DE102009047098A1 - Optical arrangement for homogenizing a laser pulse - Google Patents

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Abstract

Optische Anordnung zur Homogenisierung eines zumindest teilweise kohärenten Lichtfeldes eines Lichtpulses, einer gepulsten Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, vorzugsweise eines Excimer-Lasers, bestehend aus mindestens einem optischen Umlauf, wobei im optischen Umlauf eine Strahlteilereinrichtung vorgesehen ist. Die Strahlteilereinrichtung trennt das Lichtfeld in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen mit einer ersten und einer zweiten Polarisationsrichtung auf, wobei die ersten Teilstrahlen mit der ersten Polarisationsrichtung ohne den Umlauf zu durchlaufen zu einer zu beleuchtenden Fläche gelangen, und die zweiten Teilstrahlen mit der zweiten Polarisationsrichtung den optischen Umlauf durchlaufen, wobei im optischen Umlauf ein Polarisationsrotator vorgesehen ist, der die zweite Polarisationsrichtung der zweiten Teilstrahlen um einen vorgebbaren Winkel dreht, so dass mindestens ein Teil der zweiten Teilstrahlen den optischen Umlauf mit der ersten Polarisationsrichtung erneut durchlaufen, und dass durch die Strahlteilereinrichtung der andere Teil der zweiten Teilstrahlen mit der zweiten Polarisationsrichtung aus dem Umlauf ausgekoppelt wird und zeitversetzt überlagert zu den ersten Teilstrahlen zu der zu beleuchtenden Fläche gelangen.Optical arrangement for homogenizing an at least partially coherent light field of a light pulse, a pulsed light source, in particular a laser, preferably an excimer laser, consisting of at least one optical circuit, a beam splitter device being provided in the optical circuit. The beam splitter device separates the light field into two perpendicularly polarized partial beams with a first and a second polarization direction, the first partial beams with the first polarization direction reaching an area to be illuminated without going through the circuit, and the second partial beams with the second polarization direction reaching the optical Circulation, with a polarization rotator being provided in the optical rotation, which rotates the second polarization direction of the second partial beams by a predefinable angle, so that at least some of the second partial beams traverse the optical circulation again with the first polarization direction, and the other through the beam splitter device Part of the second partial beams with the second polarization direction is decoupled from the cycle and superimposed on the first partial beams arrive at the surface to be illuminated with a time delay.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Homogenisierung eines Laserpulses einer Pulslaser-Lichtquelle, insbesondere von einem Laser, vorzugsweise einem Excimer-Laser, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage.The invention relates to an optical arrangement for homogenizing a laser pulse of a pulse laser light source, in particular of a laser, preferably an excimer laser, in particular for a projection exposure apparatus.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Pulslaser-Lichtquellen, z. B. Excimer-Laser, für die UV-Lithographie besitzen eine Wiederholungsrate von etwa 1000 bis 4000 Pulse pro Sekunde. Jeder einzelne Puls hat eine Pulslänge von etwa 20 bis 30 ns. Innerhalb eines jeden Pulses kommt es in der Abhängigkeit vom Gas, vom Zustand des Lasers, insbesondere der optischen Komponenten, und abhängig von der Resonatorlänge zu erheblichen Modulationen der Laserausgangsleistung über der Zeit.Pulsed laser light sources, z. B. excimer laser, for UV lithography have a repetition rate of about 1000 to 4000 pulses per second. Each pulse has a pulse length of about 20 to 30 ns. Within each pulse, depending on the gas, the state of the laser, in particular the optical components, and depending on the resonator length, significant modulation of the laser output power occurs over time.

Dabei hat sich in der Praxis herausgestellt, dass ein deutlicher Nachteil darin besteht, dass es aufgrund der Funktionsweise einer Pulslaser-Lichtquelle zu einer hohen Leistungsaufspitzung (Peakleistung) kommt, die sich auf die optischen Materialien, insbesondere glasigen Materialien, sehr negativ auswirkt. Insbesondere bei Quarzglas und einer Arbeitswellenlänge von 193 nm entstehen als Folge der zeitlichen Leistungsaufteilung nichtlineare optische Effekte, die das Material über eine vorgesehene Lebensdauer des Produktes schädigen. Die Folgen daraus sind auch Transmissionsverluste und eine Erhöhung der Brechzahl in unkontrollierter Form.It has been found in practice that a significant disadvantage is that due to the operation of a pulse laser light source to a high Leistungsaufspitzung (peak power) comes, which has a very negative effect on the optical materials, especially glassy materials. Especially with quartz glass and a working wavelength of 193 nm arise as a result of the temporal power distribution non-linear optical effects that damage the material over a designated life of the product. The consequences of this are also transmission losses and an increase in the refractive index in an uncontrolled form.

Es ist weiter bekannt, dass die Intensitätsverteilung im Querschnitt eines kohärenten Lichtfeldes in der Regel nicht homogen ist. Dies trifft insbesondere für die von einem Excimer-Laser ausgehende Strahlung zu. Bei der Beleuchtung einer Fläche mit einem kohärenten, inhomogenen Laserlichtbündel entstehen Interferenzen, die sich in räumlich unterschiedlichen Leuchtdichten bemerkbar machen, und die zudem auch noch bei verschiedenen Beobachtungsrichtungen wegen der sich dabei ändernden Phasenbeziehungen bei der Interferenz variieren. Diese als Glitzern wahrnehmbare Störung wird in der Fachwelt als ”Speckle” bezeichnet. Es sind optische Anordnungen entwickelt worden, mit denen das Auftreten von Speckle vermieden oder zumindest verringert wird. Dazu muss die Kohärenz des Lichtbündels sozusagen zerstört werden, damit das Lichtbündel nicht mehr mit sich selbst interferieren und damit Speckle erzeugen kann. Dies gelingt üblicherweise in der Art, dass ein Lichtbündel aufgespalten und auf verschieden langen Wegen wieder zusammengeführt wird, wobei der Weglängenunterschied in der Größenordnung der Kohärenzlänge des Lichtbündels sein sollte.It is also known that the intensity distribution in the cross section of a coherent light field is generally not homogeneous. This is especially true for the radiation emanating from an excimer laser. The illumination of a surface with a coherent, inhomogeneous laser light beam produces interferences, which manifest themselves in spatially different luminances, and which also vary in different directions of observation because of the thereby changing phase relationships in the interference. This glitch-perceivable disorder is referred to in the art as "speckle". Optical arrangements have been developed which avoid or at least reduce the occurrence of speckle. For this purpose, the coherence of the light beam must be destroyed, so to speak, so that the light beam can no longer interfere with itself and thus produce speckle. This usually succeeds in such a way that a bundle of light is split up and brought together again on paths of different lengths, wherein the path length difference should be of the order of magnitude of the coherence length of the light bundle.

Aus der EP 0 785 473 A2 ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, durch die das von einer Pulslaser-Lichtquelle kommende Licht in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt wird, welche verschieden lange Umlaufstrecken durchlaufen. Auf diese Weise erfolgt eine Bündelaufweitung bzw. eine Aufteilung in mehrere nebeneinander angeordnete Teilstrahlen deren Kohärenz verringert oder aufgehoben ist. Diese Teilstrahlen werden nebeneinander angeordnet in eine Beleuchtungseinrichtung eingegeben.From the EP 0 785 473 A2 a device of the type mentioned above is known, by which the coming of a pulse laser light source light is divided into a plurality of partial beams, which undergo different lengths of circulation paths. In this way, a bundle widening or a division into a plurality of adjacently arranged sub-beams whose coherence is reduced or canceled. These sub-beams are arranged side by side in a lighting device entered.

Nachteilig dabei ist jedoch, dass damit mehrere optische Achsen nebeneinander erzeugt werden und die Beleuchtungseinrichtung entsprechend anzupassen ist. Darüber hinaus liegt die vorgenannte Vorrichtung in ihrer Ausrichtung fest.The disadvantage here, however, that so that multiple optical axes are generated side by side and the lighting device is adjusted accordingly. In addition, the aforementioned device is fixed in their orientation.

In der DE 195 01 521 C1 ist eine Anordnung zum Vermindern von Interferenzen eines kohärenten Lichtbündels durch Reduzierung der zeitlichen Kohärenz beschrieben. Dabei wird vorgeschlagen, mikrostrukturierte Phasenplatten einzusetzen, durch die das Laserstrahlenbündel zwecks Verminderung der zeitlichen Kohärenz hindurch tritt, wobei in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung eine solche Phasenplatte mit einer phasenverändernden Oberflächenstruktur reflektierend ausgebildet ist. Tritt das Laserlicht durch die mikrostrukturierte Phasenplatte hindurch, wird die Kohärenz des Laserlichts aufgebrochen.In the DE 195 01 521 C1 An arrangement for reducing interference of a coherent light beam by reducing temporal coherence is described. It is proposed to use microstructured phase plates through which the laser beam passes in order to reduce the temporal coherence, wherein in a particular embodiment of the invention, such a phase plate is designed to be reflective with a phase-changing surface structure. When the laser light passes through the microstructured phase plate, the coherence of the laser light is broken.

Aus der US 7,369,597 B2 ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, durch die das von einer Pulslaser-Lichtquelle kommende Licht über einen Strahlteiler in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, wobei ein Teilstrahl eine feste Umlaufstrecke durchläuft. Diese Teilstrahlen werden überlagert in eine Beleuchtungseinrichtung eingegeben.From the US 7,369,597 B2 a device of the type mentioned above is known, by which the light coming from a pulse laser light source is divided by a beam splitter into two partial beams, wherein a partial beam passes through a fixed circulation path. These sub-beams are superimposed entered into a lighting device.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe Schädigungen von Bauteilen, die im Strahlengang der Pulslaser-Lichtquelle liegen, vermieden und unerwünschte Speckle vermindert werden bei möglichst geringer Einbuße des Wirkungsgrades der Pulslaser-Lichtquelle und größtmöglicher Flexibilität.The present invention has for its object to provide a device by means of which damage to components that are in the beam path of the pulse laser light source avoided and unwanted Speckle be reduced with minimal loss of efficiency of the pulse laser light source and maximum flexibility.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine optische Anordnung zur Homogenisierung eines zumindest teilweise kohärenten Lichtfeldes eines Lichtpulses einer gepulsten Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, vorzugsweise eines Excimer-Lasers, gemäß Anspruch 1 gelöst. Dazu ist mindestens ein optischer Umlauf vorgesehen, wobei im optischen Umlauf eine Strahlteilereinrichtung vorgesehen ist. Die Strahlteilereinrichtung trennt das Lichtfeld in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen mit einer ersten und einer zweiten Polarisationsrichtung auf, wobei die ersten Teilstrahlen mit der ersten Polarisationsrichtung ohne den Umlauf zu durchlaufen zu einer zu beleuchtenden Fläche gelangen, und die zweiten Teilstrahlen mit der zweiten Polarisationsrichtung den optischen Umlauf durchlaufen. Im optischen Umlauf ist ein Polarisationsrotator vorgesehen, der die zweite Polarisationsrichtung der zweiten Teilstrahlen um einen vorgebbaren Winkel dreht, so dass mindestens ein Teil der zweiten Teilstrahlen den optischen Umlauf mit der ersten Polarisationsrichtung erneut durchlaufen. Durch die Strahlteilereinrichtung wird der andere Teil der zweiten Teilstrahlen mit der zweiten Polarisationsrichtung aus dem Umlauf ausgekoppelt und zeitversetzt überlagert zu den ersten Teilstrahlen zu der zu beleuchtenden Fläche gelangen.According to the invention, this object is achieved by an optical arrangement for homogenizing an at least partially coherent light field of a light pulse of a pulsed light source, in particular a laser, preferably an excimer laser, according to claim 1. For this purpose, at least one optical circulation is provided, wherein a beam splitter device is provided in the optical circulation. The beam splitter device separates the light field into two sub-beams polarized perpendicular to one another with a first and a second polarization direction, the first partial beams with the first polarization direction without passing through to reach a surface to be illuminated, and the second partial beams with the second polarization direction through the optical circulation. In the optical circulation, a polarization rotator is provided, which rotates the second polarization direction of the second partial beams by a predefinable angle, so that at least a part of the second partial beams pass through the optical circulation with the first polarization direction again. By means of the beam splitter device, the other part of the second partial beams with the second polarization direction is coupled out of the circulation and, with a time shift, superimposed to reach the first partial beams to the surface to be illuminated.

Vorteilhafterweise durchlaufen die zweiten Teilstrahlen den optischen Umlauf mehrfach.Advantageously, the second partial beams pass through the optical circulation several times.

Dadurch wird der Lichtpuls zeitlich gedehnt und so die Leistung des Lichtpulses verringert.As a result, the light pulse is extended in time and thus reduces the power of the light pulse.

In einer Ausführungsform wird in jedem Umlauf der Winkel derart verändert, dass eine vorbestimmte Intensität der zweiten Teilstrahlen durch die Strahlteilereinrichtung ausgekoppelt wird und zeitversetzt überlagert zu den ersten Teilstrahlen zu der zu beleuchtenden Fläche gelangen. Dadurch kann die Pulsform und -breite gezielt beeinflusst werden.In one embodiment, in each revolution, the angle is changed such that a predetermined intensity of the second partial beams is coupled out by the beam splitter device and, with a time offset superimposed to the first partial beams, reach the surface to be illuminated. As a result, the pulse shape and width can be influenced in a targeted manner.

Besonders vorteilhaft weist der optische Umlauf eine derartige Länge auf, dass die Differenz der optischen Weglängen der Wege der Teilstrahlen größer ist als die zeitliche Kohärenz im Lichtfeld. Dadurch wird die Kohärenz in dem aus der Anordnung austretenden Laserlicht reduziert und so das Auftreten von Speckle vermieden oder zumindest verringert.Particularly advantageously, the optical circulation on such a length that the difference of the optical path lengths of the paths of the partial beams is greater than the temporal coherence in the light field. This reduces the coherence in the laser light emerging from the array, thus avoiding or at least reducing the occurrence of speckle.

In einer weiteren Ausführungsform bilden reflektierende Bauteile den optischen Umlauf, die als Spiegel ausgebildet sind.In a further embodiment, reflective components form the optical circulation, which are designed as mirrors.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden reflektierende Bauteile den optischen Umlauf die als Prismen ausgebildet sind. Dadurch wird der Transmissionsverlust im Umlauf verringert.In a further advantageous embodiment, reflective components form the optical circulation which are formed as prisms. This reduces the transmission loss in circulation.

Werden die zweiten Teilstrahlen unter dem Brewster-Winkel in die Prismen eingekoppelt, so können die Transmissionsverluste weiter verringert werden.If the second partial beams are coupled into the prisms at the Brewster angle, the transmission losses can be further reduced.

In einer Ausführungsform ist die Strahlteilereinrichtung als ein polarisierender Strahlteiler ausgebildet.In one embodiment, the beam splitter device is designed as a polarizing beam splitter.

Vorteilhafterweise wird durch die zeitversetzte Überlagerung der Teilstrahlen und aufgrund der Weglängendifferenz die Kohärenz des Lichtfelds an der zu beleuchtenden Fläche vermindert.Advantageously, the coherence of the light field at the surface to be illuminated is reduced by the time-shifted superposition of the partial beams and, due to the path length difference.

Besonders vorteilhaft wird durch die zeitversetzte mehrfache Überlagerung der Teilstrahlen die Spitzenleistung des Lichtfelds an der zu beleuchtenden Fläche vermindert.The peak power of the light field at the surface to be illuminated is particularly advantageously reduced by the time-shifted multiple superimposition of the partial beams.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Polarisationsrotator als Pockels-Zelle ausgebildet ist. Damit kann die Polarisationsrichtung sehr schnell verändert werden.In a further advantageous embodiment, the polarization rotator is designed as a Pockels cell. Thus, the polarization direction can be changed very quickly.

Vorteilhafterweise weist der Polarisationsrotator (14, 24) einen nichtlineare optische Kristall auf, ausgewählt aus folgender Gruppe von Kristallen: Beta-Bariumborat (BBO), Kaliumdihydrogenphosphat (KDP), deuteriertem Kaliumdihydrogenphosphat (DKDP) oder Lithium-Triborat (LiB3O5, LBO). Das hat den Vorteil, dass ein breiter Wellenlängenbereich des Lichts in seiner Polarisation mit möglichst geringen Verlusten beeinflusst werden kann.Advantageously, the polarization rotator ( 14 . 24 A non-linear optical crystal selected from the following group of crystals: beta-barium borate (BBO), potassium dihydrogen phosphate (KDP), deuterated potassium dihydrogen phosphate (DKDP), or lithium triborate (LiB3O5, LBO). This has the advantage that a broad wavelength range of the light can be influenced in its polarization with the lowest possible losses.

Eine weitere Ausführungsform weist zwischen der Lichtquelle und der Strahlteilereinrichtung ein polarisationseinstellendes Element auf zur Einstellung der Polarisation des Lichtfelds. Das hat den Vorteil, dass die Polarisationsrichtung des in die optische Anordnung eintretenden Lichts gezielt voreingestellt werden kann.A further embodiment has a polarization-adjusting element between the light source and the beam splitter device for adjusting the polarization of the light field. This has the advantage that the polarization direction of the light entering the optical arrangement can be preset in a targeted manner.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantageous embodiments and developments emerge from the remaining dependent claims and from the embodiments described in principle below with reference to the drawing.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Es zeigt:It shows:

1 eine Ausgestaltung der Erfindung mit Strahlteiler und Polarisationsrotator mit Spiegeln in der Umwegstrecke; 1 an embodiment of the invention with beam splitter and polarization rotator with mirrors in the detour;

2 eine Ausgestaltung der Erfindung mit Strahlteiler und Polarisationsrotator mit Umlenkprismen in der Umwegstrecke; 2 An embodiment of the invention with beam splitter and polarization rotator with deflecting prisms in the detour;

3 Prinzipdarstellung eines Umlenkprismas 3 Schematic representation of a deflection prism

4 Diagramm zur Darstellung der Winkeldrehung eines Polarisationsrotators pro Umlauf 4 Diagram showing the angular rotation of a polarization rotator per revolution

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION

Gemäß der Ausführungsform nach 1 trifft ein Strahlenbündel 10 einer Pulslaser-Lichtquelle, z. B. eines Eximer-Lasers auf eine erste Strahlteilereinrichtung 15 in Form eines an sich bekannten Polarisationsstrahlteilers, beispielsweise einem polarisierenden Strahteilerwürfel. Ein polarisierender Strahteilerwürfel spaltet unpolarisiertes Licht in zwei zueinander orthogonal polarisierte Teilstrahlen auf. Ein Teilstrahl wird transmittiert, der Andere reflektiert. Der transmittierte Teilstrahl 10b ist parallel zur Einfallsebene des Strahlteilerwürfels polarisiert (p-Polarisation), der reflektierte Teilstrahl 10a ist senkrecht zur Einfallsebene polarisiert (s-Polarisation). Auch andere Elemente, die polarisierte Strahlung in zwei Teilstrahlen mit zueinander senkrecht orientierten Polarisationsrichtungen aufteilen, sind denkbar.According to the embodiment according to 1 meets a ray of light 10 a pulsed laser light source, e.g. B. an Eximer laser on a first beam splitter device 15 in the form of a known polarization beam splitter, for example a polarizing beam splitter cube. A polarizing beam splitter splits unpolarized light into two mutually orthogonally polarized beams. One partial beam is transmitted, the other is reflected. The transmitted partial beam 10b is polarized parallel to the plane of incidence of the beam splitter cube (p-polarization), the reflected partial beam 10a is polarized perpendicular to the plane of incidence (s-polarization). Other elements which divide polarized radiation into two partial beams with mutually perpendicular polarization directions are also conceivable.

Ist das Licht linear polarisiert und trifft das Strahlenbündel 10 beispielsweise mit seiner Polarisationsrichtungen unter 45° (in 1 somit 45° zur Zeichenebene, mit den Doppelpfeilen und durchgekreuzten Doppelpunkten als Mischung beider Polarisationsrichtungen angedeutet) auf die Strahlteilereinrichtung 15, so passieren 50% des gesamten Strahles als linear polarisierter Teilstrahl 10b ungehindert und verlustfrei die Strahlteilereinrichtung 15 in Richtung auf eine zu beleuchtende Fläche 12 mit einer Polarisationsrichtung von 0° nach der Strahlteilereinrichtung 15.Is the light linearly polarized and hits the beam 10 for example, with its polarization directions below 45 ° (in 1 thus 45 ° to the plane of the drawing, with the double arrows and crossed-over double points as a mixture of both polarization directions indicated) on the beam splitter device 15 , so pass 50% of the total beam as a linearly polarized partial beam 10b unhindered and lossless the beam splitter device 15 in the direction of a surface to be illuminated 12 with a polarization direction of 0 ° after the beam splitter device 15 ,

Im Beispiel ist die Polarisationsrichtung dann parallel zur Zeichenebene (p-polarisiert), angedeutet durch die beiden parallelen Doppelpfeile. Die anderen 50% des Strahles werden reflektiert und nehmen ihren Weg als Teilstrahl 10a über einen optischen Umlauf (im Folgenden Umlaufstrecke genannt), der durch strahlumlenkende Bauteile gebildet wird, zwischen denen der Teilstrahl 10a eine bestimmte Strecke durchlaufen kann. Im Folgenden wird dies kurz als Umlaufstrecke bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform bilden vier Spiegel 11a–d als strahlumlenkende Bauteile eine Umlaufstrecke, indem sie den Teilstrahl 10a jeweils um 90° ablenken und zum jeweils nächsten Spiegel weiterleiten. Teilstrahl 10a ist nach der Strahlteilereinrichtung 15 linear polarisiert mit einer Polarisationsrichtung von 90°, im Beispiel also senkrecht zur Zeichenebene (s-polarisiert). Dies ist mit den durchgekreuzten Doppelpunkten angedeutet. Die Länge der Umlaufstrecke in der oben gezeigten Anordnung von der Strahlteilereinrichtung 15 über die Spiegel 11a–d zurück zur Strahlteilereinrichtung 15 ist so bemessen, dass der Puls vollständig aufgenommen werden kann.In the example, the polarization direction is then parallel to the plane of the drawing (p-polarized), indicated by the two parallel double arrows. The other 50% of the beam are reflected and take their path as a partial beam 10a via an optical circulation (hereinafter referred to as the circulation path), which is formed by beam-deflecting components, between which the partial beam 10a can go through a certain distance. In the following, this is referred to briefly as the circulation path. In the present embodiment, four mirrors are formed 11a -D as beam deflecting components a circulation path, by the partial beam 10a each deflect 90 ° and forward to the next mirror. partial beam 10a is after the beam splitter device 15 linearly polarized with a polarization direction of 90 °, ie in the example perpendicular to the plane (s-polarized). This is indicated by the crossed off colons. The length of the circulation path in the arrangement shown above of the beam splitter device 15 over the mirrors 11a -D back to the beam splitter device 15 is sized so that the pulse can be fully absorbed.

Im Fall eines beispielsweise 20 ns Pulses müsste die Umlaufstrecke somit 6 m lang sein (20·10–9 s·3·108 m/s = 6 m), verteilt auf die vier Strecken zwischen den Spiegeln 11a–d.In the case of, for example, 20 ns of pulse, the circulation distance would thus have to be 6 m (20 × 10 -9 s × 3 × 10 8 m / s = 6 m), distributed over the four distances between the mirrors 11a d.

Die Strahlteilereinrichtung 15 wirkt auf seiner Rückseite ebenfalls als Strahlteiler. Wenn der s-polarisierte Teilstrahl 10a ohne Änderung seiner Polarisation an der Strahlteilereinrichtung 15 ankommt, wird er an der Rückseite der Strahlteilereinrichtung 15 reflektiert. Ohne weitere Maßnahmen würde daher der nun s-polarisierte Teilstrahl 10a die Umlaufstrecke in Richtung der zu beleuchtenden Fläche 12 zeitlich versetzt zum Teilstrahl 10b verlassen. Der Teilstrahl 10a hat dabei nach dem Durchlaufen der Umlaufstrecke einen größeren Weg zurückgelegt, als der Teilstrahl 10b. Ist die Differenz der Wege der beiden Teilstrahlen größer als die zeitliche Kohärenzlänge des Laserpulses im einfallenden Lichtbündel 10 würde dies schon eine Verringerung der Kohärenz und der Spitzenleistung auf Grund der „Verschmierung” des Laserpulses bedeuten. Ein derartiger Aufbau ist aber immer noch sehr unflexibel, da keine weitere Einflussmöglichkeit auf die Umlaufzeit, die Pulsform und Differenz der Wege zur Kohärenzreduktion besteht.The beam splitter device 15 acts on its back also as a beam splitter. When the s-polarized sub-beam 10a without changing its polarization at the beam splitter device 15 arrives, he is at the back of the beam splitter device 15 reflected. Without further action, therefore, the now s-polarized sub-beam would 10a the circulation path in the direction of the surface to be illuminated 12 temporally offset to the partial beam 10b leave. The partial beam 10a has traversed a larger path after passing through the circulation path than the partial beam 10b , Is the difference of the paths of the two partial beams greater than the temporal coherence length of the laser pulse in the incident light beam 10 this would already mean a reduction in coherence and peak power due to the "smearing" of the laser pulse. However, such a structure is still very inflexible, since there is no further influence on the orbital period, the pulse shape and difference of the ways to reduce the coherence.

Erfindungsgemäß ist in der Ausführungsform nach 1 im Arm der Umlaufstrecke vor der Strahlteilereinrichtung 15 ein Polarisationsrotator 14 mit einer Steuerungseinheit 13 in den Strahlengang eingebracht, der die Polarisationsrichtung eines Lichtstrahls gezielt um einen Winkel α drehen kann. Dies kann beispielsweise eine Pockels-Zelle aus nichtlinear-optischem Kristall sein, wie sie beispielsweise aus der aus der WO 2005/085955 A2 bekannt ist. Eine Pockels-Zelle dreht die Polarisationsrichtung einer die Zelle durchtretenden Strahlung bei Anlegung einer elektrischen Spannung durch die Steuerungseinheit 13 um einen Winkel, der proportional zur angelegten Spannung ist. In einer Ausführungsform ist der nichtlineare optische Kristall für Licht in einem Wellenlängenbereich unterhalb von 200 nm transparent. Kristalle, die unterhalb dieser Wellenlänge transparent sind, eignen sich besonders zum Einsatz in der Mikrolithographie, bei der zur Erzeugung von feinsten Halbleiterstrukturen mit Beleuchtungslicht mit Wellenlängen von unter 200 nm, insbesondere 193 nm oder 157 nm gearbeitet wird. Bei einer Weiterbildung besteht der nichtlineare optische Kristall im Wesentlichen aus Beta-Bariumborat (BBO), Kaliumdihydrogenphosphat (KDP), deuteriertem Kaliumdihydrogenphosphat (DKDP) oder Lithium-Triborat (LiB3O5, LBO). Kristalle aus diesen Materialien sind auch bei Wellenlängen kleiner als 200 nm transparent. KDP und DKDP haben einen Transmissionsbereich von ca. 190 nm bis ca. 1500 nm. Bei LBO reicht der Transmissionsbereich von ca. 160 nm bis ca. 2600 nm. Daher sind auch Anwendungen im sichtbaren oder im Infrarotbereich möglich. Die Pockels-Zelle muss eine schnelle Schaltzeit aufweisen, da beispielsweise nach Umlauf eines Pulses die Polarisationsrichtung geschaltet werden muss. Dies kann im Bereich von einigen ns liegen. Im vorliegenden Beispiel < 20 ns.According to the invention in the embodiment according to 1 in the arm of the circulation path in front of the beam splitter device 15 a polarization rotator 14 with a control unit 13 introduced into the beam path, which can rotate the polarization direction of a light beam targeted by an angle α. This may be, for example, a Pockels cell of nonlinear optical crystal, as for example from the WO 2005/085955 A2 is known. A Pockels cell rotates the polarization direction of a radiation passing through the cell when an electrical voltage is applied by the control unit 13 by an angle that is proportional to the applied voltage. In one embodiment, the nonlinear optical crystal is transparent to light in a wavelength range below 200 nm. Crystals which are transparent below this wavelength are particularly suitable for use in microlithography, in which the production of very fine semiconductor structures is performed with illumination light having wavelengths of less than 200 nm, in particular 193 nm or 157 nm. In a further development, the non-linear optical crystal consists essentially of beta-barium borate (BBO), potassium dihydrogen phosphate (KDP), deuterated potassium dihydrogen phosphate (DKDP) or lithium triborate (LiB3O5, LBO). Crystals made of these materials are transparent even at wavelengths smaller than 200 nm. KDP and DKDP have a transmission range from about 190 nm to about 1500 nm. In the case of LBO, the transmission range is from about 160 nm to about 2600 nm. Therefore, applications in the visible or infrared range are also possible. The Pockels cell must have a fast switching time because, for example, after a pulse has circulated, the polarization direction must be switched. This can be in the range of a few ns. In the present example <20 ns.

Bevor der umlaufende Teilstrahl 10a zum Polarisationsrotator 14 gelangt, wird der Polarisationsrotator 14 so geschaltet, dass er das ankommende linear polarisierte Licht um einen Winkel α dreht. Before the circulating partial beam 10a to the polarization rotator 14 passes, becomes the polarization rotator 14 switched so that it turns the incoming linearly polarized light by an angle α.

Wird der beim ersten Durchgang S1 durch den Polarisationsrotator 14 eingestellte Winkel α = 90° und würde der am Polarisationsrotator 14 eingestellte Winkel α nach Durchlauf des Pulses sofort wieder auf Null gestellt, bleibt das eingekoppelte Licht in der gezeigten Anordnung, ohne dass Intensität ausgekoppelt würde, da jetzt der Teilstrahl 10a durch die 90°-Drehung p-polarisiert ist, und die Strahlteilereinrichtung 15 ungehindert passieren kann.If the first passage S 1 through the polarization rotator 14 set angle α = 90 ° and would be the polarization rotator 14 set angle α immediately after the passage of the pulse set back to zero, the coupled light remains in the arrangement shown, without the intensity would be coupled out, since now the partial beam 10a is p-polarized by the 90 ° rotation, and the beam splitter device 15 can happen unhindered.

Der Teilstrahl 10a durchläuft die Umlaufstrecke ein Weiteres mal. Dies ist angedeutet durch die beiden Doppelpfeile in runden Klammern. Nach einem weiteren oder mehreren bis zu n Durchläufen S2 bis Sn–1 wird zuletzt vor Ankunft des Teilstrahls 10a der Polarisationsrotator 14 erneut so geschaltet, dass er die Polarisationsrichtung um 90° dreht. Dadurch wird Teilstrahl 10a im letzten Umlauf Sn wieder s-polarisiert, an der Strahlteilereinrichtung 15 reflektiert und damit ausgekoppelt. Dies ist mit den durchgekreuzten Doppelpunkten in geschweiften Klammern angedeutet. Damit kann der s-polarisierte Teilstrahl 10a die Umlaufstrecke in Richtung der zu beleuchtenden Fläche 12 nach dem Teilstrahl 10b zeitlich um die n-fache Zeit gegenüber dem Teilstrahl 10b verschoben verlassen. Dadurch kann eine nahezu beliebige Verzögerung des Teilstrahls 10a erreicht werden als Vielfache der Umlaufzeit in der durch die Spiegel 11a–d gebildeten Umlaufstrecke. Selbst wenn der Puls z. B. von 20 ns um das Fünfzigfache auf 1 μs gedehnt werden soll hat das keinerlei Einfluss auf den Bauraum der vorgeschlagenen Anordnung, sondern lediglich die Zahl der Umläufe erhöht sich. Somit ist die Umlaufzeit des Pulses steuerbar.The partial beam 10a goes through the circulation route a second time. This is indicated by the two double arrows in round brackets. After a further or several up to n passes S 2 to S n-1 , the last time before arrival of the sub-beam 10a the polarization rotator 14 switched again so that it rotates the polarization direction by 90 °. This will be partial beam 10a in the last round S n again s-polarized, at the beam splitter device 15 reflected and decoupled. This is indicated by the crossed-over colon in curly brackets. This allows the s-polarized partial beam 10a the circulation path in the direction of the surface to be illuminated 12 after the partial beam 10b temporally by n times the time compared to the partial beam 10b left displaced. This allows almost any delay of the sub-beam 10a can be achieved as multiples of the orbital period in the mirror 11a -D formed orbit. Even if the pulse z. B. of 20 ns to be stretched by 50 times to 1 μs that has no effect on the space of the proposed arrangement, but only the number of cycles increases. Thus, the cycle time of the pulse is controllable.

Weicht der durch den Polarisationsrotator 14 eingestellte Winkel α von 90° ab, besitzt der Teilstrahl 10a eine s-polarisierte und eine p-polarisierte Komponente bezüglich der Strahlteilereinrichtung 15. Die Komponente des Teilstrahls 10a, die relativ zur Teilerebene der Strahlteilereinrichtung 15 s-polarisiert ist, wird ausgekoppelt. Die Komponente des Teilstrahls 10a, die relativ zur Teilerebene der Strahlteilereinrichtung 15 p-polarisiert ist, wird durch die Strahlteilereinrichtung 15 durchgelassen und durchläuft erneut die Umlaufstrecke. Beim nächsten Durchlauf durch den Polarisationsrotator 14 wird die Polarisation erneut um einen Winkel αn gedreht, der aber nicht notwendigerweise mit dem Drehwinkel α aus dem ersten Umlauf übereinstimmen muss. Nach erneutem Erreichen der Strahlteilereinrichtung 15 wird wiederum die s-Komponente ausgekoppelt und die p-Komponente transmittiert. Durch die Wahl des Winkels αn kann eingestellt werden, welche Intensität aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgekoppelt werden soll. So ist es beispielsweise möglich, jeweils den gleichen Intensitätsanteil des Teilstrahls 10a als s-polarisiertes Licht auszukoppeln, wenn der Winkel αn jedes Mal gleich gewählt wird. Da die Gesamtintensität des umlaufenden Lichts immer geringer wird, wird dabei auch die ausgekoppelte Intensität immer geringer. Durch geschickte Wahl der Winkel αn kann man erreichen, dass die Intensität des ausgekoppelten Lichts jeweils gleich ist. Startet man beispielsweise die beschriebene Prozedur nicht mit einem unter 45° linear polarisiertem Licht, sondern mit einem s-polarisierten Lichtbündel 10, wird das Lichtbündel zu 100% als Teilstrahl 10a in die Umlaufstrecke eingekoppelt. In 4 ist gezeigt, wie der Winkel αn der linearen Polarisation von Umlauf zu Umlauf geändert werden muss, wenn die Pulsdehnung Faktor 10 sein und der zeitliche Intensitätsverlauf des gedehnten Pulses konstant sein soll. Aufgetragen ist der Winkel αn über die Anzahl n der Umläufe in der Umlaufstrecke.Dodges through the polarization rotator 14 set angle α from 90 °, has the partial beam 10a an s-polarized and a p-polarized component with respect to the beam splitter device 15 , The component of the sub-beam 10a which is relative to the divisional plane of the beam splitter device 15 s-polarized, is decoupled. The component of the sub-beam 10a which is relative to the divisional plane of the beam splitter device 15 is p-polarized is by the beam splitter device 15 passed through and again passes through the circulation route. The next time through the polarization rotator 14 The polarization is again rotated by an angle α n , but not necessarily coincide with the rotation angle α from the first round. After reaching the beam splitter again 15 In turn, the s component is coupled out and the p component is transmitted. By choosing the angle α n can be adjusted, which intensity is to be coupled out of the device according to the invention. So it is possible, for example, each the same intensity component of the sub-beam 10a to decouple as s-polarized light if the angle α n is chosen to be the same every time. As the total intensity of the circulating light is getting smaller and smaller, the decoupled intensity becomes smaller and smaller. By skillful choice of the angles α n one can achieve that the intensity of the decoupled light is in each case the same. If, for example, the procedure described is not started with a light which is linearly polarized at 45 °, but with an s-polarized light beam 10 , the light beam is 100% as a partial beam 10a coupled into the circulation route. In 4 It is shown how the angle α n of the linear polarization must be changed from round to round when the pulse expansion factor 10 be and the temporal intensity course of the stretched pulse should be constant. Plotted is the angle α n over the number n of cycles in the circulation path.

Im letzten (n-ten) Umlauf wird die Orientierung der linearen Polarisation schließlich um 90° (≈ 1,57 rad) gedreht, so dass dann das gesamte restliche Licht von der Strahlteilereinrichtung 15 ausgekoppelt wird.In the last (nth) round, the orientation of the linear polarization is finally rotated by 90 ° (≈ 1.57 rad), so that then all the remaining light from the beam splitter device 15 is decoupled.

Der Verlauf des einzustellenden Winkels αn variiert von Umlauf zu Umlauf. Die Werte basieren im Beispiel auf der Voraussetzung, dass pro Umlauf ein Zehntel der Gesamtintensität ausgekoppelt wird, d. h. die Orientierung der linearen Polarisation muss jeweils so gedreht werden, dass das Quadrat der ausgekoppelten Komponenten 10% der Anfangsintensität entspricht.The course of the angle α n to be set varies from circulation to circulation. In the example, the values are based on the assumption that one-tenth of the total intensity is extracted per revolution, ie the orientation of the linear polarization must each be rotated such that the square of the decoupled components corresponds to 10% of the initial intensity.

Die Zahl der Spiegel (11a–d) ist nur Beispielhaft zu verstehen. Jede andere Zahl und räumliche Anordnung der Spiegel, die eine optische Umlaufstrecke bilden können, ist möglich. Die Spiegel sind im Beispiel als Planspiegel ausgeführt. Denkbar sind auch andere Spiegelformen, beispielsweise als konkave Spiegel mit einer parabolisch gekrümmten Oberfläche, auch in Kombination verschiedener Formen.The number of mirrors ( 11a -D) is only an example. Any other number and spatial arrangement of the mirrors that can form an optical circuit is possible. The mirrors are in the example designed as a plane mirror. Also conceivable are other mirror shapes, for example as concave mirrors with a parabolically curved surface, even in combination of different shapes.

Um die Polarisationsrichtung des auf die Strahlteilereinrichtung 15 treffenden Strahlenbündels 10 gezielt einstellen zu können, kann im Strahlengang des Strahlenbündels 10 vor der Strahlteilereinrichtung 15 ein polarisationseinstellendes Element 17 vorgesehen sein. Dieses polarisationseinstellende Element 17 kann beispielsweise ein Polarisationsrotator analog zum Polarisationsrotator 14 sein, der eine schon vorhandene Polarisation des Strahlenbündels 10 dreht oder ein Polarisator, der beispielsweise aus unpolarisiertem Licht linear polarisiertes Licht mit einem bestimmten Winkel erzeugt. Die Einstellung der Polarisation kann dabei durch ein statisches Element, beispielsweise einen Polarisationsfilter oder durch ein variables Element, beispielsweise eine Pockels-Zelle, erfolgen. Jedes andere geeignete Element zur Beeinflussung der Polarisation und Polarisationsrichtung ist ebenfalls denkbar.To the direction of polarization of the beam splitter device 15 meeting the radiation beam 10 to be able to adjust specifically, in the beam path of the beam 10 in front of the beam splitter device 15 a polarization adjusting element 17 be provided. This polarization adjusting element 17 For example, a polarization rotator analogous to the polarization rotator 14 be that of an already existing polarization of the beam 10 rotates or a polarizer, for example, generates unpolarized light linearly polarized light with a certain angle. The adjustment of the polarization can by a static element, such as a polarizing filter or by a variable element, for example a Pockels cell. Any other suitable element for influencing the polarization and polarization direction is also conceivable.

In den 5a–c wird im Folgenden das Prinzip der zeitversetzten Überlagerung genauer erläutert.In the 5a In the following, the principle of the time-shifted overlay is explained in more detail.

5a zeigt stark vereinfacht den Verlauf der Leistung eines Laserpulses, der beispielsweise als s-polarisiertes Lichtbündel 10 in 1 auf die Strahlteilereinrichtung 15 trifft. Der Puls wird vollständig in die Umlaufstrecke eingekoppelt und nach jedem Umlauf wird im vorliegenden Beispiel ein Viertel der Leistung durch entsprechende Wahl des Winkels αn am Polarisationsrotator 14 ausgekoppelt. In 5b ist dargestellt, wie sich die vier ausgekoppelten Pulse nacheinander überlappend über die Zeit verteilen. Die Pulse gelangen an der zu beleuchtenden Fläche 12 als Puls an, der sich aus den vier überlagerten Pulsen aus 5b zusammensetzt. Dies ist beispielhaft in 5c dargestellt. Der sich ergebende Puls ist nicht nur in der Zeit gedehnt, sonder die Leistung ist insgesamt verringert. Zusätzlich wird die Kohärenz des Laserpulses verringert, wenn die optische Weglänge der Umlaufstrecke größer ist als die Kohärenzlänge des Lichts des Laserpulses. 5a shows greatly simplified the course of the power of a laser pulse, for example, as an s-polarized light beam 10 in 1 to the beam splitter device 15 meets. The pulse is completely coupled into the circulation path and after each revolution in the present example, a quarter of the power by appropriate choice of the angle α n on the polarization rotator 14 decoupled. In 5b It is shown how the four decoupled pulses successively overlap over time. The pulses arrive at the surface to be illuminated 12 as a pulse, resulting from the four superimposed pulses 5b composed. This is exemplary in 5c shown. The resulting pulse is not only stretched in time, but the overall performance is reduced. In addition, the coherence of the laser pulse is reduced if the optical path length of the circulation path is greater than the coherence length of the light of the laser pulse.

Somit wird der Puls der Pulslaser-Lichtquelle in sich geglättet. Gleichzeitig wird dabei die Spitzenleistung des Pulses verringert und somit Schäden an optischen Elementen vermieden. Im Strahlteiler 15 erfolgt die Aufspaltung wie bereits beschrieben so, dass unterschiedliche Strahlungsanteile unterschiedlich oft den Umlauf durchlaufen und nach ihrer Auskopplung miteinander vereinigt werden, wobei sich auf Grund der mehrfachen Aufspaltung und der optischen Weglängendifferenz Veränderungen der Wellenfronten der einzelnen Strahlungsanteile und infolge dessen eine Reduzierung der Kohärenz in dem aus der Anordnung austretenden Laserlicht ergeben. Dadurch wird das Auftreten von Speckle vermieden oder zumindest verringert.Thus, the pulse of the pulsed laser light source is smoothed. At the same time, the peak power of the pulse is reduced and thus damage to optical elements is avoided. In the beam splitter 15 the splitting takes place, as already described, so that different radiation components pass through the circulation differently and are combined with each other after decoupling, whereby due to the multiple splitting and the optical path length difference, changes in the wavefronts of the individual radiation components result in a reduction of coherence in the radiation component result from the arrangement emerging laser light. This avoids or at least reduces the occurrence of speckle.

In den 2 und 3 ist im Folgenden eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben.In the 2 and 3 In the following, a further embodiment of the invention is described.

Die Spiegel 10a–d aus dem Ausführungsbeispiel nach 1 führen zu unerwünschten Transmissionsverlusten des umgelenkten Teilstrahls, da bei jeder Reflexion an einem Spiegel auf Grund einer Reflektivität, die maximal bei ca. 95%–98% liegen kann, Verluste auftreten.The mirror 10a -D from the embodiment according to 1 lead to undesirable transmission losses of the deflected partial beam, since in each reflection at a mirror due to a reflectivity, which can be a maximum of about 95% -98%, losses occur.

In 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, in der die Strahlumlenkung aus Prismen 21a und 21b ausgebildet ist. Ein polarisiertes Lichtbündel 20 trifft auf eine Strahlteilereinrichtung 25. Dort wird Lichtbündel 20 aufgespalten in zwei Teilstrahlen 20a und 20b. Der transmittierte Teilstrahl 20b ist nach der Strahlteilereinrichtung 25 p-polarisiert, der reflektierte Teilstrahl 20a s-polarisiert. Teilstrahl 20a trifft die Eintrittsfläche des Prismas 21b idealerweise unter dem Brewster-Winkel der Grenzfläche zwischen dem Material des Prismas 21a, 21b und der angrenzenden Atmosphäre, beispielsweise Luft oder Vakuum. Ist das einfallende Licht 20a vollständig p-polarisiert, sind die Verluste im Idealfall sogar gleich null. Teilstrahl 20a wird im Prisma 21b so reflektiert, dass er nach Austritt aus dem Prisma 21b auf das zweite Prisma 21a trifft. Dort wird Teilstrahl 20a wieder reflektiert und durchtritt danach durch einen Polarisationsrotator 24 mit einer Steuerungseinrichtung 23 und von dort wieder auf die Strahlteilereinrichtung 25. Zur Funktionsweise wird auf die analoge Beschreibung zur Ausführungsform nach 1 verwiesen, nur dass statt der Umlenkspiegel 10a–d nun die Prismen 21a, 21b als Umlenkeinrichtung zur Bildung der Umleitungsstrecke dienen. Im Prisma 21a, 21b wird also das Licht unter Ausnutzung der Totalreflexion umgelenkt und verlässt das Prisma 21a, 21b wieder unter dem Brewster-Winkel. Theoretisch ist der Transmissionsverlust bei einer solchen Strahlumlenkung gleich null. Wegen der endlichen Oberflächenqualität wird der Verlust pro Umlenkprisma zwar nicht den theoretisch möglichen Wert erreichen, liegt aber im Bereich von ≤0.5%. Auch hier kann wieder ein polarisationseinstellendes Element 27 zur Einstellung der Polarisationsrichtung des Lichtbündels 20 zwischen Lichtquelle und der Strahlteilereinrichtung 25 vorgesehen sein.In 2 an embodiment is shown in which the beam deflection of prisms 21a and 21b is trained. A polarized light beam 20 meets a beam splitter device 25 , There is light bundle 20 split into two sub-beams 20a and 20b , The transmitted partial beam 20b is after the beam splitter device 25 p-polarized, the reflected partial beam 20a s-polarized. partial beam 20a meets the entrance surface of the prism 21b ideally below the Brewster angle of the interface between the material of the prism 21a . 21b and the adjacent atmosphere, such as air or vacuum. Is that incident light 20a completely p-polarized, the losses are ideally even zero. partial beam 20a is in the prism 21b so reflected that he came out of the prism 21b on the second prism 21a meets. There will be partial beam 20a reflected again and then passes through a polarization rotator 24 with a control device 23 and from there back to the beam splitter device 25 , For operation is on the analogous description of the embodiment according to 1 referenced, except that instead of the deflection mirror 10a -D now the prisms 21a . 21b serve as a deflection device for forming the detour route. In the prism 21a . 21b Thus, the light is deflected by utilizing the total reflection and leaves the prism 21a . 21b back under the Brewster angle. Theoretically, the transmission loss in such a beam deflection is zero. Although the loss per deflection prism will not reach the theoretically possible value due to the finite surface quality, it is in the range of ≤0.5%. Again, again a polarization-adjusting element 27 for adjusting the polarization direction of the light beam 20 between the light source and the beam splitter device 25 be provided.

Anhand von 3 wird eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Umlenkprismas 21 näher erläutert. Das Prisma 21 weist vier Seitenflächen auf, wobei die Seitenflächen vier Winkel a, b, b' und c einschließen. Die Winkel b und b' sind im Beispiel gleich, so dass ein einfallender Teilstrahl 20a und ein ausfallender Teilstrahl 20ae parallel zueinander verlaufen. Teilstrahl 20ai trifft unter einem Winkel ΘB zur Oberfläche des Prismas 21 auf und wird unter einem Winkel ΘB' in das Prisma 21 hinein gebrochen. Nach zwei Totalreflexionen tritt der Teilstrahl 20ae wieder aus dem Prisma 21 aus und verläuft dann parallel in entgegengesetzter Richtung zum einfallenden Teilstrahl 20ai in der Umleitungsstrecke weiter.Based on 3 is an advantageous embodiment of a Umlenkprismas 21 explained in more detail. The prism 21 has four side surfaces, wherein the side surfaces include four angles a, b, b 'and c. The angles b and b 'are the same in the example, so that an incident partial beam 20a and a failing sub-beam 20ae parallel to each other. partial beam 20ai meets at an angle Θ B to the surface of the prism 21 on and is at an angle Θ B ' in the prism 21 broken into it. After two total reflections, the partial beam occurs 20ae back from the prism 21 and then runs parallel in the opposite direction to the incident partial beam 20ai continue in the detour route.

Im Beispiel sei der Brechungsindex des Prismenmaterials nP = 1,5 und das der umgebenden Atmosphäre nL = 1. Die Winkel berechnen sich dann wie folgt: a = 180° – 2·ΘB b = 45° + 0,5·(ΘB + ΘB') c = 90° + (ΘB – ΘB') ΘB = arctan(n): Brewster-Winkel ΘB' = arcsin(1/n·sin·(ΘB)) In the example, the refractive index of the prism material is n P = 1.5 and that of the surrounding atmosphere n L = 1. The angles are then calculated as follows: a = 180 ° - 2 · Θ B b = 45 ° + 0.5 * (Θ B + Θ B ' ) c = 90 ° + (Θ B - Θ B ' ) Θ B = arctan (n): Brewster angle Θ B ' = arcsin (1 / n · sin · (Θ B ))

Mit n = nP/nL With n = n P / n L

Damit ergibt sich: ΘB = 56,31°, ΘB' = 33,69° , a = 67,38, b = 90°, c = 112,62This yields: Θ B = 56.31 °, Θ B ' = 33.69 °, a = 67.38, b = 90 °, c = 112.62

Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen und Zahl von Prismen zur Strahlumlenkung denkbar, die unter möglichst geringen Verlusten Lichtstrahlen umlenken und so eine Umlaufstrecke bilden. Auch andere Formen von optischen Elementen zur Strahlumlenkung, die auf dem Prinzip der Totalreflexion an Grenzflächen arbeiten sind zur erfindungsgemäßen Ausführung einer Umwegstrecke geeignet.Of course, other embodiments and number of prisms for beam deflection are conceivable that redirect light rays with minimal losses and thus form a circulation path. Other forms of optical elements for beam deflection, which operate on the principle of total reflection at interfaces are suitable for implementing a detour path according to the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0785473 A2 [0005] EP 0785473 A2 [0005]
  • DE 19501521 C1 [0007] DE 19501521 C1 [0007]
  • US 7369597 B2 [0008] US 7369597 B2 [0008]
  • WO 2005/085955 A2 [0035] WO 2005/085955 A2 [0035]

Claims (14)

Optische Anordnung zur Homogenisierung eines zumindest teilweise kohärenten Lichtfeldes (10, 20) eines Lichtpulses einer gepulsten Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, vorzugsweise eines Excimer-Lasers, bestehend aus mindestens einem optischen Umlauf, wobei im optischen Umlauf ein Strahlteilereinrichtung (15, 25) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilereinrichtung (15, 25) das Lichtfeld (10, 20) in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen (10a, 20a, 10b, 20b) mit einer ersten und einer zweiten Polarisationsrichtung auftrennt, wobei die ersten Teilstrahlen (10b, 20b) mit der ersten Polarisationsrichtung ohne den Umlauf zu durchlaufen zu einer zu beleuchtenden Fläche (12, 22) gelangen, und die zweiten Teilstrahlen (10a, 20a) mit der zweiten Polarisationsrichtung den optischen Umlauf durchlaufen, und dass im optischen Umlauf ein Polarisationsrotator (14, 24) vorgesehen ist, der die zweite Polarisationsrichtung der zweiten Teilstrahlen (10a, 20a) um einen vorgebbaren Winkel α, αn dreht, so dass mindestens ein Teil der zweiten Teilstrahlen (10a, 20a) den optischen Umlauf mit der ersten Polarisationsrichtung erneut durchlaufen, und dass durch die Strahlteilereinrichtung (15, 25) der andere Teil der zweiten Teilstrahlen (10b, 20b) mit der zweiten Polarisationsrichtung aus dem Umlauf ausgekoppelt wird und zeitversetzt überlagert zu den ersten Teilstrahlen (10b, 20b) zu der zu beleuchtenden Fläche (12, 22) gelangen.Optical arrangement for homogenizing an at least partially coherent light field (US Pat. 10 . 20 ) of a light pulse of a pulsed light source, in particular of a laser, preferably of an excimer laser, consisting of at least one optical circulation, wherein in the optical circulation a beam splitting device ( 15 . 25 ), characterized in that the beam splitting device ( 15 . 25 ) the light field ( 10 . 20 ) in two mutually perpendicular polarized partial beams ( 10a . 20a . 10b . 20b ) with a first and a second polarization direction, wherein the first partial beams ( 10b . 20b ) with the first polarization direction without passing through to a surface to be illuminated ( 12 . 22 ), and the second partial beams ( 10a . 20a ) pass through the optical circulation with the second polarization direction, and that in the optical circulation a polarization rotator ( 14 . 24 ) is provided, the second polarization direction of the second partial beams ( 10a . 20a ) rotates by a predefinable angle α, α n , so that at least a part of the second partial beams ( 10a . 20a ) again through the optical circulation with the first polarization direction, and that by the beam splitter device ( 15 . 25 ) the other part of the second partial beams ( 10b . 20b ) is decoupled from the circulation with the second polarization direction and is superimposed over time with the first partial beams ( 10b . 20b ) to the surface to be illuminated ( 12 . 22 ) reach. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Teilstrahlen (10b, 20b) den optischen Umlauf mehrfach durchlaufen.Optical arrangement according to claim 1, characterized in that the second partial beams ( 10b . 20b ) go through the optical circulation several times. Optische Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Umlauf der Winkel αn derart verändert wird, dass eine vorbestimmte Intensität der zweiten Teilstrahlen (10b, 20b) durch die Strahlteilereinrichtung (15, 25) ausgekoppelt wird und zeitversetzt überlagert zu den ersten Teilstrahlen (10b, 20b) zu der zu beleuchtenden Fläche (12, 22) gelangen.Optical arrangement according to claim 2, characterized in that in each revolution the angle α n is changed such that a predetermined intensity of the second partial beams ( 10b . 20b ) by the beam splitting device ( 15 . 25 ) is coupled out and overlaid in time to the first partial beams ( 10b . 20b ) to the surface to be illuminated ( 12 . 22 ) reach. Optische Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Umlauf eine derartige Länge aufweist, dass die Differenz der optischen Weglängen der Wege der Teilstrahlen (10a, 20a, 10b, 20b) größer ist als die zeitliche Kohärenz im Lichtfeld (10, 20).Optical arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the optical circulation has a length such that the difference of the optical path lengths of the paths of the partial beams ( 10a . 20a . 10b . 20b ) is greater than the temporal coherence in the light field ( 10 . 20 ). Optische Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass reflektierende Bauteile (11a–d, 21a–b) den optischen Umlauf bilden.Optical arrangement according to Claims 1 to 4, characterized in that reflective components ( 11a -d, 21a B) form the optical circulation. Optische Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Bauteile als Spiegel (11a–d) ausgebildet sind.Optical arrangement according to claim 5, characterized in that the reflective components as mirrors ( 11a -D) are formed. Optische Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Bauteile als Prismen (11a–d) ausgebildet sind.Optical arrangement according to Claim 5, characterized in that the reflective components are in the form of prisms ( 11a -D) are formed. Optische Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Teilstrahlen (10b, 20b) unter dem Brewster-Winkel in die Prismen (11a–d) eingekoppelt werden.Optical arrangement according to claim 6, characterized in that the second partial beams ( 10b . 20b ) at the Brewster angle into the prisms ( 11a -D) are coupled. Optische Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilereinrichtung (15, 25) als ein polarisierender Strahlteiler ausgebildet ist.Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the beam splitting device ( 15 . 25 ) is formed as a polarizing beam splitter. Optische Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrahlen (10a, 20a, 10b, 20b) zeitversetzt überlagert werden und die Weglängendifferenz derart eingestellt wird, dass die Kohärenz des Lichtfelds (10b) an der zu beleuchtenden Fläche (12, 22) vermindert wird.Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the partial beams ( 10a . 20a . 10b . 20b ) are superimposed with time offset and the path length difference is set such that the coherence of the light field ( 10b ) on the surface to be illuminated ( 12 . 22 ) is reduced. Optische Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrahlen (10a, 20a, 10b, 20b) zeitversetzte mehrfach überlagert werden derart, dass die Spitzenleistung des Lichtfelds (10b) an der zu beleuchtenden Fläche (12, 22) vermindert wird.Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the partial beams ( 10a . 20a . 10b . 20b ) time-shifted are superimposed several times such that the peak power of the light field ( 10b ) on the surface to be illuminated ( 12 . 22 ) is reduced. Optische Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsrotator (14, 24) als Pockels-Zelle ausgebildet ist.Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the polarization rotator ( 14 . 24 ) is designed as a Pockels cell. Optische Anordnung nach Anspruche 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsrotator (14, 24) ein nichtlineare optische Kristall aufweist, ausgewählt aus folgender Gruppe von Kristallen: Beta-Bariumborat (BBO), Kaliumdihydrogenphosphat (KDP), deuteriertem Kaliumdihydrogenphosphat (DKDP) oder Lithium-Triborat (LiB3O5, LBO)Optical arrangement according to claim 12, characterized in that the polarization rotator ( 14 . 24 ) has a non-linear optical crystal selected from the following group of crystals: beta-barium borate (BBO), potassium dihydrogen phosphate (KDP), deuterated potassium dihydrogen phosphate (DKDP) or lithium triborate (LiB3O5, LBO) Optische Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle und der Strahlteilereinrichtung (15, 25) ein polarisationseinstellendes Element (17, 27) angeordnet ist zur Einstellung der Polarisation des Lichtfelds (10, 20).Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between the light source and the beam splitting device ( 15 . 25 ) a polarization adjusting element ( 17 . 27 ) is arranged to adjust the polarization of the light field ( 10 . 20 ).
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