WO2008071275A1 - Mikroskopobjektiv mit tubusoptik - Google Patents

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WO2008071275A1
WO2008071275A1 PCT/EP2007/009660 EP2007009660W WO2008071275A1 WO 2008071275 A1 WO2008071275 A1 WO 2008071275A1 EP 2007009660 W EP2007009660 W EP 2007009660W WO 2008071275 A1 WO2008071275 A1 WO 2008071275A1
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lens
tube
mirror
imaging optics
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PCT/EP2007/009660
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Hans-Jürgen Mann
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Carl Zeiss Sms Gmbh
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70233—Optical aspects of catoptric systems, i.e. comprising only reflective elements, e.g. extreme ultraviolet [EUV] projection systems

Definitions

  • the present invention relates to an imaging optics, in particular a microscope optics
  • the object is achieved by an imaging optics with a lens and a tube optics, both the lens and the tube optics are each designed as pure mirror optics.
  • chromatic aberrations are no longer limiting, so that with a relatively small number of Components imaging optics can be realized with very good optical properties
  • the microscope optics can be used in particular for the detection of lithography masks. It is preferably designed for wavelengths of less than 200 nm. Furthermore, the microscope optics have a large working distance, preferably a working distance in the range of 5 to 10 mm, in particular of 8 mm.
  • the microscope objective preferably has a numerical aperture of greater than 0.6 (for example in the range of 0.6 to 0.7)
  • the imaging optics can also be used as a microlithography projection objective.
  • the imaging optics can be developed according to the dependent claims 2 to 12.
  • the corresponding mirror surface that is to say a curved mirror surface, is generally meant.
  • the mirror optics are designed so that the beam path is folded at most twice at each mirror surface. In general, there is only a one-fold folding. Only in the case of the objective with three mirrors do two optical path foldings take place at one of the three mirrors.
  • an imaging optics is provided with a lens and a tube optics, wherein both the lens and the tube optics are each formed as a pure refractive optics, wherein all refractive elements of the lens are formed of the same material. This facilitates the structure of the lens.
  • a desired correction of the chromatic transverse error can be realized well with the near-field tube optics.
  • the tube optics for example, have exactly two refractive elements, one of the elements of the tube optic being made of the same material as that of the elements of the objective and the other element of the tube optic being made of a different material.
  • an imaging optics is provided with a lens and a tube optics, wherein both the lens and the tube optics are each formed as a pure refractive optics, each of the refractive elements of the tube optics and the lens is formed of a first or a second material. This makes it possible to provide an imaging optics with the desired properties with only two materials.
  • the imaging optics according to the invention can be developed according to the dependent claims.
  • a microscope with an imaging optics according to the invention is provided.
  • FIG. 1 shows a lens section of a first embodiment of the microscope optical system according to the invention
  • FIG. 2 shows a representation of the microscope optics of FIG. 1 for explaining the pupil obscuration
  • Fig. 3 is a diagram showing the distortion caused by the microscope optics
  • FIG. 6 shows a lens section of a second embodiment of the microscope optical system according to the invention.
  • Fig. 7 is a diagram showing the distortion of the microscope optical system of Fig. 6;
  • FIG. 8 shows diagrams for illustrating the transverse aberration of the microscope optical system 1 of FIG. 6;
  • Fig. 9 are diagrams showing aberrations of the microscope optical system 1 of Fig. 6;
  • FIG. 10 shows a lens section of a further embodiment of the microscope optical system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a lens section of the objective 2 of the microscope optical system 1 of FIG. 10;
  • Fig. 12 is a diagram showing the generated distortion of the microscope optical system 1 of Fig. 10;
  • FIG. 13 shows diagrams for illustrating the transverse aberrations of the microscope optical system 1 of FIG. 10;
  • FIG. 14 shows diagrams for illustrating further aberrations of the microscope optics 1 of FIG. 10;
  • FIG. 15 shows a lens section of a further embodiment of the microscope optics according to the invention.
  • FIG. 16 is an enlarged view of the tube optics 3 of the microscope optics 1 of FIG. 15; FIG.
  • FIG. 17 is an enlarged view of the objective 2 of the microscope optical system 1 of FIG. 15; FIG.
  • FIG. 18 is a diagram showing the distortions of the microscope optical system 1 of Fig. 15;
  • FIG. 19 is an illustration of the transverse aberrations of the microscope objective 1 of FIGS. 15, and
  • FIG. 20 shows diagrams for illustrating aberrations of the microscope objective 1 of FIG. 15.
  • FIG. 20 shows diagrams for illustrating aberrations of the microscope objective 1 of FIG. 15.
  • FIG. 1 shows a lens section of a first embodiment of the microscope optical system 1 according to the invention, which comprises an objective 2 and a tube optic 3. Both the objective 2 and the tube optics 3 are each designed as pure mirror optics without additional refractive or diffractive elements.
  • the tube optics 3 comprises a convexly curved mirror 4 and a concave mirror 5, wherein both mirrors 4, 5 are formed spherically curved.
  • the objective 2 comprises a convex mirror 6 and a concave mirror 7, which has a central passage 8. Further, near the passage 8, a diaphragm 9 is arranged.
  • the mirror 6 is spherically curved and the mirror 7 is aspherically curved.
  • the beam path of the microscope optics runs from the surface Fl to be detected (for example a lithography mask) to the mirror 7, is reflected there to the mirror 6 and then passes through the passage 8 to the tube optics 3, where a reflection at the concave mirror 5 to the convex mirror 4 out, on the convex mirror 4 again takes place a reflection and the beam path passes through a passage 10 on the mirror 5 to the image plane FO, in the example an image detector may be arranged in the form of a CCD chip.
  • F1 infinity are given the radii of curvature and the distances of the corresponding surfaces or elements.
  • the distance from the image plane FO to the first mirror 4 is 146.933 mm.
  • the distances are always indicated along the optical axis OA of the microscope optics 1.
  • the microscope objective shown in FIG. 1 has a numerical aperture of 0.65, an object surface of 10 ⁇ 10 ⁇ m 2 which can be accommodated in the object plane F1 at a magnification of 500 ⁇ .
  • the mirrors are designed for a wavelength of 193 nm and because of their property as a mirror extremely broadband.
  • the entire length (distance FO - Fl) is approx. 300 mm.
  • the system design can also be referred to as a two-mirror Schwarzschild objective plus two-mirror tube optics.
  • the pupil obscuration is about 54% in diameter, as indicated in the schematic representation of Fig. 2.
  • Fig. 3 the main beam distortion (Chief ray distortion) and the center of gravity distortion (centroid distortion) in nm over the field height (field hight) in mm is plotted. Furthermore, the microscope objective has an extremely small residual distortion of less than 1 nm.
  • FIG. 4 shows the transverse aberrations of the microscope optics 1 for different field points.
  • FIG. 5 in the three diagrams from left to right, the longitudinal spherical aberration (longitudinal spherical but.), The astigmatic field curves (astigmatic field curves) and the distortion of the system (distortion) are indicated. It can be seen that a wavefront error of less than 4.4 m ⁇ (where ⁇ is equal to the wavelength of the detection radiation) is present.
  • the aspheric curvature of the mirror 7 can be determined by the following aspheric equation
  • h is the distance to the optical axis OA
  • z is the distance from the apex plane (the plane perpendicular to the optical axis OA and containing the intersection of the vertex of the plane with the plane)
  • c is the one in Table 1 for the mirror 7 is specified spherical curvature.
  • the aspheric coefficients are included in Table 2. Table 2:
  • the aspheric mirror 7 is now very weak aspheric ( ⁇ 1 ⁇ m), so that no complex interferometric surface inspection is necessary.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the microscope optics according to the invention. This differs from the embodiment of Fig. 1 in particular in that the lens is composed of three mirrors.
  • the additional mirror 11 is a concave mirror with aspheric curvature having a passage 12.
  • optical design can be seen in Table 3 below.
  • the working distance in the microscope optics 1 of Fig. 6 is about 8 mm.
  • the entire length of the microscope optics (distance FO - Fl) is approx. 400 mm.
  • the microscope optical system of FIG. 6 is in turn designed for a 500-fold magnification with a field size of 10 ⁇ 10 ⁇ m 2 with a numerical aperture NA of 0.65.
  • the pupil obscuration here is approximately 25% in diameter.
  • a reflection takes place twice on the mirror 7, so that the objective 2 performs beam path convolutions with three mirrors 4.
  • Fig. 7 the distortion for the main beam and the center of gravity beam is shown in the same manner as in Fig. 3. Furthermore, the distortion for the main beam is less than 0.17 nm and for the centroid beam is less than 0.35 nm.
  • FIGS. 8 and 9 the aberration for the microscope optical system 1 of FIG. 6 is shown in the same way as in FIGS. 4 and 5. It can be seen that no chromatic aberration occurs and the wavefront error is less than 1 m ⁇ .
  • the described microscope optics have very few elements (only 4 or 5 mirrors) and are particularly suitable for measuring both reflection masks and transmission masks.
  • FIG. 10 shows an embodiment of the microscope optics according to the invention, in which both the objective 2 and the tube optics 3 are made exclusively of refractive elements (Lenses) are formed, wherein for the lenses exactly two different materials are used.
  • Lenses refractive elements
  • the objective 2 is shown enlarged in FIG. 11.
  • the distance between the last lens L1 or the last lens surface of the last lens L1 and the image plane FO is here 150 mm.
  • the entire length of the microscope object is 400 mm.
  • the working distance of the lens is 8 mm.
  • the numerical aperture is 0.60 for an object field of 10 x 10 ⁇ m 2 .
  • the microscope optics 1 of FIGS. 10 and 11 is designed for a wavelength of 193.368 nm ⁇ 0.250 nm and has a magnification of 230 ⁇ .
  • the minimum radius of curvature is 3 mm and the smallest subaperture diameter is 0.8 mm.
  • the maximum angle of incidence that occurs in the microscope optics is 40 °.
  • the wavefront error (polychromatic) is less than 4 m ⁇ .
  • the tube optics 3 has two CaF2 lenses L2 and L4 and two SiO2 lenses L1 and L3.
  • Lens 2 has six CaF2 lenses (L6, L8, L9, L11, L12 and L13) and three SiO2 lenses (L5, L7, L10).
  • All the curved surfaces of the lenses L1-L13 are spherically curved.
  • TabeUe 5 are given the radii of curvature and distances of the lens surfaces of the lenses L1 - L14, wherein the lens surfaces, as seen in Fig. 10 and 11, numbered from left to right in ascending order.
  • Lens L1 is therefore referred to as F1 in Table 5.
  • Lens surface of the lens L1 is referred to as F2. Between the area numbering of the lens
  • Table 6 shows the refractive indices of the materials SiO 2 HL and CaF 2 H 2 given in Table 5 for three different wavelengths. Table 6:
  • the chromatic transverse aberration can be read from the distortions for the principal ray for the three wavelengths (arrow P1). This is less than 1 nm here.
  • Figs. 13 and 14 in the same manner as in Figs. 4 and 5, the aberration of the measuring optics 1 of Fig. 10 is shown, in Fig. 13 and in the two left-hand diagrams of Fig. 14, the aberrations for the three wavelengths, respectively w1, w2 and w3 are shown.
  • the wavefront error is less than 4 m ⁇ .
  • a beam splitter can be inserted between the objective 2 and the tube optics 3 (FIG. 10), which have a spacing of approximately 30 mm here (arrow P2).
  • the length of the objective 2 including the working distance (arrow P3, Fig. 11) is about 60 mm.
  • CaF 2 lenses are included in the objective to correct the chromatic aberrations. Due to the thermal expansion of CaF2, the mounting of these lenses is very difficult with high stability requirements (for example: an accuracy of 1 nm over a measurement time of one hour).
  • the lens 2 is formed exclusively of lenses of a single material.
  • the material used is quartz (SiO 2).
  • the tube optic 3 comprises a lens L1 of SiO2 and a lens L2 of CaF2.
  • the five lenses L3 to L7 and the plane-parallel plate L8 of the objective 2 are all made of the same material, here SiO2.
  • the radii of curvature of the lenses and the distances of the lens surfaces are shown in Table 7 below.
  • the lens surfaces are numbered ascending from left to right (seen in FIGS. 15, 16, 17), wherein the side of the lenses L1 facing the image plane FO is designated by F1. Due to the aperture 9 between the tube optics 3 and the lens 2 is a jump by 1 in the numbering of the surfaces, so that the image plane of the FO facing side of the lens L3 is denoted by F6.
  • Table 8 shows refractive indices for three different wavelengths for the lens materials used. Table 8:
  • the microscope optics 1 of Fig. 15 has no intermediate focus.
  • the minimum subaperture diameter is 0.7 mm and the tube optic 3 is provided with a strong Teletex.
  • the total length of the microscope optical system 1 of Fig. 15 is 420 mm, wherein the distance of the lens L1 and the image plane of the surface facing the surface F1 to the image plane FO is 300 mm.
  • Fig. 18 the distortion for the microscope optical system 1 of Fig. 15 is shown in the same manner as in Fig. 12.
  • the aberrations are shown in the same manner as in Figs. It can be seen from the illustrations of FIGS. 19 and 20 that the dominant aberration is the longitudinal chromatic aberration, which here amounts to approximately 50 nm / pm. It follows that the bandwidth of the illumination radiation must not exceed 1 pm.
  • the tube optics 3 in the described microscope optics are each designed as a telesystem (so they have a short focal length long focal length).

Abstract

Es wird bereitgestellt eine Abbildungsoptik (1 ) mit einem Objektiv (2) und einer Tubusoptik (3), wobei sowohl das Objektiv (2) als auch die Tubusoptik (3) jeweils als reine Spiegeloptik ausgebildet sind.

Description

MIiCROSKOPOBJEKTIV MIT TUBUSOPTIK
Abbildungsoptik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsoptik, insbesondere eine Mikroskopoptik
Im Zuge der fortschreitenden Verkleinerung der Strukturbreiten in der Halbleiterherstellung werden auch die Anforderungen an z B Mikroskopoptiken, die zur Analyse von Lithographiemasken eingesetzt werden, immer großer Ferner geht die Tendenz hin zu elektromagnetischer Strahlung mit kürzerer Wellenlange, wie z B 193 nm, was die möglichen ünsenmateπalien stark einschrankt
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Abbildungsoptik bereitzustellen, mit der hohe Auflosung auch bei Wellenlangen im tiefen UV-Bereich möglich ist
Erfindungsgemaß wird die Aufgabe gelost durch eine Abbildungsoptik mit einem Objektiv und einer Tubusoptik, wobei sowohl das Objektiv als auch die Tubusoptik jeweils als reine Spiegeloptik ausgebildet sind Durch die Ausbildung als reine Spiegeloptik sind chromatische Abbildungsfehler nicht mehr limitierend, so daß mit einer relativen geringen Anzahl von Bauelementen eine Abbildungsoptik mit sehr guten optischen Eigenschaften realisiert werden kann
Die Abbildungsoptik ist insbesondere als Mikroskopoptik ausgebildet Die Mikroskopoptik kann insbesondere zur Detektion von Lithographiemasken eingesetzt werden Sie ist dazu bevorzugt für Wellenlangen von kleiner 200 nm ausgelegt Ferner weist die Mikroskopoptik einen großen Arbeitsabstand auf, bevorzugt einen Arbeitsabstand im Bereich von 5 bis 10 mm, insbesondere von 8 mm Das Mikroskopobjektiv weist bevorzugt eine numerische Apertur von großer als 0,6 (beispielsweise im Bereich von 0,6 - 0,7) auf Die Abbildungsoptik kann jedoch auch als Mikrolithographie-Projektionsobjektiv verwendet werden. Die Abbildungsoptik kann gemäß den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 weitergebildet werden.
Sofern hier von gekrümmten Spiegeln die Rede ist, wird in der Regel die entsprechende Spiegelfläche, also eine gekrümmte Spiegelfläche gemeint sein.
Die Spiegeloptiken sind so ausgelegt, daß der Strahlengang an jeder Spiegelfläche maximal zweimal gefaltet ist. In der Regel liegt nur eine einmalige Faltung vor. Lediglich bei dem Objektiv mit drei Spiegeln finden an einem der drei Spiegel zwei Strahlengangfaltungen statt.
Ferner wird eine Abbildungsoptik mit einem Objektiv und einer Tubusoptik bereitgestellt, wobei sowohl das Objektiv als auch die Tubusoptik jeweils als reine refraktive Optik ausgebildet sind, wobei alle refraktiven Elemente des Objektivs aus dem gleichen Material gebildet sind. Dies erleichtert den Aufbau des Objektives.
Eine gewünschte Korrektur des chromatischen Querfehlers kann gut mit der feldnahen Tubusoptik realisiert werden.
Dazu kann die Tubusoptik beispielsweise genau zwei refraktive Elemente aufweisen, wobei eines der Elemente der Tubusoptik aus dem gleichen Material wie das der Elemente des Objektivs und das andere Element der Tubusoptik aus einem anderen Material gebildet ist.
Ferner wird eine Abbildungsoptik mit einem Objektiv und einer Tubusoptik bereitgestellt, wobei sowohl das Objektiv als auch die Tubusoptik jeweils als reine refraktive Optik ausgebildet sind, wobei jedes der refraktiven Elemente der Tubusoptik und des Objektivs aus einem ersten oder einem zweiten Material ausgebildet ist. Damit ist es möglich, mit nur zwei Materialien eine Abbildungsoptik mit den gewünschten Eigenschaften bereitzustellen.
Die erfindungsgemäßen Abbildungsoptiken können gemäß den abhängigen Ansprüchen weitergebildet werden. Insbesondere wird ein Mikroskop mit einer erfindungsgemäßen Abbildungsoptik bereitgestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Linsenschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikroskopoptik; Fig. 2 eine Darstellung der Mikroskopoptik von Fig. 1 zur Erläuterung der Pupillenobskuration;
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der durch die Mikroskopoptik bedingten Verzeichnung;
Fig. 4 Diagramme zur Darstellung der Queraberrationen der Mikroskopoptik 1 ;
Fig. 5 Diagramme zur Darstellung von Aberrationen der Mikroskopoptik;
Fig. 6 einen Linsenschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikroskopoptik;
Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der Verzeichnung der Mikroskopoptik von Fig. 6;
Fig. 8 Diagramme zur Darstellung der Queraberration der Mikroskopoptik 1 von Fig. 6;
Fig. 9 Diagramme zur Darstellung von Aberrationen der Mikroskopoptik 1 von Fig. 6;
Fig. 10 einen Linsenschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikroskopoptik;
Fig. 1 1 einen Linsenschnitt des Objektivs 2 der Mikroskopoptik 1 von Fig. 10;
Fig. 12 ein Diagramm zur Darstellung der erzeugten Verzeichnung der Mikroskopoptik 1 von Fig. 10;
Fig. 13 Diagramme zur Darstellung der Queraberrationen der Mikroskopoptik 1 von Fig. 10;
Fig. 14 Diagramme zur Darstellung weiterer Aberrationen der Mikroskopoptik 1 von Fig. 10;
Fig. 15 einen Linsenschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikroskopoptik;
Fig. 16 eine vergrößerte Darstellung der Tubusoptik 3 der Mikroskopoptik 1 von Fig. 15;
Fig. 17 eine vergrößerte Darstellung des Objektivs 2 der Mikroskopoptik 1 von Fig. 15;
Fig. 18 ein Diagramm zur Darstellung der Verzeichnungen der Mikroskopoptik 1 von Fig. 15; Fig. 19 eine Darstellung für die Queraberrationen des Mikroskopobjektivs 1 von Fig. 15, und
Fig. 20 Diagramme zur Darstellung von Aberrationen des Mikroskopobjektivs 1 von Fig. 15.
In Fig. 1 ist ein Linsenschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikroskopoptik 1 gezeigt, die ein Objektiv 2 sowie eine Tubusoptik 3 umfaßt. Sowohl das Objektiv 2 als auch die Tubusoptik 3 ist jeweils als reine Spiegeloptik ohne zusätzliche refraktive oder diffraktive Elemente ausgebildet.
Die Tubusoptik 3 umfaßt einen konvex gekrümmten Spiegel 4 und einen konkav gekrümmten Spiegel 5, wobei beide Spiegel 4, 5 sphärisch gekrümmt ausgebildet sind. Das Objektiv 2 umfaßt einen konvexen Spiegel 6 sowie einen konkaven Spiegel 7, der einen zentralen Durchtritt 8 aufweist. Ferner ist nahe des Durchtrittes 8 eine Blende 9 angeordnet.
Der Spiegel 6 ist sphärisch gekrümmt und der Spiegel 7 ist asphärisch gekrümmt.
Wie dem Linsenschnitt ferner entnommen werden kann, läuft der Strahlengang der Mikroskopoptik von der zu detektierenden Fläche Fl (beispielsweise eine Lithographiemaske) zum Spiegel 7, wird dort zum Spiegel 6 reflektiert und läuft dann durch den Durchtritt 8 zur Tubusoptik 3, wo eine Reflexion an dem konkaven Spiegel 5 zum konvexen Spiegel 4 hin folgt, am konvexen Spiegel 4 findet wiederum eine Reflexion statt und der Strahlengang läuft durch einen Durchtritt 10 am Spiegel 5 bis zur Bildebene FO, in der z.B. ein Bilddetektor in Form eines CCD-Chips angeordnet sein kann.
In der nachfolgenden Tabelle 1
Tabelle 1 :
Fläche Radius [mm] Abstand [mm]
FO Unendlich 146,933
Spiegel 4 1 ,719 -40,998 konvex
Spiegel 5 84,605 149,269 konkav
Blende 9 Unendlich 15,784
Spiegel 6 15,921 -15,784 konvex
Spiegel 7 31 ,024 44,795 konkav
F1 Unendlich sind die Krümmungsradien sowie die Abstände der entsprechenden Flächen bzw. Elemente angegeben. So beträgt beispielsweise der Abstand von der Bildebene FO zum ersten Spiegel 4 146,933 mm. Die Abstände sind natürlich immer entlang der optischen Achse OA der Mikroskopoptik 1 angegeben.
Das in Fig. 1 gezeigte Mikroskopobjektiv weist eine numerische Apertur von 0,65, ein in der Objektebene Fl aufnehmbare Objektfläche von 10 x 10 μm2 bei einer 500-fachen Vergrößerung auf. Die Spiegel sind für eine Wellenlänge für 193 nm ausgelegt und aufgrund ihrer Eigenschaft als Spiegel äußerst breitbandig. Die gesamte Baulänge (Abstand FO - Fl) beträgt ca. 300 mm. Der Systemaufbau kann auch als Zwei-Spiegel-Schwarzschild-Objektiv plus Zwei-Spiegel- Tubusoptik bezeichnet werden.
Die Pupillenobskuration beträgt ca. 54 % im Durchmesser, wie in der schematischen Darstellung von Fig. 2 angedeutet ist.
In Fig. 3 ist die Hauptstrahlverzeichnung (Chief ray distortion) sowie die Schwerpunktverzeichnung (centroid distortion) in nm über die Feldhöhe (field hight) in mm aufgetragen. Ferner weist das Mikroskopobjektiv eine außerordentlich kleine Restverzeichnung von kleiner 1 nm auf.
In Fig. 4 sind die Queraberrationen der Mikroskopoptik 1 für verschiedene Feldpunkte gezeigt. In Fig. 5 sind in den drei Diagrammen von links nach rechts die longitudinale sphärische Aberration (longitudinal spherical aber.), die astigmatischen Feldkurven (astigmatic field curves) sowie die Verzeichnung des Systems (distortion) angegeben. Daraus läßt sich ablesen, daß ein Wellenfrontfehler von kleiner 4,4 mλ (wobei λ gleich die Wellenlänge der Detektionsstrahlung ist) vorliegt.
Die asphärische Krümmung des Spiegels 7 kann durch die folgende Asphärengleichung
z = c/?2 -+Δh4 + Rhβ + r.hs + nh™ (1 )
1 + VO - (1 + K)c2Λ2 )
beschrieben werden, wobei h der Abstand zur optischen Achse OA ist, z der Abstand der Scheitelebene (die Ebene, die senkrecht zur optischen Achse OA liegt und den Schnittpunkt des Scheitels der Fläche mit der Ebene enthält) und c die in Tabelle 1 für den Spiegel 7 angegebene sphärische Krümmung ist. Die Asphärenkoeffizienten sind in Tabelle 2 enthalten. Tabelle 2:
Asphärenkoeffizienten
K A B C D
Spiegel 7 0 .000000E+00 -5 ,378571 E-09 -5.967570E-12 1 .570255E-15 -8 .537940E-18
Der asphärische Spiegel 7 ist nun sehr schwach aspährisch (< 1μm), so daß keine aufwendige interferometrische Oberflächenprüfung notwendig ist.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikroskopoptik gezeigt. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform von Fig. 1 insbesondere dadurch, daß das Objektiv aus drei Spiegeln aufgebaut ist. Der zusätzliche Spiegel 11 ist ein konkaver Spiegel mit asphärischer Krümmung, der einen Durchtritt 12 aufweist.
Der optische Aufbau kann der nachfolgenden Tabelle 3 entnommen werden.
Tabelle 3:
Fläche Radius [mm] Abstand [mm]
FO Unendlich 282,149
Spiegel 4 9,768 -121 ,745 konvex
Spiegel 5 254,342 183,745 konkav
Blende 9 Unendlich 21 ,678
Spiegel 6 25,721 -11 ,294 konvex
Spiegel 7 90,270 31 ,467 konkav
Spiegel 11 -169,102 -31 ,467 konvex
Spiegel 7 90,270 45,467 konkav
F1 Unendlich
Die asphärische Krümmung der Spiegel 7 und 11 kann der nachfolgenden Tabelle 4 in Verbindung mit der Asphärengleichung (2) entnommen werden, die sich von der obigen Asphärengleichung (1 ) nur dadurch unterscheidet, daß noch zwei Terme höherer Ordnung hinzugekommen sind. Tabelle 4:
Asphärenkoeffizienten
K B D
Spiegel 7 0.000000E+00 4.115298E-07 1.213321 E-10 -2.912265E-14 2.550081 E-17 Spiegel 11 0.000000E+00 7.802943E-07 3.081865E-10 5.616490E-14 4.354430E-17
Asphärenkoeffizienten
E F
Spiegel 7 O.0O0000E+00 0.000000E+00 Spiegel 11 -4.217230E-20 5.106802E-23
Z + B/76 + CΛ8 + DΛ10 + E/712 + F/714 (2)
Figure imgf000008_0001
Der Arbeitsabstand bei der Mikroskopoptik 1 von Fig. 6 beträgt ca. 8 mm. Die gesamte Länge der Mikroskopoptik (Abstand FO - Fl) beträgt ca. 400 mm. Die Mikroskopoptik von Fig. 6 ist wiederum für eine 500-fache Vergrößerung bei einer Feldgröße von 10 x 10 μm2 mit einer numerischen Apertur NA von 0,65 ausgelegt. Die Pupillenobskuration beträgt hier im Durchmesser ungefähr 25 %. Wie aus Fig. 6 ferner ersichtlich ist, findet an dem Spiegel 7 zweimal eine Reflexion statt, so daß das Objektiv 2 mit drei Spiegeln 4 Strahlengangfaltungen durchführt.
In Fig. 7 ist in gleicher Weise wie in Fig. 3 die Verzeichnung für den Hauptstrahl sowie den Schwerpunktstrahl dargestellt. Ferner ist die Verzeichnung für den Hauptstrahl kleiner 0,17 nm und für den Schwerpunktstrahl kleiner 0,35 nm.
In Fig. 8 und 9 ist in gleicher Weise wie in den Fig. 4 und 5 die Aberration für die Mikroskopoptik 1 von Fig. 6 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß keine chromatische Aberration auftritt und der Wellenfrontfehler kleiner 1 mλ ist.
Die beschriebenen Mikroskopoptiken weisen sehr wenige Elemente (nur 4 oder 5 Spiegel) auf und sind insbesondere auch zur Messung von sowohl Reflexionsmasken als auch Transmissionsmasken geeignet.
In Fig. 10 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikroskopoptik gezeigt, bei der sowohl das Objektiv 2 als auch die Tubusoptik 3 ausschließlich aus refraktiven Elementen (Linsen) gebildet sind, wobei für die Linsen genau zwei verschiedene Materialien verwendet werden.
Das Objektiv 2 ist in Fig. 11 vergrößert dargestellt.
Der Abstand zwischen der letzten Linse L1 bzw. der letzten Linsenfläche der letzten Linse L1 und der Bildebene FO beträgt hier 150 mm. Die gesamte Baulänge des Mikroskopobjekts beträgt 400 mm. Der Arbeitsabstand des Objektivs ist 8 mm.
Die numerische Apertur ist 0,60 bei einem Objektfeld von 10 x 10 μm2. Die Mikroskopoptik 1 von Fig. 10 und 11 ist für eine Wellenlänge von 193,368 nm ± 0,250 nm ausgelegt und weist einen Abbildungsmaßstab von 230 x auf. Der minimalste Krümmungsradius beträgt 3 mm und der kleinste Subaperturdurchmesser 0,8 mm. Der maximale Einfallswinkel, der in der Mikroskopoptik auftritt, beträgt 40°. Der Wellenfrontfehler (polychromatisch) ist kleiner 4 mλ.
Die Tubusoptik 3 weist zwei CaF2-Linsen L2 und L4 sowie zwei SiO2-Linsen L1 und L3 auf.
Das Objektiv 2 weist sechs CaF2-Linsen (L6, L8, L9, L11 , L12 und L13) sowie drei SiO2-Linsen (L5, L7, L10).
Alle gekrümmten Flächen der Linsen L1 - L13 (das Element L14 ist eine planparallele Platte) sind sphärisch gekrümmt.
Der nachfolgenden TabeUe 5 sind die Krümmungsradien und Abstände der Linsenflächen der Linsen L1 - L14 angegeben, wobei die Linsenflächen, in Fig. 10 und 11 gesehen, von links nach rechts aufsteigend numeriert sind. Die der Bildebene FO zugewandte Linsenfläche der
Linse L1 wird daher als F1 in Tabelle 5 bezeichnet. Die der Bildebene FO abgewandte
Linsenfläche der Linse L1 wird als F2 bezeichnet. Zwischen der Flächennumerierung der Linse
L4 und L5 ist ein Sprung um 1 , da zwischen den Linsen L4 und L5 noch die Blende 9 angeordnet ist. Daher wird die der Bildebene FO zugewandte Seite der ersten Linse L5 des
Objektivs 2 mit F10 bezeichnet. Tabelle 5:
Figure imgf000010_0001
In Tabelle 6 sind die Brechzahlen der in Tabelle 5 angegeben Materialien SiO2HL und CaF2HL für drei verschiedene Wellenlängen angegeben. Tabelle 6:
Wellenlänge [nm] 193,618 193,368 193,118
SiO2HL 1 ,559796 1 ,560188 1 ,560583 CaF2HL 1 ,501128 1 ,501373 1 ,501619
In Fig. 12 ist die Verzeichnung für NA = 0,6 mit einem Vergrößerungsfaktor von 500 x für die drei Wellenlängen w1 (= 193,6180 nm), w2 (= 193,3680 nm) und w3 (= 193,1180 nm) für den Hauptstrahl sowie die Verzeichnung für den Schwerpunktstrahl angegeben. Aus den Verzeichnungen für den Hauptstrahl für die drei Wellenlängen (Pfeil P1 ) läßt sich die chromatische Queraberration ablesen. Diese ist hier kleiner als 1 nm.
In Fig. 13 und 14 ist in gleicher Weise wie in Fig. 4 und 5 die Aberration der Meßoptik 1 von Fig. 10 gezeigt, wobei in Fig. 13 und in den zwei linken Diagrammen von Fig. 14 die Aberrationen jeweils für die drei Wellenlängen w1 , w2 und w3 dargestellt sind. Der Wellenfrontfehler ist hier kleiner 4 mλ.
Zwischen dem Objektiv 2 und der Tubusoptik 3 (Fig. 10), die hier einen Abstand von ca. 30 mm aufweisen, kann beispielsweise ein Strahlteiler eingefügt werden (Pfeil P2). Die Länge des Objektives 2 einschließlich des Arbeitsabstandes (Pfeil P3; Fig. 11 ) beträgt ca. 60 mm.
Bei der Mikroskopoptik 1 von Fig. 10 und 11 sind zur Korrektur der chromatischen Bildfehler im Objektiv CaF2-Linsen enthalten. Aufgrund der thermischen Ausdehnung von CaF2 ist die Fassung dieser Linsen bei hohen Stabilitätsanforderungen (beispielsweise: eine Genauigkeit von 1 nm über eine Meßzeit von einer Stunde) sehr schwierig.
Daher ist bei der in Fig. 15 gezeigten Mikroskopoptik 1 das Objektiv 2 ausschließlich aus Linsen eines einzigen Materials gebildet. In dem hier gezeigten Beispiel wird als Material Quarz (SiO2) verwendet.
Bei dem Mikroskopobjektiv 2 von Fig. 15 sind wiederum alle gekrümmten Flächen der Linsen sphärisch gekrümmt.
Die Tubusoptik 3 umfaßt eine Linse L1 aus SiO2 sowie eine Linse L2 aus CaF2.
Die fünf Linsen L3 bis L7 sowie die planparallel Platte L8 des Objektivs 2 (Fig. 17) sind alle aus demselben Material, hier SiO2 gebildet. Die Krümmungsradien der Linsen sowie die Abstände der Linsenflächen sind aus der nachfolgenden Tabelle 7 zu entnehmen.
Tabelle 7:
Fläche Radius [mm] Abstand [mm] Material
FO Unendlich 300,000
F1 -3,000 0,8501SiC^HL1
F2 3,260 51 ,986
F3 -46,657 2,868 'CaF2HL'
F4 -19,098 21 ,504
Blende 9 Unendlich 4,317
F6 -14,734 9,457 'SiO2HL'
F7 -32,287 0,900
F8 112,595 4,164'8102HL'
F9 -58,564 0,100
F10 35,852 4,000 "SiO2HL'
F1 1 -3193,265 0,100
F12 17,844 4,000 'SiO2HL'
F13 36,809 0,100
F14 10,505 4,354 'SiO2HL'
F15 16,467 1 ,799
F16 INFINITY 1 ,500'SiO2HL'
F17 INFINITY 8,000
Fl INFINITY 0,000
Auch hier sind wiederum die Linsenflächen von links nach rechts (in Fig. 15, 16, 17 gesehen) aufsteigend numeriert, wobei die der Bildebene FO zugewandte Seite der Linsen L1 mit F1 bezeichnet wird. Aufgrund der Blende 9 zwischen der Tubusoptik 3 und dem Objektiv 2 ist ein Sprung um 1 in der Numerierung der Flächen, so daß die der Bildebene FO zugewandte Seite der Linse L3 mit F6 bezeichnet ist.
In der nachfolgenden Tabelle 8 sind die Brechungsindize für drei verschiedene Wellenlängen für die verwendeten Linsenmaterialien angegeben. Tabelle 8:
Figure imgf000013_0001
Die Mikroskopoptik 1 von Fig. 15 weist keinen Zwischenfokus auf. Der minimale Subaperturdurchmesser beträgt 0,7 mm und die Tubusoptik 3 ist mit einem starken Telefaktor versehen.
Die gesamte Baulänge der Mikroskopoptik 1 von Fig. 15 beträgt 420 mm, wobei der Abstand der Linse L1 bzw. der der Bildebene FO zugewandten Fläche F1 zur Bildebene FO 300 mm beträgt.
In Fig. 18 ist in gleicher Weise wie in Fig. 12 die Verzeichnung für die Mikroskopoptik 1 von Fig. 15 gezeigt. In Fig. 19 und 20 sind in gleicher Weise wie in Fig. 13 und 14 die Aberrationen dargestellt. Aus den Darstellungen von Fig. 19 und 20 ergibt sich, daß der dominierende Bildfehler die chromatische Längsaberration ist, die hier ca. 50 nm/pm beträgt. Daraus folgt, daß die Bandbreite der Beleuchtungsstrahlung maximal 1 pm betragen darf.
Die Tubusoptiken 3 bei den beschriebenen Mikroskopoptiken sind jeweils als Telesystem ausgelegt (sie besitzen also bei kurzer Baulänge große Brennweite).
Die Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen können, soweit sinnvoll, beliebig untereinander kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Abbildungsoptik (1 ) mit einem Objektiv (2) und einer Tubusoptik (3), wobei sowohl das Objektiv (2) als auch die Tubusoptik (3) jeweils als reine Spiegeloptik ausgebildet sind.
2. Abbildungsoptik nach Anspruch 1 , bei der die Tubusoptik (3) genau zwei Spiegelflächen (4, 5) aufweist.
3. Abbildungsoptik nach Anspruch 2, bei der beide Spiegelflächen (4, 5) der Tubusoptik sphärisch gekrümmt sind.
4. Abbildungsoptik nach einem der obigen Ansprüche, bei der das Objektiv genau zwei Spiegelflächen (6, 7) aufweist.
5. Abbildungsoptik nach Anspruch 4, bei der eine der Spiegelflächen des Objektivs (2) sphärisch gekrümmt und die andere der Spiegelflächen des Objektivs (2) asphärisch gekrümmt ist.
6. Abbiidungsoptik nach Anspruch 5, bei der die asphärisch gekrümmte Spiegelfläche des Objektivs konkav und die sphärisch gekrümmte Spiegelfläche des Objektivs konvex ausgebildet ist.
7. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Objektiv (2) genau drei Spiegelflächen (6, 7, 1 1 ) aufweist.
8. Abbildungsoptik nach Anspruch 7, bei der zwei Spiegelflächen des Objektivs (2) asphärisch gekrümmt sind und die dritte Spiegelfläche des Objektivs (2) sphärisch gekrümmt ist.
9. Abbildungsoptik nach Anspruch 8, bei der die asphärisch gekrümmten Spiegelfläche des Objektivs jeweils einen Durchtritt für ein Strahlbüschel aufweisen und die sphärisch gekrümmte Spiegelfläche des Objektivs keinen Durchtritt für ein Strahlbüschel aufweist.
10. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die sphärisch gekrümmte Spiegelfläche des Objektivs konvex und die asphärisch gekrümmten Spiegelfläche des
Objektivs konkav ausgebildet sind.
11. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der der Strahlengang im Objektiv (2) so gefaltet ist, daß ein Strahlbüschel auf eine der asphärisch gekrümmten Spiegelflächen des Objektivs genau zweimal trifft und auf die restlichen Spiegelflächen des Objektivs genau einmal trifft.
12. Abbildungsoptik nach einem der obigen Ansprüche, bei der zumindest eine der Spiegelflächen der Tubusoptik einen Durchtritt für ein Strahlbüschel und zumindest eine der Spiegelflächen der Tubusoptik keinen Durchtritt für ein Strahlbüschel aufweist.
13. Abbildungsoptik mit einem Objektiv (2) und einer Tubusoptik (3), wobei sowohl das Objektiv als auch die Tubusoptik jeweils als reine refraktive Optik ausgebildet sind, wobei alle refraktiven Elemente des Objektivs aus dem gleichen Material gebildet sind.
14. Abbildungsoptik nach Anspruch 13, bei der die Tubusoptik (3) genau zwei refraktive Elemente aufweist und eines der Elemente der Tubusoptik aus dem gleichen Material wie das der Elemente des Objektivs und das andere Element der Tubusoptik aus einem anderen Material gebildet ist.
15. Abbildungsoptik mit einem Objektiv (2) und einer Tubusoptik (3), wobei sowohl das Objektiv als auch die Tubusoptik jeweils als reine refraktive Optik ausgebildet sind, wobei jedes der refraktiven Elemente der Tubusoptik und des Objektivs aus einem ersten oder einem zweiten Material ausgebildet ist.
16. Abbildungsoptik nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Abbildungsoptik für Wellenlängen von kleiner als 200 nm ausgelegt ist.
17. Abbildungsoptik nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Abbildungsoptik als Mikroskop ausgebildet ist.
18. Abbildungsoptik nach einem der obigen Ansprüche, welche als Mikroskopoptik ausgebildet ist.
19. Mikroskop mit einer Abbildungsoptik nach einem der obigen Ansprüche.
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