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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 auch während des optischen Prozesses
verwendet wird. Hierbei handelt es sich beispielsweise um den Wellenlängenbereich
von 193 nm (so genannter VUV-Bereich) bis 436 nm (so genannte Hg g-Linie).
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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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Werden
bei dem System aus der
US 2004/0114217
A1 (Mann et al.) lediglich vier Spiegel verwendet, so kann
nur eine vergleichsweise geringe numerische Apertur von NA = 0,7
erzielt werden. Zudem weist der dem Objekt räumlich nächstliegende Spiegel
einen vergleichsweise großen Durchmesser auf, was eine
vergleichsweise große Dickenabmessung und damit einen großen
Arbeitsabstand (zwischen reflektiver Fläche und Objektoberfläche)
nach sich zieht.
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Ein
weiteres Problem in diesem Zusammenhang ist die möglichst
geringe Obskuration bei einfacher Herstellbarkeit der Abbildungseinrichtung.
So müssen bei vielen Systemen die zentralen Durchgangsöffnungen
in den Spiegeln konisch ausgeführt werden, um eine möglichst
geringe Obskuration zu erzielen. Derartige konische Durchgangsöffnungen sind
jedoch vergleichsweise aufwändig in ihrer Herstellung,
sodass hierdurch der Aufwand für die Abbildungseinrichtung
erheblich steigt.
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Aus
der
EP 0 267 766 A2 (Phillips)
ist in diesem Zusammenhang bekannt, anstelle der herkömmlichen
Abbildungseinrichtungen mit vier jeweils mit einer Durchgangsöffnung
versehenen Spiegeln ein System mit zwei optischen Elementgruppen
zu verwenden, von denen jede einen konvexen, nicht mit einer Durchgangsöffnung
versehenen Spiegel und einen konkaven, mit einer Durchgangsöffnung versehenen
Spiegel umfasst. Problematisch ist auch hier, dass zum einen eine
sehr geringe numerische Apertur (NA = 0,3) erzielt werden kann und
der dem Objekt benachbarte Spiegel wiederum einen sehr großen
Durchmesser aufweist.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine optische
Abbildungseinrichtung sowie ein optisches 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 zwei optischen Elementgruppen
aus jeweils zwei optischen Elementen zum einen die zweite optische
Elementgruppe ein Flächenpaar aus einer konkaven optischen
Fläche und einer konvexen optischen Fläche ohne
Durchgangsöffnung umfasst und zum anderen die erste optische
Elementgruppen ein erstes optisches Element mit einer konkaven optischen
Fläche umfasst.
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Die
Gestaltung der zweiten optischen Elementgruppe mit einem konvexen
optischen Element ohne Durchgangsöffnung bringt zum einen
dank der fehlenden Durchgangsöffnung den Vorteil einer
erheblichen Erleichterung der Herstellung mit sich. Zum anderen
ermöglicht die konkave optische Fläche des ersten
optischen Elementes die Realisierung einer hohen numerischen Apertur
bei geringen Abmessungen der optischen Elemente der ersten optischen
Elementgruppe. Bei gleich bleibendem Aspektverhältnis (Verhältnis
kleinste axiale Dicke zu größtem Durchmesser)
kann somit ein geringerer Arbeitsabstand zum Objekt mit großem
Bildfeld erzielt werden. Zudem ist mit einem solchen System eine gute
Bildfehlerkorrektur möglich.
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Gemäß einem
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 über wenigstens einen Abbildungsstrahl
mit einem Abbildungsstrahlverlauf auf eine Bildebene abbilden. Die
erste optische Elementgruppe umfasst ein erstes optisches Element
mit einer reflektiven im Abbildungsstrahlverlauf ersten optischen
Fläche und ein zweites optisches Element mit einer reflektiven
im Abbildungsstrahlverlauf zweiten optischen Fläche, wobei die
erste optische Fläche konkav ausgebildet ist. Die zweite
optische Elementgruppe umfasst ein drittes optisches Element mit
einer konkaven, reflektiven, im Abbildungsstrahlverlauf dritten
optischen Fläche und ein viertes optisches Element mit
einer konvexen, reflektiven, im Abbildungsstrahlverlauf vierten
optischen Fläche ohne Lichtdurchgangsöffnung
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Mikroskop,
insbesondere für die Inspektion von Substraten, 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 einen Abbildungsstrahlverlauf aufweisenden
Abbildungsstrahls ein Objektpunkt einer Objektebene auf eine Bildebene
abgebildet wird, wobei die erste optische Elementgruppe ein erstes
optisches Element mit einer reflektiven im Abbildungsstrahlverlauf
ersten optischen Fläche und ein zweites optisches Element
mit einer reflektiven im Abbildungsstrahlverlauf zweiten optischen
Fläche umfasst, während die zweite optische Elementgruppe
ein drittes optisches Element mit einer konkaven, reflektiven, im
Abbildungsstrahlverlauf dritten optischen Fläche und ein
viertes optisches Element mit einer konvexen, reflektiven, im Abbildungsstrahlverlauf
vierten optischen Fläche ohne Lichtdurchgangsöffnung
umfasst. Als erste optische Fläche wird eine optische Fläche
verwendet, die konkav ausgebildet ist.
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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 Darstellung der Verzeichnung des Objektivs aus 1;
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5 ist
eine Darstellung der Quer- und Längsaberrationen des Objektivs
aus 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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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
beispielsweise über einen 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 unter anderem 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 zumindest teilweise
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 konkaven
reflektiven zweiten optischen Fläche 112.1 des
zweiten optischen Elements 112 zugewandt ist. Gleichermaßen
weist das dritte optische Element 113 eine konkave reflektive
dritte optische Fläche 113.1 auf, die einer konvexen
reflektiven vierten optischen Fläche 114.1 des
vierten optischen Elements 114 zugewandt ist. Es versteht
sich hierbei, dass die optischen Flächen bei anderen Varianten der
Erfindung auch eine andere Gestalt aufweisen können. Insbesondere
die zweite optische Fläche kann gegebenenfalls als Planfläche
oder sogar als konvexe Fläche gestaltet sein.
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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 auf
die erste optische Fläche 111.1 und werden an
dieser reflektiert. Anschließend treffen die Abbildungsstrahlen 105.1 auf
die zweite optische Fläche 112.1 und werden an
dieser reflektiert. 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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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 die
Abbildungsstrahlen 105.1 nach der Reflektion an der zweiten
optischen Fläche 112.1 ein reelles Zwischenbild 115 erzeugen.
Das Zwischenbild 115 wird im Bereich der Durchgangsöffnung 111.2 des
ersten optischen Elements 111 gebildet (genauer gesagt
im Abbildungsstrahlverlauf knapp hinter der Durchgangsöffnung 111.2).
Hiernach treten die Abbildungsstrahlen 105.1 in den Raum
zwischen den beiden optischen Elementen 113 und 114 der
zweiten optischen Elementgruppe 108 ein, 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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Es
versteht sich in diesem Zusammenhang, dass das Zwischenbild bei
anderen Varianten der Erfindung auch an anderer Stelle angeordnet
sein kann. Insbesondere kann es sich knapp vor der Durchgangsöffnung
des ersten optischen Elements oder gegebenenfalls auch in der Durchgangsöffnung des
ersten optischen Elements befinden.
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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 111.2 hat
den Vorteil, dass die Durchgangsöffnung 111.2 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 111.2 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 Objektebene 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 ein günstiger Felddurchmesser von etwa 1
mm und damit eine günstige Feldgröße
von etwa 1,4 mm × 1,4 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. Insbesondere
liegt der Maximalwert des Wellenfrontfehlers (rms) über
das oben genannte Feld bei etwa 2,7 nm (was bei der Wellenlänge
193 nm etwa 14 mλ) entspricht. Die Pupillenobskuration
des Objektivs 102 liegt bei maximal 25%, während
die die Verzeichnung des Objektivs 102 unterhalb von 0.04%
liegt. Die 4 und 5 zeigen die
Verzeichnung sowie weitere Quer- und Längsaberrationen
des Objektivs 102.
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Das
zweite optische Element 112 weist ein Aspektverhältnis
(Verhältnis der Dickenabmessung in Richtung der optischen
Achse 102.1 im Mittenbereich zum Durchmesser) von weniger
als 0,05 (also mit anderen Worten weniger als 5%) auf. Im vorliegenden
Beispiel liegt das Aspektverhältnis bei 0,0476 (also 4,76%).
Es sind jedoch auch kleinere Aspektverhältnisse erzielbar.
Dies ist im Hinblick auf die einfache Fertigung und die thermische,
dynamische und statische Stabilität des optischen Elements 112 von
Vorteil.
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Durch
die Gestaltung der zweiten optischen Elementgruppe 108 mit
dem konvexen vierten optischen Element 114 ohne Durchgangsöffnung
bringt zum einen dank der fehlenden Durchgangsöffnung den
Vorteil einer erheblichen Erleichterung der Herstellung des Objektivs 102 mit
sich.
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Zum
anderen ermöglicht die konkave erste optische Fläche 111.1 des
ersten optischen Elementes 111 die Realisierung einer hohen
numerischen Apertur bei geringen Abmessungen der optischen Elemente 111 und 112 der
ersten optischen Elementgruppe 107. so sind im vorliegenden
Beispiel für das erste optische Element 111 und
das zweite optische Element 112 (in der Ebene senkrecht
zur optischen Achse 102.1) Durchmesser unterhalb von 100
mm erzielbar. Bei gleich bleibendem Aspektverhältnis (Verhältnis
kleinste axiale Dicke zu größtem Durchmesser)
kann somit ein geringer Arbeitsabstand zur Objektebene 106 mit
dem oben beschriebenen großem Bildfeld erzielt werden.
Zudem ist mit einem solchen System eine gute Bildfehlerkorrektur
möglich.
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Es
versteht sich jedoch, was bei anderen Varianten der Erfindung insbesondere
für das der Objektebene räumlich nächstgelegene
zweite optische Element ein größerer Durchmesser
gewählt werden kann, um gegebenenfalls eine höhere
Randdicke zu erzielen, welche die statische, dynamische und thermische
Stabilität dieses optischen Elements erhöht.
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Das
Objektiv 102 ist im vorliegenden Beispiel auf der Seite
der Objektebene 106 telezentrisch ausgebildet, sodass sich
der Abbildungsmaßstab bei axialer Objektverschiebung nicht ändert.
Es versteht jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine
andere, nicht telezentrische Gestaltung gewählt werden
kann.
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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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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand
eines Beispiels mit vier optischen Elementen beschrieben. Es versteht
sich jedoch, dass der anderen Varianten auch neben den vier optischen
Elementen weitere optische Elemente, beispielsweise eine weitere
Spiegelgruppe, zum Einsatz kommen können. Diese weiteren
optischen Elemente können gegebenenfalls an beliebiger
geeigneter Stelle in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet sein.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand
eines Beispiels 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, 0010]
- - US 4863253 [0006]
- - US 2004/0114217 A1 [0006, 0007, 0008]