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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Zoomeinrichtung zur Einstellung eines Abbildungsmaßstabs einer Abbildungseinrichtung, eine Abbildungseinrichtung, ein optisches Zoomverfahren sowie ein Abbildungsverfahren für die Mikroskopie. Die Erfindung lässt sich im Zusammenhang mit der Inspektion beliebiger Oberflächen bzw. Körper anwenden. Insbesondere lässt sie sich im Zusammenhang mit der Inspektion mikroelektronischer Schaltkreise einsetzen.
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In vielen technischen Bereichen, insbesondere im Bereich der Mikrolithographie, 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 für die Inspektion 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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In diesem Wellenlängenbereich weisen nur noch wenige optische Materialien eine ausreichende Transparenz auf, sodass die Systeme vornehmlich aus synthetischem Quarzglas (SiO2) und Flußspat (CaF2) aufgebaut sind.
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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 dioptrischen, also nur 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 daher so genannte katadioptrische Abbildungseinrichtungen zum Einsatz, die neben refraktiven optischen Elementen auch hinsichtlich chromatischer Aberrationen günstigere reflektive optische Elemente umfassen. Derartige katadioptrische Systeme sind beispielsweise aus der
US 5,031,976 A (Shafer), der
US 5,717,518 A (Shafer et al.), der
US 2004/0027688 A1 (Lange) und der
US 7,136,159 B2 (Tsai et al.) bekannt.
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Aus der
US 2004/0027688 A1 (Lange) ist im Zusammenhang mit der Waferinspektion ein hochaperturiges (numerische Apertur NA größer 0.90), stark vergrößerndes katadioptrisches Mikroskopobjektiv bekannt, welches ein Objekt nach unendlich abbildet, wobei die Abbildung breitbandig ist, d. h. über einen großen Bereich von Wellenlängen korrigiert ist. An das Mikroskopobjektiv schließt dabei in einer Variante eine optische Elementgruppe an, welche zunächst ein Zwischenbild erzeugt, bevor das Licht anschließend wieder kollimiert und einer Zoomgruppe positiver Brechkraft zugeführt wird. Problematisch bei diesem Zoomsystem ist, dass bei kompakter Bausweise nur vergleichsweise geringe maximale Brennweiten und damit vergleichsweise geringe maximale Vergrößerungen (folglich auch nur eine vergleichsweise geringe Dehnung des Abbildungsmaßstabs) realisierbar sind.
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Die
US 7,136,159 B2 (Tsai et al.) beschreibt im Zusammenhang mit der Waferinspektion ein hochaperturiges (numerische Apertur NA bis 0.99), stark vergrößerndes katadioptrisches Mikroskopobjektiv mit geebnetem Bildfeld. Das Mikroskopobjektiv bildet ein Objekt nach unendlich ab, wobei die Abbildung breitbandig ist, d. h. über einen großen Bereich von Wellenlängen korrigiert ist. Das kollimierte Lichtbündel aus dem Mikroskopobjektiv wird dann über eine nicht-telezentrische Tubusoptik auf einen Detektor bei hoher Vergrößerung abgebildet. In einer Variante erfolgt dabei über eine Änderung der Position des (im nicht-telezentrischen Strahlengang angeordneten) Detektors und anschließende Fokussierung eine Variation des Abbildungsmaßstabs mit einer Dehnung von etwa 3x (Variation der Vergrößerung von 36x bis 100x). Mithin ist hierdurch eine einfache zoombare Tubusoptik realisiert, bei der jedoch die Systemlänge des Gesamtsystems in Abhängigkeit von der eingestellten Vergrößerung deutlich variiert.
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In einer weiteren Variante gleicher Dehnung (Variation der Vergrößerung von 36x bis 100x). zeigt die
US 7,136,159 B2 (Tsai et al.) ein gattungsgemäßes Zoomsystem, welches den kollimierten Ausgang des Mikroskopobjektivs auf einen Detektor mit zoombarem Abbildungsmaßstab abbildet. Dabei wird ein nach dem Teleobjektivprinzip aufgebautes zweigliedriges Zoomsystem bzw. Telesystem mit einer objektseitigen Elementgruppe positiver Brechkraft und einer bildseitigen Elementgruppe negativer Brechkraft gezeigt, welche den Abbildungsmaßstab variieren. Dabei wird durch die Verschiebung beider Elementgruppen eine feste Baulänge des Zoomsystems erreicht.
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Problematisch hierbei ist, dass die für die Bildfeldkrümmung repräsentative Petzvalsumme eines solchen Telesystems nicht korrigierbar ist, das Telesystem mithin also einen stark überkorrigierenden Beitrag zur Petzvalsumme des Gesamtsystems liefert. Dieser Effekt verstärkt sich dabei mit zunehmend kompakterer Bauweise und/oder steigender Vergrößerung. In vielen Fällen ist es jedoch wünschenswert, die optische Schnittstelle zwischen dem Mikroskopobjektiv und dem Zoomsystem aberrationsfrei und kollimiert zu gestalten, sodass mit einem solchen Telesystem trotz der vorteilhaft hohen erzielbaren Vergrößerungen die gewünschte breitbandige Aberrationsfreiheit bei kompakter Bauweise nicht in einfacher Weise realisiert werden kann.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine optische Zoomeinrichtung zur Einstellung eines Abbildungsmaßstabs einer Abbildungseinrichtung, eine Abbildungseinrichtung, ein optisches Zoomverfahren sowie ein Abbildungsverfahren für die Mikroskopie zur Verfügung zu stellen, welche bzw. welches die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen und insbesondere bei kompakter Bauweise und hohen erzielbaren Vergrößerungen in einfacher Weise eine breitbandig korrigierte Abbildung ermöglicht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei kompakter Bauweise und hohen erzielbaren Vergrößerungen in einfacher Weise eine breitbandig korrigierte Abbildung ermöglicht, wenn das Zoomsystem eine der ersten und zweiten optischen Elementgruppe vorgeschaltete dritte optische Elementgruppe positiver Brechkraft umfasst, welche im Zoomsystem ein reelles Zwischenbild erzeugt. Durch diese dritte optische Elementgruppe ist es möglich, die Petzvalsumme des Zoomsystems zu korrigieren, gegebenenfalls also für das gesamte Zoomsystem sogar Null werden zu lassen, sodass ein optischer Anschluss an ein gegebenenfalls aberrationsfreies und/oder kollimiertes Mikroskopobjektiv ohne Weiteres möglich ist.
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Die Gestaltung der ersten und zweiten optischen Elementgruppe ermöglicht dabei zudem bei kompakter Gestaltung in einfacher Weise die Realisierung großer maximaler Brennweiten. Es sind somit hohe Vergrößerungen und hohe Dehnungen des Abbildungsmaßstabs einfach realisierbar.
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Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher eine optische Zoomeinrichtung zur Einstellung eines Abbildungsmaßstabs einer Abbildungseinrichtung, die zur Abbildung eines Objekts auf eine Bildebene einer Bildaufnahmeeinrichtung unter Verwendung eines Mikroskopobjektivs ausgebildet ist, mit einer optischen Elementanordnung, wobei die optische Elementanordnung einen objektivseitigen Zoomeingang zum optischen Anschluss an einen, insbesondere kollimierten, Objektivausgang des Mikroskopobjektivs aufweist und einen bildseitigen Zoomausgang zum optischen Anschluss an einen Bildaufnahmeeingang der Bildaufnahmeeinrichtung aufweist. Die optische Elementanordnung umfasst eine nach dem Teleobjektivprinzip aufgebaute Teleanordnung, welche eine erste optische Elementgruppe negativer Brechkraft und eine der ersten optischen Elementgruppe zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs zugeordnete zweite optische Elementgruppe positiver Brechkraft umfasst, wobei die erste optische Elementgruppe am Zoomausgang angeordnet ist und die zweite optische Elementgruppe objektivseitig der ersten optischen Elementgruppe angeordnet ist. Die optische Elementanordnung umfasst weiterhin eine an dem Zoomeingang angeordnete dritte optische Elementgruppe positiver Brechkraft, welche dazu ausgebildet ist, in der Zoomeinrichtung ein reelles Zwischenbild zu erzeugen.
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Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass sämtliche hierin genannten optischen Elementgruppen grundsätzlich lediglich ein einziges optisches Element umfassen können. Typischerweise umfassen zumindest einzelne der Elementgruppen eine beliebige Mehrzahl von optischen Elementen. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige Arten (refraktiv, reflektiv, diffraktiv) optischer Elemente und beliebige Kombinationen von optischen Elementen unterschiedlicher Art handeln. Hierbei können die optischen Elemente der einzelnen Elementgruppen auch aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, wobei insbesondere refraktive Elemente vorzugsweise aus synthetischem Quarzglas (SiO2) und Flußspat (CaF2) gefertigt sind. Mithin kann daher vorgesehen sein, dass die optischen Elemente der optischen Elementanordnung zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, weiter vorzugsweise vollständig, aus Quarzglas (SiO2) gefertigt sind und/oder die optischen Elemente der optischen Elementanordnung zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, weiter vorzugsweise vollständig, aus Flußspat (CaF2) gefertigt sind. Hierbei kann natürlich vorgesehen sein, dass für die optischen Elemente der einzelnen Elementgruppen (einzeln oder in Kombination) ausschließlich diese beiden Materialien verwendet werden.
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Die Einstellung des Abbildungsmaßstabs kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise mittels der optischen Elemente der Zoomeinrichtung erfolgen. So können zum einen die erste optische Elementgruppe und/oder die zweite optische Elementgruppe zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs entlang einer optischen Achse der optischen Elementanordnung verschieblich angeordnet sein.
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Hierbei kann beispielsweise eine Bewegung der zweiten optischen Elementgruppe relativ zum Zwischenbild zu einer variablen Nachvergrößerung des Zwischenbilds in ein weiteres Zwischenbild führen, welches dann von der ersten optische Elementgruppe aufgegriffen und seinerseits erneut nachvergrößert auf der Bildaufnahmeeinrichtung abgebildet wird.
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Wird der Abstand zwischen der ersten optische Elementgruppe und der Bildaufnahmeeinrichtung in einer Paarung fest gewählt, so wird die Einstellung des Abbildungsmaßstabs bevorzugt durch die Variation dieser Paarung sowie der zweiten optischen Elementgruppe entlang der optischen Achse erzielt, wobei im Wesentlichen die gesamte Dehnung des Systems durch die Variation der zweiten optischen Elementgruppe bereitgestellt wird. Dabei ist der axiale Abstand zwischen erster und zweiter Elementgruppe dann grundsätzlich variabel, um den Abbildungsmaßstab einstellen zu können.
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Die erste und zweite optische Elementgruppe können grundsätzlich in einer Paarung mit einem festen axialen Abstand angeordnet sein und zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs gemeinsam miteinander axial verschoben werden. Um auftretende Bildfehler besser korrigieren zu können, kann jedoch auch vorgesehen sein, den Abstand zwischen der ersten und zweiten optischen Elementgruppe zu verstellen, indem sie relativ zueinander verschieblich angeordnet sind.
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Die dritte optische Elementgruppe kann grundsätzlich an einer festen Position entlang der optischen Achse angeordnet sein. Ebenso kann aber auch vorgesehen sein, dass die dritte optische Elementgruppe zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs entlang der optischen Achse verschieblich angeordnet ist. Hiermit ist es insbesondere bei einem kollimierten Ausgang des Mikroskopobjektivs in einfacher Weise möglich, eine konstante Baulänge der Abbildungseinrichtung zu erzielen.
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Die dritte optische Elementgruppe kann zusammen mit der ersten optischen Elementgruppe und/oder der zweiten optischen Elementgruppe verschoben werden, wobei der paarweise Abstand zwischen den optischen Elementgruppen (insbesondere zu Bildfehlerkorrektur) jeweils gegebenenfalls verstellbar sein kann.
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Das Zwischenbild kann grundsätzlich an beliebiger Stelle innerhalb der Zoomeinrichtung angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Zwischenbild im Bereich der zweiten optischen Elementgruppe, insbesondere objektseitig der zweiten optischen Elementgruppe, angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann das Zwischenbild, insbesondere in einem im Wesentlichen gleichbleibenden Abstandsverhältnis, zwischen der dritten optische Elementgruppe und der zweiten optischen Elementgruppe angeordnet sein. In beiden Fällen ist jeweils ein vergleichsweise einfacher Umgang mit den Bewegungen der ersten und/oder zweiten optischen Elementgruppe bei den Zoomvorgängen möglich.
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Wie bereits erwähnt, kann die erste optische Elementgruppe entlang der optischen Achse der optischen Elementanordnung in einem im Wesentlichen konstanten Abstand zu der Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet sein. Dabei kann die Paarung aus der Bildaufnahmeeinrichtung und der ersten optischen Elementgruppe grundsätzlich auch ortsfest angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Paarung jedoch zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs verschieblich ausgebildet.
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Bei weiteren Varianten der Erfindung kann die dritte optische Elementgruppe entlang der optischen Achse der optischen Elementanordnung in einem im Wesentlichen konstanten Abstand zu dem Mikroskopobjektiv angeordnet sein, woraus in der Regel ein ortsfestes Zwischenbild resultiert. Hierbei können gegebenenfalls kleinere Relativbewegungen zur Korrektur von Abbildungsfehlern vorgesehen sein.
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Die Einstellung des Abbildungsmaßstabs kann dann durch eine Bewegung der ersten und/oder zweiten optischen Elementgruppe und gegebenenfalls auch der Bildaufnahmeeinrichtung erfolgen. Diese Variante hat den Vorteil, dass im Bereich des zumindest im Wesentlichen ortsfesten Zwischenbilds Manipulationen vorgenommen werden können bzw. zusätzliche Strahlengänge ein- oder ausgekoppelt werden können. So ist es hiermit beispielsweise möglich, ein Autofokussystem in den Strahlengang zu integrieren und/oder Messeinrichtungen für eine Belichtungskontrolle zu implementieren.
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Bei weiteren bevorzugten Varianten der Erfindung umfasst die optische Elementanordnung eine vierte optische Elementgruppe, welche bevorzugt positive Brechkraft aufweist. Die vierte optische Elementgruppe ist dabei zwischen der dritten optische Elementgruppe und der zweiten optischen Elementgruppe angeordnet. Hiermit ist es insbesondere in einfacher Weise möglich, das Zwischenbild im Wesentlichen ortsfest zu belassen und die Einstellung des Abbildungsmaßstabs wiederum über die erste und/oder zweite optische Elementgruppe vorzunehmen. Bevorzugt sind daher die dritte optische Elementgruppe und/oder die vierte optische Elementgruppe entlang der optischen Achse der optischen Elementanordnung in einem im Wesentlichen konstanten Abstand zu dem Mikroskopobjektiv angeordnet. Die vierte optische Elementgruppe stellt bei diesen Varianten mithin eine Abbildung der Systempupille in das eigentliche Zoomsystem aus der ersten und/oder zweiten optischen Elementgruppe sicher, welche ihrerseits die Dehnung der Abbildung realisieren.
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Das Zwischenbild kann dabei grundsätzlich an beliebiger Stelle angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Zwischenbild zwischen der dritten optische Elementgruppe und der vierten optischen Elementgruppe angeordnet, wobei das Zwischenbild bevorzugt näher an der vierten optischen Elementgruppe, insbesondere im Bereich der vierten optischen Elementgruppe, angeordnet ist.
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Neben der erwähnten Abbildung der Systempupille kann die zwischenbildnah angeordnete vierte optische Elementgruppe auch wichtige Aufgaben bei Korrektur des sekundären Spektrums der chromatischen Fokusvariation übernehmen. So kann es bei bestimmten Varianten der Erfindung der Fall sein, dass das (gegebenenfalls kollimierte) Lichtbündel aus dem Mikroskopobjektiv mit starker chromatischer Längsaberration in das Zwischenbild abgebildet wird, sodass die Strahlhöhen der Randstrahlen an der vierten optischen Elementgruppe als Funktion der Lichtwellenlänge stark variieren.
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Andererseits ist der Beitrag einer Linse zur gesamten Korrektur der chromatischen Längsaberration proportional zur Brechkraft der Linse, der Dispersion des verwendeten Materials und dem Quadrat der Randstrahlhöhe des durchtretenden Lichtbündels. Durch eine starke chromatische Längsaberration des Zwischenbildes kann daher erreicht werden, dass die Randstrahlhöhe am Ort der vierten optischen Elementgruppe mit der Lichtwellenlänge signifikant variiert, sodass der Beitrag der vierten optischen Elementgruppe zur chromatischen Längsaberration des Gesamtsystems bei verschiedenen Wellenlängen deutlich unterschiedlich ist. Dieser Effekt wird bei bevorzugten Varianten der Erfindung durch geeignete Wahl der optischen Parameter der vierten optischen Elementgruppe gezielt zur Korrektur von chromatischen Aberrationen höherer Ordnung eingesetzt.
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Bei bevorzugten Varianten der Erfindung weist das Zwischenbild daher eine ausgeprägte chromatische Längsaberration, insbesondere höherer Ordnung, auf, während die vierte optische Elementgruppe zur zumindest teilweisen, insbesondere im Wesentlichen vollständigen, Korrektur der chromatischen Längsaberration des Zwischenbilds ausgebildet ist.
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Wie bereits oben ausgeführt, ist es mit der vorliegenden Erfindung trotz eines ausgeprägten Teleaufbaus aus den der ersten und zweiten optischen Elementgruppe möglich, die Bildfeldkrümmung (mithin also die Petzval-Summe) der Zoomeinrichtung und/oder der gesamten Abbildungseinrichtung aus Mikroskopobjektiv und Zoomeinrichtung zu korrigieren, mithin also ein zumindest im Wesentlichen ebenes Bildfeld im Bereich der Bildaufnahmeeinrichtung zu erzielen. Dies ist vornehmlich durch die Ausbildung eines Zwischenbilds durch die positive Brechkraft der dritten optischen Elementgruppe und gegebenenfalls der vierten optischen Elementgruppe erreicht worden. Liefert das Mikroskopobjektiv an seinem Objektivausgang bereits ein ebenes Bildfeld, so ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Petzval-Summe für die optischen Elemente der optischen Elementanordnung zumindest annähernd gleich Null ist, vorzugsweise im Wesentlichen gleich Null ist.
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Ist dies nicht der Fall, ist bevorzugt vorgesehen, dass dann am Zoomausgang ein zumindest im Wesentlichen ebenes Bildfeld vorliegt, mithin also die Petzval-Summe für die optischen Elemente der Abbildungseinrichtung aus Mikroskopobjektiv und Zoomeinrichtung zumindest annähernd gleich Null ist, vorzugsweise im Wesentlichen gleich Null ist.
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Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich (im Rahmen des technisch Möglichen) grundsätzlich beliebige Dehnungen der Abbildung erzielen. Vorzugsweise beträgt die bei der Einstellung des Abbildungsmaßstabes erzielbare Dehnung 3x bis 10x, vorzugsweise 5x bis 9x, weiter vorzugsweise 6x bis 8x. Es versteht sich jedoch, dass bei weiteren Varianten der Erfindung auch größere Dehnungen (insbesondere Dehnungen D > 10x) erzielt werden können.
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Ebenso lassen sich mit der vorliegenden Erfindung (im Rahmen des technisch Möglichen) grundsätzlich beliebig große Brennweitenbereiche realisieren. Vorzugsweise beträgt der bei der Einstellung des Abbildungsmaßstabes erzielbare Brennweitenbereich 1 m bis 30 m, vorzugsweise 2 m bis 25 m, weiter vorzugsweise 2,5 m bis 20 m.
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Weiterhin lassen sich mit der vorliegenden Erfindung trotz der großen Dehnungen und der großen Brennweitenbereiche bzw. Vergrößerungen vergleichsweise kompakte Gestaltungen für das Zoomsystem gegebenenfalls konstanter Baulänge realisieren. Bei bevorzugten Varianten der Erfindung weist die Elementanordnung entlang einer optischen Achse der optischen Elementanordnung eine, insbesondere konstante, Baulänge von 1 m bis 3 m, vorzugsweise 1,5 m bis 2,5 m, weiter vorzugsweise 1,8 m bis 2,0 m, auf. Somit kann der Telefaktor, also das Verhältnis von Brennweite zu Baulänge, Werte von deutlich größer als 1 bzw. größer als 5 bzw. größer als 10 annehmen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine optische Abbildungseinrichtung für die Mikroskopie mit einer Abbildungseinheit, welche ein Mikroskopobjektiv und eine erfindungsgemäße optische Zoomeinrichtung umfasst, und einer Bildaufnahmeeinrichtung, wobei die Abbildungseinheit zur Abbildung eines (dem Objektiveingang des Mikroskopobjektivs zugeordneten) Objekts auf eine Bildebene der Bildaufnahmeeinrichtung ausgebildet ist.
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Das Mikroskopobjektiv kann dabei grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Vorzugsweise ist das Mikroskopobjektiv als katadioptrisches Objektiv ausgebildet, da solche Objektive hinsichtlich der Abbildungsfehlerkorrektur besonders günstige Eigenschaften aufweisen.
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Vorzugsweise werden hochaperturige Mikroskopobjektive verwendet. Bevorzugt weist das Mikroskopobjektiv daher objektseitig eine numerische Apertur auf, die größer als 0,8 ist, vorzugsweise größer als 0,85 ist, weiter vorzugsweise etwa 0.9 beträgt.
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Weiter vorzugsweise weist das Mikroskopobjektiv objektseitig einen Feldradius auf, der größer als 0,2 mm ist, vorzugsweise größer als 0,5 mm ist, weiter vorzugsweise XXX mm bis YYY mm beträgt. Zusätzlich oder alternativ weist das Mikroskopobjektiv objektseitig eine Etendue (also ein Produkt aus numerischer Apertur und Feldradius) auf, die größer als 0,3 ist, vorzugsweise größer als 0,4 ist, weiter vorzugsweise 0,7 bis 1,0 oder mehr beträgt.
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Bei besonders günstigen Varianten der Erfindung weist das Mikroskopobjektiv ein weiteres, insbesondere im Wesentlichen ortsfestes, Zwischenbild auf. Zusätzlich oder alternativ weist das Mikroskopobjektiv an seinem Objektivausgang einen zumindest im Wesentlichen kollimierten optischen Anschluss an die optische Zoomeinrichtung auf. Dies hat neben der besonders einfachen Gestaltung der optische Schnittstelle zur Zoomeinrichtung insbesondere Vorteile hinsichtlich der Einstellung des Abbildungsmaßstabs in der Zoomeinrichtung, da die dritte optische Elementgruppe gegebenenfalls in einfacher Weise verschieblich gestaltet werden kann.
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Bei bestimmten Varianten der Erfindung weist das Mikroskopobjektiv an seinem Objektivausgang einen zumindest im Wesentlichen hinsichtlich seiner Abbildungsfehler korrigierten optischen Anschluss an die optische Zoomeinrichtung auf. Dieser korrigierte Objektivausgang kann insoweit von Vorteil sein, als hiermit eine standardisierte optische Schnittstelle für beliebige Zoomeinrichtungen realisiert wird.
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Bei anderen Varianten der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Mikroskopobjektiv an seinem Objektivausgang einen hinsichtlich seiner Abbildungsfehler unkorrigierten optischen Anschluss an die optische Zoomeinrichtung aufweist. Dies kann insoweit von Vorteil sein, als der Aufwand für die Korrektur des Mikroskopobjektivs reduziert wird und die Korrektur in die Zoomeinrichtung verlagert wird, wo diese unter Umständen einfacher zu realisieren ist.
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Vorzugsweise ist die erste optische Elementgruppe die letzte optische Elementgruppe vor der Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere vor der Bildebene der Bildaufnahmeeinrichtung. Hierbei versteht es sich, dass bei bestimmten Varianten der Erfindung vorgesehen sein kann, dass die Bildebene am Zoomausgang nochmals durch weitere optische Elemente der Bildaufnahmeeinrichtung auf die tatsächliche Bilderfassungseinrichtung, beispielsweise einen Detektor oder dergleichen, abgebildet wird. Vorzugsweise ist jedoch die tatsächliche Bilderfassungseinrichtung (beispielsweise ein Detektor etc.) Im Bereich der Bildebene am Zoomausgang angeordnet. Mithin ist im Bereich der Bildebene der Bildaufnahmeeinrichtung also vorzugsweise eine Bilddetektoroberläche eines Bilddetektors der Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet.
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Bei der Abbildungseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine breitbandig korrigierte Abbildungseinrichtung. Vorzugsweise ist die Abbildungseinheit daher hinsichtlich ihrer Abbildungsfehler über eine Bandbreite von wenigstens 40 nm, vorzugsweise wenigstens 60 nm, weiter vorzugsweise 70 nm bis 100 nm korrigiert. Die Abbildungseinrichtung kann grundsätzlich für beliebige Wellenlängen eingesetzt werden. Vorzugsweise umfasst die Arbeitswellenlänge der Abbildungseinrichtung zumindest ein Teil der Vakuumultraviolettstrahlung (VUV). Die Abbildungseinheit ist daher vorzugsweise hinsichtlich ihrer Abbildungsfehler in einem Nutzwellenlängenbereich von 180 nm bis 400 nm, vorzugsweise von 185 nm bis 370 nm, weiter vorzugsweise von 190 nm bis 260 nm korrigiert.
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Der Abbildungsmaßstab der Abbildungseinheit sowie dessen Variation kann grundsätzlich beliebig groß gewählt sein. Vorzugsweise weist die Abbildungseinheit einen Abbildungsmaßstab von 40x bis 1000x, vorzugsweise von 80x bis 900x, weiter vorzugsweise von 100x bis 800x, auf.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein optisches Zoomverfahren zur Einstellung eines Abbildungsmaßstabs einer Abbildung, bei der ein Objekt auf eine Bildebene einer Bildaufnahmeeinrichtung unter Verwendung eines Mikroskopobjektivs abgebildet wird. Bei diesem Zoomverfahren wird eine optische Elementanordnung mit einem objektivseitigen Zoomeingang an einen, insbesondere kollimierten, Objektivausgang des Mikroskopobjektivs optisch angeschlossen und mit einem bildseitigen Zoomausgang an einen Bildaufnahmeeingang der Bildaufnahmeeinrichtung optisch angeschlossen. Zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs wird eine nach dem Teleobjektivprinzip aufgebaute Teleanordnung der optischen Elementanordnung verwendet, wobei die Teleanordnung eine erste optische Elementgruppe negativer Brechkraft und eine der ersten optischen Elementgruppe zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs zugeordnete zweite optische Elementgruppe positiver Brechkraft umfasst, wobei die erste optische Elementgruppe am bildseitigen Zoomausgang angeordnet wird und die zweite optische Elementgruppe objektivseitig der ersten optischen Elementgruppe angeordnet wird. Durch eine an dem Zoomeingang angeordnete dritte optische Elementgruppe positiver Brechkraft der optischen Elementanordnung wird im Bereich der der optischen Elementanordnung ein reelles Zwischenbild erzeugt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Abbildungsverfahren für die Mikroskopie, bei dem über ein Mikroskopobjektiv und eine zugeordneten optische Elementanordnung eine Abbildung eines Objekts auf einer Bildebene einer Bildaufnahmeeinrichtung erzeugt wird, wobei eine Einstellung eines Abbildungsmaßstabs der Abbildung mit einem erfindungsgemäßen optischen Zoomverfahren erfolgt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Zoomverfahren bzw. dem erfindungsgemäßen Abbildungsverfahren lassen sich die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zoomeinrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung beschriebenen Varianten und Vorteile in demselben Maße realisieren, sodass insoweit ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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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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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Zoomeinrichtung, mit der sich eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens unter Verwendung des erfindungsgemäßen Zoomverfahrens durchführen lässt;
- 2 ist eine schematische Ansicht eines Teils des Mikroskopobjektivs der optischen Abbildungseinrichtung aus 1;
- 3 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens, welches sich unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zoomverfahrens mit der Abbildungseinrichtung aus 1 durchführen lässt;
- 4 ist eine schematische Darstellung der Zoomeinrichtung aus 1;
- 5 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten konkreten Realisierung der Zoomeinrichtung aus 4.
- 6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten konkreten Realisierung der Zoomeinrichtung aus 4.
- 7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten konkreten Realisierung der Zoomeinrichtung aus 4.
- 8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zoomeinrichtung;
- 9 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten konkreten Realisierung der Zoomeinrichtung aus 8.
- 10 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zoomeinrichtung;
- 11 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten konkreten Realisierung der Zoomeinrichtung aus 10.
- 12 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten konkreten Realisierung der Zoomeinrichtung aus 10.
- 13 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten konkreten Realisierung der Zoomeinrichtung aus 10.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 wird im Folgenden eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung in Form eines Mikroskops 101 mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Zoomeinrichtung beschrieben, mit der sich eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens unter Verwendung des erfindungsgemäßen Zoomverfahrens durchführen lässt.
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Zum einfacheren Verständnis der nachfolgenden Erläuterungen wurde in den Figuren ein orthogonales xyz-Koordinatensystem eingeführt, in welchem die z-Koordinate mit der Richtung der Schwerkraft zusammenfällt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine beliebige andere Ausrichtung der Komponenten der Abbildungseinrichtung gewählt sein kann.
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Das Mikroskop 101 wird im vorliegenden Beispiel zur Inspektion der auf einem Substrat 103.1 gebildeten Strukturen verwendet (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 Abbildungseinheit 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 (nicht dargestellten) Abbildungslichtbündel. Die Abbildungseinheit 102 umfasst ein Mikroskopobjektiv 105 und eine daran anschließende erfindungsgemäße Zoomeinrichtung 106.
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Auf der der Abbildungseinheit 102 zugewandten Oberfläche des Substrats 103.1 befinden sich in einer so genannten Objektebene 103.3 zu inspizierende Strukturen, welche mittels des Abbildungslichtbündels über die in der Abbildungseinheit 102 angeordneten optischen Elemente des Mikroskopobjektivs 105 und der Zoomeinrichtung 106 auf eine Bildebene 107.1 eines Bildsensors 107 der Bildaufnahmeeinrichtung 104 abgebildet. Die aus den Signalen des Bildsensors 107 gewonnenen Daten werden dann in herkömmlicher Weise zur Inspektion der Oberfläche des Substrats 103.1 verwendet.
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Bei dem Mikroskop 101 handelt es sich um eine breitbandig korrigierte Abbildungseinrichtung, welche in einem Nutzwellenlängenbereich von 190 nm bis 260 nm, mithin also über eine Bandbreite von etwa 60 nm korrigiert ist. Der Abbildungsmaßstab MOB des Mikroskops 101 (von der Objektebene 103.3 zur Bildebene 107.1) kann dabei von MOB = 100x bis MOB = 800x variiert werden. Mithin ist im vorliegenden Beispiel also eine 8fache Dehnung (d. h. D = 8x) der Abbildung erzielbar.
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Bei dem Mikroskopobjektiv 105 handelt es sich im vorliegenden Beispiel um ein katadioptrisches hochaperturiges Objektiv, welches objektseitig eine numerische Apertur NA = 0.9 aufweist. Weiterhin weist das Mikroskopobjektiv 105 objektseitig einen Feldradius FR auf, der im vorliegenden Beispiel FR = 0,5 mm beträgt, sodass sich eine Etendue E (also ein Produkt aus numerischer Apertur NA und Feldradius FR) von E = 0,45 ergibt. Das Mikroskopobjektiv 105 weist ein pupillenobskuriertes, hinsichtlich der Abbildungsfehler korrigiertes optisches System 105.1 mit einem reellen Zwischenbild 105.2 auf, welches die Objektebene 103.3 nach unendlich abbildet. Mithin stellt das Mikroskopobjektiv 105 also an seinem Objektivausgang 105.3 eine korrigierte und kollimierte optische Schnittstelle zur Verfügung.
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An diese kollimierte optische Schnittstelle am Objektivausgang 105.3 ist die optische Zoomeinrichtung 106 mit ihrem objektivseitigen Zoomeingang 106.1 angeschlossen. Die Zoomeinrichtung 106 dient dabei zur Einstellung eines Abbildungsmaßstabs M der Abbildungseinrichtung 102, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird. An dem bildseitigen Zoomausgang 106.2 der Zoomeinrichtung 106 ist der Bildaufnahmeeingang 107.2 der Bildaufnahmeeinrichtung 107 optisch angeschlossen.
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Wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist (welche ein paraxiales optisches Ersatzschaltbild des optischen Systems der Zoomeinrichtung 106 zeigt), umfasst die Zoomeinrichtung 106 eine optische Elementanordnung 108. Die optische Elementanordnung 108 umfasst eine nach dem Teleobjektivprinzip aufgebaute Teleanordnung 109, welche eine erste optische Elementgruppe 108.1 negativer Brechkraft und zweite optische Elementgruppe 108.2 positiver Brechkraft umfasst.
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Die erste optische Elementgruppe 108.1 und die zweite optische Elementgruppe 108.2 sind einander zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs MOB zugeordnet, wobei die erste optische Elementgruppe 108.1 am Zoomausgang 106.2 der Zoomeinrichtung 106 angeordnet ist und die zweite optische Elementgruppe 108.2 objektivseitig der ersten optischen Elementgruppe 108.1 angeordnet ist. Die optische Elementanordnung 108 umfasst weiterhin eine an dem Zoomeingang 106.1 angeordnete dritte optische Elementgruppe 108.3 positiver Brechkraft, welche dazu ausgebildet ist, in der Zoomeinrichtung 106 ein reelles Zwischenbild 111 zu erzeugen.
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Durch die der ersten optischen Elementgruppe 108.1 und der zweiten optischen Elementgruppe 108.2 vorgeschaltete dritte optische Elementgruppe 108.3 ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Petzvalsumme PS der Zoomeinrichtung 106 zu korrigieren, gegebenenfalls also für die gesamte Zoomeinrichtung 106 gleich Null werden zu lassen (d. h. PS = 0), sodass der optische Anschluss an das aberrationsfreie und kollimierte Mikroskopobjektiv 105 ohne Weiteres möglich ist bzw. zu einem ebenen Bildfeld im Bereich der Bildebene 107.1 führt.
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Die Gestaltung der ersten und zweiten optischen Elementgruppe 108.1, 108.2 als Teleanordnung 109 ermöglicht zudem bei kompakter Gestaltung in einfacher Weise die Realisierung großer maximaler Brennweiten. Es sind somit hohe Vergrößerungen MOB und hohe Dehnungen D des Abbildungsmaßstabs in einfacher Weise realisierbar. Der Brennweitenbereich der Zoomeinrichtung 106 liegt im vorliegenden Beispiel bei 2,5 m bis 20 m, wobei die maximale axiale Länge LZ der Zoomeinrichtung 106 (entlang der optischen Achse 102.1) bei LZ = 2 m liegt.
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Wie der 4 zu entnehmen ist, welche in ihren Teilen A bis E jeweils unterschiedliche Einstellungen für fünf unterschiedliche, von A (MOB = 100x) nach E (MOB = 800x) ansteigende Abbildungsmaßstäbe zeigt, wird im vorliegenden Beispiel durch die feststehende dritte optische Elementgruppe 108.3 aus dem kollimierten Lichtbündel 112 des Mikroskopobjektivs 105 das Zwischenbild 111 erzeugt, welches von der Teleanordnung 109 auf die Bildebene 107.1 des Bildsensors 107 abgebildet wird. Der Abbildungsmaßstab MOZ von der Objektebene 103.3 zum Zwischenbild 111 ist hierbei aufgrund der feststehenden dritten optischen Elementgruppe 108.3 konstant.
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Die Einstellung des Abbildungsmaßstabs MOB von der Objektebene 103.3 zur Bildebene 107.1 erfolgt im vorliegenden Beispiel über eine axiale Verschiebung (in z-Richtung) sowohl der ersten optischen Elementgruppe 108.1 als auch der zweiten optischen Elementgruppe 108.2 entlang der optischen Achse 102.1.
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Hierbei führt eine Bewegung der zweiten optischen Elementgruppe 108.2 relativ zum Zwischenbild 111 zu einer variablen Nachvergrößerung des Zwischenbilds 111 in ein weiteres Zwischenbild, welches dann von der ersten optische Elementgruppe 108.1 aufgegriffen und seinerseits erneut nachvergrößert auf der Bildebene 107.1 der Bildaufnahmeeinrichtung 104 abgebildet wird.
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Wie der 4 zu entnehmen ist, ist im vorliegenden Beispiel der Abstand zwischen der ersten optische Elementgruppe 108.1 und der Bildebene 107.1 in einer Paarung dieser Komponenten fest gewählt, sodass die Einstellung des Abbildungsmaßstabs MOB durch die Variation dieser Paarung sowie der zweiten optischen Elementgruppe 108.2 entlang der optischen Achse 102.1 erzielt wird. Dabei wird im Wesentlichen die gesamte Dehnung (D = 8x) des Systems durch die Variation der zweiten optischen Elementgruppe 108.2 erreicht, welche nahe an dem Zwischenbild 111 angeordnet ist, wobei das Zwischenbild 111 im vorliegenden Beispiel objektseitig der zweiten optischen Elementgruppe 108.2 angeordnet ist.
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Die im Wesentlichen axial feststehende Anordnung der dritten optischen Elementgruppe 108.3 und damit des Zwischenbilds 111 hat den Vorteil, dass im Bereich des Zwischenbilds 111 Manipulationen vorgenommen werden können bzw. zusätzliche Strahlengänge ein- oder ausgekoppelt werden können. So ist es hiermit beispielsweise möglich, ein Autofokussystem in den Strahlengang zu integrieren und/oder Messeinrichtungen für eine Belichtungskontrolle zu implementieren.
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Im vorliegenden Beispiel sind die optischen Elementgruppen 108.1, 108.2 und 108.3 jeweils aus mehreren Linsen, also refraktiven optischen Elementen aufgebaut. Sämtliche optischen Elemente der optischen Elementgruppen 108.1, 108.2 und 108.3 sind dabei aus Quarzglas (SiO2) oder Flußspat (CaF2) gefertigt sind Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung zusätzlich oder alternativ auch beliebige andere Arten (reflektiv, diffraktiv) optischer Elemente und beliebige Kombinationen von optischen Elementen unterschiedlicher Art verwendet werden können.
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In 5 ist eine konkrete, leicht modifizierte Realisierung des paraxialen Aufbaus der Abbildungseinheit 102 aus 4 dargestellt. Die Modifikation besteht darin, dass ist der Abstand zwischen der ersten optischen Elementgruppe 108.1 und der Bildebene 107.1 (gegenüber der reinen paraxialen Betrachtungsweise aus 4) ebenfalls variabel ausgestaltet wurde, um eventuelle Bildfehler besser korrigieren zu können.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Variante eines erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens, welches mit dem Mikroskop 101 unter Verwendung einer bevorzugten Variante eines erfindungsgemäßen Zoomverfahrens durchgeführt wird.
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Zunächst werden in einem Schritt 113.1 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 113.2 wird das Substrat 103.1 über die Beleuchtungseinrichtung 102 mit dem Abbildungslichtbündel beleuchtet und dann die entsprechenden Bereiche der Oberfläche des Substrats 103.1 über das Abbildungseinheit 102 auf die Sensoroberfläche des Bildsensors 110 abgebildet, wie dies oben beschrieben wurde. Vor, während oder nach der Abbildung erfolgt dabei eine Einstellung des Abbildungsmaßstabs MOB, wie sie oben im Detail beschrieben wurde.
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In einem Schritt 113.3 wird dann überprüft, ob ein weiterer Abbildungsvorgang erfolgen soll. Ist dies der Fall, wird zu dem Schritt 113.2 zurück gesprungen. Andernfalls wird der Verfahrensablauf in einem Schritt 113.4 beendet.
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Zweites und drittes Ausführungsbeispiel
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im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 und 6 bzw. 7 jeweils ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung 101 mit einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zoomeinrichtung 206 bzw. 306 beschrieben, mit der sich die erfindungsgemäßen Verfahren realisieren lassen. Die Zoomeinrichtung 206 bzw. 306 kann jeweils anstelle der Zoomeinrichtung 106 in der Abbildungseinrichtung 101 zum Einsatz kommen. Die Zoomeinrichtung 206 bzw. 306 entspricht dabei in ihrer grundsätzlichen Gestaltung und Funktionalität der Zoomeinrichtung 106, sodass im Folgenden hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Gleichartige Komponenten werden dabei mit um den Wert 100 bzw. 200 erhöhten Bezugszeichen versehen. Soweit nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Eigenschaften und Vorteile dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Der Unterschied der Zoomeinrichtung 206 zu der Zoomeinrichtung 106 besteht bei ansonsten identischen Systemspezifikationen darin, dass der Feldradius FR verringert wurde. Dies führt zu einem vereinfachten Systemaufbau mit einer geringeren Anzahl von optischen Elementen im Bereich der ersten optischen Elementgruppe 208.1.
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Der Unterschied der Zoomeinrichtung 306 zu der Zoomeinrichtung 106 besteht bei ansonsten identischen Systemspezifikationen darin, dass der Feldradius FR verringert wurde. Dies führt zu einem vereinfachten Systemaufbau mit einer geringeren Anzahl von optischen Elementen im Bereich der ersten optischen Elementgruppe 308.1. Darüber hinaus wurde auch noch der Blendenraum kollimiert ausgestaltet.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3, 8 und 9 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung 101 mit einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zoomeinrichtung 406 beschrieben, mit der sich die erfindungsgemäßen Verfahren realisieren lassen. Die Zoomeinrichtung 406 kann anstelle der Zoomeinrichtung 106 in der Abbildungseinrichtung 101 zum Einsatz kommen. Die Zoomeinrichtung 406 entspricht dabei in ihrer grundsätzlichen Gestaltung und Funktionalität der Zoomeinrichtung 106, sodass im Folgenden hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Gleichartige Komponenten werden dabei mit um den Wert 300 erhöhten Bezugszeichen versehen. Soweit nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Eigenschaften und Vorteile dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Ein wesentlicher Unterschied der Zoomeinrichtung 406 zur Zoomeinrichtung 106 besteht darin, dass die Zoomeinrichtung 406 eine konstante axiale Gesamtlänge aufweist, es also bei der Variation des Abbildungsmaßstabs MBO über die komplette Dehnung (D = 8x) in vorteilhafter Weise zu keiner Änderung der Position der Bildebene 107.1 bezüglich der Objektebene 103.3 kommt.
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Dies wird dadurch erreicht, dass (dank des kollimierten Objektivausgangs 105.3) die Verstellung des Abbildungsmaßstabs MOB durch eine Verschiebung der ersten optischen Elementgruppe 408.1, der zweiten optischen Elementgruppe 408.2 und der dritten optischen Elementgruppe 408.3 entlang der optischen Achse 102.1 erfolgt, um auf diese Weise eine Kompensation der Brennweitenänderung bei konstanter apparativer Systemlänge LZ zu erzielen.
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Durch die der ersten optischen Elementgruppe 408.1 und der zweiten optischen Elementgruppe 408.2 vorgeschaltete dritte optische Elementgruppe 408.3 wird auch hier in vorteilhafter Weise ermöglicht, die Petzvalsumme der Zoomeinrichtung 406 zu korrigieren, gegebenenfalls also für die gesamte Zoomeinrichtung 406 gleich Null werden zu lassen, sodass der optische Anschluss an das aberrationsfreie und kollimierte Mikroskopobjektiv 105 ohne Weiteres möglich ist bzw. zu einem ebenen Bildfeld im Bereich der Bildebene 107.1 führt.
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Die Gestaltung der ersten und zweiten optischen Elementgruppe 408.1, 408.2 als Teleanordnung 409 ermöglicht zudem bei kompakter Gestaltung in einfacher Weise die Realisierung großer maximaler Brennweiten. Es sind somit hohe Vergrößerungen MOB und hohe Dehnungen D des Abbildungsmaßstabs in einfacher Weise realisierbar. Der Brennweitenbereich der Zoomeinrichtung 406 liegt im vorliegenden Beispiel wiederum bei 2,5 m bis 20 m, wobei die konstante axiale Länge LZ der Zoomeinrichtung 406 (entlang der optischen Achse 102.1) bei LZ = 2 m liegt.
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Wie der 8 zu entnehmen ist, welche (als paraxiales optisches Ersatzschaltbild des optischen Systems der Zoomeinrichtung 606) in ihren Teilen A bis E jeweils unterschiedliche Einstellungen für fünf unterschiedliche, von A (MOB = 100x) nach E (MOB = 800x) ansteigende Abbildungsmaßstäbe zeigt, wird im vorliegenden Beispiel durch die axial verschiebliche dritte optische Elementgruppe 408.3 aus dem kollimierten Lichtbündel 112 des Mikroskopobjektivs 105 das nunmehr (mit der dritten optischen Elementgruppe 408.3) ebenfalls axial verschiebliche Zwischenbild 411 erzeugt, welches von der Teleanordnung 409 auf die Bildebene 107.1 des Bildsensors 107 abgebildet wird. Der Abbildungsmaßstab MOZ von der Objektebene 103.3 zum Zwischenbild 411 ist hierbei aufgrund der Kollimation des Lichtbündels 112 wiederum konstant.
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Im vorliegenden Beispiel wird die Dehnung (D = 8x) weitgehend durch die erste optische Elementgruppe 408.1 bereitgestellt. Es ist jedoch bei anderen Varianten der Erfindung auch möglich, die Dehnung D wieder durch die zweite optische Elementgruppe 408.2 bereitzustellen und die erste optische Elementgruppe 408.1 in einem im Wesentlichen konstanten Abstand zur Bildebene 107.1 anzuordnen.
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Weiterhin versteht es sich, dass in der Zoomeinrichtung 406 die relative axiale Position der ersten, zweiten und dritten optischen Elementgruppe 408.1, 408.2, 408.3 zueinander gegebenenfalls zur Korrektur von Abbildungsfehlern veränderlich gestaltet sein kann.
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In der 9 ist das Zoomkonzept aus 8 in einer konkreten Realisierung dargestellt.
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Fünftes bis siebtes Ausführungsbeispiel
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im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 sowie 10 und 11 bzw. 12 bzw. 13 jeweils ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung 101 mit einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zoomeinrichtung 506 bzw. 606 bzw. 706 beschrieben, mit der sich die erfindungsgemäßen Verfahren realisieren lassen. Die Zoomeinrichtung 506 bzw. 606 bzw. 706 kann anstelle der Zoomeinrichtung 106 in der Abbildungseinrichtung 101 zum Einsatz kommen. Die Zoomeinrichtung 506 bzw. 606 bzw. 706 entspricht dabei in ihrer grundsätzlichen Gestaltung und Funktionalität der Zoomeinrichtung 106, sodass im Folgenden hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Gleichartige Komponenten werden dabei mit um den Wert 400 bzw. 500 bzw. 600 erhöhten Bezugszeichen versehen. Soweit nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Eigenschaften und Vorteile dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Ein wesentlicher Unterschied der Zoomeinrichtung 506 zur Zoomeinrichtung 106 besteht darin, dass die Zoomeinrichtung 506 erneut eine konstante axiale Gesamtlänge aufweist, es also bei der Variation des Abbildungsmaßstabs MBO über die komplette Dehnung (D = 8x) in vorteilhafter Weise zu keiner Änderung der Position der Bildebene 107.1 bezüglich der Objektebene 103.3 kommt.
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Dies wird dadurch erreicht, dass die optische Elementanordnung 508 eine vierte optische Elementgruppe 508.4 positiver Brechkraft aufweist, wobei es sich gegebenenfalls auch um eine einzige Feldlinse 508.4 handeln kann. Die vierte optische Elementgruppe 508.4 ist dabei zwischen der nunmehr axial feststehenden dritten optischen Elementgruppe 508.3 und der zweiten optischen Elementgruppe 508.2 angeordnet. Hiermit ist es in einfacher Weise wiederum möglich, das Zwischenbild 411 im Wesentlichen ortsfest zu belassen und die Einstellung des Abbildungsmaßstabs MOB wiederum über die erste optische Elementgruppe 508.1 und die zweite optische Elementgruppe 508.2 vorzunehmen.
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Im vorliegenden Beispiel sind die dritte optische Elementgruppe 508.3 und die vierte optische Elementgruppe 508.4 entlang der optischen Achse 102.1 in einem im Wesentlichen konstanten Abstand zu dem Mikroskopobjektiv 105 angeordnet, wobei die vierte optische Elementgruppe 508.4 die Abbildung der Systempupille in das eigentliche Zoomsystem der Teleanordnung 509 aus der ersten und zweiten optischen Elementgruppe 508.1, 508.2 sicherstellt, welche ihrerseits die maximale Dehnung (D = 8x) der Abbildung realisieren.
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Das Zwischenbild 511 ist im vorliegenden Beispiel zwischen der dritten optischen Elementgruppe 508.3 und der vierten optischen Elementgruppe 508.4 angeordnet, wobei das Zwischenbild objektseitig nahe im Bereich der vierten optischen Elementgruppe 508.4 angeordnet ist.
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Die Anordnung der vierten optischen Elementgruppe 508.4 zwischen Zwischenbild 511 und Bildebene 107.1 ist jedoch nicht zwingend. Es ist bei anderen Varianten der Erfindung auch denkbar, die vierte optische Elementgruppe 508.4 objektseitig des Zwischenbilds, d. h. zwischen dem Mikroskopobjektiv 105 und dem Zwischenbild 511 anzubringen. Gegebenenfalls ist es sogar möglich, die vierte optische Elementgruppe 508.4 direkt im Zwischenbild 511 anzuordnen, wobei sich dann allerdings erhöhte Anforderungen an die Sauberkeit der Flächen der optischen Elemente der vierten optischen Elementgruppe 508.4 ergeben.
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Die Verstellung des Abbildungsmaßstabs MOB erfolgt im vorliegenden Beispiel wiederum durch eine Verschiebung der ersten optischen Elementgruppe 508.1 und der zweiten optischen Elementgruppe 508.2 entlang der optischen Achse 102.1. Auf diese Weise wird eine Kompensation der Brennweitenänderung bei konstanter apparativer Systemlänge LZ erzielt. Die dritte optische Elementgruppe 508.3 und die vierte optische Elementgruppe 508.4 sind dabei im Wesentlichen ortsfest.
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Die der ersten optischen Elementgruppe 508.1 und der zweiten optischen Elementgruppe 508.2 vorgeschaltete dritte optische Elementgruppe 508.3 und/oder vierte optische Elementgruppe 508.4 ermöglicht es auch hier wiederum in vorteilhafter Weise, die Petzvalsumme der Zoomeinrichtung 506 zu korrigieren, gegebenenfalls also für die gesamte Zoomeinrichtung 506 und/oder der gesamten Abbildungseinheit 502 gleich Null werden zu lassen, sodass sich ein ebenes Bildfeld im Bereich der Bildebene 107.1 ergibt.
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Wie der 10 zu entnehmen ist, welche (als paraxiales optisches Ersatzschaltbild des optischen Systems der Zoomeinrichtung 606) in ihren Teilen A bis E jeweils unterschiedliche Einstellungen für fünf unterschiedliche, von A (MOB = 100x) nach E (MOB = 800x) ansteigende Abbildungsmaßstäbe zeigt, wird im vorliegenden Beispiel durch die axial ortsfeste dritte optische Elementgruppe 508.3 aus dem kollimierten Lichtbündel 112 des Mikroskopobjektivs 105 das nunmehr wiederum axial ortsfeste Zwischenbild 511 erzeugt, welches von der Teleanordnung 509 auf die Bildebene 107.1 des Bildsensors 107 abgebildet wird. Der Abbildungsmaßstab MOZ von der Objektebene 103.3 zum Zwischenbild 511 ist hierbei aufgrund der Kollimation des Lichtbündels 112 wiederum konstant.
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Die im Wesentlichen axial feststehende Anordnung der dritten optischen Elementgruppe 508.3 und der vierten optischen Elementgruppe 508.4 und damit des Zwischenbilds 511 hat den Vorteil, dass im Bereich des Zwischenbilds 511 nunmehr wiederum Manipulationen vorgenommen werden können bzw. zusätzliche Strahlengänge ein- oder ausgekoppelt werden können. So ist es hiermit beispielsweise möglich, ein Autofokussystem in den Strahlengang zu integrieren und/oder Messeinrichtungen für eine Belichtungskontrolle zu implementieren.
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Im vorliegenden Beispiel wird die Dehnung (D = 8x) weitgehend durch eine axiale Verschiebung der ersten optischen Elementgruppe 508.1 und der zweiten optischen Elementgruppe 508.2 bereitgestellt. Auch hier versteht es sich jedoch, dass in der Zoomeinrichtung 506 die relative axiale Position der ersten, zweiten, dritten und vierten optischen Elementgruppe 508.1, 508.2, 508.3, 508.4 zueinander gegebenenfalls zur Korrektur von Abbildungsfehlern veränderlich gestaltet sein kann.
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In der 11 ist das Zoomkonzept aus 10 in einer konkreten Realisierung dargestellt, welches für einen Wellenlängenbereich von 193nm bis 260 nm breitbandig gut korrigiert ist.
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Neben der erwähnten Abbildung der Systempupille kann die zwischenbildnah angeordnete vierte optische Elementgruppe 608.4 bzw. 708.4 in den (ansonsten identisch zu den Beispielen aus 10 und 11 gestalteten) Beispielen aus den 12 und 13 auch wichtige Aufgaben bei Korrektur des sekundären Spektrums der chromatischen Fokusvariation des optischen Systems übernehmen. So kann es in den Beispielen aus den 12 und 13 der Fall sein, dass das kollimierte Lichtbündel 112 aus dem Mikroskopobjektiv 105 mit starker chromatischer Längsaberration in das Zwischenbild 611 bzw. 711 abgebildet wird, sodass die Strahlhöhen der Randstrahlen an der vierten optischen Elementgruppe 608.4 bzw. 708.4 als Funktion der Lichtwellenlänge stark variieren.
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Wie eingangs bereits beschrieben wurde, kann durch eine solche starke chromatische Längsaberration des Zwischenbildes 611 bzw. 711 erreicht werden, dass die Randstrahlhöhe am Ort der vierten optischen Elementgruppe 608.4 bzw. 708.4 signifikant variiert, sodass der Beitrag der vierten optischen Elementgruppe 608.4 bzw. 708.4 zur chromatischen Längsaberration bei verschiedenen Wellenlängen deutlich unterschiedlich ist. Dieser Effekt kann im vorliegenden Beispiel durch geeignete Wahl der optischen Parameter der vierten optischen Elementgruppe 608.4 bzw. 708.4 gezielt zur Korrektur von chromatischen Aberrationen höherer Ordnung, insbesondere zur Korrektur des sekundären Spektrums, eingesetzt werden.
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Dank der Aufgabe der Forderung nach einer aberrationsfreien Schnittstelle zwischen dem katadioptrischem Mikroskopobjektiv 105 und der Zoomeinrichtung 606 bzw. 706 ergibt sich eine deutlich einfachere Systemauslegung, welche mit deutlich weniger optischen Elementen realisiert werden kann. 12 zeigt eine konkrete Realisierung eines solchen Zoomsystems, welches keine aberrationsfreie Schnittstelle zwischen Zoomeinrichtung 606 und dem Mikroskopobjektiv 105 mehr aufweist und gegenüber dem System aus 11 deutlich weniger Linsen aufweist.
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In der konkreten Realisierung aus 13 ist über das Beispiel aus 12 hinaus der Blendenraum erneut kollimiert ausgelegt.
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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.
