DE102008050869A1

DE102008050869A1 - Optische Vorrichtung zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite eines Laserstrahls

Info

Publication number: DE102008050869A1
Application number: DE200810050869
Authority: DE
Inventors: Johannes Kraus; Markus Deubel; Anton Lengel
Original assignee: Carl Zeiss Laser Optics GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Laser Optics GmbH
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2009-11-26

Abstract

Eine optische Vorrichtung (12) zur Vergrößerung des Einstellbereichs der Bandbreite eines Laserstrahls (14) einer Laserlichtquelle (10) weist ein Strahlaufweitungsmodul (18), das den Laserstrahl (14) in Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (14) aufweitet, und eine optische Anordnung (30) auf, die zumindest ein erstes optisches Bauelement (32) aufweist, dessen optische Eigenschaften so gewählt sind, dass es das Winkelspektrum des Laserstrahls (14) verbreitert.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite eines Laserstrahls einer Laserlichtquelle, mit einem Strahlaufweitungsmodul, das den Laserstrahl in Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls aufweitet.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Laserlichtquelle.
Eine optische Vorrichtung und eine Laserlichtquelle der eingangs genannten Art sind durch ihre Verwendung allgemein bekannt.
Eine solche optische Vorrichtung wird allgemein in Laserlichtquellen verwendet, die für die Halbleiterlithographie oder für die Lasermaterialbearbeitung verwendet werden. Für die Halbleiterlithographie werden insbesondere Excimer-Laser verwendet, die ohne zusätzliche Vorrichtung zur Bandbreiteneinengung eine spektrale Bandbreite von etwa 0,5 nm (Nanometer) aufweisen. Für die Verwendung solcher Laser als Lichtquellen in der Halbleiterlithographie ist diese Bandbreite meist zu groß. Deshalb kommen in Lasern, die als Lichtquelle für die Halbleiterlithographie verwendet werden, so genannte Bandbreiteneinengungsmodule zum Einsatz, die die Bandbreite reduzieren.
Ein solches Bandbreiteneinengungsmodul besteht im Wesentlichen aus einer Eingangsapertur, einem Strahlaufweitungsmodul sowie einem Reflexionsgitter, wobei das Bandbreiteneinengungsmodul einen der beiden Endspiegel des Laserresonators ersetzt. In das Bandbreiteneinengungsmodul einfallendes Laserlicht wird über das Reflexionsgitter, das beispielsweise in Littrow-Anordnung angeordnet ist, nur dann durch die Eingangsapertur zurück in den Resonator reflektiert, wenn die Wellenlänge des Lichts die Gittergleichung erfüllt. Welche Wellenlänge zurück in den Resonator reflektiert wird, hängt davon ab, unter welchen Winkeln das Licht auf das Gitter fällt. Je größer die Winkelverteilung des einfallenden Lichts ist, desto größer ist die Breite der Wellenlängenverteilung und damit die spektrale Bandbreite des Nutzstrahls des Laserstrahls, der den Laserresonator verlässt. Die Erzeugung von Laserstrahlung mit kleiner Bandbreite erfordert daher eine kleine Winkelverteilung (schmales Winkelspektrum) innerhalb des Laserstrahls.
Eine kleine Winkelverteilung innerhalb des Laserstrahls lässt sich dadurch erreichen, dass der aus dem Resonator in das Bandbreiteneinengungsmodul einfallende Laserstrahl mit Hilfe eines Strahlaufweitungsmoduls in Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls aufgeweitet wird. Die Aufweitung des Laserstrahls kann dabei das 20- bis 50-fache des in das Bandbreiteneinengungsmodul einfallenden Laserstrahls betragen. Hierdurch können spektrale Bandbreiten des Laserstrahls von wenigen 100 fm (Femtometer) erreicht werden. Eine größere Strahlaufweitung führt demnach zu einer kleineren spektralen Bandbreite des Laserlichts.
Während für die Halbleiterlithographie Laserlicht mit einer möglichst geringen spektralen Bandbreite erwünscht ist, ist es für andere Anwendungen jedoch zuweilen erforderlich, die spektrale Bandbreite des Laserlichts künstlich zu erhöhen, beispielsweise um einen Laser, der nur eine geringe spektrale Bandbreite zur Verfügung stellt, als Lichtquelle für einen Prozess zu verwenden, der eine höhere spektrale Bandbreite des Laserlichts erfordert oder der auf Laserlicht mit größerer spektraler Bandbreite optimiert wurde.
Eine Möglichkeit, die spektrale Bandbreite künstlich zu erhöhen, besteht darin, die oben erwähnte Strahlaufweitung des Laserstrahls zu reduzieren. Bei einem Bandbreiteneinengungsmodul, das ein Strahlaufweitungsmodul mit einer Mehrzahl von Prismen aufweist, kann dies durch Drehung eines der Prismen realisiert werden, um die Strahlaufweitung zu reduzieren und dadurch die spektrale Bandbreite zu erhöhen. Diese Vorgehensweise der Erhöhung der spektralen Bandbreite hat jedoch folgende Nachteile.
Der Bereich der Variation der Strahlaufweitung mittels des Strahlaufweitungsmoduls ist begrenzt, wodurch auch der Einstellbereich der spektralen Bandbreite begrenzt ist. Darüber hinaus bestehen hohe Anforderungen an die mechanische Ausführung eines beweglichen Prismas, wobei zu beachten ist, dass es bei der Drehung eines oder mehrerer der Prismen zu einer Verkippung der Achsen der Prismen kommen kann, wodurch das Strahlprofil verschlechtert wird. Darüber hinaus führen bei einer Verkleinerung der Strahlaufweitung Fluktuationen der Winkelverteilung zu einer erhöhten Fluktuation der Zentralwellenlänge des Laserlichts, wobei ein solcher Wellenlängenfehler die Stabilität des Prozesses, für den das Laserlicht benutzt wird, beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite eines Laserstrahls der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die spektrale Bandbreite des Laserstrahls einer Laserlichtquelle gezielt eingestellt werden kann, ohne dass es zu einer merklichen Erhöhung der Fluktuation der Zentralwellenlänge des Laserlichts oder zu einer merklichen Verschlechterung des Strahlprofils kommt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten optischen Vorrichtung durch eine optische Anordnung gelöst, die zumindest ein erstes optisches Bauelement aufweist, dessen optische Eigenschaften so gewählt sind, dass es das Winkelspektrum des Laserstrahls verbreitert.
Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite eines Laserstrahls geht nicht wie die bekannte optische Vorrichtung davon aus, zur Veränderung der spektralen Bandbreite die Strahlweite des Laserstrahl mittels des Strahlaufweitungsmoduls zu variieren, sondern in den Laserstrahl, vorzugsweise in den aufgeweiteten Laserstrahl, eine optische Anordnung einzubringen, die zumindest ein erstes optisches Bauelement aufweist, dessen optische Eigenschaften so gewählt sind, dass sie das Winkelspektrum des Laserstrahls, vorzugsweise des aufgeweiteten Laserstrahls, verbreitert. Unter ”Verbreiterung bzw. Vergrößerung des Winkelspektrums” ist zu verstehen, dass in den Laserstrahl zusätzliche Ausbreitungsrichtungswinkel eingeführt werden. Durch die gezielte Verbreiterung des Winkelspektrums mittels des zumindest einen optischen Bauelements kann die spektrale Bandbreite des Laserstrahls gezielt vergrößert werden, indem das erste optische Bauelement mit entsprechenden definierten optischen Eigenschaften bereitgestellt wird. Diese optischen Eigenschaften sind so beschaffen, dass das zumindest eine optische Bauelement in den Laserstrahl zusätzliche Winkel der Ausbreitung einführt, die vom Gitter in zusätzliche Wellenlängen umgesetzt werden. Es versteht sich, dass die Einstellung der spektralen Bandbreite des Laserstrahls mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen optischen Anordnung auch zusätzlich zu einer Variation der Strahlaufweitung genutzt werden kann, wobei jedoch eine Variation der Strahlaufweitung aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen optischen Anord nung nicht erforderlich ist. Die erfindungsgemäß vorgesehene optische Anordnung zur Vergrößerung des Winkelspektrums des Laserstrahls kann nämlich als vollständiger Ersatz der Veränderung der Strahlaufweitung mittels des Strahlaufweitungsmoduls verwendet werden, so dass Wellenlängenfehler oder Strahlprofilverschlechterungen zumindest verringert werden.
Die optische Anordnung zur Verbreiterung des Winkelspektrums kann im Rahmen der Erfindung auch vor dem Strahlaufweitungsmodul angeordnet sein, wobei es bevorzugt ist, sie im oder hinter dem Strahlaufweitungsmodul anzuordnen.
Mit der vorliegenden Erfindung kann eine bereits vorhandene Laserlichtquelle durch zusätzliches Vorsehen der erfindungsgemäßen optischen Anordnung zur gezielten Beeinflussung des Winkelspektrums des Laserstrahls nachgerüstet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das zumindest eine optische Bauelement wahlweise in den Laserstrahl zumindest teilweise einbringbar und wieder herausnehmbar.
Hierbei ist von Vorteil, dass die optische Vorrichtung sowohl in herkömmlicher Weise dazu verwendet werden kann, Laserlicht mit einer sehr schmalen spektralen Bandbreite zu erzeugen, wenn das zumindest eine optische Bauelement aus dem Laserstrahl herausgenommen ist, um das so erzeugte Laserlicht für einen Prozess beispielsweise in der Halbleiterlithographie zu verwenden, als auch bei in den Laserstrahl eingebrachtem optischen Bauelement zur Vergrößerung des Winkelspektrums des Laserstrahls mit einer größeren spektralen Bandbreite zu erzeugen, um das so erzeugte Laserlicht für einen Prozess zu verwenden, der auf Laserlicht mit höherer spektraler Bandbreite ausgelegt ist. Die Anzahl der Einsatzmöglichkeiten einer mit einer solchen erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung ausgestatteten Laserlichtquelle wird dadurch vorteilhafterweise erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die optische Anordnung zumindest ein zweites optisches Bauelement auf, dessen optische Eigenschaften zu den optischen Eigenschaften des ersten optischen Bauelements komplementär sind, wobei das erste optische Bauelement und das zweite optische Bauelement relativ zueinander verfahrbar sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die spektrale Bandbreite des Laserstrahls variabel eingestellt werden kann, indem die zumindest zwei optischen Bauelemente relativ zueinander verfahren werden. Durch die komplementäre Ausgestaltung der optischen Eigenschaften des ersten und zweiten optischen Bauelements relativ zueinander gibt es eine relative Position der beiden optischen Bauelemente, in der sie keine optische Wirkung entfalten und daher das Winkelspektrum des Laserstrahls nicht beeinflussen, und durch Verfahren eines oder beider optischer Bauelemente aus dieser „Null-Lage” wird dann das Winkelspektrum des Laserstrahls vergrößert, um die spektrale Bandbreite des Laserstrahls zu vergrößern. „Verfahrbar” bedeutet hier eine translatorische und/oder eine rotatorische Lageänderung. Die optischen Eigenschaften des ersten und zweiten optischen Bauelements, die zueinander komplementär sind, können beispielsweise Brechungsindexverteilungen im ersten und zweiten Bauelement sein, oder, wie in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist, Oberflächenstrukturierungen der Oberflächen der beiden Bauelemente.
Die optischen Eigenschaften des ersten optischen Bauelements und ggf. des zweiten optischen Bauelements oder weiterer optischer Bauelemente können auf verschiedene Arten und Weisen bereitgestellt sein, um das Winkelspektrum des Laserstrahls zu vergrößern.
Eine erste bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass das erste optische Bauelement auf zumindest einer seiner optisch genutzten Oberflächen eine erste Mikrostrukturierung in Form eines ersten Oberflächenreliefs aufweist, das die Wellenfront des Laserlichts umformt.
Bei dieser Ausgestaltung wird das Winkelspektrum des Laserstrahls durch eine Umformung der Wellenfront des Laserlichts durch die Mikrostrukturierung in Form eines Oberflächenreliefs vergrößert. Das Oberflächenrelief bewirkt eine gezielte Störung der Wellenfront des auf das Oberflächenrelief einfallenden Laserstrahls, wodurch zusätzliche Winkel in das Winkelspektrum des Laserlichts eingeführt werden, die am nachgeordneten Reflexionsgitter, das wie eingangs beschrieben beispielsweise in Littrow-Anordnung angeordnet ist, in verschiedene Wellenlängen übersetzt werden und zu einer erhöhten spektralen Bandbreite führen. Über die Struktur des Oberflächenreliefs kann dabei die Größe und Verteilung der Winkel innerhalb des Winkelspektrums eingestellt und damit die spektrale Form des Laserstrahls nach den Anforderungen und Bedürfnissen zugeschnitten werden. Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung eignet sich sowohl für reflektive als auch für transmissive optische Bauelemente.
Wenn wie in einer oben beschriebenen Ausgestaltung die optische Anordnung zumindest zwei optische Bauelemente mit zueinander komplementären optischen Eigenschaften aufweist, ist es weiterhin bevorzugt, wenn das zweite optische Bauelement auf zumindest einer seiner optisch genutzten Oberflächen eine zweite Mikrostrukturierung in Form eines zweiten Oberflächenreliefs aufweist, das zum ersten Oberflächenrelief komplementär ist.
Mit dieser Maßnahme lassen sich zueinander komplementäre optische Eigenschaften herstellungstechnisch einfach erzeugen, die zuverlässig eine gezielte Bandbreitenvergrößerung des Laserlichts gewährleisten. Weist das Oberflächenrelief beispielsweise eine stufenförmige Vertiefung auf, weist das andere Oberflächenrelief dann eine stufenförmige Erhabung auf.
Nach der Strahlaufweitung weist der auf das erste optische Bauelement einfallende Laserstrahl üblicherweise eine erste Abmessung in einer ersten Raumrichtung und eine zweite Abmessung in einer zweiten Raumrichtung auf, wobei die erste Abmessung größer sein kann als die zweite Abmessung. In diesem Fall ist das erste Oberflächenrelief vorzugsweise in Richtung der zweiten, also kleineren Abmessung ausgebil det und weist zumindest eine Vertiefung auf, die sich in Richtung der ersten Abmessung erstreckt und deren Breite in Richtung der zweiten Abmessung kleiner als die Abmessung des Laserstrahls in der zweiten Raumrichtung ist.
Während eine Ausbildung des Oberflächenreliefs auch in Richtung der ersten, also größeren Abmessung des Laserstrahls möglich ist, hat die vorstehend genannte Ausgestaltung den Vorteil, dass in Richtung der ersten, längeren Abmessung des Laserstrahls keine Subaperturen erzeugt werden, die das Strahlprofil des Laserstrahls negativ beeinflussen können. Das Oberflächenrelief des optischen Bauelements weist somit in Richtung der zweiten Abmessung gesehen zumindest eine Vertiefung auf, die in Richtung der ersten Abmessung vorzugsweise eben oder glatt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest eine Vertiefung in Richtung der ersten Abmessung keilförmig ausgebildet.
Durch die keilförmige Ausgestaltung wird entsprechend dem Keilwinkel ein zusätzlicher Winkel in das Winkelspektrum des auf das Oberflächenrelief einfallenden Laserstrahls eingeführt.
Vorteilhafterweise werden mehrere unterschiedliche Winkel in den Laserstrahl eingeführt und die spektrale Bandbreite des Laserlichts noch weiter vergrößert, wenn das erste Oberflächenrelief eine Mehrzahl an keilförmigen Vertiefungen aufweist, deren Keilwinkel unterschiedlich sind.
Die mehreren keilförmigen Vertiefungen können gegenläufig oder gleichläufig ausgebildet sein und insbesondere ein fächer- oder wendeltreppenförmiges Profil bilden.
Im Fall, dass die zumindest eine Vertiefung keilförmig ausgebildet ist, kann die keilförmige Vertiefung auch einen oder mehrere Knicke zwischen den beiden Längsenden der keilförmigen Vertiefung aufweisen, wodurch es möglich ist, bei einer einzelnen keilförmigen Vertiefung verschiedene Keilwinkel vorzusehen. Damit kann durch unterschiedliche Aufweitung des Laserlichtstrahls in Längsrichtung der Vertiefung der unterschiedliche Einfluss der verschiedenen Keilwinkel auf die Veränderung der spektralen Breite des Laserlichts ausgenutzt werden, d. h. in Abhängigkeit der Aufweitung des Laserlichtstrahls tragen die verschiedenen Keilwinkel unterschiedlich zur Veränderung des Winkelspektrums des Laserlichts bei. Der Knick oder die Knicke können dabei in der keilförmigen Vertiefung insbesondere in Bezug auf die erste Abmessung nahe zur Mitte der keilförmigen Vertiefung vorgesehen sein.
Während in den zuvor genannten Ausgestaltungen das Oberflächenrelief eine nicht periodische Struktur darstellt, kann es auch vorgesehen sein, das erste Oberflächenrelief mit einem periodischen Verlauf auszugestalten.
Ein solches periodisches Oberflächenrelief kann beispielsweise ein sinusförmiges Profil sein oder ein Profil mit variierender Periodenlänge sein.
Ein nicht periodisches Oberflächenrelief hat den Vorteil, dass durch das Oberflächenrelief keine Gitterwirkung erzeugt wird.
Im Falle eines periodischen Oberflächenreliefs ist die Periodenlänge vorzugsweise kleiner als die Breite des auf die Oberfläche einfallenden Laserstrahls.
In allen zuvor genannten Ausgestaltungen, wonach das erste und ggf. das zweite optische Bauelement auf zumindest einer ihrer Oberflächen ein Oberflächenrelief aufweisen, beträgt die Tiefe des Oberflächenreliefs im Bereich von etwa 1 nm bis etwa 1 μm. Im Falle der Ausgestaltung des Oberflächenreliefs mit keilförmigen Vertiefungen liegen die Keilwinkel im μrad-Bereich.
Obwohl die erfindungsgemäß vorgesehene optische Anordnung innerhalb der optischen Vorrichtung zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite eines Laserstrahls ein reflektives Bauelement oder reflektive Bauelemente aufweisen kann, ist es bevorzugt, wenn das erste optische Bauelement ein für den Laserstrahl transmissives Bauelement ist.
Der Vorteil der Verwendung eines oder mehrerer transmissiver optischer Bauelemente für die erfindungsgemäß vorgesehene optische Anordnung besteht in einer geringen Baugröße und in einem geringen Raumbedarf der optischen Anordnung.
Im Fall, dass das erste optische Bauelement ein transmissives Bauelement ist, ist es weiterhin bevorzugt, wenn das erste optische Bauelement auf seinen beiden Oberflächen jeweils eine Mikrostrukturierung in Form eines Oberflächenreliefs aufweist, wobei das Oberflächenrelief der einen Oberfläche asymmetrisch zum Oberflächenrelief der anderen Oberfläche ausgebildet ist.
Hierbei ist von Vorteil, dass das jeweilige Oberflächenrelief auf einer der Oberflächen beispielsweise nur eine Vertiefung erfordert, während die zweite Vertiefung dann auf der anderen Oberfläche vorgesehen ist, wobei beide Vertiefungen gegeneinander versetzt sind. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht in der einfacheren Herstellbarkeit der Oberflächenreliefs bei einem gleichzeitig hohen Vermögen, zusätzliche Winkel in das Winkelspektrum des Laserstrahls einzuführen.
Die optischen Eigenschaften können zur Vergrößerung des Winkelspektrums innerhalb des Laserstrahls auch durch eine entsprechende Brechungsindexverteilung eingestellt werden, was jedoch nur im Fall eines transmissiven optischen Bauelements möglich ist.
Im Fall, dass das optische Bauelement ein transmissives Bauelement ist, ist das erste optische Bauelement vorzugsweise eine Planplatte oder eine Platte mit Keilung.
Die Verwendung einer Planplatte hat den Vorteil, dass sie außer der Beeinflussung des Winkelspektrums keine weiteren optischen Wirkungen auf den Laserstrahl besitzt, so dass beispielsweise das Strahlprofil des Laserstrahls nicht beeinträchtigt wird. Eine Planplatte weist im Vergleich zu dem Oberflächenrelief gemäß einiger der oben genannten Ausgestaltungen keine oder im Vergleich zu dem Oberflächenrelief vernachlässigbare langwellige Passefehler auf. Die Dicke der Planplatte sollte dabei so gewählt werden, dass sich die Platte durch mechanische oder thermische Einflüsse nicht deformiert. Es kann auch vorgesehen sein, zur Vermeidung von Interferenzen und Vielfachreflexen eine Antireflexbeschichtung auf den Oberflächen der Planplatte aufzubringen, oder die Platte mit Keilung herzustellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das optische Bauelement CaF₂ auf. In dieser Ausgestaltung ist die optische Anordnung insbesondere für Laserlichtquellen mit einer kurzen Zentralwellenlänge geeignet, beispielsweise für Laserlichtquellen, die Laserlicht mit einer Wellenlänge von weniger als 200 nm erzeugen.
Die erfindungsgemäß vorgesehene optische Anordnung ist vorzugsweise zwischen dem Strahlaufweitungsmodul und einem Reflexionsgitter, vorzugsweise in Littrow-Anordnung, angeordnet.
Zwischen dem Strahlaufweitungsmodul und dem Reflexionsgitter lässt sich die optische Anordnung optimalerweise mit senkrechtem Lichteinfall des Laserstrahls auf die optische Anordnung positionieren.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Laserlichtquelle bereitgestellt, die Licht mit einer Wellenlänge λ₀, die in einem Bereich von etwa 140 Nanometer bis etwa 380 Nanometer liegt, und mit einem Wellenlängenspektrum einer Bandbreite Δλ um die Wellenlänge λ₀ herum emittiert, wobei die Bandbreite Δλ einstellbar ist.
In bevorzugten Ausgestaltungen beträgt die Wellenlänge λ₀ etwa 157 Nanometer, etwa 193 Nanometer, etwa 248 Nanometer oder etwa 308 Nanometer.
Mit den vorstehend genannten Wellenlängen λ₀ ist die erfindungsgemäße Laserlichtquelle insbesondere zur Verwendung in der Halbleiterlithographie geeignet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Wellenlänge λ₀ etwa 351 nm. In dieser Ausgestaltung eignet sich die Laserlichtquelle insbesondere zur Verwendung in der Materialbearbeitung, insbesondere zur Kristallisation von Silizium-Wafern.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Laserlichtquelle bereitgestellt, die Licht mit einer Wellenlänge λ₀ und einem Wellenlängenspektrum einer Bandbreite Δλ um die Wellenlänge λ₀ herum mit einer Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 20 bis etwa 2000 Watt emittiert, wobei die Bandbreite Δλ einstellbar ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung, in der die Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 20 bis etwa 100 Watt liegt, ist die Laserlichtquelle zur Verwendung in der Halbleiterlithographie geeignet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung, in der sich die Laserlichtquelle zur Verwendung in der Materialbearbeitung, insbesondere zur Kristallisation von Silizium-Wafern eignet, liegt die Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 500 bis etwa 2000 Watt.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Laserlichtquelle bereitgestellt, die Licht mit einer Wellenlänge λ₀ und mit einem Wellenlängenspektrum einer Bandbreite Δλ um die Wellenlänge λ₀ herum in Form von Lichtpulsen mit einer Leistung in einem Leistungsbereich emittiert, die im Bereich von etwa 10 Millijoule pro Puls bis etwa 500 Millijoule pro Puls liegt, wobei die Bandbreite Δλ einstellbar ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung, die sich für die Verwendung der Laserlichtquelle in der Halbleiterlithographie eignet, liegt die Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 10 mJ/Puls bis etwa 20 mJ/Puls.
Eine Ausgestaltung der Laserlichtquelle, die sich für die Materialbearbeitung, insbesondere zur Kristallisation von Silizium-Wafern eignet, erzeugt eine Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 50 Millijoule pro Puls bis etwa 5000 Millijoule pro Puls.
In allen vorstehend genannten Fällen, die auch miteinander kombinierbar sind, ist die Bandbreite Δλ in einem Bereich von etwa 100 Femtometer (fm) bis etwa 300 Femtometer, weiter bis etwa 400 Femtometer, weiter vorzugsweise bis etwa 500 Femtometer einstellbar.
Eine erfindungsgemäße Laserlichtquelle weist vorzugsweise eine optische Vorrichtung zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite eines Laserstrahls in einem Bandbreiteneinengungsmodul einer Laserlichtquelle gemäß einer oder mehrerer der vorstehend genannten Ausgestaltungen auf.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Laserlichtquelle ausschnittsweise im Bereich einer optischen Vorrichtung zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserstrahls;
2 ein optisches Bauelement einer optischen Anordnung zur Vergrößerung des Winkelspektrums des Laserstrahls in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung;
3 eine optische Anordnung zur Vergrößerung des Winkelspektrums des Laserstrahls mit zwei optischen Bauelementen;
4 ein optisches Bauelement einer optischen Anordnung zur Vergrößerung des Winkelspektrums innerhalb des Laserstrahls in einer perspektivischen Darstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
5 eine Abwandlung des optischen Bauelements in 4 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
6a) und b) eine weitere Abwandlung des optischen Bauelements in 4, wobei das optische Bauelement in 6a) perspektivisch und in 6b) in Draufsicht dargestellt ist;
7a) bis e) ein noch weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Bauelements zur Vergrößerung des Winkelspektrums innerhalb des Laserstrahls in einer ersten perspektivischen Ansicht (7a)), einer zweiten perspektivischen Darstellung (7b)), einer ersten Stirnansicht (7c)), einer zweiten Stirnansicht (7d)) und einer Draufsicht (7e));
8a) bis e) eine Abwandlung des optischen Bauelements in 7a) bis e), in einer ersten perspektivischen Ansicht (8a)), einer zweiten perspektivischen Ansicht (8b)), einer ersten Stirnansicht (8c)), einer zweiten Stirnansicht (8d)) und einer Draufsicht (8e));
9 eine Abwandlung des optischen Bauelements in 7 in einer Draufsicht wie in 7e); und
10 eine weitere Abwandlung des optischen Bauelements in 7 in einer Draufsicht wie in 7e).
In 1 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Laserlichtquelle ausschnittsweise dargestellt. Der dargestellte Ausschnitt bezieht sich auf eine zur Laserlichtquelle gehörende optische Vorrichtung 12 zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite eines von der Laserlichtquelle 10 erzeugten Laserstrahls 14. Die optische Vorrichtung 12 bildet dabei den einen Endspiegel des Laserresonators der Laserlichtquelle 10. Ein weiterer Endspiegel 16 dient als Auskoppelspiegel und ist entsprechend teildurchlässig ausgebildet. Das laseraktive Medium der Laserlichtquelle 10 ist hier nicht dargestellt.
Die optische Vorrichtung 12 zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite des Laserstrahls 14 weist ein Strahlaufweitungsmodul 18 mit einer Eingangsapertur 20 auf, das aus einem oder mehreren Prismen aufgebaut sein kann. Der Laserstrahl 14 durchläuft das Strahlaufweitungsmodul 18 und wird dabei aufgeweitet. Nach Verlassen des Strahlaufweitungsmoduls 18 weist der Laserstrahl 14 entsprechend einen größeren Querschnitt auf als vor dem Eintritt in das Strahlaufweitungsmodul 18. Nach dem Austritt aus dem Strahlaufweitungsmodul 18 weist der Laserstrahl 14 in einer ersten Raumrichtung, die nachfolgend mit y bezeichnet wird, eine erste Abmessung D_y und in einer zweiten Raumrichtung, die nachfolgend mit x bezeichnet wird, und die zur ersten Raumrichtung y senkrecht steht und in 1 senkrecht zur Zeichenebene verläuft, eine zweite Abmessung auf, die hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit kleiner ist als die erste Abmessung D_y. Mit z ist die Raumrichtung der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 bezeichnet.
Die optische Vorrichtung 12 weist weiterhin ein Reflexionsgitter 28 auf, das in Littrow-Anordnung in Bezug auf den auf das Reflexionsgitter 28 einfallenden Laserstrahl 14 angeordnet ist. Durch die Littrow-Anordnung des Reflexionsgitters 28 wird eine sehr hohe Reflexionsordnung von dem Reflexionsgitter 28 retroreflektiert und läuft dann wieder durch das Strahlaufweitungsmodul 18 bis zu dem zweiten Endspiegel 16.
Das Reflexionsgitter 28 reflektiert nur solche Wellenlängen des Laserstrahls 14 zurück in das Strahlaufweitungsmodul 18, die die Gittergleichung erfüllen. Welche Wellen längen zurück in den Resonator reflektiert werden, hängt davon ab, unter welchen Winkeln das Licht des Laserstrahls 14 auf das Reflexionsgitter 28 fällt. Je größer das Winkelspektrum des einfallenden Lichts des Laserstrahls 14 ist, desto größer ist die Breite der Wellenlängenverteilung und damit die Bandbreite des aus dem zweiten Spiegel 16 ausgekoppelten Laserstrahls, der als Nutzstrahl den Laserresonator verlässt. Die Laserlichtquelle 10 erzeugt somit einen Laserstrahl mit kleiner spektraler Bandbreite, wenn die Winkelverteilung (Winkelspektrum) des auf das Reflexionsgitter 28 einfallenden Laserstrahls 14 klein ist, und eine entsprechend größere spektrale Bandbreite, wenn die Winkelverteilung entsprechend größer ist.
Um die Winkelverteilung bzw. das Winkelspektrum des Laserstrahls zu vergrößern, weist die optische Vorrichtung 12 eine optische Anordnung 30 auf, die zumindest ein optisches Bauelement 32 aufweist, das im Ausführungsbeispiel gemäß 1 hinter dem Strahlaufweitungsmodul 18 angeordnet ist, und dessen optische Eigenschaften so gewählt sind, dass es das Winkelspektrum des Laserstrahls vergrößert. Die Winkelverteilung bzw. das Winkelspektrum wird durch das Element 32 gemäß der Anordnung in 1, also im aufgeweiteten Laserstrahl vergrößert.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der optischen Anordnung 30 näher beschrieben.
In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der optischen Anordnung 30 dargestellt, die das optische Bauelement 32 aufweist.
Das optische Bauelement 32 ist in Form einer transmissiven Planplatte 34 ausgebildet, deren Abmessung in der y-Richtung etwas größer als die Abmessung des Laserstrahls 14 in y-Richtung ist, und deren Abmessung in x-Richtung etwas größer als die Abmessung des Laserstrahls 14 in x-Richtung ist. Die Dicke der Planplatte 34 in z-Richtung, also in Richtung des Durchtritts des Laserstrahls 14, ist sehr viel kleiner als die Abmessungen der Planplatte 34 in x- und y-Richtung und beträgt beispielsweise wenige Millimeter.
Wenn das Strahlaufweitungsmodul 18 eine Strahlaufweitung im Bereich zwischen dem 20- und 50-Fachen des in das Strahlaufweitungsmodul 18 einfallenden Laserstrahls 14 bewirkt, betragen die Außenabmessungen der Planplatte 34 beispielsweise 40 bis 70 mm in y-Richtung und etwa 10 bis 20 mm in x-Richtung.
Auf einer ersten Oberfläche 36 weist die Planplatte 34 eine Mikrostrukturierung in Form eines Oberflächenprofils auf, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein periodisches sinusförmiges Profil 38 ist. Das sinusförmige Profil 38 besteht abwechselnd aus Bergen 40 und Tälern 42, wobei die Amplitude oder gleichbedeutend die Tiefe V_z des Oberflächenreliefs der Oberfläche 36 im Bereich von etwa 1 nm bis etwa 1 μm betragen kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Tiefe V_z im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 nm.
Das Oberflächenrelief in Form des sinusförmigen Profils 38 bewirkt, dass die Wellenfront des Laserstrahls 14 beim Durchtritt durch die Planplatte 34 gezielt umgeformt wird. Mit anderen Worten werden in dem Laserstrahl 14 zusätzliche Winkel in das Winkelspektrum des Laserstrahls 14 nach Durchtritt durch die Planplatte 34 eingeführt, die an dem Reflexionsgitter 28 in verschiedene Zentralwellenlängen übersetzt werden und entsprechend zu einer erhöhten spektralen Bandbreite des Laserstrahls 14 führen.
Bei dem sinusförmigen Profil 38 ist die Periodenlänge in y-Richtung kleiner als die Breite des auf die Oberfläche 36 einfallenden Laserstrahls 14 in y-Richtung.
Während in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in 2 die der Oberfläche 36 gegenüberliegende optisch genutzte Oberfläche 44 eben ist, kann auch diese eine geeignete Mikrostrukturierung in Form eines Oberflächenreliefs aufweisen.
Mit dem optischen Element 32 in 2 kann bei einer Tiefe V_z des Oberflächenreliefs im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 nm und einer Periodenlänge von etwa 6 mm in y- Richtung eine Vergrößerung der spektralen Bandbreite um zumindest etwa 100 fm erreicht werden, ohne dass die Strahlaufweitung reduziert werden muss.
Bei unveränderter Strahlaufweitung durch das Strahlaufweitungsmodul 18 kann mit dem optischen Element 32 in 2 nur eine Bandbreitenvergrößerung um einen festen Wert erreicht werden.
3 zeigt dagegen eine optische Anordnung 30, die zusätzlich zu dem optischen Bauelement 32 ein zweites optisches Bauelement 32' aufweist, dessen optische Eigenschaften, die die Winkelverteilung des Laserstrahls 14 zwischen dem Strahlaufweitungsmodul 18 und dem Reflexionsgitter 28 beeinflussen, komplementär zu den entsprechenden optischen Eigenschaften des optischen Bauelements 32 sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel des optischen Bauelements 32, das eine Mikrostrukturierung in Form eines Oberflächenreliefs aufweist, das als sinusförmiges Profil 38 ausgestaltet ist, weist das zweite optische Bauelement 32' eine entsprechende Mikrostrukturierung in Form eines komplementären Oberflächenreliefs, hier eines zu dem sinusförmigen Profil 38 komplementären sinusförmigen Profils 38' auf.
Die optischen Bauelemente 32, 32' sind in z-Richtung hintereinander angeordnet, so dass der Laserstrahl 14 beide optischen Bauelemente 32, 32' durchlaufen muss. Aufgrund der komplementären Eigenschaften der Oberflächenreliefs des ersten optischen Bauelements 32 und des zweiten optischen Bauelements 32' gibt es eine Relativposition der Bauelemente 32, 32' zueinander, in der sich die Einflüsse der Oberflächenreliefs auf die Winkelverteilung des Laserstrahls 14, der hier nicht dargestellt ist, gegenseitig aufheben. Dies ist die in 3 gezeigte Position der optischen Bauelemente 32 und 32'.
Werden die optischen Bauelemente 32 und 32' relativ zueinander verfahren, beispielsweise gegensinnig gemäß Pfeilen 46 und 48 quer zur z-Richtung, ergibt sich ein von 0 verschiedener resultierender Einfluss auf die Winkelverteilung innerhalb des Laserstrahls 14, wobei dieser Einfluss durch das Verfahren der optischen Elemente 32 und 32' relativ zueinander variabel einstellbar ist. Mit der optischen Anordnung 30 gemäß 3 kann somit die spektrale Bandbreite des Laserstrahls 14 variabel eingestellt werden, ohne dass dazu die Strahlaufweitung mittels des Strahlaufweitungsmoduls 18 variiert werden muss.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 2 und 3 erstreckt sich das jeweilige Oberflächenrelief, dort das sinusförmige Profil 38 bzw. 38' in y-Richtung, d. h. in Richtung der größeren Abmessung des Laserstrahls 14. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass sich das sinusförmige Profil 38 bzw. 38' in x-Richtung erstreckt, um Sub-Aperturen in y-Richtung, also in Richtung der größeren Abmessung des Laserstrahls 14, zu vermeiden.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele von optischen Anordnungen 30 beschrieben, bei denen das zumindest eine optische Bauelement 32 ein nicht-periodisches Oberflächenrelief aufweist.
Das optische Bauelement 32 gemäß 4 ist als transmissive Planplatte 50 ausgebildet. Eine Oberfläche 52 der Planplatte 50 wurde durch eine entsprechende Materialbearbeitung mit einer Mikrostrukturierung in Form eines Oberflächenreliefs versehen, das in x-Richtung ausgebildet ist. In y-Richtung weist das Oberflächenrelief keine zusätzliche Strukturierung auf. Das Oberflächenrelief der Oberfläche 52 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch vier keilförmige Vertiefungen 54 gebildet, die in x-Richtung übereinander angeordnet sind. Durch die keilförmige Ausgestaltung der Vertiefungen 54 mit jeweils unterschiedlichem Keilwinkel besitzen x-Wandabschnitte 56 untereinander unterschiedliche Winkel zu der gegenüberliegenden Oberfläche 58 der Planplatte 50, während ein x-Wandabschnitt 60 der obersten Vertiefung 50 parallel zur Oberfläche 58 verläuft. Durch die unterschiedlichen Winkel der x-Wandabschnitte 56 der Vertiefungen 54 zur Oberfläche 58 werden in dem Laserstrahl 14 zusätzliche Winkel im Winkelspektrum erzeugt, die zu einer Vergrößerung der spektralen Bandbreite des Laserstrahls 14 führen.
Eine Abmessung V_x jeder der Vertiefungen 54 beträgt beispielsweise etwa 2 bis 2,5 mm, und eine maximale Tiefe V_z jeder Vertiefung 54 liegt im Bereich von etwa 250 nm. Andere Abmessungen sind jedoch in Abhängigkeit der gewünschten Bandbreitenvergrößerung ebenso möglich.
5 zeigt eine optische Anordnung 30 mit einem optischen Bauelement 32, das eine Abwandlung des optischen Bauelements 32 in 4 darstellt und bei gleichen Dimensionierungen der Größen V_x und V_z die gleiche optische Wirkung wie das optische Bauelement 32 in 4 auf die Winkelverteilung des Laserstrahls 14 erzeugt, weil die Keilwinkel der einzelnen Vertiefungen 54 bei den optischen Bauelementen 32 in 4 und in 5 gleich sind.
In 6a) und 6b) ist eine weitere Abwandlung des optischen Bauelements 32 in 4 bzw. in 5 dargestellt, bei dem die Oberfläche 52 der Planplatte 50 eine Mikrostrukturierung in Form eines Oberflächenreliefs aufweist, das wendeltreppenförmig ausgebildet ist. Bei diesem wendeltreppenförmigen Oberflächenrelief der Oberfläche 52 werden bei gegenüber 4 oder 5 halbierter Tiefe V_z der Vertiefungen 54 die gleichen Keilwinkel und damit die gleiche optische Wirkung auf die Winkelverteilung des Laserstrahls 14 erreicht wie bei den optischen Bauelementen 32 gemäß 4 oder 5. Der Vorteil der Ausgestaltung des optischen Bauelements 32 gemäß 6 besteht aufgrund der geringeren Tiefe V_z der einzelnen Vertiefungen 54 in einer einfacheren Herstellbarkeit in einem Material abtragenden Verfahren.
In 7a) bis e) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optischen Anordnung 30 zur Vergrößerung der Winkelverteilung bzw. des Winkelspektrums des Laserstrahls 14 zur Vergrößerung der spektralen Bandbereite des Laserstrahls 14 dargestellt.
Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist das optische Bauelement 32 in Form einer Planplatte 70 ausgebildet, deren beiden Oberflächen 72 und 74 jeweils mit einer Mikrostrukturierung in Form eines Oberflächenreliefs versehen sind. Da nunmehr auf beiden Oberflächen 72 und 74 jeweils ein Oberflächenrelief vorhanden ist, kann das Oberflächenrelief jeder einzelnen Oberfläche 72 und 74 mit weniger Vertiefungen ausgebildet werden, was den Herstellungsprozess des optischen Bauelements 32 vereinfacht.
In dem in 7a) bis e) dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Oberfläche 72 nur eine Vertiefung 76 und die Oberfläche 74 nur eine Vertiefung 78 auf, wobei beide Vertiefungen 76 und 78 keilförmig ausgebildet sind. Die Keilwinkel 76 und 78 sind in diesem Ausführungsbeispiel gleichsinnig gerichtet, unterscheiden sich jedoch betragsmäßig, d. h. der Keilwinkel der Vertiefung 78 ist kleiner als der Keilwinkel der Vertiefung 76.
Der Keilwinkel der Vertiefung 78 beträgt beispielsweise etwa 5 μrad, und der Keilwinkel der Vertiefung 76 beispielsweise etwa 9 μrad. Die maximale Tiefe V_z1 der Vertiefung 78 ist entsprechend kleiner als die maximale Tiefe V_z2 der Vertiefung 76. Beispielsweise beträgt V_z1 etwa 330 nm, und V_z2 beträgt etwa 580 nm.
Die Breite V_x der Vertiefungen 76 und 78 in x-Richtung ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel für beide Vertiefungen 76 und 78 gleich groß und beträgt etwa 5 mm.
Die Vertiefungen 76 und 78 sind in x-Richtung zueinander versetzt, haben jedoch einen gemeinsamen Überlappbereich.
In 8 ist eine Abwandlung des optischen Bauelements 32 in 7 dargestellt. Das optische Bauelement 32 wird durch die Planplatte 70 gebildet, die auf der Oberfläche 74 ein Oberflächenrelief in Form der keilförmigen Vertiefung 78 und auf der Oberfläche 72 ein Oberflächenrelief aufweist, das die keilförmige Vertiefung 76 aufweist. Auf der Oberfläche 72 weist das Oberflächenrelief jedoch noch weitere Vertiefungen 80 und 82 auf, deren Keilwinkel zu dem Keilwinkel der Vertiefung 76 gegensinnig bzw. gegenläufig ausgebildet ist. Dadurch, dass zusätzlich zu der Vertiefung 76 noch die Vertiefungen 80 und 82 vorhanden sind, kann die Vertiefung 76 mit einer maximalen Tiefe V_z2 ausgebildet werden, die nur halb so groß ist wie die maximale Tiefe V_z2 der Vertiefung 76 in 7. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel in 7 hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass aufgrund der geringeren Tiefe der Vertiefungen 76, 80 und 82 weniger Lichtverluste an den Kanten der Vertiefungen auftreten, wohingegen die Herstellung dieses optischen Bauelements 32 gegenüber dem optischen Bauelement in 7 etwas aufwändiger ist, da mehrere keilförmige Vertiefungen in die Oberfläche 72 eingebracht werden müssen.
In 9 ist eine Abwandlung des optischen Bauelements 32 in 7 dargestellt. Das optische Bauelement 32 wird durch die Planplatte 70 gebildet, die auf der Oberfläche 74 ein Oberflächenrelief in Form der keilförmigen Vertiefung 78 und auf der Oberfläche 72 ein Oberflächenrelief aufweist, das eine keilförmige Vertiefung 76' aufweist. Die Vertiefung 76' weist im Unterschied zu der Vertiefung 76 in 7 zwei Knicke 90 und 92 auf, wodurch verschiedene Keilwinkel in der Vertiefung 76' ausgebildet werden. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel in 7 hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass der innere Keilwinkel bei voller Aufweitung wenig zum Spektrum des Laserlichts beiträgt, bei geringer Aufweitung überwiegt jedoch der Einfluss des inneren Keilwinkels und verursacht so eine zusätzliche Veränderung der spektralen Breite des Laserlichts.
In 10 ist eine weitere Abwandlung des optischen Bauelements 32 in 7 dargestellt. Das optische Bauelement 32 wird durch die Planplatte 70 gebildet, die auf der Oberfläche 72 ein Oberflächenrelief in Form einer keilförmigen Vertiefung 76'' und auf der Oberfläche 74 ein Oberflächenrelief aufweist, das eine keilförmige Vertiefung 78'' aufweist. Die keilförmige Vertiefung 76'' weist zwei Knicke 94 und 96 und die Vertiefung 78'' weist zwei Knicke 98, 100 auf. Die Vertiefung 78'' ist im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 9 nun so ausgeführt, dass sie parallel zur Vertiefung 76'' verläuft, wodurch ein Steg 102 mit parallelen Wänden 104, 106 in der Platte 70 entsteht. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel in 7 hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass der innere Keilwinkel bei voller Aufweitung wenig zum Spektrum des Laserlichts beiträgt, bei geringer Aufweitung überwiegt jedoch der Einfluss des inneren Keilwinkels und verursacht so eine zusätzliche Veränderung der spektralen Breite des Laserlichts.
Gegenüber dem Ausführungsbeispiel in 9 hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass das Zentrum des Spektrums eine stärkere Gewichtung erhält, wodurch die Form des Spektrums günstiger ist.
Bei allen zuvor genannten Ausgestaltungen ist das optische Bauelement 32 bzw. 32' aus dem Strahlengang des Laserstrahls 14 herausnehmbar oder in diesen teilweise oder vollständig einbringbar.
Das Bauelement 32 bzw. 32' ist insbesondere aus CaF₂ gefertigt, wenn die Zentralwellenlänge des Laserlichts kleiner als 200 nm ist.
Die Laserlichtquelle 10 mit variablem Einstellbereich der spektralen Bandbreite (Δλ) kann so ausgelegt sein, dass sie Licht mit einer Wellenlänge λ₀ in einem Bereich von etwa 140 Nanometer bis etwa 380 Nanometer emittiert, beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge λ₀ von etwa 157 Nanometer, von etwa 193 Nanometer, etwa 248 Nanometer, etwa 308 Nanometer oder etwa 351 Nanometer.
Die Leistung des von der Laserlichtquelle 10 emittierten Lichts kann im Bereich von etwa 20 bis etwa 2000 Watt liegen, vorzugsweise im Bereich von etwa 20 bis etwa 100 Watt oder im Bereich von etwa 500 bis etwa 2000 Watt.
Die Laserlichtquelle 10 kann auch gepulstes Licht in Form von Lichtpulsen emittieren, deren Leistung im Bereich von etwa 10 Millijoule pro Puls bis etwa 500 Millijoule pro Puls liegt, vorzugsweise im Bereich von etwa 10 Millijoule pro Puls bis etwa 20 Millijoule pro Puls oder im Bereich von etwa 50 Millijoule pro Puls bis etwa 5000 Millijoule pro Puls.
Der Einstellbereich der spektralen Bandbreite Δλ kann im Bereich von etwa 100 Femtometer bis etwa 300 Femtometer, von etwa 100 Femtometer bis etwa 400 Femtometer oder sogar von etwa 100 Femtometer bis etwa 500 Femtometer oder darüber einstellbar sein.

Claims

Optische Vorrichtung zur Vergrößerung des Einstellbereichs der spektralen Bandbreite (Δλ) eines Laserstrahls (14) einer Laserlichtquelle (10), mit einem Strahlaufweitungsmodul (18), das den Laserstrahl in Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls aufweitet, gekennzeichnet durch eine optische Anordnung (30), die zumindest ein erstes optisches Bauelement (32) aufweist, dessen optische Eigenschaften so gewählt sind, dass es das Winkelspektrum des Laserstrahls (14) verbreitert.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine optische Bauelement (30) wahlweise in den Laserstrahl (14) zumindest teilweise einbringbar und wieder herausnehmbar ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (30) zumindest ein zweites optisches Bauelement (32') aufweist, dessen optische Eigenschaften zu den optischen Eigenschaften des ersten optischen Bauelements (32) komplementär sind, und dass das erste optische Bauelement (32) und das zweite optische Bauelement (32') relativ zueinander verfahrbar sind.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Bauelement (32) auf zumindest einer seiner optisch genutzten Oberflächen (36; 52; 72, 74) eine erste Mikrostrukturierung in Form eines ersten Oberflächenreliefs aufweist, das die Wellenfront des Laserstrahls (14) umformt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Bauelement (32') auf zumindest einer seiner optisch genutzten Oberflächen (44) eine zweite Mikrostrukturierung in Form eines zwei ten Oberflächenreliefs aufweist, das zum ersten Oberflächenrelief komplementär ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der auf das erste optische Bauelement (32) einfallende Laserstrahl (14) eine erste Abmessung in einer ersten Raumrichtung (y) und eine zweite Abmessung in einer zweiten Raumrichtung (x) aufweist, und dass das erste Oberflächenrelief in Richtung der zweiten Abmessung ausgebildet ist und zumindest eine Vertiefung (42; 54; 76, 80, 82) aufweist, die sich in Richtung der ersten Abmessung erstreckt und deren Breite in Richtung der zweiten Abmessung kleiner als die Abmessung des Laserstrahls in der zweiten Raumrichtung (x) ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vertiefung (54; 76, 80, 82) in Richtung der ersten Abmessung keilförmig ausgebildet ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine keilförmige Vertiefung in Richtung der ersten Abmessung durchgehend einen gleichen Keilwinkel oder zumindest zwei verschiedene Keilwinkel aufweist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Oberflächenrelief eine Mehrzahl an keilförmigen Vertiefungen (54; 76, 80, 82) aufweist, deren Keilwinkel unterschiedlich sind.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (54) ein fächer- oder wendeltreppenförmiges Profil bilden.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Oberflächenrelief einen periodischen Verlauf aufweist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Oberflächenrelief ein sinusförmiges Profil (38) oder ein Profil mit variierender Periodenlänge ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodenlänge kleiner als die Breite des auf die Oberfläche einfallenden Laserstrahls (14) ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Oberflächenreliefs im Bereich von etwa 1 nm bis etwa 1 μm beträgt.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Bauelement (32) ein für den Laserstrahl (14) transmissives Bauelement ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 15 und einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Bauelement (32) auf seinen beiden Oberflächen (72, 74) jeweils eine Mikrostrukturierung in Form eines Oberflächenreliefs aufweist, wobei das Oberflächenrelief der einen Oberfläche (72) asymmetrisch zum Oberflächenrelief der anderen Oberfläche (74) ausgebildet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Bauelement (32) eine Brechungsindexverteilung aufweist, um die Wellenfront des Laserlichts umzuformen.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Bauelement (32) eine Planplatte (34; 50; 70) oder eine Platte mit Keilung ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement (32) CaF₂ aufweist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (30) zwischen dem Strahlaufweitungsmodul (18) und einem Reflexionsgitter (28) angeordnet ist.
Laserlichtquelle, mit einer optischen Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
Laserlichtquelle, die Licht mit einer Wellenlänge (λ₀), die in einem Bereich von etwa 140 nm bis etwa 380 nm liegt, und mit einem Wellenlängenspektrum einer Bandbreite (Δλ) um die Wellenlänge (λ₀) herum emittiert, wobei die Bandbreite (Δλ) einstellbar ist.
Laserlichtquelle nach Anspruch 22, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 157 nm beträgt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 22, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 193 nm beträgt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 22, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 248 nm beträgt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 22, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 308 nm beträgt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 22, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 351 nm beträgt.
Laserlichtquelle, die Licht mit einer Wellenlänge (λ₀) und einem Wellenlängenspektrum einer Bandbreite (Δλ) um die Wellenlänge (λ₀) herum mit einer Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 20 bis etwa 2000 Watt emittiert, wobei die Bandbreite (Δλ) einstellbar ist.
Laserlichtquelle nach Anspruch 28, wobei die Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 20 bis etwa 100 Watt liegt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 28, wobei die Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 500 bis etwa 2000 Watt liegt.
Laserlichtquelle, die Licht mit einer Wellenlänge (λ₀) und mit einem Wellenlängenspektrum einer Bandbreite (Δλ) um die Wellenlänge (λ₀) herum in Form von Lichtpulsen mit einer Leistung in einem Leistungsbereich emittiert, die im Bereich von etwa 10 mJ/Puls bis etwa 500 mJ/Puls liegt, wobei die Bandbreite (Δλ) einstellbar ist.
Laserlichtquelle nach Anspruch 31, wobei die Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 10 mJ/Puls bis etwa 20 mJ/Puls liegt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 31, wobei die Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 50 mJ/Puls bis etwa 5000 mJ/Puls liegt.
Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 28 bis 33, wobei die Wellenlänge (λ₀) in einem Wellenlängenbereich von etwa 150 nm bis etwa 380 nm liegt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 34, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 157 nm beträgt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 34, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 193 nm beträgt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 34, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 248 nm beträgt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 34, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 308 nm beträgt.
Laserlichtquelle nach Anspruch 34, wobei die Wellenlänge (λ₀) etwa 351 nm beträgt.
Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 22 bis 39, wobei die Bandbreite (Δλ) in einem Bereich von etwa 100 fm bis etwa 300 fm einstellbar ist.
Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 22 bis 39, wobei die Bandbreite (Δλ) in einem Bereich von etwa 100 fm bis etwa 400 fm einstellbar ist.
Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 22 bis 39, wobei die Bandbreite (Δλ) in einem Bereich von etwa 100 fm bis etwa 500 fm einstellbar ist
Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 22 bis 42, mit einer optischen Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 20.