DE10229614A1 - Catadioptric reduction lens - Google Patents
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Abstract
Ein katadioptrisches Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in der Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in die Bildebene des Projektionsobjektivs hat zwischen Objektebene und Bildebene einen katadioptrischen Objektivteil mit einem Konkavspiegel (17) und einem ersten Umlenkspiegel (16) sowie mindestens einen zweiten Umlenkspiegel (19). Im Lichtweg zwischen den Umlenkspiegeln wird die Polarisationsvorzugsrichtung des Lichtes mit Hilfe einer Polarisationsdreheinrichtung (26) um ca. 90 DEG gedreht. Dadurch können polarisationsabhängige Reflektivitäts- und Phasenwirkungsunterschiede der Umlenkspiegel mindestens teilweise kompensiert werden. Hierdurch ist eine Abbildung mit weitgehend gleichem Kontrast für alle Strukturrichtungen möglich.A catadioptric projection lens for imaging a pattern arranged in the object plane of the projection lens into the image plane of the projection lens has a catadioptric lens part with a concave mirror (17) and a first deflection mirror (16) and at least a second deflection mirror (19) between the object plane and the image plane. In the light path between the deflecting mirrors, the preferred polarization direction of the light is rotated by approx. 90 ° using a polarization rotating device (26). As a result, polarization-dependent differences in reflectivity and phase effects of the deflecting mirrors can be at least partially compensated for. As a result, imaging with largely the same contrast is possible for all structural directions.
Description
Die Erfindung betrifft ein katadioptrisches Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in eine Bildebene des Projektionsobjektivs.The invention relates to a catadioptric projection lens for imaging one in an object plane of the projection lens arranged pattern in an image plane of the projection lens.
Derartige Projektionsobjektive werden in Projektionsbelichtungsanlagen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen verwendet, insbesondere in Waferscannern und Wafersteppern. Sie dienen dazu, Muster von Photomasken oder Strichplatten, die nachfolgend auch als Masken oder Retikel bezeichnet werden, auf einen mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichteten Gegenstand mit höchster Auflösung in verkleinerndem Maßstab zu projizieren.Such projection lenses are in projection exposure systems for the production of semiconductor components and other finely structured components used, in particular in wafer scanners and wafer steppers. They are used to create patterns of Photo masks or graticules, also referred to below as masks or reticle can be referred to one with a photosensitive Layer coated object with the highest resolution on a scaling down scale project.
Dabei ist es zur Erzeugung immer feinerer Strukturen notwendig, einerseits die bildseitige numerische Apertur (NA) des Projektionsobjektivs zu vergrößern und andererseits immer kürzere Wellenlängern zu verwenden, vorzugsweise Ultraviolettlicht mit Wellenlängen von weniger als ca. 260 nm.It is always for generation finer structures necessary, on the one hand the numerical on the image side To increase the aperture (NA) of the projection lens and, on the other hand, always shorter wave prolong to be used, preferably ultraviolet light with wavelengths of less than approx. 260 nm.
In diesem Wellenlängenbereich stehen nur noch wenig ausreichend transparente Materialien zur Herstellung der optischen Komponenten zur Verfügung, insbesondere synthetisches Quarzglas und Fluoridkristalle, wie Calciumfluorid. Da die Abbékonstanten der verfügbaren Materialien relativ nahe beieinander liegen, ist es schwierig, rein refraktive Systeme mit ausreichender Korrektur von Farbfehlern (chromatische Aberration) bereitzustellen. Daher werden für höchstauflösende Projektionsobjektive überwiegend katadioptrische System verwendet, bei denen brechende und reflektierende Komponenten, insbesondere also Linsen und Siegel, kombiniert sind.In this wavelength range there are only little enough transparent materials to manufacture the optical Components available especially synthetic quartz glass and fluoride crystals such as calcium fluoride. Because the Abbé constants of the available Materials are relatively close together, it is difficult to get in refractive systems with sufficient correction of color errors (chromatic Aberration). Therefore, for high-resolution projection lenses are predominant Catadioptric system uses refractive and reflective ones Components, in particular lenses and seals, are combined.
Bei der Nutzung von abbildenden Spiegelflächen ist es erforderlich, Strahlumlenkeinrichtungen einzusetzen, wenn eine obskurationsfreie und vignettierungsfreie Abbildung erreicht werden soll. Es sind sowohl Systeme geometrischer Strahlteilung mittels einem oder mehreren, voll reflektierenden Umlenkspiegeln bekannt, als auch Systeme mit physikalischen Strahlteilern, insbesondere solchen mit polarisationsselektiv wirksamen Spiegelflächen. Neben den funktionsnotwendig vorhandenen. Spiegelflächen können Planspiegel zur Faltung des Strahlengangs vorgesehen sein, um beispielsweise Bauraumanforderungen zu erfüllen und um Objekt- und Bildebene parallel zueinander auszurichten.When using imaging mirror surfaces it is necessary to use beam deflection devices if one Obscuration-free and vignetting-free imaging can be achieved should. They are both systems of geometric beam splitting using one or more, fully reflecting deflecting mirrors known as also systems with physical beam splitters, especially those with polarization-selective mirror surfaces. In addition to the function necessary existing. mirror surfaces can Plane mirrors for folding the beam path can be provided, for example To meet installation space requirements and to align the object and image plane parallel to each other.
Bei Verwendung eines physikalischen Strahlteilers sind axiale (on-axis) Systeme realisierbar. Hier werden überwiegen polarisationsselektiv wirksame Spiegelflächen eingesetzt, die abhängig von der Polarisationsvorzugsrichtung der auftreffenden Strahlung reflektierend oder transmittierend wirken. Solche Systeme benötigen im Lichtweg zwischen einer ersten und einer zweiten Nutzung der Strahlteilerfläche eine Einrichtung zur Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung des Lichtes um insgesamt 90°. Üblicherweise werden hierzu doppelt durchlaufende Viertelwellenlängenplatten zwischen Strahlteiler und Konkavspiegel eingesetzt. Nachteilig an solchen Systemen ist, dass geeignete transpa rente Materialien für den Strahlteilerblock in den erforderlich großen Volumina nur begrenzt verfügbar sind und dass die Herstellung ausreichend wirksamer Strahlteilerschichten für die gegebene Winkelbelastung erhebliche Schwierigkeiten bereiten kann.When using a physical beam splitter axial (on-axis) systems can be implemented. Will prevail here polarization-selective effective mirror surfaces are used, which depend on reflecting the preferred polarization direction of the incident radiation or act as a transmitter. Such systems need in the light path between a first and a second use of the beam splitter area Device for rotating the preferred polarization direction of the light by a total of 90 °. Usually double quarter wave plates inserted between beam splitter and concave mirror. Disadvantageous such systems is that suitable transparent materials for the beam splitter block in the required large Volumes are only available to a limited extent are and that the production of sufficiently effective beam splitter layers for the given angular load can cause considerable difficulties.
Nachteile von Systemen mit Strahlteilerblock können bei Systemen mit geometrischer Strahlteilung vermieden werden. Diese Systeme haben allerdings den prinzipbedingten Nachteil, dass es sich um außeraxiale (off-axis) Systeme, d.h. um Systeme mit außeraxialem Objektfeld handelt.Disadvantages of systems with a beam splitter block can Systems with geometric beam splitting can be avoided. This Systems have the principle disadvantage that it is off-axis (off-axis) systems, i.e. are systems with an off-axis object field.
Systeme dieser Art haben einen ersten Umlenkspiegel, der gegenüber der optischen Achse gekippt ist und dazu dient, entweder die von der Objektebene kommende Strahlung zum Konkavspiegel umzulenken oder dazu, die vom Konkavspiegel reflektierte Strahlung zu nachfolgenden Objektivteilen umzulenken. In der Regel ist ein zweiter Umlenkspiegel vorgesehen, der als Faltungsspiegel dient, um Objektebene und Bildebene zu parallelisieren. Um eine hohe Reflektivität dieser Spiegel zu gewährleisten, sind sie üblicherweise mit Reflexschichten, meist dielektrischen Mehrfachschichten oder einer Kombination aus metallischen und dielektrischen Schichten belegt. Durch dielektrische Schichten, die unter hohem Einfallswinkel betrieben werden, kann das durchtretende Licht polarisationsabhängig beeinflusst werden.Systems of this type have a first Deflecting mirror, the opposite the optical axis is tilted and serves either that of to redirect the radiation coming from the object plane to the concave mirror or to follow the radiation reflected by the concave mirror To divert lens parts. Usually there is a second deflecting mirror provided that serves as a folding mirror around the object plane and image plane to parallelize. To ensure a high reflectivity of these mirrors, they are common with reflective layers, mostly dielectric multiple layers or a combination of metallic and dielectric layers. Through dielectric layers that operate at a high angle of incidence the passing light can be influenced depending on the polarization become.
Es ist beobachtet worden, dass bei katadioptrischen Systemen unter gewissen Abbildungsbedingungen verschiedene im abzubildenden Muster enthaltene Strukturrichtungen mit unterschiedlichem Kontrast abgebildet werden. Diese Kontrastunterschiede für verschiedene Strukturrichtungen werden auch als H-V-Differenzen (Horizontal-Vertikal-Differenzen) oder als Variationen der kritischen Dimensionen (CD-Variationen) bezeichnet und machen sich im Photoresist als unter schiedliche Linienbreiten für die verschiedenen Strukturrichtungen bemerkbar.It has been observed that at different catadioptric systems under certain imaging conditions Structural directions with different contrast contained in the pattern to be displayed be mapped. These contrast differences for different structure directions are also called H-V differences (horizontal-vertical differences) or referred to as variations of the critical dimensions (CD variations) and make themselves in the photoresist as under different line widths for the different Structural directions noticeable.
Es sind verschiedene Vorschläge zur Vermeidung
solcher richtungsabhängiger
Kontrastunterschiede gemacht worden. Die
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund, ein katadioptisches Projektionsobjektiv bereitzustellen, welches für verschiedene Strukturrichtungen eines Musters eine Abbildung im wesentlichen ohne strukturrichtungsabhängige Kontrastunterschiede erlaubt.The invention is based on the object to provide a catadioptical projection lens which for different Structural directions of a pattern are essentially an illustration without structure direction dependent Contrast differences allowed.
Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung durch ein katadioptisches Projektionsobjektiv mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This task is carried out according to a Aspect of the invention through a catadioptical projection lens solved with the features of claim 1. Advantageous further training are specified in the dependent claims. The wording of all Expectations is made the content of the description by reference.
Ein katadioptrisches Projektionsobjektiv gemäß einem Aspekt der Erfindung hat zwischen der Objektebene und der Bildebene einen katadioptrischen Objektivteil mit einem Konkavspiegel und einem ersten Umlenkspiegel sowie mindestens einen zweiten Umlenkspiegel. Die Umlenkspiegel sind vorzugsweise um parallele Kippachsen gegenüber der optischen Achse des Projektionsobjektivs verkippt und so angeordnet, dass Objektebene und Bildebene parallel ausgerichtet sind. Zwischen dem ersten Umlenkspiegel und dem zweiten Umlenkspiegel ist eine Polarisationsdreheinrichtung zur Drehung einer Polarisationsvorzugsrichtung von durchtretendem Licht angeordnet. Deren Wirkung ist so ausgelegt, dass polarisationsabhängige Reflektivitäts- und Phasenwirkungsunterschiede der Umlenkspiegel mindestens teilweise kompensiert werden. Mit Hilfe der Polarisationsdrehvorrichtung können die Umlenkspiegel so betrieben werden, dass bei hoher Gesamtreflektivität insgesamt eine verschwindende oder nur sehr geringe Amplituden- und Phasenverlaufsaufspaltung der senkrecht zueinander schwingenden Feldkomponenten des elektrischen Feldvektors vorliegt. Die Polarisationsdrehvorrichtung ist so auszulegen, dass sich eine polarisationsaufspaltende Wirkung des ersten Umlenkspiegels, beispielsweise bewirkt durch dielektrische Mehrlagen-Reflexbeschichtungen, mit der entsprechenden Wirkung des zweiten Umlenkspiegels so weit kompensiert, dass nach der zweiten Reflexion eine gegebenenfalls noch vorhandene Restauf spaltung der Polarisationsrichtungen unterhalb einer unschädlichen Schwelle liegt.A catadioptric projection lens according to one Aspect of the invention has between the object plane and the image plane a catadioptric lens part with a concave mirror and a first deflecting mirror and at least one second deflecting mirror. The deflecting mirrors are preferably about parallel tilt axes compared to the optical Axis of the projection lens tilted and arranged so that Object plane and image plane are aligned in parallel. Between the the first deflecting mirror and the second deflecting mirror is a polarization rotating device for rotating a polarization preferred direction of passing through Light arranged. Their effect is designed so that polarization-dependent reflectivity and Differences in phase effects of the deflecting mirrors at least partially be compensated. With the help of the polarization rotating device Deflecting mirrors are operated so that overall with high overall reflectivity a vanishing or only very small amplitude and phase curve splitting of the perpendicular to each other vibrating field components of the electrical Field vector is present. The polarization rotating device is to be designed that a polarization-splitting effect of the first deflection mirror caused, for example, by dielectric multilayer reflective coatings, with the corresponding effect of the second deflecting mirror so far compensated for that after the second reflection a possibly still existing splitting of the polarization directions below one harmless Threshold lies.
Bei üblichen, hochreflektierenden Mehrlagenbeschichtungen wird bekanntlich der Lichtanteil des auftreffenden Lichts mit höherem Reflexionsgrad reflektiert, bei dem der elektrische Feldvektor senkrecht zur Einfallsebene schwingt (s-Polarisation). Der Reflexionsgrad für p-polarisiertes Licht, bei welchem der elektrische Feldvektor parallel zur Einfallsebene schwingt, ist dagegen über den gesamten Einfallswinkelbereich geringer und erreicht sein Minimum am schichtenspezifischen Brewster-Winkel. Dementsprechend ergeben sich insbesondere im Bereich um den Brewster-Winkel große Amplituden-Aufspaltungen. Außerdem ergeben sich Phasendifferenzen zwischen den verschiedenen Polarisationsrichtungen. Fällt beispielsweise zirkular polarisiertes Licht auf einen solchen herkömmlichen, schräg gestellten Umlenkspiegel, so ist nach der Reflexion die p-Komponente stärker geschwächt als die s-Komponente. Findet nun im Lichtweg zwischen erstem und zweiten Umlenkspiegel eine Drehung der Polarisationsvorzugsrichtungen z.B. um ca. 90° statt, so wird der zweite Umlenkspiegel mit Licht bestrahlt, bei dem die (in Bezug auf den zweiten Umlenkspiegel) s-polarisierte Komponente, welche der p-polarisierte Komponente nach erster Reflexion entspricht, eine geringere Amplitude hat als die p-Komponente. Bei herkömmlicher Beschichtung wird der zweite Umlenkspiegel die p-Komponente wieder schwächer reflektieren als die s-Komponente, so dass als Resultat ein weitgehender Ausgleich der Unterschiede der reflektierten Amplituden für s- und p-Polarisation erreichbar ist. Eine Kompensationswirkung ergibt sich auch für die am ersten Umlenkspiegel aufgebauten Phasendifferenzen. Die Polarisationsdreheinrichtung ist daher vorzugsweise zur Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung um ca. 90° zwischen den Umlenkspiegeln ausgebildet.With usual, highly reflective Multi-layer coatings are known to be the light component of the incident Light with higher Reflectance reflected, in which the electric field vector is perpendicular swings to the plane of incidence (s-polarization). The reflectance for p-polarized light, where the electric field vector vibrates parallel to the plane of incidence, is against the entire angle of incidence is smaller and reaches its minimum at the layer-specific Brewster angle. Accordingly result large splits in amplitude particularly in the area around the Brewster angle. Moreover there are phase differences between the different polarization directions. For example, falls circularly polarized light on such a conventional, aslant Deflecting mirror, the p component is after the reflection stronger weakened than the s component. Now takes place in the light path between the first and second deflecting mirror a rotation of the preferred polarization directions e.g. by about 90 ° instead the second deflecting mirror is irradiated with light, in which the (in Reference to the second deflection mirror) s-polarized component, which corresponds to the p-polarized component after the first reflection, has a lower amplitude than the p component. With conventional Coating, the second deflecting mirror will reflect the p-component again less than the s component, so that as a result a more or less equalization of the differences in the reflected amplitudes for s and p polarization is. There is also a compensation effect for the phase difference built up first deflection mirror. The polarization rotator is therefore preferred for rotating the preferred polarization direction by approx. 90 ° between the deflecting mirrors.
Die gezielte Drehung der Polarisation zwischen erstem und zweitem Umlenkspiegel erlaubt die Verwendung herkömmlicher, relativ einfach aufgebauter und herstellbarer, hoch reflektierender Reflexbeschichtungen für die Umlenkspiegel.The targeted rotation of the polarization use allows between the first and second deflecting mirror conventional, relatively simply constructed and producible, highly reflective Reflective coatings for the deflecting mirror.
Bei Projektionsobjektiven, die zwischen dem ersten Umlenkspiegel und dem zweiten Umlenkspiegel einen vom Licht doppelt durchlaufenen Bereich aufweisen, kann die Polarisationsdreheinrichtung eine im doppelt durchlaufenden Bereich angeordnete Verzögerungseinrichtung mit der Wirkung einer Viertelwellenlängen-Platte sein und somit eine Umwandlung von linear polarisiertem Licht in zirkular polarisiertes Licht und umgekehrt ermöglichen. Die Polarisationsdreheinrichtung kann beispielsweise durch eine λ/4-Platte gebildet sein, die zwischen einem geometrischen Strahlteiler und dem Konkavspiegel angebracht ist und sowohl im Lichtweg zwischen erstem Umlenkspiegel und Konkavspiegel, als auch im Lichtweg zwischen Konkavspiegel und zweitem Umlenkspiegel durchstrahlt wird.For projection lenses that are between the first deflecting mirror and the second deflecting mirror one from If the light has a double pass region, the polarization rotating device can Delay device arranged in the double continuous area with the effect of a quarter-wave plate and thus a conversion from linearly polarized light to circularly polarized Enable light and vice versa. The polarization rotating device can, for example, by a λ / 4 plate be formed between a geometric beam splitter and the concave mirror is attached and both in the light path between first deflecting mirror and concave mirror, as well as in the light path between Concave mirror and second deflecting mirror is irradiated.
Vorzugsweise ist die Verzögerungseinrichtung an einer Position angebracht, an der die Divergenz der durchtretenden Strahlen minimal ist, da die Wirkung üblicher Verzögerungselemente stark winkelabhängig ist. Günstig ist insbesondere eine Anordnung im Nahbereich einer Pupille des Projektionsobjektivs. Da eine exakte Kompensation der genannten Amplituden- und Phaseneffekte in der Regel nicht erforderlich ist, können Toleranzen um die exakte Verzögerungswirkung im Bereich von ± 10 bis 20% in vielen Fällen toleriert werden.The delay device is preferably tion at a position where the divergence of the rays passing through is minimal, since the effect of conventional delay elements is strongly dependent on the angle. An arrangement in the vicinity of a pupil of the projection objective is particularly favorable. Since an exact compensation of the mentioned amplitude and phase effects is generally not necessary, tolerances around the exact delay effect in the range of ± 10 to 20% can be tolerated in many cases.
Es ist auch möglich, dass die Polarisationsdreheinrichtung ein λ/2-Verzögerungselement umfasst, welches in einem vom Licht nur einmal durchlaufenen Bereich zwischen erstem Umlenkspiegel und zweitem Umlenkspiegel angeordnet ist. Bei Systemen mit geometrischem Strahlteiler, bei denen der erste Umlenkspiegel zur Umlenkung von Objektlicht Richtung Konkavspiegel und der zweite Umlenkspiegel zur Umlenkung von vom Konkavspiegel kommendem Licht Richtung Bildebene dient, kann eine λ/2-Platte oder ein Element entsprechender Wirkung nahe hinter dem ersten Umlenkspiegel oder nahe vor dem zweiten Umlenkspiegel in einem Bereich angeordnet sein, wo sich die Strahlbündel nicht überlappen.It is also possible that the polarization rotator a λ / 2 delay element which is in an area which is only traversed by light once arranged between the first deflecting mirror and the second deflecting mirror is. In systems with a geometric beam splitter, in which the first Deflecting mirror for deflecting object light towards the concave mirror and the second deflecting mirror for deflecting from the concave mirror incoming light towards the image plane can be a λ / 2 plate or an element of similar effect close behind the first deflecting mirror or arranged in front of the second deflecting mirror in an area be where the beam is do not overlap.
Polarisationsdreheinrichtungen mit
der (angenäherten)
Wirkung einer λ/2-Platte
oder dergleichen können
auch in Projektionsobjektiven nützlich sein,
bei denen das Objektlicht ohne Umlenkung zunächst auf den Konkavspiegel
trifft und das von diesem reflektierte Licht mit Hilfe von zwei
aufeinander folgenden Umlenkspiegeln umgelenkt wird, zwischen denen
die Polarisationsdreheinrichtung anzuordnen ist. Solche Systeme
sind beispielsweise in der
Besonders vorteilhaft sind katadioptrische Projektionsobjektive, bei denen die Polarisationsdreheinrichtung mindestens ein Verzögerungselement aufweist, welches aus einem Kalziumfluorid-Kristall oder einem Bariumfluorid-Kristall oder einem anderen kubischen Kristallmaterial mit intrinsischer Doppelbrechung besteht, wobei die optische Achse des Verzögerungselementes annähernd in Richtung einer <110>-Kristallachse oder einer dazu äquivalenten Hauptkristallachse ausgerichtet ist. Aus der Internet-Publikation „Preliminary determination of an intrinsic birefringence in CaF2" von John H. Burnett, Eric L. Shirley und Zachary H. Levine, NIST Gaithersburg, MD 20899, USA (verbreitet am 7. 5. 2001) ist bekannt, dass Calciumfluorid-Einkristalle intrinsische Doppelbrechung aufweisen, also Doppelbrechung, die nicht spannungsinduziert ist. Die präsentierten Messungen zeigen, dass bei Strahlausbreitung in Richtung der <110>-Kristallachse bzw. äquivalenten Richtungen eine Doppelbrechung von (6.5 ± 0.4) nm/cm bei einer Wellenlänge von λ = 156,1 nm auftritt. Der Wert sinkt zu höheren Wellenlängen und beträgt beispielweise bei 193.09 nm (3.6 ± 0.2) nm/cm. Messungen der Anmel derin zeigen für λ = 157 nm sogar Werte von ca. 11 nm/cm. Die Doppelbrechung in den anderen Kristallrichtungen ist dagegen klein. Auch bei Bariumfluorid-Einkristallen wird eine entsprechende residuale Doppelbrechung mit Maximum in <110>-Richtung des Kristalls festgestellt, die bei 157 nm ca. 25 nm/cm beträgt und somit etwa doppelt so hoch liegt wie bei Calciumfluorid-Einkristallen.Catadioptric projection lenses in which the polarization rotating device has at least one delay element, which consists of a calcium fluoride crystal or a barium fluoride crystal or another cubic crystal material with intrinsic birefringence, are particularly advantageous, the optical axis of the delay element being approximately in the direction of a <110> Crystal axis or an equivalent main crystal axis is aligned. From the Internet publication "Preliminary determination of an intrinsic birefringence in CaF 2 " by John H. Burnett, Eric L. Shirley and Zachary H. Levine, NIST Gaithersburg, MD 20899, USA (published on May 7, 2001) is known that calcium fluoride single crystals have intrinsic birefringence, i.e. birefringence that is not stress-induced.The presented measurements show that when the beam propagates in the direction of the <110> crystal axis or equivalent directions, a birefringence of (6.5 ± 0.4) nm / cm at a Wavelength of λ = 156.1 nm occurs. The value drops to higher wavelengths and is, for example, 193.09 nm (3.6 ± 0.2) nm / cm. Measurements by the applicant even show values of approximately 11 nm / cm for λ = 157 nm The birefringence in the other crystal directions, on the other hand, is small. Also in the case of barium fluoride single crystals, a corresponding residual birefringence with a maximum in the <110> direction of the crystal is found, which is approx. 25 nm / cm and is therefore about twice as high as with calcium fluoride single crystals.
Die intrinsische Doppelbrechung dieser Materialien, die bei Strahldurchtritt parallel zu Kristallrichtungen vom Typ <110> maximal ist, kann gezielt als Wirkmechanismus für Verzögerungselemente genutzt werden. Wegen der verhältnismäßig geringen Werte der Doppelbrechung (im Vergleich beispielsweise zu Magnesiumfluorid) können derartige Verzögerungselemente mehrere Millimeter oder Zentimeter dick sein, wodurch Fertigung und gegebenenfalls Fassung derartiger Elemente erleichtert ist. Typische Dicken können bei mehr als ca. 5mm liegen, insbesondere zwischen ca. 10mm und ca. 50mm. Vorteilhaft ist auch, dass wegen der verhältnismäßig geringen Doppelbrechung leichte Dickeschwankungen der Elemente nur geringen Einfluss auf die Verzögerungswirkung haben. Die hohe Toleranz gegenüber Dickevariationen kann z.B. dazu genutzt werden, mindestens eine Fläche eines derartigen Verzögerungselementes als Funktionsfläche auszubilden. Beispielsweise kann mindestens eine der Endflächen sphärisch oder asphärisch oder als Freiformfläche gekrümmt sein, so dass das Verzögerungselement auch zur Korrektur eines optischen Systems beitragen kann.The intrinsic birefringence of this Materials that pass parallel to crystal directions when the beam passes of the type <110> is maximum, can targeted as a mechanism of action for delay elements be used. Because of the relatively low values birefringence (compared to magnesium fluoride, for example) can such delay elements be several millimeters or centimeters thick, which makes manufacturing and, where appropriate, version of such elements is facilitated. Typical thicknesses can are more than approx. 5mm, in particular between approx. 10mm and about 50mm. It is also advantageous that because of the relatively small Birefringence slight variations in thickness of the elements only slight Influence on the delay effect to have. The high tolerance to thickness variations can e.g. to be used at least one area of a such delay element as a functional surface train. For example, at least one of the end faces can be spherical or aspherical or be curved as a free-form surface, so the delay element too can contribute to the correction of an optical system.
Eine oder beide Grenzflächen können auch eine erhebliche Krümmung aufweisen, so dass das Verzögerungselement eine, vorzugsweise meniskusförmige, Linse bilden kann. Somit kann das Verzögerungselement auch positive oder negative Brechkraft aufweisen. Die Integration der hier im Vordergrund stehenden Verzögerungswirkung mit einer Linsenwirkung kann für materialsparende oder konstruktiv günstige Designs genutzt werden. Solche Linsen können auch in rein dioptrischen opti schen Systemen, insbesondere in Mikrolithographie-Projektionsobjektiven oder -Beleuchtungssystemen, nützlich sein.One or both interfaces can also be one significant curvature have so that the delay element one, preferably meniscus-shaped, Can form lens. Thus the delay element can also be positive or have negative refractive power. The integration of here in The primary effect of deceleration with a lens effect can for material-saving or constructively favorable designs can be used. Such lenses can also in purely dioptric optical systems, especially in microlithography projection lenses or lighting systems.
Die intrinsische Doppelbrechung der genannten Materialien hat ihren maximalen Wert in <110>-Kristallrichtungen. Für Strahlen, die unter einem Winkel zu <110>-Richtungen durch das Material laufen, zeigt der Betrag der intrinsischen Doppelbrechung einen mit wachsendem Winkel parabolisch abnehmenden Verlauf, während die Achsen der intrinsischen Doppelbrechung die Richtung näherungsweise beibehalten. Dieser Umstand kann zur Vergleichmäßigung der Verzögerungswirkung über die gesamte durchstrahlte Fläche genutzt werden. Hierzu können bei einem Verzögerungselement mit zwei optischen Flächen die Form der optischen Flächen und die Einbauposition des Verzögerungselementes derart aneinander angepasst werden, dass der Lichtweg von Strahlen innerhalb des Verzögerungselementes zwischen den optischen Flächen um so größer ist, je größer der Winkel zwischen dem Strahl und der optischen Achse bzw. einer <110>-Richtung des Verzögerungselementes ist. Dadurch haben Strahlen mit größerem Winkel zur <110>-Richtung einen längeren Lichtweg zurückzulegen, so dass die Verzögerungswirkung, die sich aus dem Produkt zwischen intrinsischer Doppelbrechung und Lichtweg ergibt, über die gesamte wirksame Fläche annähernd gleichmäßig wird.The intrinsic birefringence of the materials mentioned has its maximum value in <110> crystal directions. For rays that run through the material at an angle to <110> directions, the amount of intrinsic birefringence shows a parabolically decreasing course with increasing angle, while the axes of the intrinsic birefringence approximately maintain the direction. This fact can be used to even out the delay effect over the entire irradiated area. For this purpose, in the case of a delay element with two optical surfaces, the shape of the optical surfaces and the installation position of the delay element can be adapted to one another such that the light path of rays within the delay element The greater the angle between the beam and the optical axis or a <110> direction of the delay element, the greater the size between the optical surfaces. This means that beams with a larger angle to the <110> direction have a longer light path, so that the retarding effect that results from the product between intrinsic birefringence and light path becomes approximately uniform over the entire effective area.
Dieses Konzept wird später anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, bei denen die Polarisationsdreheinrichtung eine in der Nähe des Konkavspiegels angeordnete Linse oder Linsengruppe aus <110>-orientiertem Fluoridkristall hat, die insgesamt meniskusförmig ist und negative Brechkraft aufweist. Eine in Pupillennähe angeordnete Linse oder Linsengruppe dieser Art kann eine über die gesamte Pupille weitgehend konstante bzw. nur wenig variierende Verzögerungswirkung haben.This concept will be explained later of embodiments explains where the polarization rotator is close to the concave mirror arranged lens or lens group made of <110> -oriented fluoride crystal has the overall meniscus shape is and has negative refractive power. One placed near the pupil A lens or lens group of this type can largely cover the entire pupil have constant or little varying delay effect.
Die hier beschriebene Integration eines Verzögerungselementes mit einem Linsenelement durch Fertigung eines (mit Brechkraft versehenen) Linsenelementes aus einem <110>-orientierten Einkristall mit intrinsischer Doppelbrechung (z.B. Calciumfluorid- bzw. Bariumfluorid-Einkristall) ist nicht nur bei katadioptrischen Projektionsobjektiven mit geometrischer Strahlteilung mit Vorteil nutzbar. Eine geeignet dimensionierte Linse oder Linsengruppe mit der Verzögerungswirkung einer λ/4-Platte kann auch in Systemen mit polarisationsselektivem Strahlteiler als (funktionsnotwendiger) Retarder zwischen Strahlteiler und Konkavspiegel und/oder an anderer Stelle eines Projektionsobjektivs genutzt werden, z.B. zwischen Objektebene und Strahlteiler und/oder zwischen Strahlteiler und Bildebene.The integration described here a delay element with a lens element by manufacturing a (with refractive power) Lens element made of a <110> -oriented single crystal intrinsic birefringence (e.g. calcium fluoride or barium fluoride single crystal) not only with catadioptric projection lenses with geometric Beam splitting can be used with advantage. A suitably sized Lens or lens group with the retarding effect of a λ / 4 plate can also in systems with polarization-selective beam splitter as (functionally necessary) Retarder between beam splitter and concave mirror and / or at another Location of a projection lens, e.g. between Object plane and beam splitter and / or between beam splitter and Image plane.
Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei Ausführungsformen der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.The above and other features go except from the claims also from the description and the drawings, the individual Characteristics for each yourself or in groups of two in the form of sub-combinations embodiments of the invention and in other fields be realized and advantageous also for yourself protectable versions can represent.
In
Hinter der Maskenebene
Das Projektionsobjektiv
Im gezeigten Beispiel ist der katadioptrische Objektivteil
so ausgelegt, dass im Bereich des zweiten Umlenkspiegels
Eine Besonderheit der Objektivkonstruktion besteht
darin, dass in einem vom Licht doppelt durchlaufenen Bereich zwischen
der Strahlumlenkeinrichtung
Die Spiegelflächen der Umlenkspiegel
Diese Schichten führen einen polarisationsabhängigen Phasenunterschied
zwischen den senkrecht zueinander ausgerichteten Feldkomponenten des
elektrischen Feldvektors des reflektierten Lichtes (s-Polarisation bzw.
p-Polarisation) ein. Dieser ergibt sich daraus, dass die Schichten
für s-
und p-Polarisation in Abhängigkeit
vom Einfallswinkel der Strahlen je nach Einfallswinkel einen unterschiedlichen
optischen Weg darstellen. Außerdem
haben übliche Mehrfachschichten
unterschiedliche Reflexionsgrade für s- und p-Polarisation. Ein
für Mehrfach schichten
typischer Verlauf des Reflexionsgrades R als Funktion des Inzidenzwinkels
I ist schematisch in
Dies kann bei herkömmlichen Projektionsobjektiven mit der beispielhaft gezeigten geometrischen Strahlteilung dazu führen, dass die p-Komponente des elektrischen Feldes beim Durchtritt durch das Objektiv stärker geschwächt wird als die s-Komponente, so dass beispielsweise bei eintrittsseitigem, unpolarisiertem oder zirkularpolarisiertem Licht das in der Bildebene auftreffende Licht eine stärkere s-Komponente aufweist. Dadurch können strukturrichtungsabhängige Auflösungsdifferenzen entstehen.This can be done with conventional Projection lenses with the geometric beam splitting shown as an example cause that the p component of the electric field is weakened more when passing through the lens than the s component, so that for example in the case of the entry-side, unpolarized or circularly polarized light that strikes the image plane Light a stronger s component having. This allows dependent on structural direction resolution differences arise.
Diese Probleme werden bei der gezeigten Ausführungsform
vermieden, indem die Polarisation des Lichts mit Hilfe der Polarisationsdreheinrichtung
Alternativ zu dem doppelt durchlaufenen Verzögerungselement
Die λ/4-Platte oder die erwähnten λ/2-Platten können aus
doppelbrechendem Kristallmaterial, wie beispielsweise Magnesiumfluorid
bestehen. Aufgrund der starken Doppelbrechung werden Verzögerungsplat ten
niedrigster Ordnung sehr dünn,
was fertigungstechnische und fassungstechnische Schwierigkeiten
bringen kann. Platten höherer
Verzögerungsordnung
und entsprechend größerer Dicke
sind zwar möglich,
haben jedoch weit geringere Winkeltoleranz, so dass die Verzögerungswirkung
für unterschiedliche
Einfallswinkel stark variiert. Günstiger sind
dagegen Platten aus Kalziumfluorid oder einem anderen Kristallmaterial,
welches aufgrund äußerer Kräfte oder
durch den Herstellungsprozess bedingt Spannungsdoppelbrechung aufweist
(vgl. z.B.
Bei bevorzugten Ausführungsformen sind Verzögerungselemente, die insbesondere die Funktion einer λ/4-Platte oder λ/2-Platte haben können, aus einem kubischen Kristallmaterial mit intrinsischer Doppelbrechung gefertigt, insbesondere aus einem Kalziumfluorid-Einkristall oder einem Bariumfluorid-Einkristall, bei dem eine Kristallachse vom Typ <110> im wesentlichen in Richtung der optischen Achse des Verzögerungselements verläuft. Diese Materialien zeigen intrinsische Doppelbrechung, deren Betrag parallel zu <110> Richtungen maximal ist und bei ca. 157nm Wellenlänge in der Größenordnung von 11 nm/cm (bei Kalziumfluorid) bzw. ca. 25nm/cm (bei Bariumfluorid) liegt. Die entsprechenden Verzögerungselemente können dadurch typische Dicken in der Größenordnung von mehreren Millimetern, insbesondere von Zentimetern (z.B. ca. 36mm für eine λ/4-Platte als Kalziumfluorid) haben, so dass sie gut zu fertigen, gut handhabbar, selbstragend und ggf. leicht zu fassen sind.In preferred embodiments are delay elements, which in particular the function of a λ / 4 plate or λ / 2 plate can have, made of a cubic crystal material with intrinsic birefringence manufactured, in particular from a calcium fluoride single crystal or a barium fluoride single crystal in which a crystal axis extends from Type <110> essentially in Direction of the optical axis of the delay element. These materials show intrinsic birefringence, the maximum amount parallel to <110> directions and at about 157nm wavelength in the order of magnitude of 11 nm / cm (for calcium fluoride) or approx. 25 nm / cm (for barium fluoride) lies. The corresponding delay elements can typical thicknesses of the order of several millimeters, especially of centimeters (e.g. approx. 36mm for a λ / 4 plate as calcium fluoride) have so that they are easy to manufacture, easy to handle, self-supporting and are easy to grasp if necessary.
Wenn die Einfallswinkel nicht sehr groß sind, kann man eine planparallele Platte als Verzögerungselement benutzen. Für schrägen Lichtdurchtritt ist jedoch der geometrische Weg im Material länger. Dies kompensiert die annähernd parabolische Abschwächung der intrinsischen Doppelbrechung bei Abweichung von der <110>-Richtung bis zu einer gewissen Grenze, so dass auch bei Einfallswinkeln bis in den Bereich von 15° nur Änderungen der Verzögerungswirkung bis ca. 10% vom Sollwert auftreten.If the angle of incidence is not very are great can to use a plane-parallel plate as a delay element. For oblique passage of light however, the geometric path in the material is longer. This compensates for the nearly parabolic weakening the intrinsic birefringence in the event of a deviation from the <110> direction up to one certain limit, so that even at angles of incidence up to the range from 15 ° only changes the delay effect up to approx. 10% of the setpoint.
Anhand von
Zur Ermittlung der idealen Krümmung im Zentralbereich
des Verzögerungselementes
betrachtet man ein Bündel
von Strahlen
Dabei ist Δn der Brechzahlunterschied zwischen
dem das Verzögerungselement
umgebenden Medium (normalerweise Luft) und dem Material des Verzögerungselementes, αin der
Winkel zwischen der optischen Achse bzw. der <110>-Achse
und dem jeweils betrachteten Strahl
Falls die sich ergebende Linsendicke
als ungünstig
angesehen wird, ist es auch möglich,
die Verzögerung
auf mehrere Verzögerungslinsen
oder Kombinationen aus Verzögerungslinsen
und Verzögerungsplatten
zu verteilen, deren Gesamtdicke beispielsweise gemäß der obigen
Gleichen ermittelt werden kann (vgl.
Um einen optimalen Nutzen aus diesem Aspekt der Erfindung ziehen zu können, sollte das kombinierte Linsen/Vrzögerungselement in einem Bereich möglichst kleiner Einfallswinkel angeordnet sein. Idealerweise sollte der maximale Einfallswinkel in Luft nicht größer als ca. 39° sein, da sich sonst eine kristallographisch bedingte Vierwelligkeit der Verzögerung als Funktion der Kristallrichtung bemerkbar machen kann. Günstig ist es ebenfalls, wenn die Krümmung der Linse umso kleiner gemacht wird, je kleiner der Winkel αin ist. Die Summe der Linsendicken sollte näherungsweise der entsprechenden Dicke eines aus dem Material be stehenden λ/4-Verzögerungselementes entsprechen. Kleine Korrekturen der Gesamtdicke zur Anpassung der Verzögerungswirkung können vorteilhaft sein. Beispielweise kann es günstiger sein, wenn die Verzögerungswirkung für Randstrahlen genauer eingestellt wird als für Zentralstrahlen. Dies kann zu einer Homogenisierung der Intensitätsverteilung nach doppelten Durchtritt durch das Verzögerungselement führen.In order to be able to optimally benefit from this aspect of the invention, the combined lens / delay element should be arranged in an area with the smallest possible angle of incidence. Ideally, the maximum angle of incidence in air should not be greater than approx. 39 °, otherwise a crystallographic four-wave ripple of the deceleration as a function of the crystal direction can be noticeable. It is also favorable if the curvature of the lens is made smaller the smaller the angle α in . The sum of the lens thicknesses should approximately correspond to the corresponding thickness of a λ / 4 delay element consisting of the material. Small corrections to the overall thickness to adjust the retarding effect can be advantageous. For example, it may be more favorable if the retarding effect for marginal rays is set more precisely than for central rays. This can lead to a homogenization of the intensity distribution after double passage through the delay element.
Der Erfindungsaspekt lässt auch Korrekturmaßnahmen für den Fall zu, dass die ermittelte ideale Gesamtdicke zu groß oder zu klein ist. Beispielsweise ist eine Abschwächung der Verzögerung möglich, wenn man zwei etwa gleich dicke, <110>-geschnitte Linsen um 45° bezüglich der <110>-Achse gegeneinander verdreht. Ist die Gesamtdicke zu klein, kann beispielsweise eine zusätzliche, planparallele Platte aus <110>-orientierten Material vorgesehen sein. Hier ist besonders darauf zu achten, dass die Neigung der Strahlen nicht zu groß ist.The aspect of the invention also leaves corrective actions for the If the ideal total thickness determined is too large or too large is small. For example, the delay may be weakened if two approximately equally thick, <110> -cut lenses by 45 ° with respect to the <110> axis against each other twisted. If the total thickness is too small, one can, for example additional plane-parallel plate made of <110> -oriented material. Here it is particularly important to ensure that the inclination of the rays is not too big.
Anhand von
Das Projektionsobjektiv ist für den Betrieb mit
zirkularpolarisiertem Eingangslicht ausgelegt und hat zwischen Objektebene
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8141 | Disposal/no request for examination |