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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum ortsaufgelösten Vermessen
der Doppelbrechungsverteilung eines zylindersymmetrischen Rohlings
aus einem für mindestens eine Wellenlänge λB zwischen 180 nm und 650 nm, insbesondere
bei 193 nm transparenten optischen Material sowie eine Messvorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
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Projektionsbelichtungsanlagen
für die Mikrolithographie werden üblicher Weise
bei Wellenlängen unterhalb von 250 nm betrieben, z. B.
mit gepulsten Lasern bei einer Betriebswellenlänge von
z. B. 248 nm (KrF-Laser) oder 193 nm (ArF-Laser). Bei den in solchen
Anlagen verwendeten optischen Elementen, insbesondere bei Linsenelementen,
spielt die Doppelbrechung des optischen Materials eine wichtige Rolle.
Als Doppelbrechung wird die Aufspaltung der einfallenden Strahlung
in zwei senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung polarisierte
Teilstrahlen (ordentlicher bzw. außerordentlicher Strahl)
mit unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten bezeichnet,
die z. B. durch Spannungen in einem optischen Material hervorgerufen
werden kann. Die Achse mit der höheren Ausbreitungsgeschwindigkeit wird
auch als „schnelle Achse” bezeichnet.
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Durch
die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten weisen die beiden
Teilstrahlen nach dem Durchtritt durch das optische Material eine Phasenverschiebung
auf. Beim Einsatz solcher optischer Elemente in mit polarisierter
Strahlung betriebenen optischen Anlagen, z. B. in polarisiert betriebenen
Beleuchtungssystemen, kann es zu spannungsinduzierten Polarisationsverlusten
kommen, welche z. B. bei einem Beleuchtungssystem die Erzeugung ein
scharf begrenzten und homogen beleuchteten Bildfelds erschweren.
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Um
die (Spannungs-)doppelbrechung (SDB) von optischen Elementen vor
deren Einbau in ein optisches System zu bestimmen und ggf. Maßnahmen zu
deren Kompensation einzuleiten, ist es bekannt, die Spannungsdoppelbrechung
des Rohlings, aus dem das optische Element gefertigt wird, entlang
der im Wesentlichen der Lichtdurchtrittsrichtung entsprechenden
Symmetrieachse der zylindrischen Rohling-Scheibe (Z-Richtung) zu
vermessen. Bei diesem Verfahren wird ein über die Dicke
des Rohlings in Z-Richtung integrierte, gemittelte Spannungsdoppelbrechungsverteilung
(z. B. in nm/cm) in axialer Richtung (Z-Richtung) erhalten, wie
sie beispielhaft in
1a dargestellt ist.
2a zeigt
eine statistische Auswertung des Betrags der Doppelbrechungsverteilung
von
1a mit dem Histogramm des Betrags der Doppelbrechung
in den Grenzen zwischen 0 nm/cm und ca. 1 nm/cm. Zur Vermessung
der in
1a gezeigten Doppelbrechungsverteilung
werden Messgeräte verwendet, welche z. B. mit Messstrahlung
bei einer Messwellenlänge von 633 nm (He-Ne-Laser) arbeiten
und den Rohling mit einem Messlichtstrahl durchleuchten, der von
einem ortsauflösenden Detektor unter Variation des Drehwinkels
eines Analysators empfangen wird, wie z. B. in der
US 5,257,092 beschrieben ist.
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Untersuchungen
haben ergeben, dass die ortsaufgelöste Vermessung der axialen
Spannungsdoppelbrechung (SDB) eines Rohlings nicht in jedem Fall
ausreichend ist, um das Polarisationsverhalten des aus dem Rohling
gefertigten optischen Elements ausreichend zu qualifizieren. Dieses
Problem tritt insbesondere dann auf, wenn aus dem Rohling ein optisches
Element gefertigt wird, das mit einer Lichtdurchtrittsrichtung betrieben
wird, die von der axialen Richtung abweicht, d. h. bei der einzelne
Strahlen eine Winkel-Abweichung von der axialen Richtung von beispielsweise
mehr als 5° aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum ortsaufgelösten
Vermessen der Doppelbrechungsverteilung eines Rohlings sowie eine
Messvorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe eine Modellierung
des totalen Spannungsverhaltens des Rohlings möglich ist.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten
Art, umfassend: Durchstrahlen des in einem Behälter mit
einer Immersionsflüssigkeit angeordneten Rohlings an einer
mantelseitigen Messposition mittels eines Messlichtstrahls, der
in einer Messrichtung bevorzugt rechtwinklig zur Symmetrieachse
des Rohlings verläuft, sowie Variieren der mantelseitigen
Messposition durch Bewegen des Messlichtstrahls und des Rohlings
relativ zueinander in zwei Richtungen rechtwinklig zur Messrichtung
für das ortsaufgelöste Vermessen der nicht-axialen
Doppelbrechungsverteilung des Rohlings.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, die Doppelbrechung des Rohlings ortsaufgelöst
an dessen zylindrischer Mantelfläche zu vermessen, um die nicht-axiale,
auch in Z-Richtung ortsaufgelöste Doppelbrechungsverteilung
des Rohlings zu erhalten. Hierzu kann der Messlichtstrahl, der in
der Regel von der Lichtquelle eines Polarimeters erzeugt wird, die Mantelfläche
des Rohlings abrastern, so dass z. B. bei einer in Y-Richtung durchgeführten
Messung die Doppelbrechungsverteilung in der XZ-Ebene des Rohlings
vermessen werden kann.
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Bei
einer vorteilhaften Variante umfasst das Verfahren weiterhin: Durchstrahlen
des Rohlings an einer stirnseitigen Messposition mittels eines Messlichtstrahls,
der in einer axialen Messrichtung parallel zur Symmetrieachse des
Rohlings verläuft, sowie Variieren der stirnseitigen Messposition
durch Bewegen des Messlichtstrahls und des Rohlings relativ zueinander
in zwei Richtungen rechtwinklig zur axialen Messrichtung zum ortsaufgelösten
Vermessen der axialen Doppelbrechungsverteilung des Rohlings. Die
auf diese Weise bestimmten Messwerte der axialen Doppelbrechungsverteilung
können mit den Messwerten der nicht-axialen Doppelbrechungsverteilung
kombiniert werden, um eine Modellierung des totalen Spannungsverhaltens
des Rohlings, d. h. der dreidimensionalen Verteilung der Doppelbrechung
in dem Rohling, sowie dessen Auswirkung auf die Polarisation zu
ermitteln. Auf diese Weise lässt sich das Polarisationsverhalten
des aus dem Rohling zu fertigenden optischen Elements abschätzen
und dessen Gesamteinfluss auf das Polarisationsverhalten des optischen
Systems bestimmen, in den das optische Element integriert werden
soll.
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Bevorzugt
wird aus der (nicht-axialen und/oder axialen) Doppelbrechungsverteilung
die Orientierung der schnellen Achse der Doppelbrechung in dem Rohling
bestimmt. Dies ist möglich, da die Phaseninformation in
hoher Güte mit den handelsüblichen Polarimetern verfügbar
ist. Die Orientierung der schnellen Achse liefert hierbei wichtige
Informationen über die Art der Retardierung der Strahlung
in dem Rohling (tangential oder radial, was für Kompensationen
der spannungsinduzierten Retardierungseffekte wichtig ist – siehe
„Correction
of the phase retardation caused by intrinsic birefringence in deep
UV lithography" SPIE 5754-194 2005-01-31 oder
US 6,844,972 B2 ).
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In
einer Variante weist der Messlichtstrahl eine Messwellenlänge
von weniger als 250 nm, insbesondere von 193 nm, auf und es wird
eine Immersionsflüssigkeit gewählt, die bei der
Messwellenlänge einen Extinktionskoeffizienten von weniger
als 2 × 1/cm besitzt. Bei Verwendung einer Messlichtquelle, die
Messlicht bei einer Wellenlänge im UV-Bereich erzeugt,
z. B. einer Lampe mit Bandfilter oder bei einem geeigneten Laser,
kann die Messung mit derselben Wellenlänge wie der Arbeitswellenlänge
(z. B. 193 nm) der gängigen Stepper- und Scannersysteme für
die Mikrolithographie erfolgen, in denen der Rohling eingesetzt
werden soll.
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Hierbei
muss eine Immersionsflüssigkeit gewählt werden,
die auch bei UV-Wellenlängen noch eine ausreichende Transmission
aufweist. Aus der
US 7084314 ,
welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird,
ist eine solche Immersionsflüssigkeit (Decahydro-2-trifluoromethyl-2,3,3-trifluoro-1,2:5,8-dimethanonaphthalin)
bekannt, die eine Extinktion von ca. 1,2 1/cm aufweist. Es eignen
sich aber auch nicht verzweigtkettige perfluorierte Polyether (z.
B. CF3-(O-CF2-CF2)
x- (O-CF2)
y-O-CF3-)
als Immersionsflüssigkeiten die eine Extinktion von ca.
1,8 1/cm bei 193 nm aufweisen.
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Die
an einem Rohling gewonnenen Daten, der bei der Messwellenlänge
eine intrinsische Doppelbrechung aufweist, z. B. einem Rohling aus
Calciumfluorid (CaF2) bei einer Wellenlänge
von 193 nm, müssen hierbei um die Beiträge der
intrinsischen Doppelbrechung korrigiert werden. (vgl. J.
Burnett, Z. H. Levine, E. L. Shirley and J. H. Bruning in: J. Microlithography,
Microfabrication and Microsystems1 (2002) 213).
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In
einer bevorzugten Variante wird der Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit
so gewählt, dass er bei der Messwellenlänge mit
dem Brechungsindex des optischen Materials des Rohlings (nahezu) übereinstimmt.
Für Calciumfluorid als Material des Rohlings, das bei 193
nm einen Brechungsindex von ca. 1,50 aufweist, eignet sich z. B. das oben
beschriebene Decahydro-2-trifluoromethyl-2,3,3-trifluoro-1,2:5,8-dimethanonaphthalin,
das bei dieser Wellenlänge einen Brechungsindex von 1,555
aufweist. Aber auch die oben beschriebenen nicht verzweigtkettigen
perfluorierten Polyether, die bei einer Wellenlänge von
193 nm einen Brechungsindex von 1,527 aufweisen, eignen sich als
Immersionsflüssigkeiten für Calciumfluorid.
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Bei
einer vorteilhaften Variante wird in einem vorausgehenden Schritt
der Einfluss der Immersionsflüssigkeit und des Behälters
bei der Vermessung der Doppelbrechung des Rohlings zu Korrekturzwecken ermittelt.
Hierzu wird der Behälter mit der Immersionsflüssigkeit
ohne darin angeordneten Rohling zumindest in dem Bereich, in dem
nachfolgend der Rohling vermessen werden soll, mit dem Messlichtstrahl
des Polarimeters abgerastert, um die durch die Immersionsflüssigkeit
und dem Behälter (Küvette) erzeugte Retardierung
und Phasenverschiebung zu bestimmen. Von den bei der Vermessung
des Rohlings ermittelten polarimetrischen Daten (dem zugehörigen
Wert der Doppelbrechung und der Phaseninformation) werden die durch
die Immersionsflüssigkeit und Küvette erzeugte
Werte der Doppelbrechung und Phasenverschiebungen subtrahiert. Wie
sich bei Messungen an einem doppelten Rohling gezeigt hat, sollte
diese Subtraktion vektoriell erfolgen, d. h. es muss neben dem Betrag
auch die Phaseninformation der Doppelbrechung mit berücksichtigt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Variante wird zur Bestimmung der nicht-axialen
Doppelbrechung des Rohlings die an der jeweiligen mantelseitigen Messposition
von dem Messstrahl in dem Rohling zurückgelegte Wegstrecke
bestimmt. Da wegen der runden Geometrie des Rohlings die von dem
Messstrahl in dem Rohling zurückgelegte Wegstrecke vom Abstand
des Messlichtstrahls von der Mittelebene des Rohlings abhängig
ist, müssen die Messwerte an unterschiedlichen Messpositionen
normiert werden um diese vergleichen zu können. Diese Normierung erfolgt,
indem der mit dem Polarimeter gemessene Wert der Doppelbrechung
durch die zurückgelegte Wegstrecke dividiert wird. Hierdurch
kann die Doppelbrechung an jeder Messposition als Retardierung pro
Längeneinheit (z. B. in [nm/cm]) bestimmt werden.
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In
einer Variante wird während der Relativbewegung der Rohling
gemeinsam mit dem Behälter bewegt. Bei der Bewegung des
Behälters, typischer Weise einer Küvette, muss
die Geschwindigkeit der Verschiebe-Bewegung geeignet angepasst werden, um
ein Überschwappen der Immersionsflüssigkeit zu verhindern.
Eine andere Möglichkeit, um das Überschwappen
zu verhindern, bietet ein dicht abschließender Deckel.
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In
einer besonders vorteilhaften Variante wird der Messlichtstrahl
von einer Messlichtquelle erzeugt und von einem Detektor detektiert
und es wird während der Relativbewegung die Messlichtquelle gemeinsam
mit dem Detektor bewegt. Die Messlichtquelle und der Detektor bilden
gemeinsam ein Polarimeter, wobei der Detektor mit einer Auswerteeinrichtung
versehen sein kann, um die gemessenen Messdaten zu verarbeiten.
Bei der Bewegung von Lichtquelle und Messkopf kann die Scangeschwindigkeit
bei der Verschiebe-Bewegung entsprechend den Vorgaben des Herstellers
des Polarimeters gewählt werden, da der Behälter
in diesem Fall ruht und daher kein Überschwappen der Immersionsflüssigkeit
bei der Bewegung auftreten kann. Es versteht sich, dass auch bei
der Bewegung des Behälters bei Verwendung eines dicht schließenden
Deckels ein Überschwappen verhindert werden kann.
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In
einer besonders bevorzugten Variante wird als optisches Material
des Rohlings Calciumfluorid gewählt. Synthetisches Calciumfluorid
wird neben anderen Materialien wie z. B. synthetischem Quarzglas
als Linsenmaterial für optische Elemente in der Mikrolithographie
eingesetzt, da es im UV-Wellenlängenbereich eine hohe Transmission
aufweist.
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Die
Erfindung ist auch realisiert in einer Messvorrichtung zur Durchführung
des oben beschriebenen Verfahrens, umfassend: einen mit einer Immersionsflüssigkeit
(transparent z. B. im Wellenlängenbereich von 180 nm bis
650 nm) befüllten Behälter, insbesondere eine
Küvette, einen Rohling aus einem für mindestens
eine Wellenlänge λB zwischen 180
nm und 650 nm, insbesondere bei 193 nm transparenten optischen Material,
ein Polarimeter zum Durchstrahlen des Rohlings mit einem Messlichtstrahl
an einer mantelseitigen Messposition, wobei eine Messrichtung des
Polarimeters bevorzugt rechtwinklig zur Symmetrieachse des Rohlings
verläuft, sowie eine Bewegungseinrichtung zur Bewegung des
Polarimeters und des Behälters relativ zueinander in zwei
Richtungen rechtwinklig zur Messrichtung zur Variation der mantelseitigen
Messposition für das ortsaufgelöste Vermessen
der nicht-axialen Doppelbrechungsverteilung des Rohlings. Mittels
einer solchen Messvorrichtung kann das oben beschriebene Verfahren
besonders effektiv erfolgen. Bei der Durchführung des Verfahrens
muss beachtet werden, dass genügend Immersionsflüssigkeit
zwischen der zumindest im vermessenen Bereich für die Messstrahlung
transparenten Wand des Behälters bzw. der Küvette
und dem Rohling vorhanden ist, sonst resultieren zu hohe Werte der
Spannungsdoppelbrechung (Randeffekte). Ebenso muss die Immersionsflüssigkeit
den gesamten Rohling umgeben, damit keine Oberflächeneffekte
die Messung verfälschen können.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Bewegungseinrichtung
zum Bewegen des oder eines weiteren Polarimeters und des Behälters
relativ zueinander in zwei Richtungen rechtwinklig zur Symmetrieachse
des Rohlings ausgebildet. Zur Vermessung der Doppelbrechung in axialer
Richtung kann die Messvorrichtung ein weiteres Polarimeter aufweisen,
ggf. kann die Messung aber auch mit einem einzigen Polarimeter durchgeführt
werden, z. B. wenn mittels der Bewegungseinrichtung die Lichtquelle und
den Detektor um 90° gedreht werden können. Es versteht
sich, dass zur Durchführung sowohl der axialen als auch
der nicht-axialen Vermessung der Doppelbrechungsverteilung auch
die Orientierung des Rohlings in der Küvette verändert
werden kann, z. B. indem in der Küvette eine Halterung
für den Rohling vorgesehen wird, die so ausgeformt ist,
dass eine Ausrichtung des Rohlings mit seiner Symmetrieachse sowohl
parallel als auch rechtwinklig zur Messrichtung möglich
ist. In der Regel wird hierbei der Wechsel der Orientierung des
Rohlings in der Halterung manuell vorgenommen. Alternativ kann auch
der Behälter mit einer Abdeckung fest verschlossen und
um 90° gedreht werden.
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Der
Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit sollte mit dem
Brechungsindex des optischen Materials des Rohlings bei der Messwellenlänge möglichst
gut übereinstimmen, damit ohne polierte Oberfläche
des Rohlings und winkelunabhängig (Totalreflexion) gemessen
werden kann. Hierzu können bei einem Rohling aus Calciumfluorid
z. B. die oben beschriebenen Immersionsflüssigkeiten dienen.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist das Polarimeter eine
Messlichtquelle zur Erzeugung des Messlichtstrahls bevorzugt mit
einer Messwellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere
bei 193 nm sowie einen Detektor zum Detektieren des Messlichtstrahls
auf, die sich in Messrichtung gegenüberliegen. Die Messlichtquelle
erzeugt einen in der Regel (linear) polarisierten Messlichtstrahl
mit konstanter Orientierung des Polarisationsvektors, der Detektor misst
die Drehung des Polarisationsvektors, indem die Intensität
der nach dem Durchtritt durch den Rohling auf den Detektor treffenden Strahlung
mit einem drehbaren Polarisator bestimmt wird. Die Messwellenlänge
kann hierbei von der Arbeitswellenlänge, bei dem das aus
dem Rohling gefertigte optische Element betrieben wird, abweichen
und z. B. im sichtbaren Bereich, beispielsweise bei 633 nm liegen.
Es ist aber auch möglich, die Messwellenlänge
im UV-Wellenlängenbereich unter 250 nm und insbesondere gleich
der Arbeitswellenlänge (z. B. 193 nm) der gängigen
Stepper- und Scannersysteme für die Mikrolithographie zu
wählen.
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Bevorzugt
weist die Immersionsflüssigkeit bei der Messwellenlänge
einen Extinktionskoeffizienten von weniger als 2,0 × 1/cm
auf, um eine möglichst hohe Transmission des Messlichtstrahls
beim Durchtritt durch die Immersionsflüssigkeit zu gewährleisten.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Rohling eine
Dicke von mehr als 40 mm auf. Je dicker der Rohling, desto stärker
sind die durch die Doppelbrechung hervorgerufenen Polarisationsverluste
bei nicht parallel zur Symmetrieachse einfallender Strahlung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der
Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen,
und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können
je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination
bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
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1a,
b schematische Darstellungen einer Ausführungsform einer
Messvorrichtung zur Vermessung der Doppelbrechung an einem Rohling
in zwei Seitenansichten,
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2a,
b schematische Darstellungen der stirnseitigen bzw. der mantelseitigen
Doppelbrechungsverteilung an dem Rohling der 1a, b,
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3a,
b schematische Darstellungen von Histogrammen der Doppelbrechungsverteilungen der 2a,
b in Abhängigkeit vom Betrag der gemessenen Doppelbrechung,
und
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4a,
b schematische Darstellungen der Orientierung der schnellen Achse
der Doppelbrechung in dem in axialer bzw. nicht-axialer Richtung vermessenen
Rohling.
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In 1a,
b ist schematisch eine Messvorrichtung 1 zur ortsaufgelösten
Vermessung der Doppelbrechungsverteilung eines zylindersymmetrischen
Rohlings 2 gezeigt, der aus synthetischem Calciumfluorid
besteht, das für Strahlung bei der Betriebswellenlänge λB eines aus dem Rohling 2 zu fertigenden
optischen Elements transparent ist. Es versteht sich, dass auch
Rohlinge aus anderem Material, z. B. aus Quarzglas, mit der Messvorrichtung 1 vermessen
werden können. Der Rohling 2 ist in einer Halterung 3 in
einem als quaderförmige Küvette ausgebildeten
Behälter 4 angeordnet. Der Behälter 4 ist mit
einer Immersionsflüssigkeit 5 befüllt,
welche den Rohling 2 vollständig umgibt. Sowohl
eine Abdeckung 6, welche die Immersionsflüssigkeit 5 nach oben
begrenzt, als auch die Wand des Behälters 4 bestehen
aus einem für VUV und sichtbare Strahlung transparenten
Material, z. B. aus Quarzglas.
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Die
Messvorrichtung 1 weist weiterhin ein Polarimeter 7, 8 auf,
das aus einer Messlichtquelle 7 und einem Detektor 8 besteht,
die entlang einer Messrichtung Y eines XYZ-Koordinatensystems einander
gegenüberliegend angeordnet sind. Ein von der Messlichtquelle 7,
die als He-Ne-Laser oder als 193 nm Lichtquelle, bevorzugt als Laser
ausgebildet ist, mit einer Messwellenlänge λM von 633 nm bzw. 193 nm erzeugter, polarisierter
Messlichtstrahl 9 durchstrahlt den Rohling 2 an
seiner Mantelfläche 2a an einer Messposition MP,
die durch die X-Koordinate und die Z-Koordinate des XYZ-Koordinatensystems
festgelegt ist. Der durch den Rohling 2 hindurch getretene
Messlichtstrahl 9 wird von dem Detektor 8 aufgefangen,
um die Drehung der Polarisationsrichtung des Messlichtstrahls 9 zu
vermessen und aus den so gewonnenen polarimetrischen Messdaten die Doppelbrechung
des Rohlings an der Messposition MP zu bestimmen.
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Mittels
einer durch Pfeile angedeuteten Bewegungseinrichtung 10,
die z. B. in Form von konventionellen Linearantrieben ausgebildet
sein kann, können die Messlichtquelle 7 und der
Detektor 8 bei ruhendem Behälter 4 in
der XZ-Ebene (Messebene) verschoben werden. Alternativ kann die
Bewegungseinrichtung 10 auch so ausgebildet sein, dass
sie ein Verschieben des Behälters 4 mit dem Rohling 2 ermöglicht
(vgl. die Pfeile in 1a). Allerdings ist in diesem
Fall die Verschiebe-Geschwindigkeit ggf. begrenzt, da ein Überschwappen
der Immersionsflüssigkeit 5 aus dem Behälter 4 verhindert
werden muss. Ein Überschwappen kann auch dadurch verhindert
werden, dass die Abdeckung 6 dichtend mit dem Behälter 4 abschließt.
Das Bewegen des Polarimeters 7, 8 in X-Richtung
und Z-Richtung ermöglicht eine Variation der Messposition
MP in der XZ-Ebene und damit ein Abrastern des Messfeldes und damit die
ortsaufgelöste Vermessung der Verteilung der Spannungsdoppelbrechung
in dem Rohling 2 in nicht-axialer Richtung, d. h. senkrecht
zu seiner Symmetrieachse S.
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Zur
Bestimmung der Doppelbrechungsverteilung müssen allerdings
zunächst die polarimetrischen Messdaten, die bei der Vermessung
des Rohlings 2 in dem mit der Immersionsflüssigkeit 5 befüllten
Behälter 4 erhalten werden, um die polarimetrischen
Messdaten des mit der Immersionsflüssigkeit 5 befüllten
Behälters 4 ohne den Rohling 2 korrigiert werden.
Die Subtraktion der Messdaten sollte hierbei vektoriell erfolgen,
wie sich anhand von doppelten Messungen an dem Rohling 2 gezeigt
hat.
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Falls
bei einer Messwellenlänge von 193 nm gemessen werden soll,
ist es vorteilhaft, die erhaltenen Beträge und Phasen um
den durch die intrinsische Doppelbrechung des Rohlings verursachten Betrag
und Phase zu korrigieren.
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Um
die Vergleichbarkeit der Messdaten an verschiedenen Messpositionen
MP sicherzustellen, müssen ferner die Messdaten bezüglich
der Weglänge korrigiert werden, die der Messlichtstrahl 9 in
dem Rohling 2 zurücklegt, da der Rohling 2 eine
zylinderförmige Geometrie besitzt. Der an der jeweiligen Messposition
MP erhaltene Spannungsdoppelbrechungs-Wert (SDB) wir daher gemäß der
Gleichung SDBnormiert =
SDB/(d·cos(arcsin(2x/d))) korrigiert, wobei d den Durchmesser
des Rohlings 2 und x den Abstand der Messposition in X-Richtung vom
Zentrum des Rohlings 2 bezeichnen, welche mit dem Winkel φ an
der Messposition MP bezüglich der Y-Richtung durch folgende
Beziehung verknüpft sind: φ =
arcsin(2x/d).
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Unter
Berücksichtigung der oben beschriebenen Korrekturen wird
eine nicht-axiale Verteilung der Spannungsdoppelbrechung erhalten,
wie sie in 2b gezeigt ist (in nm/cm, da
der Durchmesser d des Rohlings 2 in cm gemessen wurde)
(der Durchmesser d beträgt hierbei ca. 20 cm). 3b zeigt eine
statistische Auswertung der Doppelbrechungsverteilung von 2b mit
einem Histogramm der gemessenen Doppelbrechung (in %) innerhalb
der Grenzen zwischen 0 nm/cm und ca. 8 nm/cm, entsprechend der minimalen
bzw. maximalen gemessenen Doppelbrechungswerte.
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Die
in 2a und 3a gezeigte
Verteilung bzw. das Histogramm der Doppelbrechung in axialer Messrichtung
(Z-Richtung) parallel zur Symmetrieachse S des Rohlings 2 kann
ebenfalls mit Hilfe der Messvorrichtung 1 bestimmt werden,
die zu diesem Zweck ein weiteres Polarimeter 7a, 8a aufweist,
vgl. 1b, das zum Durchstrahlen des Rohlings 2 an
einer stirnseitigen Messposition SP mittels eines axialen Messlichtstrahls 9a dient.
Die stirnseitige Messposition SP kann hierbei variiert werden, indem
mittels der Bewegungseinrichtung 10 der axiale Messlichtstrahl 9a in
der XY-Ebene des XYZ-Koordinatensystems verschoben wird, um den
Rohling 2 an seiner gesamten Stirnseite 2b abzurastern.
Es versteht sich, dass hierzu ggf. auch das Polarimeter 7, 8 von 1a verwendet
werden kann, wenn dieses mittels der Bewegungseinrichtung 10 oder
manuell aus der in 1a gezeigten in die in 1b gezeigte Messposition
verbracht werden kann.
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Durch
eine Kombination der Messdaten der Spannungsdoppelbrechung in nicht-axialer
sowie in axialer Richtung (2a, 2b)
lässt sich die dreidimensionale Verteilung der Spannungsdoppelbrechung
in dem Rohling 2 bestimmen. Anhand dieser Information kann
das Polarisationsverhalten des aus dem Rohling 2 zu fertigenden
Linsenelements abgeschätzt werden und dessen Gesamteinfluss
auf das Polarisationsverhalten des Systems berechnet werden. Die 4a,
b zeigen die Orientierung der schnellen Achse der Doppelbrechung
in dem Rohling 2 axial (4a) und
nichtaxial (4b). Aus der Orientierung der
schnellen Achse lassen sich gegebenenfalls wichtige Informationen
zur Korrektur der Retardierung einer aus dem Rohling 2 hergestellten
Linse ableiten, falls der Rohling 2 zur Linsenherstellung Verwendung
findet.
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Um
die Messfehler bei der oben beschriebenen Messung der Doppelbrechung
möglichst klein zu halten, sollten Randeffekte, die an
der Mantelfläche 2a bzw. den Stirnseiten 2b des
Rohlings 2 auftreten können, minimiert werden.
Zu diesem Zweck sollte der Brechungsindex no des
optischen Materials des Rohlings 2 und der Brechungsindex
nI der Immersionsflüssigkeit 5 aufeinander
abgestimmt sein, d. h. diese sollten bei der Messwellenlänge λM möglichst dicht beieinander liegen.
Im obigen Beispiel liegt der Brechungsindex no von
Calciumfluorid bei 633 nm bei ca. 1.43288, der Brechungsindex nI von dem als Immersionsflüssigkeit 5 genutzten
Lösungsmittelgemisch bei ca. 1.44. Es versteht sich, dass
das Polarimeter 7, 8 durch Wahl einer anderen
Messlichtquelle auch bei anderen Messwellenlängen betrieben
werden kann. Insbesondere kann die Messwellenlänge auch
mit der Betriebswellenlänge λB eines
aus dem Rohling 2 gefertigten optischen Elements in einer
optischen Anordnung, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage
für die Mikrolithographie, übereinstimmen, d.
h. es kann z. B. gelten: λB = λM = 193 nm. Hierbei muss eine geeignete Immersionsflüssigkeit verwendet
werden, die mit dem Brechungsindex no von
Calciumfluorid von ca. 1.50195 bei 193 nm möglichst gut übereinstimmt.
Hierzu eignet sich z. B. Decahydro-2-trifluoromethyl-2,3,3-trifluoro-1,2:5,8-dimethanonaphthalin,
dessen Brechungsindex nI bei ca. 1.55 liegt
und das einen Extinktionskoeffizienten von ca. 1,2 1/cm aufweist,
so dass eine hohe Transmission gewährleistet ist. Ferner
müssen die Messwerte um die intrinsische Doppelbrechung
des optischen Materials des Rohlings, im vorliegenden Fall von Calciumfluorid,
bei 193 nm korrigiert werden, um den Beitrag der Spannungsdoppelbrechung
in dem Rohling 2 zu erhalten.
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Durch
die Vermessung der Doppelbrechung des Rohlings 2 in axialer
sowie in nicht-axialer Richtung kann das optische Material bzw.
der Rohling 2 im Hinblick auf seine späteren Polarisationseigenschaften
als Linse qualifiziert werden. Insbesondere können hierbei
Rohlinge, deren (dreidimensionale) Doppelbrechungsverteilung nicht
mit einer vorgegebenen Spezifikation übereinstimmt, ausgesondert werden,
so dass keine zusätzlichen Kosten durch das Fertigen eines
optischen Elements aus einem Rohling entstehen, der für
eine vorgegebene Anwendung, beispielsweise die Verwendung in einem
mit polarisierter Strahlung betriebenen Beleuchtungssystem einer
Lithographieanlage nicht die gewünschte Qualität
aufweist. Die Vermessung der Verteilung der Doppelbrechung in nicht-axialer
Richtung ist insbesondere günstig, wenn ein solches optisches
Element in einer Lichtdurchtrittsrichtung betrieben wird, bei der
die durchlaufenden Strahlen eine Winkel-Abweichung von der axialen
Richtung von mehr als 5° aufweisen und der Rohling 2 eine
Dicke D von ca. 40 mm oder darüber aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5257092 [0004]
- - US 6844972 B2 [0010]
- - US 7084314 [0012]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Correction
of the phase retardation caused by intrinsic birefringence in deep
UV lithography” SPIE 5754-194 2005-01-31 [0010]
- - J. Burnett, Z. H. Levine, E. L. Shirley and J. H. Bruning
in: J. Microlithography, Microfabrication and Microsystems1 (2002)
213 [0013]