DE102017202802A1

DE102017202802A1 - Objektiv und optisches System mit einem solchen Objektiv

Info

Publication number: DE102017202802A1
Application number: DE102017202802.5A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Forcht; Dirk Döring
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2018-08-23
Also published as: KR102542986B1; JP7275035B2; US20190369374A1; JP2020508492A; WO2018153729A1; KR20190115089A; US11561381B2

Abstract

Objektiv (10, 10'), mit zumindest zwei optischen Elementen (M1, M2; M1', M2'), die entlang einer optischen Achse (12) angeordnet sind, wobei beide optische Elemente (M1, M2; M1', M2') als Spiegel ausgebildet sind, der ein Substrat (19, 21; 49, 53) und eine auf eine Grenzfläche des Substrats (19, 21; 49, 53) aufgebrachte hochreflektierende Beschichtung (19s, 21s; 49s, 53s) aufweist, wobei sich die hochreflektierende Beschichtung (19s, 21s; 49s, 53s) von der Grenzfläche des Substrats (19, 21; 49, 53) aus entlang einer Flächennormalen erstreckt, wobei zumindest eine der hochreflektierende Beschichtungen (19s, 21s; 49s, 53s) eine oder mehrere Lagen aufweist, wobei die optische Gesamtschichtdicke der einen Lage oder mehreren Lagen radial von innen nach außen zunimmt. (1)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektiv, mit zumindest zwei optischen Elementen, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind, wobei beide optische Elemente als Spiegel ausgebildet ist, der ein Substrat und eine auf eine Grenzfläche des Substrats aufgebrachte hochreflektierende Beschichtung aufweist, wobei sich die hochreflektierende Beschichtung von der Spiegelfläche aus entlang einer Flächennormalen erstreckt.
Die Erfindung betrifft ferner ein optisches System mit einem solchen Objektiv.
Ein Objektiv der eingangs genannten Art ist aus US 5,717,518 bekannt.
Ein derartiges Objektiv wird auf dem Gebiet der Photolithografie bspw. in einem Mikroskop eingesetzt, um einen Wafer oder eine Maske zu inspizieren. Ferner kann das Objektiv als Projektionsobjektiv zur fotolithografischen Abbildung der Maske auf den Wafer eingesetzt werden.
Ein solches Mikroskop bzw. Projektionsobjektiv muss für eine hohe Abbildungsgüte hinsichtlich optischer Abbildungsfehler korrigiert sein. Zu den optischen Abbildungsfehlern zählen chromatische Aberrationen, die sich durch Versatz von Licht unterschiedlicher Wellenlängen in Richtung der optischen Achse (Farblängsfehler) bzw. quer zur optischen Achse (Farbquerfehler) äußern. Chromatische Aberrationen sind üblicherweise auf optische Eigenschaften der im Objektiv verwendeten optischen Elemente, insbesondere der refraktiven Optiken, zurückzuführen.
Bei hohen Anforderungen an die Abbildungsgüte (Strehl-Zahl > 85%) haben jedoch auch die hochreflektierenden (HR-) und antireflektierenden (AR-) Beschichtungen auf den Grenzflächen einen wesentlichen Einfluss auf den Farblängsfehler des Gesamtsystems.
Die HR- und AR-Beschichtungen auf den Grenzflächen bewirken zudem Änderungen im Polarisationszustand des Lichtes, welche ebenfalls zu Abbildungsfehlern im Sinne einer Verbreiterung der Punktabbildung und damit zu einer Verminderung der Strehl-Zahl führen.
Um chromatischen Aberrationen durch die Dispersion der optischen Materialien entgegenzuwirken, sind eine Reihe von Lösungen aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart der eingangs genannte Stand der Technik ein katadioptrisches Abbildungssystem, bei dem eine achromatische Feldlinse aus mehreren optischen Elementen verwendet wird, die aus zwei oder mehreren verschiedenen refraktiven Materialien gebildet sind.
Das bekannte katadioptrische Abbildungssystem weist jedoch den Nachteil auf, dass unter Verwendung von Licht aus einem breiten Spektralbereich, beispielsweise einem Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 450 nm, komplexe Beschichtungen auf jeder optisch wirksamen Fläche notwendig sind und diese Beschichtungen ebenfalls chromatische Aberrationen hervorrufen können. Diese chromatischen Aberrationen lassen sich nicht oder nur sehr schwer durch eine geeignete Wahl der optischen Elemente korrigieren. Die Beschichtungen sind notwendig, um Spiegelflächen gut reflektierend auszugestalten oder die Transmission durch Linsenflächen zu maximieren. Aus DE 10 2010 004 827 A1 ist ein katadioptrisches Hochaperturobjektiv zur Inspektion eines Wafers im Dunkelfeld bekannt. Das Objektiv besteht aus einem katadioptrischen Objektivteil, der einen Mangin-Spiegel aufweist. Der Mangin-Spiegel weist eine Durchbrechung auf, durch die der Wafer beleuchtet und das vom Wafer rückgestreute Licht transmittiert wird. Das rückgestreute Licht wird an einem Vorderflächenspiegel und anschließend am Mangin-Spiegel reflektiert und mittels eines dioptrischen Objektivteils auf einen Detektor abgebildet. In dem bekannten katadioptrischen Objektiv ist ein als Achromat ausgebildetes Linsenpaar aus unterschiedlichen Materialien vorgesehen, um lineare chromatische Aberrationen des Objektivs zu korrigieren. Die Spiegelflächen müssen dabei mit gut reflektierenden Schichten (HR-Beschichtung) versehen sein, die Linsenflächen mit reflexionsvermindernden Schichten (AR-Beschichtung).
Nachteilig an dem bekannten Hochaperturobjektiv mit Mangin-Spiegel und Vorderflächenspiegel, jeweils versehen mit den entsprechenden HR-Beschichtungen, ist jedoch, dass bei Beaufschlagung des Objektivs mit Licht in einem breiten Spektralbereich, insbesondere einem Spektralbereich zwischen 200 nm und 450 nm Wellenlänge, chromatische Aberrationen mit nichtlinearem spektralen Verlauf dritter und höherer Ordnung auftreten. Eine Korrektur derartiger chromatischer Aberrationen ist mit üblichen refraktiven optischen Elementen wie beispielsweise einem achromatischen Linsendublett, bedingt durch deren Bauart, nicht möglich. Zudem scheitert eine derartige Korrektur oft schon daran, dass geeignete optische Materialien zur Herstellung der bekannten refraktiven optischen Elemente für den gewünschten Spektralbereich zwischen 200 nm und 450 nm Wellenlänge nicht zur Verfügung stehen.
Des Weiteren wird in US 7,333,271 die Korrektur von chromatischen Aberrationen eines abbildenden Systems mittels zweier dichroitischer Mangin-Spiegel beschrieben. Beide Mangin-Spiegel weisen jeweils eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf, wobei die Reflexion des Lichts an der jeweiligen ersten Oberfläche ab einer bestimmten Übergangswellenlänge stark abnimmt. Das durch die jeweilige erste Oberfläche transmittierte Licht trifft anschließend auf die jeweilige zweite Oberfläche des jeweiligen Mangin-Spiegels und wird dort reflektiert. In diesem System werden die Übergangswellenlänge und der Abstand zwischen den Oberflächen der jeweiligen Mangin-Spiegel derart gewählt, dass der Lichtweg im Gesamtsystem von der Wellenlänge unabhängig bleibt.
Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, dass zur Korrektur von chromatischen Aberrationen stets zwei Mangin-Spiegel benötigt werden. Überdies ist an dem vorliegenden System nachteilig, dass dieses nicht für Licht mit einem kontinuierlichen Spektralbereich verwendbar ist, da die zumindest zwei verwendeten Wellenlängen deutlich von der Übergangswellenlänge separiert sein müssen, um eine Korrektur der chromatischen Aberrationen zu bewirken. Zudem ist an der Anordnung nachteilig, dass der zusätzliche Lichtweg ab der Übergangswellenlänge exakt durch den zweiten Mangin-Spiegel kompensiert werden muss. Eine Korrektur von nichtlinearen spektralen Verläufen der chromatischen Aberration ist auf Basis dieses Systems bauartbedingt nicht einstellbar.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Objektiv der eingangs genannten Art und versehen mit allen zur korrekten Funktion notwendigen Schichten, dahingehend weiterzubilden, dass chromatische Aberrationen und Änderungen des Polarisationszustand des Lichtes bei Verwendung von Licht aus einem breiten und kontinuierlichen Spektralbereich mit Einsatz einer möglichst geringen Anzahl optischer Bauteile wirksam korrigierbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Objektivs dadurch gelöst, dass die HR-Beschichtung eine oder mehrere Lagen aufweist, wobei die optische Gesamtschichtdicke der einen oder mehreren Lagen radial von innen nach außen zunimmt.
Die zumindest zwei optischen Elemente dienen dazu, einen Wafer oder eine Maske von der Objektebene auf eine Bildebene abzubilden. Dazu wird das Licht mit Hilfe der optischen Elemente entlang der optischen Achse von der Objektebene zur Bildebene geführt.
Bei der Lichtführung wechselwirkt das Licht mit dem optischen Material/den optischen Materialien, aus dem/denen die optischen Elemente und deren Beschichtungen gebildet sind. Zudem erzeugen die Beschichtungen durch Mehrfachreflexionen in den dünnen Teillagen Interferenzen, die einen großen Einfluss auf die Phasenverschiebung und damit auf Farblängsfehler und Polarisationszustand haben. Bei breitbandigem Licht kommt es zur Überlagerung von Licht verschiedener Wellenlängen, das an der Grenzfläche zwischen dem optischen Material, der Beschichtung auf den Grenzflächen und der Umgebung wellenlängenabhängig unterschiedlich gebrochen und in der Wellenfrontphase unterschiedlich beeinflusst wird..
Die mit der Phasenverschiebung einhergehenden chromatischen Aberrationen lassen sich erfindungsgemäß mit Hilfe der Spiegel wirksam korrigieren. Dazu weist der Spiegel jeweils eine HR-Beschichtung auf, an der das einfallende Licht reflektiert wird. Die HR-Beschichtung kann eine einzelne Lage, vorzugsweise eine dielektrische Lage, oder alternativ eine entlang der optischen Achse verlaufende Abfolge aus mehreren (vorzugsweise dielektrischen) Lagen aufweisen. Ferner ist die HR-Beschichtung derart ausgebildet, dass die optische Gesamtschichtdicke der einen oder mehreren Lagen bezüglich der optischen Achse in radialer Richtung nach außen im Wesentlichen zunimmt.
Im Fall einer Einzellage ergibt sich die optische Gesamtschichtdicke aus der optischen Schichtdicke der Einzellage, die durch das Produkt aus der geometrischen Schichtdicke der Einzellage mit dem Brechungsindex des dieser zugrunde liegenden optischen Materials gegeben ist. Im Fall mehrerer Lagen ist die optische Gesamtschichtdicke die Summe der jeweiligen optischen Schichtdicken der einzelnen Lagen. Die unterschiedlichen Lagen können zumindest zwei unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
Die optische Gesamtschichtdicke der einen oder mehreren Lagen nimmt radial von innen nach außen im Wesentlichen zu. Beispielsweise kann die optische Gesamtschichtdicke radial nach außen kontinuierlich zunehmen. Alternativ kann die optische Gesamtschichtdicke von innen bis zum Außenrand der HR-Beschichtung beliebig variieren, wobei die optische Gesamtschichtdicke am Außenrand der HR-Beschichtung größer ist als im Innenbereich der HR-Beschichtung. Zusätzlich zu der vorzugsweise dielektrischen Lage bzw. zu den mehreren, vorzugsweise dielektrischen Lagen, deren optische Gesamtschichtdicke radial von innen nach außen zunimmt, kann die HR-Beschichtung zumindest eine weitere Lage aufweisen, beispielsweise eine Metallschicht.
Eine derart zunehmende oder variierende optische Gesamtschichtdicke sorgt dafür, dass an unterschiedlichen radialen Positionen der Spiegelfläche reflektiertes Licht beim Durchlaufen der einen oder mehreren, vorzugsweise dielektrischen Lage unterschiedliche optische Weglängen durchläuft. Dies bewirkt eine weitere Phasenverschiebung, die der Phasenverschiebung der optischen Elemente ohne Beschichtung überlagert ist. Vorteilhafterweise werden hierdurch chromatische Aberrationen auf einfache Weise korrigiert. Weiter vorteilhafterweise ist die Korrektur besonders wirksam für Licht aus einem breitbandigen und kontinuierlichen Spektralbereich, insbesondere unterhalb 400 nm, vorzugsweise unterhalb 300 nm, weiter vorzugsweise unterhalb 200 nm. Der Spektralbereich umfasst vorzugsweise eine minimale Wellenlänge und eine maximale Wellenlänge, die größer als das 1,1-Fache der minimalen Wellenlänge ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Differenz zwischen einer maximalen und einer minimalen optischen Gesamtschichtdicke der HR-Beschichtung mehr als 2 % des durchschnittlichen Wertes der optischen Gesamtschichtdicke der HR-Beschichtung.
Diese Maßnahme sorgt dafür, dass die optische Gesamtschichtdicke der zumindest einen Lage der HR-Beschichtung in radialer Richtung hinreichend zunimmt. Vorteilhafterweise bewirkt diese Maßnahme eine hinreichend große chromatisch veränderliche Phasenverschiebung zwischen den an verschiedenen radialen Stellen der Spiegelfläche reflektierten Lichtstrahlen, die die Phasenverschiebung zwischen diesen Lichtstrahlen daher besonders wirksam kompensiert, was die Korrektur der chromatischen Aberrationen weiter verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die optische Gesamtschichtdicke der HR-Beschichtung in Bezug auf die optische Achse einen radialsymmetrischen Verlauf auf.
Somit weist die optische Gesamtschichtdicke der HR-Beschichtung in radialer Richtung einen Verlauf auf, der gegen Rotationen bezüglich der optischen Achse gleich bleibt. Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf einen rotationssymmetrischen Aufbau des Objektivs.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung nimmt die optische Gesamtschichtdicke der HR-Beschichtung bezüglich der optischen Achse radial von innen nach außen monoton zu.
Das an der Spiegelfläche reflektierte Licht durchläuft somit eine optische Weglänge, die mit der von der optischen Achse ausgehend gemessenen radialen Entfernung der Reflexionsposition monoton zunimmt. Dies bewirkt vorteilhafterweise eine besonders wirksame Korrektur der chromatischen Aberrationen von Licht eines breitbandigen und kontinuierlichen Wellenlängenspektrums.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung hängt die optische Gesamtschichtdicke der HR-Beschichtung von einer quadratischen und/oder einer vierten Potenz der radialen Entfernung ab, die von der optischen Achse aus definiert ist.
Bei dieser Ausgestaltung ist eine in Abhängigkeit von der radialen Entfernung stark variierende optische Gesamtschichtdicke der HR-Beschichtung bewerkstelligt, die zur Korrektur von komplexen chromatischen Aberrationen vorteilhaft ist. Vorzugsweise ist die optische Gesamtschichtdicke der HR-Beschichtung proportional zur Summe aus der quadratischen Potenz und der vierten Potenz der radialen Entfernung, wobei die quadratische und/oder vierte Potenz mit einem Koeffizienten multipliziert sein kann. Weiter vorzugsweise umfasst die Summe, von der die optische Gesamtschichtdicke der HR-Beschichtung abhängt, zusätzlich eine Konstante, beispielsweise 1.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Objektiv dazu ausgelegt, um für einen Nutzwellenlängenbereich verwendet zu werden, dessen untere Grenze unter 400 nm, vorzugsweise unter 300 nm, weiter vorzugswese unter 200 nm liegt. Dabei kann die maximale Wellenlänge mindestens das 1,1 -Fache der minimalen Wellenlänge betragen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest ein optisches Element eine antireflektierende Beschichtung auf, oder zumindest ein weiteres optisches Element weist eine hochreflektierende Beschichtung auf.
Diese Maßnahme bewirkt eine Verminderung der Phasenverzögerung zwischen in radialer Richtung und in tangentialer Richtung polarisiertem Licht nach Durchlaufen des Gesamtsystems. Diese Verminderung der Phasenverzögerung ist gleichbedeutend mit einer Änderung des Polarisationszustandes. Dabei wird die unvermeidlich den Polarisationszustand ändernde Wirkung der ersten HR-Beschichtung durch die Wirkung einer weiteren Beschichtung oder mehrerer weiteren Beschichtungen kompensiert. Beispielsweise ist es möglich, die Phasenverzögerung zwischen in radialer Richtung und in tangentialer Richtung polarisiertem Licht für zumindest eine Wellenlänge des Nutzwellenlängenbereichs, insbesondere eines breitbandigen Wellenlängenbereichs, gegenüber dem Fall, der dem Stand der Technik entspricht, um einen Faktor von mindestens zwei zu vermindern. Der Stand der Technik ist durch die Verwendung von gleichartigen HR-Beschichtungen auf mehreren Flächen gekennzeichnet. Die hochreflektierende und/oder die antireflektierende Beschichtung kann an zumindest einem optischen Element, insbesondere an einem weiteren optischen Element des Objektivs aufgebracht sein. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Objektiv zumindest einen weiteren Spiegel, einen Mangin-Spiegel und/oder eine Linse auf.
Somit weist das erfindungsgemäße Objektiv zumindest zwei Spiegel auf, wobei zumindest einer der beiden Spiegel vorzugsweise als Mangin-Spiegel ausgebildet ist, so dass die Korrektur der chromatischen Aberrationen vorteilhafterweise wirksamer ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Objektiv zumindest eine Linse aufweisen. Vorteilhafterweise ist hierdurch ein katadioptrisches System realisiert, so dass Beeinträchtigungen der Abbildungseigenschaften des Objektivs durch die Phasenverzögerung zwischen in radialer Richtung und in tangentialer Richtung polarisiertem Licht vermindert sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest eines der optischen Elemente eine Durchbrechung für den Durchgang von Licht auf.
Mit Hilfe der Durchbrechung, die vorzugsweise kreisförmig ist, kann das Licht auf einfache Weise durch das zumindest eine optische Element durchgelassen werden. Außerdem ist die im Wesentlichen kreisförmige Ausgestaltung der Durchbrechung für einen radialsymmetrischen Aufbau des erfindungsgemäßen Objektivs vorteilhaft. Vorzugsweise ist die Durchbrechung radialsymmetrisch um die optischen Achse angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest eines der optischen Elemente eine HR-Beschichtung auf, die ein dielektrisches Material und ein Metall aufweist.
Dielektrische Materialien, beispielsweise Magnesiumfluorid (MgF₂), Calciumfluorid (CaF₂), Quarz (SiO₂), Lanthanfluorid (LaF₃), Gadoliniumfluorid (GdF₃), Aluminiumfluorid (AlF₃), Yttriumfluorid (YF₃), Yterbiumfluorid (YbF₃), Chiolith (Na₅Al₃F₁₄), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumoxid (HfO₂), Zirkonoxid (ZrO₂) zeichnen sich durch geringe Absorption und hinreichenden Brechkraftkontrast für breitbandiges Licht aus. Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Objektiv besonders geeignet für Anwendungen mit Licht aus einem breiten Spektralbereich, insbesondere aus dem ultravioletten (UV) und/oder dem vakuumultravioletten (VUV) Spektralbereich. Das dielektrische Material kann in einer Lage oder mehreren Lagen der HR-Beschichtung eines Spiegels des Objektivs, beispielsweise des vorstehend genannten Spiegels mit radial zunehmender optischer Gesamtschichtdicke, enthalten sein. Alternativ können unterschiedliche Lagen unterschiedliche dielektrische Materialien aufweisen. Die HR-Beschichtung kann ausschließlich aus einem bzw. mehreren dielektrischen Materialien ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann in der HR-Beschichtung zumindest ein Metall enthalten sein. Die Reflexionseigenschaften der HR-Beschichtung sind vorteilhafterweise verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Objektiv zumindest eine transparente Platte mit zumindest einer planen Grenzfläche auf, wobei die transparente Platte als Strahlteiler wirkt.
Die transparente Platte, die beispielsweise als Strahlteiler in einem Auflichtmikroskop fungiert, ermöglicht vorzugsweise die Einkopplung des Beleuchtungslichtes in das erfindungsgemäße Objektiv. Außerdem ist die plane Grenzfläche zwecks des einfachen Aufbaus des Objektivs vorteilhaft.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest ein optisches Element, vorzugsweise ein Mangin-Spiegel, eine asphärisierte Spiegelfläche und/oder Linsenfläche auf.
Mit Hilfe der Asphärisierung der zumindest einer Spiegelfläche und/oder Linsenfläche ist die Korrektur der optischen Aberrationen vorteilhafterweise besonders wirksam. Vorzugsweise sind zwei Spiegelflächen des erfindungsgemäßen Objektivs asphärisiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die numerische Apertur des erfindungsgemäßen Objektivs größer als 0,75.
Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Objektiv, Licht aus einem breitbandigen Wellenlängenspektrum besonders wirksam zu fokussieren. Alternativ oder zusätzlich kann das Objektiv einen rotationssymmetrischen Aufbau aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Objektiv eine Strehl-Zahl auf, die größer als 85 % ist.
Diese Strehl-Zahl wird insbesondere ohne Berücksichtigung von Verlusten in der Abbildungsgüte durch die Beschichtungen erreicht. Die erfindungsgemäße Konfiguration von Beschichtungen ermöglicht es, diese Strehl-Zahl auch nach dem Aufbringen von Beschichtungen zu erhalten. Diese Maßnahme ermöglicht ein Objektiv, bei dem nach Lichtführung durch die optischen Elemente des Objektivs die Abbildungsgüte in der Bildebene vorteilhafterweise besonders hoch ist. Eine derartige Strehl-Zahl kann beispielsweise für alle Wellenlängen in einem Nutzwellenlängenbereich unterhalb von 400 nm, vorzugsweise unterhalb von 300 nm, weiter vorzugsweise unterhalb von 200 nm erreicht werden. Somit wird erzielt, dass bei optischen Elementen mit Beschichtungen, deren Schichtdicke variabel sein kann, diese Strehl-Zahl nicht wesentlich gegenüber dem Wert ohne Beschichtung zu reduzieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Objektiv dazu ausgelegt, um eine Phasenverzögerung zwischen radial und tangential polarisiertem Licht nach Reflexion des Lichtes an der hochreflektierende Beschichtung eines der optischen Elemente (M1, M2; M1', M2') durch Reflexion des Lichtes an der hochreflektierende Beschichtung zumindest eines weiteren der optischen Elemente (M1, M2; M1', M2') oder die Transmission des Lichtes durch eine antireflektierende Beschichtung (AR-Beschichtung) eines der optischen Elemente (M1', M2', 59, 63, 67, 71, 75, 79, 83, 87, 91, 95) zumindest für eine Wellenlänge zwischen einer maximalen und einer minimalen Nutzwellenlänge, bevorzugt für ein Wellenlängenband des Nutzwellenbereichs, um einen Faktor von mindestens zwei zu vermindern.
Diese Ausgestaltung erzielt eine weitgehende Erhaltung des Polarisationszustandes hinsichtlich des eingangs genannten Objektivs durch eine spezielle Ausgestaltung der HR- und AR-Beschichtungen. Dabei wird die unvermeidlich den Polarisationszustand ändernde Wirkung einer Beschichtung durch die Wirkung einer weiteren Beschichtung oder mehrerer weiteren Beschichtungen kompensiert.
Ein erfindungsgemäßes optisches System zum Inspizieren eines Wafers, einer Maske oder zur fotolithografischen Abbildung der Maske auf den Wafer weist ein Objektiv nach einem der vorstehend genannten Ausgestaltungen auf. Das optische System kann insbesondere als Mikroskop und/oder Wafer- bzw. Maskeninspektionsanlage für die Halbleiterfertigung oder Bauteilfertigung ausgebildet sein. Alternativ kann das optische System als Projektionsbelichtungsanlage für die Belichtung von lichtempfindlichen Lacken in der Halbleiterfertigung ausgebildet sein, wobei die Projektionsbelichtungsanlage neben dem Objektiv eine Beleuchtungseinrichtung und eine Maske mit einer zu übertragenden Struktur aufweist.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht eines Objektiv mit vier Spiegeln;
2 eine tabellarische Zusammenfassung der Designdaten des Objektivs in 1;
3 eine tabellarische Zusammenfassung von Koeffizienten einer rotationssymmetrischen Kegelschnittasphäre des Objektivs in 1;
4 eine tabellarische Zusammenfassung von Schichtdickenverlaufskoeffizienten des Objektivs in 1;
5 eine tabellarische Zusammenfassung von Schichtdesignparametern mehrerer hochreflektierenden Beschichtungen des Objektivs in 1;
6 ein schematisches Diagramm der Phasenverzögerung des Lichtes nach Durchlaufen des Objektivs in 1 in Abhängigkeit von Lichtwellenlänge;
7 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Objektivs, das zwei Mangin-Spiegel aufweist;
8 eine tabellarische Zusammenfassung von Designdaten des Objektivs in 7;
9 eine tabellarische Zusammenfassung von Schichtdickenverlaufskoeffizienten des Objektivs in 7;
10 eine tabellarische Zusammenfassung von Schichtdesignparametern mehrerer Antireflex-Beschichtungen des Objektivs in 7;
11 eine tabellarische Zusammenfassung von Schichtdesignparametern mehrerer hochreflektierenden Beschichtungen des Objektivs in 7;
12 ein schematisches Diagramm der Phasenverzögerung des Lichtes nach Durchlaufen des Objektivs in 7 am Pupillenrand in Abhängigkeit von Lichtwellenlänge; und
13 ein schematisches Diagramm der Strehl-Zahl in Abhängigkeit von der Phasenverzögerung für die Objektive aus 1 und 7.

1 zeigt ein Objektiv 10, das vier als Spiegel ausgebildete optische Elemente M1, M2, M3, M4 aufweist, die entlang einer optischen Achse 12 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Mit Hilfe des Objektivs 10 kann ein zu inspizierendes Objekt 15, beispielsweise ein Wafer oder eine Maske, der/die in der Objektebene 14 angeordnet ist, auf eine Bildebene abgebildet werden. Hierdurch lassen sich Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit des zu inspizierenden Objektes gewinnen. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind das zu inspizierende Objekt und die Bildebene in 1 nicht gezeigt.
Alle vier Spiegel M1--M4 sind bezüglich der optischen Achse 12 rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Spiegel M1--M4 weisen jeweils ein Substrat 19, 21, 31, 33 und eine Fläche 20b, 22b, 32b, 34b auf. Die Fläche 20b, 22b, 32b, 34b ist auf das jeweilige Substrat 19, 21, 31, 33 aufgebracht und weist eine hochreflektierende Beschichtung (HR-Beschichtung) 19s, 21s, 31s, 33s auf, die sich von einer Grenzfläche 20b, 22b, 32b, 34b des jeweiligen Substrats 19, 21, 31, 33 entlang einer Flächennormalen bis zu einer zweiten Grenzfläche 20a, 22a, 32a, 34a der HR-Beschichtung zum Umgebungsmedium, beispielsweise Luft, erstreckt.
Die Flächen 20b, 32b der Spiegel M1, M3 sind zur Reflexion des Lichtes in Richtung zur Objektebene 14 hin derselben zugewandt ausgebildet. Die Spiegelflächen 22b, 34b der Spiegel M2, M4 sind zur Reflexion des Lichtes in Richtung von der Objektebene 14 weg von derselben abgewandt ausgebildet.
Die jeweilige HR-Beschichtung 19s, 21s, 31s, 33s weist eine oder mehrere dielektrische Lagen auf. Zumindest eine der HR-Beschichtungen 19s, 21s, 31s, 33s der Flächen 20b, 22b, 32b, 34b ist ausschließlich aus einem dielektrischen Material bzw. mehreren dielektrischen Materialien gebildet. Die optische Gesamtschichtdicke der zumindest einen dielektrischen Lage nimmt in radialer Richtung bezüglich der optischen Achse 12 von innen nach außen zu. Vorzugsweise beträgt die Differenz zwischen der maximalen und minimalen optischen Gesamtschichtdicke bei zumindest einer HR-Beschichtung mehr als 2% des durchschnittlichen Wertes der optischen Gesamtschichtdicke bei dieser Beschichtung. In 1 sind die HR-Beschichtungen der Flächen 20b, 22b, 32b, 34b der Spiegel M1-M4 jeweils schraffiert dargestellt, wobei sie zwecks besserer Sichtbarkeit mit einer vergrößerten Schichtdicke gezeigt sind, die jedoch nicht maßstabsgetreu ist. Der radial nach außen zunehmende Schichtdickenverlauf ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt.
Ein vom Objekt 15 ausgehender Lichtstrahl 11, 13 tritt durch eine gedachte Fläche 18 einer Durchbrechung 16 des Spielgels M2 hindurch. Die Durchbrechung 16 ist kreisförmig ausgestaltet, so dass die optische Achse 12 durch die Kreismitte verläuft. Der Lichtstrahl 11, 13 wird dann von der hochreflektierenden Beschichtung 19s auf Fläche 20b des Spiegels M1 zur beschichteten Fläche 22b des Spiegels M2 reflektiert. An der beschichteten Fläche 22b wird der Lichtstrahl 11, 13 erneut reflektiert, bevor dieser durch zwei weitere gedachte Flächen 24, 30 zweier Durchbrechungen 26, 28 der Spiegel M1 und M4 zum Spiegel M3 gelangt. Dort wird der Lichtstrahl 11, 13 an der beschichteten Fläche 32b zum Spiegel M4 reflektiert. Schließlich wird der Lichtstrahl 11, 13 an der Fläche mit Beschichtung 33s des Spiegels M4 in Richtung einer Durchbrechung 37 des Spiegels M3 reflektiert, durch dessen gedachte Fläche 36 der Lichtstrahl 11, 13 durchtritt.
In 1 ist beispielhaft und zwecks vereinfachter zeichnerischer Darstellung gezeigt, dass der Lichtstrahl 11, 13 an den Grenzflächen der Substrate 19, 21, 31, 33 reflektiert wird.
Die Designdaten der verschiedenen optischen Elemente des in 1 gezeigten Objektivs 10 sind in 2 tabellarisch zusammengefasst. Der Radius bezieht sich auf den Krümmungsradius der Flächen 20b, 22b, 32b, 34b. Für die restlichen Flächen ist ein Krümmungsradius nicht definiert und wird ein Wert von 0 angegeben. Als Dicke ist die Erstreckung entlang der optischen Achse 12 zwischen zwei benachbarten, vom Lichtstrahl 11, 13 beaufschlagten Flächen angegeben.
Beispielsweise durchläuft der an der beschichteten Fläche 22b reflektierte Lichtstrahl 11, 13 den Zwischenraum zwischen den Spiegeln M1, M2. Die Fläche 22b weist einen Krümmungsradius von -274,08664 mm auf, wobei der Zwischenraum in Richtung der optischen Achse 12 eine Erstreckung von 94,147 mm aufweist. Dabei entspricht ein Krümmungsradius mit positivem/negativem Vorzeichen (positive Vorzeichen sind nicht explizit gezeigt) einer optischen Fläche, die entgegen/in der Einfallsrichtung des Lichtes gewölbt ist.
Die beschichteten Flächen 20b, 22b, 32b, 34b der Spiegel M1, M2, M3, M4 sind als rotationssymmetrische Kegelschnittasphären ausgebildet, deren Koeffizienten in 3 tabellarisch zusammengefasst sind. Die Kegelschnittasphärenfunktion und deren Parameter werden in DIN ISO 10110 Teil 12 beschrieben.
Die optische Gesamtschichtdicke der Beschichtungen auf den Flächen 20b, 22b, 32b, 34b in radialer Richtung weist einen Verlauf auf, der gegen Rotationen um die optische Achse 12 gleich bleibt.
Ferner gehorcht die optische Gesamtschichtdicke d der Beschichtung auf den Flächen 22b und 34b der Spiegel M2 und M4 der folgenden Abhängigkeit: $d (h) \sim (1 + a h^{2} + b h^{4})$
Hier bezeichnen d den Skalierungsfaktor der optischen Gesamtschichtdicke der zumindest einen dielektrischen Lage der jeweiligen Beschichtung auf den Flächen 22b und 34b und h die von der optischen Achse 12 aus definierte radiale Entfernung, wobei a, b konstante Koeffizienten sind. Die Werte für die Koeffizienten a, b sind in 4 tabellarisch zusammengefasst. Die optische Gesamtschichtdicke der Beschichtungen 21s, 33s nimmt daher von innen nach außen radialsymmetrisch zu.
Die beschichteten Flächen 20b, 22b, 32b, 34b der Spiegel M1-M4 weisen jeweils eine hochreflektierende (HR) Beschichtung 19s, 21s, 31s, 33s auf, die sich vom Substrat 19, 21, 31, 33 aus erstreckt. Jede HR-Beschichtung 19s, 21s, 31s, 33s weist eine Vielzahl von dünnen Lagen auf. 5 zeigt tabellarisch den mehrlagigen Aufbau der jeweiligen HR-Beschichtung 19s, 21s, 31s, 33s der Spiegel M1-M4, wobei die mehreren Lagen am Substrat beginnend durchnummeriert sind.
Auf diese Weise trifft der Lichtstrahl 11, 13 alle beschichteten Flächen 20b, 22b, 32b, 34b. Hierdurch wird die Phasenverzögerung zwischen radial und tangential polarisiertem Licht zumindest für eine Wellenlänge zwischen der maximalen und minimalen Nutzwellenlänge eines vorzugsweise breitbandigen Nutzwellenlängenbereichs um einen Faktor von mindestens zwei vermindert. Zum Vergleich ist der Schichtaufbau einer HR-Beschichtung aus dem Stand der Technik ebenfalls gezeigt.
In 6 ist als durchgezogene Kurve der Verlauf der Phasenverzögerung des Lichtes zwischen in tangentialer und radialer Richtung polarisiertem Licht nach Durchlaufen des Objektivs 10 in 1 am Pupillenrand in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge schematisch gezeigt. Im gesamten Wellenlängenbereich von 280 nm bis zu 420 nm weist die Phasenverzögerung einen in der Nähe von Null variierenden Wert auf. Zum Vergleich ist die Phasenverzögerung des Lichtes nach Durchlaufen eines aus dem Stand der Technik bekannten Objektivs als gestrichelte Kurve gezeigt. Wie in 6 ersichtlich, ist die Phasenverzögerung beim Objektiv 10 in 1 im gesamten Wellenlängenbereich im Vergleich zum Objektiv aus dem Stand der Technik signifikant reduziert.
Dies deutet auf eine wirksame Korrektur der Phasenverzögerung zwischen in tangentialer und radialer Richtung polarisiertem Licht beim erfindungsgemäßen Objektiv 10 hin, die auf die Ausgestaltung der HR-Beschichtungen zurückzuführen ist. Alle vier HR-Beschichtungen sind vorzugsweise unterschiedlich aufgebaut. Der unterschiedliche Aufbau erzeugt in Vorzeichen und Betrag unterschiedliche Phasenverzögerungen. Diese unterschiedlichen Werte der Phasenverzögerung addieren sich nach Durchlaufen aller vier HR-Beschichtungen zu einem Wert nahe Null. Somit reduziert sich die gesamte relative Phasenverzögerung nach Durchlaufen des Objektivs 10.
Die aus 6 ersichtliche, von der Wellenlänge unabhängige und somit achromatische Reduktion der Phasenverzögerung bewirkt zusammen mit der in Formel (1) und 4 beschriebenen Schichtdickenverläufen eine wirksame Achromatisierung des Wellenfrontverhaltens der HR-Beschichtungen, insbesondere bezüglich des Fokus-Anteils. Das ist gleichbedeutend mit der Korrektur des durch die HR-Beschichtungen erzeugten Farblängsfehlers.
7 zeigt eine schematische Schnittansicht eines weiteren Objektivs 10'. Das Objektiv 10' weist einen katadioptrischen Teil I und einen dioptrischen Teil II auf, wobei die beiden Teile I, II jeweils eine Vielzahl von optischen Elementen aufweisen, die entlang der optischen Achse 12 angeordnet sind.
Der katadioptrische Teil I des Objektivs 10' setzt sich aus zwei Mangin-Spiegeln M1', M2' und einer Linsenanordnung 58 zusammen, wobei die Mangin-Spiegel M1', M2' jeweils eine Fläche 50b, 56b, die eine HR-Beschichtung 49s, 53s umfasst, und eine mit derselben zusammengefügte Linse 49, 53 aufweisen. Die HR-Beschichtung 49s, 53s erstreckt sich von einer Grenzfläche 50a, 56a der Linse 49, 53 entlang einer Flächennormalen in einer von der Linse 49, 53 abgewandten Richtung. Die zweite Grenzfläche 50b, 56b ist gleichzeitig die äußerste reflektierende Fläche, wobei die Linse 49, 53 als Substrat der Mangin-Spiegel M1', M2' dient.
Die HR-Beschichtung 49s des Mangin-Spiegels M1' weist eine kreisförmige Durchbrechung 46 auf. Der Mangin-Spiegel M2' weist eine Durchbrechung 57 auf, die sich über die gesamte Dicke des Mangin-Spiegels M2' mit einem zur Objektebene 14 hin sich verjüngenden kreisförmigen Querschnitt erstreckt. Die Durchbrechungen 46, 57 sind bezüglich der optischen Achse 12 konzentrisch ausgebildet.
Die HR-Beschichtung 49s des Mangin-Spiegels M1' ist auf der Grenzfläche 50a des Substrats 49 angeordnet und dient zur Reflexion des Lichtes. Das Licht durchläuft eine Endfläche 52 der Substrats 49 des Mangin-Spiegels M1' bevor es an der HR-Beschichtung 53s des Mangin-Spiegels M2' reflektiert wird. Am Mangin-Spiegel M2' wird das Licht eine Endfläche 54 und das Substrat 53 durchlaufen bevor es reflektiert wird.
Die jeweilige HR-Beschichtung 49s, 53s der Mangin-Spiegel M1', M2' weist jeweils eine oder mehrere dielektrische Lagen auf. Dabei nimmt die optische Gesamtschichtdicke der zumindest einen dielektrischen Lage in radialer Richtung bezüglich der optischen Achse 12 von innen nach außen zu. Vorzugsweise beträgt die Differenz zwischen der maximalen und minimalen optischen Gesamtschichtdicke bei zumindest einem der beiden Mangin-Spiegel M1', M2' mehr als 2% des durchschnittlichen Wertes der optischen Gesamtschichtdicke. Zumindest eine der beiden HR-Beschichtungen 49s, 53s enthält zusätzlich eine oder mehrere metallische Lagen. In 7 sind die HR-Beschichtungen 49s, 53s der Mangin-Spiegel M1', M2' jeweils schraffiert dargestellt, wobei sie zwecks besserer Sichtbarkeit mit einer vergrößerten Schichtdicke gezeigt sind.
Die Linsenanordnung 58 befindet sich in der Durchbrechung 57 des Mangin-Spiegels M2' und ist in einer vergrößerten Ansicht gezeigt. Die Linsenanordnung 58 weist drei Linsen 59, 63, 67 auf, die entlang der optischen Achse 12 voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Linsen 59, 63, 67 erstrecken sich entlang der optischen Achse 12 jeweils von einer ersten Linsenfläche 60, 64, 68 bis zu einer zweiten Linsenfläche 62, 66, 70.
Der dioptrische Teils II des Objektivs 10' umfasst mehrere Linsen 71, 75, 79, 83 ,87, 91, 95, die sich jeweils entlang der optischen Achse 12 von einer ersten Linsenfläche 72, 76, 80, 84, 88, 92, 96 bis zu einer zweiten Linsenfläche 74, 78, 82, 86, 90, 94, 98 erstrecken.
Ein Lichtstrahl 41, 43, der von einem in der Objektebene 14 befindlichen Objekt 15, beispielsweise einem Wafer oder einer Maske, ausgeht, tritt durch die Linsenflächen 48, 52 der Linse 49 des Mangin-Spiegels M1' hindurch und gelangt zum Mangin-Spiegel M2'. Nach dem Durchlaufen der Linse 53 wird der Lichtstrahl 41, 43 an der HR-Beschichtung 53s zum Mangin-Spiegel M1' reflektiert. Dort wird der Lichtstrahl 41, 43 an der HR-Beschichtung 49s in Richtung der Linsenanordnung 58 reflektiert. Dort durchläuft der Lichtstrahl 41, 43 alle Linsen 59 - 67 und wird von den Linsen 71 - 95 des dioptrischen Teils II zur Bildebene 44 fokussiert.
In 7 ist beispielhaft und zwecks vereinfachter zeichnerischer Darstellung gezeigt, dass der Lichtstrahl 41, 43 an einer der Grenzfläche 50a, 56a gegenüberliegenden Endfläche der HR-Beschichtungen 49s, 53s reflektiert wird.
Die Designdaten der verschiedenen optischen Elemente des in 7 gezeigten Objektivs 10' sind in 8 analog zu 2 tabellarisch zusammengefasst. Beispielsweise durchläuft der an der Fläche 56b reflektierte Lichtstrahl 41, 43 den Zwischenraum zwischen den Mangin-Spiegeln M1', M2'. Die Fläche 56b weist einen Krümmungsradius von -63,204 mm auf, wobei der Zwischenraum in Richtung der optischen Achse 12 eine Erstreckung von 36,000 mm aufweist. Mindestens eine der beiden mit einer HR-Beschichtung versehenen Flächen 50b, 56b kann als asphärische Fläche ausgebildet sein.
Die in der jeweiligen HR-Beschichtung 49s, 53s der Mangin-Spiegel M1', M2' enthaltene zumindest eine dielektrische Lage weist eine optische Gesamtschichtdicke auf, die bezüglich der optischen Achse 12 von innen nach außen radialsymmetrisch gemäß der obigen Abhängigkeit (1) monoton zunimmt. 9 zeigt tabellarisch die entsprechenden Koeffizienten a, b für die Mangin-Spiegel M1', M2'.
Auf den in 8 gezeigten optischen Flächen der verschiedenen optischen Elemente des Objektivs 10' ist, mit Ausnahme der mit einer HR-Beschichtung versehenen Flächen 49s, 53s, jeweils eine Antireflex(AR)-Beschichtung auf. 10 zeigt tabellarisch die Zusammensetzung der AR-Beschichtung, wobei die mehreren Lagen der jeweiligen AR-Beschichtung am Substrat beginnend durchnummeriert sind.
Auf diese Weise durchläuft der Lichtstrahl 41, 43 nach Reflexion an der jeweiligen Fläche 50b, 56b mindestens eine AR-Beschichtung auf einem weiteren optischen Element des Objektivs 10'. Hierdurch wird die Phasenverzögerung zwischen radial und tangential polarisiertem Licht zumindest für eine Wellenlänge zwischen der maximalen und minimalen Nutzwellenlänge eines vorzugsweise breitbandigen Nutzwellenlängenbereichs um einen Faktor von mindestens zwei vermindert. Zum Vergleich ist die Zusammensetzung einer AR-Beschichtung aus dem Stand der Technik ebenfalls gezeigt.
Die HR-Beschichtungen 49s, 53s der Mangin-Spiegel M1', M2'erstrecken sich von der zumindest einen dielektrischen Lage ausgehend in Richtung zur Linse 49, 53 hin. 11 zeigt tabellarisch die Zusammensetzung der mehrlagigen HR-Schicht, wobei die mehreren Lagen der jeweiligen HR-Schicht in Einfallsrichtung des Lichtes durchnummeriert sind. Die HR-Beschichtungen der beiden Mangin-Spiegel M1', M2' sind unterschiedlich ausgebildet. Die HR-Beschichtung auf M2' ist dabei so ausgestaltet, dass die Phasenverzögerung zwischen radial und tangential polarisiertem Licht verursacht durch Reflexion an der HR-Beschichtung auf M1' und die Transmission durch alle weiteren mit AR-Schichten versehenen Flächen kompensiert wird. Zum Vergleich ist die Zusammensetzung einer HR-Beschichtung aus dem Stand der Technik ebenfalls gezeigt. Im Unterschied zum Objektiv 10' ist gemäß dem Stand der Technik die gleiche HR-Beschichtung für die beiden Flächen 50b, 56b der beiden Mangin-Spiegel M1', M2' verwendet. Daher ist eine Kompensation der Phasenverzögerung bei einer Anordnung gemäß dem gezeigten Stand der Technik nicht möglich.
In 12 ist als durchgezogene Kurve der Verlauf der Phasenverzögerung des Lichtes nach Durchlaufen des Objektivs 10' in 7 am Pupillenrand in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge schematisch gezeigt. Im gesamten Wellenlängenbereich von 280 nm bis zu 420 nm weist die Phasenverzögerung einen nahezu konstanten Wert in der Nähe von Null auf. Zum Vergleich ist die Phasenverzögerung des Lichtes nach Durchlaufen eines aus dem Stand der Technik bekannten Objektivs als gestrichelte Kurve gezeigt. Wie in 12 ersichtlich, ist die Phasenverzögerung beim Objektiv 10' in 7 im gesamten Wellenlängenbereich signifikant reduziert im Vergleich zum Objektiv aus dem Stand der Technik. Dies deutet auf eine wirksame Korrektur der Phasenverzögerung zwischen radial und tangential polarisiertem Licht mittels des Objektivs 10' hin, die auf eine wirksame Kompensation der Phasenaufspaltung durch die beiden HR-Beschichtungen und die AR-Beschichtungen, analog zum Objektiv 10 in 1, zurückzuführen ist.
Aus Ross et al. Appl. Opt. V48, p1812 (2008) ist allgemein bekannt, dass für die Strehl-Zahl, die die Abbildungsgüte eines Objektivs angibt, die folgende Quasi-Gleichung (2) gilt: $S (σ) \approx 1 - {(2 π σ)}^{2}$
wobei σ gemäß $σ = \bar{P^{2}} - {(\bar{P})}^{2}$
definiert und P der Betrag der Phasenverschiebung ist.
Dabei wird die Abbildungsgüte des Systems, beispielsweise eines Objektivs, am Verhältnis der beobachteten maximalen Intensität einer Punktquelle in der Bildebene zur theoretischen maximalen Intensität eines perfekten oder zumindest beugungsbegrenzten optischen Systems gemessen. Mit steigender Abbildungsgüte näher kommt die Strehl-Zahl dem Wert 1. Dies kann durch eine wirksame Korrektur von optischen Aberrationen erreicht werden.
In der Pupillenebene eines Objektivs kann der Betrag der Phasenverzögerung P quadratisch von der Pupillenkoordinate r gemäß (3) abhängen: $P \sim r^{2}$
Nimmt die obige Definition für σ den in (3) genannten quadratischen Verlauf der Phasenverzögerung an, kann die Strehl-Zahl S aus (2) in der Maréchal-Näherung angegeben werden. Hieraus ergibt sich die Strehl-Zahl für die Phasenverzögerung des Lichtes nach Durchlaufen des Gesamtsystems nach $S (σ) \approx 1 - 4 π^{2} {(\frac{p}{360})}^{2} \frac{1}{12}$
Die Phasenverzögerung P nimmt die Einheit Grad an, wobei die Strehl-Zahl eine dimensionslose Größe ist. 13 zeigt ein Diagramm, bei dem die nach (4) ermittelte Strehl-Zahl in Abhängigkeit von der Phasenverzögerung aufgetragen ist.
Wie in 13 zu sehen ist, ergibt sich aus der Gleichung (4) für eine Phasenverzögerung von 120° eine Strehl-Zahl von 63 %. Dies entspricht einer Verschlechterung der Abbildungseigenschaften, bei der Abbildungsfehler durch Überlagerung von Punktbildern gebildet durch das in tangentialer Richtung polarisierte Licht und von Punktbildern gebildet durch das in radialer Richtung polarisierten Licht. Diese Punktbilder sind zueinander defokussiert. Die Überlagerung führt zu einer Verbreiterung des Punktbildes und damit zur erwähnten Verringerung der Strehl-Zahl. Beispielsweise ist dies bei den Objektiven aus dem Stand der Technik der Fall. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Objektivs 10, 10' kann die Phasenverzögerung um einen Faktor von mindestens zwei vermindert werden. Ausgehend von einer ursprünglichen Phasenverzögerung von 120° lässt sich diese somit auf maximal 60° reduziert werden, wobei die Strehl-Zahl mindestens 85% beträgt und somit eine signifikante Verbesserung der Abbildungseigenschaften bedeutet.
Das Objektiv 10, 10' kann für einen Nutzwellenlängenbereich verwendet werden, dessen Minimum mindestens 400 nm, vorzugsweise 300 nm, weiter vorzugsweise 200 nm beträgt. Dabei kann die maximale Wellenlänge mindestens das 1,1-Fache der minimalen Wellenlänge betragen. Alternativ oder zusätzlich kann das Objektiv 10, 10' eine numerische Apertur (NA) von mindestens 0,75 aufweisen.
Mit Hilfe des Objektivs 10, 10' kann ein zu inspizierendes Objekt 15, beispielsweise ein Wafer oder eine Maske, der/die in der Objektebene 14 angeordnet ist, auf die Bildebene abgebildet werden. Zur Erfassung des dabei entstehenden Bildes des Objektes 15 kann eine Detektionseinheit, beispielsweise eine CCD-Kamera, eingesetzt werden. Hierdurch sind Informationen zum Oberflächenprofil des Objektes zugänglich, um gegebenenfalls Oberflächenfehler zu korrigieren.
Das Objektiv 10, 10' kann beispielsweise in einem Mikroskop und/oder einer Wafer- bzw. Maskeninspektionsanlage, etwa während der Halbleiter- bzw. Bauteilfertigung, verwendet werden, um die Oberflächenbeschaffenheit des Wafers zu untersuchen. Alternativ kann das Objektiv 10, 10' in einem optischen System, beispielsweise einer Projektionsbelichtungsanlage für die Belichtung von lichtempfindlichen Lacken in der Halbleiterfertigung, zur fotolithografischen Abbildung von Maskenstrukturen auf einen Wafer verwendet werden. Für die Mikro- bzw. Nanoelektronik ist es von hoher Bedeutung, dass die zu prozessierenden Wafer möglichst frei von Oberflächenfehlern sind, um eine hohe Leistungsfähigkeit der hiermit hergestellten Elektronikbauteile zu gewährleisten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5717518 [0003]
DE 102010004827 A1 [0009]
US 7333271 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Ross et al. Appl. Opt. V48, p1812 (2008) [0083]

Claims

Objektiv (10, 10'), mit zumindest zwei optischen Elementen (M1, M2; M1', M2'), die entlang einer optischen Achse (12) angeordnet sind, wobei beide optische Elemente (M1, M2; M1', M2') als Spiegel ausgebildet sind, der ein Substrat (19, 21; 49, 53) und eine auf eine Grenzfläche des Substrats (19, 21; 49, 53) aufgebrachte hochreflektierende Beschichtung (20, 22; 50, 56) aufweist, wobei sich die hochreflektierende Beschichtung (19s, 21s; 49s, 53s) von der Grenzfläche des Substrats (19, 21; 49, 53) aus entlang einer Flächennormalen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der hochreflektierende Beschichtungen (19s, 21s; 49s, 53s) eine oder mehrere Lagen aufweist, wobei die optische Gesamtschichtdicke der einen Lage oder mehreren Lagen radial von innen nach außen zunimmt.
Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen einer maximalen und einer minimalen optischen Gesamtschichtdicke der einen oder mehreren Lagen mehr als 2 % des durchschnittlichen Wertes der optischen Gesamtschichtdicke der hochreflektierende Beschichtung (19s, 21s; 49s, 53s) beträgt.
Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Gesamtschichtdicke der einen oder mehreren Lagen in Bezug auf die optische Achse (12) einen radialsymmetrischen Verlauf aufweist.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Gesamtschichtdicke der einen oder mehreren Lagen bezüglich der optischen Achse in radialer Richtung nach außen monoton zunimmt.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Gesamtschichtdicke der einen oder mehreren Lagen von einer quadratischen und/oder einer vierten Potenz der radialen Entfernung abhängt, die von der optischen Achse aus definiert ist.
Objektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Gesamtschichtdicke der einen oder mehreren Lagen von der Summe aus der quadratischen Potenz und der vierten Potenz der radialen Entfernung linear abhängt.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu ausgelegt ist, um für einen Nutzwellenlängenbereich verwendet zu werden, dessen untere Grenze unter 400 nm, vorzugsweise unter 300 nm, weiter vorzugsweise unter 200 nm liegt.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch zumindest einen weiteren Spiegel (M3, M4), einen Mangin-Spiegel (M1', M2') und/oder eine Linse (59, 63, 67).
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der optischen Elemente eine Durchbrechung (16, 26) für den Durchgang von Licht aufweist.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der optischen Elemente eine hochreflektierende Beschichtung (19s, 21s; 49s, 53s) aufweist, die ein dielektrisches Material und/oder ein Metall aufweist.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch zumindest eine transparente Platte mit einer planen Grenzfläche, wobei die transparente Platte als Strahlteiler wirkt.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der optischen Elemente eine asphärisierte Spiegelfläche und/oder Linsenfläche aufweist.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine numerische Apertur, die größer als 0,75 ist.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Strehl-Zahl, die größer als 85% ist.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv dazu ausgelegt ist, um eine Phasenverzögerung zwischen radial und tangential polarisiertem Licht durch Reflexion des Lichtes an der hochreflektierenden Beschichtung zumindest eines weiteren der optischen Elemente (M1, M2; M1', M2') oder durch Transmission des Lichtes durch eine antireflektierende Beschichtung eines der optischen Elemente (M1', M2', 59, 63, 67, 71, 75, 79, 83, 87, 91, 95) zumindest für eine Wellenlänge zwischen einer maximalen und einer minimalen Nutzwellenlänge, bevorzugt für ein Wellenlängenband des Nutzwellenbereichs, um einen Faktor von mindestens zwei zu vermindern, nachdem das Licht zuvor an der hochreflektierenden Beschichtung eines der optischen Elemente (M1, M2; M1', M2') reflektiert wurde.
Optisches System zum Inspizieren eines Wafers, einer Maske, oder zur fotolithografischen Abbildung der Maske auf den Wafer, mit einem Objektiv (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 15.