專利名稱：光學(xué)元件、光學(xué)系統(tǒng)、激光器裝置、曝光設(shè)備、掩模檢測裝置和高分子晶體加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有主要針對紫外區(qū)域的光的透鏡效果的光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)，還涉及一種具有該光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)的激光器裝置、曝光設(shè)備、掩模檢測裝置和高分子晶體加工設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，激光被用于各種用途；例如，這種光用于切割和加工金屬，用作半導(dǎo)體制作設(shè)備中光刻裝置的光源，還用在各種測量裝置中以及在外科、眼科、牙科等中使用的過程與治療裝置中。特別是，激光近來開始用于對角膜的輻射，以便進(jìn)行對角膜表面的燒蝕(PRK)或?qū)ν饪魄虚_的角膜內(nèi)部的燒蝕(LASIK)，而通過矯正角膜的曲率和不規(guī)則凹凸進(jìn)行對近視、遠(yuǎn)視和散光的治療已引起關(guān)注，并且已經(jīng)開始在一些情況下適于實(shí)際應(yīng)用。通過用ArF準(zhǔn)分子激光(波長193nm)輻射角膜而對角膜表面進(jìn)行燒蝕的裝置被公認(rèn)為這樣的角膜治療裝置。
但是，ArF準(zhǔn)分子激光振蕩器由密封在腔室內(nèi)部的氬氣、氟氣、氖氣等構(gòu)成，因而需要緊密密封這些氣體。另外，還必須進(jìn)行對各氣體的填充和回收，以致于遇到設(shè)備的尺寸及復(fù)雜性增大的問題。而且在ArF準(zhǔn)分子激光振蕩器的情形中，還出現(xiàn)如下問題即，需要周期性地更換內(nèi)部氣體或設(shè)備的檢修，以便維持特定激光的產(chǎn)生性能。
因此，希望使用固體激光器代替這種氣體激光器作為激光源。但是，從固體激光器發(fā)出的激光波長通常長于上述的波長，以致于這種固體激光器不適于用在(例如)角膜治療裝置中。因此開發(fā)了一種方法，即，從這種固體激光器發(fā)出的長波光在利用非線性光學(xué)晶體轉(zhuǎn)變成短波長的紫外光(如，八倍波)后被利用。例如，在日本專利申請JP2001-353176中描述了這一技術(shù)。LBO晶體、SBBO晶體等被公認(rèn)為用于這些目的的非線性光學(xué)元件。
在這樣的波長轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)中，利用聚焦透鏡聚焦來自激光源的構(gòu)成基波的激光，并且使激光入射到非線性光學(xué)元件上。在滿足相位匹配條件的情況下，通過波長轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的激光強(qiáng)度正比于基波強(qiáng)度的平方；因此，特別重要的是通過利用聚焦透鏡聚焦光束而增大輸出光的強(qiáng)度。根據(jù)預(yù)定的用途，通過透鏡把利用非線性光學(xué)元件的波長轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的激光成形為理想的光束形狀。
同時，合成的石英玻璃被廣泛地用作紫外區(qū)域中使用的透鏡的材料，其原因在于這樣的事實(shí)這種玻璃在紫外區(qū)域具有優(yōu)良的透射性，而且這種玻璃的熱膨脹系數(shù)極小，以致于該玻璃具有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性。
合成石英玻璃在紫外區(qū)域具有上述的這些優(yōu)良特性；但是也已經(jīng)斷言，這種玻璃會被如波長在248nm或193nm的紫外激光輻射所損壞。
因此，已經(jīng)遇到下列問題即必須以特定的使用間隔更換由合成石英玻璃制成的透鏡。作為這種情況的一個對策，可以設(shè)想通過平移透鏡以重新使用未用的部分來延長使用壽命，由此避開已經(jīng)受到損壞的部分。但在此情況下會出現(xiàn)如下問題，即光軸移位。
考慮這樣的情形而設(shè)計了本發(fā)明；本發(fā)明的目的在于提供一種甚至在光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)由性能被使用的光減弱的材料形成的情況下也可以在很長的時間周期中使用的光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)，還提供一種利用該光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)的激光器裝置、曝光設(shè)備、掩模檢測裝置和高分子晶體加工設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第一發(fā)明是一種包括多個柱狀透鏡的光學(xué)元件，其特征在于這些柱狀透鏡設(shè)置成使得這些透鏡的母線方向彼此交叉，并且使得各個透鏡可在各自的母線方向上移動。
在此發(fā)明中，多個柱狀透鏡組合使用，使得這些柱狀透鏡的母線方向彼此交叉。具體地說，通過多個柱狀透鏡實(shí)現(xiàn)與單透鏡相同的操作。使得這些柱狀透鏡可在這些透鏡各自的母線方向上移動。
即使柱狀透鏡在母線方向上移動，這些透鏡的特性也保持不變。因此，在這種透鏡的接收使用的光的部分衰退的情況下，通過在母線方向移動透鏡可以使得柱狀透鏡在不同的位置接收光。如果柱狀透鏡形成有很長的長度，則可以通過繼續(xù)利用透鏡的未用部分延長使用壽命。尤其是在采用易于受使用的光造成衰退的材料作為透鏡材料的情況下，本發(fā)明的效果顯著。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第二發(fā)明基于第一發(fā)明，其特征在于有兩個柱狀透鏡，并且這兩個透鏡的母線方向彼此垂直。
通過使兩個柱狀透鏡的母線方向彼此垂直，可以提供具有類似于普通透鏡的特性的透鏡。特別是，如果這兩個柱狀透鏡形成為相同材料和相同形狀的透鏡，則可以提供類似于普通球面凸透鏡或球面凹透鏡的功能。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第三發(fā)明基于第一發(fā)明或第二發(fā)明，其特征在于形成柱狀透鏡的材料是合成石英玻璃或氟石。
如上所述，用在紫外光區(qū)域的合成石英玻璃具有易于被紫外光損壞的特點(diǎn)。因?yàn)榇巳觞c(diǎn)通過上述第一和第二發(fā)明克服，所以即使合成石英玻璃用在紫外光區(qū)域也可以獲得較長的使用壽命，以致于可以很好地利用合成石英玻璃的優(yōu)點(diǎn)。在由氟石制成柱狀透鏡的情形中也是一樣。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第四發(fā)明是一種光學(xué)系統(tǒng)，包括控制裝置，該控制裝置探測透過上述第一至第三發(fā)明中任何發(fā)明所述的光學(xué)元件的光，并且當(dāng)探測值等于或小于特定值時將所述柱狀透鏡在各自的母線方向上移動特定的距離。
在此發(fā)明中，該系統(tǒng)設(shè)計成使得測量透過光學(xué)元件的光的強(qiáng)度，并當(dāng)該光的強(qiáng)度等于或小于特定值時，所述柱狀透鏡在這些透鏡的各自的母線方向移動特定的距離；因此，透過光學(xué)元件的光的強(qiáng)度總是能夠維持在特定值或更大。另外，光強(qiáng)度、光功率等可以引用作為光的探測值的例子；但本發(fā)明不限于此。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第五發(fā)明是一種光學(xué)系統(tǒng)，包括控制裝置，該控制裝置在每次使用如第一至第三發(fā)明中任何發(fā)明所述光學(xué)元件的時間經(jīng)過特定時間時將所述柱狀透鏡在各自的母線方向上移動特定的距離。
在本發(fā)明中，該系統(tǒng)設(shè)計成使得每次使用所述光學(xué)元件的時間經(jīng)過特定時間時將所述柱狀透鏡在各自的母線方向上移動特定的距離。因此，如同在第四發(fā)明中一樣，透過光學(xué)元件的光的強(qiáng)度總是可以維持在特定值或更大。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第六發(fā)明是一種光學(xué)系統(tǒng)，包括控制裝置，該控制裝置根據(jù)使用如第一至第三發(fā)明中任何發(fā)明所述光學(xué)元件的時間將所述柱狀透鏡在各自的母線方向上連續(xù)移動。
在本發(fā)明中，因?yàn)樵撓到y(tǒng)設(shè)計成使得柱狀透鏡根據(jù)使用光學(xué)元件的時間在各自的母線方向上連續(xù)移動，所以透過光學(xué)元件的光的強(qiáng)度總是可以維持在特定值或更大，如同第五發(fā)明一樣。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第七發(fā)明是一種激光器裝置，包括激光源和對從該激光源輸出的激光的波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件，其特征在于該激光器裝置具有通過如第一至第三發(fā)明中任何發(fā)明所述的光學(xué)元件或通過如第四至第六發(fā)明中任何發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦在該波長轉(zhuǎn)換元件上的功能。
如上所述，在利用波長轉(zhuǎn)換元件對例如從固體激光器發(fā)出的激光的波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換的激光器裝置中，必須通過收縮此光來增大入射到波長轉(zhuǎn)換元件上的光的強(qiáng)度。因此，在這種激光器裝置中，經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的激光強(qiáng)度可以通過利用如第一至第三發(fā)明中任何發(fā)明所述的光學(xué)元件或通過如第四至第六發(fā)明中任何發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦到波長轉(zhuǎn)換元件上而增大。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第八發(fā)明是一種曝光設(shè)備，包括根據(jù)第七發(fā)明的激光器裝置；保持光掩模的掩模支撐部分，在光掩模上形成有特定曝光圖案；保持曝光對象的對象保持部分；用激光器裝置發(fā)出的紫外光對由掩模支撐部分保持的光掩模進(jìn)行照射的照明光學(xué)系統(tǒng)；和投影光學(xué)系統(tǒng)，在通過照明光學(xué)系統(tǒng)照射該光掩模之后，該投影光學(xué)系統(tǒng)用已經(jīng)通過光掩模的照明光對由對象保持部分保持的曝光對象進(jìn)行照射。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第九發(fā)明是一種掩模缺陷探測裝置，包括根據(jù)第七發(fā)明的激光器裝置；保持光掩模的掩模支撐部分，在光掩模上形成有特定圖案；探測圖案的投影圖像的探測器；用激光器裝置發(fā)出的紫外光對由掩模支撐部分保持的光掩模進(jìn)行照射的照明光學(xué)系統(tǒng)；和投影光學(xué)系統(tǒng)，在通過照明光學(xué)系統(tǒng)照射該光掩模之后，該投影光學(xué)系統(tǒng)把已經(jīng)通過光掩模的照明光投影到探測器上。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第十發(fā)明是一種加工高分子晶體的高分子晶體加工設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括根據(jù)第七發(fā)明的激光器裝置；光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)把從該激光器裝置發(fā)出的激光導(dǎo)向作為加工對象的高分子晶體，并將該激光聚焦到該高分子晶體的加工部位；和改變光學(xué)系統(tǒng)與高分子晶體的相對位置的機(jī)構(gòu)。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第十一發(fā)明基于第十發(fā)明，其特征在于該設(shè)備還包括同時對激光聚焦的位置和高分子晶體進(jìn)行觀察的觀察裝置或同時對激光聚焦的位置和高分子晶體進(jìn)行測量的測量裝置。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第十二發(fā)明基于第十一發(fā)明，其特征在于觀察裝置或測量裝置是一種利用可見光的光學(xué)觀察裝置或光學(xué)測量裝置，該觀察裝置或測量裝置與光學(xué)系統(tǒng)處于固定的機(jī)械關(guān)系中，觀察裝置或測量裝置的參考點(diǎn)與激光聚焦的位置重合，并且該設(shè)備具有通過觀察或測量觀察裝置或測量裝置的參考點(diǎn)位置而間接觀察或測量激光聚焦的位置的功能。


圖1是構(gòu)成本發(fā)明第一加工結(jié)構(gòu)的激光器裝置的整體結(jié)構(gòu)圖，該激光器裝置是一種將固體激光器發(fā)出的激光經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換之后輸出的裝置；圖2是表示基波產(chǎn)生部分的結(jié)構(gòu)簡圖；圖3是表示波長轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)簡圖；圖4是柱狀透鏡的設(shè)置實(shí)例簡圖；圖5是構(gòu)成本發(fā)明第二加工結(jié)構(gòu)的激光器裝置的整體結(jié)構(gòu)圖；圖6是控制裝置的基本操作流程圖；圖7是圖6中處理1的算法流程圖；圖8是圖6中處理2的算法流程圖；
圖9是圖6中處理3的算法流程圖；圖10是構(gòu)成本發(fā)明加工結(jié)構(gòu)的曝光設(shè)備的輪廓圖；圖11是構(gòu)成本發(fā)明加工結(jié)構(gòu)的掩模檢測裝置的輪廓圖；圖12是構(gòu)成本發(fā)明加工結(jié)構(gòu)的高分子晶體加工設(shè)備的輪廓簡圖；圖13是構(gòu)成本發(fā)明加工結(jié)構(gòu)的高分子晶體加工設(shè)備與光學(xué)顯微鏡組合的狀態(tài)簡圖。
本發(fā)明的最佳執(zhí)行模式下面將參考附圖描述本發(fā)明的加工結(jié)構(gòu)。圖1表示構(gòu)成本發(fā)明第一加工結(jié)構(gòu)的激光器裝置；該簡圖表示一種將固體激光器發(fā)出的激光經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換之后輸出的裝置。具體地說，該激光器裝置由基波產(chǎn)生部分1和波長轉(zhuǎn)換部分2構(gòu)成。
圖2是基波產(chǎn)生部分1的結(jié)構(gòu)簡圖。
產(chǎn)生基波的激光源利用附加Er3+的光纖放大器，并且主要由參考光源部分3、EDF部分4和激勵光源部分5構(gòu)成。波長為1547nm的脈沖光從構(gòu)成參考光源部分3的參考光源的DFB輸出，并被EDF部分4放大。EDF部分4由三級即EDF1、EDF2和EDF3的EDF構(gòu)成。激勵光分別從激勵光源5a、5b和5c供給這三級。來自EDF3的輸出光輸入到波長轉(zhuǎn)換部分(后敘)。
圖3是表示波長轉(zhuǎn)換部分2的結(jié)構(gòu)簡圖。波長轉(zhuǎn)換部分2對從基波產(chǎn)生部分1輸出的波長為1547nm的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。波長轉(zhuǎn)換部分2設(shè)有多個波長轉(zhuǎn)換裝置，即后面的各個高階諧波產(chǎn)生部分即二倍波產(chǎn)生部分6、三倍波產(chǎn)生部分7、四倍波產(chǎn)生部分8、七倍波產(chǎn)生部分9和八倍波產(chǎn)生部分10。在各個高階諧波產(chǎn)生部分之間設(shè)置用于向下一個高階諧波產(chǎn)生部分傳播高階諧波的光學(xué)元件。
在此加工結(jié)構(gòu)中，所有的各個高階諧波產(chǎn)生部分采用非線性光學(xué)晶體。具體而言，用LiB3O5(LBO)晶體作為二倍波產(chǎn)生部分6、三倍波產(chǎn)生部分7和四倍波產(chǎn)生部分8，用β-BaB2O4(BBO)晶體作為七倍波產(chǎn)生部分9，用CsLiB6O10(CLBO)晶體作為八倍波產(chǎn)生部分10。二倍波產(chǎn)生部分6、三倍波產(chǎn)生部分7、四倍波產(chǎn)生部分8、七倍波產(chǎn)生部分9和八倍波產(chǎn)生部分10分別產(chǎn)生波長為773nm、516nm、387nm、221nm和193nm的光。
具體地說，波長為1547nm的入射激光被透鏡L1聚焦并導(dǎo)致入射到二倍波產(chǎn)生部分6上。倍頻光(二倍波)從二倍波產(chǎn)生部分6與所述基波一起輸出。這些光束被透鏡L2聚焦，進(jìn)入三倍波產(chǎn)生部分7并在那兒合成。然后頻率為基波三倍的光(即，三倍波)與基波和二倍波一起輸出。這些波中，三倍波被二向色鏡M1反射，然后通過透鏡L3和L4并被反射鏡M2反射，再通過二向色鏡M3，然后與頻率為基波四倍的光(四倍波；后敘)合成。該系統(tǒng)布置成使得透鏡L3和L4將三倍波聚焦到七倍波產(chǎn)生部分9上。
關(guān)于通過二向色鏡M1的基波和二倍波，二倍波被二向色鏡M4反射并再被透鏡L5聚焦，以致于該波入射到四倍波產(chǎn)生部分8。然后，四倍波從四倍波產(chǎn)生部分8與二倍波一起輸出。
如上所述，四倍波的波長為387nm，以致于該光為紫外光。因此，用合成石英玻璃作為透鏡。但是，如同現(xiàn)有技術(shù)中所述，此玻璃易于受損；因此采用一種通過組合兩個構(gòu)成本發(fā)明加工結(jié)構(gòu)的柱狀透鏡11a和11b構(gòu)成的光學(xué)元件，該元件具有單透鏡的效果。此光學(xué)元件設(shè)計成把從四倍波產(chǎn)生部分8輸出的四倍波聚焦到七倍波產(chǎn)生部分9上。具體地說，四倍波被二向色鏡M3反射，與上述的三倍波合成并輸入到七倍波產(chǎn)生部分9中。因此，頻率是基波七倍的光(即，七倍波)從七倍波產(chǎn)生部分9與三倍波和四倍波一起輸出。
這些光束通過一種通過組合兩個(構(gòu)成本發(fā)明加工結(jié)構(gòu))的柱狀透鏡12a和12b構(gòu)成的具有單透鏡的效果的光學(xué)元件，并且輸入到二向色鏡M5中；該處只有七倍波被反射并輸入到八倍波產(chǎn)生部分10中。組合兩個柱狀透鏡12a和12b的光學(xué)元件設(shè)計成將該七倍波聚焦到八倍波產(chǎn)生部分10。
透過二向色鏡M4的基波通過由反射鏡M6、M7、M8和透鏡L6和L7組成的光學(xué)系統(tǒng)，并且還通過二向色鏡M5；此波通過透鏡L6和L7的作用聚焦到八倍波產(chǎn)生部分10上。因此，基波和七倍波輸入到八倍波產(chǎn)生部分10中，并且輸出頻率為基波八倍的光(即，八倍波)以及基波和七倍波。
因而，在圖2所示的波長轉(zhuǎn)換部分2中，用普通透鏡聚焦基波、二倍波和三倍波，并且用組合兩個柱狀透鏡的光學(xué)元件聚焦四倍波和七倍波。
這些柱狀透鏡11a、11b、12a和12b分別由保持裝置13a、13b、14a和14b保持；這些保持裝置具有如下結(jié)構(gòu)，即允許在這些透鏡的各個母線方向驅(qū)動各個柱狀透鏡11a、11b、12a和12b。另外，各個柱狀透鏡11a、11b、12a和12b的母線方向垂直于光軸，而柱狀透鏡11a和11b的母線方向與柱狀透鏡12a和12b的母線方向彼此垂直。結(jié)果，組合柱狀透鏡11a和11b的光學(xué)系統(tǒng)和組合柱狀透鏡12a和12b的光學(xué)系統(tǒng)分別具有與球面透鏡相同的光學(xué)效果。
圖4是柱狀透鏡11a和11b的設(shè)置實(shí)例簡圖。因?yàn)楦鱾€透鏡都是柱狀透鏡，所以這些透鏡的特征在于如下事實(shí)即使透鏡在母線方向移動，光軸也不移位。例如，在透鏡的劃傷變得顯著的情況下，可以通過圖中未示的移動機(jī)構(gòu)例如配備有測微儀的平臺將透鏡在母線方向(箭頭所示的方向)上移動并利用透鏡的未使用部分而延長激光器裝置的使用壽命。柱狀透鏡12a和12b也有類似的設(shè)置。
另外，在上述加工結(jié)構(gòu)中，用合成石英玻璃作為各個柱狀透鏡的材料；但這種設(shè)置也可以應(yīng)用到在除合成石英玻璃以外的材料(如氟石)中類似的劃傷成為問題的情形中。另外，在上述加工結(jié)構(gòu)中，采用組合兩個柱狀透鏡的光學(xué)元件；但也可以采用組合三個或更多個柱狀透鏡的光學(xué)元件。
圖5是表示本發(fā)明第二加工結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換部分2的簡圖。波長轉(zhuǎn)換部分2中的波長轉(zhuǎn)換方法和光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其自身效果與圖3中所示的波長轉(zhuǎn)換部分完全相同；因此，相同的構(gòu)件標(biāo)有相同的符號，并且省去對這些構(gòu)件的描述。此加工結(jié)構(gòu)與圖3所示加工結(jié)構(gòu)的不同之處在于增加了控制機(jī)構(gòu)，該控制機(jī)構(gòu)探測柱狀透鏡11a、11b、12a和12b衰退、以致于光透射率下降這一事實(shí)，并定位光軸區(qū)中各個柱狀透鏡的未使用部分。
具體地說，光學(xué)探測器15探測透過二向色鏡M3的二倍波的強(qiáng)度。另外，光學(xué)探測器16探測透過二向色鏡M5的三倍波和四倍波的強(qiáng)度。這些探測值輸入到控制裝置17中并與特定值比較。然后，當(dāng)光學(xué)探測器15的輸出落至特定值之下時，控制裝置17向驅(qū)動器18發(fā)送指令，以致于保持裝置13a和13b被驅(qū)動特定的距離，由此造成柱狀透鏡11a和11b的到目前為止還未被使用的部分開始被使用。類似地，當(dāng)光學(xué)探測器16的輸出落至特定值之下時，控制裝置17向驅(qū)動器18發(fā)送指令，以致于保持裝置14a和14b被驅(qū)動特定的距離，由此造成柱狀透鏡12a和12b的到目前為止還未被使用的部分開始被使用?？梢杂霉姆椒ㄈ缭陔婒?qū)動臺上承載各個保持裝置來移動各個保持裝置。
另外，在此加工結(jié)構(gòu)中，光探測器15探測的不是四倍波，光探測器16探測的不是七倍波。但是，應(yīng)該想到因?yàn)楫?dāng)柱狀透鏡衰退時各個高階波的光強(qiáng)以同樣的方式減弱，所以這不是一個特別的問題。具體地說，在希望直接測量四倍波和七倍波的各自強(qiáng)度的情況下，也可以采用例如將棱鏡設(shè)置在二向色鏡M3和M5之后而將四倍波和七倍波分開并測量的方法。
圖6至圖9是控制裝置基本操作的流程圖。將參考圖6描述主算法，并參考圖7～9描述此主算法中的各個具體處理算法。
在圖6所示的主算法中，執(zhí)行根據(jù)各個電驅(qū)動臺的可能驅(qū)動范圍內(nèi)外的處理。首先，在步驟S1，執(zhí)行對各個信號Sig1和Sig2以及各個標(biāo)志Flag1和Flag2的初始化，信號Sig1和Sig2來自光探測器15和光探測器16，標(biāo)志Flag1和Flag2用于探查四倍波透鏡保持裝置13a和13b和七倍波透鏡保持裝置14a和14b的可能驅(qū)動范圍。這里，在Flag1和Flag2分別為0的情況下，表示保持裝置處于可能的驅(qū)動范圍之內(nèi)。當(dāng)這些標(biāo)志為1時，表示保持裝置處于驅(qū)動范圍之外。
接下來，在步驟S2，獲得Flag1和Flag2的值。接下來，在步驟S3，探查所獲Flag1和Flag2的條件。在Flag1和Flag2都為0的情況下，執(zhí)行完處理1之后處理返回到S2。在只有Flag1為1的情況下，執(zhí)行完處理2之后處理返回到S2。在只有Flag2為1的情況下，執(zhí)行完處理3之后處理返回到S2。在Flag1和Flag2都為1的情況下，執(zhí)行完處理4之后結(jié)束處理。
在圖6所示處理1的算法中(圖7所示)，對來自各個探測器15和16的信號值Sig1和Sig2與預(yù)先儲存的值Ref1和Ref2進(jìn)行比較；另外，探查這些值是否處于可能的驅(qū)動范圍之內(nèi)或之外，并且根據(jù)獲得的結(jié)果執(zhí)行各個電驅(qū)動臺的驅(qū)動或非驅(qū)動。
首先，在步驟S11，獲得Sig1和Sig2的值。接下來，在步驟S12，比較Sig1與預(yù)先儲存的設(shè)置值Ref1。在Sig1＜Ref1的情況下，探查在步驟S13中是否該值處于可能的驅(qū)動范圍之內(nèi)或之外。如果該值處于可能的驅(qū)動范圍之內(nèi)，則在步驟S14中將四倍波透鏡保持裝置13a和13b移動特定的距離；移動透鏡之后，結(jié)束處理。如果該值處于可能的驅(qū)動范圍之外，則在步驟S15中設(shè)置Flag1＝1并結(jié)束處理。
在步驟S12中Sig1不小于Ref1的情況下，在步驟S16中比較Sig2與預(yù)先儲存的設(shè)置值Ref2。在Sig2＜Ref2的情況下，在步驟S17中探查該值是否在可能的驅(qū)動范圍內(nèi)。如果該值處于可能的驅(qū)動范圍內(nèi)，則在步驟S18中七倍波透鏡保持裝置14a和14b移動特定的距離；透鏡移動之后，結(jié)束處理。在該值處于可能的驅(qū)動范圍之外的情況下，在步驟S19中設(shè)置Flag2＝1，并且結(jié)束處理。在步驟S16中Sig2不小于Ref2的情況下，同樣結(jié)束處理。
在圖8所示處理2的算法中，比較來自光探測器16的信號值與預(yù)先儲存的值，并且探查該值是否處于可能的驅(qū)動范圍之內(nèi)或之外。根據(jù)結(jié)果執(zhí)行七倍波透鏡保持裝置14a和14b的驅(qū)動或非驅(qū)動。
首先，在步驟S21中獲得Sig2的值。接下來，在步驟S22中比較Sig2與預(yù)先儲存的設(shè)置值Ref2。在Sig2＜Ref2的情況下，在步驟S23中探查該值是否處于可能的驅(qū)動范圍之內(nèi)。如果該值處于可能的驅(qū)動范圍之內(nèi)，則在步驟S24中將七倍波透鏡保持裝置14a和14b移動特定的距離；在移動透鏡之后，結(jié)束處理。在該值處于可能的驅(qū)動范圍之外的情況下，在步驟S25中設(shè)置Flag2＝1，并且結(jié)束處理。在步驟S22中Sig2不小于Ref2的情況下，同樣結(jié)束處理。
在圖9所示的處理3的算法中，比較來自光探測器15的信號值與預(yù)先儲存的值，并且探查該值是否處于可能的驅(qū)動范圍之內(nèi)或之外。根據(jù)所得的結(jié)果執(zhí)行四倍波透鏡保持裝置13a和13b的驅(qū)動或非驅(qū)動。
首先，在步驟S31中，獲得Sig1的值。接下來，在步驟S32中，比較Sig1與預(yù)先儲存的設(shè)置值Ref1。在Sig1＜Ref1的情況下，在步驟S33中探查該值是否在可能的驅(qū)動范圍內(nèi)。如果該值處于可能的驅(qū)動范圍內(nèi)，則在步驟S34中驅(qū)動四倍波透鏡保持裝置13a和13b；透鏡移動之后，結(jié)束處理。在該值處于可能的驅(qū)動范圍之外的情況下，在步驟S35中設(shè)置Flag1＝1，并且結(jié)束處理。在步驟S32中Sig1不小于Ref1的情況下，同樣結(jié)束處理。
在處理4中，因?yàn)樗谋恫ㄍ哥R保持裝置13a和13b以及七倍波透鏡保持裝置14a和14b均在此時處于可能的驅(qū)動范圍之外，則通知該信息并結(jié)束主算法。
在上述加工結(jié)構(gòu)中，該系統(tǒng)布置成使得當(dāng)來自光探測器15和16的輸出落至約定值之下時移動柱狀透鏡。但是，也可以將該系統(tǒng)布置成使得柱狀透鏡根據(jù)設(shè)備使用的時間來移動。例如，可以把該系統(tǒng)設(shè)計成使得控制裝置17通過探測來自光探測器15和16的輸出來探查正被使用的設(shè)備，并且使柱狀透鏡在每次累計使用時間達(dá)到特定時間時移動特定的距離。另外，該系統(tǒng)也可以設(shè)計成使得以柱狀透鏡的移動量正比于設(shè)備的累計使用時間的方式實(shí)施位置控制。
接下來，參考圖10描述曝光設(shè)備100，該曝光設(shè)備100利用激光器裝置20(以下也稱作“激光器裝置”)構(gòu)成并用在組成一個半導(dǎo)體制作過程的光刻過程中，其中激光器裝置20由上述基波產(chǎn)生部分1和波長轉(zhuǎn)換部分2構(gòu)成。就操作原理來說，用在光刻過程中的曝光設(shè)備與用在照相底板制作中的設(shè)備一樣；在此設(shè)備中，精確描繪在光掩模(分劃板)上的器件圖案通過光學(xué)投影轉(zhuǎn)印到涂覆有光致抗蝕劑的半導(dǎo)體晶片、玻璃襯底等上。此曝光設(shè)備100構(gòu)造成使得此設(shè)備包括上述的激光器裝置20、照明光學(xué)系統(tǒng)102、支撐光掩模(分劃板)110的掩模支撐臺103、投影光學(xué)系統(tǒng)104、承載并保持構(gòu)成曝光對象的半導(dǎo)體晶片115的承載臺105、和促使承載臺105在水平方向移動的驅(qū)動設(shè)備106。
在此曝光設(shè)備100中，從上述激光器裝置20輸出的激光輸入到由多個透鏡構(gòu)成的照明光學(xué)系統(tǒng)102中，并且支撐在掩模支撐臺103上的光掩模110的整個表面通過該照明光學(xué)系統(tǒng)照明。作為此照明的結(jié)果，透過光掩模110的光含有描繪在光掩模110上的器件圖案的圖像；此光對承載在承載臺105上的半導(dǎo)體晶片115上的特定位置進(jìn)行照明(該照明通過投影光學(xué)系統(tǒng)104完成)。在此情況下，投影光學(xué)系統(tǒng)104將光掩模110上器件圖案的圖像縮小并聚焦為在半導(dǎo)體晶片115上的圖像，從而使晶片曝光。
另外，曝光設(shè)備中照明光量的控制例如可以很容易地通過控制參考光源部分3中的脈沖頻率或控制激勵光源部分5中激勵光的輸出來實(shí)現(xiàn)。而且，激光的開關(guān)控制可以通過參考光源部分3中DFB半導(dǎo)體激光器的開關(guān)控制來實(shí)現(xiàn)；或者，這種控制可以很容易地通過在光路上安裝調(diào)制元件如電光調(diào)制元件和聲光調(diào)制元件或安裝機(jī)械開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。因此，在上述曝光設(shè)備中，可以利用具有較高設(shè)置自由度的紫外光源的袖珍、質(zhì)輕等特點(diǎn)獲得具有良好的維護(hù)特性和操作特性的袖珍曝光設(shè)備。
在本發(fā)明的紫外光源中，如上所述，單模光纖激光器用作光纖放大器的激勵光源；因此，可以利用簡單的設(shè)備結(jié)構(gòu)提供一種實(shí)現(xiàn)高峰值功率和高平均輸出的紫外光源。
接下來，下面將參考圖11描述利用上述本發(fā)明激光器裝置20構(gòu)成的掩模缺陷檢測裝置。此掩模檢測裝置把精確描繪在光掩模上的器件圖案光學(xué)投影到TDI傳感器(時間延遲和積分)上，比較傳感器圖像與特定的參考圖像，并且從差異中提取圖案缺陷。掩模缺陷檢測裝置120構(gòu)造成使得該裝置包括上述的激光器裝置20、照明光學(xué)系統(tǒng)112、支撐光掩模110的掩模支撐臺113、在水平方向上驅(qū)動掩模支撐臺的驅(qū)動設(shè)備116、投影光學(xué)系統(tǒng)114和TDI傳感器125。在此掩模缺陷檢測裝置120中，從上述激光器裝置20輸出的激光入射到由多個透鏡構(gòu)成的照明光學(xué)系統(tǒng)112中，并穿過該系統(tǒng)，從而使得該光對支撐在掩模支撐臺113上的光掩模110上的特定區(qū)域進(jìn)行照明。作為此照明的結(jié)果，穿過光掩模110的光具有描繪在光掩模110上的器件圖案的圖像；此光通過投影光學(xué)系統(tǒng)114聚焦為在TDI傳感器125上的特定位置上的圖像。另外，掩模支撐臺113的水平移動速度與TDI 125的平移時鐘同步。
圖12是利用本發(fā)明的激光器裝置20構(gòu)成的高分子晶體加工設(shè)備的簡圖。此處，從激光器裝置20發(fā)出的紫外短脈沖激光139經(jīng)過快門132、強(qiáng)度調(diào)節(jié)元件133、照明位置控制機(jī)構(gòu)134和聚焦光學(xué)系統(tǒng)135聚焦并指向到放置在樣品容器136內(nèi)部的高分子晶體138上。樣品容器136安置在平臺137上，并布置成使得可以沿x-y-z正交坐標(biāo)系中的x軸、y軸和z軸三維移動，其中光軸的方向取作z軸，并且使得還可以繞z軸轉(zhuǎn)動。高分子晶體的加工通過聚焦并指向到高分子晶體138表面上的激光執(zhí)行。
順便說一下，在加工由高分子晶體組成的加工對象的情況下，需要確認(rèn)加工對象上由激光照明的位置。但是，因?yàn)榧す馔ǔ２皇强梢姽?，所以視覺檢測不可能；因此，希望與光學(xué)顯微鏡組合使用。
圖13表示此例。在圖13(a)所示的光學(xué)系統(tǒng)中，來自紫外短脈沖激光器系統(tǒng)141的激光(對應(yīng)于圖12中的符號20和132～134)經(jīng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)135聚焦到特定點(diǎn)。平臺137具有圖12所示的功能；容納高分子晶體138的樣品容器136放置在平臺137上。來自照明光源142的可見光被反射光143反射，并對樣品容器136進(jìn)行科勒照明。高分子晶體138由人眼146通過光學(xué)顯微鏡的物鏡144和目鏡145視覺檢測。
在光學(xué)顯微鏡的光軸位置上形成十字形標(biāo)記，以致于可以通過視覺檢測來檢測光軸的位置。另外，光學(xué)顯微鏡的焦點(diǎn)位置(聚焦位置，即視覺檢測期間形成焦點(diǎn)的對象平面)固定。該系統(tǒng)設(shè)計成使得被聚焦光學(xué)系統(tǒng)135聚焦的激光聚焦在光學(xué)顯微鏡的光軸位置上，并且也在光學(xué)顯微鏡的焦點(diǎn)位置上。因此，在加工對象放置在平臺137上的情況下，用光學(xué)顯微鏡觀察此加工對象的圖像，圖像處于焦點(diǎn)處，并且該系統(tǒng)布置成使得來自激光器系統(tǒng)141的激光聚焦在十字形標(biāo)記的中心位置處。另外，激光器系統(tǒng)141、聚焦光學(xué)系統(tǒng)135和光學(xué)顯微鏡的相對位置關(guān)系固定；使得只有平臺137可相對于這些固定系統(tǒng)移動。
因此，可以通過在移動平臺137的同時進(jìn)行加工、使得進(jìn)行加工比較理想的位置處于光學(xué)顯微鏡的光軸位置以及焦點(diǎn)位置，從而加工該理想位置并實(shí)現(xiàn)理想形狀的加工。如果希望進(jìn)行自動加工，這可以通過把自動焦點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置連接到光學(xué)顯微鏡、根據(jù)該自動焦點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置的指令驅(qū)動平臺137、并執(zhí)行平臺137的驅(qū)動使得平臺137的預(yù)定的特定部分位于光學(xué)顯微鏡的光軸上來實(shí)現(xiàn)?；蛘?，也可以首先對齊參考位置，再通過伺服機(jī)構(gòu)在二維方向或三維方向上驅(qū)動平臺137。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，包括多個柱狀透鏡，其中這些柱狀透鏡設(shè)置成使得這些透鏡的母線方向彼此交叉，因而產(chǎn)生透鏡作用，并且使得各個透鏡可在各自的母線方向上移動。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于所述多個柱狀透鏡中的兩個柱狀透鏡設(shè)置成使得這兩個透鏡的母線彼此垂直。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于形成柱狀透鏡的材料是合成石英玻璃或氟石。
4.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括控制裝置，該控制裝置探測透過如權(quán)利要求1所述光學(xué)元件的光，并且當(dāng)探測值等于或小于特定值時將所述柱狀透鏡在各自的母線方向上移動特定的距離。
5.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括控制裝置，該控制裝置在每次使用如權(quán)利要求1所述光學(xué)元件的時間經(jīng)過特定的時間時將所述柱狀透鏡在各自的母線方向上移動特定的距離。
6.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括控制裝置，該控制裝置根據(jù)使用如權(quán)利要求1所述光學(xué)元件的時間將所述柱狀透鏡在各自的母線方向上連續(xù)移動。
7.一種激光器裝置，包括激光源和對從該激光源輸出的激光的波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件，其中該激光器裝置具有通過如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)元件把激光聚焦到該波長轉(zhuǎn)換元件上的功能。
8.一種激光器裝置，包括激光源和對從該激光源輸出的激光的波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件，其中該激光器裝置具有通過如權(quán)利要求4至6中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)系統(tǒng)把激光聚焦到該波長轉(zhuǎn)換元件上的功能。
9.一種曝光設(shè)備，包括如權(quán)利要求7所述的激光器裝置；支撐光掩模的掩模支撐部分，在光掩模上形成有特定曝光圖案；保持曝光對象的對象保持部分；用激光器裝置發(fā)出的紫外光對由掩模支撐部分保持的光掩模進(jìn)行照射的照明光學(xué)系統(tǒng)；和投影光學(xué)系統(tǒng)，在通過照明光學(xué)系統(tǒng)照射該光掩模之后，該投影光學(xué)系統(tǒng)用已經(jīng)通過光掩模的照明光對由對象保持部分保持的曝光對象進(jìn)行照射。
10.一種曝光設(shè)備，包括如權(quán)利要求8所述的激光器裝置；保持光掩模的掩模支撐部分，在光掩模上形成有特定曝光圖案；保持曝光對象的對象保持部分；用激光器裝置發(fā)出的紫外光對由掩模支撐部分保持的光掩模進(jìn)行照射的照明光學(xué)系統(tǒng)；和投影光學(xué)系統(tǒng)，在通過照明光學(xué)系統(tǒng)照射該光掩模之后，該投影光學(xué)系統(tǒng)用已經(jīng)通過光掩模的照明光對由對象保持部分保持的曝光對象進(jìn)行照射。
11.一種掩模缺陷檢測裝置，包括如權(quán)利要求7所述的激光器裝置；保持光掩模的掩模支撐部分，在光掩模上形成有特定圖案；探測圖案的投影圖像的探測器；用激光器裝置發(fā)出的紫外光對由掩模支撐部分保持的光掩模進(jìn)行照射的照明光學(xué)系統(tǒng)；和投影光學(xué)系統(tǒng)，在通過照明光學(xué)系統(tǒng)照射該光掩模之后，該投影光學(xué)系統(tǒng)把已經(jīng)通過光掩模的照明光投影到探測器上。
12.一種掩模缺陷檢測裝置，包括如權(quán)利要求8所述的激光器裝置；保持光掩模的掩模支撐部分，在光掩模上形成有特定圖案；探測圖案的投影圖像的探測器；用激光器裝置發(fā)出的紫外光對由掩模支撐部分保持的光掩模進(jìn)行照射的照明光學(xué)系統(tǒng)；和投影光學(xué)系統(tǒng)，在通過照明光學(xué)系統(tǒng)照射該光掩模之后，該投影光學(xué)系統(tǒng)把已經(jīng)通過光掩模的照明光投影到探測器上。
13.一種加工高分子晶體的高分子晶體加工設(shè)備，其中該設(shè)備包括如權(quán)利要求7所述的激光器裝置；光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)把該激光器裝置發(fā)出的激光引導(dǎo)至作為加工對象的高分子晶體，并將該激光聚焦到該高分子晶體的加工部位；和改變光學(xué)系統(tǒng)與高分子晶體的相對位置的機(jī)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的高分子晶體加工設(shè)備，其特征在于該設(shè)備還包括同時對激光聚焦的位置和高分子晶體進(jìn)行觀察的觀察裝置或同時對激光聚焦的位置和高分子晶體進(jìn)行測量的測量裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的高分子晶體加工設(shè)備，其特征在于觀察裝置或測量裝置是一種利用可見光的光學(xué)觀察裝置或光學(xué)測量裝置，該觀察裝置或測量裝置與光學(xué)系統(tǒng)處于固定的機(jī)械關(guān)系中，觀察裝置或測量裝置的參考點(diǎn)與激光聚焦的位置重合，并且該設(shè)備具有通過觀察或測量觀察裝置或測量裝置的參考點(diǎn)位置而間接觀察或測量激光聚焦的位置的功能。
16.一種加工高分子晶體的高分子晶體加工設(shè)備，其中該設(shè)備包括如權(quán)利要求8所述的激光器裝置；光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)把該激光器裝置發(fā)出的激光引導(dǎo)至作為加工對象的高分子晶體，并將該激光聚焦到該高分子晶體的加工部位；和改變光學(xué)系統(tǒng)與高分子晶體的相對位置的機(jī)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求16所述的高分子晶體加工設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括同時對激光聚焦的位置和高分子晶體進(jìn)行觀察的觀察裝置或同時對激光聚焦的位置和高分子晶體進(jìn)行測量的測量裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的高分子晶體加工設(shè)備，其特征在于觀察裝置或測量裝置是一種利用可見光的光學(xué)觀察裝置或光學(xué)測量裝置，該觀察裝置或測量裝置與光學(xué)系統(tǒng)處于固定的機(jī)械關(guān)系中，觀察裝置或測量裝置的參考點(diǎn)與激光聚焦的位置重合，并且該設(shè)備具有通過觀察或測量觀察裝置或測量裝置的參考點(diǎn)位置而間接觀察或測量激光聚焦的位置的功能。
全文摘要
柱狀透鏡11a和11b的母線方向垂直于光軸且彼此垂直。結(jié)果，組合柱狀透鏡11a和11b的光學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與球面透鏡相同的光學(xué)效果。此系統(tǒng)的特征在于如下事實(shí)即因?yàn)楦鱾€透鏡為柱狀透鏡，所以即使透鏡在母線方向移動，光軸也沒有移位。例如，在透鏡上的劃傷變得顯著的情況下，可以通過移動機(jī)構(gòu)(圖中未示出)例如配備有測微儀的平臺將透鏡在母線方向(箭頭所示的方向)上移動并利用透鏡的未使用部分而延長激光器裝置的使用壽命。
文檔編號B23K26/00GK1761907SQ20048000762
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月24日
發(fā)明者三輪聰 申請人:株式會社尼康