CARSTENS KAI (DE)
| WO2012085638A2 | 2012-06-28 |
| US5715080A | 1998-02-03 | |||
| RU2717394C1 | 2020-03-23 | |||
| US20020149830A1 | 2002-10-17 | |||
| US5364819A | 1994-11-15 | |||
| US20140139911A1 | 2014-05-22 |
| Patentansprüche Verfahren (100) zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls (12) mit den Verfahrensschritten: A) Erzeugen des Arbeitslaserstrahls (12) in einer Arbeitslaserquelle (22); C) Bestrahlen eines Verdet-Mediums (20) eines Faraday- Rotators (14) mit dem Arbeitslaserstrahl (12); dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) folgenden Verfahrens- schritt/folgende Verfahrensschritte aufweist: E) Ändern der Ladungsträgerdichte des Verdet-Mediums (20) durch • Bestrahlen des Verdet-Mediums (20) mit einem Anregungslaserstrahl (26); und/oder • Anlegen eines elektrischen Feldes an das Verdet-Medium (20) mit einer Elektrode (30a, 30b); und/oder • Ändern der Temperatur des Verdet-Mediums (20) mit einem Heiz- und/oder Kühlelement (28). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach dem Verfahrensschritt A) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird: B) Durchleiten des Arbeitslaserstrahls (12) durch einen Polarisator (32a) zwischen Arbeitslaserquelle (22) und Verdet-Medium (20). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nach dem Verfahrensschritt C) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird: D) Durchleiten des Arbeitslaserstrahls (12) durch einen Polarisator (32b) nach dem Verdet-Medium (20). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Verfahrensschritt E) in zumindest einem Bereich des Verdet-Mediums (20) eine räumliche und/oder zeitliche Änderung der Ladungsträgerdichte erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Arbeitslaserstrahl (12) einen ersten Laserstrahl (34a) und einen auf den ersten Laserstrahl folgenden zweiten Laserstrahl (34b) aufweist, wobei der zweite Laserstrahl (34b) eine andere Wellenlänge und/oder eine andere Polarisation als der erste Laserstrahl (34a) aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach dem Verfahrensschritt E) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird: F) Ausgabe des Arbeitslaserstrahls (12) zur Erzeugung von Extrem-Ul- traviolettes-Licht-(EUV)-Strahlung (46) in einer EUV-Erzeugungsein- richtung (42). Vorrichtung (10I vn) zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls (12), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Merkmalen: a) Einer Arbeitslaserquelle (22) zur Erzeugung eines Arbeitslaserstrahls (12); c) einem mit dem Arbeitslaserstrahl (12) bestrahlbaren Faraday-Rotator (14), wobei der Faraday- otator (14) ein Verdet-Medium (20) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10I vn) folgendes Merk- mal/folgende Merkmale aufweist: e) zur Änderung der Ladungsträgerdichte des Verdet-Mediums (20): • Eine Anregungslaserquelle (24) zum Bestrahlen des Verdet- Mediums (20) mit einem Anregungslaserstrahl (26); und/oder • eine Elektrode (30a, 30b) zum Anlegen eines elektrischen Feldes an das Verdet-Medium (20); und/oder • ein Heiz-und/oder Kühlelement (28) zum Ändern der Temperatur des Verdet-Mediums (20). Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen ersten Polarisator (32a), der im Strahlengang des Arbeitslaserstrahls (12) vor oder hinter dem Faraday- Rotator (14) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten Polarisator (32b), der mit dem ersten Polarisator (32a) und dem Faraday- Rotator (14) zusammen einen optischen Isolator (40) bildet, wobei der erste Polarisator (32a) im Strahlengang des Arbeitslaserstrahls (12) vor dem Faraday-Rotator (14) und der zweite Polarisator (32b) hinter dem Faraday- Rotator (14) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine EUV-Erzeugungseinrichtung (42), die in Strahlrichtung des Arbeitslaserstrahls (12) hinter dem Faraday- Rotator (14) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitslaserquelle (22) dazu ausgebildet ist, einen ersten Laserstrahl (34a) und einen auf den ersten Laserstrahl (34a) folgenden zweiten Laserstrahl (34b) auszusenden, wobei der zweite Laserstrahl (34b) eine andere Wellenlänge und/oder eine andere Polarisation (38a1 11, 38bI in) als der erste Laserstrahl (34a) aufweist. |
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls mit den Verfahrensschritten:
A) Erzeugen des Arbeitslaserstrahls in einer Arbeitslaserguelle;
C) Bestrahlen eines Verdet-Mediums eines Faraday- Rotators mit dem Arbeitslaser.
Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die US2014/013 99 11 Al betrifft einen Faraday- otator, bei welchem eine Faraday-Rotation der Polarisation von elektromagnetischer Strahlung, die auf den Faraday- Rotator fällt, hauptsächlich durch Bandübergänge in einem Halbleitermaterial erzeugt wird. Die Faraday-Rotation bleibt in einem breiten Bereich des Infrarot-Spektrums nahezu unverändert. Dabei hängt die Faraday-Rotation aber von lokalen Inhomogenitäten des Halbleitermaterials ab. Aufgabe der Erfindung
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur präzisen und schnellen Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren folgenden Verfahrensschritt/folgende Verfahrensschritte aufweist:
E) Ändern der Ladungsträgerdichte des Verdet-Mediums durch
• Bestrahlen des Verdet-Mediums mit einem Anregungslaserstrahl; und/oder
• Anlegen eines elektrischen Feldes an das Verdet-Medium mit einer Elektrode; und/oder
• Ändern der Temperatur des Verdet-Mediums mit einem Heiz- und/oder Kühlelement.
Die Verdet-Konstante eines Verdet-Mediums hängt von der Dichte der freien Ladungsträger in dem Verdet-Medium ab, in der Regel auf lineare Weise. Durch das Ändern der Temperatur des Verdet-Mediums oder durch das Erzeugen von elektrischen Feldern in dem Verdet-Medium unter Verwendung von Laserstrahlen oder Elektroden kann diese Ladungsträgerdichte lokal und zeitlich begrenzt verändert werden. Dadurch wird die Verdet-Konstante vorteilhaft durch lokale Änderungen der Dichte der freien Ladungsträger gezielt eingestellt. Die Verdet-Konstante kann räumlich und/oder zeitlich moduliert werden. Eine Wellenabhängigkeit der Verdet- Konstanten wird im Rahmen des Verfahrens insbesondere durch die Variation der Ladungsträgerdichte in dem Verdet-Medium ausgeglichen. Bei besonders vorteilhaften Ausgestaltungen bewirkt das Verfahren eine homogene Ladungsträgerdichte des Verdet-Mediums. Dies betrifft unter anderem Ausgestaltungen, bei denen das Verdet-Medium als Materialbestandteil eines dünnen, leicht kühlbaren Wafers ausgebildet ist. Bei dem Verfahren fließen die Lebensdauer und die Diffusionslänge der freien Ladungsträger sowie die Wärmeleitfähigkeit des Verdet-Mediums in die räumliche und/oder zeitliche Veränderung der Dichte der freien Ladungsträger des Verdet- Mediums ein. Bei Verwendung eines Anregungslasers, bevorzugt mit einer Wellenlänge von 3 |jm bis 4 pm, erfolgt die Einstellung der Intensitätsverteilung des Laserstrahls, die die lokale Ladungsträgerdichte bestimmt, durch eine Strahlformung des Anregungslasers. Dabei bestimmen die Flankensteilheit und die Wellenlänge des Anregungslasers die räumliche und/oder zeitliche Veränderung der Ladungsträgerdichte des Verdet-Mediums mit. Bei der Verwendung von Elektroden als elektrische Kontakte, bevorzugt mehrerer Elektroden zum Anlegen eines elektrischen Feldes, sind die Abmessungen der Kontakte für diese Ladungsträgerdichte von Bedeutung.
Die Arbeitslaserquelle ist vorzugsweise in Form einer CO 2 -Laserquelle ausgebildet. Anregungslaserquellen zum Erzeugen eines Anregungslasers zum Ändern der Dichte der freien Ladungsträger in dem Verdet-Medium weisen Laserdioden auf, die insbesondere einen Anregungslaserstrahl mit Wellenlängen von 3000 nm, 3370 nm und/oder 3800 nm ausstrahlen. Eine weitere mögliche Anregungslaserquelle sind ein Helium-Neon-Laser, der vorzugsweise einen Anregungslaser mit einer Wellenlänge von 3392,2 nm ausstrahlt, ein Infra rot- Emitter, ein Supercontinuum- Laser, ein Nd:YAG-Laser und/oder Mikroglühlampen, ggf. mit einem Bandpassfilter.
Unter einem Laserstrahl wird insbesondere eine elektromagnetische Welle verstanden, die den Laser charakterisiert. Der Arbeitslaserstrahl ist in der Regel linear polarisiert. Ein Medium bezeichnet insbesondere einen materiellen Wellenträger für den Arbeitslaser. Der Begriff Verdet-Medium bezieht sich insbesondere auf ein Medium, das von einem Magnetfeld durchdrungen ist, vorzugsweise parallel zu einer Komponente der Ausbreitungsrichtung des Arbeitslasers. Unter einem Faraday-Effekt wird insbesondere die Rotation einer, vorzugsweise linear, polarisierten elektromagnetischen Welle in einem Medium verstanden, das von einem Magnetfeld durchdrungen ist, wobei das Magnetfeld vorzugsweise parallel zu einer Richtungskomponente der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle verläuft und besonders bevorzugt parallel zu der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle ausgerichtet ist. Ein Faraday- Rotator weist insbesondere das Verdet- Medium und einen Magneten auf, dessen Magnetfeld das Verdet-Medium durchdringt und der zur Erzeugung eines Faraday-Effekts zum Ändern der Polarisation des Arbeitslasers geeignet ausgerichtet ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Verfahrensschritt A) folgender Verfahrensschritt durchgeführt:
B) Durchleiten des Arbeitslaserstrahls durch einen Polarisator zwischen Arbeitslaserquelle und Verdet-Medium.
Durch Verwenden des Polarisators kann die Polarisation festgelegt werden, mit welcher der Arbeitslaser auf das Verdet-Medium trifft. Der Polarisator zwischen Arbeitslaserquelle und Verdet-Medium ist vorzugsweise linear polarisiert.
Bei vorteilhaften Varianten des Verfahrens wird nach dem Verfahrensschritt C) folgender Verfahrensschritt durchgeführt:
D) Durchleiten des Arbeitslaserstrahls durch einen Polarisator nach dem Verdet-Medium.
Der Polarisator nach dem Verdet-Medium ist vorzugsweise linear polarisiert. Insbesondere ist dem Verdet-Medium ein erster Polarisator vorgeschaltet und ein zweiter Polarisator nachgeschaltet. Die Polarisation des zweiten Polarisators ist bevorzugt um 45° oder um 90° gedreht zur Polarisation des ersten Polarisators. Der erste Polarisator und der zweite Polarisator können zusammen mit dem Verdet- Medium einen optischen Isolator bilden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt E) in zumindest einem Bereich des Verdet-Mediums eine räumliche und/oder zeitliche Änderung der Ladungsträgerdichte. Ein erster Anteil des Arbeitslasers, der durch den Bereich des Verdet-Mediums reflektiert und/oder transmittiert wird, weist eine andere Polarisation und/oder Polarisationsausrichtung auf als ein zweiter Anteil des Arbeitslasers, der von dem Verdet-Medium außerhalb dieses Bereichs reflek- tiert und/oder transmittiert wird. Dadurch kann der erste Anteil des reflektierten und/oder transmittierten Arbeitslasers anders behandelt werden als der zweite Anteil. Der Bereich des Verdet-Mediums wird insbesondere durch den Anregungslaser angestrahlt, um die Ladungsträgerdichte zu ändern. Alternativ oder zusätzlich dazu wird an dem Bereich eine Elektrode angebracht, die insbesondere mit einer anderen Elektrode ein elektrisches Feld erzeugt und/oder es wird an dem Bereich ein Heiz-/Kühlelement angeordnet, das den Bereich überdeckt.
Bei einer weiteren Variante des Verfahrens weist der Arbeitslaserstrahl einen ersten Laserstrahl und einen auf den ersten Laserstrahl folgenden zweiten Laserstrahl auf, wobei der zweite Laserstrahl eine andere Wellenlänge und/oder eine andere Polarisation als der erste Laserstrahl aufweist. Beide Laserstrahlen werden durch das Verdet-Medium reflektiert und/oder transmittiert. Diese Reflexion und/oder Transmission geschieht in getrennten Bereichen des Verdet-Mediums und/oder zeitlich versetzt. Bei einem geeigneten Magnetfeld, welches das Verdet-Medium durchdringt, haben der erste und der zweite Laserstrahl nach der Reflexion und/oder Transmission die gleiche Polarisation. Bei einigen Varianten dieser Ausgestaltung werden die Laserstrahlen auf effiziente Weise durch nur einen Polarisator geblockt, der im Strahlengang hinter dem Verdet-Medium angeordnet ist, sodass sie keinen unerwünschten Schaden in der Umgebung anrichten. Unter Blockieren wird insbesondere verstanden, dass die Laserstrahlen nicht transmittiert werden. Ohne das Magnetfeld passieren der erste und/oder der zweite Laserstrahl den Polarisator. Das Hindurchtreten der ersten und/oder zweiten Laserstrahls durch den Polarisator kann somit bei Bedarf angeschaltet und abgeschaltet werden.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei der nach dem Verfahrensschritt E) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird:
F) Ausgabe des Arbeitslaserstrahls zur Erzeugung von Extrem-Ultravio- Iettes-Licht-(EUV)-Strahlung in einer EUV-Erzeugungseinrichtung.
In dem Faraday-Rotator kann die Polarisation des ausgegebenen Arbeitslasers geändert werden, um zum Beispiel die Erzeugung von EUV-Strahlung je nach Polari- sation des ausgegebenen Arbeitslasers mit Hilfe eines Polarisators anzuschalten oder abzuschalten.
Die EUV-Erzeugungseinrichtung umfasst vorzugsweise einen Tröfpchengenerator zum Aussenden von Zinntröpfchen. Die Zinntröpfchen werden durch den Arbeitslaserstrahl in ein Plasma umgewandelt, das die EUV-Strahlung emittiert. Dabei wird Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, die in Richtung des Verdet-Mediums zurückgestreut wird, vorzugsweise durch einen Polarisator oder einen optischen Isolator, der das Verdet-Medium aufweist, blockiert.
Eine Vorrichtung zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der vorhergehenden Ausgestaltungen, weist die folgenden Merkmale auf: a) Eine Arbeitslaserquelle zur Erzeugung eines Arbeitslaserstrahls; c) einen mit dem Arbeitslaserstrahl bestrahlbaren Faraday- otator, wobei der Faraday-Rotator ein Verdet-Medium aufweist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie folgendes Merkmal/fol- gende Merkmale aufweist: e) zur Änderung der Ladungsträgerdichte des Verdet-Mediums:
• Eine Anregungslaserquelle zum Bestrahlen des Verdet-Mediums mit einem Anregungslaserstrahl;
• eine Elektrode zum Anlegen eines elektrischen Feldes an das Verdet-Medium; und/oder
• ein Heiz-und/oder Kühlelement zum Ändern der Temperatur des Verdet-Mediums.
Durch die Vorrichtung kann insbesondere die Ladungsträgerdichte der freien Ladungsträger im Verdet-Medium lokal und/oder zeitlich begrenzt verändert werden. Dadurch kann die Verdet-Konstante des Verdet-Mediums gezielt eingestellt werden, um eine gewünschte Polarisation des Arbeitslasers nach der Reflexion und/oder Transmission durch das Verdet-Medium zu bewirken. Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht einen ersten Polarisator vor, der im Strahlengang des Arbeitslasers vor oder hinter dem Faraday-Rotator angeordnet ist. Hierdurch kann die Polarisation des Anteils des Arbeitslaserstrahls, der von dem System aus dem Polarisator und dem Verdet-Medium abgestrahlt wird, gemäß einer Vorgabe eingestellt werden. Insbesondere trifft durch den Polarisator nur ein Anteil des Arbeitslasers mit einer vorgegebenen Polarisation auf das Verdet-Medium. Alternativ tritt nach der Reflexion und/oder Transmission durch das Verdet- Medium nur ein Anteil des Arbeitslasers mit der vorgegebenen Polarisation durch den Polarisator.
Eine Ausgestaltung der vorgenannten Weiterbildung der Vorrichtung ist durch einen zweiten Polarisator gekennzeichnet, der mit dem ersten Polarisator und dem Faraday-Rotator zusammen einen optischen Isolator bildet, wobei der erste Polarisator im Strahlengang des Arbeitslaserstrahls vor dem Faraday- Rotator und der zweite Polarisator hinter dem Faraday-Rotator angeordnet ist. Durch eine geeignete Ausrichtung der Polarisatoren, insbesondere einer Ausrichtung der Polarisatoren in einem 45°-Winkel relativ zueinander, und einer geeigneten Wahl des Magnetfeldes, welches das Verdet-Medium durchdringt, wird ein Durchlässen von Laserstrahlen nur in der Ausbreitungsrichtung des Arbeitslaserstrahls durch den optischen Isolator bewirkt, nicht aber in der Gegenrichtung. Dadurch wird unter anderem die Arbeitslaserquelle geschützt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist durch eine EUV-Erzeugungs- einrichtung gekennzeichnet, die in Strahlrichtung des Arbeitslaserstrahls hinter dem Faraday-Rotator angeordnet ist. Die EUV-Erzeugungseinrichtung weist insbesondere eine Zinntröpfchen-Quelle auf, aus der Zinntröpfchen ausgesendet werden. Der durch das Verdet-Medium reflektierte und/oder transmittierte Anteil des Arbeitslasers trifft auf die Zinntröpfchen, wobei ein Plasma entsteht, das EUV- Strahlung emittiert. Bei Ausführungsformen, bei denen die EUV-Erzeugungsein- richtung im Strahlengang des Arbeitslasers hinter einem optischen Isolator angeordnet ist, der den Faraday- Rotator aufweist, wird durch den optischen Isolator verhindert, dass ein Teil der Strahlung, insbesondere der EUV-Strahlung, von den Zinntröpfchen reflektiert wird und in die Arbeitslaserquelle zurückstrahlt. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitslaserquelle dazu ausgebildet ist, einen ersten Laserstrahl und einen auf den ersten Laserstrahl folgenden zweiten Laserstrahl auszusenden, wobei der zweite Laserstrahl eine andere Wellenlänge und/oder eine andere Polarisation als der erste Laserstrahl aufweist. Bei einer geeigneten Anpassung der Verdet-Kon- stanten bewirkt das Verdet-Medium, dass der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl nach der Reflexion und/oder Transmission durch das Verdet-Medium die gleiche Polarisation haben. Hierdurch können beide Laserstrahlen durch nur einen Polarisator blockiert werden, um die Umgebung der Vorrichtung vor dem Arbeitslaserstrahl zu schützen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform der Vorrichtung.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung.
Fig. 5 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung.
Fig. 6a zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Intensitätsprofil eines
Arbeitslaserstrahls, wobei die Strahlachse des Arbeitslaserstrahls in der Querschnittsebene liegt. Fig. 6b zeigt schematisch das Profil des Arbeitslaserstrahls aus Fig. 6a in einer Ebene senkrecht zur Strahlachse des Arbeitslaserstrahls.
Fig. 6c zeigt schematisch ein ringförmiges Profil eines Anregungslaserstrahls.
Fig. 6d zeigt schematisch das Profil des Anteils des Arbeitslaserstrahls aus
Fig. 6b, der durch einen Polarisator hindurchtritt.
Fig. 7 zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem ersten Laserstrahl eines Arbeitslasers.
Fig. 8 zeigt schematisch die fünfte Ausführungsform der Vorrichtung mit einem zweiten Laserstrahl des Arbeitslasers und einem Anregungslaserstrahl.
Fig. 9a zeigt schematisch die Ausrichtung eines Polarisators einer Vorrichtung sowie die Polarisation eines ersten Laserstrahls vor und nach der Reflexion des ersten Laserstrahls an einem Verdet-Medium der Vorrichtung.
Fig. 9b zeigt schematisch die Ausrichtung eines Polarisators der Vorrichtung sowie die Polarisation eines zweiten Laserstrahls vor und nach der Reflexion des zweiten Laserstrahls an dem Verdet-Medium der Vorrichtung.
Fig. 9c zeigt schematisch die Ausrichtung eines Polarisators der Vorrichtung sowie die Polarisation des zweiten Laserstrahls vor und nach der Reflexion des zweiten Laserstrahls an dem Verdet-Medium der Vorrichtung, wenn der Anregungslaserstrahl auf das Verdet-Medium gestrahlt wird.
Fig. 10 zeigt schematisch eine sechste Ausführungsform der Vorrichtung.
Fig. 11 zeigt schematisch eine siebte Ausführungsform der Vorrichtung.
Fig. 12 zeigt schematisch ein Verfahren zur Änderung der Polarisation eines
Arbeitslaserstrahls.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung IO 1 zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls 12. Die Vorrichtung 10 1 weist einen Faraday-Rotator 14 auf. Der Faraday- Rotator 14 ist mit einem Permanentmagneten 16 ausgestattet, der einen Wafer 18 in dessen Umfangsrichtung umgibt. Der Wafer 18 weist ein Verdet-Medium 20, d.h. einen materiellen Wellenträger für den Arbeitslaserstrahl 12, der von dem Magnetfeld 21 des Permanentmagneten 16 durchdrungen ist, auf. Eine Arbeitslaserquelle 22 emittiert den Arbeitslaserstrahl 12, der schräg auf den Wafer 18 gestrahlt wird und reflektiert wird, wobei der Arbeitslaserstrahl 12 insbesondere nach einem Eindringen des Arbeitslaserstrahls 12 in den Wafer 18 und das Verdet-Medium 20 auf einer Eintrittsseite an einer Rückseite des Wafers 18, die der Eintrittsseite gegenüberliegt, reflektiert wird. Darüber hinaus weist die Vorrichtung 10 1 eine Anregungslaserquelle 24 auf, aus der ein Anregungslaserstrahl 26 auf den Wafer 18 gestrahlt wird, wobei die Ausbreitungsrichtung des Anregungslaserstrahls 26 vorzugsweise senkrecht zu der Oberfläche des Wafers 18 steht, auf die der Anregungslaserstrahl auftrifft. Der Anregungslaserstrahl 26 ändert die Dichte der freien Ladungsträger in dem Verdet-Medium 20 und dadurch die Verdet-Konstante des Verdet-Mediums 20. Dies bewirkt eine Änderung der Polarisation des von dem Verdet-Medium 20 reflektierten Arbeitslaserstrahls 12 im Vergleich zu dem Fall, dass kein Anregungslaserstrahl 26 auf das Verdet-Medium 20 gestrahlt wird. An dem Wafer 18 mit dem Verdet-Medium ist ein Kühlelement 28, insbesondere eine Diamantkühlung, zur Kühlung des Wafers 18 angeordnet.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform der Vorrichtung 10 1 zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls 12 (siehe Fig. 1). Gezeigt ist der Permanentmagnet 16, der ringförmig den Wafer 18 mit dem Verdet-Medium 20 (schematisch durch ein schraffiertes Kästchen angedeutet), das von dem Magnetfeld 21 des Permanentmagneten 16 durchdrungen ist, in Umfangsrichtung des Wafers 18 umgibt, wobei zwischen dem Permanentmagneten 16 und dem Wafer 18 ein Spalt 29 ausgebildet ist.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10 n zur Änderung der Polarisation des Arbeitslaserstrahls 12. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform ist an dem von dem Permanentmagneten 16 umgebenen Wafer 18 mit dem Verdet-Medium 20 kein Kühlelement 28 (siehe Fig. 1) angeordnet. Das Verdet-Medium 20 ist bei der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 10 n dazu ausgebildet, den Arbeitslaserstrahl 12 zu transmittieren. Der Anregungslaserstrahl 26 wird schräg auf den Wafer 18 gestrahlt, wohingegen die Ausbreitungsrichtung des Arbeitslaserstrahls 12 senkrecht zu der Oberfläche des Wafer 18 steht, auf die der Arbeitslaserstrahl 12 auftrifft.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung IO 111 zur Änderung der Polarisation des Arbeitslaserstrahls 12 (siehe Fig. 1). Elektroden 30a, 30b zur Erzeugung von elektrischen Feldern umgreifen den Wafer 18, um dadurch die Ladungsträgerdichte in dem Verdet-Medium 20 (angedeutet durch ein schraffiertes Kästchen) des Wafers 18 zu ändern, insbesondere die Ladungsdichte in dem gesamten Wafer 18.
Fig. 5 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung 10 IV zur Änderung der Polarisation des Arbeitslaserstrahls 12. Die Vorrichtung 10 IV weist einen Faraday-Rotator 14 wie bei der ersten Ausführungsform auf. Aus der Arbeitslaserquelle 22 wird schräg ein Arbeitslaserstrahl 12 auf das Verdet-Medium 20 des Faraday-Rotators 14 gestrahlt und von diesem reflektiert. Im Strahlengang des Arbeitslaserstrahls 12 ist hinter dem Faraday-Rotator 14 ein Polarisator 32a angeordnet. Eine Anregungslaserquelle 24 strahlt einen Anregungslaserstrahl 26 auf das Verdet-Medium 20, insbesondere mit einem ringförmigen Profil (siehe Fig. 6c). Der Arbeitslaserstrahl 12 wird bei der Reflexion an dem Verdet-Medium 20 in einem Bereich des Verdet-Mediums 20, der von dem Anregungslaserstrahl 26 bestrahlt ist, anders polarisiert, als in einem Bereich, der nicht von dem Anregungslaserstrahl 26 bestrahlt ist.
Fig. 6a zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Intensitätsprofil eines Arbeitslaserstrahls 12, der aus einer Arbeitslaserquelle 22 (siehe Fig. 5) einer Vorrichtung 10 IV gemäß der vierten Ausführungsform ausgesendet wird, wobei die Strahlachse des Arbeitslaserstrahls 12 in der Querschnittsebene liegt. Das Intensitätsprofil des Arbeitslaserstrahls 12 setzt sich aus einem überlagerten gaußförmigen Profil PG und einem ringförmigen Profil PR zusammen.
Fig. 6b zeigt schematisch das Profil des Arbeitslaserstrahls 12 in einer Querschnittsebene senkrecht zur Strahlachse des Arbeitslaserstrahls 12 mit dem schematisch angedeuteten Gaußprofil PG und Ringprofil PR. Fig. 6c zeigt schematisch ein ringförmiges Profil PR P des Anregungslaserstrahls 26 in einer Querschnittsebene senkrecht zur Strahlachse des Anregungslaserstrahls 26 (siehe Fig. 5). Die Verdet- Konstante des Verdet-Mediums 20 (siehe Fig. 5) wird in einem ringförmigen Bereich geändert, in dem der Anregungslaserstrahl 26 mit dem ringförmigen Profil PR P auf das Verdet-Medium 20 trifft. Dadurch ändert sich auch die Polarisation des Arbeitslaserstrahls 12, der in diesem Bereich von dem Verdet-Medium 20 reflektiert wird, gegenüber der Polarisation des von dem Verdet-Medium 20 reflektierten Arbeitslaserstrahls 12 außerhalb dieses Bereichs. Der Polarisator 32a (siehe Fig. 5) wird geeignet ausgerichtet, um den Anteil des Arbeitslaserstrahls 12, der in dem durch den Anregungslaser 26 bestrahlten, ringförmigen Bereich des Verdet-Mediums 20 reflektiert wurde, zu blockieren. Insbesondere wird der Polarisator 32a senkrecht zu der Polarisation des in diesem ringförmigen Bereich des Verdet-Mediums 20 reflektierten Anteils des Arbeitslaserstrahls 12 ausgerichtet. Dadurch wird der Anteil des Arbeitslaserstrahls 12, der in diesem ringförmigen Bereich des Verdet-Mediums 20 reflektiert wurde, durch den Polarisator 32a blockiert.
Fig. 6d zeigt schematisch das Profil des Anteils des Arbeitslaserstrahls 12, der durch den Polarisator 32a hindurchtritt in einer Querschnittsebene senkrecht zur Strahlachse dieses Anteils des Arbeitslaserstrahls 12. Das Profil weist nur die gaußförmige Mode PG, keine ringförmige überlagerte Mode PR. (siehe Fig. 6a) mehr auf.
Fig. 7 zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsform der Vorrichtung 10 v zur Änderung der Polarisation des Arbeitslaserstrahls 12, wobei die Vorrichtung 10 v wie bei der vierten Ausführungsform den Faraday- Rotator 14 mit dem Verdet-Medium 20 aufweist. Im Unterschied zu der vierten Ausführungsform der Vorrichtung 10 IV ist die Arbeitslaserquelle 22 dazu ausgebildet, einen Arbeitslaserstrahl 12 auszusenden, der in einem ersten Zeitintervall einen, insbesondere linear polarisierten, ersten Laserstrahl 34a aufweist und in einem zweiten Zeitintervall, der auf das erste Zeitintervall folgt, einen zweiten Laserstrahl 34b (siehe Fig. 8), der eine andere Wellenlänge und/oder Polarisation aufweist als der erste Laserstrahl 34b. Der Polarisator 32a ist derart ausgerichtet, dass er den ersten Laserstrahl 34a blockiert (vgl. Fig. 9a).
Fig. 8 zeigt schematisch die fünfte Ausführungsform der Vorrichtung 10 v zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls 12, wobei der Arbeitslaserstrahl 12 in dem zweiten Zeitintervall nach dem ersten Zeitintervall den zweiten Laserstrahl 34b aufweist. Das Verdet-Medium 20 reflektiert daher den zweiten Laserstrahl 34b mit einer anderen Polarisation als den ersten Laserstrahl 34a (siehe Fig. 7), wenn die Verdet-Konstante des Verdet-Mediums 20 die gleiche wie in dem ersten Zeitintervall ist. Durch das Einstrahlen des Anregungslasers 26 aus der Anregungslaserquelle 24 wird unter Änderung der Verdet-Konstanten die Polarisation des zweiten Laserstrahls 34b nach der Reflexion durch den Faraday-Effekt gleich ausgerichtet wie die Polarisation des ersten Laserstrahls 34a. Dann wird der zweite Laserstrahl 34b ebenso wie der erste Laserstrahl durch den Polarisator 32a blockiert.
Fig. 9a zeigt schematisch die Ausrichtung 36 des Polarisators 32a sowie die Polarisation 38a 1 , 38a 11 des ersten Laserstrahls 34a vor und nach der Reflexion des ersten Laserstrahls 34a an dem Verdet-Medium 20 (siehe Fig. 7). Die Ausrichtung 36 des Polarisators 32a steht senkrecht zu der Polarisation 38a 11 des ersten Laserstrahls 34a nach der Reflexion an dem Verdet-Medium 20, sodass der erste Laserstrahl 34a von dem Polarisator 32a blockiert wird.
Fig. 9b zeigt schematisch die Ausrichtung 36 des Polarisators 32a sowie die Polarisation 38b 1 , 38b 11 des zweiten Laserstrahls 34b vor und nach der Reflexion des zweiten Laserstrahls 34b an dem Verdet-Medium 20 (siehe Fig. 7), wobei kein Anregungslaserstrahl 26 (siehe Fig. 8) auf das Verdet-Medium 20 gestrahlt wird. Die Polarisation 38b 11 des zweiten Laserstrahls 34b nach der Reflexion an dem Verdet- Medium 20 steht nicht senkrecht zu der Ausrichtung 36 des Polarisators 32a, sodass ein Teil des zweiten Laserstrahls 34b durch den Polarisator 32a transmittiert wird. Fig. 9c zeigt schematisch die Ausrichtung 36 des Polarisators 32a sowie die Polarisation 38b 1 , 38b 111 des zweiten Laserstrahls 34b vor und nach der Reflexion des zweiten Laserstrahls 34b an dem Verdet-Medium 20 (siehe Fig. 7), wobei der Anregungslaserstrahl 26 (siehe Fig. 8) auf das Verdet-Medium 20 gestrahlt wird, sodass nach der Reflexion an dem Verdet-Medium 20 die Polarisation 38b 111 des zweiten Laserstrahls 34b gleich ausgerichtet ist wie die Polarisation 38a 11 des ersten Laserstrahls 34a nach dieser Reflexion (siehe Fig. 9a). Die Polarisation 38b 111 des zweiten Laserstrahls 34b steht daher ebenfalls senkrecht zu der Ausrichtung 36 des Polarisators 32b, sodass auch der zweite Laserstrahl 34b durch den Polarisator 32a geblockt wird.
Fig. 10 zeigt schematisch eine sechste Ausführungsform der Vorrichtung 10 VI mit dem Faraday- Rotator 14 zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls 12. Der Arbeitslaserstrahl 12 aus der Arbeitslaserquelle 22 wird durch einen ersten Polarisator 32a und einen zweiten Polarisator 32b gesendet. Im Strahlengang des Arbeitslaserstrahls 12 ist der erste Polarisator 32a vor dem Faraday- Rotator 14 und der zweite Polarisator 32b hinter dem Faraday- Rotator 14 angeordnet. Der erste Polarisator 32a, der zweite Polarisator 32b und der Faraday- Rotator 14 bilden zusammen einen optischen Isolator 40. Das Verdet-Medium 20 des Faraday- Rotators 14 wird dabei durch den Anregungslaserstrahl 26 aus der Anregungslaserquelle 24 bestrahlt. Der Arbeitslaserstrahl 12 tritt mit einer von dem ersten Polarisator 32a bestimmten Polarisation durch den ersten Polarisator 32a hindurch. Anschließend wird der Arbeitslaserstrahl 12 an dem Verdet-Medium 20 reflektiert, insbesondere nach einem wenigstens teilweisen Eindringen in das Verdet-Medium 20, wobei die Polarisation durch den Faraday-Effekt gedreht wird. Je nach Polarisation nach der Reflexion tritt der Arbeitslaserstrahl 12 durch den zweiten Polarisator 32b hindurch oder wird ganz oder teilweise von dem zweiten Polarisator 32b blockiert. Entsprechend wird ein von einem Objekt zurückgestreuter Anteil des Arbeitslaserstrahls (nicht gezeigt), der durch den zweiten Polarisator 32b mit einer durch den zweiten Polarisator 32b bestimmten Polarisation hindurchtritt und anschließend an dem Verdet-Medium 20 unter Drehung seiner Polarisation reflektiert wird, durch den ersten Polarisator 32a ganz oder teilweise blockiert. Allgemein kann dadurch ein Arbeitslaserstrahl 12 durch den optischen Isolator 40 hindurch- treten, wobei Laserlicht blockiert wird, das von einem Objekt (nicht gezeigt) zurückgestreut wird, welches sich im Strahlengang des Arbeitslaserstrahls hinter dem zweiten Polarisator 32b befindet, um die Arbeitslaserquelle 22 zu schützen.
Fig. 11 zeigt schematisch eine siebte Ausführungsform der Vorrichtung 10 vn zur Änderung der Polarisation des Arbeitslaserstrahls 12. Neben der Arbeitslaserquelle 22 zur Erzeugung des Arbeitslaserstrahls 12, der Anregungslaserquelle 24 zur Erzeugung des Anregungslaserstrahls 26, dem ersten und zweiten Polarisator 32a, 32b und dem Faraday- Rotator 14 mit dem Verdet-Medium 20 weist die Vorrichtung 10™ bei der siebten Ausführungsform eine EUV-Erzeugungseinrichtung 42 zur Erzeugung von Extrem-Ultraviolettes-Licht-(EUV)-Strahlung auf. Die EUV-Er- zeugungseinrichtung 42 sendet Zinntröpfchen 44a, 44b aus, die von dem Arbeitslaserstrahl 12 nach dem Hindurchtreten durch den zweiten Polarisator 32b bestrahlt werden. Dabei wird ein Plasma erzeugt, das (EUV)-Strahlung 46 abstrahlt. Durch den optischen Isolator 40, aufweisend die Polarisatoren 32a, 32b und den Faraday-Rotator 14, ist die Arbeitslaserquelle 22 vor einem Anteil der Strahlung des Arbeitslaserstrahls 12 isoliert und geschützt, der von den Zinntröpfchen 44a, 44b reflektiert wird, indem dieser Anteil der Strahlung durch den optischen Isolator 40 blockiert wird..
Fig. 12 zeigt schematisch ein Verfahren 100 zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls 12 (siehe Fig. 11). In einem ersten Schritt 102 wird der Arbeitslaserstrahl 12 in einer Arbeitslaserquelle 22 (siehe Fig. 11) erzeugt. In einem zweiten Schritt 104 wird ein Verdet-Medium 20 (siehe Fig. 11) eines Faraday-Rotators 14 (siehe Fig. 11) mit dem Arbeitslaserstrahl 12 bestrahlt. Dabei wird die Polarisation des Arbeitslaserstrahls 12 durch das Verdet-Medium 20 gedreht. In einem dritten Schritt 106 wird die Dichte der freien Ladungsträger des Verdet-Me- diums 20 zur Anpassung der Verdet-Konstanten des Verdet-Mediums 20 durch eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen geändert:
• Bestrahlen des Verdet-Mediums 20 mit einem Anregungslaserstrahl 26 (siehe Fig. 11); und/oder
• Anlegen eines elektrischen Feldes an das Verdet-Medium 20 mit einer Elektrode 30a, 30b (siehe Fig. 4); und/oder Ändern der Temperatur des Verdet-Mediums 20 mit einem Heiz- und/oder Kühlelement 28 (siehe Fig. 1).
Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Er- findung ein Verfahren 100 zur Änderung der Polarisation eines Arbeitslaserstrahls 12. Der Arbeitslaser 12 strahlt aus einer Arbeitslaserquelle 22 auf einen Faraday- Rotator 14. Der Faraday- otator 14 weist ein Verdet-Medium 20 und einen Magneten 16 auf, dessen Magnetfeld das Verdet-Medium 20 durchdringt. Das Verfahren 100 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der freien Ladungsträger in dem Verdet-Medium 20 und dadurch die Verdet- Konstante des Verdet-Mediums 20 geändert wird. Dazu wird durch einen auf das Verdet-Medium 20 gerichteten Anregungslaserstrahl 26, eine an dem Verdet-Medium 20 angeordnete Elektrode 30a, 30b und/oder ein an dem Verdet-Medium 20 angeordnetes Heiz-/Kühlement 28 ein elektrisches Feld und/oder eine Temperaturänderung in dem Verdet-Medi- um 20 bewirkt.
Bezuqszeichenliste
IO 1 ’™ Vorrichtung zur Änderung der Polarisation eines Laserstrahls
12 Arbeitslaserstrahl
14 Faraday- otator
16 Permanentmagnet
18 Wafer
20 Verdet-Medium
22 Arbeitslaserquelle
24 Anregungslaserquelle
26 Anregungslaserstrahl
28 Kühlelement
29 Spalt
30a, b Elektroden 32a, b Polarisatoren 34a, b erster, zweite Laserstrahl 36 Ausrichtung des Polarisators 32a 38a 1 - 11 Polarisation des ersten Laserstrahls 38b 1 - 111 Polarisation des zweiten Laserstrahls
40 optischer Isolator
42 EU - Erzeugungseinrichtung 44a, b Zinntröpfchen
46 EUV-Strahlung
PR ringförmiges Profil des Arbeitslasers PG gaußförmiges Profil des Arbeitslasers
PR P ringförmiges Profil des Anregungslasers