DE10329360B4

DE10329360B4 - Doppelbrechungsmessgerät, Spannungsentfernungseinrichtung, Polarimeter und Belichtungsgerät

Info

Publication number: DE10329360B4
Application number: DE10329360A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Kishikawa; Seiji Takeuchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: FR2841648A1; DE10329360A1; US7251029B2; US20040008348A1; FR2841648B1

Abstract

Doppelbrechungsmessgerät für ein Berechnen einer Information über die Polarisation von Licht, das von einem zu messenden Objekt ausgegeben wird, wobei das Doppelbrechungsmessgerät folgendes aufweist:
ein erstes Polarisationselement (102; 402; 502) zum Extrahieren eines Strahlbündels (L₀) in einer spezifischen Polarisationsrichtung von einem Licht, das von einer Lichtquelle (101; 401; 501) ausgegeben wird, und zum Richten des Strahlbündels (L₀) zu einem Objekt (103; 403; 503);
zumindest eine Strahlbündelteilungseinheit (105; 405; 505), die das von dem Objekt ausgegebene Licht (L_S) in zwei Strahlbündel (L₁, L₂) teilt;
zumindest zwei zweite Polarisationselemente (106, 108; 406, 408; 506, 508) zum Extrahieren von Strahlbündeln in einer spezifischen Polarisationsrichtung des Lichtes, das durch die Strahlbündelteilungseinheit geteilt worden ist;
zumindest zwei Lichtmengenerfasser (107, 109; 407, 409; 507, 509) zum Erfassen der Lichtmenge von Strahlbündeln, die durch das zweite Polarisationselement übertragen worden sind; und
einer Steuereinrichtung (111; 411; 511) zum Handhaben einer Lichtmenge, die durch...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Doppelbrechungsmessgerät zum Berechnen einer Verzögerungsgröße und eines Azimuts einer Hauptachse von einer zu messenden Objektverzögerung, auf eine Spannungsentfernungseinrichtung mit dem Doppelbrechungsmessgerät, auf ein Polarimeter oder Polarisationserfasser, der das Doppelbrechungsmessgerät hat, auf ein Belichtungsgerät, das das Polarimeter aufweist, und auf ein entsprechendes Messverfahren.
Da der Bedarf an kleineren und dünneren elektronischen Geräten in der Vergangenheit zugenommen hat, sind in zunehmenden Maße kleinere in diesen elektronischen Geräten montierte Halbleitervorrichtungen benötigt worden, und verschiedene Vorschläge sind für eine höhere Belichtungsauflösung gemacht worden, um diesen Bedarf zu decken.
Da eine verkürzte Wellenlänge einer Belichtungslichtquelle eine effektive Einrichtung für eine höhere Auflösung ist, hat sich in der Vergangenheit eine Belichtungslichtquelle von einer g-Linie (mit einer Wellenlänge von ungefähr 436 nm) und einer i-Linie (mit einer Wellenlänge von ungefähr 365 nm) zu einem KrF-Excimer-Laser (mit einer Wellenlänge von ungefähr 248 nm) und einem ArF-Excimer-Laser (mit einer Wellenlänge von ungefähr 193 nm) verschoben. In der nahe liegenden Zukunft kann erwartet werden, dass ein F₂-Excimer-Laser (mit einer Wellenlänge von ungefähr 157 nm) verwendet wird.
Ein herkömmliches optisches Element steht für ein optisches System bis herunter zu einem Wellenlängenbereich für die i-Linie zur Verfügung, jedoch kann herkömmliches optisches Glas für einen derartigen Wellenlängenbereich als Abdeckungen der KrF- und ArF-Excimer-Laser und des F₂-Lasers auf Grund seines geringen Übertragungsvermögens nicht verwendet werden. Daher ist ein optisches System bei einem Belichtungsgerät, das den Excimer-Laser als Lichtquelle verwendet, im Allgemeinen als ein optisches Element verwendet worden, das aus Quarzglas (SiO₂) oder als Kalziumfluorid (CaF₂) mit einem größeren Übertragungsvermögen gegenüber Licht mit einer verkürzten Wellenlänge verwendet worden ist, und es wurde berücksichtigt, dass ein Belichtungsgerät, das den F2-Laser als eine Lichtquelle verwendet, zwangsweise ein aus Kalziumfluorid hergestelltes optisches Element verwendet.
Ein Kalziumfluorideinzelkristall ist hauptsächlich durch ein Schmelztiegelabsenkverfahren oder ein Bridgman-Verfahren hergestellt worden. Bei diesen Verfahren werden hochgradig gereinigte Materialien aus chemischen Verbindungen in einem Schmelztiegel eingefüllt, in einer Zunahmevorrichtung geschmolzen und es wird der Schmelztiegel allmählich abgesenkt, wodurch die Materialien von dem Boden des Schmelztiegels kristallisieren. Die Wärmehistorie bei diesem Zunahmeprozess verbleibt als eine Spannung in dem Kalziumfluoridkristall. Kalziumfluorid zeigt eine Doppelbrechung gegenüber der Spannung. Die Restspannung verschlechtert die optische Leistung. Um die Verzögerungsgröße so geringfügig wie möglich zu verringern, die sich aus der vorhandenen Restspannung oder dem Spannungsbetrag ergibt, ist eine Wärmebehandlung herkömmlich angewendet worden, um die Restspannung bei dem optischen Element zu verringern oder von diesem zu entfernen.
Bei dem Spannungsentfernungsverfahren wird ein optisches Element unter einer erwünschten Bedingung bis zu der voreingestellten Temperatur eines Viskositätsfluiditätsbereiches erwärmt, in dem das optische Element bei den im Hinblick auf die Struktur viskosen Fluidströmungen Viskositätsänderungen und strukturelle Änderungen aufzeigt, wird die voreingestellte Temperatur eine vorbestimmte Zeitspanne lang gehalten, um die vorübergehende Spannung aufgrund von Dauerspannung und eines schnellen Temperaturanstiegs zu mindern, und dann wird das optische Element bei sich allmählich ändernden Bedingungen, bei denen die geminderte Spannung gehalten werden kann, allmählich auf eine Temperatur abgekühlt, die keine Strukturänderung vorsieht, woraufhin ein natürliches Abkühlen folgt.
Die Doppelbrechung ist ein einflußreicher Faktor in bezug auf die Abbildungsleistung eines Belichtungsgerätes. Wie dies in der Veröffentlichung NIST vom Mai 2001 erklärt ist, hat Kalziumfluorid, das als ein optisches System bei einem Belichtungsgerät verwendet wird, das einen ArF-Excimer-Laser, F2-Lasers und dergleichen als Belichtungslichtquelle benutzt, eine eigentliche Doppelbrechung, die sich aus ihrer Kristallstruktur ergibt, zusätzlich zu der Spannungsdoppelbrechung, die sich von der Innenspannung (oder Belastungsspannung) ergibt. Daher wird die Aufmerksamkeit bei einem Doppelbrechen, das das eigentliche Doppelbrechen umfasst, beim Entwickeln eines Belichtungsgerätes von entscheidender Bedeutung. Es ein Verstehen der Verzögerungsgröße der Belichtungswelle erforderlich. Außerdem ist eine Messung der Restdoppelbrechung bei dem optischen Element für die Spannungsentfernung wesentlich. Ein herkömmliches Doppelbrechungsmessverfahren umfast ein Rotary-Analysier-Verfahren, ein Phasenausgleichsverfahren, das einen Babinet-Kompensator und dergleichen nutzt, ein Senarmont-Verfahren, das ein Viertel-Wellenlängen-Plättchen nutzt, ein Phasenmodulationsverfahren, das einen photoelastischen Modulator (PEM) nutzt, und ein optisches Heterodyn-Verfahren, das einen Zeeman-Laser und dergleichen aus einer Lichtquelle nutzt.
Die Anforderung an verringerter Restspannung bei dem optischen Element ist in zunehmenden Maße für jüngere genauere optische Systeme und dichtere Halbleitervorrichtungen hoch geworden, und die herkömmlichen Doppelbrechungsmessverfahren hatten Schwierigkeiten beim Messen der Restdoppelbrechung bei dem optischen Element mit einer zufriedenstellenden Genauigkeit.
Außerdem können die herkömmlichen Doppelbrechungsmessverfahren nicht mit Leichtigkeit die Doppelbrechungskennlinien in einem ultravioletten Bereich von Kalziumfluorid und dergleichen messen, wenn ultraviolettes Licht als eine Messlichtquelle verwendet wird, da die Lichtquelle unstabil ist und Herstellschwierigkeiten bei PEM und einem Phasenverschieber, wie beispielsweise ein Viertel-Wellenlängen-Plättchen für eine Messwellenlänge bestehen. Darüber hinaus ist eine Forschung und Entwicklung über eine lange Zeit erforderlich, um Wärmebehandlungsbedingungen von optischen Elementen zu verwirklichen, und die Langzeitwärmebehandlung ist erforderlich, um die Restspannung in dem optischen Element zu verringern. Dadurch wird die Produktivität des optischen Elementes verschlechtert und eine Zunahme der Herstellkosten wird bewirkt.
Die Druckschrift WO 2001 073 385 A1 zeigt u. a. ein Doppelbrechungsmessgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Dabei ist eine Modulation einer Polarisation durch einen als Spiegel ausgeführten Strahlbündelteiler in Bezug auf das Licht vom Objekt offenbart. Insbesondere offenbart die D1 als Strahlbündelteiler einen Spiegel, an dem ein Strahlbündel reflektiert wird und ein anderes Strahlbündel hindurch tritt.
Die Druckschrift US 4 801 798 A offenbart ein Verfahren und ein Gerät zum Messen einer optischen Verzögerung eines transparenten Materials. Das Gerät besitzt einen Reflektor.
Die Druckschrift WO 2002 040 953 A1 offenbart ein Verfahren und ein Gerät zum Bestimmen der Polarisationseigenschaften von Licht. Das Gerät weist mehrere Strahlbündelteiler auf. Ein Strahlbündelteiler ist beispielsweise ein halbdurchlässiger Spiegel. Ein Strahlbündelteiler kann auch ein halbdurchlässiger Spiegel oder beispielsweise ein Wollaston-Prisma sein.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Doppelbrechungsmessgerät vorzusehen, das mit Leichtigkeit, schnell und genau die Doppelbrechungseigenschaft in einem ultraviolettem Bereich eines zu messenden Objektes messen kann.
Dabei soll ein Doppelbrechungsmessgerät geschaffen werden, das mit Leichtigkeit und genau eine Verzögerungsgröße eines optischen Elementes wie beispielsweise eine eigentliche Doppelbrechung messen kann, die durch die Kristallstruktur und die Doppelbrechung bewirkt wird, die durch eine Restspannung bewirkt wird.
Außerdem soll ein Spannungsentferner geschaffen werden, der das Doppelbrechen und auch das Verkürzen der Wärmebehandlungszeit zum Entfernen der Restdoppelbrechung bei einem optischen Element steuern kann.
Darüber hinaus sollen ein Polarimeter und ein Belichtungsgerät geschaffen werden, das ein Polarimeter aufweist, das die vorliegende Erfindung nutzt.
Schließlich soll ein Messverfahren geschaffen werden, das ebenfalls die vorliegende Erfindung nutzt.
Im Hinblick auf das Doppelbrechungsmessgerät ist die oben dargelegte Aufgabe durch ein Doppelbrechungsmessgerät gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 9 gelöst.
Im Hinblick auf den Spannungsentferner ist die oben dargelegte Aufgabe durch einen Spannungsentferner gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 oder 14 gelöst.
Im Hinblick auf das Polarimeter ist die oben dargelegte Aufgabe durch ein Polarimeter gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 oder 15 gelöst.
Im Hinblick auf das Belichtungsgerät ist die oben dargelegte Aufgabe durch ein Belichtungsgerät gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Im Hinblick auf das Messverfahren ist die oben dargelegte Aufgabe durch ein Messverfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Andere Ziele und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.
1 zeigt eine Ansicht von einem Doppelbrechungsmessgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine Ansicht von einem Strahlbündelteiler bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt ein Ausgabebeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel.
4 zeigt eine Ansicht von einem Doppelbrechungsmessgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
5 zeigt einen Spannungsentferner von einem dritten Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Ansicht von einem Wärmebehandlungsteil von dem dritten Ausführungsbeispiel.
7 zeigt eine Ansicht von einem Polarimeter eines vierten Ausführungsbeispiels.
8 zeigt ein Ausgabebeispiel von dem vierten Ausführungsbeispiel.
9 zeigt eine schematische Blockdarstellung von einem Doppelbrechungsmessgerät als ein siebtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung einer Kurve, die sich wie eine Sinuskurve ändert von einer Lichtintensität I₁ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
11 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung von einer Kurve, die sich gemäß einer Sinuskurve ändert, von einer Lichtintensität I₂ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
12 zeigt eine schematische Blockdarstellung von einem Doppelbrechungsmessgerät gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt eine graphische Darstellung von einer Kurve, die sich gemäß einer Sinuskurve ändert, von einer Lichtintensität I₁ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
14 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung von einer Kurve, die sich gemäß einer Sinuskurve ändert, von einer Lichtintensität I₂ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
15 zeigt eine graphische Darstellung von einer Varianzkurve von dem Lichtintensitätsverhältnis I₁/I₂ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
16 zeigt eine schematische Blockdarstellung von einem Doppelbrechungsmessgerät gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
17 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung von einer Kurve, einer Lichtintensität I₁ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
18 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung von einer Kurve von einer Lichtintensität I₂ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
19 zeigt eine schematische Blockdarstellung von einem Doppelbrechungsmessgerät eines zehnten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung.
20 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung von einer Varianzkurve des Lichtintensitätsverhältnisses I₁/I₃ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
21 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung einer Varianzkurve des Lichtintensitätsverhältnisses I₁/I₃ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
22 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung von einer Kurve einer Lichtintensität I₂ gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
23 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Doppelbrechungsmessgerätes eines elften Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung.
24 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung einer Kurve einer Lichtintensität I gegenüber einem Drehwinkel einer Halb-Wellenlängen-Platte.
25 zeigt eine schematische Blockdarstellung von einem Spannungsentferner gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung.
26 zeigt ein Polarisationsmessgerät gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung.
27 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung, wie Vorrichtungen hergestellt werden (wie beispielsweise Halbleiterchips, wie ICs und LCDs, CCDs und dergleichen).
28 zeigt die Einzelheiten eines Flussdiagramms eines Wafer-Prozesses als Schritt 4, der in 27 gezeigt ist.
Nachstehend sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben.
Zunächst ist ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Aufbaus eines Doppelbrechungsmessgerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Nachstehend ist dieses Doppelbrechungsmessgerät von dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 beschrieben.
In 1 ist eine Achse Z als eine Ausbreitungsrichtung des von einer Lichtquelle 101 ausgegebenen Lichtes dargestellt, ist eine Achse X eine Richtung, die senkrecht zu der Achse Z an einer Lasereinbaufläche ist, und ist eine Achse Y eine Richtung, die normal zu der Lasereinbaufläche ist. In 1 hat das Doppelbrechungsmessgerät des ersten Ausführungsbeispiels eine Lichtquelle 101, ein Polarisierelement 102, ein zu messendes Objekt 103, einen Probentisch 104, eine Strahlbündelteileirichtung 105, Polarisationselemente 106 und 108, Lichtmengenerfassungseinrichtungen 107 und 109, einen Betriebsteil 110 und eine Steuereinrichtung 111.
Das von der Lichtquelle 101 ausgegebenen Licht fällt auf das Objekt 103 ein, nachdem es in ein linear polarisiertes Licht L₀ über das Polarisationselement 102 umgewandelt worden ist, das mit einer Polarisationsrichtung bei 0° gegenüber einer Grundlinienachse ausgerichtet ist, die an der Fläche XY vorhanden ist.
Hierbei können die Polarisationselemente 102, 106 und 108 ein optisches Element verwenden, das die senkrechten linear polarisierten Lichtkomponenten trennt und eine linear polarisierte Lichtkomponente herausnimmt, wie beispielsweise ein Glan-Thompson-Polarisierprisma, ein Rochon-Polarisierprisma, ein Senarmon-Polarisierprisma und ein Wollaston-Polarisierprisma oder einen Polarisierstrahlbündelteiler, der aus dielektrischen Mehrfachlagen hergestellt ist, und dergleichen.
Der Probentisch 104 hat einen Drehmechanismus, wobei die Drehung um die optische Achse von diesem durch einen Schrittmotor gesteuert wird, und dergleichen. Der Schrittmotor wird auf der Grundlage des Befehls eines Befehls der Steuereinrichtung 111 gesteuert und ein Zyklus der Doppelbrechungsmessung ist eine Drehung von 0° bis 180° (oder von 0° bis 360°) bei dem Azimut der schnellen Achse in Bezug auf die Grundlinienachse.
Der Probentisch 104 hat einen Messpositionsänderungsmechanismus, wie beispielsweise einen YX-Tisch, der eine Messposition manuell oder automatisch an einer Fläche, die senkrecht zu der Richtung der optischen Achse steht, variabel steuern kann. Anders ausgedrückt kann der Probentisch 104 die zweidimensionale Doppelbrechungsverteilung an der Messfläche messen.
Die Strahlbündelteileinrichtung 105 hat eine (in 2 gezeigte) Strahlbündelteileinheit, die 3 parallele Platten hat, die zum Teilen des Lichtes in zwei Strahlbündel dient, während die Polarisation des einfallenden Lichtes beibehalten wird. Das Licht Ls, das eine Doppelbrechungsinformation des Objektes 103 hat, wird durch die Strahlbündelteileinrichtung 105 in Strahlbündel L₁ und L₂ geteilt, während die Polarisation des Lichtes Ls beibehalten wird.
Das Strahlbündel L₁ fällt auf die Lichtmengenerfassungseinrichtung 107 durch das Polarisationselement 106 ein, das relativ zu dem Polarisationselement 102 ausgerichtet ist, so dass die Polarisationsrichtung bei parallelen Nicols ist.
Das Strahlbündel L₂ fällt auf die Lichtmengenerfassungseinrichtung 109 über das Polarisationselement 108 ein, das in Bezug auf das Polarisationselement 102 so ausgerichtet ist, dass die Polarisationsrichtung bei gekreuzten Nicols ist.
Die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 107 und 109 erfassen diese Lichtsignale, die die Doppelbrechungsinformation des Objektes 103 umfassen, das heißt eine Verzögerungsgröße und ein Azimut einer Hauptachse, und geben Erfassungssignale, die den Lichtintensitäten des Lichtsignals entsprechen, zu dem Betriebsteil 110 auf einer Echtzeitbasis aus.
In dem Betriebsteil 110 und in der Steuereinrichtung 111 sind eine CPU und ein Speicher untergebracht und Steuervorgänge von jeder Komponente in dem Doppelbrechungsmessgerät wie beispielsweise die Lichtquelle 101 und der Probentisch 104, werden gespeichert. Durch ein Ausführen eines Voreinstellbetätigungsalgorithmus auf der Grundlage der durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 107 und 109 erfassten Erfassungssignale werden eine Phasendifferenz Δ und ein Azimut der schnellen Achse Φ betätigt und das Betätigungsergebnis der Doppelbrechungsmessung wird zu einer (nicht gezeigten) Ausgabeeinheit ausgegeben.
Nachstehend ist die Strahlbündelteileinrichtung, die die Polarisation beibehält, unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung der Strahlbündelteileinrichtung, die das einfallende Licht in zwei Strahlbündel teilt, die die gleiche Polarisation wie das einfallende Licht haben. Mit dem Bezugszeichen 201 ist das einfallende Licht bezeichnet, die Bezugszeichen 204, 205 und 206 zeigen parallele Platten, die so angeordnet sind, dass das Licht bei einem Winkel von 45° einfallen kann, mit dem Bezugszeichen 202 ist ein erstes Strahlbündel bezeichnet, das zweimal an zwei parallelen Platten reflektiert, und mit dem Bezugszeichen 203 ist ein zweites Strahlbündel bezeichnet, das durch beide parallele Platten übertragen wird. Die Bezugszeichen 207 und 208 zeigen bei diesem Ausführungsbeispiel unnötiges Licht.
Die erste parallele Platte 204 und die zweite parallele Platte 205 sind so angeordnet, dass die p-polarisierte Komponente, die an der ersten parallelen Platte 204 einfällt, als s-polarisierte Komponente an der zweiten parallelen Platte 205 reflektiert werden kann. Gemäß diesem Aufbau wird eine Polarisationskomponente an der zweiten parallelen Platte 205 als eine s-polarisierte Komponente an der ersten parallelen Platte 204 reflektiert.
Die dritte parallele Platte 206 ist so angeordnet, dass eine p-polarisierte Komponente, die durch die erste parallele Platte 204 übertragen worden ist, als eine s-polarisierte Komponente durch die dritte parallele Platte 206 übertragen wird.
Nachstehend ist ein Prinzip beschrieben, durch welches die Strahlbündelteileinrichtung das einfallende Licht in zwei Strahlbündel teilt, die die gleiche Polarisation wie das einfallende Licht haben. Eine Reflektion an der hinteren Fläche der parallelen Platte wird aus Zwecken der Vereinfachung ignoriert.
Wenn das einfallende Licht vollständig polarisiertes Licht ist, wird der elektrische Feldvektor als Ausdruck 1 ausgedrückt: E = Ep + Es (1)
Das einfallende Licht wird geteilt zum Zwecke der Berechnung in die lineare polarisierte Komponente E_p als die p-polarisierte Komponente bei der Reflektion an der ersten parallelen Platte, und in die lineare polarisierte Komponente E_s als die s-polarisierte Komponente bei der Reflektion an der ersten parallelen Platte. Wenn das einfallende Licht teilweise polarisiertes Licht oder nicht polarisiertes Licht ist, kann es als eine Ansammlung von einer Vielzahl an vollständig polarisierten Strahlbündeln erachtet werden, und jedes vollständig polarisierte Licht wird beibehalten.
Wenn drei parallele Platten, die aus dem gleichen Material hergestellt sind, verwendet werden, haben diese drei parallelen Platten die gleiche Komplexamplitudenreflektanz r_p und r_s des p-polarisierten Lichtes und s-polarisierten Lichtes. Dann wird die Komplexamplitude E₁₁ als eine erste polarisierte Komponente des ersten Strahlbündels 202, das zweimal an den parallelen Platten reflektiert worden ist, wie bei Ausdruck 2 ausgedrückt: E11 = rsrPEP (2)wobei E_p eine Komplexamplitude der linearen polarisierten Komponente als das p-polarisierte Licht bei der Reflektion an der ersten parallelen Platte ist und Es eine Komplexamplitude der linearen polarisierten Komponente als das s-polarisierte Licht bei Reflektion an der ersten parallelen Platte ist.
Die zweite polarisierte Komponente der Komplexamplitude E₁₂ wird als Ausdruck 3 ausgedrückt: E12 = rPrsEs (3)
Die Komplexamplitude E₁ des reflektierten Lichtes als eine Summe von ihnen wird als Ausdruck 4 ausgedrückt: E1 = rsrP(EP + Es) (4)
Da es sich um Licht handelt, das als einfallendes Licht durch die Konstante r_sr_p multipliziert wird, hat dieses erste Strahlbündel 202 die gleiche Polarisation wie das einfallende Licht. Die Komplexamplitude E₂₁ des ersten polarisierten Lichtes des zweiten Strahlbündels 203, das an der parallelen Platte zweimal übertragen wird, wird als Gleichung (5) angegeben: E21 = tstPEP (5)
Die Komplexamplitude E₂₂ des zweiten polarisierten Lichtes wird als Gleichung (6) ausgedrückt: E22 = tPtsEs (6)
Die Komplexamplitude E₂ des übertragenen Lichtes als eine Summe von ihnen wird als Gleichung (7) ausgedrückt: E2 = tstP(EP + Es) (7)
Da es Licht ist, das als einfallendes Licht durch die Konstante t_st_p multipliziert wird, hat dieses zweite Strahlbündel 203 die gleiche Polarisation wie das einfallende Licht.
Während das einfallende Licht einen Einfallwinkel von 45° in Bezug auf die parallele Platte hat, ist der Winkel nicht auf 45° beschränkt, wenn die drei Einfallwinkel die gleichen sind. Ein ähnlicher Effekt ergibt sich, wenn drei derartige Strahlbündelteilelemente als ein Gitter und ein Strahlbündelteiler verwendet werden, die die gleichen Teilkennlinien haben wie beispielsweise die Reflektions- und Übertragungskennlinien. r_s, r_p, t_p und t_s müssen nicht unbedingt einfache reelle Konstanten sein, sondern können komplexe Konstanten sein, die eine Phasenänderung aufzeigen, wenn ein Teiler mit einem Film verwendet wird.
Obwohl in 1 nicht unnötiges Licht gezeigt ist, würden Strahlbündel 207 und 208 in 2 Streulicht bewirken und somit durch einen Strahlbündeldämpfer absorbiert werden. Die Konstanten r_s, r_p, t_p und t_s können zuvor für einen korrekten Betrieb berechnet oder gemessen werden.
Nachstehend ist ein Doppelbrechungsmessverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Das von der Lichtquelle 101 ausgegebene Licht wird in lineares polarisiertes Licht über das Polarisationselement 102 umgewandelt, das mit einer Polarisationsrichtung bei 0° zu einer vorhandenen Grundlinienachse ausgerichtet ist. Eine Jones-Matrix des Polarisationselementes 102 wird durch Gleichung 8 angegeben. Wenn das Strahlbündel L₀ als Licht von dem Polarisationselement 102 ausgegeben wird, wird die Polarisation durch Gleichung 9 und die Jones-Matrix ausgedrückt:
Das Strahlbündel L₀ wird durch das Objekt 103 übertragen und wird in elliptisches polarisiertes Licht umgewandelt, das aufgrund eines Phasenversatzes auftritt, der sich aus einer Differenz des Brechungsindex von zwei Hauptachsen des Objektes 103 ergibt, das heißt einer schnellen Achse und einer langsamen Achse. Die Phasendifferenz Δ und der Azimut der Hauptachse Φ des Objektes 103 und die Jones-Matrix des Objektes 103 sind in Gleichung 10 ausgedrückt:
Das Objekt 103 dreht sich um die optische Achse durch den Probentisch 104. Wenn θ der Drehwinkel ist, wird die Jones-Matrix von dieser Drehumwandlung wie in Gleichung 11 ausgedrückt:
Die Jones-Matrix des Objektes 103 wird wie in Gleichung 12 ausgedrückt: Srot = Rθ × S × R–θ (12)
Die Polarisation des ausgegebenen Lichtes L_s bei dem Drehwinkel θ des Objektes 103 wird durch den Jones-Vektor wie in Gleichung 13 angegeben: Es = Srot × E0 (13)
Die Strahlteilungseinrichtung 105 teilt das Licht L_s, das eine Doppelbrechinformation des Objektes 103 hat, in Strahlbündel L₁ und L₂, während die Polarisation des Lichtes L_s beibehalten wird. Die Polarisationen der Strahlbündel L₁ und L₂ werden durch die Gleichungen 14 und 15 unter Verwendung der Jones-Vektoren ausgedrückt, wobei r_s, r_p, t_p und t_s die Komplexamplitudenreflektanz und die Komplexamplitudentransmittanz gegenüber p-polarisiertem Licht und s-polarisiertem Licht der parallelen Platte in der Strahlbündelteileinrichtung 105 sind, die zuvor für den korrekten Betrieb des Betriebsteils 110 berechnet oder gemessen worden sind: Es1 = rsrpEs (14) Es2 = tstpEs (15)
Das Strahlbündel L₁ fällt an der Lichtmengenerfassungseinrichtung 107 über das Polarisationselement 106 ein, das in Bezug auf das Polarisationselement 102 so ausgerichtet ist, dass die Polarisationsrichtung bei parallelen Nicols ist. Das Strahlbündel L₂ fällt auf die Lichtmengenerfassungseinrichtung 109 über das Polarisationselement 108 ein, das in Bezug auf das Polarisationselement 102 so ausgerichtet ist, dass die Polarisationsrichtung bei gekreuzten Nicols ist. Die Jones-Matrizen der Polarisationselement 106 und 108 sind den Gleichungen 16 und 17 ausgedrückt:
Die Strahlbündel L₁ und L₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 107 und 109 empfangen werden, werden in den Gleichungen 18 und 19 unter Verwendung der Jones-Vektoren ausgedrückt: E1 = AH × ES1 (18) E2 = AV × ES2 (19)
Die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 107 und 109 erfassen Lichtsignale von den Strahlbündeln L₁ und L₂ und geben Erfassungssignale, die ihren Lichtintensitäten entsprechen, zu dem Betriebsteil 110 bei einer Echtzeitbasis für Korrekturvorgänge aus. Die Lichtintensitäten, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 107 und 109 nach den Korrekturen erfasst werden, werden in den Gleichungen 20 und 21 ausgedrückt, wobei das Anhängsel * eine komplexe konjugierte Beziehung bedeutet: I1 = (E*1 ·E1)/|rsrP|2 (20) I2 = (E*2 ·E2)/|tstP|2 (21)
Die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtung 107 und 109 empfangenen Lichtintensitäten I₁ und I₂ variieren wie bei einer Sinuskurve bei einem Drehwinkel θ des Objektes 103. Das Intensitätsverhältnis I₂/I₁ zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₂ gegenüber einem Drehwinkel θ des Objektes 103 kann eine Varianzkurve überwachen, die die Elliptizität eines Doppelbrechellipsoides repräsentiert, der eine Doppelbrechinformation des Objektes 103 anzeigt.
3 zeigt ein Abgabebeispiel des Intensitätsverhältnisses I₂/I₁ gegenüber dem Drehwinkel θ des Objektes 103. In 3 sieht das maximale Intensitätsverhältnis I₂/I₁ einen relativen Winkel von 45° zwischen der Polarisationsrichtung des Polarisationselementes 102 und dem Azimut einer Hauptachse des Objektes 103 vor, und das Ausgangslicht L_s des Objektes 103 sieht das maximale ellipsen-polarisierte Licht vor. Das Intensitätsverhältnis I₂/I₁ zeigt die Elliptizität des ellipsenpolarisierten Lichtes an und die Phasendifferenz Δ [Grad] und der Azimut einer Hauptachse Φ [Grad] des Objektes 103 und die Jones-Matrix des Objektes 103 werden gemäß den Gleichungen 22 und 23 ausgedrückt, wobei (I₂/I₁)max und θmax maximale Werte des Intensitätsverhältnisses I₂/I₁ der Varianzkurve sind:
∅ = ±45 – θmax (23)
Die Verzögerungsgröße [nm/cm] des Objektes 103 wird wie bei Gleichung 24 ausgedrückt, wobei λ [nm] eine Wellenlänge einer Lichtquelle und d [cm] die Dicke des Objektes ist: Re = Δλ/360d (24)
Das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist für Messungen unter Verwendung von Ultraviolett als eine Lichtquelle geeignet, da ein optisches Messsystem keine Phasenplatte wie beispielsweise eine Viertel-Wellenlängen-Platte erforderlich macht.
Außerdem hat das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels lediglich ein optisches Element, das per Drehung angetrieben werden muss, und schafft somit genaue Doppelbrechungsmessungen, da es nicht erforderlich ist, die Drehantriebsperioden von zwei optischen Elementen wie bei dem herkömmlichen Messverfahren zu synchronisieren.
Das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet die Strahlbündelteileinrichtung, die Licht teilt, während seine Polarisation beibehalten wird, und erfasst die Doppelbrechungsinformation des Ziellichtes mit zwei lichtempfangenden Elementen, wodurch gleichzeitig die maximale und die minimale Lichtmenge der Ellipse gemessen wird, ohne durch die Lichtmengenvarianzen der Lichtquelle beeinflusst zu werden, und wobei genaue Doppelbrechungsmessungen vorgesehen werden.
Das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels erfasst die Lichtmenge bei einer Rotation des Objektes 103 und misst die Verzögerungsgröße und den Azimut der Hauptachse des Objektes 103 gleichzeitig innerhalb einer kürzeren Messzeit als bei dem herkömmlichen Messverfahren.
Das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann den Einfluss von Messfehlern und dergleichen bei dem optischen Element aufheben, indem bei einer Vielzahl an Doppelbrechungsdaten, die sich bei einem Intervall von 90° bei drehendem Objekt 103 ergeben, der Durchschnitt gebildet wird. Die Information des Betriebsteils 110 wird zu der Steuereinrichtung 111 zurückgeführt und die Probenzahl eines Drehwinkelbereiches und die Messdaten werden für örtlich genaue Messungen gemäß der Verzögerungsgröße des Objektes 103 gesteuert.
Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines Doppelbrechungsmessgerätes eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. Nachstehend ist das Doppelbrechungsmessgerät des zweiten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel nutzt einen ähnlichen Aufbau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass das vorliegende Ausführungsbeispiel so aufgebaut ist, dass eine Drehsteuereinrichtung für die Polarisationselemente 102, 106 und 108 verwendet wird. Eine detaillierte Beschreibung des gemeinsamen Aufbaus unterbleibt, wobei den entsprechenden Bezugszeichen die gleichen letzten beiden Stellen zugewiesen worden ist und der sich unterscheidende Abschnitt gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nachstehend hauptsächlich erläutert ist.
In 4 hat das Doppelbrechungsmessgerät des zweiten Ausführungsbeispiels eine Lichtquelle 401, ein Polarisationselement 402, ein zu messendes Objekt 403, einen Probentisch 404, eine Strahlbündelteileinrichtung 405, Polarisationselemente 406 und 408, Lichtmengenerfassungseinrichtungen 407 und 409, einen Betriebsteil 410 und eine Steuereinrichtung 411.
Das von der Lichtquelle 401 ausgegebene Licht fällt an dem Objekt 403 ein, nachdem es in ein linear-polarisiertes Licht L₀ über das Polarisationselement 402 umgewandelt worden ist, dessen Drehung um die optische Achse durch die Steuereinrichtung 411 gesteuert wird.
Das Polarisationselement 402 hat einen Drehmechanismus, dessen Drehung durch einen Schrittmotor und dergleichen gesteuert wird. Der Schrittmotor wird auf der Grundlage eines Befehls der Steuereinrichtung 411 gesteuert, und ein Zyklus einer Doppelbrechungsmessung ist eine Drehung von 0° bis 180° (oder 0° bis 360°) bei dem Azimut der schnellen Achse in Bezug auf die Grundlinienachse.
Der Probentisch 404 hat einen Messpositionsänderungsmechanismus wie beispielsweise einen XY-Tisch, der eine Messposition manuell oder automatisch an einer Oberfläche, die senkrecht zu der Richtung der optischen Achse ist, variabel steuern kann. Anders ausgedrückt kann der Probentisch 404 die zweidimensionale Doppelbrechungsverteilung an der Messfläche messen.
Das Licht L_s, das eine Doppelbrechungsinformation des Objektes 403 hat, wird durch die Strahlbündelteileinrichtung 405 in Strahlbündel L₁ und L₂ geteilt, während die Polarisation des Lichtes L_s beibehaltenwird.
Das Strahlbündel L₁ fällt an der Lichtmengenerfassungseinrichtung 407 über das Polarisationselement 406 ein, das in Bezug auf das Polarisationselement 402 so per Drehung gesteuert wird, dass die Polarisationsrichtung bei parallelen Nicols ist.
Das Strahlbündel L₂ fällt an der Lichtmengenerfassungseinrichtung 409 über das Polarisationselement 408 ein, das in Bezug auf das Polarisationselement 402 so per Drehung gesteuert wird, dass die Polarisationsrichtung bei gekreuzten Nicols ist.
Die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 407 und 409 erfassen diese Lichtsignale, die die Doppelbrechungsinformationen des Objektes 403 umfassen, das heißt eine Verzögerungsgröße und Azimut einer Hauptachse, und geben die Erfassungssignal, die den Lichtintensitäten dieser Lichtsignale entsprechen, zu dem Betriebteil 410 auf einer Echtzeitbasis aus.
Der Betriebsteil 410 und die Steuereinrichtung 411 haben eine CPU und einen Speicher und speichern Steuervorgänge von jedem Bauteil oder jeder Komponente des Doppelbrechungsmessgerätes, wie beispielsweise die Lichtquelle 401, die Polarisationselemente 402, 406 und 408 und den Probentisch 404. Durch Ausführen eines voreingestellten Betriebsalgorithmus aus der Grundlage der Erfassungssignale, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 407 und 409 erfasst worden sind, werden eine Phasendifferenz Δ und ein Azimut der schnellen Achse Φ betätigt und das Betriebsergebnis der Doppelbrechung wird zu einer (nicht gezeigten) Ausgabeeinheit ausgegeben.
Nachstehend ist das Doppelbrechungsmessverfahren des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Polarisation des Lichtes, das von der Lichtquelle 401 ausgegeben wird, ist in Gleichung 25 ausgedrückt, wobei δ die Phasendifferenz bei der senkrechten Komponente des ausgegebenen Lichtes ist:
Das ausgegebene Licht von der Lichtquelle 401 wird in das lineare polarisierte Licht über das Polarisationselement 402 umgewandelt, wobei die Drehung von diesem um die optische Achse durch die Steuereinrichtung 411 gesteuert wird. Die Jones-Matrix des per Drehung gesteuerten Polarisationselementes 402 ist in Gleichung 26 unter Verwendung der Polarisationselemente 402 und der Jones-Matrizen von Gleichungen 8 und 11 ausgedrückt, wobei θ der Drehwinkel des Polarisationselementes 402 gegenüber der Grundlinienachse ist: PHrot = Rθ × PH × R–θ (26)
Das Ausgabestrahlbündel L₀ von dem Polarisationselement 402 wird durch das Objekt 403 übertragen und wird in elliptisch polarisiertes Licht umgewandelt, das aufgrund eines Phasenversatzes auftritt, der sich aus der Differenz des Brechungsindex von zwei Hauptachsen des Objektes 403 ergibt, das heißt einer schnellen Achse und einer langsamen Achse. Die Polarisation des Ausgabestrahlbündels L_s von dem Objekt 403 bei einem Drehwinkel θ des Polarisationselementes 403 ist in Gleichung 27 unter Verwendung der Jones-Matrix ausgedrückt: ES = S × PHrot × E0 (27)
Die Strahlbündelteileirichtung 405 teilt das Licht L_s, das eine Doppelbrechungsinformation des Objektes 403 hat, in Strahlbündel L₁ und L₂, während die Polarisation des Lichtes L_s beibehalten wird. Die Polarisationen der Strahlbündel L₁ und L₂ sind durch die vorstehend erwähnten Gleichungen 14 und 15 unter Verwendung der Jones-Faktoren ausgedrückt, wobei r_s, r_p, t_p und t_s die Komplexamplitudenreflektanz und die Komplexamplitudentransmittanz gegenüber p-polarisiertem Licht und s-polarisiertem Licht der parallelen Platte bei der Strahlbündelteileirichtung 405 sind, die zuvor für einen korrekten Betrieb bei dem Betriebsteil 410 berechnet oder gemessen worden sind: ES1 = rsrPES (14) ES1 = rsrPES (15)
Das Polarisationselement 406 wird durch die Steuereinrichtung 411 relativ zu dem Polarisationselement 402 so per Drehung gesteuert, dass die Polarisationsrichtung bei parallelen Nicols ist. Das Polarisationselement 408 wird durch die Steuereinrichtung 411 relativ zu dem Polarisationselement 402 so per Drehung gesteuert, dass die Polarisationsrichtung bei gekreuzten Nicols ist. Die Polarisationen der Strahlbündel L₁ und L₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 407 und 409 empfangen werden, sind in den Gleichungen 28 und 29 ausgedrückt: E1 = Rθ × AH × R–θ × ES1 (28) E2 = Rθ × AV × R–θ × ES2 (29)
Die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 407 und 409 erfassen Lichtsignale der Strahlbündel L₁ und L₂ und geben Erfassungssignale, die ihren Lichtintensitäten entsprechen, zu dem Betriebsteil 410 auf einer Echtzeitbasis für Korrekturvorgänge aus.
Der gleiche Algorithmus wie derjenige des ersten Ausführungsbeispiels wird zum Berechnen der Verzögerungsgröße und des Azimutes einer Hauptachse des Objektes 403 unter Verwendung der Erfassungssignale, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 407 und 409 erfasst werden, verwendet, und deren Beschreibung unterbleibt.
Das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet ein nicht drehbares Objekt 403 und ist für eine große Aperturprobe anwendbar, wohingegen der Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels eine Schwierigkeit beim Handhaben eines derartigen Objektes hat.
Das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist für Messungen unter Verwendung von Ultraviolett als eine Lichtquelle geeignet, da ein optisches Messsystem keine Phasenplatte wie beispielsweise eine Viertel-Wellenlängen-Platte, erforderlich macht.
Das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet die Strahlbündelteileinrichtung, die Licht teilt, während seine Polarisation beibehalten wird, und erfasst eine Doppelbrechungsinformation des Ziellichtes mit zwei Licht aufnehmenden Elementen, wodurch gleichzeitig die maximale und die minimale Lichtmenge der Ellipse gemessen werden, ohne durch die Lichtmengenvarianzen der Lichtquelle beeinflusst zu werden, und genaue Doppelbrechungsmessungen vorgesehen werden.
Das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels erfasst die Lichtmenge bei Drehungen der Polarisationselemente 402, 406 und 408 und misst die Verzögerungsgröße und den Azimut der Hauptachse des Objektes 403 bei der gleichen Zeit innerhalb einer kürzeren Messzeit als bei dem herkömmlichen Messverfahren.
Das Doppelbrechungsmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann den Einfluss von Herstellfehlern und dergleichen der optischen Elemente aufheben, indem bei einer Vielzahl an Doppelbrechungsdaten, die sich bei einem Intervall von 90° ergeben, der Durchschnitt gebildet wird, wenn sich die Polarisationselemente 402, 406 und 408 drehen. Die Information des Betriebsteils 410 wird zu der Steuereinrichtung 411 zurückgeführt und die Probenzahl eines Drehwinkelbereichs und die Messdaten werden für örtlich genaue Messungen gemäß der Verzögerungsgröße des Objektes 403 gesteuert.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann ein (nicht gezeigtes) Polarisationselement zwischen der Lichtquelle 401 und dem Polarisationselement 402 anordnen, das die Polarisation des einfallenden Lichtes in lineares polarisiertes Licht umwandelt.
Nachstehend ist ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die 5 und 6 zeigen schematische Ansichten eines Spannungsentferners eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. Nachstehend ist der Spannungsentferner des dritten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet einen ähnlichen Aufbau des Doppelbrechungsmessgerätes wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Aufbau so gestaltet ist, dass ein zu messendes Objekt 404 in einem Wärmebehandlungsteil untergebracht ist. Eine detaillierte Beschreibung des gemeinsamen Aufbaus unterbleibt, wobei die entsprechenden Bezugszeichen die letzten beiden Stellen zugewiesen bekommen, und der gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel unterschiedliche Teil ist nachstehend hauptsächlich erörtert.
In 5 hat der Spannungsentferner des dritten Ausführungsbeispiels eine Lichtquelle 501, ein Polarisationselement 502, ein zu messendes Objekt 503, einen Wärmebehandlungsteil 504, eine Strahlbündelteileinrichtung 505, Polarisationselemente 506 und 508, Lichtmengenerfassungseinrichtungen 507 und 509, einen Betriebsteil 510 und eine Steuereinrichtung 511.
Der Spannungsentferner des dritten Ausführungsbeispiels ist so aufgebaut, dass eine Wärmebehandlung bei dem Objekt 503 ausgeführt wird, indem das Objekt 503 in dem Wärmebehandlungsteil 512 untergebracht wird, Doppelbrechungsänderungen des Objekte 503 mit der Zeit bei dem Wärmebehandlungsschritt gemessen werden und ermöglicht wird, dass die Steuereinrichtung 511 die Wärmebehandlungsbedingungen auf der Grundlage des Messergebnisses so steuert, dass die Verzögerungsgröße des Objektes 503 innerhalb des vorbestimmten Bereiches sein kann.
Nachstehend ist der Wärmebehandlungsteil 512 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Der Wärmebehandlungsteil 512 hat einen rostfreien Behälter 602 mit einer Probenunterbringungskammer 601, einer Vielzahl an Erwärmungseinheiten 603, von denen jede eine unabhängig im Hinblick auf die Temperatur steuerbare Heizeinrichtung an dem Seitenteil, an dem Bodenteil und an dem oberen Teil des rostfreien Behälters 602 hat, und eine adiabatische Wand 604.
Die Temperatur in der Probenunterbringungskammer 601 ist durch eine Temperatursteuereinrichtung steuerbar. Das in dem Behälter untergebrachte Objekt 503 kann gleichförmig wärmebehandelt werden, indem die unabhängig im Hinblick auf die Temperatur steuerbaren Erwärmungseinheiten 603, die an vier Seiten des rostfreien Behälters 602 eingebaut sind, erwärmt werden und die Temperatur ungleichförmig in der Probenunterbringungskammer 601 verringert wird.
Der Wärmebehandlungsteil 512 ist mit einer Lichtführungsröhre 605 für ein Einleiten von Licht L₀, das von der Lichtquelle 501 ausgegeben wird, in die Probenunterbringungskammer 601 und mit einer Lichtführungsröhre 606 versehen, die das übertragene Licht L_s der Außenseite der Probenunterbringungskammer 601 einleitet.
Die Lichtführungsröhren 605 und 606 sind mit transparenten Verschlusseinrichtungen 607 und 608 für ein Abschirmen der Umgebung in der Probenunterbringungskammer 601 von der Außenseite, mit transparentem Quarzfenster oder mit einem Kalziumfluoridfenster 609, 610 und dergleichen versehen.
Das Objekt 503 wird optisch so poliert, dass es eine parallele Einfallfläche und Ausgangsfläche des Laserlichtes hat und es wird an dem Probenhalterahmen 611 so gehalten, dass der Laserstrahlbündel senkrecht eintritt und die Einfallfläche und die Ausgangsfläche verlässt.
Der Spannungsentferner des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Verzögerungsgrößenänderungen des Objektes 503 mit der Zeit bei dem Wärmebehandlungsschritt auf Echtzeitbasis messen und ermöglicht, dass die Steuereinrichtung 511 auf der Grundlage des Messergebnisses die Wärmebehandlungsbedingungen des Objektes 503 wie beispielsweise die Temperatur, die Haltezeit, die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und die Kühlgeschwindigkeit per Rückführung steuert, wobei die Verzögerungsgrößensteuerung und die Wärmebehandlungszeit des Objektes 503 verkürzt werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein (nicht gezeigtes) Polarisationselement zwischen der Lichtquelle 501 und dem Polarisationselement 502 angeordnet sein, das die Polarisation des einfallenden Lichtes in lineares polarisiertes Licht umwandelt.
Nachstehend ist ein viertes Ausführungsbeispiel beschrieben.
7 zeigt eine schematische Ansicht eines Polarimeters eines vierten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. Nachstehend ist das Polarimeter des vierten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
In 7 hat das Polarimeter des vierten Ausführungsbeispiels eine Strahlbündelteileinrichtung 701, 702, Polarisationselemente 703, 705, Lichtmengenerfassungseinrichtungen 704, 706, einen Betriebsteil 707 und eine Steuereinrichtung 708.
Die Strahlbündelteileinrichtung 701 teilt Licht L₀, das von einer erwünschten Lichtquelleneinheit ausgegeben wird, in Lichtbündel L_M und L_s, die die gleiche Polarisation wie das Licht L₀ haben.
Das Polarimeter des vierten Ausführungsbeispiels verwendet das Licht L_s zum Erfassen der Polarisation. Das Licht L_M wird in eine erwünschte Einheit eingeleitet.
Das Strahlbündel L_s, das durch die Strahlbündelteileinrichtung 701 geteilt worden ist, wird durch die Strahlbündelteileinrichtung 702 in Strahlbündel L₁ und L₂ geteilt, die die gleiche Polarisation haben. Diese Strahlbündel L₁ und L₂ fallen an den Lichtmengenerfassungseinrichtungen 704 und 706 über die Polarisationselemente 703 und 705 ein, die durch die Steuereinrichtung 708 um die optische Achse herum per Drehung gesteuert werden. Die Polarisationselemente 703 und 705 sind so ausgerichtet, dass sie bei gekreuzten Nicols sind.
Die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 704 und 706 erfassen diese Lichtsignale, die die Doppelbrechinformation des zu messenden Strahlbündels umfassen, und geben Erfassungssignale, die den Lichtintensitäten des Lichtsignales entsprechen, zu dem Betriebsteil 707 auf einer Echtzeitbasis aus.
Nachstehend ist ein Polarisationserfassungsverfahren des vierten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Die Polarisation des zu messenden Strahlbündels L_s, das eine Ausbreitungsrichtung als Achse Z hat, ist in Gleichung 32 ausgedrückt, indem der elektrische Feldvektor in zwei senkrechte Komponenten aufgelöst ist, wobei A_X und A_Y Amplituden von jeder Komponente sind und δ eine Phasendifferenz zwischen den Komponenten X und y ist:
Die Strahlbündelteileinrichtung 105 teilt das Licht L_s in die Strahlbündel L₁ und L₂, während die Polarisation des Lichtes L_s beibehalten wird. Die Polarisationen der Strahlbündel L₁ und L₂ sind durch die vorstehend erwähnten Gleichungen 14 und 15 unter Verwendung der Jones-Vektoren ausgedrückt, wobei r_s, r_p, t_P und t_S eine Komplexamplitudenreflektanz und Komplexamplitudentranspedanz gegenüber p-polarisiertem Licht und S-polarisiertem Licht der parallelen Platte bei der Strahlbündelteileinrichtung 105 sind, die zuvor für einen Korrekturbetrieb bei dem Betriebsteil 707 berechnet oder gemessen worden sind: ES1 = rsrPES (14) ES2 = tstPES (15)
Die Strahlbündel L₁ und L₂ werden in die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 704 und 706 über die Polarisationselemente 703 und 705 eingeleitet, die so per Drehung gesteuert werden, dass sie einen Zustand von gekreuzten Nicols beibehalten. Hierbei ist die Polarisationsrichtung der Polarisationselemente 703 so gestaltet, dass sie 0° beträgt, während die Polarisationsrichtung des Polarisationselementes 705 so gestaltet ist, dass sie 90° für die Basislinienachse der Drehfläche bei θ = 0° ist.
Die Strahlbündel L₁ und L₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 704 und 706 empfangen werden, sind in den vorstehend erwähnten Gleichungen 28 und 29 unter Verwendung des Jones-Vektors ausgedrückt: E1 = Rθ × AH × R–θ × ES1 (28) E2 = Rθ × AV × R–θ × ES2 (29)
Die Lichtmengenerfassungseinrichtung 704 und 706 erfassen Lichtsignale der Strahlbündel L₁ und L₂ und geben Erfassungssignale, die ihren Lichtintensitäten entsprechen, zu dem Betriebsteil 707 auf einer Echtzeitbasis für Korrekturvorgänge aus. Die Lichtintensitäten, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 704 und 706 nach den Korrekturen erfasst worden sind, sind in den vorstehend erwähnten Gleichungen 20 und 21 ausgedrückt, wobei ein Anhängsel * eine komplex-konjugierte Beziehung bedeutet: I1 = (E*1 ·E1)/|rsrP|2 (20) I2 = (E*2 ·E2)/|rsrP|2 (21)
Die Lichtintensitäten I₁ und I₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 704 und 706 empfangen werden, variieren gemäß einer Sinuskurve bei einem Drehwinkel θ der Polarisationselemente 703 und 705. Der Betriebsteil 707 berechnet ein Intensitätsverhältnis I₁/I₂ zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₂ bei einem Drehwinkel θ und wandelt diese in eine Phasendifferenz Δ unter Verwendung einer Gleichung 31 so um, dass eine Varianzkurve überwacht wird, die die Polarisationsinformation des Strahlbündel L_s repräsentiert:
8 zeigt ein Ausgabebeispiel der Phasendifferenz Δ des Strahlbündels L_s bei einem Drehwinkel θ. Eine Phasendifferenz δ zwischen den Komponenten X und Y und ein Amplitudenverhältnis von A_Y/A_X von diesen Komponenten kann unter Verwendung der Gleichungen 32 und 33 berechnet werden und zwar zusätzlich zu Δ_min, das die minimale Phasendifferenz Δ und den Drehwinkel θmin zu diesem Zeitpunkt bei 8 vorsieht: δ = Δmin (32) Ay/Ax = tan(θmin) (33)
Die Lichtmenge des Strahlbündels L_s wird unter Verwendung von Gleichung 34 berechnet: I = I1 + I2 (34)
Das Polarimeter des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann mit Leichtigkeit Änderungen der Lichtmengenvarianz mit der Zeit von dem zu messendem Strahlbündel und auch Änderungen der Polarisation mit der Zeit des zu messenden Strahlbündels messen. Das Polarimeter des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird für derartige Geräte wie die verschiedenen Arten an Beleuchtungsgeräten, Belichtungsgeräten, optischen Messeinheiten, optischen Beobachtungseinheit und Interferometern verwendet, bei denen Polarisationsänderungen die Leistung beeinflussen.
Nachstehend ist ein fünftes Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Belichtungsgerät eines fünften Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es das Polarimeter des vierten Ausführungsbeispiels hat. Gemäß dem Belichtungsgerät von diesem Ausführungsbeispiel kann das Belichtungsgerät stets die Polarisation des Beleuchtungssystems für eine Rückführsteuerung so erfassen, dass das Beleuchtungssystem die Polarisation stets für die Belichtung geeignet halten kann. Das Belichtungsgerät kann die genaue Belichtungsdosis unabhängig von der Änderung der Polarisationsleistung des Beleuchtungssystems erfassen und eine genaue Rückführsteuerung über die Belichtungsdosis vorsehen.
Nachstehend ist ein sechstes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das Vorrichtungsherstellverfahren eines sechsten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Belichtungsgerät des fünften Ausführungsbeispiels verwendet wird. Das Vorrichtungsherstellverfahren von diesem Ausführungsbeispiel verwendet das Belichtungsgerät zum Verbessern des Durchsatzes und außerdem zum Vorsehen von Vorrichtungen in hoher Qualität.
Das erfindungsgemäße Doppelbrechungsmessgerät ist für Messungen unter Verwendung von Ultraviolett als eine Lichtquelle geeignet, da es keine Phaseneinrichtung wie beispielsweise eine Viertel-Wellenlängen-Platte erforderlich macht. Die Verwendung der Strahlbündelteileinrichtung, die die Polarisation beibehält, kann zwei oder mehr Licht aufnehmende Elemente verwenden, um eine Doppelbrechungsinformation des zu messenden Strahlbündels für schnelle und genaue Doppelbrechungsmessungen zu erfassen.
Der erfindungsgemäße Spannungsentferner misst Änderungen im Laufe der Zeit von der Verzögerungsgröße eines optischen Elementes bei dem Wärmebehandlungsschritt, steuert per Rückführung die Wärmebehandlungsbedingungen und sieht eine Steuerung über die Verzögerungsgröße des optischen Elementes vor und verkürzt die Wärmebehandlungszeit.
Das erfindungsgemäße Polarimeter kann Änderungen im Laufe der Zeit von der Lichtmengenvarianz des zu messenden Strahlbündels und Änderungen im Laufe der Zeit von der Polarisation des Strahlbündels messen. Das erfindungsgemäße Belichtungsgerät sieht eine Rückführsteuerung derart vor, dass das Beleuchtungssystem die Polarisation stets für die Belichtung geeignet halten kann und eine genaue Rückführsteuerung über die Belichtungsdosis vorgesehen wird.
Das erfindungsgemäße Vorrichtungsherstellverfahren kann nicht nur den Durchsatz verbessern, sondern außerdem Vorrichtungen in hoher Qualität schaffen.
Nachstehend ist ein siebentes Ausführungsbeispiel beschrieben.
9 zeigt eine schematische Ansicht von einem Aufbau eines Doppelbrechungsmessgerätes 1000 eines siebenten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. In 9 ist eine Achse Z als eine Ausbreitungsrichtung des Lichtes, das von einer Lichtquelle 1012 ausgegeben wird, eingestellt, ist eine Achse X als eine Richtung eingestellt, die senkrecht zu der Achse Z an einer Einbaufläche der Lichtquelle 1012 ist, und stellt eine Achse Y eine Richtung dar, die normal zu der Einbaufläche der Lichtquelle 1012 ist.
Das Doppelbrechungsmessgerät 1000 dient dem Messen der Doppelbrechung bei einem zu messenden Objekt ST und hat einen Lichtquellenteil 1010, einen Messteil 1020, eine Strahlbündelteileinrichtung 1030, Erfassungsteile 1040a und 1040b und eine Steuereinrichtung 1050.
Der Lichtquellenteil 1010 gibt Licht mit einer spezifischen Polarisation zu dem Objekt ST aus und hat bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Lichtquelle 1012, ein Linearpolarisationselement 1014 und eine Viertel-Wellenlängen-Platte 1016.
Die Lichtquelle ist eine Lichtquelle, die ein vorbestimmtes Strahlbündel zu dem Objekt ST ausgibt, und hat einen kontinuierlichen Laser im sichtbaren Bereich wie beispielsweise einen He-Ne-Laser. Während das Doppelbrechungsmessgerät 1000 von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Messungen der Doppelbrechung des Objektes ST unter Verwendung des kontinuierlichen Lasers im sichtbaren Bereich für die Lichtquelle 1012 geeignet ist, kann die Lichtquelle 1012 eine beliebige Art an Lichtquelle verwenden, wie beispielsweise einen Ultraviolett-Impulslaser.
Lineares oder elliptisch polarisiertes Licht, das von der Lichtquelle 1012 ausgegeben wird, fällt ein an dem Objekt ST, nachdem es zu einem kreisartig polarisierten Licht L₀ über das lineare Polarisationselement 1014 umgewandelt worden ist, das mit einer Polarisationsrichtung bei 0° zu einer Grundlinienachse ausgerichtet ist, beispielsweise in einer Richtung, die parallel zu der Einbaufläche der Lichtquelle 1012 ist, um die optische Achse und an einer Fläche voreingestellt ist, die senkrecht zu der Richtung der optischen Achse ist, und an der Viertel-Wellenlängen-Platte 1016, die mit einem Azimut einer schnellen Achse von 45° zu der Grundlinienachse an der Ausgangsseite des linearen Polarisationselementes 1014 ausgerichtet ist.
Das lineare Polarisationselement 1014 kann ein optisches Element verwenden, das die senkrechten polarisierten Lichtkomponenten trennt und eine linear polarisierte Lichtkomponente herausnimmt, wie beispielsweise ein Glan-Thompson-Polarisierprisma, ein Rochon-Polarisierprisma, ein Senarmon-Polarisierprisma und ein Wollaston-Polarisierprisma oder ein Polarisationsstrahlbündelteiler, der aus dielektrischer Mehrfachlage und dergleichen hergestellt ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Licht mit einer beliebigen Polarisation, das von der Lichtquelle 1012 ausgegeben wird, zu kreisartig polarisiertem Licht unter Verwendung des linearen Polarisationselementes 1014 und der Viertel-Wellenlängen-Platte 1016 umgewandelt, wodurch die Richtung der schnellen Achse des Objektes ST keine Totrichtung hat, wobei eine stabile Polarisation ausgegeben werden kann und die Messgenauigkeit verbessert werden kann.
Der Messteil 1020 hat einen Tisch 1022, der das Objekt ST hält, und eine Halb-Wellenlängen-Platte 1024, die einen Drehmechanismus hat.
Der Tisch 1022 hat beispielsweise einen X-Y-Tisch, der eine Messposition des Objektes ST manuell oder automatisch entlang senkrechter Richtungen an einer Fläche variabel steuern kann, die senkrecht zu der Richtung der optischen Achse steht. Der Tisch 1022 variiert einen Messbereich des Objektes ST und ermöglicht das Messen der Doppelbrechung an einer Vielzahl an Positionen. Anders ausgedrückt steuert der Tisch 1022 die Positionen des Objektes ST und erzielt die zweidimensionale Doppelbrechverteilung an der Messfläche.
Es wird angenommen, dass das kreisartig polarisierte Licht L₀ von dem Lichtquellenteil 1010 durch das Objekt ST übertragen wird. Das kreisartig polarisierte Licht L₀ wird in elliptisch polarisiertes Licht L_s aufgrund einer Phasendifferenz umgewandelt, die durch eine Brechungsindexdifferenz zwischen zwei Hauptachsen der schnellen Achse und der Verzögerungsachse des Objektes ST bewirkt wird. Das elliptisch polarisierte Licht L_s fällt als ein Lichtsignal, das eine Doppelbrechungsinformation der Phasendifferenz (oder der Verzögerungsgröße) und einen Azimut einer Hauptachse (oder ein Azimut einer Hauptachse) reflektiert, an der Halb-Wellenlängen-Platte 1024 ein.
Die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 hat einen Drehmechanismus, dessen Drehung um die optische Achse durch einen (nicht gezeigten) Schrittmotor gesteuert wird. Der Schrittmotor wird auf der Grundlage eines Befehls der Steuereinrichtung 1050 gesteuert, die nachstehend beschrieben ist, und ein Zyklus einer Doppelbrechungsmessung ist eine Drehung von 0° bis 180° bei dem Azimut einer schnellen Achse in Bezug auf die Grundlinienachse.
Die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 dient dem Umwandeln der Drehung um die optische Achse, während die Polarisation des einfallenden Lichtes beibehalten wird. Wenn bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sich die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 um θ dreht, wird der Drehwinkel des elliptisch polarisierten Lichtes L_S von dem Objekt ST in 20 umgewandelt, während seine Polarisation beibehalten wird, und dann tritt das elliptisch polarisierte Licht L_s in die Strahlbündelteileinrichtung 130 ein. Anders ausgedrückt kann durch Drehen der Halb-Wellenlängen-Platte 1024 das elliptisch polarisierte Licht L_S, das eine Doppelbrechungsinformation des Objektes ST hat, in ein Strahlbündel L_sθ umgewandelt werden, das die Polarisation des Strahlbündels L_S beibehält.
Die Strahlbündelteileinrichtung 1030 entspricht der in 2 gezeigten Strahlbündelteileinrichtung 105, bei der das einfallende Licht 201 das Licht L_Sθ ist und die Strahlbündel 202, 203, 207 und 208 die Strahlbündel L₁, L₂, L₁' und L₂' jeweils bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind.
Die Erfassungseinrichtungen 1040a und 1040b umfassen lineare Polarisationselemente 1042a und 1042b und Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b. Die linearen Polarisationselemente 1042a und 1042b sind so angeordnet, dass ihre Polarisationsrichtungen 0° zu der Grundlinienachse sind. Das erste und das zweite Strahlbündel L₁ und L₂ werden als Lichtsignale, die die Doppelbrechungsinformation haben, die die Verzögerungsgröße und den Azimut einer Hauptachse des Objektes ST repräsentieren, zu den Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b über die linearen Polarisationselemente 1042a und 1042b ausgegeben. Die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b erfassen diese Lichtsignale und geben Erfassungssignale, die den Lichtintensitäten der Lichtsignale entsprechen, zu der Steuereinrichtung 1050 aus.
In der Steuereinrichtung 1050 ist eine CPU und ein Speicher (die nicht gezeigt sind) untergebracht und Steuervorgänge von jeder Komponente bei dem Doppelbrechungsmessgerät 1000, wie beispielsweise die Lichtquelle 1012, der Tisch 1022 und die Halb-Wellenlängen-Platte 1024, werden gespeichert. Durch ein Ausführen eines voreingestellten Betriebsalgorithmus auf der Grundlage der Erfassungssignale, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b erfasst werden, berechnet die Steuereinrichtung 1050 eine Phasendifferenz und einen Azimut einer langsamen Achse des Objektes ST. Die Steuereinrichtung 1050 kann das Berechnungsergebnis der Doppelbrechungsmessung zu einer (nicht gezeigten) Ausgabeeinheit ausgeben.
Nachstehend ist ein Doppelbrechungsmessverfahren unter Verwendung des Doppelbrechungsmessgerätes 1000 beschrieben. Der Lichtquellenteil 1010 wandelt das linear oder elliptisch polarisierte Licht, das von der Lichtquelle 1012 ausgegeben worden ist, in horizontal linear polarisiertes Licht E₀ über das lineare Polarisationselement 1014 um, das mit einer Polarisationsrichtung bei 0° zu einer Grundlinienachse ausgerichtet ist.
Die Polarisation des horizontal linear polarisierten Lichtes E₀ wird unter Verwendung der Jones-Matrix bei Gleichung 9 ausgedrückt:
Das horizontal linear polarisierte Licht E₀ fällt an dem Objekt ST ein, nachdem es zu kreisartig polarisiertem Licht L₀ über die Viertel-Wellenlängen-Platte 1016 umgewandelt worden ist, die mit einem Azimut einer langsamen Achse von 45° relativ zu der Grundlinienachse an der Ausgangsseite des linearen Polarisationselementes 1014 ausgerichtet ist.
Die Jones-Matrix Q der Viertel-Wellenlängen-Platte 1016 ist in Gleichung 35 ausgedrückt:
Die Jones-Matrix R_Π/4, die eine Drehung der Viertel-Wellenlängen-Platte 1016 zu einer derartigen Position umwandelt, dass die Polarisationsrichtung 45° zu der Grundlinienachse wird, ist in Gleichung 36 ausgedrückt:
Das kreisartig polarisierte Licht L₀ wird unter Verwendung der Jones-Matrix in Gleichung 37 ausgedrückt: L0 = RΠ/4 × Q × R–Π/4 × Eo (37)
Das kreisartige polarisierte Licht L₀ wird durch das Objekt ST übertragen und wird in elliptisch polarisiertes Licht L_s aufgrund eines Phasenversatzes umgewandelt, der sich aus einer Differenz eines Brechungsindex von zwei Hauptachsen des Objektes ST, das heißt einer schnellen Achse und einer langsamen Achse, ergibt.
Die Phasendifferenz Δ und der Azimut einer Hauptachse θ des Objektes ST und die Jones-Matrix S des Objektes ST sind in Gleichung 10 ausgedrückt:
Die Polarisation des elliptisch polarisierten Lichtes L_S wird in Gleichung 38 unter Verwendung des Jones-Vektors S ausgedrückt: Ls = S × L0 (38)
Das elliptisch polarisierte Licht L_S mit der Doppelbrechungsinformation des Objektes ST tritt in die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 ein und rotiert, während ihre Polarisation beibehalten wird, wenn sich die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 dreht. Die Jones-Matrix H der Halb-Wellenlängen-Platte 1024 ist in Gleichung 39 ausgedrückt:
Wenn die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 um die optische Achse durch die Steuereinrichtung 1050 drehend angetrieben wird, wird die Jones-Matrix R_θ der Drehumwandlung in Gleichung 11 ausgedrückt, wobei θ der Drehwinkel von einem Ursprung ist, der eine Position ist, an der der Azimut einer schnellen Achse 0° in Bezug auf die Grundlinienachse ist:
Die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 wandelt das elliptisch polarisierte Licht L_s mit der Doppelbrechungsinformation drehend in ein Strahlbündel L_Sθ um, während die Polarisation beibehalten wird, und die Polarisation des Strahlbündels L_Sθ ist in Gleichung 40 unter Verwendung des Jones-Vektors ausgedrückt: LSθ = Rθ × H × R–θ × LS (40)
Der Strahlbündelteilabschnitt 1032 in der Strahlbündelteileinrichtung 1030 teilt das Licht L_Sθ mit der Doppelbrechungsinformation des Objekts ST in ein erstes und ein zweites Strahlbündel L₁ und L₂, während die Polarisation des Lichtes L_Sθ beibehalten wird. Das erste und das zweite Strahlbündel L₁ und L₂ werden zu den Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b über das lineare Polarisationselement 1042a, dessen Polarisationsrichtung bei 0° in Bezug auf die Grundlinienachse ausgerichtet ist, und das lineare Polarisationselement 1042b ausgegeben, dessen Polarisationsrichtung bei 90° in Bezug auf die Grundlinienachse ausgerichtet ist.
Der Jones-Vektor A_H des linearen Polarisationselementes 1042a und der Jones-Vektor A_V des linearen Polarisationselementes 1042b sind in den Gleichungen 16 und 17 ausgedrückt:
Die Polarisationen des ersten und des zweiten Strahlbündels L₁ und L₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b empfangen werden, sind in den Gleichungen 41 und 42 unter Verwendung der Jones-Vektoren ausgedrückt: E1 = AH × Ls (41) E2 = AV × Ls (42))
Die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b erfassen Lichtsignale der Strahlbündel L₁ und L₂ und geben Erfassungssignale, die ihren Lichtintensitäten entsprechen, zu dem Betriebsteil 1050 aus. Die Lichtintensitäten I₁ und I₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b aufgenommen werden, sind in den Gleichungen 43 und 44 ausgedrückt, wobei r_S, r_P, t_P und t_S die Komplexamplitudenreflektanz und die Komplexamplitudentransmittanz gegenüber p-polarisiertem Licht und s-polarisiertem Licht der parallele Platte bei der Strahlbündelteileinrichtung 1030 sind, die zuvor berechnet oder gemessen worden sind, und wobei ein Anhängsel * eine komplexkonjugierte Beziehung bedeutet: I1 = r2P r2s (E*1 ·E1) (43) I2 = t2P t2s (E*2 ·E2) (44)
Die Lichtintensitäten I₁ und I₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b aufgenommen worden sind, ändern sich in der Form einer Sinuskurve mit dem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1024. Die Sinusvarianzkurve aufgrund der Doppelbrechung wird auf der Grundlage der Änderung der Lichtintensitäten I₁ und I₂ berechnet und die Verzögerungsgröße und der Azimut einer schnellen Achse des Objektes ST werden aus der Amplitude und der Phase der Sinusvarianzkurve berechnet.
Die 10 und 11 zeigen graphische Darstellungen von beispielartigen Sinusvarianzkurven der Lichtintensitäten I₁ und I₂ in Bezug auf den Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1024. In den 10 und 11 sind die Lichtintensitäten I₁ und I₂ entlang der Ordinatenachse und der Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1024 entlang der Abszissenachse aufgezeichnet. Unter Bezugnahme auf die 10 und 11 wird die Phasendifferenz Δ des Objektes ST durch die Gleichung 45 unter Verwendung eines Verhältnisses zwischen dem maximalen und minimalen Wert I_max oder I_min der Lichtintensität I₁ oder I₂ berechnet:
Der Azimut Φ einer schnellen Achse wird unter Verwendung von Gleichung 46 berechnet, wobei θ₁ der Drehwinkel der Halb-Wellenlängen-Platte 1024 ist, wenn die Lichtintensität I₁ anfänglich den minimalen Wert I_min aufzeigt oder die Lichtintensität I₂ anfänglich den maximalen Wert I_max aufzeigt, und ₈₂ ist der Drehwinkel der Halb-Wellenlängen-Platte 1024, wenn die Lichtintensität I₁ anfänglich den maximalen Wert I_max aufzeigt oder die Lichtintensität I₂ anfänglich den minimalen Wert I_min aufzeigt: ∅ = 2θ1 – 45 = 2θ2 – 135 (46)
Das Doppelbrechungsmessgerät 1000 verwendet die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 als ein optisches Element, das drehend angetrieben wird, und muss nicht die Drehantriebsperioden von zwei optischen Elementen synchronisieren, wie beispielsweise bei dem herkömmlichen Heterodyne-Verfahren, wodurch eine genaue Doppelbrechungsmessung ohne den Einfluss von Messfehlern wie beispielsweise ein Synchronversatz erzielt wird. Die Strahlbündelteileinrichtung 1030, die die Polarisation des elliptisch polarisierten Lichtes, das die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST umfasst, beibehält, und zwei oder mehr Lichtmengenerfassungseinrichtungen erfassen die Lichtmenge für die genauen Doppelbrechungsmessungen.
Nachstehend ist ein achtes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Nachstehend ist ein Doppelbrechungsmessgerät 1100 von einem achten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 12 zeigt eine schematische Blockdarstellung des Doppelbrechungsgerätes 1100. Das Doppelbrechungsgerät 1100 hat den gleichen Aufbau wie das Doppelbrechungsgerät 1000 mit der Ausnahme, dass das Doppelbrechungsgerät 1100 eine Strahlbündelteileinrichtung 1130 hat, die anders als die Strahlbündelteileinrichtung 1030 drei Strahlbündelteilabschnitte 1132, 1134 und 1136 hat.
Die Strahlbündelteilabschnitte 1132, 1134 und 1136 haben jeweils drei parallele Platten, wobei sie dem Teilen des einfallenden Lichtes in Reflektions- und Übertragungsstrahlbündel dienen, während die Polarisation des einfallenden Lichtes beibehalten wird. Die Strahlbündelteileinrichtung 1130 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie das Licht L_Sθ mit der Doppelbrechungsinformation des Objektes ST in das erste Licht (Reflektionslicht) L₁ und das zweite Licht (Übertragungslicht) L₂ teilt, wobei die Polarisation beibehalten wird, und die Lichtmengen zwischen dem ersten Licht L₁ und dem zweiten Licht L₂ gleich gestaltet.
Das erste Licht L₁ reflektiert zwei Mal an den parallelen Platten der Strahlbündelteilabschnitte 1132 und 1134, wird zwei Mal an den parallelen Platten der Strahlbündelteilabschnitte 1132 und 1134 übertragen und wird um 90° drehend umgewandelt, während die Polarisation des Lichtes L_Sθ beibehalten wird, und es tritt in den Erfassungsteil 1040a ein. Das zweite Licht L₂ wird zwei Mal an den parallelen Platten der Strahlbündelteilabschnitte 1132 und 1136 reflektiert, wird zwei Mal an den parallelen Platten der Strahlbündelteilabschnitte 1132 und 1136 übertragen und wird um 90° drehend umgewandelt, während die Polarisation des Lichtes L_Sθ beibehalten wird, und es tritt in den Erfassungsteil 1040b ein. Der Strahlbündelteilabschnitt 1134 verwendet lediglich Übertragungslichtbündel unter den geteilten Strahlbündeln als Korrektureinrichtung für ein Gleichgestalten des ersten und des zweiten Strahlbündels L₁ und L₂.
Die Erfassungseinrichtungen 1040a und 1040b haben lineare Polarisationselemente 1042a und 1042b und Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b. Die linearen Polarisationselemente 1042a und 1042b sind so angeordnet, dass ihre Polarisationsrichtungen 0° zu der Grundlinienachse betragen. Das erste und das zweite Strahlbündel L₁ und L₂ werden als Lichtsignale, die die Doppelbrechungsinformation haben, die die Verzögerungsgröße und den Azimut einer Hauptachse des Objektes ST umfassen, zu den Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b über die linearen Polarisationselemente 1042a und 1042b ausgegeben.
Die Polarisationen des ersten und des zweiten Strahlbündels L₁ und L₂ die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b aufgenommen werden, sind in den Gleichungen 47 und 48 unter Verwendung der Jones-Vektoren ausgedrückt: L1 = AH × Ls (47) L2 = AV × Ls (48)
Die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b erfassen diese Lichtsignale und geben Erfassungssignale, die ihren Lichtintensitäten entsprechen, zu dem Betriebsteil 1050 aus. Die Lichtintensitäten L₁ und L₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b empfangen werden, sind in den Gleichungen 49 und 50 ausgedrückt, wobei r_s, r_P, t_P und t_S die Komplexamplitudenreflektanz und die Komplexamplitudentransmittanz gegenüber p-polarisiertem Licht und S-polarisiertem Licht der parallelen Platte bei der Strahlbündelteileirichtung 1130 sind, die zuvor für einen Korrekturvorgang durch die Steuereinrichtung 1150 berechnet oder gemessen worden sind, und ein Anhängsel * bedeutet eine komplexkonjugierte Beziehung: I1 = r2p r2s t2p t2s (E*1 ·E1) (43) I2 = t2p t2s r2p r2s (E*2 ·E2) (43)
Die 13 und 14 zeigen graphische Darstellungen von beispielartigen Sinusvarianzkurven der Lichtintensitäten I₁ und I₂ in Bezug auf den Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1024. In den 13 und 14 sind die Lichtintensitäten I₁ und I₂ entlang der Koordinatenachse und ist der Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1024 entlang der Abszissenachse angegeben. Unter Bezugnahme auf die 13 und 14 wird die Phasendifferenz Δ des Objektes ST durch die Gleichung 45 unter Verwendung eines Verhältnisses zwischen dem maximalen und minimalen Wert I_max oder I_min der Lichtintensität I₁ oder I₂ berechnet:
Das Doppelbrechungsmessgerät 1100 gestaltet die Lichtmengen zwischen dem ersten Strahlbündel L₁ und dem zweiten Strahlbündel L₂ gleich und kann ein Verhältnis zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₂ ausgeben, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b aufgenommen werden. 15 zeigt eine graphische Darstellung einer beispielartigen Varianzkurve des Verhältnisses zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₂ in Bezug auf den Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1024. In 15 ist ein Verhältnis zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₂ entlang der Koordinatenachse und ist der Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1024 entlang der Abszissenachse dargestellt. Unter Bezugnahme auf 15 wird die Phasendifferenz Δ des Objektes ST durch Gleichung 51 unter Verwendung des maximalen und minimalen Wertes des Verhältnisses zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₂, das heißt (I₁/I₂)_max oder (I₁/I₂)_min berechnet:
Der Azimut Φ einer schnellen Achse des Objektes ST wird unter Verwendung von Gleichung 46 berechnet, wobei θ₁ der Drehwinkel der Halb-Wellenlängen-Platte 1024 ist, wenn das Verhältnis zwischen den Lichtintensitäten (I₁ und I₂) anfänglich den minimalen Wert (I₁/I₂)_min aufzeigt, und θ₂ ist der Drehwinkel der Halb-Wellenlängen-Platte 1024, wenn das Verhältnis zwischen den Lichtintensitäten (I₁/I₂) anfänglich den maximalen Wert (I₁/I₂)_max aufzeigt: ∅ = 2θ1 – 45 = 2θ2 – 135 (46)
Das Doppelbrechungsmessgerät 1100 verwendet die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 als ein optisches Element, das drehend angetrieben wird, und muss nicht die Drehantriebsperioden von zwei optischen Elementen beispielsweise wie bei dem Heterodyne-Verfahren nach dem Stand der Technik synchronisieren, wodurch eine genaue Doppelbrechungsmessung ohne den Einfluss von Messfehlern wie beispielsweise ein Synchronversatz erzielt wird. Die gleiche Lichtmenge des ersten und des zweiten Strahlbündels I₁ und I₂, die durch die Strahlbündelteileinrichtung 1130 geteilt werden, ermöglicht, dass die beiden Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a und 1044b die Lichtmenge in dem gleichen Lichtmengenbereich erfassen, wodurch ein hohes S/N beim Erfassen der Lichtmenge und genaue Messungen vorgesehen werden. Die Messzeit kann verkürzt werden, indem gleichzeitig das Lichtmengenverhältnis gegenüber dem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1024 ausgegeben wird.
Nachstehend ist ein neuntes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Nunmehr ist ein Doppelbrechungsmessgerät 1200 unter Bezugnahme auf die 16 bis 18 beschrieben. 16 zeigt eine schematische Blockdarstellung des Doppelbrechungsmessgerätes 1200. In 16 ist eine Achse Z als eine Ausbreitungsrichtung des Lichtes, das von der Lichtquelle 1212 ausgegeben wird, dargestellt, ist eine Achse X als eine Richtung dargestellt, die senkrecht zu der Achse Z an der Einbaufläche der Lichtquelle 1212 steht, und ist eine Achse Y als eine Richtung dargestellt, die normal zu der Einbaufläche der Lichtquelle 1212 ist.
Das Doppelbrechungsmessgerät 1200 dient dem Messen einer Verzögerungsgröße bei einem zu messenden Objekt ST und hat, wie dies in 16 gezeigt ist, einen Lichtquellenteil 1210, einen Messteil 1220, eine Strahlbündelteileinrichtung 1230, Erfassungsteile 1240a und 1240b und eine Steuereinrichtung 1250.
Der Lichtquellenteil 1010 gibt kreisartig polarisiertes Licht zu dem Objekt ST aus und hat eine Lichtquelle 1212, ein lineares Polarisationselement 1214 und eine Viertel-Wellenlängen-Platte 1216.
Die Lichtquelle 1212 ist eine Lichtquelle, die ein vorbestimmtes Strahlbündel zu dem Objekt ST ausgibt, und sie umfasst beispielsweise einen kontinuierlichen Laser im sichtbaren Bereich wie beispielsweise einen im Hinblick auf einen ausgabestabilisierten HE-NE-Laser und einen Ultraviolett-Impulslaser.
Das lineare Polarisationselement 1214 ist mit einer Polarisationsrichtung von 0° zu einer Grundlinienachse ausgerichtet, die um die optische Achse voreingestellt ist, und an einer Fläche XY, die senkrecht zu der optischen Achse ist.
Das lineare Polarisationselement 1214 kann ein optisches Element verwenden, das senkrechte polarisierte Lichtkomponenten trennt und eine linear polarisierte Lichtkomponente aufnimmt, wie beispielsweise ein Glan-Thompson-Polarisierprisma, ein Rochon-Polarisierprisma, ein Senarmon-Polarisierprisma und ein Wollaston-Polarisierprisma oder eine aus dielektrischer Mehrfachlage hergestellte Polarisationsstrahlbündelteileinrichtung und dergleichen.
Die Viertel-Wellenlängen-Platte 1216 ist mit einem Azimut einer schnellen Achse von 45° zu der Grundlinienachse ausgerichtet und wandelt die Polarisation des Lichtes, das von der Lichtquelle 1212 ausgegeben wird, in das kreisartig polarisierte Licht L₀ um und führt selbiges zu dem Objekt ST in Zusammenwirkung mit dem linearen Polarisationselement 1214 ein.
Der Messteil 1220 hat einen Tisch 1222, der das Objekt ST hält, und eine Halb-Wellenlängen-Platte 1224.
Der Tisch 1222 hat beispielsweise einen XY-Tisch, der eine Messposition des Objektes ST manuell oder automatisch an einer Fläche variabel steuern kann, die senkrecht zu der Richtung der optischen Achse steht. Der Tisch 1222 steuert die Positionen des Objektes ST und erzielt die zweidimensionale Doppelbrechverteilung an der Messfläche. Das kreisartig polarisierte Licht L₀, das durch das Objekt ST übertragen worden ist, wird in elliptisch polarisiertes Licht L_S umgewandelt, das die Doppelbrechinformation des Objektes ST hat.
Die Halb-Wellenlängen-Platte 1224 hat einen Drehmechanismus, dessen Drehung um die optische Achse durch einen (nicht gezeigten) Schrittmotor gesteuert wird, und dergleichen. Der Schrittmotor wird auf der Grundlage eines Befehls der Steuereinrichtung 1250 gesteuert, die nachstehend beschrieben ist, und ein Zyklus der Doppelbrechmessung ist eine Drehung von 0° bis 180° bei dem Azimut einer schnellen Achse in Bezug auf die Grundlinienachse.
Die Halb-Wellenlängen-Platte 1224 dient dem Umwandeln der Drehung um die optische Achse, während die Polarisation des einfallenden Lichtes beibehalten wird. Die Steuerung über die Drehungen der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 wandelt das elliptisch polarisierte Licht L_S, das die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST hat, in ein Strahlbündel LS_θ um, das die Polarisation des Strahlbündels L_s beibehält.
Die Stahlbündelteileinrichtung 1230 ist die gleiche wie die vorstehend beschrieben Strahlbündelteileinrichtung 1030, und eine detaillierte Beschreibung desselben unterbleibt.
Die Erfassungseinrichtung 1240a hat ein lineares Polarisationselement 1242a und eine Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244a, in die das erste Strahlbündel L₁ eintritt.
Das lineare Polarisationselement 1242a ist so ausgerichtet, dass seine Polarisationsrichtung 0° zu der Grundlinienachse beträgt. Das erste Strahlbündel L₁ wird als ein Lichtsignal, das die Doppelbrechungsinformation hat, die die Verzögerungsgröße und den Azimut einer Hauptachse des Objektes ST repräsentiert, zu der Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244a über das lineare Polarisationselement 1242a ausgegeben. Die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244a erfasst dieses Lichtsignal und gibt ein Erfassungssignal, das der Lichtintensität des Lichtsignals entspricht, zu der Steuereinrichtung 1250 aus.
Die Erfassungseinrichtung 1240b hat eine Viertel-Wellenlängen-Platte 1241b, ein lineares Polarisationselement 1242b und eine Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244b, in die das zweite Strahlbündel L₂ eintritt.
Die Viertel-Wellenlängen-Platte 1241b und die linearen Polarisationselemente 1242b sind so ausgerichtet, dass ihre Polarisationsrichtungen 45% zu der Grundlinienachse betragen. Das zweite Strahlbündel L₂ wird als ein Lichtsignal, das die Doppelbrechungsinformation hat, die die Verzögerungsgröße und den Azimut einer Hauptachse des Objektes ST repräsentieren, zu der Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244b über die Viertel- Wellenlängen-Platte 1241b und die linearen Polarisationselemente 1242b ausgegeben. Die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244b erfasst dieses Lichtsignal und gibt ein Erfassungssignal, das der Lichtintensität des Lichtsignals entspricht, zu der Steuereinrichtung 1250 aus.
In der Steuereinrichtung 1250 ist eine CPU und ein Speicher (die nicht gezeigt sind) untergebracht und die Steuervorgänge von jeder Komponente bei dem Doppelbrechungsmessgerät 1200, wie beispielsweise die Lichtquelle 1212, der Tisch 1222 und die Halb-Wellenlängen-Platte 1224 werden gespeichert. Durch ein Ausführen eines voreingestellten Betriebsalgorithmus auf der Grundlage der Erfassungssignale, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1244a und 1244b erfasst worden sind, berechnet die Steuereinrichtung 1250 eine Phasendifferenz und einen Azimut einer schnellen Achse des Objektes ST. Die Steuereinrichtung 1250 kann das Berechnungsergebnis der Doppelbrechungsmessung zu einer (nicht gezeigten) Ausgabeeinzeit ausgeben.
Nachstehend ist ein Doppelbrechungsmessverfahren unter Verwendung des Doppelbrechungsmessgerätes 1200 beschrieben. Der Lichtquellenteil 1210 wandelt das linear oder elliptisch polarisierte Licht, das von der Lichtquelle 1212 ausgegeben worden ist, in horizontal linear polarisiertes Licht E₀ über das lineare Polarisationselement 1214 um, das mit einer Polarisierungsrichtung von 0° zu einer Grundlinienachse ausgerichtet ist. Die Polarisierung des horizontal linear polarisierten Lichtes E₀ wird unter Verwendung der Jones-Matrix in Gleichung 25 ausgedrückt und die Polarisierung des kreisartig polarisierten Lichtes L₀, das von der Viertel-Wellenlängen-Platte 1216 ausgegeben wird, wird unter der Verwendung des Jones-Matrix in Gleichung 25 ausgedrückt:
L0 =Rπ/4 × Q × R–π/4 × AH × E0 (52)
Das kreisartig polarisierte Licht L₀ wird durch das Objekt ST übertragen und wird in elliptisch polarisiertes Licht L₀ aufgrund des Phasenversatzes umgewandelt, der sich aus einer Differenz des Brechungsindexes von zwei Hauptachsen des Objektes ST, das heißt einer schnellen Achse und einer langsamen Achse ergibt. Die Phasendifferenz Δ und der Azimut der Hauptachse Φ des Objektes ST und die Jones-Matrix S des Objektes ST sind in Gleichung 10 ausgedrückt:
Die Polarisierung des elliptisch polarisierten Lichtes L_S ist in Gleichung 38 unter Verwendung des Jones-Vektors S ausgedrückt: Ls = S × L0 (38)
Die Jones-Matrix H der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 ist in Gleichung 39 ausgedrückt:
Wenn die Halb-Wellenlängen-Platte 1224 um die optische Achse durch die Steuereinrichtung 1250 drehend angetrieben wird, wird die Jones-Matrix R_θ der Drehumwandlung in Gleichung 11 ausgedrückt, wobei θ der Drehwinkel von einem Ursprung ist, der bei einer Position ist, bei der der Azimut einer schnellen Achse 0° in Bezug auf die Grundlinienachse ist:
Die Halb-Wellenlängen-Platte 1224 bewirkt eine Drehumwandlung des elliptisch polarisierten Lichtes L_s, das die Doppelbrechungsinformation hat, zu dem Strahlbündel L_Sθ während die Polarisation beibehalten wird, und die Polarisation des Strahlbündels ist in Gleichung 40 unter Verwendung des Jones-Vektors ausgedrückt: LSθ = Rθ × H × R–θ × LS (40)
Die Strahlbündelteileinrichtung 1230 teilt das Licht L_Sθ, das die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST hat, in das erste und das zweite Strahlbündel L₁ und L₂, während die Polarisation des Lichtes L_Sθ beibehalten wird. Die Polarisation des ersten und des zweiten Strahlbündels L₁ und L₂ sind in Gleichungen 53 und 54 unter Verwendung des Jones-Vektors ausgedrückt, wobei r_s, r_p, t_p und t_s die Komplexamplitudenreflektanz und Komplexamplitudentransmittanz gegenüber p-polarisiertem Licht und s-polarisiertem Licht der parallelen Platte bei der Strahlbündelteileinrichtung 1230 sind, die zuvor für Korrekturvorgänge durch die Steuereinrichtung 1250 berechnet oder gemessen worden sind: L1 = rsrPLSθ (53) L2 = tstPLSθ (54)
Das erste Strahlbündel L₁ tritt in die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244a über das lineare Polarisationselement 1242a ein, dessen Polarisationsrichtung bei 0° in Bezug auf die Grundlinienachse ausgerichtet ist. Das zweite Strahlbündel L₂ tritt in die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244b über die Viertel-Wellenlängen-Platte 1241b und das lineare Polarisationselement 1242b ein, deren Polarisationsrichtung bei 45° in Bezug auf die Grundlinienachse ausgerichtet sind.
Die Polarisationen des ersten und des zweiten Strahlbündels L₁ und L₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1244a und 1244b empfangen werden, sind in den Gleichungen 41 und 55 unter Verwendung der Jones-Vektoren ausgedrückt: E1 = AH × Ls (41) E2 = Rπ/4 × AH × R–π/4 × Rπ/4 × Q × R–π/4 × L2 (55)
Die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1244a und 1244b erfassen die Lichtsignale der Strahlbündel L₁ und L₂ und geben Erfassungssignale, die ihren Lichtintensitäten entsprechen, zu dem Betriebsteil 1250 aus. Die korrigierten Lichtintensitäten I₁ und I₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1244a und 1244b erfasst worden sind, sind in den Gleichungen 20 und 21 ausgedrückt, wobei ein Anhängsel * eine komplex-konjugierte Beziehung bedeutet: I1 = (E*1· E1)/|rsrP|2 (20) I2 = (E*1· E1)/|tstP|2 (21)
Die Lichtintensitäten I₁ und I₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1244a und 1244b empfangen worden sind, ändern sich in der Form einer Sinuskurve bei einem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224. Die Steuereinrichtung 1250 überwacht die Lichtintensität I₁ gegenüber einem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 und sie kann die Elliptizität des Doppelbrechungsellipsoides, der die Doppelbrechinformation des Objektes ST repräsentiert, berechnen. Die Steuereinrichtung 1250 überwacht die Lichtintensität I₂ gegenüber dem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 und unterscheidet die schnelle Achse von der langsamen Achse, die die Doppelbrechinformation des Objektes ST repräsentiert.
Die 17 und 18 zeigen beispielartige graphische Darstellungen der Lichtintensitäten I₁ und I₂ in Bezug auf den Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224. Die Berechnungsbedingung stellt die Verzögerungsgröße Re = 3 nm/cm und den Winkel der schnellen Achse Az = 30° des Objektes ST mit einer Dicke d von 3 cm für eine Wellenlänge von 633 nm ein.
In 17 wird die Phasendifferenz Δ [Grad] des Objektes ST durch Gleichung 56 unter Verwendung des maximalen und minimalen Wertes I_1max und I_1min der Lichtintensität I₁ gegenüber dem Drehwinkel θ (0 < 2 θ < 180) [Grad] der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 berechnet:
Die Verzögerungsgröße Re [nm/cm] des Objektes ST ist in Gleichung 24 ausgedrückt, wobei λ [nm] die Wellenlänge der Lichtquelle 1212 ist und d [cm] die Dicke des Objektes ST ist: Re = Δλ/360d (24)
In 18 werden der Azimut einer schnellen Achse Φf [Grad] und der Azimut einer langsamen Achse Φs [Grad] des Objektes ST durch die Gleichungen 57 und 58 berechnet, wobei 2θ_max und 2θ_min der maximale und minimale Winkel der Lichtintensitäten I₂ gegenüber dem Drehwinkel θ (0 < 2θ < 18) [Grad] der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 sind: ∅f = 2θmin (57) ∅s = 2θmax (58)
Das Doppelbrechungsmessgerät 1200 verwendet die Strahlbündelteileinrichtung 1230, die Licht teilt, währenddessen Polarisation beibehalten wird, und erfasst die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST mit einer oder mit mehreren Erfassungseinrichtungen, wodurch gleichzeitig die Verzögerungsgröße und der Azimut einer Hauptgröße des Objektes ST mit einem einfachen Gerätaufbau gemessen wird.
Das Doppelbrechungsmessgerät 1200 kann nicht nur die Verzögerungsgröße und den Azimut einer Hauptachse des Objektes ST messen, sondern auch die schnelle und die langsame Achse des Azimutes einer Hauptachse unterscheiden.
Das Doppelbrechungsmessgerät 1200 verwendet die Halb-Wellenlängen-Platte 1224 als ein optisches Element, das drehend angetrieben wird, und muss nicht die Drehantriebsperioden von zwei optischen Elementen wie beispielsweise bei dem herkömmlichen Heterodyne-Verfahren synchronisieren, wodurch eine genaue Doppelbrechungsmessung ohne den Einfluss von Messfehlern wie beispielsweise ein Synchronversatz erzielt wird.
Nachstehend ist ein zehntes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Nunmehr folgt die Beschreibung eines Doppelbrechungsmessgerätes 1300 eines zehnten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 19 bis 22. 19 zeigt eine schematische Blockdarstellung des Doppelbrechungsgerätes 1300. Das Doppelbrechungsmessgerät 1300 hat den gleichen Aufbau wie das Doppelbrechungsmessgerät 1200 mit der Ausnahme, dass das Doppelbrechungsmessgerät 1300 die Strahlbündelteileinrichtung 1330, die sich im Hinblick auf den Aufbau von der Strahlbündelteileinrichtung 1230 unterscheidet, und einen Erfassungsteil 1340c hat.
Das Doppelbrechungsmessgerät 1300 hat, wie dies in 19 gezeigt ist, den Lichtquellenteil 1210, den Messteil 1220, die Strahlbündelteileinrichtung 1330, die Erfasserteile 1340a, 1340b und 1340c und die Steuereinrichtung 1250.
Die Strahlbündelteileinrichtung 1330 hat die Strahlbündelteilabschnitte 1332 und 1334, die jeweils drei parallele Platten haben, die so angeordnet sind, dass die Strahlbündel bei einem Einfallwinkel von 45° eintreten können, und sie dient dem Teilen des einfallenden Lichtes in zwei Strahlbündel, während die Polarisation des einfallenden Lichtes beibehalten wird. Die Strahlbündelteilabschnitte 1332 und 1334 teilen das Licht L_Sθ, das die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST hat, in das erste, das zweite und das dritte Strahlbündel, L₁, L₂ und L₃, während die Polarisation des Lichtes L_Sθ beibehalten bleibet. Das erste Strahlbündel L₁ fällt an dem Erfasserteil 1340a ein, das zweite Strahlbündel L₂ fällt an dem Erfasserteil 1340b ein und das dritte Strahlbündel L₃ fällt an dem Erfasserteil 1340c ein.
Der Erfasserteil 1340c hat ein lineares Polarisationselement oder Linearpolarisationselement 1342c und ein Lichtmengenerfassungseinrichtung 1344c. Die Polarisationsrichtung des Linearpolarisationselementes 1342c ist mit 90° in Bezug auf die Grundlinienachse ausgerichtet. Das dritte Strahlbündel L₃ wird als ein Lichtsignal, das die Doppelbrechungsinformation hat, die die Verzögerungsgröße und den Azimut einer Hauptachse des Objektes ST repräsentiert, zu der Lichtmengenerfassungseinrichtung 1344c über das lineare Polarisationselement 1342c ausgegeben.
Durch ein Ausführen eines voreingestellten Betriebsalgorithmus auf der Grundlage der Erfassungssignale, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1344a, 1344b und 1344c erfasst werden, berechnet die Steuereinrichtung 1250 eine Phasendifferenz und einen Azimut einer schnellen Achse.
Nachstehend ist ein Doppelbrechungsmessverfahren unter Verwendung des Doppelbrechungsgerätes 1300 im Hinblick auf die Unterschiede gegenüber den Doppelbrechungsmessverfahren unter Verwendung des Doppelbrechungsmessgerätes 1200 beschrieben.
Die Strahlbündelteilabschnitte 1332 und 1334 bei der Strahlbündelteileinrichtung 1230 teilen das Licht L_Sθ, das die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST hat, in ein erstes, ein zweites und ein drittes Strahlbündel L₁, L₂ und L₃. Die Beschreibung des ersten und des zweiten Strahlbündels L₁ und L₂ unterbleibt, da diese ähnlich wie bei dem Doppelbrechungsmessgerät 1200 sind.
Die Polarisationen der ersten, des zweiten und des dritten Strahlbündels L₁, L₂ und L₃ sind in Gleichungen 53, 59 und 60 ausgedrückt, wobei r_s, r_p, t_P und t_S die Komplexamplitudenreflektanz und die Komplexamplitudentransmittanz gegenüber p-polarisiertem Licht und s-polarisiertem Licht der parallelen Platte bei der Strahlbündelteileinrichtung 1230 sind, die zuvor für einen Korrekturvorgang bei dem Betriebsteil 1250 berechnet und gemessen worden sind: L1 = rsrPLSθ (53) L2 = tstPtstPLSθ (59) L3 = rsrPtstPLSθ (60)
Das erste Strahlbündel L₁ tritt in die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1344a über das lineare Polarisationselement 1342a ein, dessen Polarisationsrichtung bei 0° in Bezug auf die Grundlinienachse ausgerichtet ist. Das dritte Strahlbündel L₃ tritt in die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1344c über das lineare Polarisationselement 1342c ein, dessen Polarisationsrichtung bei 90° in Bezug auf die Grundlinienachse ausgerichtet ist. Das zweite Strahlbündel L₂ tritt in die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1344b über die Viertel-Wellenlängen-Platte 1341b und das lineare Polarisationselement 1342b ein, deren Polarisationsrichtungen bei 45° in Bezug auf die Grundlinienachse ausgerichtet sind.
Die Polarisationen des ersten und des zweiten Strahlbündels L₁, L₂ und L₃, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1344a, 1344b und 1344c empfangen werden, sind in den Gleichungen 61, 55 und 62 unter Verwendung der Jones-Vektoren ausgedrückt: E1 = AH × L1 (61) E2 = Rπ/4 × AH × R–π/4 × Rπ/4 × Q × R–π/4 × L2 (55) E3 = Rπ/2 × AH × R–π/2 × L3 (55)
Die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1344a, 1344b und 1344c erfassen die Lichtsignale der Strahlbündel L₁, L₂ und L₃ und geben Erfassungssignale, die ihren Lichtintensitäten entsprechen, zu dem Betriebsteil 1250 aus. Die korrigierten Lichtintensitäten I₁, I₃ und I₂, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1344a, 1344c und 1344b erfasst werden, sind in den Gleichungen 20, 63 und 64 ausgedrückt, wobei ein Anhängsel * eine komplexkonjugierte Beziehung bedeutet: I1 = (E*1· E*1 )/|rsrP|2 (20) I3 = (E*3· E*3 )/|rsrPtstP|2 (63) I2 = (E*2· E*2 )/|tstPtstP|2 (64)
Die Lichtintensitäten I₁ und I₂ und I₃, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1344a, 1344b und 1344c empfangen werden, ändern sich in der Form einer Sinuskurve mit einem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224. Die Steuereinrichtung 1250 überwacht ein Verhältnis zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₃ zu dem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 und sie kann die Elliptizität des Doppelbrechungsellipsoides berechnen, der die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST repräsentiert. Die Steuereinrichtung 1250 überwacht die Lichtintensität I₂ gegenüber dem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 und unterscheidet die schnelle Achse von der langsamen Achse, die die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST repräsentiert.
Die 20 und 22 zeigen beispielartige graphische Darstellungen eines Verhältnisses zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₃ und der Lichtintensität I₂ in Bezug auf den Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224. Die Berechnungsbedingung stellt die Verzögerungsgröße R = 3 nm/cm und den Winkel des schnellen Achse Az = 30° des Objektes ST mit einer Dicke d von 3 cm für eine Wellenlänge von 633 nm ein.
In 20 wird die Phasendifferenz Δ [Grad] des Objektes ST durch die Gleichungen 65 und 66 unter Verwendung des maximalen und minimalen Wertes (I₁/I₃)_max und (I₁/I₃)_min des Verhältnisses ((I₁/I₃) zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₃ berechnet:
Die Verzögerungsgröße Re [nm/cm] des Objektes ST ist in Gleichung 24 ausgedrückt, wobei λ [nm] die Wellenlänge der Lichtquelle 1212 ist und d [cm] die Dicke des Objektes ST ist: Re = Δλ/360d (24)
21 zeigt eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen den Lichtintensitäten I₁/I₃ in Bezug auf den Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 (0 < 2θ < 180) [Grad], die in die Verzögerungsgröße Re [nm/cm] unter Verwendung der Gleichung 38 umgewandelt worden ist.
In 22 werden der Azimut einer schnellen Achse Φf [Grad] und der Azimut einer langsamen Achse Φs [Grad] des Objektes ST durch die Gleichungen 57 und 58 berechnet, wobei 2θ_max und 2θ_min der maximale und der minimale Winkel der Lichtintensität I₂ gegenüber dem Drehwinkel θ (0 < 2θ < 180) [Grad] der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 sind: ∅f = 2θmin (57) ∅s = 2θmax (58)
Das Doppelbrechungsmessgerät 1300 verwendet die Strahlbündelteileinrichtung 1330, die Licht teilt, während seine Polarisation beibehalten bleibt, und erfasst die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST mit zwei oder mehr Erfassungseinrichtungen, wodurch gleichzeitig die Verzögerungsgröße und der Azimut einer Hauptachse des Objektes ST mit einem einfachen Gerätaufbau gemessen wird. Das Doppelbrechungsmessgerät 1300 kann nicht nur die Verzögerungsgröße und den Azimut einer Hauptachse des Objektes ST messen, sondern auch die schnelle Achse und die langsame Achse eines Azimuts einer Hauptachse unterscheiden.
Das Doppelbrechungsmessgerät 1300 kann gleichzeitig die maximale und die minimale Menge des Lichtes L_Sθ, das die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST hat, als das Verhältnis zwischen den Lichtintensitäten I₁ und I₃ messen, wodurch genaue Messungen ohne den Einfluss einer Lichtmengenschwankung der Lichtquelle 1212 und dergleichen vorgesehen wird.
Das Doppelbrechungsmessgerät 1300 verwendet die Halb-Wellenlängen-Platte 1224 als ein optisches Element, das drehend angetrieben wird, und muss nicht die Drehantriebsperioden von zwei optischen Elementen wie beispielsweise bei dem herkömmlichen Heterodyn-Verfahren synchronisieren, wodurch eine genaue Doppelbrechungsmessung ohne den Einfluss von Messfehlern wie beispielsweise ein Synchronversatz erzielt wird. Das Doppelbrechungsmessgerät 1300 kann den Einfluss von Herstellfehlern beispielsweise der optischen Elemente aufheben, indem bei einer Vielzahl an Verzögerungsgrößen, die sich bei einem Intervall von 90° bei der Drehung der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 ergeben, der Durchschnitt gebildet wird. Die Verzögerungsgröße wird zu der Steuereinrichtung 1250 zurückgeführt und die Probennummer des Drehwinkelbereiches und die Messdaten werden für örtlich genaue Messungen gemäß der Verzögerungsgröße des Objektes ST gesteuert.
Nachstehend ist ein elftes Ausführungsbeispiel beschrieben. Nunmehr folgt die Beschreibung eines Doppelbrechungsmessgerätes 1400 von einem elften Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 23 und 24. 23 zeigt eine schematische Blockdarstellung des Doppelbrechungsgerätes 1400. Das Doppelbrechungsgerät 1400 hat den gleichen Aufbau wie das Doppelbrechungsgerät 1200 mit der Ausnahme, dass das Doppelbrechungsgerät 1400 die Strahlbündelteileinrichtung 1230 oder den Erfasserteil 1340a nicht hat.
Das Doppelbrechungsmessgerät 1400 hat, wie dies in 23 gezeigt ist, den Lichtquellenteil 1210, den Messteil 1220, die Erfasserteile 1340b und die Steuereinrichtung 1250.
Das von der Lichtquelle 1212 ausgegebene Licht wird in kreisartig polarisiertes Licht L₀ durch das lineare Polarisationselement 1214 und die Viertel-Wellenlängen-Platte 1216 umgewandelt. Das kreisartig polarisierte Licht L₀ wird zu elliptisch polarisiertem Licht L_S, das eine Doppelbrechungsinformation hat, nach dem Eintreten bei dem Objekt ST, und wird dann zu Licht L_Sθ per Drehung umgewandelt, bei dem die Polarisation des elliptisch polarisierten Lichtes L_S beibehalten wird, durch die Halb-Wellenlängen-Platte 1224, die drehend angetrieben wird. Das Licht L_Sθ tritt in die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244b über die Viertel-Wellenlängen-Platte 1241b und das Linearpolarisierungselement 1242b ein, die im Hinblick auf die Polarisierungsrichtungen bei 45° in Bezug auf die Grundlinienachse ausgerichtet sind.
Nachstehend ist ein Doppelbrechungsmessverfahren unter Verwendung des Doppelbrechungsmessgerätes 1400 im Hinblick auf die Unterschiede gegenüber dem Doppelbrechungsmessverfahren beschrieben, bei dem das Doppelbrechungsmessgerät 1200 verwendet wird. Die Polarisierung des Lichtes L_Sθ, das durch die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244b empfangen wird, ist in Gleichung 67 ausgedrückt: E = Rπ/4 × AH × R–π/4 × Rπ/4 × Q × R–π/4 × LSθ (67)
Die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244b erfasst ein Lichtsignal des Lichtes L_Sθ und gibt ein Erfassungssignal, das seiner Lichtintensität entspricht, zu dem Betriebsteil 1250 aus. Die Lichtintensität I, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244b erfasst worden ist, wird in Gleichung 68 ausgedrückt, wobei ein Anhängsel * eine komplexkonjugierte Beziehung bedeutet: I = E+·E (68)
Die Lichtintensität I, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1244b empfangen wird, variiert gemäß einer Sinuskurve mit einem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224. Die Steuereinrichtung 1250 überwacht die Lichtintensität I gegenüber dem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 und kann die Elliptizität des Doppelbrechungsellipsoiden berechnen, der die Doppelbrechungsinformation des Objektes ST repräsentiert, und außerdem die schnelle Achse von der langsamen bei den Hauptachsen unterscheiden.
24 zeigt eine beispielartige graphische Darstellung der Lichtintensität I gegenüber dem Drehwinkel θ der Halb-Wellenlängen-Platte 1224. Die Berechnungsbedingung ist eingestellt bei der Verzögerungsgröße Re = 3 nm/cm und dem Winkel der schnellen Achse Az = 30° des Objektes ST mit einer Dicke von d = 3 cm für eine Wellenlänge von 633 nm.
In 24 werden die Phasendifferenz Δ [Grad], ein Azimut einer schnellen Achse Φf [Grad] und ein Azimut einer langsamen Achse Φs [Grad] des Objektes ST durch die Gleichungen 69, 57 bzw. 58 jeweils berechnet, wobei I_max und I_min der maximale und der minimale Wert der Lichtintensität I gegenüber dem Drehwinkel θ Grad] (0 < 2θ < 180) der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 sind und 2θ_max und 2θ_min die Drehwinkel der Halb-Wellenlängen-Platte 1224 sind:
∅f = 2θmin (57) ∅s = 2θmax (58)
Die Verzögerungsgröße Re [nm/cm] des Objektes ST ist in Gleichung 24 ausgedrückt, wobei λ [nm] die Wellenlänge der Lichtquelle 1212 ist und d [cm] die Dicke des Objektes ST ist: Re = Δλ/360d (24)
Das Doppelbrechungsmessgerät 1400 kann nicht nur die Verzögerungsgröße und den Azimut einer Hauptachse des Objektes ST messen, sondern auch die schnelle Achse und die langsame Achse des Azimuts einer Hauptachse unterscheiden. Das Doppelbrechungsmessgerät 1400 verwendet die Halb-Wellenlängen-Platte 1224 als ein optisches Element, das drehend angetrieben wird, und muss die Drehantriebsperioden der beiden optischen Elemente nicht synchronisieren, wie beispielsweise bei dem herkömmlichen Heterodyn-Verfahren, wodurch eine genaue Doppelbrechungsmessung ohne der Einfluss von Messfehlern, wie beispielsweise ein Synchronversatz, erzielt wird.
Nachstehend ist ein zwölftes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Eine Beschreibung eines Spannungsentferners 1500 eines zwölften Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 25 ist dargelegt. 25 ist eine schematische Blockdarstellung des Spannungsentferners 1500.
Der Spannungsentferner 1500 hat, wie dies in 25 gezeigt ist, das Doppelbrechungsmessgerät 1100 und einen Wärmebehandlungsabschnitt 1510 und entfernt die Verzögerungsgröße bei einem optischen Element das Objekt ST. Der Spannungsentferner 1500 wendet in beispielartiger Weise das Doppelbrechungsmessgerät 1100 an, kann jedoch andere Arten an Doppelbrechungsmessgeräten anwenden.
Der Wärmebehandlungsabschnitt 1510 behandelt das Objekt ST mit Wärme, um die Verzögerungsgröße bei dem Objekt ST zu entfernen. Der Wärmebehandlungsabschnitt 1510 ist in dem Messteil 1020 bei dem Doppelbrechungsmessgerät 1100 vorgesehen und hat einen rostfreien Behälter 1514 mit einer Speicherkammer 1512 zum Unterbringen des Objekte ST, einer Vielzahl an Heizeinheiten 1516a bis 1516d, von denen jede eine unabhängig im Hinblick auf die Temperatur steuerbare Heizeinrichtung an dem Seitenteil, dem Bodenteil und an dem oberen Teil des rostfreien Behälters 1514 hat, und eine adiabatische Wand 1518, die die Heizeinheiten 1516a bis 1516d umschließt.
Die Temperatur in der Speicherkammer oder Unterbringungskammer 1512 ist durch die Steuereinrichtung 1050 steuerbar. Das Objekt ST, das in dem rostfreie Behälter 1514 untergebracht ist, kann gleichförmig mit Wärme behandelt werden, indem die Temperatur der Erwärmungseinheiten oder Heizeinheiten 1516a bis 1516d, die um den rostfreien Behälter 1514 herum eingebaut sind, unabhängig gesteuert wird, und die Temperatur Ungleichmäßigkeit bei der Speicherkammer 1512 verringert wird.
Die Steuereinrichtung 1050 überwacht die Doppelbrechungsänderungen des optischen Elementes als das Objekt ST bei dem Wärmebehandlungsschritt und steuert die Wärmebehandlungsbedingungen, wie beispielsweise die Temperatur, die Haltezeit, die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und die Abkühlgeschwindigkeit, so dass die Verzögerungsgröße innerhalb des erwünschten Bereiches sein kann. Eine separate Temperatursteuereinrichtung kann zusätzlich zu der Steuereinrichtung 1050 vorgesehen sein.
Der Wärmebehandlungsabschnitt 1510 ist mit einer Lichtführungsröhre 1522 versehen, um von der Lichtquelle 1010 ausgegebenes kreisartig polarisiertes Licht L₀ in die Speicherkammer 1512 einzuleiten, und mit einer Lichtführungsröhre 1524 versehen, um übertragenes Licht L_S von dem Objekt ST zu der Außenseite der Speicherkammer 1512 einzuleiten. Die Lichtführungsröhren 1522 und 1524 sind mit transparenten Verschlüssen 1522a und 1524a für ein Abschirmen der Umgebung in der Speicherkammer 1512 von der Außenseite, einem transparenten Quarzfenster oder Kalziumfluoridfenster 1522b, 1524b und dergleichen versehen.
Der Spannungsentferner 1500 kann Änderungen bei der Verzögerungsgröße bei dem Wärmebehandlungsschritt des optischen Elementes als das Objekt ST messen und die Verzögerungsgröße des Objektes ST entfernen und die Wärmebehandlungszeit verkürzen, indem ermöglicht wird, dass die Steuereinrichtung 1050 die Wärmebehandlungsbedingungen auf der Grundlage des Messergebnisses per Rückführung steuert.
Nachstehend ist ein dreizehntes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Eine Beschreibung eines Polarimeters 1600 eines dreizehnten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 26 ist nachstehend dargelegt. 26 zeigt ein Blockdiagramm des Polarimeters 1600.
Das Polarimeter 1600 misst die Lichtmenge und die Polarisation des zu messenden Lichtes wie beispielsweise ein Belichtungslicht bei einem Belichtungsgerät.
Das Polarimeter 1600 des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet das Doppelbrechungsmessgerät 1100 mit Ausnahme des Lichtquellenteils 1100 und des Tisches 1022 von dem Messteil 1020, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und andere Doppelbrechungsmessgeräte können angewendet werden.
Das Polarimeter 1600 hat, wie dies in 26 gezeigt ist, Strahlbündelteilabschnitte 1610 und 1620, deren Aufbau ähnlich wie bei dem Strahlbündelteilabschnitt 1032 und dergleichen ist, eine Strahlbündelteileinrichtung 1130, Erfassungseinrichtungen 1040a und 1040b, eine Lichtmengenerfassungseinrichtung 1630 und eine Steuereinrichtung 1050.
Der in der optischen Bahn des Lichtes L₀ bei dem Polarimeter 1600 angeordnete Strahlbündelteilabschnitt 1610 teilt das zu messende Licht L₀ in Licht L_s, bei dem die Polarisation des Lichtes L₀ beibehalten bleibt. Der Strahlbündelteilabschnitt 1620 teilt dann das Licht L_s in ein Übertragungsstrahlbündel und ein Reflektionsstrahlbündel L₃. Das durch den Strahlbündelteilabschnitt 1620 geteilte Übertragungsstrahlbündel wird in die Strahlbündel L₁ und L₂ über die Halb-Wellenlängen-Platte 1024 mit einem Drehmechanismus und den Strahlbündelteilabschnitt 1032 geteilt.
Das Licht L₃ fällt als ein Lichtsignal, das eine Lichtmengenschwankung des Lichtes L₀ hat, an der Lichtmengenerfassungseinrichtung 1630 ein. Die Lichtmengenerfassungseinrichtung 1630 erfasst dieses Lichtsignal und gibt ein Erfassungssignal, das der Lichtintensität entspricht, zu der Steuereinrichtung 1050 aus.
Die Steuereinrichtung 1050 hat eine CPU und einen Speicher (diese sind nicht gezeigt) und steuert die Vorgänge der Halb-Wellenlängen-Platte 1024. Die Steuereinrichtung 1050 berechnet die Lichtmenge und die Polarisation des Lichtes L₀ auf der Grundlage des Erfassungssignals, das durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen 1044a, 1044b und 1630 erfasst worden ist. Die Steuereinrichtung 1050 kann ein Berechnungsergebnis der Lichtmenge und der Polarisation des Lichtes L₀ zu einer (nicht gezeigten) Ausgabeeinheit ausgeben.
Daher kann das Belichtungsgerät mit beispielsweise dem Polarimeter 400 die genaue Belichtungsdosis erfassen, kann stets die Polarisation des optischen Beleuchtungssystems erfassen, und vollführt eine exakte Rückführsteuerung der Belichtungsdosis unabhängig von der sich ändernden Polarisationskennlinie des optischen Beleuchtungssystems. Die Anwendung dieses Belichtungsgerätes würde den Durchsatz verbessern und eine Vorrichtung in hoher Qualität vorsehen.
Nachstehend ist auf die 27 und 28 Bezug genommen, wobei ein Ausführungsbeispiel eines Vorrichtungsherstellverfahrens unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Belichtungsgerätes beschrieben ist. 27 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Herstellung von Vorrichtungen (das heißt Halbleiterchips wie beispielsweise IC und LSI, LCDs, CCDs, und dergleichen). Hierbei ist eine Herstellung eines Halbleiterchips als ein Beispiel beschrieben. Bei Schritt 1 (Schaltungsgestaltung) wird eine Halbleitervorrichtungsschaltung gestaltet. Bei Schritt 2 (Maskenherstellung) wird eine Maske mit einem Muster einer gestalteten Schaltung erzeugt. Bei Schritt 3 (Wafervorbereitung) wir ein Wafer unter Verwendung von Materialien wie beispielsweise Silizium hergestellt. Bei Schritt 4 (Waferprozess), der als eine Vorbehandlung bezeichnet wird, wird die eigentliche Schaltung an dem Wafer durch Photolithographie unter Verwendung der Maske und des Wafers erzeugt. Bei Schritt 5 (Zusammenbau), der auch als Nachbehandlung bezeichnet wird, wird der bei Schritt 4 ausgebildete Wafer zu einem Halbleiterchip ausgebildet und es ist ein Zusammenbauschritt (beispielsweise Stanzen oder Schneiden, Bonding), ein Verpackungsschritt (Versiegeln des Chips) und dergleichen umfasst. Bei Schritt 6 (Überprüfung) werden verschiedene Untersuchungen im Hinblick auf die bei dem Schritt 5 hergestellte Halbleitervorrichtung ausgeführt, wie beispielsweise ein Gültigkeitstest und ein Haltbarkeitstest. Durch diese Schritte wird eine Halbleitervorrichtung fertig gestellt und versandt (siehe Schritt 7).
28 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm des Waferprozesses bei Schritt 4 in 27. Bei dem Schritt 11 (Oxidation) wird die Oberfläche des Wafers oxidiert. Bei dem Schritt 12 (CVD) wird ein Isolationsfilm an der Oberfläche des Wafers ausgebildet. Bei dem Schritt 13 (Elektrodenausbildung) werden Elektroden an dem Wafer durch Dampfauftragen und dergleichen ausgebildet. Bei dem Schritt 14 (Ionenimplantation) wird ein Ion in den Wafer implantiert. Bei dem Schritt 15 (Resistprozess) wird ein photosensitives Material auf den Wafer aufgetragen. Bei dem Schritt 16 (Belichtung) wird ein Belichtungsgerät benutzt, um ein an der Maske befindliches Schaltungsmuster auf den Wafer zu belichten. Bei dem Schritt 17 (Entwicklung) wird der belichtete Wafer entwickelt. Bei dem Schritt 18 (Ätzen) werden andere Teile außer das entwickelte Resist-Bild geätzt. Bei dem Schritt 19 (Entfernen der Resist-Schicht) wird nicht verwendeter Resist nach dem Atzen entfernt. Diese Schritte werden wiederholt und es werden Mehrlagenschaltungsmuster an dem Wafer erzeugt.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt und verschiedene Abwandlungen und Veränderungen können bei der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Somit kann die vorliegende Erfindung ein Doppelbrechungsmessgerät vorsehen, das mit Leichtigkeit und genau die Verzögerungsgröße eines optischen Elementes messen kann, und die Erfindung kann einen Spannungsentferner vorsehen, der die Wärmebehandlungszeit zum Entfernen der Restdoppelbrechung bei dem Element verkürzen kann und außerdem die Verzögerungsgröße steuert.
Das Doppelbrechungsmessgerät zum Berechnen einer Information über die Polarisation von Licht, das von zu einem messenden Objekt ausgegeben wird, hat eine Lichtquelle, ein erstes Polarisationselement für ein Extrahieren eines Strahlbündels in einer spezifischen Polarisationsrichtung von dem von der Lichtquelle ausgegebenen Licht, einen Probentisch, der ein zu messendes Objekt hält, zumindest eine Strahlbündelteileinheit, die das von dem Objekt ausgegebene Licht in zwei Strahlbündel teilt, die die gleiche Polarisation wie das von dem Objekt ausgegebene Licht haben, zumindest zwei zweite Polarisationselemente zum Extrahieren von Strahlbündeln in einer spezifischen Polarisationsrichtung des Lichtes, die durch die Strahlbündelteileinheit geteilt worden sind, zumindest zwei Lichtmengenerfasser für ein Erfassen der Lichtmenge von Strahlbündeln, die durch das zweite Polarisationselement übertragen worden sind, und einen Betriebsteil zum Handhaben einer Lichtmenge, die durch die Lichtmengenerfasser erfasst worden ist.

Claims

Doppelbrechungsmessgerät für ein Berechnen einer Information über die Polarisation von Licht, das von einem zu messenden Objekt ausgegeben wird, wobei das Doppelbrechungsmessgerät folgendes aufweist: ein erstes Polarisationselement (102; 402; 502) zum Extrahieren eines Strahlbündels (L₀) in einer spezifischen Polarisationsrichtung von einem Licht, das von einer Lichtquelle (101; 401; 501) ausgegeben wird, und zum Richten des Strahlbündels (L₀) zu einem Objekt (103; 403; 503); zumindest eine Strahlbündelteilungseinheit (105; 405; 505), die das von dem Objekt ausgegebene Licht (L_S) in zwei Strahlbündel (L₁, L₂) teilt; zumindest zwei zweite Polarisationselemente (106, 108; 406, 408; 506, 508) zum Extrahieren von Strahlbündeln in einer spezifischen Polarisationsrichtung des Lichtes, das durch die Strahlbündelteilungseinheit geteilt worden ist; zumindest zwei Lichtmengenerfasser (107, 109; 407, 409; 507, 509) zum Erfassen der Lichtmenge von Strahlbündeln, die durch das zweite Polarisationselement übertragen worden sind; und einer Steuereinrichtung (111; 411; 511) zum Handhaben einer Lichtmenge, die durch die Lichtmengenerfassungseinrichtungen aufgenommen worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Strahlbündelteilungseinheit (105; 405; 505) ausgegebenen Strahlbündel (L₁, L₂) die gleiche Polarisation wie das Licht (L_S) haben, das von dem Objekt ausgegeben worden ist.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Strahlbündelteilungseinheit (105; 405; 505) drei parallele Platten (204, 205, 206) hat, die so angeordnet sind, dass das Licht bei einem Winkel von 45° einfallen kann.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 1, wobei ein Strahlbündel (L₁) von der Strahlbündelteilungseinheit (105; 405; 505) in den Lichtmengenerfasser (107; 407; 507) über eines der zweiten Polarisationselemente (106; 406; 506) einfällt, das relativ zu dem ersten Polarisationselement (102; 402; 602) so ausgerichtet ist, dass die Polarisationsrichtung bei parallelen Nicols ist, und ein Strahlbündel (L₂) von der Strahlbündelteilungseinheit (105; 405; 505) in den Lichtmengenerfasser (109; 409; 509) über ein anderes zweites Polarisationselement (108; 408; 508) einfällt, das relativ zu dem ersten Polarisationselement (102; 402; 502) so ausgerichtet ist, dass die Polarisationsrichtung bei gekreuzten Nicols ist.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Strahlbündelteilungseinheit (105) folgendes aufweist: eine erste Platte (204), die zu dem vom Objekt (ST) ausgegebenen Licht geneigt ist und das vom Objekt ausgegebene Licht in übertragenes Licht und reflektiertes Licht teilt; eine zweite Platte (205), die zu dem von der ersten Platte (204) reflektiertem Licht geneigt ist und das von der ersten Platte (204) reflektierte Licht in übertragenes Licht und reflektiertes Licht teilt; und eine dritte Platte (206), die zu dem von der ersten Platte (204) übertragenem Licht geneigt ist und das von der ersten Platte (204) übertragene Licht in übertragenes Licht und reflektiertes Licht teilt; und wobei die zweite Platte (205) so angeordnet ist, dass eine p-polarisierte Komponente, die an der ersten Platte (204) reflektiert worden ist, als s-polarisierte Komponente an der zweiten Platte (205) reflektiert, wobei die dritte Platte (206) so angeordnet ist, dass eine p-polarisierte Komponente, die durch die erste Platte (204) übertragen worden ist, als s-polarisierte Komponente durch die dritte Platte (206) übertragen wird, und die beiden Strahlbündel (L₁, L₂), die die gleiche Polarisation wie das Licht (L_S) haben, das von dem Objekt ausgegeben worden ist, das reflektierte Licht von zweiten Platte (205) und das übertragene Licht von der dritten Platte (206) sind.
Spannungsentferner, der eine Spannung eines optischen Elementes entfernt, die während eines Herstellprozesses des optischen Elementes erzeugt worden ist, wobei der Spannungsentferner folgendes aufweist: ein Wärmebehandlungsteil (504), der das optische Element (503) mit Wärme behandelt; und ein Doppelbrechungsmessgerät gemäß einem der Ansprüche 1–4.
Polarimeter, das eine Polarisationsinformation des einfallenden Lichtes berechnet, wobei das Polarimeter folgendes aufweist: zumindest eine Strahlbündelteilungseinheit (702), die einfallendes Licht (L_S) in zwei Strahlbündel (L₁, L₂) teilt; zumindest zwei Polarisationselemente (703, 705); einen Drehmechanismus für ein Drehsteuern des Polarisationselementes; zumindest zwei Lichtmengenerfasser (704, 706) und eine Steuereinrichtung (708), die die von dem Lichtmengenerfasser empfangene Lichtmenge handhabt, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Strahlbündelteilungseinheit (702) ausgegebenen Strahlbündel (L₁, L₂) die gleiche Polarisation wie das einfallende Licht (L₃) haben.
Polarimeter gemäß Anspruch 6 mit: zumindest einer weiteren Strahlbündelteilungseinheit (701), die das einfallende Licht (L₀) in zwei Strahlbündel (L_S, L_M) teilt, die die gleiche Polarisation wie das einfallende Licht haben, wobei ein Strahlbündel (L_M) für ein Gerät verwendet wird und das andere Strahlbündel (L_S), das von der Strahlbündelteilungseinheit (702) geteilt wird, zum Berechnen der Polarisationsinformation des einfallenden Lichtes verwendet wird.
Belichtungsgerät mit: einem Polarimeter gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7.
Doppelbrechungsmessgerät zum Messen einer Verzögerungsgröße bei einem zu messenden Objekt (ST), wobei das Doppelbrechungsmessgerät folgendes aufweist: einen Lichtquellenteil (1010; 1210), der Licht mit einer spezifischen Polarisation zu dem Objekt ausgibt; eine Strahlbündelteilungseinheit (1030; 1130; 1230; 1330), die von dem Objekt ausgegebenes Licht (L_S) in zwei oder mehr zu messende Strahlbündel (L₁, L₂, L₃) teilt; ein Polarisationselement (1042a, 1042b; 1242a, 1242b; 1342a, 1342b, 1342c), das ein Strahlbündel (L₁, L₂, L₃) von der Strahlbündelteilungseinheit (1030; 1130; 1230) empfängt; einen Lichtmengenerfasser (1044a, 1044b; 1244a, 1244b; 1344a, 1344b, 1344c), der die Lichtmenge dieses Strahlbündels (L₁, L₂, L₃) erfasst und eine Steuereinrichtung (1050; 1250) zum Berechnen der Verzögerungsgröße des Objektes auf der Grundlage der Lichtmenge des zu messenden Lichtstrahls, die durch den Lichtmengenerfasser erfasst worden ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlbündelteilungseinheit (1030; 1130; 1230; 1330) das von dem Objekt ausgegebene Licht (L_S) in zwei oder mehr Strahlbündel (L₁, L₂, L₃) teilt, während die Polarisation des Lichtes beibehalten wird.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 9, wobei die Strahlbündelteilungseinheit (1030; 1130; 1230) drei parallele Platten (204, 205, 206) hat, die so angeordnet sind, dass das Licht bei einem Winkel von 45° einfallen kann.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 9, wobei das Lichtquellenteil (1010; 1210) eine Viertel-Wellenlängen-Platte (1016; 1216) aufweist, die zwischen einem Linearpolarisationselement (1014; 1214), das einer Lichtquelle (1012; 1212) folgt, und dem Objekt (ST) angeordnet ist; und eine Halb-Wellenlängen-Platte (1024; 1224), die eine Drehumwandlung ausführen kann und die Polarisation des Lichtes, das durch das Objekt getreten ist, beibehalten kann, nach dem Objekt (ST) und vor der Strahlbündelteilungseinheit (1030; 1130; 1230) angeordnet ist.
Doppelbrechungsmessgerät gemäß Anspruch 9, wobei die Strahlbündelteilungseinheit (1030; 1130; 1230; 1330) folgendes aufweist: eine erste Platte, die zu dem vom Objekt (ST) ausgegebenen Licht geneigt ist und das vom Objekt ausgegebene Licht in übertragenes Licht und reflektiertes Licht teilt; eine zweite Platte, die zu dem von der ersten Platte reflektiertem Licht geneigt ist und das von der ersten Platte reflektierte Licht in übertragenes Licht und reflektiertes Licht teilt; und eine dritte Platte, die zu dem von der ersten Platte übertragenem Licht geneigt ist und das von der ersten Platte übertragene Licht in übertragenes Licht und reflektiertes Licht teilt; und wobei die zweite Platte so angeordnet ist, dass eine p-polarisierte Komponente, die an der ersten Platte reflektiert worden ist, als s-polarisierte Komponente an der zweiten Platte reflektiert, wobei die dritte Platte so angeordnet ist, dass eine p-polarisierte Komponente, die durch die erste Platte übertragen worden ist, als s-polarisierte Komponente durch die dritte Platte übertragen wird, und die beiden Strahlbündel (L₁, L₂), die die gleiche Polarisation wie das Licht (L_S) haben, das von dem Objekt (ST) ausgegeben worden ist, das reflektierte Licht von zweiten Platte und das übertragene Licht von der dritten Platte sind.
Messverfahren mit den folgenden Schritten: Einleiten von Licht mit einem kreisartig polarisierten Licht zu einem zu messenden Objekt (ST); Teilen des Lichtes von dem Objekt in ein erstes und ein zweites Strahlbündel; Erfassen der Veränderungen der Lichtmenge des ersten und des zweiten Strahlbündels, wobei das Licht von dem Objekt per Drehung umgewandelt wird; und Berechnen einer Verzögerungsgröße und eines Azimuts einer Hauptachse der Objektverzögerung auf der Grundlage der Änderungen der Lichtmenge des ersten und des zweiten Strahlbündels; dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Schritt des Teilens des Lichtes von dem Objekt in ein erstes und ein zweites Strahlbündel die Polarisation des Lichtes von dem Objekt beibehalten bleibt.
Spannungsentferner mit: einem Doppelbrechungsmessgerät nach einem der Ansprüche 9–12 und einem Wärmebehandlungsabschnitt (1510) zum Behandeln eines Objektes (ST) mit Wärme und zum Verringern einer Verzögerungsgröße bei dem Objekt, die durch das Doppelbrechungsmessgerät gemessen worden ist.
Polarimeter zum Messen einer Polarisation von Licht, wobei das Polarimeter folgendes aufweist: eine Strahlbündelteileinheit (1610), die das Licht in zumindest zwei Strahlbündel teilt; ein optisches System, das ein Strahlbündel in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung von dem Strahlbündel extrahiert; einen Lichtmengenerfasser (1044a, 1044b) zum Erfassen einer Lichtmenge des Strahlbündels von dem optischen System; und eine Steuereinrichtung zum Handhaben der Polarisation des Lichtes auf der Grundlage der Lichtmenge des Strahlbündels, die durch den Lichtmengenerfasser erfasst worden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlbündelteileinheit (1610, 1620) das Licht in zumindest zwei Strahlbündel teilt, während die Polarisation des Lichtes beibehalten bleibt.