DD294805A5 - Beleuchtungssystem fuer laser- und superstrahlung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem fuer Laser- und Superstrahlung, das in der UV-Lithografie zur gleichmaeszigen Ausleuchtung des Objektfeldes anwendbar ist. Das erfindungsgemaesze Beleuchtungssystem ist zusaetzlich zu einem bekanntermaszen vorhandenen Spiegeltunnel und dessen einkoppelnden Element mit mindestens einem weiteren Spiegeltunnel zum Vorglaetten der Strahlung versehen. Damit wird eine geringe Abweichung in der Intensitaetsverteilung bei groszen Objektfeldern erzielt. Des weiteren lassen sich Intensitaetsprofilaenderungen von Laserimpuls zu Laserimpuls ausgleichen. Fig. 1{Beleuchtungssystem; Laser; UV-Lithografie; Spiegeltunnel; Ausleuchtung, gleichmaeszig; Intensitaetsprofil; Objektfeld; Medizintechnik; Excimerlaser; Impulslaser}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Laser und Superstrahlung, das in der UV-Lithografie zur fotografischen Abbildung kleiner Strukturen anwendbar ist. Die vorliegende Beleuchtungseinrichtung sichert eine gleichmäßige Ausleuchtung des Objektfeldes mit einer Abweichung von wenigen Prozent auch bei relativ großen Flächen, z. B. größer gleich 100 x 100 mm². Weiterhin ist das vorgeschlagene Beleuchtungssystem zur Nachschaltung an einen Impulslaser mit Intensitätsprofilschwankungen von Impuls zu Impuls geeignet, wie beispielsweise den Excimerlaser, um reproduzierbare Abbildungen bzw. ortsstabile Brennpunkte mit einer einfachen Optik zu erhalten. Damit werden alle Impulslaser mit Intensitätsprofilschwankungen in der Impuls-zu Impulsstrahlung auch für die Medizintechnik und in der Materialbearbeitung einsetzbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Als Spiegeltunnel ausgebildete Baugruppen für Beleuchtungseinrichtungen sind an sich bekannt. In der US-PS 4427283 ist ein Gerät zum Herstellen von Farbfotos beschrieben, bei dem zwischen der Lichtquelle und dem Negativfilm ein leicht kegelförmiger Spiegeltunnel mit nachgeschalteter Kondensorlinse angeordnet ist, wobei das Ziel der Erfindung darin besteht, neben einer

gleichmäßigen Beleuchtung ein Unterdrücken des Einflusses von Kratzern im Negativfilm und eine Erhöhung der Effizienz des

Kopierprozesses zu erreichen. Der Einsatz eines rohrförmigen Spiegeltunnels zwischen einer Kondensorlinse und einem Bündel von Lichtleitfasorn in einem Endoskop wird in der US-PS 4576435 vorgeschlagen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Bündel der Lichtleitfasern

gleichmäßig zu beleuchten, um dessen Zerstörung zu verhindern und zum anderen auch das zu beobachtende Objekt besser ausleuchten zu können.

Auch für den Ausgleich der über den Querschnitt eines Laserstrahles im allgemeinen ungleichmäßig verteilten Intensität wurde

der Einsatz von Spiegeltunneln bereits vorgeschlagen. In der US-PS 4 S47044 ist die Faltung des Laserstrahlquerschnittes mittels mehrerer Spiegel mit eingefügten Zwischenabbildungen beschrieben. Solche Systeme weisen einen geknickten Strahlengang auf und sind deshalb schwer zu justieren. Für die Ausleuchtung großer Objektfelder von z. B. 100 x 100mm² sind sowohl die

Abmaße der optischen Elemente als auch die des Gesamtsystems nicht praktikabel. Alternativ wird in dieser Schrift deshalb der Einsatz von kegel- oder pyramidenförmigen Lichttunneln vorgeschlagen. Nachteil derartiger Lösungen für die Projektionslithografie ist aber, daß wegen der Neigung der reflektierenden Seiten

zueinander nur wenige virtuelle Lichtquellen an der Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsobjektive beteiligt sind, was zur Verschlechterung der Abbildungsqualität gegenüber einer vollausgeleuchteten Pupille führt.

Ein Spiegeltunnel zum Umformen eines kohärenten Laserstrahles mit ungleichmäßig räumlich verteilter Intensität in einen

inkohärenten Lichtstrahl mit im wesentlichen gleichmäßiger Intensitätsverteilung wird in der US-PS 4744615 beschrieben. Über die mit diesem System erreichbare Gleichverteilung der Intensität für große Objektfelder sind keine quantitativen Angaben bekannt.

Alle diese Lösungen haben den gemeinsamen Nachteil, daß sie zum Ausgleich von Intensitätsprofiländerungen von Laserimpuls

zu Laserimpuls nicht geeignet sind.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, ein Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung zu schaffen, das leicht zu justieren ist, relativ kleine Abmessungen besitzt, unempfindlich gegenüber Laserintensitätsprofiländerungen von Laserimpuls zu Laserimpuls ist und große Objektfelder gleichmäßig ausleuchten kann bei Abweichungen von kleiner +2%.

Darlegung des Wesens der Erfindung Ausgehend von der Forderung, bei großen Objektfeldern geringe Abweichungen in der Intensitätsverteilung zu erzielen und Intensitätsprofiländerungen auszugleichen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die in den bekanntermaßen vorhandenen Spiegeltunnel einzukoppelnde Strahlung vorzuglätten. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung mit einem Spiegeltunnel,

dessen ebene, reflektierer. Jv- Innenflächen paarweise parallel zueinander und zur zentrisch liegenden optischen Achse ausgerichtet sind und mit einem vor dem Spiegeltunnel angeordneten, die Strahlung einkoppelnden Element dadurch gelöst, daß vor dem einkoppelnden Element mindestens ein weiterer Spiegeltunnel mit einer zugehörigen Einkoppeloptik vorhanden ist. Als weiterer Spiegeltunnel sollte ein Hohlprofil mit radialsymmetrischem, über die gesamte Länge des Spiegeltunnels gleichbleibendem Querschnitt, großem Verhältnis von Länge zu Durchmesser (Aspektverhältnis) und hohem

Reflexionskoeffizienten der Innenflächen vorgesehen sein. Vorteilhafterweise kann der weitere Spiegeltunnel mit rundem Querschnitt ausgeführt sein. Die zum weiteren Spiegeltunnel gehörige Einkoppeloptik kann aus zwei Zylinderlinsen bestehen, deren Krümmungen senkrecht

zueinander ausgerichtet sind. Als einkoppelndes Element vor dem ursprünglich vorhandenen Spiegeltunnel kann eine sphärische Linse vorgesehen sein. Denkbar sind hier auch ein Hohlspiegel, ein Konkavgitter oder ein Axikon.

Wichtig bei der Ausführung der Anordnung ist, daß in dem weiteren Spiegeltunnel eine hohe Zahl von Reflexionen erfolgen

kann, damit schon an dessen Ausgang eine relativ gleichmäßige Intensitätsverteilung erreicht wird. Deshalb sollte der weitere

Spiegeltunnel einen kleinen Durchmesser bei großer Länge aufweisen. Beim Betreiben des vorgeschlagenen Beleuchtungssystems nimmt das Bild der durch den weiteren Spiegeltunnel erzeugten

virtuellen Lichtquellen eine größere Fläche ein als der Brennfleck des Lasers ohne diesen Tunnel, wodurch sich der Füllfaktor bei der Vervielfachung der in den ursprünglich vorhandenen Spiegeltunnel eintretenden Lichtverteilung verbessert.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß große Objektfelder gleichmäßig ausgeleuchtet und gut die bei Gasimpulslasern, insbesondere Excimerlasern, auftretenden Schwankungen der räumlichen Intensitätsverteilung von Impuls

zu Impuls ausgeglichen werden, so daß mit einer nachgeschalteten Optik reproduzierbare Abbildungen bzw. ortsstabile

Brennpunkte möglich sind. Diese Eigenschaft legt u.a. eine Anwendung des Beleuchtungssystems in der Medizin und in der Materialbearbeitung nahe. Außerdem ist das Beleuchtungssystem dadurch leicht justierbar und läßt sich kompakt aufbauen. Ausfuhrungsbeispiel Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Als zugehörige Zeichnung zeigt Fig. 1 den

prinzipiellen Aufbau des vorgeschlagenen Beleuchtungssystems.

Im Strahlengang 1 eines Excimerlasers ist voreinem Spiegeltunnel 2 und einer sphärischen Linse 3 als einkoppelndam Element

ein weiterer Spiegeltunnel 4 mit einer zugehörigen Einkoppeloptik, bestehend aus den Zylinderlinsen 5 und 6, vorhanden. Der

Spiegeltunnel 2 besteht aus vier Auminiumspiegeln, die paarweise parallel zueinander und zur zentrisch liegenden optischen Achse ausgerichtet sind. Der Querschnitt ist quadratisch ausgeführt, das Aspektverhältnis beträgt 9 be! einer Länge des Spiegeltunnels 2 von 288mm. Der weitere Spiegeltunnel 4 ist ein Rohr mit verspiegelter Innenfläche und einem Aspektverhältnis von 49 bei einer Rohrlänge

von 196mm und einem Durchmesser von 4mm. Die Zylinderlinsen 5 und β sind bezüglich ihrer Krümmungen senkrecht zueinander ausgerichtet. In Strahlungsrichtung nach dem Spiegeltunnel 2 sind eine sphärische Linse 7, eine Kombination aus sphärischen Linsen 8 und 9 mit einer Kohärenzblende 10, eine sphärische Linse 11 und die Eintrittspupille (nicht dargestellt) eines Projektionsobjektivs vorgesehen.

Der Strahlengang 1 der Excimerlaserstrahlung wird durch die Zylinderlinsen 5 und β in den Spiegeltunnel 4 eingekoppelt. Aufgrund der Vielfachüberlagerung im Spiegeltunnel 4 ergibt sich an dessen Ende eine ausgeglichene Verteilung der Intensität

über den Querschnitt des Rohres. Die aus dem Spiegeltunnel 4 austretende Strahlung wird durch die sphärische Linse 3 in den

Spiegeltunnel 2 eingekoppelt, so daß zusätzlich zur reellen Lichtquelle sechs virtuelle Lichtquellen 12 im Meridialschnitt erzeugt

werden. Räumlich entstehen hier 49 Bilder.

Die Strahlung, die am Ende des Spiegeltunnels 2 austritt, weist eine weitestgehend ausgeglichene Intensitätsverteilung auf und

wird durch die Kombination der sphärischen Linsen 8 und 9 auf die Maskenebene 13 abgebildet. Die Beleuchtung der

Maskenebene 13 mit der richtigen Bündelneigung wird dadurch realisiert, daß die virtuellen Lichtquellen 12 mittels der

sphärischen Linse 7 in die Ebene der Kohärenzblende 10 und dann durch die sphärische Linse 11 in die Eintrittspupille des

Projektionsobjektives abgebildet werden. Sollen große Objektfelder ausgeleuchtet werden, wird mit üblichen Mitteln vom Ende des Spiegeltunnel? 2 nachvergrößert, bis

die erforderliche Objektgröße erreicht ist.

Claims (5)

1. Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung mit einem Spiegeltunnel, dessen ebene, reflektierende Innenflächen paarweise parallel zueinander und zur zentrisch liegenden optischen Achse ausgerichtet sind und mit einem vor dem Spiegeltunnel angeordneten, die Strahlung einkoppelnden Element, gekennzeichnet dadurch, daß vor dem einkoppelnden Element mindestens ein weiterer Spiegeltunnel (4) mit einer zugehörigen Einkoppeloptik vorhanden ist.

2. Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als weiterer Spiegeltunnel (4) ein Hohlprofil mit radialsymmetrischem, über die gesamte Länge des Spiegeltunnels (4) gleichbleibendem Querschnitt, großem Verhältnis von Länge zu Durchmesser und hohem Reflexionskoeffizienten der Innenflächen vorgesehen ist.

3. Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der weitere Spiegeltunnel (4) mit rundem Querschnitt ausgeführt ist.

4. Beleuchtungssystem für Laser- und Superschaltung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als zugehörige Einkoppeloptik für den weiteren Spiegeltunnel (4) zwei Zylinderlinsen (5,6) mit senkrecht zueinander ausgerichteten Krümmungen vorgesehen sind.

5. Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als einkoppelndes Element eine sphärische Linse (3) eingesetzt ist.