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Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Feldabbildung und/oder Pupillenabbildung, mit einer optischen Achse, einer Blendenebene und einer Bildebene, mit einem Linsensystem, das drei Linsengruppen mit jeweils zumindest einer Linse aufweist, die entlang der optischen Achse zwischen der Blendenebene und der Bildebene voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die drei Linsengruppen ein erstes Linsenmaterial und/oder ein vom ersten Linsenmaterial verschiedenes zweites Linsenmaterial aufweisen.
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Ein solches optisches System ist aus
WO 2006/091181 A1 bekannt.
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Beispielsweise wird das optisches System für optische Abbildungen, insbesondere Feldabbildungen und/oder Pupillenabbildungen, eingesetzt, die in der Mikroskopie und in der Mikrolithographie eine wesentliche Rolle spielen. Die optischen Eigenschaften der mikroskopischen bzw. mikrolithografischen Anlagen hängen primär von der Qualität der optischen Abbildungen mit dem dort vorhandenen optischen System ab.
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Ein typisches optisches System für optische Abbildungen weist regelmäßig zumindest ein optisches Element auf, das aus zumindest einem lichtdurchlassenden Material besteht. Dieses Material weist einen Brechungsindex auf, der von der Wellenlänge des auf das optische Element einfallenden Lichtes abhängt.. Diese Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex, auch Dispersion genannt, führt zu chromatischen Aberrationen in refraktiven optischen Elementen, beispielsweise in einer optischen Linse, die eine charakteristische Fokuslage bezüglich einer bestimmten Wellenlänge aufweist. Unter dem Begriff chromatische Aberration versteht man optische Abbildungsfehler, die auf die wellenlängenabhängige Brechkraft der Linse zurückzuführen sind. Die Wellenlängenabhängigkeit der Fokuslage einer optischen Linse kommt dadurch zustande, dass Licht unterschiedlicher Wellenlängen oder Farben durch die optische Linse verschieden stark gebrochen wird. In der Fotografie entstehen in Aufnahmen besonders an Hell-Dunkel-Übergängen grüne und rote Farbsäume, die als Farbquerfehler bezeichnet werden, wobei das Bild zusätzlich unscharf wirkt, was als Farblängsfehler bekannt ist.
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Diese chromatischen Abbildungsfehler lassen sich in sogenannte primäre und sekundäre Abbildungsfehler weitergliedern. Wenn sich ein Abbildungsfehler nur auf die Unterschiede der Abbildung bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen bezieht, handelt es sich dabei um einen primären Abbildungsfehler, während es sich bei Abbildungsfehlern, die sich auf mehr als zwei Wellenlängen beziehen, um sekundäre Abbildungsfehler handelt.
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Um chromatischen Abbildungsfehlern entgegenzuwirken, werden Achromaten verwendet, um eine identische Fokuslage für verschiedene Wellenlängen zu erreichen. Mit einem einfachen Achromaten aus zwei verschiedenen Materialien ist es im Allgemeinen jedoch nur möglich, eine identische Fokuslage für zwei Wellenlängen zu erreichen. Dabei lassen sich der primäre Farblängsfehler und der primäre Farbquerfehler durch diesen Achromaten korrigieren. Allerdings weicht der Fokus einer dazwischenliegenden Wellenlänge in Abhängigkeit von den Dispersionseigenschaften der verwendeten Materialien mehr oder weniger von dieser Fokuslage ab. Bei besonders hohen Anforderungen in der Mikroskopie bzw. Mikrolithographie muss insbesondere auch der sekundäre Farblängsfehler (auch als sekundäres Spektrum bezeichnet) korrigiert werden.
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Das sekundäre Spektrum lässt sich heutzutage durch apochromatische Linsen minimieren, wobei eine geschickte Wahl der Linsenmaterialien, insbesondere solcher mit anomaler Teildispersion, getroffen werden muss. Unter Teildispersion versteht man das Verhältnis der Differenzen zwischen dem Brechungsindex eines Linsenmaterials bzgl. zweier verschiedener Wellenlängenpaare, wobei verschiedene Linsenmaterialien unterschiedliche Teildispersionscharakteristika aufweisen. Diese Möglichkeit besteht aber im UV-Bereich, in dem nur sehr wenige Optikmaterialien verfügbar sind, nicht. In
US 5754340 wird deshalb vorgeschlagen, das sekundäre Spektrum durch eine Kombination von Linsen aus Quarzglas und/oder Kalziumfluorid mit einem diffraktiven optischen Element zu reduzieren, was eine sehr aufwendige Lösung darstellt.
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Aus der Literatur ist bekannt, dass das sekundäre Spektrum auch bei Verwendung von nur zwei Linsenmaterialien korrigiert werden kann, wenn die Designparameter des Systems entsprechend gewählt werden. Die Veröffentlichung von C. G. Wynne, „A comprehensive first-order theory of chromatic aberration. Secondary spectrum correction without special glasses", Optica Acta: International Journal of Optics, 25 (1978), Seiten 627–636 stellt hierfür ein Beispiel dar.
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Das eingangs genannte Dokument offenbart ein Linsensystem, das drei Linsengruppen aufweist, die aus nur zwei Linsenmaterialien bestehen. Das Linsensystem ermöglicht eine hinreichend gute Korrektur verschiedener Aberrationen, insbesondere des sekundären Farblängsfehlers im sichtbaren Spektralbereich. Allerdings wird hier, wie bei vielen Anwendungen üblich und ausreichend, nur die Abbildung vom Objekt (hier im Unendlichen) in die Bildebene gut korrigiert, wohingegen die Pupillenabbildung farblich unkorrigiert ist. Für das in der des eingangs genannten Dokumentes gezeigte System mit einer Brennweite von ca. 560 mm und einer Öffnung von 80 mm unterscheiden sich beispielsweise bei einem Feldwinkel von 1° und einer Bildhöhe von 9,5 mm die bildseitigen Einfallswinkel für Wellenlängen von 436 nm und 656 nm um rund 10%.
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DE 101 13 612 A1 offenbart ein Teilobjektiv zur Beleuchtung eines Bildfeldes, insbesondere in einer Beleuchtungseinrichtung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, wobei das Teilobjektiv aus zwei Linsengruppen besteht, die ein oder zwei Linsenmaterialien aufweisen. Dadurch werden die Aberrationen in der Feldabbildung und in der Pupillenabbildung korrigiert. Aus
DE 101 13 612 A1 ist jedoch nicht zu entnehmen, dass sekundäre Aberrationen der beiden Abbildungen durch das dort offenbarte Teilobjektiv ebenfalls korrigiert werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte optische System dahingehend weiterzuentwickeln, dass es eine möglichst gute Farbkorrektur in den optischen Abbildungen ermöglicht, wobei vorstehend genannte Nachteile beseitigt werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Linsensystem als Fourier-Optik ausgebildet ist, die zusätzlich eine weitere entlang der optischen Achse zwischen der Blendenebene und der Bildebene von den drei Linsengruppen beabstandet angeordnete Linsengruppe mit zumindest einer Linse aufweist, die das erste Linsenmaterial und/oder das zweite Linsenmaterial aufweist, wobei zwei der vier Linsengruppen der Fourier-Optik in Bezug auf Farblängsfehler der Feldabbildung und/oder der Pupillenabbildung als eine erste und eine zweite farbunterkorrigierte Linsengruppe ausgebildet sind, wobei zwei andere der vier Linsengruppen der Fourier-Optik als eine erste und eine zweite farbüberkorrigierte Linsengruppe ausgebildet sind, wobei die Fourier-Optik eine alternierende Abfolge zwischen jeweils farbunterkorrigierter und farbüberkorrigierter Linsengruppe aufweist.
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Mit dem erfindungsgemäßen optischen System lässt sich eine Fourier-Optik für breitbandige Anwendungen im UV-Bereich realisieren, bei der je nach Anforderungsgrad der primäre Farblängsfehler, der primäre Farbquerfehler und der sekundäre Farblängsfehler für die Feldabbildung und die Pupillenabbildung korrigiert werden können. Das erfindungsgemäße optische System weist ferner den Vorteil auf, dass für die oben genannten Farbkorrekturen nur zwei Linsenmaterialien verwendet werden, jedoch mit einem zusätzlichen Vorteil, dass neben den primären Farbfehlern für mindestens eine der beiden Abbildungen auch der sekundäre Farbfehler korrigiert werden kann.
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Unter dem Begriff Fourier-Optik wird eine optische Anordnung verstanden, die ein im Unendlichen liegendes Objekt in eine in einer endlichen Entfernung befindliche Bildebene und gleichzeitig die Eintrittspupille nach unendlich abbildet. Hierfür ist im einfachsten Fall eine einzelne Linse, die als Transformationslinse bezeichnet wird, ausreichend, wobei die Eintrittspupille und die Bildebene in der vorderen bzw. hinteren Brennebene der Linse liegen.
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In
US 2, 698, 555 wird relativ allgemein gezeigt, wie das sekundäre Spektrum durch Kombination einer farbüber- mit einer davon beabstandeten farbunterkorrigierten Gruppe korrigiert werden kann, wobei die unterkorrigierte Gruppe vorzugsweise den Großteil der Gesamtbrechkraft des Systems trägt.
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Die im erfindungsgemäßen optischen System verwendete Fourier-Optik ist in der Lage, die oben genannten Aberrationen für die beiden Abbildungen vollständig zu korrigieren. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße optische System im Vergleich mit einem aus dem Stand der Technik bekannten optischen System aus einfachen Achromaten eine zumindest um einen Faktor 20 bessere Korrektur der beiden Abbildungen für das sekundäre Spektrum. Dadurch lässt sich die Abbildungsqualität für die Mikroskopie bzw. für die Mikrolithographie unter Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Systems, beispielsweise als Beleuchtungssystem, wesentlich erhöhen.
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Es ist außerdem möglich und kann für das Gesamtsystem von Vorteil sein, einen gewissen Farbfehler zu erzeugen, um die Über- oder Unterkorrektur eines anderen Teilsystems zu kompensieren, wobei die Objekt- und Bildebenen nicht zwangsläufig zugänglich außerhalb des Teilsystems liegen müssen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erste und/oder die zweite farbunterkorrigierte Linsengruppe jeweils nur eine Linse, vorzugsweise eine Sammellinse mit positiver Brechkraft, auf.
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Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass dadurch die Anzahl der Linsen von zumindest einer Linsengruppe der Fourier-Optik auf ein Mindestmaß reduziert werden kann. Der Aufwand zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Systems wird mithin reduziert. Eine Sammellinse mit positiver Brechkraft ist ohne spezielle Korrektionsmaßnahmen üblicherweise unterkorrigiert, so dass eine Sammellinse als farbunterkorrigierte Linsengruppe optimal einzusetzen ist. Alternativ oder zusätzlich kann die erste und/oder die zweite farbunterkorrigierte Linsengruppe jeweils zwei Linsen in Kombination aufweisen, die verkittet sein können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erste und/oder die zweite farbunterkorrigierte Linsengruppe jeweils nur ein Material, vorzugsweise das erste oder das zweite Linsenmaterial, auf.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Anzahl der Linsenmaterialien zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Systems ebenfalls auf ein Mindestmaß reduziert werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Bezug auf den UV-Bereich, in dem nur sehr wenige Optikmaterialien verfügbar sind. Diese Maßnahme wirkt sich ferner reduzierend auf den Herstellungsaufwand sowie -kosten aus.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erste und/oder die zweite farbüberkorrigierte Linsengruppe jeweils zumindest zwei Linsen, vorzugsweise eine Sammellinse mit positiver Brechkraft und eine Zerstreuungslinse mit negativer Brechkraft, auf.
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Vorteilhafterweise lässt sich eine Überkorrektur einer optischen Abbildung hierdurch mittels Kombinieren einer Sammellinse mit einer Zerstreuungslinse erreichen, indem diese beiden Linsen entsprechend angeordnet sind. Durch diese Maßnahme lässt sich die Anzahl der Linsen für eine farbüberkorrigierte Linsengruppe auf zwei begrenzen, was aufgrund der gegenwärtig ausgereiften Linsenherstellungstechnik den Herstellungsaufwand für das erfindungsgemäße optische System niedrig halten kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erste und/oder die zweite farbüberkorrigierte Linsengruppe jeweils zwei Materialien, vorzugsweise das erste Linsenmaterial und das zweite Linsenmaterial, auf. Vorzugsweise weist die Zerstreuungslinse die höhere Dispersion auf.
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Durch diese Maßnahme lässt sich die Anzahl der Linsenmaterialien für die Herstellung von farbüberkorrigierten Linsengruppen auf zwei beschränken, was angesichts der sehr wenigen Optikmaterialien, die für den UV-Bereich verfügbar sind, besonders vorteilhaft ist. Darüber hinaus lässt sich die Beschaffung der Linsenmaterialien für die Herstellung sowohl der farbunter- als auch der farbüberkorrigierten Linsengruppen des erfindungsgemäßen optischen Systems gemeinsam gestalten, was den Herstellungsaufwand des erfindungsgemäßen optischen Systems aus betriebswirtschaftlicher Sicht zusätzlich reduziert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die Blendenebene und ein Bildfeld im Wesentlichen die gleiche Größe auf, wenn ein Objekt und/oder eine Austrittspupille sich in einem unendlichen Abstand von der Blendenebene befinden.
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Vorteilhafterweise können mithilfe dieser Maßnahme die Feld- und die Pupillenabbildung durch Umdrehen der Fourier-Optik um eine Normale zur optischen Achse vertauscht werden. Dadurch ermöglicht das erfindungsgemäße optische System dem Benutzer eine Fourier-Optik mit der besonders einfachen Wahlmöglichkeit, dass eine der beiden Abbildungen, die Feldabbildung bzw. die Pupillenabbildung, die besser korrigierte ist.
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Das erfindungsgemäße optische System ist dabei an eine Anwendung mit endlicher Objekt- und/oder Austrittspupillenlage besonders einfach anzupassen. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen optischen Systems dadurch wesentlich erweitern lässt, um den vielfältigen Anforderungen in der Mikroskopie bzw. in der Mikrolithographie gerecht zu werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erste farbunterkorrigierte Linsengruppe von der Blendenebene gesehen vor der zweiten farbunterkorrigierten Linsengruppe sowie vor der ersten und der zweiten farbüberkorrigierten Linsengruppen angeordnet, wobei vorzugsweise die erste farbunterkorrigierte Linsengruppe als plankonvexe Sammellinse mit positiver Brechkraft ausgebildet ist, die eine der Blendenebene zugewandte konvexe Fläche aufweist, wobei weiter vorzugsweise die zweite farbunterkorrigierte Linsengruppe als bikonvexe Sammellinse mit positiver Brechkraft ausgebildet ist.
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Mit dieser Maßnahme lassen sich zwei farbunterkorrigierte Linsengruppen realisieren, die jeweils nur eine Sammellinse aufweisen. Neben dem Vorteil, dass für die beiden farbunterkorrigierten Linsengruppen jeweils eine Sammellinse genügt, lässt sich hierfür auch die Materialwahl auf ein bestimmtes Linsenmaterial einschränken, womit sich ein niedriger Design- und Herstellungsaufwand des erfindungsgemäßen optischen Systems ergibt. Mit einer plankonvexen Sammellinse mit positiver Brechkraft als erste farbunterkorrigierte Linsengruppe nach der Blendenebene entlang der optischen Achse ist ferner die Möglichkeit geschaffen, dass Lichtstrahlen, insbesondere achsferne Lichtstrahlen, durch die erste farbunterkorrigierte Linsengruppe bereits hinreichend stark farbunterkorrigiert werden können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erste farbüberkorrigierte Linsengruppe von der Blendenebene gesehen vor der zweiten farbüberkorrigierten Linsengruppe angeordnet, wobei vorzugsweise die erste farbüberkorrigierte Linsengruppe von der Blendenebene gesehen abfolgend eine plankonkave Zerstreuungslinse mit einer von der Blendenebene abgewandten konkaven Fläche, eine bikonvexe Sammellinse und eine bikonkave Zerstreuungslinse aufweist, wobei die bikonvexe Sammellinse mit der bikonkaven Zerstreuungslinse entlang der optischen Achse von der plankonkaven Zerstreuungslinse beabstandet zusammengefügt sind, wobei weiter vorzugsweise die zweite farbüberkorrigierte Linsengruppe von der Blendenebene gesehen abfolgend eine plankonvexe Sammellinse mit einer von der Blendenebene abgewandten konvexen Fläche und eine mit dieser entlang der optischen Achse zusammengefügte plankonkave Zerstreuungslinse mit einer der Blendenebene zugewandten konkaven Fläche aufweist.
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Mit dieser Maßnahme lässt sich zumindest eine farbüberkorrigierte Linsengruppe der Fourier-Optik des erfindungsgemäßen optischen Systems durch zwei Linsen ausbilden, was den Design- und den Herstellungsaufwand des erfindungsgemäßen optischen Systems niedrig hält. Ferner kann die Anzahl der für die Herstellung der beiden farbüberkorrigierten Linsengruppen verwendeten Materialien hiermit auf zwei limitiert werden, was für Anwendungen im UV-Bereich, in dem nur sehr wenige Optikmaterialien verfügbar sind, vorteilhaft ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erste farbüberkorrigierte Linsengruppe von der Blendenebene gesehen vor der zweiten farbüberkorrigierten Linsengruppe sowie vor der ersten und der zweiten farbunterkorrigierten Linsengruppen angeordnet, wobei vorzugsweise die erste farbüberkorrigierte Linsengruppe von der Blendenebene gesehen abfolgend eine plankonkave Zerstreuungslinse mit einer von der Blendenebene abgewandten konkaven Fläche und eine mit dieser entlang der optischen Achse zusammengefügte plankonvexe Sammellinse mit einer der Blendenebene zugewandten konvexen Fläche aufweist, wobei weiter vorzugsweise die zweite farbüberkorrigierte Linsengruppe von der Blendenebene gesehen abfolgend eine bikonkave Zerstreuungslinse, eine bikonvexe Sammellinse und eine plankonkave Zerstreuungslinse mit einer der Blendenebene zugewandten konkaven Fläche aufweist, wobei die bikonvexe Sammellinse mit der bikonkaven Zerstreuungslinse entlang der optischen Achse von der plankonkaven Zerstreuungslinse beabstandet zusammengefügt sind.
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Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, da hiermit sich zumindest eine farbüberkorrigierte Linsengruppe der Fourier-Optik des erfindungsgemäßen optischen Systems durch zwei Linsen ausbilden lässt, so dass die Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Systems weiter kostengünstig gestaltet werden kann. Ferner kann die Anzahl der für die Herstellung der beiden farbüberkorrigierten Linsengruppen verwendeten Materialien auf zwei beschränkt werden, was für Anwendungen im UV-Bereich, in dem nur sehr wenige Optikmaterialien verfügbar sind, vorteilhaft ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erste farbunterkorrigierte Linsengruppe von der Blendenebene gesehen vor der zweiten farbunterkorrigierten Linsengruppe angeordnet, wobei vorzugsweise die erste farbunterkorrigierte Linsengruppe als bikonvexe Sammellinse mit positiver Brechkraft ausgebildet ist, wobei weiter vorzugsweise die zweite farbunterkorrigierte Linsengruppe als plankonvexe Sammellinse mit positiver Brechkraft ausgebildet ist, die eine der Blendenebene zugewandte konvexe Fläche aufweist.
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Mit dieser Maßnahme lassen sich zwei farbunterkorrigierte Linsengruppen realisieren, die jeweils nur eine Sammellinse aufweisen. Die Materialwahl lässt sich auf ein bestimmtes Linsenmaterial einschränken, womit die Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Systems weiter kostengünstig gestaltet werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Fourier-Optik Siliziumdioxid und/oder Kalziumfluorid auf.
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In Bezug auf das erfindungsgemäße optische System ist die Verwendung dieser Materialien besonders vorteilhaft, da sie eine Fourier-Optik insbesondere für den UV-Bereich mit den entsprechenden Wellenlängen ermöglichen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Fourier-Optik zumindest ein weiteres optisches Element, beispielsweise einen Umlenkspiegel und/oder einen Strahlteiler, auf.
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Das erfindungsgemäße optische System hat mit dieser Maßnahme den Vorteil, dass sein Anwendungsbereich dadurch wesentlich erweitert werden kann. Insbesondere kann mit Hilfe eines Umlenkspiegels der Beleuchtungsstrahlengang um 90° abgelenkt werden. Alternativ ist es auch möglich, einen Teil des Beleuchtungslichtes für Messzwecke mit Hilfe eines Strahlteilers auszukoppeln. Weitere optische Elemente, die weitere Anwendungszwecke ermöglichen, lassen sich aufgrund eines hinreichend großen Abstandes zwischen den vorstehend genannten Linsengruppen der Fourier-Optik ebenfalls einsetzen.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Linsenschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfin-dungsgemäßen optischen Systems;
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2 einen Linsenschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Systems;
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3 eine Tabelle mit den Systemdaten des optischen Systems in 1;
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4 eine Tabelle mit den Systemdaten des optischen Systems in 2; und
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5 eine Tabelle mit Farbkorrekturen durch das optische System in 2.
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In 1 ist der Linsenschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenen optischen Systems dargestellt. Das optische System 10 weist ein Linsensystem 11 auf, das eine Fourier-Optik 12 aufweist, die vier Linsengruppen 14a, b, c, d aufweist, wobei die Linsengruppen 14a, b, c, d rotationssymmetrisch um eine optische Achse 16 angeordnet sind. Als Linsenmaterial werden in diesem Ausführungsbeispiel Kalziumfluorid und Quarzglas bzw. Siliziumdioxid eingesetzt. Kalziumfluorid weist bei einer Arbeitswellenlänge von 193,3 nm eine Brechzahl von 1,5014 auf, während Siliziumdioxid bei derselben Arbeitswellenlänge eine Brechzahl von 1,5603 aufweist. Die Fourier-Optik 12 weist eine Blendenebene 18 auf, die einen Durchmesser von 5 mm aufweist. Die Fourier-Optik 12 weist ferner eine Bildebene 20 auf, wobei die vier Linsengruppen 14a, b, c, d zwischen der Blendenebene 18 und der Bildebene 20 rotationssymmetrisch um die optische Achse 16 angeordnet sind.
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Die Fourier-Optik 12 weist für eine Arbeitswellenlänge von 190–250 nm eine charakteristische Brennweite von 100mm auf.
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Durch die Blendenebene 18 treten parallele Strahlenbüschel in das optische System 10 ein, die von einem hier nicht gezeigten Objekt, das sich in einem unendlichen Abstand vor der Blendenebene 18 befindet, ausgehen und durch die vier Linsengruppen 14a, b, c, d hindurchgehen und schließlich in der Bildebene 20 auf mehrere Bildpunkte 21 fokussiert werden. Durch die Linsengruppen 14a, b, c, d wird das Objekt auf die Bildebene 20 in ein Bildfeld 20a abgebildet, wobei das Bildfeld 20a einen Durchmesser von 5 mm aufweist. Innerhalb des Bildfeldes 20a beträgt der geometrische Durchmesser der Bildpunkte 21 weniger als 0.2 µm, wobei die Korrektur der Feldabbildung so gut ist, dass die Größe des Durchmessers der Bildpunkte 21 im Wesentlichen durch Beugung bestimmt ist. Unter dem Begriff 'geometrischer Durchmesser' ist der geometrische Spotdurchmesser unter Vernachlässigung der Beugung zu verstehen. Neben der Fourier-Optik 12 sind mehrere Strahlenbüschel eingezeichnet. Das Bildfeld 20a und die Blendenebene 18 weisen die gleiche Größe auf. Die Blendenebene 18 wird durch die Linsengruppen 14a, b, c, d ebenfalls abgebildet, wobei sie eine Austrittspupille aufweist, die sich in einem unendlichen Abstand nach der Blendenebene 18 befindet (nicht gezeigt).
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Die Systemdaten, insbesondere die Krümmungsradien, Abstände zwischen benachbarten Flächen sowie die Linsenmaterialien für die einzelnen optischen Elemente des optischen Systems 10 in 1, sind in der Tabelle in 3 zusammengefasst.
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Die Fourier-Optik 12 weist von der Blendenebene 18 gesehen die erste Linsengruppe 14a auf, die als plankonvexe Sammellinse 22 mit positiver Brechkraft ausgebildet ist. Die erste Linsengruppe 14a weist eine der Blendenebene 18 zugewandte konvexe Fläche 22a und eine von der Blendenebene 18 abgewandte näherungsweise plane Fläche 22b auf, wobei die konvexe Fläche 22a einen Krümmungsradius von 17.2 mm aufweist. Die plankonvexe Sammellinse 22 weist als Linsenmaterial Quarzglas auf, wobei sie 22 in einem Abstand von der Blendenebene 18 von 52.5 mm rotationssymmetrisch um die optische Achse 16 angeordnet ist.
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Die Fourier-Optik 12 weist von der Blendenebene 18 gesehen nach der ersten Linsengruppe 14a die zweite Linsengruppe 14b auf, die von der Blendenebene 18 gesehen abfolgend eine plankonkave Zerstreuungslinse 24 mit einer der Blendenebene 18 zugewandte Fläche 24a und einer von der Blendenebene 18 abgewandten konkaven Fläche 24b, eine bikonvexe Sammellinse 26 und eine bikonkave Zerstreuungslinse 28 aufweist, wobei die bikonvexe Sammellinse 26 mit der bikonkaven Zerstreuungslinse 28 entlang der optischen Achse 16 von der plankonkaven Zerstreuungslinse 24 beabstandet zusammengefügt bzw. verkittet sind. Die näherungsweise plankonkave Zerstreuungslinse 24 weist eine Brechkraft von –50 dpt auf, wobei ihre konkave Fläche 24a einen Krümmungsradius von 8.9mm aufweist. Die plankonkave Zerstreuungslinse 24 weist ferner als Linsenmaterial Quarzglas auf, wobei sie rotationssymmetrisch um die optische Achse 16 angeordnet ist. Die bikonvexe Sammellinse 26 weist eine der Blendenebene 18 zugewandte konvexe Fläche 26a und eine von der Blendenebene 18 abgewandte konvexe Fläche 26b auf. Als Linsenmaterial weist die bikonvexe Sammellinse 26 CaF2 auf, wobei sie rotationssymmetrisch um die optische Achse 16 angeordnet ist. Die mit der bikonvexen Sammellinse 26 rotationssymmetrisch um die optische Achse 16 zusammengefügte bikonkave Zerstreuungslinse 28 weist eine der Blendenebene 18 zugewandte konkave Fläche 28a und eine von der Blendenebene 18 abgewandte konkave Fläche 28b auf, wobei die konvexe Fläche 26b mit der konkaven Fläche 28a verbunden ist. Als Linsenmaterial weist die bikonkave Zerstreuungslinse 28 Quarzglas auf.
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Die Fourier-Optik 12 weist von der Blendenebene 18 gesehen die dritte Linsengruppe 14c auf, die als eine bikonvexe Sammellinse 30 mit positiver Brechkraft ausgebildet ist. Die bikonvexe Sammellinse 30 weist eine der Blendenebene 18 zugewandte konvexe Fläche 30a und eine von der Blendenebene 18 abgewandte konvexe Fläche 30b auf. Die bikonvexe Sammellinse 30 weist als Linsenmaterial Quarzglas auf, wobei sie rotationssymmetrisch um die optische Achse 16 angeordnet ist.
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Die Fourier-Optik 12 weist von der Blendenebene 18 gesehen die vierte Linsengruppe 14d auf, die von der Blendenebene 18 gesehen abfolgend eine plankonvexe Sammellinse 32 und eine mit dieser entlang der optischen Achse 16 zusammengefügte plankonkave Zerstreuungslinse 34 aufweist. Die Sammellinse 32 weist eine der Blendenebene 18 zugewandte konvexe Fläche 32a und eine von der Blendenebene 18 abgewandte konvexe Fläche 32b auf. Die Zerstreuungslinse 34 weist eine der Blendenebene zugewandten konkaven Fläche 34a und eine von der Blendenebene 18 abgewandte konkave Fläche 34b auf, wobei die konvexe Fläche 32a mit der konkaven Fläche 34a verbunden ist. Als Linsenmaterial weist die plankonvexe Sammellinse 32 CaF2 auf. Als Linsenmaterial weist die plankonkave Zerstreuungslinse 34 Quarzglas auf, wobei die Linse 34 rotationssymmetrisch um die optische Achse 16 angeordnet ist.
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Die erste und die dritte Linsengruppe 14a, c der Fourier-Optik 12 sind als farbunterkorrigierte Linsengruppen in Bezug auf den Farblängsfehler der Feldabbildung ausgebildet, während die zweite und die vierte Linsengruppe 14b, d der Fourier-Optik 12 als farbüberkorrigierte Linsengruppen in Bezug auf den Farblängsfehler in der Feldabbildung ausgebildet sind. Die Fourier-Optik 12 dieses Ausführungsbeispiels kann für den Wellenlängenbereich zwischen 190 und 250 nm eingesetzt werden, wobei der primäre Farblängsfehler, der primäre Farbquerfehler und der sekundäre Farblängsfehler in der Feldabbildung und in der Pupillenabbildung korrigiert werden, wobei die Feldabbildung hierbei besser als die Pupillenabbildung korrigiert wird. Die beiden Bildpunkte 21 auf der Bildebene 20 weisen jeweils einen geometrischen Durchmesser von < 0.2 µm auf, was darauf hinweist, dass die vorstehend genannten chromatischen Aberrationen für die Feldabbildung durch die Fourier-Optik 12 weitestgehend korrigiert werden können.
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In 2 ist der Linsenschnitt eines zweitens Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Systems 10 der 1 dargestellt, das ein Linsensystem 37 aufweist, das eine Fourier-Optik 36 aufweist, mit einer Blendenebene 38 und einer Bildebene 40. Die Fourier-Optik 36 weist ferner vier Linsengruppen 42a, b, c, d auf, wobei die vier Linsengruppen 42a, b, c, d sich aus einer Spiegelung der vier Linsengruppen 14a, b, c, d aus 1 um eine zur optischen Achse 16 (1) senkrechte Ebene 44 ergeben. Die vier Linsengruppen 42a, b, c, d in 2 sind rotationssymmetrisch um eine optische Achse 46 angeordnet, wobei sie der Spiegelung um die mittlere Ebene 44 (1) entsprechend voneinander bzw. von der Blendenebene 38 und von der Bildebene 40 beabstandet angeordnet sind. Die von der Blendenebene 38 gesehen erste und dritte Linsengruppe 42a, c sind jeweils als farbüberkorrigierte Linsengruppen in Bezug auf den Farblängsfehler der Pupillenabbildung ausgebildet, während die von der Blendenebene 38 gesehen zweite und vierte Linsengruppe 42b, d jeweils als farbunterkorrigierte Linsengruppe in Bezug auf den Farblängsfehler in der Pupillenabbildung ausgebildet sind. Wie in 1 liegen auch in diesem Ausführungsbeispiel ein Objekt (nicht gezeigt) im Unendlichen, das durch die Linsengruppen 42a, b, c, d in die Bildebene 40 auf ein Bildfeld 50 abgebildet wird. Die Blendenebene 38 wird durch die Linsengruppen 42a, b, c, d auf eine Austrittspupille (nicht gezeigt) abgebildet, wobei die Blendenebene 38 und das Bildfeld 50 die gleiche Größe aufweisen. Die Austrittspupille befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel in einem unendlichen Abstand hinter der Blendenebene 40.
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Die Systemdaten, insbesondere die Krümmungsradien, Abstände zwischen benachbarten Flächen sowie die Linsenmaterialien für die einzelnen optischen Elemente des optischen Systems 10 in 2, sind in der Tabelle in 4 zusammengefasst.
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Die von der Blendenebene 38 gesehen erste Linsengruppe 42a weist von der Blendenebene 38 gesehen abfolgend eine mit der plankonkaven Zerstreuungslinse 34 baugleiche plankonkave Zerstreuungslinse 54 und eine mit der plankonvexen Sammellinse 32 baugleiche plankonvexe Sammellinse 56 auf, wobei die Sammellinse 56 mit der Zerstreuungslinse 54 entlang der optischen Achse 46 zusammengefügt ist. Die Zerstreuungslinse 54 weist eine der Blendenebene 38 zugewandte Fläche 54a und eine von der Blendenebene 38 abgewandte konkave Fläche 54b auf., Die Sammellinse 56 weist eine der Blendenebene 38 zugewandte konvexen Fläche 56a und eine von der Blendenebene 38 abgewandte Fläche 56b auf, wobei die konvexe Fläche 56a mit der konkaven Fläche 54a verbunden ist. Die plankonkave Zerstreuungslinse 54 ist rotationssymmetrisch um die optische Achse 46 angeordnet, wobei die plankonvexe Sammellinse 56 ebenfalls rotationssymmetrisch um die optische Achse 46 angeordnet ist.
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Die von der Blendenebene 38 gesehen zweite Linsengruppe 42b weist eine mit der bikonvexen Sammellinse 30 baugleiche bikonvexe Sammellinse 58 mit positiver Brechkraft auf. Die bikonvexe Sammellinse 58 weist eine der Blendenebene 38 zugewandte konvexe Fläche 58a auf, die der konvexen Fläche 30b der bikonvexen Sammellinse 30 entspricht. Ferner weist die bikonvexe Sammellinse 58 eine von der Blendenebene 38 abgewandte konvexe Fläche 58b auf, die der konvexen Fläche 30a der bikonvexen Sammellinse 30 entspricht. Die bikonvexe Sammellinse 58 ist rotationssymmetrisch um die optische Achse 46 angeordnet.
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Die von der Blendenebene 38 gesehen dritte Linsengruppe 42c weist eine mit der bikonkaven Zerstreuungslinse 28 baugleiche bikonkave Zerstreuungslinse 60, eine mit der bikonvexen Sammellinse 26 baugleiche bikonvexe Sammellinse 62 und eine mit der plankonkaven Zerstreuungslinse 24 baugleiche plankonkave Zerstreuungslinse 64 auf. Die bikonkave Zerstreuungslinse 60 ist mit der bikonvexen Sammellinse 62 entlang der optischen Achse 46 von der plankonkaven Zerstreuungslinse 64 beabstandet zusammengefügt. Die bikonkave Zerstreuungslinse 60 ist rotationssymmetrisch um die optische Achse 46 angeordnet und weist eine der Blendenebene 38 zugewandte konkave Fläche 60a und eine von der Blendenebene 38 abgewandte konkave Fläche 60b auf, wobei die konkave Fläche 60a der konkaven Fläche 28b und die konkave Fläche 60b der konkaven Fläche 28a entsprechen. Die bikonvexe Sammellinse 62 ist rotationssymmetrisch um die optische Achse 46 angeordnet und weist eine der Blendenebene 38 zugewandte konvexe Fläche 62a und eine von der Blendenebene 38 abgewandte konvexe Fläche 62b auf, wobei die konvexe Fläche 62a der konvexen Fläche 26b und die konvexe Fläche 62b der konvexen Fläche 26a entsprechen. Die plankonkave Zerstreuungslinse 64 ist rotationssymmetrisch um die optische Achse 46 angeordnet und weist eine der Blendenebene 38 zugewandte konkave Fläche 64a auf, die der konkaven Fläche 24a entspricht.
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Die von der Blendenebene 38 gesehen vierte Linsengruppe 42d weist eine mit der plankonvexen Sammellinse 22 baugleiche plankonvexe Sammellinse 66 mit positiver Brechkraft auf, die eine der Blendenebene 38 zugewandte plane Fläche 66a und eine von der Blendenebene 38 abgewandte konvexe Fläche 66b aufweist. Die plankonvexe Sammellinse 66 ist rotationssymmetrisch um die optische Achse 46 angeordnet.
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In 5 ist eine Tabelle zu sehen, in der die mit dem in 2 gezeigten optischen System 10 erzielbaren Farbkorrekturen gezeigt sind. Die Farbkorrekturen sind, bezogen auf die Lichtwellenlängen 190 nm, 210 nm und 250 nm, sowohl für die Feldabbildung als auch für die Pupillenabbildung angegeben.
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Wie in 5 ersichtlich ist, liegt bei der Feldabbildung die Verschiebung der Fokuslage im Bild auf der optischen Achse für diese Wellenlängen im Bereich von –2,3 µm zu 1,1 µm, wobei das positive/negative Vorzeichen einer Verschiebung von der Bildebene weg/zur Bildebene hin entspricht. Die Verschiebung der Fokuslage im Bild am Feldrand liegt bei der Feldabbildung im Bereich von –0,5 µm zu 1,7 µm. Außerdem liegen bei der Feldabbildung die Farbquerfehler im Bild im Bereich von –36,4 nm zu 18,9 nm, wobei hier das positive/negative Vorzeichen der vertikalen Richtung der Bildpunktverschiebung nach oben/unten entspricht.
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Bei der Pupillenabbildung ergibt sich eine Verschiebung der Fokuslage objektseitig auf der optischen Achse im Bereich von –2,3 µm zu 1,1 µm. Die Verschiebung der Fokuslage objektseitig am Pupillenrand liegt bei der Pupillenabbildung im Bereich von –0,6 µm zu 1,5 µm. Außerdem liegen bei der Pupillenabbildung die Farbquerfehler objektseitig im Bereich von –36,9 nm zu 20,8 nm, wobei hier das positive/negative Vorzeichen der vertikalen Richtung der Bildpunktverschiebung nach oben/unten entspricht.
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Mit der vorliegenden Erfindung können im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen deutlich bessere Farbkorrekturen erzielt werden. Beispielsweise liegt der primäre Farblängsfehler einer Einzellinse aus Quarzglas mit einer Fokuslänge von 100 mm bei 11.2 mm. Der sekundäre Farblängsfehler eines einfachen Achromaten aus Quarzglas und CaF2 mit einer Fokuslänge von 100 mm beträgt 255 µm.
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Die Feldabbildung in 1 entspricht der Pupillenabbildung in 2, während die Pupillenabbildung in 1 der Feldabbildung in 2 entspricht. Die Fourier-Optik 36 kann für den Wellenlängenbereich zwischen 190 und 250 nm eingesetzt werden, wobei der primäre Farblängsfehler, der primäre Farbquerfehler und der sekundäre Farblängsfehler in der Pupillenabbildung und in der Feldabbildung korrigiert werden, wobei die Pupillenabbildung hierbei besser als die Feldabbildung korrigiert wird. Die in 2 eingezeichneten Strahlenbüschel werden auf mehrere Bildpunkte 52 in der Bildebene 40 fokussiert, wobei die Bildpunkte 52 jeweils einen geometrischen Durchmesser von < 0.2 µm aufweisen. Dies bedeutet, dass die vorstehend genannten chromatischen Aberrationen für die Pupillenabbildung durch die Fourier-Optik 36 weitestgehend korrigiert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/091181 A1 [0002]
- US 5754340 [0007]
- DE 10113612 A1 [0010, 0010]
- US 2698555 [0015]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Secondary spectrum correction without special glasses“, Optica Acta: International Journal of Optics, 25 (1978), Seiten 627–636 [0008]
