DE102006031006A1 - Measuring arrangement i.e. polarimetric measuring device, for measuring polarization-affecting characteristics of e.g. biconvex lens, has detector and/or light source units which are changeable in alignment relative to optical component - Google Patents

Measuring arrangement i.e. polarimetric measuring device, for measuring polarization-affecting characteristics of e.g. biconvex lens, has detector and/or light source units which are changeable in alignment relative to optical component Download PDF

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Abstract

The arrangement i.e. device has a light source unit, which emits measuring light radiations, and a detector unit, which detects a polarization condition of the radiations. The source and the detector units are arranged such that the radiations pass through a refractive optical component e.g. biconvex lens, before touching the detector unit. A distance between the detector unit and the component and/or a distance between the source unit and the component is changeable, where the detector and/or the light source units are changeable in alignment relative to the component. An independent claim is also included for a method for determining the polarization-affecting characteristics of a refractive optical component, in particular a lens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Bestimmung von polarisationsbeeinflussenden Eigenschaften einer refraktiven optischen Komponente.The The invention relates to a measuring arrangement for determining polarization-influencing properties a refractive optical component.

Refraktive optische Komponenten beeinflussen in der Regel den Polarisationszustand von durch sie hindurchtretendem Licht. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine refraktive optische Komponente Doppelbrechung zeigt. Die Stärke der Doppelbrechung hängt von verschiedenen Ursachen ab: sie kann beispielsweise durch Materialeigenschaften verursacht sein, wenn die refraktive optische Komponente aus einem anisotropen kristallinen Material besteht. Auch kubische Kristalle zeigen für kurze Wellenlängen doppelbrechende Eigenschaften, die sogenannte intrinsische Doppelbrechung. Diese ist zum Beispiel für Calciumfluorid bei Wellenlängen unter 160 nm zu beobachten. Eine in ihrer Stärke lokal variierende Doppelbrechung kann ein optisches Material zeigen, wenn lokal unterschiedliche Spannungen in das Material eingebracht werden, zum Beispiel durch die Fassung der optischen Komponente, als Ergebnis des thermischen Abkühlens bei der Herstellung des optischen Materials oder aufgrund einer mechanischen Bearbeitung. Wird die optische Komponente zusätzlich mit einer Beschichtung, zum Beispiel einer Antireflexschicht versehen, verursacht dies in der Regel einen zusätzlichen Doppelbrechungs-Anteil, da die Beschichtung selbst Doppelbrechung zeigen kann und ebenfalls neue Spannung im Schichtpaket oder an der Grenzfläche zwischen Beschichtung und der optischen Komponente selbst neue Spannungen entstehen können.refractive optical components usually influence the polarization state of light passing through them. This is especially true the case when a refractive optical component birefringence shows. The strenght the birefringence hangs from different causes: it can be caused for example by material properties be when the refractive optical component of an anisotropic crystalline material. Also cubic crystals show for short wavelength birefringent properties, the so-called intrinsic birefringence. This is for example for Calcium fluoride at wavelengths below 160 nm. A locally in their strength varying birefringence can show an optical material if locally different Strains are introduced into the material, for example by the version of the optical component, as a result of the thermal cooling in the manufacture of the optical material or due to a mechanical processing. If the optical component additionally with a coating, for example an antireflection coating, this usually causes an additional birefringence fraction, since the coating itself can show birefringence and also new tension in the layer package or at the interface between coating and the optical component itself can create new voltages.

Für eine refraktive optische Komponente kann es in optischen Systemen, beispielsweise in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, unterschiedliche Anforderungen geben: zum einen kann es erwünscht sein, dass die optische Komponente die Polarisationseigenschaften von durch sie hindurchtretender Strahlung nicht oder nur wenig beeinflusst. Zum anderen kann aber auch gewünscht werden, dass die optische Komponente die Polarisationseigenschaften solcher Strahlung gezielt in einer definierten Weise verändert.For a refractive optical component can be used in optical systems, for example in a microlithography projection exposure machine, different Give requirements: on the one hand, it may be desirable that the optical Component the polarization properties of passing through them No or little influence on radiation. On the other hand, though also be desired that the optical component has the polarization properties of such Radiation specifically changed in a defined manner.

Um derartige refraktive optische Komponenten herstellen zu können, ist es erforderlich, solche Komponenten bezüglich ihres Einflusses auf die Polarisationseigenschaften von hindurchtretender Strahlung zu charakterisieren.Around Being able to produce such refractive optical components is it is necessary to include such components concerning their influence the polarization properties of passing radiation to characterize.

Eine derartige Charakterisierung kann mit Hilfe eines Polarimeters erfolgen. Polarimeter und ihre Funktionsweise sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt beispielsweise die Application note „Polarization Measurement of Light Radiation", Richard Distl, Dr. Thomas Egeler, Instrument Systems GmbH Germany, unter http://www.instrumentsystems.de/applications/index.htm ein Polarimeter, mit dem polarisationsbeeinflussende Eigenschaften von planparallelen Proben bestimmt werden können. Dabei ist eine Lichtquelleneinheit und eine Detektoreinheit so angeordnet, dass Messstrahlung senkrecht durch die planparallele Probe hindurchtritt. Der Abstand zwischen Lichtquelle und Probe kann in diesem Aufbau mittels eines motorischen Antriebs verändert werden.A Such characterization can be done using a polarimeter. Polarimeters and their operation are basically of the prior art known. For example, the application note "Polarization Measurement of Light Radiation ", Richard Distl, dr. Thomas Egeler, Instrument Systems GmbH Germany, at http://www.instrumentsystems.de/applications/index.htm Polarimeter, with the polarization-influencing properties of plane-parallel samples can be determined. Here is a light source unit and a detector unit arranged such that measuring radiation is perpendicular passes through the plane-parallel sample. The distance between Light source and sample can in this structure by means of a motor Drive changed become.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Messsystem und ein Messverfahren bereitzustellen, das die Bestimmung polarisationsbeeinflussender Eigenschaften beliebiger refraktiver optischer Komponenten, insbesondere von Linsen, ermöglicht.The The object underlying the invention is a measuring system and to provide a measuring method that determines the polarization-affecting Properties of any refractive optical components, in particular of lenses.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messanordnung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zur Bestimmung polarisationsbeeinflussender Eigenschaften optischer Komponenten gemäß Anspruch 8.These Task is solved by a measuring arrangement according to claim 1 and a method for determining polarization-influencing Properties of optical components according to claim 8.

Beim Durchtritt von Strahlung durch eine refraktive optische Komponente, insbesondere durch eine Linse, ändert sich die Richtung der durchtretenden Lichtstrahlen. Bei Linsen mit einem endlichen Krümmungsradius ergibt sich bei Einfall der Messstrahlung an verschiedenen Punkten der Linsenoberfläche zudem ein jeweils unterschiedlicher Austrittswinkel. Indem eine Messanordnung zur Messung von polarisationsbeeinflussenden Eigenschaften einer refraktiven optischen Komponente so gestaltet wird, dass ihre Lichtquelleneinheit und/oder ihre Detektoreinheit in ihrer Ausrichtung relativ zur zu vermessenden optischen Komponente veränderbar sind, wird es möglich, die Veränderung der Polarisationseigenschaften eines Messlicht-Strahls bei Durchtritt an jedem beliebigen Punkt der optischen Komponente zu vermessen. Auf diese Weise ist auch gewährleistet, dass die Detektoreinheit so ausgerichtet werden kann, dass die Messstrahlung mit maximaler Intensität auf die Detektoreinheit auftrifft.At the Passage of radiation through a refractive optical component, especially through a lens, changes the direction of the passing light rays. For lenses with a finite radius of curvature results from incidence of the measuring radiation at different points the lens surface also a different exit angle. By a Measuring arrangement for measuring polarization-influencing properties a refractive optical component is designed so that their Light source unit and / or its detector unit in their orientation changeable relative to the optical component to be measured are, it becomes possible the change the polarization properties of a measuring light beam when passing through to measure at any point of the optical component. This also ensures that the detector unit can be aligned so that the measuring radiation with maximum intensity impinges on the detector unit.

Eine Lichtquelleneinheit besteht aus einer Lichtquelle und gegebenenfalls weiteren optischen Elementen, wie Linsen und polarisationsbeeinflussenden Elementen, die zur Strahlformung und zur Einstellung eines vorgegebenen Polarisationszustand der Messstrahlung dienen. Eine Detektoreinheit besteht aus einem Detektor sowie gegebenenfalls weiteren optischen Elementen, wie Linsen und polarisationsbeeinflussenden Elementen.A Light source unit consists of a light source and optionally other optical elements, such as lenses and polarization-influencing Elements for beam shaping and for setting a given Polarization state of the measuring radiation serve. A detector unit consists of a detector and optionally further optical Elements such as lenses and polarization-influencing elements.

Die Messanordnung kann ein Polarimeter oder ein entsprechend angepasstes Ellipsometer sein.The Measuring arrangement can be a polarimeter or a correspondingly adapted Be ellipsometer.

Der Lichtquelleneinheit und der Detektoreinheit lässt sich eine optische Achse zuordnen, die parallel zur Strahlrichtung der Messstrahlung verläuft. Die Orientierung dieser optischen Achsen relativ zu einer Vorzugsrichtung der zu vermessenden optischen Komponente ist hier und im folgenden als Ausrichtung der Detektoreinheit beziehungsweise der Lichtquelleneinheit bezeichnet.Of the Light source unit and the detector unit can be an optical axis assign, which runs parallel to the beam direction of the measuring radiation. The Orientation of these optical axes relative to a preferred direction the optical component to be measured is here and below as orientation of the detector unit or the light source unit designated.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn auch der Abstand der Detektoreinheit und/oder der Lichtquelleneinheit relativ zur zu vermessenden optischen Komponente eingestellt werden kann.In addition is it is advantageous if the distance of the detector unit and / or the light source unit relative to the optical component to be measured can be adjusted.

Die Ausrichtung und der Abstand der Detektoreinheit oder der Lichtquelleneinheit relativ zur zu vermessenden optischen Komponente wird in einer vorteilhaften Ausführungsform mittels mindestens einen, insbesondere zwei, Robotern eingestellt.The Alignment and the distance of the detector unit or the light source unit relative to the optical component to be measured is in an advantageous embodiment adjusted by means of at least one, in particular two, robots.

Der oder die Roboter können mit einer Kontrolleinheit verbunden sein, die zusätzlich mit der Detektoreinheit in Verbindung steht. Die Kontrolleinheit ermittelt aus Kontrollparametern wie zum Beispiel Intensitätsmesswerten die optimale Ausrichtung der Detektoreinheit und/oder der Lichtquelleneinheit und kann damit zur Kontrolle und/oder Regelung der Roboter verwendet werden.Of the or the robots can be connected to a control unit, in addition to the detector unit is in communication. The control unit determined from control parameters such as intensity measurements the optimal alignment the detector unit and / or the light source unit and can thus used to control and / or control the robot.

Bei der Messung polarisationsbeeinflussender Eigenschaften einer optischen Komponente mit der erfindungsgemäßen Messanordnung wird an einer Vielzahl von Messpunkten an der Oberfläche der optischen Komponente Messlicht eingestrahlt. Auf diese Weise können polarisationsbeeinflussende Eigenschaften der optischen Komponente lokal aufgelöst bestimmt werden, insbesondere die Doppelbrechung der optischen Komponente. In einer vorteilhaften Weiterentwicklung dieses Verfahrens wird, beispielsweise durch die Kontrolleinheit, der Strahlverlauf eines Strahls der Messstrahlung beim Durchtritt durch die optische Komponente an den jeweiligen Messpunkten anhand von Linsenparametern im Voraus berechnet. Basierend auf diesen Berechnungen wird die Detektoreinheit so ausgerichtet, dass der aus der optischen Komponente austretende Messlichtstrahl mit maximaler Intensität auf die Detektoreinheit auftrifft. Eine Feineinstellung der Ausrichtung der Detektoreinheit bzw. ihres Abstandes zur zu vermessenden optischen Komponente kann noch zusätzlich mittels Intensitätsmesswerten, wie im vorangegangenen Absatz beschrieben, eingestellt werden.at the measurement of polarization-influencing properties of an optical Component with the measuring arrangement according to the invention is at a variety of measuring points on the surface of the optical Component measuring light irradiated. In this way, polarization-influencing Properties of the optical component determined locally resolved be, in particular the birefringence of the optical component. In an advantageous further development of this method, for example, by the control unit, the beam path of a Beam of the measuring radiation when passing through the optical component at the respective measuring points based on lens parameters in advance calculated. Based on these calculations, the detector unit becomes aligned so that the emerging from the optical component Measuring light beam hits the detector unit with maximum intensity. A fine adjustment of the orientation of the detector unit or their Distance to the optical component to be measured can additionally by means of Intensity measurements, as described in the previous paragraph.

Verschiedene mögliche Anordnungen der zu vermessenden optischen Komponente und der entsprechenden Lichtquellen- bzw. Detektoreinheit sind in den 1 bis 3 dargestellt.Various possible arrangements of the optical component to be measured and the corresponding light source or detector unit are in the 1 to 3 shown.

Der Strahlverlauf der Messstrahlung ist in den Abbildungen mit schwarzen Pfeilen dargestellt. Auch wenn in den Figuren lediglich bikonvexe Linsen dargestellt sind, können mit der hier beschriebenen Anordnung und dem ebenfalls angegebenen Verfahren auch Linsen aller anderen denkbaren Formen charakterisiert werden, wie zum beispiel Menisken, Plankonvex- oder Plankonkavlinsen, Bikonkavlinsen, Asphären oder Freiformflächen.Of the The beam path of the measuring radiation is black in the figures Arrows shown. Even if in the figures only biconvex Lenses are shown with the arrangement described here and also indicated Method also characterized lenses of all other conceivable forms such as menisci, plano-convex or plano-concave lenses, Biconcave lenses, aspheres or free-form surfaces.

Die Bezeichnung „Lichtquelle" in den Figuren bezeichnet die Lichtquelleneinheit, die Bezeichnung „Detektor" in den Figuren bezeichnet die Detektoreinheit.The Designation "light source" in the figures the light source unit, the term "detector" in the figures denotes the detector unit.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung mit einer vertikal ausgerichteten Linse in Fassung, wobei zur Positionierung der Lichtquellen- und der Detektoreinheit jeweils ein separater Roboter vorgesehen ist. 1 shows a measuring arrangement according to the invention with a vertically oriented lens in socket, wherein for positioning the light source and the detector unit is provided in each case a separate robot.

2 zeigt eine Messanordnung mit einer gegenüber 1 geänderten Ausrichtung der Detektoreinheit 2 shows a measuring arrangement with one opposite 1 changed orientation of the detector unit

3 zeigt eine Messanordnung mit einer horizontal ausgerichteten Linse, die in Fassung oder ungefasst vermessen werden kann. 3 shows a measuring arrangement with a horizontally oriented lens that can be measured in frame or unmounted.

Claims (12)

Messanordnung zur Messung von polarisationsbeeinflussenden Eigenschaften einer refraktiven optischen Komponente, insbesondere einer Linse, mit einer Lichtquelleneinheit, welche Messstrahlung emittiert, und einer Detektoreinheit, welche den Polarisationszustand der Messstrahlung detektiert, wobei Lichtquelleneinheit und Detektoreinheit so angeordnet sind, dass die Messstrahlung die refraktive optische Komponente durchläuft, bevor sie auf die Detektoreinheit trifft, wobei die Ausrichtung der Detektoreinheit und/oder der Lichtquelleneinheit relativ zur refraktiven optische Komponente veränderbar ist.Measuring arrangement for measuring polarization-influencing Properties of a refractive optical component, in particular a lens, with a light source unit which emits measuring radiation, and a detector unit, which determines the polarization state of the measuring radiation detected, wherein light source unit and detector unit are arranged so that the measuring radiation passes through the refractive optical component before she meets the detector unit, the orientation of the Detector unit and / or the light source unit relative to the refractive optical component changeable is. Messanordnung nach Anspruch 1, wobei zusätzlich der Abstand zwischen der Detektoreinheit und der refraktiven optischen Komponente und/oder der Abstand zwischen der Lichtquelleneinheit und der refraktiven optischen Komponente veränderbar ist.Measuring arrangement according to claim 1, wherein additionally the Distance between the detector unit and the refractive optical Component and / or the distance between the light source unit and the refractive optical component is changeable. Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messanordnung eine polarimetrische Messvorrichtung ist.Measuring arrangement according to claim 1 or 2, wherein the measuring arrangement is a polarimetric measuring device. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtquelleneinheit und die Detektoreinheit jeweils eine optische Achse aufweisen und wobei die Lichtquelleneinheit und/oder die Detektoreinheit so zueinander positionierbar sind, dass die optische Achse der Lichtquelleneinheit und die optische Achse der Detektoreinheit sich schneiden.Measuring arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein the light source unit and the detector unit each having an optical axis and wherein the light source unit and / or the detector unit are positioned to each other so that the optical axis of the light source unit and the optical axis of the detector unit intersect. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Messanordnung mit mindestens einem Roboter ausgestattet ist, der an der Lichtquelleneinheit und/oder der Detektoreinheit angreift, um die Ausrichtung der Lichtquelleneinheit und/oder die Ausrichtung der Detektoreinheit relativ zur refraktiven optischen Komponente einzustellen.Measuring arrangement according to one of claims 1 to 4, wherein the measuring arrangement equipped with at least one robot is at the light source unit and / or the detector unit engages the orientation of the light source unit and / or the orientation the detector unit relative to the refractive optical component adjust. Messanordnung nach Anspruch 5, wobei die Messanordnung mit einer Kontrolleinheit ausgestattet ist, welche mit der Detektoreinheit derart verbunden ist, dass Kontrollparameter, insbesondere Messwerte der Messstrahlungsintensität, von der Detektoreinheit an die Kontrolleinheit übertragen werden können.Measuring arrangement according to claim 5, wherein the measuring arrangement equipped with a control unit connected to the detector unit is connected such that control parameters, in particular measured values the measuring radiation intensity, can be transmitted from the detector unit to the control unit. Messanordnung nach Anspruch 6, wobei die Kontrolleinheit zusätzlich mit dem Roboter derart verbunden ist, dass mittels der Kontrollparameter die Ausrichtung der Detektoreinheit oder der Lichtquelleneinheit relativ zur refraktiven optischen Komponente eingestellt werden können.Measuring arrangement according to claim 6, wherein the control unit additionally is connected to the robot such that by means of the control parameters the orientation of the detector unit or the light source unit be adjusted relative to the refractive optical component can. Verfahren zur Bestimmung der polarisationsbeeinflussenden Eigenschaften einer refraktiven optischen Komponente, insbesondere einer Linse, mittels eines Polarimeters mit einer Lichtquelleneinheit und einer Detektoreinheit, wobei die optische Komponente im Durchtritt vermessen wird, mit den Schritten: Durchstrahlung der refraktiven optischen Komponente mit Messlicht der Lichtquelleneinheit, Ermittlung der Polarisationseigenschaften der aus der optischen Komponente austretenden Messstrahlung mittels der Detektoreineheit, und Ermittlung der polarisationsbeeinflussenden Eigenschaften der refraktiven optischen Komponente aus den Polarisationseigenschaften der austretenden Messstrahlung.Method for determining the polarization-influencing Properties of a refractive optical component, in particular a lens, by means of a polarimeter with a light source unit and a detector unit, wherein the optical component in the passage is measured, with the steps: Radiation of the refractive optical component with measuring light of the light source unit, detection the polarization properties of the optical component emerging measuring radiation by means of the detector unit, and detection the polarization-influencing properties of the refractive optical Component of the polarization properties of the exiting measurement radiation. Verfahren gemäß Anspruch 8, mit den weiteren Schritten: Bestimmung eines Strahlverlaufs der Messstrahlung beim Durchtritt durch die refraktive optische Komponente, Positionierung der Lichtquelleneinheit und/oder der Detektoreinheit im Strahlverlauf der Messstrahlung so, dass am Detektor ein Intensitätsmaximum der aus der refraktiven Komponente austretenden Messstrahlung auftrifft.Method according to claim 8, with the further steps: Determination of a beam path the measuring radiation when passing through the refractive optical Component, Positioning of the light source unit and / or the detector unit in the beam path of the measuring radiation so that at the detector an intensity maximum incident from the refractive component exiting measurement radiation. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Ausrichtung der Detektoreinheit und/oder der Lichtquelleneinheit so gewählt werden, dass eine optische Achse der Lichtquelleneinheit und eine optische Achse der Detektoreinheit einen Winkel von mehr als 0° und weniger als 180° einschließen.Method according to claim 9, wherein the orientation of the detector unit and / or the light source unit so chosen be that an optical axis of the light source unit and a optical axis of the detector unit an angle of more than 0 ° and less as 180 °. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Positionierung der Lichtquelle und/oder des Detektors mittels mindestens eines Roboters erfolgt.Method according to claim 9, wherein the positioning of the light source and / or the detector by means of at least one robot takes place. Verfahren gemäß eines der Ansprüche 8 bis 11, wobei mehrere Messungen an einer Vielzahl verschiedener Punkten einer Oberfläche der optischen Komponente durchgeführt werden.Method according to a the claims 8 to 11, where several measurements on a variety of different Points of a surface the optical component are performed.
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