-
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Erzeugung einer konvergenten Lichtwellenfront mit
einem ersten und einem zweiten asphärischen Spiegel, die im Lichtstrahlengang
aufeinanderfolgend außeraxial
angeordnet sind, wobei der zweite Spiegel ein konkaver, zumindest
annähernd
ellipsoidförmiger
Spiegel ist, sowie auf ein System zur interferometrischen Vermessung
von konvexen Linsenoberflächen.
Unter dem Ausdruck „zumindest
annähernd
ellipsoidförmig" sollen dabei, wie
dem Fachmann geläufig,
zum einen Spiegel mit perfekt elliptischer bzw. ellipsoidaler Form
verstanden werden, zum anderen aber auch solche, die zwecks Optimierung
ihrer Abbildungseigenschaften eine geringfügig von der mathematisch exakten
Ellipsoidflächenform abweichende
Spiegelflächengestaltung
aufweisen.
-
Es ist bekannt, konvexe Oberflächen von
optischen Linsen während
des Fertigungsprozesses standardmäßig interferometrisch zu vermessen
und so hinsichtlich Einhaltung bestimmter Sollvorgaben für die Linsenoberfläche zu überprüfen. Solche
Prüfoptiken
werden beispielsweise zur Oberflächenprüfung von
Linsen für
Objektive angewandt, die in Projektionsbelichtungsanlagen bei der
Halbleiterfertigung eingesetzt werden.
-
Übliche
Prüfoptiken
für diese
Anwendung beinhalten sogenannte Aplanar-Optiken oder Fizeau-Aplanar-Optiken,
die aus bis zu sechs Linsen bestehen und eine konvergente sphärische Lichtwellenfront
erzeugen. Diese Optiken sind zudem so ausgelegt, dass sie ein Feld
bestimmter Größe aufweisen, z.B.
für bis
zu 0,5° Einfallswinkel
eines Parallelstrahls zur optischen Achse des Objektivs, für welches
die Aberrationen einer durch die Aplanar-Optik hindurchtretenden
Wellenfront unterhalb eines sinnvollen Grenzwertes, z.B. einigen
Wellenlängen
des verwendeten Laserlichtes, bleiben. Dieses Feldverhalten der Prüfoptik verringert
den negativen Einfluss von Driften auf das Ergebnis der interferometrischen
Linsenoberflächenprüfung. Neuere
Generationen von Objektiven für
die Halbleiterfertigung weisen zunehmend größere Durchmesser auf. Folglich
müssen
bei den herkömmlichen
Prüfoptiken
Linsen verwendet werden, die ein entsprechend hohes Öffnungsverhältnis bzw.
eine entsprechend niedrige Öffnungszahl
aufweisen. Deren Fertigung ist relativ aufwendig.
-
In der Offenlegungsschrift
DE 199 36 936 A1 ist
eine Vorrichtung zum Fokussieren von Licht auf einen Ausgangsfokus
und folglich zur Erzeugung einer konvergenten Lichtwellenfront beschrieben,
die einen ersten, konvexen asphärischen
Spiegel, vorzugsweise ein Hyperboloidspiegel, und einen zweiten,
konkaven asphärischen
Spiegel, vorzugsweise ein Ellipsoid- oder Paraboloidspiegel, umfasst,
die im Lichtstrahlengang aufeinanderfolgend außeraxial angeordnet sind. Im
Eintrittsbrennpunkt des ersten Spiegels ist eine Lichtquelle angeordnet.
Die beiden Spiegel sind so angeordnet, dass der Eintrittsbrennpunkt
des konkaven Spiegels mit dem virtuellen Austrittsbrennpunkt des
konvexen Spiegels zusammenfällt.
-
Zur Korrektur von sphärischer
Aberration und Koma ist unter der Bezeichnung F/4-Aplanatic-Gregorian
eine axiale Anordnung zweier Ellipsoidspiegel mit einander zugewandten,
konkaven Spiegelflächen
un terschiedlicher Größe bekannt.
Ein parallel einfallendes Lichtstrahlenbündel wird vom größeren auf
den kleineren Spiegel reflektiert und von diesem auf einen Ausgangsfokus
fokussiert, wobei der kleinere Spiegel den größeren abschattet und der größere Spiegel
eine axiale Durchtrittsöffnung
im Abschattungsbereich aufweist.
-
Der Erfindung liegt als technisches
Problem die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung einer
konvergenten Lichtwellenfront und eines Systems zur interferometrischen
Vermessung von konvexen Linsenoberflächen der eingangs genannten Art
zugrunde, bei denen mit relativ geringem Aufwand eine konvergente
Lichtwellenfront mit hohem Öffnungsverhältnis zur
Verfügung
steht, die sich insbesondere zur interferometrischen Vermessung
von konvexen Linsenoberflächen
großen
Durchmessers eignet.
-
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung
einer Vorrichtung zur Erzeugung einer konvergenten Lichtwellenfront
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Systems zur interterometrischen
Vermessung von konvexen Linsenoberflächen mit den Merkmalen des
Anspruchs 5.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet zwei
konkave, zumindest annähernd
ellipsoidförmige
Spiegel in außeraxialer
Anordnung, die so positioniert sind, dass der Austrittsbrennpunkt
des im Lichtstrahlengang ersten Spiegels mit dem Eintrittsbrennpunkt
des im Lichtstrahlengang nachfolgenden, zweiten Spiegels zusammenfällt. Wesentlich
im Hinblick auf das Feldverhalten der Spiegelanordnung ist es des
weiteren, dass beide Spiegel von geometrisch ähnlicher Gestalt sind, worunter
vorliegend zu verstehen ist, dass sie Abschnitte von geometrisch ähnlichen
Ellipsoiden darstellen, d.h. von Ellipsoiden gleicher Exzentrizität, deren
Halbachsen sich um einen gleich großen Faktor unterscheiden. Das
Feldverhalten des gesamten Abbildungssystems kann dabei auch über geringfügige Formänderungen
der Spiegel, d.h. durch leichte Abweichungen von einer perfekten
elliptischen Form, optimiert werden.
-
Es zeigt sich, dass mit dieser Spiegelanordnung
das gewünschte
Feldverhalten erzielt wird. Betrachtet man die Abbildung eines einzelnen
Ellipsoidspiegels, so ist Koma die dominante Wellenfrontaberration
im Feld. In der erfindungsgemäßen Anordnung wird
diese Feldkoma durch den zweiten Ellipsoidspiegel kompensiert. Zudem
ist diese Anordnung mit vergleichsweise wenig Aufwand realisierbar
und ermöglicht
die Bereitstellung einer konvergenten Lichtwellenfront mit hohem Öffnungsverhältnis, d.h.
niedriger Öffnungszahl.
-
Eine nach Anspruch 2 weitergebildete
Vorrichtung weist im Lichtstrahlengang nach dem zweiten Ellipsoidspiegel
vor dessen Austrittsbrennpunkt eine Meniskuslinse auf. Mit dieser
kann die Austrittsbrennweite und damit der Platzbedarf des Gesamtaufbaus
niedrig gehalten werden. Gleichzeitig kann die Austrittsfläche der
Meniskuslinse als Referenzfläche
z.B. für
interferometrische Prüfmessungen
dienen. Im Fall einer Auslegung der beiden Spiegel auf eine perfekt
elliptische Form ist die Meniskuslinse aplanatisch-konzentrisch
ausgelegt, so dass ihre konvexe Seite eine aplanatische Abbildung
bewirkt und die Lichtstrahlen der durch die Linse hindurchtretenden
Wellenfront an jedem Ort der konkaven Linsenfläche senkrecht auf dieser stehen.
Bei geringfügig
von der exakten Ellipsoidform abweichenden Spiegeln kann eine dazu
passende Variation des Radius der konvexen Seite der Meniskuslinse vorgesehen
sein.
-
Eine nach Anspruch 3 weitergebildete
Vorrichtung beinhaltet eine eintrittsseitige Fokussierlinsenanordnung,
welche das ankommende Licht auf den Eintrittsbrennpunkt des ersten
konkaven Spiegels fokussiert, von wo es durch die beiden Spiegel in
Richtung Ausgangsfokus des zweiten Spiegels geführt wird.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist die Vorrichtung auf eine Öffnungszahl
von etwa 0,8 oder weniger dimensioniert. Damit lassen sich konvergente
Lichtwellenfronten bereitstellen, die sich auch zur interterometrischen
Vermessung von konvexen Linsenoberflächen großen Durchmessers eignen, wie sie
in modernen Projektionsbelichtungsanlagen in der Halbleitertechnologie
verwendet werden.
-
Das erfindungsgemäße System zur interferometrischen
Vermessung von konvexen Linsenoberflächen ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erzeugung einer konvergenten Lichtwellenfront einschließlich Meniskuslinse
ausgerüstet,
wobei die konkave Seite der Meniskuslinse als Referenzfläche für die interterometrische
Vermessung einer jeweiligen konvexen Linsenoberfläche dient.
Durch dieses System können
auch Linsen relativ großen Durchmessers
mit vergleichsweise geringem Aufwand interferometrisch vermessen
werden.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Hierbei zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Prüfoptik zur interferometrischen
Vermessung von konvexen Linsenoberflächen mit einer Öffnungszahl von
0,8 und
-
2 eine
schematische Darstellung einer Prüfoptik entsprechend 1, jedoch dimensioniert auf
eine Öffnungszahl
von 0,57.
-
1 zeigt
eine Vorrichtung zur Erzeugung einer konvergenten Lichtwellenfront
in Verwendung als Prüfoptik
zur interferometrischen Vermessung von konvexen Linsenoberflächen, insbesondere
der Oberflächen
von Linsen, wie sie in Objektiven von Projektionsbelichtungsanlagen
für fotolithographische
Prozesse in der Halbleitertechnologie einge setzt werden. Die Prüfoptik umfasst
lichteintrittsseitig eine Fokussierlinsenanordnung 1 mit
kleinem Eingangsstrahldurchmesser mit einer Öffnungszahl von etwa 1,15 bis
1,2, die das ankommende Lichtstrahlenbündel auf einen Eintrittsfokus
FE1 eines anschließenden ersten konkaven Ellipsoidspiegels 2 fokussiert,
der außeraxial
angeordnet ist. Demzufolge wird das Licht von diesem Ellipsoidspiegel 2 auf
dessen Austrittsfokus FA1 fokussiert.
-
Dem ersten Ellipsoidspiegel 2 folgt
ein größerer zweiter
konkaver Ellipsoidspiegel 3, der ebenfalls außeraxial
angeordnet ist, und zwar speziell so, dass sein Eintrittsfokus FE2 mit dem Austrittsfokus FA1 des
ersten Spiegels 2 zusammenfällt. Dadurch wird an der Austrittsseite
des zweiten Spiegels 3 eine konvergente Lichtwellenfront 4 mit
relativ großem Öffnungsverhältnis und
entsprechend großer
Querabmessung bereitgestellt.
-
Auf den zweiten Ellipsoidspiegel 3 folgt
vor dessen Austrittsfokus eine aplanatisch-konzentrische Meniskuslinse 5,
im gezeigten Beispiel speziell in Form einer Fizeau-Linse. Letztere
sorgt für
eine Verkürzung
der Austrittsbrennweite und verkleinert die Öffnungszahl, d.h. sie fokussiert
das vom zweiten Ellipsoidspiegel 3 kommende Licht auf einen
vor dem geometrischen Austrittsfokus dieses Spiegels 3 liegenden
tatsächlichen
Lichtaustrittsfokus FA.
-
Gleichzeitig stellt die Fizeau-Linse 5 mit
ihrer austrittsseitigen Oberfläche,
d.h. ihrer konkaven Seite 5a eine Referenzfläche für die jeweilige interferometrische
Vermessung einer konvexen Linsenoberfläche zur Verfügung. Hierzu
wird die zu vermessende Linse an geeigneter Stelle gegenüber der
Referenzfläche 5a der
Fizeau-Linse 5 positioniert. Das Anordnen der zu vermessenden
Linse, der interferometrische Vermessungsvorgang und die zugehörigen Systemkomponenten,
insbesondere zur Auswertung des Interferenzlichts, sind sämtlich herkömmlicher
Art, wie sie aus der standardmäßigen Vermessung
konvexer Linsenoberflächen
für Objektive
von Projektionsbelichtungsanlagen in der Halbleitertechnologie gebräuchlich
sind. Diese Komponenten sind daher in 1 nicht
explizit gezeigt und bedürfen
keiner näheren
Erläuterung.
-
Als wesentliche Eigenschaft der Anordnung sind
die beiden Ellipsoidspiegel 2, 3, die sich mit
ihren konkaven Spiegelflächen
außeraxial
zur optischen Achse gegenüberliegen,
von geometrisch ähnlicher
Gestalt gewählt,
d.h. sie bilden Abschnitte von geometrisch formähnlichen Ellipsoiden. Mit anderen
Worten gehören
die beiden Ellipsoidspiegel 2, 3 zu Ellipsoiden
gleicher Exzentrizität.
-
Es zeigt sich, dass die so konzipierte
Prüfoptik
die an Systeme zur interferometrischen Vermessung von konvexen Linsenoberflächen gestellten
optischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Aplanasie und
Feldverhalten und damit hinsichtlich Driftempfindlichkeit, mindestens
so gut erfüllt
wie herkömmliche
Prüfoptiken,
die Aplanar-Linsenanordnungen entsprechend großen Durchmessers einsetzen.
Insbesondere ist durch diesen Aufbau eine komakompensierende Anordnung
gegeben. Im Vergleich zu solchen herkömmlichen Optiken ist die gezeigte
Prüfoptik
mit deutlich geringerem Aufwand realisierbar.
-
So ist anstelle von mehreren Linsen
großen Durchmessers
nur ein einziges großflächiges optisches
Element in Form des zweiten Ellipsoidspiegels 3 nötig und
mit der geforderten Genauigkeit zu fertigen. Zudem sind die beiden
Ellipsoidspiegel 2, 3 bei ihrer Fertigung leicht
interferometrisch prüfbar,
z.B. aus einem Fokuspunkt gegen einen sphärischen Kalibrierspiegel, der
seinen Radiusmittelpunkt im anderen Fokuspunkt der Ellipse hat.
Im Gegensatz dazu können
die konvexen Seiten großer
Linsen häufig
nur noch mit Probegläsern
partiell nach Augenmaß geprüft werden.
Als weiteren Vorteil des Wegfalls großer Linsen vermeidet die gezeigte
Prüfoptik
entsprechende Materialprobleme, insbesonde re hinsichtlich Spannungsdoppelbrechung
und Anforderungen an die Materialhomogenität, wie sie bei großen Linsen auftreten.
-
Die gezeigte Prüfoptik erlaubt einen geringen
Abstand zwischen ihr und dem die Beleuchtungswelle erzeugenden Teil
des Prüfsystems,
wobei dieser Abstand über
einen Parallelstrahl mit kleinem Durchmesser von z.B. vier Inch
beliebig variiert werden kann. Herkömmliche große Aplanar-Optiken erfordern
einen entsprechend großen
Kollimator zur Erzeugung eines Parallelstrahls mit großem Durchmesser.
Die Fertigung des Kollimators ist sehr aufwendig. Zwar kommt bei
großen
Aplanar-Optiken ein Verzicht auf den Kollimator in Betracht, wenn
man eine divergente Eintrittswelle für die Aplanar-Optik verwendet.
Dies erfordert aber für
das Aplanar-Design noch größere Linsendurchmesser
und man ist aufgrund des fixen großen Abstandes zwischen Eingangsfokuspunkt
und Aplanar-Optik
in den geometrischen Gestaltungsmöglichkeiten des Prüfaufbaus stark
eingeschränkt.
-
In einer konkreten Dimensionierung
kann die Prüfoptik
von 1 auf zwölf Inch
mit Öffnungszahl 0,8
ausgelegt sein. Dazu besitzt die eintrittsseitige Aplanar-Linse 1 z.B.
einen Durchmesser von ca. vier Inch, der erste Ellipsoidspiegel 2 einen
maximalen genutzten Durchmesser von ca. 140mm bis 150mm, der zweite
Ellipsoidspiegel 3 einen maximalen genutzten Durchmesser
von ca. 580mm bis 600mm und die Fizeau-Linse 5 einen Durchmesser von
ca. 320mm.
-
Es versteht sich, dass je nach Anwendungsfall
andere Dimensionierungen möglich
sind. Als Beispiel ist in 2 eine
12-Inch-Prüfoptik
dargestellt, die weitestgehend derjenigen von 1 entspricht, jedoch auf eine Öffnungszahl
von 0,57 dimensioniert ist. Der Übersichtlichkeit
halber sind funktionell äquivalente
Elemente im Beispiel von 2 mit
denselben Bezugszeichen wie in 1 versehen.
-
Die gegenüber dem Beispiel von 1 noch niedrigere Öffnungszahl
von 0,57 für
die austrittsseitige Lichtwellenfront 4 wird im Beispiel
von 2 dadurch erzielt,
dass der erste Ellipsoidspiegel 2 auf einen maximalen genutzten
Durchmesser von ca. 210mm bis 220mm und der zweite Ellipsoidspiegel 3 auf
einen maximalen genutzten Durchmesser von ca. 850mm bis 860mm dimensioniert
sind. Daran ist die Fizeau-Linse 5 in ihrer Gestalt geeignet
angepasst.
-
Es versteht sich, dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den beiden außeraxial
angeordneten, konkaven, geometrisch ähnlichen Ellipsoidspiegeln 2, 3 nicht
nur als Prüfoptik
für die
interferometrische Vermessung von konvexen Linsenoberflächen eignet,
sondern überall
dort nutzbringend einsetzbar ist, wo Bedarf besteht, eine konvergente Lichtwellenfront über ein
relativ großes
Feld mit relativ großen
Querabmessungen bereitzustellen. Des weiteren versteht sich, dass
die Ellipsoidspiegel nicht unbedingt eine mathematisch exakte Ellipsoidform haben
brauchen, vielmehr genügt
eine zumindest annähernd
ellipsoidale bzw. elliptische Form. Die Erfindung umfasst folglich
auch Realisierungen, bei denen die beiden Spiegel geringfügige, abbildungsoptimierende
Abweichungen von der exakten Ellipsoidform aufweisen. Die Form der
Meniskuslinse ist jeweils geeignet an die gewählte Spiegelform angepasst.