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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laser-Divergenz-Manipulator für eine Laserlichtquelle, die einen Laserstrahl bereitstellt, der von der Laserlichtquelle zu einem Zielbereich geführt wird und dessen Divergenz über den Laserstrahlquerschnitt quer zur Strahlrichtung unterschiedlich ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Laser-Divergenz-Manipulators.
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STAND DER TECHNIK
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Laser werden in der Technik in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt und dienen beispielsweise auch als Laserlichtquellen für Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie. Bei derartigen Anlagen sind die Anforderungen an die Laserlichtquelle sowie an die verschiedenen optischen Komponenten besonders hoch, da aufgrund der Abbildung extrem kleiner Strukturen eine hohe Auflösung erzielt werden soll.
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Es ist bekannt, dass Laserlichtstrahlen eine gewisse Divergenz aufweisen. Insbesondere können über den Strahlquerschnitt des Laserlichtstrahls ortsabhängige Divergenzen des Laserlichts vorliegen, sodass sich eine bestimmte Laserdivergenzverteilung ergibt. In Projektionsbelichtungsanlagen können optische Komponenten eingesetzt werden, welche empfindlich gegenüber unterschiedlichen Divergenzverteilungen sind, sodass es für die Einstellung und Justage der entsprechenden optischen Komponente bzw. der Projektionsbelichtungsanlage interessant sein kann, eine bestimmte Divergenz des Laserstrahls einzustellen oder zumindest die Divergenz des Laserstrahls variieren zu können.
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Eine Komponente in einer Projektionsbelichtungsanlage, die empfindlich für unterschiedliche Laserdivergenzen ist, ist beispielsweise ein Wabenkondensor, der aus zwei Platten mit Linsenarrays besteht und in Verbindung mit einer Fourier-Optik die Pupille im Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage ausleuchtet.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Divergenz-Manipulator bereitzustellen, der es ermöglicht, die Laserdivergenz in einem Zielbereich des Laserlichts einzustellen bzw. zumindest zu variieren. Ein derartiger Divergenz-Manipulator soll einfach aufgebaut und herstellbar sowie einfach betreibbar sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Laser-Divergenz-Manipulator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zum Betrieb eines derartigen Laser-Divergenz-Manipulators mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass ein Laser-Divergenz-Manipulator eine Verschiebung des Laserstrahlquerschnitts bezüglich eines Zielbereichs bewirken sollte, um durch die Verschiebung des Laserstrahlquerschnitts relativ zum Zielbereich örtlich unterschiedliche Divergenzen im Zielbereich des Laserstrahls einstellen zu können. Entsprechend wird bei einem Laser-Divergenz-Manipulator eine Strahlbewegungseinheit zur örtlichen Veränderung des Laserstrahls relativ zu einem Zielbereich des Laserstrahls vorgesehen.
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Die Strahlbewegungseinheit kann eine drehbare, planparallele Platte oder eine drehbare und linear verschiebbare Strahlumlenkungseinheit oder mehrere, insbesondere zwei zusammenwirkende Strahlumlenkungseinheiten umfassen.
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Die Strahlumlenkungseinheit kann durch einen Spiegel oder ein Prisma gebildet sein, mit welchen der Laserstrahl reflektiert oder durch Brechung umgelenkt werden kann.
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Darüber hinaus kann die Strahlbewegungseinheit eine Blende, insbesondere eine ortsfeste Blende, aufweisen, um einen definierten Ausschnitt des Strahlquerschnitts durchzulassen und andere Bereiche des Strahlquerschnitts oder Streulicht auszublenden.
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Der Laser-Divergenz-Manipulator kann weiterhin eine Strahlaufweitungseinheit umfassen, die beweglich, insbesondere linear verschiebbar ausgebildet ist, um in Bezug auf den Laserstrahl in geeigneter Weise positioniert werden zu können. Die Strahlaufweitungseinheit kann dazu dienen, den Strahl in geeigneter Weise bezogen auf den Zielbereich weiter zu manipulieren, sodass der Durchstimmbereich variiert werden kann.
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Weiterhin kann der Laser-Divergenz-Manipulator eine Divergenz-Messeinrichtung umfassen, sodass die Divergenz des Laserstrahls, die in dem Zielbereich auftrifft, bestimmt werden kann.
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Eine derartige Divergenz-Messeinrichtung kann einen Strahlteiler zum Ausblenden eines Teils des Lichts in die Messeinrichtung sowie eine Fourier-Optik und eine CCD(Charge Coupled Device)-Kamera aufweisen, die in der Brennebene der Fourier-Optik angeordnet ist.
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Die so genannte Fourieroptik stellt eigentlich ein wellenoptisches Modell für die Bildentstehung bei der Abbildung mit optischen Systemen dar, wobei das wellenoptische Modell der Fourieroptik im Wesentlichen auf der Fraunhoferbeugung beruht.
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Eine Fourier-Optik in der Form einer optischen Anordnung, wie sie in der vorliegenden Anmeldung verstanden wird, bezeichnet eine optische Anordnung, die auf dem wellenoptischen Modell der Fourieroptik beruht, sodass über die CCD-Kamera, die in der Brennebene der Fourier-Optik angeordnet ist, die Divergenz des Laserstrahls ermittelt werden kann. Dazu befindet sich die Objektebene ebenfalls im Brennpunkt der Fourier-Optik, sodass in der Brennebene, in der die CCD-Kamera angeordnet ist, also in der sogenannten Fourier-Ebene, das entsprechende Beugungsmuster vorliegt.
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Die Divergenz-Messeinrichtung kann eine Steuerungseinrichtung und/oder eine Regelungseinrichtung umfassen, mit deren Hilfe die Strahlbewegungseinheit eingestellt und somit die Verschiebung des Laserstrahlquerschnitts zum Zielbereich gesteuert und/oder geregelt werden kann. Insbesondere kann die Divergenz-Messeinrichtung mit der Regelungseinrichtung für die Strahlbewegungseinheit rückgekoppelt sein, sodass aufgrund der durch die Divergenz-Messeinrichtung ermittelten Divergenz des Laserstrahls die Regelungseinrichtung die Stellgröße für die Strahlbewegungseinheit des Laser-Divergenz-Manipulators verändern kann.
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Entsprechend kann ein Laser-Divergenz-Manipulator so betrieben werden, dass die Einstellung der Strahlbewegungseinheit von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung verändert wird, sodass sich der Laserstrahlquerschnitt relativ zum Zielbereich von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschiebt und aufgrund der örtlich unterschiedlichen Divergenz des Laserstrahls unterschiedliche Divergenzen im Zielbereich des Laserstrahls eingestellt werden.
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Nach einer Ausgestaltung kann die Divergenz des Laserstrahls gemessen werden und in Abhängigkeit des Messergebnisses kann die Strahlbewegungseinheit in geeigneter Weise eingestellt werden, um die Divergenz des Laserstrahls im Zielbereich zu variieren bzw. einzustellen. Damit kann ein Divergenz-Manipulator beispielsweise als Divergenz-Stabilisator betrieben werden, bei dem die gewünschte Divergenzverteilung im Zielbereich aktiv geregelt werden kann.
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Der Laser-Divergenz-Manipulator lässt sich vorteilhaft im Zusammenhang mit einer Projektionsbelichtungsanlage betreiben, sodass dort divergenzsensitive Mikrooptiken, zum Beispiel ein Wabenkondensor, geprüft und in geeigneter Weise eingestellt werden können. Darüber hinaus kann ein derartiger Divergenz-Manipulator zur Justage und Prüfung in verschiedenen Optiken eingesetzt werden, um beispielsweise deren Eigenschaften zu testen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Figuren zeigen in rein schematischer Darstellung in
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1 ein dreidimensionales Diagramm zur Darstellung eines Laserstrahlquerschnitts anhand der örtlichen Intensitätsverteilung;
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2 eine Darstellung der Divergenz des Laserstrahls aus 1 in den in 1 gekennzeichneten Bereichen im Strahlquerschnitt;
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3 ein Diagramm zur Darstellung der Divergenz des Laserstrahls entlang der x-Richtung gemäß den Ausschnitten des Strahlquerschnitts aus 2;
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4 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Laser-Divergenz-Manipulators;
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5 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Laser-Divergenz-Manipulators;
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6 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Laser-Divergenz-Manipulators; und in
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7 eine Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laser-Divergenz-Manipulators.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die 1 zeigt ein 3D-Diagramm, bei dem die Intensität des Laserstrahls über dem Querschnitt in x- und y-Richtung aufgetragen ist. Die Querschnittsform des gezeigten Laserstrahls ist rechteckförmig, wobei über weite Bereiche des Strahlquerschnitts eine gleichmäßige Intensität gegeben ist und die Intensität lediglich in den Randbereichen scharf abfällt.
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Über dem Strahlquerschnitt sind vier Ausschnitte A bis D entlang der x-Richtung angeordnet, in denen die Divergenz des Laserstrahls untersucht worden ist. Entsprechende Darstellungen der Divergenz in den Bereichen bzw. Ausschnitten A bis D des Laserstrahls finden sich in den 2 und 3. Die 2 zeigt in den Teilbildern das Winkelspektrum in x- und y-Richtung der Divergenz des Laserstrahls über dem Strahlquerschnitt. Wie in den Teilbildern zu den Strahlausschnitten A bis D der 2 zu sehen ist, ergibt sich in x-Richtung ein größeres Winkelspektrum als in y-Richtung.
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Die 3 zeigt das Winkelspektrum der Divergenz des Laserstrahls entlang der x-Richtung für die verschiedenen Strahlausschnitte A bis D. Auch hier ist zu erkennen, dass über dem Strahlquerschnitt eine ortsabhängige Divergenz des Laserstrahls gegeben ist. Um die ortsabhängige Divergenz gezielt nutzen zu können, beispielsweise um divergenzsensitive Mikrooptiken in einer Projektionsbelichtungsanlage, wie beispielsweise einen Wabenkondensor, zu prüfen, wird ein Laser-Divergenz-Manipulator eingesetzt, wie er in verschiedenen Ausführungsformen in den 4 bis 7 dargestellt ist.
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Die 4 zeigt eine Laserlichtquelle 1, wie beispielsweise einen Excimer-Laser, der im Strahlquerschnitt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung eine ortsabhängige Divergenz aufweist. Der Laserstrahl wird von der Laserlichtquelle 1 zu einem Zielbereich 4 geführt, wo das Laserlicht beispielsweise auf ein optisches Element, wie auf einen Wabenkondensor einer Projektionsbelichtungsanlage trifft, um bestimmte Funktionen, wie beispielsweise die Ausleuchtung der Pupille in einer Projektionsbelichtungsanlage zu erfüllen. Wie sich aus den 1 bis 3 ergibt, ist über dem Strahlquerschnitt eine örtlich unterschiedliche Divergenz des Laserstrahls zu beobachten, sodass es sinnvoll sein kann, im Zielbereich 4 eine veränderte Divergenz des Laserstrahls einzustellen. Dazu wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Laserstrahlquerschnitt bezüglich des Zielbereichs 4 verschoben wird, sodass ein anderer Ausschnitt des Strahlquerschnitts mit unterschiedlicher Divergenz im Zielbereich 4 vorliegt.
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Nach der ersten Ausführungsform eines Laser-Divergenz-Manipulators ist eine Strahlbewegungseinheit 2 vorgesehen, um den Laserstrahlquerschnitt relativ zum Zielbereich 4 zu verschieben. Hierzu dient eine planparallele Platte 6, die für das Laserlicht durchlässig ist, und die aufgrund der Brechung des Lichts an den Grenzflächen zu einem parallelen Versatz des Laserstrahls führt. Je nach Drehstellung der planparallelen Platte relativ zum Laserstrahl, wie dies durch den gebogenen Doppelpfeil in 4 angedeutet ist, kann eine unterschiedlich starke Verschiebung des Laserstrahlquerschnitts in die eine oder andere Richtung bewirkt werden.
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Gleichzeitig wird eine ortsfeste Blende 5 am Ausgang der Strahlbewegungseinheit 2 eingesetzt, die den Bereich des durchgelassenen Laserstrahls definiert.
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Optional kann, wie bei dem Ausführungsbeispiel der 4 gezeigt, eine Strahlaufweitungseinheit 3 vorgesehen sein, mit welcher der Laserstrahl in geeigneter Weise aufgeweitet werden kann. Die Strahlaufweitungseinheit 3 kann beweglich, insbesondere linear verschiebbar ausgeführt sein, um eine örtliche Positionierung relativ zum Laserstrahl vornehmen zu können.
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Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Laser-Divergenz-Manipulators mit einer Strahlbewegungseinheit 2' und einer Strahlaufweitungseinheit 3. Der Laserstrahl wird wiederum von einer Laserstrahlquelle 1 bereitgestellt und zu einem Zielbereich 4 geführt. Die mit der Ausführungsform der 4 identischen Komponenten, die entsprechend identische Bezugszeichen aufweisen, werden der Einfachheit halber nicht mehr beschrieben, sondern es wird auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
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Die Strahlbewegungseinheit 2' der Ausführungsform der 5 umfasst eine Strahlumlenkungseinheit 7 in Form eines Spiegels, die das Laserlicht von einer weiteren Strahlumlenkungseinheit 8 in Form eines Spiegels empfängt, wobei die Strahlumlenkungseinheit 7 entsprechend dem Doppelpfeil der 5 linear verschiebbar bzw. entsprechend dem gebogenen Doppelpfeil der 5 drehbar angeordnet ist. Durch die Verschiebung und/oder Verdrehung des Spiegels 7 kann wiederum der Strahlquerschnitt, der auf den Zielbereich 4 trifft, verschoben werden, um so Bereiche des Strahlquerschnitts mit unterschiedlicher Divergenz für den Zielbereich auszuwählen.
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Die 6 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Laser-Divergenz-Manipulators, bei welcher wiederum identische Komponenten mit den vorangegangenen Ausführungsformen mit identischen Bezugszeichen versehen sind und nicht erneut beschrieben werden. Die Strahlbewegungseinheit 2'' der Ausführungsform der 6 umfasst wiederum eine ortsfeste Blende 5'' sowie zwei Strahlumlenkungseinheiten 9 und 10 in Form von Spiegeln, die beide gemäß den dargestellten gebogenen Doppelpfeilen drehbar angeordnet sind, um wiederum eine Verschiebung des Strahlquerschnitts bezüglich des Zielbereichs 4 zu ermöglichen.
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Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, die im Wesentlichen der Ausführungsform der 4 entspricht, jedoch als zusätzliche Einheit eine Divergenz-Messeinrichtung 11 umfasst, die einen Strahlteiler 12, eine Fourier-Optik 13 und eine CCD(Charge Coupled Device)-Kamera 14 umfasst. Durch die Divergenz-Messeinrichtung 11 ist es möglich, die ortsabhängige Divergenz zu bestimmen bzw. zu messen, um mit dem Messergebnis eine veränderte Einstellung der Strahldivergenz im Zielbereich vornehmen zu können. Dadurch kann der Divergenz-Manipulator als Divergenz-Kompensator bzw. Divergenz-Stabilisator betrieben werden, da anhand des Messergebnisses der Divergenz-Messeinrichtung Strahlaussschnitte im Zielbereich 4 eingestellt werden können, die eine möglichst geringe oder eine bestimmte Divergenz aufweisen. Als Divergenz-Stabilisator lässt sich der Divergenz-Manipulator beispielsweise dann betreiben, wenn eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, die das Messergebnis der Divergenz-Messeinrichtung empfängt, um in Abhängigkeit des Messergebnisses die Strahlbewegungseinheit 2 so zu betätigen, dass die Divergenz in einem angestrebten Bereich liegt, sodass beispielsweise eine aktive Nachregelung der Divergenzverteilung möglich ist.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr sind Abwandlungen in der Weise möglich, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden, sofern der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung umfasst sämtliche Kombinationen aller vorgestellter Einzelmerkmale.
