet. Die Ringblende 21 kann natürlich auch zwischen der Kondensoroptik 5 und dem Objektfeld 14, direkt auf der Kondensoroptik 5 oder, falls die Kondensoroptik 5 mehrere Optikelemente umfaßt, innerhalb der Kondensoroptik 5 angeordnet sein.
• Eine weitere Ausgestaltung des Kohärenzminderers 1 ist in Fig. 6 dargestellt, bei der das Strahlenbündel 8 senkrecht auf den Stufenspiegel 2 einfallen kann. Dazu ist ein Strahlteiler 23 vorgesehen, der dem Stufenspiegel 2 vorgeordnet ist. Der Strahlteiler 23 kann eine teiltransparente Platte sein, die 50% der einfallenden Strahlung transmittieren läßt und die andere Hälfte reflektiert. In Fig. 6 ist nur der Strahlverlauf für die Strahlung eingezeichnet, die zur Beleuchtung des Objektfeldes 14 eingesetzt werden kann. Ferner sind die gleichen Elemente wie die von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit den gleichen Beugungszeichen bezeichnet. Wie Fig. 6 zu entnehmen ist, wird auch bei dieser Ausführungsform die gewünschte Phasenverschiebung erzeugt, wobei der Abschattungseffekt am Stufenspiegel 2 aufgrund des senkrechten Strahlungseinfalls praktisch entfällt. Der in Fig. 6 gezeigte Kohärenzminderer 1 kann bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden. Insbesondere können zwei derartige Kohärenzminderer um 90° verdreht (entsprechend der Ausführungsform von Fig. 3) hintereinander geschaltet werden.

Claims (15)

1. Beleuchtungsanordnung mit einem einen Spiegel (2) aufweisenden Kohärenzminderer (1), der mittels des Spiegel (2) einem zugeführten kohärenten Strahlenbündel (10) unterschiedliche Phasenverschiebungen in Abhängigkeit von der Position im Strahlquerschnitt einprägt und als Beleuchtungsstrahlenbündel (11) abgibt, und mit einer dem Kohärenzminderer (1) nachgeordneten Beleuchtungsoptik, die eine Mikrooptik (4; 19) mit einer Vielzahl von Optikelementen (9; 20), die rasterartig angeordnet sind, und eine der Mikrooptik (4; 19) nachgeordnete Abbildungsoptik (5) umfaßt, wobei das Beleuchtungsstrahlenbündel (10) auf die Mikrooptik (4; 19) trifft und dadurch von jedem Optikelement (9; 20) ein Teilstrahlenbündel ausgeht, das mittels der Abbildungsoptik (4) zur Beleuchtung eines Objektfeldes (14) eingesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel ein Spiegelelement (2) umfaßt, dessen Oberfläche in mehrere Spiegelteilflächen (8) aufgeteilt ist, die zueinander parallel angeordnet und in Richtung ihrer Flächennormalen versetzt sind, wobei das zugeführte Strahlenbündel (10) an den Spiegelteilflächen (8) derart reflektiert wird, daß von den Spiegelteilflächen (8) Beleuchtungsteilstrahlenbündel (11) ausgehen, die zusammen das Beleuchtungsstrahlenbündel mit den unterschiedlichen Phasenverschiebungen bilden.

2. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohärenzminderer (1) dem zugeführten Strahlenbündel für benachbarte Optikelemente unterschiedliche Phasenverschiebungen einprägt.

3. Beleuchtungsstrahlenbündel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optikelemente (9; 20) der Mikrooptik (4; 19) in Zeilen und Spalten angeordnet sind und dem zugeführten Strahlenbündel bei Reflexion an der Oberfläche des Spiegelelements (2) für die Optikelemente (9; 20) jeder Zeile oder jeder Spalte eine andere Phasenverschiebung aufgeprägt wird.

4. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelelement (2) eine Vielzahl von aufeinander gestapelten planparallelen Platten (6) aufweist, wobei bei jeweils zwei aufeinanderliegenden Platten (6) die Stirnseite (7) der oberen Platte gegenüber der Stirnseite (7) der unteren Platte (6) zurückgesetzt ist

5. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Optikelement (9; 20) der Mikrooptik (4; 19) genau eine Spiegelteilfläche zugeordnet ist.

6. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spiegelteilfläche genau ein Optikelement (9; 20) zugeordnet ist, wobei mehrere der Spiegelteilfläche demselben Optikelement (9; 20) zugeordnet sind.

7. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelelement (2), in Draufsicht gesehen, eine durchgehende Spiegelfläche aufweist.

8. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz von benachbarten Spiegelteilflächen (8) zumindest der halben zeitlichen Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels (10) entspricht.

9. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spiegelelement (2) und der Mikrooptik (4) eine erste Zwischenoptik (3) angeordnet ist, die das Spiegelelement (2) auf die Mikrooptik (4) abbildet.

10. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spiegelelement ein Strahlteiler (23) vorgeschaltet ist, über den das Strahlenbündel (10) dem Spiegelelement (2) zugeführt wird und mittels dem eine gewisser Anteil jedes Beleuchtungsteilstrahlenbündels zur Beleuchtungsoptik (4, 5) geführt wird.

11. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel ein zweites, dem ersten Spiegelelement (2) vorgeordnetes Spiegelelement (15) aufweist, dessen Oberfläche mehrere Spiegelteilflächen (17) aufweist, die zueinander parallel angeordnet und in Richtung ihrer Flächennormalen versetzt sind, wobei von den Spiegelteilflächen ausgehende Teilstrahlenbündel unterschiedliche Phasenverschiebungen für verschiedene der Optikelemente (9; 20) aufweisen.

12. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und zweiten Spiegelelement (2, 15) eine zweite Abbildungsoptik vorgesehen ist, die das zweite Spiegelelement (15) auf das erste Spiegelelement (2) abbildet.

13. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Spiegelelement (15), in Draufsicht gesehen, eine durchgehende Spiegelfläche aufweist.

14. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spiegelelemente (2, 15) jeweils als Stufenspiegel ausgebildet sind, die zueinander verdreht angeordnet sind.

15. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Optikelemente (9; 20) der Mikrooptik (4; 19) gleiche Optikelemente sind, wobei die Mikrooptik insbesondere als Mikrolinsenarray (4) oder Lochmaskenarray (19) ausgebildet ist.