WO2015185152A1 - Vorrichtung und verfahren zur überwachung eines laserstrahls - Google Patents

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WO2015185152A1
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partial
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partial beams
laser
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Joachim Schulz
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Trumpf Lasersystems For Semiconductor Manufacturing Gmbh
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    • H01S3/2366—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media comprising a gas as the active medium

Definitions

  • the present invention relates to a device comprising a driver laser arrangement with a beam source for generating a laser beam and with a
  • Amplifier arrangement for amplifying the laser beam has.
  • the device also comprises a device for monitoring the laser beam, which comprises an optical element transmitting the laser beam, in particular a plane plate whose normal direction is aligned with the beam axis of the laser beam at a tilt angle, and a spatially resolving detector for detecting laser radiation reflected back on the optical element ,
  • the invention also relates to an associated method for monitoring a laser beam.
  • a device of the type mentioned in the form of an EUV light source has become known from WO 2010/059210 A2. In this device is a
  • Surveillance laser beam for checking the alignment of optical components at a plane oriented at an angle to the monitoring laser beam plane plate and detected by a detector.
  • Surveillance laser beam differs from the wavelength of another laser beam, typically a CO2 laser beam transmitted from plane plate forming a window in a vacuum chamber.
  • a small portion of the incident radiation power is typically reflected to a location outside the beam path even with a laser beam, which is transmitted from the plane plate.
  • the laser radiation is reflected not only from one side of the plane plate back, but reflect both sides of the plane plate each have a partial beam of the incident laser beam. It has been shown that in the monitoring or analysis of a laser beam by observing the laser radiation reflected at a transmissive optical element on a spatially resolving detector, for example a camera, interference fringes occur in the recorded images, so that only possibly few details of the beam cross section of the laser beam to be monitored, which is imaged on the detector, can be recognized.
  • the difference between the reflectivities of the two sides of the plane plate can be increased
  • a partial beam reflected on one of the two sides whose power has only a few percent of the power of the partial beam reflected on the other side, can already lead to clearly visible interference fringes.
  • a arranged at a tilt angle to the beam axis of the laser beam in the convergent beam path of the laser beam transmissive optical element in the form of a plane plate and a spatially resolving detector are provided to detect the laser beam reflected back to the transmissive optical element.
  • the detector is associated with means for distinguishing laser radiation reflected back on a first side of the optical element from laser radiation reflected back on a second side of the optical element.
  • the means may be an image evaluation device or a diaphragm which blocks out the laser radiation reflected back from one of the sides of the transmissive optical element.
  • DE 10 2007 053 632 A1 describes a method for coaxial beam analysis on optical systems in which a defined percentage of the beam is reflected back coaxially or at a small angle on an optical surface located perpendicular to the main beam.
  • the back-reflected partial beam is separated by a beam splitter from the main beam, where it is available for beam analysis.
  • the optical element with the retroreflective surface may have a wedge angle in order to be able to separate the reflection of the two surfaces on the image side;
  • the invention has the object of providing a device of the type mentioned and a method for monitoring a laser beam in such a way that the monitoring of the laser beam can be done without disturbing interference fringes.
  • the optical element has a first side and a second side, which are aligned at a wedge angle to each other and through which the laser beam passes, wherein the first side of a first partial beam and the second side reflects a second partial beam of the incident laser beam.
  • the device has an optical filter, one of the two reflected partial beams at
  • the optical element is typically in the collimated optical path of the
  • the optical filtering may, for example, take place in a plane in which the different angles or the different directions of the laser beams, which are generated in the plane of the optical element, have been converted into a spatial distribution, i. it can be an optical filtering in Fourier space.
  • the plane in which the transmitting optical element is located is imaged onto an image plane of the detector (e.g., CCD chip) by means of imaging optics.
  • the optical filtering can be done in this case, for example in the imaging optics.
  • Beam axis of the laser beam is aligned (and which corresponds to the angle of incidence of the laser beam on the optical element) is large enough to the
  • decoupled reflected beams from the beam path of the laser beam is typically more than 10 °, for example, at about 20 °.
  • the incident laser steel and the two reflected partial beams form a common plane in which the tilt angle extends.
  • the wedge angle of the optical element runs typically not in the plane of tilt angle.
  • the wedge angle is less than 10 mrad, in particular less than 5 mrad.
  • the transmitting optical element should have as little influence as possible on the transmitted laser beam. This is the case with a completely flat plate (without wedge angle), since this has no refractive power and, with a correspondingly small thickness, only causes a minimal lateral offset of the laser beam. Due to the wedge angle with values in the above-mentioned range, the laser beam, when passing through the optical element, only experiences a negligibly small deflection which, if necessary, can be taken into account without difficulty in the alignment of the optical elements following in the beam path.
  • the optical filter has a
  • Focusing device for focusing the reflected partial beams on and in the region of a focal plane or in the focal plane of the focusing device, a separation element for separating the two partial beams is arranged. Due to the comparatively small wedge angle of the optical element, there is only a minimal deviation between the exit directions of the reflected partial beams, i. These move away from each other very slowly and remain spatially superimposed over a long distance.
  • the two laser beams impinging on the focusing device with different angles of incidence are focused at different locations in the focal plane of the focusing device.
  • the two partial beams can be separated from one another in a particularly simple manner, for example by applying one of the two partial beams, e.g.
  • the deflected partial beam is deflected by means of a mirror acting as a separation element, so that the deflected partial beam does not hit the detector.
  • the partial beam transmitted to the detector becomes larger again and produces on the detector an image of the laser beam without interference fringes.
  • the separation element is designed as a diaphragm which blocks one of the two partial beams.
  • the diaphragm may be a pinhole, a slit diaphragm or a one-sided diaphragm, ie a diaphragm which is arranged only on one side of the reflected partial beam.
  • the focusing device comprises a (collecting) lens or is designed as a (collecting) lens.
  • the reflected, collimated partial beams strike the lens at different angles of incidence and are therefore focused at different locations in the focal plane of the lens.
  • the lens can simultaneously serve as imaging optics for imaging the plane with the transmitting optical element on the image plane in the detector.
  • the lens shape should be chosen so that the aberrations in the image are as small as possible.
  • the lens may, for example, be a biconvex lens. It has proved to be favorable when the lens has a comparatively large focal length of more than, for example, 50 mm, possibly more than 100 mm
  • the lens may also be a meniscus lens, which as a rule should have a focal length of about 100 mm or more, preferably of about 200 mm or more.
  • the distance A between the two Foki thus corresponds to at least twice, preferably at least five times the Diameter of one of the two foci in the focal plane, that is: A> X * D with X> 2, preferably with X> 5.
  • the distance A between the two foci is measured between the centers or between the centers of the two foci.
  • the diameters D of the two foci in the focal plane are typically the same size.
  • the wedge angle ⁇ the wavelength ⁇ of the laser beam, the refractive index n of the transmissive optical element, the beam radius w L of the laser beam on the lens, the diffraction index M 2 of the laser beam and X times the diameter D of Foki in the focal plane the following relationship: ⁇ > ⁇ ⁇ / ⁇ 2 / ( ⁇ w L ).
  • n denotes the real part of the complex refractive index of the material of the transmissive optical element at the wavelength ⁇ of the transmitted laser beam.
  • the product M 2 ⁇ / ⁇ is also referred to in the literature as a beam parameter product (SPP).
  • A f 2 n ⁇ .
  • X times the diameter of the one or more foci in the focal plane and the wedge angle satisfy the following condition: ⁇ > X * 0, 18 mrad
  • a beam splitter device for splitting the radiation intensity of both partial beams is arranged in a first and a second observation beam path in the beam path of the focused partial beams in front of the focal plane or after the focal plane.
  • first observation beam path as described above, one of the two sub-beams in the focal plane can be separated or blocked with the aid of the separation element, while the second sub-beam reaches the detector.
  • the second observation beam path can, for example, be used to connect the partial beams to a fast power detector, for example a
  • Beam splitter device is arranged in front of the focal plane. If the beam splitter device is arranged after the focal plane, the near field of the laser beam is typically observed with both observation beam paths. In a further development of this embodiment is in the second
  • Observation beam is an imaging optics for imaging of the
  • Focusing device generated focus of a sub-beam or the focus of both
  • Partial beams are arranged on the detector or on another detector.
  • the other partial beam of the second observation beam path can be blocked or separated in the focal plane as in the first observation beam path in order to avoid artifacts.
  • the optical filtering or the separation of the two partial beams is not absolutely necessary in this case, since there are two foci or focal points which are imaged and generally do not overlap. If the image of the focus (point) or the focus (points) is made on one and the same detector by means of the second observation beam path, then the one or more meet the imaged partial beam (s) of the second one
  • the imaging optics may be a lens or, for example, a focusing mirror.
  • Umienkspiegeln can be achieved.
  • the focal length of the imaging optics typically corresponds essentially to the distance between the imaging optics and the focal plane of the focusing device.
  • the device is designed to image the partial beam or the partial beams of the second observation beam path through the beam splitting device onto the detector or a further detector.
  • the beam splitter device is typically formed as a transmissive optical element, at the typical parallel sides of which a first portion of the radiation power is reflected and a second portion is transmitted.
  • the transmitted portion of the radiation power can, for example via
  • Deflection mirror are directed back to the beam splitter device, so that it is traversed a second time by the transmitted radiation component. In this way, the non-blocked partial beam or the two partial beams of the second observation beam path can be substantially parallel to the non-blocked one
  • Sub-beam of the first observation beam path are imaged on the detector.
  • the beam splitter device has a first side for reflection of the two partial beams of the first observation beam path and a second side for reflection of the two partial beams of the second
  • Observation beam paths at the beam splitter device can be done in this case, for example, by the fact that the first side and the second side of the beam splitter device are arranged at a wedge angle to each other and / or in that the distance between the two sides of the beam splitter device so large is selected that the partial beams reflected at the respective side have a sufficient distance from each other, so that they are spatially separated so far that they can be detected separately on the detector or on another detector.
  • different separation elements for example different (pinholes) are required for blocking a respective sub-beam of the observation beam paths, provided optical filtering takes place in the second observation beam path.
  • At least one side of the beam splitter device has a coating for changing at least one optical
  • the coating (s) may, for example, be polarization-selective coatings which change the polarization direction of the partial beams or possibly only reflect one polarization direction (eg the s-polarized radiation component or the p-polarized radiation component).
  • the coating (s) may also be wavelength-selective
  • Coatings act.
  • Wavelengths is reflected on the coating.
  • the device additionally comprises a
  • Vacuum chamber in which a target material can be arranged in a target area for generating EUV radiation, and a beam guiding device for guiding the laser beam from the driver laser device in the direction of the target area.
  • the beam guiding device guides the laser beam to a focusing element or to a focusing arrangement, which serves to focus the laser beam in a target area.
  • a target material e.g., tin
  • the device thus serves to generate EUV radiation or is designed as an EUV light source.
  • the invention also relates to a method of monitoring a laser beam passing through a first side and a second, at first, at a wedge angle
  • the method comprising: reflecting a first partial beam of the incident laser beam from the first side of the optical element; Reflecting a second sub-beam of the incident laser beam from the second side of the optical element; Blocking one of the two sub-beams prior to reaching a detector by optical filtering, and capturing an image of the laser beam with the detector on which the non-blocked sub-beam impinges.
  • the method can in particular be used for the beam analysis of a laser beam which is generated by a driver laser arrangement which is designed as described above. Such a laser beam typically has a high radiation power, which may be, for example, more than 10 kilowatts.
  • the optical element can be connected to the output of the amplifier arrangement of the
  • optical element in the beam path between individual amplifier stages of the amplifier arrangement or at another location within the radiation guide device to monitor the laser beam. It is understood that two or more transmitting optical elements in the beam path of the laser beam can be arranged to the laser beam in the manner described above
  • 1 is a highly schematic representation of a device for generating EUV radiation
  • FIG. 2 is an illustration of a plane plate having a wedge angle, as well as two reflected on the sides of the plane plate partial beams
  • FIGS. 3a-c are illustrations of means for monitoring the laser beam having a plane plate according to FIG. 2 and a detector and an optical filter
  • FIGS. 4a-c representations of the foci of the two reflected partial beams in a focal plane of a lens without and with a hole diaphragm or a one-sided diaphragm for blocking one of the partial beams
  • Fig. 5a-c three representations of details of a device analogous to FIG. 3b
  • Fig. 6 is a view analogous to FIG. 5 with a wedge-shaped beam splitter device, which has two polarization-selective coatings.
  • Fig. 1 shows very schematically a device 1 for generating EUV radiation, which comprises a beam source 2, an amplifier arrangement 3 with three optical
  • Beam guiding device 5 and a focusing lens 6 has.
  • the focusing lens 6 serves to generate one of the beam source 2 and the
  • Amplifier arrangement 3 to focus focused laser beam 7 at a target area T, on which a target material 8 is introduced.
  • the target material 8 changes into a plasma state and emits EUV radiation, which is focused by means of a collector mirror 9.
  • the collector mirror 9 has an opening for the passage of the laser beam 7 and the focusing lens 6 separates a vacuum chamber 10, in which the target material 8 is arranged, of the
  • the beam source 2 has two C0 2 lasers in order to generate a pre-pulse and a main pulse, which are amplified together in the amplifier arrangement 3 and focused on the target material 8.
  • the beam source 2 together with the amplifier arrangement 3 forms a Driver laser assembly 1 1 of the device 1, which forms an EUV light source in the example shown.
  • the laser power P 0 of the laser beam 7 at the output of the amplifier arrangement 3, ie after the third amplifier stage 4c, is more than about 10 kilowatts.
  • a plate-shaped optical element 12 plane plate
  • the plane plate 12 shown in Fig. 2 is formed of a material transparent to the laser beam 7 at a laser wavelength ⁇ of 10.6 microns.
  • the material may, for example, be zinc selenide or diamond, which has a refractive index n of approximately 2.4 for the laser wavelength ⁇ .
  • the plane plate 12 has a first side 14a and one of the first opposite second side 14b, through which the laser beam 7 passes, which runs in the illustration in Fig. 2 from right to left.
  • the first side 14a and the second side 14b are aligned with each other at a keying angle ⁇ , which in the example shown is very small ( ⁇ ⁇ 10 mrad, preferably ⁇ 5 mrad) and which is exaggerated in FIG. 2 for clarity.
  • the two sides 14a, 14b of the plane plate 12 are thus aligned almost parallel to each other, so that in spite of the wedge angle ⁇ the designation of the optical element as a plane plate 12 is correct.
  • the laser beam 7 passes perpendicularly through the first side 14 a of the plate-shaped optical element 12.
  • a small proportion of the radiation power of the laser beam 7 is reflected back on the first side 14a as the first partial beam 13a and runs back counter to the propagation direction of the laser beam 7.
  • the laser beam 7 emerges on the opposite second side 14b of the plate-shaped optical element 12, wherein a small part of the radiation power at the second side 14b is reflected back into the plate-shaped optical element 12 as a second partial beam 13b.
  • the second partial beam 13b is in the material of the plate-shaped optical element 12 at twice the wedge angle 2 ⁇ relative to the first reflected partial beam 13a.
  • s L / a, where L denotes the path difference between the two partial beams 13a, 13b.
  • interference fringes occur in the image recorded by the detector 16 at a distance which is approximately equal to the separation s of the partial beams 13a, 13b of Fig. 2 corresponds.
  • the tilt angle ß corresponds to the angle of incidence of the laser beam 7a. the plate-shaped optical element 12.
  • the representation of Planpiatie 12 in Fig. 2 shows a section along the ZY plane of the device 15 shown in Fig. 3a-c.
  • the tilt angle ß lies in the plane (ZX plane), in which of the
  • Laser beam 7 and the reflected partial beams 13a, 13b extend.
  • the wedge angle ⁇ and the tilt angle ⁇ are therefore not in a common plane.
  • the wedge angle ⁇ rather extends in a plane which is aligned perpendicular to the plane of the drawing and perpendicular to the substantially parallel sides 14a, 4b of the plane plate 12 extends.
  • an orientation of the wedge angle ⁇ in a plane perpendicular to the plane of the drawing is not absolutely necessary, but the plane with the wedge angle ⁇ to the plane with the tilt angle ß can be oriented arbitrarily.
  • the device 15 for monitoring the laser beam 7 has an optical filter 20 which, in the examples shown in FIGS.
  • 3 a to 3c has a converging lens 21 and a focal plane 21 arranged in the image-side focal plane 22 of the converging lens 21 Aperture 23 which is formed in the examples shown as a pinhole, but can also be designed as a slit or as a single-sided aperture.
  • the two partial beams 13a, 13b strike the converging lens 21 with slightly different orientations and thus angles of incidence (see Fig. 2), which results in the two partial beams 13a, 13b being focused at different locations in the focal plane 22 of the converging lens 21 so that they can be separated in the focal plane 22 by blocking one of the two partial beams 13b, while the other partial beam 13a passes through the aperture 23 and strikes the detector 16.
  • a further teiltransmissives optical element 24 is arranged in the means 15 for monitoring the laser beam 7, which a radiation component of the two partial beams 13a, 13b on a
  • the devices 15 shown in FIGS. 3a-c differ essentially in that the first partial beam 13a, which is transmitted by the diaphragm 23, runs coaxially to the beam axis 7a of the laser beam 7 in the device 15 shown in FIG 3b and Fig. 3c of the first partial beam 3a perpendicular to the beam axis 7a of the laser beam 7 to the detector 16 strikes.
  • the two partial beams 13a, 13b are deflected at a partially transmissive optical element 24 to the detector 16, while in the device 15 shown in Fig. 3c, the deflection of the two partial beams 13a 13b to the detector 16 at a further deflection mirror 17a.
  • FIGS. 4a-c show, by way of example, the focal plane 22 of the device 5 of FIG. 3a, wherein in Fig. 4a, the two circular foci F a , F b of the two partial beams 13a, 13b with (identical) diameter D can be seen in the Y direction, ie perpendicular to the plane of Fig. 3a, arranged at a distance A to each other are.
  • 4b shows the focal plane 22 with the hole diaphragm 23 positioned there, which passes the first partial beam 3a to the detector 16, but blocks the second partial beam 13b.
  • the pinhole 23 shown in Fig. 4b may also be a
  • Slit diaphragm or a one-sided diaphragm 23 are used to block the second partial beam 13b, as shown in Fig. 4c.
  • the two foci F a , F b have a spacing in the focal plane 22 for which A> X * D, where X> 2, is preferred X> 5.
  • the converging lens 21 also serves to the laser beam 7 and the plane with the plane plate 12 to an image plane on the Imaging 16, for example, on a pyroelectric detector matrix, ie, the converging lens 21 serves as imaging optics.
  • the distance between the object plane in which the plane plate 12 is arranged, and the converging lens 21 and the distance between the converging lens 21 and the detector 16 are typically tuned to the focal length f of the converging lens 21, that the laser beam 7, more precisely the Beam cross section of the laser beam 7, on a reduced scale on the detector 16 is mapped.
  • the focal length f of the converging lens 21 is comparatively large and, for example, lies at approximately f> 50 mm (for WL 8 mm) or above.
  • a condenser lens 21 other lenses, such as meniscus lenses, or other focusing optical elements, such as focusing mirrors, may be used.
  • the far field of the laser beam 7 can also be imaged or detected on the same detector 16 or possibly on a further detector.
  • the device 15 may for example be modified in a manner which will be described below with reference to FIGS. 5a-c.
  • a beam splitter device 27 in the beam path of the focused partial beams 13a, 13b in front of the focal plane 23 of the focusing lens 21, a beam splitter device 27 in the form of a partially transmissive element for splitting the radiation intensity of both partial beams 13a, 13b onto a first and a second observation beam path 26a, 26b arranged.
  • the first observation beam path 26a coincides with the beam path shown in FIG. 3b and serves to image the near field of the laser beam 7 onto the detector 16.
  • the second observation beam path 26b leads the two partial beams 13a ', 13b' via a partially transmissive optical element 24 to a further diaphragm 23 ', at which the second partial beam 13b' of the second observation beam path 26b is blocked.
  • the blocking of the second partial beam 13 b ' can also be dispensed with, since the two partial beams 13 a', 13 b 'of the second observation beam path 26 b on the
  • Detector 16 are separated.
  • the first partial beam 13a 'of the second observation beam path 26b is deflected via an additional deflection mirror 29 to an imaging optical unit 28 in the form of a further lens and the focus F a of the first partial beam 13a' of the second observation beam path 26b becomes from this further Lens 28 through the beam splitter device 27 through the detector 16 shown.
  • an image of the first partial beam 13a 'of the second observation beam path 26b can be made past the beam splitter device 27, as shown in FIG. 5b. In this case, on the further
  • Be deflecting mirror 29 of Fig. 5a are omitted. It is also possible to make the image of the first partial beam 13a 'past the beam splitter device 27 by the further one in the device 15 shown in Fig. 5a
  • Focusing lens 21 to be moved.
  • the image of the first partial beam 13a 'of the second observation beam path 26b is not behind, but in front of the beam splitter device 27th
  • Fig. 5c shows an embodiment of the device 15, in which a focusing mirror 28 'serves as imaging optics.
  • Observation beam path 26b are in this case reflected back from the partially transmissive optical element 24, which is aligned perpendicular to the propagation direction of the two partial beams 13a ', 13b', to the beam splitter device 27 and a respective radiation portion of the partial beams 13a ', 13b' becomes front side of the beam splitter element 24 in the direction of the focusing mirror 28 'deflected or reflected.
  • Observation beam path 26b are reflected back to the focusing mirror 28 ', thereby focused and again pass through the beam splitter element 24 and hit the detector 16.
  • the two partial beams 13a', 13b 'thus pass through the beam splitter in the example shown in Fig. 5c Element 27 a total of three times.
  • no filtering of one of the two partial beams 13a ', 13b' of the second observation beam path 26b was carried out, since this is not absolutely necessary. It is understood that also in the devices 15 shown in Fig. 5a, b on the optical filtering in second observation Strahlang 26b can be omitted.
  • the two partial beams 13a ', 13b' by means of one or more deflecting mirror on the focusing mirror 28 '
  • the structure of the device 15 shown in Fig. 5c is characterized by its high compactness and ease of handling.
  • devices 15 can thus both the near field of the laser beam 7 as well as its far field on the detector 16th
  • the image of the near field and the image of the far field are offset from each other on the detector 16 are mapped.
  • the angular distribution, in particular the divergence, of the laser beam 7 in the plane of the plane plate 12 can be monitored.
  • the beam path between the further lens 28 or the focusing mirror 28 'and the focus F a can be achieved by a displacement of the further deflection mirror 29, the partially transmissive optical element 24 or possibly further deflection mirrors to be changed.
  • a possibly occurring change in the focal position of the imaged partial beam 13a 'in the propagation direction, ie perpendicular to the focal plane 23, can be detected and a change in the divergence of the laser beam 7 can be concluded.
  • both the partial beams 13a, b of the first observation beam path 26a and the partial beams 13a ', b' of the second are provided on the beam splitter device 27
  • the beam splitter device 27 is formed of a transparent material for the laser beam 7 and on the second side 30b with a reflective coating 31st Mistake.
  • the first side 30a and the second side 30b of the beam splitter device 27 include a comparatively large wedge angle ⁇ , which is typically on the order of degrees and thus significantly greater than the wedge angle ⁇ . so that the two observation beam paths 26a, 26b under significantly different Angles are reflected and on two adjacently arranged detectors 16, 16 'meet.
  • a diaphragm 23, 23 ' is arranged in each case in order to hide the respective second component beam 13b, 13b'. It is understood that in the device 15 of FIG. 6 the two observation beam paths 26a, 26b can also encounter a common detector and that in the device 15 of FIG. 5 two detectors can be provided to detect the near field and the far field separately ,
  • the reflective coating 31 b of the beam splitter device 27 is formed as a polarization-selective layer, ie the reflective coating 31 b reflects only one polarization direction (eg s-polarization) of the incident partial beams 13 a, 13 b.
  • a (reflective) coating 31 a attached, which reflects a polarization direction (eg p-polarization), which is orthogonal to the direction of the second coating 31 b polarization direction.
  • a polarization direction eg p-polarization
  • different polarization directions of the laser beam 7 can be monitored separately from one another on the two detectors 16, 16 '.
  • one or two coatings 31 a, 31 b can be applied to the beam splitter device 27, which are selective for other properties of the laser beam 7.
  • a wavelength-selective coating 31a, b can be applied to one or both sides 30a, b of the beam splitter device 27 in order to suppress certain wavelength components of the laser beam 7.
  • the fundamental wavelength ⁇ of the laser beam 7 superimposed wavelengths can be detected separately if necessary.
  • the material of the beam splitter device 27 may have a thickness sufficient to spatially separate the two reflected sub-beams 13a, 3b of the first observation beam path 26a from the two two partial beams 13a ', 13b' of the second
  • the parameters of the laser beam 7 determined during the beam analysis of the laser beam 7 can be transmitted to a control or regulating device which acts on the driver laser arrangement 11 or on further components, for example optical elements, in the beam guide 5 of the laser beam 7 to generate a laser beam 7 with parameters optimized for generation of the EUV radiation in the target area T.
  • the device 15 can be arranged not only behind the third amplifier 4c of the amplifier arrangement 3, but also between in each case two of the optical amplifiers 4a, 4b, 4c, between the first optical amplifier 4a and the beam source 2 or in the beam-guiding device 5.
  • a plurality of the devices 15 described above may be used to monitor the laser beam 7 at different positions on its way to the target area T.
  • monitoring of the laser beam 7 can be carried out in real time, without the occurrence of interference fringes in the images of the laser beam 7 recorded by the detector 16

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, umfassend: eine Treiberlaseranordnung mit einer Strahlquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls (7) und mit einer Verstärkeranordnung zur Verstärkung des Laserstrahls (7), sowie eine Einrichtung (15) zur Überwachung des Laserstrahls (7), umfassend: ein transmittierendes optisches Element (12), insbesondere eine Planplatte, dessen Normalenrichtung (12a) zur Strahlachse (7a) des Laserstrahls (7) unter einem Kippwinkel (ß) ausgerichtet ist, sowie einen ortsauflösenden Detektor (16) zur Erfassung von an dem optischen Element (12) rückreflektierter Laserstrahlung (13a, 13b). Das optische Element (12) weist eine erste Seite (14a) und eine zweite Seite (14b) auf, die unter einem Keilwinkel zueinander ausgerichtet sind und durch die der Laserstrahl (7) hindurch tritt, wobei die erste Seite (14a) einen ersten Teilstrahl (13a) und die zweite Seite (14b) einen zweiten Teilstrahl (13b) des einfallenden Laserstrahls (7) reflektiert. Die Einrichtung (15) weist einen optischen Filter (20) auf, der einen der beiden reflektierten Teilstrahlen (13b) am Erreichen des Detektors (16) hindert. Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Verfahren zum Überwachen eines Laserstrahls (7).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Laserstrahls
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die eine Treiberlaseranordnung mit einer Strahlquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls sowie mit einer
Verstärkeranordnung zur Verstärkung des Laserstrahls aufweist. Die Vorrichtung umfasst auch eine Einrichtung zur Überwachung des Laserstrahls, die ein den Laserstrahl transmittierendes optisches Element, insbesondere eine Planplatte, umfasst, dessen Normalenrichtung zur Strahlachse des Laserstrahls unter einem Kippwinkel ausgerichtet ist, sowie einen ortsauflösenden Detektor zur Erfassung von an dem optischen Element rückreflektierter Laserstrahlung. Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Verfahren zur Überwachung eines Laserstrahls. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in Form einer EUV-Lichtquelle ist aus der WO 2010/059210 A2 bekannt geworden. Bei dieser Vorrichtung wird ein
Überwachungs-Laserstrahl zur Prüfung der Ausrichtung von optischen Komponenten an einer unter einem Winkel zu dem Überwachungs-Laserstrahl ausgerichteten Planplatte reflektiert und mittels eines Detektors erfasst. Die Wellenlänge des
Überwachungs-Laserstrahls unterscheidet sich von der Wellenlänge eines weiteren Laserstrahls, typischer Weise eines CO2-Laserstrahls, der von Planplatte transmittiert wird, die ein Fenster in einer Vakuum-Kammer bildet.
An einer Planplatte, die verkippt in den Strahlengang eingebracht wird, wird typischer Weise auch bei einem Laserstrahl, der von der Planplatte transmittiert wird, ein geringer Anteil der auftreffenden Strahlungsleistung an einen Ort außerhalb des Strahlengangs reflektiert. Hierbei wird die Laserstrahlung nicht nur von einer Seite der Planplatte zurück reflektiert, vielmehr reflektieren beide Seiten der Planplatte jeweils einen Teilstrahl des einfallenden Laserstrahls. Es hat sich gezeigt, dass es bei der Überwachung bzw. der Analyse eines Laserstrahls durch die Beobachtung der an einem transmissiven optischen Element reflektierten Laserstrahlung auf einem ortsauflösenden Detektor, beispielsweise einer Kamera, zu Interferenzstreifen in den aufgenommenen Bildern kommt, so dass ggf. nur noch wenige Details des auf den Detektor abgebildeten Strahlquerschnitts des zu überwachenden Laserstrahls zu erkennen sind.
Zur Vermeidung von derartigen Interferenzstreifen kann der Unterschied zwischen den Reflexionsgraden der beiden Seiten der Planplatte erhöht werden,
beispielsweise indem auf eine der Seiten eine reflektierende Beschichtung
aufgebracht wird. Insbesondere bei Laserstrahlen mit hoher Laserleistung von z.B. mehreren Kilowatt, wie sie von einer Treiberlaseranordnung erzeugt werden, darf die Reflektivität einer solchen Beschichtung jedoch nicht zu groß gewählt werden.
Zudem kann ein an einer der beiden Seiten reflektierter Teilstrahl, dessen Leistung nur wenige Prozent der Leistung des an der anderen Seite reflektierten Teilstrahls aufweist, bereits zu deutlich sichtbaren Interferenzstreifen führen. Alternativ kann versucht werden, die Interferenzstreifen in den aufgenommenen Bildern mit Hilfe von numerischen Bildbearbeitungsalgorithmen zu entfernen, was jedoch in der Regel nicht vollständig gelingt.
Aus der DE 10 201 1 007 176 A1 der Anmelderin sind eine Vorrichtung zur
Fokussierung eines Laserstrahls auf ein Werkstück und ein Verfahren zum
Überwachen einer Laserbearbeitung bekannt geworden, bei denen ein unter einem Kippwinkel zur Strahlachse des Laserstrahls im konvergenten Strahlengang des Laserstrahls angeordnetes transmissives optisches Element in Form einer Planplatte sowie ein ortsauflösender Detektor vorgesehen sind, um an dem transmissiven optischen Element zurück reflektierte Laserstrahlung zu erfassen. Dem Detektor sind Mittel zur Unterscheidung von an einer ersten Seite des optischen Elements rückreflektierter Laserstrahlung von an einer zweiten Seite des optischen Elements rückreflektierter Laserstrahlung zugeordnet. Bei den Mitteln kann es sich um eine Bildauswerteeinrichtung oder um eine Blende handeln, welche die von einer der Seiten des transmissiven optischen Elements rückreflektierte Laserstrahlung ausblendet.
In der DE 10 2007 053 632 A1 ist ein Verfahren zur koaxialen Strahlanalyse an optischen Systemen beschrieben, bei dem an einer lotrecht zum Hauptstrahl befindlichen optischen Fläche ein definierter Prozentsatz des Strahles koaxial oder unter einem geringen Winkel rückreflektiert wird. Der rückreflektierte Teilstrahl wird durch einen Strahlteiler vom Hauptstrahl separiert, wo er zur Strahlanalyse zur Verfügung steht. Das optische Element mit der rückreflektierenden Oberfläche kann einen Keilwinkel aufweisen, um die Reflexion der beiden Oberflächen bildseitig trennen zu können;
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art und ein Verfahren zur Überwachung eines Laserstrahls derart weiterzubilden, dass die Überwachung des Laserstrahls ohne störende Interferenzstreifen erfolgen kann. Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der das optische Element eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, die unter einem Keilwinkel zueinander ausgerichtet sind und durch die der Laserstrahl hindurch tritt, wobei die erste Seite einen ersten Teilstrahl und die zweite Seite einen zweiten Teilstrahl des einfallenden Laserstrahls reflektiert. Die Einrichtung weist einen optischen Filter auf, der einen der beiden reflektierten Teilstrahlen am
Erreichen des Detektors hindert.
Das optische Element ist typischer Weise im kollimierten Strahlengang des
Laserstrahls angeordnet. Durch den in der Regel sehr kleinen Keilwinkel zwischen der ersten Seite, durch welche der Laserstrahl in das optische Element eintritt, und der zweiten Seite, durch welche der Laserstrahl aus dem optischen Element austritt, werden die beiden Teilstrahlen in sich geringfügig unterscheidende Richtungen reflektiert, so dass die beiden Teilstrahlen durch einen optischen Filter voneinander getrennt werden können. Die optische Filterung kann beispielsweise in einer Ebene erfolgen, in der die unterschiedlichen Winkel bzw. die unterschiedlichen Richtungen der Laserstrahlen, die in der Ebene des optischen Elements erzeugt werden, in eine Ortsverteilung umgewandelt wurden, d.h. es kann eine optische Filterung im Fourier- Raum erfolgen.
Typischer Weise wird die Ebene, in welcher das transmittierende optische Element angeordnet ist (Objektebene) mittels einer Abbildungsoptik auf eine Bildebene des Detektors (z.B. CCD-Chip) abgebildet. Die optische Filterung kann in diesem Fall beispielsweise in der Abbildungsoptik vorgenommen werden. Der Kippwinkel, unter dem die Normalenrichtung des transmittierenden optischen Elements zur
Strahlachse des Laserstrahls ausgerichtet ist (und welcher dem Einfallswinkel des Laserstrahls auf das optische Element entspricht), ist groß genug, um die
reflektierten Teilstrahlen aus dem Strahlengang des Laserstrahls auszukoppeln und liegt typischer Weise bei mehr als 10°, beispielsweise bei ca. 20°. Der einfallende Laserstahl und die beiden reflektierten Teilstrahlen bilden eine gemeinsame Ebene in welcher der Kippwinkel verläuft. Der Keilwinkel des optischen Elements verläuft typischer Weise nicht in der Ebene des Kippwinkels.
Bevorzugt beträgt der Keilwinkel weniger als 10 mrad, insbesondere weniger als 5 mrad. Das transmittierende optische Element sollte einen möglichst geringen Einfluss auf den transmittierten Laserstrahl haben. Dies ist bei einer vollständig planen Platte (ohne Keilwinkel) der Fall, da diese keine Brechkraft aufweist und bei entsprechend geringer Dicke lediglich einen minimalen lateralen Versatz des Laserstrahls bewirkt. Durch den Keilwinkel mit Werten im oben angegebenen Bereich erfährt der Laserstrahl beim Durchtritt durch das optische Element nur eine vernachlässigbar kleine Ablenkung, die bei der Ausrichtung der im Strahlengang nachfolgenden optischen Elemente - falls erforderlich - problemlos berücksichtigt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist der optische Filter eine
Fokussiereinrichtung zur Fokussierung der reflektierten Teilstrahlen auf und im Bereich einer Brennebene bzw. in der Brennebene der Fokussiereinrichtung ist ein Separationselement zur Separation der beiden Teilstrahlen angeordnet. Aufgrund des vergleichsweise kleinen Keilwinkels des optischen Elements kommt es nur zu einer minimalen Abweichung zwischen den Ausfallsrichtungen der reflektierten Teilstrahlen, d.h. diese entfernen sich nur sehr langsam voneinander und bleiben über eine lange Strecke räumlich überlagert. Die beiden mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf die Fokussiereinrichtung auftreffenden Laserstrahlen werden an unterschiedliche Orte in der Brennebene der Fokussiereinrichtung fokussiert. In der Brennebene können die beiden Teilstrahlen auf besonders einfache Weise voneinander separiert werden, beispielsweise indem einer der beiden Teilstrahlen z.B. mittels eines als Separationselement wirkenden Spiegels umgelenkt wird, so dass der umgelenkte Teilstrahl nicht auf den Detektor trifft. Nach der Brennebene wird der zum Detektor durchgelassene Teilstrahl wieder größer und erzeugt auf dem Detektor ein Bild des Laserstrahls ohne Interferenzstreifen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Separationselement als Blende ausgebildet, welche einen der beiden Teilstrahlen blockiert. Durch eine in der Brennebene oder in der Nähe der Brennebene angeordnete Blende können die beiden Teiistrahien separiert werden, indem einer der beiden Teilstrahlen blockiert wird. Bei der Blende kann es sich um eine Lochblende, eine Schlitzblende oder um eine einseitige Blende handeln, d.h. um eine Blende, die nur auf einer Seite des reflektierten Teilstrahls angeordnet ist.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Fokussiereinrichtung eine (Sammel-)Linse oder ist als (Sammel-)Linse ausgebildet. Die reflektierten, kollimierten Teilstrahlen treffen mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf die Linse und werden daher an unterschiedlichen Orten in der Brennebene der Linse fokussiert. Die Linse kann gleichzeitig als Abbildungsoptik zur Abbildung der Ebene mit dem transmittierenden optischen Element auf die Bildebene im Detektor dienen. Die Linsenform sollte so gewählt werden, dass die Aberrationen bei der Abbildung möglichst gering sind. Bei der Linse kann es sich beispielsweise um eine bikonvexe Linse handeln. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Linse eine vergleichsweise große Brennweite von mehr als beispielsweise 50 mm, ggf. von mehr als 100 mm aufweist, um
Aberrationen bei der Abbildung möglichst gering zu halten. Bei der Linse kann es sich auch um eine Meniskuslinse handeln, die in der Regel eine Brennweite von ca. 100 mm oder mehr, bevorzugt von ca. 200 mm oder mehr aufweisen sollte. Bei einer Ausführungsform weisen die beiden Foki der Teilstrahlen in der
Brennebene einen Abstand A auf, der dem X-Fachen des Durchmessers der Foki in der Brennebene entspricht, wobei gilt: X > 2, bevorzugt X > 5. Der Abstand A zwischen den beiden Foki entspricht somit mindestens dem Doppelten, bevorzugt mindestens dem Fünffachen des Durchmessers eines der beiden Foki in der Brennebene, d.h. es gilt: A > X * D mit X > 2, bevorzugt mit X > 5. Der Abstand A zwischen den beiden Foki wird zwischen den Mittelpunkten bzw. zwischen den Zentren der beiden Foki gemessen. Die Durchmesser D der beiden Foki in der Brennebene sind typischer Weise gleich groß. Bei einer bevorzugten Weiterbildung gilt für den Keilwinkel γ, die Wellenlänge λ des Laserstrahls, den Brechungsindex n des transmissiven optischen Elements, den Strahlradius wL des Laserstrahls auf der Linse, die Beugungsmaßzahl M2 des Laserstrahls und das X-Fache des Durchmessers D der Foki in der Brennebene die folgende Beziehung: γ > Χ λ / π 2 / (η wL). Wie üblich bezeichnet n den Realteil des komplexen Brechungsindexes des Materials des transmissiven optischen Elements bei der Wellenlänge λ des transmittierten Laserstrahls. Das Produkt M2 λ / π wird in der Literatur auch als Strahlparameterprodukt (SPP) bezeichnet. Für den
Durchmesser D des Fokus in der Brennebene einer Linse mit Brennweite f gilt in paraxialer Näherung für einen großen, kollimierten Laserstrahl: D = 2 f / WL λ / π M2. Für die Separation bzw. den Abstand A der beiden Foki in der Brennebene gilt: A = f 2 n γ. Aus dem Kriterium für die Separierbarkeit der beiden Teilstrahlen: A > X * D ergibt sich die oben angegebene Beziehung, die unabhängig von der Brennweite f der Linse ist.
Bevorzugt erfüllen das X-Fache des Durchmessers der bzw. eines der Foki in der Brennebene und der Keilwinkel folgende Bedingung: γ > X * 0, 18 mrad
(entsprechend γ > X * 0,6 arcmin). Diese Bedingung ergibt sich aus obiger Gleichung für eine Wellenlänge λ des Laserstrahls von 10,6 μιη (C02-Laserstrahl), eine
Strahlgröße wL = 8 mm, M2 = 1 und n = 2,4 als Brechungsindex des Materials des transmissiven optischen Elements (beispielsweise ZnSe).
Bei einer weiteren Ausführungsform ist im Strahlengang der fokussierten Teilstrahlen vor der Brennebene oder nach der Brennebene eine Strahlteiler-Einrichtung zur Aufteilung der Strahlungsintensität beider Teilstrahlen in einen ersten und einen zweiten Beobachtungsstrahlengang angeordnet. In diesem Fall kann beispielsweise in dem ersten Beobachtungsstrahlengang wie oben beschrieben einer der beiden Teilstrahlen in der Brennebene mit Hilfe des Separationselements separiert bzw. blockiert werden, während der zweite Teilstrahl den Detektor erreicht. Der zweite Beobachtungsstrahlengang kann beispielsweise dazu genutzt werden, um die Teilstrahlen einem schnellen Leistungsdetektor, beispielsweise einem
pyroelektrischen Leistungsdetektor, zuzuführen. Für die Beobachtung sowohl des Nahfeldes als auch des Fernfeldes des Laserstrahls ist es günstig, wenn die
Strahlteiler-Einrichtung vor der Brennebene angeordnet ist. Ist die Strahlteiler- Einrichtung nach der Brennebene angeordnet, wird typischer Weise mit beiden Beobachtungsstrahlengängen das Nahfeld des Laserstrahls beobachtet. Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist im zweiten
Beobachtungsstrahlengang eine Abbildungsoptik zur Abbildung des von der
Fokussiereinrichtung erzeugten Fokus eines Teilstrahls oder der Foki beider
Teilstrahlen auf den Detektor oder auf einen weiteren Detektor angeordnet. Der andere Teilstrahl des zweiten Beobachtungsstrahlengangs kann wie beim ersten Beobachtungsstrahlengang in der Brennebene blockiert bzw. separiert werden, um Artefakte zu vermeiden. Die optische Filterung bzw. die Separierung der beiden Teilstrahlen ist in diesem Fall jedoch nicht zwingend erforderlich, da zwei Foki bzw. Fokuspunkte vorhanden sind, die abgebildet werden und sich in der Regel nicht überlappen. Wenn die Abbildung des Fokus(punkts) bzw. der Fokus(punkte) mittels des zweiten Beobachtungsstrahlengangs auf ein- und denselben Detektor erfolgt, so trifft der bzw. treffen die abgebildete(n) Teilstrahl(en) des zweiten
Beobachtungsstrahlengangs an einem anderen Ort auf den Detektor als der abgebildete Teilstrahl des ersten Beobachtungsstrahlengangs. In diesem Fall ist an ein- und demselben Detektor (versetzt zueinander) sowohl das Fernfeld als auch das Nahfeld des Laserstrahls detektierbar. Bei der Abbildungsoptik kann es sich um eine Linse oder beispielsweise um einen fokussierenden Spiegel handeln.
Um die Verschiebung der Fokuslage in Ausbreitungsrichtung des Teilstrahls aus der Brennebene heraus detektieren und auf diese Weise ggf. Divergenzänderungen des Laserstrahls messen zu können, ist es günstig, wenn nicht nur die Brennebene selbst, sondern auch Ebenen in der Nähe der Brennebene auf den Detektor abgebildet werden können. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Strahlweg des zweiten Beobachtungsstrahlengangs zwischen der Abbildungsoptik und der Brennebene verlängert oder verkürzt wird, was beispielsweise durch das
Verschieben von im zweiten Beobachtungsstrahlengang angeordneten
Umienkspiegeln erreicht werden kann. Die Brennweite der Abbildungsoptik entspricht typischer Weise im Wesentlichen dem Abstand zwischen der Abbildungsoptik und der Brennebene der Fokussiereinrichtung.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Vorrichtung ausgelegt, den Teilstrahl oder die Teilstrahlen des zweiten Beobachtungsstrahlengangs durch die Strahlteiler- Einrichtung hindurch auf den Detektor oder einen weiteren Detektor abzubilden. In diesem Fall ist die Strahlteiler-Einrichtung typischer Weise als transmissives optisches Element ausgebildet, an dessen typischer Weise parallelen Seiten ein erster Anteil der Strahlungsleistung reflektiert und ein zweiter Anteil transmittiert wird. Der transmittierte Anteil der Strahlungsleistung kann beispielsweise über
Umlenkspiegel zu der Strahlteiler-Einrichtung zurück gelenkt werden, so dass diese von dem transmittierten Strahlungsanteil ein zweites Mal durchlaufen wird. Auf diese Weise kann der nicht blockierte Teilstrahl bzw. die beiden Teilstrahlen des zweiten Beobachtungsstrahlengangs im Wesentlichen parallel zum nicht blockierten
Teilstrahl des ersten Beobachtungsstrahlengangs auf den Detektor abgebildet werden.
Bei einer weiteren Weiterbildung weist die Strahlteiler-Einrichtung eine erste Seite zur Reflexion der beiden Teilstrahlen des ersten Beobachtungsstrahlengangs und eine zweite Seite zur Reflexion der beiden Teilstrahien des zweiten
Beobachtungsstrahlengangs auf. Die Separation der beiden
Beobachtungsstrahlengänge an der Strahlteiler-Einrichtung kann in diesem Fall beispielsweise dadurch erfolgen, dass die erste Seite und die zweite Seite der Strahlteiler-Einrichtung unter einem Keilwinkel zueinander angeordnet sind und/oder dadurch, dass der Abstand zwischen den beiden Seiten der Strahlteiler-Einrichtung so groß gewählt ist, dass die an der jeweiligen Seite reflektierten Teilstrahlen einen ausreichenden Abstand voneinander aufweisen, so dass diese räumlich so weit separiert sind, dass diese auf dem Detektor oder auf einem weiteren Detektor getrennt voneinander detektiert werden können. Typischer Weise sind für das Blockieren eines jeweiligen Teilstrahls der Beobachtungsstrahlengänge jeweils unterschiedliche Separationselemente, beispielsweise unterschiedliche (Loch- elenden erforderlich, sofern im zweiten Beobachtungsstrahlengang überhaupt eine optische Filterung erfolgt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist mindestens eine Seite der Strahlteiler- Einrichtung eine Beschichtung zur Veränderung mindestens einer optischen
Eigenschaft der beiden reflektierten Teilstrahlen des ersten oder des zweiten
Beobachtungsstrahlengangs auf. Die Beschichtung(en) dienen dazu,
unterschiedliche Eigenschaften des Laserstrahls auf dem Detektor auswerten zu können. Bei der bzw. den Beschichtung(en) kann es sich beispielsweise um polarisationsselektive Beschichtungen handeln, welche die Polarisationsrichtung der Teilstrahlen verändert oder ggf. nur eine Polarisationsrichtung (z.B. den s- polarisierten Strahlungsanteil oder der p-polarisierten Strahlungsanteil) reflektiert. Bei der bzw. den Beschichtung(en) kann es sich auch um wellenlängenselektive
Beschichtungen handeln. Beispielsweise kann eine wellenlängenselektive
Beschichtung Wellenlängen im Bereich der Grund-Wellenlänge des Laserstrahls blockieren, so dass nur Strahlung mit dem Laserstrahl ggf. überlagerten
Wellenlängen an der Beschichtung reflektiert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich eine
Vakuum-Kammer, in der zur Erzeugung von EUV-Strahlung ein Target-Material in einem Zielbereich anordenbar ist, sowie eine Strahlführungs-Einrichtung zur Führung des Laserstrahls von der Treiberlasereinrichtung in Richtung auf den Zielbereich. Die Strahlführungseinrichtung führt den Laserstrahl zu einem fokussierenden Element bzw. zu einer Fokussieranordnung, welche dazu dient, den Laserstrahl in einem Zielbereich zu fokussieren. In dem Zielbereich wird ein Target-Material (z.B. Zinn) bereitgestellt, welches bei der Bestrahlung mit dem Laserstrahl in einen Plasma- Zustand übergeht und hierbei EUV-Strahlung emittiert. Die Vorrichtung dient somit der Erzeugung von EUV-Strahlung bzw. ist als EUV-Lichtquelle ausgebildet.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung eines Laserstrahls, der durch eine erste Seite und eine zweite, zur ersten unter einem Keilwinkel
ausgerichtete Seite eines transmittierenden optischen Elements, insbesondere einer Planplatte, hindurchtritt, wobei eine Normalenrichtung des optischen Elements zur Strahlachse des Laserstrahls unter einem Kippwinkel ausgerichtet ist, das Verfahren umfassend: Reflektieren eines ersten Teilstrahls des einfallenden Laserstrahls von der ersten Seite des optischen Elements; Reflektieren eines zweiten Teilstrahls des einfallenden Laserstrahls von der zweiten Seite des optischen Elements; Blockieren eines der beiden Teilstrahlen vor dem Erreichen eines Detektors durch optisches Filtern, sowie Aufnehmen eines Bildes des Laserstrahls mit dem Detektor, auf den der nicht blockierte Teilstrahl auftrifft. Das Verfahren kann insbesondere zur Strahlanalyse eines Laserstrahls genutzt werden, der von einer Treiberlaseranordnung erzeugt wird, die wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Ein solcher Laserstrahl weist typischer Weise eine hohe Strahlungsleistung auf, die beispielsweise bei mehr als 10 Kilowatt liegen kann. Das optische Element kann am Ausgang der Verstärkeranordnung der
Treiberlaseranordnung angeordnet sein, um den verstärkten Laserstrahl zu analysieren bzw. zu überwachen, es ist aber auch möglich, das optische Element im Strahlengang zwischen einzelnen Verstärkerstufen der Verstärkeranordnung oder an einem anderen Ort innerhalb der Strahlungsführungs-Einrichtung anzuordnen, um den Laserstrahl zu überwachen. Es versteht sich, dass auch zwei oder mehr transmittierende optische Elemente im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet werden können, um den Laserstrahl auf die oben beschriebene Weise zu
überwachen. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der
Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine stark schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung von EUV-Strahlung,
Fig. 2 eine Darstellung einer Planplatte, welche einen Keilwinkel aufweist, sowie von zwei an den Seiten der Planplatte reflektierten Teilstrahlen, Fign. 3a-c Darstellungen von Einrichtungen zur Überwachung des Laserstrahls, die eine Planplatte gemäß Fig. 2 sowie einen Detektor und einen optischen Filter aufweisen, Fig. 4a-c Darstellungen der Foki der beiden reflektierten Teilstrahlen in einer Brennebene einer Linse ohne und mit einer Loch-Blende bzw. einer einseitigen Blende zum Blockieren eines der Teilstrahlen, Fig. 5a-c drei Darstellungen von Details einer Einrichtung analog zu Fig. 3b,
welche eine Strahlteiler-Einrichtung zur Aufteilung der
Strahlungsintensität der beiden Teilstrahlen aufweisen, um sowohl das Nahfeld als auch das Fernfeld des Laserstrahls auf dem Detektor abzubilden, sowie
Fig. 6 eine Darstellung analog Fig. 5 mit einer keilförmigen Strahlteiler- Einrichtung, welche zwei polarisationsselektive Beschichtungen aufweist.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw.
funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt stark schematisch eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung von EUV-Strahlung, welche eine Strahlquelle 2, eine Verstärkeranordnung 3 mit drei optischen
Verstärkern bzw. Verstärkerstufen 4a, 4b, 4c, eine nicht näher dargestellte
Strahlführungseinrichtung 5 sowie eine Fokussierlinse 6 aufweist. Die Fokussierlinse 6 dient dazu, einen von der Strahlquelle 2 erzeugten und von der
Verstärkeranordnung 3 verstärkten Laserstrahl 7 an einem Zielbereich T zu fokussieren, an dem ein Target-Material 8 eingebracht ist. Das Target-Material 8 geht bei der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 7 in einen Plasma-Zustand über und emittiert hierbei EUV-Strahlung, die mittels eines Kollektorspiegels 9 fokussiert wird.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel weist der Kollektorspiegel 9 eine Öffnung zum Durchtritt des Laserstrahls 7 auf und die Fokussierlinse 6 trennt eine Vakuum- Kammer 10, in welcher das Target-Material 8 angeordnet ist, von der
Strahlführungseinrichtung 5. Die Strahlquelle 2 weist im gezeigten Beispiel zwei C02- Laser auf, um einen Vor-Puls und einen Haupt-Puls zu erzeugen, die gemeinsam in der Verstärkeranordnung 3 verstärkt und auf das Target-Material 8 fokussiert werden. Die Strahlquelle 2 bildet gemeinsam mit der Verstärkeranordnung 3 eine Treiberlaseranordnung 1 1 der Vorrichtung 1 , die im gezeigten Beispiel eine EUV- Lichtquelle bildet.
Im gezeigten Beispiel liegt die Laserleistung P0 des Laserstrahls 7 am Ausgang der Verstärkeranordnung 3, d.h. nach der dritten Verstärkerstufe 4c, bei mehr als ca. 10 Kilowatt. Um an dem Laserstrahl 7 eine Strahlanalyse durchzuführen, ist es erforderlich, einen geringen Anteil der Strahlungsleistung aus dem Strahlengang des Laserstrahls 7 auszukoppeln, der beispielsweise in der Größenordnung von mehreren Watt liegen kann. Zu diesem Zweck kann ein plattenförmiges optisches Element 12 (Planplatte) in den Strahlengang des Laserstrahls 7 eingebracht werden, welches wie in Fig. 2 ausgebildet ist.
Die in Fig. 2 gezeigte Planplatte 12 ist aus einem für den Laserstrahl 7 bei einer Laser-Wellenlänge λ von 10,6 Mm transparenten Material gebildet. Bei dem Material kann es sich beispielsweise um Zinkselenid oder Diamant handeln, welches einen Brechungsindex n von ca. 2,4 für die Laser-Wellenlänge λ aufweist. Die Planplatte 12 weist eine erste Seite 14a und eine der ersten gegenüber liegende zweite Seite 14b auf, durch die der Laserstrahl 7 hindurch tritt, der bei der Darstellung in Fig. 2 von rechts nach links verläuft. Die erste Seite 14a und die zweite Seite 14b sind unter einem Keiiwinkel γ zueinander ausgerichtet, der im gezeigten Beispiel sehr klein ist (γ < 10 mrad, bevorzugt < 5 mrad) und der in Fig. 2 zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt ist. Die beiden Seiten 14a, 14b der Planplatte 12 sind somit nahezu parallel zueinander ausgerichtet, so dass trotz des Keilwinkels γ die Bezeichnung des optischen Elements als Planplatte 12 zutreffend ist.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel tritt der Laserstrahl 7 senkrecht durch die erste Seite 14a des plattenförmigen optischen Elements 12 hindurch. Ein geringer Anteil der Strahlungsleistung des Laserstrahls 7 wird an der ersten Seite 14a als erster Teilstrahl 13a zurück reflektiert und verläuft entgegen der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 7 zurück. Der Laserstrahl 7 tritt an der gegenüber liegenden zweiten Seite 14b des plattenförmigen optischen Elements 12 aus, wobei ein geringer Teil der Strahlungsleistung an der zweiten Seite 14b als zweiter Teilstrahl 13b in das plattenförmige optische Element 12 zurück reflektiert wird. Der zweite Teilstrahl 13b verläuft in dem Material des plattenförmigen optischen Elements 12 unter dem doppelten Keilwinkel 2 γ relativ zum ersten reflektierten Teilstrahl 13a.
Beim Durchtritt durch die erste Seite 14a des plattenförmigen optischen Elements 12 erfährt der zweite Teilstrahl 13b eine Brechung und verläuft unter einem Winkel α relativ zum ersten Teilstrahl 13a, wobei gilt: n sin (2 γ) = sin (a). Für kleine Winkel γ folgt daraus: α = 2 n γ. Für die Separation s, d.h. für den Abstand zwischen den beiden Teilstrahlen 13a, 13b gilt: s = L / a, wobei L den Gangunterschied zwischen den beiden Teilstrahlen 13a, 13b bezeichnet. Treffen beide Teilstrahlen 13a, 13b zur Strahlanalyse auf einen in Fig. 3a-c gezeigten Detektor 16 einer Einrichtung 15 zur Überwachung des Laserstrahls 7, so entstehen in dem von dem Detektor 16 aufgenommenen Bild Interferenzstreifen mit einem Abstand, welcher ungefähr der Separation s der Teilstrahlen 13a, 13b von Fig. 2 entspricht. Um das Auskoppeln der Teilstrahlen 13a, 13b aus dem Laserstrahl 7 zu
ermöglichen, ist die Normalenrichtung des plattenförmigen optischen Elements 12 unter einem Kippwinkel ß relativ zur Strahlachse 7a des Laserstrahls 7 ausgerichtet, der in den gezeigten Beispielen bei ß = ca. 20° liegt, aber auch größer oder kleiner sein kann. Der Kippwinkel ß entspricht dem Einfallswinkel des Laserstrahls 7a auf. das plattenförmige optische Element 12. Die Darstellung der Planpiatie 12 in Fig. 2 stellt einen Schnitt entlang der ZY-Ebene der in Fig. 3a-c gezeigten Einrichtung 15 dar. Der Kippwinkel ß liegt in der Zeichenebene (ZX-Ebene), in welcher der
Laserstrahl 7 und die reflektierten Teilstrahlen 13a, 13b verlaufen. Der Keilwinkel γ und der Kippwinkel ß liegen somit nicht in einer gemeinsamen Ebene. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, verläuft der Keilwinkel γ vielmehr in einer Ebene, die senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist und die senkrecht zur den praktisch parallelen Seiten 14a, 4b der Planplatte 12 verläuft. Eine Ausrichtung des Keilwinkels γ in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene ist aber nicht zwingend erforderlich, vielmehr kann die Ebene mit dem Keilwinkel γ zur Ebene mit dem Kippwinkel ß beliebig orientiert sein.
Die von der Planplatte 12 reflektierten Teilstrahlen 13a, 13b treffen in der Einrichtung 15 zunächst auf einen Umlenkspiegel 17 und danach auf ein teiltransmissives optisches Element 18, an dem ein Strahlungsanteil der Teilstrahlen 13a, 13b zu einem Leistungsdetektor 9 umgelenkt wird, der die Strahlungsleistung des auftreffenden Strahlungsanteils der Teilstrahlen 13a, 13b misst und überwacht. Um das Auftreten von Interferenzstreifen zu verhindern, weist die Einrichtung 15 zur Überwachung des Laserstrahls 7 einen optischen Filter 20 auf, der bei den in Fig. 3a bis Fig. 3c gezeigten Beispielen eine Sammellinse 21 und eine in der bildseitigen Brennebene 22 der Sammellinse 21 angeordnete Blende 23 aufweist, die in den gezeigten Beispielen als Lochblende ausgebildet ist, aber auch als Schlitzblende oder als einseitige Blende ausgebildet sein kann. Die beiden Teilstrahlen 13a, 13b treffen auf die Sammellinse 21 mit geringfügig unterschiedlichen Ausrichtungen und somit Einfallswinkeln auf (vgl. Fig. 2), was dazu führt, dass die beiden Teilstrahlen 13a, 13b an unterschiedliche Orte in der Brennebene 22 der Sammellinse 21 fokussiert werden, so dass diese in der Brennebene 22 separiert werden können, indem einer der beiden Teilstrahlen 13b blockiert wird, während der andere Teilstrahl 13a durch die Blende 23 hindurch tritt und auf den Detektor 16 trifft.
Bei den in Fig. 3a-c gezeigten Beispielen ist in der Einrichtung 15 zur Überwachung des Laserstrahls 7 ein weiteres teiltransmissives optisches Element 24 angeordnet, welches einen Strahlungsanteil der beiden Teilstrahlen 13a, 13b auf einen
pyroelektrischen Detektor 25 umlenkt. Die in Fig. 3a-c gezeigten Einrichtungen 15 unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass der erste Teiistrahl 13a, der von der Blende 23 durchgelassen wird, bei der in Fig. 3a gezeigten Einrichtung 15 koaxial zur Strahlachse 7a des Laserstrahls 7 verläuft, während in Fig. 3b und Fig. 3c der erste Teilstrahl 3a senkrecht zur Strahlachse 7a des Laserstrahls 7 auf den Detektor 16 trifft. Die in Fig. 3b und in Fig. 3c gezeigten Einrichtungen 15
unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch voneinander, dass bei der Einrichtung 15 von Fig. 3b die beiden Teilstrahlen 13a, 13b an einem teiltransmissiven optischen Element 24 zum Detektor 16 umgelenkt werden, während bei der in Fig. 3c gezeigten Einrichtung 15 die Umlenkung der beiden Teilstrahlen 13a, 13b zu dem Detektor 16 an einem weiteren Umlenkspiegel 17a erfolgt.
Fign. 4a-c zeigen beispielhaft die Brennebene 22 der Einrichtung 5 von Fig. 3a, wobei in Fig. 4a die beiden kreisförmigen Foki Fa, Fb der beiden Teilstrahlen 13a, 13b mit (identischem) Durchmesser D erkennbar sind, die in Y-Richtung, d.h. senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 3a, in einem Abstand A zueinander angeordnet sind. Fig. 4b zeigt die Brennebene 22 mit der dort positionierten Loch-Blende 23, welche den ersten Teilstrahl 3a zum Detektor 16 durchlässt, aber den zweiten Teilstrahl 13b blockiert. Alternativ zur in Fig. 4b gezeigten Lochblende 23 kann auch eine
Schlitzblende oder eine einseitige Blende 23 zum Blockieren des zweiten Teilstrahls 13b verwendet werden, wie dies in Fig. 4c dargestellt ist. Um die beiden Teilstrahlen 13a, 13b sauber voneinander trennen zu können, ist es günstig, wenn die beiden Foki Fa, Fb einen Abstand in der Brennebene 22 aufweisen, für den gilt: A > X * D, wobei X > 2, bevorzugt X > 5 ist.
Um dies zu erreichen, ist es im gezeigten Beispiel erforderlich, den optischen Filter 20, genauer gesagt den Radius WL der einfallenden Teilstrahlen 13a, 13b auf die Sammellinse 21 , den Keilwinkel γ und die Parameter des Laserstrahls 7
(Wellenlänge λ und Beugungsmaßzahl M2) geeignet aufeinander abzustimmen, wobei folgende Bedingung erfüllt sein sollte: γ > Χ λ / π Μ2 / (η wL).
Weist der Laserstrahl 7 wie im vorliegenden Beispeil eine Wellenlänge λ von 10,6 Mm auf, liegt der Strahlradius an der Linse 21 wL bei 8 mm, ist der Laserstrahl 7 beugungsbegrenzt (d.h. 2 = 1 ) und liegt der Brechungsindex n des Materials des transmissiven optischen Elements 12 bei n = 2,4, so ergibt sich aus obiger Formel die Bedingung γ > X * 0,18 mrad (bzw. γ > X * 0,6 arcmin), wobei X > 2 bzw. X > 5 gilt. Wird diese Bedingung bei den oben angegebenen Parameterwerten eingehalten, lassen sich die Teilstrahlen 13a, 13b in der Regel nahezu problemlos in der
Brennebene 22 separieren, so dass das Auftreten von Interferenzstreifen auf dem von dem Detektor 16 aufgenommenen Bild des Laserstrahls 7 vermieden werden kann.
Bei den in Fig. 3a-c gezeigten Beispielen dient die Sammellinse 21 auch dazu, den Laserstrahl 7 bzw. die Ebene mit der Planplatte 12 auf eine Bildebene auf dem Detektor 16, z.B. auf eine pyroelektrische Detektor-Matrix, abzubilden, d.h. die Sammellinse 21 dient als Abbildungsoptik. Der Abstand zwischen der Objektebene, in der die Planplatte 12 angeordnet ist, und der Sammellinse 21 sowie der Abstand zwischen der Sammellinse 21 und dem Detektor 16 sind typischer Weise so auf die Brennweite f der Sammellinse 21 abgestimmt, dass der Laserstrahl 7, genauer gesagt der Strahlquerschnitt des Laserstrahls 7, in verkleinertem Maßstab auf dem Detektor 16 abgebildet wird. Um Aberrationen zu vermeiden, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Brennweite f der Sammellinse 21 vergleichsweise groß ist und beispielsweise bei ca. f >50 mm (für WL 8 mm) oder darüber liegt. An Stelle einer Sammellinse 21 können auch andere Linsen, beispielsweise Meniskuslinsen, oder andere fokussierende optische Elemente, beispielsweise Fokussierspiegel, verwendet werden.
Zusätzlich zur Analyse des Strahlquerschnitts des Laserstrahls 7 auf die oben beschriebene Weise kann auf demselben Detektor 16 oder ggf. auf einem weiteren Detektor auch das Fernfeld des Laserstrahls 7 abgebildet bzw. erfasst werden. Zu diesem Zweck kann die Einrichtung 15 beispielsweise auf eine Weise modifiziert werden, welche nachfolgend anhand von Fig. 5a-c beschrieben wird. Bei der Einrichtung 15 von Fig. 5a ist im Strahlengang der fokussierten Teilstrahien 13a, 13b vor der Brennebene 23 der Fokussierlinse 21 eine Strahlteiler-Einrichtung 27 in Form eines teiltransmissiven Elements zur Aufteilung der Strahlungsintensität beider Teilstrahlen 13a, 13b auf einen ersten und einen zweiten Beobachtungsstrahlengang 26a, 26b angeordnet. Der erste Beobachtungsstrahlengang 26a stimmt mit dem in Fig. 3b gezeigten Strahlengang überein und dient zur Abbildung des Nahfeldes des Laserstrahls 7 auf den Detektor 16.
Der zweite Beobachtungsstrahiengang 26b führt die beiden Teilstrahlen 13a', 13b' über ein teiltransmissives optisches Element 24 auf eine weitere Blende 23', an welcher der zweite Teilstrahl 13b' des zweiten Beobachtungsstrahlengangs 26b blockiert wird. Anders als in Fig. 5a gezeigt ist, kann auch auf das Blockieren des zweiten Teilstrahls 13b' verzichtet werden, da auch ohne ein Blockieren die beiden Teilstrahlen 13a', 13b' des zweiten Beobachtungsstrahlengangs 26b auf dem
Detektor 16 separiert sind. Im in Fig. 5a gezeigten Beispiel wird der erste Teilstrahl 13a' des zweiten Beobachtungsstrahlengangs 26b über einen weiteren Umlenkspiegel 29 zu einer Abbildungsoptik 28 in Form einer weiteren Linse umgelenkt und der Fokus Fa des ersten Teilstrahls 13a' des zweiten Beobachtungsstrahlengangs 26b wird von dieser weiteren Linse 28 durch die Strahlteiler-Einrichtung 27 hindurch auf den Detektor 16 abgebildet. Alternativ kann eine Abbildung des ersten Teilstrahls 13a' des zweiten Beobachtungsstrahlengangs 26b an der Strahlteiler-Einrichtung 27 vorbei erfolgen, wie dies in Fig. 5b dargestellt ist. In diesem Fall kann auf den weiteren
Umlenkspiegel 29 von Fig. 5a verzichtet werden. Es ist ebenfalls möglich, die Abbildung des ersten Teilstrahls 13a' an der Strahlteiler-Einrichtung 27 vorbei vorzunehmen, indem bei der in Fig. 5a gezeigten Einrichtung 15 der weitere
Umlenkspiegel 29 gemeinsam mit der Linse 28 weiter in Richtung auf die
Fokussierlinse 21 zu verschoben werden. In diesem Fall erfolgt die Abbildung des ersten Teilstrahls 13a' des zweiten Beobachtungsstrahlengangs 26b nicht hinter, sondern vor der Strahlteiler-Einrichtung 27.
Fig. 5c zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung 15, bei der ein Fokussierspiegel 28' als Abbildungsoptik dient. Die beiden Teilstrahlen 13a', 13b' des zweiten
Beobachtungsstrahlengangs 26b werden in diesem Fall von dem teiltransmissiven optischen Element 24, welches senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der beiden Teilstrahlen 13a', 13b' ausgerichtet ist, zu der Strahlteiler-Einrichtung 27 zurück reflektiert und ein jeweiliger Strahlungsanteil der Teilstrahlen 13a', 13b' wird an Vorderseite des Strahlteiler-Elements 24 in Richtung auf den Fokussierspiegel 28' umgelenkt bzw. reflektiert. Die Teilstrahlen 13a', 13b' des zweiten
Beobachtungsstrahlengangs 26b werden an dem Fokussierspiegel 28' zurück reflektiert, hierbei fokussiert und verlaufen erneut durch das Strahlteiler-Element 24 hindurch und treffen auf den Detektor 16. Die beiden Teilstrahlen 13a', 13b' durchlaufen somit bei dem in Fig. 5c gezeigten Beispiel das Strahlteiler-Element 27 insgesamt drei Mal. Bei dem in Fig. 5c gezeigten Beispiel wurde keine Filterung eines der beiden Teilstrahlen 13a', 13b' des zweiten Beobachtungsstrahlengangs 26b vorgenommen, da dies nicht zwingend erforderlich ist. Es versteht sich, dass auch bei den in Fig. 5a, b gezeigten Einrichtungen 15 auf die optische Filterung im zweiten Beobachtungsstrahlenang 26b verzichtet werden kann. Alternativ zur erneuten Reflexion der beiden Teilstrahlen 13a', 13b' an dem Strahlteiler-Element 24 wie sie in Fig. 5c gezeigt ist, ist es auch möglich, die beiden Teilstrahlen 13a', 13b' mittels einer oder mehrerer Umlenkspiegel auf den Fokussierspiegel 28'
umzulenken. Der in Fig. 5c gezeigte Aufbau der Einrichtung 15 zeichnet sich jedoch durch seine hohe Kompaktheit und leichte Handhabbarkeit aus.
Mittels der in Fign. 5a-c gezeigten Einrichtungen 15 können somit sowohl das Nahfeld des Laserstrahls 7 als auch dessen Fernfeld auf dem Detektor 16
beobachtet werden, wobei das Bild des Nahfeldes und das Bild des Fernfeldes versetzt zueinander auf den Detektor 16 abgebildet werden. Durch die Beobachtung des Fokus Fa des ersten Teilstrahls 13a' (oder beider Teilstrahlen 13a', 13b') des zweiten Beobachtungsstrahlengangs 26b kann die Winkelverteilung, insbesondere die Divergenz, des Laserstrahls 7 in der Ebene der Planplatte 12 überwacht werden. Wie in Fig. 5a-c durch einen Pfeil angedeutet ist, kann durch eine Verschiebung des weiteren Umlenkspiegels 29, des teiltransmissiven optischen Elements 24 oder ggf. weiterer Umlenkspiegel der Strahlweg zwischen der weiteren Linse 28 bzw. dem Fokussierspiegel 28' und dem Fokus Fa verändert werden. Auf diese Weise kann eine ggf. auftretende Veränderung der Fokuslage des abgebildeten Teilstrahls 13a' in Ausbreitungsrichtung, d.h. senkrecht zur Brennebene 23, erkannt und auf eine Änderung der Divergenz des Laserstrahls 7 geschlossen werden.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Einrichtung 15, die in Fig. 6 gezeigt ist, werden an der Strahlteiler-Einrichtung 27 sowohl die Teilstrahlen 13a,b des ersten Beobachtungsstrahlengangs 26a als auch die Teilstrahlen 13a',b' des zweiten
Beobachtungsstrahlengangs 26b reflektiert, und zwar an einer ersten Seite 30a bzw. an einer zweiten Seite 30b der Strahlteiler-Einrichtung 27. Die Strahlteiler-Einrichtung 27 ist aus einem für den Laserstrahl 7 transparenten Material gebildet und an der zweiten Seite 30b mit einer reflektierenden Beschichtung 31 versehen. Die erste Seite 30a und die zweite Seite 30b der Strahlteiler-Einrichtung 27 schließen einen vergleichsweise großen Keilwinkel δ ein, der typischer Weise in der Größenordnung von Winkelgraden liegt und somit deutlich größer als der Keilwinkel γ ist. so dass die beiden Beobachtungsstrahlengänge 26a, 26b unter deutlich unterschiedlichen Winkeln reflektiert werden und auf zwei benachbart angeordnete Detektoren 16, 16' treffen. Sowohl im ersten Beobachtungsstrahlengang 26a als auch im zweiten Beobachtungsstrahlengang 26b ist jeweils eine Blende 23, 23' angeordnet, um den jeweiligen zweiten Teilstrahl 13b, 13b' auszublenden. Es versteht sich, dass bei der Einrichtung 15 von Fig. 6 die beiden Beobachtungsstrahlengänge 26a, 26b auch auf einen gemeinsamen Detektor treffen können und dass in der Einrichtung 15 von Fig. 5 zwei Detektoren vorgesehen sein können um das Nahfeld und das Fernfeld getrennt zu detektieren. Bei der in Fig. 6 gezeigten Einrichtung 15 ist die reflektierende Beschichtung 31 b der Strahlteiler-Einrichtung 27 als polarisationsselektive Schicht ausgebildet, d.h. die reflektierende Beschichtung 31 b reflektiert nur eine Polarisationsrichtung (z.B. s- Polarisation) der auftreffenden Teilstrahlen 13a, 13b. Entsprechend ist an der ersten Seite 30a der Strahlteiler-Einrichtung 27 ebenfalls eine (reflektierende) Beschichtung 31 a angebracht, welche eine Polarisationsrichtung (z.B. p-Polarisation) reflektiert, die zu der von der zweiten Beschichtung 31 b reflektierten Polarisationsrichtung orthogonal ist. Auf diese Weise können auf den beiden Detektoren 16, 16' unterschiedliche Polarisationsrichtungen des Laserstrahls 7 getrennt voneinander überwacht werden. Es versteht sich, dass auch eine oder zwei Beschichtungen 31 a, 31 b auf die Strahlteiler-Einrichtung 27 aufgebracht werden können, die selektiv für andere Eigenschaften des Laserstrahls 7 sind. Beispielsweise kann an einer oder an beiden Seiten 30a, b der Strahlteiler-Einrichtung 27 eine wellenlängenselektive Beschichtung 31a,b aufgebracht werden, um bestimmte Wellenlängenanteile des Laserstrahls 7 zu unterdrücken. Auf diese Weise können ggf. der Grund-Wellenlänge λ des Laserstrahls 7 überlagerte Wellenlängen getrennt detektiert werden. Um die beiden Beobachtungsstrahlengänge 26a, 26b voneinander zu trennen, kann alternativ oder zusätzlich zur Verwendung eines Keilwinkels δ das Material der Strahlteiler-Einrichtung 27 eine Dicke aufweisen, die ausreichend ist, um die beiden reflektierten Teilstrahlen 13a, 3b des ersten Beobachtungsstrahlengangs 26a räumlich von den beiden Teilstrahlen 13a', 13b' des zweiten
Beobachtungsstrahlengangs 26b zu trennen, so dass diese getrennt detektiert werden können. Die bei der Strahlanalyse des Laserstrahls 7 ermittelten Parameter des Laserstrahls 7 können an eine (nicht gezeigte) Steuer- bzw. Regeleinrichtung übermittelt werden, welche auf die Treiberlaseranordnung 1 1 oder auf weitere Bauteile, beispielsweise optische Elemente, in der Strahlführung 5 des Laserstrahls 7 einwirkt, um einen Laserstrahl 7 mit für die Erzeugung der EUV-Strahiung in dem Zielbereich T optimierten Parametern zu erzeugen.
Anders als in Zusammenhang mit Fig. 3a-c beschrieben ist, kann die Einrichtung 15 nicht nur hinter dem dritten Verstärker 4c der Verstärkeranordnung 3 angeordnet werden, sondern auch zwischen jeweils zwei der optischen Verstärker 4a, 4b, 4c, zwischen dem ersten optischen Verstärker 4a und der Strahlquelle 2 oder in der Strahlführungs-Einrichtung 5. Insbesondere können mehrere der weiter oben beschriebenen Einrichtungen 15 verwendet werden, um den Laserstrahl 7 an unterschiedlichen Positionen auf seinem Weg in den Zielbereich T zu überwachen.
Zusammenfassend kann auf die oben beschriebene Weise eine Überwachung des Laserstrahls 7 in Echtzeit durchgeführt werden, ohne dass es zum Auftreten von Interferenzstreifen in den von dem Detektor 16 aufgenommenen Bildern des
Laserstrahls 7 kommt.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ), umfassend:
eine Treiberlaseranordnung (1 1 ) mit einer Strahlquelle (2) zur Erzeugung eines Laserstrahls (7) und mit einer Verstärkeranordnung (3) zur Verstärkung des Laserstrahls (7), sowie
eine Einrichtung (15) zur Überwachung des Laserstrahls (7), umfassend:
ein transmittierendes optisches Element (12), insbesondere eine Planplatte, dessen Normalenrichtung (12a) zur Strahlachse (7a) des Laserstrahls (7) unter einem Kippwinkel (ß) ausgerichtet ist, sowie
einen ortsauflösenden Detektor (16) zur Erfassung von an dem optischen
Element (12) rückreflektierter Laserstrahlung (13a, 13b),
dadurch gekennzeichnet,
dass das optische Element (12) eine erste Seite (14a) und eine zweite Seite (14b) aufweist, die unter einem Keilwinkel (γ) zueinander ausgerichtet sind und durch die der Laserstrahl (7) hindurch tritt, wobei die erste Seite (14a) einen ersten Teilstrahl (13a) und die zweite Seite (14b) einen zweiten Teilstrahl (13b) des einfallenden Laserstrahls (7) reflektiert, und
dass die Einrichtung (15) einen optischen Filter (20) aufweist, der einen der beiden reflektierten Teilstrahlen (13b) am Erreichen des Detektors (16) hindert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei welcher der Keilwinkel (γ) weniger als 10 mrad beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der optische Filter (20) eine Fokussiereinrichtung (21 ) zur Fokussierung der reflektierten Teilstrahlen (13a, 13b) aufweist, und bei welcher in einer Brennebene (22) der Fokussiereinrichtung (21 ) ein Separationselement (23) zur Separation der beiden Teilstrahlen ( 3a, 13b) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das Separationselement als Blende (23) ausgebildet ist, die einen der beiden Teilstrahlen (13a, 13b) blockiert.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei welcher die
Fokussiereinrichtung eine Linse (21 ) umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welcher die beiden Foki (Fa, Fb) der Teilstrahlen (13a, 13b) in der Brennebene (22) einen Abstand A
aufweisen, der dem X-Fachen des Durchmessers (D) der Foki (Fa, Fb) entspricht, wobei gilt: X > 2, bevorzugt X > 5.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher für den Keilwinkel γ, die Wellenlänge λ des Laserstrahls (7), den Brechungsindex n des transmissiven optischen
Elements (12), den Strahlradius wL des Laserstrahls (7) auf der Linse (21 ), die Beugungsmaßzahl M2 des Laserstrahls (7) und das X-Fache des Durchmessers (D) der Foki (Fa, Fb) in der Brennebene (23) folgende Beziehung gilt: γ > X λ / π M2 / (n wL).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher das X-Fache des Durchmessers (D) der Foki (Fa, Fb) in der Brennebene (23) und der Keilwinkel γ folgende Bedingung erfüllen: γ > X * 0,18 mrad.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei der im Strahlengang der
fokussierten Teilstrahlen (13a, 13b) vor der Brennebene (23) oder nach der Brennebene (23) eine Strahlteiler-Einrichtung (27) zur Aufteilung der
Strahlungsintensitäten beider Teilstrahien (13a, 13b) in einen ersten und einen zweiten Beobachtungsstrahlengang (26a, 26b) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher im zweiten Beobachtungsstrahlengang (26b) eine Abbildungsoptik (28, 28') zur Abbildung des von der
Fokussiereinrichtung (21 ) erzeugten Fokus (Fa) eines Teilstrahls (13a') oder der Foki (Fa, Fb) beider Teilstrahlen (13a', 13b') auf den Detektor (16) oder auf einen weiteren Detektor angeordnet ist.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 9, welche ausgelegt ist, den Teilstrahl (13a') oder die Teilstrahlen (13a', 13b') des zweiten Beobachtungsstrahlengangs (26b) durch die Strahlteiler-Einrichtung (27) hindurch auf den Detektor (16) oder auf einen weiteren Detektor abzubilden.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher die Strahlteiler-Einrichtung (27) eine erste Seite (30a) zur Reflexion der beiden Teilstrahlen ( 3a, 13b) des ersten Beobachtungsstrahlengangs (26a) und eine zweite Seite (30b) zur Reflexion der beiden Teilstrahlen (13a1, 13b') des zweiten Beobachtungsstrahlengangs (26b) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher mindestens eine Seite (30a, 30b) der Strahlteiler-Einrichtung (27) eine Beschichtung (31 a, 31 b) zur Veränderung mindestens einer optischen Eigenschaft der beiden reflektierten Teilstrahlen (13a, 13b; 13a!, 13b') aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend:
eine Vakuum-Kammer (10), in der zur Erzeugung von EUV-Strahlung ein Target- Material (8) in einem Zielbereich (T) anordenbar ist, sowie
eine Strahlführungs-Einrichtung (5) zur Führung des Laserstrahls (7) von der Treiberlasereinrichtung (1 1 ) in Richtung auf den Zielbereich (T).
15. Verfahren zur Überwachung eines Laserstrahls (7), der durch eine erste Seite (14a) und eine zweite, zur ersten unter einem Keilwinkel (γ) ausgerichtete Seite (14b) eines transmittierenden optischen Elements (12), insbesondere einer Planplatte, hindurchtritt, wobei eine Normalenrichtung (12a) des optischen
Elements (12) zur Strahlachse (7a) des Laserstrahls (7) unter einem Kippwinkel (ß) ausgerichtet ist, umfassend:
Reflektieren eines ersten Teilstrahls (13a) des einfallenden Laserstahls (7) von der ersten Seite (14a) des optischen Elements (12),
Reflektieren eines zweiten Teilstrahls (13b) des einfallenden Laserstrahls (7) von der zweiten Seite (14b) des optischen Elements (12),
Blockieren eines der beiden Teilstrahlen (13b) vor dem Erreichen eines Detektors (16) durch optisches Filtern, sowie
Aufnehmen eines Bildes des Laserstrahls (7) mit dem Detektor (16), auf den nur der nicht blockierte Teilstrahl (13a) auftrifft.
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