WO2017153148A1 - Strahlteiler für streifenden lichteinfall - Google Patents

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    • G03F7/7065—Defects, e.g. optical inspection of patterned layer for defects

Definitions

  • the invention relates to an optical system, in particular for microscopy.
  • the invention can be advantageously used in a wide variety of applications, for example in microscopy applications in the field of materials science, biology or various other basic investigations. Another possible
  • Application of the invention also provides a mask inspection system for inspecting reticles or masks for use in a microlithographic projection exposure apparatus.
  • the illumination of the object to be examined takes place by using a beam splitter which is inclined relative to the illumination light impinging on a light source and which deflects the light onto the object to be examined. It is desirable to increase the achievable resolution, a transition to ever lower operating wavelengths.
  • optical systems designed for the EUV ie at wavelengths less than 30 nm (eg about 13 nm or about 7 nm)
  • mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of availability of suitable transparent refractive materials. This also applies to systems which are designed for short-wave VUV radiation (eg wavelengths below 150 nm), since such systems are also preferably designed as mirror systems.
  • beam splitters are used which proportionately transmit or reflect the respective illumination light in order to direct the relevant electromagnetic radiation on the one hand to a sample to be examined (for example arranged in the object plane of a microscope objective) and on the other hand to a detector.
  • a sample to be examined for example arranged in the object plane of a microscope objective
  • a detector for example arranged in the object plane of a microscope objective
  • existing requirements also include, as far as possible, the components separated from one another at the beam splitter (ie the transmitted component and the reflected component of the electromagnetic radiation) are the same size (so-called "50:50 beam splitter").
  • an optical system in particular for microscopy, comprises:
  • a beam splitter having a light entrance surface and a light exit surface; - Wherein the beam splitter for a given working wavelength range of the optical system to the light incident surface incident electromagnetic radiation absorbs less than 20%;
  • the beam splitter is arranged in the optical system such that the occurring during operation of the optical system at the light entrance surface and / or at the light exit surface, based on the respective surface normal angle of incidence at least 70 °.
  • the invention is based in particular on the concept, in an optical system such as a microscope at least one located in the optical beam interface of a beam splitter at relatively high (relative to the respective surface normal) angles of incidence with the result that even without using a coating such as a dielectric layer system at the beam splitter a relatively high reflectance is realized and as a result, a high throughput (which can be compared with beam splitters in the visible spectral range and close to the theoretical ideal value of 25%) can be achieved.
  • Owing to the omission of the requirement of a (eg dielectric) coating or structuring of the beam splitter according to the invention the problems of layer degradation which typically exist in such layer systems can be avoided, whereby also production costs and costs can be significantly reduced. Furthermore, due to the omission of a layer system formed from a multiplicity of dielectric individual layers, absorption and scattering losses can be minimized.
  • a beam splitting with high broadband with respect to the possible working wave range is already achieved "intrinsically", depending on the embodiment operating wavelengths below 120 nm (especially in the EUV range, ie less than 30 nm, especially less than 15 nm ) as well as into the infrared spectral range can be realized.
  • the beam splitter is arranged in the optical system in such a way that the incident angles which occur at the light entry surface and / or at the light exit surface during operation of the optical system are at least 75 °, in particular at least 80 °, relative to the respective surface normal.
  • the beam splitter has a plane-parallel geometry.
  • it may have a thickness of less than 1 mm, more particularly less than 0.5 mm.
  • the beam splitter has at least one component with wedge-shaped or wedge-segment-shaped geometry.
  • Such an embodiment has the particular advantage that after multiple reflections within the beam splitter with a beam offset leaking light components due to
  • the beam splitter has a prismatic geometry
  • such an embodiment has the advantage, in particular, that, in the case of integration, the beam angle can be masked relatively easily by the emerging "useful light" the beam splitter in the optical (overall) system typically desirable realization of 90 ° deflections between incident and transmitted beam without additional folding or deflection mirror and thus by reducing the total number of required optical components or mirrors is feasible ,
  • the beam splitter is made of a material selected from the group consisting of magnesium fluoride (MgF 2 ), lithium fluoride (LiF), aluminum fluoride (AIF 3 ), calcium fluoride (CaF 2 ) and barium fluoride (BaF 2 ).
  • MgF 2 magnesium fluoride
  • LiF lithium fluoride
  • AIF 3 aluminum fluoride
  • CaF 2 calcium fluoride
  • BaF 2 barium fluoride
  • the beam splitter consists exclusively of this material.
  • the beam splitter has at least one uncoated component having the light entry surface and / or the light exit surface.
  • the beam splitter preferably has no (e.g., dielectric) coating, so that, in particular, no layer degradation can take place.
  • the optical system is designed for an operating wavelength of less than 150 nm, in particular less than 120 nm. According to one embodiment, the optical system is designed for an operating wavelength of less than 30 nm, more particularly less than 15 nm.
  • the optical system is a microscope. According to one embodiment, the optical system is a mask inspection system for inspecting reticles for use in a microlithographic projection exposure apparatus.
  • Figure 1 -9 are schematic representations for explaining different embodiments of a beam splitter used in an optical system according to the invention.
  • FIG. 10-1 shows diagrams for illustrating the possible course of the wavelength dependence of the throughput achievable with a beam splitter according to the invention (FIG. 10) and the reflection or transmission coefficient for s-polarized and p-polarized light (FIG. 11); and
  • Figure 12 is a schematic diagram for explaining the structure of a conventional bright field reflected light microscope. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
  • Fig. 12 is a merely schematic illustration for explaining the construction of a conventional bright field reflected light microscope.
  • illumination light impinges on a beam splitter 10, where it is reflected or transmitted proportionally at its first boundary surface 10a.
  • the reflected portion passes through a microscope objective 15 to the object plane OP, where it is reflected at a located in the object plane OP, to be examined sample and after again proportionate transmission through the beam splitter 10 via the second interface 10b to a detector 20 passes.
  • the invention is not limited to the realization in such a microscope.
  • the invention or a beam splitter designed according to the invention can also be used in other applications, e.g. in a mask inspection system for inspection of reticles or masks for use in a projection exposure apparatus of a mask inspection system or also in another optical system.
  • FIG. 1 shows in a merely schematic representation of a beam splitter 100, which as
  • Planplatte with mutually parallel interfaces 100a, 100b is configured.
  • the beam splitter 100 is arranged in the optical beam path in such a way that the angle of incidence of the electromagnetic radiation impinging on the light entrance surface formed by the first interface 100a is at least 70 ° (here and below the angle of incidence is respectively related to the surface normal).
  • the illumination light arriving from the (not shown) light source strikes in the illustration of FIG on top of the beam splitter, in these representations in each case the sample to be examined (on which the light transmitted through the beam splitter 100 impinges) and the detector (to which finally the light reflected from the sample to be examined and then reflected at the second boundary surface 100b passes ) are not shown.
  • the beam splitter 100 preferably has a thickness of less than 1 mm, in particular less than 0.5 mm. Furthermore, the beam splitter 100 is produced from a material which is sufficiently transmissive or translucent in the respective working wavelength range. Preferably, the material and thickness of the beam splitter are chosen such that the beam splitter absorbs less than 20% of electromagnetic radiation impinging on the light entry surface for a given operating wavelength range of the optical system. At working wavelengths in the region of 120 nm or below, for example, magnesium fluoride (MgF 2 ) is a suitable material.
  • MgF 2 magnesium fluoride
  • FIG. 10 and FIG. 1 1 show diagrams for explaining the possible course of the wavelength dependence of the throughput achievable with a beam splitter according to the invention, the beam splitter being a plane plate made of magnesium fluoride (MgF 2 ) and the light incident surface in the optical system being the angle of incidence 79 relative to the surface normal °, is configured.
  • FIG. 11 shows the respective course of the reflection coefficient and the transmission coefficient both for the component with s-polarization and for the component with p-polarization.
  • the mean values of the reflection portion and the transmission portion via both polarization directions are for both polarization components respectively approximately at the desired value of 50%, the polarization ratio (Rp + T p) / (R S + Ts) is close to the desired value of one.
  • the beam splitter 100 can also be produced with an even smaller thickness (eg also as a thin film of silicon (Si)).
  • Si thin film of silicon
  • FIG. 4 An embodiment for ensuring a sufficient stability or avoiding undesired impairments of the imaging quality due to any surface deformations of the beam splitter is shown only schematically in FIG. 4.
  • an improvement in the mechanical stability of a beam splitter 400 may be provided by support members (e.g., blasted), e.g. in the form of ring segments or frame segments, which may consist in particular of the same material as the beam splitter 400 itself, can be achieved.
  • support members e.g., blasted
  • ring segments or frame segments which may consist in particular of the same material as the beam splitter 400 itself
  • support elements are only indicated schematically and designated "410" and "420”.
  • the invention is not limited in terms of the concrete embodiment of such Stützelemen- te, wherein, for example, a central support via struts or the like may be provided.
  • the drawn beam path is greatly simplified in that unavoidable multiple reflections occur within the beam splitter 100, with the corresponding, multiply reflected components having a beam offset after emerging from the beam splitter 100.
  • the beam splitter according to the invention can also have a wedge-shaped or wedge-segment-shaped geometry, as shown in FIG. This will be a
  • one of the boundary surfaces does not contribute to the reflection component, preferably the transmission component at this interface is as large as possible.
  • the angle of incidence at the relevant interface is preferably significantly smaller than at the other side. their (reflective) interface, wherein the angle of incidence at the relevant, not contributing to the reflection component interface preferably less than 65 ° can be selected.
  • a reflection-reducing coating 630 (indicated by dashed lines in FIG. 6) can also be applied to the boundary surface of a beam splitter 600 that does not contribute to the reflection component.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a beam splitter 300 according to the invention which has a prismatic geometry.
  • a beam deflection which may be desired in the overall system can already be realized, for example in order to achieve e.g. to achieve a mutually orthogonal alignment of illumination light on the one hand and incident on the object plane imaging light on the other hand without requiring further deflection or folding mirrors.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a beam splitter 500 according to the invention, which has a plurality of wedge-segment-shaped sections. In this way, the light path within the beam splitter 500 and thus occurring absorption losses can be minimized, and furthermore the angle of incidence at the boundary surface not contributing to the reflection can be minimized.
  • an additional mirror 740 can also be provided in order to detect the beam splitter 700 embodied on the second boundary surface of an analogous to FIG. To deflect deflected light in a direction that is parallel to the footprint of the entire system.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a beam splitter 800 according to the invention, which has two wedge-segment-shaped partial elements 801 and 802.
  • a correction of a wavelength-dependent change in the deflection angle of the beam transmitted through the first subelement 801 can be achieved by arranging the second subelement with an orientation rotated by 180 ° relative to the first subelement 801.
  • the beam splitter according to the invention may also be arranged in the optical system such that the optical beam path is in each case reversed in comparison to the embodiments described above.
  • FIG. 9 shows by way of illustration a configuration analogous to FIG. 1 with the reverse beam path.
  • This embodiment may be advantageous insofar as the demands on the imaging quality in the illumination beam path are lower, so that any surface deformations present on the beam splitter 900 (eg as a result of an embodiment of the beam splitter 900 as a thin film), which lead to wavefront errors in the reflected light component, do not exist Affect the image quality.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere für die Mikroskopie, mit einem Strahlteiler (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900), welcher eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei der Strahlteiler für einen vorgegebenen Arbeitswellenbereich des optischen Systems auf die Lichteintrittsfläche auftreffende elektromagnetische Strahlung zu weniger als 20% absorbiert, und wobei der Strahlteiler in dem optischen System derart angeordnet ist, dass die im Betrieb des optischen Systems an der Lichteintrittsfläche und/oder an der Lichtaustrittsfläche auftretenden, auf die jeweilige Oberflächennormale bezogenen Einfallswinkel wenigstens 70° betragen.

Description

STRAHLTEILER FÜR STREIFENDEN LICHTEINFALL
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 203 749.8, angemeldet am 08. März 2016. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference") mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere für die Mikroskopie. Die Erfindung ist in einer großen Vielfalt von Anwendungsgebieten vorteilhaft einsetzbar, beispielsweise in Mikroskopie-Anwendungen im Bereich der Werkstoffkunde, der Biologie oder diverser anderer Grundlagenuntersuchungen. Eine weitere mögliche
Anwendung der Erfindung stellt auch ein Maskeninspektionssystem zur Inspektion von Retikeln bzw. Masken zur Verwendung in einer mikrolithographischen Projekti- onsbelichtungsanlage dar.
Stand der Technik
Bei der Hellfeld-Auflicht-Mikroskopie erfolgt die Beleuchtung des zu untersuchenden Objekts unter Verwendung eines relativ zu dem von einer Lichtquelle auftreffenden Beleuchtungslicht geneigten Strahlteilers, welcher das Licht auf das zu untersuchende Objekt umlenkt. Dabei ist zur Steigerung der erzielbaren Auflösung ein Übergang zu immer niedrigeren Arbeitswellenlängen wünschenswert. In für den EUV-Bereich ausgelegten optischen Systemen, d.h. bei Wellenlängen von weniger als 30 nm (z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm), werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Dies gilt auch für Systeme, welche für kurzwellige VUV Strahlung (z.B. Wellenlängen unterhalb von 150 nm) ausgelegt sind, da auch solche Systeme bevorzugt als Spiegelsysteme ausgelegt werden.
In den vorstehend genannten Anwendungen werden Strahlteiler eingesetzt, welche das jeweilige Beleuchtungslicht anteilig transmittieren bzw. reflektieren, um die be- treffende elektromagnetische Strahlung einerseits auf eine zu untersuchende (z.B. in der Objektebene eines Mikroskopobjektivs angeordnete) Probe zu richten und andererseits einem Detektor zuzuführen. Zu den hierbei in der Praxis bestehenden Anforderungen gehört - neben einer Minimierung auftretender Absorptions- und Streuverluste - in der Regel auch, dass die am Strahlteiler voneinander separierten An- teile (d.h. der transmittierte Anteil und der reflektierte Anteil der elektromagnetischen Strahlung) in der Intensität möglichst gleich groß sind (sogenannter „50:50- Strahlteiler").
Zur Minimierung von Absorptionsverlusten bei der jeweiligen Arbeitswellenlänge ist insbesondere die Ausgestaltung von Strahlteilern mit dielektrischen Schichtsystemen bekannt, welche eine Abfolge von Einzelschichten aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex aufweisen.
Hierbei tritt jedoch in der Praxis das Problem auf, dass zur Abdeckung eines größe- ren Wellenlängenbereichs prinzipiell eine große Vielzahl unterschiedlicher dielektrischer Schichten benötigt wird, was wiederum aufgrund der Vielzahl vorhandener Grenzflächen mit wachsenden Streulichtanteilen sowie insbesondere bei niedrigen Wellenlängen von z.B. weniger als 150 nm mit zunehmenden Absorptionsverlusten einhergeht. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System, insbesondere für die Mikroskopie bereitzustellen, in welchem eine Strahlteilung über einen ver- gleichsweise großen Wellenlängenbereich und unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein optisches System, insbesondere für die Mikroskopie, auf:
- einen Strahlteiler, welcher eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist; - wobei der Strahlteiler für einen vorgegebenen Arbeitswellenbereich des optischen Systems auf die Lichteintrittsfläche auftreffende elektromagnetische Strahlung zu weniger als 20% absorbiert; und
- wobei der Strahlteiler in dem optischen System derart angeordnet ist, dass die im Betrieb des optischen Systems an der Lichteintrittsfläche und/oder an der Lichtaustrittsfläche auftretenden, auf die jeweilige Oberflächennormale bezogenen Einfallswinkel wenigstens 70° betragen.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einem optischen System wie z.B. einem Mikroskop wenigstens eine im optischen Strahlengang befindliche Grenzfläche eines Strahlteilers unter vergleichsweise hohen (auf die jeweilige Oberflächennormale bezogenen) Einfallswinkeln zu durchlaufen mit der Folge, dass auch ohne Verwendung einer Beschichtung wie z.B. eines dielektrischen Schichtsystems am Strahlteiler ein vergleichsweise hoher Reflexionsgrad realisiert wird und im Ergebnis ein hoher Durchsatz (welcher mit Strahlteilern im sichtbaren Spektralbereich vergleichbar und nahe dem theoretischen Idealwert von 25% liegen kann) erzielbar ist. Aufgrund des Wegfalls des Erfordernisses einer (z.B. dielektrischen) Beschichtung oder Strukturierung des erfindungsgemäßen Strahlteilers können die bei solchen Schichtsystemen typischerweise bestehenden Probleme einer Schichtdegradation vermieden werden, wobei auch Herstellungsaufwand und -kosten signifikant redu- ziert werden können. Des Weiteren können aufgrund des Wegfalls eines aus einer Vielzahl dielektrischer Einzelschichten gebildeten Schichtsystems Absorptions- und Streuverluste minimiert werden.
Aufgrund des Funktionsprinzips des erfindungsgemäßen Strahlteilers wird bereits „intrinsisch" eine Strahlteilung mit hoher Breitbandigkeit hinsichtlich des möglichen Arbeitswellenbereichs erzielt, wobei je nach Ausführungsform Arbeitswellenlängen unterhalb von 120 nm (insbesondere auch im EUV-Bereich, d.h. kleiner als 30 nm, insbesondere kleiner als 15 nm) sowie bis in den infraroten Spektralbereich realisierbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Strahlteiler in dem optischen System derart angeordnet, dass die im Betrieb des optischen Systems an der Lichteintrittsfläche und/oder an der Lichtaustrittsfläche auftretenden, auf die jeweilige Oberflächennormale bezogenen Einfallswinkel wenigstens 75°, insbesondere wenigstens 80°, betragen.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Strahlteiler eine planparallele Geometrie auf. Dabei kann er insbesondere eine Dicke von weniger als 1 mm, weiter insbesondere weniger als 0.5 mm, besitzen. Hierdurch kann ein vergleichsweise geringer bzw. minimaler Lichtweg innerhalb des jeweiligen Materials des Strahlteilers realisiert werden mit der Folge, dass Absorptionsverluste, ein unvermeidlicher Strahlversatz zwischen den an den beiden Grenzflächen des Strahlteilers reflektierten Lichtanteilen sowie auch chromatische Aberrationen minimiert werden können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Strahlteiler wenigstens eine Komponente mit keilförmiger oder keilabschnittsförmiger Geometrie auf. Eine solche Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass nach Mehrfachreflexionen innerhalb des Strahlteilers mit einem Strahlversatz austretende Lichtanteile aufgrund der vom austretenden„Nutzlicht" verschiedenen Austrittswinkel verhältnismäßig einfach ausgeblendet werden können und somit ein störender Einfluss solcher Lichtanteile auf das Abbildungsergebnis vermieden werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Strahlteiler eine prismenförmige Geometrie auf. Eine solche Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass eine bei Integration des Strahlteilers in das optische (Gesamt-) System in der Regel wünschenswerte Realisierung von 90°-Umlenkungen zwischen einfallendem und trans- mittiertem Strahl ohne zusätzlichen Falt- oder Umlenkspiegel und somit unter Redu- zierung der Gesamtzahl an erforderlichen optischen Komponenten bzw. Spiegeln realisierbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Strahlteiler aus einem Material hergestellt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Magnesiumfluorid (MgF2), Lithiumfluorid (LiF), Aluminiumfluorid (AIF3), Kalziumfluorid (CaF2) und Bariumfluorid (BaF2) enthält.
Gemäß einer Ausführungsform besteht der Strahlteiler ausschließlich aus diesem Material.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Strahlteiler wenigstens eine, die Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche aufweisende unbeschichtete Komponente auf. Mit anderen Worten weist der Strahlteiler vorzugsweise keinerlei (z.B. dielektrische) Beschichtung auf, so dass insbesondere auch keine Schichtdegradation stattfinden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 150 nm, insbesondere weniger als 120 nm ausgelegt. Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, weiter insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein Mikroskop. Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein Maskeninspektionssystem zur Inspektion von Retikeln bzw. Masken zur Verwendung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen darge- stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Es zeigen:
Figur 1 -9 schematische Darstellungen zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsformen eines in einem erfindungsgemäßen optischen System eingesetzten Strahlteilers;
Figur 10-1 1 Diagramme zur Darstellung des möglichen Verlaufs der Wellenlängenabhängigkeit des mit einem erfindungsgemäßen Strahlteiler erzielbaren Durchsatzes (Fig. 10) und des Reflexions- bzw. des Transmissionskoeffizienten für s-polarisiertes und p-polarisiertes Licht (Fig. 1 1 ); und
Figur 12 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines herkömmlichen Hellfeld-Auflichtmikroskops. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 12 zeigt eine lediglich schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines herkömmlichen Hellfeld-Auflichtmikroskops.
In dem in Fig. 12 schematisch gezeigten Aufbau eines Hellfeld-Auflichtmikroskops trifft Beleuchtungslicht auf einen Strahlteiler 10, wo es an dessen erster Grenzfläche 10a anteilig reflektiert bzw. transmittiert wird. Der reflektierte Anteil gelangt durch ein Mikroskopobjektiv 15 zur Objektebene OP, wo er an einer in der Objektebene OP befindlichen, zu untersuchenden Probe reflektiert und nach wiederum anteiliger Transmission durch den Strahlteiler 10 über dessen zweite Grenzfläche 10b zu einem Detektor 20 gelangt.
Die Erfindung ist nicht auf die Realisierung in einem solchen Mikroskop beschränkt. So kann die Erfindung bzw. ein erfindungsgemäß ausgestalteter Strahlteiler in weiteren Anwendungen auch z.B. in einem Maskeninspektionssystem zur Inspektion von Retikeln bzw. Masken zur Verwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage einer Maskeninspektionsanlage oder auch in einem anderen optischen System realisiert werden.
Im Weiteren werden unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Strahlteilers unter Bezugnahme auf die schematischen Abbildungen von Fig. 1 bis Fig. 9 beschrieben. Fig. 1 zeigt in lediglich schematischer Darstellung einen Strahlteiler 100, welcher als
Planplatte mit zueinander parallelen Grenzflächen 100a, 100b ausgestaltet ist. Der Strahlteiler 100 ist derart im optischen Strahlengang angeordnet, dass der Einfallswinkel der auf die durch die erste Grenzfläche 100a gebildete Lichteintrittsfläche auftreffenden elektromagnetischen Strahlung wenigstens 70° beträgt (wobei hier und im Folgenden der Einfallswinkel jeweils auf die Oberflächennormale bezogen ist).
Dabei trifft in Fig. 1 ebenso wie in den weiteren Fig. 2-8 das von der (nicht dargestellten) Lichtquelle eintreffende Beleuchtungslicht jeweils in der Darstellung von oben auf den Strahlteiler, wobei in diesen Darstellungen jeweils die zu untersuchende Probe (auf weiche das durch den Strahlteiler 100 transmittierte Licht auftrifft) und der Detektor (zu welchem schließlich das von der zu untersuchenden Probe zurückgeworfene und dann an der zweiten Grenzfläche 100b reflektierte Licht gelangt) nicht dargestellt sind.
Zur Minimierung von Absorptionsverlusten weist der Strahlteiler 100 vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0.5 mm auf. Des Weiteren ist der Strahlteiler 100 aus einem im jeweiligen Arbeitswellenlängenbereich hin- reichend transmissiven bzw. lichtdurchlässigen Material hergestellt. Vorzugsweise sind Material und Dicke des Strahlteilers derart gewählt, dass der Strahlteiler für einen vorgegebenen Arbeitswellenbereich des optischen Systems auf die Lichteintrittsfläche auftreffende elektromagnetische Strahlung zu weniger als 20% absorbiert. Bei Arbeitswellenlängen im Bereich um 120 nm oder darunter stellt z.B. Mag- nesiumfluorid (MgF2) ein geeignetes Material dar.
Fig. 10 und Fig. 1 1 zeigen Diagramme zur Erläuterung des möglichen Verlaufs der Wellenlängenabhängigkeit des mit einem erfindungsgemäßen Strahlteiler erzielbaren Durchsatzes, wobei der Strahlteiler als Planplatte aus Magnesiumfluorid (MgF2), auf dessen Lichteintrittsfläche im optischen System der auf die Oberflächennormale bezogene Einfallswinkel 79° beträgt, ausgestaltet ist. Gemäß Fig. 10 liegt der im Mittel erzielbare Durchsatz D bei etwa 22°, wobei der Durchsatz D gegeben ist durch D=(Rs*Ts+Rp*Tp)/2. Dieser Wert ist mit den mit Strahlteilern im sichtbaren Spektralbereich erzielbaren Werten vergleichbar und liegt nahe dem theoretischen Idealwert von 25%.
Fig. 1 1 zeigt den jeweiligen Verlauf des Reflexionskoeffizienten und des Transmissionskoeffizienten sowohl für den Anteil mit s-Polarisation auch für den Anteil mit p- Polarisation. Die Mittelwerte von Reflexionsanteil und der Transmissionsanteil über beide Polarisationsrichtungen liegen für beide Polarisationsanteile jeweils etwa bei dem gewünschten Wert von 50%, wobei das Polarisationsverhältnis (Rp+Tp)/(RS+Ts) nahe dem gewünschten Wert von Eins liegt. In weiteren Ausführungsformen kann der Strahlteiler 100 auch mit noch geringerer Dicke (z.B. auch als dünne Folie aus Silizium (Si)) hergestellt sein. Von Vorteil ist eine wegen der Absorptionsverluste möglichst geringe Dicke von weniger als Ι μηι, weiter vorzugsweise eine Dicke von weniger als 100nm.
Eine Ausführungsform zur Gewährleistung einer hinreichenden Stabilität bzw. Vermeidung unerwünschter Beeinträchtigungen der Abbildungsqualität durch etwaige Oberflächendeformationen des Strahlteilers ist lediglich schematisch in Fig. 4 dargestellt. Gemäß Fig. 4 kann eine Verbesserung der mechanischen Stabilität eines Strahlteilers 400 durch (z.B. angesprengte) Stützelemente z.B. in Form von Ringsegmenten oder Rahmensegmenten, welche insbesondere aus demselben Material wie der Strahlteiler 400 selbst bestehen können, erzielt werden. In Fig. 4 sind solche Stützelemente lediglich schematisch angedeutet und mit„410" bzw.„420" bezeichnet. Die Erfindung ist hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung solcher Stützelemen- te nicht eingeschränkt, wobei beispielsweise auch eine mittige Abstützung über Streben oder dergleichen vorgesehen sein kann.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 ist der eingezeichnete Strahlengang insofern stark vereinfacht, als innerhalb des Strahlteilers 100 unvermeidbare Mehrfachrefle- xionen auftreten, wobei die entsprechenden, mehrfach reflektierten Anteile nach Austritt aus dem Strahlteiler 100 einen Strahlversatz aufweisen.
Um eine Eliminierung solcher bei hochgenauer Abbildung störender Lichtanteile zu vereinfachen, kann der erfindungsgemäße Strahlteiler auch wie in Fig. 2 dargestellt eine keilförmige bzw. keilabschnittsförmige Geometrie besitzen. Hierdurch wird eine
Auskopplung der vorstehend beschriebenen, unerwünschten Lichtanteile aufgrund der vom Nutzlicht verschiedenen Austrittswinkel erleichtert.
Da bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung des Strahlteilers 200 mit keil- förmiger oder keilabschnittsförmiger Geometrie eine der Grenzflächen (nämlich die erste Grenzfläche 200a) nicht zum Reflexionsanteil beiträgt, ist vorzugsweise der Transmissionsanteil an dieser Grenzfläche möglichst groß. Hierzu ist der Einfallswinkel an der betreffenden Grenzfläche vorzugsweise deutlich kleiner als an der an- deren (reflektierenden) Grenzfläche, wobei der Einfallswinkel an der betreffenden, nicht zum Reflexionsanteil beitragenden Grenzfläche vorzugsweise kleiner als 65° gewählt werden kann. In weiteren Ausführungsformen kann, wie in Fig. 6 angedeutet, auf die nicht zum Reflexionsanteil beitragende Grenzfläche eines Strahlteilers 600 auch eine die Reflexion vermindernde Beschichtung 630 (in Fig. 6 gestrichelt angedeutet) aufgebracht sein.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlteilers 300, welcher eine prismenförmige Geometrie besitzt. Eine derartige Ausgestaltung kann zum einen eine ausgeprägtere Separierung zwischen transmittiertem und reflektiertem Lichtanteil unter Einstellung größerer Winkel zwischen diesen Lichtanteilen bewirken. Des Weiteren kann bei geeigneter Ausgestaltung des betreffenden Prismas aufgrund der innerhalb des Strahlteilers 300 stattfindenden Totalreflexion bereits eine im Gesamtsystem gegebenenfalls gewünschte Strahlumlenkung reali- siert werden, um z.B. eine zueinander orthogonale Ausrichtung von Beleuchtungslicht einerseits und auf die Objektebene auftreffendem Abbildungslicht andererseits ohne Erfordernis weiterer Umlenk- bzw. Faltspiegel zu erzielen.
Auch bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strahlteilers als Prisma gelten die obigen Ausführungen betreffend den möglichst hohen Transmissionsanteil der nicht zum Reflexionsanteil beitragenden Grenzfläche bzw. die vorzugsweise erfolgende Wahl entsprechend geringerer Einfallswinkel an der betreffenden Grenzfläche analog. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlteilers 500, welcher eine Mehrzahl von keilsegmentförmigen Abschnitten aufweist. Hierdurch können der Lichtweg innerhalb des Strahlteilers 500 und damit auftretende Absorptionsverluste minimiert werden, wobei des Weiteren auch der Einfallswinkel an der nicht zur Reflexion beitragenden Grenzfläche minimiert werden kann.
Gemäß Fig. 7 kann auch ein zusätzlicher Spiegel 740 vorgesehen sein, um das an der zweiten Grenzfläche eines analog zu Fig. 1 ausgestalteten Strahlteilers 700 re- flektierte Licht in eine Richtung umzulenken, die parallel zur Aufstandsfläche des Gesamtsystems ist.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlteilers 800, welcher zwei keilabschnittsförmige Teilelemente 801 und 802 aufweist. Auf diese Weise kann eine Korrektur einer wellenlängenabhängigen Änderung im Ablenkwinkel des durch das erste Teilelement 801 transmittierten Strahls erzielt werden, indem das zweite Teilelement mit einer relativ zum ersten Teilelement 801 um 180° gedrehten Orientierung angeordnet wird.
Des Weiteren kann durch Einsatz eines zweiten Teilelements in dem erfindungsgemäßen Strahlteiler oder auch durch eine auf einer Grenzfläche des Strahlteilers ausgebildete Asphäre auch ein astigmatischer Wellenfrontfehler korrigiert werden. In weiteren Ausführungsformen kann der erfindungsgemäße Strahlteiler im optischen System auch so angeordnet sein, dass der optische Strahlengang im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen jeweils umgekehrt ist. Fig. 9 zeigt zur Veranschaulichung eine zu Fig. 1 analoge Ausgestaltung mit umgekehrtem Strahlengang. Diese Ausgestaltung kann insoweit vorteilhaft sein, als die Anforderungen an die Abbildungsgüte im Beleuchtungsstrahlengang geringer sind, so dass etwaige, auf dem Strahlteiler 900 vorhandene Oberflächendeformationen (z.B. infolge einer Ausgestaltung des Strahlteilers 900 als dünne Folie), welche zu Wellenfrontfehlern im reflektierten Lichtanteil führen, keinen Einfluss auf die Abbildungsgüte haben.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
Optisches System, insbesondere für die Mikroskopie, mit
• einem Strahlteiler (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900), welcher eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist;
• wobei der Strahlteiler für einen vorgegebenen Arbeitswellenbereich des optischen Systems auf die Lichteintrittsfläche auftreffende elektromagnetische Strahlung zu weniger als 20% absorbiert; und
• wobei der Strahlteiler in dem optischen System derart angeordnet ist, dass die im Betrieb des optischen Systems an der Lichteintrittsfläche und/oder an der Lichtaustrittsfläche auftretenden, auf die jeweilige Oberflächennormale bezogenen Einfallswinkel wenigstens 70° betragen.
Optisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, der Strahlteiler in dem optischen System derart angeordnet ist, dass die im Betrieb des optischen Systems an der Lichteintrittsfläche und/oder an der Lichtaustrittsfläche auftretenden, auf die jeweilige Oberflächennormale bezogenen Einfallswinkel wenigstens 75°, insbesondere wenigstens 80°, betragen.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, der Strahlteiler eine maximale Dicke von weniger als 1 Millimeter (mm), insbesondere weniger als 0.5 mm, besitzt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, der Strahlteiler (100, 400, 600, 700, 900) eine planparallele Geometrie besitzt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (200, 500, 800) wenigstens eine Komponente mit keilförmiger oder keilabschnittsförmiger Geometrie aufweist.
6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (300) eine prismenförmige Geometrie besitzt.
7. Optisches System nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900) aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Magnesiumfluorid (MgF2), Lithiumfluorid (LiF), Aluminiumfluorid (AIF3), Kalzium- fluorid (CaF2) und Bariumfluorid (BaF2) enthält.
8. Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900) ausschließlich aus diesem Material besteht.
9. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900) wenigstens eine, die Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche aufweisende unbeschichtete Komponente aufweist.
10. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 150 nm, insbesondere weniger als 120 nm ausgelegt ist.
1 1 . Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, weiter insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt ist. 12. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Mikroskop ist.
13. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Maskeninspektionssystem zur Inspektion von Masken zur Verwendung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.
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