DE10314185B4

DE10314185B4 - Doppelbrechungsmessgerät- und Verfahren

Info

Publication number: DE10314185B4
Application number: DE10314185A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Yabu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2023-03-29
Also published as: DE10314185A1; JP2003294611A; US6947140B2; JP3679774B2; US20030184749A1

Abstract

Doppelbrechungsmessgerät, gekennzeichnet mit:
einem Messteil zum Messen eines Doppelbrechungsazimuts und eines Doppelbrechungswertes eines Gegenstandes bei einem ersten und einem zweiten Licht, mit voneinander unterschiedlichen Wellenlängen; und
einem Bestimmungsteil zum Bestimmen von zumindest einem Wert, nämlich einem Doppelbrechungsazimut oder einem Doppelbrechungswert bei einem dritten Licht, dessen Wellenlänge sich von denen des ersten und zweiten Lichtes unterscheidet, ausgehend von den Doppelbrechungsazimuten und Doppelbrechungswerten des Gegenstandes bei dem ersten und zweiten Licht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Doppelbrechungsmessgeräte und genauer auf ein Doppelbrechungsmessgerät, dass die Doppelbrechung von einem F₂-Laser bei Kalziumfluorid (CaF₂) misst, der geeignet ist für ein einen F₂-Laser verwendendes Belichtungsgerät.
Mit dem zurückliegenden Fortschritt von stark integrierten Halbleiterschaltungen wurde vermehrt eine hyperfeine Musteranordnung verlangt. Ein Demagnifikationsprojektionsbelichtungsgerät wurde regelmäßig als Lithografiegerät verwendet, um ein feines Muster zu übertragen. Die höhere Integration verlangt eine erhöhte Auflösung einer Projektionslinse, was eine kürzere Wellenlänge des Belichtungslichts und eine größere nummerische Blende einer Projektionslinse erfordert.
Die verkürzte Wellenlänge des Belichtungslichtes ist von einer g-Linie (mit einer Wellenlänge von 436nm) zu einem ArF-Excimer-Laser (mit 193nm) durch eine i-Linie (mit 365nm) und einem KrF-Excimer-Laser (mit 248nm) vorangeschritten, wobei die Verwendung eines F₂-Excimer-Lasers (mit 157nm) als vielversprechend berücksichtigt wurde. Ein bekanntes optisches Element ist auf ein optisches System für den Wellenlängenbereich zu der i-Linie anwendbar, aber bekannte optische Gläser können wegen deren geringer Durchlässigkeit nicht für den die KrF- und ArF-Excimer-Laser und den F₂-Laser einschließenden Wellenlängenbereich eingesetzt werden. Deswegen verwendet ein optisches System in einem Excimer-Laserbelichtungsgerät ein aus Quarzglas oder Kalziumfluorid hergestelltes optisches Element, mit einer höheren Durchlässigkeit bei einer verkürzten Lichtwellenlänge, und es wurde berücksichtigt, dass ein F₂-Laserbelichtungsgerät notwendigerweise ein aus Kalziumfluorid hergestelltes optisches Element verwendet.
Da jede Linse in einer Projektionslinse mit äußerste Oberflächengenauigkeit poliert werden sollte, verursacht die aus einem Kohlekristall hergestellte Linse, dass sich die Poliergeschwindigkeit gemäß der Kristallorientierungen verändert, was eine Schwierigkeit beim Erhalten von deren Oberflächengenauigkeit verursacht. Zusätzlich lagert der Polykristall leicht bei einer Kristallschnittstelle Unreinheiten ab, was die Einheitlichkeit eines Lichtbrechungsindex verschlechtert und auf eine Laserdurchleuchtung eine Fluoreszenzreaktion abgibt. Aus diesen Gründen wurde eine große Blende und ein stark homogener Kalziumfluorideinfachkristall verlangt.
Kalziumfluorideinfachkristalle wurden hauptsächlich durch das Schmelztiegelabstiegsverfahren oder Bridgman-Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren füllt hochreine Werkstoffe von chemischen Verbünden in einen Schmelztiegel, schmilzt in einem Wachstumsgerät, und senkt den Schmelztiegel allmählich ab, wobei die Werkstoffe von dem Boden des Schmelztiegels kristallisiert werden. Der Wärmeverlauf bei diesem Wachstumsprozess verbleibt als Spannung in dem Kalziumfluoridkristall. Kalziumfluorid reagiert auf die Spannung mit Doppelbrechung. Die Restspannung verschlechtert die optischen Eigenschaften und auf diese Weise wird ein Wärmeprozess angewendet, um so die Spannung nach dem Kristallwachstum zu entfernen. Dem Wärmeprozess folgt eine Doppelbrechungsmessung und führt das Produkt dem nächsten Linsenprozessschritt zu, nachdem bestätigt wurde, dass der Doppelbrechungswert geringer ist, als der gewünschte Wert.
Die spannungsabhängige Doppelbrechung ist eine Funktion der Spannung und eines piezo-optischen Koeffizienten. Weil der piezo-optische Koeffizient entsprechend den Wellenlängen des Lichts unterschiedlich ist, ändert sich der Doppelbrechungswert gemäß der verwendeten Wellenlängen sogar unter dem gleichen Spannungszustand. Deswegen sollte der Doppelbrechungswert des für einen F₂-Laserbelichtungsgerät verwendeten Kalziumfluorids mit eine F₂-Laser gemessen werden (mit einer Wellenlänge von 157nm).
Jedoch wird der F₂-Laser durch Sauerstoff absorbiert und kann nicht in der Luft übertragen werden, da er eine besondere Umgebung ohne Sauerstoff verlangt, und auf diese Weise nachteilig ein großes Messgerät, gesteigerte Kosten und eine verschlechterte Arbeitsmöglichkeit verursacht.

Die US 5,319,194 A offenbart ein Verfahren zum Messen einer Doppelbrechung eines Objekts anhand zweier linear polarisierter Laserstrahlen. Die Laserstrahlen werden durch ein Objekt geführt, voneinander getrennt und jeweils durch Analyseeinrichtungen geführt. Fotodetektoren erfassen dann jeweilige Ausgaben der Analyseeinrichtungen und die Doppelbrechung wird auf Basis dieser Ausgaben und des Unterschieds der Frequenzen der Laserstrahlen erfasst.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Doppelbrechungsmessgerät und -verfahren bereitzustellen, das den Doppelbrechungswert eines Gegenstands wie zum Beispiel von Kalziumfluorid bei dem F₂-Laser messen kann, ohne den F₂-Laser zu verwenden.

Diese Aufgabe wird von einem Doppelbrechungsmessgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und von einem Doppelbrechungsmessverfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 8 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Ein Doppelbrechungsmessgerät gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat ein Messteil zum Messen eines Doppelbrechungsazimuts (oder Hauptachsenrichtungswinkels) und einen Doppelbrechungswert eines Gegenstandes bei einem ersten und zweiten Licht, wobei sich die Wellenlängen voneinander unterscheiden, und ein Bestimmungsteil zum Berechnen von zumindest entweder dem Doppelbrechungsazimut oder dem Doppelbrechungswert bei einem dritten Licht, dessen Wellenlänge sich von dem ersten und dem zweiten Licht unterscheidet, ausgehend von dem Doppelbrechungsazimut und Doppelbrechungswert des Gegenstandes bei dem ersten und zweiten Licht.

Das erste und zweite Licht können Wellenlängen die gleich oder größer sind als 180nm aufweisen, und das dritte Licht kann eine Wellenlänge, die gleich oder weniger ist als die Wellenlänge des ersten und des zweiten Lichtes aufweisen. Der Gegenstand kann aus Kalziumfluorid hergestellt sein. Das dritte Licht kann ein F₂-Laserstrahl sein.

Das Bestimmungsteil berechnet einen Doppelbrechungsazimut ϕ₃ und einen Doppelbrechungswert ΔN₃ bei dem dritten Licht unter Verwendung der folgenden Gleichungen, wobei N₁, N₂ und N₃ und [(Π_ij)₁][(Π_ij)₂] und [(Π_ij)₃] Lichtbrechungsindizes und piezo-optische Tensoren entsprechend dem Gegenstand bei dem ersten, zweiten und dritten Licht sind, ϕ₁ und ϕ₂ und ΔN₁ und ΔN₂ sind Doppelbrechungsazimute und Doppelbrechungswerte des Gegenstandes bei dem ersten und zweiten Licht, die durch das Messteil gemessen wurden: Gleichung 1

0 < 2ϕ₃ < π wenn der Zähler positiv ist, wobei –π < 2ϕ₃ < 0 wenn der Zähler negativ ist.

Ein Doppelbrechungsmessverfahren gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält die Schritte des Messens eines Doppelbrechungsazimuts und eines Doppelbrechungswertes eines Gegenstandes bei einem ersten Licht, des Messen eines Doppelbrechungsazimuts und eines Doppelbrechungswertes eines Gegenstandes bei einem zweiten Licht, das sich in der Wellenlänge von dem ersten Licht unterscheidet, und des Bestimmens von entweder dem Doppelbrechungsazimut oder dem Doppelbrechungswert bei einem dritten Licht, das sich in der Wellenlänge von sowohl dem ersten Licht als auch dem zweiten Licht unterscheidet, ausgehend von dem Doppelbrechungsazimut und Doppelbrechungswert des Gegenstandes bei dem ersten und zweiten Licht.

Ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elementes enthält den Schritt des Messens eines Doppelbrechungswertes unter Verwendung des obigen Doppelbrechungsmessgerätes, und ein Projektionsbelichtungsgerät enthält ein optisches Projektionssystem, das ein durch das obige Verfahren hergestelltes optisches Element enthält, wobei ebenfalls andere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung bestimmt werden.

Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Doppelbrechungsmessgerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Belichtungsgerätes einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Doppelbrechungsmessgerät der sofortigen Ausführungsform enthält zwei Lichtquellen, z.B. erste und zweite Lichtquellen, die eine Wellenlänge aufweisen, die größer ist als die eines F₂-Lasers und die in der Luft oder in einer mit ein wenig Sauerstoff gespülten Umgebung einsetzbar sind, eine Doppelbrechungsmesseinrichtung zum Messen eines Doppelbrechungsazimuts und eine Doppelbrechungswertes eines Gegenstandes, wie zum Beispiel Kalziumfluorid, bei dem Licht von diesen zwei Lichtquellen und eine Bestimmungseinrichtung zum Berechnen von einem der beiden Werte, nämlich den Doppelbrechungsazimut oder dem Doppelbrechungswert bei einem F₂-Laser, ausgehend von dem Doppelbrechungsazimut (oder einer Orientierung einer Doppelbrechungshauptachse) und dem Doppelbrechungswert des Gegenstandes bei dem ersten und zweiten Licht.
Bei dieser Konstruktion misst die Doppelbrechungsmesseinrichtung zuerst einen Doppelbrechungsazimut ϕ₁ und einen Doppelbrechungswert ΔN₁ unter Verwendung der ersten Lichtquelle, und dann einen Doppelbrechungsazimut ϕ₂ und einen Doppelbrechungswert ΔN₂ unter Verwendung der zweiten Lichtquelle. Dann benutzt die Bestimmungseinrichtung vorangehende Informationen (ϕ₁, ϕ₂, ΔN₁, ΔN₂), um einen Doppelbrechungsazimut ϕ₃ und einen Doppelbrechungswert ΔN₃ bei dem F₂-Laser zu berechnen. Eine Beschreibung wird in dem folgenden Teil gegeben.
Eine Doppelbrechungseigenschaft kann mit einem Lichtbrechungsindizesllipsoid beschrieben werden. Angenommen, dass das Licht durch den Ursprung 0 bei dem Lichtbrechungsindizesllipsoid durchtritt. Das Licht erzeugt ein Paar linear polarisiertes Licht als gestattete Schwingung, die in einer Hauptachse und einer Nebenachsenrichtung in einer Ellipse (E) schwingt, und voranschreitet, ohne eine Schwingungsebene in einem Gegenstand zu ändern. Die Ellipse (E) ist definiert als eine Schnittlinie zwischen einer auf eine Lichtausbreitungsrichtung rechtwinkelige Ebene mit dem Ursprung 0 und dem Lichtbrechungsindizesllipsoid. Die Hauptachsen und Nebenachsenlängen liefern den Lichtbrechungsindex der gestatteten Schwingung.
Gemäß einer Theorie der Kristalloptik ist das Lichtbrechungsindizesllipsoid in einem gleichaxialen Kristall wie zum Beispiel Kalziumfluorid, bei einem spannungslosen Zustand eine Kugel, aber ändert sich in ein Ellipsoid, wenn es einer Spannung ausgesetzt ist. Ein Abstand 0P von dem Ursprung 0 zu einem Punkt P auf einer Oberfläche des Lichtbrechungsindizesllipsoids ist in der folgenden Gleichung ausgedrückt, bei der N ein Lichtbrechungsindex von Kalziumfluorid bei dem Licht mit einer bestimmten Wellenlänge ist, [Π_ij] ein piezo-optischer Tensor ist, (σ₁₁, σ₂₂, σ₃₃, σ₂₃, σ₃₁, σ₁₂) eine Spannung ist, (x₁, x₂, x₃) ein gleichgerichteter Vektor des Vektor 0P ist (während x₁ ² + x₂ ², x₃ ² = 1) Gleichung 2
Ein erster Ausdruck der Gleichung 2 bezeichnet einen Lichtbrechungsindex ohne Spannung, ein zweiter Ausdruck bezeichnet einen Lichtbrechungsindexwechsel unabhängig von einer Richtung (oder Homogenität), und ein dritter und vierter Ausdruck bezeichnen einen Lichtbrechungsindexwechsel abhängig von einer Richtung (oder Doppelbrechung).
Gemäß dem Studienergebnis durch den vorliegenden Erfinder kann ein Phasenunterschied, der auftritt nachdem das orthogonale Paar des linear polarisierten Lichtes durch ein Testobjekt durchgetreten ist, an einen Phasenunterschied angenähert werden, der auftritt, wenn das linear polarisierte Licht durch einen Testgegenstand durchtritt, mit dem gleichen Lichtbrechungsindex wie ein Radius in einer Richtung der Schwingungsebene (S₁, S₂) Ellipse (E), solange der Zeitpunkt des Einfallens erhalten bleibt. Deswegen wird eine annähernde Berechnung eingeführt, wobei interpretiert wird, dass die Gleichung 2 einen Lichtbrechungsindex für linear polarisiertes Licht bezeichnet, wenn eine Richtung des elektrischen Feldvektors (x₁, x₂, x₃) ist.
Die Gleichung 2 kann in die Lichtrichtung integriert werden und für einen veränderlichen Spannungswechsel in der Lichtausbreitungsrichtung gemittelt werden. Für die festgelegte Richtung (x₁, x₂, x₃) des elektrischen Feldvektors und das Integral der Gleichung 2 wird die Spannungskomponente integriert, weil Komponenten, die nicht σ_ij entsprechen, konstant sind. Deswegen ist für eine veränderliche Spannung in der Lichtausbreitungsrichtung berücksichtigt, dass die Spannungskomponente σ_ij in der Gleichung 2 einem Wert entspricht, der integriert und in der Lichtrichtung gemittelt wurde.
Ein Phasenunterschied (oder Lichtbrechungsindexunterschied) wird mit Bezug auf ein orthogonales Paar linear polarisiertes Licht um eine feste optische Achse berechnet. Die folgenden Gleichungen können unter Verwendung eines Drehwinkels α um die optische Achse als Parameter eingeführt werden, wobei (x₁, x₂, x₃) und (y₁, y₂, y₃) den Richtungen des elektrischen Feldvektors des orthogonalen Paares linear polarisiertes Licht entsprechen:
Gleichung 3

xi = aicosα + bisiniα
yi = aisinα – bicosα

Gleichung 4

xixj = aiajcos2α + bibjsin2α + (aibj + biaj)cosαsinα
yiyj = aiajsin2α + bibjcos2α – (aibj + biaj)cosαsinα

Gleichung 5

xixj – yiyj = (aiaj + bibj)cos2α + (aibj + biaj)sin2α

Gleichung 5 bedeutet, dass (x_ix_j – y_iy_j) als lineare Kombination von cos2α und sin2α ausgedrückt werden können. Der Lichtbrechunsindexunterschied ΔN(α) kann durch das Substituieren von Gleichung 3 in Gleichung 2 wie folgt ausgedrückt werden: Gleichung 6
Gleichung 6 liegt in Form einer linearen Kombination aus cos2α und sin2α vor, und kann daher wie folgt ausgedrückt werden:
Gleichung 7

ΔN(α) = Mcos(2α + θ)

Gleichung 7 kann wie folgt ausgedrückt werden, wobei ΔNo ein Doppelbrechungswert und ϕ ein Doppelbrechungsazimut ist:
Gleichung 8

ΔN(α) = ΔNocos(2α – 2Φ)

Unter Annahme der folgenden Gleichung 9:
Gleichung 9

T1(α) = u1cos2α + ν1sin2α
T2(α) = u2cos2α + ν2sin2α

Kann Gleichung 6 ausgedrückt werden wie folgt: Gleichung 10
Da u₁, v₁, u₂, v₂ durch einen Spannungszustand und eine Lichtpositionsrichtung in Gleichung 9 bestimmt werden, werden T₁(α) und T₂(α) durch den Spannungszustand, die Lichtpositionsrichtung und α bestimmt, und sind nicht abhängig von der Wellenlänge des Lichts.
Deswegen wird die folgende Gleichung eingeführt, wobei N₁, N₂ und N₃ Lichtbrechungsindizes von drei Arten von Licht mit verschiedenen Wellenlängen sind, [(Π_ij)₁][(Π_ij)₂] und [(Π_ij)₃] piezo-optische Tensoren dieser Lichtarten sind, ΔN₁(α), NΔ₂(α) und ΔN₃(α)ΔN(α) für jedes Licht für den gleichen Spannungszustand, Lichtpositionsrichtung und α entsprechen. Gleichung 11
i = 1, 2, 3
p_i = (α₁₁)_i – (π₁₂)_i
q_i = (π₄₄)_i
Gleichung 12 wird aus Gleichung 11 erhalten Gleichung 12
Die folgende Gleichung wird durch das Substituieren von Gleichung 8 in Gleichung 12 erhalten, wobei Gleichung 8 für jedes Licht eingeführt ist, wo ΔN_i und ϕ_i ein Doppelbrechungswert und ein Doppelbrechungsazimut für die drei Lichtarten ist: Gleichung 13
0 < 2φ₃ < Π wenn der Zähler positiv ist, wobei -Π < 2ϕ₃ < 0 wenn der Zähler negativ ist.
Die folgende Gleichung wird aus den Gleichungen 12 und 13 erhalten: Gleichung 14
0 < 2ϕ₃ < Π wenn der Zähler positiv ist, wobei -Π < 2ϕ₃ < 0 wenn der Zähler negativ ist.
Gemäß dem zuvor erwähnten Prinzip wird der Doppelbrechungsazimut ϕ₃ und Doppelbrechungswert ΔN₃ bei dem dritten Licht unter Verwendung der Gleichung 14 berechnet, wobei N₁, N₂ und N₃ [(Π_ij)₁][(Π_ij)2] und [(Π_ij)₃] Lichtbrechungsindizes und piezo-optische Tensoren entsprechend dem ersten, zweiten und dritten Licht sind, ϕ₁ und ϕ₂, und ΔN₁, ΔN₂ Doppelbrechungsazimute und Doppelbrechungswerte des Lichts der ersten und zweiten Lichtquelle sind. Wenn die Lichtbrechungsindizes ΔN₁, ΔN₂ und ΔN₃ und die piezo-optischen Tensoren [(Π_ij)₁][(Π_ij)₂] und [(Π_ij)₃] unbekannt sind, können K₁ und K₂ durch das vorangehende Messen des Doppelbrechungswertes ΔN₁, ΔN₂ und ΔN₃ und der Azimute ϕ₁, ϕ₂ und ϕ₃ eines Gegenstandes (z.B. als ein Versuchsgegenstand) bei dem ersten, zweiten und dritten Licht zurück berechnet werden. Wenn K₁ und K₂ berechnet werden, werden die Doppelbrechungswerte ΔN₁ und ΔN₂ und Doppelbrechungsazimute ϕ₁ und ϕ₂ eines neuen Gegenstandes bei dem ersten und zweiten Licht gemessen und K₁, K₂, ΔN₁, ΔN₂, ϕ₁ und ϕ₂ werden für die letzte Hälfte in Gleichung 14 substituiert, um so den Doppelbrechungsazimut ϕ₃ und Doppelbrechungswert ΔN₃ des Gegenstandes bei dem dritten Licht zu berechnen.
1 ist ein Blockdiagramm eines Doppelbrechungsmessgerätes von einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnet 1 eine erste Lichtquelle, 2 eine zweite Lichtquelle 3 ist ein optischer Wegschaltespiegel, 4 ist eine Doppelbrechungsmesseinrichtung, und 5 ist eine Bestimmungseinrichtung.
In 1 ist Kalziumfluorid in der Doppelbrechungsmesseinrichtung 4 angeordnet. Die Messung der Doppelbrechung durch die Doppelbrechungsmesseinrichtung 4 kann jedes bekannte Verfahren einsetzen, wie zum Beispiel ein in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nummer 8-254495 offenbartes Messverfahren.
Die Doppelbrechungsmesseinrichtung 4 misst zuerst einen Doppelbrechungsaziumut ϕ₁ und eine Doppelbrechungswert ΔN₁ unter Verwendung der ersten Lichtquelle 1, und dann einen Doppelbrechungsazimut ϕ₂ und einen Doppelbrechungswert ΔN₂ unter Verwendung der zweiten Lichtquelle 2. Hier ist das Licht von der ersten Lichtquelle 1 vorgesehen durch den gleichen Punkt durchzutreten wie das Licht von der zweiten Lichtquelle 2. Die von der Doppelbrechungsmesseinrichtung 4 erhaltene Information (ΔN₁, ϕ₁) und (ΔN₂, ϕ₂) wird zu der Bestimmungseinrichtung 5 übertragen. Die Bestimmungseinrichtung 5 verfügt über zuvor gespeicherte Informationen betreffend des Lichtbrechungsindex und piezo-optischen Tensors von Kalziumfluorid bei dem ersten Licht (N₁, [(Π_ij)₁]) Information betreffs des Lichtbrechungsindex und piezo-optischen Tensors von Kalziumfluorid bei dem zweiten Licht (N₂, [(Π_ij)₂]), und Information betreffs des Lichtbrechungsindex und piezo-optischen Tensors von Kalziumfluorid bei dem dritten Licht (N₃, [(Π_ij)₃]). Die Bestimmungseinrichtung 5 berechnet und bestimmt den Doppelbrechungsazimut ϕ₃ und Doppelbrechungswert ΔN₃ bei dem dritten Licht unter Verwendung der Gleichung 14 und diesen Informationen. (ΔN₁, ϕ₁), (ΔN₂, ϕ₂), (N₁, [(Π_ij)₁]), (N₂, [(Π_ij)₂]) und (N₃, [(Π_ij)3])
Während die Bestimmungseinrichtung 5 in der obigen Ausführungsform Berechnungen verwendet hat, um einen Doppelbrechungsazimut und einen Doppelbrechungswert bei dem dritten Licht zu bestimmen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel hat die Bestimmungseinrichtung 5 zurückliegend gespeichert, als Bezugstabelle, ein Verhältnis zwischen Doppelbrechungsazimuten und Doppelbrechungswerten bei dem ersten und zweiten Licht und einen Doppelbrechungsazimut und Doppelbrechungswert bei dem dritten Licht, und die Bestimmungseinrichtung 5 kann ohne Berechnung einen Doppelbrechungsazimut und einen Doppelbrechungswert bei dem dritten Licht unter Verwendung der Bezugstabelle und der gemessenen Doppelbrechungsazimute und Doppelbrechungswerte bei dem ersten und zweiten Licht bestimmen.
Da eine mit etwas Sauerstoff gespülte Umgebung für Licht mit einer Wellenlänge gleich oder größer als 180nm geeignet ist, bestimmt die sofortige Ausführungsform die Wellenlängen des Lichtes von den ersten und zweiten Lichtquellen 1 und 2 gleich oder größer zu sein als 180nm (zum Beispiel wird die Wellenlänge des Lichtes von der ersten Lichtquelle auf ungefähr 193nm eingestellt und die Wellenlänge des Lichtes von der zweiten Lichtquelle auf ungefähr 248nm eingestellt), so dass der Doppelbrechungsazimut und Doppelbrechungswert beim F₂-Laser (mit einer Wellenlänge von 157nm) in einer Umgebung die mit wenig Sauerstoff gespült ist gemessen werden kann.
Da Luft für das Licht mit einer Wellenlänge gleich oder größer als 200nm geeignet ist, können der Doppelbrechungsazimut und Doppelbrechungswert beim F₂-Laser (mit einer Wellenlänge von 157nm) in der Luft gemessen werden, wenn die Wellenlängen des Lichtes von den ersten und zweiten Lichtquellen 1 und 2 gleich oder größer als 200nm sind.
Während die obige Ausführungsform den Doppelbrechungsazimut und Doppelbrechungswert beim F₂-Laser (mit einer Wellenlänge von 157nm) aus drittem Licht berechnet, kann die vorliegende Erfindung natürlich den Doppelbrechungsazimut und Doppelbrechungswert bei einem anderen Licht als einem F₂-Laser berechnen.
Als Ergebnis davon wird der Doppelbrechungswert eines Kalziumfluorids als Werkstoff für optische Elemente gemessen, wobei das erfinderische Doppelbrechungsmessgerät verwendet wird, Kalziumfluorid wird hergestellt und ein optisches Element, wie zum Beispiel eine Projektionslinse zur Verwendung mit einem Belichtungsgerät wird hergestellt, wenn der Doppelbrechungswert das Kalziumfluorid geringer ist als ein vorbestimmter Wert.
Wahlweise kann ein Belichtungsgerät ein optisches Element nur einsetzen, wenn der Doppelbrechungswert des optischen Elements unter Verwendung des erfinderischen Doppelbrechungsmessgerätes gemessen wird und herausgefunden wird, dass er kleiner ist als der vorbestimmte Wert.
Nun Bezugnehmend auf 2 wird eine Beschreibung eines beispielhaften Belichtungsgerätes 100 der vorliegenden Erfindung gegeben. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Belichtungsgerätes 100. Das Belichtungsgerät 100 enthält wie in 2 gezeigt ein Beleuchtungsgerät 110, eine Strichplatte 120, ein optisches Projektionssystem 130, eine Scheibe 140 und einen Objektträger 145. Das Belichtungsgerät 100 kann ein Schritt- und Wiederholung oder Schritt- und- Abtastprojektionsbelichtungsgerät sein.
Das Beleuchtungsgerät 110 enthält einen Lichtquellenteil 112 und ein optisches Beleuchtungssystem 114 und beleuchtet die Strichplatte 120, auf der ein zu übertragendes Schaltungsmuster gebildet ist.
Der Lichtquellenteil 112 kann zum Beispiel einen Laser als Lichtquelle verwenden. Ein F₂-Excimer-Laser mit der Wellenlänge von ungefähr 157nm wird dafür verwendet, aber die Lichtquelle ist nicht darauf beschränkt. Das optische Beleuchtungssystem 114 ist ein optisches System zum Beleuchten einer Maske oder Strichplatte 120, und enthält eine Linse, einen Spiegel, einen Lichtintegrator eine Blende und ähnliches. Zum Beispiel können eine Kondensatorlinse, eine Fly-Eye-Linse, Blendenstopper, eine Kondensatorlinse, ein Schlitz und ein abbildungsbildendes optisches System in dieser Reihenfolge angeordnet sein. Das optische Beleuchtungssystem 114 kann Auf- Achsen oder Ab-Achsen Licht verwenden, und die obigen erfinderischen optischen Elemente enthalten.
Die Strichplatte 120, auf der das zu übertragende Schaltungsmuster (oder Bild) abgebildet ist, wird auf einem Strichplattenträger (nicht gezeigt) gehalten und angetrieben. Der Strichplattenträger (nicht gezeigt) kann zweidimensional durch ein Antriebssystem (ebenfalls nicht gezeigt) auf einer Strichplattenfläche angetrieben werden. Die Koordinaten des Strichplattenträgers können mittels eines Interferrometers unter Verwendung eines Strichplattenbewegungsspiegels (nicht gezeigt) gemessen und eingestellt werden, und die Positionierung der Strichplatte kann gesteuert werden. Von der Strichplatte 120 ausgesendetes gebrochenes Licht tritt durch das optische Projektionssystem 130 und wird auf die Scheibe 140 projiziert. Die Scheibe 140 ist ein zu entwickelndes Objekt, wie zum Beispiel ein Wafer oder ein Flüssigkristallsubstrat, und ein Abdeckmittel wird auf die Scheibe 140 angewendet. Die Strichplatte 120 und die Scheibe 140 sind angeordnet, miteinander paarweise verbunden zu sein. Bei einem Scanner wird die Maske 120 und die Scheibe 140 synchron abgetastet und ein Muster wird auf die Scheibe 140 übertragen. Bei einem Stepper stehen die Maske 120 und die Scheibe 140 während der Belichtung still.
Das optische Projektionssystem 130 besitzt eine Vergrößerung von 1/5 bis 1/2 und projiziert ein verkleinertes Abbild eines Schaltungsmusters auf die Strichplatte 120 auf der Scheibe 140. Das optische Projektionssystem 130 ist ein Lichtbrechungssystem mit dem obigen optischen Element und einem wesentlichen telezentrischen Bereich bei beiden Seiten der Strichplatte 120 und der Scheibe 140. Natürlich kann das optische Projektionssystem 130 ein optisches System mit einer Vielzahl von Linsenelementen und mindestens einem Konkavspiegel (Catadioptrisches optisches System), ein optisches System mit einer Vielzahl von Linsenselementen und zumindest einem optischen Beugungselement, wie zum Beispiel einem Kinoform einsetzen. Wenn eine Korrektur für Farbfehler verlangt ist, kann eine Vielzahl von Linsenelementen aus Glaswerkstoffen hergestellt sein, die sich voneinander im Grad der Streuung (Abbe-Zahl) unterscheiden, oder ein beugungsoptisches Element kann so konstruiert sein, um eine Streuung in einer einem Linsenelement gegenüber befindlichen Richtung zu erzeugen.
Die Scheibe 140 ist bei dieser Ausführungsform ein Wafer, kann aber eine Flüssigkristallscheibe und einen breiten Bereich von anderen zu belichtenden Gegenständen enthalten. Eine Lichtabdeckung wird auf die Scheibe 400 angewendet. Ein Lichtabdeckungsanwendungsschritt enthält eine Vorbehandlung, eine Adhäsionsbeschleunigeranwendungsbehandlung, eine Lichtabdeckungsanwendungsbehandlung und eine Vorbackbehandlung. Die Vorbehandlung schließt reinigen, trocknen etc. ein. Die Adhäsionsbeschleunigeranwendungsbehandlung ist ein Oberflächenwiederherstellungsprozess, um so die Adhäsion zwischen der Lichtabdeckung und einer Basis (z. B. einem Verfahren um die Hydrophobität durch das Anwenden eines aktiven Oberflächenagenten zu steigern) durch einen Ummantelungs- oder Verdampfungsprozess zu ermöglichen, der eine organische Schicht, wie zum Beispiel HMDS (Hexmethyl-Disilazen) einsetzt. Die Vorbackbehandlung ist ein Back- (oder Brenn-) Schritt, der nach der Entwicklung folgt und der das Lösungsmittel entfernt.
Die Scheibe 140 wird durch den Träger 145 gestützt. Die Scheibe 145 kann jede aus den Stand der Technik bekannte Konstruktion einsetzten, und so wird eine ausführliche Beschreibung von ihrer Konstruktion und ihrer Betätigung ausgelassen. Der Träger 145 setzt einen linearen Motor ein um die Scheibe 140 in X-Y Richtung zu bewegen. Die Maske 120 und die Scheibe 140 werden zum Beispiel synchron abgetastet und die Positionen des Maskenträgers und Wafer-Trägers 450 (nicht gezeigt) werden zum Beispiel durch ein Laser-Interferrometer beobachtet, so dass beide mit einem konstanten Geschwindigkeitsverhältnis angetrieben werden.
Beim Belichten beleuchten von dem Lichtquellenteil 112 abgegebene Lichtstrahlen die Strichplatte 120 mittels den optischen Beleuchtungssystem 114. Durch die Strichplatte 120 durchgetretenes Licht schließt ein Maskenmuster ein und wird projiziert und über das optische Projektionssystem 130 auf die Scheibe 140 abgebildet. Das optische Beleuchtungs- und/oder Projektionssystem 114 und 130 mit dem erfinderischen optischen Element gestatten ultraviolettem, tiefultraviolettem und vakuumultraviolettem Licht, mit hoher Durchlässigkeit und einem geringeren Lichtbrechungsindexgleichheit oder Doppelbrechung durchzutreten, und können auf diese Weise Vorrichtungen bereitstellen (Halbleiterelemente, LCD-Elemente, Bildaufnahmeelemente, wie zum Beispiel CCDs, Dünn-Schichtmagnetköpfe oder ähnliches) mit hoher Auflösung und Durchgang.
Auf diese Weise misst das kleine und nicht teure erfinderische Doppelbrechungsmessgerät die Doppelbrechung eines Werkstoffes für ein optisches Element oder das optische Element selbst und kann ein nicht teures optisches Element liefern.
Wie besprochen kann die vorliegende Erfindung ein kleines und nicht teueres Messgerät mit einer herausragenden Betätigbarkeit bereitstellen, weil das Messgerät den Doppelbrechungsazimut und Doppelbrechungswert für zum Beispiel F₂-Laser (mit einer Wellenlänge von 157nm) in einer Umgebung die mit wenig Sauerstoff gespült ist oder sogar in Luft messen kann.

Claims

Doppelbrechungsmessgerät, gekennzeichnet mit: einem Messteil zum Messen eines Doppelbrechungsazimuts und eines Doppelbrechungswertes eines Gegenstandes bei einem ersten und einem zweiten Licht, mit voneinander unterschiedlichen Wellenlängen; und einem Bestimmungsteil zum Bestimmen von zumindest einem Wert, nämlich einem Doppelbrechungsazimut oder einem Doppelbrechungswert bei einem dritten Licht, dessen Wellenlänge sich von denen des ersten und zweiten Lichtes unterscheidet, ausgehend von den Doppelbrechungsazimuten und Doppelbrechungswerten des Gegenstandes bei dem ersten und zweiten Licht.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmungsteil mittels Berechnung den zumindest einen Wert, nämlich den Doppelbrechungsazimut oder den Doppelbrechungswert bei dem dritten Licht bestimmt.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Licht Wellenlängen aufweisen, die gleich oder größer sind als 180nm, und dass das dritte Licht eine Wellenlänge aufweist, die geringer ist als die Wellenlänge des ersten und zweiten Lichts.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 3, wobei das erste und zweite Licht Wellenlängen aufweisen, die gleich oder größer sind als 200nm.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand aus Kalziumfluorid hergestellt ist.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 1, wobei das dritte Licht ein F₂-Laser ist.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 1, wobei das Bestimmungsteil einen Doppelbrechungsazimut ϕ₃ und Doppelbrechungswert ΔN₃ bei dem dritten Licht unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet, wo N₁, N₂ und N₃, und [(Π_ij)1][(Π_ij)₂] und [(Π_ij)₃] Lichtbrechungsindizes und piezo-optische Tensoren des Gegenstandes entsprechend dem ersten, zweiten und dritten Licht sind, und ϕ₁ und ϕ₂ und ΔN₁ und ΔN₂ Doppelbrechungsazimute und Doppelbrechungswerte des Gegenstandes bei dem ersten und zweiten Licht sind, die durch das Messteil gemessen wurden:

0 < 2ϕ₃ < Π wenn der Zähler positiv ist, wobei –Π < 2ϕ₃ < 0 wenn der Zähler negativ ist.
Doppelbrechungsmessverfahren mit den Schritten Messen eines Doppelbrechungsazimuts und eines Doppelbrechungswerts eines Gegenstandes bei einem ersten Licht; Messen eines Doppelbrechungsazimuts und eines Doppelbrechungswerts eines Gegenstandes bei einem zweiten Licht, dessen Wellenlänge sich von der des ersten Lichtes unterscheidet; und Bestimmen von zumindest einem Wert, nämlich einem Doppelbrechungsazimut oder einem Doppelbrechungswert des Gegenstandes bei einem dritten Licht, dessen Wellenlänge sich von denen des ersten und zweiten Lichtes unterscheidet, ausgehend von dem Doppelbrechungsazimut und Doppelbrechungswert des Gegenstandes bei dem ersten und zweiten Licht.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elementes mit dem Schritt des Messens eines Doppelbrechungswertes unter Verwendung eines Doppelbrechungsmessgerätes gemäß Anspruch 1.
Projektionsbelichtungsgerät mit einem optischen Projektionssystem, dass ein mit einem Verfahren gemäß Anspruch 9 hergestelltes optisches Element enthält.