JP2004521326A - 光学結晶の品質を評価するための方法及び装置 - Google Patents
光学結晶の品質を評価するための方法及び装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004521326A JP2004521326A JP2002549952A JP2002549952A JP2004521326A JP 2004521326 A JP2004521326 A JP 2004521326A JP 2002549952 A JP2002549952 A JP 2002549952A JP 2002549952 A JP2002549952 A JP 2002549952A JP 2004521326 A JP2004521326 A JP 2004521326A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- fluorescence
- fluorescence spectrum
- crystal
- spectrum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N2021/6417—Spectrofluorimetric devices
- G01N2021/6423—Spectral mapping, video display
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
光学材料(4)の品質を評価するための方法は、光学材料(4)の蛍光スペクトルを得るステップ、目的用途において望ましい性能を有する基準材料の蛍光スペクトルを得るステップ及び光学材料(4)のスペクトルの形状が基準材料のスペクトルの形状と相似であるか否かを判定するステップを含む。光学材料(4)のスペクトルの形状が基準材料のスペクトルの形状と相似であれば、方法は光学材料(4)が目的用途に適することを表示するステップを含み、相似でなければ、方法は光学材料(4)が目的用途に不適であることを表示するステップを含む。
Description
【関連出願へのクロスリファレンス】
【0001】
本出願は、2000年12月11日に出願された、米国仮特許出願第60/254,590号による優先権を主張する。
【技術分野】
【0002】
本発明は全般的には、赤外、可視及び紫外(UV)光を透過させる光学結晶に関する。特に、本発明は光学結晶の品質を評価するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0003】
マイクロエレクトロニクスにおける動向はひたすら寸法縮小に向かっている。これは、同面積での素子充填密度が高まり続ける集積回路の開発を可能にする、微細パターンを転写できるリソグラフィ技法により可能になっている。リソグラフィにおける目覚ましい進歩は、向上したレンズ品質、大開口数化、改善されたレジストプロセス及びますます短くなる露光波長を含む、多方面における開発により可能となっている。現在、先進微細リソグラフィシステムは、波長が248nm(KrFレーザ)の深UV光を使用して0.25μmの最小線幅を転写する。193nm光(ArFレーザ)及び158nm光(F2レーザ)を使用する、新しい微細リソグラフィシステムが精力的にに開発されており、さらになお小さな線幅がつくられると期待されている。しかし、そのようなさらに短い波長に適するレンズ材料を見いだすには、困難な課題が課される。今のところ、高純度石英ガラス及びフッ化物結晶がUV光透過に対して実際的な選択肢である。157nmリソグラフィの開発には、石英ガラスの透過特性が180nmより短波長ではかなり低下するため、フッ化物結晶が必要である。
【0004】
フッ化物結晶に必要な性能は完全にはわかっていないが、それでも業界は適切に機能するコンポーネント及び材料を提供しなければならない。結晶材料の品質検査に用いられ得るいくつかの指標の内の1つは蛍光である。いくつかのレーザ製造業者は、フッ化物結晶、特にフッ化カルシウム結晶の個片が蛍光を発する態様を、製造業者のエキシマーレーザで結晶が振る舞う態様に関係付け得ることを見いだした。これらのレーザ製造業者の中には、業者のレーザに用いられる結晶材料は(300nmより短波長の)深UV光にさらしたときに可視蛍光を全く示してはならないことを仕様化した業者もある。結晶材料が蛍光を発すればレーザ性能がどのように影響されるかは明らかではない。しかし、明らかなことは、上記の波長の光に当てたときの結晶材料の内部加熱及び耐久性が、リソグラフィ用途に重要な因子であることである。例えば、結晶材料の加熱は材料の屈折率を変化させ、材料を透過するビームの波面に位相シフト誤差を与える結果となり得る。光リソグラフィシステムの位相誤差に対する許容度は、極めて僅かでしかない。
【0005】
レーザビームの結晶材料通過による結晶の加熱には、いくつかの機構があり、蛍光に付随する機構はその内のいくつかでしかないことに注意すべきである。すなわち、目的は、蛍光を調べることにより全損失に関する判断を下すことではない。また、結晶の蛍光スペクトルと、レーザビームが結晶に送り込まれ続けている間のレーザ透過度の一定性との間に関係があるかは明白ではない。したがって、結晶の蛍光とレーザビームの存在において結晶の性能に実際に影響するものは何であってもそれとの間の因果関係を見いだすことは、未だに、測定された相関データに導かれる精力的な研究のテーマである。結晶材料の蛍光とレーザ性能との間の関係は明解ではないにもかかわらず、それでも、蛍光に基づく光学結晶の等級付けのための機構を有することは有用であろう。そのような等級付けは、リソグラフィ用途ないし、一般にはレーザ用途に対する光学結晶の適性の決定に用いられる因子の1つとすることができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0006】
一態様において、本発明は光学材料の品質を評価するための方法に関する。本方法は、光学材料の蛍光スペクトルを得るステップ、目的用途に望ましい性能を有する基準材料の蛍光スペクトルを得るステップ及び光学材料のスペクトルの形状が基準材料のスペクトルの形状と相似であるか否かを判定するステップを含む。光学材料のスペクトル形状が基準材料のスペクトル形状と相似であれば、本方法は光学材料が目的用途に適することを表示するステップを含む。そうでなければ、本方法は光学材料が目的用途に不適であることを表示するステップを含む。
【0007】
別の態様において、本発明は光学材料の品質を評価するための装置に関する。本装置は、励起光を放射する光源及び励起光を光学材料に集束させる複数の光学素子を備える。本装置はさらに、光学材料から放射される蛍光を検出する分光計を備える。分光計の視線光学軸は、光学材料を透過した励起光の主光学軸に対してある角度に向けられる。本装置はさらに、分光計からの蛍光データの基準蛍光スペクトルとの比較を行い、比較に基づいて光学材料の品質の判定を行う、プロセスを実行するプロセッサを備える。
【0008】
本発明のその他の態様及び利点は、以下の説明及び特許請求項から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明の実施形態は、光学結晶の品質を評価するための方法及び装置を提供する。本発明の方法及び装置により、結晶成長が完了した光学結晶をいくつかの光学等級の内の1つに級別することが可能になる。本装置は、光学結晶の蛍光スペクトルを得るため、及びその蛍光スペクトルを基準結晶の蛍光スペクトルと比較するための機構を備える。本明細書において、基準結晶は評価されるべき光学結晶と同じ組成を有し、選択された波長の電磁放射にさらされたときに所望の性能を有する。本方法により、一組の規準を定め、光学結晶の蛍光スペクトルの基準結晶の蛍光スペクトルとの相似度を判定するために用いることが可能になる。光学結晶の蛍光スペクトルが基準結晶の蛍光スペクトルと実質的に相似であれば、光学結晶は“良品”結晶と見なされる;そうでなければ、光学結晶は“不良品”結晶と見なされる。光学結晶の蛍光スペクトルが基準結晶の蛍光スペクトルと実質的に相似であれば、光学結晶は基準結晶と同等の性能を示すであろうと想定されている。
【0010】
ここで、本発明の様々な実施形態を添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態にしたがう、被験材料4の品質を評価するための、全体として参照数字2で指定される、装置の略図を示す。装置2は被験材料4の蛍光中心を励起する励起光8を発生する励起光源6及び被験材料4から放射される所望の波長(蛍光)を検出する蛍光検出器10を備える。一実施形態において、被験材料4はフッ化物単結晶である。フッ化物単結晶の例にはCaF2,SrF2,BaF2及びMgF2があるが、これらには限定されない。全般的には、被験材料4は所望の動作波長、例えば300nmより短波長で透明な、いかなる結晶であってもさしつかえない。別の実施形態において、被験材料4は電磁放射を透過させるための光学素子、例えばリソグラフィレンズである。別の実施形態において、被験材料4は、ビーム拡大器、窓、レンズ、出力カプラまたはプリズム、例えば線幅制限プリズムのような、レーザコンポーネントである。別の実施形態において、被験材料4は、レーザコンポーネントまたは光学素子を作製するためのブランク(またはプリフォーム)である。そのようなブランクは、整形、研削、切削、劈開、仕上及び研磨のようなプロセスによりコンポーネントにつくられる。
【0011】
図示された実施形態において、励起光源6は、波長193nmで動作する、ランダム偏波ArFエキシマーレーザを備える。レーザ出力ビームはレーザパルス列からなり、それぞれのパルスはあらかじめ定められた、例えば公称30nsの長さを有する。しかし本発明は、励起光源6として、ランダム偏波ArFエキシマーレーザの使用に限定されない。一般に、励起光源6及びその動作波長の選択は、被験材料4の性質及び被験材料4の目的用途分野、すなわち被験材料の目的動作波長に依存するであろう。代替実施形態においては、248nm(KrFレーザ)または157nm(F2レーザ)のような光波長、あるいはその他の適切な光波長を用いることができる。さらに、レーザ出力ビームがパルス列からなることは必要条件ではない。例えば、連続波レーザを用いることができよう。検出システム10がパルスを要求するのであれば、ビームチョッパ(図示せず)を用いて連続波レーザ出力からパルスをつくることができる。また、レーザがランダム偏波であることも必要条件ではない。例えば、レーザビームを直線偏光化し、試験に適するように偏光面を向けるために、半波長板のような偏光回転子を組み込むことにより、さらに的が絞られた情報を得ることができる。
【0012】
ビームシャッター12が励起光源6のビーム送出及び停止を制御する。励起光源6にエネルギーが与えられると、励起光すなわちレーザビームが可変矩形アパーチャ14を通して投射される。可変矩形アパーチャ14の目的はビーム縁のクリッピングである。レーザビーム8はビーム偏向器16により向きを90°変えられる。レーザビーム8は可変減衰器18を通過する。可変減衰器18の目的はレーザビーム8の強度を変えることである。レーザビーム8は結像レンズ22を通してビーム偏向器20上に投射される。ビーム偏向器20はレーザビーム8の向きをさらに90°変える。レーザビーム8は次いでレーザ偏光スクランブラ30及び空間モードフィルタ32を通過する。偏光スクランブラ30はレーザビーム8を確実にランダム偏波化するが、これは本発明の原理の実施に対する必要条件ではない。空間モードフィルタ32はレーザビーム8を所望の波長において平滑化する。フィルタリングされたレーザビーム8はレンズ36によりピンホール34内に投射され、次いで被験材料4上に結像される。
【0013】
素子14,18,22,30,32,34及び36の第一義的な目的は、被験材料4上に結像されるレーザビームを調節することである。光源6で発生されるレーザビームの品質次第で、これらの素子の1つまたはそれより多くあるいは全てを省略してもよい。さらに、光源6を被験材料4と一直線上に揃えて、ビーム偏向器16,20の必要を排除することができる。図示された実施形態においては、公称1mm径のコリメートされたビームが被験材料4を通って伝搬するが、径がより大きいかまたは小さいビームを被験材料を通して伝搬させることもできる。一実施形態において、励起レーザビーム8の主光学軸は被験材料4の<111>結晶方位に合せられる。被験材料4を透過した照射ビーム8は、レーザダンプ44までそのまま進み続ける。
【0014】
蛍光検出器10は、1つまたはそれより多くのバッフル50,結像系52及び分光計(または分光写真器)54を備える。バッフル50は、分光計54の視野を被験材料4の注目する領域に限定する。結像系52は、被験材料4から放射された蛍光を分光計の入射ひとみ(図示せず)内に投射する。結像系52は、結像レンズ、ズームレンズまたはその他のタイプのレンズとすることができる。
【0015】
分光計54は汎用分光計または蛍光分光計とすることができる。米国フロリダ州ダニーデン(Dunedin)のオーシャン・オプティックス社(Ocean Optics, Inc.)のS2000シリーズ分光計が、本発明に使用することができる適切な分光計の例である。しかし、本発明は上記の特定のシリーズの分光計に限定されない。収集されるデータの分解能を向上させるため、蛍光検出器10は、照射ビーム8が絶対に分光計54に入ることができないように、位置合せされる。例えば、蛍光検出光学軸56の向きはビーム8の主光学軸に対して角度αに定められ、ここで角度αは0°より大きい。角度αは、被験材料4がレーザビームに直接さらされている内部体積のほとんどを分光計54の入射ひとみ(図示せず)を通して見ることができるように選ばれることが好ましい。角度αは、被験材料の入射面及び出射面を分光計の入射ひとみ(図示せず)を通して見ることはできないように、選ばれることが好ましい。一般に、角度αは0°より大きく、90°までの範囲とすることができる。以下でさらに説明されるように、システムの空間分解能は角度αが小さくなるとともに向上する。蛍光は一般に全方向に放射するから、図2に示されるように、蛍光検出器10を被験材料4の入射面側にも配置し得ることに注意すべきである。
【0016】
動作時、励起光源6からのレーザビーム8は、ピンホール34を通して被験材料4に集束される。被験材料4を透過したビーム8はレーザダンプ44に進入する。蛍光検出器10は被験材料4からの蛍光を検出し、制御/収集インターフェース62を介してコンピュータ60に信号を送る。コンピュータ60はデータを分析し、結果を表示する。そのような結果には、被験材料4の蛍光スペクトル及び被験材料4があらかじめ定められた規準を満たすか否かを表すデータを含めることができる。一実施形態において、コンピュータ60(またはプロセッサ)は、被験材料4が特定の用途に適するか否かを判定するために、被験材料4の蛍光スペクトルを基準試料(図示せず)の蛍光スペクトルと比較するプロセスを実行する。一実施形態において、米国テキサス州オースティン(Austin)のナショナル・インスツルメンツ(National Instruments)社から入手できる、ラブビュー(LabVIEW)という商品名で販売されているような、データ収集アプリケーションがコンピュータ60上にロードされて、分光計54から蛍光データを受け取り、この蛍光データを基準試料(図示せず)の蛍光スペクトルと比較するプロセスを実行するように設定される。
【0017】
蛍光はレーザパルスが被験材料(図1及び2の4)を通過する毎に励起され、全蛍光波長が本質的に同時に励起されるから、分光計(図1及び2の54)は、レーザパルス毎に、定められた増分波長幅(“チャネル”)で受け取られた全エネルギーを測定できるように設計されるべきである。多チャネル分光計は、例えばオーシャン・オプティックス社から、市販されている。コンピュータ60により、各チャネルの信号が記録され、例えば完全なスペクトルとして表示される。さらに、いくつかのレーザパルスにかけて各チャネルの信号を積分することにより、信号対雑音比向上を達成することができる。そのような反復による信号対雑音比の向上は当業界で周知である。データ収集が行われるたびに実信号が足し合わされるので、反復収集による信号対雑音比の向上は可能であるが、不規則雑音は反復数の平方根(√n)でしか増加しない。すなわち、総合信号対雑音比は収集回数の平方根にしたがって向上する(すなわち、S/Nはn/√n=√nに比例する)。
【0018】
図1及び2を参照すれば、被験材料4からの蛍光は一般に全方向に放射するであろうが、必ずしも等方的ではないことを認識することにより、さらなる向上させることができる。蛍光検出視線光学軸が照射ビーム8の主光学軸に近接していれば、すなわち角度αが小さければ、装置2は、改善された蛍光スペクトル空間分解能が得られるであろう。蛍光検出視線光学軸が主光学軸に近接することで、視線方向に重なる、レーザビーム8で直接励起された一次蛍光を分光計54が受け取る体積領域が大きくなる。対応して、照射ビーム8の外側領域においてレーザビームより長波長の一次蛍光光子により発生する、二次蛍光が制限される。要諦は、照射ビーム8の外側で二次蛍光だけを見れば、ビーム8で照射された領域内で発生する一次蛍光スペクトルと比較すると、分光計54により表示される蛍光スペクトルは異なり得ることにある。
【0019】
結晶構造擾乱が最小限になるように、被験材料4の入射面及び出射面が十分に光学研磨されていれば、さらなるスペクトル向上が達成できる。代表的には被験材料4の研削面のような、擾乱面に193nmビームの一部でも触れると、フッ化カルシウム結晶に強い青〜緑色の蛍光が発生することを、本発明のシステムで実見することができる。したがって、角度αは、分光計54に入る光が研磨された被験結晶面だけを介して届き得ることを保証するに十分に小さくすべきである。これにより、被験材料4の表面からの二次蛍光がさらに制限される。
【0020】
図3は、本発明の一実施形態にしたがう被験材料(図1の4)の品質を評価するためのプロセスを示す。本プロセスは、例えば図1に示される装置を用いて、64で表示されるように、被験材料(図1の4)の蛍光スペクトルを得るステップで始まる。次に、66で示されるように、基準結晶の蛍光スペクトルが得られる。この基準結晶は他の全ての材料が比較されることになる良品試料と見なされる。基準結晶の趣意における“良品”とは、このスペクトルをもつ材料が目的用途、例えばリソグラフィステッパ及びレーザ用途において、特性上優れた挙動を示すであろうことを意味する。簡便のため、被験材料(図1の4)の蛍光スペクトルは被験スペクトルと称し、基準結晶の蛍光スペクトルは基準スペクトルと称する。
【0021】
68で示されるように、基準スペクトル及び被験スペクトルが正規化される。正規化は、選ばれた波長において“基準ピーク”がスペクトル上で同じ値を有するように、一方のスペクトルまたは両方のスペクトルを比例拡縮することにより達成できる。“基準ピーク”は通常、基準結晶と被験材料との間で比較されている特性とは無関係なピークの中から選ばれるピークである。正規化されたスペクトルが相似であるか否かを判定するために、70で示されるように、正規化されたスペクトルの形状が比較される。2つのスペクトルの間の相似の度合が一組のあらかじめ定められた規準により判定される。スペクトルの形状が相似であれば(72で示される)、被験材料(図1の4)の挙動は基準試料と同等のはずである。この場合、被験材料(図1の4)は“良品”結晶とみなされ、目的用途に適する。スペクトルの形状が相似でなければ(74で示される)、被験材料は“不良品”結晶と見なされる。
【0022】
以下の実施例においては、基準スペクトルと被験スペクトルとの間の相似性を判定する目的のために4つの基準が定められる。基準試料は、目的用途、例えばリソグラフィステッパ及びレーザ用途に対して望ましい性能を有することが知られているCaF2結晶である。表1に試験規準を要約して示す。全ての規準が満たされれば、被験材料は目的用途に適すると見なされる。基準のいずれかに不合格であれば、被験材料は選ばれた用途に不適であると見なされる。本プロセスは合格または不合格の度合の仕様を含めるように拡張することができる。この度合は、被験材料をいくつかの光学等級の内の1つに級別するために用いることができる。本方法の概念を無効にすることなく、より多いか、より少ないか、または異なる試験規準を定め得ることに注意すべきである。
【表1】
【0023】
以下の実施例は、説明の目的のために示され、本明細書で別に述べられていない限り、本発明の範囲を制限することは目的とされていない。
【0024】
実施例1
図4は、基準スペクトルRに重畳された被験スペクトルTを示す。被験スペクトルTは、193nmレーザ光で照射されたCaF2結晶に対するスペクトルである。基準スペクトルRは、エキシマーレーザ用途において望ましい性能を有する基準CaF2結晶に対するスペクトルである。被験及び基準スペクトルT,Rは、ほぼ330nmの基準ピークを用いて正規化されている。335nm〜850nmの波長範囲における被験スペクトルTの下の面積(“被験面積”)は正規化任意単位で4,787である。335nm〜850nmの波長範囲における基準スペクトルRの下の面積(“基準面積”)は正規化任意単位で4,369である。
【0025】
規準Aが満たされているか否かを判定するため、自己束縛励起子ピークのトレーリングエッジ、すなわち335nmから460nmまでの、線形状だけが比較される。さらに詳細な分析のため、上記ピークのリーディングエッジ及びトレーリングエッジの両者の線形状を比較することもできる。線形状は、335nm〜460nmの波長範囲における被験スペクトルTと基準スペクトルRとの間の面積(“差面積”)を計算することにより比較される。決定した差面積は正規化任意単位で330であり、これは表1で指定された既定の限界値500より小さい。したがって、規準Aは満たされている。被験結晶の等級付けの目的のため、あらかじめ定められた限界値に対する差面積の比で、基準スペクトルRと被験スペクトルTとの間の相似性の度合を表すことができる。
【0026】
規準Bは青〜緑領域(約460nm〜565nm)における蛍光強度に関する。この蛍光強度は青〜緑領域における蛍光曲線下の面積を計算することにより決定される。この領域における蛍光強度に対する限界値は、任意単位で493に設定される。一般に、限界値は、[良品結晶のバッチによりあらかじめ定められた値]+[所望のマージン]から導かれる。基準スペクトルRに対し、青〜緑領域における面積は任意単位で352であり、これは493の限界値より小さい。被験スペクトルTに対し、青〜緑領域における面積は任意単位で374であり、これは493の限界値より小さい。したがって、規準Bは満たされている。
【0027】
同様に、被験試料は、規準C(625〜700nm領域における赤色蛍光)及び規準D(700〜850nm領域における赤外蛍光)に合格である。これらの結果に基づけば、図4に示されるスペクトルTを有する被験材料は良品結晶であり、目的用途に、すなわちエキシマーレーザでの使用に適する。様々な波長範囲に対してあらかじめ定められた限界値に対する蛍光強度の比で、被験結晶と基準試料との間の相似性の度合を表すことができる。この比は被験結晶の等級付けに用いることができる。表2に結果を要約して示す。
【表2】
【0028】
実施例2
図5は、基準スペクトルRに重畳された被験スペクトルTを示す。被験スペクトルTは、193nmレーザ光で照射されたCaF2結晶に対するスペクトルである。基準スペクトルRは、エキシマーレーザ用途において望ましい性能を有する基準CaF2結晶に対するスペクトルである。被験及び基準スペクトルT,Rは、ほぼ330nmの基準ピークを用いて正規化されている。335nm〜850nmの波長範囲における被験スペクトルTの下の面積(“被験面積”)は正規化任意単位で6,981である。335nm〜850nmの波長範囲における基準スペクトルRの下の面積(“基準面積”)は正規化任意単位で4,369である。
【0029】
規準Aが満たされているか否かを判定するため、335nm〜460nmの波長範囲における被験スペクトルTと基準スペクトルRとの間の面積(“差面積”)が計算される。決定された差面積は正規化任意単位で554であり、これは表1に述べられた既定の限界値500より大きい。差面積が既定の限界値より大きいから、規準Aは満たされていない。この規準に不合格であるだけで、本実施例の被験材料を目的用途に不適であると宣告するに十分である。
【0030】
規準Bは青〜緑領域(約460nm〜565nm)における蛍光強度に関する。基準スペクトルRに対し、青〜緑領域における蛍光強度は任意単位で352である。被験スペクトルTに対し、青〜緑領域における蛍光強度は任意単位で980であり、これは任意単位で493の限界値よりかなり大きい。同じく、規準Bも満たされていない。同様に、被験試料は、規準C(625〜700nm領域における赤色蛍光)及び規準D(700〜850nm領域における赤外蛍光)に不合格である。これらの結果に基づけば、図5に示される被験スペクトルTを有する被験材料は不良品結晶であり、目的用途に、すなわちエキシマーレーザでの使用に不適である。表3に結果を要約して示す。
【表3】
【0031】
実施例3
図6は、基準スペクトルRに重畳された被験スペクトルTを示す。被験スペクトルTは、193nmレーザ光で照射されたCaF2結晶に対するスペクトルである。基準スペクトルRは、エキシマーレーザ用途において望ましい性能を有する基準CaF2結晶に対するスペクトルである。被験及び基準スペクトルT,Rは、ほぼ330nmの基準ピークを用いて正規化されている。335nm〜850nmの波長範囲における被験スペクトルTの下の面積(“被験面積”)は正規化任意単位で4,722である。335nm〜850nmの波長範囲における基準スペクトルRの下の面積(“基準面積”)は正規化任意単位で4,337である。
【0032】
規準Aが満たされているか否かを判定するため、335nm〜460nmの波長範囲における被験スペクトルTと基準スペクトルRとの間の面積(“差面積”)が計算される。決定された差面積は正規化任意単位で−1,194であり、これの絶対値は表1に述べられた既定の限界値500より大きい。負の値は、この領域で被験スペクトルTが基準スペクトルRの下にあることを示す。335nm〜460nmの波長範囲にかけての面積差に基づけば、この被験試料は規準Aに不合格である。
【0033】
規準Bは青〜緑領域(約460nm〜565nm)における蛍光強度に関する。この領域にお行ける基準スペクトルRの下の面積は任意単位で319である。この領域における被験スペクトルTの下の面積は任意単位で839であり、これは任意単位で493の限界値より大きい。すなわち、規準Bは満たされていない。同様に、この被験試料は、規準C(625〜700nm領域における赤色蛍光)及び規準D(700〜850nm領域における赤外蛍光)に不合格である。これらの結果に基づけば、図6に示されるスペクトルTを有する被験材料は、不良品結晶であり、目的用途に、すなわちエキシマーレーザでの使用に不適である。表4に結果を要約して示す。
【表4】
【0034】
図4及び5に示される被験試料に関し、被験及び基準スペクトルT,Rの自己束縛励起子ピークのリーディングエッジの線形状が実質的に同じであることに注意すべきである。図6に示される被験試料に対しては、被験及び基準スペクトルT,Rの自己束縛励起子ピークのリーディングエッジの線形状の間にかなりの差がある。このことは、分析に自己束縛励起子ピークのリーディングエッジの線形状の比較を含める価値があり得ることを示しているように思われる。先に述べたように、規準は、どの結晶が良品または不良品であるかを蛍光分析の観点から判定するために、必要に応じて調整することができる。
【0035】
本発明の別の実施形態において、蛍光の寿命を品質管理のための規準として用いることができる。パルスエキシマーレーザ光照射後、蛍光の強度は一般に指数関数的に減衰するであろう。特定のピークがいくつかの相異なる蛍光種の複合から生じていれば、この複合ピークの総合減衰はおそらく指数曲線から偏移するであろうし、見かけの寿命が変わるであろう。したがって、蛍光寿命は有用な規準になり得る。寿命の決定には、パルス入射ビームを用い、強い蛍光ピークを観察することが好ましい。しかし、先に述べたように、連続波レーザ及びビームチョッパを用いて、同様の“パルス”照射を与えることができる。CaF2結晶を用いる実施例においては、350〜400nmあたりの信号が寿命測定のための良い候補となり得る。これは、350〜400nm領域においてスペクトル形状が変化し、この領域における蛍光の原因となる蛍光種が図4〜6に用いられた試料間で相当異なっていることを示唆しているからである。これらの相異なる蛍光種は、相異なる減衰曲線を有し、したがって相異なる寿命を有すると考えられる。
【0036】
本発明は全般的な利点を提供する。図1で説明した装置2は被験材料の蛍光を測定することができる。図3で説明したプロセスを用いれば、被験材料の蛍光データを、被験材料が目的用途において基準結晶と同等の挙動を示すであろうか否かを判定するために分析することができる。基準結晶には、目的とする用途に対して望ましい性能を有し、被験材料と同じ組成を有する材料が選ばれる。被験材料及び基準結晶の蛍光スペクトルが相似であれば、被験材料は目的用途に対して基準材料と同等の挙動態様を示すと考えられる。基準材料と被験材料との間の相似の度合は、被験材料をいくつかの光学等級の内の1つに級別するために用いることができる。
【0037】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、本開示の恩恵を有する当業者であれば、本明細書に開示されたような本発明の範囲を逸脱しない別の実施形態が案出され得ることを認めるであろう。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の一実施形態にしたがう、光学材料の蛍光を測定するための装置の略図である。
【図2】蛍光検出器が被験材料の入射面側に配置された、図1の装置を示す。
【図3】本発明の一実施形態にしたがう、光学材料の品質を評価するためのプロセスのフローチャートである。
【図4】良品CaF2結晶及び基準CaF2結晶の蛍光スペクトルを示す。
【図5】不良品CaF2結晶及び基準CaF2結晶の蛍光スペクトルを示す。
【図6】不良品CaF2結晶及び基準CaF2結晶の蛍光スペクトルを示す。
【符号の説明】
【0039】
2 評価装置
4 被験光学材料
6 励起光源
8 レーザビーム
10 蛍光検出器
12 ビームシャッター
14 可変矩形アパーチャ
16,20 偏向器
18 可変減衰器
22 結像レンズ
30 偏光スクランブラ
32 空間モードフィルタ
34 ピンホール
36 レンズ
44 レーザダンプ
50 バッフル
52 結像系
54 分光計
56 蛍光検出光学軸
60 コンピュータ
62 制御/収集インターフェース
【0001】
本出願は、2000年12月11日に出願された、米国仮特許出願第60/254,590号による優先権を主張する。
【技術分野】
【0002】
本発明は全般的には、赤外、可視及び紫外(UV)光を透過させる光学結晶に関する。特に、本発明は光学結晶の品質を評価するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0003】
マイクロエレクトロニクスにおける動向はひたすら寸法縮小に向かっている。これは、同面積での素子充填密度が高まり続ける集積回路の開発を可能にする、微細パターンを転写できるリソグラフィ技法により可能になっている。リソグラフィにおける目覚ましい進歩は、向上したレンズ品質、大開口数化、改善されたレジストプロセス及びますます短くなる露光波長を含む、多方面における開発により可能となっている。現在、先進微細リソグラフィシステムは、波長が248nm(KrFレーザ)の深UV光を使用して0.25μmの最小線幅を転写する。193nm光(ArFレーザ)及び158nm光(F2レーザ)を使用する、新しい微細リソグラフィシステムが精力的にに開発されており、さらになお小さな線幅がつくられると期待されている。しかし、そのようなさらに短い波長に適するレンズ材料を見いだすには、困難な課題が課される。今のところ、高純度石英ガラス及びフッ化物結晶がUV光透過に対して実際的な選択肢である。157nmリソグラフィの開発には、石英ガラスの透過特性が180nmより短波長ではかなり低下するため、フッ化物結晶が必要である。
【0004】
フッ化物結晶に必要な性能は完全にはわかっていないが、それでも業界は適切に機能するコンポーネント及び材料を提供しなければならない。結晶材料の品質検査に用いられ得るいくつかの指標の内の1つは蛍光である。いくつかのレーザ製造業者は、フッ化物結晶、特にフッ化カルシウム結晶の個片が蛍光を発する態様を、製造業者のエキシマーレーザで結晶が振る舞う態様に関係付け得ることを見いだした。これらのレーザ製造業者の中には、業者のレーザに用いられる結晶材料は(300nmより短波長の)深UV光にさらしたときに可視蛍光を全く示してはならないことを仕様化した業者もある。結晶材料が蛍光を発すればレーザ性能がどのように影響されるかは明らかではない。しかし、明らかなことは、上記の波長の光に当てたときの結晶材料の内部加熱及び耐久性が、リソグラフィ用途に重要な因子であることである。例えば、結晶材料の加熱は材料の屈折率を変化させ、材料を透過するビームの波面に位相シフト誤差を与える結果となり得る。光リソグラフィシステムの位相誤差に対する許容度は、極めて僅かでしかない。
【0005】
レーザビームの結晶材料通過による結晶の加熱には、いくつかの機構があり、蛍光に付随する機構はその内のいくつかでしかないことに注意すべきである。すなわち、目的は、蛍光を調べることにより全損失に関する判断を下すことではない。また、結晶の蛍光スペクトルと、レーザビームが結晶に送り込まれ続けている間のレーザ透過度の一定性との間に関係があるかは明白ではない。したがって、結晶の蛍光とレーザビームの存在において結晶の性能に実際に影響するものは何であってもそれとの間の因果関係を見いだすことは、未だに、測定された相関データに導かれる精力的な研究のテーマである。結晶材料の蛍光とレーザ性能との間の関係は明解ではないにもかかわらず、それでも、蛍光に基づく光学結晶の等級付けのための機構を有することは有用であろう。そのような等級付けは、リソグラフィ用途ないし、一般にはレーザ用途に対する光学結晶の適性の決定に用いられる因子の1つとすることができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0006】
一態様において、本発明は光学材料の品質を評価するための方法に関する。本方法は、光学材料の蛍光スペクトルを得るステップ、目的用途に望ましい性能を有する基準材料の蛍光スペクトルを得るステップ及び光学材料のスペクトルの形状が基準材料のスペクトルの形状と相似であるか否かを判定するステップを含む。光学材料のスペクトル形状が基準材料のスペクトル形状と相似であれば、本方法は光学材料が目的用途に適することを表示するステップを含む。そうでなければ、本方法は光学材料が目的用途に不適であることを表示するステップを含む。
【0007】
別の態様において、本発明は光学材料の品質を評価するための装置に関する。本装置は、励起光を放射する光源及び励起光を光学材料に集束させる複数の光学素子を備える。本装置はさらに、光学材料から放射される蛍光を検出する分光計を備える。分光計の視線光学軸は、光学材料を透過した励起光の主光学軸に対してある角度に向けられる。本装置はさらに、分光計からの蛍光データの基準蛍光スペクトルとの比較を行い、比較に基づいて光学材料の品質の判定を行う、プロセスを実行するプロセッサを備える。
【0008】
本発明のその他の態様及び利点は、以下の説明及び特許請求項から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明の実施形態は、光学結晶の品質を評価するための方法及び装置を提供する。本発明の方法及び装置により、結晶成長が完了した光学結晶をいくつかの光学等級の内の1つに級別することが可能になる。本装置は、光学結晶の蛍光スペクトルを得るため、及びその蛍光スペクトルを基準結晶の蛍光スペクトルと比較するための機構を備える。本明細書において、基準結晶は評価されるべき光学結晶と同じ組成を有し、選択された波長の電磁放射にさらされたときに所望の性能を有する。本方法により、一組の規準を定め、光学結晶の蛍光スペクトルの基準結晶の蛍光スペクトルとの相似度を判定するために用いることが可能になる。光学結晶の蛍光スペクトルが基準結晶の蛍光スペクトルと実質的に相似であれば、光学結晶は“良品”結晶と見なされる;そうでなければ、光学結晶は“不良品”結晶と見なされる。光学結晶の蛍光スペクトルが基準結晶の蛍光スペクトルと実質的に相似であれば、光学結晶は基準結晶と同等の性能を示すであろうと想定されている。
【0010】
ここで、本発明の様々な実施形態を添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態にしたがう、被験材料4の品質を評価するための、全体として参照数字2で指定される、装置の略図を示す。装置2は被験材料4の蛍光中心を励起する励起光8を発生する励起光源6及び被験材料4から放射される所望の波長(蛍光)を検出する蛍光検出器10を備える。一実施形態において、被験材料4はフッ化物単結晶である。フッ化物単結晶の例にはCaF2,SrF2,BaF2及びMgF2があるが、これらには限定されない。全般的には、被験材料4は所望の動作波長、例えば300nmより短波長で透明な、いかなる結晶であってもさしつかえない。別の実施形態において、被験材料4は電磁放射を透過させるための光学素子、例えばリソグラフィレンズである。別の実施形態において、被験材料4は、ビーム拡大器、窓、レンズ、出力カプラまたはプリズム、例えば線幅制限プリズムのような、レーザコンポーネントである。別の実施形態において、被験材料4は、レーザコンポーネントまたは光学素子を作製するためのブランク(またはプリフォーム)である。そのようなブランクは、整形、研削、切削、劈開、仕上及び研磨のようなプロセスによりコンポーネントにつくられる。
【0011】
図示された実施形態において、励起光源6は、波長193nmで動作する、ランダム偏波ArFエキシマーレーザを備える。レーザ出力ビームはレーザパルス列からなり、それぞれのパルスはあらかじめ定められた、例えば公称30nsの長さを有する。しかし本発明は、励起光源6として、ランダム偏波ArFエキシマーレーザの使用に限定されない。一般に、励起光源6及びその動作波長の選択は、被験材料4の性質及び被験材料4の目的用途分野、すなわち被験材料の目的動作波長に依存するであろう。代替実施形態においては、248nm(KrFレーザ)または157nm(F2レーザ)のような光波長、あるいはその他の適切な光波長を用いることができる。さらに、レーザ出力ビームがパルス列からなることは必要条件ではない。例えば、連続波レーザを用いることができよう。検出システム10がパルスを要求するのであれば、ビームチョッパ(図示せず)を用いて連続波レーザ出力からパルスをつくることができる。また、レーザがランダム偏波であることも必要条件ではない。例えば、レーザビームを直線偏光化し、試験に適するように偏光面を向けるために、半波長板のような偏光回転子を組み込むことにより、さらに的が絞られた情報を得ることができる。
【0012】
ビームシャッター12が励起光源6のビーム送出及び停止を制御する。励起光源6にエネルギーが与えられると、励起光すなわちレーザビームが可変矩形アパーチャ14を通して投射される。可変矩形アパーチャ14の目的はビーム縁のクリッピングである。レーザビーム8はビーム偏向器16により向きを90°変えられる。レーザビーム8は可変減衰器18を通過する。可変減衰器18の目的はレーザビーム8の強度を変えることである。レーザビーム8は結像レンズ22を通してビーム偏向器20上に投射される。ビーム偏向器20はレーザビーム8の向きをさらに90°変える。レーザビーム8は次いでレーザ偏光スクランブラ30及び空間モードフィルタ32を通過する。偏光スクランブラ30はレーザビーム8を確実にランダム偏波化するが、これは本発明の原理の実施に対する必要条件ではない。空間モードフィルタ32はレーザビーム8を所望の波長において平滑化する。フィルタリングされたレーザビーム8はレンズ36によりピンホール34内に投射され、次いで被験材料4上に結像される。
【0013】
素子14,18,22,30,32,34及び36の第一義的な目的は、被験材料4上に結像されるレーザビームを調節することである。光源6で発生されるレーザビームの品質次第で、これらの素子の1つまたはそれより多くあるいは全てを省略してもよい。さらに、光源6を被験材料4と一直線上に揃えて、ビーム偏向器16,20の必要を排除することができる。図示された実施形態においては、公称1mm径のコリメートされたビームが被験材料4を通って伝搬するが、径がより大きいかまたは小さいビームを被験材料を通して伝搬させることもできる。一実施形態において、励起レーザビーム8の主光学軸は被験材料4の<111>結晶方位に合せられる。被験材料4を透過した照射ビーム8は、レーザダンプ44までそのまま進み続ける。
【0014】
蛍光検出器10は、1つまたはそれより多くのバッフル50,結像系52及び分光計(または分光写真器)54を備える。バッフル50は、分光計54の視野を被験材料4の注目する領域に限定する。結像系52は、被験材料4から放射された蛍光を分光計の入射ひとみ(図示せず)内に投射する。結像系52は、結像レンズ、ズームレンズまたはその他のタイプのレンズとすることができる。
【0015】
分光計54は汎用分光計または蛍光分光計とすることができる。米国フロリダ州ダニーデン(Dunedin)のオーシャン・オプティックス社(Ocean Optics, Inc.)のS2000シリーズ分光計が、本発明に使用することができる適切な分光計の例である。しかし、本発明は上記の特定のシリーズの分光計に限定されない。収集されるデータの分解能を向上させるため、蛍光検出器10は、照射ビーム8が絶対に分光計54に入ることができないように、位置合せされる。例えば、蛍光検出光学軸56の向きはビーム8の主光学軸に対して角度αに定められ、ここで角度αは0°より大きい。角度αは、被験材料4がレーザビームに直接さらされている内部体積のほとんどを分光計54の入射ひとみ(図示せず)を通して見ることができるように選ばれることが好ましい。角度αは、被験材料の入射面及び出射面を分光計の入射ひとみ(図示せず)を通して見ることはできないように、選ばれることが好ましい。一般に、角度αは0°より大きく、90°までの範囲とすることができる。以下でさらに説明されるように、システムの空間分解能は角度αが小さくなるとともに向上する。蛍光は一般に全方向に放射するから、図2に示されるように、蛍光検出器10を被験材料4の入射面側にも配置し得ることに注意すべきである。
【0016】
動作時、励起光源6からのレーザビーム8は、ピンホール34を通して被験材料4に集束される。被験材料4を透過したビーム8はレーザダンプ44に進入する。蛍光検出器10は被験材料4からの蛍光を検出し、制御/収集インターフェース62を介してコンピュータ60に信号を送る。コンピュータ60はデータを分析し、結果を表示する。そのような結果には、被験材料4の蛍光スペクトル及び被験材料4があらかじめ定められた規準を満たすか否かを表すデータを含めることができる。一実施形態において、コンピュータ60(またはプロセッサ)は、被験材料4が特定の用途に適するか否かを判定するために、被験材料4の蛍光スペクトルを基準試料(図示せず)の蛍光スペクトルと比較するプロセスを実行する。一実施形態において、米国テキサス州オースティン(Austin)のナショナル・インスツルメンツ(National Instruments)社から入手できる、ラブビュー(LabVIEW)という商品名で販売されているような、データ収集アプリケーションがコンピュータ60上にロードされて、分光計54から蛍光データを受け取り、この蛍光データを基準試料(図示せず)の蛍光スペクトルと比較するプロセスを実行するように設定される。
【0017】
蛍光はレーザパルスが被験材料(図1及び2の4)を通過する毎に励起され、全蛍光波長が本質的に同時に励起されるから、分光計(図1及び2の54)は、レーザパルス毎に、定められた増分波長幅(“チャネル”)で受け取られた全エネルギーを測定できるように設計されるべきである。多チャネル分光計は、例えばオーシャン・オプティックス社から、市販されている。コンピュータ60により、各チャネルの信号が記録され、例えば完全なスペクトルとして表示される。さらに、いくつかのレーザパルスにかけて各チャネルの信号を積分することにより、信号対雑音比向上を達成することができる。そのような反復による信号対雑音比の向上は当業界で周知である。データ収集が行われるたびに実信号が足し合わされるので、反復収集による信号対雑音比の向上は可能であるが、不規則雑音は反復数の平方根(√n)でしか増加しない。すなわち、総合信号対雑音比は収集回数の平方根にしたがって向上する(すなわち、S/Nはn/√n=√nに比例する)。
【0018】
図1及び2を参照すれば、被験材料4からの蛍光は一般に全方向に放射するであろうが、必ずしも等方的ではないことを認識することにより、さらなる向上させることができる。蛍光検出視線光学軸が照射ビーム8の主光学軸に近接していれば、すなわち角度αが小さければ、装置2は、改善された蛍光スペクトル空間分解能が得られるであろう。蛍光検出視線光学軸が主光学軸に近接することで、視線方向に重なる、レーザビーム8で直接励起された一次蛍光を分光計54が受け取る体積領域が大きくなる。対応して、照射ビーム8の外側領域においてレーザビームより長波長の一次蛍光光子により発生する、二次蛍光が制限される。要諦は、照射ビーム8の外側で二次蛍光だけを見れば、ビーム8で照射された領域内で発生する一次蛍光スペクトルと比較すると、分光計54により表示される蛍光スペクトルは異なり得ることにある。
【0019】
結晶構造擾乱が最小限になるように、被験材料4の入射面及び出射面が十分に光学研磨されていれば、さらなるスペクトル向上が達成できる。代表的には被験材料4の研削面のような、擾乱面に193nmビームの一部でも触れると、フッ化カルシウム結晶に強い青〜緑色の蛍光が発生することを、本発明のシステムで実見することができる。したがって、角度αは、分光計54に入る光が研磨された被験結晶面だけを介して届き得ることを保証するに十分に小さくすべきである。これにより、被験材料4の表面からの二次蛍光がさらに制限される。
【0020】
図3は、本発明の一実施形態にしたがう被験材料(図1の4)の品質を評価するためのプロセスを示す。本プロセスは、例えば図1に示される装置を用いて、64で表示されるように、被験材料(図1の4)の蛍光スペクトルを得るステップで始まる。次に、66で示されるように、基準結晶の蛍光スペクトルが得られる。この基準結晶は他の全ての材料が比較されることになる良品試料と見なされる。基準結晶の趣意における“良品”とは、このスペクトルをもつ材料が目的用途、例えばリソグラフィステッパ及びレーザ用途において、特性上優れた挙動を示すであろうことを意味する。簡便のため、被験材料(図1の4)の蛍光スペクトルは被験スペクトルと称し、基準結晶の蛍光スペクトルは基準スペクトルと称する。
【0021】
68で示されるように、基準スペクトル及び被験スペクトルが正規化される。正規化は、選ばれた波長において“基準ピーク”がスペクトル上で同じ値を有するように、一方のスペクトルまたは両方のスペクトルを比例拡縮することにより達成できる。“基準ピーク”は通常、基準結晶と被験材料との間で比較されている特性とは無関係なピークの中から選ばれるピークである。正規化されたスペクトルが相似であるか否かを判定するために、70で示されるように、正規化されたスペクトルの形状が比較される。2つのスペクトルの間の相似の度合が一組のあらかじめ定められた規準により判定される。スペクトルの形状が相似であれば(72で示される)、被験材料(図1の4)の挙動は基準試料と同等のはずである。この場合、被験材料(図1の4)は“良品”結晶とみなされ、目的用途に適する。スペクトルの形状が相似でなければ(74で示される)、被験材料は“不良品”結晶と見なされる。
【0022】
以下の実施例においては、基準スペクトルと被験スペクトルとの間の相似性を判定する目的のために4つの基準が定められる。基準試料は、目的用途、例えばリソグラフィステッパ及びレーザ用途に対して望ましい性能を有することが知られているCaF2結晶である。表1に試験規準を要約して示す。全ての規準が満たされれば、被験材料は目的用途に適すると見なされる。基準のいずれかに不合格であれば、被験材料は選ばれた用途に不適であると見なされる。本プロセスは合格または不合格の度合の仕様を含めるように拡張することができる。この度合は、被験材料をいくつかの光学等級の内の1つに級別するために用いることができる。本方法の概念を無効にすることなく、より多いか、より少ないか、または異なる試験規準を定め得ることに注意すべきである。
【表1】
【0023】
以下の実施例は、説明の目的のために示され、本明細書で別に述べられていない限り、本発明の範囲を制限することは目的とされていない。
【0024】
実施例1
図4は、基準スペクトルRに重畳された被験スペクトルTを示す。被験スペクトルTは、193nmレーザ光で照射されたCaF2結晶に対するスペクトルである。基準スペクトルRは、エキシマーレーザ用途において望ましい性能を有する基準CaF2結晶に対するスペクトルである。被験及び基準スペクトルT,Rは、ほぼ330nmの基準ピークを用いて正規化されている。335nm〜850nmの波長範囲における被験スペクトルTの下の面積(“被験面積”)は正規化任意単位で4,787である。335nm〜850nmの波長範囲における基準スペクトルRの下の面積(“基準面積”)は正規化任意単位で4,369である。
【0025】
規準Aが満たされているか否かを判定するため、自己束縛励起子ピークのトレーリングエッジ、すなわち335nmから460nmまでの、線形状だけが比較される。さらに詳細な分析のため、上記ピークのリーディングエッジ及びトレーリングエッジの両者の線形状を比較することもできる。線形状は、335nm〜460nmの波長範囲における被験スペクトルTと基準スペクトルRとの間の面積(“差面積”)を計算することにより比較される。決定した差面積は正規化任意単位で330であり、これは表1で指定された既定の限界値500より小さい。したがって、規準Aは満たされている。被験結晶の等級付けの目的のため、あらかじめ定められた限界値に対する差面積の比で、基準スペクトルRと被験スペクトルTとの間の相似性の度合を表すことができる。
【0026】
規準Bは青〜緑領域(約460nm〜565nm)における蛍光強度に関する。この蛍光強度は青〜緑領域における蛍光曲線下の面積を計算することにより決定される。この領域における蛍光強度に対する限界値は、任意単位で493に設定される。一般に、限界値は、[良品結晶のバッチによりあらかじめ定められた値]+[所望のマージン]から導かれる。基準スペクトルRに対し、青〜緑領域における面積は任意単位で352であり、これは493の限界値より小さい。被験スペクトルTに対し、青〜緑領域における面積は任意単位で374であり、これは493の限界値より小さい。したがって、規準Bは満たされている。
【0027】
同様に、被験試料は、規準C(625〜700nm領域における赤色蛍光)及び規準D(700〜850nm領域における赤外蛍光)に合格である。これらの結果に基づけば、図4に示されるスペクトルTを有する被験材料は良品結晶であり、目的用途に、すなわちエキシマーレーザでの使用に適する。様々な波長範囲に対してあらかじめ定められた限界値に対する蛍光強度の比で、被験結晶と基準試料との間の相似性の度合を表すことができる。この比は被験結晶の等級付けに用いることができる。表2に結果を要約して示す。
【表2】
【0028】
実施例2
図5は、基準スペクトルRに重畳された被験スペクトルTを示す。被験スペクトルTは、193nmレーザ光で照射されたCaF2結晶に対するスペクトルである。基準スペクトルRは、エキシマーレーザ用途において望ましい性能を有する基準CaF2結晶に対するスペクトルである。被験及び基準スペクトルT,Rは、ほぼ330nmの基準ピークを用いて正規化されている。335nm〜850nmの波長範囲における被験スペクトルTの下の面積(“被験面積”)は正規化任意単位で6,981である。335nm〜850nmの波長範囲における基準スペクトルRの下の面積(“基準面積”)は正規化任意単位で4,369である。
【0029】
規準Aが満たされているか否かを判定するため、335nm〜460nmの波長範囲における被験スペクトルTと基準スペクトルRとの間の面積(“差面積”)が計算される。決定された差面積は正規化任意単位で554であり、これは表1に述べられた既定の限界値500より大きい。差面積が既定の限界値より大きいから、規準Aは満たされていない。この規準に不合格であるだけで、本実施例の被験材料を目的用途に不適であると宣告するに十分である。
【0030】
規準Bは青〜緑領域(約460nm〜565nm)における蛍光強度に関する。基準スペクトルRに対し、青〜緑領域における蛍光強度は任意単位で352である。被験スペクトルTに対し、青〜緑領域における蛍光強度は任意単位で980であり、これは任意単位で493の限界値よりかなり大きい。同じく、規準Bも満たされていない。同様に、被験試料は、規準C(625〜700nm領域における赤色蛍光)及び規準D(700〜850nm領域における赤外蛍光)に不合格である。これらの結果に基づけば、図5に示される被験スペクトルTを有する被験材料は不良品結晶であり、目的用途に、すなわちエキシマーレーザでの使用に不適である。表3に結果を要約して示す。
【表3】
【0031】
実施例3
図6は、基準スペクトルRに重畳された被験スペクトルTを示す。被験スペクトルTは、193nmレーザ光で照射されたCaF2結晶に対するスペクトルである。基準スペクトルRは、エキシマーレーザ用途において望ましい性能を有する基準CaF2結晶に対するスペクトルである。被験及び基準スペクトルT,Rは、ほぼ330nmの基準ピークを用いて正規化されている。335nm〜850nmの波長範囲における被験スペクトルTの下の面積(“被験面積”)は正規化任意単位で4,722である。335nm〜850nmの波長範囲における基準スペクトルRの下の面積(“基準面積”)は正規化任意単位で4,337である。
【0032】
規準Aが満たされているか否かを判定するため、335nm〜460nmの波長範囲における被験スペクトルTと基準スペクトルRとの間の面積(“差面積”)が計算される。決定された差面積は正規化任意単位で−1,194であり、これの絶対値は表1に述べられた既定の限界値500より大きい。負の値は、この領域で被験スペクトルTが基準スペクトルRの下にあることを示す。335nm〜460nmの波長範囲にかけての面積差に基づけば、この被験試料は規準Aに不合格である。
【0033】
規準Bは青〜緑領域(約460nm〜565nm)における蛍光強度に関する。この領域にお行ける基準スペクトルRの下の面積は任意単位で319である。この領域における被験スペクトルTの下の面積は任意単位で839であり、これは任意単位で493の限界値より大きい。すなわち、規準Bは満たされていない。同様に、この被験試料は、規準C(625〜700nm領域における赤色蛍光)及び規準D(700〜850nm領域における赤外蛍光)に不合格である。これらの結果に基づけば、図6に示されるスペクトルTを有する被験材料は、不良品結晶であり、目的用途に、すなわちエキシマーレーザでの使用に不適である。表4に結果を要約して示す。
【表4】
【0034】
図4及び5に示される被験試料に関し、被験及び基準スペクトルT,Rの自己束縛励起子ピークのリーディングエッジの線形状が実質的に同じであることに注意すべきである。図6に示される被験試料に対しては、被験及び基準スペクトルT,Rの自己束縛励起子ピークのリーディングエッジの線形状の間にかなりの差がある。このことは、分析に自己束縛励起子ピークのリーディングエッジの線形状の比較を含める価値があり得ることを示しているように思われる。先に述べたように、規準は、どの結晶が良品または不良品であるかを蛍光分析の観点から判定するために、必要に応じて調整することができる。
【0035】
本発明の別の実施形態において、蛍光の寿命を品質管理のための規準として用いることができる。パルスエキシマーレーザ光照射後、蛍光の強度は一般に指数関数的に減衰するであろう。特定のピークがいくつかの相異なる蛍光種の複合から生じていれば、この複合ピークの総合減衰はおそらく指数曲線から偏移するであろうし、見かけの寿命が変わるであろう。したがって、蛍光寿命は有用な規準になり得る。寿命の決定には、パルス入射ビームを用い、強い蛍光ピークを観察することが好ましい。しかし、先に述べたように、連続波レーザ及びビームチョッパを用いて、同様の“パルス”照射を与えることができる。CaF2結晶を用いる実施例においては、350〜400nmあたりの信号が寿命測定のための良い候補となり得る。これは、350〜400nm領域においてスペクトル形状が変化し、この領域における蛍光の原因となる蛍光種が図4〜6に用いられた試料間で相当異なっていることを示唆しているからである。これらの相異なる蛍光種は、相異なる減衰曲線を有し、したがって相異なる寿命を有すると考えられる。
【0036】
本発明は全般的な利点を提供する。図1で説明した装置2は被験材料の蛍光を測定することができる。図3で説明したプロセスを用いれば、被験材料の蛍光データを、被験材料が目的用途において基準結晶と同等の挙動を示すであろうか否かを判定するために分析することができる。基準結晶には、目的とする用途に対して望ましい性能を有し、被験材料と同じ組成を有する材料が選ばれる。被験材料及び基準結晶の蛍光スペクトルが相似であれば、被験材料は目的用途に対して基準材料と同等の挙動態様を示すと考えられる。基準材料と被験材料との間の相似の度合は、被験材料をいくつかの光学等級の内の1つに級別するために用いることができる。
【0037】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、本開示の恩恵を有する当業者であれば、本明細書に開示されたような本発明の範囲を逸脱しない別の実施形態が案出され得ることを認めるであろう。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の一実施形態にしたがう、光学材料の蛍光を測定するための装置の略図である。
【図2】蛍光検出器が被験材料の入射面側に配置された、図1の装置を示す。
【図3】本発明の一実施形態にしたがう、光学材料の品質を評価するためのプロセスのフローチャートである。
【図4】良品CaF2結晶及び基準CaF2結晶の蛍光スペクトルを示す。
【図5】不良品CaF2結晶及び基準CaF2結晶の蛍光スペクトルを示す。
【図6】不良品CaF2結晶及び基準CaF2結晶の蛍光スペクトルを示す。
【符号の説明】
【0039】
2 評価装置
4 被験光学材料
6 励起光源
8 レーザビーム
10 蛍光検出器
12 ビームシャッター
14 可変矩形アパーチャ
16,20 偏向器
18 可変減衰器
22 結像レンズ
30 偏光スクランブラ
32 空間モードフィルタ
34 ピンホール
36 レンズ
44 レーザダンプ
50 バッフル
52 結像系
54 分光計
56 蛍光検出光学軸
60 コンピュータ
62 制御/収集インターフェース
Claims (23)
- 光学材料の品質を評価するための方法であって、
前記光学材料の蛍光スペクトルを得るステップと、
目的用途において望ましい性能を有する基準材料の蛍光スペクトルを得るステップと、
前記光学材料の前記蛍光スペクトルの形状が前記基準材料の前記蛍光スペクトルの形状と相似であるか否かを判定するステップと、
前記光学材料の前記蛍光スペクトルの前記形状が前記基準材料の前記蛍光スペクトルの前記形状と相似であれば、前記光学結晶が前記目的用途に適することを表示し、相似でなければ、前記光学結晶が前記目的用途に不適であることを表示するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記光学材料の前記蛍光スペクトルの形状が前記基準材料の前記蛍光スペクトルの形状と相似であるか否かを判定する前記ステップが、前記光学材料及び前記基準材料の前記蛍光スペクトルを選択された波長において正規化するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記光学材料及び前記基準材料の前記蛍光スペクトルの下にある面積の差を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記面積差が指定された限界をこえていなければ、前記光学材料の前記蛍光スペクトルの前記形状は前記基準材料の前記蛍光スペクトルの前記形状に相似であることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記光学材料及び前記基準材料の前記蛍光スペクトルの選択された領域の下にある面積の差を求めるステップをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記面積差が指定された限界をこえていなければ、前記光学材料の前記蛍光スペクトルの前記形状は前記基準材料の前記蛍光スペクトルの前記形状に相似であることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記選択された領域が前記蛍光スペクトルの青〜緑領域に対応することを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記選択された領域が前記蛍光スペクトルの赤領域に対応することを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記選択された領域が前記蛍光スペクトルの赤外領域に対応することを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記光学材料の蛍光スペクトルを得る前記ステップが、前記光学材料の蛍光中心を励起するステップ及び前記光学材料から放射される前記蛍光の強度を測定するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 蛍光中心を励起する前記ステップが前記光学材料にレーザビームを集束させるステップを含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記蛍光の検出光学軸が前記レーザビームの主光学軸に対してある角度に向けられていることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記角度が0°より大きいが90°よりは小さいことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記光学材料及び前記基準材料が単結晶であることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記レーザビームの主光学軸が前記光学結晶の<111>結晶方位に合せられることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記光学材料及び前記基準材料がフッ化物結晶であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記光学材料及び前記基準材料がCaF2結晶であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記光学材料が、電磁放射を透過させる光学素子のためのプリフォームであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記光学材料がレーザコンポーネントのためのプリフォームであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記レーザコンポーネントが、プリズム、ビーム拡大器、窓、レンズ及び出力カプラからなる群から選ばれることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 光学結晶の品質を評価するための装置であって、
励起光を放射する光源と、
前記励起光を前記光学結晶に集束させる光学素子と、
前記分光計は前記光学結晶を透過した前記励起光の主光学軸に対してある角度に向けられた視線光学軸を有し、前記光学結晶から放射される蛍光を検出する分光計と、
前記分光計からの前記蛍光のデータを基準蛍光スペクトルと比較し、前記比較に基づいて前記光学結晶の品質を判定するプロセスを実行するプロセッサと、
を備えることを特徴とする装置。 - 前記光源がエキシマーレーザであることを特徴とする請求項21に記載の装置。
- 前記角度が0°より大きいが90°よりは小さいことを特徴とする請求項21に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US25459000P | 2000-12-11 | 2000-12-11 | |
PCT/US2001/046052 WO2002048694A1 (en) | 2000-12-11 | 2001-10-31 | Method and apparatus for evaluating the quality of an optical crystal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004521326A true JP2004521326A (ja) | 2004-07-15 |
JP2004521326A5 JP2004521326A5 (ja) | 2005-12-22 |
Family
ID=22964864
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002549952A Pending JP2004521326A (ja) | 2000-12-11 | 2001-10-31 | 光学結晶の品質を評価するための方法及び装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6486949B2 (ja) |
EP (1) | EP1342072A1 (ja) |
JP (1) | JP2004521326A (ja) |
WO (1) | WO2002048694A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE20200926U1 (de) * | 2002-01-23 | 2002-04-18 | Hegenscheidt-MFD GmbH & Co. KG, 41812 Erkelenz | Festwalzgerät einer Festwalzmaschine für Kurbelwellen |
US6970492B2 (en) * | 2002-05-17 | 2005-11-29 | Lambda Physik Ag | DUV and VUV laser with on-line pulse energy monitor |
RU2002121259A (ru) * | 2002-08-12 | 2004-03-20 | Корнинг Инкорпорейтед (US) | Способ обнаружения уровней содержания свинцовой примеси, составляющих менее миллионной доли, в оптическом фторидном кристалле, способ измерения этих уровней, способ изготовления оптического элемента, способ изготовления оптического фторидного кристалла и оптический фторидный кристалл |
US7256887B2 (en) | 2002-09-16 | 2007-08-14 | Schott Ag | Determining the suitability of an optical material for the production of optical elements, corresponding device, and use of said material |
JP2004307289A (ja) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Canon Inc | 結晶製造方法 |
DE10335457B4 (de) | 2003-08-02 | 2005-08-18 | Schott Ag | Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Eignung von optischen Materialien für optische Elemente bei hohen Energiedichten, derart bestimmte optische Materialien sowie deren Verwendung |
DE102004060721B4 (de) * | 2004-12-17 | 2008-07-10 | Carl Zeiss Smt Ag | Verfahren zur Auswahl von optischen Materialien |
DE102005024678B3 (de) | 2005-05-30 | 2006-08-31 | Schott Ag | Verfahren zur Bestimmung von irreversiblen Strahlenschäden von optischem Material |
DE102006038902A1 (de) * | 2006-08-18 | 2008-02-21 | Schott Ag | Verfahren zur Bestimmung der Laserstabilität von optischen Material sowie damit erhaltene Kristalle und deren Verwendung |
FR3039650B1 (fr) * | 2015-07-31 | 2017-08-25 | Pernod Ricard | Dispositif portable pour le controle d’une boisson alcoolisee a travers un contenant, systeme et procede associes |
CN113847987B (zh) * | 2021-11-16 | 2023-12-15 | 电子科技大学 | 一种红外和可见光集成宽光谱荧光测量方法 |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE222426C (ja) | ||||
US3282641A (en) | 1963-10-09 | 1966-11-01 | Harshaw Chem Corp | Scavenger and process for purification of metal fluorides |
US4038201A (en) | 1972-03-24 | 1977-07-26 | Optovac, Inc. | Polycrystalline bodies and means for producing them |
DE2437179A1 (de) | 1974-08-01 | 1976-02-12 | Siegfried Prof Dr Haussuehl | Pyroelektrisches bauelement |
US4101331A (en) | 1976-03-29 | 1978-07-18 | Honeywell Inc. | Halide optical elements |
US4053572A (en) | 1976-05-17 | 1977-10-11 | The Harshaw Chemical Company | Process for preparing essentially pure barium fluoride crystals |
JPS5841337A (ja) * | 1981-09-04 | 1983-03-10 | Hamamatsu Tv Kk | 発光現象の測定装置 |
US5000548A (en) | 1988-04-25 | 1991-03-19 | Lockheed Missiles & Space Company, Inc. | Microscope objective |
US4866283A (en) | 1988-08-12 | 1989-09-12 | Southwest Research Institute | Optical inspection of food products |
DE4300169A1 (de) | 1993-01-07 | 1994-07-14 | Alfill Getraenketechnik | Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Flaschen |
JP3697008B2 (ja) | 1996-03-22 | 2005-09-21 | キヤノン株式会社 | フッ化物結晶及びフッ化物結晶レンズの製造方法 |
JP3765329B2 (ja) | 1996-06-14 | 2006-04-12 | 株式会社ニコン | フッ化カルシウム結晶、その製造方法 及びこれを用いた投影露光装置 |
JPH1059799A (ja) | 1996-08-20 | 1998-03-03 | Nikon Corp | 光リソグラフィー装置 |
JPH10260349A (ja) | 1997-03-18 | 1998-09-29 | Nikon Corp | 紫外線レーザ用結像光学系 |
US5982800A (en) | 1997-04-23 | 1999-11-09 | Cymer, Inc. | Narrow band excimer laser |
US5856991A (en) | 1997-06-04 | 1999-01-05 | Cymer, Inc. | Very narrow band laser |
US5901163A (en) | 1997-06-04 | 1999-05-04 | Cymer, Inc. | Narrow band laser with etalon based output coupler |
US5852627A (en) | 1997-09-10 | 1998-12-22 | Cymer, Inc. | Laser with line narrowing output coupler |
US5978409A (en) | 1998-09-28 | 1999-11-02 | Cymer, Inc. | Line narrowing apparatus with high transparency prism beam expander |
JPH1184248A (ja) | 1997-09-12 | 1999-03-26 | Nikon Corp | 反射屈折縮小光学系 |
KR100674021B1 (ko) | 1998-03-11 | 2007-01-24 | 사이머 인코포레이티드 | 레이저 시스템 |
KR20000034967A (ko) | 1998-11-30 | 2000-06-26 | 헨켈 카르스텐 | 수정-렌즈를 갖는 오브젝티브 및 투사 조명 장치 |
JP2001041876A (ja) | 1999-07-27 | 2001-02-16 | Canon Inc | 紫外線耐久性に優れた蛍石および蛍石の紫外線耐久性評価方法 |
JP2001033379A (ja) | 1999-07-27 | 2001-02-09 | Canon Inc | 紫外線耐久性に優れた蛍石および蛍石の紫外線耐久性評価方法 |
US6587202B2 (en) | 2000-01-28 | 2003-07-01 | Lambda Physik Ag | Optical materials testing method |
-
2001
- 2001-03-09 US US09/803,281 patent/US6486949B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-10-31 WO PCT/US2001/046052 patent/WO2002048694A1/en not_active Application Discontinuation
- 2001-10-31 JP JP2002549952A patent/JP2004521326A/ja active Pending
- 2001-10-31 EP EP01996083A patent/EP1342072A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002048694A1 (en) | 2002-06-20 |
US20020105642A1 (en) | 2002-08-08 |
US6486949B2 (en) | 2002-11-26 |
EP1342072A1 (en) | 2003-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10571407B2 (en) | Determining information for defects on wafers | |
CN107851589A (zh) | 在激光暗场系统中用于斑点抑制的方法及装置 | |
US7835070B2 (en) | Synthetic quartz member, exposure apparatus, and method of manufacturing exposure apparatus | |
US20100111820A1 (en) | Method of determining laser stabilities of optical material, crystals obtained with said method, and uses of said crystals | |
JP2004521326A (ja) | 光学結晶の品質を評価するための方法及び装置 | |
US20100001208A1 (en) | Method for quantitative determination of the suitability of crystals for optical components exposed to high energy densities, crystals graded in this way and uses thereof | |
CN110234985A (zh) | 用于极紫外掩模缺陷检查的相位对比度监测 | |
US7522270B2 (en) | Method for determination of irreversible radiation damage of optical materials | |
JP2004521326A5 (ja) | ||
US7688444B2 (en) | Method of determining laser stabilities of optical materials, crystals selected according to said method, and uses of said selected crystals | |
JP2001242083A (ja) | 光増強方法、光増強装置、及びそれを用いた蛍光測定方法、蛍光測定装置 | |
US5991016A (en) | Apparatus for producing variable levels of uniform light flux | |
JP2005524069A (ja) | 励起光源として発光ダイオードを有する蛍光検出装置及び方法 | |
US7256887B2 (en) | Determining the suitability of an optical material for the production of optical elements, corresponding device, and use of said material | |
JP4336847B2 (ja) | 顕微分光測定装置 | |
JP4738134B2 (ja) | 分析装置 | |
KR100882490B1 (ko) | 잡음 대비 신호 비율이 우수한 라만 현미경 | |
JP2020034501A (ja) | 分光装置 | |
US20240118530A1 (en) | Autofocus device for optical microscope and method for maintaining autofocus | |
US20240110874A1 (en) | Intensity calibration of multipass raman systems using standard reference materials | |
JP4016938B2 (ja) | 光学顕微鏡測定装置 | |
JPH0835934A (ja) | 試料の内部欠陥評価装置 | |
CN111122547A (zh) | 一种动态拉曼散射光分析装置 | |
CN115950549A (zh) | 单相机双色plif测量装置以及测量方法 | |
JPH01142422A (ja) | 顕微方式赤外分光光度計 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041021 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041021 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070501 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071030 |