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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft optische Abbildungseinrichtungen
und Abbildungsverfahren für die Mikroskopie. Die Erfindung
lässt sich im Zusammenhang mit der Inspektion beliebiger
Oberflächen bzw. Körper anwenden.
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In
vielen technischen Bereichen ist es unter anderem erforderlich,
Körper und deren Oberflächen einer genauen optischen
Inspektion zu unterziehen, um beispielsweise die Qualität
eines Herstellungsprozesses beurteilen zu können, und gegebenenfalls korrigierend
eingreifen zu können, sofern anhand der Inspektion festgestellt
wird, dass vorgegebene Qualitätskriterien nicht erfüllt
werden. Hierbei sind natürlich an die Präzision
der für die Inspektion verwendeten Abbildungseinrichtung
im Vergleich zu den für den Herstellungsprozess des zu
inspizierenden Körpers verwendeten Einrichtungen die gleichen,
wenn nicht sogar höhere Anforderungen zu stellen.
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Von
besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Fähigkeit
der für die Inspektion verwendeten Abbildungseinrichtung,
Licht unterschiedlicher Wellenlängen mit möglichst
geringen Abbildungsfehlern zu verarbeiten, um der Abbildungseinrichtung
ein breites Anwendungsfeld zu sichern. So ist es insbesondere im
Zusammenhang mit Herstellungsverfahren, die einen optischen Prozess
umfassen, wünschenswert bzw. von Vorteil, wenn die verwendete
Abbildungseinrichtung mit minimierten Abbildungsfehlern den Wellenlängenbereich
verarbeiten kann, der typischerweise auch während des optischen
Prozesses verwendet wird. Hierbei handelt es sich bevorzugt um den
Wellenlängenbereich von 193 nm (so genannter VUV-Bereich)
bis 436 nm (so genannte Hg g-Linie). Derartige Anforderungen an
die Breitbandigkeit bestehen beispielsweise im Bereich der Fluoreszenzmikroskopie,
im Zusammenhang mit der Vermeidung von Dünnschichtinterferenzen
an der Oberfläche etc.
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Problematisch
sind hierbei die chromatischen Aberrationen, also die von der Wellenlänge des
Lichts abhängigen Abbildungsfehler. Wird für die Inspektion
beispielsweise eine Abbildungseinrichtung mit refraktiven optischen
Elementen (wie Linsen oder dergleichen) verwendet, sind die Abbildungsfehler
der Abbildungseinrichtung mit vertretbarem Aufwand in der Regel
nur für einen vergleichsweise engen Wellenlängenbereich
minimiert. Eine so genannte Achromatisierung einer solchen refraktive
optische Elemente umfassenden Abbildungseinrichtung, also eine Eliminierung
solcher chromatischer Aberrationen, ist über einen breitbandigen
Wellenlängenbereich (wie den oben genannten) kaum noch
mit vertretbarem Aufwand möglich.
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Häufig
kommen auch so genannte katadioptrische Abbildungseinrichtungen
zum Einsatz, die neben refraktiven optischen Elementen auch reflektive optische
Elemente umfassen. Die oben genannten Nachteile refraktiver Systeme
gelten jedoch auch für solche katadioptrischen Systeme,
wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2005 056 721 A1 (Epple et al.), der
US 6,600,608 B1 (Shafer
et al.), der
US 6,639,734
B1 (Omura) und der
US
5,031,976 (Shafer) bekannt sind, deren gesamte Offenbarung hierin
jeweils durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
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Eine
Möglichkeit, die mit den chromatischen Aberrationen einhergehenden
Probleme weitestgehend zu vermeiden, besteht darin, so genannte
katoptrische Systeme zu verwenden, bei denen ausschließlich
reflektive optische Elemente (wie Spiegel oder dergleichen) für
die Abbildungseinrichtung genutzt werden. Beispiele für
derartige katoptrische Systeme sind aus der
EP 0 267 766 A2 (Phillips),
der
US 4,863,253 (Shafer
et al.) und der
US 2004/0114217
A1 (Mann et al.) bekannt, deren gesamte Offenbarung hierin
jeweils durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
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Problematisch
ist bei diesen bekannten katoptrischen Systemen allerdings, dass
für eine mit möglichst wenigen optischen Elementen
zu erzielende, wünschenswert große Vergrößerung,
insbesondere bei den objektnahen optischen Elementen, vergleichsweise
große Einzelbrechkräfte erforderlich sind. Dies
ist jedoch im Hinblick auf die mit einem solchen katoptrischen System
erzeugten Abbildungsfehler von Nachteil, sodass häufig
dem Einsatz von mehr als vier Spiegeln der Vorzug gegeben wird,
wie dies aus der
US
2004/0114217 A1 (Mann et al.) bekannt ist, oder kleinere
Vergrößerungen bzw. größere Abbildungsfehler
in Kauf genommen werden.
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Aus
der
EP 0 267 766 A2 (Phillips)
ist in diesem Zusammenhang bekannt, anstelle der herkömmlichen
Abbildungseinrichtungen mit vier Spiegeln ein System mit drei Spiegeln
zu verwenden, bei dem einer der Spiegel mehrfach genutzt wird, indem er
im Verlauf des Abbildungsstrahls sowohl den zweiten Spiegel als
auch den vierten Spiegel darstellt. Dies hat zwar den Vorteil, dass
ein Spiegel eingespart wird. Die Anordnung der beiden anderen Spiegel,
die jeweils diesem Spiegel zugewandt sein müssen, bringt
jedoch eine Konfiguration mit sich, mit der sich (bei vertretbarer
Spiegelgröße) nur eine vergleichsweise kleine
numerische Apertur erzielen lässt.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, optische
Abbildungseinrichtungen sowie optische Abbildungsverfahren zur Verfügung
zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest
in geringerem Maße aufweisen und insbesondere bei vertretbarer
Größe der verwendeten optischen Elemente eine
hohe Vergrößerung sowie eine hohe numerische Apertur
bei minimierten Abbildungsfehlern ermöglichen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass man
auf einfache Weise bei vertretbarer Größe der
verwendeten optischen Elemente eine hohe Vergrößerung
sowie eine hohe numerische Apertur bei minimierten Abbildungsfehlern
ermöglicht, wenn bei einem System mit wenigstens drei,
vorzugsweise vier optischen Elementen wenigstens eines der optischen
Elemente mehrfach genutzt wird, vorzugsweise zwei der optischen
Elemente mehrfach genutzt werden. So hat sich gezeigt, dass bei
geschickter Anordnung der optischen Elemente durch diese mehrfache
Nutzung einzelner optische Elemente eine (im Hinblick auf die Abbildungsfehler vorteilhafte)
Verringerung der Einzelbrechkräfte, insbesondere der objektnahen
optischen Elemente, ohne Einbußen bei der Vergrößerung
bei gleichzeitig hoher numerische Apertur möglich ist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher eine optische
Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikroskopie,
mit einer ersten optischen Elementgruppe und einer zweiten optischen
Elementgruppe, wobei die erste optische Elementgruppe und die zweite
optische Elementgruppe einen Objektpunkt einer Objektebene auf eine
Bildebene abbilden. Die erste optische Elementgruppe umfasst ein
erstes optisches Element mit einer reflektiven ersten optischen
Fläche und ein zweites optisches Element mit einer reflektiven
zweiten optischen Fläche. Die zweite optische Elementgruppe
umfasst ein drittes optisches Element mit einer reflektiven dritten
optischen Fläche. Das erste optische Element und das zweite
optische Element sind derart ausgebildet und angeordnet, dass bei
der Abbildung des Objektpunktes jeweils eine mehrfache Reflektion
wenigstens eines Abbildungsstrahls auf der ersten optischen Fläche
und der zweiten optischen Fläche erfolgt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine optische
Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikroskopie,
mit einer ersten optischen Elementgruppe und einer zweiten optischen
Elementgruppe, wobei die erste optische Elementgruppe und die zweite
optische Elementgruppe einen Objektpunkt einer Objektebene über wenigstens
einen Abbildungsstrahl mit einem Abbildungsstrahlverlauf auf eine
Bildebene abbilden. Die erste optische Elementgruppe umfasst ein
im Abbildungsstrahlverlauf erstes optisches Element mit einer reflektiven
ersten optischen Fläche und ein im Abbildungsstrahlverlauf
zweites optisches Element mit einer reflektiven zweiten optischen
Fläche, während die zweite optische Elementgruppe
ein im Abbildungsstrahlverlauf drittes optisches Element mit einer
reflektiven dritten optischen Fläche umfasst. Die erste
optische Fläche ist der dritten optischen Fläche abgewandt
und derart ausgebildet, dass bei der Abbildung des Objektpunktes
eine mehrfache Reflektion des Abbildungsstrahls auf der ersten optischen Fläche
erfolgt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Mikroskop,
insbesondere für die Inspektion eines Substrats, mit einer
Substrateinrichtung zur Aufnahme eines zu inspizierenden Substrats,
einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Substrats mit
wenigstens einem Abbildungsstrahl, einer Projektionseinrichtung
und einer Bildaufnahmeeinrichtung, wobei die Projektionseinrichtung
zum Projizieren des Abbildungsstrahls auf die Bildaufnahmeeinrichtung
ausgebildet ist. Die Projektionseinrichtung umfasst ihrerseits eine
erfindungsgemäße optische Abbildungseinrichtung.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Abbildungsverfahren,
insbesondere für die Mikroskopie, bei dem über
eine erste optische Elementgruppe und eine zweite optische Elementgruppe
mittels wenigstens eines Abbildungsstrahls ein Objektpunkt einer
Objektebene auf eine Bildebene abgebildet wird. Die erste optische Elementgruppe
umfasst ein erstes optisches Element mit einer reflektiven ersten
optischen Fläche und ein zweites optisches Element mit
einer reflektiven zweiten optischen Fläche, während
die zweite optische Elementgruppe ein drittes optisches Element
mit einer reflektiven dritten optischen Fläche umfasst.
Der Abbildungsstrahl wird bei der Abbildung des Objektpunktes auf
der ersten optischen Fläche und der zweiten optischen Fläche
jeweils mehrfach reflektiert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung schließlich
ein Abbildungsverfahren, insbesondere für die Mikroskopie,
bei dem über eine erste optische Elementgruppe und eine zweite
optische Elementgruppe ein Objektpunkt einer Objektebene über
wenigstens einen Abbildungsstrahl mit einem Abbildungsstrahlverlauf
auf eine Bildebene abgebildet wird. Die erste optische Elementgruppe
umfasst ein im Abbildungsstrahlverlauf erstes optisches Element
mit einer reflektiven ersten optischen Fläche und ein im
Abbildungsstrahlverlauf zweites optisches Element mit einer reflektiven
zweiten optischen Fläche, während die zweite optische Elementgruppe
ein im Abbildungsstrahlverlauf drittes optisches Element mit einer
reflektiven dritten optischen Fläche umfasst. Bei der Abbildung
des Objektpunktes erfolgt eine mehrfache Reflektion des Abbildungsstrahls
auf der der dritten optischen Fläche abgewandten ersten
optischen Fläche.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele,
welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Mikroskops mit einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
optischen Abbildungseinrichtung, mit der sich eine bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens durchführen
lässt;
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2 ist
eine schematische Ansicht der optischen Abbildungseinrichtung aus 1;
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3 ist
ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens, welches
sich mit dem Mikroskop aus 1 durchführen
lässt;
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4 ist
eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung;
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5 ist
eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung;
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6 ist
eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird im
Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Mikroskops 101 mit einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung 102 beschrieben.
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Das
Mikroskop 101 wird im vorliegenden Beispiel zur Inspektion
der auf einem Substrat 103.1 gebildeten Strukturen (die über
einen herkömmlichen optischen Prozess hergestellt wurden).
Es versteht sich jedoch, dass das erfindungsgemäße
Mikroskop bei anderen Varianten der Erfindung für einen
Abbildungsprozess im Zusammenhang mit beliebigen anderen Anwendungen,
insbesondere der Inspektion beliebiger anderweitiger Körper,
Substrate, Oberflächen oder Flüssigkeiten etc.
zum Einsatz kommen kann.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des Mikroskops 101, das eine
optische Abbildungseinrichtung in Form eines Objektivs 102 (mit
einer optischen Achse 102.1 und einem Beleuchtungssystem 102.2),
eine Substrateinrichtung 103 und eine Bildaufnahmeeinrichtung 104 umfasst.
Das Beleuchtungssystem 102.2 beleuchtet (über
eine nicht näher gezeigte Lichtleiteinrichtung) das Substrat 103.1,
das auf einem Substratstisch 103.2 der Substrateinrichtung 103 angeordnet
ist, mit einem (nur teilweise durch seine Hüllstrahlen
dargestellten) Abbildungslichtbündel 105, welches
mehrere Abbildungsstrahlen 105.1 umfasst.
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Die
auf der dem Objektiv 102 zugewandten Oberfläche
des Substrats 103.1 in einer so genannten Objektebene 106 befindlichen
Strukturen, werden mittels des Abbildungslichtbündels 105 über
die im Objektiv 102 angeordneten optischen Elemente einer
ersten optischen Elementgruppe 107 und einer zweiten optischen
Elementgruppe 108 auf eine Bildebene 109 eines
Bildsensors 110 der Bildaufnahmeeinrichtung 104 abgebildet.
Die aus den Signalen des Bildsensors 110 gewonnenen Daten
werden dann in herkömmlicher Weise zur Inspektion der Oberfläche des
Substrats 103.1 verwendet.
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Die
erste optische Elementgruppe 107 umfasst ein im Abbildungsstrahlengang
der Abbildungsstrahlen 105.1 (von den Abbildungsstrahlen 105.1 als erstes
optisches Element erreichtes) erstes optisches Element 111 und
ein im Abbildungsstrahlengang der Abbildungsstrahlen 105.1 (von
den Abbildungsstrahlen 105.1 als zweites optisches Element erreichtes)
zweites optisches Element 112. Die zweite optische Elementgruppe 108 umfasst
ein im Abbildungsstrahlengang der Abbildungsstrahlen 105.1 (von
den Abbildungsstrahlen 105.1 als drittes optisches Element
erreichtes) drittes optisches Element 113 und ein im Abbildungsstrahlengang
der Abbildungsstrahlen 105.1 (von den Abbildungsstrahlen 105.1 als
viertes optisches Element erreichtes) viertes optisches Element 114.
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Bei
den optischen Elementen 111 bis 114 der optischen
Elementgruppen 107 und 108 (die eine optische
Achse 102.1 des Objektivs 102 bzw. gegebenenfalls
eine Symmetrieachse des Objektivs 102 definieren) handelt
es sich im vorliegenden Beispiel um reflektive optische Elemente
(in Form von Spiegeln oder dergleichen) mit asphärischen
optischen Flächen 111.1 bis 114.1.
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Die
ausschließliche Verwendung reflektiver optischer Flächen
hat den Vorteil, dass es bei der Abbildung eines Punktes der Objektebene 106 auf
einen Punkt der Bildebene 109 mit dem gegebenenfalls hinsichtlich
eventueller Abbildungsfehler entsprechend korrigierten Objektiv 102 bei
unterschiedlichen Wellenlängen des Abbildungslichtbündels 105 zu
keinen nennenswerten chromatischen Aberrationen kommt. Mithin kann
also für das Abbildungslichtbündel 105 Licht
in einem breiten Wellenlängenbereich verwendet werden.
Insbesondere kann die Wellenlänge des Abbildungslichtbündels 105 an
die Wellenlänge des Lichts angepasst sein, welches zur
Herstellung der Strukturen auf dem Substrat 103.1 verwendet
wurde.
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Im
vorliegenden Beispiel wird für das Abbildungslichtbündel 105 Licht
im UV-Bereich mit einer Wellenlänge von 193 nm verwendet.
Wie zuvor erwähnt, können jedoch bei anderen Varianten
der Erfindung auch andere Wellenlängen verwendet werden.
Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Objektiv 102 um
ein breitbandiges Objektiv, welches ohne nennenswerte chromatische
Aberrationen für das Abbildungslichtbündel 105 Licht
in einem Wellenlängenbereich von 193 nm (so genannter VUV-Bereich)
bis 436 nm (so genannte Hg g-Linie) verarbeiten kann. In diesem
Bereich können für das Abbildungslichtbündel 105 unter
anderem auch die Wellenlängen 248 nm (so genannter DUV-Bereich), 365
nm (so genannte Hg i-Linie) und 405 nm (so genannte Hg h-Linie)
verwendet werden.
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Wie
insbesondere 2 zu entnehmen ist (welche eine
schematisierte Ansicht der ersten und zweiten optischen Elementgruppe 107 und 108 darstellt),
weist das erste optische Element 111 eine konkave reflektive
erste optische Fläche 111.1 auf, die einer leicht
konkaven reflektiven zweiten optischen Fläche 112.1 des
zweiten optischen Elements 112 zugewandt ist. Gleichermaßen
weist das dritte optische Element 113 eine reflektive dritte optische
Fläche 113.1 auf, die einer reflektiven vierten
optischen Fläche 114.1 des vierten optischen Elements 114 zugewandt
ist.
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Die
von der Objektebene 106 ausgehenden Abbildungsstrahlen 105.1 durchtreten
zunächst eine im Bereich der optischen Achse 102.1 angeordnete zentrale
Durchgangsöffnung 112.2 des zweiten optischen
Elements 112, welches der Objektebene 106 räumlich
am nächsten liegt. Von dort aus treffen die Abbildungsstrahlen 105.1 zunächst
erstmalig auf die erste optische Fläche 111.1 und
werden an dieser erstmals reflektiert. Anschließend treffen
die Abbildungsstrahlen 105.1 erstmalig auf die zweite optische
Fläche 112.1 und werden an dieser erstmals reflektiert.
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Wie
insbesondere der 2 zu entnehmen ist, sind die
erste optische Fläche 111.1 und die zweite optische
Fläche 112.1 derart ausgebildet und einander räumlich
zugeordnet, dass die Abbildungsstrahlen 105.1 nach ihrer
erstmaligen Reflektion an der zweiten optischen Fläche 112.1 erneut
auf die erste optische Fläche 111.1 auftreffen
und dort erneut so reflektiert werden, dass sie ein zweites Mal
auf die zweite optische Fläche 112.1 auftreffen
und dort erneut reflektiert werden. Anschließend durchtreten
die Abbildungsstrahlen 105.1 eine im Bereich der optischen
Achse 102.1 angeordnete zentrale Durchgangsöffnung 111.2 des
ersten optischen Elements 111.
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Durch
diese mehrfache Reflektion der Abbildungsstrahlen 105.1 an
der ersten optischen Fläche 111.1 und der zweiten
optischen Fläche 112.1 (insbesondere durch die
mehrfache Reflektion der Abbildungsstrahlen 105.1 an der
ersten optischen Fläche 111.1) ist es möglich,
die jeweilige Einzelbrechkraft der ersten optischen Fläche 111.1 und
der zweiten optischen Fläche 112.1 (insbesondere
die Einzelbrechkraft der ersten optischen Fläche 111.1)
klein zu halten, ohne Abstriche in der erzielten Auflösung (hier
also in der erzielten numerischen Apertur) hinnehmen zu müssen.
Hierbei ist insbesondere die Reduktion der Einzelbrechkraft der
ersten optischen Fläche 111.1 hinsichtlich einer
Reduktion eventueller Abbildungsfehler des Objektivs 102 von
besonderem Vorteil.
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Im
vorliegenden Beispiel erfolgt jeweils eine zweifache Reflektion
eines Abbildungsstrahls 105.1 an der ersten optischen Fläche 111.1 und
der zweiten optischen Fläche 112.1. diese zweifache
Reflektion hat den Vorteil, dass bei noch vorteilhaft kleinen Abmessungen
des ersten und zweiten optischen Elements 111, 112 eine
besonders günstige Reduktion der Abbildungsfehler bei vertretbarer
Obskuration und hoher numerischer Apertur am objektseitigen Ende
des Objektivs 102 erzielt werden kann. Es versteht sich
jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen
sein kann, dass an der ersten und/oder der zweiten optischen Fläche
mehr als zwei Reflexionen eines Abbildungsstrahls erfolgen.
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Wie
der 2 weiterhin zu entnehmen ist, sind die erste optische
Fläche 111.1 und die zweite optische Fläche 112.1 derart
ausgebildet und einander räumlich zugeordnet, dass sich
die Abbildungsstrahlen 105.1 nach der erneuten Reflektion
an der zweiten optischen Fläche 112.1 ein reelles
Zwischenbild 115 erzeugen. Das Zwischenbild 115 wird
im Bereich einer zentralen (im Bereich der optischen Achse 102.1 angeordneten)
Durchgangsöffnung 114.2 des vierten optischen
Elements 114 gebildet, durch welche die Abbildungsstrahlen 105.1 in
den Raum zwischen den beiden optischen Elementen 113 und 114 der
zweiten optischen Elementgruppe 108 eintreten, die nach
Art eines Cassegrain-Systems mit einer konkaven dritten optischen
Fläche 113.1 und einer konvexen vierten optischen
Fläche 114.1 gestaltet ist.
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Das
Objektiv 102 weist an seinem objektseitigen Ende eine numerische
Apertur NA > 0,7 auf.
Im vorliegenden Beispiel liegt die objektseitige numerische Apertur
bei etwa NA = 0,9. Mithin ist also das objektseitigen Ende des Objektivs 102 ein
hochaperturiges Ende des Objektivs 102. Wie der 2 weiterhin
zu entnehmen ist, ist die numerische Apertur im Bereich des Zwischenbildes 115 kleiner
als die numerische Apertur am objektseitigen Ende, sodass die Abbildung
durch die erste optische Elementgruppe 107 auf das Zwischenbild 115 demgemäß eine
vergrößernde Abbildung ist.
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Die
Anordnung des Zwischenbildes 115 im Bereich der Durchgangsöffnung 114.2 hat
den Vorteil, dass die Durchgangsöffnung 114.2 vergleichsweise
klein ausgebildet sein kann, um die hierdurch bedingte Obskuration
klein zu halten. Die dritte optische Fläche 113.1 und
die vierte optische Fläche 114.1 sind so ausgebildet
und einander zugeordnet, dass die Abbildungsstrahlen 105.1 nach
Durchtreten der Durchgangsöffnung 114.2 zunächst
auf die dritte optische Fläche 113.1 auftreffen
und an dieser reflektiert werden. Anschließend treffen
die Abbildungsstrahlen 105.1 auf die vierte optische Fläche 114.1 auf
und werden an dieser derart reflektiert, dass sie durch eine (im
Bereich der optischen Achse 102.1 angeordnete) zentrale
Durchgangsöffnung 113.2 des dritten optischen
Elements 113 hindurch treten. Schließlich treffen
die Abbildungsstrahlen 105.1 unter Bildung eines finalen
Bildes auf die Bildebene 109.
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Durch
die zweite optische Elementgruppe 108 erfolgt eine weitere
Nachvergrößerung des Zwischenbildes, sodass insgesamt
mit dem Objektiv 102 eine vorteilhafte starke Vergrößerung
erzielt werden kann. Mit dem vorliegenden Objektiv 102 lässt
sich neben der hohen objektseitigen numerischen Apertur NA = 0.90
unter anderem eine günstige Feldgröße (Feldhöhe)
von etwa 1 mm am hochaperturigen Ende erzielen. Bei bevorzugten
Varianten des erfindungsgemäßen Objektivs beträgt
der halbe Felddurchmesser des Objektivs an diesem hochaperturigen
Ende in jedem Fall mehr als 0,2 mm, sodass in vorteilhafter Weise
eine korrigierte Petzvalsumme für das Objektiv gewährleistet
ist. Weiterhin ist in vorteilhafter Weise eine Korrektur von Abbildungsfehler
möglich, die oberhalb von 95% Strehlverhältnis
(entspricht einer mittleren Wellenfrontabweichung von etwa 35 mλ rms)
liegt.
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Die
Pupillenobskuration des Objektivs 102 bei maximal 20% (im
Durchmesser), wobei die maximale Öffnung der optischen
Elemente im vorliegenden Beispiel am hochaperturigen Ende des Objektivs 102 etwa
50% der numerischen Apertur NA, hier also etwa 0,45 beträgt.
Vorzugsweise liegt diese maximale Öffnung bei weniger als
0,60. Schließlich liegt die Verzeichnung des Objektivs 102 unterhalb
von 0.02%.
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Das
zweite optische Element 112 weist dabei weiterhin ein Aspektverhältnis
(Verhältnis der Abmessung in Richtung der optischen Achse 102.1 im Mittenbereich
zum Durchmesser) von weniger als 0,03 (also mit anderen Worten weniger
als 3%) auf. Der daraus resultierende geringe Abstand zwischen der
zweiten optischen Fläche 112.1 und der Oberfläche
des Substrats 103.1 ermöglicht in einfacher Weise
die hohe numerische Apertur bei geringer Obskuration.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Variante eines erfindungsgemäßen
Abbildungsverfahrens des optischen Elements 106.1, welches
mit dem Mikroskop 101 durchgeführt wird.
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Zunächst
werden in einem Schritt 116.1 die Komponenten des Mikroskops 101 zur
Verfügung gestellt und in der Weise positioniert, wie dies
oben beschrieben wurde.
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In
einem Schritt 116.2 wird das Substrat 103.1 über
die Beleuchtungseinrichtung 102 mit dem Abbildungslichtbündel 105 beleuchtet
und dann die entsprechenden Bereiche der Oberfläche des
Substrats 103.1 über das Objektiv 102 auf
die Sensoroberfläche des Bildsensors 110 abgebildet,
wie dies oben beschrieben wurde.
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In
einem Schritt 116.3 wird dann überprüft, ob
ein weiterer Abbildungsvorgang erfolgen soll. Ist dies der Fall,
wird zu dem Schritt 116.2 zurück gesprungen. Andernfalls
wird der Verfahrensablauf in einem Schritt 116.4 beendet.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 4 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
optischen Abbildungseinrichtung in Form eines Objektivs 202 beschrieben.
Das Objektiv 202 kann an Stelle des Objektivs 102 in
dem Mikroskop 101 eingesetzt werden. Das Objektiv 202 entspricht
in seinem grundsätzlichen Aufbau und seiner Funktionsweise
dem Objektiv 102 aus 2, sodass
hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere
sind gleichartige Komponenten mit um den Wert 100 erhöhten
Bezugszeichen versehen. Sofern nachfolgend nichts anderes ausgeführt
wird, wird hinsichtlich der Merkmale dieser Komponenten ausdrücklich
auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Der
einzige Unterschied des Objektivs 202 zum Objektiv 102 besteht
darin, dass das vierte optische Element 214 zum einen derart
in der Gestaltung der vierten optischen Fläche 214.1 modifiziert
wurde, dass die Abbildung eines Punktes der Objektebene auf eine
im Unendlichen liegende Bildebene (nicht dargestellt) erfolgt. Weiterhin
wurde das dritte optische Element 213 mit einer (aufgrund
der Abbildung nach Unendlich) leicht vergrößerten
Durchgangsöffnung 213.2 versehen.
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Die
mit der ersten optischen Elementgruppe 107 und der zweiten
optischen Elementgruppe 208 des Objektivs 202 erzielte
Abbildung nach Unendlich erleichtert in vorteilhafter Weise die
gegebenenfalls erwünschten Anfügung einer (nicht
dargestellten) Tubusoptik des Objektivs 202.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 5 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
optischen Abbildungseinrichtung in Form eines Objektivs 302 beschrieben.
Das Objektiv 302 kann an Stelle des Objektivs 102 in
dem Mikroskop 101 eingesetzt werden. Das Objektiv 302 entspricht
in seinem grundsätzlichen Aufbau und seiner Funktionsweise
dem Objektiv 102 aus 2, sodass
hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere
sind gleichartige Komponenten mit um den Wert 200 erhöhten
Bezugszeichen versehen. Sofern nachfolgend nichts anderes ausgeführt
wird, wird hinsichtlich der Merkmale dieser Komponenten ausdrücklich
auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Der
wesentliche Unterschied des Objektivs 302 zum Objektiv 102 besteht
in der Gestaltung des der Objektebene 106 räumlich
nächstliegenden zweiten optischen Elements 312.
Im vorliegenden Beispiel ist das zweite optische Element 312 als
ausgeprägter Hohlspiegel mit hoher Randdicke (im Umfangsbereich
des optischen Elements 312 vorliegende Abmessung des optischen
Elements 312 in Richtung der optischen Achse 302.1)
ausgebildet.
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Da
die Randdicke einen erheblichen Einfluss auf die realisierbare Gesamtsteifigkeit
des optischen Elements 312 hat, hat dies den Vorteil, dass
hiermit zum einen trotz einer geringen Mittendicke (im Mittenbereich
bzw. Bereich der optischen Achse 302.1 vorliegende Abmessung
des optischen Elements 312 in Richtung der optischen Achse 302.1)
ein insgesamt vergleichsweise steifes zweites optisches Element 312 erzielt
werden kann. Die hohe Steifigkeit des zweiten optischen Elements 312 gewährleistet sowohl
unter thermischen als auch unter statischen und dynamischen Lasten
eine ausreichende Stabilität des zweiten optischen Elements 312 und
damit im Betrieb des Mikroskops 301 einen geringen endlichen
Scheitelabstand bzw. Abstand der zweiten optischen Fläche 312.1 (in
Richtung der optischen Achse 302.1) zur gesamten Oberfläche
des Substrats 103.1. Dank dieser Gestaltung kann objektseitig
in einfacher Weise die hohe numerische Apertur bei einer geringen
Obskuration (geringer Durchmesser der Durchgangsöffnung 312.2)
gewährleistet werden.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 6 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
optischen Abbildungseinrichtung in Form eines Objektivs 402 beschrieben.
Das Objektiv 402 kann an Stelle des Objektivs 102 in
dem Mikroskop 101 eingesetzt werden. Das Objektiv 402 entspricht
in seinem grundsätzlichen Aufbau und seiner Funktionsweise
dem Objektiv 102 aus 2, sodass
hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere
sind gleichartige Komponenten mit um den Wert 300 erhöhten
Bezugszeichen versehen. Sofern nachfolgend nichts anderes ausgeführt
wird, wird hinsichtlich der Merkmale dieser Komponenten ausdrücklich
auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Der
wesentliche Unterschied des Objektivs 402 zu dem Objektiv 102 besteht
darin, dass das dritte optische Element 413 mit einer sphärischen
dritten optischen Fläche 413.1 ausgestattet ist.
Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Fertigung des dritten optischen
Elements 413 von Vorteil.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand
von Beispielen beschrieben, bei denen die zweite optische Elementgruppe
nach Art eines Cassegrain-Systems gestaltet ist. Es versteht sich
jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen
sein kann, die zweite optische Elementgruppe nach Art eines Schwarzschild-Systems
zu gestalten, bei dem als drittes optisches Element in deutlicher
Entfernung von dem reellen Zwischenbild ein (nicht mit einer Durchgangsöffnung
versehener) konvexes reflektives optisches Element und als (im Abbildungsstrahlengang
nachfolgendes) viertes optisches Element ein konkaves reflektives
optisches Element vorgesehen ist.
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Weiterhin
wurde die vorliegende Erfindung vorstehend ausschließlich
anhand von Beispielen aus dem Bereich der Inspektion eines Substrats
beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung
ebenso auch für beliebige andere Anwendungen bzw. Abbildungsverfahren,
insbesondere bei beliebigen Wellenlängen des zur Abbildung verwendeten
Lichts, eingesetzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005056721
A1 [0005]
- - US 6600608 B1 [0005]
- - US 6639734 B1 [0005]
- - US 5031976 [0005]
- - EP 0267766 A2 [0006, 0008]
- - US 4863253 [0006]
- - US 2004/0114217 A1 [0006, 0007]