DE10245231A1 - Arrangement for reducing coherence - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verminderung der Kohärenz eines Lichtbündels, insbesondere eines Laserlichtbündels zur Beleuchtung einer Bildfläche oder einer Probe. DOLLAR A Erfindungsgemäß umfaßt eine solche Anordnung DOLLAR A - eine Einrichtung zur Strahlteilung, z. B. einen ersten Teilerwürfel (2), an dem ein einfallendes Lichtbündel (1) in zwei Teilbündel (4, 5) aufgespalten wird, DOLLAR A - eine Einrichtung zur Strahlvereinigung, z. B. einen zweiten Teilerwürfel (6), an dem die Teilbündel (4, 5) zu einem abgehenden Lichtbündel (10) zusammengeführt werden, und DOLLAR A - Umlenkelemente, z. B. Spiegel (8, 9), die in den Lichtwegen der Teilbündel (4, 5) zwischen diesen beiden Einrichtungen positioniert sind, wobei die Lichtweglängen der Teilbündel (4, 5) verschieden sind und der Längenunterschied so groß ist, daß die Kohärenz der Wellenzüge/Phasenraumzellen in den Teilbündeln (4, 5) überschritten und damit deren Fähigkeit, miteinander zu interferieren, vermindert bzw. aufgehoben ist.The invention relates to an arrangement for reducing the coherence of a light beam, in particular a laser light beam for illuminating an image area or a sample. DOLLAR A According to the invention, such an arrangement comprises DOLLAR A - a device for beam splitting, e.g. B. a first divider cube (2), on which an incident light bundle (1) is split into two sub-bundles (4, 5), DOLLAR A - a device for beam combining, z. B. a second divider cube (6), on which the partial bundles (4, 5) are merged to form an outgoing light bundle (10), and DOLLAR A - deflecting elements, e.g. B. mirrors (8, 9) which are positioned in the light paths of the sub-beams (4, 5) between these two devices, the light path lengths of the sub-beams (4, 5) being different and the length difference being so great that the coherence of the Wave trains / phase space cells in the sub-bundles (4, 5) are exceeded and thus their ability to interfere with one another is reduced or eliminated.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verminderung der Kohärenz eines Lichtbündels, insbesondere eines Laserlichtbündels zur Beleuchtung einer Bildfläche oder einer Probe.The invention relates to a Arrangement for reducing the coherence of a light beam, in particular of a laser light beam for illuminating an image area or a sample.
Zur Beleuchtung der Probe in einem Mikroskop oder zur Wiedergabe von Lichtbildern auf Bildwänden werden Lichtbündel, vorteilhaft Laserlichtbündel genutzt. Aufgrund der verhältnismäßig hohen zeitlichen und räumlichen Kohärenz des Laserlichts kommt es dabei zu Interferenzen, die der Beobachter als unterschiedliche Leuchtdichten bzw. als störendes Glitzern wahrnimmt. Derartige Beleuchtungsstrukturen werden häufig auch als „Speckle" bezeichnet.For illuminating the sample in one Microscope or for reproducing photographs on picture walls Light beam advantageous laser light bundle used. Because of the relatively high temporal and spatial coherence The laser light causes interference, which the observer regards as perceives different luminance levels or as annoying glitter. Such lighting structures are often referred to as "speckle".
Es ist bekannt, daß zur Verringerung dieser Störungen Verfahren und Anordnungen genutzt werden, die auf eine Kohärenzreduzierung abzielen, um dadurch die Interferenzfähigkeit der an der beleuchteten Fläche gestreuten bzw. reflektierten Strahlungsanteile zu verringern oder ganz aufzuheben.It is known to reduce of these disorders Procedures and arrangements are used that aim to reduce coherence aim to thereby reduce the interference ability of those at the illuminated area to reduce scattered or reflected radiation components or to pick up entirely.
Diesbezüglich beschreibt beispielsweise
die
Aus WO 01/35451 A1 ist es weiterhin bekannt, mittels einer Vielzahl von Einzelreflektoren das Lichtbündel in Teilbündel aufzuspalten. Die Teilbündel werden dann über unterschiedliche optische Weglängen geführt, wobei die Weglängenunterschiede größer als die zeitliche Kohärenzlänge des Lichtes sind. Die Kohärenzreduzierung ergibt sich mit der Überlagerung der Teilbündel bei der nachfolgenden Zusammenführung zu einem neuen Gesamtlichtbündel.From WO 01/35451 A1 it is still known, by means of a variety of individual reflectors in partial bundle split. The sub-bundles are then over different optical path lengths guided, with the path length differences larger than the temporal coherence length of the Are light. The coherence reduction results with the overlay the sub-bundle in the subsequent merge to a new overall light beam.
Nachteilig dabei ist, daß aufgrund der im Vergleich zur Wellenlänge des Lichtes verhältnismäßig großen Einzelreflektoren Abschattungen auftreten, die eine unerwünschte Schwächung der Strahlungsintensität zur Folge haben.The disadvantage is that due to compared to the wavelength of the light relatively large individual reflectors Shadowing occurs, which results in an undesired weakening of the radiation intensity to have.
Werden zur Realisierung der unterschiedlichen optischen Weglängen Wabenkondensatoren genutzt, die unterschiedlich dicke Glaswege in den einzelnen Waben haben, oder optische Prismen, wobei je nach Position des Prismas unterschiedliche Glaswege vorgegeben sind, tritt der Erfolg jedoch nur bei Strahlungsquellen ein, deren zeitliche Kohärenz verhältnismäßig gering ist, da andernfalls erhebliche Glaswegdifferenzen realisiert werden müssen und dies mit diesen Mitteln nicht möglich ist.Are used to realizing the different optical path lengths Honeycomb capacitors used in glass paths of different thickness have the individual honeycomb, or optical prisms, depending on Position of the prism different glass paths are given, However, success only occurs with radiation sources, their temporal Coherence relatively low because otherwise considerable glass path differences will be realized have to and this is not possible with these means.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Möglichkeit zur Kohärenzminderung und damit zur Reduzierung von Speckle zu fin den, bei der die Strahlungsintensität möglichst wenig geschwächt wird.Based on this state of the art the invention has the object of another possibility to reduce coherence and thus to reduce speckle to find the radiation intensity where possible is weakened little.
Erfindungsgemäß umfaßt eine Anordnung zur Verminderung der Kohärenz eine Einrichtung zur Strahlteilung, an der ein einfallendes Lichtbündel in zwei Teilbündel aufgespalten wird, eine Einrichtung zur Strahlvereinigung, an der die Teilbündel wieder zu einem abgehenden Lichtbündel zusammengeführt werden, und Umlenkelemente, die in den Lichtwegen der Teilbündel zwischen diesen beiden Einrichtungen positioniert sind, wobei die Lichtweglängen der Teilbündel verschieden sind und der Längenunterschied so groß ist, daß die Kohärenz der Wellenzüge/Phasenraumzellen in den Teilbündeln überschritten und damit deren Fähigkeit, miteinander zu interferieren, vermindert bzw. aufgehoben wird.According to the invention comprises an arrangement for reduction of coherence a device for beam splitting, on which an incident light beam in two partial bundle is split up, a device for beam unification, at the the sub-bundles be brought together again to an outgoing bundle of light, and deflecting elements which are located in the light paths of the sub-bundles between these two devices are positioned, the light path lengths of the partial bundle are different and the difference in length is so big that the coherence the wave trains / phase space cells exceeded in the sub-bundles and thus their ability to interfere with each other, is reduced or canceled.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind als Einrichtung zur Strahlteilung ein erster Teilerwürfel und als Einrichtung zur Strahlvereinigung ein zweiter Teilerwürfel vorgesehen, wobei ein erstes Teilbündel durch die Teilerschicht des ersten Teilerwürfels hindurchtritt, während ein zweites Teilbündel an der Teilerschicht umgelenkt wird. Am zweiten Teilerwürfel tritt das erste Teilbündel ebenfalls durch die Teilerschicht hindurch, während das zweite Teilbündel von dieser Teilerschicht in die Richtung des ersten Teilbündels umgelenkt wird und sich dabei mit dem ersten Teilbündel zu dem abgehenden Lichtbündel vereinigt.In a first preferred embodiment of the Invention are a first divider cube and device for beam splitting a second divider cube is provided as a device for beam union, being a first sub-bundle passes through the divider layer of the first divider cube while a second sub-bundle is diverted at the divider layer. Step on the second divider cube the first sub-bundle too through the divider layer, while the second sub-bundle of this divider layer is deflected in the direction of the first sub-bundle is and combined with the first sub-beam to the outgoing light beam.
In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist als Einrichtung zur Strahlteilung ein Dreikantprisma vorgesehen, auf dessen Scheitelwinkel das einfallende Lichtbündel gerichtet ist, so daß von den beiden Grenzflächen des Dreikantprismas jeweils ein Teilbündel abgelenkt wird, und als Einrichtung zur Strahlvereinigung ist ein Teilerwürfel vorgesehen, wobei ein erstes Teilbündel durch die Teilerschicht des Teilerwürfels hindurchtritt, während das zweite Teilbündel so auf die Teilerschicht des Teilerwürfels gerichtet ist, daß dieses von der Teilerschicht in die Richtung des ersten Teilbündels umgelenkt wird und sich dabei mit dem ersten Teilbündel zu dem abgehenden Lichtbündel vereinigt.In a second preferred embodiment of the The invention provides a triangular prism as a device for beam splitting, on the apex angle of the incident light beam is directed so that from the two interfaces a partial bundle of the triangular prism is deflected, and as A splitting cube is provided for the device for beam union, being a first sub-bundle passes through the divider layer of the divider cube while the second partial bundle is so directed at the divider layer of the divider cube that this is diverted from the divider layer in the direction of the first sub-bundle and combined with the first sub-bundle to form the outgoing bundle of light.
Bevorzugt ist als Strahlungsquelle ein Laser, beispielsweise ein F2-Excimer-Laser vorgesehen, und der Lichtweg des zweiten Teilbündels ist um mindestens 14 mm länger als der Lichtweg des ersten Teilbündels.A laser, for example an F 2 excimer laser, is preferably provided as the radiation source, and the light path of the second sub-beam is at least 14 mm longer than the light path of the first sub-beam.
Bei diesem Längenunterschied wird die zeitliche Kohärenz der Strahlung des F2-Excimer-Lasers zwischen beiden Armen überschritten und es können keine Interferenzmuster mehr entstehen. Die Anwendung derartiger Anordnungen, die mit einem F2-Excimer-Laser ausgestattet sind, ist insbesondere im Zusammenhang mit Inspektionssystemen in der Mikrolithographie von Interesse.With this difference in length, the temporal coherence of the radiation of the F 2 excimer laser between the two arms is exceeded and interference patterns can no longer arise. The use of such arrangements, which are equipped with an F 2 excimer laser, is of particular interest in connection with inspection systems in microlithography.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind im Lichtweg mindestens eines der Teilbündel Mittel zur Veränderung der Wellenfront eingeordnet. Diese Mittel können beispielsweise als optisches Element mit einer im Mikrometerbereich strukturierten Ein- oder Abstrahlfläche, als Teleskop oder als Dove-Prisma ausgebildet sein. Tritt die Strahlung hier hindurch, wird die Wellenfront so verändert, daß bei der späteren Vereinigung der Teilbündel eine effizientere Durchmischung der nicht-interferenzfähigen Strahlungsanteile erfolgt.In a further embodiment of the invention, at least one of the partial beams is arranged in the light path for changing the wavefront. These means can be used, for example, as optical Element with a radiation or radiation area structured in the micrometer range, as a telescope or as a Dove prism. If the radiation passes through it, the wavefront is changed in such a way that when the sub-beams are later combined, the non-interference-capable radiation components are mixed more efficiently.
Bevorzugt haben die verwendeten Teilerwürfel ein Teilungsverhältnis von 50:50, d.h. im Falle der Strahlteilung wird das einfallende Lichtbündel in etwa gleiche Strahlungsanteile aufgespalten.The divider cubes used preferably have one division ratio from 50:50, i.e. in the case of beam splitting, the incident light beam split into approximately the same radiation components.
Im Rahmen der Erfindung liegt es weiterhin, wenn in der Anordnung zusätzlich ein Spiegelsystem vorhanden ist, durch welches Strahlungsanteile, die sonst an der Einrichtung zur Strahlvereinigung ungenutzt ausgekoppelt werden, wieder zu der Einrichtung zur Strahlvereinigung gelenkt und dort in die Lichtwege der Teilbündel eingekoppelt werden.It is within the scope of the invention further, if there is an additional mirror system in the arrangement is by what radiation components that otherwise on the device be coupled out unused for beam union, again to the Device directed to beam union and there in the light paths the sub-bundle be coupled.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen inThe invention is based on the following of embodiments are explained in more detail. The associated Drawings show in
In
Das Teilbündel
Das zweite Teilbündel
An der Teilerschicht
Aus
Es ist denkbar, anstelle des Dove-Prisma
Weiterhin ist es möglich, anstelle
des Dove-Prismas
In einer besonderen Ausgestaltung,
die ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt und die in
In dem Ausführungsbeispiel nach
Das Teilbündel
Um die Effizienz zu erhöhen, können auch
in dem Ausführungsbeispiel
nach
Zudem kann auch hier, ähnlich wie
in
- 11
- Lichtbündellight beam
- 22
- Teilerwürfelsplitter cube
- 33
- Teilerschichtsplitter layer
- 4,54.5
- Teilerbündeldivider bundle
- 66
- Teilerwürfelsplitter cube
- 77
- Teilerschichtsplitter layer
- 8,98.9
- Spiegelmirror
- 1010
- Lichtbündellight beam
- 1111
- Dove-PrismaDove prism
- 12,1312.13
- Spiegelmirror
- 1414
- DreikantprismaTriangular prism
- 15,1615.16
- Grenzflächeninterfaces
- 17,1817.18
- Teilbündelpartial bundle
- 1919
- Spiegelmirror
- 2020
- Teilerschichtsplitter layer
- 2121
- Teilerwürfelsplitter cube
- 22,2322.23
- Spiegelmirror
- 2424
- Lichtbündellight beam
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