DE102005033013A1

DE102005033013A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung und Bewertung von Schlieren in optischen Materialien

Info

Publication number: DE102005033013A1
Application number: DE200510033013
Authority: DE
Inventors: Jens Spanuth; Andreas Dr. Ochse
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2007-01-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung der Schattenmethode zur Erfassung und/oder Bewertung von Schlieren in glasartigen oder kristallinen optischen Materialien, bei welchen eine Probe aus dem optischen Material vom Licht einer Lichtquelle durchstrahlt wird, so dass ein Schattenbild zur Bewertung erzeugt wird, wobei die Probe zumindest an einer Seite mit einem Immersionsmedium versehen wird.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung und/oder Bewertung von Schlieren in glasartigen oder kristallinen optischen Materialien nach der Schattenmethode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Aus der DE 101 11 450 A1 , deren Offenbarung hier vollumfänglich durch Verweis mit aufgenommen ist, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bewertung von Schlieren in glasartigen oder kristallinen optischen Materialien bekannt, bei welchem eine Probe des zu prüfenden Materials mit Licht durchstrahlt und ein reelles Schattenbild der Probe auf einem Projektionsschirm erzeugt wird. Das auf dem Projektionsschirm erzeugte Schattenbild der Probe wird von einer elektronischen Bildaufnahmeeinrichtung mit nachgeschalteter Bildverarbeitungseinrichtung aufgenommen und mit dem Schattenbild von Schlieren in einer Musterprobe verglichen, die bzw. deren Schlieren mittels Interferometrie vermessen worden sind, wobei aufgrund des Vergleichs die Schlieren in dem zu untersuchenden Material bewertet werden können.

Bei diesem Verfahren, das nicht nur für sichtbares Licht und für Gläser, sondern insbesondere auch für nicht sichtbares Licht im UV-Bereich und kristallines Material aus Alkali- und Erdalkalifluoriden (CaF₂, BaF₂, SrF₂ und anderen) für die Anwendung in der Lithographie eingesetzt wird, kann eine Bewertung bei großen Lichteinfallswinkeln, die insbesondere bei optischen Materialien für die Immersionslithographie auftreten, schwierig realisierbar sein. Da die Schlieren bzw. deren Wirkung im kristallinen Material mit dem Winkel zwischen Kristallachse und Beleuchtungseinfall variieren, ist es sinnvoll die Erfassung und/oder Bewertung der Schlieren auch in dem Winkelbereich vorzunehmen bzw. zumindest zu ermöglichen, der bei der Anwendung des optischen Materials realisiert wird.

Hierbei besteht jedoch das Problem, dass bei hohen Einfallswinkeln unter Umständen Totalreflexion auftritt oder zumindest ein erheblicher Anteil des Lichts durch Reflexion an den Grenzflächen verloren geht, so dass bei Anwendung der Schattenmethode der Kontrast und damit die Messfähigkeit durch das schlechtere Signal-zu-Rausch-Verhältnis beeinträchtigt wird.

Aufgabe der Erfindung

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, bei denen eine Erfassung und Bewertung der Schlieren eines optischen Materials auch unter hohen Einfallswinkeln des Lichts mittels der Schattenmethode ermöglicht wird. Hierbei soll das Verfahren einfach durchführbar und die Vorrichtung einfach aufgebaut sein.

Wesen der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Schattenmethode, wie sie beispielsweise in der DE 101 11 450 A1 , beschrieben ist, verwendet, wobei zumindest an einer Seite des zu untersuchenden optischen Materials ein Immersionsmedium vorgesehen wird, welches den Übergang an der Grenzfläche des zu untersuchenden optischen Materials für den einfallenden Lichtstrahl so abändert, dass große Lichteinfallswinkel für die Erfassung und Bewertung von Schlieren möglich sind.

Vorzugsweise weist das Immersionsmedium eine Brechzahl n_I auf, die größer als die Brechzahl n_Luft ist und insbesondere an die Brechzahl eines Immersionsmediums angeglichen ist, welches mit dem zu untersuchenden optischen Material beispielsweise in einem Immersionsobjektiv oder bei der Immersionslithographie eingesetzt werden soll.

Das Immersionsmedium kann sowohl flüssig als auch gasförmig und insbesondere auch ein Feststoff sein. Bei flüssiger oder gasförmiger Form des Immersionsmediums wird dieses vorzugsweise in einem Behälter oder Tank aufgenommen, der an der oder um die zu untersuchende Probe herum angeordnet ist, wobei insbesondere der Probenhalter in dem Behälter oder dem Tank aufgenommen sein kann. Bei gasförmigen Immersionsmedien kann der Behälter oder Tank insbesondere so gestaltet sein, dass das Gas unter hohem Druck gehalten werden kann.

Ein festes Immersionsmedium kann insbesondere als Platte über einen dünnen Flüssigkeitsfilm an dem zu untersuchenden Material adaptiert werden.

Allgemein ist das Immersionsmedium so zu wählen, dass die Lichteintrittswinkel, unter denen eine Erfassung und/oder Bewertung der Schlieren gemäß der Schattenmethode bei dem zu untersuchenden Material durchgeführt werden sollen, maximiert werden bzw. in den Bereich ausgedehnt werden, in dem das optische Material im realen Einsatz verwendet werden soll, also unter den Einfallswinkeln, die beispielsweise in einem Objektiv auftreten. Als Einfallswinkel wird hierbei allgemein der Winkel des Lichtstrahls zur optischen Achse verstanden.

Zusätzlich oder alternativ kann das Immersionsmedium auch so gewählt werden, dass die Reflexion und/oder Polarisierung der Beleuchtung minimiert werden, wobei dann beispielsweise das Immersionsmedium mit seiner Brechzahl an die Brechzahl des zu untersuchenden Materials entsprechend angepasst wird.

Das Immersionsmedium bzw. der Behälter oder der Tank mit dem flüssigen oder gasförmigen Immersionsmedium können in jeglicher geeigneter Form ausgebildet sein, um durch eine entsprechende Anordnung im Lichtstrahl einerseits den Lichteintritt in das Immersionsmedium zu ermöglichen und andererseits entsprechend gewünschte Lichteintrittswinkel in das zu untersuchende optische Material zu gewährleisten. Insbesondere können der Behälter oder der Tank bzw. ein festes, plattenförmiges Immersionsmedium keilförmig ausgebildet sein, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.

Der Behälter oder Tank zur Aufnahme des flüssigen oder gasförmigen Immersionsmediums weist vorzugsweise ein oder mehrere Lichteintrittsfenster auf, die gegenüber der Lichtquelle bzw. dem oder den davon ausgehenden Lichtstrahlen so angeordnet sind, dass ein maximaler Lichteintritt gewährleistet ist. Insbesondere ist es möglich, mehrere Lichteintrittsfenster in Form eines Polygons anzuordnen, um unterschiedliche Lichteintrittswinkel an den Lichteintrittsfenstern sowie nachfolgend an der zu untersuchenden Probe zu realisieren. Hierbei kann dann entweder die Lichtquelle und/oder der Projektionsschirm, auf dem das Schattenbild der Probe projiziert wird, bezüglich der Probe mit der Probenhalterung und/oder dem umgebenden Tank oder Behälter bewegt, insbesondere gedreht oder verschwenkt werden oder umgekehrt der Behälter und/oder die Probe zu der Lichtquelle.

Zusätzlich oder alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, die Probenhalterung für sich, sei es innerhalb oder außerhalb des Behälters oder Tanks beweglich, insbesondere dreh- oder verschwenkbar auszugestalten, um unterschiedliche Orientierungen der Probe zur Lichtquelle bzw. zum Lichtstrahl zu realisieren. Insbesondere ist es denkbar die Probe um die optische Achse drehbar bzw. bezüglich einer oder mehrerer senkrecht zu der optischen Achse angeordneten Achsen verschwenkbar auszugestalten. Vorteilhaft sind hierbei bei einer in einem Tank oder Behälter angeordneten Probenhalterung, entsprechende Betätigungsmittel außerhalb des Tanks oder des Behälters vorzusehen, mittels der die Verdrehung bzw. Verschwenkung oder allgemein Bewegung der Probenhalterung möglich ist.

Die Lichteintrittsfenster sind vorzugsweise aus einem Material zu bilden, welches sehr homogen ist und sehr hohen Anforderungen an Schlierenfreiheit genügt. Üblicherweise können hier Quarz bzw. Quarzglas, das auch als Basismaterial für Referenzproben z.B. in Form von synthetischen Schlierenplatten Verwendung findet, eingesetzt werden.

Bevorzugt ist auch, dass die Lichteintrittsfenster im Wesentlichen plan bzw. eben ausgeführt sind, da diese einfacher und preisgünstiger schlierenfrei herstellbar sind. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das oder die Eintrittsfenster bei der Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle entspiegelt sind, um Lichtverluste durch Reflexion an den Lichteintrittsfenstern des Tanks bzw. Behälters zu vermeiden.

Bei flüssigen Immersionsmedien ist es vorteilhaft, wenn die Flüssigkeit eine hohe Viskosität aufweist, da Turbulenzen in der Flüssigkeit einfacher vermieden werden können bzw. diese nach Bewegung der Probe in der Flüssigkeit schneller wieder abklingen.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich. Die einzige Figur zeigt hierbei in rein schematischer Weise eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Erfassung und Bewertung von Schlieren in optischen Materialien.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
In der schematischen Darstellung der Figur ist eine Lichtquelle 10 gezeigt, von der ein divergierender Lichtstrahl 11 beliebiger Wellenlänge auf eine Probe 14 gerichtet ist, welche in einer Probenhalterung 12 aufgenommen ist. Die Probe 14 aus glasartigem oder kristallinem optischem Material wird durch den Lichtstrahl 11 durchstrahlt, wobei auf dem Projektionsschirm 16 das Schattenbild 15 der Probe 14 abgebildet wird. Dieses Schattenbild 15 wird wiederum von einer CCD-Kamera 18 erfasst, welche außerhalb der optischen Achse 20 angeordnet ist. Die CCD-Kamera 18 ist mit einer Auswerte-Einheit (nicht gezeigt) verbunden, die das Schattenbild 15 entsprechend den mit der CCD-Kamera 18 erfassten Kontrasten im Hinblick auf Schlieren, die in dem Probenmaterial 14 enthalten sind, auswertet. Bezüglich der detaillierten Beschreibung der Auswertung, insbesondere unter Verwendung eines Referenzmaterials (Musterprobe) 40 bzw. einer synthetischen Schlierenplatte, wird auf die Beschreibung in der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 11 450 A1 verwiesen. Dort ist in detaillierter Weise beschrieben, wie mittels interferometrischer Untersuchungen an der Referenz- bzw. Musterprobe 40 aus dem ermittelten Kontrast des Schattenbildes 15 auf die optische Wirkung von Schlieren im zu untersuchenden optischen Material rückgerechnet werden kann.
In der DE 101 11 450 A1 ist ebenfalls beschrieben, dass statt des dargestellten divergierenden Lichtstrahls 11 das entsprechende Verfahren und die Vorrichtung auch mit parallelem Licht ausführbar sind.
Um hohe Einfallswinkel des Lichtstrahls 11 in die Probe 14 zu ermöglichen, ist die Probe mit der Probenhalterung 12 in einem Tank 13 aufgenommen, in dem eine Immersionsflüssigkeit enthalten ist, die einen Brechungsindex n_I aufweist, der größer ist als der Brechungsindex n_Luft und vorzugsweise im Bereich des Brechungsindex eines Immersionsmediums liegt, welches zusammen mit dem optischen Material beispielsweise in einem Immersionsobjektiv eingesetzt werden soll. Auf diese Weise ist es möglich, den durch das Immersionsmedium veränderten Übergang an der lichteintrittseitigen Oberfläche des zu untersuchenden optischen Materials zu nutzen, um höhere Einfallswinkel des Lichtstrahls 11 zu realisieren, als dies bei einem Übergang von der Luft zum Probenmaterial möglich wäre. Insbesondere kann vermieden werden, dass in bestimmten Winkelbereichen Totalreflexion auftritt. Darüber hinaus kann zudem der reflektierte Anteil des Lichts minimiert werden und durch das bessere Signal-zu-Rausch-Verhältnis kann die Auswertung des Schattenbildes 15 vereinfacht werden.

Claims

Verfahren zur Erfassung und/oder Bewertung von Schlieren in glasartigen oder kristallinen optischen Materialien nach der Schattenmethode, bei welchem eine Probe (14) aus dem optischen Material vom Licht einer Lichtquelle (16) durchstrahlt wird, so dass ein Schattenbild (15) zur Bewertung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe (14) zumindest an einer Seite mit einem Immersionsmedium versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Immersionsmedium eine Brechzahl n_I aufweist, die größer ist als die Brechzahl n_Luft von Luft, insbesondere mindestens so groß ist, wie die eines Immersionsmediums, welches mit dem optischen Material der Probe eingesetzt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe in oder an einem Behälter oder Tank (13) mit einem flüssigen oder gasförmigen Immersionsmedium vorgesehen ist und/oder mit einem festen Immersionsmedium, insbesondere über einen Flüssigkeitsfilm verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Immersionsmedium oder der Tank (13) keilförmig ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Immersionsmedium so gewählt wird, dass die möglichen Lichteinfallswinkel in das Probenmaterial maximiert werden und/oder dass die Reflexion und/oder Polarisierung des Lichts minimiert werden.
Vorrichtung zur Durchführung der Schattenmethode zur Erfassung und/oder Bewertung von Schlieren in glasartigen oder kristallinen optischen Materialien, insbesondere nach einem Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, mit einer Lichtquelle (10), einer Probenhalterung (12) zur Aufnahme einer zu untersuchenden Probe (14) und einem Projektionsschirm (16), auf dem das Schattenbild (15) einer Probe aus optischem Material abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenhalterung (12) so ausgebildet ist und/oder ein Behälter oder Tank (13) so um oder an der Probenhalterung (12) vorgesehen ist, dass zumindest an einer Seite der Probe (14) ein Immersionsmedium vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Immersionsmedium eine Brechzahl n_I aufweist, die größer ist als die Brechzahl n_Luft von Luft, insbesondere mindestens so groß ist, wie die eines Immersionsmediums, welches mit dem optischen Material der Probe eingesetzt werden soll.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenhalterung (12) in einem Behälter oder Tank (13) mit einem flüssigen oder gasförmigen Immersionsmedium vorgesehen ist und/oder die Probe in der Probenhalterung (12) mit einem festen Immersionsmedium, insbesondere über einen Flüssigkeitsfilm verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Immersionsmedium oder der Tank (13) keilförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Immersionsmedium so gewählt wird, dass die möglichen Lichteinfallswinkel in das Probenmaterial maximiert werden und/oder dass die Reflexion und/oder Polarisierung des Lichts minimiert werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter oder Tank (13) ein oder mehrere Lichteintrittsfenster aufweist, die bezüglich der Lichtquelle so angeordnet sind, dass ein möglichst maximaler Lichteintritt möglich ist, insbesondere der Lichteintrittswinkel kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter oder Tank (13) ein oder mehrere im Wesentlichen ebene oder plane Lichteintrittsfenster aufweist, die insbesondere im Bereich der Wellenlänge des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts entspiegelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichteintrittsfenster in Form eines Polygons angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) und/oder der Projektionsschirm (16) bezüglich der Probenhalterung (12) und/oder dem Behälter oder Tank (13) bewegbar, insbesondere verschwenkbar sind, und/oder umgekehrt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenhalterung (12) im Behälter oder Tank (13) bewegbar, insbesondere verdrehbar und/oder um ein oder mehrere Achsen verschwenkbar ist, vorzugsweise durch außerhalb des Tanks angeordnete Betätigungsmittel.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Immersionsmedium eine Flüssigkeit mit einer hohen Viskosität, insbesondere Öl ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere eine CCD-Kamera (18), und/oder eine elektronische Bildauswerteeinheit vorgesehen sind.