DE102006031006A1

DE102006031006A1 - Messanordnung und Verfahren zur Bestimmung von Polarisationseigenschaften einer refraktiven optischen Komponente

Info

Publication number: DE102006031006A1
Application number: DE200610031006
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Ochse; Jens Dr. Spanuth; Helge Baumstark
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-07-06
Also published as: DE102006031006B4

Abstract

Die Anmeldung beschreibt eine Messanordnung zur Messung von polarisationsbeeinflussenden Eigenschaften einer refraktiven optischen Komponente, wie beispielsweise einer Linse. Die Messanordnung verfügt über eine Lichtquelleneinheit, welche Messstrahlung emittiert, und über einer Detektoreinheit, welche den Polarisationszustand der Messstrahlung detektiert. Dabei sind Lichtquelleneinheit und Detektoreinheit so angeordnet, 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 optischen Komponente veränderbar ist. Gleichzeitig kann zusätzlich der Abstand zwischen der Detektoreinheit und der refraktiven optischen Komponente und/oder der Abstand zwischen der Lichtquelleneinheit und der refraktiven optischen Komponente verändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Bestimmung von polarisationsbeeinflussenden Eigenschaften einer refraktiven optischen Komponente.
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.
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.
Um derartige refraktive optische Komponenten herstellen zu können, ist es erforderlich, solche Komponenten bezüglich ihres Einflusses auf die Polarisationseigenschaften von hindurchtretender Strahlung zu charakterisieren.
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.
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.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messanordnung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zur Bestimmung polarisationsbeeinflussender Eigenschaften optischer Komponenten gemäß Anspruch 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.
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.
Die Messanordnung kann ein Polarimeter oder ein entsprechend angepasstes Ellipsometer sein.
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.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn auch der Abstand der Detektoreinheit und/oder der Lichtquelleneinheit relativ zur zu vermessenden optischen Komponente eingestellt werden kann.
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.
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.
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.
Verschiedene mögliche Anordnungen der zu vermessenden optischen Komponente und der entsprechenden Lichtquellen- bzw. Detektoreinheit sind in den 1 bis 3 dargestellt.
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.
Die Bezeichnung „Lichtquelle" in den Figuren bezeichnet die Lichtquelleneinheit, die Bezeichnung „Detektor" in den Figuren bezeichnet die Detektoreinheit.
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.
2 zeigt eine Messanordnung mit einer gegenüber 1 geänderten Ausrichtung der Detektoreinheit
3 zeigt eine Messanordnung mit einer horizontal ausgerichteten Linse, die in Fassung oder ungefasst vermessen werden kann.

Claims

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.
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.
Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messanordnung eine polarimetrische Messvorrichtung ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Positionierung der Lichtquelle und/oder des Detektors mittels mindestens eines Roboters erfolgt.
Verfahren gemäß eines der Ansprüche 8 bis 11, wobei mehrere Messungen an einer Vielzahl verschiedener Punkten einer Oberfläche der optischen Komponente durchgeführt werden.