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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Polarisationszustands von Licht, insbesondere in einer Maskenebene einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit einer drehbar angeordneten Viertelwellenlängenplatte, einer drehbar angeordneten Halbwellenlängenplatte, einem Analysator und einem optischen Bildaufnehmer.
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Eine derartige Vorrichtung ist durch Benutzung im Stand der Technik bekannt.
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Die bekannte Vorrichtung beruht auf dem Grundprinzip, durch Verdrehen einer Viertelwellenplatte relativ zu einem Analysator zeitliche Intensitätsschwankungen zu erzeugen, die von einem optischen Bildaufnehmer, z. B. einem CCD-Sensor, erfaßt werden. Durch Auswertung der Intensitätsschwankungen ist es möglich, den Polarisationszustand vollständig zu bestimmen. Dies schließt u. a. die Bestimmung des Polarisationsgrades, d. h. den Anteil des polarisierten Lichtes gegenüber unpolarisierten Lichtes, ein. Ferner kann ermittelt werden, ob das polarisierte Licht linear, elliptisch oder (als Spezialfall hierzu) zirkular polarisiert ist. Mathematisch wird der Polarisationszustand durch den Stokes-Vektor beschrieben, dessen Komponenten mit einer derartigen Anordnung vollständig bestimmbar sind. Einzelheiten zum Grundprinzip finden sich beispielsweise in Naumann/Schröder, ”Bauelemente der Optik”, 6. Auflage, Seiten 499/500.
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In der
US 2005/0201751 A1 und der
US 2003/0007151 A1 sind drehbare Halb- und Viertelwellenplatten zur Polarisationszustandsmessung offenbart.
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Aus der
US 6 924 893 B2 ist es bekannt, den Polarisationszustand unter Einsatz von unbewegten Flüssigkristallplatten zu bestimmen, welche in Abhängigkeit von der angelegten Spannung Viertelwellenlängenplatten- oder Halbwellenplatten-Charakteristik annehmen.
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Es hat sich allerdings gezeigt, daß sich mit einer Anordnung, bei der sich eine Viertelwellenlängenplatte relativ zu einem Analysator verdrehen läßt, eine hochgenaue Messung des Polarisationsgrades nicht möglich ist. Deswegen ist vorgeschlagen, bei erhöhten Meßanforderungen, wie sie z. B. im Zusammenhang mit mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen auftreten, im Wege einer zweiten Messung den Anteil zirkular oder unpolarisierten Lichtes genauer zu bestimmen. Hierzu wird anstelle der Viertelwellenlängenplatte eine Halbwellenlängenplatte relativ zu dem Analysator verdreht. Hat das Licht eine Polarisationsvorzugsrichtung (lineare oder elliptische Polarisation), so entstehen bei der Drehung der Halbwellenlängenplatte ebenfalls Intensitätsschwankungen auf dem Bildaufnehmer.
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Bislang verwendet man für die zusätzliche Messung mit der Halbwellenlängenplatte eine eigene Meßvorrichtung. Dies hängt damit zusammen, daß es mechanisch relativ aufwendig wäre und auch zu Bauraumproblemen führen würde, wenn man in einer einzigen Vorrichtung eine Viertelwellenlängenplatte und eine Halbwellenlängenplatte so anordnet, daß sie getrennt von einander in den Strahlengang eingeführt und dort verdreht werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß man zwei unabhängige Messungen mit einer Viertelwellenlängenplatte und einer Halbwellenlängenplatte mit einem möglichst geringen apparativen Aufwand durchführen kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die Viertelwellenlängenplatte und die Halbwellenlängenplatte starr miteinander verbunden und um eine einzige gemeinsame Drehachse drehbar angeordnet sind.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich der Intensitätsverlauf auf dem Bildaufnehmer bei der Drehung der Viertelwellenlängenplatte nach 180° wiederholt. Daher genügt es, die Viertelwellenlängenplatte nur um 180° zu verdrehen. Bei der Halbwellenlängenplatte wiederholt sich der Intensitätsverlauf bereits nach einer Drehung um 90°, so daß hier ein noch kleinerer Drehwinkel erforderlich ist. Dadurch aber wird es möglich, die beiden Platten starr miteinander zu verbinden und um eine gemeinsame Drehachse zu verdrehen. Zunächst wird dann beispielsweise die Viertelwellenlängenplatte in die Pupille eingeführt und um (mindestens) 180° gedreht. Durch Weiterdrehen gelangt schließlich die Halbwellenlängenplatte in die Pupille, die um mindestens 90° gedreht wird. Auf diese Wiese ist es möglich, beide Platten hintereinander in die Pupille einzuführen und dabei jeweils so weit zu verdrehen, wie dies für die Durchführung der Messung erforderlich ist.
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Am einfachsten ist es, wenn die Viertelwellenlängenplatte und die Halbwellenlängenplatte Teil einer drehbar angeordneten und vorzugsweise kreisrunden Scheibe sind. Dadurch sind beide Platten auf gleicher Höhe angeordnet, wodurch sich vergleichbare optische Verhältnisse ergeben.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung bildet die Viertelwellenlängenplatte ein erstes Scheibensegment und die Halbwellenlängenplatt ein zweites Scheibensegment, wobei das erste Scheibensegment einen zusammenhängenden ersten Winkelbereich von mehr als 180° überdeckt und das zweite Scheibensegment einen zusammenhängenden zweiten Winkelbereich von mehr als 90° über deckt.
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Durch diese Anordnung ist gewährleistet, daß die Viertelwellenlängenplatte im Strahlengang um mindestens 180° und die Halbwellenlängenplatte um mindestens 90° verdreht werden kann, wie dies für die Durchführung der Messung erforderlich ist.
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Bei dem Analysator kann es sich im Prinzip um jeden beliebigen linearen Polarisator handeln. Besonders günstig ist es, wenn der Analysator eine polarisationsselektive Strahlteilerschicht enthält, die für einen ersten linearen Polarisationszustand lichtdurchlässig ist und für einen hierzu orthogonalen Polarisationszustand reflektierend ist. Auf diese Weise besteht nämlich die Möglichkeit, den reflektierten Anteil zusätzlich einer polarisationsoptischen Auswertung zuzuführen. Hierzu kann von der Strahlteilerschicht reflektiertes Licht beispielsweise mit Hilfe eines Umlenkspiegels auf den Bildaufnehmer gerichtet werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Lichteintrittsöffnung derart angeordnet, daß durch sie fallendes Licht die Viertelwellenlängenplatte durchtritt. Eine zweite Lichteintrittsöffnung ist derart angeordnet, daß durch sie fallendes Licht die Halbwellenlängenplatte durchtritt. Auf diese Weise können für zwei Feldpunkte, die durch die Lage der Lichteintrittsöffnungen definiert sind, gleichzeitig eine Messung mit der Viertelwellenlängenplatte und eine Messung mit der Halbwellenlängenplatte durchgeführt werden. Durch Verdrehen um die gemeinsame Achse kann dann für die beiden Feldpunkte eine zweite Messung mit der jeweils anderen Platte durchgeführt werden. Die Meßgeschwindigkeit läßt sich mit dieser Ausgestaltung somit verdoppeln, ohne daß die Vorrichtung insgesamt dadurch erheblich größer oder aufwendiger wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit welcher der Polarisationszustand von Licht gemessen wird, das durch ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage erzeugt wird;
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2 einen meridionalen Schnitt durch die in der 1 gezeigte Vorrichtung in vergrößerter Darstellung;
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3 eine Draufsicht auf eine drehbar in der Vorrichtung angeordnete Wellenlängenscheibe;
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4 ein anderes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer an die 2 angelehnten Schnittdarstellung;
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer an die 2 angelehnten Schnittdarstellung.
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Die 1 zeigt eine mit 10 bezeichnete Meßvorrichtung, mit der sich der Polarisationszustand von Licht in einer Maskenebene 12 messen läßt, die von einem Beleuchtungssystem 14 einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage im Bereich eines Beleuchtungsfeldes ausgeleuchtet wird. Während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage wird in die Maskenebene 12 eine Maske eingeführt, die eine Vielzahl feiner Strukturen enthält. Die innerhalb des Beleuchtungsfeldes liegenden Strukturen werden mit Hilfe eines Projektionsobjektivs auf eine lichtempfindliche Schicht abgebildet, die üblicherweise auf einem Halbleiterwafer oder bereits darauf aufgebrachten Schichten aufgetragen ist.
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Um die Abbildung der Strukturen auf die lichtempfindliche Schicht zu verbessern, wird die Maske gelegentlich nicht wie bislang mit unpolarisiertem, sondern mit polarisiertem Licht beleuchtet. Die Einstellung einer definierten Polarisation in der Maskenebene 12 stellt hohe Anforderungen an das Beleuchtungssystem 14. Um überprüfen zu können, ob das Beleuchtungssystem 14 den in der Maskenebene 12 gewünschten Polarisationszustand tatsächlich erzeugt, ist eine Vermessung des Polarisationszustandes erforderlich. Die hierfür vorgesehene Meßvorrichtung 10 weist zu diesem Zweck eine Lichteintrittsöffnung 16 auf, die während der Messung in der Maskenebene 12 angeordnet ist. Die Meßvorrichtung 10 ermöglicht es, den Polarisationszustand des durch die Lichteintrittsöffnung 16 fallenden Lichtes zu bestimmen. Um den Polarisationszustand an einem anderen Ort innerhalb der Maskenebene 12 zu bestimmen, wir die Meßvorrichtung 10 parallel zur Maskenebene 12 verfahren, wie dies in der 1 durch einen Doppelpfeil 18 angedeutet ist.
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Die 2 zeigt die Meßvorrichtung 10 schematisch in einem vergrößerten meridionalen Schnitt. Die Meßvorrichtung 10 weist ein lichtdichtes Gehäuse 18 mit einem Deckel 20 auf, der die Lichteintrittsöffnung 16 enthält. In dem Gehäuse 18 sind entlang einer optischen Achse 22 eine Kollimatorlinse 24, eine Wellenlängenplatte 26 sowie ein Analysator in Form eines polarisationsselektiven Strahlteilerwürfels 28 angeordnet. Der polarisationsselektive Strahlteilerwürfel 28 enthält eine polarisationsselektive Strahlteilerschicht 30, die für Licht in einem ersten linearen Polarisationszustand durchlässig ist und für Licht in einem zweiten hierzu orthogonalen Polarisationszustand reflektierend ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das reflektierte Licht in Richtung des Gehäuses 18 gerichtet und nicht weiter ausgewertet.
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In Lichtausbreitungsrichtung hinter dem Strahlteilerwürfel 28 ist ein Bildaufnehmer 32 angeordnet, der auf einem Träger 34 aufgebracht ist. Der Bildaufnehmer 32 kann beispielsweise als CCD-Sensor ausgebildet sein, der eine Vielzahl von lichtempfindlichen Pixeln umfaßt. Die Wellenlängenplatte 26 ist um eine Drehachse 36 drehbar angeordnet, die parallel zur optischen Achse 22 verläuft. Wie die in der 3 gezeigte Draufsicht auf die Wellenlängenplatte 26 zeigt, weist diese ein erstes Segment 38 und ein zweites Segment 40 auf. Das erste Segment 38 besteht aus einer Viertelwellenlängenplatte und überstreicht zwischen zwei radialen Begrenzungen einen Winkelbereich von 225°. Das zweite Segment ist als Halbwellenlängenplatte ausgebildet und überstreicht den restlichen Winkelbereich von 135°. Die optische Achse (langsame oder schnelle Achse) der Viertelwellenlängenplatte und der Halbwellenlängenplatte ist dabei parallel zur Papierebene, d. h. senkrecht zur optischen Achse 22 der Meßvorrichtung 10, angeordnet.
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Mit 42 ist in der 3 die Pupille angedeutet, die während der Messung von Licht durchtreten wird. Die Größer der Wellenlängenplatte 26 ist so gewählt, daß die Pupille 42 (knapp) innerhalb eines Winkelsegments 44 liegt, das sich über einen Winkelbereich von 45° erstreckt, der in der 3 mit gestrichelten Linien angedeutet ist.
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Infolge dieser Aufteilung der Wellenlängenplatte 26 ist es möglich, durch Drehung der Wellenlängenplatte 26 das erste Segment 38 so über die Pupille 42 zu verfahren, daß dabei insgesamt ein Winkelbereich von 180° überstrichen wird. Bei der in der 3 erkennbaren Stellung der Wellenlängenplatte 26 ist gut erkennbar, daß man die Wellenlängenplatte 26 sowohl um 90° im als auch gegen den Uhrzeigersinn verdrehen kann, wobei die Pupille 42 stets innerhalb des ersten Segments 38 bleibt.
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Entsprechendes gilt auch für das zweite Segment 40. Wird dieses durch Drehung der Wellenlängenscheibe 26 über die Pupille 42 gebracht, so kann das zweite Segment 40 noch um weitere 90° gedreht werden, wobei die Pupille 42 stets von dem zweiten Segment 40 überdeckt bleibt.
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Die Meßvorrichtung 10 funktioniert wie folgt:
Zunächst wird die Wellenlängenplatte 26 so verdreht, daß die Pupille 42 gerade an einem der radial verlaufenden Ränder des ersten Segments 38 zu liegen kommt. Nun wird die Wellenlängenscheibe 26 kontinuierlich um insgesamt 180° um die Drehachse 36 verdreht, bis die andere radiale Begrenzung an die Pupille 42 angrenzt. Die dabei auf dem Bildaufnehmer 32 entstehende Intensitätsverteilung wird während des Drehvorgangs aufgenommen und in an sich bekannter Weise zur Bestimmung des Polarisationszustandes ausgewertet.
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Anschließend wird die Wellenlängenscheibe 26 um etwas mehr als 45° weitergedreht, wodurch die Pupille 42 nun innerhalb des zweiten Segments 40 in der Nähe einer radialen Begrenzung zu liegen kommt. Nun schließt sich eine zweite Messung an, während der die Wellenlängenplatte 26 um insgesamt 90° um die Drehachse 36 verdreht wird. Auch hier wird die auf dem Bildaufnehmer 32 entstehende Intensitätsverteilung erfaßt und in an sich bekannter Weise ausgewertet.
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In einem nächsten Schritt kann die Meßvorrichtung 10 parallel zur Maskenebene 12 verfahren werden, wie dies in der 1 mit dem Doppelpfeil 18 angedeutet ist. Dort wird die Messung in der gleichen Weise wiederholt. Die Halbwellenlängenscheibe 26 kann dabei im gleichen Drehsinn weitergedreht werden.
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Die 4 zeigt in einer an die 2 angelehnten Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung, die insgesamt mit 10' bezeichnet ist. Die Meßvorrichtung 10 unterscheidet sich von der in der 2 gezeigten Vorrichtung 10 vor allem dadurch, daß zwischen der Wellenlängenplatte 26 und dem Bildaufnehmer 32 ein planer Umlenkspiegel 50 angeordnet ist. Die Anordnung des Umlenkspiegels 50 ist dabei derart gewählt, daß von der polarisationsselektiven Strahlteilerschicht 30 des Strahlteilerwürfels 28 reflektiertes Licht, das in der 4 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, auf einen entsprechend vergrößerten Bildaufnehmer 32' gerichtet wird. Auf diese Weise ist es möglich, neben dem von der Strahlteilerschicht 30 transmittierten Anteil auch den reflektierten Anteil mit Hilfe des Bildaufnehmers 32 zu erfassen und bei der Bestimmung des Polarisationszustandes zu berücksichtigen.
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Die 5 zeigt in einer ebenfalls an die 2 angelehnten Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung, die mit 10'' bezeichnet ist. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Die Meßvorrichtung 10'' besteht im wesentlichen aus zwei einzelnen Meßvorrichtungen 10, wobei zur besseren Unterscheidbarkeit die Bezugsziffern um die Buchstaben a bzw. b ergänzt sind. Allerdings weist die Meßvorrichtung 10' nur eine einzige Wellenlängenplatte 26 auf, deren Drehachse 36 zwischen den beiden Strahlengängen angeordnet ist. Auf diese Weise kann mit dem ersten Bildaufnehmer 32a eine Vermessung des durch die erste Lichteintrittsöffnung 16a eintretenden Lichts unter Verwendung des zweiten Segments 40 (Halbwellenlängenplatte) durchgeführt werden. Gleichzeitig erfolgt eine Vermessung des durch die zweite Lichteintrittsöffnung 16b eintretenden Lichts unter Verwendung des ersten Segments 38 (Viertelwellenlängenplatte). Bei einer Drehung der Wellenlängenscheibe 26 um insgesamt 360° wird somit das an den Lichteintrittsöffnungen 16a, 16b eintretende Licht sowohl mit der Viertelwellenlängenplatte als auch mit der Halbwellenlängenplatte polarisationsoptisch analysiert. Wie ein Vergleich mit der 2 zeigt, ist die Meßvorrichtung 10'' gemäß diesem Ausführungsbeispiel nur unwesentlich größer in seinen Abmessungen als die Meßvorrichtung 10, jedoch kann in der gleichen Zeit eine doppelte Menge an Punkten in der Maskenebene 12 vermessen werden.
