DE10334162A1

DE10334162A1 - Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern in optischenSystemen, insbesondere in UV-Optiken

Info

Publication number: DE10334162A1
Application number: DE2003134162
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Müller-Pfeiffer; Hans-Jürgen DOBSCHAL
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Priority date: 2003-07-26
Filing date: 2003-07-26
Publication date: 2005-02-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern in optischen Systemen und ist als ein Hilfssystem für abbildende optische Systeme vorgesehen, die mit einer Hilfswellenlänge arbeiten und auch für diese korrigiert werden müssen. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Anordnung, bestehend aus einem für Licht der Hauptwellenlänge des Systems korrigierten Objektiv, einer Abbildungs- und Detektionseinheit sowie einer optischen Einheit zur Erzeugung eines Strahlenbündels mit Licht einer Hilfswellenlänge. Vom Objektiv wird ein Abbild des Objektes in der Abbildungs- und Detektionseinheit erzeugt und das Strahlenbündel mit Licht einer Hilfwellenlänge über einen Strahlteiler auf das Objekt abgebildet. Zur Korrektur des Farbfehlers des Objektivs im Bereich der Hilfswellenlänge ist eine zusätzliche Korrekturanordnung vorhanden, die als refraktiv-diffraktives System ausgeführt ist. DOLLAR A Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Farbfehler des Objektivs im Hilfswellenlängenbereich weitgehend kompensiert und dem Objektiv dadurch ein farbkorrigiertes Bild zur Verfügung gestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern in optischen Systemen. Die Lösung ist als ein Hilfssystem für abbildende optische Systeme vorgesehen, die mit einer Hilfswellenlänge arbeiten und auch für diese korrigiert werden müssen.

Abbildungssysteme, wie beispielsweise eine Mikroskopoptik für die Masken- oder Waferinspektion sollen häufig autofokusfähig sein. Da die meisten Autofokussysteme simultan zur Nutzung der Abbildungsoptik eingesetzt werden, ist es notwendig auf eine Strahlung auszuweichen, die außerhalb des Wellenlängenbereichs der Beobachtungsstrahlung liegt.

Während bei einer Mikroskopoptik für die Masken- oder Waferinspektion die Wellenlänge der Beobachtungsstrahlung häufig im tiefen UV-Bereich, beispielsweise bei 157nm, 193nm oder 248nm liegt, wird oftmals für die Autofokussierung eine Wellenlänge zwischen 650 bis 820nm verwendet.

Um eine korrekte Funktion der Autofokussierung zu gewährleisten, ist es notwendig, die Abbildungsoptik so zu korrigieren, dass bei idealer Fokussierung der Abbildungsoptik der Fokus für die Beobachtungsstrahlung mit dem Fokus für die Untersuchungsstrahlung zusammenfällt.

In der DE 102 45 588.9 wird eine Abbildungsoptik beschrieben, die sowohl für eine Beobachtungsstrahlung als auch für eine Untersuchungsstrahlung mit einer anderen Wellenlänge ausreichend korrigiert ist, selbst wenn der Wellenlängenunterschied zwischen beiden Strahlungen sehr groß ist. Dies wird dadurch gelöst, dass in der Abbildungsoptik ein diffraktives optisches Element angeordnet ist, welches einen Abbildungsfehler für die Untersuchungsstrahlung korrigiert und dabei die Abbildungseigenschaften der Abbildungsoptik für die Beobachtungsstrahlung im wesentlichen nicht verändern soll.

Das in der US 6,147,815 beschriebene optisches Abbildungssystem ist insbesondere für den Einsatz in Scannern vorgesehen. Das hierbei im Abbildungssystem angeordnete diffraktive optische Element korrigiert Abbildungsfehler und insbesondere den Farblängsfehler für einen bevorzugten Wellenlängenbereich von 400 bis 850 nm ausreichend gut.

Aufgrund des großen Wellenlängenunterschieds zwischen der Beobachtungsstrahlung (tiefer UV-Bereich) und der Untersuchungsstrahlung für die Autofokussierung (650–820nm) ist ein enormer optischer Aufwand notwendig, um beispielsweise den Farblängsfehler für beide Strahlungen zu beherrschen. Dies ist oft nur unzureichend oder auf Kosten der Qualität der Abbildung für die Beobachtungsstrahlung möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung zur Verfügung zu stellen die, basierend auf einer für eine Untersuchungs- und eine Beobachtungsstrahlung korrigierten Abbildungsoptik, im Zusammenwirken mit einer derartigen Abbildungsoptik achromatisierend bezüglich der vom Autofokussystem verwendeten Hilfswellenlänge wirkt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern in optischen Abbildungssystemen besteht aus einem, für Licht der Hauptwellenlänge des Systems korrigierten Objektiv, einer Abbildungs- und Detektionseinheit sowie einer optischen Einheit zur Erzeugung einer Marke. Dabei wird das Objekt vom Objektiv mit Licht der Hauptwellenlänge in der Abbildungs- und Detektionseinheit abgebildet. Das von der optischen Einheit mit Licht einer Hilfswellenlänge erzeugte Strahlenbündel wird über einen Strahlteiler und das Objektiv auf das Objekt abgebildet. Hierzu wird beispielsweise vom Autofokussystem ein Spot auf dem Objekt erzeugt. Der Spot wird durch ein schmales paralleles Bündel auf dem Objekt erzeugt, wobei dafür der äußere Pupillenrand des Objektivs benutzt wird. Entlang der gegenüberliegenden Seite des Pupillenrandes des Objektivs gelangt die Strahlung zum Detektor des Autofokussystems. Zur Korrektur des Farbfehlers des Objektivs im Bereich der Hilfswellenlänge wird eine zusätzliche Korrekturanordnung zwischen der optischen Einheit und dem Strahlteiler angeordnet, wobei diese als refraktiv-diffraktives System ausgeführt ist.

Vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern in optischen Systemen als Zusatzeinheit konzipiert, so dass kein Eingriff in die Hauptoptik erforderlich ist. Dadurch kann der mitunter enorme technische Aufwand, um beispielsweise eine Abbildungsoptik für beide Strahlungen hinsichtlich eines Farblängsfehler zu korrigieren minimiert werden. Weiterhin hat die Korrektur keinerlei Einfluss auf die Qualität der Abbildung für die Beobachtungsstrahlung, da dem Objektiv ein bereits farbkorrigiertes Bild im Hilfswellenlängenbereich zur Verfügung gestellt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Dazu zeigt:
1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in Verbindung mit einer Mikroskopoptik.
Die in 1 dargestellte Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern in optischen Abbildungssystemen, insbesondere für den UV-Bereich, besteht aus einem, für Licht der Hauptwellenlänge des Systems korrigierten, Objektiv 1, einer Abbildungs- und Detektionseinheit 2, sowie einer optischen Einheit 3 zur Erzeugung eines Strahlenbündels 4, mit Licht einer Hilfswellenlänge. Das Objektiv 1 erzeugt in der Abbildungs- und Detektionseinheit 2 ein Abbild des Objektes 5 und bildet das Strahlenbündel 4, mit Licht einer Hilfswellenlänge über einen Strahlteiler 6 auf das Objekt 5 ab. Zur Korrektur des Farbfehlers des Objektivs 1 im Bereich der Hilfswellenlänge wird zwischen der optischen Einheit 3 und dem Strahlteiler 6 eine zusätzliche Korrekturanordnung 7 angeordnet. Diese Korrekturanordnung 7 ist als refraktiv-diffraktives System ausgeführt, bei dem die im einfachsten Fall als Kompensator dienende Plankonvexlinse auf seiner Planfläche über eine diffraktive optische Fläche verfügt. Alternativ kann die diffraktive optische Fläche auch auf einer planparallen Platte aufgebracht und als zusätzliches optisches Element im Strahlengang angeordnet werden.
Für den Fall, dass das Objektiv 1 bereits für eine beliebige Wellenlänge im Hilfswellenlängenbereich korrigiert ist und das Objekt 5 nach unendlich abbildet, kann die Korrekturanordnung 7 als afokales System ausgeführt werden.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Objektiv 1 (120 × 0.9) mit einer Arbeitswellenlänge von 248nm verwendet. Die als Kompensator dienende Korrekturanordnung 7 ist eine Plankonvexlinse (SK2), auf deren Planseite die diffraktive optische Fläche aufgebracht ist. In Verbindung mit dem genannten Objektiv 1 können Wellenlängen-Änderungen der als Lichtquelle für die Hilfswellenlänge dienenden Laser-Diode im Bereich 785+/–5nm kompensiert werden.
Erfindungsgemäß soll die vorgeschlagene Anordnung insbesondere beim Betrieb eines Autofokussystems mit einer Infrarot-Lichtquelle in einem UV-Mikroskop dienen. Dabei ist das Objektiv 1 für eine Hauptwellenlänge unterhalb von 350nm, beispielsweise in der Umgebung von 248nm, 244nm, 266nm, 213nm, 193nm, 157nm oder anderen, korrigiert. Das Autofokussystem arbeitet hingegen mit einer Infrarotlichtquelle. Mit Hilfe der Korrekturanordnung 7 wird die Abbildung des Strahlenbündels 4 auf das Objekt 5 für einen Hilfswellenlängenbereich chromatisch korrigiert.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind alle Optikelemente der Hauptoptik und des Autofokussystems aus maximal zwei unterschiedlichen Materialien, bevorzugt aus dem gleichen Material gebildet. Da die Achromatisierung durch das/die diffraktive optische Element/Fläche bewirkt wird, können Materialien gewählt werden, die für den Spektralbereich der Beobachtungsstrahlung am besten geeignet sind. Man kann beispielsweise das Material mit den besten Transmissionseigenschaften und/oder das Material, das am leichtesten zu bearbeiten ist, auswählen. So können die Opjektivelemente beispielsweise aus Quarz und/oder Kalziumfluorid bestehen. Bei einer Beobachtungsstrahlung von 193nm, 248nm und 266nm ist Suprasil (synthetischer Quarz) und bei 157nm Flussspat das bevorzugte Material.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Korrekturanordnung 7 vorzugsweise als Wechselanordnung ausgeführt werden und zwar dann, wenn das abbildende Objektiv 1 ebenfalls als Wechselsystem ausgebildet ist. Für die verschiedenen Objektive 1 sind unterschiedliche Korrekturanordnung 7 vorgesehen, die bei Bedarf in den Strahlengang eingebracht werden können.
Um den Farbfehler des Objektivs im Hilfswellenlängenbereich zu kompensieren ist es weiterhin möglich die optische Korrekturanordnung als rein refraktives System auszuführen.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Farbfehler des Objektivs im Hilfswellenlängenbereich mit Hilfe der optischen Korrekturanordnung weitgehend kompensiert und dem Objektiv dadurch ein farbkorrigiertes Bild zur Verfügung gestellt werden.

Claims

Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern in optischen Abbildungssystemen, insbesondere für den UV-Bereich, bestehend aus einem, für Licht der Hauptwellenlänge des Systems korrigierten Objektiv (1), einer Abbildungs- und Detektionseinheit (2), sowie einer optischen Einheit (3) zur Erzeugung eines Strahlenbündels (4), mit Licht einer Hilfswellenlänge, wobei das Objektiv (1) ein Abbild des Objektes (5) in der Abbildungs- und Detektionseinheit (2) erzeugt und das Strahlenbündel (4), mit Licht einer Hilfswellenlänge über einen Strahlteiler (6) auf das Objekt (5) abbildet, bei der zur Korrektur des Farbfehlers des Objektivs (1) im Bereich der Hilfswellenlänge eine zusätzliche Korrekturanordnung (7) zwischen der optischen Einheit (3) und dem Strahlteiler (6) angeordnet und diese Korrekturanordnung (7) als refraktiv-diffraktives System ausgeführt ist.
Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern nach Anspruch 1, bei der die als refraktiv-diffraktives System ausgebildete Korrekturanordnung (7) aus einer Plan-Konvex-Linse besteht, wobei die Planfläche der Linse über eine diffraktive optische Fläche verfügt.
Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Korrekturanordnung (7) als afokales System ausgeführt ist, wenn das Objektiv (1) bereits für eine Wellenlänge im Hilfswellenlängenbereich korrigiert ist und das Objekt (5) nach unendlich abbildet.
Anordnung zur Korrektur von Farbfehlern nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der die Korrekturanordnung (7) als Wechselanordnung ausgeführt ist, wenn das das Objekt (5) abbildende Objektiv (1) ebenfalls als Wechselsystem ausgebildet ist, wobei für verschiedene Objektive (1) unterschiedliche Korrekturanordnung (7) vorgesehen und bei Bedarf in den Strahlengang eingebracht werden können.