DE102005014640A1 - Object illuminating arrangement for e.g. microscope, has light beam bundling lenses projecting far field of light bundles leaving from diffractive diffusers in two levels of microscope, where levels correspond to field level or pupil level - Google Patents

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Abstract

The arrangement has an excimer laser, and a computer generated hologram to homogenize partial coherent laser beams. Beam bundling lenses project a far field of light bundles leaving from diffractive diffusers in two levels (6, 7) of a microscope, where the level (6) corresponds to a field level and the level (7) corresponds to a pupil level or the level (6) corresponds to the pupil level and the level (7) corresponds to the field level.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beleuchtung eines Objektes in der eine partiell kohärente Lichtquelle verwendet und das Lichtbündel durch computergenerierte Hologramme homogenisiert wird. Diese dient insbesondere zur Befeuchtung eines Objektes in einem Mikroskop, in dem die Pupillenebene und die Feldebene möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet werden sollen. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung ist eine Beleuchtungsanordnung für Fotolithographiegeräte.The The invention relates to an arrangement for illuminating an object in which a partially coherent light source used and the light beam homogenized by computer generated holograms. This serves in particular for moistening an object in a microscope, in which the pupil plane and the field plane are illuminated as evenly as possible should be. Another field of application of the invention is a Lighting arrangement for Photolithography equipment.

Die WO 03/010588 A1 beschreibt eine vorteilhafte Auslegung eines diffraktiven Diffuser zur Homogenisierung partiell kohärenter Laserstrahlung, wie sie bei Excimer-Lasern typisch auftritt. Die Homogenisierung des Laserstrahles erfolgt jedoch nur in einer Ebene, die sich in einem Abstand von der Laserquelle oder im Fernfeld befindet. Bei Verwendung dieser Anordnung in einem Mikroskop wäre diese Ebene zum Beispiel die Feldebene, wobei dann die Pupillenebene mit dem Rohstrahlprofil des Lasers ausgeleuchtet würde.The WO 03/010588 A1 describes an advantageous design of a diffractive Diffuser for homogenizing partially coherent laser radiation, such as it typically occurs with excimer lasers. Homogenization of the Laser beam, however, takes place only in one plane, which is in one Distance from the laser source or in the far field. Using this arrangement in a microscope would be this level for example the field plane, in which case the pupil plane with the beam profile the laser would be illuminated.

DE 199 46 594 A1 beschreibt ein Mikroskop, bei dem die Beleuchtung mit einem Laser erfolgt. Zur Strahlhomogenisierung werden rotierende granulierte Streuscheiben aus Mattglas eingesetzt. Mit diesen Streuscheiben ist jedoch keine gezielte Intensitätsverteilung erreichbar. Weiterhin ist angegeben, daß CGH (computergenerierte Hologramme) zur Homogenisierung von Laserstrahlung eingesetzt werden können, wobei das Problem mit der 0.-Beugungsordnung bei den CGH nicht erwähnt wird. DE 199 46 594 A1 describes a microscope in which the illumination is done with a laser. For beam homogenization, rotating granulated diffusers of frosted glass are used. With these lenses, however, no targeted intensity distribution can be achieved. Furthermore, it is stated that CGH (Computer Generated Holograms) can be used to homogenize laser radiation, not mentioning the problem with the 0th diffraction order in the CGH.

Die JP 2001042253 A1 beschreibt einen Aufbau welcher zwei diffraktive optische Elemente (DOE) zur Strahlhomogenisierung verwendet. Zwischen diesen zwei DOE sind Mittel zur Strahlkonvergierung – speziell eine Linse oder ein diffraktives optisches Element – angeordnet. Dabei heißt Strahlkonvergierung, daß das Fernfeld aus dem Unendlichen ins endliche projiziert wird.The JP 2001042253 A1 describes a structure which uses two diffractive optical elements (DOE) for beam homogenization. Between these two DOEs means for beam convergence - especially a lens or a diffractive optical element - arranged. Here, beam convergence means that the far field is projected from infinite to finite.

Das in Lichtausbreitungsrichtung erste DOE dient zur Aufspaltung des Laserlichtbündels in mehrere Teillichtbündel (Funktion eines Beam-Splitter). Diese Teillichtbündel durchdringen das Mittel zur Strahlkonvergierung und das zweite DOE, welches eine Strahlformungsfunktion hat. Jeder der Teilstrahlen erzeugt dann in einer Ebene einen schart begrenzten Spot.The in the light propagation direction first DOE is used to split the Laser beam in several partial light bundles (Function of a beam splitter). These partial light bundles penetrate the agent for beam convergence and the second DOE, which is a beamforming function Has. Each of the partial beams then produces a sharp in a plane limited spot.

Die EP 1 450 199 A1 beschreibt einen Aufbau, welcher aus zwei DOE besteht, zwischen denen eine Blende angeordnet ist. Dort wirkt das in Lichtausbreitungsrichtung erste DOE als Strahlformer, der aus einem Gaußähnlichen Eingangsstrahl in einer definierten endlichen Entfernung vom ersten DOE (im Nahfeld) eine bestimmte andere Intensitätsverteilung generiert. Mit dieser Intensitätsverteilung wird das zweite DOE beleuchtet, welches als Beam-Splitter wirkt und das einfallende Lichtbündel in viele Teillichtbündel aufteilt.The EP 1 450 199 A1 describes a structure consisting of two DOEs, between which a diaphragm is arranged. There, the first DOE acting in the direction of light propagation acts as a beam shaper which generates a specific other intensity distribution from a Gaussian input beam at a defined finite distance from the first DOE (in the near field). With this intensity distribution, the second DOE is illuminated, which acts as a beam splitter and divides the incident light beam into many partial light bundles.

Die Beleuchtung in einem Mikroskop sollte so ausgelegt sein, daß sowohl die Pupillenebene als auch die Feldebene homogen ausgeleuchtet werden. Eine inhomogene Lichtverteilung in der Pupillenebene schlägt sich in der Abbildung als Intensitätsumverteilung nieder und ist besonders gut im defokussierten Bildfeld zu beobachten. In der Feldebene schlägt sich die inhomogene Lichtverteilung in der Linienbreitevariation der abgebildeten Strukturen nieder. Bei den klassischen Mikroskopen die mit klassischen Beleuchtungsquellen arbeiten, z.B. mit einer Glühwendel, tritt aufgrund des geringen Kohärenzvolumens keine Strukturierung in der Pupillenebene und der Feldebene auf. Ist man jedoch auf die Verwendung zumindest partiell kohärenter Lichtquellen angewiesen, weil es zum Beispiel für die betrachtete Wellenlänge keine inkohärente Lichtquelle gibt oder weil eine hohe Intensität gefordert ist, so treten aufgrund des größeren Kohärenzvolumens Interferenzen in der Pupillenebene und in der Feldebene auf.The Illumination in a microscope should be designed so that both the pupil plane as well as the field plane are homogeneously illuminated. An inhomogeneous light distribution in the pupil plane is reflected in the figure as intensity redistribution down and is particularly good in the defocused field of view. Beating in the field level the inhomogeneous light distribution in the line width variation down the depicted structures. In the classical microscopes who work with classical illumination sources, e.g. with a filament, occurs due to the low coherence volume no structuring at the pupil level and the field level. However, one is on the use of at least partially coherent light sources because, for example, there is no incoherent There is light source or because a high intensity is required, so occur due to the larger coherence volume Interference at the pupil level and at the field level.

Die Erfindung soll das Problem lösen, in einem Mikroskop, welches eine partiell kohärente Lichtquelle zur Beleuchtung verwendet, die Lichtverteilung in der Feldebene und in der Pupillenebene homogen zu erzeugen.The Invention is intended to solve the problem in a microscope, which is a partially coherent light source for illumination used, the light distribution at the field level and in the pupil plane to produce homogeneous.

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.The solution the object succeeds according to the invention with the characterizing features of claim 1.

Die Unteransprüche 2 bis 12 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Hauptanspruches.The under claims 2 to 12 are advantageous embodiments of the main claim.

Die optische Anordnung zur Strahlhomogenisierung eines partiell kohärenten Laserstrahls bezüglich Intensitätsverteilung sowohl in der Feldebene als auch in der Pupillenebene ist vorzugsweise aus folgenden, in Lichtausbreitungsrichtung angeordneten Bauelementen aufgebaut: einem ersten DOE mit Phasenstruktur und einer ersten strahlbündelnden Optik, welche das Fernfeld des von dem ersten DOE austretenden Lichtbündels in einer ersten Ebene abbildet, weiterhin einem zweiten DOE mit Phasenstruktur, welches in der ersten Ebene angeordnet ist und einer zweiten strahlbündelnden Optik, welche das Fernfeld des von dem zweiten DOE austretenden Lichtbündels in einer zweiten Ebene abbildet, wobei die erste Ebene der Feldebene oder der Pupillenebene und die zweite Ebene der Pupillenebene oder der Feldebene entsprechen.The Optical arrangement for beam homogenization of a partially coherent laser beam with respect to intensity distribution in both the field plane and the pupil plane is preferred from the following, arranged in the light propagation direction components constructed: a first DOE with phase structure and a first beam forming Optics showing the far field of the light beam emerging from the first DOE in a first level, and a second DOE with a phase structure, which is arranged in the first plane and a second beam-focusing Optics that the far field of the emerging from the second DOE light beam in a second level, where the first level is the field level or the pupil plane and the second plane of the pupil plane or correspond to the field level.

Unter den hier verwendeten DOE verstehen wir ein transmissives optisches Element, auf dem eine reine Phasenstruktur aufgeprägt ist. Diese Phasenstruktur kann im einfachsten Fall eine binäre Struktur sein und kann je nach Effizienzforderungen auch mehrstufige Phasenstrukturen enthalten.Under The DOE used here is a transmissive optical one Element on which a pure phase structure is imprinted. This phase structure can in the simplest case be a binary structure and can also be multi-level phase structures depending on the efficiency requirements contain.

Das erste DOE und das zweite DOE wirken jeweils als diffraktive Diffuser, wobei die Strukturgrößen der DOEs vom abgestrahlten Divergenzwinkel abhängen.The the first DOE and the second DOE each act as diffractive diffusers, where the structure sizes of Depend on DOEs to the radiated divergence angle.

Typische Intensitätsverteilungen derartiger diffraktiver Diffuser sind z.B. Flat-Top, Gauß, Annular, Dipol, Quadrupol oder ähnliche.typical intensity distributions such diffractive diffusers are e.g. Flat-top, Gauss, Annular, Dipole, quadrupole or similar.

Das erste DOE hat einen Streuwinkel, der wenigstens 3 bis 20 mal größer ist als die Divergenz des einfallenden Laserstrahles 11. Dabei sind größere Verhältnisse günstiger. Vorzugsweise wird ein Faktor 5 bis 10 gewählt.The first DOE has a scattering angle that is at least 3 to 20 times greater than the divergence of the incident laser beam 11 , Here are larger ratios cheaper. Preferably, a factor of 5 to 10 is selected.

Das zweite DOE hat einen Streuwinkel, der wenigstens 3 bis 10 mal größer ist als der Streuwinkel des ersten Lichtbündels 12. Vorzugsweise wird ein Faktor 4 bis 5 gewählt.The second DOE has a scattering angle that is at least 3 to 10 times greater than the scattering angle of the first light bundle 12 , Preferably, a factor of 4 to 5 is selected.

Die DOEs sind kommerzielle Komponenten, welche durch die folgenden Forderungen spezifiziert werden:
Resultierenden Streuwinkel, Intensitätsverteilung im Fernfeld Speckle-Kontrast im Fernfeld und Effizienz des optischen Elementes.The DOEs are commercial components specified by the following requirements:
Resulting scattering angle, intensity distribution in the far field Speckle contrast in the far field and efficiency of the optical element.

Die strahlbündelnde Optik ist vorzugsweise eine strahlbündelnde optische Linse. Die strahlbündelnde Optik kann aber auch ein Spiegel oder ein entsprechend ausgelegtes weiteres diffraktives optisches Element sein.The beamformer Optics are preferably a beam-focusing optical lens. The beam-focusing optics but can also be a mirror or a suitably designed further be diffractive optical element.

Das Mikroskop ist insbesondere ein Mikroskop, welches zur Maskeninspektion bei 193 nm verwendet wird und als Lichtquelle einen Excimer-Laser verwendet.The Microscope is in particular a microscope, which is used for mask inspection at 193 nm and as an excimer laser light source used.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:The The invention will be described below with reference to exemplary embodiments. Show it:

1: Prinzipieller Aufbau des erfindungsgemäßen Beleuchtung 1 : Basic structure of the lighting according to the invention

2: Spezieller Aufbau mit einem bewegten DOE 2 : Special construction with a moving DOE

3: Statischer Aufbau der Anordnung zur Beleuchtung. 3 : Static structure of the arrangement for lighting.

4: Beispiel eines DOE mit typischer binärer Phasenstruktur 4 : Example of a DOE with typical binary phase structure

5: Aufbau gemäß 2 mit Blende zur Unterdrückung der 0.-Beugungsordnung 5 : Construction according to 2 with aperture for suppression of the 0th diffraction order

6: Dezentrierter Aufbau zum Ausblenden des ungebeugten Lichtes 6 : Decentred structure to hide the undiffracted light

7: Verkippter Aufbau zum Ausblenden des ungebeugten Lichtes 7 : Tilted structure to hide the undiffracted light

8: Einsatz asymmetrisch wirkender DOEs zum Ausblenden des ungebeugten Lichtes 8th : Use of asymmetrically acting DOEs to hide the undiffracted light

9: Anordnung zur Beleuchtung in einem Mikroskopaufbau gemäß 2 9 : Arrangement for illumination in a microscope assembly according to 2

10: Anordnung zur Beleuchtung in einem Mikroskopaufbau gemäß 3 10 : Arrangement for illumination in a microscope assembly according to 3

Der Aufbau der Anordnung zur Beleuchtung besteht gemäß 1 aus einer partiell kohärenten Lichtquelle 3, einem ersten DOE 1, einer ersten strahlbündelnden Optik 4, einem zweiten DOE 2 und einer zweiten strahlbündelnden Optik 5.The structure of the arrangement for lighting is according to 1 from a partially coherent light source 3 , a first DOE 1 , a first beam-focusing optics 4 , a second DOE 2 and a second beam-focusing optics 5 ,

Die Lichtquelle 3 ist ein Excimer-Laser. Die erste strahlbündelnde Optik 4 bildet das Fernfeld des von dem ersten DOE 1 austretenden ersten Lichtbündel 12 in eine erste Ebene 6 ab. In der ersten Ebene 6 befindet sich das zweite DOE 2. Die zweite strahlbündelnde Optik 5 bildet das Fernfeld des von dem zweiten DOE 2 austretenden zweiten Lichtbündel 13 in eine zweite Ebene 7 ab. Die zweite strahlbündelnde Optik 5 dient der Einkopplung des zweiten Lichtbündels 13 in die Beleuchtungseinheit des Mikroskops, wobei entweder in die Pupillenebene oder in die Feldebene abgebildet wird. So kann im einfachsten Fall die zweite strahlbündelnde Optik 5 der Kondensor des Mikroskops sein. Die erste Ebene 6 und die zweite Ebene 7 sind jeweils konjugiert zueinander. Je nach Ausführung entspricht die erste Ebene 6 der Pupillenebene und die zweite Ebene 7 der Feldebene eines Mikroskops oder umgekehrt.The light source 3 is an excimer laser. The first beam-focusing optics 4 forms the far field of the first DOE 1 emerging first light bundle 12 in a first level 6 from. In the first level 6 is the second DOE 2 , The second beam-focusing optics 5 forms the far field of the second DOE 2 emerging second light beam 13 in a second level 7 from. The second beam-focusing optics 5 serves the coupling of the second light beam 13 in the illumination unit of the microscope, which is imaged either in the pupil plane or in the field level. Thus, in the simplest case, the second beam-bundling optics 5 be the condenser of the microscope. The first level 6 and the second level 7 are each conjugated to each other. Depending on the version, the first level corresponds 6 the pupil plane and the second plane 7 the field level of a microscope or vice versa.

Das erste DOE 1 und das zweite DOE 2 sind diffraktive Diffuser, die durch ihren jeweiligen Streuwinkel sowie ihre Intensitätsverteilung im Fernfeld spezifiziert sind. Verschiedene Pupillenausleuchtungen für die Objektbeleuchtung des Mikroskops erfolgen durch Wechseln des die Pupille formenden DOE. Dazu wird in 2 das erste DOE 1 und in 3 wird das zweite DOE 2 auswechselbar ausgeführt. Dies erfolgt zum Beispiel durch die Aufnahme verschiedener DOE in einem drehbar gelagerten Magazin. Das jeweilige DOE erzeugt im Fernfeld, welches die Pupillenebene darstellt, die gewünschte Intensitätsverteilung. Diese ist zum Beispiel Flat-Top, Gauß, Annular, Dipol, Quadrupol u.s.w. Ein Vorteil dieses Austauschs der DOE liegt darin, daß auf Grund der statistischen Natur der beiden DOEs die Zentrierung unkritisch ist.The first DOE 1 and the second DOE 2 are diffractive diffusers, which are specified by their respective scattering angle and their intensity distribution in the far field. Different pupil illuminations for the object illumination of the microscope are made by changing the pupil forming DOE. This will be done in 2 the first DOE 1 and in 3 becomes the second DOE 2 replaceable executed. This is done for example by the inclusion of various DOE in a rotatably mounted magazine. The respective DOE generates the desired intensity distribution in the far field, which represents the pupil plane. This is, for example, flat-top, Gauss, Annular, dipole, quadrupole, etc. An advantage of this exchange of DOE is that due to the statistical nature of the two DOEs centering is not critical.

2 zeigt die Anordnung zur Beleuchtung in einem Mikroskop bei der das zweite DOE 2 in der Pupillenebene des Mikroskops steht. 2 shows the arrangement for illumination in a microscope at the second DOE 2 is in the pupil plane of the microscope.

Das mittels des ersten DOE 1 generierte erste Lichtbündel 12 besitzt eine deutlich komplexere Korrelationsfunktion im Verhältnis zum Laserstrahl 11 vor dem DOE 1. Bei der Beleuchtung des zweiten DOE 2 mit diesem ersten Lichtbündel 12 entstehen in der Feldebene 7 des zweiten DOE 2 störende Speckle, die ohne zusätzlichen Aufwand unvermeidbar sind.That by means of the first DOE 1 generated first light bundles 12 has a much more complex correlation function in relation to the laser beam 11 in front of the DOE 1 , When lighting the second DOE 2 with this first light bundle 12 arise in the field level 7 of the second DOE 2 annoying speckles, which are unavoidable without additional effort.

Da die Anforderungen an die Homogenität des zweiten Lichtbündels in der Feldebene in der Regel sehr hoch sind, ist vorgesehen, daß das diese Ebene erzeugende zweite DOE 2 bewegt wird. Mittels Integration über eine endliche Belichtungszeit erfolgt damit eine effektive Speckle-Reduktion. Bei dieser Anordnung erhält man ein besonders homogene Feldebene.Since the requirements for the homogeneity of the second light beam in the field level are generally very high, it is provided that the second DOE generating this level 2 is moved. By means of integration over a finite exposure time, this results in an effective speckle reduction. With this arrangement, a particularly homogeneous field level is obtained.

Die Lichtquelle 3 ist beispielsweise ein Excimerlaser mit einem rechteckigem Rohstrahlprofil (3 mm × 6 mm), einer Wellenlänge von 193 nm und mit einer Divergenz von 1 bis 2 mrad. Das erste DOE 1 hat ein Flat-Top Intensitätsprofil mit einem Streuwinkel von ± 0.3°. Das zweite DOE 2 hat ein Flat-Top Intensitätsprofil auf einem Ring, welcher mit 0.7° < Radius < 3° bestimmt ist.The light source 3 is, for example, an excimer laser with a rectangular beam profile (3 mm × 6 mm), a wavelength of 193 nm and with a divergence of 1 to 2 mrad. The first DOE 1 has a flat-top intensity profile with a spread angle of ± 0.3 °. The second DOE 2 has a flat-top intensity profile on a ring, which is determined by 0.7 ° <radius <3 °.

Die erste strahlbündelnde Optik 4 hat eine Brennweite von 218 mm, die zweite strahlbündelnde Optik 5 hat eine Brennweite von 44.8 mm. Die Abstände der Bauelemente zueinander sind bestimmt durch: Abstand des ersten DOE 1 zur ersten strahlbündelnde Optik 4 = Abstand der zweite strahlbündelnden Optik 4 zum zweiten DOE 2 = Brennweite der ersten strahlbündelnden Optik 4 = 218 mm und der Abstand des zweiten DOE 2 zur zweiten strahlbündelnden Optik 5 = dem Abstand der zweiten strahlbündelnden Optik 5 zur Ebene 7 = Brennweite der zweiten strahlbündelnden Optik 5 = 44,8 mm.The first beam-focusing optics 4 has a focal length of 218 mm, the second beam-focusing optics 5 has a focal length of 44.8 mm. The distances between the components are determined by: distance of the first DOE 1 to the first beam-bundling optics 4 = Distance of the second beam-focusing optics 4 to the second DOE 2 = Focal length of the first beam-focusing optics 4 = 218 mm and the distance of the second DOE 2 to the second beam-bundling optics 5 = the distance of the second beam-focusing optics 5 to the level 7 = Focal length of the second beam-focusing optics 5 = 44.8 mm.

3 zeigt die Anordnung zur Beleuchtung in einem Mikroskop bei der das zweite DOE 2 in der Feldebene des Mikroskops steht. Hier handelt es sich um ein statischen Aufbau, es gibt keine bewegten Teile. In diesem Aufbau stellt das Fernfeld des zweiten DOE 2 die Pupillenebene dar. Falls die Speckle des zweiten Lichtbündels 13 genügend dicht liegen und die Einhüllende die gewünschte Intensitätsverteilung darstellt, sind diese tolerierbar und stören die Abbildung im Mikroskop nicht. Die zweite Ebene 7 weist einen höheren Specklekontrast als die erste Ebene 6 auf, weshalb hier die erste Ebene 6 als Feldebene dient. 3 shows the arrangement for illumination in a microscope at the second DOE 2 in the field level of the microscope. This is a static structure, there are no moving parts. In this setup, the far field represents the second DOE 2 the pupil plane. If the speckle of the second light bundle 13 are sufficiently tight and the envelope represents the desired intensity distribution, these are tolerable and do not disturb the image in the microscope. The second level 7 has a higher speckle contrast than the first level 6 on, so here's the first level 6 serves as field level.

Aufgrund der diffusen Wirkung des ersten DOE 1 wird das zweite DOE 2 bereits mit einem ersten Lichtbündel bestrahlt, dessen Divergenzwinkel größer ist als der Divergenzwinkel des in das erste DOE einfallenden Laserstrahles 11. Dies bewirkt eine Verrundung des durch das zweite DOE 2 erzeugten Intensitätsprofils des zweiten Lichtbündels 13. Um diesen Effekt gering zu halten, müssen die Streuwinkel des ersten DOE 1 und des zweiten DOE 2 auf die Streueigenschaften der jeweils einfallenden Lichtbündel angepaßt werden.Due to the diffuse effect of the first DOE 1 becomes the second DOE 2 already irradiated with a first light beam whose divergence angle is greater than the divergence angle of the incident in the first DOE laser beam 11 , This causes a rounding of the through the second DOE 2 generated intensity profile of the second light beam 13 , To minimize this effect, the scattering angle of the first DOE 1 and the second DOE 2 be adapted to the scattering properties of each incident light beam.

4 zeigt als Beispiel einen Ausschnitt eines DOE mit typischer binärer Phasenstruktur. Die Größe des gezeigten Ausschnitts ist real 70 μm mal 70 μm. 4 shows as an example a section of a DOE with typical binary phase structure. The size of the section shown is real 70 μm by 70 μm.

Figure 00070001
Figure 00070001

Herstellungsbedingt besteht bei diffraktiven Diffusern (DOE) ein Problem mit dem Anteil des ungebeugten Lichtes. Ein DOE besteht zum Beispiel aus einer reinen, ins Glas eingeprägten, Phasenstruktur. Die Phasenstrukturtiefe hat fertigungsbedingt eine Toleranz, die zu einer Erhöhung der Intensität 0. Beugungsordnung führt. Der Energieanteil in dieser 0. Beugungsordnung beträgt zwar nur etwa 1 % oder weniger, aber im Fernfeld manifestiert sich dieser Anteil als extrem überhöhter Peak in der Intensitätsverteilung. Dieser erscheint um so dominanter, je größer das Verhältnis von Streuwinkel des jeweiligen DOE zur Divergenz des beleuchtenden Strahls ist.the preparation, diffractive diffusers (DOE) have a problem with the proportion of the undiffracted light. For example, a DOE consists of one pure, impressed in the glass, Phase structure. The phase structure depth has a production due to a Tolerance that leads to an increase the intensity 0. diffraction order leads. The energy content in this 0th diffraction order is indeed only about 1% or less, but in the far field this manifests itself Share as extremely excessive peak in the intensity distribution. This appears all the more dominant, the greater the ratio of Scattering angle of the respective DOE to the divergence of the illuminating beam is.

Bei einer sehr kleiner Divergenz des Laserstrahles 11 im Vergleich zu dem Streuwinkel des DOE findet eine Blende 8 in Form einer Mittenabschattung Anwendung, die unmittelbar vor dem zweiten DOE 2 in der Umgebung der optischen Achse 9 angeordnet ist. Diese Ausführung ist in 5 gezeigt. In einer Pupillenebene stört diese Blende 8 in der Regel nicht.At a very small divergence of the laser beam 11 compared to the scatter angle of the DOE finds a diaphragm 8th in the form of a middle shading application, immediately before the second DOE 2 in the vicinity of the optical axis 9 is arranged. This design is in 5 shown. At a pupil level this aperture disturbs 8th usually not.

Ist die 0. Ordnung jedoch in der Feldebene dominant, so findet ein dezentrierter Aufbau Anwendung, wie dieser in 6 gezeigt ist. Die 0. Beugungsordnung liegt so außerhalb des Meßfeldes 10. Die erste strahlbündelnde Optik 4, das zweite DOE 2 und die zweite strahlbündelnde Optik 5 sind um 0.8 mm dezentriert. Die weiteren Daten entsprechen denen, die zu 2 angegeben wurden.However, if the 0th order is dominant in the field level, then a decentered structure is used, like this one in 6 is shown. The 0th diffraction order is so outside of the measuring field 10 , The first beam-focusing optics 4 , the second DOE 2 and the second beam-focusing optics 5 are decentered by 0.8 mm. The other data are the same as those for 2 were specified.

Durch den gleichen Versatz der ersten strahlbündelnden Optik 4, des zweiten DOE 2 und der zweiten strahlbündelnden Optik 5 wird garantiert, daß bei einer dezentrierten Ausleuchtung der zweiten Ebene 7 (hier Feldebene) die Ausleuchtung in der ersten Ebene 6 (hier Pupillenebene) zentriert bleibt. Das gesamte beleuchtete Gebiet in der zweiten Ebene 7 muß dazu größer als das auszuleuchtende Meßfeld 10 sein. Alle andere Optik, auch das sich anschließende Mikroskop, bleiben zentriert.By the same offset of the first beam-focusing optics 4 , the second DOE 2 and the second beam-focusing optics 5 it is guaranteed that at a decentralized illumination of the second level 7 (here field level) the illumination in the first level 6 (here pupil plane) remains centered. The entire illuminated area in the second level 7 must be larger than the measuring field to be illuminated 10 be. All other optics, including the subsequent microscope, remain centered.

Bei symmetrisch wirkenden DOEs ist es besonders vorteilhaft, wenn das Fernfeld des zweiten DOE 2 eine ringförmige oder dipolförmige Intensitätsverteilung aufweist, so daß nur störendes ungebeugtes Licht abgeblendet wird. Das erhöht die Nutzlichtausbeute.For symmetrically acting DOEs, it is particularly advantageous if the far field of the second DOE 2 has an annular or dipole-shaped intensity distribution, so that only disturbing undiffracted light is dimmed. This increases the useful light yield.

7 zeigt einen verkippten Aufbau zum Ausblenden des ungebeugten Lichtes. Durch Verkippen aller Bauelemente von der Lichtquelle 3 bis zum zweiten DOE 2, wobei der Drehpunkt am Ort des zweiten DOE 2 liegt, wird ungebeugtes Licht vom auszuleuchtenden Meßfeld 10 ausgeblendet. 7 shows a tilted structure to hide the undiffracted light. By tilting all components from the light source 3 until the second DOE 2 , where the fulcrum at the location of the second DOE 2 is located, is undiffracted light from the illuminated measuring field 10 hidden.

8 zeigt eine Anordnung asymmetrisch wirkender DOEs 1 und 2, so daß das ungebeugte Licht 14 außerhalb der Bereiche des Nutzlichtes liegt und von der Blende 8 vor dem zweiten DOE 2 und der Blende 8' in der Feldebene abgebockt wird. Das zweite DOE 2 kann auch rotierend ausgeführt sein. Die DOE 1 und 2 sind in diesem Fall als mehrstufige Phasenelemente ausgebildet. 8th shows an arrangement of asymmetrically acting DOEs 1 and 2 so that the undiffracted light 14 lies outside the areas of the useful light and from the aperture 8th before the second DOE 2 and the aperture 8th' is jacked off at the field level. The second DOE 2 can also be designed to rotate. The DOE 1 and 2 are formed in this case as multi-stage phase elements.

9 zeigt die Anordnung zur Beleuchtung in einem Mikroskopaufbau gemäß 2. Ein Objekt 15 liegt hier in der zweiten Ebene 7. Über ein Objektiv 16 und eine Tubuslinse 17 wird ein Zwischenbild 18 erzeugt. 9 shows the arrangement for illumination in a microscope assembly according to 2 , An object 15 is here in the second level 7 , About a lens 16 and a tube lens 17 becomes an intermediate picture 18 generated.

10 zeigt die Anordnung zur Beleuchtung in einem Mikroskopaufbau gemäß 3. Ein Objekt 15 liegt hier in der ersten Ebene 7 in Lichtausbreitungsrichtung unmittelbar hinter dem zweiten DOE 2. In diesem Fall ist die zweite strahlbündelnde Optik 5 das Objektiv 16 und die Tubuslinse 17. Über das Objektiv 16 und die Tubuslinse 17 wird das Zwischenbild 18 erzeugt. 10 shows the arrangement for illumination in a microscope assembly according to 3 , An object 15 is here in the first level 7 in the light propagation direction immediately behind the second DOE 2 , In this case, the second beam-focusing optics 5 the objective 16 and the tube lens 17 , About the lens 16 and the tube lens 17 becomes the intermediate image 18 generated.

Die in den 9 und 10 dargestellte Anwendung der Anordnung zur Beleuchtung eines Objektes im Mikroskop ist ohne weiteres auf Anwendungen in der Fotolithographie übertragbar: Die Ebene des Objektes 15 entspricht dann der Maskenebene, die Lage des Zwischenbildes 18 entspricht dem Wafer. Die Maske wird verkleinert auf den Wafer abgebildet. Im Mikroskop entsteht im Gegensatz dazu ein vergrößertes Zwischenbild 17.The in the 9 and 10 illustrated application of the arrangement for illuminating an object in the microscope is readily transferable to applications in photolithography: the plane of the object 15 then corresponds to the mask level, the location of the intermediate image 18 corresponds to the wafer. The mask is displayed reduced on the wafer. In contrast, an enlarged intermediate image is created in the microscope 17 ,

11
erstes DOEfirst DOE
22
zweites DOEsecond DOE
33
Lichtquellelight source
44
erste strahlbündelnde Optikfirst beamformer optics
55
zweite strahlbündelnde Optiksecond beamformer optics
66
erste Ebenefirst level
77
zweite Ebenesecond level
88th
Blendecover
99
optische Achseoptical axis
1010
Meßfeldmeasuring field
1111
Laserstrahllaser beam
1212
erstes diffuses Lichtbündelfirst diffused light beam
1313
zweites diffuses Lichtbündelsecond diffused light beam
1414
ungebeugtes Lichtundiffracted light
1515
Objektobject
1616
Objektivlens
1717
Tubuslinsetube lens
1818
Zwischenbildintermediate image
RR
Radius des Ring-Intensitätsprofilsradius of the ring intensity profile

Claims (12)

Anordnung zur Beleuchtung eines Objektes, in der eine partiell kohärente Lichtquelle verwendet und das Lichtbündel durch computergenerierte Hologramme homogenisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Lichtausbreitungsrichtung nacheinanderfolgend ein erstes DOE (1) und eine erste strahlbündelnde Optik (4), welche das Fernfeld des von dem ersten DOE (1) austretenden ersten Lichtbündels (12) in eine erste Ebene (6) abbildet, angeordnet sind, weiterhin ein zweites DOE (2) in der ersten Ebene (6) und eine zweite strahlbündelnden Optik (5), welche das Fernfeld des von dem zweiten DOE (2) austretenden zweiten Lichtbündels (13) in eine zweite Ebene (7) abbildet, angeordnet sind, wobei die erste Ebene (6) der Feldebene und die zweite Ebene (7) der Pupillenebene entsprechen oder die erste Ebene (6) der Pupillenebene und die zweite Ebene (7) der Feldebene entsprechen.Arrangement for illuminating an object in which a partially coherent light source is used and the light beam is homogenized by computer-generated holograms, characterized in that in the light propagation direction a first DOE (FIG. 1 ) and a first beam-bundling optic ( 4 ) showing the far field of the first DOE ( 1 ) emerging first light beam ( 12 ) into a first level ( 6 ), a second DOE ( 2 ) in the first level ( 6 ) and a second beam-focusing optics ( 5 ) showing the far field of the second DOE ( 2 ) emerging second light beam ( 13 ) into a second level ( 7 ) are arranged, wherein the first level ( 6 ) of the field level and the second level ( 7 ) correspond to the pupil plane or the first plane ( 6 ) the pupil plane and the second plane ( 7 ) correspond to the field level. Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste DOE (1) und das zweite DOE (2) jeweils als diffraktive Diffuser wirken, wobei die DOEs eine Phasenstruktur und/oder eine Amplitudenstruktur aufweisen.Illumination arrangement according to Claim 1, characterized in that the first DOE ( 1 ) and the second DOE ( 2 ) each act as diffractive diffusers, wherein the DOEs have a phase structure and / or an amplitude structure. Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenstruktur des ersten DOE (1) im Mittel größere Strukturgrößen aufweist als die Phasenstruktur des zweiten DOE (2).Illumination arrangement according to Claim 2, characterized in that the phase structure of the first DOE ( 1 ) has on average larger structure sizes than the phase structure of the second DOE ( 2 ). Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste DOE (1) und/oder das zweite DOE (2) eine binäre Phasenstruktur aufweisen.Illumination arrangement according to Claim 2, characterized in that the first DOE ( 1 ) and / or the second DOE ( 2 ) have a binary phase structure. Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite DOE (1, 2) periodisch ausgelegt werden, wobei die Periode größer als die laterale Kohärenzlänge des zu homogenisierenden Laserstrahls ist.Illumination arrangement according to Claim 2, characterized in that the first and / or the second DOE ( 1 . 2 ) are periodically designed, wherein the period is greater than the lateral coherence length of the laser beam to be homogenized. Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste DOE (1) einen Streuwinkel hat, der 3 bis 20 mal größer als die Divergenz des einfallenden Laserstrahles (11) ist.Illumination arrangement according to Claim 1, characterized in that the first DOE ( 1 ) one Scattering angle which is 3 to 20 times greater than the divergence of the incident laser beam ( 11 ). Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite DOE (2) einen Streuwinkel hat, der 3 bis 10 mal größer als der Streuwinkel des ersten Lichtbündels (12) ist.Illumination arrangement according to Claim 1, characterized in that the second DOE ( 2 ) has a scattering angle which is 3 to 10 times greater than the scattering angle of the first light bundle (FIG. 12 ). Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite DOE (2) bewegbar angeordnet ist.Illumination arrangement according to Claim 1, characterized in that the second DOE ( 2 ) is arranged movable. Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Lichtausbreitungsrichtung vor dem zweiten DOE (2) im achsnahen Gebiet eine Blende (8) angeordnet ist.Illumination arrangement according to Claim 1, characterized in that in the direction of light propagation in front of the second DOE ( 2 ) in the region close to the axis a diaphragm ( 8th ) is arranged. Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste strahlbündelnde Optik (4), das zweite DOE (2) und die zweite strahlbündelnde Optik (5) senkrecht zur optischen Achse (9) verschoben sind und im achsnahen Bereich in der zweiten Ebene 7 eine lochförmige Blende (8) angeordnet ist.Illumination arrangement according to Claim 1, characterized in that the first beam-bundling optical system ( 4 ), the second DOE ( 2 ) and the second beam-focusing optics ( 5 ) perpendicular to the optical axis ( 9 ) and in the near-axis region in the second plane 7 a hole-shaped aperture ( 8th ) is arranged. Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des ersten DOE (1), der ersten strahlbündelnden Optik (4) und des zweiten DOE (2) gegenüber der optischen Achse (9) der zweiten strahlbündelnden Optik (5) verkippt sind, wobei der Drehpunkt am Ort des zweiten DOE (2) liegt, und im achsnahen Bereich in der zweiten Ebene (7) eine lochförmige Blende (8) angeordnet ist.Illumination arrangement according to Claim 1, characterized in that the optical axis of the first DOE ( 1 ), the first beam-focusing optics ( 4 ) and the second DOE ( 2 ) relative to the optical axis ( 9 ) of the second beam-collimating optic ( 5 ) are tilted, wherein the pivot point at the location of the second DOE ( 2 ), and in the near-axis region in the second plane ( 7 ) a hole-shaped aperture ( 8th ) is arranged. Anordnung zur Beleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite strahlbündelnde Optik (5, 6) eine strahlbündelnde optische Linse, ein Spiegel oder ein entsprechend ausgelegtes weiteres diffraktives optisches Element ist.Arrangement for illumination according to claim 1, characterized in that the first and second beam-bundling optics ( 5 . 6 ) is a beam-collimating optical lens, a mirror or a correspondingly designed further diffractive optical element.
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