DE10392704B4

DE10392704B4 - Verfahren zur Bewertung der Homogenität des Brechungsindex von optischen Bauteilen

Info

Publication number: DE10392704B4
Application number: DE10392704.2T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Yamaguchi; Masaaki Mochida; Atsushi Yanagisawa; Hiroshi Nikura
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: JPWO2003102529A1; WO2003102529A1; DE10392704T5

Abstract

Verfahren zur Bewertung der Homogenität des Brechungsindex eines optischen Bauteils (1; 24) durch Messung der Wellenfrontaberration des optischen Bauteils, mit den folgenden Schritten:halten einer die optische Achse (AX) des optischen Bauteils (1, 24) umgebenden seitlichen Oberfläche (1b) des optischen Bauteils (1, 24) an einer Vielzahl von in gleichen Abständen angeordneten Positionen undmessen der Wellenfront-Aberration durch Hindurchleiten eines Lichtstrahls durch das optische Bauteil,bei dem die seitliche Oberfläche (1b) des optischen Bauteils (1) so gehalten wird, daß eine Oberfläche des optischen Bauteils, in welche der Lichtstrahl eintritt, waagerecht liegt, unddas optische Bauteil (1) ein säulenförmiges optischen Bauteil ist, das ein Drehzentrum auf seiner optischen Achse (AX) hat, unddas optische Bauteil um ein ganzzahliges Vielfaches eines Winkels, der den gleichen Abständen zwischen den Haltepositionen entspricht, um die optische Achse gedreht wird und die Homogenität des Brechnungsindex bewertet wird anhand der Wellenfront-Aberrationsdaten, die vor und nach der Drehung gemessen wurden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung eines optischen Bauteils für ein optisches Element wie etwa eine Linse oder ein Prisma, die oder das in der fotolithographischen Technik einsetzt wird.
STAND DER TECHNIK
Belichtungsapparate für die Fotolithographie werden z.B. für die Herstellung von Halbleiterelementen eingesetzt, wie etwa LSI, Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen und Dünnfilm-Magnetköpfe. In einem solchen Belichtungsapparat wird ein Muster, das auf einer Projektions-Masterplatte wie etwa einer Maske oder einem Retikel gebildet ist, durch ein optisches Illuminationssystem mit Licht bestrahlt, das von einer Lichtquelle emittiert wird. Das mit dem Lichtstrahl beleuchtete Muster wird durch ein optisches Projektionssystem auf ein fotoempfindliches Substrat projiziert, etwa eine Glasplatte oder einen Wafer, die oder der zuvor mit einem Fotoresist versehen wurde. Die optischen Projektionssysteme umfassen refraktive Typen, die nur aus Linsen aufgebaut sind, die den Lichtstrahl mit der Belichtungswellenlänge durchlassen und brechen, reflektive Typen, die nur aus Spiegeln aufgebaut sind, die den Lichtstrahl mit der Belichtungswellenlänge reflektieren, und katadioptrische Typen, die aus einer Kombination von Linsen und Spiegeln aufgebaut sind.
In den letzten Jahren ist z.B. für die Halbleiterelemente, die Flüssigkeitkristall-Anzeigeeinrichtungen und die Dünnfilm-Magnetköpfe der Integrationsgrad zunehmend gesteigert worden. Das Muster, das auf das Substrat übertragen werden muß, wird ständig feiner und geanuer. Deshalb wird die Wellenlänge für Belichtungsgeräte für die Fotolithographie fortschreitend verkürzt, so daß die Lichtquelle gewechselt hat vom i-Strahl (365 nm) zum KrF-Excimerlaser (248 nm), zum ArF-Excimerlaser (193 nm) und zum F₂-Laser (157 nm). Deshalb wird für das optische System des Belichtungsapparates für die Fotolithographie eine immer höhere optische Leistung verlangt. Insbesondere wird für das optische Projektionssystem zum Übertragen des feinen und genauen Musters von der Maske auf die fotoempfindliche Oberfläche des Wafers eine extrem hohe optische Leistung verlangt, bei der die Auflösung hoch und die Aberration annähernd null ist. Um die oben beschriebenen Anforderungen zu erfüllen, wird für das optische Material (im folgenden auch als optisches Bauteil für die Fotolithographie bezeichnet), das z.B, für die Linse, das Prisma und die Fotomaske als konstitutive Elemente des optischen Systems des Belichtungsapparates für die Fotolithographie verwendet werden soll, ein extrem hohes Maß an Homogenität des Brechungsindex verlangt. Das heißt, wesentlich für das optische Bauteil ist die Abwesenheit jeglicher Ungleichförmigkeit (Homogenität des Brechnungsindex).
Die Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils für die Fotolithograhie wird bisher wie folgt bewertet. Man läßt einen Lichtstrahl durch das optische Bauteil hindurchtreten, um die in dieser Situation erzeugte Aberration der Wellenfront zu messen. Die Bewertung erfolgt mit Hilfe eines Index wie etwa der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert (im folgenden als „PV-Wert“ bezeichnet) und der mittleren quadratischen Abweichung (im folgenden als „RMS-Wert“ bezeichnet). Wenn die PV- und RMS-Werte kleiner sind, wird das optische Bauteil als gut bewertet. Zur Verringerung dieser Werte sind deshalb optische Bauteile hergestellt worden, deren Qualität als hoch bezeichnet werden kann.
Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus EP 0 687 896 B1 bekannt. JP H08- 304 229 A beschreibt ein weiteres Verfahren zur Bewertung der Homogenität des Brechungsindex durch Messen der Wellenfront-Aberration. Verfahren zu Halten des zu bewertenden optischen Bauteils werden in WO 96 / 10 204 A1 und DE 100 51 706 A1 beschrieben.
Die japanische offengelegte Patentanmeldung JP H08- 5 505 A beschreibt ein Verfahren zur Bewertung der Homogenität des Berechnungsindex. Eine spezielle Prozedur nach diesem Verfahren wird im folgenden kurz anhand der 10 erläutert werden.

(1) Ein optisches Bauteil für die Fotolithographie, das so poliert wurde, daß es eine säulenförmige oder prismenförmige Konfiguration hat, wird in ein Interferometer eingesetzt, und eine Bezugswellenfront wird auf die polierte Oberfläche emittiert, um die Aberration der Wellenfront zu messen. Die gemessene Aberration der Wellenfront enthält jegliche Aberrationsfehler, die aus der Verteilung des Brechnungsindex in dem optischen Bauteil resultieren. Deshalb erhält man durch Analyse der Aberration Information über die Verteilung des Brechnungsindex. Im einzelnen wird der Aberrationsfehler, der aus der Krümmungskomponente resultiert, als „Stärke-Komponente“ oder „Fokus-Komponente“ bezeichnet. Weiterhin wird der Aberrationsfehler, der aus der Neigungskomponente resultiert, als „Neigungskomponente“ bezeichnet.
(2) Die Stärke-Komponente und die Neigungskomponente werden aus der gemessenen Aberration der Wellenfront entfernt.
(3) Weiterhin wird die Aberration der Wellenfront beseitigt, die aus der astigmatischen Komponente resultiert.
(4) Die verbleibende Aberration der Wellenfront wird aufgeteilt in die rotationssymmetrische Komponente und die rotations-asymmetrische Komponente (Zufallskomponente).
(5) Die PV- und RMS-Werte der rotations-asymmetrischen Komponente (Zufallskomponente) werden bestimmt, und diese Werte werden für die Bewertung zugrundegelegt.
(6) Die rotationssymmetrische Komponente wird mit Hilfe der Methode der kleinsten Abstandsquadrate einer Anpassung an die sphärische Formel unterzogen, und die Komponenten zweiter und vierter Ordnung werden beseitigt, um die PV- und RMS-Werte der verbleibenden Komponenten der Wellenfront von gerader Ordnung, also von sechster und höherer Ordnung zu bestimmen (im folgenden als „Rest zweiter und vierter Ordnung“ bezeichnet). Diese Werte werden für die Bewertung zugrundegelegt. Das heißt, das optische Bauteil, bei dem die rotations-asymmetrische Komponente (Zufallskomponente) und der Rest zweiter und vierter Ordnung klein sind, ist das optische Bauteil, bei dem die Homogenität des Brechnungsindex zufriedenstellend ist. Es ist versucht worden, das optische Bauteil herzustellen, wie oben beschrieben wurde.

Die Aberration der Wellenfront des optischen Bauteils für die Fotolithographie wird mit Hilfe des Interferometers gemessen. Diese allgemein verwendbaren Interferometer umfassen das Fizeau-Interferometer zur Messung flacher optischer Bauteile mit Hilfe eines He-Ne-Lasers mit einer Wellenlänge von 633 nm als Lichtquelle. Das Interferometer ist so aufgebaut, daß ein Meßobjekt zwischen zwei parallelen flachen Platten eingefügt und befestigt ist. Die Prozedur ist zuverlässiger bei dem Prinzip, bei dem der KrF-Excimerlaser (248 nm) oder der ArF-Eximerlaser (192 nm) als Lichtquelle für die Messung der Aberration der Wellenfront benutzt wird. Wegen der Kosten des Interferometers, der Größe und der Stabilität der Messungen wird jedoch in vielen Fällen der He-Ne-Laser benutzt.
Um die Aberration der Wellenform des optischen Bauteils mit Hilfe des Interferometers sehr genau zu messen, ist es notwendig, den Interferenz-Lichtstrahl zu messen und dabei die Streuung des Meß-Lichtstrahls an der Oberfläche des Meßobjektivs wirksam zu vermeiden. Um den Einfluß der Streuung des Meß-Lichtstrahls zu vermindern, ist es wünschenswert, ein sogenanntes „Öl-auf-Platte-Verfahren“ zu verwenden, bei dem das als Meßobjekt dienende optische Bauteil zwischen zwei parallelen flachen Platten eingefügt ist und die Lücken dazwischen mit einem transparenten Öl ausgefüllt sind.
Das Verfahren soll anhand der illustrativen Darstellungen in 11(a) und 11(b) erläutert werden. Zunächst wird das Fizeau-Interferometer erläutert, das für die Messung verwendet wird. Das Fizeau-Interferometer ist aufgebaut aus einem Hauptkörper 21, einem Referenzoberflächen-Objekt 22, zwei parallelen flachen Platten 23 und einer reflektierenden Oberfläche 25. Bevor ein optisches Bauteil 24 als Meßobjekt in das Interferometer eingesetzt wird, werden die beiden parallelen Platten 23 dicht beieinander angeordnet, und die Lücke dazwischen wird mit einem transparenten Öl 26 gefüllt, das etwa den gleichen Brechnungsindex hat wie das Meßobjekt. In diesem Zustand wird die Wellenfront auf der Grundlage des Laserstrahls eingestrahlt, um den transmittierten Lichtstrahl zu fotografieren, und so werden die Daten für die Aberration der Wellenfront erhalten. Dieser Zustand ist in 11(a) gezeigt. Danach werden in einem Zustand, in dem das optische Bauteil 24 zwischen den beiden parallelen flachen Platten 23 eingesetzt ist, die Lücken zwischen den parallelen flachen Platten 23 und im optischen Bauteil 24 mit dem transparenten Öl 26 gefüllt. In diesem Zustand wird der transmittierte Lichtstrahl fotografiert, um die Daten für die Aberration der Wellenfront zu erhalten. Dieser Zustand ist in 11(b) gezeigt. Anschließend werden die Aberrationsdaten der Wellenfront, die im Zustand bei nicht eingesetztem optischen Bauteil gemessen wurden, von den Aberrationsdaten der Wellenfront subtrahiert, die im Zustand mit eingesetztem optischen Bauteil 24 gemessen wurden. So wird der Einfluß des Meßfehlers beseitigt, der aus der Wellenfrontaberration resultiert, die von der Oberflächengestalt des optischen Bauteils 24 abhängt, und gleichzeitig wird der Fehler beseitigt, der durch die Aberration der Wellenfront verursacht wird, die vom Interferometer herrührt, so daß nur die Aberration der Wellenfront in dem optischen Bauteil 24 gemessen wird. Das heißt, es ist möglich, die dem optischen Bauteil inhärente Aberration der Wellenfront zu bestimmen.
Das Prinzip wird nachstehend im einzelnen erläutert werden. Es sei angenommen, daß W die Aberration der Wellenfront ist, die von der internen Homogenität des optischen Bauteils abhängt, E die Aberration der Wellenfront, die vom Interferometer abhängt, und O die Aberration der Wellenfront, die von dem Öl abhängt. Unter dieser Annahme können die Meßdaten D₁ für die Wellenfront, die im Zustand mit eingesetztem optischen Bauteil gemessen wird, wie folgt ausgedrückt werden: $D_{1} = W + E + O$
Die Meßdaten D₂ für die Wellenfront, die im Zustand gemessen wurde, in dem das optische Bauteil nicht eingesetzt war, enthalten die vom Interferometer abhängige Wellenfrontaberration E und die vom Öl abhängige Wellenfrontaberration O. Deshalb können die Meßdaten D₂ wie folgt ausgedrückt werden: $D_{2} = E + O$
Wenn die Meßdaten D₂ ohne optisches Bauteil von den Meßdaten D₁ mit optischem Bauteil subtrahiert werden, erhält man deshalb den folgenden Ausdruck: $D_{1} - D_{2} = W + E + O - (E + O) = W$
Es wird also nur die Wellenfrontaberration W separiert und bestimmt, die von der internen Homogenität des optischen Bauteils abhängig ist.
Bei der tatsächlichen Messung der Aberration der Wellenfront wird das Meßgebiet in eine Vielzahl von Meßelementen aufgeteilt, so daß man Meßwerte für jedes dieser Elemente erhält. Die Meßwerte werden vereinigt und kombiniert, um so die Wellenfrontaberration für das gesamte Meßgebiet zu erfassen. Hinsichtlich der Anzahl der Meßelemente ist es bei kreisförmigem Querschnitt wünschenswert, daß Meßwerte der einzelnen Elemente in bezug auf die Anzahl der Elemente erhalten werden, indem man eine quadratisches Gebiet, in das der kreisförmige Querschnitt einbeschrieben ist, in nicht weniger als 50 × 50 Gitterzellen aufteilt. Es ist wünschenswert, daß die Anzahl der Elemente (Anzahl der Meßpunkte) in Abhängigkeit vom Durchmesser des Meßobjekts geändert wird. Noch wünschenswerter ist es, daß bei der Bestimmung der Anzahl der Elemente (Anzahl der Meßpunkte) auch der Lichtflußdurchmesser (Partialdurchmesser) berücksichtigt wird, wenn die Linse benutzt wird, die durch die Bearbeitung des optischen Bauteils erhalten wird. Zum Beispiel wird in einem optischen System, das in 9 gezeigt ist, der Lichtfluß, der das Retikel R durchstrahlt hat, auf die Oberfläche des Wafers W fokussiert, nachdem er die Linsengruppen von G1 bis G6 durchquert hat. In dieser Situation unterscheiden sich die Lichtflußdurchmesser (Partialdurchmesser) in bezug auf die Transmission durch die einzelnen Linsen. Das heißt, die Linse, die näher am Retikel R angeordnet ist, hat einen kleineren Lichtflußdurchmesser als eine Linse, die weiter vom Retikel R entfernt angeordnet ist (näher am Wafer W). Wenn die Anzahlen der Meßelemente für das für jede der Linsen zu verwendende optische Bauteil in der oben beschriebenen Weise so gewählt werden, daß die Anzahlen der Meßpunkte im Lichtflußdurchmesser der Linsen einander annähernd äquivalent sind, ist es möglich, die Messungen für die Vielzahl der Linsentypen mit annähernd äquivalenter Genauigkeit auszuführen. Wenn es bei dem Verfahren, bei dem die Anzahl der Meßelemente unter Berücksichtigung des Lichtflußdurchmessers gewählt wird, beabsichtigt ist, die Messung umfassend für das Innere des effektiven Linsendurchmessers für das optische Bauteil durchzugeführen, das für eine Linse verwendet werden soll, die einen großen effektiven Durchmesser und einen kleinen Lichtflußdurchmesser hat, so ist die Anzahl der Meßelemente extrem groß. In einem solchen Fall wird die Wellenfrontaberration für jedes von mehreren Gebieten des optischen Bauteils gemessen, und die erhaltenen Datensätze für die Wellenfrontaberration werden kombiniert. So ist es möglich, vollständige Daten für die Aberration der Wellenfront zu erhalten. Die für die Messung der Wellenfrontaberration benutzbaren Interferometer umfassen neben dem Fizeau-Interferometer auch Twyman-Green-Interferometer sowie Scherungsinterferometer.
Die gemessenen Daten für die Aberration der Wellenfront werden wie folgt behandelt, wie in 8 gezeigt ist Das Koordinatensystem ist auf der Ebene 80 der Austrittspupille des optischen Bauteils definiert, und die erhaltene Wellenfrontaberration wird mit Hilfe dieses Koordinatensystems ausgedrückt. Das heißt, die Polarkoordinaten sind auf der Ebene der Austrittspupille definiert, und die erhaltene Wellenfrontaberration W wird ausgedrückt als W(ρ,θ).
Die japanische Patentanmeldung JP 2002-162 628 A beschreibt die folgende Prozedur. Die Transmissions-Wellenfrontdaten eines optischen Bauteils werden einer Zernike-Entwicklung unterzogen, um die Aufteilung in die rotationssymmetrische Komponente, die Komponente mit ungerader Symmetrie und die Komponente mit gerader Symmetrie vorzunehmen, und sie werden abhängig von den Ordnungen weiter in eine Vielzahl von Anteilen aufgeteilt werden (niedrige Ordnung, mittlere Ordnung, hohe Ordnung), so daß die Bewertung in Übereinstimmung mit den jeweiligen RMS-Werten erfolgen kann. Es wird auch beschrieben, daß das optische Bauteil gedreht und seitlich verschoben wird, und daß die Transmissions-Wellenfrontdaten des optischen Bauteils aufgeteilt werden in die rotationssymmetrische Komponente und die rotations-asymmetrische Komponente.
Das Interferometer umfaßt zwei Typen, nämlich einen Typ, bei dem die Oberfläche, durch die der Lichtstrahl in das optische Bauteil eintritt, senkrecht steht (wegen der waagerechten optischen Achse als „seitlicher Typ“ bezeichnet), und einen Typ, bei dem die Oberfläche, durch die das Licht in das optische Bauteil eintritt, waagerecht liegt (wegen der vertikalen optischen Achse als „vertikaler Typ“ bezeichnet). Im Fall des seitlichen Typs wird das optische Bauteil stehend eingesetzt Deshalb konzentriert sich das Gewicht des optischen Bauteils an der unteren Abstützung, und es besteht die Tendenz, daß Spannungen in dem optischen Bauteil auftreten. Außerdem fließt das Öl, das zwischen den parallelen flachen Platten und dem optischen Bauteil eingefüllt ist, aufgrund seines Eigengewichts nach unten. Die gemessenen Werte enthalten daher einen Fehler, der durch diese Tatsachen verursacht wird. Deshalb ist der seitliche Typ für eine hochpräzise Messung der Aberration der Wellenfront nicht geeignet.
Für die Messung der Aberration der Wellenfront mit hoher Genauigkeits wird deshalb der vertikale Typ benutzt. Bei dem vertikalen Typ wird jedoch das Gewicht des optischen Bauteils über das Öl von der parallelen flachen Platte aufgenommen, die an der Unterseite angeordnet ist. Deshalb tritt in der an der Unterseite angeordneten parallelen flachen Platte eine Biegung auf. Außerdem wird das Öl, das zwischen dem optischen Bauteil und der parallelen flachen Platte an der Unterseite eingefüllt ist, durch das Gewicht des optischen Bauteils nach außen ausgepreßt. Es besteht das Problem, das die gemessenen Werte durch diese Phänomene verfälscht werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik auftretenden Probleme und hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Bewertung der Homogenität des Brechungsindex zu schaffen, bei es möglich ist, den Fluß des Öls zu unterdrücken und den Einfluß zu beseitigen, der durch Spannungsbeanspruchungen des optischen Bauteils verursacht wird, die durch die Verwendung einer parallelen flachen Platte hervorgerufen werden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur korrekten Bewertung der Homogenität des Brechungsindex eines optischen Bauteils zu schaffen, das für die Fotolithographie verwendet werden soll, etwa für Belichtungsapparate für Halbleiter, durch hochpräzise Messung der Wellenfrontaberration mit Hilfe eines vertikalen Interferometers.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bewertung der Homogenität des Brechungsindex eines optischen Bauteils durch Messung der Wellenfrontaberration des optischen Bauteils geschaffen, mit den Schritten: Halten einer die optische Achse umgebenden seitlichen Oberfläche des optischen Bauteils an mehreren in gleichen Winkelabständen angeordneten Positionen und Messen der Wellenfrontaberration durch Hindurchleiten eines Lichtstrahls durch das optische Element. Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann das Gewicht des optischen Bauteils äqivalent an den jeweiligen Haltepositionen aufgenommen werden. Deshalb ist es möglich, die Daten für die Aberration der Wellenfront mit hoher Präzision zu messen, und es ist möglich, die Homogenität des Brechungsindex mit hoher Präzision zu messen.
Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird die seitliche Oberfläche des optischen Bauteils so gehalten, daß die Oberfläche des optischen Bauteils, durch welche der Lichtstrahl eintritt, waagerecht liegt. Wenn das optische Bauteil in der oben beschriebenen Weise gehalten wird, ist es möglich, die Spannungen in dem optischen Bauteil zu unterdrücken, indem die auf die Haltepositionen ausgeübte Last weiter reduziert wird. Zum Beispiel ist im Fall eines optischen Bauteils, das in einem optischen Projektionssystem eines Belichtungsapparates für Halbleiter angeordnet ist, die optische Achse gewöhnlich vertikal angeordnet. Deshalb ist es wünschenswert, daß die Wellenfrontaberration mit dem Halteverfahren in Übereinstimmung mit der Verwendungsform gemessen wird, wie sie oben beschrieben wurde.
Das optische Bauteil, an dem das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, ist ein säulenförmiges optisches Bauteil , das ein Rotationszentrum auf der optischen Achse hat. Bei dieser Anordnung wird das optische Bauteil um ein ganzzahliges Vielfaches eines Winkels, der den gleichen Winkelabständen entspricht, um die optische Achse gedreht, und die Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils wird bewertet, indem Wellenfront-Aberrationsdaten verwendet werden, die vor und nach der Drehung gemessen wurden. Wenn die Operation in der oben beschriebenen Weise ausgeführt wird, ist es möglich, die Spannungsbeanspruchung zu eliminieren, die durch die auf die Haltebereiche des optischen Bauteils ausgeübte Last verursacht werden, und es ist möglich, die Homogenität des Brechungsindex mit hoher Präzision zu messen.
Um die Streuung an dem optischen Bauteil zu vermeiden, kann das optische Bauteil zwischen zwei parallelen flachen Platten angeordnet werden, wobei die Zwischenräume zwischen dem optischen Bauteil und den Platten mit einem Öl ausgefüllt sind, das im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das optische Bauteil hat.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann weiterhin umfassen: einen ersten Meßschritt zur Messung erster Wellenfront-Aberrationsdaten, bei dem der Lichtstrahl in einen Zustand, in dem die beiden parallelen flachen Platten dicht beieinander und parallel zueinander angeordnet sind, durch die beiden Platten hindurchgeleitet wird und ein Spalt zwischen den beiden parallelen flachen Platten mit dem Öl gefüllt wird, das im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das optische Bauteil hat, bevor der Lichtstrahl durch das optische Bauteil geleitet wird, einen zweiten Meßschritt zur Messung zweiter Wellenfront-Aberrationsdaten, bei dem der Lichtstrahl in einem Zustand, in dem das optische Bauteil zwischen den beiden parallelen flachen gehalten ist, durch die beiden Platten hindurchgeleitet wird und die Lücken zwischen den beiden parallelen Platten und dem optischen Bauteil mit dem Öl gefüllt sind, und einen Schritt der Berechnung dritter Wellenfront-Aberrationsdaten aus einer Differenz zwischen den ersten und zweiten Wellenfront-Aberrationsdaten, um die Homogenität des Brechungsindex anhand der dritten Wellenfront-Aberrationsdaten zu bewerten. Aufgrund der hinzugefügten Schrittes ist es möglich, den Fehler zu beseitigen, der durch die Meßapparatur verursacht wird. Deshalb ist es möglich, die Homogenität des Brechungsindex noch präziser zu messen.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann weiterhin die folgenden Schritte aufweisen:

bestimmen einer rotations-asymmetrischen Komponente der Wellenfront-Aberrationsdaten aus einer Differenz zwischen den dritten Wellenfront-Aberrationsdaten vor der Drehung und einem Mittelwert der dritten Wellenfront-Aberrationsdaten nach der Drehung und
bewegen des optischen Bauteils in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse, um eine Differenz zwischen Wellenfront-Aberrationsdaten zu bestimmen, die durch Hindurchleitung des Lichtstrahls durch das optische Bauteil vor und nach der Bewegung erhalten wurden, so daß eine rotationssymmetrische Komponente der Wellenfrontaberration aus der erhaltenen Differenz bestimmt wird, wobei
die Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils anhand von Wellenfront-Aberrationsdaten bewertet wird, die durch Addition der rotations-asymmetrischen Komponente und der rotationssymmetrischen Komponente erhalten werden. Aufgrund der hinzugefügten Schritte ist es möglich, Wellenfront-Aberrationsdaten zu erhalten, die einen kleineren Fehler enthalten. Deshalb ist es möglich, die Homogenität des Brechungsindex noch präziser zu messen.

Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann die seitliche Oberfläche des optischen Bauteils an den mehreren Positionen jeweils mit elastischen Elementen gehalten werden. So ist es möglich, die Konzentration von Spannungen an einem Punkt zu vermeiden. Um das Muster der Spannungsbeanspruchungen, die durch das Halten an den mehreren Punkten erzeugt werden, zu vergleichmäßigen, so daß die Spannungsbeanspruchungen effektiv ausgelöscht werden, ist es außerdem wünschenswert, daß die elastischen Elemente in Richtung auf die optische Achse des optischen Bauteils gegen die seitliche Oberfläche angedrückt werden. Es ist erwünscht, daß die Anzahl der Positionen zum Halten der seitlichen Oberfläche des optischen Bauteils nicht kleiner ist als 4, insbesondere nicht kleiner als 8 und besonders bevorzugt nicht kleiner als 12.
Bevorzugt dient das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur Bewertung der Homogenität des Brechungsindex eines optischen Bauteils, das für die Fotolithographie verwendet wird, insbesondere der Homogenität des Brechungsindex eines optischen Bauteils, das in ein optisches Projektionssystem eines Belichtungsapparates für Halbleiter einzubauen ist.
Figurenliste

1(a) und 1(b) illustrieren ein Verfahren zum Halten eines optischen Bauteils, bei dem eine seitliche Oberfläche des Bauteils an acht Punkten gehalten wird, wobei 1(a) einen Grundriß mit Blickrichtung längs der optischen Achse und 1(b) eine Seitenansicht senkrecht zu optischen Achse zeigt.
2(a) und 2(b) illustrieren ein anderes Verfahren zum Halten des optischen Bauteils, bei dem die seitliche Oberfläche des Bauteils an zwölf Punkten gehalten wird, wobei 2(a) einen Grundriß und 2(b) eine Seitenansicht zeigt.
3(a) und 3(b) illustrieren ein Verfahren zum Halten eines abgestuften optischen Bauteils, wobei 3(a) einen Grundriß und 3(b) eine Seitenansicht zeigt.
4(a) und 4(b) illustrieren ein Verfahren zum Halten des optischen Bauteils mit Hilfe von Halteplatten, die kreisbogenförmige Enden haben, wobei 4(a) einen Grundriß und 4(b) eine Seitenansicht zeigt.
5(a) und 5(b) illustrieren ein Verfahren zum Halten des optischen Bauteils mit Hilfe von kreisbogenförmigen Halteplatten, die an den Enden mit elastischen Elementen versehen sind, wobei 5(a) einen Grundriß und 5(b) eine Seitenansicht zeigt.
6 ist eine tabellarische Darstellung von Bewertungsergebnissen und entsprechenden RMS-Werten für optische Bauteile.
7 zeigt ein Flußdiagramm zur Illustration eines Verfahrens zu Bewertung der Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils für Fotolithographie, durch einen Fit auf der Grundlage von Zernike-Zylinderfunktionen.
8 zeigt konzeptionell eine Koordinatensystem zum Ausdrücken der gemessenen Wellenfront-Aberrationsdaten.
9 zeigt konzeptionell ein optisches Projektionssystem und die Lichtflußdurchmesser für Excimerlaser-Stepper.
10 ist ein Flußdiagramm zur Illustration eines herkömmlichen Verfahrens zur Bewertung der Homogenität des Brechungsindex eines optischen Bauteils für die Fotolithographie.
11 illustriert die Messung der Wellenfront-Aberrationsdaten für ein optisches Bauteil auf der Grundlage des „Öl-auf-Platte-Verfahrens“, wobei 11(a) einen Zustand illustriert, in dem das optische Bauteil nicht eingesetzt ist, und 11(b) einen Zustand, in dem das optische Bauteil eingesetzt ist.
12 illustriert einen Zustand, in dem das optische Bauteil in Pfeilrichtung gedreht wird, um die Wellenfront-Aberrationsdaten zu messen, wobei 12(a) eine Ansicht mit Blickrichtung senkrecht zu optischen Achse und 12(b) eine Ansicht des optischen Bauteils mit Blick in Richtung der Linie b-b in 12(a) zeigt
13 illustriert einen Zustand, in dem das optische Bauteil in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse bewegt wird, um die Wellenfront-Aberrationsdaten zu messen, wobei 13(a) eine Ansicht mit Blickrichtung senkrecht zur optischen Achse und 13(b) eine Ansicht in Richtung der Linie b-b in 13(a) zeigt
14 zeigt konzeptionell die Verteilung mechanischer Spannungen, die in dem optischen Bauteil erzeugt werden, wenn es an zwölf Positionen seiner seitlichen Oberfläche gehalten wird.

BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Das Bewertungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand eines speziellen Beispiels erläutert werden. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Zunächst wird ein Ausgangsmaterial synthetisiert, um einen Rohling zu erhalten. Die verwendbaren Materialien umfassen z.B. synthetisches Silikaglas, Fluor-dotiertes Silikaglas, Kalziumfluorid, Bariumfluorid und andere kristalline Materialien. Das Syntheseverfahren unterscheidet sich je nach Art des Materials. Deshalb wird die Synthese für jedes der Materialien nach einem geeigneten Verfahren durchgeführt. Aus dem synthetisierten Rohling wird ein optisches Bauteil für die Fotolithographie ausgeschnitten. Das optische Bauteil hat einen Durchmesser von 400 mm und eine Dicke von 60 mm und wird geschliffen und poliert, so daß man flache obere und untere Oberflächen erhält.
Die Wellenfrontabberation des optischen Bauteils wird gemessen mit Hilfe eines vertikalen Fizeau-Interferometers für optische Bauteile mit flachen Oberflächen, unter Verwendung eines He-Ne-Lasers mit einer Wellenlänge von 633 nm als Lichtquelle. Die seitliche Oberfläche des optischen Bauteils wird an mehreren in gleichen Winkelabständen verteilten Positionen so gehalten, daß die Oberfläche, durch die der Laserstrahl in das optische Bauteil eintritt. waagerecht liegt. Das optische Bauteil wird zwischen parallelen flachen Platten positioniert. Die Lücken zwischen dem optischen Bauteil und den beiden parallelen flachen Platten werden mit einem Öl gefüllt. Die Art des Öls wird so gewählt, daß der Brechnungsindex des Öls annähernd der gleiche ist wie der Brechnungsindex des optischen Bauteils. Die Wellenfrontaberration wird nach dem „Öl-auf-Platte-Verfahren“ gemessen. Das Prinzip dieses Verfahrens ist bereits erläutert worden.
Ein spezielles Beispiel für das Verfahren zum Halten der seitlichen Oberfläche des optischen Bauteils wird anhand der 1(a) und 1(b) erläutert werden. Das gezeigte optische Bauteil 1 ist säulenförmig. Es hat eine optische Achse AX, die durch das Drehzentrum der kreisförmigen Platte geht und rechtwinklig zur Zeichenebene verläuft. Die Oberfläche, durch die der Lichtstrahl eintritt, wenn das optische Bauteil 1 tatsächlich in Gebrauch ist, ist die Oberfläche 1a (obere oder untere Oberfläche), die zur Zeichnungsebene parallel ist. Die Oberfläche, an der das optische Bauteil 1 durch elastische Elemente 4 gehalten wird, ist die seitliche Oberfläche (seitliche Oberfläche in Bezug auf die optische Achse), die definiert ist, wenn die optische Achse AX das Drehzentrum ist. Diese Oberfläche entspricht der äußeren Umfangsfläche, wenn das optische Bauteil ein säulenförmiges oder kreisförmig-plattenförmiges Bauteil ist.
Wie in 1(a) und 1(b) gezeigt ist, werden mehrere Stangen 3, die an den Enden mit den elastischen Elementen 4 versehen sind, dazu benutzt, an acht Positionen eine Last auf die seitliche Oberfläche 1b des optischen Bauteils auszuüben. Die dadurch erzeugten Reibungskräfte dienen zum Halten des optischen Bauteils 1. Die Stangen 3 sind in gleichmäßigen Abständen längs der seitlichen Oberfläche des optischen Bauteils angeordnet. Es ist erwünscht, daß die Lastkräfte annähernd auf die Mitte des optischen Bauteils, d.h., auf die optische Achse AX, gerichtet sind. Die Stangen 3 werden durch die Wirkung von nicht gezeigten Stellgliedern in radialer Richtung in Bezug auf das optische Bauteil 1 (in der Zeichnung durch Pfeile angegeben) verstellt, um das optische Bauteil 1 zu halten und freizugeben. Die Stellglieder können z.B. durch acht Luftzylinder mit identischen Volumen und Kolben gebildet werden. Bei dieser Anordnung dienen die Stangen 3 jeweils als Kolben. Die Luftzylinder, die die Gleitbewegung der einzelnen Kolben bewirken, können über einen Verteiler an eine gemeinsame Druckleitung angeschlossen sein. Wenn ein bestimmter Gasdruck an die Druckleitung angelegt wird, werden die elastischen Elemente mit Hilfe der Kolben bewegt. So ist es möglich, eine einheitliche Andruckkraft auf die acht Punkte des optischen Bauteils auszuüben, an denen das optische Bauteil mit den elastischen Elementen 4 in Berührung steht. Als elastische Elemente 4 sind z.B. ringförmige Elemente aus fluoriertem Gummi und Silikongummi verwendbar. Es können mehrere der oben beschriebenen ringförmigen Elemente verwendet werden, indem sie in Richtung der optischen Achse übereinandergelegt werden, so daß die Andruckkraft nicht in einem Punkt konzentriert wird.
In 1 werden acht Stangen 3 benutzt. Die Anzahl der Stangen sollte jedoch nicht kleiner sein als vier und ist bevorzugt nicht kleiner als acht, besonders bevorzugt nicht kleiner als zwölf. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem die seitliche Oberfläche des optischen Bauteils an zwölf Positionen durch zwölf Stangen 3 gehalten wird, an denen elastische Elemente angebracht sind.
Die Wellenfrontaberration wird gemessen, während das optische Bauteil in der oben beschriebenen Weise gehalten wird. Bei dieser Prozedur wird ein quadratischer Bereich, in den der Umkreis des optischen Bauteils einbeschrieben ist (wenn dieses säulenförmig ist) in nicht weniger als etwa 50 × 50 Gitterelemente aufgeteilt, und der Wert der Wellenfrontaberration wird für jedes dieser Elemente gemessen. Die Anzahl der Elemente (Anzahl der Meßpunkte) wird bestimmt in Abhängigkeit von der Größe des als Meßobjekt dienenden optischen Bauteils und in Abhängigkeit vom Lichtflußdurchmesser (Partialdurchmesser).
Die Wellenfront-Aberrationsdaten werden in der oben erläuterten Weise behandelt. Das heißt, wie in 8 gezeigt ist, wird das Koordinatensystem auf der Oberfläche 80 der Ausgangspupille des optischen Bauteils definiert, und die erhaltene Wellenfrontaberration wird mit Hilfe dieses Koordinatensystems ausgedrückt. Auf der Ebene der Ausgangspupille werden Polarkoordinaten definiert, und die erhaltene Wellenfrontaberration W wird ausgedrückt als W(ρ,θ)
Anschließend wird die Wellenfrontaberration W nach einem orthogonalen Funktionssystem entwickelt. In der vorliegenden Erfindung werden Zernike-Zylinderfunktionen als orthogonales Funktionssystem verwendet, um die Wellenfrontaberration in die rotationssymmetrische Komponente, die ungerade Symmetriekomponente und die gerade Symmetriekomponente in Bezug auf die Mitte der Pupille des optischen Bauteils zu separieren. In 7 ist eine Serie von Prozeduren dargestellt. In dieser Prozedur repräsentiert ρ den normierten Pupillenradius, der durch Normieren des Radius der Ausgangspupillen auf 1 erhalten wird, und θ repräsentiert den Polarwinkel der Polarkoordinaten. Die Wellenfrontaberration W(ρ,θ) wird mit Hilfe der Zernike-Zylinderfunktionen Zn(ρ,θ) wie folgt entwickelt. $W (ρ,θ) = \sum C_{n} Z_{n} (ρ,θ)$
In diesem Ausdruck sind Cn die Entwicklungskoeffizienten. Wenn die Entwicklung fortgesetzt wird, bis man einen größeren Wert von n erreicht, kann eine genauere Anpassung (Fit) erreicht werden. Wenn n jedoch zu groß ist, nimmt der Rechenaufwand zu. Deshalb ist es wünschenswert, einen angemessenen Wert zu verwenden. Im Hinblick auf das Vorstehende ist n = 0 bis 35 oder 0 bis 80 angemessen. Im Fall von n = 0 bis 35 kann die Anpassung bis zum Koeffizienten zehnter Ordnung erreicht werden. Im Fall von n = 0 bis 80 kann die Anpassung bis zum Koeffizienten sechzehnter Ordnung erreicht werden.
Anschließend werden die einzelnen Terme des Ausdrucks (1) in folgende drei Typen separiert:

(a) den Term, der θ nicht enthält, d.h., die rotationssymmetrische Komponente, bei welcher der Wert bei einer bestimmten Koordinate gleich dem Wert bei Koordinaten ist, die durch Drehung der bestimmten Koordinate um einen beliebigen Winkel um die Mitte der Pupille erhalten werden.
(b) die Terme, die die trigonometrische Funktion eines ungeradzahligen Vielfachen des Polarwinkels θ enthalten wie etwa sin(θ) oder (cos(θ)) und sin(3θ) (oder cos(3θ)), d.h. die ungerade Symmetriekomponente, bei der der Wert bei einer bestimmten Koordinate gleich dem Wert bei Koordinaten ist. die durch Drehung der bestimmten Koordinate um 360° dividiert durch eine ungerade Zahl um die Mitte der Pupille erhalten werden, und
(c) die Terme, die die trigonometrische Funktion eines geradzahligen Vielfachen des Polarwinkels θ erhalten wie etwa sin(2θ) (oder cos(2θ)) und sin(4θ) (oder cos(4θ)), d.h., die gerade Symmetriekomponente, bei der der Wert bei einer bestimmten Koordinate gleich dem Wert bei Koordinaten ist, die durch Drehung der bestimmten Koordinate um 360° dividiert durch eine gerade Zahl um die Mitte der Pupille erhalten werden. Wenn die rotationssymmetrische Komponente, die ungerade Symmetriekomponente und die gerade Symmetriekomponente der Wellenfrontaberration mit W_rot, W_odd und W_evn bezeichnet werden, erhält man also die folgenden Ausdrücke: $W_{rot} (ρ,θ) = C_{0} + C_{3} Z_{3} + C_{8} Z_{8} + C_{15} Z_{15} + C_{24} Z_{24} + \dots$
$W_{odd} (ρ,θ) = C_{1} Z_{1} + C_{2} Z_{2} + C_{6} Z_{6} + C_{7} Z_{7} + C_{9} Z_{9} + C_{10} Z_{10} + \dots$
$W_{evn} (ρ,θ) = C_{4} Z_{4} + C_{5} Z_{5} + C_{11} Z_{11} + C_{12} Z_{12} + C_{16} Z_{16} + \dots$

Weiterhin sei angenommen, daß r_w den RMS-Wert (mittlere quadratische Abweichung) der Wellenfrontaberration in den Ausdruck (4) bezeichnet, r_rot den RMS-Wert der rotationssymmetrischen Komponente W_rot der Wellenfrontaberration in der Gleichung (5), r_rodd den RMS-Wert der ungeraden Symmetriekomponente W_odd in der Gleichung (6) und R_evn den RMS-Wert der geraden Symmetriekomponente W_evn der Wellenfronaberration in der Gleichung (7). Für r_w, r_rot, r_odd und r_evn gilt dann die folgende Beziehung: ${(r_{w})}^{2} = {(r_{rot})}^{2} + {(r_{odd})}^{2} + {(r_{evn})}^{2} .$
r_rot, r_odd und r_evn können mit der Komponente der sphärischen Aberration, der Komponente der chromatischen Aberration und der Komponente der astigmatioschen Aberration der Brechungsindexverteilung des optischen Bauteils korreliert werden.
Es sei nun angenommen, daß die optischen Bauteile zu Linsen verarbeitet werden, die kombiniert werden, um ein optisches Systems aufzubauen. Die Aberration der Komponente mit einem relativ kleinen n, d. h., die Komponente niedriger Ordnung. läßt sich leicht verringern, indem die Abstände zwischen den Linsen verändert werden und/oder einige der Linsen verschoben, geneigt oder um die optische Achse gedreht werden. Die Aberrationskomponente mit größerem n läßt sich dagegen schwerer reduzieren. Die Aberrationskomponente kann jedoch in gewissem Ausmaß vermindert werden, indem die Linse gedreht und/oder die Linsenkombination verändert wird. Wenn die Aberrationskomponente nicht durch das oben beschriebene Verfahren reduziert werden kann, läßt sich die Aberrationskomponente reduzieren, indem die Oberflächenformen einiger der Linsen korrigiert werden. Die Aberrationskomponenten mit noch größerem n lassen sich jedoch nur schwer reduzieren.
Aufgrund der Untersuchungen der Erfinder kann die Aberration in bezug auf die Komponenten mit kleinem n, z. B. die Komponenten mit n = 0 bis 3, beseitigt werden. Deshalb wird davon ausgegangen, daß kein Problem entsteht, wenn eine solche Komponente bei der Bewertung des Meßobjekts ausgeschlossen wird. Was die Komponenten mit n = 4 oder mehr betrifft, ist es möglich, die Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils sinnvoll zu bewerten, wenn bei der Bewertung der Aberrationskomponente je nach Größe von n eine Aufteilung in eine Vielzahl von Bereichen vorgenommen wird. Wenn z. B. die Aberrationskomponenten bewertet werden, indem eine Aufteilung in drei Bereiche vorgenommen wird, in denen die Komponenten mit n = 4 bis 8 die niedere Ordnung, die Komponenten mit n = 9 bis 35 die mittlere Ordnung und die Komponenten mit n > 35 die höhere Ordnung haben, ist es möglich, die Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils sinnvoll zu bewerten.
Demgemäß werden W_rot, W_odd und W_evn in diese Bereiche niederer Ordnung (n = 4 bis 8), mittlerer Ordnung (n = 9 bis 35) bzw. höherer Ordnung (n > 35) aufgeteilt. Die RMS-Werte der Komponenten der Wellenfrontaberration werden definiert als "r_rot niederer Ordnung, r_odd niederer Ordnung, r_evn niederer Ordnung, r_rot mittlerer Ordnung, r_odd mittlerer Ordnung, r_evn mittlerer Ordnung, rrot höherer Ordnung, r_odd höherer Ordnung und r_evn höherer Ordnung. Die Komponenten der Wellenfrontaberration, die infolge erfolgloser oder unvollständiger Anpassung verbleiben, werden als „Rest“ definiert. Der RMS-Wert und der PV-Wert des Restes werden definiert als „Rest-RMS“ und „Rest-PV“.
Wenn die Anpassung für n = 0 bis 35 durchgeführt wird, so sind r_rot höherer Ordnung, r_odd höherer Ordnung und r_evn höherer Ordnung nicht definiert, und die Komponenten der Wellenfrontaberration, die infolge erfolgloser oder unvollständiger Anpassung in Bezug auf die jeweiligen Terme niederer und mittlerer Ordnung verbleiben, sind definiert als „Rest höherer Ordnung“. Der RMS-Wert und der PV-Wert des Restes höherer Ordnung sind definiert als „Rest-RMS höherer Ordnung“ bzw. „Rest-PV höherer Ordnung“.
In dem vorstehenden Ausdruck wird die Wellenfrontabberation zunächst in die rotationssymmetrische Komponente, die gerade Symmetriekomponente und die ungerade Symmetriekomponente separiert, und die jeweiligen Komponenten werden dann je nach Ordnung in solche niederer Ordnung, mittlerer Ordnung und höherer Ordnung separiert. Die Reihenfolge der Prozeduren kann jedoch auch umgekehrt werden. Man erhält exakt dasselbe Ergebnis, wenn die Wellenfrontaberration zunächst nach Ordnungen in die drei Komponenten niederer Ordnung, mittlerer Ordnung und höherer Ordnung separiert wird und dann jede dieser Komponenten in die rotationssymmetrische Komponente, die ungerade Symmetriekomponente und die gerade Symmetriekomponente separiert wird. Wenn die Wellenfrontaberration des optischen Bauteils in die Vielzahl von Komponenten aufgeteilt wird, um die Bewertung in Übereinstimmung mit dem Zernike-Fit vorzunehmen, wie oben beschrieben wurde, ist es möglich, die Homogenität des Brechnungsindex sehr genau zu bewerten.
Wie bereits erläutert wurde, wird das optische Bauteil an einer Vielzahl von Positionen gehalten, die in gleichmäßigen Abständen an der seitlichen Oberfläche angeordnet sind. Um das optische Bauteil zu halten, wird eine Last auf es ausgeübt. Deshalb werden Spannungen an den Haltebereichen des optischen Bauteils erzeugt. 14 zeigt ein Beispiel einer Messung solcher Spannungen. In diesem Beispiel wird die Spannung gemessen, wenn das optische Bauteil in Übereinstimmung mit dem in 2(a) und 2(b) gezeigten Halteverfahren an zwölf Positionen an seiner Seitenfläche gehalten wird (Betriebsdruck der zu der gemeinsamen, mit den Stangen verbundenen Leitung zugeführten Luft: 0.1 MPa. Größe des optischen Bauteils: ϕ302 × 52d). Wie aus der Zeichnung hervorgeht, werden die Spannungen an den zwölf Stellen erzeugt, an denen das optische Bauteil gehalten wird (Mittelwert der Spannung: -3,50, Standardabweichung: 0.09, Spannungsbreite von 12 Punkten: 0.35). Die oben beschriebenen Spannungen verhindern die korrekte Bewertung der Homogenität des Brechnungsindex, weil die Spannungen dem optischen Bauteil nicht inhärent sind.
Um die Wellenfrontaberration des Meßobjekts genauer zu messen, d.h., um die Homogenität des Brechnungsindex hochpräzise zu bewerten, haben die Erfinder das nachstehend erläuterte Verfahren angewandt. Zunächst wird das optische Bauteil als Meßobjekt in das vertikale Fizeau-Interferometer eingesetzt, um die Wellenfront-Aberrationsdaten nach dem „Öl-auf-Platte-Verfahren“ zu bestimmen.
Anschließend wird, wie in 12(b) gezeigt ist, das optische Bauteil 24 in Pfeilrichtung um die optische Achse gedreht, um die Wellenfrontaberration bei jedem vorbestimmten Drehwinkel zu messen. Der vorbestimmte Drehwinkel ist ein ganzzahliges Vielfaches des Winkels zwischen den benachbarten Haltepositionen an dem optischen Bauteil. Anschließend werden die Daten, die durch Mitteilung der jeweiligen Sätze von gemessenen Wellenfront-Aberrationsdaten erhalten wurden, von den Wellenfront-Aberrationsdaten subtrahiert, die vor der Drehung des optischen Bauteils gemessen wurden. So ist es möglich, die rotations-asymmetrische Komponente zu bestimmen, in der rotationssymmetrischen Komponente enthalten ist, sowie die rotations-asymmetrische Komponente für die Konstruktion der dem optischen Bauteil inhärenten Wellenfrontaberration. Zugleich ist es möglich, den Einfluß auf die Wellenfront-Aberrationsdaten zu eliminieren, der durch die durch das Halten des optischen Bauteils bewirkten Spannungen verursacht wird.
Anschließend werden, wie in 13(a) und 13(b) gezeigt ist, die Wellenfront-Aberrationsdaten in einem Zustand bestimmt, in dem das optische Bauteil 24 aus dem in 12(a) und 12(b) gezeigten Zustand in der Richtung senkrecht zu optischen Achse verschoben ist, und diese Daten werden von den Wellenfront-Aberrationsdaten subtrahiert, die vor der Verschiebung gemessen wurden. So ist es möglich, die rotationssymmetrische Komponente zu bestimmen, die in der rotationsymmetrischen Komponente enthalten ist, sowie die rotations-asymmetrische Komponente für die Konstruktion der dem optischen Bauteil inhärenten Wellenfrontaberration. Die Wellenfrontaberration, die dem optischen Bauteil inhärent ist, wird bestimmt durch Addition der rotationssymmetrischen Komponente und der rotations-asymmetrischen Komponente, die in der oben beschriebenen Weise bestimmt wurden. Die Zeitspanne, die zum Drehen und Verschieben des optischen Bauteils benötigt wird, ist kurz. Deshalb wird davon ausgegangen, daß die Änderung des Zustands des Interferometers und des Öls während dieser Zeitspanne praktisch vernachlässigbar ist. Nach dem oben beschriebenen Verfahren ist es daher möglich, die Wellenfrontaberration genauer zu messen.
Nachstehend werden Erläuterungen zu den Rechenverfahren bei dem oben beschriebenen Prinzip der Messung der Wellenfrontaberration des optischen Bauteils gegeben. Zunächst wird die Wellenfrontaberration W, die von der internen Homogenität des optischen Bauteils abhängt, mit den konstitutiven Komponenten klassifiziert. Wenn die rotationssymmetrische Komponente als W_s bezeichnet wird und die rotations-asymmetrische Komponente (Gesamtheit aus ungerader Rotationssymmetriekomponente, gerader Rotationssymmetriekomponente und Rest) als W_a, so erhält man den folgenden Ausdruck: $W = W_{s} + W_{a}$
Wie in 12(b) gezeigt ist, werden jeweilige Sätze der Wellenfront-Aberrationsdaten, die bei den verschiedenen Winkeln nach Drehung des optischen Bauteils um jeweils 360°/n erhalten wurden, mit D_w(1), D_w(2), ... D_w(n) bezeichnet, und die Wellenfrontaberrationen (interne Homogenität) des optischen Bauteils bei den jeweiligen Winkeln werden bezeichnet als W(1), W(2), .. W(n).
Die rotationssymmetrische Komponente ist definiert als der folgende Ausdruck: $W_{s} = \sum W (i) /n$
Der Wert der rotations-asymmetrischen Komponente, der über die Drehung gemittelt wird, ist Null. Diese Tatsache wird weiter unten beschrieben. Gemäß Gleichung (8) gilt nämlich die folgende Beziehung: $W (i) = W_{s} + W_{a} (i)$
Deshalb gilt die folgende Beziehung: $\sum W (i) /n = \sum W_{s} /n + \sum W_{a} (i) /n$
Wenn die Terme umgestellt werden, erhält man: $\sum W_{a} (i) /n = \sum W (i) /n - \sum W_{s} /n = W_{s} - W_{s} = 0$
Damit ist bewiesen, daß der über die Rotation gemittelte Wert der rotations-asymmetrischen Komponente Null ist. Hinsichtlich der über die Rotation gemittelten Daten erhält man nach Definition des Ausdrucks (9) den folgenden Ausdruck (11). wenn S die Wellenfrontaberration der parallelen flachen Platte angibt, K die Wellenfrontaberration des optischen Meßsystems des Interferometers einschließlich des Öls und M die Wellenfrontaberration der reflektierenden Oberfläche: $\sum D_{w} (i) /n = \sum W (i) /n + S + K + M = W_{s} + E + O$
Auf der rechten Seite des Ausdrucks (11) ist die Wellenfrontaberration unter Verwendung des Ausdrucks (1) aufgeteilt in die Komponente E, die vom Interferometer herrührt, und die Komponente O, die vom Öl herrührt. Gemäß gleichung (10) werden die Wellenfront-Aberrationsdaten D_w(1) des optischen Bauteils in der Richtung von 0° ausgedrückt durch: $D_{w} (1) = W (1) + S + K + M = W_{s} + W_{a} (1) + E + O$
Wenn die über die Rotation gemittelten Daten der Gleichung (11) von der Gleichung (12) subtrahiert werden, erhält man deshalb die folgende Gleichung (12'): $D_{w} (1) - \sum D (i) /n = W_{a} (1)$
Damit hat man die rotations-asymmetrische Komponente W_a erhalten.
Wenn D_w(x) die Wellenfront-Aberrationsdaten für den Fall angibt, daß das optische Bauteil seitlich verschoben ist, wie in 13(a) und 13(b) gezeigt wird, W_s(x) die rotationssymmetrische Komponente der internen Homogenität des optischen Bauteils in dieser Situation angibt und W_a(x) die rotations-asymmetrische Komponente angibt, so gilt dann die folgende Gleichung (13): $D_{w} (x) = W_{s} (x) + W_{a} (x) + E + O$
Wenn Wellenfront-Aberrationsdaten D_w(x) von den Wellenfront-Aberrationsdaten D_w(1) in der Richtung 0° (ohne Verschiebung) subtrahiert werden, so erhält man aus den Gleichungen (12) und (13) die folgende Gleichung (14): $D_{w} (1) - D_{w} (x) = (W_{s} + W_{a}) - (W_{s} (x) + Wa (x))$
Wenn W_a bekannt ist, so ist auch W_a(x) bekannt, weil W_a(x) auf dieser Basis bestimmt wird. Bringt man die unbekannten Terme auf die linke Seite und die Terme mit den gemessenen Daten auf die rechte Seite, so erhält man die folgende Gleichung (15): $W_{s} - W_{s} (x) = D_{w} (1) - D_{w} (x) - (W_{a} - Wa (x))$
Dies drückt die Daten aus, die man durch seitliches Verschieben und Überlagern der rotationssymmetrischen Komponente W_s erhält. Wenn man die Eigenschaft benutzt, daß die Umrißlinien der rotationssymmetrischen Komponente konzentrisch verteilt sind, läßt sich W_s(x) bestimmen. Wenn dieser Term ebenfalls auf die rechte Seite gebracht wird, erhält man deshalb die folgende Gleichung (16): $W_{s} = D_{w} (1) - D_{w} (x) - (W_{a} - W_{a} (x)) + W_{s} (x)$
Somit ist die rotationssymmetrische Komponente W_s bestimmt. Das heißt, es wird die Wellenfrontaberration (interne Homogenität) bestimmt, die dem optischen Bauteil inhärent ist, weil die Datenstruktur der dem optischen Bauteil inhärenten Wellenfrontaberration so ist, wie durch die Gleichung (8) angegeben wird.
Wie in bezug auf den Drehwinkel, der benutzt wird, wenn die Wellenfrontdaten bei Drehung des optischen Bauteils aufgenommen werden, bereits erläutert wurde, steht der Drehwinkel in Beziehung zu der Anzahl der Positionen, in denen das optische Bauteil gehalten wird. Wenn z. B. die Seitenfläche (äußerer Umfang) des optischen Bauteils gleichmäßig an zwölf Positionen gehalten wird, beträgt der Drehwinkel zwischen den benachbarten Haltepositionen 30°. Deshalb ist es notwendig, daß der Drehwinkel ein ganzzahliges Vielfaches davon ist, d, h. ein Winkel wie etwa 30°, 60°, 90°, ..... Was die Anzahl der Operationen des Drehens und Messens betrifft, ist die Meßgenauigkeit prinzipiell höher, wenn die Anzahl groß ist Andererseits wird die für die Messung benötigte Zeit verlängert, und die Möglichkeit, daß sich der Zustand des Interferometers und des Öls ändern, nimmt zu. In dieser Situation tritt deshalb ein Faktor im Sinne einer Verringerung der Meßgenauigkeit auf. Bei der tatsächlichen Durchführung der Messung wird deshalb die Anzahl von 3 bis 4 als angemessen angesehen. Wenn die Messung in kurzer Zeit durchgeführt werden soll, ist es auch möglich, daß die Anzahl 2 ist In diesem Fall ist es nicht zwingend erforderlich, daß der Drehwinkel in einer diagonalen Beziehung steht (z. B. 0° und 180°). Zum Beispiel ist es auch zulässig, eine Kombination von 0° und 60° zu wählen.
Was das Ausmaß der seitlichen Verschiebung des optischen Bauteils betrifft, nimmt die Meßgenauigkeit prinzipiell zu, wenn das Ausmaß groß ist Andererseits besteht die Gefahr, daß sich der Halterungszustand des optischen Bauteils oder dergleichen ändert und die Meßgenauigkeit abnimmt Deshalb sollte das Ausmaß der seitlichen Verschiebung nicht zu groß sein. Als angemessener Wert für die seitliche Verschiebung werden 10 % des Durchmessers des optischen Bauteils angesehen.
Die in der oben beschriebenen Weise ermittelte Wellenfrontaberration wird nach dem orthogonalen Funktionssystem entwickelt, etwa den Zernike-Zylinderfunktionen, wie bereits erläutert wurde. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen erläutert.
Beispiel 1
Ein Rohling aus Silkaglas mit einem Durchmesser von 500 mm und einer Länge von 800 mm wurde nach dem direkten Verfahren hergestellt, und ein kreisförmiger, plattenförmiger Prüfkörper wird waagerecht aus dem Rohling ausgeschnitten. Bei dieser Prozedur fällt das Drehzentrum des Rohlings mit dem Zentrum der kreisförmigen Platte zusammen. Um die Spannungen in dem Prüfkörper zu beseitigen und die Homogenität einzustellen, wird der Prüfkörper in den zentralen Bereich eines Glühofens eingebracht, der eine zentralsymmetrische Temperaturverteilung hat, um unter Drehung des Prüfkörpers eine Glühbehandlung auszuführen. Bei der Glühbehandlung herrscht 24 Stunden lang eine Temperatur von 1000° C, und die Temperatur wird mit einem Gradienten von -10° C/min. auf 500° C abgesenkt, wonach man den Prüfkörper zum Abkühlen stehen läßt. Danach wird ein optisches Bauteil mit einer kreisförmig, plattenförmigen Konfiguration mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 60 mm mit Hilfe eines Kernbohrers aus dem Prüfkörper entnommen, und die oberen und unteren Oberflächen werden poliert. Bei dieser Prozedur läßt man das Drehzentrum des Rohlings mit dem Zentrum der kreisförmigen Platte zusammenfallen. Um die Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils zu bewerten, muß zunächst aus folgendem Grund die Neigungskomponente des Brechungsindex bekannt sein. Es ist nämlich schwierig, die Neigungskomponente des Brechungsindex mit Hilfe des Interferometers direkt zu messen. Deshalb werden zwei prismenförmige Proben von beiden Enden in der diametralen Richtung des Bauteils entnommen, und der Brechungsindex wird mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 10-7 nach dem Verfahren der kleinsten Winkelabweichung mit Hilfe eine hochpräzisen Spektrometers gemessen. In diesem Fall lag der Unterschied im Brechungsindex zwischen den beiden Proben unterhalb der Meßgenauigkeit, d. h. unterhalb von 10-7. Aus dieser Tatsache wird geschlossen, daß das Drehzentrum der kreisförmigen, plattenförmigen Probe annähernd parallel zu optischen Achse ist (annähernd mit der optischen Achse zusammenfällt).
Anschließend wird ein vertikales Fizeau-Interferometer vorbereitet, um das flache optische Bauteil mit Hilfe einer Lichtquelle in der Form eines He-Ne-Lasers mit einer Wellenlänge von 633 mm zu vermessen. Zunächst werden zwei kreisförmige, plattenförmige parallele flache Platten in dem Interferometer dicht beieinander eingestellt Die Lücke dazwischen wird mit einem Öl gefüllt, das etwa den gleichen Brechungsindex hat wie das zu messende optische Bauteil. Die parallele flache Platte, für die Silikaglas verwendet wurde, hatte einen Durchmesser von 460 mm und eine Dicke von 70 mm, und das Silikaglas hatte auf der Seite, die der Seite entgegengesetzt ist, an welcher das Meßobjekt angeordnet ist, eine Oberfläche, die mit einem Mehrschichtfilm aus MgF₂/Al₂O₃ (alternativ SiO₂/Al₂O₃) versehen war. In diesem Zustand wurden die ersten Wellenfront-Aberrationsdaten für Meßpunkte (ρ, θ) an 100 × 100 Gitterpunkten gemessen.
Danach wurde das optische Bauteil im wesentlichen parallel zu den parallelen Platten zwischen diesen Platten angeordnet. Die Lücken zwischen dem optischen Bauteil und den flachen Platten an der Ober- und Unterseite wurden mit dem Öl gefüllt. Bei dieser Prozedur wurde, wie in 1 gezeigt ist, das optische Bauteil dadurch gehalten, daß Reibungskräfte erzeugt wurden, indem an acht Positionen an der seitlichen Oberfläche 1b mit Hilfe der an den Stangen 3 vorgesehenen elastischen Elemente 4 eine Last ausgeübt wurde, und das Bauteil wurde so gehalten, daß die Oberfläche, durch die der Lichttrahl eintritt, waagerecht liegt. Bei dieser Anordnung sind die einzelnen Stangen 3 in nicht gezeigten Luftzylindern aufgenommen, die identische Innendurchmesser haben (nicht gezeigt), und die acht Luftzylinder sind über einen Verteiler (nicht gezeigt) mit einer gemeinsamen Druckleitung (nicht gezeigt) verbunden. Deshalb wirkt der Gasdruck, der über die gemeinsame Druckleitung zugeführt wird, mit Hilfe der Luftzylinder auf die einzelnen elastischen Elemente. Eine gleichmäßige Andruckkraft wirkt daher auf die acht Punkte des optischen Bauteils 1, an denen dieses Bauteil die elastischen Elemente 4 berührt. In Beispiel 1 wurde der gemeinsamen Druckleitung Gas mit einem Druck von 0,1 MPa zugeführt.
In 1 sind die elastischen Elemente 4 vereinfacht dargestellt. Die verwendeten elastischen Elemente wurden jedoch dadurch erhalten, daß zwei im Handel erhältliche O-Ringe, die jeweils aus fluoriertem Gummi (oder Silikongummi) hergestellt waren und einen Innendurchmesser von 17,6 mm und eine Dicke 2,4 mm hatten, in Richtung der Rotationsachse überlagert wurden.
In einem Zustand, in dem das optische Bauteil mit Hilfe der elastischen Elemente gleichmäßig gehalten wird, werden die zweiten Wellenfront-Aberrationsdaten (21) für die Meßpunkte (ρ, θ) an 100 × 100 Gitterpunkten gewonnen. Zwischen den ersten Wellenfront-Aberrationsdaten (11) und den zweiten Wellenfront-Aberrationsdaten (21) wird die Differenz gebildet, um dritte Wellenfront-Aberrationsdaten (31) zu berechnen. Bevor die zweiten Wellenfront-Aberrationsdaten (21) gewonnen werden, wird das optische Bauteil um einen bestimmten Winkel um die optische Achse gedreht und dann in die ursprüngliche Position zurückgestellt. Deshalb wird auch erwartet, daß etwaige Dispersion für die Dicke und Dichte des Öls reduziert wird und die Messung noch genauer durchgeführt wird. Der Drehwinkel beträgt zweckmäßigerweise etwa 45 bis 90°. Der Drehwinkel kann je nach Situation kleiner oder größer sein. Es entsteht auch kein Problem, wenn das optische Bauteil nach der Drehung nicht in die ursprüngliche Position zurückgestellt wird. Die Anzahl von Wiederholungen der Drehoperationen kann geeignet gewählt werden. Es ist wünschenswert, daß die Rotationsgeschwindigkeit etwa so gewählt wird, daß keine Blasen in das Öl eingetragen werden. Die Rotationsgeschwindigkeit kann in Abhängigkeit von der Größe des optischen Bauteils und der Viskosität des Öls geeignet gewählt werden.
Anschließend wird das optische Bauteil um 45° gedreht, während es weiter gehalten wird, und die zweiten Wellenfront-Aberrationsdaten (22) werden in diesem Zustand gewonnen. Die dritten Wellenfront-Aberrationsdaten (32) werden in ähnlicher Weise aus den ersten Wellenfront-Aberrationsdaten (11) und den zweiten Wellenfront-Aberrationsdaten (22) gebildet. Danach wird das optische Bauteil noch einmal um 45° gedreht, und die dritten Wellenfront-Aberrationsdaten (33) werden in diesem Zustand gewonnen. Diese Operation wird wiederholt, und es werden insgesamt acht Sätze von Wellenfront-Aberrationsdaten gewonnen, bis die dritten Wellenfront-Aberrationsdaten (38) erreicht sind. Danach wird der Mittelwert aus den acht Sätzen von Wellenfront-Aberrationsdaten von den dritten Wellenfront-Aberrationsdaten (31) subtrahiert, um die rotations-asymmetrische Komponente W_a zu separieren.
Danach wird das optische Bauteil in die Position vor der Drehung zurückgestellt (die Position, bei welcher die ersten Wellenfront-Aberrationsdaten gemessen wurden). Ausgehend von diesem Zustand wird das optische Bauteil um 50 mm in der Richtung (seitliche Richtung) senkrecht zur optischen Achse bewegt, und die zweiten Wellenfront-Aberrationsdaten (X) werden in diesem Zustand gewonnen. Die Wellenfront-Aberrationsdaten werden von den ersten Wellenfront-Aberrationsdaten (11) subtrahiert, um die rotationssymmetrische Komponente W_s zu separieren.
Die erhaltene rotations-asymmetrische Komponente W_a wird zu der rotationssymmetrischen Komponente W_s addiert, um die Wellenfront-Aberrationsdaten W zu bestimmen, die der Anpassung in bezug auf die Zernike-Zylinderfunktionen Zn(ρ, θ) bis zu den Thermen von n = 0 bis 80 unterzogen werden. Das heißt, die Entwicklungkoeffizienten C₀ bis C₈₀ werden aus der Vielzahl der Meßdatensätze nach der Methode der kleinsten Abstandsquadrate bestimmt.
Anschließend werden die erhaltenen Entwicklungskoeffizienten in den Ausdruck (1) substituiert, um die Berechnung auszuführen. So wird W(ρ,θ) für jeden der Meßpunkte bestimmt Die Gleichungen (5) bis (13) werden mit den erhaltnen Entwicklungskoeffizienten substituiert, um die Berechnung auszuführen. So werden für jeden der Meßpunkte W_rot niederer Ordnung, W_odd niederer Ortung, W_evn niederer Ordnung, W_rot mittlerer Ordnung, W_odd mittlerer Ordnung, W_evn, mittlerer Ordnung, W_rot höherer Ordnung, W_odd höherer Ordnung und W_evn höherer Ordnung berechnet. Weiterhin werden diese Werte dazu benutzt, R_rot niederer Ordnung, R_odd niederer Ordnung, R_evn niederer Ordnung, R_rot mittlerer Ordnung. R_odd mittlerer Ordnung, R_evn mittlerer Ordnung, R_rot höherer Ordnung, R_odd höherer Ordnung und R_evn höherer Ordnung zu berechnen. Des weiteren wird für jeden der Meßpunkte die Differenz zwischen den tatsächlichen Meßdaten und den durch die Berechnung nach Substitution in den Ausdruck (1) erhaltenen W(ρ, θ) gebildet, um so den Rest zu bestimmen. Diese Werte werden dazu benutzt, den Rest-RMS-Wert zu berechnen. Die Werte der jeweiligen Komponenten sind in 6 gezeigt. Das heißt, r_rot niederer Ordnung war 0,01 λ, r_odd niederer Ordnung war 0,01 λ, r_evn niederer Ordnung war 0,01 λ, rrot mittlerer Ordnung war 0,005 λ, r_odd mittlerer Ordnung war 0,006 λ, r_evn mittlerer Ordnung war 0,003 λ, rrot höherer Ordnung war 0,0015 λ, r_odd höherer Ordnung war 0,0015 λ, r_evn höherer Ordnung war 0,002 λ, und die Rest-RMS war 0,001 λ, jeweils bezogen auf die Lichtwellenlänge λ. Die einzelnen r-Werte sind beträchtlich klein. Daraus folgt, daß die Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils sehr gut ist Aufgrund des Vergleichs dieser Werte mit den bekannten Bezugswerten wurde entschieden, daß das optische Bauteil für die Fotolithographie geeignet ist, insbesondere für Linsen des optischen Projektionssystems des Belichtungsapparates für Halbleiter.
Beispiel 2
Dasselbe optische Bauteil, das auch in Beispiel 1 benutzt wurde, wird in dasselbe vertikale Fizeau-Interferometer eingesetzt, das auch in Beispiel 1 benutzt wurde. Das optische Bauteil wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gehalten, mit dem Unterschied, daß es mit Hilfe der zwölf Stangen 5, die in 3(a) und 3(b) gezeigt sind, an zwölf Positionen gehalten wurde, die in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des optischen Bauteils angeordnet sind.
Die Messung der Wellenfront-Aberrationsdaten und die Berechnung für die Meßwerte erfolgte auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1. Die Werte der jeweiligen Komponenten sind in 6 gezeigt. Das heißt. rrot niederer Ordnung war 0.008 λ. r_odd niederer Ordnung war 0.008 λ. r_evn niederer Ordnung war 0,009 λ, r_rot mittlerer Ordnung war 0,004 λ, r_odd mittlerer Ordnung war 0,005 λ. r_evn mittlerer Ordnung war 0,002 λ: rrot höherer Ordnung war 0.0015 λ, r_odd höherer Ordnung war 0,0015 λ, r_evn höherer Ordnung war 0,001 λ, und die Rest RMS war 0,0008 λ, jeweils in Bezug auf die Lichtwellenlänge λ. Die einzelnen Komponenten haben Werte, die nicht größer sind als diejenigen in Beispiel 1, vermutlich aus folgendem Grund. Die Gleichförmigkeit der Halterung ist im Vergleich zu Beispiel 1 verbessert. Aufgrund eines Vergleichs dieser Werte mit den bekannten Bezugswerten wurde entschieden, daß das optische Bauteil für die Fotolithographie verwendbar ist, insbesondere für die Linse des optischen Projektionssystems des Belichtungsapparates für Halbleiter.
Vergleichsbeispiel 1
Das gleiche optische Bauteil wie in Beispiel 1 wurde in dasselbe vertikale Fizeau-Interferometer wie in Beispiel 1 eingesetzt. Das optische Bauteil wurde jedoch nicht durch die in 1 gezeigte Haltevorrichtung gehalten. Das optische Bauteil war zwischen den beiden parallelen flachen Platten eingefügt, mit Ölschichten dazwischen, wie in 11(b) gezeigt ist.
Die Messung der Wellenfront-Aberrationsdaten und die Berechnung für die gemessenen Werte erfolgte auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1. Die Werte der einzelnen Komponenten sind in 6 gezeigt. Das heißt, r_odd niederer Ordnung war 0,05 λ, r_odd niederer Ordnung war 0,02 λ, revn niederer Ordnung war 0.02λ, r_rot mittlerer Ordnung war 0.015 λ, r_odd mittlerer Ordnung war 0,008 λ, r_evn mittlerer Ordnung war 0.008 λ, r_odd höherer Ordnung war 0.003 λ, r_odd höherer Ordnung war 0,003 λ, r_evn höherer Ordnung war 0,003 λ, und die Rest-RMS war 0,004 λ, jeweils in Bezug auf die Lichtwellenlänge λ. Es wurde entschieden, daß das optische Bauteil für die Fotolithographie unbrauchbar war. Obwohl dasselbe optische Bauteil wie in Beispielen 1 und 2 vermessen wurde, wurde das optische Bauteil in Vergleichsbeispiel 1 als unbrauchbar bewertet, vermutlich aus folgendem Grund. Es wird angenommen, daß in der parallelen flachen Platte irgendeine Biegung auftrat, weil das gesamte Gewicht des optischen Bauteils auf die an der Unterseite angeordnete parallele flache Platte wirkte. Es wird angenommen, daß die dem Interferometer inhärente Wellenfront-Aberration in dem Zustand, in dem das optische Bauteil eingesetzt war, sich beträchtlich von dem Zustand unterscheidet, in dem das optische Bauteil nicht eingesetzt war. Weiterhin wird angenommen, daß das Öl aufgrund des Gewichts des optischen Bauteils abgeflossen ist.
Vergleichsbeispiel 2
Dasselbe optische Bauteil wie in Beispiel 1 wurde in das seitliche Fizeau-Interferometer eingesetzt, um das optische Bauteil mit flacher Oberfläche zu vermessen. Die Masse des optischen Bauteils wurde an zwei Positionen im unteren Bereich der seitlichen Oberfläche so gehalten, daß die Oberfläche des optischen Bauteils, durch die der Lichtstrahl eintritt, vertikal liegt. Das seitliche Fizeau-Interferometer ist ähnlich aufgebaut wie das in Beispiel 1 verwendete vertikale Fizeau-Interferometer, mit dem Unterschied, daß das optische System seitlich angeordnet ist. Die Meßleistung ist ebenfalls zu derjenigen des oben beschriebenen vertikalen Fizeau-Interferometers äquivalent. In diesem Zustand wird die Wellenfront-Aberration nach dem „Öl-auf-Platte-Verfahren“ für Meßpunkte (ρ, θ) von 100 × 100 Gitterpunkten gemessen. Die Prozedur, mit der die gemessenen Wellenfront-Aberrationsdaten dem Zernike-Fit unterzogen werden, wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Werte der einzelnen Komponenten sind in 6 gezeigt. Das heißt, rrot niederer Ordnung war 0.04 λ, r_odd niederer Ordnung war 0.02 λ, r_evn niederer Ordnung war 0,02 λ, rrot mittlerer Ordnung war 0,01 λ, r_odd mittlerer Ordnung war 0,008 λ, revn mittlerer Ordnung war 0,008 λ, rrot höherer Ordnung war 0,003 λ, r_odd höherer Ordnung war 0.003 λ, r_evn höherer Ordnung war 0,003 λ und die Rest-RMS war 0.003 λ, jeweils bezogen auf die Lichtwellenlänge λ. Durch Vergleich dieser Werte mit den bekannten Bezugswerten wurde festgestellt, daß das optische Bauteil für die Fotolithographie unbrauchbar war. Obgleich dasselbe Bauteil wie in Beispiel 1 benutzt wurde, wurde das Bauteil in Vergleichsbeispiel 2 als unbrauchbar bewertet, vermutlich aus folgendem Grund. Es wird angenommen, daß irgendeine Biegung in dem optischen Bauteil aufgetreten ist, weil das gesamte Gewicht des optischen Bauteils auf den Abstützbereich an der Unterseite konzentriert war. Weiterhin wird angenommen, daß das Öl aufgrund seines Eigengewichts abgeflossen ist.
Modifiziertes Beispiel 1
Nachstehend wird ein modifiziertes Beispiel für das Verfahren zum Halten des optischen Bauteils vorgestellt. Wie in 3(a) und 3(b) gezeigt ist, kann die seitliche Oberfläche des optischen Bauteils 1 so bearbeitet werden, daß sie eine abgestufte Form hat, und eine Stufe 1a kann mit Hilfe von vier Platten 2 von der Unterseite her gehalten werden. Die Ränder 2a der Platte werden so bearbeitet, daß er zur äußeren Umfangsform des säulenförmigen optischen Bauteils paßt. Dieses Verfahren ist ebenfalls eine Ausführungsform des Verfahrens zum Halten der seitlichen Oberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, daß alle zu vermessenden optischen Bauteile so bearbeitet werden, daß sie die oben beschriebene Form haben. Anders als bei den in 1 gezeigten Halteverfahren wird jedoch keine in Richtung auf die Mitte des optischen Bauteils 1 gerichtete Andruckkraft erzeugt.
Modifiziertes Beispiel 2
Im modifizierten Beispiel 2, wie es in 4(a) und 4(b) gezeigt ist, werden vier Halteplatten 12 verwendet, von denen jede ein kreisbogenförmiges Ende 12a hat, das in der Lage ist, annähernd 1/4 der äußeren Umfangsfläche des optischen Bauteils zu halten, und die Platten werden in Richtung auf die Mitte des optischen Bauteils 1 angedrückt. Das optische Bauteil 1 wird durch die Reibungskräfte gehalten, die zwischen dem optischen Bauteil 1 und den Platten 12 erzeugt werden. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, daß die Platten 12 so bearbeitet werden, daß sie mit hoher Präzision an die äußere Umfangskrümmung des optischen Bauteils angepaßt sind.
Bei einem noch weiteren modifizierten Beispiel, wie es in 5(a) und 5(b) gezeigt ist, können elastische Elemente 12b an den Enden der Platten 12 vorgesehen sein.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben erläutert wurde, wird erfindungsgemäß die Wellenfront-Aberration gemessen, während das optische Bauteil gehalten wird. So ist es möglich, den Meßfehler zu unterdrücken, der andernfalls dadurch verursacht werden könnte. daß sich das optische Bauteil und/oder die parallele flache Platte durchbiegt oder das Öl fließt, und es ist möglich, die Homogenität des Brechnungsindex des optischen Bauteils mit hoher Präzision zu messen. Deshalb ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich zur Bewertung des optischen Bauteils, das für die Fotolithographie verwendet werden soll und bei dem eine Belichtung mit hoher Auflösung erforderlich ist, wie z.B. in einem Belichtungsapparat für Halbleiter.

Claims

Verfahren zur Bewertung der Homogenität des Brechungsindex eines optischen Bauteils (1; 24) durch Messung der Wellenfrontaberration des optischen Bauteils, mit den folgenden Schritten: halten einer die optische Achse (AX) des optischen Bauteils (1, 24) umgebenden seitlichen Oberfläche (1b) des optischen Bauteils (1, 24) an einer Vielzahl von in gleichen Abständen angeordneten Positionen und messen der Wellenfront-Aberration durch Hindurchleiten eines Lichtstrahls durch das optische Bauteil, bei dem die seitliche Oberfläche (1b) des optischen Bauteils (1) so gehalten wird, daß eine Oberfläche des optischen Bauteils, in welche der Lichtstrahl eintritt, waagerecht liegt, und das optische Bauteil (1) ein säulenförmiges optischen Bauteil ist, das ein Drehzentrum auf seiner optischen Achse (AX) hat, und das optische Bauteil um ein ganzzahliges Vielfaches eines Winkels, der den gleichen Abständen zwischen den Haltepositionen entspricht, um die optische Achse gedreht wird und die Homogenität des Brechnungsindex bewertet wird anhand der Wellenfront-Aberrationsdaten, die vor und nach der Drehung gemessen wurden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das optische Bauteil (1) zwischen zwei parallelen flachen Platten (23) gehalten wird wobei Zwischenräume zwischen dem optischen Bauteil und den beiden parallelen flachen Platten mit einem Öl (26) ausgefüllt sind, das im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das optische Bauteil hat.
Verfahren nach Anspruch 2, mit den folgenden Schritten: einem ersten Meßschritt zur Messung der Wellenfront-Aberrationsdaten durch Hindurchleiten des Lichtstrahls durch die beiden parallelen flachen Platten (23) in einem Zustand, in dem die Platten (23) dicht beieinander und parallel zueinander angeordnet sind und eine Lücke zwischen den beiden Platten mit dem Öl (26) gefüllt ist, das im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das optische Bauteil (24) hat, bevor der Lichtstrahl durch das optische Bauteil geleitet wird, einem zweiten Meßschritt zur Messung zweiter Wellenfront-Aberrationsdaten durch Hindurchleiten des Lichtstrahls durch die beiden parallelen flachen Platten (23) und das optische Bauteil (24) in einem Zustand, in dem das optische Bauteil zwischen den beiden Platten gehalten ist und die Lücken zwischen den Platten und dem optischen Bauteil mit dem Öl (26) gefüllt sind, und einem Schritt zur Berechnung dritter Wellenfront-Aberrationsdaten aus der Differenz zwischen den ersten und zweiten Wellenfront-Aberrationsdaten, zur Bewertung der Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils anhand der dritten Wellenfront-Aberrationsdaten.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem: eine rotations-asymmetrische Komponente der Wellenfront-Aberrationsdaten bestimmt wird aus einer Differenz zwischen den dritten Wellenfront-Aberrationsdaten vor der Drehung und einem Mittelwert der dritten Wellenfront-Aberrationsdaten nach der Drehung, das optische Bauteil (1) in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse bewegt wird, um eine Differenz zu bestimmen zwischen Wellenfront-Aberrationsdaten, die durch Hindurchgleiten des Lichtstrahls durch das optische Bauteil nach der Bewegung erhalten werden, und den Wellenfront-Aberrationsdaten, die vor der Bewegung erhalten werden, und eine rotationssymmetrische Komponente der Wellenfrontaberration aus der erhaltenen Differenz bestimmt wird und die Homogenität des Brechungsindex des optischen Bauteils (1) anhand von Wellenfront-Aberrationsdaten bewertet wird, die durch Addieren rotations-asymmetrischen Komponente und der rotationssymmetrischen Komponente erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die seitliche Oberfläche (1b) des optischen Bauteils (1) jeweils mit elastischen Elementen (4; 12b) an den mehreren Positionen gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die elastischen Elemente (4; 12b) in Richtung auf die Mitte des optischen Bauteils (1) gegen die seitenliche Oberfläche (1b) dieses Bauteils angedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Positionen an der seitlichen Oberfläche (1b) des optischen Bauteils (1) nicht kleiner ist als 4.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Positionen an der seitlichen Oberfläche (1b) des optischen Bauteils (1) nicht kleiner ist als 8.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Positionen an der seitlichen Oberfläche des optischen Bauteils nicht kleiner ist als 12.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das optische Bauteil (1) ein optisches Bauteil für die Fotolithographie ist.