LU100753B1

LU100753B1 - Zoomoptik

Info

Publication number: LU100753B1
Application number: LU100753A
Authority: LU
Inventors: Danny Chan
Original assignee: Highyag Lasertechnologie Gmbh
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-01
Also published as: DE102019108084A1; DE102019108084B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Optik für Laserstrahlung und stellt ein optisches System zur Abbildung von Laserstrahlung mit einstellbarem Abbildungsmaßstab zur Verfügung, umfassend vier Linsen, welche in drei Linsengruppen angeordnet sind, wobei die in Strahlrichtung der Laserstrahlung angeordnete erste Linsengruppe eine erste Linse mit positiver Brennweite umfasst, die zweite Linsengruppe eine zweite und eine dritte Linse mit negativer Brennweite und die dritte Linsengruppe eine vierte Linse mit positiver Brennweite umfasst und zweite Linse eine plankonkave Form bis hin zu einem Meniskus aufweist und die dritte Linse bikonkav ist.

Description

ΖΟΟΜΟΡΠΚ

GEBÎET DER ERIENDING (bist1] Die Erfnidung KarUït eine Optik lur Laserstrahlung

HINT ERGRUND DER ERFINDUNG I aseru miï hoher ; e^ume ws.-num . ur MaterkcbouTheimcg mngexeizt Der au< unernI ichdeukuEei auM^'icnde l a<>erMmhl vunl u einem un dvssen bane ms^ebrcehten l uscrkopl'mittels Lasemptiken mit entsprechenden Linsen kollimiert und anschließend tbku&sierl.

[0003] Bei Zoomkollimatoren komnu es durch Reflektinn unter hohen Einfallswinkeln an op-tische« Flâchen zu Energieeinträgen auf optomechanisch bewegten Teilen. Disse Teile müssenaufgrund ven Dyaaniik und Kontamination reibungsarm gelagen werden. Dadurch sind sie au-tonuhsrh cumeisl aeeh gut ibemósch entkoppelt 'aud-uch -duuu da^ Gdum^ der Optik nichtzur K Wiltuig und Ableitung von entstehender Wgrme genntzt werden kann. iddddi Aus dem Stand der 1 edmik smd >ersvhiedene MaKnahnmn zur \ emngejung der Re-flektion von Laserstrabltmg bekannt So besehreibt das US-Patent U'S 7<450,3(il B2 ein EUV-Lithographiesystem, bei dem. die unterschiedlichen Ein.thll.swinke.1 durch. dmm varliérende Re-ReME mites uber erne Spieeehlaehe zu ernes uugletehméßigen Xusleuebumg der Xnslrmspu-pille tuhren. Dadurch kommt es zu EinbuBen in der Außösuug. Dieses Dokumenl sehlägt alstechnische l.üsung ver don Spiegel mit einer Beschichtung z.a ver&ehen. deren Dicke liber dieSpiegelflMche variiert, so dass lokal jede Stei le je sack vorherrsehendem Eiafellswinkel. derStrahlung ein angepasst.es Beschichtungsdesign bat, Nachteilig an dieser Lösnng ist, dass dieBesehichtungsverfahren teuer und aufwendig sind. (OOQ.5] Aus der WO 2009/024164 A; 1st ebenfalls ein Lithographiesystem bekannt, bei wel-Jteird'C Ik^lnehinngwliekedcxSgKgelx.nsdu' ' inl.ill-wxinkel A'i xutîtlin.» angepiiv-a a md,,,wuteri tut Fret tormsnegei (term auch„Fniitonnbeschichiungen‘' benötigi werden. Insbesonderewkd dabei die Refickii'. ridi 'iokal s-en-m^eit. wn cine gleiuhrmihlge \usKuebwov Jes ,Aas~triuspupilk· aal Rosk-n der iransmission za erreichen, Diese technische LÖsung Idsst sich ie-doei'. recht at f \ew endanger. tutter Verwenduug \ou hebca I .wei leuterige i hbent.tgen, |ti<lGq Fine weitere I osung zus \ ei besseruug de*' I uistuug enar /oomopuk hes der \ etwuidung höher Laserleistuugen wäre eine Kühlung der optische» Elemente. wie beispielsweise vonLinseiinissti-igvn. Dies Im jedoeh konGruktu sehr nuuvendig and enoKie·! zudem auch ctnenhöheren Aufwand bel der Wartung der Qptiken.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist dater, eine LOsung zur Verfögang ze stellen,dsc durch reduz-eoen Χλ .inrmehiiri'g die I eteii-igsi.ingtehkeil emur /oe-mopok erhöltt undgk-cb/emg ecuu Geinen Rauiaiini undcire oininnale \oeahl inoptwenvi. t L-inenteii gew.ihr-kristet,

KL'RZE BESCHRE1BUNG DER ERFINDUNG

[0008] Die vorlegende Erfindung stellt ein optisches System zur Abbüdang von Laserstrah-long imt Guste llterem AbblldungsnuCwiab umfassend vier Imseii zur \ ei Ingang, wotei dieLinsen in drei Unsengruppen angeordnet sind, wobei die in Strablnchtung der l.aserstrahlungitiigeowinete eteie l msengruppeeine erste l in-k nut poiutwei Brennweile undte-'u die zweitel.bisengruppe eine zweite und eine dutte t inse nut negatwer Hrcnnweiie und, die dutte l.iusen-grappe etne vieru 1 mx' uui pusilixei Ihenm'.eite ambisxt and λχοκ t in-v eine pkinkonkavcForm bis hin za einem Meiaskus uutVeist und die drilte Lisse bikonkav ist, ptuph; }p, Gnei weiteren Xiislubritugslorm sst \urgusGieii, dass die Rruinmitugsrodien derzweiten Lirisevon >ehe I ca te-in ? jr Su.ihHeblung zwikken ?l! imv 16 mm bG zu -lOOmm Ί ~ mm benuguu, (0010] Weiterhin können die Krümmangsradien der dritten Linse von Seite 1 zu Seite 2 inStrahlriehtuïtg zwischen -20 rnm /20 mm bis za -50 rn.ni /17 mm betragen.

[001l] Es kann erfludungsgemäß zudern vorgesehen *eiu, dass Reine floche ouvr dvr vwubix s aaien l mse ber max imaler Hrcnuweite desuptixdum Sx xk ms einen lokalen Kmtadswmkelvon > 2.$·° hat.

[0012] Für die zweite und dritte Linse kann bei maximaler Brennweite des optisehen Systemsein bkaler Einfalhwinkel > 20° sein. iool?H l.rfmdungsgemab kann jede 1 msengmppe zunündesi k eme asplàte.xehe Mèche auf-weist.

[0014] Für das optische System kann ?u<lem \mge-\her sem, daxè de. . wru l mse auf derersten Seite eine aspbärische Fläche aufweist.

[0015] In einer weiteren Ausfölirungsform der Erfmdung kann in der zweiten Linseugrtippeeine Linse asphâriseh and die andere Lmse sphâriscb sein.

[0016] Die maximale Baulânge von virtuelle? Faserspitze bis zur letzten Kollimationslinsekann 195 mra behagen.

Idol ” 'V Vwuvx. \ oirepA'i taxU'p-t'eb'x I ecbcuu c«xu'i l mv?l>aeu ,'iàî'Xî! Άmmm betragen.

[0018] E.rfinduugsgemäßist vorgesehen,dassdie numerische Apertur größer0.1 ist Weiterhinkann dw numeriselte Xpertur hj.?^ bctmgxn [0019] Dax optische System nach einem der \<>rhcrigen Aaxprücbe. «o'm zummdest eine der Linsen der zweiten Grappe aus syntheîischem. Qtwzglas besteht.

[0020] Ein weitere?' Gegenstand der Erfindung bet?'ifft die Verwendung eines opOschen Sys-tems wie zuvor besuhrieben zur Abbil thing von Laserstrahlung mit einstellbarem Abbildungs-maBstab.

[00? 11 Es ixteHindungsgemabaucheine Verwondring des zuvor hesehm benen opiisehen >>s-terns à? R-unNnatmii mu emern Malbldier'lkwikmpei Lises euMn Sibmkm-l a-vr sxkt einembaser î axer s-ifgesehen.

KURZE BESCHRHBUNG DER FIGUREN

[0022] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher dargestellt. Dabei 1st fürden Facbmsnn offeisichtlick dass es sich nur uni rnöghche AusfOhrungsiormen handelt oboedas-- aie 1 rfindun^ -ml die ^'ze.glen Ausrührune$n>mien bcxebianU wm: l s. vigt MG. 1 ReOekuwtài m Abbàngigkeiî vom Emtalhmmke» bai csiwi \\xOc'ikaipt En unier-wliiedbeh pokinxiertcs i ient ΓΒΙ ? Vvigleicli de? speMrulen Rxïk'kuviuU e?iu: Bexchiehtuiîg bei micixmied'A hm

EintiiiU'A mkeln FIG. 3 Schematische Darstellung von vier Linsen in drei Gruppen

AUSHalIRI.K'IIE BESRTIREIBUNG DER ERFINDUNG îOP? ' I l >ie ·' ü'induoÿsgeu'dlk' Aatgabe wird durchdieMerk male aei unabhùngtgen \nxpi üeiiegelóst In den abhdngtgen Xnsptüehen werden weitere Ansiuhuuigsfetmea K'aaxpruclu Dievorliegende Erßndtmg lost die Aufgabe lokale Emfallswinkel am Rand einer Linse immer unterdefmierten Grenz.wink.eln zu halten. Dadurch wird die Erwärmung der gesamten Optik im In-nenraum red uziert.

[00241 Bereits eine relatie kleine Ändewng der X ergröhetung kann /n euiem ethebluhm \n-xiieg der Icmpetatm im huanmum der Optik nihren. Unieisuchnnvcn der Amndderm s \n-melderx?) h.ihm ergelam, dasx dies mn den Knlmuitm^en der Lmscn zusammmhdugL se das<in Randbereiehen danndie Einfallswinkel hei emer kiemen VergröBerung massiv ansteigen und die dam il einhergehende Steigerung der ReilAnslfoi sicii m edu-m kmpemiw<ui.sfwg wider-spiegelt. Die reibungsanne Lagerung boneglioher Kemponeukn tährt ze deren ibermisehecEntkopplung der Komponcuten geg.cn dm·. < ivldiusu. so d.tss das ( »»«bduse àlv \\ arme mekt ub-leiten und dadurch zur Kühlung bedragen kann. (0025| FIG. I xeigi die ReHekOvkili in Abhärigigkuit som I tnbilkwbikel bm einer \\ ellenlangefur unterschiedlich poiarisiertes Licht. Die Reflckiivnàt stemt bet lucht einer Wellenhlnge mit/mu'iinteiuk'in I tnLtllswmkel. Dieses /usiucmenhang infit miabhangig van der Poliirhutivitdes l.iehas einer Wellenlänge z.u. wobei sich bel hohen Wellenldngen die Polarisationen am-spalten Die RetlektbiDt ist diiduieb hei sehr graben hinfa'ilswinkcin ahwdia scbleehier andkann nicht einfach durch das Verschieten der /entraiwellerilänge der Beschiebiung optinuertwerden.

IteCal Πι*. ? zeigi die W eilenlijugunabbünigkeii det RelkkiwiGl edur txpDciu.π Beschick-tung bei unterschiedlichen Einfallswinkelu. Man sieht dass sowohl die spektrale Abhängigkeitder Reilckiivitäi als auch die absolute Refiektivität bei einem Ei.utall.wi.nkel von O'" und beieinem Einfallswinkei von 20" sehr ähnlich sind. In dies&m Elnfallswlnkelberelch kann eine gute.Vniirelleswirluitg mn elnei eiutaeh autgebauieii und ammt ebsaihidsasnrmvis Besehiehmngdwell Anpnssnng der DvsiguwellenUiuge der Beschichtung erreiehi werden. Bei gröBeren Eiu-LtlDwiakelk smd dagegen die RellektiGtète-i ahsUui gcsehe-i ober een ganzen Wtlienldagen-bereic tr scb l echte r. |0iV g B< \onipnklen /oonU.obim.atoren kunnen üisbcsmidere hei granen Breeuw eitenein·steihmgen sehr hohe lokale linmallswnikel des Laser lichts auf den Linsen auftreten. Die.se tretenvornehnÜK'b tm Randbereich der l.iusen act and da sar allen Dingen auf Lmsen rnii nvgativenRiennweiien · illfmiuug-gcnu ' v-nd duber vergescldagen die Hufallswótecl aai den l Eisenim Kaudhereich zn begrenzen. Hmrzu werden etlindungsgeinhn die tlrnpueri mh negativerRreiinweik iit zwei I inseu gvspliuet und .msnizlich doe Knlmmuugen n-if den negative·! l insensa geuiltdi dass mtmnuie l.nitillswinkei eneiebi werden. (0P>2$| Es wild Caliez orlmdungsgenufO ein Design nm 4 I ineen m Baupuppen ·.orge -eiila-gen, wobei die Geuppe l eine Linse mit pwsimer Bushung. Gruppe 2 zwei Linsen mit negative?Brechuug. und Ciruppe 3 eine Linse mit pesiu\».r Bteehung aufweisen.

[002.9] Gemäß der vorliegenden Erfindung hat es sich als konsiruktiv vorteilhaft erwiesen diebeiden milderen iiegaiixen I .insen k-si zu ntstallicten and die heiden außerun positwen I insenminds Amrieben verfahren zu können.

[0030] FIG. 3 zeigt schematisch die Anordnung und Form der l.msen derdrei Baugrappen. DieI insen sind son links n.iuii rvubis nul I 1.1 ?, I 5 und I 4 iii StrahlueMuup durd-.unmmzi'ieriDabei bikten L2 und I ' die I insen mil uegaiixet Bw.vhkmd dur milderen Grappe Fs isi fur I.?sine bikoiAme Fmnt ins Inn znemein Xleurnksis wrgeseheu. mu einer kmwexen I erm in R-eh-mag dvr baser I ? ku ecdmOmgsgznmi^ hkmikrn. 1005111 he Krutnmangen thr 1.2 und 1.3 können wie folgt angegeben werden, wobei SI und 82die benen der Lmscn ni Smthkiehuing imguben and die Werie den jcwedsguu Krünmmngsm-dms m mm angebenr L2(S1/S2) « 20/10 (Meuiskus) bis zu -10(.917 (natezu planfeonkav)

Liu 81/32) -20/20 texaki bikonkavi bis -59/1 ? |0U '21 Die Gu-n.'en lia die krummungen wmdea bc'aùmci ualeni die $.rsm I'kuhe <k.r I 2testgelegi wur.lu and d.nin die lesilkben Krnntmungea im Ss^em dann experimented opimiictiwarden Dus eriblgu .mierden lolgenden Randbednigangen' kerne l laebe hut be· niaxiauler Brennweae des Zooms ; maxinude Xusleueh-tung der Lins'en) einen lokalen Einf al Iswinkel > 25’· .;

Speziell .dlr die Lmsen. der Negativgruppe- soil der lokalen, lïiuiallswiokel nicht.> 20° sein;

Beagungsbegrenzte Abbi kiting in alien Positionen des Zoornkollimators mög-lich;

Filr die Baaibrm van L2 nahe plankonkav kann bei konkaver Kxum.mu.ngen derersten Fldche auch eine asphärisehe F iädie verweudet werden [OÔ33'| Ein lokaler Eintallswmkel von went ger als 20° hat sich als vorteilhaft erwiesen. dadadurch Röekrefiexe von dernegativen Grappe auf die erste positive Linse and deren Fassung >ermicJeu weiden lm- wxie pi-s ï;ve L-rrn. v,uj m mutais emex Xmrsehx bewegt nn<l ix', >les-balh aufgnnul ihrm I agewme thermisch tsoberi uud xeinii urn whwei zu kiïltk-m [0034] Für die positive» lansen gill dies so nicht and die Rückreflexe der positive» Gruppentrcfkn m erste? Linu nmiationdiv optische hlemente: i I ir-ftl dm- SebuizgGs oder dk Blende,L4 tritït L2/3. Die ortstationären, also unbewegten Elemeute aber kann man gut .kühlen, daherist be» diesen I tnsen aueb en? hoberer Emrallswmkel obue \aeli?eile möghch, kn?3gs I e Is? vrfindun^sgetruib aueh xorgcsebea, dass icde l msenzrappe je eine aspbjrèvlu.I eene am-svïxl 'Diex h.x m oe' \zm'tiv,viypc hmm/mn l ' 'si e<i es M'au'ici w- e,m>k-mkaxe nsph^nscbv VlikOe zu muchen und dies bei den sterken Krümmungen enter Umstän-den sogar untnëgheh 1st, da das Bcarbeitangswerkzeug an der Spitze nicht schtnal genug wer-den kann.

[0036] In der gesplitieten Regain grappe kann aus Kostengründen eine Linse asphbrisch sein,wàhrend die andere L?use xplterixdu ist.

[0037] Dntersaehungen haben gezeigt. dass die zuvor genamten Parameter iür den Aufbau derI hiseagfuppeu bet emer musnnak'U IGubnge u«? PD ?nm vm xirtudk-r l-asersptt/c bis zmleizter h'Jhniationslinxexurteilhaf? sind Der Xbskmdder drmdkm Faserspitze zm i lachmanI I isi bexorrugi 5<l mm, XX ene dk mme. p<wmxe ’ uwcsignippe ensnmg der opùsehen Achseheweglkh ?xi, kann mil dem gezeigten .-Xulbau aueh die l’o-mmn der I laupteheue der Üpuk zurArhaden luaerspit/c veixehohes? werden. /usummen nut doei HAuxderungsopok ist dannneben de? XArgrO-kTimgAmderang -meh urne Xmkmng der z-l age des Fvkis rekiljx zur I o-Imsxieiungshuze nmgheh. In dieseni Kali haben l narsuehungen vezugi. d,m-. dit- zi?w ge-aanni.ee Parameter iur den Aulbau der Lmsengruppen bei einer maximale» Baulïtnge von .195mm vvu \ uiueller l-userspltze bis zur leizter KoUimahonslinse xorteilhali rind, uni emen num-mak'u XX ëwnvemtmg bei maxinuilem X vrsk'llheiv-eh is? X ergröderuug and z-l ngvioersieiluugzu enerehen Bei eines Besehrünkimg uni die mine Aumslmikhuuditm haben die l uteisialiun-gen gezeigt, d,ws dk' genanuteu Pmametes bes eine? ??imJmmen Bauiaitge \<m ï "0 mm mmvnmicller baserspitze bw zur leizion Kvlllmaumisliiise \erteslhatl sind. I tènJanpgmâf mt erne Namvüscbe Aperer genta UJ wuesehe’n duso kann ;ah. hgtvieh UJ .> -''.-m, uruud>Cir.dieh gill es zu stark gekrümnuc Linsen auszusehließen. da diesemeh? meh» bm an den Rand ausgekttebiet warden b)O?P11 herdmvh ?m moglich. eine Bewhiehtnug obne t-incn kumpiexen iatccden Sehtditd·-·I'kwdsufzu Antigen, die trotzdem üher die gvsamte Häche eine juedngc R< fk'kuxuat an?'wci\i b\ isi wnteifefi. dass die vorliegende i 'rfinduug mit emem nmgL hst entbicheu \uibaudet IRs» 'mehtnngen uu$kcnum; wodurvh Keften gevmln end raedrtge Abwa huvneu gewdbt·ieisien werden

BEZUGSZEICKEN

1LI 51..,2 10L3 15L4

Claims

1. Ein optisches System zur Abbildung von Laserstrahlung mit einstellbarem Abbildungs-maßstab, umfassend vier Linsen, welche in drei Linsengruppen angeordnet sind, wobeidie in Strahlrichtung der Laserstrahlung angeordnete erste Linsengruppe eine ersteLinse mit positiver Brennweite umfasst, die zweite Linsengruppe eine zweite und einedritte Linse mit negativer Brennweite und die dritte Linsengruppe eine vierte Linse mitpositiver Brennweite umfasst und zweite Linse eine plankonkave Form bis hin zu einemMeniskus aufweist und die dritte Linse bikonkav ist.

2. Das optische System nach Anspruch 1, wobei die Krümmungsradien der zweiten Linsevon Seite 1 zu Seite 2 in Strahlrichtung zwischen 20 mm /10 mm bis zu -100 mm /17mm betragen.

3. Das optische System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Krümmungsradiender dritten Linse von Seite 1 zu Seite 2 in Strahlrichtung zwischen -20 mm /20 mm biszu -50 mm /17 mm betragen.

4. Das optische System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei keine Flâche einer derersten bis vierten Linse bei maximaler Brennweite des optischen Systems einen lokalenEinfallswinkel von > 25° hat.

5. Das optische System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite und dritteLinse bei maximaler Brennweite des optischen Systems einen lokalen Einfallswinkel <20° haben.

6. Das optische System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede Linsengruppe zu-mindest je eine asphârische Flâche aufweist.

7. Das optische System nach Anspruch 6, wobei die zweite Linse auf der ersten Seite eineasphârische Flâche aufweist.

8. Das optische System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei in der zweiten Linsen-gruppe eine Linse asphârisch und die andere Linse sphârisch ist.

9. Das optische System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die maximale Baulängevon virtueller Faserspitze bis zur letzten Kollimationslinse 195 mm beträgt.

10. Das optische System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Abstand von virtu-eller Faserspitze bis zur Flâche der ersten Linse maximal 50 mm beträgt.

11. Das optische System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die numerische AperturgrößerO,l ist.

12. Das optische System nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einer numerischen Aperturvon 0,125.

13. Das optische System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine derLinsen der zweiten Gruppe aus synthetischem Quarzglas besteht.

14. Eine Verwendung eines optischen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Ab-bildung von Laserstrahlung mit einstellbarem Abbildungsmaßstab

15. Eine Verwendung eines optischen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in Kom-bination mit einem Halbleiter-Festkörperlaser, einem Scheiben-Laser oder einem FaserLaser.