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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine optische Projektionsvorrichtung, und insbesondere
eine optische Projektionsvorrichtung vom Reflexionstyp, die sich
für die
Verwendung in einem Mikroskop, einer Belichtungsvorrichtung oder
einem Teleskop eignet.
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STAND DER TECHNIK
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Eine
typische optische Projektionsvorrichtung verwendet ein Abbildungssystem
vom Reflexionstyp, das aus zwei reflektierenden Spiegeln zusammengesetzt
ist. Die optische Projektionsvorrichtung projiziert ein optisches
Bild, das im Wesentlichen analog zu einem Objekt ist, auf einer
Bildfläche.
Verschiedene Typen von optischen Projektionsvorrichtungen mit unterschiedlichen
Objektabständen,
Abbildungsmaßstäben und Brennweiten
werden für
verschiedene Anwendungen benutzt.
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Eine
optische Projektionsvorrichtung in einem Mikroskop ist dafür ausgebildet,
ein vergrößertes Bild eines
Objektes zu liefern, das in einer Bildfläche beobachtet werden kann,
wobei das Objekt unter gewünschten
Beleuchtungsbedingungen mittels eines optischen Beleuchtungssystems
beleuchtet wird, welches in einem endlichen Abstand von der Bildfläche angeordnet
ist. Die vergrößerte Abbildung
in der Bildfläche
wird mittels einer ge eignet gestalteten Okularlinse, einer Relais-Optik,
einem Photodetektor oder dergleichen betrachtet.
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Eine
optische Projektionsvorrichtung in einer Belichtungsvorrichtung
ist dafür
ausgestaltet, ein verkleinertes Bild einer Strichplatte (Originale
Schaltungsplatte) auf einen Wafer zu projizieren, wobei die Strichplatte unter
gewünschten
Beleuchtungsbedingungen mittels eines optischen Beleuchtungssystems
beleuchtet wird, das in einem endlichen Abstand von der Bildfläche angeordnet
ist.
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Eine
optische Projektionsvorrichtung in einem Teleskop ist dafür ausgestaltet,
in einer Bildfläche
eine projizierte Abbildung eines zu betrachtenden Objektes zu erhalten,
welches im Wesentlichen in unendlicher Entfernung angeordnet ist.
Die vergrößerte Abbildung
in der Bildfläche
wird mittels einer geeigneten Okularlinse, einer Relais-Optik, einem
Photodetektor oder dergleichen betrachtet.
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Eine
optische Projektionsvorrichtung vom Reflexionstyp mit der vorstehend
beschriebenen Konfiguration verwendet eine Schwarzschild-Optik mit
zwei reflektierenden Spiegeln, nämlich
einem konkaven Spiegel und einem konvexen Spiegel, um die Aberration
bei der Abbildung zu reduzieren. Bei der Schwarzschild-Optik sind
als die beiden reflektierenden Spiegel zwei sphärische Spiegel (ein konkaver
und ein konvexer Spiegel) im Wesentlichen konzentrisch angeordnet,
so dass sie eine Korrektur der sphärischen Aberration, der Koma-Aberration und des
Astigmatismus ermöglichen.
Außerdem
tritt bei einem reflektierenden System keine Farb-Aberration auf.
Dies ermöglicht
eine Abbildung mit hoher räumlicher
Auflösung
in einer großen
Anzahl von Welllängenbereichen,
wie dem Bereich der weichen Röntgenstrahlen
und dem Infrarotbereich, in denen ein Linsensystem nicht verwendbar
ist.
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Es
ist jedoch bekannt, dass ein übliches
optisches System der vorstehend erwähnten Art (Schwarzschild-Optik)
eine gravierende zusätzliche
Aberration in dem projizierten Bild erzeugt, wenn die beiden Reflexionsspiegel
an Positionen angeordnet sind, die von den idealen Sollpositionen
abweichen. Um mit dem bekannten optischen System eine hohe räumliche
Auflösung
zu erzielen, ist es deshalb erforderlich, jeden der Reflexionsspiegel
mit sehr hoher Positionsgenauigkeit anzuordnen. Zum Beispiel offenbart
das Nicht-Patent-Dokument
1 ein optisches System für
mikroskopische Betrachtung im weichen Röntgenstrahlungsbereich, bei
dem die geforderte Genauigkeit der Anordnung der Reflexionsspiegel
in der Größenordnung
von einigen hundert nm liegt.
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In
folge dessen kann das Abbildungsverhalten sich deutlich verschlechtern
durch Anordnungsfehler der Reflexionsspiegel, die auch nach der
Installation des optischen Systems durch Störungen wie Vibrationen oder
Temperaturänderungen
verursacht werden können,
was eine Hauptursache für
einen nicht stabilen Betrieb der optischen Projektionsvorrichtung
darstellt.
- Nicht-Patent-Dokument 1: Yoshiaki Horikawa
et al, "Design and
Fabrication of the Schwarzschild Objective for Soft X-ray Microscopes",
- Proceedings of SPIE (The International Society for Optical
Engineering) Vol. 1720(1992)/217-225, pages 386-394
- Nicht-Patent-Dokument 2: Yoshiya Matsui, "Aberration Theory", Japan Optomechatronics
Association, 1989
- Nicht-Patent-Dokument 3: Yoshiya Matsui, "Theory of Teriary
Aberration of an Optical System Where Decentering Exists", Japan Optomechatronics
Association, 1990
- Nicht-Patent-Dokument 4: L.C. Hale et al, "High-NA Camera for
an EUVL Microstepper",
Lawrence Livermore National Laborstory Report Preprint, UCRL-JC-140201,
September 1, 2000
- Nicht-Patent-Dokument 5: J. S. Taylor et al, "Final Report for
Lith 112 High-NA Optics for the Micro-Exposure Tool (MET)", Lawrence Livermore
National Laboratory Report, UCRL-ID-146679, December 7, 2001, Seiten 1-29
- Nicht-Patent-Dokument 6: Katsuhiko Murakami, "Development of Small-Field
EUV Projection Optical System HiNA-3", Next Generation Lithography NGL2004,
June 28-29, 2004, pages 38-39
- Nicht-Patent-Dokument 7: R.V Willstrop, "The Couder telescope-better
than the Schmidt?",
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Mon. Not. R.
astr. Soc.) (1983), 204, Short Communication 99P-103P
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen
Probleme entstanden. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine optische
Projektionsvorrichtung vom Reflexionstyp zu schaffen, welche sich
dadurch auszeichnet, dass die Auswirkung von Positionsfehlern der
Reflexionsspiegel auf das Abbildungsverhalten reduziert wird.
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Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Optische
Projektionsvorrichtungen vom Reflexionstyp gemäß der vorliegenden Erfindung
sind die folgenden:
- (1) Optische Projektionsvorrichtung,
umfassend:
ein erstes Element mit einer ersten Reflexionsoberfläche zum
Reflektieren von von einem Objekt emittiertem Licht als reflektiertes
Licht; und
ein zweites Element mit einer zweiten Reflexionsoberfläche zum
Reflektieren des reflektierten Lichtes, um ein Bild in einer Bildfläche zu erzeugen,
wobei:
mindestens die sphärische
Aberration, Koma-Aberration und Astigmatismus korrigiert sind;
das
erste Element als erste Reflexionsoberfläche eine asphärische Reflexionsoberfläche aufweist;
und
das zweite Element als zweite Reflexionsoberfläche eine
asphärische
Reflexionsoberfläche
aufweist.
- (2) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (1), bei der:
das erste
Element als erste Reflexionsoberfläche eine asphärische Reflexionsoberfläche aufweist,
die zur optischen Achse rotationssymmetrisch ist; und
das zweite
Element als zweite Reflexionsoberfläche aufweist, die zur optischen
Achse rotationssymmetrisch ist.
- (3) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (2), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von 0,5 ≤ γ1 < 1 aufweist.
- (4) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (3), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von 0,6 ≤ γ1 ≤ 0,8 aufweist.
- (5) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (2), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich 1 < γ1 ≤ 3 aufweist.
- (6) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (5), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von 1,2 ≤ γ ≤ 2 aufweist.
- (7) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (2), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von –1 ≤ γ1 ≤ –0,5 aufweist.
- (8) Optische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der
ein paraxialer Randstrahl von den ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von γ1 ≤ –1 aufweist.
- (9) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (1), bei der das Licht eine
Wellenlänge
von 2 bis 200 nm hat.
- (10) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (1), umfassend:
einen
ersten Mehrschicht-Reflexionsspiegel, der auf der ersten Reflexionsoberfläche ausgebildet
ist; und
einen zweiten Mehrschicht-Reflexionsspiegel, der auf
der zweiten Reflexionsoberfläche
ausgebildet ist.
- (11) Optische Projektionsvorrichtung, umfassend:
ein erstes
Element mit einer ersten Reflexionsoberfläche zum Reflektieren von von
einem Objekt emittiertem Licht als reflektiertes Licht; und
ein
zweites Element mit einer zweiten Reflexionsoberfläche zum
Reflektieren des reflektierten Lichtes, um ein Bild in einer Bildfläche zu erzeugen,
wobei:
mindestens die sphärische
Aberration und Koma-Abberration korrigiert sind;
das erste
Element als erste Reflexionsoberfläche eine asphärische Reflexionsoberfläche aufweist,
und
das zweite Element als zweite Reflexionsoberfläche eine
asphärische
Reflexionsoberfläche
aufweist
- (12) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (11), bei der
das erste
Element als erste Reflexionsoberfläche eine asphärische Reflexionsoberfläche aufweist,
die zur optischen Achse rotationssymmetrisch ist; und
das zweite
Element als zweite Reflexionsoberfläche eine asphärische Reflexionsoberfläche aufweist,
die zur optischen Achse rotationssymmetrisch ist.
- (13) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (12), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von 0 ≤ γ1 ≤ 1 hat und
ein paraxialer Randstrahl von dem zweiten Element ein Strahlhöhenverhältnis 72 im Bereich von γ2 ≤ 1 hat.
- (14) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (12), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von γ1 ≤ 0,5
hat und ein para xialer Randstrahl von dem zweiten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ2 im
Bereich von 0 ≤ γ2 ≤ 1 hat.
- (15) Optische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der
ein paraxialer Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von γ1 ≤ –1 hat und
ein paraxialer Randstrahl von dem zweiten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ2 im
Bereich von 0 ≤ γ2 ≤ 1 hat.
- (16) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (12), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von 1 ≤ γ1 hat
und ein paraxialer Randstrahl von dem zweiten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ2 im
Bereich von 1 ≤ γ2 hat.
- (17) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (12), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von 1 ≤ γ1 hat
und ein paraxialer Randstrahl von dem zweiten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ2 im
Bereich von 1 ≤ γ2 hat.
- (18) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (12), bei der ein paraxialer
Randstrahl von dem ersten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von γ1 ≤ –1 hat und
ein paraxialer Randstrahl von dem zweiten Element ein Strahlhöhenverhältnis γ2 im
Bereich von 1 ≤ γ2 hat.
- (19) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (11), bei der das Licht eine
Wellenlänge
von 2 bis 200 nm hat.
- (20) Optische Projektionsvorrichtung gemäß (11), umfassend:
einen
ersten Mehrschicht-Reflexionsspiegel, der auf der ersten Reflexionsoberfläche ausgebildet
ist; und
einen zweiten Mehrschicht-Reflexionsspiegel, der auf
der zweiten Reflexionsoberfläche
ausgebildet ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine optische Projektionsvorrichtung
vom Reflexionstyp mit der Eigenschaft, die Auswirkungen von Positionsfehlern
der Reflexionsspiegel auf die Abbildungsqualität zu reduzieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
der Erfindung, welches ein Abbildungssystem mit zweifacher Reflexion
darstellt, das sich auf die vorliegende Erfindung bezieht.
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2 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
der Erfindung, welches die mittige Ausblendung (Obstruktion) der
Pupille für
ein auf der Achse befindliches Objekt darstellt.
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3 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
der Erfindung bezüglich
einer Anastigmat-Lösung,
wobei
der Graph die Änderung
des Abbildungsverhaltens (effektiver Felddurchmesser) des optischen
Systems in Abhängigkeit
von dem Strahlhöhenverhältnis γ1 eines
paraxialen Randstrahls des ersten Spiegels wiedergibt.
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4 ist
ein Diagramm zum Erläutern
der Erfindung mit Bezug auf die Anastimat-Lösung,
wobei der Graph
die Änderung
des Abbildungsverhaltens (Exzentrizitäts-Neigungsempfindlichkeit)
des optischen Systems in Abhängigkeit
von dem Strahlhöhenverhältnis γ1 eines
paraxialen Randstrahls des ersten Spiegels wiedergibt.
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5 ist
ein Diagramm zum Erläutern
der Erfindung im Bezug auf die Anastigmat-Lösung,
wobei der Graph die Änderung
im Abbildungsverhalten (Exzentrizitäts-Verschiebungsempfindlichkeit)
des optischen Systems in Abhängigkeit
von dem Strahlhöhenverhältnis γ1 des
ersten Spiegels wiedergibt.
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6 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-1-1 der Erfindung.
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7 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-1-2 der Erfindung.
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8 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-1-3 der Erfindung.
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9 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-2-1 der Erfindung.
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10 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-2-2 der Erfindung.
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11 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-2-3 der Erfindung.
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12 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-2-4 der Erfindung.
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13 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-3-1 der Erfindung.
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14 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-3-2 der Erfindung.
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15 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-4-1 der Erfindung.
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16 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-4-2 der Erfindung.
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17 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 1-4-3 der Erfindung.
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18 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
der Erfindung und zeigt ein Kurvendiagramm, welches die effektiven
Felddurchmesser für
ein optisches Projektionssystem mit einer Vergrößerung von 50× darstellt.
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19 ist
ein Diagramm zum Erläutern
der Erfindung und ist ein Kurvendiagramm, welches die Kehrwerte
der Neigungsempfindlichkeit (Empfindlichkeit der Exzentrizität bezüglich Schrägstellung)
für ein
optisches Projektionssystem mit einer Vergrößerung von 50× darstellt.
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20 ist
ein Diagramm zum Erläutern
der Erfindung und zeigt ein Kurvenbild für die Kehrwerte der Verschiebungsempfindlichkeit
(Empfindlichkeit der Exzentrizität
gegenüber
Verschiebung) für
ein optisches Projektionssystem mit einer Vergrößerung von 50× darstellt.
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21 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 2-1-1 der Erfindung.
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22 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 2-2-1 der Erfindung.
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23 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 2-3-1 der Erfindung.
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24 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 2-4-1 der Erfindung.
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25 ist
ein Diagramm für
ein konkretes Beispiel 2-5-1 der Erfindung.
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26 ist
eine Zusammenstellung von Zahlenwerten der vorstehend erwähnten konkreten Beispiele so
wie von bekannten EUVL-Techniken, die in den Nicht-Patent-Dokumenten
4 und 5 beschrieben werden.
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- i
= 0
- Objekt
- i
= 1
- Reflexionsspiegel
(erster Spiegel oder erstes Element)
- i
= 2
- Reflexionsspiegel
(zweiter Spiegel oder zweites Element)
- i
= 3
- Bildfläche
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der Erfindungen werden anhand der Zeichnungen beschrieben.
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(Prinzip der Erfindung)
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Zuerst
wird das Prinzip der Erfindung beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet als die zwei Reflexionsspiegel zwei
asphärische
Reflexionsspiegel, um eine Minimierung der Auswirkung von Positionsfehlern
der Reflexionsspiegel auf das Abbildungsverhalten zu erzielen.
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1 ist
ein Diagramm, welches ein Abbildungssystem mit zweifacher Reflexion
gemäß der Erfindung darstellt.
Gemäß 1 wird
von einem Objekt (i = 0) emittiertes Licht von zwei Reflexionsspiegeln
(i = 1, 2) reflektiert, um eine Abbildung in einer Bildfläche (i =
3) zu bilden. Die beiden Reflexionsspiegel (i = 1, 2) werden auch
als erster Spiegel (i = 1) und zweiter Spiegel (i = 2) bezeichnet.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel hat der
zweite Spiegel (i = 2) eine Öffnung
(in den konkreten Beispielen in 6 ff. dargestellt
und unten beschrieben), welche das von dem Objekt (i = 0) emittierte
Licht durchlässt
und auf den ersten Spiegel (i = 1) leitet.
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Es
ist zu beachten dass aus praktischen Gründen 1 einen
Fall zeigt, bei dem das in einem endlichen Abstand von der Bildfläche befindliche
Objekt verkleinert und projiziert wird, und die Austrittspupille
mit dem zweiten Spiegel (i = 2) zusammenfällt. Die Zuordnung der Bezugszeichen
erfolgt gemäß 1,
wobei insbesondere den in der Zeichnung negativen Elementen eine
Minuszeichen (–)
hinzugefügt
wird. In dem Koordinatensystem repräsentiert die x-Achse die Richtung
der optischen Achse.
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Bei
der Suche nach einem neuen Abbildungssystem, welches sowohl im Zustand
der idealen Positionierung eine Abbildung von hoher Qualität liefert
als auch eine Verringerung der Auswirkungen von Positionsfehlern
der Reflexionsspiegel (i = 1, 2) bewirkt, ist ein Designansatz nützlich,
der eine tertiäre
Aberrationstheorie verwendet, mit der entweder eine Aberration,
die bei idealer Positionierung auftritt, oder Aberration, die zusätzlich durch
Positionsfehler auftritt, analytisch behandelt werden kann. Die
Aberrationsdarstellung mittels der tertiären Aberrationstheorie ermöglicht eine
analytische Berechnung trotz möglicher
Näherungsfehler
und ermöglicht
somit eine globale Suche nach einer Designlösung. Eine solche Aberrationsanalyse
mittels der tertiären
Aberrationstheorie ist im Detail zum Beispiel in dem oben erwähnten Nicht-Patent-Dokument
2 (Yoshiya Matsui, "Aberration
Theory" (Japan Optomechatronics
Association, 1989)) und dem Nicht-Patent-Dokument 3 (Yoshiya
Matsui, "Theory
of Tertiary Aberration of an Optical System Where Decentering Exits" (Japan Optomechatronics
Association, 1990)) beschrieben. In der folgenden Beschreibung
wird das Aberrationsverhalten des in 1 gezeigten
Abbildungssystems mit zweifacher Reflexion unter Anwendung der Tertiärenaberrationstheorie
betrachtet.
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Nachstehend
beschriebene Ausführungsformen
der Erfindung verwenden rotationssymmetrische asphärische Oberflächen als
die Reflexionsflächen
der beiden Reflexionsspiegel (i = 1, 2) um eine hohe Abbildungsgüte zu erreichen.
Hierbei wird die Oberflächenform
jedes Reflexionsspiegels durch die nachstehende Gleichung (1) dargestellt,
in der Hi die Höhe in einer Richtung senkrecht
zu der optischen Achse, xi die Distanz (Größe der Durchbiegung)
längs der
optischen Achse von einer Tangentialebene am Scheitelpunkt einer
lichtbrechenden Oberfläche
bis zu einer auf der lichtbrechenden Oberfläche in der Höhe Hi liegenden Stelle, ri den Krümmungsradius
und bi einen quartischen Koeffizienten der
asphärischen
Oberfläche
bedeutet.
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In
anderen Worten ist die Reflexionsoberfläche des Reflexionsspiegels
eine rotationssymmetrische asphärische
Oberfläche,
die durch die obige Gleichung (1) unter Benutzung der Koordinaten
(xi, yi, zi) dargestellt wird und deren Ursprung im
Scheitelpunkt der i-Ebene liegt. Hierbei ist jedoch Hi =
(yi 2 + zi 2)1/2.
Die Variablen des in 1 gezeigten optischen Systems
sind wie folgt definiert:
- ri:
- Kurvenradius in der
i-Ebene;
- bi:
- quartischer Koeffizient
der asphärischen
Oberfläche
der i-Ebene;
- mi:
- Abbildungsvergrößerung in
der i-Ebene;
- m:
- Abbildungsvergrößerung des
optischen Systems;
- si':
- Bildabstand von der
i-Ebene;
- di:
- Distanz zwischen der
i-Ebene und der (i + 1)-Ebene.
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Die
durchgezogene Linie und die gestrichelte Linie in
1 geben
einen paraxialen Randstrahl (peripheren Strahl) bzw. einen paraxialen
Hauptstrahl wieder, die zur Berechnung des Aberrationskoeffizienten
nötig sind.
Das Bezugszeichen h
i bezeichnet die Strahlhöhe des Randstrahls
in der i-Ebene, und α
i bezeichnet den konvertierten Neigungswinkel
des Randstrahls vor dessen Reflexion in der i-Ebene. Das Bezugszeichen h
i mit einem Oberstrich
bezeichnet
die Strahlhöhe
des Hauptstrahls in der i-Ebene, und α
i mit
einem Oberstrich
bezeichnet
den konvertierten Neigungswinkel des Hauptstrahls vor dessen Reflexion
in der i-Ebene.
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Die
tertiären
Aberrationskoeffizienten des Reflexions-Abbildungssystems können dargestellt
werden mittels des paraxialen Nachführwertes des Randstrahls (durchgezogene
Linie) und Hauptstrahls (gestrichelte Linie) in der 1.
Zur Vereinfachung der Rechnung wird das optische System normiert
unter Verwendung des Abstandes d2 zwischen
dem zweiten Spiegel (i = 2) und der Bildfläche (i = 3), wodurch der paraxiale
Nachführwert
wie folgt dargestellt werden kann, wobei als Variable die Abbildungsvergrößerung m2 des zweiten Spiegels (i = 2), die Abbildungsvergrößerung m
des optischen Systems und der Bildabstand s1' des ersten Spiegels
(i = 1) verwendet werden.
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[Gleichung 2]
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Paraxialer Randstrahl
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h1 = –m2s1' (2)
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α1 =
m (3)
-
h2 = 1 (4)
-
α2 =
m2 (5)
-
h3 = 0 (6)
-
α3 =
1 (7)
-
-
Der
Krümmungsradius
ri und der Abstand di zwischen
den Reflexionsspiegeln (i = 1, 2) werden durch die folgenden Gleichungen
dargestellt.
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[Gleichung
3] Krümmungsradius
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-
Zuerst
wird die Aberration betrachtet, die auftritt, wenn die Reflexionsspiegel
(i = 1, 2) ordnungsgemäß angeordnet
sind (im Folgenden als „koaxiale
Aberration" bezeichnet).
Der sphärische
Aberrationskoeffizient Ii, der Koma-Aberrationskoeffizient
IIi und der Astigmatismuskoeffizient IIIi an jeder der Reflexionsflächen (i
= 1, 2) kann mittels der Gleichungen (2) bis (15) wie folgt erhalten
werden:
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[Gleichung 4]
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I1 = ¼(m – m2)(m + m2)2m2s1' – 2b1m2 4s1'4 (18)
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I2 = ¼(1 – m2)(1 + m2)2 + 2b2 (19)
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II2 = ½(m2 2 – 1) (21)
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III2 =
1 – m2 (23)
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Anhand
der Gleichungen (14) bis (23) kann man sehen, dass die Konfiguration
und die koaxiale Aberrationscharakteristik des optischen Systems
mit einer Abbildungsvergröße rung m
vollständig
mittels der vier unabhängigen
Auslegungsparameter (m2, s1', b1 und
b2) beschrieben werden kann.
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(Erste Ausführungsform der Erfindung)
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Eine
erste Ausführungsform
der Erfindung wird nachstehend beschrieben.
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Die
erste Ausführungsform
der Erfindung sieht ein optisches Abbildungssystem vor, welches
einen Anastigmaten verwendet, bei dem alle drei vorstehend genannten
Aberrationstypen (sphärischer
Aberrationskoeffizient Ii, Koma-Aberrationskoeffizient
IIi und Astigmatismuskoeffizient IIIi) korrigiert sind, sodass man eine hochwertige
Abbildung mit weitem Gesichtsfeld erhält und die Auswirkungen von
Positionierfehlern auf die Güte
der Abbildung reduziert wird.
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Für eine Anastigmat-Lösung müssen die
folgenden Gleichungen gleichzeitig erfüllt sein.
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[Gleichung 5]
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I1 +
I2 = 0, II1 + II2 = 0, III1 + III2 = 0 (24)
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Bei
einem Anastigmaten kann die Konfiguration und die Aberrationscharakteristik
des optischen Systems mit nur einem einzigen unabhängigen Designparameter
dargestellt wer den unter den Bedingungen der gleichzeitig zu lösenden Gleichungen
(24). Deshalb kann ein optisches System mit Reduzierung der Auswirkung
von Positionierfehlern entworfen werden, indem man aus einer Gruppe
von Designlösungen,
die durch diesen unabhängigen
Parameter repräsentiert
werden, eine Designlösung
auswählt,
bei der die durch Positionierfehler erzeugte zusätzliche Aberration klein ist.
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Das
Obstruktionsverhältnis
der Pupillenmitte ist eine der in der Praxis wichtigen optischen
Eigenschaften für
die Auswahl einer Designlösung
aus der Gruppe von Designlösungen.
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2 ist
ein Diagramm, welches die zentrale Obstruktion (Ausblendung, Blockierung)
der Pupille im Bezug auf ein Objekt auf der Achse darstellt. Man
erkennt hieraus, dass die Austrittspupille eine Ringform hat aufgrund
der durch den Spiegel selbst bewirkten Obstruktion (Ausblendung).
Das Obstruktionsverhältnis
der Pupillenmitte ist definiert durch das Quadrat des Verhältnisses
zwischen dem äußeren und
inneren Durchmesser der ringförmigen
Pupille. Die Ausblendung der Pupillenmitte bewirkt eine Verschlechterung
des Lichtdurchtrittes oder eine Änderung
im Bildkontrast. Es ist deshalb erforderlich, die zentrale Ausblendung
der Pupille soweit zu kontrollieren, dass deren Auswirkungen kein
Problem verursachen. Dies bedeutet, dass es für die Auslegung eines praktischen
optischen Systems wichtig ist, eine solche Designlösung auszuwählen, die
die Auswirkungen von Positionsfehlern der Reflexionsspiegel reduziert,
und zwar bei höherem
Lichtdurchtritt durch eine möglichst
kleine Ausblendung des Pupillenzentrums.
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Eine
Designlösung,
die diesen beiden Bedingungen genügt, kann aus der Gruppe von
Designlösungen
leicht ausgewählt
werden bei Verwendung einer Variablen, die sich auf das Obstruktionsverhältnis der
Pupille als unabhängigen
Designparameter, der die Gruppe von Designlösungen beschreibt, bezieht.
Deshalb wird das Strahlhöhenverhältnis γi des
paraxi alen Randstrahls an der Reflexionsoberfläche eingeführt. Das Strahlhöhenverhältnis γi ist
das Verhältnis
zwischen der Strahlhöhe
hi des reflektierten Lichts und der Strahlhöhe hi' des
durchgelassenen Lichtes an den Reflexionsoberflächen (i = 1, 2), und wird definiert
als γi = hi/hi'.
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Für den ersten
Spiegel kann hi' erhalten werden durch Verfolgung des
paraxialen Strahls unter Verwendung der Beziehung zwischen den Gleichungen
(4), (7) und (17), und es ergibt sich die folgende Beziehung für γ1.
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Entsprechend
ergibt sich für
den zweiten Spiegel aufgrund der Gleichungen (3), (16) und (17)
die folgende Gleichung für γ2.
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In
der folgenden Beschreibung wird das Strahlhöhenverhältnis 71 am
ersten Spiegel als die unabhängige
Variable angesehen. Dann kann die Anastigmat-Lösung des optischen Systems
erhalten werden durch Zuordnung der Gleichungen (18) bis (23) zur
Gleichung (24) und Verwendung der Beziehung gemäß Gleichung (25) und kann wie
folgt dargestellt werden:
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Aus
den Gleichungen (14) bis (17) und (27) bis (30) erkennt man, dass
die Konfigurationsparameter eines Anastigmaten mit Hilfe des Strahlhöhenverhältnises γ1 des
ersten Spiegels dargestellt werden können. Bei der Anastigmat-Lösung wird
das Strahlhöhenverhältnis 72
des zweiten Spiegels eine abhängige
Variable und kann als Funktion des Strahlhöhenverhältnisses γ1 des
ersten Spiegels unter Benutzung der Gleichungen (26) bis (28) dargestellt
werden.
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Wenn
das mittige Ausblendungsverhältnis
der Pupille an jedem Spiegel mit Γi bezeichnet wird, dann gilt die folgende
einfache Beziehung zwischen Γi und dem Strahlhöhenverhältnis γi im
paraxialen Bereich:
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[Gleichung 9]
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Γi =
|γ1|2, für 0 ≤ |γ1| ≤ 1
Γi =
1/|γ1|2, für 1 < |γ1| (31)
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Die
mittige Pupillenausblendung muss nicht unbedingt an beiden Spiegeln
auftreten. Deshalb entspricht das mittige Obstruktions- oder Ausblendungsverhältnis Γ der gesamten
Pupille des optischen Systems dem größten Wert unter den Ausblendungsverhältnisseen Γi an
allen Flächen,
die Obstruktion erzeugen.
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Ein
Bildflächen-Krümmungskoeffizient
P
i und ein Verzerrungs-Aberrationskoeffizient
V
i, die für jeden der Reflexionsspiegel
(i = 1, 2) auch dann verbleiben, wenn die Reflexionsoberflächen ideal
angeordnet sind, können
durch die folgenden Gleichungen erhalten werden. [Gleichung
10]
-
-
Der
Aberrationskoeffizient des gesamten optischen Abbildungssystems
ergibt sich aus der Summe der Aberrationskoeffizienten der Reflexionsspiegel.
-
Die
zusätzliche
Aberration, die durch Positionsfehler der Spiegel entsteht kann,
ebenfalls unter Verwendung des Strahlhöhenverhältnisses γ1 am
ersten Spiegel dargestellt werden. In der folgenden Beschreibung
wird von den durch Positionsfehler der Spiegel verursachten zusätzlichen
Aberrationen speziell die axiale Koma-Aberration betrachtet. Die
axiale Koma-Aberration tritt gleichförmig über die Bildfläche auf
und hat eine große
Auswirkung auf die Abbildungsgüte.
Für eine
Anastigmaten mit einer Abbildungsvergrößerung m werden die Koeffizienten
der axialen Koma-Aberration wie folgt dargestellt, unter Verwendung
des Strahlhöhenverhältnisses γ1 des
ersten Spiegels:
-
-
-
In
den obigen Gleichungen sind IIε1 und IIε2 die
Terme der Aberration, die durch Neigung um die Scheitelpunkte der
Reflexionsoberflächen
verursacht wird, während
IIE1 und IIE2 die
Terme des Aberration sind, die auftritt, wenn die Reflexionsoberflächen in
einer zur optischen Achse senkrechten Richtung verschoben werden.
-
Auf
diese Weise können
die Aberrations-Kenngrößen eines
Abbildungssystems mit zweifacher Reflexion unter Berücksichtigung
der Auswirkung von Spiegelpositionsfehlern, dargestellt werden unter
Verwendung von unabhängigen
Variablen, die eng mit dem mittigen Obstruktionsverhältnis der
Pupille verknüpft
sind. Damit ist es möglich,
global nach einer Designlösung
zu suchen, bei der die durch Spiegelanordnungsfehler verursachte
Verschlechterung der Abbildungsgüte
reduziert wird, und zwar unter den Bedingungen eines hohen Lichtdurchtrittes
bei ausreichend kleiner mittiger Ausblendung der Pupille.
-
Bei
der oben beschriebenen Ableitung der Aberrationskoeffizienten wurde
zur Vereinfachung der Rechnung das optische System anhand der Distanz
d2 zwischen dem zweiten Spiegel und der
Bildfläche
normiert. Deshalb ändern
sich der Objekt-Bild-Abstand und die Brennweite entsprechend der Änderung
des Strahlhöhenverhältnisses γ1 am
ersten Spiegel. Um den Vergleich des Abbildungsverhaltens des optischen Systems
zu erleichtern, ist es erwünscht,
das optische System, falls nötig,
anhand des Objekt-Bild-Abstandes oder der Brennweite neu zu normieren.
-
(Beispiele zu der ersten Ausführungsform)
-
Beispiele
für die
erste Ausführungsform
werden im Folgenden beschrieben.
-
3, 4 und 5 sind
Graphen, die die Änderung
des Abbildungsverhaltens des optischen Systems in Abhängigkeit
vom Strahlhöhenverhältnis γ1 eines
paraxialen Randstrahls des ersten Spiegels für die Anastigmat-Lösung darstellen.
-
Der
effektive Felddurchmesser ist einer der wichtigen Leistungsindexe
eines ideal positionierten optischen Projektionssystems. Der effektive
Felddurchmesser kann abgeschätzt
werden durch die folgende Formel unter Verwendung eines tertiären Aberrationskoeffizienten. R ∝ (6III2 + 4III·P + P2)–1/4
-
In
der obigen Formel bedeutet R den effektiven Felddurchmesser, III
und P sind die Koeffizienten für Astigmatismus
und Feldkrümmungsaberration
des gesamten Abbildungssystems. Bei der Anastigmat-Lösung ist
R ∝ P–1/2
III
= 0
-
3 zeigt
die Änderung
des effektiven Felddurchmessers in Abhängigkeit vom Strahlhöhenverhältnis γ1,
welches aus den Gleichungen (33) und (34) für typische Abbildungsvergrößerungen
von 5× und
50× und
ein im unendlichen befindliches Objekt erhalten wird. Um den Vergleich
zwischen den Designlösungen
zu erleichtern, wurde das optische System auf den Abstand zwischen
der Objektoberfläche
und der Bildfläche neu
normiert, bei einem Objekt in endlicher Entfernung, während bei
einem Objekt im Unendlichen das optische System auf die Brennweite
neu normiert wurde. Ferner wurde der effektive Felddurchmesser mit
dem Wert für
eine bekannte übliche
Schwarzschild-Optik standardisiert.
-
Die
Exzentritäts-Empfindlichkeit βε gegenüber Neigung
(Schrägstellung)
und die Exzentritäts-Empfindlichkeit βE gegenüber Verschiebung
(Versatz) werden nachstehend definiert als Indexe zum Anzeigen der Größe des Effekts
von Positionsfehlern der Reflexionsspiegel, unter Verwendung eines
Aberrationskoeffizienten der axialen Koma-Aberration, welches die
typische durch den Positionsfehler verursachte Aberration ist. Die
Exzentritäts-Empfindlichkeit
ist die Empfindlichkeit der Aberrationsänderungen gegenüber Exzentrität (Fluchtungsfehler)
des optischen Systems und kann als Funktion des Strahlhöhenverhältnisses γ1 des
ersten Spiegels unter Verwendung der Gleichungen (36) bis (39) ausgedrückt werden. βE 2 = IIE1 2 + IIE2 2 βε2 =
IIε1 2 + IIε2 2
-
Die
Exzentritäts-Empfindlichkeit
gibt die Größe der axialen
Koma-Aberration an, wenn die Positionsfehler der beiden Reflexionsspiegel
im Wesentlichen von gleicher Größe sind.
-
4 und 5 stellen
die Exzentritäts-Empfindlichkeit βε als
Funktion des Strahlhöhenverhältnisses γ1 für typische
Abbildungsvergrößerungen
von 5× und
50× und
einem Objekt im unendlichen dar. Auch in diesen Figuren ist das
optische System neu normiert und die Werte standardisiert worden,
wie bei 3 beschrieben.
-
Unter
Verwendung der 3, 4 und 5 kann
ein optisches System erhalten werden, welches sowohl eine geringere
Auswirkung von Positionsfehlern als auch ein großes effektives Sichtfeld realisiert,
und zwar mit hohem Lichtdurchsatz mit einem kleinen Obstruktionsverhältnis der
Pupillenmitte.
-
Erstes Beispiel
-
Deshalb
wird bei einem ersten Beispiel der Erfindung eine Anastigmat-Lösung verwendet,
bei der in 3, 4 und 5 das
Strahlhöhenverhältnis γ1 des
paraxialen Randstrahls des ersten Spiegels im Bereich von 0,5 ≤ γ1 < 1 ist. In diesem
Bereich ist es wirksamer möglich,
den effektiven Felddurchmesser zu vergrößern und gleichzeitig die Auswirkungen
von Positionsfehlern sowohl durch Versatz als auch durch Schrägstellung
zu reduzieren, im Vergleich zu der bekannten Schwarzschild-Optik
(die mit den dreieckigen Symbolen in 3, 4 und 5 angedeutet
ist) Insbesondere in dem Bereich von 0,6 ≤ γ1 ≤ 0,8 kann
die Auswirkung eines Versatzfehlers der Reflexionsspiegel deutlich
herabgesetzt und der effektive Felddurchmesser bei erwünschten
hohen Lichtdurchsatz vergrößert werden.
Deshalb ist ein Strahlhöhenverhältnis in
diesem Bereich besonders erwünscht. 6, 7 und 8 zeigen
als konkrete Zahlenbeispiele 1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 solche Auslegungsbeispiele,
bei denen ein in dem genannten Bereich liegendes Strahlhöhenverhältnis γ1 von
0,7 verwendet wird, und zwar bei typischen Abbildungsvergrößerungen
von 5× und
50× sowie
einem Objekt im Unendlichen.
-
Es
ist zu beachten, das in den nachstehend beschriebenen Zahlenbeispielen
eine Aberrationskorrektur vorgenommen wurde, und zwar für eine räumliche
Auflösung
in der Größenordnung
von 10 nm, wie sie für eine
optisches Abbildungssystem für
weiche Röntgenstrahlen
erforderlich ist. Deswegen werden zwecks Reduzierung der Auswirkungen
von Aberration höherer
Ordnung, die bei der mittels der Gleichung (14) bis (17) und (27)
bis (30) erhaltenen tertiären
Designlösung
auftritt, asphärische
Oberflächenkoeffizienten
sechsten Grades oder höheren
Grades in die Reflexionsspiegel eingeführt. Diese asphärischen
Oberflächenkoeffizienten
können
leicht durch ein numerisches Optimierungsverfahren erhalten werden,
welches bei optischen Designs häufig
angewendet wird. Die verwendeten asphärischen Koeffizienten sechster
oder höherer
Ordnung können
entsprechend der für
das optische System zulässigen
Größe der Aberration
variiert werden. Ferner ist zur Vereinfachung in den nachstehenden
Zeichnungen von speziellen Beispielen eine ortsfeste Blende nicht dargestellt,
die allgemein in optischen Reflexionssystemen verwendet wird, um
Streulicht, das zu der Abbildung nicht beiträgt, aufzufangen. Eine solche
ortsfeste Blende kann, falls gewünscht,
leicht installiert werden.
-
Zweites Beispiel
-
Bei
einem zweiten Beispiel der Erfindung wird eine Anastigmat-Lösung verwendet,
bei der das Strahlhöhenverhältnis γ1 eines
paraxialen Randstrahls des ersten Spiegels in 3, 4 und 5 im
Bereich von 1 < γ1 ≤ 3 beträgt. In diesem
Bereich ist es möglich,
die Auswirkungen von Positionierfehlern sowohl bezüglich Versatz
als auch bezüglich Schrägstellung
effektiver zu reduzieren als bei den üblichen Schwarzschild-Optiken,
aber auch den effektiven Felddurchmesser deutlich zu vergrößern. Insbesondere
im Bereich von 1,2 ≤ γ1 ≤ 2 ist es
möglich,
nicht nur die Verringerung der Auswirkungen von Positionsfehlern
und eine geringe Obstruktion der Pupille zu reduzieren, sondern
auch den effektiven Felddurchmesser auf das Zweifache oder mehr
zu vergrößern. Deshalb
ist die Verwendung eines Strahlhöhenverhältnisses γ1 in
diesem Bereich besonders erwünscht. 9, 10 und 11 zeigen
typische Designbeispiele, die ein in dem genannten Bereich liegendes
Strahlhöhenverhältnis γ1 von
1,6 verwenden, als spezielle Beispiele 1-2-1, 1-2-2 und 1-2-3.
-
Aus 3 kann
man erkennen, dass bei einer Abbildung mit einer Abbildungsvergrößerung von
50× und
einem Objekt im Unendlichen, der Bereich, in welchem das effektive
Sichtfeld deutlich größer als
bei einer Schwarzschild-Optik ist, um den Wert γ1 =
2,5 liegt. Dies zeigt eine spezielle Lösung an, bei der zusätzlich zur sphärischen
und Koma-Aberration und Astigmatismus gleichzeitig auch die Feldkrümmungs-Aberration
korrigiert wird. Gemäß 4 und 5 nimmt
zwar bei diesen Lösungen
die Auswirkung von Positionsfehlern zu, jedoch zugunsten einer bemerkenswerten
Vergrößerung des
effektiven Sichtfeldes. Es ist deshalb erwünscht, nur diesen Bereich zu
benutzen, wenn bei der Abbildung bei einer Abbildungsvergrößerung von
20× oder
bei einem Objekt im Unendlichen besonderer Wert auf ein großes Gesichtsfeld
gelegt wird. Es ist ferner erwünscht,
bei mindestens einer oder mehreren Reflexionsoberflächen eine
asphärische
Oberfläche
sechsten Grades oder höheren
Grades zu verwenden, um das effektive Sichtfeld ausreichend zu vergrößern. Ein
typisches Designbeispiel, das diese Bedingungen bei 50× erfüllt, ist
in 12 als spezielles Beispiel 1-2-4 dargestellt.
-
Ein
optisches System, das scheinbar ähnlich
dem zweiten Beispiel ist, ist bekannt als optisches Projektionssystem
für eine
Belichtungsvorrichtung im EUV (Extremes Ultraviolett) (siehe Nicht-Patent-Dokument 4,
Nicht-Patent-Dokument 5 und Nicht-Patent-Dokument 6. Diese betreffen
alle ein System mit einer Vergrößerung von
5×). Es
ist offensichtlich, dass diese bekannten Beispiele im Hinblick auf
ihrem Bestimmungszweck Anastigmat-Lösungen sind. In diesen optischen
Systemen kann das Strahlhöhenverhältnis γ1 des
paraxialen Randstrahls des ersten Spiegels anhand eines Teils der
veröffentlichten
Auslegungsdaten und Strahlendiagramme berechnet oder geschätzt werden.
Ein auf diese Weise anhand von Designwerten im MET (Micro-Exposure
Tool) berechneter Wert ist γ1 = 3,59, während ein unter Verwendung
eines Strahlendiagramms in HiNA (High Numerical Aperture) geschätzter Wert
annähernd γ1 =
3,8 ist. Diese bekannten Beispiele sind in 3, 4 und 5 mit
kreisförmigen
Symbolen angezeigt. Aus 4 und 5 kann man
erkennen das gemäß der Erfindung
die Auswirkungen von Anordnungsfehlern sowohl durch Versatz als
auch durch Schrägstellung der
Reflexionsspiegel ganz offensichtlich verringert sind, verglichen
mit den bekannten Beispielen. Insbesondere kann gemäß der Erfindung
die Auswirkung von Anordnungsfehlern durch Verschiebung (Versatz)
um 20 % oder mehr verringert werden. Daher ist es offensichtlich,
dass diese bekannten Beispiele nicht in die vorliegende Erfindung
fallen.
-
Drittes Beispiel
-
Ein
drittes Beispiel der Erfindung verwendet eine Anastigmat-Lösung, bei
der das Strahlhöhenverhältnis γ1 des
paraxialen Randstrahl des ersten Spiegels im Bereich von –1 ≤ γ1 ≤ –0,5 liegt,
und zwar bei Abbildung eines Objekts in einem endlichen Abstand,
wie in 3 4 und 5 gezeigt.
Gemäß 4 und 5 kann
in diesem Bereich die Auswirkung von Anordnungsfehlern der Reflexionsspiegel
für ein
Objekt im Unendlichen und bei allen Abbildungsvergrößerungen
beträchtigt
reduziert werden. Als optisches Projektionssystem zur Beobachtung
eine Objektes im Unendlichen in diesem Bereich ist ein Couder-Teleskop
bekannt (siehe Nicht-Patent-Dokument 7). Dieses bekannte Beispiel
ist in 3, 4 und 5 mit quadratischen Symbolen
kenntlich gemacht. Aus 3 kann man ersehen, dass bei
dem Couder-Teleskop als bekanntem Beispiel für die Projektion eines Objekts
im Unendlichen das effektive Sichtfeld im Vergleich mit der Schwarzschild-Optik
kleiner ist. Im Falle der Projektion eines Objekts im endlichen
Abstand ist jedoch der effektive Felddurchmesser nicht so sehr verringert,
und es kann ein effektives Sichtfeld erhalten werden, dass dem der Schwarzschild-Optik äquivalent
ist. Die Erfindung bewirkt somit eine deutliche Reduktion der Auswirkungen von
Anordnungsfehlern der Reflexionsspiegel bezüglich Versatz und Schrägstellung,
bei hohem Lichtdurchsatz, mit einem erwünschten effektiven Felddurchmesser,
bei Verwendung einer Anastigmat-Lösung mit einem Strahlhöhenverhältnis im
Bereich von –1 ≤ γ1 ≤ 0,5 bei der
Projektion eines Objekts im Endlichen. Um ein ausreichend effektives
Sichtfeld im Vergleich zu den bekannten optischen System zu gewährleisten,
ist es erwünscht,
dass die Abbildungsvergrößerung des
Abbildungssystems kleiner als 50× ist. Typische Designbeispiele
der Erfindung bei Vergrößerungen
von 5× und
50× sind
in 13 und 14 als
konkrete Beispiele 1-3-1 und 1-3-2 dargestellt. Bei diesem dritten
Beispiel kann der Außendurchmesser
der Reflexionsspiegel verringert werden.
-
Viertes Beispiel
-
Ein
viertes Beispiel der Erfindung verwendet eine Anastigmat-Lösung, bei
der in 3, 4 und 5 das Strahlhöhenverhältnis γ1 des
paraxialen Randstrahls des ersten Spiegels im Bereich von γ1 ≤ –1 ist. In
diesem Bereich kann gleichzeitig ein großer effektiver Felddurchmesser
und eine Reduzierung der Auswirkungen von Anordnungsfehlern bei
gleichzeitig hohem Lichtdurchsatz mit minimaler Pupillenobstruktion
erzielt werden, insbesondere bei einem Abbildungssystem mit niedriger
Vergrößerung.
In 15(A), 16(A) und 17(A) sind typische Designbeispiele, bei
denen γ1 = –2,6
in diesem Bereich liegt, als konkrete Beispiele 1-4-1, 1-4-2 und
1-4-3 dargestellt. Bei dem speziellen Beispiel 1-4-2 (16(A)) kann bei einer Vergrößerung von
5× das
Pupillenobstruktionsverhältnis
so klein wie 4 % oder weniger gemacht werden.
-
Bei
dem vierten Beispiel ist die konjugierte Ebene zwischen den Reflexionsspiegeln
nahe dem ersten Spiegel angeordnet. Wenn somit ein weiteres Objektsystem,
wie ein optisches Beleuchtungssystem oder ein optisches Relais-System,
in Serie mit dem erfindungsgemä ßen Projektionssystem
angeordnet wird, kann nicht nur der zweite Spiegel sondern auch
der erste Spiegel mit einer mittigen Öffnung ausgebildet werden.
Dieser Fall ist im unteren Teil der konkrete Beispielezeigende Zeichnung
(15(B), 16(B) und 17(B)) dargestellt.
-
(Zweite Ausführungsform der Erfindung)
-
Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
-
Die
zweite Ausführungsform
der Erfindung ist ein optisches Abbildungssystem, welches einen
Aplanat verwendet, der sogar einen noch höheren Auslegungsspielraum als
die erste Ausführungsform
der Erfindung ermöglicht
und bei dem die sphärische
und Koma-Aberration korrigiert sind, und bei dem die Auswirkung
von Positionsfehlern auf die Abbildungsgüte reduziert werden kann.
-
Die
folgenden Gleichungen müssen
bei einer Aplanat-Lösung
gleichzeitig erfüllt
sein.
-
[Gleichung 12]
-
-
I1 +
I2 = 0, II1 + II2 = 0 (40)
-
Bezug
nehmend auf die Gleichungen (14) bis (23) kann man sehen, dass die
Konfiguration und Aberrationseigenschaften des optischen Systems
dargestellt werden können
durch zwei unabhängige
Designparameter unter den beiden zwingenden Bedingungen gemäß der Gleichung
(40).
-
Bei
dem Aplanat mit zweifacher Reflexion ist es wichtig, das Obstruktionsverhältnis der
Pupillenmitte zu begrenzen, um ein optischen System mit in der Praxis
hohem Lichtdurchsatz zu konstruieren. Deshalb verwendet die Erfindung
Variable, die eng mit dem Obstruktionsverhältnis, der Pupillenmitte verknüpft sind,
nämlich
die Strahlhöhenverhältnisse γ1 und γ2 des
paraxialen Randstrahls jedes der beiden Spiegel, als die beiden unabhängigen Designparameter
für den
Aplanat.
-
Die
Aplanat-Lösung
des optischen Systems kann unter Verwendung der Strahlhöhenverhältnisse γ1 und γ2 wie
folgt dargestellt werden.
-
-
Die
Astigmatismus-Koeffizienten IIIi und die
Krümmungskoeffizienten
Pi der Bildfläche
für einen
Zustand, in dem die Reflexionsoberflächen ideal angeordnet sind,
werden wie folgt erhalten:
-
-
Die
Aberrationskoeffizienten der axialen Koma-Aberration, die durch
Anordnungsfehler der Spiegel verursacht werden, können wie
folgt dargestellt werden.
-
-
Auf
diese Weise kann auch das Aberrationsverhalten eines Abbildungssystems
mit zweifacher Reflexion, welches den Aplanat-Bedingungen entspricht,
als Funktion des Betrages der mittigen Abdeckung (Obstruktion) der
Pupille dargestellt werden, wodurch es möglich wird, generell nach einer
Designlösung
zu suchen, die in der Lage ist, die Auswirkung von Spiegelanordnungsfehlern
zu reduzieren und die Bedingungen eines hohen Lichtdurchsatzes bei
kleiner Pupillenobstruktion zu erfüllen.
-
(Beispiele zur zweiten Ausführungsform)
-
Beispiele
zur zweiten Ausführungsform
werden im Folgenden beschrieben.
-
Bei
Verwendung einer Aplanat-Lösung
ist es möglich,
den effektiven Felddurchmesser und die Empfindlichkeit gegenüber Exzentrität darzustellen
als Funktionen der Strahlhöhenverhältnisse γ1 und γ2 der
paraxialen Randstrahlen der Reflexionsspiegel. 18, 19 und 20 sind
Kurvendiagramme, die als typische Beispiele die effektiven Felddurchmesser,
die Kehrwertzahlen der Schrägstellungs-Empfindlichkeiten (Exzentritäts-Empfindlichkeit gegenüber Schrägstellung)
und die Kehrwertzahlen der Versatzempfindlichkeiten (Exzentritäts-Empfindlichkeiten
bei Verschiebung) eines optischen Projektionssystems mit einer Vergrößerung von
50× darstellen.
Diese Zeichnungen wurden hergeleitet durch Normierung des optischen
Systems bezüglich
des Objekt-Bildflächen-Abstandes
und Standardisierung der Leistungsindexwerte unter Verwendung der
Werte der Schwarzschild-Optik gemäß dem Stand der Technik. Diese
Kurvendiagramme ändern
sich in Abhängigkeit
von der Vergrößerung.
-
Der
größere Designspielraum
bei der Aplanat-Lösung
ermöglicht
es, eine Abbildungsgüte
zu erzielen, die bei der Anastigmat-Lösung gemäß der ersten Ausführungsform
nicht möglich
ist.
-
Fünftes
Beispiel
-
Ein
fünftes
Beispiel der Erfindung liefert eine Reduzierung der Exzentritäts-Empfindlichkeit
wie bei dem ersten Beispiel, aber bei einer beträchtlich verringerten Pupillenabdeckung
(Obstruktion). Zu diesem Zweck verwendet das fünfte Beispiel eine Aplanat-Lösung in 18, 19 und 20,
die der Bedingung 0 ≤ γ1 ≤ 1 und γ2 ≤ 1 genügt. 21 zeigt
ein typisches Designbeispiel bei einer Vergrößerung von 50× als konkretes
Beispiel 2-1-1. Da bei diesem speziellen Beispiel ein Zwischenbild
erzeugt wird, wird die Abbildungsvergrößerung positiv. Im Vergleich
mit dem in 8 dargestellten konkreten Beispiel
1-1-3 kann bei dem konkreten Beispiel 2-1-1 die Pupillenabdeckung
drastisch reduziert werden, während
die Exzentritäts-Empfindlichkeit
im Wesentlichen gleich bleibt.
-
Sechstes Beispiel
-
Ein
sechstes Beispiel der Erfindung liefert eine deutlich reduzierte
Exzentritäts-Empfindlichkeit
wie bei dem dritten Beispiel, deutlich reduzierter Pupillenabdeckung.
Zu diesem Zweck verwendet das sechste Beispiel eine Aplanat Lösung in 18, 19 und 20,
die der Bedingung γ1 ≤ –0,5 und
0 ≤ γ2 ≤ 1 entspricht. Dieses
Beispiel ist in der Lage, das Pupillenabdeckverhältnis bei einer Abbildungsoptik
mit niedriger Vergrößerung zu
reduzieren, wobei die Pupillenobstruktion im Vergleich zu dem dritten
Beispiel auf ein mittleres Niveau reduziert ist. 22 zeigt
ein typisches Designbeispiel bei einer Vergrößerung von 50× als konkretes
Beispiel 2-2-1.
-
Siebtes Beispiel
-
Ein
siebtes Beispiel der Erfindung liefert eine Reduzierung der Auswirkung
von Spiegelanordnungsfehlern in einem kompakten optischen System
mit einem kleinen Spiegel-zu-Spiegel-Abstand.
Zu diesem Zweck verwendet das siebte Beispiel eine Aplanat-Lösung, die
der Bedingung γ1 ≤ –1 und 0 ≤ γ2 ≤ 1 in 18, 19 und 20 genügt. 23(A) und 23(B) zeigen
ein typisches Designbeispiel bei einer Vergrößerung von 50× als konkretes
Beispiel 2-3-1.
-
Achtes Beispiel
-
Ein
achtes Beispiel der Erfindung liefert eine weitere Herabsetzung
der Verschiebungs-Empfindlichkeit,
die auf ein mittleres Niveau entsprechend dem zweiten Beispiel reduziert
wird. Zu diesem Zweck verwendet das achte Beispiel eine Aplanat-Lösung, die
den Bedingungen 1 ≤ γ1 und
1 ≤ γ2 in 18, 19 und 20 genügt. 24 zeigt
ein typisches Designbeispiel bei einer Vergrößerung von 50× als konkretes
Beispiel 2-4-1. Im Vergleich zu dem konkreten Beispiel 1-2-3 gemäß dem zweiten
Beispiel, wie in 11 dargestellt, kann bei diesem
konkreten Beispiel die Verschiebungs-Empfindlichkeit um 40 % oder
mehr verringert werden, während
die Schrägstellungs-Empfindlichkeit
auf im wesentlichem gleichem Niveau bleibt.
-
Neuntes Beispiel
-
Ein
neuntes Beispiel der Erfindung ergibt eine weitere Reduzierung des
Pupillenabdeckverhältnisses als
das vierte Beispiel. Für
diesen Zweck verwendet das neunte Beispiel eine Aplanat-Lösung, die
den Bedingungen γ1 ≤ –1 und 1 ≤ γ2 in 18, 19 und 20 ge nügt. 25(A) und 25(B) zeigen
ein typisches Designbeispiel bei einer Vergrößerung von 50× als konkretes
Beispiel 2-5-1. Im Vergleich mit dem konkreten Beispiel 1-4-3 (17(A) und 17(B))
des vierten Beispiels, kann bei diesem konkreten Beispiel 2-5-1
das Pupillenabdeckverhältnis
noch drastischer reduziert werden auf Kosten einer geringfügig erhöhten Schrägstellung-Empfindlichkeit.
-
26 zeigt
Zahlenwerte für
die oben beschriebenen konkreten Beispiele und für die bekannte, in den Nicht-Patent-Dokumenten
4 und 5 beschriebene EUVL-Technik.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit
-
Die
Erfindung ist anwendbar bei Mikroskopen, Lichtsammelsystemen für Photoelektronen-Spektrometer,
Belichtungsvorrichtungen, Maskeninspektionsvorrichtungen, Teleskopen
(für Bodenbeobachtung
und für Verwendung
in Satelliten). Die Erfindung ist besonders effektiv anwendbar im
extremen Ultraviolettbereich und im weichen Röntgenstrahlbereich von 2 bis
200 nm Wellenlänge,
die eine extrem exakte Ausrichtung in dem optischen System erfordern.
In diesem Wellenlängenbereich
ist es erwünscht,
auf der Reflexionsoberfläche
einen Mehrschicht-Reflexionsspiegel aufzubringen (wie zum Beispiel
in 6 und 21 durch
die gestrichelte Linie auf der Reflexionsoberfläche des ersten Spiegels (i
= 1) und des zweiten Spiegels (i = 2) angedeutet und mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet),
und zwar durch Aufdampfen oder dergleichen, um das Reflexionsvermögen der
Reflexionsspiegel zu erhöhen.
Ferner ist die Erfindung besonders effektiv anwendbar bei Abbildungsoptiken
bei einer Abbildungsvergrößerung von
4× bis
200×.
Die Erfindung ist auch bei Systemen anwendbar, bei denen die Bildfläche zwischen
dem ersten und zweiten Spiegel angeordnet ist (13 und
so weiter). Selbstverständlich
ist die Erfindung auch anwendbar in den Fällen, in denen das Objekt sich
in unendlicher Entfernung befindet.
-
Zusammenfassung
-
Eine
optische Projektionsvorrichtung vom Reflexionstyp ist vorgesehen,
bei der die Auswirkung von Positionsfehlern der Reflexionsspiegel
auf die Abbildungsgüte
minimiert wird.
-
In
einer optischen Projektionsvorrichtung mit einem ersten Element
(i = 1) mit einer ersten Reflexionsoberfläche zum Reflektieren von von
einem Objekt (i = 0) emittiertem Licht als reflektiertes Licht und
einem zweiten Element (i = 2) mit einer zweiten Reflexionsoberfläche zum
Reflektieren des reflektierten Lichtes zur Bildung einer Abbildung
in einer Bildfläche
(i = 3) werden mindestens die sphärische Abberation, die Koma-Abberation
und der Astigmatismus korrigiert. Das erste Element (i = 1) hat
als erste Reflexionsoberfläche
eine asphärische
Reflexionsoberfläche,
und das zweite Element (i = 2) hat als zweite Reflexionsoberfläche eine
asphärische
Reflexionsoberfläche.
Vorzugsweise haben das erste Element (i = 1) und das zweite Element
(i = 2) eine asphärische
Reflexionsoberfläche,
die zur optischen Achse rotationssymmetrisch ist. Besonders vorzugsweise
hat ein paraxialer Randstrahl von dem ersten Element (i = 1) ein
Strahlhöhenverhältnis γ1 im
Bereich von zum Beispiel 0,5 ≤ γ1 < 1.
bezeichnet den konvertierten Neigungswinkel des Hauptstrahls vor dessen Reflexion in der i-Ebene.
