WO2023083586A1 - Beam-shaping device and lithography apparatus - Google Patents

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WO2023083586A1
WO2023083586A1 PCT/EP2022/079497 EP2022079497W WO2023083586A1 WO 2023083586 A1 WO2023083586 A1 WO 2023083586A1 EP 2022079497 W EP2022079497 W EP 2022079497W WO 2023083586 A1 WO2023083586 A1 WO 2023083586A1
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mirror
optical
shaping device
reflection surface
light beam
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PCT/EP2022/079497
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German (de)
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Inventor
Matthias Blaicher
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Nanoscribe Holding Gmbh
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70208Multiple illumination paths, e.g. radiation distribution devices, microlens illumination systems, multiplexers or demultiplexers for single or multiple projection systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • GPHYSICS
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/105Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
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    • GPHYSICS
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption

Definitions

  • the invention relates to a beam shaping device according to claim 1 and a lithography device comprising such a beam shaping device according to claim 22 .
  • a structure is written in particular in that an exposure dose is radiated into a lithography material in a focus area of a light beam, in particular a laser beam, and thus a structure area or "voxel" is defined .
  • the lithography material is cured or polymerized locally in the focus area.
  • the focal area is relocated (scanned) within the lithographic material such that a plurality of
  • Volume elements are defined, which complement each other to form the overall structure.
  • an exposure dose and/or a voxel shape, in particular a voxel size is desirable to be able to change an exposure dose and/or a voxel shape, in particular a voxel size, as a function of a scan position of the focus area in the lithographic material.
  • acousto-optical modulators that make it possible to variably change an exposure dose.
  • the invention is concerned with the task of being able to set a beam shape of a light beam variably, quickly and with a comparatively small loss of light output.
  • the beam shaping device is designed to variably set a beam shape of a light beam, in particular to increase or decrease a beam cross section, for example a beam diameter.
  • the beam-shaping device can be set up to change a beam shape of an output beam emerging from the beam-shaping device in a variably adjustable manner in comparison to an input beam radiated into the beam-shaping device.
  • the light beam can be a laser beam.
  • the beam shaping device comprises a plurality of beam shaping optics.
  • the beam-shaping optics are each designed to symmetrically or asymmetrically change a beam shape, in particular a beam cross section, of an input light beam radiated into the beam-shaping optics.
  • the beam-shaping optics can be designed to expand the light beam symmetrically or asymmetrically (ie to increase a beam cross section) or to taper (ie to reduce a beam cross section).
  • the beam-shaping optics are designed in such a way that a light beam has a different beam shape after passing through a beam-shaping optic than before, in particular a different, preferably smaller or larger, beam cross-section.
  • the beam-shaping device comprises in particular a plurality of beam-shaping optics, wherein at least a subset of these beam-shaping optics is configured differently such that a light beam has a different beam shape depending on which of these beam-shaping optics it has passed through. It is conceivable that the beam-shaping device only has beam-shaping optics that have a beam-widening effect. It is also conceivable that the beam-shaping device has one or more beam-shaping optics, which have a beam-widening effect, and one or more beam-shaping optics, which have a beam-rejuvenating effect.
  • the beam shaping device also includes a beam deflection device.
  • the beam deflection device is set up to a in the Beam shaping device irradiated light beam selectively only one of the beam shaping optics to feed, ie to direct to one of the beam shaping optics.
  • the beam deflection device is designed in particular to move the light beam back and forth between the beam-shaping optics (and thus switch through the different beam-shaping optics).
  • the beam deflection device is also set up to define an output beam path (e.g. to a downstream focusing optics or scanning device of a lithography device) for an output light beam that emerges from that beam-shaping optics to which the input light beam was supplied.
  • the beam-shaping device is preferably designed in such a way that the output beam path has a constant propagation direction independently of the selected beam-shaping optics (that is, independently of which beam-shaping optics the input light beam was supplied to).
  • the proposed beam shaping device makes it possible to variably change a beam shape of a light beam in a simple and quick manner, in that the light beam is sequentially directed onto different beam shaping optics by means of the beam deflection device.
  • the beam shaping device makes it possible to selectively enlarge or reduce a beam cross section, preferably in several stages or steplessly. Compared to beam shaping using There is little loss of light output with the proposed beam shaping.
  • An advantageous area of application of such a beam shaping device is laser lithography, in particular 3D laser lithography based on multi-photon absorption, in which, as mentioned above, a light beam is focused in a focus area by a focusing lens.
  • the proposed beam shaping device now makes it possible, by changing a beam shape of the light beam, to variably change an illumination of the focusing lens and thus to change a voxel size and/or a voxel shape (illumination changes numerical aperture). This can significantly reduce process times when writing structures. For example, in order to reduce a writing time, it can be advantageous to write the (structureless) interior of a structure to be written with "large” voxels and to write edge regions in which greater structural accuracy is required with "small” voxels.
  • a voxel size in the irradiation direction can be changed.
  • the beam-shaping optics can be set up to shape a beam cross section, in particular a beam diameter, of the light beam symmetrically, in particular concentrically reduce or enlarge.
  • a voxel size can be changed laterally to the irradiation direction.
  • the beam-shaping optics can be set up to change a beam cross section, in particular a beam diameter, asymmetrically, in particular to reduce or enlarge it.
  • one or more beam shaping optics can be set up to generate a slit-like beam shape.
  • the proposed beam shaping device makes it possible in particular to change a beam shape comparatively quickly, so that a voxel size can be variably adjusted during a writing process, i.e. during the shifting of the focus area ("on-the-fly") and thus a defined voxel size is generated for each scan position can be.
  • the beam-shaping optics each comprise at least one optical element (or an effective optical surface), which has a beam-widening or beam-rejuvenating effect.
  • the at least one optical element can be a reflective, absorbing or refracting optical element.
  • the at least one optical element can be a lens or a mirror.
  • the at least one optical element can also be a diffractive element, for example a switchable digital mirror device (DMD) . This makes it possible to change the amplitude and/or the phase of the light beam.
  • DMD switchable digital mirror device
  • the at least one optical element can also be an acousto-optical element.
  • the at least one optical element can be fixed in place.
  • the at least one optical element is arranged to be translationally displaceable or rotatable relative to the beam path of the light beam, in particular when the beam-shaping device is used as intended, it moves, vibrates, or rotates. This makes it possible to change a beam shape and thus a voxel size particularly quickly.
  • the beam-shaping optics preferably each comprise at least two optical elements (or active optical surfaces) which together (ie when the light beam interacts with the at least two optical elements, in particular sequentially) have a beam-widening or beam-narrowing effect.
  • the at least one optical element or the at least two optical elements can be designed to change a beam cross section symmetrically, in particular concentrically to a main beam axis, or asymmetrically, in particular to enlarge or reduce it.
  • the at least one optical element or the at least two optical elements for example. include asymmetrical mirror surfaces or cylindrical lenses.
  • one or more of the beam-shaping optics can include a first optical element, which is designed as an optical collecting element, and a second optical element, which is designed as an optical diffusing element.
  • the optical converging element can be, for example, a converging lens or a converging mirror.
  • the diverging optical element can be, for example, a diverging lens or a diverging mirror.
  • one or more of the beam-shaping optics can have a first and a second optical element, with the first and the second optical element being designed as an optical collecting element, in particular as a collecting lens or collecting mirror.
  • the beam-shaping optics can each include or consist of a pair of reflection surfaces with a first reflection surface and a second reflection surface.
  • the first and second reflection surfaces of a pair of reflection surfaces are preferably arranged in such a way that an input light beam radiated into the beam-shaping device first impinges on the first reflection surface and then on the second reflection surface.
  • the beam deflection device can be designed to direct an input light beam radiated into the beam shaping device onto the first reflection surface of one of the beam shaping optics.
  • the first and the second reflection surface of a pair of reflection surfaces are in particular designed and arranged in such a way that a light beam impinging on the first reflection surface of the pair of reflection surfaces comes from the first reflection surface is deflected along a radiation path onto the second reflection surface of this reflection surface pair.
  • the second reflection surface is preferably designed to direct the light beam back onto the beam deflection device.
  • the reflection surfaces can be provided, for example, by mirror surfaces or mirror surface sections.
  • the first and second reflection surfaces are preferably fixed, ie in particular not pivotable.
  • the above-mentioned at least one optical element having a beam-widening or beam-narrowing effect or the at least two optical elements having a joint beam-widening or beam-narrowing effect can be arranged in a beam path between the first and the second reflection surface. Then it is possible that the first and the second reflection surface itself do not have a beam-widening or beam-reducing effect.
  • the first and/or the second reflection surface can each be provided by a plane mirror.
  • an optical scattering element and then an optical collecting element can be arranged in a beam path from the first reflection surface to the second reflection surface.
  • the optical diverging element is preferably arranged within a focal length of the optical collecting element (reverse Galileo arrangement). Such an arrangement has a beam-widening effect. It is also conceivable that the optical collecting element is arranged first and then the optical scattering element. Such an embodiment has a beam-converging effect.
  • first a first optical collecting element and then a second optical collecting element can be arranged in a beam path from the first reflection surface to the second reflection surface.
  • the first optical collecting element and the second optical collecting element are preferably arranged at a distance from one another which corresponds to the sum of a focal length of the first optical collecting element and a focal length of the second optical collecting element (Kepler arrangement).
  • such a configuration can have a beam-widening effect (focal length of the first optical collecting element is smaller than the focal length of the second optical collecting element) or beam narrowing (focal length of the first optical collecting element is larger than the focal length of the second optical collecting element).
  • the first and the second reflection surface can be designed in such a way that a beam shape of the light beam can be changed symmetrically or asymmetrically by sequential interaction of the light beam with the first and the second reflection surface, in particular a beam cross section can be enlarged or reduced.
  • the first reflection surface can form a first effective optical surface and the second reflection surface can form a second effective optical surface. which together have a jet widening or jet narrowing effect.
  • no further optical elements having a beam-widening or beam-narrowing effect are required or provided between the first and the second reflection surface.
  • the first and/or the second reflection surface can be curved, paraboloid-shaped, aspherical or designed as a free-form surface.
  • the first and the second reflection surface of each beam-shaping optic can be curved, in particular paraboloid-shaped, wherein the first reflection surface is convex and the second reflection surface is concave (then the beam-shaping optic has a beam-widening effect) or wherein the first reflection surface is concave and the second reflection surface is convex (then the beam-shaping optics have a beam-converging effect).
  • a beam widening or narrowing can be achieved in that the first and the second reflection surface are designed in the shape of a paraboloid, the first and the second reflection surface being defined by different paraboloid functions.
  • the first and the second reflection surface can be defined by functions with different paraboloid parameters and/or different exponents.
  • the first and the second reflection surface have different focal lengths.
  • the first and second reflection surfaces are preferably arranged relative to one another in such a way that a focal point of the first reflection surface and a focal point of the second reflection surface coincide locally. Is e.g. a focal length of the first paraboloidal reflection surface smaller/greater than a focal length of the second paraboloidal reflection surface, a beam widening/beam narrowing can be achieved.
  • the first reflection surface can be provided by a first parabolic mirror and the second reflection surface can be provided by a second parabolic mirror.
  • the first parabolic mirror can then form a first optical element and the second parabolic mirror can form a second optical element, which together have a beam-widening or beam-converging effect.
  • first reflection surface and/or the second reflection surface can be designed as a free-form surface. It is also conceivable that one of the reflection surfaces is provided by a parabolic mirror and the other reflection surface is provided by a free-form surface.
  • the beam deflection device is set up to do so To shift input light beam along a scan path.
  • the beam deflection device can be designed to change a propagation direction of the input light beam in such a way that the input light beam follows a scanning path.
  • the beam-shaping optics in particular the first and/or second reflection surfaces (for example the parabolic mirrors), can then be arranged sequentially along this scanning path.
  • the scan path can, for example, run linearly, curved, circularly or in the form of a segment of a circle.
  • the beam-shaping optics are provided by assemblies that are designed separately from one another.
  • the beam-shaping optics can be arranged in segments along the scanning path.
  • the beam-shaping optics are each provided by a mirror component, in particular a one-piece mirror component, which provides the first and the second reflection surface.
  • first reflection surfaces are provided by first surface sections of a first free-form surface and/or the second reflection surfaces are provided by second surface sections of a second free-form surface.
  • first free-form surface and the second free-form surface are provided by components that are separate from one another.
  • first and the second free-form surface by a common Free form surface are provided.
  • the first or second reflection surfaces can be formed by a coherent component.
  • Such a beam shaping device has a compact design and is also robust with respect to mechanical shocks.
  • the first and/or the second free-form surface can preferably extend along the scanning path of the beam deflection device, in particular continuously without interruption.
  • the beam deflection device can be designed to displace the input light beam along the first free-form surface. It can be particularly advantageous if those surface sections that provide the first reflection surfaces merge continuously, preferably along the scanning path, and/or if those surface sections that provide the second reflection surfaces continuously, preferably along the scanning path, merge . Such an embodiment makes it possible to change a jet shape continuously, in particular steplessly, for example to enlarge or reduce a jet cross section steplessly.
  • the beam deflection device can comprise at least one mirror, in particular a galvanometer mirror, which can be pivoted about a pivot axis.
  • the beam deflection device can have a first beam deflection surface and a second beam deflection surface.
  • the first and / or the second beam deflection can in particular by a mirror, preferably a galvanometer mirrors , be provided .
  • the first beam deflection surface can be set up to deflect an input light beam striking it, in particular directly, onto the first reflection surface of one of the beam-shaping optics.
  • the second beam deflection surface can be set up to define an output beam path for an output light beam deflected by the second reflection surface of this beam-shaping optics.
  • the beam deflection surfaces and the reflection surfaces can be arranged in such a way that an input light beam striking the first beam deflection surface is deflected onto the first reflection surface of one of the beam-shaping optics, the light beam is deflected from the first reflection surface onto the second reflection surface and finally from the second reflection surface is deflected onto the second beam deflection surface.
  • the first beam deflection surface in particular the first mirror or galvanometer mirror
  • the beam deflection device can comprise a first mirror, in particular a galvanometer mirror, which can be pivoted about a first pivot axis for switching through the beam-shaping optics and provides the first beam deflection surface.
  • the beam deflection device makes it possible to switch back and forth particularly quickly between the beam-shaping optics and thus to quickly change a beam shape. This can be particularly advantageous for applications in the field of lithography, in order to change a beam shape during a scanning process, so to speak “on-the-fly”, and thus to generate a defined beam shape for each scan position.
  • the second beam deflection surface in particular the second mirror or second galvanometer mirrors to be pivotable about a second pivot axis.
  • the beam deflection device can comprise a second mirror, in particular a galvanometer mirror, which can be pivoted about a second pivot axis and provides the second beam deflection surface.
  • This makes it possible to variably change the exit beam path or to use the second beam deflection surface, e.g. depending on a selected beam shaping optics, to be aligned in such a way that the output beam path or a direction of propagation of the output beam away from the second beam deflection surface remains constant.
  • the first and the second pivot axis are collinear, preferably identical.
  • first and the second mirror can be pivoted independently of one another.
  • a pivoting movement of the first mirror and a pivoting movement of the second mirror are each driven by their own drive device, in particular a motor. are drivable.
  • it can also be advantageous if a pivoting movement of the first beam deflection surface and a pivoting movement of the second beam deflection surface are synchronized. This makes it possible to always keep the first and the second beam deflection surface in a constant alignment relative to one another and thus—regardless of which beam shaping optics is selected—to keep the output beam path constant.
  • a pivoting movement of the first beam deflection surface and a pivoting movement of the second beam deflection surface can preferably be positively coupled.
  • the first beam deflection surface is provided by a first mirror and the second beam deflection surface is provided by a second mirror, both mirrors being pivotable by a common drive device.
  • the first and the second beam deflection surface are provided by a common mirror which can be pivoted about a mirror pivot axis.
  • the first and the second beam deflection surface can be provided by a mirror surface of the common mirror, which is preferably continuous without interruption.
  • the beam-shaping optics in particular the pairs of reflection surfaces or the pairs of parabolic mirrors, are arranged along a circumference around the first pivot axis or the mirror pivot axis.
  • first and the second pivot axis or the mirror pivot axis are oriented orthogonally to a respective axis of curvature of the first and/or second reflection surface, in particular an axis of curvature of the first and/or second parabolic mirror.
  • the mirrors By pivoting the mirrors, the light beam is not shifted along a curvature of the reflection surface, but orthogonally to it.
  • the beam-shaping optics in particular the first and the second reflection surface of a pair of reflection surfaces, can be designed in such a way that an output beam direction of an output light beam reflected by the second reflection surface is parallel to an input beam direction of an input beam impinging on the first reflection surface runs .
  • the output beam direction and the input beam direction preferably lie within a plane which contains the first and the second pivot axis or the mirror pivot axis (telecentric arrangement).
  • the beam-shaping device can be designed in such a way that—regardless of which beam-shaping optics is selected—a beam section running between the second reflection surface and the second beam deflection surface and a beam section running between the first beam deflection surface and the first reflection surface face each other run parallel and are arranged within a plane containing the first and the second pivot axis or the mirror pivot axis.
  • the beam shaping device can be part of a lithography device.
  • the invention also relates to a lithography device according to claim 22, comprising a beam shaping device as described above.
  • the beam-shaping device can be further developed, as described above in connection with the beam-shaping device as such.
  • the lithography device is designed to produce a three-dimensional target structure in a lithography material.
  • the lithography device comprises a light source for emitting a light beam.
  • the light source can be designed as a laser light source for emitting a laser beam.
  • the lithography device also includes a beam guidance device for defining a beam path for the light beam from the light source to the lithography material.
  • the beam guiding device can comprise a plurality of optical elements (eg lenses, mirrors, etc.).
  • the lithography device includes focusing optics for focusing the light beam in a focal area.
  • the lithography device also includes a scanning device.
  • the scanning device can include a deflection device (e.g., deflection mirror) for changing a position of the Be focus area of the light beam in the lithographic material.
  • the scanning device is arranged along a propagation direction of the light beam between the beam-shaping device and the focusing optics.
  • illumination of the focusing optics can be variably adjusted and thus a voxel shape and/or voxel size can be changed, in particular as a function of a scan position of the focus area.
  • the lithography device can also include a positioning device for displacing and positioning a substrate.
  • the positioning device is designed to displace the substrate in all three spatial directions (X, Y, Z), preferably also to tilt it about at least one axis of inclination parallel to the X-Y plane.
  • the lithography device can advantageously also comprise a control device for controlling the lithography device.
  • the control device is preferably set up to control the beam-shaping device, in particular the beam deflection device, in such a way that the light beam emitted by the light source is added to predetermined beam-shaping optics depending on a scanning position of the focus area.
  • the control device can be designed to To control the beam-shaping device in such a way as to change the beam shape of the light beam as a function of a scanning position.
  • the control device can also be set up to change a light output, in particular a laser output, as a function of the scanning position (and thus as a function of the selected beam-shaping optics or the beam shape), preferably in such a way that the light intensity radiated into the lithographic material is constant remains .
  • the control device can be set up to synchronize beam shape and light output as a function of a scanning position.
  • the lithography device for example. include an acousto-optical modulator that can be controlled by the control device and is set up to change a light output of the light beam emitted by the light source.
  • the control device can preferably be set up in such a way that a light output is changed in proportion to a voxel size, in particular a larger light output is set for a larger voxel size.
  • the lithography device can include an adjustment device which is designed to to set a focus position of the focus area along the optical axis of the light beam (z-axis or height axis), in particular depending on a selected beam-shaping optics.
  • the setting device can be set up to set a relative position of the focus area and substrate along the optical axis of the light beam.
  • the setting device is preferably synchronized with the beam deflection device in such a way that a predetermined focus position is set depending on a selected beam-shaping optics, in particular depending on a pivoting position of the first mirror or the common mirror of the beam deflecting device about the respective pivoting axis.
  • the adjustment device can include a fast membrane mirror or an acousto-optical deflector for changing a focus position.
  • the adjustment device includes a fast z-drive for moving the focusing optics, in particular the focusing lens, e.g. B. in the form of a voice coil (voice coil actuator).
  • the adjustment device is a traversing device for changing a z-position of the substrate or Lithographic material includes.
  • FIG. 1 Sketched representation of an embodiment of a beam shaping device; 2 outlined representation of a further embodiment of a beam shaping device;
  • 3-7 schematic illustrations for explaining different configurations of a beam shaping optics of the beam shaping device
  • FIG. 8 simplified schematic representation of a further embodiment of the beam shaping device; and
  • FIG. 9 simplified schematic representation of a lithography device.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a beam-shaping device, which is denoted overall by reference numeral 10 .
  • the beam shaping device 10 is designed to variably set a beam shape, in particular a beam cross section, of a light beam denoted in its entirety by reference numeral 12 .
  • the beam shaping device 10 comprises a plurality, five in the example shown, beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5.
  • the beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 are each designed to symmetrically or asymmetrically change a beam shape of an input light beam 18 radiated into the beam-shaping device 10 along a beam-in direction 16, in particular the light beam 18 expand or to rejuvenate (explained in detail below).
  • the beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 are set up to generate a different beam shape, in particular a different beam cross section.
  • a beam shape of an output light beam 20 leaving the beam shaping device 10 can be different, depending on which of the beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 the light beam 12 has passed through.
  • the beam-shaping device 10 also includes a beam deflection device 22, which is designed to selectively direct the input light beam 18 to only one of the beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5.
  • the beam deflection device 22 comprises a first mirror 24, in particular in the form of a galvanometer mirror 24, which provides a first beam deflection surface 26 (cf. FIG. 3), and a second mirror 28, in particular in the form of a galvanometer mirror 28, which provides a second beam deflection surface 30 (see FIG. 3).
  • the first mirror 24 can be pivoted about a first pivot axis 34 by means of a first drive 32 .
  • the second mirror 28 can be pivoted about a second pivot axis 38 by means of a second drive 36 .
  • the first pivot axis 34 and the second pivot axis 38 are arranged collinear.
  • the first mirror 24 is designed to deflect the input light beam 18 onto one of the beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5.
  • the second mirror 28 is designed to deflect the output light beam 20 leaving these beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 and to define an output beam path 40 for this output light beam 20 (cf. Fig. 1) .
  • the second mirror 28 serves to deflect the output light beam 20 into a predetermined emission direction 42 .
  • the beam-shaping device 10 is designed in such a way that the emission direction 42 runs parallel to the irradiation direction 16 (cf. FIG. 1).
  • the input light beam 18 can be displaced along a scan path 44 (in the example along a circumference about the pivot axis 34).
  • the beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 are arranged along this scan path 44 (i.e. along a circumference around the first pivot axis 34), so that by pivoting the first mirror 34 of the input light beam 18 between the beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 can be shifted back and forth.
  • the beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 each have a first reflection surface 46 and a second reflection surface 48, which together form a reflection surface pair 50.
  • the reflection surfaces 46, 48 are designed in such a way that a light beam 12 striking the first reflection surface 46 is deflected onto the second reflection surface 48.
  • FIG. 1 shows the beam-shaping device 10 in an exemplary configuration in which the first mirror 24 is pivoted about the pivot axis 34 in such a way that the input light beam 18 impinges on the first beam-shaping optics 14-1.
  • a beam path of the light beam 12 in the beam shaping device 10 is explained below on the basis of this configuration.
  • the input light beam 18 incident on the first mirror 24 is directed by the first mirror 24 onto the first reflection surface 46 of the beam shaping optics 14 - 1 , which in turn deflects the light beam 12 onto the second reflection surface 48 .
  • the light beam 12 is expanded in the process, ie a beam cross section is enlarged (explained in more detail below).
  • the second reflection surface 48 then deflects the light beam 12 (output light beam 20) onto the second mirror 28, which deflects the light beam 12 in the emission direction 42.
  • the reflective surfaces 46, 48 are designed in particular in such a way that an output beam direction 49 of the output light beam 20 reflected by the second reflective surface 48 is parallel to an input beam direction 47 of the input light beam 18 radiated onto the first reflective surface 46 (cf. also Figures 3 to 7).
  • the output beam direction 49 and the input beam direction 47 lie in a plane (corresponding to the plane of the drawing in FIGS. 3 to 7) which also contains the first pivot axis 34 and the second pivot axis 38 (telecentric arrangement).
  • a pivoting movement of the first mirror 24 about the first pivot axis 34 is synchronized with a pivoting movement of the second mirror 28 about the second pivot axis 38 so that a position of the first mirror 34 and the second mirror 38 relative to one another remains the same.
  • the emission direction 42 can be kept constant (angle of incidence equal to angle of incidence).
  • first beam deflection surface 26 and the second beam deflection surface 30 can be provided by a common mirror 52 which can be pivoted about a mirror pivot axis 56 by means of a drive device 54 .
  • a common mirror 52 which can be pivoted about a mirror pivot axis 56 by means of a drive device 54 .
  • the beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 can fundamentally be constructed differently.
  • Various exemplary configurations (types) of beam-shaping optics 14 are described below with reference to FIGS. It is conceivable that the beam-shaping device 10 exclusively has beam-shaping optics 14 of the same type, which differ only in their specific configuration. It is also conceivable that the beam shaping device 10 has beam shaping optics 14 of different types.
  • FIG. 3 shows a schematic representation for explaining a first configuration of the beam-shaping optics 14 (framed by dashed lines in FIG. 3).
  • the beam shaping optics 14 are designed to widen the light beam 12 , ie to enlarge a beam cross section (indicated by the double arrow 58 in FIG. 3 ) of the input light beam 18 .
  • a beam cross section (indicated by the double arrow 60 in Fig. 3) of the output light beam 20 emerging from the beam shaping optics 14 is larger than the beam cross section 58 of the input light beam 18.
  • the first reflection surface 46 and the second reflection surface 48 are paraboloid-shaped.
  • the first reflection surface 46 is provided by a first parabolic mirror 62 and the second reflection surface 48 is provided by a second parabolic mirror 64 .
  • the first parabolic mirror 62 has a first focal length fi with a first focal point 66 and the second parabolic mirror 64 has a second focal length fi with a second focal point 68 .
  • the parabolic mirrors 62, 64 are defined by different paraboloid functions. Specifically, the first parabolic mirror 62 has a smaller focal length fi than the second parabolic mirror 64 . As from Fig. 3, the parabolic mirrors 62, 64 are arranged in such a way that the focal points 66, 68 coincide at a common point.
  • the input light beam 18 is deflected by the first beam deflection surface 26 onto the first reflection surface 46 (first parabolic mirror 62).
  • the light beam 12 is then deflected from the first reflection surface 46 onto the second reflection surface 48 (second parabolic mirror 64) and is expanded in the process.
  • the second reflection surface 48 then deflects the light beam 12 onto the second beam deflection surface 30 which finally deflects the light beam 12 into the emission direction 42 .
  • the first parabolic mirror 62 it is also possible for the first parabolic mirror 62 to have a greater focal length fi than the second parabolic mirror 64 . In such a configuration, a beam cross-section of the light beam 12 is then reduced as it passes through the beam-shaping optics 14 .
  • the first and the second reflection surface 46, 48 are designed in such a way that a first beam section 70 of the light beam 12 running between the first beam deflection surface 26 and the first reflection surface 46 and a first beam section 70 of the light beam 12 running between the second reflection surface 48 and the second beam deflection surface 30 running second beam section 72 parallel to each other and lie in the plane.
  • the first and the second pivot axis 34, 38 run orthogonally to a respective axis of curvature (in Fig. 3 orthogonal to the plane of the drawing) of the first and second reflection surface 46, 48.
  • FIG. 4 shows a further configuration of the beam-shaping optics 14, in which the first reflection surface 46 is convexly curved with respect to the light beam 12 and the second reflection surface 48 is concavely curved.
  • the first and second reflective surfaces 46, 48 are provided by corresponding mirrors 74, 76.
  • the light beam 12 is widened as it passes through the beam-shaping optics 14 .
  • the configuration according to FIG. 4 corresponds to the configuration according to FIG. 3.
  • the light beam 12 is then narrowed as it passes through the beam shaping optics 14 .
  • the first reflection surface 46 or the first parabolic mirror 62 or the mirror 74 a first optical element 78 and the second reflection surface 48 or. the second parabolic mirror 64 or the mirror 76 form a second optical element 80 which together have a beam-widening effect.
  • the first reflection surface 46 is provided by a first flat mirror 82 and the second reflection surface 48 by a second flat mirror 84 .
  • the light beam 12 is redirected by the first beam turning surface 26 onto the first plane mirror 82 which redirects the light beam 12 onto the second plane mirror 84 .
  • the second planar mirror 84 then directs the light beam 12 onto the second beam deflecting surface 30 (mirror 28).
  • planar mirrors 82 , 84 themselves do not have the effect of expanding or narrowing the beam. Instead, in the configurations according to FIGS. 5 to 7, further optical elements are arranged in a beam path 86 between the first reflection surface 46 and the second reflection surface 48 .
  • the planar mirrors 82 , 84 are arranged in a fixed manner.
  • Reflective surface 46, 48 a single optical element 88 arranged, which has a beam-widening or beam-rejuvenating effect.
  • the optical element 88 can be a diffractive, reflective, absorbing, or refracting optical element.
  • the beam is expanded by the interaction of an optical dispersing element 90 (first optical element 78), e.g. in the form of a dispersing lens 92, and an optical collecting element 94 (second optical element 80), e.g. in the form of an optical collecting lens 96, scored.
  • first optical element 78 e.g. in the form of a dispersing lens 92
  • second optical element 80 e.g. in the form of an optical collecting lens 96
  • the scattering element 90 is arranged first and then the collecting element 94 in the beam path 86 from the first reflection surface 46 to the second reflecting surface 48.
  • the scattering element 90 is arranged within a focal length f of the collecting element 94.
  • the light beam 12 is expanded as it passes through the beam-shaping optics 14 .
  • the scattering element 90 and the collecting element 94 can be interchanged, so that the collecting element 94 and then the scattering element 90 are arranged in the beam path 86 from the first reflection surface 46 to the second reflection surface 48 . Then the beam-shaping optics 14 have a beam-shaping effect.
  • Figure 7 shows a further embodiment of the beam shaping optics 14, in which in the beam path 86 between the first and second reflection surface 46, 48 a first collecting element 98 (first optical element 78), e.g. in the form of a collecting lens 96, and a second Collecting element 100 (second optical element 80), for example.
  • first optical element 78 e.g. in the form of a collecting lens 96
  • second optical element 80 second optical element 80
  • the first collection element 98 has a first focal length f'i
  • the second collection element 100 has a second focal length f 2 .
  • the first and second collection elements 98, 100 are arranged at a distance d from one another, which corresponds to the sum of the first and second focal lengths f'i, f'2.
  • the focal length f′i of the first collecting element 98 is smaller than the focal length f′2 of the second collecting element 100.
  • the light beam 12 is expanded as it passes through the beam-shaping optics 14.
  • the focal length f′i of the first collecting element 98 is greater than the focal length f 2 of the second collecting element 100.
  • Such a beam-shaping optical system 14 then has a beam-rejuvenating effect.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a further configuration of the beam-shaping device 10, in which the plurality of beam-shaping optics 14 is provided by a free-form surface 102, which extends along a scan path 44 of the beam deflection device 22.
  • the first reflection surfaces 46 are formed by surface sections 104 of the free-form surface 102 arranged one behind the other along the scanning path 44 .
  • the second reflection surfaces 48 are correspondingly provided by second surface sections 106 of the free-form surface 102 arranged one behind the other along the scanning path 44 .
  • the first reflection surfaces 46 or first Surface sections 104 along the scan path 44 continuously into one another.
  • the second reflection surfaces 48 or second surface sections 106 along the scan path 44 continuously into one another.
  • the first reflection surfaces 46 are provided by surface sections of a first free-form surface and the second reflection surfaces 48 are provided by surface sections of a second free-form surface, in particular provided separately from the first free-form surface.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a lithography device, which is denoted overall by the reference numeral 108 .
  • the lithography device is designed for writing a structure 110 in a lithography material 112 .
  • the lithography device 108 includes a light source 114 for emitting a light beam 12 , in particular a laser beam 12 .
  • the lithography device 10 also includes a generally designated by the reference numeral 116 and shown in FIG. 9 only indicated beam guidance device for defining a beam path 117 for the light beam 12 from the light source 114 to the lithographic material 112 to be structured.
  • the beam guiding device 116 can, for example, comprise a plurality of modules (not shown) which fulfill optical and/or mechanical functions.
  • the lithography apparatus 108 also includes focusing optics 118 for focusing the light beam 12 in a focus area 120 .
  • the focusing optics 114 include, for example, a focusing objective 122 through which the light beam 12 is radiated into the lithographic material 110 .
  • the lithography device 108 also includes a beam shaping device 10 as described above.
  • the lithography device includes a scanning device 124, by means of which the focus area 120 of the light beam 12 can be displaced within a writing area 126 relative to the lithography material 120 with a precision required for structuring.
  • the scanning device 124 is arranged in the propagation direction 128 of the light beam 12 between the beam shaping device 10 and the focusing optics 118 .
  • the scanning device 124 can, for example. include a galvanometer scanner unit for controlled deflection of the light beam 12 .
  • the lithographic material 112 is provided on a substrate surface 130 of a substrate 132 .
  • the substrate 132 can be displaced in a precise position relative to the focal region 120 of the light beam 12 .
  • the lithography device 108 also includes a control device (not shown), which is set up to control the lithography device 108 head for .
  • the control device is preferably set up to control the beam-shaping device 10 in such a way that the light beam 12 is fed to predetermined beam-shaping optics 14 depending on a scanning position of the focal area 126 within the scanning area.
  • the control device is also set up, for example, to change a light output as a function of the scanning position of the focal area 116 .
  • the lithography device 108 includes an acousto-optical modulator (not shown) that can be controlled by the control device and is set up to change a light output of the light beam 12 emitted by the light source 114 .

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Abstract

The invention relates to a beam-shaping device (10) for the variable adjustment of a beam shape of a light beam (12), comprising a plurality of beam-shaping optical elements (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5), which are each designed to alter a beam shape of an input light beam (18), wherein at least a subset of the beam-shaping optical elements are configured to generate a different beam shape, and additionally comprising a beam deflection device (22) which is configured to selectively guide a light beam (12), radiated into the beam-shaping device, to only one of the beam-shaping optical elements, and to define an output beam path (40) for an output light beam (20) exiting said beam-shaping optical element. The invention also relates to a lithography apparatus comprising a beam shaping device.

Description

Titel : Strahlformungseinrichtung sowie Title : Beam shaping device as well
Li thographi ©Vorrichtung Li thographi © device
Beschreibung Description
Die Erfindung betri f ft eine Strahl formungseinrichtung gemäß dem Anspruch 1 sowie eine Lithographievorrichtung umfassend eine solche Strahl formungseinrichtung gemäß dem Anspruch 22 . The invention relates to a beam shaping device according to claim 1 and a lithography device comprising such a beam shaping device according to claim 22 .
Bei den im vorliegenden Zusammenhang betrachteten Lithographie-Techniken erfolgt das Schreiben einer Struktur insbesondere dadurch, dass in einem Fokusbereich eines Lichtstrahls , insbesondere Laserstrahls , eine Belichtungsdosis in ein Lithographiematerial eingestrahlt wird und somit lokal ein Strukturbereich bzw . "Voxel" definiert wird . Beispielsweise ist es denkbar, dass das Lithographiematerial in dem Fokusbereich lokal ausgehärtet oder polymerisiert wird . Um eine zwei- oder dreidimensionale Gesamtstruktur zu schreiben, wird der Fokusbereich innerhalb des Lithographiematerials verlagert ( gescannt ) , sodass sequenziell eine Mehrzahl vonIn the lithography techniques considered in the present context, a structure is written in particular in that an exposure dose is radiated into a lithography material in a focus area of a light beam, in particular a laser beam, and thus a structure area or "voxel" is defined . For example, it is conceivable that the lithography material is cured or polymerized locally in the focus area. In order to write a two- or three-dimensional overall structure, the focal area is relocated (scanned) within the lithographic material such that a plurality of
Volumenelementen ( "Voxeln" ) definiert werden, die sich insgesamt zu der Gesamtstruktur ergänzen . Volume elements ("voxels") are defined, which complement each other to form the overall structure.
Eine entsprechende Technik unter Ausnutzung des physikalischen Prinzips der Zwei-Photonen-Polymerisation oder allgemein der Multi-Photonen-Polymerisation ist beispielsweise in der DE 10 2017 110 241 Al beschrieben . Derartige Techniken finden insbesondere Verwendung bei der Erzeugung von Mikro- oder Nanostrukturen in Bereichen, in welchen hohe Präzision und gleichzeitig Gestaltungs freiheit für die zu erzeugende Struktur erwünscht sind . A corresponding technique using the physical principle of two-photon polymerisation or multi-photon polymerisation in general is described in DE 10 2017 110 241 A1, for example. Techniques of this type are used in particular in the production of microstructures or nanostructures in areas in which high precision and at the same time freedom of design for the structure to be produced are desired.
Bei den beschriebenen Techniken ist es wünschenswert , eine Belichtungsdosis und/oder eine Voxel form, insbesondere eine Voxelgröße , in Abhängigkeit einer Scanposition des Fokusbereichs in dem Lithographiematerial verändern zu können . Zu diesem Zweck sind bspw . akustooptische Modulatoren bekannt , die es ermöglichen, eine Belichtungsdosis variabel zu verändern . Zudem ist es bekannt , eine Größe des Fokusbereiches zu verändern, indem eine Strahl form des Lichtstrahls und somit eine Ausleuchtung des Obj ektivs , welches den Lichtstrahl zu dem Fokusbereich fokussiert , mittels Blenden verändert wird .In the techniques described, it is desirable to be able to change an exposure dose and/or a voxel shape, in particular a voxel size, as a function of a scan position of the focus area in the lithographic material. For this purpose, for example known acousto-optical modulators that make it possible to variably change an exposure dose. In addition, it is known to change the size of the focus area by changing the beam shape of the light beam and thus the illumination of the lens, which focuses the light beam to the focus area, by means of diaphragms.
Ein solche Verfahren ist j edoch vergleichsweise ineffizient, da in Folge von Absorption durch die Blenden Lichtleistung verloren geht. However, such a method is comparative inefficient, since light output is lost as a result of absorption by the apertures.
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, eine Strahlform eines Lichtstrahls variabel, schnell und mit vergleichsweise geringem Verlust von Lichtleistung einstellen zu können. The invention is concerned with the task of being able to set a beam shape of a light beam variably, quickly and with a comparatively small loss of light output.
Diese Aufgabe wird durch eine Strahlformungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Strahlformungseinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Strahlform eines Lichtstrahls variabel einzustellen, insbesondere einen Strahlquerschnitt, bspw. einen Strahldurchmesser, zu vergrößern oder zu verkleinern. Insofern kann die Strahlformungseinrichtung dazu eingerichtet sein, eine Strahlform eines aus der Strahlformungseinrichtung austretenden Ausgangsstrahls im Vergleich zu einem in die Strahlformungseinrichtung eingestrahlten Eingangsstrahls variabel einstellbar zu verändern. Insbesondere kann es sich bei dem Lichtstrahl um einen Laserstrahl handeln. This object is achieved by a beam shaping device having the features of claim 1. The beam shaping device is designed to variably set a beam shape of a light beam, in particular to increase or decrease a beam cross section, for example a beam diameter. In this respect, the beam-shaping device can be set up to change a beam shape of an output beam emerging from the beam-shaping device in a variably adjustable manner in comparison to an input beam radiated into the beam-shaping device. In particular, the light beam can be a laser beam.
Die Strahlformungseinrichtung umfasst eine Mehrzahl von Strahlformungsoptiken. Die Strahlformungsoptiken sind jeweils dazu ausgebildet, eine Strahlform, insbesondere einen Strahlquerschnitt, eines in die Strahlformungsoptik eingestrahlten Eingangslichtstrahls symmetrisch oder asymmetrisch zu verändern. Insbesondere können die Strahlformungsoptiken dazu ausgebildet sein, den Lichtstrahl symmetrisch oder asymmetrisch aufzuweiten (d.h. einen Strahlquerschnitt zu vergrößern) oder zu verjüngen (d.h. einen Strahlquerschnitt zu verkleinern) . Insofern sind die Strahlformungsoptiken derart ausgebildet, dass ein Lichtstrahl nach Durchlaufen einer Strahlformungsoptik eine andere Strahlform aufweist als davor, insbesondere einen anderen, vorzugsweise kleineren oder größeren, Strahlquerschnitt . The beam shaping device comprises a plurality of beam shaping optics. The beam-shaping optics are each designed to symmetrically or asymmetrically change a beam shape, in particular a beam cross section, of an input light beam radiated into the beam-shaping optics. In particular, the beam-shaping optics can be designed to expand the light beam symmetrically or asymmetrically (ie to increase a beam cross section) or to taper (ie to reduce a beam cross section). In this respect, the beam-shaping optics are designed in such a way that a light beam has a different beam shape after passing through a beam-shaping optic than before, in particular a different, preferably smaller or larger, beam cross-section.
Zumindest eine Teilmenge der Strahlformungsoptiken, insbesondere alle Strahlformungsoptiken, sind dazu eingerichtet, jeweils eine unterschiedliche Strahlform, insbesondere einen unterschiedlichen Strahlquerschnitt, zu erzeugen. Die Strahlformungseinrichtung umfasst insofern insbesondere eine Mehrzahl von Strahlformungsoptiken, wobei zumindest eine Teilmenge dieser Strahlformungsoptiken derart unterschiedlich ausgebildet ist, dass ein Lichtstrahl je nachdem, welche dieser Strahlformungsoptiken er durchlaufen hat, eine unterschiedliche Strahlform aufweist. Es ist denkbar, dass die Strahlformungseinrichtung ausschließlich solche Strahlformungsoptiken aufweist, die strahlaufweitend wirken. Es ist auch denkbar, dass die Strahlformungseinrichtung eine oder mehrere Strahlformungsoptiken aufweist, die strahlaufweitend wirken, und ein oder mehrere Strahlformungsoptiken, die strahlverjüngend wirken. At least a subset of the beam-shaping optics, in particular all beam-shaping optics, are set up to generate a different beam shape, in particular a different beam cross-section. In this respect, the beam-shaping device comprises in particular a plurality of beam-shaping optics, wherein at least a subset of these beam-shaping optics is configured differently such that a light beam has a different beam shape depending on which of these beam-shaping optics it has passed through. It is conceivable that the beam-shaping device only has beam-shaping optics that have a beam-widening effect. It is also conceivable that the beam-shaping device has one or more beam-shaping optics, which have a beam-widening effect, and one or more beam-shaping optics, which have a beam-rejuvenating effect.
Die Strahlformungseinrichtung umfasst außerdem eine Strahlablenkeinrichtung. Die Strahlablenkeinrichtung ist dazu eingerichtet, um einen in die Strahl formungseinrichtung eingestrahlten Lichtstrahl wahlweise nur einer der Strahl formungsoptiken zuzuführen, also auf eine der Strahl formungsoptiken zu lenken . Die Strahlablenkeinrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet , den Lichtstrahl zwischen den Strahl formungsoptiken hin und her zu verlagern (und somit die verschiedenen Strahl formungsoptiken durchzuschalten) . The beam shaping device also includes a beam deflection device. The beam deflection device is set up to a in the Beam shaping device irradiated light beam selectively only one of the beam shaping optics to feed, ie to direct to one of the beam shaping optics. The beam deflection device is designed in particular to move the light beam back and forth between the beam-shaping optics (and thus switch through the different beam-shaping optics).
Die Strahlablenkeinrichtung ist außerdem dazu eingerichtet , für einen Ausgangslichtstrahl , der aus derj enigen Strahl formungsoptik austritt , welcher der Eingangslichtstrahl zugeführt wurde , einen Ausgangsstrahlengang zu definieren ( z . B . zu einer nachgelagerten Fokussieroptik oder Scan-Einrichtung einer Lithographievorrichtung) . Vorzugsweise ist die Strahl formungseinrichtung derart ausgebildet , dass der Ausgangsstrahlengang unabhängig von der gewählten Strahl formungsoptik ( also unabhängig davon, welcher Strahl formungsoptik der Eingangslichtstrahl zugeführt wurde ) eine konstante Ausbreitungsrichtung aufweist . The beam deflection device is also set up to define an output beam path (e.g. to a downstream focusing optics or scanning device of a lithography device) for an output light beam that emerges from that beam-shaping optics to which the input light beam was supplied. The beam-shaping device is preferably designed in such a way that the output beam path has a constant propagation direction independently of the selected beam-shaping optics (that is, independently of which beam-shaping optics the input light beam was supplied to).
Die vorgeschlagene Strahl formungseinrichtung ermöglicht es , auf einfache und schnelle Weise eine Strahl form eines Lichtstrahls variabel zu verändern, indem der Lichtstrahl mittels der Strahlablenkeinrichtung sequentiell auf unterschiedliche Strahl formungsoptiken gelenkt wird . Insbesondere ermöglicht es die Strahl formungseinrichtung, einen Strahlquerschnitt wahlweise zu vergrößern oder zu verkleinern, vorzugsweise in mehreren Stufen oder stufenlos . Im Vergleich zu einer Strahl formung mittels Blenden ist bei der vorgeschlagenen Strahl formung ein Verlust der Lichtleistung gering . The proposed beam shaping device makes it possible to variably change a beam shape of a light beam in a simple and quick manner, in that the light beam is sequentially directed onto different beam shaping optics by means of the beam deflection device. In particular, the beam shaping device makes it possible to selectively enlarge or reduce a beam cross section, preferably in several stages or steplessly. Compared to beam shaping using There is little loss of light output with the proposed beam shaping.
Ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet einer solchen Strahl formungseinrichtung ist die Laserlithographie , insbesondere 3D-Laserlithographie auf Basis von Multi- Photonen-Absorption, bei der, wie vorstehend erwähnt , ein Lichtstrahl durch ein Fokussierobj ektiv in einem Fokusbereich fokussiert wird . Die vorgeschlagene Strahl formungseinrichtung ermöglicht es nun, durch Verändern einer Strahl form des Lichtstrahls eine Ausleuchtung des Fokussierob ektivs variabel zu verändern und somit eine Voxelgröße und/oder eine Voxel form zu verändern (Ausleuchtung verändert numerische Apertur ) . Hierdurch können Prozess zeiten beim Schreiben von Strukturen erheblich reduziert werden . Beispielsweise kann es zur Reduzierung einer Schreibzeit vorteilhaft sein, das ( strukturlose ) Innere einer zu schreibenden Struktur mit "großen" Voxeln zu schreiben und Randbereiche , in denen eine größere Strukturgenauigkeit gefordert ist , mit " kleinen" Voxeln zu schreiben . An advantageous area of application of such a beam shaping device is laser lithography, in particular 3D laser lithography based on multi-photon absorption, in which, as mentioned above, a light beam is focused in a focus area by a focusing lens. The proposed beam shaping device now makes it possible, by changing a beam shape of the light beam, to variably change an illumination of the focusing lens and thus to change a voxel size and/or a voxel shape (illumination changes numerical aperture). This can significantly reduce process times when writing structures. For example, in order to reduce a writing time, it can be advantageous to write the (structureless) interior of a structure to be written with "large" voxels and to write edge regions in which greater structural accuracy is required with "small" voxels.
Im Konkreten wurde im Rahmen der Erfindung erkannt , dass dann, wenn eine Ausleuchtung des Fokussierobj ektivs konzentrisch zur optischen Achse verändert wird, eine Voxelgröße in Einstrahlrichtung ( Z-Länge ) veränderbar ist . Zu diesem Zweck kann zumindest eine Teilmenge der Strahl formungsoptiken dazu eingerichtet sein, einen Strahlquerschnitt , insbesondere einen Strahldurchmesser, des Lichtstrahls symmetrisch, insbesondere konzentrisch, zu verkleinern oder zu vergrößern. Es wurde auch erkannt, dass dann, wenn das Fokussierobjektiv mit einem Lichtstrahl asymmetrischer Strahlform beleuchtet wird, bspw. mit einem Lichtstrahl schlitzartiger Strahlform, eine Voxelgröße lateral zur Einstrahlungsrichtung verändert werden kann. Zu diesem Zweck kann zumindest eine Teilmenge der Strahlformungsoptiken dazu eingerichtet sein, einen Strahlquerschnitt, insbesondere einen Strahldurchmesser, asymmetrisch zu verändern, insbesondere zu verkleinern oder zu vergrößern. Beispielsweise können eine oder mehrere Strahlformungsoptiken dazu eingerichtet sein, eine schlitzartige Strahlform zu erzeugen. Die vorgeschlagene Strahlformungseinrichtung ermöglicht es insbesondere, eine Strahlform vergleichsweise schnell zu verändern, sodass eine Voxelgröße während eines Schreibvorgangs, also während des Verlagerns des Fokusbereiches, ( "on-the-f ly" ) variabel einstellbar ist und somit für jede Scanposition eine definierte Voxelgröße erzeugt werden kann. In concrete terms, it was recognized within the scope of the invention that when an illumination of the focusing lens is changed concentrically to the optical axis, a voxel size in the irradiation direction (Z length) can be changed. For this purpose, at least a subset of the beam-shaping optics can be set up to shape a beam cross section, in particular a beam diameter, of the light beam symmetrically, in particular concentrically reduce or enlarge. It was also recognized that when the focusing lens is illuminated with a light beam having an asymmetrical beam shape, for example with a light beam having a slit-like beam shape, a voxel size can be changed laterally to the irradiation direction. For this purpose, at least a subset of the beam-shaping optics can be set up to change a beam cross section, in particular a beam diameter, asymmetrically, in particular to reduce or enlarge it. For example, one or more beam shaping optics can be set up to generate a slit-like beam shape. The proposed beam shaping device makes it possible in particular to change a beam shape comparatively quickly, so that a voxel size can be variably adjusted during a writing process, i.e. during the shifting of the focus area ("on-the-fly") and thus a defined voxel size is generated for each scan position can be.
Insbesondere umfasst zumindest eine Teilmenge der Strahlformungsoptiken, insbesondere alle Strahlformungsoptiken, jeweils wenigstens ein optisches Element (oder eine optische Wirkfläche) , welches strahlaufweitend oder strahlverjüngend wirkt. Beispielsweise kann das wenigstens eine optische Element ein reflektives, absorbierendes, oder ref raktierendes optisches Element sein. Das wenigstens eine optische Element kann eine Linse oder ein Spiegel sein. Das wenigstens eine optische Element kann auch ein diffraktives Element sein, bspw. ein schaltbares digital mirror device (DMD) . Dies ermöglicht es , die Amplitude und/oder die Phase des Lichtstrahls zu verändern . Das wenigstens eine optische Element kann auch ein akusto-optisches Element sein . Das wenigstens eine optische Element kann orts fest angeordnet sein . Es ist auch denkbar, dass das wenigstens eine optische Element relativ zum Strahlengang des Lichtstrahls translatorisch verlagerbar oder rotierbar angeordnet ist , insbesondere bei bestimmungsgemäß em Gebrauch der Strahl formungseinrichtung sich bewegt , vibriert , oder rotiert . Dies ermöglicht es , eine Strahl form und somit eine Voxelgröße besonders schnell zu verändern . Vorzugsweise umfassen die Strahl formungsoptiken j eweils wenigstens zwei optische Elemente ( oder optische Wirkflächen) , welche gemeinsam ( also dann, wenn der Lichtstrahl mit den wenigstens zwei optischen Elementen, insbesondere sequenziell , wechselwirkt ) strahlaufweitend oder strahlver üngend wirken . Das wenigstens eine optische Element oder die wenigstens zwei optischen Elemente können dazu ausgebildet sein, einen Strahlquerschnitt symmetrisch, insbesondere konzentrisch zu einer Hauptstrahlachse , oder asymmetrisch zu verändern, insbesondere zu vergrößern oder zu verkleinern . Um eine asymmetrische Strahl form zu erzielen, kann das wenigstens eine optische Element oder die wenigstens zwei optischen Elemente bspw . asymmetrische Spiegel flächen oder Zylinderlinsen umfassen . In particular, at least a subset of the beam-shaping optics, in particular all beam-shaping optics, each comprise at least one optical element (or an effective optical surface), which has a beam-widening or beam-rejuvenating effect. For example, the at least one optical element can be a reflective, absorbing or refracting optical element. The at least one optical element can be a lens or a mirror. The at least one optical element can also be a diffractive element, for example a switchable digital mirror device (DMD) . This makes it possible to change the amplitude and/or the phase of the light beam. The at least one optical element can also be an acousto-optical element. The at least one optical element can be fixed in place. It is also conceivable that the at least one optical element is arranged to be translationally displaceable or rotatable relative to the beam path of the light beam, in particular when the beam-shaping device is used as intended, it moves, vibrates, or rotates. This makes it possible to change a beam shape and thus a voxel size particularly quickly. The beam-shaping optics preferably each comprise at least two optical elements (or active optical surfaces) which together (ie when the light beam interacts with the at least two optical elements, in particular sequentially) have a beam-widening or beam-narrowing effect. The at least one optical element or the at least two optical elements can be designed to change a beam cross section symmetrically, in particular concentrically to a main beam axis, or asymmetrically, in particular to enlarge or reduce it. In order to achieve an asymmetric beam shape, the at least one optical element or the at least two optical elements, for example. include asymmetrical mirror surfaces or cylindrical lenses.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung können eine oder mehrere der Strahl formungsoptiken ein erstes optisches Element umfassen, welches als optisches Sammelelement ausgebildet ist , und ein zweites optisches Element , welches als optisches Zerstreuungselement ausgebildet ist. Bei dem optischen Sammelelement kann es sich bspw. um eine Sammellinse oder einen Sammelspiegel handeln. Bei dem optischen Zerstreuungselement kann es sich bspw. um eine Zerstreuungslinse oder einen Zerstreuungsspiegel handeln. As part of an advantageous embodiment, one or more of the beam-shaping optics can include a first optical element, which is designed as an optical collecting element, and a second optical element, which is designed as an optical diffusing element. The optical converging element can be, for example, a converging lens or a converging mirror. The diverging optical element can be, for example, a diverging lens or a diverging mirror.
Im Rahmen einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung können eine oder mehrere der Strahlformungsoptiken ein erstes und ein zweites optisches Element aufweisen, wobei das erste und das zweite optische Element als optisches Sammelelement, insbesondere als Sammellinse oder Sammelspiegel, ausgebildet sind. As part of an alternative advantageous embodiment, one or more of the beam-shaping optics can have a first and a second optical element, with the first and the second optical element being designed as an optical collecting element, in particular as a collecting lens or collecting mirror.
In vorteilhafter Weise können die Strahlformungsoptiken jeweils ein Reflexionsflächenpaar mit einer ersten Reflexionsfläche und einer zweiten Reflexionsfläche umfassen oder daraus bestehen. Die erste und zweite Reflexionsfläche eines Reflexionsflächenpaars sind vorzugsweise derart angeordnet, dass ein in die Strahl formungseinr ich tung eingestrahlter Eingangslichtstrahl zuerst auf die erste Reflexionsfläche und dann auf die zweite Reflexionsfläche trifft. Insofern kann die Strahlablenkeinrichtung dazu ausgebildet sein, einen in die Strahlformungseinrichtung eingestrahlten Eingangslichtstrahl auf die erste Reflexionsfläche einer der Strahlformungsoptiken zu lenken. Die erste und die zweite Reflexionsfläche eines Reflexionsflächenpaars sind insbesondere derart ausgebildet und angeordnet, dass ein auf die erste Reflexionsfläche des Reflexionsflächenpaars treffender Lichtstrahl von der ersten Reflexionsfläche entlang eines Strahlungswegs auf die zweite Reflexions fläche dieses Reflexions flächenpaars umgelenkt wird . Vorzugsweise ist die zweite Reflexions fläche dazu ausgebildet , den Lichtstrahl wieder auf die Strahlablenkeinrichtung zu lenken . Die Reflexions flächen können beispielsweise durch Spiegel flächen oder Spiegel flächenabschnitte bereitgestellt sein . Vorzugsweise sind die erste und zweite Reflexions fläche feststehend, also insbesondere nicht verschwenkbar , ausgebildet . Advantageously, the beam-shaping optics can each include or consist of a pair of reflection surfaces with a first reflection surface and a second reflection surface. The first and second reflection surfaces of a pair of reflection surfaces are preferably arranged in such a way that an input light beam radiated into the beam-shaping device first impinges on the first reflection surface and then on the second reflection surface. In this respect, the beam deflection device can be designed to direct an input light beam radiated into the beam shaping device onto the first reflection surface of one of the beam shaping optics. The first and the second reflection surface of a pair of reflection surfaces are in particular designed and arranged in such a way that a light beam impinging on the first reflection surface of the pair of reflection surfaces comes from the first reflection surface is deflected along a radiation path onto the second reflection surface of this reflection surface pair. The second reflection surface is preferably designed to direct the light beam back onto the beam deflection device. The reflection surfaces can be provided, for example, by mirror surfaces or mirror surface sections. The first and second reflection surfaces are preferably fixed, ie in particular not pivotable.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung können in einem Strahlengang zwischen der ersten und der zweiten Reflexions fläche das vorstehend erwähnte wenigstens eine strahlaufweitend oder strahlverj üngend wirkende optische Element oder die gemeinsam strahlaufweitend oder strahlver üngend wirkenden wenigstens zwei optischen Elemente angeordnet sein . Dann ist es möglich, dass die erste und die zweite Reflexions fläche selbst nicht strahlaufweitend oder strahlverringernd wirken . Beispielsweise können die erste und/oder die zweite Reflexions fläche j eweils durch einen ebenen Spiegel bereitgestellt sein . In an advantageous further development, the above-mentioned at least one optical element having a beam-widening or beam-narrowing effect or the at least two optical elements having a joint beam-widening or beam-narrowing effect can be arranged in a beam path between the first and the second reflection surface. Then it is possible that the first and the second reflection surface itself do not have a beam-widening or beam-reducing effect. For example, the first and/or the second reflection surface can each be provided by a plane mirror.
Im Konkreten kann in einem Strahlengang von der ersten Reflexions fläche zu der zweiten Reflexions fläche zuerst ein optisches Zerstreuungselement und dann ein optisches Sammelelement angeordnet sein . Vorzugsweise ist das optische Zerstreuungselement innerhalb einer Brennweite des optischen Sammelelements angeordnet (umgekehrte Galilei Anordnung) . Eine solche Anordnung wirkt strahlaufweitend . Es ist auch denkbar, dass zuerst das optische Sammelelement und dann das optische Zerstreuungselement angeordnet ist . Eine solche Ausgestaltung wirkt strahlverj üngend . In concrete terms, first an optical scattering element and then an optical collecting element can be arranged in a beam path from the first reflection surface to the second reflection surface. The optical diverging element is preferably arranged within a focal length of the optical collecting element (reverse Galileo arrangement). Such an arrangement has a beam-widening effect. It is also conceivable that the optical collecting element is arranged first and then the optical scattering element. Such an embodiment has a beam-converging effect.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann in einem Strahlengang von der ersten Reflexions fläche zu der zweiten Reflexions fläche zuerst ein erstes optisches Sammelelement und dann ein zweites optisches Sammelelement angeordnet sein . Vorzugsweise sind das erste optische Sammelelement und das zweite optisches Sammelelement in einem Abstand zueinander angeordnet , welcher der Summe einer Brennweite des ersten optischen Sammelelements und einer Brennweite des zweiten optischen Sammelelements entspricht (Kepler- Anordnung) . In Abhängigkeit der Brennweiten des ersten und des zweiten optischen Sammelelements kann eine solche Ausgestaltung strahlaufweitend (Brennweite des ersten optischen Sammelelements kleiner als Brennweite des zweiten optischen Sammelelements ) oder strahlver üngend (Brennweite des ersten optischen Sammelelements größer als Brennweite des zweiten optischen Sammelelements ) wirken . Within the scope of a further configuration, first a first optical collecting element and then a second optical collecting element can be arranged in a beam path from the first reflection surface to the second reflection surface. The first optical collecting element and the second optical collecting element are preferably arranged at a distance from one another which corresponds to the sum of a focal length of the first optical collecting element and a focal length of the second optical collecting element (Kepler arrangement). Depending on the focal lengths of the first and second optical collecting elements, such a configuration can have a beam-widening effect (focal length of the first optical collecting element is smaller than the focal length of the second optical collecting element) or beam narrowing (focal length of the first optical collecting element is larger than the focal length of the second optical collecting element).
Es ist auch möglich, dass die erste und die zweite Reflexions fläche derart ausgebildet sind, dass durch sequenzielles Wechselwirken des Lichtstrahls mit der ersten und der zweiten Reflexions fläche eine Strahl form des Lichtstrahls symmetrisch oder asymmetrisch veränderbar ist , insbesondere ein Strahlquerschnitt vergrößerbar oder verkleinerbar ist . Insofern kann die erste Reflexions fläche eine erste optische Wirkfläche und die zweite Reflexions fläche eine zweite optische Wirkfläche bilden, welche gemeinsam strahlaufweitend oder strahlverj üngend wirken . Bei einer solchen Ausgestaltung sind dann insbesondere keine weiteren strahlaufweitend oder strahlver üngende wirkenden optischen Elemente zwischen der ersten und der zweiten Reflexions fläche erforderlich oder vorgesehen . Insbesondere können die erste und/oder die zweite Reflexions fläche gekrümmt verlaufend, paraboloid- förmig, asphärisch oder als Frei formfläche ausgebildet sein . It is also possible for the first and the second reflection surface to be designed in such a way that a beam shape of the light beam can be changed symmetrically or asymmetrically by sequential interaction of the light beam with the first and the second reflection surface, in particular a beam cross section can be enlarged or reduced. In this respect, the first reflection surface can form a first effective optical surface and the second reflection surface can form a second effective optical surface. which together have a jet widening or jet narrowing effect. In such a configuration, in particular, no further optical elements having a beam-widening or beam-narrowing effect are required or provided between the first and the second reflection surface. In particular, the first and/or the second reflection surface can be curved, paraboloid-shaped, aspherical or designed as a free-form surface.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung können die erste und die zweite Reflexions fläche einer j eweiligen Strahl formungsoptik gekrümmt , insbesondere paraboloid- förmig, ausgebildet sein, wobei die erste Reflexions fläche konvex und die zweite Reflexions fläche konkav ausgebildet ist ( dann wirkt Strahl formungsoptik strahlaufweitend) oder wobei die erste Reflexions fläche konkav und die zweite Reflexions fläche konvex ausgebildet ist ( dann wirkt Strahl formungsoptik strahlverj üngend) . As part of an advantageous embodiment, the first and the second reflection surface of each beam-shaping optic can be curved, in particular paraboloid-shaped, wherein the first reflection surface is convex and the second reflection surface is concave (then the beam-shaping optic has a beam-widening effect) or wherein the first reflection surface is concave and the second reflection surface is convex (then the beam-shaping optics have a beam-converging effect).
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann eine Strahlaufweitung oder -Verj üngung dadurch erreicht werden, dass die erste und die zweite Reflexions fläche paraboloid- förmig ausgebildet sind, wobei die erste und die zweite Reflexions fläche durch unterschiedliche Paraboloid- Funktionen definiert sind . Insofern können die erste und die zweite Reflexions fläche durch Funktionen mit unterschiedlichen Paraboloidparametern und/oder unterschiedlichen Exponenten definiert sein . Insbesondere können die erste und die zweite Reflexions fläche unterschiedliche Brennweiten aufweisen . Vorzugsweise sind die erste und die zweite Reflexions fläche derart relativ zueinander angeordnet , dass ein Brennpunkt der ersten Reflexions fläche und ein Brennpunkt der zweiten Reflexions fläche örtlich zusammenfallen . I st bspw . eine Brennweite der ersten paraboloid- förmigen Reflexions fläche kleiner/größer als eine Brennweite der zweiten paraboloid- förmigen Reflexions fläche kann eine Strahlaufweitung/Strahlver j üngung erzielt werden . Within the scope of a further embodiment, a beam widening or narrowing can be achieved in that the first and the second reflection surface are designed in the shape of a paraboloid, the first and the second reflection surface being defined by different paraboloid functions. In this respect, the first and the second reflection surface can be defined by functions with different paraboloid parameters and/or different exponents. In particular, the first and the second reflection surface have different focal lengths. The first and second reflection surfaces are preferably arranged relative to one another in such a way that a focal point of the first reflection surface and a focal point of the second reflection surface coincide locally. Is e.g. a focal length of the first paraboloidal reflection surface smaller/greater than a focal length of the second paraboloidal reflection surface, a beam widening/beam narrowing can be achieved.
In zweckmäßiger Weise kann die erste Reflexions fläche durch einen ersten Parabolspiegel bereitgestellt sein und die zweite Reflexions fläche kann durch einen zweiten Parabolspiegel bereitgestellt sein . Dann kann der erste Parabolspiegel insofern ein erstes optisches Element und der zweite Parabolspiegel ein zweites optisches Element bilden, welche gemeinsam strahlaufweitend oder strahlverj üngend wirken . Expediently, the first reflection surface can be provided by a first parabolic mirror and the second reflection surface can be provided by a second parabolic mirror. The first parabolic mirror can then form a first optical element and the second parabolic mirror can form a second optical element, which together have a beam-widening or beam-converging effect.
Es ist auch denkbar, dass die erste Reflexions fläche und/oder die zweite Reflexions fläche als Frei formfläche ausgebildet sind . Es ist auch denkbar, dass eine der Reflexions flächen durch einen Parabolspiegel bereitgestellt ist und die andere Reflexions fläche durch eine Frei formfläche bereitgestellt ist . It is also conceivable for the first reflection surface and/or the second reflection surface to be designed as a free-form surface. It is also conceivable that one of the reflection surfaces is provided by a parabolic mirror and the other reflection surface is provided by a free-form surface.
Um zwischen den einzelnen Strahl formungsoptiken hin und her wechseln zu können und somit eine Strahl form variabel einstellen zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn die Strahlablenkeinrichtung dazu eingerichtet ist , den Eingangslichtstrahl entlang eines Scanweges zu verlagern. Insofern kann die Strahlablenkeinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Ausbreitungsrichtung des Eingangslichtstrahls derart zu verändern, dass der Eingangslichtstrahl einem Scanweg folgt. Dann können die Strahlformungsoptiken, insbesondere die ersten und/oder zweiten Reflexionsflächen (bspw. die Parabolspiegel) , sequenziell entlang dieses Scanweges angeordnet sein. Durch Verlagern des Eingangslichtstrahls entlang des Scanweges kann dann ausgewählt werden, welche Strahlformungsoptik beleuchtet wird und somit, welche Strahlform erzeugt werden soll. Der Scanweg kann bspw. linear, gekrümmt, kreisförmig oder kreisabschnittsförmig verlaufen. Es ist denkbar, dass die Strahlformungsoptiken durch voneinander separat ausgebildete Baugruppen bereitgestellt sind. Insofern können die Strahlformungsoptiken segmentartig entlang des Scanweges angeordnet sein. Bspw. ist es denkbar, dass die Strahlformungsoptiken jeweils durch ein, insbesondere einstückiges, Spiegelbauteil bereitgestellt ist, welches die erste und die zweite Reflexionsfläche bereitstellt . In order to be able to switch back and forth between the individual beam shaping optics and thus be able to variably set a beam shape, it can be advantageous if the beam deflection device is set up to do so To shift input light beam along a scan path. In this respect, the beam deflection device can be designed to change a propagation direction of the input light beam in such a way that the input light beam follows a scanning path. The beam-shaping optics, in particular the first and/or second reflection surfaces (for example the parabolic mirrors), can then be arranged sequentially along this scanning path. By shifting the input light beam along the scan path, it is then possible to select which beam-shaping optics are to be illuminated and hence which beam shape is to be produced. The scan path can, for example, run linearly, curved, circularly or in the form of a segment of a circle. It is conceivable that the beam-shaping optics are provided by assemblies that are designed separately from one another. In this respect, the beam-shaping optics can be arranged in segments along the scanning path. For example, it is conceivable that the beam-shaping optics are each provided by a mirror component, in particular a one-piece mirror component, which provides the first and the second reflection surface.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die ersten Reflexionsflächen durch erste Flächenabschnitte einer ersten Freiformfläche bereitgestellt sind und oder die zweiten Reflexionsflächen durch zweite Flächenabschnitte einer zweiten Freiformfläche bereitgestellt sind. Es ist denkbar, dass die erste Freiformfläche und die zweite Freiformfläche durch voneinander separate Bauteile bereitgestellt sind. Es ist auch denkbar, dass die erste und die zweite Freiformfläche durch eine gemeinsame Frei formfläche bereitgestellt sind . Insofern können die ersten bzw . zweiten Reflexions flächen durch ein zusammenhängendes Bauteil ausgebildet sein . Eine solche Strahl formungseinrichtung ist kompakt aufgebaut und zudem robust gegenüber mechanischen Erschütterungen . Vorzugsweise kann sich die erste und/oder die zweite Frei formfläche entlang des Scanweges der Strahlablenkeinrichtung erstrecken, insbesondere unterbrechungs frei durchgehend . Insofern kann die Strahlablenkeinrichtung dazu ausgebildet sein, den Eingangslichtstrahl entlang der ersten Frei formfläche zu verlagern . Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn diej enigen Flächenabschnitte , welche die ersten Reflexions flächen bereitstellen, kontinuierlich, vorzugsweise entlang des Scanweges , ineinander übergehen, und/oder wenn diej enigen Flächenabschnitte , welche die zweiten Reflexions flächen bereitstellen, kontinuierlich, vorzugsweise entlang des Scanweges , ineinander übergehen . Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es , eine Strahl form kontinuierlich, insbesondere stufenlos , zu verändern, beispielsweise einen Strahlquerschnitt stufenlos zu vergrößern oder zu verkleinern . It can also be advantageous if the first reflection surfaces are provided by first surface sections of a first free-form surface and/or the second reflection surfaces are provided by second surface sections of a second free-form surface. It is conceivable that the first free-form surface and the second free-form surface are provided by components that are separate from one another. It is also conceivable that the first and the second free-form surface by a common Free form surface are provided. In this respect, the first or second reflection surfaces can be formed by a coherent component. Such a beam shaping device has a compact design and is also robust with respect to mechanical shocks. The first and/or the second free-form surface can preferably extend along the scanning path of the beam deflection device, in particular continuously without interruption. In this respect, the beam deflection device can be designed to displace the input light beam along the first free-form surface. It can be particularly advantageous if those surface sections that provide the first reflection surfaces merge continuously, preferably along the scanning path, and/or if those surface sections that provide the second reflection surfaces continuously, preferably along the scanning path, merge . Such an embodiment makes it possible to change a jet shape continuously, in particular steplessly, for example to enlarge or reduce a jet cross section steplessly.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Strahlablenkeinrichtung wenigstens einen um eine Schwenkachse schwenkbaren Spiegel , insbesondere Galvanometerspiegel , umfassen . Im Konkreten kann die Strahlablenkeinrichtung eine erste Strahlablenkfläche und eine zweite Strahlablenkfläche aufweisen . Die erste und/oder die zweite Strahlablenkfläche können insbesondere durch einen Spiegel , vorzugsweise einen Galvanometerspiegel , bereitgestellt sein . Die erste Strahlablenkfläche kann dazu eingerichtet sein, einen auf sie auf tref f enden Eingangslichtstrahl , insbesondere unmittelbar, auf die erste Reflexions fläche einer der Strahl formungsoptiken umzulenken . Die zweite Strahlablenkfläche kann dazu eingerichtet sein, um für einen von der zweiten Reflexions fläche dieser Strahl formungsoptik abgelenkten Ausgangslichtstrahl einen Ausgangsstrahlengang zu definieren . Insofern können die Strahlablenkflächen und die Reflexions flächen derart angeordnet sein, dass ein auf die erste Strahlablenkfläche tref fender Eingangslichtstrahl auf die erste Reflexions fläche einer der Strahl formungsoptiken umgelenkt wird, der Lichtstrahl von der ersten Reflexions fläche auf die zweite Reflexions fläche umgelenkt wird und schließlich von der zweiten Reflexions fläche auf die zweite Strahlablenkfläche umgelenkt wird . Within the scope of an advantageous embodiment, the beam deflection device can comprise at least one mirror, in particular a galvanometer mirror, which can be pivoted about a pivot axis. In concrete terms, the beam deflection device can have a first beam deflection surface and a second beam deflection surface. The first and / or the second beam deflection can in particular by a mirror, preferably a galvanometer mirrors , be provided . The first beam deflection surface can be set up to deflect an input light beam striking it, in particular directly, onto the first reflection surface of one of the beam-shaping optics. The second beam deflection surface can be set up to define an output beam path for an output light beam deflected by the second reflection surface of this beam-shaping optics. In this respect, the beam deflection surfaces and the reflection surfaces can be arranged in such a way that an input light beam striking the first beam deflection surface is deflected onto the first reflection surface of one of the beam-shaping optics, the light beam is deflected from the first reflection surface onto the second reflection surface and finally from the second reflection surface is deflected onto the second beam deflection surface.
Um zwischen den Strahl formungsoptiken durchzuschalten, kann die erste Strahlablenkfläche , insbesondere der erste Spiegel oder Galvanometerspiegel , derart um eine erste Schwenkachse schwenkbar sein, dass durch Verschwenken der ersten Strahlablenkfläche um die erste Schwenkachse der Eingangslichtstrahl wahlweise auf eine der ersten Reflexions flächen der Strahl formungsoptiken umlenkbar ist . Insofern kann die Strahlablenkeinrichtung einen ersten Spiegel , insbesondere Galvanometerspiegel , umfassen, welcher zum Durchschalten der Strahl formungsoptiken um eine erste Schwenkachse schwenkbar ist und die erste Strahlablenkfläche bereitstellt . Eine solche Strahlablenkeinrichtung ermöglicht es , besonders schnell zwischen den Strahl formungsoptiken hin und her zu wechseln und somit schnell eine Strahl form zu verändern . Dies kann insbesondere bei Anwendungen im Lithographiebereich vorteilhaft sein, um eine Strahl form während eines Scanvorgangs , sozusagen "on-the- f ly" , zu verändern und somit für j ede Scanposition eine definierte Strahl form zu erzeugen . In order to switch between the beam-shaping optics, the first beam deflection surface , in particular the first mirror or galvanometer mirror , can be pivoted about a first pivot axis in such a way that the input light beam can be selectively deflected onto one of the first reflection surfaces of the beam-shaping optics by pivoting the first beam deflection surface about the first pivot axis is . In this respect, the beam deflection device can comprise a first mirror, in particular a galvanometer mirror, which can be pivoted about a first pivot axis for switching through the beam-shaping optics and provides the first beam deflection surface. Such The beam deflection device makes it possible to switch back and forth particularly quickly between the beam-shaping optics and thus to quickly change a beam shape. This can be particularly advantageous for applications in the field of lithography, in order to change a beam shape during a scanning process, so to speak “on-the-fly”, and thus to generate a defined beam shape for each scan position.
In vorteilhafter Weise kann auch die zweite Strahlablenkfläche , insbesondere der zweite Spiegel bzw . zweite Galvanometerspiegel , um eine zweite Schwenkachse schwenkbar sein . Insofern kann die Strahlablenkeinrichtung einen zweiten Spiegel , insbesondere Galvanometerspiegel , umfassen, welcher um eine zweite Schwenkachse schwenkbar ist und die zweite Strahlablenkfläche bereitstellt . Dies ermöglicht es , den Ausgangsstrahlengang variabel zu verändern oder aber die zweite Strahlablenkfläche , bspw . in Abhängigkeit einer ausgewählten Strahl formungsoptik, derart aus zurichten, dass der Ausgangsstrahlengang bzw . eine Ausbreitungsrichtung des Ausgangsstrahls von der zweiten Strahlablenkfläche weg konstant bleibt . Insbesondere sind die erste und die zweite Schwenkachse kollinear, vorzugsweise identisch . Advantageously, the second beam deflection surface, in particular the second mirror or second galvanometer mirrors to be pivotable about a second pivot axis. In this respect, the beam deflection device can comprise a second mirror, in particular a galvanometer mirror, which can be pivoted about a second pivot axis and provides the second beam deflection surface. This makes it possible to variably change the exit beam path or to use the second beam deflection surface, e.g. depending on a selected beam shaping optics, to be aligned in such a way that the output beam path or a direction of propagation of the output beam away from the second beam deflection surface remains constant. In particular, the first and the second pivot axis are collinear, preferably identical.
Es ist denkbar, dass der erste und der zweite Spiegel voneinander unabhängig schwenkbar sind . Beispielsweise ist es denkbar, dass eine Schwenkbewegung des ersten Spiegels und eine Schwenkbewegung des zweiten Spiegels j eweils durch eine eigene Antriebseinrichtung, insbesondere motorisch, antreibbar sind . Es kann j edoch auch vorteilhaft sein, wenn eine Schwenkbewegung der ersten Strahlablenkfläche und eine Schwenkbewegung der zweiten Strahlablenkfläche synchronisiert sind . Dies ermöglicht es , die erste und die zweite Strahlablenkfläche stets in konstanter Ausrichtung relativ zueinander zu halten und somit - unabhängig davon, welche Strahl formungsoptik ausgewählt ist - den Ausgangsstrahlengang konstant zu halten . It is conceivable that the first and the second mirror can be pivoted independently of one another. For example, it is conceivable that a pivoting movement of the first mirror and a pivoting movement of the second mirror are each driven by their own drive device, in particular a motor. are drivable. However, it can also be advantageous if a pivoting movement of the first beam deflection surface and a pivoting movement of the second beam deflection surface are synchronized. This makes it possible to always keep the first and the second beam deflection surface in a constant alignment relative to one another and thus—regardless of which beam shaping optics is selected—to keep the output beam path constant.
Vorzugsweise können eine Schwenkbewegung der ersten Strahlablenkfläche und eine Schwenkbewegung der zweiten Strahlablenkfläche zwangsgekoppelt sein . Beispielsweise ist es denkbar, dass die erste Strahlablenkfläche durch einen ersten Spiegel bereitgestellt ist und die zweite Strahlablenkfläche durch einen zweiten Spiegel bereitgestellt ist , wobei beide Spiegel durch eine gemeinsame Antriebseinrichtung schwenkbar sind . Es ist auch denkbar, dass die erste und die zweite Strahlablenkfläche durch einen gemeinsamen Spiegel bereitgestellt sind, welcher um eine Spiegel-Schwenkachse schwenkbar ist . Insbesondere können die erste und die zweite Strahlablenkfläche durch eine , vorzugsweise unterbrechungs frei durchgehende , Spiegel fläche des gemeinsamen Spiegels bereitgestellt sein . Eine solche Ausgestaltung ist konstruktiv einfach auf gebaut und robust . A pivoting movement of the first beam deflection surface and a pivoting movement of the second beam deflection surface can preferably be positively coupled. For example, it is conceivable that the first beam deflection surface is provided by a first mirror and the second beam deflection surface is provided by a second mirror, both mirrors being pivotable by a common drive device. It is also conceivable that the first and the second beam deflection surface are provided by a common mirror which can be pivoted about a mirror pivot axis. In particular, the first and the second beam deflection surface can be provided by a mirror surface of the common mirror, which is preferably continuous without interruption. Such an embodiment is structurally simple and robust.
Bei einer Ausgestaltung mit schwenkbaren Spiegeln kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn die Strahl formungsoptiken, insbesondere die Reflexions flächenpaare oder die Parabolspiegelpaare , entlang eines Umfangs um die erste Schwenkachse oder die Spiegel-Schwenkachse angeordnet sind . In an embodiment with swiveling mirrors, it can be particularly advantageous if the beam-shaping optics, in particular the pairs of reflection surfaces or the pairs of parabolic mirrors, are arranged along a circumference around the first pivot axis or the mirror pivot axis.
Insbesondere sind die erste und die zweite Schwenkachse oder die Spiegel-Schwenkachse zu einer j eweiligen Krümmungsachse der ersten und/oder zweiten Reflexions fläche , insbesondere einer Krümmungsachse des ersten und/oder zweiten Parabolspiegels , orthogonal orientiert . Durch Verschwenken der Spiegel wird der Lichtstrahl also nicht entlang einer Krümmung der Reflexions fläche verlagert , sondern orthogonal hierzu . In particular, the first and the second pivot axis or the mirror pivot axis are oriented orthogonally to a respective axis of curvature of the first and/or second reflection surface, in particular an axis of curvature of the first and/or second parabolic mirror. By pivoting the mirrors, the light beam is not shifted along a curvature of the reflection surface, but orthogonally to it.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können die Strahl formungsoptiken, insbesondere die erste und die zweite Reflexions fläche eines Reflexions flächenpaars , derart ausgebildet sein, dass eine Ausgangsstrahlrichtung eines von der zweiten Reflexions fläche reflektierten Ausgangslichtstrahls parallel zu einer Eingangsstrahlrichtung eines auf die erste Reflexions fläche tref fenden Eingangsstrahls verläuft . Vorzugsweise liegen die Ausgangsstrahlrichtung und die Eingangsstrahlrichtung innerhalb einer Ebene , welche die erste und die zweite Schwenkachse oder die Spiegel-Schwenkachse enthält ( telezentrische Anordnung) . Insofern kann die Strahl formungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass - unabhängig davon, welche der Strahl formungsoptik ausgewählt ist - ein zwischen zweiter Reflexions fläche und zweiter Strahlablenkfläche verlaufender Strahlabschnitt und ein zwischen erster Strahlablenkfläche und erster Reflexions fläche verlaufender Strahlabschnitt zueinander parallel verlaufen und innerhalb einer Ebene angeordnet sind, welche die erste und die zweite Schwenkachse oder die Spiegel-Schwenkachse enthält . Within the scope of a preferred configuration, the beam-shaping optics, in particular the first and the second reflection surface of a pair of reflection surfaces, can be designed in such a way that an output beam direction of an output light beam reflected by the second reflection surface is parallel to an input beam direction of an input beam impinging on the first reflection surface runs . The output beam direction and the input beam direction preferably lie within a plane which contains the first and the second pivot axis or the mirror pivot axis (telecentric arrangement). In this respect, the beam-shaping device can be designed in such a way that—regardless of which beam-shaping optics is selected—a beam section running between the second reflection surface and the second beam deflection surface and a beam section running between the first beam deflection surface and the first reflection surface face each other run parallel and are arranged within a plane containing the first and the second pivot axis or the mirror pivot axis.
Wie vorstehend erwähnt , kann die Strahl formungseinrichtung Teil einer Lithographievorrichtung sein . Insofern betri f ft die Erfindung auch eine Lithographievorrichtung gemäß Anspruch 22 , umfassend eine vorstehend beschriebene Strahl formungseinrichtung . Die Strahl formungseinrichtung kann weitergebildet sein, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Strahl formungseinrichtung als solche beschrieben . Die Lithographievorrichtung ist zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur in einem Lithographiematerial ausgebildet . Die Lithographievorrichtung umfasst eine Lichtquelle zur Aussendung eines Lichtstrahls . Insbesondere kann die Lichtquelle als Laserlichtquelle zur Aussendung eines Laserstrahls ausgebildet sein . Die Lithographievorrichtung umfasst außerdem eine Strahl führungseinrichtung zur Definition eines Strahlengangs für den Lichtstrahl von der Lichtquelle zu dem Lithographiematerial . Beispielsweise kann die Strahl führungseinrichtung eine Mehrzahl von Optikelementen ( z . B . Linsen, Spiegel , etc . ) umfassen . Darüber hinaus umfasst die Lithographievorrichtung eine Fokussieroptik zur Fokussierung des Lichtstrahls in einem Fokusbereich . Zur Verlagerung des Fokusbereiches des Lichtstrahls relativ zu dem Lithographiematerial , umfasst die Lithographievorrichtung außerdem eine Scan-Einrichtung . Die Scan-Einrichtung kann eine Ablenkeinrichtung ( z . B . umfassend Ablenkspiegel ) zur Veränderung einer Position des Fokusbereichs des Lichtstrahls in dem Lithographiematerial sein . Insbesondere ist die Scan-Einrichtung entlang einer Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls zwischen Strahl formungseinrichtung und Fokussieroptik angeordnet . As mentioned above, the beam shaping device can be part of a lithography device. In this respect, the invention also relates to a lithography device according to claim 22, comprising a beam shaping device as described above. The beam-shaping device can be further developed, as described above in connection with the beam-shaping device as such. The lithography device is designed to produce a three-dimensional target structure in a lithography material. The lithography device comprises a light source for emitting a light beam. In particular, the light source can be designed as a laser light source for emitting a laser beam. The lithography device also includes a beam guidance device for defining a beam path for the light beam from the light source to the lithography material. For example, the beam guiding device can comprise a plurality of optical elements (eg lenses, mirrors, etc.). In addition, the lithography device includes focusing optics for focusing the light beam in a focal area. In order to shift the focus area of the light beam relative to the lithography material, the lithography device also includes a scanning device. The scanning device can include a deflection device (e.g., deflection mirror) for changing a position of the Be focus area of the light beam in the lithographic material. In particular, the scanning device is arranged along a propagation direction of the light beam between the beam-shaping device and the focusing optics.
Wie vorstehend erwähnt , kann bei einer solchen Lithographievorrichtung mit Strahl formungseinrichtung eine Ausleuchtung der Fokussieroptik variabel angepasst werden und somit eine Voxel form und/oder Voxelgröße verändert werden, insbesondere in Abhängigkeit einer Scanposition des Fokusbereichs . As mentioned above, in such a lithography device with a beam-shaping device, illumination of the focusing optics can be variably adjusted and thus a voxel shape and/or voxel size can be changed, in particular as a function of a scan position of the focus area.
Die Lithographievorrichtung kann außerdem eine Positioniereinrichtung zum Verlagern und Positionieren eines Substrats umfassen . Insbesondere ist die Positioniereinrichtung dazu ausgebildet , das Substrat in allen drei Raumrichtungen (X, Y, Z ) zu verlagern, vorzugsweise zusätzlich auch um wenigstens eine zur X-Y- Ebene parallele Neigungsachse zu neigen ( tilt ) . The lithography device can also include a positioning device for displacing and positioning a substrate. In particular, the positioning device is designed to displace the substrate in all three spatial directions (X, Y, Z), preferably also to tilt it about at least one axis of inclination parallel to the X-Y plane.
In vorteilhafter Weise kann die Lithographievorrichtung außerdem eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Lithographievorrichtung umfassen . Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet , die Strahl formungseinrichtung, insbesondere die Strahlablenkeinrichtung, derart anzusteuern, dass der von der Lichtquelle ausgesandte Lichtstrahl in Abhängigkeit einer Scanposition des Fokusbereichs einer vorbestimmten Strahl formungsoptik zugefügt wird . Insofern kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Strahl formungseinrichtung derart anzusteuern, um in Abhängigkeit einer Scanposition die Strahl form des Lichtstrahls zu verändern . In vorteilhafter Weise kann die Steuereinrichtung außerdem dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Scanposition (und somit in Abhängigkeit der gewählten Strahl formungsoptik bzw . der Strahl form) eine Lichtleistung, insbesondere Laserleistung, zu verändern, vorzugsweise derart , dass eine in das Lithographiematerial eingestrahlte Lichtintensität konstant bleibt . Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, Strahl form und Lichtleistung in Abhängigkeit einer Scanposition zu synchronisieren . Zu diesem Zweck kann die Lithographievorrichtung bspw . einen von der Steuereinrichtung ansteuerbaren akusto-optischen Modulator umfassen, welcher dazu eingerichtet ist , eine Lichtleistung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahls zu verändern . Vorzugsweise kann die Steuereinrichtung derart eingerichtet sein, dass eine Lichtleistung proportional zu einer Voxelgröße verändert wird, insbesondere bei größerer Voxelgröße eine größere Lichtleistung eingestellt wird . The lithography device can advantageously also comprise a control device for controlling the lithography device. The control device is preferably set up to control the beam-shaping device, in particular the beam deflection device, in such a way that the light beam emitted by the light source is added to predetermined beam-shaping optics depending on a scanning position of the focus area. In this respect, the control device can be designed to To control the beam-shaping device in such a way as to change the beam shape of the light beam as a function of a scanning position. Advantageously, the control device can also be set up to change a light output, in particular a laser output, as a function of the scanning position (and thus as a function of the selected beam-shaping optics or the beam shape), preferably in such a way that the light intensity radiated into the lithographic material is constant remains . In other words, the control device can be set up to synchronize beam shape and light output as a function of a scanning position. For this purpose, the lithography device, for example. include an acousto-optical modulator that can be controlled by the control device and is set up to change a light output of the light beam emitted by the light source. The control device can preferably be set up in such a way that a light output is changed in proportion to a voxel size, in particular a larger light output is set for a larger voxel size.
Es kann vorkommen, dass eine Position des Fokusmittelpunktes des Fokusbereichs ( Fokusposition) sich in Abhängigkeit einer gewählten Strahl formungseinrichtung leicht verändert . Beispielsweise kann es in Folge von Aberrationsef fekten zu einer axialen Verschiebung des Fokusmittelpunkts entlang der optischen Achse des Lichtstrahls ( z-Achse ) kommen . Um solche Verschiebungen aus zugleichen, kann die Lithographievorrichtung eine Einstelleinrichtung umfassen, welche dazu ausgebildet ist , eine Fokusposition des Fokusbereichs entlang der optischen Achse des Lichtstrahls ( z-Achse bzw . Höhenachse ) einzustellen, insbesondere in Abhängigkeit einer gewählten Strahl formungsoptik . Insofern kann die Einstelleinrichtung dazu eingerichtet sein, eine Relativposition von Fokusbereich und Substrat entlang der optischen Achse des Lichtstrahls einzustellen . Vorzugsweise ist die Einstelleinrichtung mit der Strahlablenkeinrichtung derart synchronisiert , dass in Abhängigkeit einer ausgewählten Strahl formungsoptik eine vorgegebene Fokusposition eingestellt wird, insbesondere in Abhängigkeit einer Schwenklage des ersten Spiegels oder des gemeinsamen Spiegels der Strahlablenkeinrichtung um die j eweilige Schwenkachse . Beispielsweise kann die Einstelleinrichtung einen schnellen Membranspiegel oder einen akusto-optischen Deflektor zur Veränderung einer Fokusposition umfassen . Es ist auch denkbar, dass die Einstelleinrichtung einen schnellen z-Antrieb zur Verlagerung der Fokussieroptik, insbesondere des Fokussierob ektivs , umfasst , z . B . in Form einer Schwingspule (Voice-Coil-Aktor ) . Alternativ oder ergänzend ist es grundsätzlich auch denkbar, dass die Einstelleinrichtung eine Verfahreinrichtung zur Veränderung einer z-Position des Substrats bzw . Lithographiematerials umfasst . It can happen that a position of the focus center of the focus area (focus position) changes slightly depending on a selected beam shaping device. For example, as a result of aberration effects, there can be an axial displacement of the focal point along the optical axis of the light beam (z-axis). In order to compensate for such shifts, the lithography device can include an adjustment device which is designed to to set a focus position of the focus area along the optical axis of the light beam (z-axis or height axis), in particular depending on a selected beam-shaping optics. In this respect, the setting device can be set up to set a relative position of the focus area and substrate along the optical axis of the light beam. The setting device is preferably synchronized with the beam deflection device in such a way that a predetermined focus position is set depending on a selected beam-shaping optics, in particular depending on a pivoting position of the first mirror or the common mirror of the beam deflecting device about the respective pivoting axis. For example, the adjustment device can include a fast membrane mirror or an acousto-optical deflector for changing a focus position. It is also conceivable that the adjustment device includes a fast z-drive for moving the focusing optics, in particular the focusing lens, e.g. B. in the form of a voice coil (voice coil actuator). Alternatively or additionally, it is basically also conceivable that the adjustment device is a traversing device for changing a z-position of the substrate or Lithographic material includes.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert . Es zeigen : The invention is explained in more detail below with reference to the figures. Show it :
Fig . 1 ski z zierte Darstellung einer Ausgestaltung einer Strahl f ormungseinr ich tung; Fig. 2 skizzierte Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Strahlformungseinrichtung; Fig. 1 Sketched representation of an embodiment of a beam shaping device; 2 outlined representation of a further embodiment of a beam shaping device;
Fig. 3-7 schematische Darstellungen zur Erläuterung verschiedener Ausgestaltungen einer Strahlformungsoptik der Strahl f o rmungs einricht ung; 3-7 schematic illustrations for explaining different configurations of a beam shaping optics of the beam shaping device;
Fig. 8 vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der Strahlformungseinrichtung; und Fig. 9 vereinfachte schematische Darstellung einer Lithographievorrichtung . 8 simplified schematic representation of a further embodiment of the beam shaping device; and FIG. 9 simplified schematic representation of a lithography device.
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet. In the following description and in the figures, the same reference symbols are used for identical or corresponding features.
Die Figur 1 zeigt eine Ausgestaltung einer Strahlformungseinrichtung, welche insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Strahlformungseinrichtung 10 ist dazu ausgebildet, eine Strahlform, insbesondere einen Strahlquerschnitt, eines in seiner Gesamtheit mit Bezugszeichen 12 bezeichneten Lichtstrahls variabel einzustellen. FIG. 1 shows an embodiment of a beam-shaping device, which is denoted overall by reference numeral 10 . The beam shaping device 10 is designed to variably set a beam shape, in particular a beam cross section, of a light beam denoted in its entirety by reference numeral 12 .
Die Strahlformungseinrichtung 10 umfasst eine Mehrzahl, in dem dargestellten Beispiel fünf, Strahlformungsoptiken 14- 1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5. Die Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 sind jeweils dazu ausgebildet, eine Strahlform eines entlang einer Einstrahlrichtung 16 in die Strahlformungseinrichtung 10 eingestrahlten Eingangslichtstrahls 18 symmetrisch oder asymmetrisch zu verändern, insbesondere den Lichtstrahl 18 aufzuweiten oder zu verjüngen (nachfolgend noch im Detail erläutert) . Beispielhaft und bevorzugt sind die Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 dazu eingerichtet, jeweils eine unterschiedliche Strahlform, insbesondere einen unterschiedlichen Strahlquerschnitt, zu erzeugen. Insofern kann eine Strahlform eines die Strahlformungseinrichtung 10 verlassenden Ausgangslichtstrahls 20 unterschiedlich sein, je nachdem, welche der Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 der Lichtstrahl 12 durchlaufen hat. The beam shaping device 10 comprises a plurality, five in the example shown, beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5. The beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 are each designed to symmetrically or asymmetrically change a beam shape of an input light beam 18 radiated into the beam-shaping device 10 along a beam-in direction 16, in particular the light beam 18 expand or to rejuvenate (explained in detail below). By way of example and preferably, the beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 are set up to generate a different beam shape, in particular a different beam cross section. In this respect, a beam shape of an output light beam 20 leaving the beam shaping device 10 can be different, depending on which of the beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 the light beam 12 has passed through.
Um zwischen den Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14-3, 14- 4, 14-5 hin und her wechseln zu können, umfasst die Strahlformungseinrichtung 10 außerdem eine Strahlablenkeinrichtung 22, welche dazu ausgebildet ist, den Eingangslichtstrahl 18 wahlweise nur einer der Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 zuzuführen . In order to be able to switch back and forth between the beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5, the beam-shaping device 10 also includes a beam deflection device 22, which is designed to selectively direct the input light beam 18 to only one of the beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5.
Die Strahlablenkeinrichtung 22 umfasst bei dem in Figur 1 dargestellten Beispiel einen ersten Spiegel 24, insbesondere in Form eines Galvanometerspiegels 24, welcher eine erste Strahlablenkfläche 26 (vgl. Fig. 3) bereitstellt, und einen zweiten Spiegel 28, insbesondere in Form eines Galvanometerspiegels 28, welcher eine zweite Strahlablenkfläche 30 (vgl. Fig. 3) bereitstellt . Der erste Spiegel 24 ist mittels eines ersten Antriebs 32 um eine erste Schwenkachse 34 schwenkbar. Der zweite Spiegel 28 ist mittels eines zweiten Antriebs 36 um eine zweite Schwenkachse 38 schwenkbar. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die erste Schwenkachse 34 und die zweite Schwenkachse 38 kollinear angeordnet. In the example shown in FIG. 1, the beam deflection device 22 comprises a first mirror 24, in particular in the form of a galvanometer mirror 24, which provides a first beam deflection surface 26 (cf. FIG. 3), and a second mirror 28, in particular in the form of a galvanometer mirror 28, which provides a second beam deflection surface 30 (see FIG. 3). The first mirror 24 can be pivoted about a first pivot axis 34 by means of a first drive 32 . The second mirror 28 can be pivoted about a second pivot axis 38 by means of a second drive 36 . As can be seen from Fig. 1, the first pivot axis 34 and the second pivot axis 38 are arranged collinear.
Der erste Spiegel 24 ist dazu ausgebildet, um den Eingangslichtstrahl 18 auf eine der Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 umzulenken. Der zweite Spiegel 28 ist dazu ausgebildet, um den diese Strahlformungsoptik 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 verlassenden Ausgangslichtstrahl 20 umzulenken und für diesen Ausgangslichtstrahl 20 einen Ausgangsstrahlengang 40 zu definieren (vgl. Fig. 1) . Der zweite Spiegel 28 dient insofern dazu, den Ausgangslichtstrahl 20 in eine vorbestimmte Ausstrahlrichtung 42 umzulenken. Beispielhaft und bevorzugt ist die Strahlformungseinrichtung 10 derart ausgebildet, dass die Ausstrahlrichtung 42 parallel zu der Einstrahlrichtung 16 verläuft (vgl. Fig. 1) . The first mirror 24 is designed to deflect the input light beam 18 onto one of the beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5. The second mirror 28 is designed to deflect the output light beam 20 leaving these beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 and to define an output beam path 40 for this output light beam 20 (cf. Fig. 1) . In this respect, the second mirror 28 serves to deflect the output light beam 20 into a predetermined emission direction 42 . By way of example and preferably, the beam-shaping device 10 is designed in such a way that the emission direction 42 runs parallel to the irradiation direction 16 (cf. FIG. 1).
Durch Verschwenken des ersten Spiegels 24 um die erste Schwenkachse 34 kann der Eingangslichtstrahl 18 entlang eines Scanweges 44 verlagert werden (im Beispiel entlang eines Umfangs um die Schwenkachse 34) . Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14- 3, 14-4, 14-5 entlang dieses Scanweges 44 angeordnet (also entlang eines Umfangs um die erste Schwenkachse 34) , sodass durch Verschwenken des ersten Spiegels 34 der Eingangslichtstrahl 18 zwischen den Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 hin- und her verlagert werden kann . Wie nachfolgend noch im Detail beschrieben, weisen die Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 jeweils eine erste Reflexionsfläche 46 und eine zweite Reflexionsfläche 48 auf, welche gemeinsam ein Reflexionsflächenpaar 50 bilden. Die Reflexionsflächen 46, 48 sind derart ausgebildet, dass ein auf die erste Reflexionsfläche 46 treffender Lichtstrahl 12 auf die zweite Reflexionsfläche 48 umgelenkt wird. By pivoting the first mirror 24 about the first pivot axis 34, the input light beam 18 can be displaced along a scan path 44 (in the example along a circumference about the pivot axis 34). As can be seen from Fig. 1, the beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 are arranged along this scan path 44 (i.e. along a circumference around the first pivot axis 34), so that by pivoting the first mirror 34 of the input light beam 18 between the beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 can be shifted back and forth. As described in detail below, the beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 each have a first reflection surface 46 and a second reflection surface 48, which together form a reflection surface pair 50. The reflection surfaces 46, 48 are designed in such a way that a light beam 12 striking the first reflection surface 46 is deflected onto the second reflection surface 48.
Die Figur 1 zeigt die Strahlformungseinrichtung 10 in einer beispielhaften Konfiguration, in welcher der erste Spiegel 24 derart um die Schwenkachse 34 verschwenkt ist, dass der Eingangslichtstrahl 18 auf die erste Strahlformungsoptik 14-1 trifft. Anhand dieser Konfiguration wird im Folgenden ein Strahlengang des Lichtstrahls 12 in der Strahlformungseinrichtung 10 erläutert. FIG. 1 shows the beam-shaping device 10 in an exemplary configuration in which the first mirror 24 is pivoted about the pivot axis 34 in such a way that the input light beam 18 impinges on the first beam-shaping optics 14-1. A beam path of the light beam 12 in the beam shaping device 10 is explained below on the basis of this configuration.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der auf den ersten Spiegel 24 eintreffende Eingangslichtstrahl 18 durch den ersten Spiegel 24 auf die erste Reflexionsfläche 46 der Strahlformungsoptik 14-1 gelenkt, welche den Lichtstrahl 12 wiederum auf die zweite Reflexionsfläche 48 umlenkt. Im gezeigten Beispiel wird der Lichtstrahl 12 dabei aufgeweitet, also ein Strahlquerschnitt vergrößert (nachfolgend näher erläutert) . Die zweite Reflexionsfläche 48 lenkt den Lichtstrahl 12 (Ausgangslichtstrahl 20) sodann auf den zweiten Spiegel 28, welcher den Lichtstrahl 12 in die Ausstrahlrichtung 42 umlenkt. Die Reflexions flächen 46 , 48 sind insbesondere derart ausgebildet , dass eine Ausgangsstrahlrichtung 49 des von der zweiten Reflexions fläche 48 reflektierten Ausgangslichtstrahls 20 parallel zu einer Eingangsstrahlrichtung 47 des auf die erste Reflexions fläche 46 eingestrahlten Eingangslichtstrahls 18 ist (vgl . auch Figuren 3 bis 7 ) . Beispielhaft und bevorzugt liegen die Ausgangsstrahlrichtung 49 und die Eingangsstrahlrichtung 47 in einer Ebene ( in den Figuren 3 bis 7 der Zeichenebene entsprechend) , welche auch die erste Schwenkachse 34 und die zweite Schwenkachse 38 enthält ( telezentrische Anordnung) . As can be seen from FIG. 1 , the input light beam 18 incident on the first mirror 24 is directed by the first mirror 24 onto the first reflection surface 46 of the beam shaping optics 14 - 1 , which in turn deflects the light beam 12 onto the second reflection surface 48 . In the example shown, the light beam 12 is expanded in the process, ie a beam cross section is enlarged (explained in more detail below). The second reflection surface 48 then deflects the light beam 12 (output light beam 20) onto the second mirror 28, which deflects the light beam 12 in the emission direction 42. The reflective surfaces 46, 48 are designed in particular in such a way that an output beam direction 49 of the output light beam 20 reflected by the second reflective surface 48 is parallel to an input beam direction 47 of the input light beam 18 radiated onto the first reflective surface 46 (cf. also Figures 3 to 7). . By way of example and preferably, the output beam direction 49 and the input beam direction 47 lie in a plane (corresponding to the plane of the drawing in FIGS. 3 to 7) which also contains the first pivot axis 34 and the second pivot axis 38 (telecentric arrangement).
Beispielhaft und bevorzugt ist eine Schwenkbewegung des ersten Spiegels 24 um die erste Schwenkachse 34 mit einer Schwenkbewegung des zweiten Spiegels 28 um die zweite Schwenkachse 38 synchronisiert , sodass eine Position des ersten Spiegels 34 und des zweiten Spiegels 38 relativ zueinander gleich bleibt . Insofern kann unabhängig davon, welche der Strahl formungsoptiken 14- 1 , 14-2 , 14-3 , 14-4 , 14-5 ausgewählt ist , die Ausstrahlrichtung 42 konstant gehalten werden (Einfallswinkel gleich Aus fallswinkel ) . By way of example and preferably, a pivoting movement of the first mirror 24 about the first pivot axis 34 is synchronized with a pivoting movement of the second mirror 28 about the second pivot axis 38 so that a position of the first mirror 34 and the second mirror 38 relative to one another remains the same. In this respect, regardless of which of the beam-shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 is selected, the emission direction 42 can be kept constant (angle of incidence equal to angle of incidence).
Es ist auch möglich, dass die erste Strahlablenkfläche 26 und die zweite Strahlablenkfläche 30 durch einen gemeinsamen Spiegel 52 bereitgestellt sind, welcher mittels einer Antriebseinrichtung 54 um eine Spiegel-Schwenkachse 56 schwenkbar ist . Eine solche Ausgestaltung ist in Fig . 2 dargestellt . Im Übrigen entspricht die Ausgestaltung gemäß Fig . 2 der Ausgestaltung gemäß Fig . 1 . Die Strahlformungsoptiken 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 können grundsätzlich unterschiedlich aufgebaut sein. Nachfolgend werden in Bezug auf die Figuren 3 bis 6 verschiedene beispielhafte Ausgestaltungen (Gattungen) von Strahlformungsoptiken 14 beschrieben. Es ist denkbar, dass die Strahlformungseinrichtung 10 ausschließlich Strahlformungsoptiken 14 der gleichen Gattung aufweist, welche lediglich in ihrer konkreten Ausgestaltung abweichen. Es ist auch denkbar, dass die Strahlformungseinrichtung 10 Strahlformungsoptiken 14 unterschiedlicher Gattungen aufweist. It is also possible for the first beam deflection surface 26 and the second beam deflection surface 30 to be provided by a common mirror 52 which can be pivoted about a mirror pivot axis 56 by means of a drive device 54 . Such an embodiment is shown in FIG. 2 . Otherwise, the configuration according to FIG. 2 of the embodiment according to FIG. 1 . The beam shaping optics 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 can fundamentally be constructed differently. Various exemplary configurations (types) of beam-shaping optics 14 are described below with reference to FIGS. It is conceivable that the beam-shaping device 10 exclusively has beam-shaping optics 14 of the same type, which differ only in their specific configuration. It is also conceivable that the beam shaping device 10 has beam shaping optics 14 of different types.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Ausgestaltung der Strahlformungsoptik 14 (in Figur 3 durch Strichlinien umrahmt) . Die Strahlformungsoptik 14 ist im Beispiel dazu ausgebildet, den Lichtstrahl 12 aufzuweiten, also einen Strahlquerschnitt (in Fig. 3 durch den Doppelpfeil 58 angedeutet) des Eingangslichtstrahls 18 zu vergrößern. Insofern ist ein Strahlquerschnitt (in Fig. 3 durch den Doppelpfeil 60 angedeutet) des aus der Strahlformungsoptik 14 austretenden Ausgangslichtstrahls 20 größer als der Strahlquerschnitt 58 des Eingangslichtstrahls 18. FIG. 3 shows a schematic representation for explaining a first configuration of the beam-shaping optics 14 (framed by dashed lines in FIG. 3). In the example, the beam shaping optics 14 are designed to widen the light beam 12 , ie to enlarge a beam cross section (indicated by the double arrow 58 in FIG. 3 ) of the input light beam 18 . In this respect, a beam cross section (indicated by the double arrow 60 in Fig. 3) of the output light beam 20 emerging from the beam shaping optics 14 is larger than the beam cross section 58 of the input light beam 18.
Im Beispiel sind die erste Reflexionsfläche 46 und die zweite Reflexionsfläche 48 paraboloid-förmig ausgebildet. Beispielhaft und bevorzugt ist die erste Reflexionsfläche 46 durch einen ersten Parabolspiegel 62 bereitgestellt und die zweite Reflexionsfläche 48 ist durch einen zweiten Parabolspiegel 64 bereitgestellt. Der erste Parabolspiegel 62 weist eine erste Brennweite fi mit einem ersten Brennpunkt 66 auf und der zweite Parabolspiegel 64 weist einen zweite Brennweite fi mit einem zweiten Brennpunkt 68 auf . In the example, the first reflection surface 46 and the second reflection surface 48 are paraboloid-shaped. By way of example and preferably, the first reflection surface 46 is provided by a first parabolic mirror 62 and the second reflection surface 48 is provided by a second parabolic mirror 64 . The first parabolic mirror 62 has a first focal length fi with a first focal point 66 and the second parabolic mirror 64 has a second focal length fi with a second focal point 68 .
Die Parabolspiegel 62 , 64 sind durch unterschiedliche Paraboloid- Funktionen definiert . Im Konkreten weist der erste Parabolspiegel 62 eine kleinere Brennweite fi auf als der zweite Parabolspiegel 64 . Wie aus Fig . 3 ersichtlich, sind die Parabolspiegel 62 , 64 derart angeordnet , dass die Brennpunkte 66 , 68 in einem gemeinsamen Punkt zusammenfallen . The parabolic mirrors 62, 64 are defined by different paraboloid functions. Specifically, the first parabolic mirror 62 has a smaller focal length fi than the second parabolic mirror 64 . As from Fig. 3, the parabolic mirrors 62, 64 are arranged in such a way that the focal points 66, 68 coincide at a common point.
Bei einer solchen Anordnung wird der Eingangslichtstrahl 18 durch die erste Strahlablenkfläche 26 auf die erste Reflexions fläche 46 ( erster Parabolspiegel 62 ) umgelenkt . Der Lichtstrahl 12 wird dann von der ersten Reflexions fläche 46 auf die zweite Reflexions fläche 48 ( zweiter Parabolspiegel 64 ) umgelenkt und dabei aufgeweitet . Die zweite Reflexions fläche 48 lenkt den Lichtstrahl 12 dann auf die zweite Strahlablenkfläche 30 um, welche den Lichtstrahl 12 schließlich in die Ausstrahlrichtung 42 umlenkt . Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass der erste Parabolspiegel 62 eine größere Brennweite fi als der zweite Parabolspiegel 64 aufweist . Bei einer solchen Ausgestaltung wird dann ein Strahlquerschnitt des Lichtstrahl 12 beim Durchlaufen der Strahl formungsoptik 14 verringert . Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die erste und die zweite Reflexionsfläche 46, 48 derart ausgebildet, dass ein zwischen der ersten Strahlablenkfläche 26 und der ersten Reflexionsfläche 46 verlaufender erster Strahlabschnitt 70 des Lichtstrahls 12 und ein zwischen der zweiten Reflexionsfläche 48 und der zweiten Strahlablenkfläche 30 verlaufender zweiter Strahlabschnitt 72 zueinander parallel verlaufen und in der Ebene liegen. Die erste und die zweite Schwenkachse 34, 38 verlaufen orthogonal zu einer jeweiligen Krümmungsachse (in Fig. 3 orthogonal zur Zeichenebene) der ersten bzw. zweiten Reflexionsfläche 46, 48. In such an arrangement, the input light beam 18 is deflected by the first beam deflection surface 26 onto the first reflection surface 46 (first parabolic mirror 62). The light beam 12 is then deflected from the first reflection surface 46 onto the second reflection surface 48 (second parabolic mirror 64) and is expanded in the process. The second reflection surface 48 then deflects the light beam 12 onto the second beam deflection surface 30 which finally deflects the light beam 12 into the emission direction 42 . In the case of configurations that are not shown, it is also possible for the first parabolic mirror 62 to have a greater focal length fi than the second parabolic mirror 64 . In such a configuration, a beam cross-section of the light beam 12 is then reduced as it passes through the beam-shaping optics 14 . As can be seen from Fig. 3, the first and the second reflection surface 46, 48 are designed in such a way that a first beam section 70 of the light beam 12 running between the first beam deflection surface 26 and the first reflection surface 46 and a first beam section 70 of the light beam 12 running between the second reflection surface 48 and the second beam deflection surface 30 running second beam section 72 parallel to each other and lie in the plane. The first and the second pivot axis 34, 38 run orthogonally to a respective axis of curvature (in Fig. 3 orthogonal to the plane of the drawing) of the first and second reflection surface 46, 48.
Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Strahlformungsoptik 14, bei der die erste Reflexionsfläche 46 in Bezug auf den Lichtstrahl 12 konvex gekrümmt verläuft und die zweite Reflexionsfläche 48 konkav gekrümmt verläuft. Beispielhaft und bevorzugt sind die erste und die zweite Reflexionsfläche 46, 48 durch entsprechende Spiegel 74, 76 bereitgestellt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird der Lichtstrahl 12 beim Durchlaufen der Strahlformungsoptik 14 auf geweitet. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltung gemäß Fig. 4 der Ausgestaltung gemäß Fig. 3. Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass die erste Reflexionsfläche 46 konkav gekrümmt verläuft und die zweite Reflexionsfläche 48 konvex gekrümmt. Dann wird der Lichtstrahl 12 bei Durchlaufen der Strahlformungsoptik 14 ver üngt . Bei den in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausgestaltungen bilden insofern die erste Reflexions fläche 46 bzw . der erste Parabolspiegel 62 oder der Spiegel 74 ein erstes optisches Element 78 und die zweite Reflexions fläche 48 bzw . der zweite Parabolspiegel 64 oder der Spiegel 76 bilden ein zweites optisches Element 80 , welche gemeinsam strahlaufweitend wirken . FIG. 4 shows a further configuration of the beam-shaping optics 14, in which the first reflection surface 46 is convexly curved with respect to the light beam 12 and the second reflection surface 48 is concavely curved. By way of example and preference, the first and second reflective surfaces 46, 48 are provided by corresponding mirrors 74, 76. As can be seen from FIG. 4, the light beam 12 is widened as it passes through the beam-shaping optics 14 . Otherwise, the configuration according to FIG. 4 corresponds to the configuration according to FIG. 3. In configurations that are not shown, it is also possible for the first reflection surface 46 to be concavely curved and the second reflection surface 48 to be convexly curved. The light beam 12 is then narrowed as it passes through the beam shaping optics 14 . In the configurations shown in FIGS. 3 and 4, the first reflection surface 46 or the first parabolic mirror 62 or the mirror 74 a first optical element 78 and the second reflection surface 48 or. the second parabolic mirror 64 or the mirror 76 form a second optical element 80 which together have a beam-widening effect.
Bei den in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Ausgestaltungen, sind die erste Reflexions fläche 46 durch einen ersten ebenen Spiegel 82 und die zweite Reflexions fläche 48 durch einen zweiten ebenen Spiegel 84 bereitgestellt . Bei einer solchen Anordnung wird der Lichtstrahl 12 durch die erste Strahlablenkfläche 26 auf den ersten ebenen Spiegel 82 umgelenkt , welcher den Lichtstrahl 12 auf den zweiten ebenen Spiegel 84 umgelenkt . Der zweite ebene Spiegel 84 lenkt den Lichtstrahl 12 dann auf die zweite Strahlablenkfläche 30 ( Spiegel 28 ) . In the configurations shown in FIGS. 5 to 7, the first reflection surface 46 is provided by a first flat mirror 82 and the second reflection surface 48 by a second flat mirror 84 . In such an arrangement, the light beam 12 is redirected by the first beam turning surface 26 onto the first plane mirror 82 which redirects the light beam 12 onto the second plane mirror 84 . The second planar mirror 84 then directs the light beam 12 onto the second beam deflecting surface 30 (mirror 28).
Die ebenen Spiegel 82 , 84 wirken im Beispiel selbst nicht strahlaufweitend oder strahlverj üngend . Stattdessen sind bei den Ausgestaltungen gemäß Figuren 5 bis 7 weitere optische Elemente in einem Strahlengang 86 zwischen erster Reflexions fläche 46 und zweiter Reflexions fläche 48 angeordnet . Beispielhaft sind die ebenen Spiegel 82 , 84 feststehend angeordnet . In the example, the planar mirrors 82 , 84 themselves do not have the effect of expanding or narrowing the beam. Instead, in the configurations according to FIGS. 5 to 7, further optical elements are arranged in a beam path 86 between the first reflection surface 46 and the second reflection surface 48 . By way of example, the planar mirrors 82 , 84 are arranged in a fixed manner.
Bei der in Figur 5 dargestellten Ausgestaltung ist in demIn the embodiment shown in Figure 5 is in the
Strahlengang 86 zwischen erster und zweiterBeam path 86 between the first and second
Reflexions fläche 46 , 48 ein einzelnes optisches Element 88 angeordnet, welches strahlaufweitend oder strahlverjüngend wirkt. Beispielsweise kann das optische Element 88 ein dif fraktives, reflektives, absorbierendes, oder ref raktierendes optisches Element sein. Reflective surface 46, 48 a single optical element 88 arranged, which has a beam-widening or beam-rejuvenating effect. For example, the optical element 88 can be a diffractive, reflective, absorbing, or refracting optical element.
Bei der in Figur 6 dargestellten Ausgestaltung wird eine Strahlaufweitung durch Zusammenwirken eines optischen Zerstreuungselements 90 (erstes optisches Element 78) , bspw. in Form einer Zerstreuungslinse 92, und eines optischen Sammelelements 94 (zweites optisches Element 80) , bspw. in Form einer optische Sammellinse 96, erzielt. Wie in Figur 6 dargestellt, ist in dem Strahlengang 86 von der ersten Reflexionsfläche 46 zu der zweiten Reflexionsfläche 48 zuerst das Zerstreuungselement 90 angeordnet und dann das Sammelelement 94. Das Zerstreuungselement 90 ist dabei innerhalb einer Brennweite f des Sammelelements 94 angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung wird der Lichtstrahl 12 beim Durchlaufen der Strahlformungsoptik 14 aufgeweitet. Es ist auch möglich, dass das Zerstreuungselement 90 und das Sammelelement 94 vertauscht sind, sodass im Strahlengang 86 von der ersten Reflexionsfläche 46 zu der zweiten Reflexionsfläche 48 zuerst das Sammelelement 94 und dann das Zerstreuungselement 90 angeordnet ist. Dann wirkt die Strahlformungsoptik 14 strahlver üngend. In the embodiment shown in Figure 6, the beam is expanded by the interaction of an optical dispersing element 90 (first optical element 78), e.g. in the form of a dispersing lens 92, and an optical collecting element 94 (second optical element 80), e.g. in the form of an optical collecting lens 96, scored. As shown in FIG. 6, the scattering element 90 is arranged first and then the collecting element 94 in the beam path 86 from the first reflection surface 46 to the second reflecting surface 48. The scattering element 90 is arranged within a focal length f of the collecting element 94. In this configuration, the light beam 12 is expanded as it passes through the beam-shaping optics 14 . It is also possible for the scattering element 90 and the collecting element 94 to be interchanged, so that the collecting element 94 and then the scattering element 90 are arranged in the beam path 86 from the first reflection surface 46 to the second reflection surface 48 . Then the beam-shaping optics 14 have a beam-shaping effect.
Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Strahlformungsoptik 14, bei der in dem Strahlengang 86 zwischen erster und zweiter Reflexionsfläche 46, 48 ein erstes Sammelelement 98 (erstes optisches Element 78) , bspw. in Form einer Sammellinse 96, und ein zweites Sammelelement 100 (zweites optisches Element 80) , bspw. in Form einer Sammellinse 96, angeordnet sind. Das erste Sammelelement 98 weist eine erste Brennweite f'i auf und das zweite Sammelelement 100 weist eine zweite Brennweite f 2 auf. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, sind das erste und zweite Sammelelement 98, 100 in einem Abstand d voneinander angeordnet, welcher der Summe der ersten und zweiten Brennweite f'i, f'2 entspricht. Im Beispiel ist die Brennweite f'i des ersten Sammelelements 98 kleiner als die Brennweite f'2 des zweiten Sammelelements 100. Insofern wird der Lichtstrahl 12 beim Durchlaufen der Strahlformungsoptik 14 aufgeweitet. Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen ist es auch denkbar, dass die Brennweite f'i des ersten Sammelelements 98 größer ist als die Brennweite f 2 des zweiten Sammelelements 100. Eine solche Strahlformungsoptik 14 wirkt dann strahlverjüngend. Figure 7 shows a further embodiment of the beam shaping optics 14, in which in the beam path 86 between the first and second reflection surface 46, 48 a first collecting element 98 (first optical element 78), e.g. in the form of a collecting lens 96, and a second Collecting element 100 (second optical element 80), for example. In the form of a converging lens 96, are arranged. The first collection element 98 has a first focal length f'i and the second collection element 100 has a second focal length f 2 . As can be seen from FIG. 7, the first and second collection elements 98, 100 are arranged at a distance d from one another, which corresponds to the sum of the first and second focal lengths f'i, f'2. In the example, the focal length f′i of the first collecting element 98 is smaller than the focal length f′2 of the second collecting element 100. In this respect, the light beam 12 is expanded as it passes through the beam-shaping optics 14. In configurations that are not shown, it is also conceivable that the focal length f′i of the first collecting element 98 is greater than the focal length f 2 of the second collecting element 100. Such a beam-shaping optical system 14 then has a beam-rejuvenating effect.
Die Figur 8 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausgestaltung der Strahlformungseinrichtung 10, bei der die Mehrzahl von Strahlformungsoptiken 14 durch eine Freiformfläche 102 bereitgestellt ist, welche sich entlang eines Scanweges 44 der Strahlablenkeinrichtung 22 erstreckt. Bei dieser Ausgestaltung sind die ersten Reflexionsflächen 46 durch entlang des Scanweges 44 hintereinander angeordnete Flächenabschnitte 104 der Freiformfläche 102 gebildet. Die zweiten Reflexionsflächen 48 sind entsprechend durch entlang des Scanweges 44 hintereinander angeordnete zweite Flächenabschnitte 106 der Freiformfläche 102 bereitgestellt. Beispielhaft und bevorzugt gehen die ersten Reflexionsflächen 46 bzw. ersten Flächenabschnitte 104 entlang des Scanweges 44 kontinuierlich ineinander über . Beispielhaft und bevorzugt gehen ebenso die zweiten Reflexions flächen 48 bzw . zweiten Flächenabschnitte 106 entlang des Scanweges 44 kontinuierlich ineinander über . Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass die ersten Reflexions flächen 46 durch Flächenabschnitte einer ersten Frei formfläche bereitgestellt sind und die zweiten Reflexions flächen 48 durch Flächenabschnitte einer, insbesondere von der ersten Frei formfläche separat bereitgestellten zweiten Frei formfläche bereitgestellt sind . FIG. 8 shows a schematic representation of a further configuration of the beam-shaping device 10, in which the plurality of beam-shaping optics 14 is provided by a free-form surface 102, which extends along a scan path 44 of the beam deflection device 22. In this configuration, the first reflection surfaces 46 are formed by surface sections 104 of the free-form surface 102 arranged one behind the other along the scanning path 44 . The second reflection surfaces 48 are correspondingly provided by second surface sections 106 of the free-form surface 102 arranged one behind the other along the scanning path 44 . By way of example and preferably, the first reflection surfaces 46 or first Surface sections 104 along the scan path 44 continuously into one another. By way of example and preferably, the second reflection surfaces 48 or second surface sections 106 along the scan path 44 continuously into one another. In configurations that are not shown, it is also possible that the first reflection surfaces 46 are provided by surface sections of a first free-form surface and the second reflection surfaces 48 are provided by surface sections of a second free-form surface, in particular provided separately from the first free-form surface.
Die Fig . 9 zeigt in schematischer Darstellung eine Lithographievorrichtung, welche insgesamt mit dem Bezugs zeichen 108 bezeichnet ist . Die Lithographievorrichtung ist zum Schreiben einer Struktur 110 in einem Lithographiematerial 112 ausgebildet . Die Lithographievorrichtung 108 umfasst eine Lichtquelle 114 zur Aussendung eines Lichtstrahls 12 , insbesondere Laserstrahls 12 . Die Lithographievorrichtung 10 umfasst außerdem eine insgesamt mit dem Bezugs zeichen 116 bezeichnete und in Fig . 9 lediglich angedeutete Strahl führungseinrichtung zur Definition eines Strahlengangs 117 für den Lichtstrahl 12 von der Lichtquelle 114 zu dem zu strukturierenden Lithographiematerial 112 . Die Strahl führungseinrichtung 116 kann beispielsweise mehrere Module (nicht dargestellt ) umfassen, welche optische und/oder mechanische Funktionen erfüllen . Die Lithographievorrichtung 108 umfasst außerdem eine Fokussieroptik 118 zur Fokussierung des Lichtstrahls 12 in einem Fokusbereich 120 . Die Fokussieroptik 114 umfasst beispielhaft ein Fokussierobj ektiv 122 , durch welches der Lichtstrahl 12 in das Lithographiematerial 110 eingestrahlt wird . Die Lithographievorrichtung 108 umfasst außerdem eine vorstehend beschriebene Strahl formungseinrichtung 10 . the fig . FIG. 9 shows a schematic representation of a lithography device, which is denoted overall by the reference numeral 108 . The lithography device is designed for writing a structure 110 in a lithography material 112 . The lithography device 108 includes a light source 114 for emitting a light beam 12 , in particular a laser beam 12 . The lithography device 10 also includes a generally designated by the reference numeral 116 and shown in FIG. 9 only indicated beam guidance device for defining a beam path 117 for the light beam 12 from the light source 114 to the lithographic material 112 to be structured. The beam guiding device 116 can, for example, comprise a plurality of modules (not shown) which fulfill optical and/or mechanical functions. The lithography apparatus 108 also includes focusing optics 118 for focusing the light beam 12 in a focus area 120 . The focusing optics 114 include, for example, a focusing objective 122 through which the light beam 12 is radiated into the lithographic material 110 . The lithography device 108 also includes a beam shaping device 10 as described above.
Darüber hinaus umfasst die Lithographievorrichtung eine Scan-Einrichtung 124 , mittels derer der Fokusbereich 120 des Lichtstrahls 12 innerhalb eines Schreibbereichs 126 mit einer zur Strukturierung erforderlichen Präzision relativ zu dem Lithographiematerial 120 verlagert werden kann . In dem dargestellten Beispiel ist die Scan-Einrichtung 124 in Ausbreitungsrichtung 128 des Lichtstrahls 12 zwischen Strahl formungseinrichtung 10 und Fokussieroptik 118 angeordnet . Die Scan-Einrichtung 124 kann bspw . eine Galvanometer-Scanner-Einheit zur kontrollierten Auslenkung des Lichtstrahls 12 umfassen . In addition, the lithography device includes a scanning device 124, by means of which the focus area 120 of the light beam 12 can be displaced within a writing area 126 relative to the lithography material 120 with a precision required for structuring. In the example shown, the scanning device 124 is arranged in the propagation direction 128 of the light beam 12 between the beam shaping device 10 and the focusing optics 118 . The scanning device 124 can, for example. include a galvanometer scanner unit for controlled deflection of the light beam 12 .
Wie in Fig . 9 ski z ziert dargestellt , ist das Lithographiematerial 112 auf einer Substratoberfläche 130 eines Substrats 132 bereitgestellt . Das Substrat 132 ist beispielhaft und bevorzugt mittels einer Positioniereinrichtung 134 relativ zu dem Fokusbereich 120 des Lichtstrahls 12 positionsgenau verlagerbar . As in Fig. 9 , the lithographic material 112 is provided on a substrate surface 130 of a substrate 132 . By way of example and preferably by means of a positioning device 134 , the substrate 132 can be displaced in a precise position relative to the focal region 120 of the light beam 12 .
Die Lithographievorrichtung 108 umfasst außerdem eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt ) , welche dazu eingerichtet ist , die Lithographievorrichtung 108 anzusteuern . Vorzugweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet , die Strahl formungseinrichtung 10 derart anzusteuern, dass der Lichtstrahl 12 in Abhängigkeit einer Scanposition des Fokusbereiches 126 innerhalb der Scanfläche einer vorbestimmten Strahl formungsoptik 14 zugeführt wird . Die Steuereinrichtung ist beispielhaft außerdem dazu eingerichtet , in Abhängigkeit der Scanposition des Fokusbereichs 116 eine Lichtleistung zu verändern . Beispielsweise ist es denkbar, dass die Lithographievorrichtung 108 einen von der Steuereinrichtung ansteuerbaren akusto-optischen Modulator (nicht dargestellt ) umfasst , welcher dazu eingerichtet ist , eine Lichtleistung des von der Lichtquelle 114 ausgesandten Lichtstrahls 12 zu verändern . The lithography device 108 also includes a control device (not shown), which is set up to control the lithography device 108 head for . The control device is preferably set up to control the beam-shaping device 10 in such a way that the light beam 12 is fed to predetermined beam-shaping optics 14 depending on a scanning position of the focal area 126 within the scanning area. The control device is also set up, for example, to change a light output as a function of the scanning position of the focal area 116 . For example, it is conceivable that the lithography device 108 includes an acousto-optical modulator (not shown) that can be controlled by the control device and is set up to change a light output of the light beam 12 emitted by the light source 114 .

Claims

38 38
Patentansprüche Strahlformungseinrichtung (10) zur variablen Einstellung einer Strahlform, insbesondere eines Strahlquerschnitts (58) , eines Lichtstrahls (12) , insbesondere Laserstrahls, umfassend Beam shaping device (10) for the variable setting of a beam shape, in particular a beam cross section (58), a light beam (12), in particular a laser beam, comprising
- eine Mehrzahl von Strahlformungsoptiken (14-1, 14- 2, 14-3, 14-4, 14-5) , welche jeweils dazu ausgebildet sind, eine Strahlform, insbesondere einen Strahlquerschnitt (58) , eines Eingangslichtstrahls (18) zu verändern, wobei zumindest eine Teilmenge der Strahlformungsoptiken (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) dazu eingerichtet ist, eine unterschiedliche Strahlform zu erzeugen; - A plurality of beam shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5), which are each designed to change a beam shape, in particular a beam cross section (58), of an input light beam (18). , wherein at least a subset of the beam shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) is set up to generate a different beam shape;
- eine Strahlablenkeinrichtung (22) , welche dazu eingerichtet ist, um einen in die Strahlformungseinrichtung (10) eingestrahlten Lichtstrahl (12) wahlweise nur einer der Strahlformungsoptiken (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14- 5) zuzuführen und für einen diese Strahlformungsoptik (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) verlassenden Ausgangslichtstrahl (20) einen Ausgangsstrahlengang (40) zu definieren. Strahlformungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei zumindest eine Teilmenge der Strahlformungsoptiken (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) dazu eingerichtet ist, 39 eine asymmetrische und/oder schlitzförmige Strahlform zu erzeugen. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Strahlformungsoptiken- a beam deflection device (22), which is set up to selectively direct a light beam (12) radiated into the beam shaping device (10) to only one of the beam shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5 ) and to define an output beam path (40) for an output light beam (20) leaving these beam-shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5). Beam shaping device (10) according to claim 1, wherein at least a subset of the beam shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) is set up to 39 to generate an asymmetrical and/or slit-shaped beam shape. Beam shaping device (10) according to one of claims 1 or 2, wherein the beam shaping optics
(14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) jeweils wenigstens ein optisches Element (88) , welches strahlaufweitend oder strahlver üngend wirkt, oder wenigstens zwei optische Elemente (78, 80) , welche gemeinsam strahlaufweitend oder strahlverjüngend wirken, aufweisen. Strahlformungseinrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine optische Element (88) a. ein dif fraktives, reflektives, absorbierendes, ref raktierendes oder akustooptisches optisches Element ist und/ oder b. translatorisch verlagerbar oder rotierbar angeordnet ist, insbesondere vibrierend. Strahlformungseinrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei a. ein erstes optisches Element (78) ein optisches Zerstreuungselement (90) , insbesondere eine Zerstreuungslinse (92) oder ein Zerstreuungsspiegel (74) , ist und wobei ein zweites optisches Element (80) ein optisches Sammelelement (94) , insbesondere eine Sammellinse (96) oder ein Sammelspiegel (76) , oder b. ein erstes und ein zweites optisches Element (78, 80) jeweils ein optisches Sammelelement (90, 94) , 40 insbesondere eine Sammellinse (92) oder ein Sammelspiegel, sind. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlformungsoptiken (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) jeweils ein Reflexionsflächenpaar (50) mit einer ersten Reflexionsfläche (46) und einer zweiten Reflexionsfläche (48) umfassen, wobei die erste und die zweite Reflexionsfläche (46, 48) eines Reflexionsflächenpaars (50) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ein auf die erste Reflexionsfläche (46) treffender Lichtstrahl (12) von der ersten Reflexionsfläche (46) auf die zweite Reflexionsfläche (48) umgelenkt wird. Strahlformungseinrichtung (10) nach Anspruch 6 bei Rückbezug auf einen der Ansprüche 3 bis 5, wobei in einem Strahlengang (86) zwischen erster und zweiter Reflexionsfläche (46, 48) das wenigstens eine optische Element (88) oder die wenigstens zwei optischen Elemente (78, 80) angeordnet sind, insbesondere wobei die erste und die zweite Reflexionsfläche (46, 48) eben sind. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei in einem Strahlengang (86) von der ersten Reflexionsfläche (46) zu der zweiten Reflexionsfläche (48) a. zuerst ein optisches Zerstreuungselement (90) und dann ein optisches Sammelelement (94) angeordnet ist oder umgekehrt, wobei das optische Zerstreuungselement (90) innerhalb einer Brennweite (f) des optischen Sammelelements (94) angeordnet ist oder b. zuerst ein erstes optisches Sammelelement (98) und dann ein zweites optisches Sammelelement (100) angeordnet ist, wobei das erste optische Sammelelement (98) und das zweite optische Sammelelement (10) in einem Abstand (d) zueinander angeordnet sind, welcher der Summe der Brennweite (f'i) des ersten optischen Sammelelements (98) und der Brennweite (f'2) des zweiten optischen Sammelelements (100) entspricht . Strahlformungseinrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die erste und die zweite Reflexionsfläche (46, 48) derart ausgebildet sind, dass durch sequentielles Wechselwirken des Lichtstrahls (12) mit der ersten und der zweiten Reflexionsfläche (46, 48) eine Strahlform des Lichtstrahls (12) symmetrisch oder asymmetrisch veränderbar ist, insbesondere ein Strahlquerschnitt (58) vergrößerbar oder verkleinerbar ist. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der(14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) in each case at least one optical element (88) which acts as a beam-expanding or beam-verifying agent, or at least two optical elements (78, 80) which together have a beam-widening or beam-rejuvenating effect. Beam shaping device (10) according to claim 3, wherein the at least one optical element (88) a. is a diffractive, reflective, absorbing, ref racting or acousto-optical optical element and/or b. is arranged translationally displaceable or rotatable, in particular vibrating. Beam shaping device (10) according to claim 3, wherein a. a first optical element (78) is an optical diverging element (90), in particular a diverging lens (92) or a diverging mirror (74), and a second optical element (80) is an optical collecting element (94), in particular a collecting lens (96) or a collecting mirror (76), or b. a first and a second optical element (78, 80) each having an optical collecting element (90, 94), 40 are in particular a converging lens (92) or a converging mirror. Beam shaping device (10) according to one of the preceding claims, wherein the beam shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) each have a reflection surface pair (50) with a first reflection surface (46) and a second reflective surface (48), the first and the second reflective surface (46, 48) of a reflective surface pair (50) being designed and arranged in such a way that a light beam (12) impinging on the first reflective surface (46) from the first reflective surface (46) is deflected onto the second reflection surface (48). Beam shaping device (10) according to Claim 6 when referring back to one of Claims 3 to 5, wherein in a beam path (86) between the first and second reflection surface (46, 48) the at least one optical element (88) or the at least two optical elements (78 , 80) are arranged, in particular wherein the first and the second reflection surface (46, 48) are flat. Beam shaping device (10) according to one of claims 6 or 7, wherein in a beam path (86) from the first reflection surface (46) to the second reflection surface (48) a. first a diffusing optical element (90) and then a collecting optical element (94). or vice versa, wherein the diffusing optical element (90) is located within a focal length (f) of the collecting optical element (94), or b. first a first optical collection element (98) and then a second optical collection element (100) is arranged, the first optical collection element (98) and the second optical collection element (10) being arranged at a distance (d) from one another which is the sum of the Focal length (f'i) of the first optical collecting element (98) and the focal length (f'2) of the second optical collecting element (100). Beam shaping device (10) according to claim 6, wherein the first and the second reflection surface (46, 48) are formed such that a beam shape of the light beam ( 12) can be changed symmetrically or asymmetrically, in particular a beam cross section (58) can be enlarged or reduced. Beam shaping device (10) according to one of
Ansprüche 6 oder 9, wobei die erste und die zweite Reflexionsfläche (46, 48) gekrümmt, insbesondere paraboloid-förmig, ausgebildet sind, wobei eine der beiden Reflexionsflächen (46) konvex ausgebildet ist und wobei die andere Reflexionsfläche (48) konkav ausgebildet ist. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 9, wobei die erste und die zweite Reflexionsfläche (46, 48) paraboloid-förmig ausgebildet sind, insbesondere durch Parabolspiegel (62, 64) bereitgestellt sind, wobei die ersteClaims 6 or 9, wherein the first and second reflection surfaces (46, 48) are curved, in particular paraboloid-shaped, with one of the two reflection surfaces (46) being convex and wherein the other reflecting surface (48) is concave. Beam shaping device (10) according to one of claims 6 or 9, wherein the first and the second reflection surface (46, 48) are paraboloid-shaped, in particular by parabolic mirrors (62, 64) are provided, the first
Reflexionsfläche (46) und die zweite Reflexionsfläche (48) durch unterschiedliche Paraboloid- Funktionen definiert sind, wobei die erste Reflexionsfläche (46) einen ersten Brennpunkt (f2) und die zweite Reflexionsfläche (48) einen zweiten Brennpunkt (f2) aufweist, wobei die erste und die zweite Reflexionsfläche (46, 48) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der erste und der zweite Brennpunkt (f2, f2) zusammenfallen . Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die erste ReflexionsflächeReflective surface (46) and the second reflective surface (48) are defined by different paraboloid functions, the first reflective surface (46) having a first focal point (f 2 ) and the second reflective surface (48) having a second focal point (f 2 ), wherein the first and the second reflection surface (46, 48) are arranged relative to one another in such a way that the first and the second focal point (f 2 , f 2 ) coincide. Beam shaping device (10) according to any one of claims 6 to 11, wherein the first reflection surface
(46) und/oder die zweite Reflexionsfläche (48) als Freiformfläche (102) ausgebildet sind. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlablenkeinrichtung (22) dazu eingerichtet ist, den Eingangslichtstrahl (18) entlang eines Scanweges (44) zu verlagern, wobei die Strahlformungsoptiken (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) , insbesondere die ersten Reflexionsflächen (46) und/oder die zweiten 43 (46) and/or the second reflection surface (48) are designed as a free-form surface (102). Beam shaping device (10) according to one of the preceding claims, wherein the beam deflection device (22) is set up to displace the input light beam (18) along a scan path (44), the beam shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5), in particular the first reflection surfaces (46) and/or the second 43
Reflexionsflächen (48) , sequentiell entlang des Scanweges (44) angeordnet sind. Strahlformungseinrichtung (10) nach einen der Ansprüche 6 bis 13, wobei die ersten ReflexionsflächenReflective surfaces (48), sequentially along the scan path (44) are arranged. Beam shaping device (10) according to any one of claims 6 to 13, wherein the first reflection surfaces
(46) durch, insbesondere kontinuierlich ineinander übergehende, erste Flächenabschnitte (104) einer, insbesondere entlang des Scanweges (44) erstreckten, vorzugsweise durchgehenden, ersten Freiformfläche (102) bereitgestellt sind und/oder wobei die zweiten Reflexionsflächen (48) durch, insbesondere kontinuierlich ineinander übergehende, zweite Flächenabschnitte (106) einer, insbesondere entlang des Scanweges (44) erstreckten, vorzugsweise durchgehenden, zweiten Freiformfläche (102) bereitgestellt sind. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlablenkeinrichtung (22) eine erste Strahlablenkfläche (26) , insbesondere einen ersten Spiegel (24) , weiter insbesondere einen ersten Galvanometerspiegel (24) , und eine zweite Strahlablenkfläche (30) , insbesondere einen zweiten Spiegel (28) , weiter insbesondere einen zweiten Galvanometerspiegel (28) , aufweist, wobei die erste Strahlablenkfläche (26) dazu eingerichtet ist, einen auf sie auf treff enden Eingangslichtstrahl (18) , insbesondere unmittelbar, auf die erste Reflexionsfläche (46) einer der 44 (46) by first surface sections (104), in particular continuously merging into one another, of a preferably continuous first free-form surface (102) extending in particular along the scanning path (44) and/or wherein the second reflection surfaces (48) are provided by, in particular continuously second surface sections (106) merging into one another of a preferably continuous second free-form surface (102) extending in particular along the scanning path (44). Beam shaping device (10) according to one of the preceding claims, wherein the beam deflection device (22) has a first beam deflection surface (26), in particular a first mirror (24), more particularly a first galvanometer mirror (24), and a second beam deflection surface (30), in particular a second mirror (28), more particularly a second galvanometer mirror (28), wherein the first beam deflection surface (26) is set up to direct an input light beam (18) impinging on it, in particular directly, onto the first reflection surface (46). the 44
Strahlformungsoptiken (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) umzulenken, und wobei die zweite Strahlablenkfläche (48) dazu eingerichtet ist, um für einen von der zweiten Reflexionsfläche (48) dieser Strahlformungsoptik (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) abgelenkten Ausgangslichtstrahl (20) einen Ausgangsstrahlengang (40) zu definieren. to deflect beam-shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5), and wherein the second beam deflection surface (48) is set up for one of the second reflection surface (48) of this beam-shaping optics (14 -1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) deflected output light beam (20) to define an output beam path (40).
16. Strahlformungseinrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei die erste Strahlablenkfläche (26) derart um eine erste Schwenkachse (34) schwenkbar ist, dass durch Verschwenken der ersten Strahlablenkfläche (26) um die erste Schwenkachse (34) der Eingangslichtstrahl (18) wahlweise auf eine der ersten Reflexionsflächen (46) der Strahlformungsoptiken (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14- 5) umlenkbar ist und/oder wobei die zweite Strahlablenkfläche (48) um eine zweite Schwenkachse (38) schwenkbar ist, insbesondere wobei die erste und die zweite Schwenkachse (34, 38) kollinear sind. 16. The beam shaping device (10) according to claim 15, wherein the first beam deflection surface (26) can be pivoted about a first pivot axis (34) in such a way that pivoting the first beam deflection surface (26) about the first pivot axis (34) causes the input light beam (18) to optionally can be deflected onto one of the first reflection surfaces (46) of the beam-shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) and/or wherein the second beam deflection surface (48) can be pivoted about a second pivot axis (38) is pivotable, in particular wherein the first and the second pivot axes (34, 38) are collinear.
17. Strahlformungseinrichtung (10) nach Anspruch 16, wobei eine Schwenkbewegung der ersten Strahlablenkfläche (26) um die erste Schwenkachse (34) und eine Schwenkbewegung der zweiten Strahlablenkfläche (30) um die zweite Schwenkachse (38) synchronisiert, insbesondere zwangsgekoppelt, sind. 17. Beam shaping device (10) according to claim 16, wherein a pivoting movement of the first beam deflection surface (26) about the first pivot axis (34) and a pivoting movement of the second beam deflection surface (30) about the second pivot axis (38) are synchronized, in particular positively coupled.
18. Strahlformungseinrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei die erste und die zweite Strahlablenkfläche (26, 28) durch einen gemeinsamen Spiegel (52) , insbesondere durch eine, vorzugsweise durchgehende, Spiegelfläche 45 dieses Spiegels (52) , bereitgestellt sind, wobei der Spiegel (52) um eine Spiegel-Schwenkachse (56) schwenkbar ist. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Strahlformungsoptiken18. Beam shaping device (10) according to claim 15, wherein the first and the second beam deflection surface (26, 28) by a common mirror (52), in particular by a preferably continuous mirror surface 45 of this mirror (52) are provided, the mirror (52) being pivotable about a mirror pivot axis (56). Beam shaping device (10) according to any one of claims 16 to 18, wherein the beam shaping optics
(14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) , insbesondere die Reflexionsflächenpaare (50) , entlang eines Umfangs um die erste Schwenkachse (34) oder die Spiegel- Schwenkachse (56) angeordnet sind. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 19 bei Rückbezug auf einen der Ansprüche 6 bis 15, wobei die erste und die zweite Schwenkachse (34, 38) oder die Spiegel-Schwenkachse (56) zu einer jeweiligen Krümmungsachse der ersten und/oder zweiten Reflexionsfläche (46, 48) , insbesondere einer Krümmungsachse des ersten und/oder zweiten Parabolspiegels (62, 64) , orthogonal orientiert sind. Strahlformungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 20 bei Rückbezug auf Anspruch 6, wobei die Strahlformungsoptiken (14-1, 14-2, 14-3, 14- 4, 14-5) derart ausgebildet sind, dass eine Ausgangsstrahlrichtung (49) eines von der zweiten Reflexionsfläche (48) reflektierten Ausgangslichtstrahls (20) parallel zu einer Eingangsstrahlrichtung (47) des auf die erste Reflexionsfläche (46) eingestrahlten Eingangsstrahls (18) verläuft und dass die Ausgangsstrahlrichtung (49) 46 und die Eingangsstrahlrichtung (47) innerhalb einer Ebene liegen, welche die erste und die zweite Schwenkachse (34, 38) oder die Spiegel-Schwenkachse (56) enthält. Lithographievorrichtung (108) zur Erzeugung einer Struktur (110) in einem Lithographiematerial (112) , umfassend (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5), in particular the reflective surface pairs (50), are arranged along a circumference around the first pivot axis (34) or the mirror pivot axis (56). Beam shaping device (10) according to one of Claims 16 to 19 when dependent on one of Claims 6 to 15, the first and second pivot axes (34, 38) or the mirror pivot axis (56) being aligned with a respective axis of curvature of the first and/or second reflection surface (46, 48), in particular an axis of curvature of the first and / or second parabolic mirror (62, 64), are oriented orthogonally. Beam shaping device (10) according to one of Claims 16 to 20 when referring back to Claim 6, wherein the beam shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) are designed in such a way that an output beam direction (49 ) an output light beam (20) reflected by the second reflection surface (48) runs parallel to an input beam direction (47) of the input beam (18) radiated onto the first reflection surface (46) and that the output beam direction (49) 46 and the input beam direction (47) lie within a plane containing the first and the second pivot axis (34, 38) or the mirror pivot axis (56). Lithography device (108) for producing a structure (110) in a lithographic material (112), comprising
- eine Lichtquelle (114) zur Aussendung eines Lichtstrahls (12) ; - A light source (114) for emitting a light beam (12);
- eine Strahlführungseinrichtung (116) zur Definition eines Strahlengangs (117) für den Lichtstrahl (12) von der Lichtquelle (114) zu dem Lithographiematerial (112) ; - A beam guiding device (116) for defining a beam path (117) for the light beam (12) from the light source (114) to the lithographic material (112);
- eine Strahlformungseinrichtung (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche; - a beam shaping device (10) according to any one of the preceding claims;
- eine Fokussieroptik (118) zur Fokussierung des Lichtstrahls (12) in einem Fokusbereich (120) ; und - Focusing optics (118) for focusing the light beam (12) in a focus area (120); and
- eine, insbesondere entlang einer Ausbreitungsrichtung (128) des Lichtstrahls (12) zwischen Strahlformungseinrichtung (10) und Fokussieroptik (118) angeordnete, Scan-Einrichtung (124) zur Verlagerung des Fokusbereichs (126) des Lichtstrahls (12) innerhalb einer Scanfläche. Lithographievorrichtung (108) nach Anspruch 22, außerdem umfassend eine Steuereinrichtung zur 47 - a scanning device (124), arranged in particular along a propagation direction (128) of the light beam (12) between the beam shaping device (10) and the focusing optics (118), for shifting the focus area (126) of the light beam (12) within a scanning area. Lithography apparatus (108) according to claim 22, further comprising a controller for 47
Ansteuerung der Lithographievorrichtung (108) , wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Strahlformungseinrichtung (10) derart anzusteuern, dass der Lichtstrahl (12) in Abhängigkeit einer Scanposition des Fokusbereichs (120) innerhalb derControlling the lithography device (108), wherein the control device is set up to control the beam shaping device (10) in such a way that the light beam (12) depending on a scanning position of the focus area (120) within the
Scanfläche einer vorbestimmten Strahlformungsoptik (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) zugeführt wird, insbesondere wobei die Steuereinrichtung außerdem dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Scanposition eine Lichtleistung, insbesondere Laserleistung, zu verändern . Lithographievorrichtung (108) nach einem der Ansprüche 22 oder 23, außerdem umfassend eine Einstelleinrichtung zur Einstellung einer Fokusposition des Fokusbereichs (120) entlang der optischen Achse (z) des Lichtstrahls (12) , insbesondere in Abhängigkeit einer gewählten Strahlformungsoptik (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) . Scanning surface of a predetermined beam shaping optics (14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5) is supplied, in particular wherein the control device is also set up to change a light output, in particular laser output, depending on the scanning position. Lithography device (108) according to one of Claims 22 or 23, also comprising an adjustment device for adjusting a focus position of the focus area (120) along the optical axis (z) of the light beam (12), in particular as a function of a selected beam shaping optics (14-1, 14 -2, 14-3, 14-4, 14-5) .
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