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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Polarisationszustands
von Licht, insbesondere in einer Maskenebene einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage, mit einer drehbar angeordneten Viertelwellenlängenplatte,
einer drehbar angeordneten Halbwellenlängenplatte, einem Analysator
und einem optischen Bildaufnehmer.
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Eine
derartige Vorrichtung ist durch Benutzung im Stand der Technik bekannt.
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Die
bekannte Vorrichtung beruht auf dem Grundprinzip, durch Verdrehen
einer Viertelwellenplatte relativ zu einem Analysator zeitliche
Intensitätsschwankungen
zu erzeugen, die von einem optischen Bildaufnehmer, z.B. einem CCD-Sensor,
erfaßt
werden. Durch Auswertung der Intensitätsschwankungen ist es möglich, den
Polarisationszustand vollständig
zu bestimmen. Dies schließt
u.a. die Bestimmung des Polarisationsgrades, d.h. den Anteil des
polarisierten Lichtes gegenüber
unpolarisierten Lichtes, ein. Ferner kann ermittelt werden, ob das
polarisierte Licht linear, elliptisch oder (als Spezialfall hierzu)
zirkular polarisiert ist. Mathematisch wird der Polarisationszustand
durch den Stokes-Vektor beschrieben, dessen Kompo-nenten mit einer
derartigen Anordnung vollständig
be stimmbar sind. Einzelheiten zum Grundprinzip finden sich beispielsweise in
Naumann/Schröder, "Bauelemente der Optik", 6. Auflage, Seiten
499/500.
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Es
hat sich allerdings gezeigt, daß sich
mit einer Anordnung, bei der sich eine Viertelwellenlängenplatte
relativ zu einem Analysator verdrehen läßt, eine hochgenaue Messung
des Polarisationsgrades nicht möglich
ist. Deswegen ist vorgeschlagen, bei erhöhten Meßanforderungen, wie sie z.B.
im Zusammenhang mit mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen
auftreten, im Wege einer zweiten Messung den Anteil zirkular oder
unpolarisierten Lichtes genauer zu bestimmen. Hierzu wird anstelle der
Viertelwellenlängenplatte
eine Halbwellenlängenplatte
relativ zu dem Analysator verdreht. Hat das Licht eine Polarisationsvorzugsrichtung
(lineare oder elliptische Polarisation), so entstehen bei der Drehung
der Halbwellenlängenplatte
ebenfalls Intensitätsschwankungen
auf dem Bildaufnehmer.
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Bislang
verwendet man für
die zusätzliche Messung
mit der Halbwellenlängenplatte
eine eigene Meßvorrichtung.
Dies hängt
damit zusammen, daß es
mechanisch relativ aufwendig wäre
und auch zu Bauraumproblemen führen
würde,
wenn man in einer einzigen Vorrichtung eine Viertelwellenlängenplatte und
eine Halbwellenlängenplatte
so anordnet, daß sie
getrennt von einander in den Strahlengang eingeführt und dort verdreht werden
können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deswegen, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art derart weiterzubilden, daß man
zwei unabhängige
Messungen mit einer Viertelwellenlängenplatte und einer Halbwellenlängenplatte
mit einem möglichst
geringen apparativen Aufwand durchführen kann.
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Gelöst wird
diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch,
daß die Viertelwellenlängenplatte
und die Halbwellenlängenplatte
starr miteinander verbunden und um eine einzige gemeinsame Drehachse
drehbar angeordnet sind.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich der Intensitätsverlauf
auf dem Bildaufnehmer bei der Drehung der Viertelwellenlängenplatte
nach 180° wiederholt.
Daher genügt
es, die Viertelwellenlängenplatte
nur um 180° zu
verdrehen. Bei der Halbwellenlängenplatte
wiederholt sich der Intensitätsverlauf
bereits nach einer Drehung um 90°,
so daß hier ein
noch kleinerer Drehwinkel erforderlich ist. Dadurch aber wird es
möglich,
die beiden Platten starr miteinander zu verbinden und um eine gemeinsame Drehachse
zu verdrehen. Zunächst
wird dann beispielsweise die Viertelwellenlängenplatte in die Pupille eingeführt und
um (mindestens) 180° gedreht. Durch
Weiterdrehen gelangt schließlich
die Halbwellenlängenplatte
in die Pupille, die um mindestens 90° gedreht wird. Auf diese Wiese
ist es möglich,
beide Platten hintereinander in die Pupille einzuführen und dabei
jeweils so weit zu verdre hen, wie dies für die Durchführung der
Messung erforderlich ist.
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Am
einfachsten ist es, wenn die Viertelwellenlängenplatte und die Halbwellenlängenplatte
Teil einer drehbar angeordneten und vorzugsweise kreisrunden Scheibe
sind. Dadurch sind beide Platten auf gleicher Höhe angeordnet, wodurch sich
vergleichbare optische Verhältnisse
ergeben.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung bildet die
Viertelwellenlängenplatte ein
erstes Scheibensegment und die Halbwellenlängenplatt ein zweites Scheibensegment,
wobei das erste Scheibensegment einen zusammenhängenden ersten Winkelbereich
von mehr als 180° überdeckt und
das zweite Scheibensegment einen zusammenhängenden zweiten Winkelbereich
von mehr als 90° überdeckt.
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Durch
diese Anordnung ist gewährleistet, daß die Viertelwellenlängenplatte
im Strahlengang um mindestens 180° und
die Halbwellenlängenplatte um
mindestens 90° verdreht
werden kann, wie dies für
die Durchführung
der Messung erforderlich ist.
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Bei
dem Analysator kann es sich im Prinzip um jeden beliebigen linearen
Polarisator handeln. Besonders günstig
ist es, wenn der Analysator eine polarisationsselektive Strahlteilerschicht
enthält,
die für
einen ersten linearen Polarisationszustand lichtdurchlässig ist
und für
ei nen hierzu orthogonalen Polarisationszustand reflektierend ist.
Auf diese Weise besteht nämlich
die Möglichkeit,
den reflektierten Anteil zusätzlich
einer polarisationsoptischen Auswertung zuzuführen. Hierzu kann von der Strahlteilerschicht
reflektiertes Licht beispielsweise mit Hilfe eines Umlenkspiegels
auf den Bildaufnehmer gerichtet werden.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine
erste Lichteintrittsöffnung derart
angeordnet, daß durch
sie fallendes Licht die Viertelwellenlängenplatte durchtritt. Eine
zweite Lichteintrittsöffnung
ist derart angeordnet, daß durch sie
fallendes Licht die Halbwellenlängenplatte
durchtritt. Auf diese Weise können
für zwei
Feldpunkte, die durch die Lage der Lichteintrittsöffnungen
definiert sind, gleichzeitig eine Messung mit der Viertelwellenlängenplatte
und eine Messung mit der Halbwellenlängenplatte durchgeführt werden.
Durch Verdrehen um die gemeinsame Achse kann dann für die beiden Feldpunkte
eine zweite Messung mit der jeweils anderen Platte durchgeführt werden.
Die Meßgeschwindigkeit
läßt sich
mit dieser Ausgestaltung somit verdoppeln, ohne daß die Vorrichtung
insgesamt dadurch erheblich größer oder
aufwendiger wird.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit welcher
der Polarisationszustand von Licht gemessen wird, das durch ein
Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage
erzeugt wird;
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2 einen
meridionalen Schnitt durch die in der 1 gezeigte
Vorrichtung in vergrößerter Darstellung;
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3 eine
Draufsicht auf eine drehbar in der Vorrichtung angeordnete Wellenlängenscheibe;
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4 ein
anderes Ausführungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
in einer an die 2 angelehnten Schnittdarstellung;
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer an die 2 angelehnten Schnittdarstellung.
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Die 1 zeigt
eine mit 10 bezeichnete Meßvorrichtung, mit der sich
der Polarisationszustand von Licht in einer Maskenebene 12 messen läßt, die
von einem Beleuchtungssystem 14 einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage im Bereich eines Beleuchtungsfeldes
ausgeleuchtet wird. Während
des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage wird in die Maskenebene 12 eine
Maske eingeführt,
die eine Vielzahl feiner Strukturen enthält. Die innerhalb des Beleuchtungsfeldes
liegenden Strukturen werden mit Hilfe eines Projektionsobjektivs
auf eine lichtempfindliche Schicht abgebildet, die üblicherweise
auf einem Halbleiterwafer oder bereits darauf aufgebrachten Schichten
aufgetragen ist.
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Um
die Abbildung der Strukturen auf die lichtempfindliche Schicht zu
verbessern, wird die Maske gelegentlich nicht wie bislang mit unpolarisiertem,
sondern mit polarisiertem Licht beleuchtet. Die Einstellung einer
definierten Polarisation in der Maskenebene 12 stellt hohe
Anforderungen an das Beleuchtungssystem 14. Um überprüfen zu können, ob das
Beleuchtungssystem 14 den in der Maskenebene 12 gewünschten
Polarisationszustand tatsächlich erzeugt,
ist eine Vermessung des Polarisationszustandes erforderlich. Die
hierfür
vorgesehene Meßvorrichtung 10 weist
zu diesem Zweck eine Lichteintrittsöffnung 16 auf, die
während
der Messung in der Maskenebene 12 angeordnet ist. Die Meßvorrichtung 10 ermöglicht es,
den Polarisationszustand des durch die Lichteintrittsöffnung 16 fallenden
Lichtes zu bestimmen. Um den Polarisationszustand an einem anderen
Ort innerhalb der Maskenebene 12 zu bestimmen, wir die
Meßvorrichtung 10 parallel
zur Maskenebene 12 verfahren, wie dies in der 1 durch einen
Doppelpfeil 18 angedeutet ist.
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Die 2 zeigt
die Meßvorrichtung 10 schematisch
in einem vergrößerten meridionalen
Schnitt. Die Meßvorrich tung 10 weist
ein lichtdichtes Gehäuse 18 mit
einem Deckel 20 auf, der die Lichteintrittsöffnung 16 enthält. In dem
Gehäuse 18 sind
entlang einer optischen Achse 22 eine Kollimatorlinse 24, eine
Wellenlängenplatte 26 sowie
ein Analysator in Form eines polarisationsselektiven Strahlteilerwürfels 28 angeordnet.
Der polarisationsselektive Strahlteilerwürfel 28 enthält eine
polarisationsselektive Strahlteilerschicht 30, die für Licht
in einem ersten linearen Polarisationszustand durchlässig ist
und für Licht
in einem zweiten hierzu orthogonalen Polarisationszustand reflektierend
ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
wird das reflektierte Licht in Richtung des Gehäuses 18 gerichtet
und nicht weiter ausgewertet.
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In
Lichtausbreitungsrichtung hinter dem Strahlteilerwürfel 28 ist
ein Bildaufnehmer 32 angeordnet, der auf einem Träger 34 aufgebracht
ist. Der Bildaufnehmer 32 kann beispielsweise als CCD-Sensor
ausgebildet sein, der eine Vielzahl von lichtempfindlichen Pixeln
umfaßt.
Die Wellenlängenplatte 26 ist
um eine Drehachse 36 drehbar angeordnet, die parallel zur
optischen Achse 22 verläuft.
Wie die in der 3 gezeigte Draufsicht auf die
Wellenlängenplatte 26 zeigt,
weist diese ein erstes Segment 38 und ein zweites Segment 40 auf.
Das erste Segment 38 besteht aus einer Viertelwellenlängenplatte
und überstreicht
zwischen zwei radialen Begrenzungen einen Winkelbereich von 225°. Das zweite
Segment ist als Halbwellenlängenplatte
ausgebildet und überstreicht
den restlichen Winkelbereich von 135°. Die optische Achse (langsame
oder schnelle Ach se) der Viertelwellenlängenplatte und der Halbwellenlängenplatte
ist dabei parallel zur Papierebene, d.h. senkrecht zur optischen
Achse 22 der Meßvorrichtung 10, angeordnet.
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Mit 42 ist
in der 3 die Pupille angedeutet, die während der
Messung von Licht durchtreten wird. Die Größer der Wellenlängenplatte 26 ist
so gewählt, daß die Pupille 42 (knapp)
innerhalb eines Winkelsegments 44 liegt, das sich über einen
Winkelbereich von 45° erstreckt,
der in der 3 mit gestrichelten Linien angedeutet
ist.
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Infolge
dieser Aufteilung der Wellenlängenplatte 26 ist
es möglich,
durch Drehung der Wellenlängenplatte 26 das
erste Segment 38 so über
die Pupille 42 zu verfahren, daß dabei insgesamt ein Winkelbereich
von 180° überstrichen
wird. Bei der in der 3 erkennbaren Stellung der Wellenlängenplatte 26 ist
gut erkennbar, daß man
die Wellenlängenplatte 26 sowohl
um 90° im
als auch gegen den Uhrzeigersinn verdrehen kann, wobei die Pupille 42 stets
innerhalb des ersten Segments 38 bleibt.
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Entsprechendes
gilt auch für
das zweite Segment 40. Wird dieses durch Drehung der Wellenlängenscheibe 26 über die
Pupille 42 gebracht, so kann das zweite Segment 40 noch
um weitere 90° gedreht werden,
wobei die Pupille 42 stets von dem zweiten Segment 40 überdeckt
bleibt.
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Die
Meßvorrichtung 10 funktioniert
wie folgt:
Zunächst
wird die Wellenlängenplatte 26 so
verdreht, daß die
Pupille 42 gerade an einem der radial verlaufenden Ränder des
ersten Segments 38 zu liegen kommt. Nun wird die Wellenlängenscheibe 26 kontinuierlich
um insgesamt 180° um
die Drehachse 36 verdreht, bis die andere radiale Begrenzung
an die Pupille 42 angrenzt. Die dabei auf dem Bildaufnehmer 32 entstehende
Intensitätsverteilung
wird während
des Drehvorgangs aufgenommen und in an sich bekannter Weise zur
Bestimmung des Polarisationszustandes ausgewertet.
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Anschließend wird
die Wellenlängenscheibe 26 um
etwas mehr als 45° weitergedreht,
wodurch die Pupille 42 nun innerhalb des zweiten Segments 40 in
der Nähe
einer radialen Begrenzung zu liegen kommt. Nun schließt sich
eine zweite Messung an, während
der die Wellenlängenplatte 26 um
insgesamt 90° um
die Drehachse 36 verdreht wird. Auch hier wird die auf
dem Bildaufnehmer 32 entstehende Intensitätsverteilung
erfaßt
und in an sich bekannter Weise ausgewertet.
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In
einem nächsten
Schritt kann die Meßvorrichtung 10 parallel
zur Maskenebene 12 verfahren werden, wie dies in der 1 mit
dem Doppelpfeil 18 angedeutet ist. Dort wird die Messung
in der gleichen Weise wiederholt. Die Halbwellenlängenscheibe 26 kann
dabei im gleichen Drehsinn weitergedreht werden.
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Die 4 zeigt
in einer an die 2 angelehnten Darstellung ein
weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung,
die insgesamt mit 10' bezeichnet
ist. Die Meßvorrichtung 10 unterscheidet
sich von der in der 2 gezeigten Vorrichtung 10 vor
allem dadurch, daß zwischen
der Wellenlängenplatte 26 und
dem Bildaufnehmer 32 ein planer Umlenkspiegel 50 angeordnet
ist. Die Anordnung des Umlenkspiegels 50 ist dabei derart
gewählt,
daß von
der polarisationsselektiven Strahlteilerschicht 30 des
Strahlteilerwürfels 28 reflektiertes Licht,
das in der 4 mit gestrichelten Linien angedeutet
ist, auf einen entsprechend vergrößerten Bildaufnehmer 32' gerichtet wird.
Auf diese Weise ist es möglich,
neben dem von der Strahlteilerschicht 30 transmittierten
Anteil auch den reflektierten Anteil mit Hilfe des Bildaufnehmers 32 zu
erfassen und bei der Bestimmung des Polarisationszustandes zu berücksichtigen.
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Die 5 zeigt
in einer ebenfalls an die 2 angelehnten
Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäße Meßvorrichtung,
die mit 10'' bezeichnet
ist. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugsziffern
gekennzeichnet. Die Meßvorrichtung 10'' besteht im wesentlichen aus zwei
einzelnen Meßvorrichtungen 10,
wobei zur besseren Unterscheidbarkeit die Bezugsziffern um die Buchstaben
a bzw. b ergänzt
sind. Allerdings weist die Meßvorrichtung 10'' nur eine einzige Wellenlängenplatte 26 auf, deren
Drehachse 36 zwischen den beiden Strahlengängen angeordnet ist.
Auf diese Weise kann mit dem ersten Bildaufnehmer 32a eine
Vermessung des durch die erste Lichteintrittsöffnung 16a eintretenden Lichts
unter Verwendung des zweiten Segments 40 (Halbwellenlängenplatte)
durchgeführt
werden. Gleichzeitig erfolgt eine Vermessung des durch die zweite
Lichteintrittsöffnung 16b eintretenden
Lichts unter Verwendung des ersten Segments 38 (Viertelwellenlängenplatte).
Bei einer Drehung der Wellenlängenscheibe 26 um
insgesamt 360° wird
somit das an den Lichteintrittsöffnungen 16a, 16b eintretende Licht
sowohl mit der Viertelwellenlängenplatte
als auch mit der Halbwellenlängenplatte
polarisationsoptisch analysiert. Wie ein Vergleich mit der 2 zeigt, ist
die Meßvorrichtung 10' gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
nur unwesentlich größer in seinen
Abmessungen als die Meßvorrichtung 10,
jedoch kann in der gleichen Zeit eine doppelte Menge an Punkten in
der Maskenebene 12 vermessen werden.