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KR101116999B1 - 광학 요소를 위한 교체 장치 - Google Patents

광학 요소를 위한 교체 장치 Download PDF

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KR101116999B1
KR101116999B1 KR1020067012405A KR20067012405A KR101116999B1 KR 101116999 B1 KR101116999 B1 KR 101116999B1 KR 1020067012405 A KR1020067012405 A KR 1020067012405A KR 20067012405 A KR20067012405 A KR 20067012405A KR 101116999 B1 KR101116999 B1 KR 101116999B1
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objective lens
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lithographic objective
holder
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KR1020067012405A
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옌스 쿠글러
프란츠 조르크
안드레아스 부름브란트
토마스 이트너
토마스 슐레터러
Original Assignee
칼 짜이스 에스엠테 게엠베하
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Publication date
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Publication of KR20060111597A publication Critical patent/KR20060111597A/ko
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Abstract

리소그래피 대물 렌즈(1) 내의 두 개의 인접한 광학 요소(2) 사이에 장착된 광학 요소를 위한 교체 장치는 교체될 광학 요소(2a)를 위한 홀더(5)를 포함하며, 상기 홀더(5)는 리소그래피 대물 렌즈의 하우징(1a) 내의 측면 개구(6)를 통해 상기 리소그래피 대물 렌즈(1) 내로 이동될 수 있다.
리소그래피 대물 렌즈, 광학 요소, 홀더, 시일, 지지부, 수납부

Description

광학 요소를 위한 교체 장치{REPLACEMENT APPARATUS FOR AN OPTICAL ELEMENT}
본 발명은 리소그래피 대물 렌즈 내의 두 개의 인접한 광학 요소 사이에 배치된 광학 요소를 위한 교체 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 리소그래피 대물 렌즈에 관한 것이다.
마지막 광학 요소, 즉 노광되는 웨이퍼에 가장 가깝게 놓이는 이러한 광학 요소가 교체될 수 있는 리소그래피 대물 렌즈가 공지되어 있다.
또한, 렌즈 통이 수납부 내에 지지되며, 렌즈 통 전체가 교체될 수 있는 투영 대물 렌즈가 있다. 이러한 것이 가능하도록 하기 위해서는, 대물 렌즈 전체 구조의 분해가 필요하다.
본 발명에 관한 종래 기술이 제US 2002/0167740 A1호, 및 제US 6,449,106 B1호에 언급되어 있다.
예를 들어, 렌즈 또는 미러와 같은, 리소그래피 대물 렌즈 내에서의 광학 요소가 시간 경과에 따라 변화하고, 대물 렌즈의 성능이 떨어져서, 대물 렌즈의 의도된 수명에 도달할 수 없는 경우, 대물 렌즈 내의 해당되는 선택된 광학 요소는 제거될 수 있어야 하며, 이를 위해, 다른 광학 요소들의 이미징 오류를 보상하는, 적 합하게 가공된 새로운 광학 요소가 삽입될 수 있어야 한다. 그렇지만, 마지막 광학 요소를 교체하기 위한 공지된 과정 및 장치는 이러한 목적을 위해 적합하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 리소그래피 대물 렌즈 내의 두 개의 인접한 광학 요소 사이에 장착된 광학 요소를 위한, 이러한 교체를 가능케 하는 교체 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따라, 이러한 목적을 위해, 교체 장치는 리소그래피 대물 렌즈 내의 두 개의 인접한 광학 요소 사이에 장착된 광학 요소를 위해 제공되며, 교체될 광학 요소를 위한 홀더를 포함하며, 상기 홀더는 리소그래피 대물 렌즈의 하우징 내의 측면 개구를 통해 상기 리소그래피 대물 렌즈 내로 이동될 수 있다.
이러한 교체 장치는 리소그래피 대물 렌즈로부터 광학 요소를 제거할 수 있으며, 리소그래피 대물 렌즈 내의 변화에 대해 구체적으로 매칭된 다른 광학 요소를 리소그래피 대물 렌즈 내로 다시 이동시킬 수 있다. 이를 통해, 리소그래피 대물 렌즈의 이미징 성능은 리소그래피 대물 렌즈의 구조부 내로 어떠한 조정없이도, 현저하게 향상될 수 있다. 단지, 홀더가 하우징 내로 이동될 수 있는 크기로 형성된 리소그래피 대물 렌즈의 하우징 내의 측면 개구가 필요하다. 이러한 경우, 홀더는 광학 요소를 매우 정확하게 리소그래피 대물 렌즈 내에 위치시킬 수 있다.
특히 바람직하게, 본 발명에 따른 교체 장치는 다수의 광학 요소를 포함한 리소그래피 대물 렌즈 내에 사용될 수 있다. 이러한 목적에 적합하도록, 리소그래피 대물 렌즈는 다수의 광학 요소, 및 두 개의 인접한 광학 요소 사이에 장착된 광학 요소를 위한 적어도 하나의 교체 장치를 포함하며, 교체될 광학 요소를 위한 홀더를 포함하며, 상기 홀더는 리소그래피 대물 렌즈의 하우징 내의 측면 개구를 통해 상기 리소그래피 대물 렌즈 내로 이동될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예가 다음의 도면을 사용하여 원칙적으로 설명된다.
도1은 다수의 광학 요소 및 하나의 교체 장치를 구비하는 리소그래피 대물 렌즈를 도시한 도면이다.
도2는 교체 장치의 제1 실시예인 도1의 선 II-II를 따른 단면도이다.
도3은 강화 요소를 구비한 광학 요소를 도시한 도면이다.
도4는 교체 장치의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도5는 교체 장치의 제3 실시예를 도시한 도면이다.
도6은 광학 요소의 장착 상태를 도시한 개략도이다.
도7은 리소그래피 대물 렌즈의 하우징 내의 개구를 위한 밀봉재의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도8은 리소그래피 대물 렌즈의 하우징 내의 개구를 위한 밀봉재의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도9는 교체 장치의 제4 실시예를 도시한 도면이다.
도10은 도9의 화살표 X에 따른 도면이다.
도1은 하우징(1a)을 갖는 리소그래피 대물 렌즈(1)를 도시한 도면이며, 공지된 바와 같이, 이 하우징 내에는 예를 들어, 렌즈, 플레이트, 또는 미러와 같은 다수의 광학 요소(2)가 배치된다. 이 경우에, 리소그래피 대물 렌즈(1) 내의 광학 요소(2)의 배치는 순수하게, 예시적인 것으로 보아야 한다. 리소그래피 대물 렌즈(1)는 임의의 형태의 리소그래피를 위해서도 적합할 수 있으며, 도면에서 전체적으로 도시되지 않은 노광 장치의 일부일 수 있다. 도시된 리소그래피 대물 렌즈(1)의 경우, 다음에 설명된 것처럼, 각각의 장착부(3)를 통해 리소그래피 대물 렌즈(1) 내에 바람직하게는, 영구히 설치되며, 이로 인해 교체될 수 없는, 두 개의 인접한 광학 요소 사이에 장착되거나 지지되는 광학 요소(2a)를 교체하는 것이 가능하다. 바람직하게는 렌즈, 플레이트 또는 미러와 같은, 교체 가능한 광학 요소(2a)는 도2에 따른 단면도에서 식별될 수 있으며, 바람직하게는 리소그래피 대물 렌즈(1)의 동공 부분에 위치된다. 이를 통해, 교체 가능한 광학 요소(2a)는 다른 광학 요소(2)에 비하여 특별히 작은 직경을 갖도록 설계될 수 있다. 그러나, 교체 가능한 광학 요소(2a)는 리소그래피 대물 렌즈(1) 내에 설치된, 두 개의 인접한 광학 요소(2) 사이의 임의의 다른 지점에 위치될 수 있다.
광학 요소(2a)를 교체하기 위해, 도2에서 더욱 용이하게 파악될 수 있는, 식별가능한 교체 장치(4)가 제공된다. 교체 장치(4)는 리소그래피 대물 렌즈(1)의 하우징(1a) 내의 측면 개구(6)를 통해 리소그래피 대물 렌즈(1) 내로 이동 가능한 광학 요소(2a)를 위한 홀더(5)를 포함한다. 매우 간단하게 도시된 본 실시예에서, 개구(6)는 하우징(1a)의 둘레에 다수의 이격 요소(7)에 의해 형성된다. 위에서 설 명된 것처럼, 교체 가능한 광학 요소(2a)가 리소그래피 대물 렌즈(1)의 동공 부분에 위치된다면, 홀더(5)의 크기 및 이에 따라 개구(6)의 크기가 상응하게 작아지는 것이 허용된다. 바람직하게는, 리소그래피 대물 렌즈(1)의 운동 역학적 특성이 허용되지 않는 방식으로 악화되지 않도록 이격 요소(7)가 대칭으로 배치된다. 교체될 광학 요소(2a)의 최대 직경은 세 개의 이격 요소(7)에 의해 주어진다.
광학 요소(2a)를 교체 또는 변화시키기 위하여, 홀더(5)는 개구(6)를 통해 리소그래피 대물 렌즈(1) 내로 이동되며, 교체될 광학 요소(2a)를 제거한다. 홀더(5)가 개구(1)를 통해 리소그래피 대물 렌즈(1)로부터 다시 이탈된 후에, 광학 요소(2a)는 리소그래피 대물 렌즈(1) 외부에서 홀더(5)로부터 제거될 수 있다. 그 다음, 도시되지 않은 공구를 통해, 리소그래피 대물 렌즈(1) 외부에 새로운 광학 요소(2a)가 홀더(5)로 삽입되며, 홀더(5)는 개구(6)를 통해 리소그래피 대물 렌즈(1)의 하우징(1a) 내로 이동한다. 홀더(5)의 이동은 각각의 경우에 ˝A˝로 나타낸 화살표를 통해 표시된다.
새로 삽입된 광학 요소(2a)는 리소그래피 대물 렌즈(1) 내의 요구 조건에 맞도록 사전에 정밀하게 가공되며, 리소그래피 대물 렌즈(1)의 사용 시간에 따라 나타나는 이미징 오류에 대하여 보정할 수 있다. 이러한 목적을 위해 광학 요소(2a)에 적용된 상기 방법은 이미 공지되어 있을 수도 있으므로, 본 출원의 부분을 형성하지 않을 것이다. 리소그래피 대물 렌즈(1) 내에 광학 요소(2a)가 위치된 후에, 홀더(5)는 개구(6)를 통해 리소그래피 대물 렌즈(1)를 다시 이탈한다.
도3은 강화 요소(8)와 결합된, 교체 가능한 광학 요소(2a)를 도시한 도면이 다. 도시된 실시예에서 링 형태의 강화 요소(8)는 바람직하게, 교체 가능한 광학 요소(2a)와 사실상 동일한 광학 재료로, 본 실시예의 경우에는 SiO2로 구성되며, 특히 광학 요소를 운반하는 동안 광학 요소(2a)의 강화를 위해 사용된다. 강화 요소(8)는 특히, 가요성 광학 요소(2a)의 경우에 더욱 유용하다. 물론, 공학 요소(2a)는 CaF2 또는 다른 적합한 광학 재료로 구성된다.
교체 가능한 광학 요소(2a)와 강화 요소(8)의 결합은 압착(wringing)에 의해, 접착 결합에 의해, 납땜 또는 다른 적당한 방법에 의해 이루어질 수 있다. 만약, 강화 요소(8)가 광학 요소(2)와 동일한 광학 재료로 구성되지 않는다면, 바람직하게 강화 요소는 광학 요소(2a)와 거의 동일한 열팽창 계수를 가져야 한다. 만약, 이 경우에도 해당되지 않는다면, 강화 요소(8)와 광학 요소(2a) 사이의 결합은 도시되지 않은, 고체 결합부를 통해 제공될 수 있다. 또한, 광학 요소(2a)를 자신의 장착부 내에 지지하는 것도 가능하다.
또한, 도3으로부터 홀더(5)는 광학 요소(2a) 및 강화 요소(8)에 모두 작용하는 것을 알 수 있다. 물론, 홀더(5)는 강화 요소(8)에만 작용할 수도 있다.
교체 장치(4)의 제2 실시예가 도4에 도시된다. 또다시, 교체 가능한 광학 요소(2a)는 각각의 장착부(3)를 통해, 리소그래피 대물 렌즈 내에 장착된, 두 개의 인접한 광학 요소(2) 사이에 배치된다. 리소그래피 대물 렌즈(1) 내에서 광학 요소(2a)를 지지 및 장착하기 위해 별도의 수납부(9)가 사용되며, 이 경우 수납부는 인접한 광학 요소(2a)의 장착부(3) 상에 위치하며, 교체 가능한 광학 요소(2a)의 하부에 위치한다. 비록 도시되지는 않았지만, 이 경우에 광학 요소(2a)에는 또한, 강화 요소(8)가 제공될 수도 있다. 별도의 수납부(9)는 바람직하게는, 세 개의 지지부(10)를 구비하며, 도4에 따른 도면에서는 이들 중 단지 두 개만 식별 가능하다. 상기 범위까지는, 리소그래피 대물 렌즈(1) 내의 광학 요소(2a)의 등압 압축식(isostatic) 장착부에 관한 것이다. 또한 별도의 수납 구조부(9)는, 광학 요소(2a)가 특히 z-방향, 즉 리소그래피 대물 렌즈(1)의 광학 축 방향을 향할 수 있는 다수의 액추에이터(11)을 포함하며, 또한, 광학 요소(2a)의 기울임도 가능할 수 있다. 본 실시예의 경우에, 각각의 지지부(10)는 액추에이터(11)들 중 어느 하나에 배치된다. 물론, 단지 하나의 액추에이터(11)가 구비되며, 액추에이터(11) 대신, 수납 구조부(9)에 각각의 조작기를 설치하는 것이 가능할 수도 있다.
광학 요소를 교체한 후, 리소그래피 대물 렌즈(1) 내에서 광학 요소(2a)를 규정된 방식으로 지지 및 장착시키고 고정시키기 위해, 복수의 스프링 요소(12)가 제공되며, 이러한 경우 스프링 요소는 교체 가능한 광학 요소(2a)의 상부에 배치된 광학 요소(2)의 장착부(3) 상에 지지된다. 스프링 요소(12)는 수납부(9) 상에 광학 요소(2a)를 위치시킨 다음, 순서대로, 도시되지 않은 장치에 의해 광학 요소가 수납부(9) 상에 가압되도록 제어될 수 있고, 이러한 방식으로 광학 요소(2a)를 z-방향으로, 즉 리소그래피 대물 렌즈(1)의 광학 축 방향으로 정밀하게 위치시킬 수 있다. 적합한 경우, 광학 요소(2a)에 작용하는 오직 하나의 스프링 요소(12)만이 제공될 수도 있다. 광학 요소(2a)를 수납부(9) 상에 위치시키기 위해, z-방향으로의 홀더(5)의 운동이 필요할 수 있다. 따라서, 상술된 바와 같이 수납부(9)는 리 소그래피 대물 렌즈의 사용 시에 리소그래피 대물 렌즈(1) 내에 광학 요소(2a)를 지지시키기 위해 사용된다.
도4에는 하우징(1a) 내에서 개구(6)가 시일(13)에 의해 폐쇄될 수 있는 것이 도시되어 있다. 도4에 따른 실시예에서, 상기 시일은 중실(solid) 밀봉재 또는 개스킷이며, 시일(13)의 다양한 실시예는 차후에 설명된다. 바람직하게, 리소그래피 대물 렌즈(1)의 작동 시에는 시일(13)이 제 위치에 유지되고, 광학 요소(2a)를 교체하기 위해서는 개구(6)가 홀더(5)에 대해 접근할 수 있도록 제거된다.
도5에 따른 교체 장치(4)의 실시예에서, 교체 가능한 광학 요소(2a)에는 다시 강화 요소(8)가 제공된다. 도4에 따른 실시예와 동일한 방식으로, 수납부(9)는 본 실시예에도 제공되며, 교체 가능한 광학 요소(2a)의 하부에 배치된 광학 요소(2)의 장착부(3) 상에 다시 지지된다. 이러한 경우, 지지부(10) 대신에 수납부(9)에는 장착부(3) 상에 안착된 장착부(4)가 제공된다. 물론, 스프링 요소(12), 또는 적어도 하나의 스프링 요소(12)는 본 실시예에서도 광학 요소(2a)에 작용할 수 있다.
도시되지 않은 실시예에서, 교체 가능한 광학 요소(2a)는 하부에 배치된 광학 요소(2)의 장착부(3) 상에 직접 안착될 수도 있다. 이러한 경우, 광학 요소(2a)는 진공에 의해 견인되어, 상응하게 고정될 수 있다.
도6은 광학 요소(2a)를 리소그래피 대물 렌즈(1)의 하우징(1a) 내에 장착시키는 하나의 가능한 방식의 원리를 도시하고 있다. 다시, 광학 요소(2a)에는 강화 요소(8)가 제공되며, 광학 요소는 강화 요소(8)에 의해 등압 압축식(isostatic) 장 착 효과를 갖는 느슨한 베어링(15) 및 고정된 베어링(16)에 의해 하우징(1a)에 대하여 장착된다. 느슨한 베어링(15) 및 고정된 베어링(16)은 둘 다 견고한 금속, 경화된 강철 또는 예를 들면 루비와 같은 희귀 암석으로 이루어질 수 있다.
도7에는 하우징(1a)의 개구(6)를 밀봉하기 위한 시일(13)의 제1 실시예가 도시된다. 본 실시예에서, 하우징(1a)에 대해 O-링(18)을 통해 밀봉되는 커버 플레이트(17)가 제공된다. 이러한 방식으로 리소그래피 대물 렌즈(1)의 하우징(1a) 내부의 오염이 방지되며, 동시에 개구(6)의 접근성이 보장된다. 또한, 견고한 밀봉재 대신에 가요성 개스킷 또는 금속 시일 또는 비톤(Viton) 시일이 사용될 수 있다. 금속 시일이 사용되는 경우, 밀봉재는 예를 들면 구리일 수 있다.
도8에 따른 실시예에서 시일(13)은 기체 시일 또는 기체 역학(gas-dynamic) 억제부이며, 리소그래피 대물 렌즈(1)의 하우징(1a) 내부 압력(pi)이 하우징(1a) 외부 압력(pa)에 비해 증가됨으로써 기체 물질, 또는 기타 다른 오염물이 하우징(1a) 내로 침투할 수 없는 원리에 기초한다. 이러한 목적을 위해, 커버 플레이트(17)가 제공되어 폭이 1 내지 10㎛인 슬릿(19)을 갖는 하우징(1a)의 반대편에 고정된다. 리소그래피 대물 렌즈(1) 내로 유입될 수 있는 오염 물질을 방지하기 위해, 간단하게 하우징(1a) 내부 압력(pi)이 하우징(1a) 외부 압력(pa) 보다 크도록 유의해야 하며, 이러한 방식으로 리소그래피 대물 렌즈(1)의 내부로부터 외부로 향한 유동이 발생한다.
도9 및 도10에는 광학 요소(2a)를 교체하기 위한 교체 장치(4)의 다른 실시 예가 도시되어 있다. 본 실시예의 경우, 교체 장치(4)의 홀더는 두 개의 측면 그루브(21)의 형태로, 하나의 가이드를 가지며, 광학 요소(2a)에 포함되는 각각의 측면 돌출부(22)가 상기 그루브 내로 결합된다. 그러나, 측면 돌출부(22)는 절대적으로 필요한 것은 아니다. 평면형 플레이트의 경우, 광학 요소(2a)는 에지를 이용하여 그루부(21) 내로 안내될 수 있다. 이러한 경우, 도10에서 알 수 있는 바와 같이 그루부(21) 및 돌출부(22)는 직사각형이지만, 다른 임의의 적합한 단면을 가질 수도 있다. 홀더(5) 내로의 광학 요소(2a)의 운동은, 홀더(5)의 개방 측면 상의 고정된 베어링(24)과 함께 홀더(5) 내부에서 광학 요소(2a)의 정확한 위치가 보장되는 스프링 베어링(23)에 의해 제한된다. 동시에 고정된 베어링(24)은 홀더(5)용 폐쇄부로서 작용한다. 이러한 범위에서 그루브(21)는 교체 시에 광학 요소(2a)를 안내하기 위해서만 작용하는 반면, 광학 요소(2a)의 위치는 스프링 베어링(23) 및 고정된 베어링(24)에 의해 결정된다. 물론 고정된 베어링(24)에는, 홀더(5)가 리소그래피 대물 렌즈(1)의 내부에 위치하는 경우, 개구(6)를 폐쇄하기 위한 시일(13)과 유사하게, 적합한 시일이 제공될 수 있다. 또한, 스프링 요소(25)가 제공되어, 도4의 실시예에 따른 스프링 요소(12)와 유사하게 z-방향에서 광학 요소(2a)를 정확하게 위치시킨다.
본 실시예에서, 리소그래피 대물 렌즈(1)의 운송 및 작동 시에 홀더(5)는 리소그래피 대물 렌즈 내에 잔류함으로써, 광학 요소(2a)를 교체할 수 있을 뿐만 아니라, 광학 요소를 위한 장착부를 형성한다. 적합한 경우, 홀더(5)는 이러한 목적에 적합한 측정이 이루어지면, 다른 실시예에서도 리소그래피 대물 렌즈(1) 내에 잔류할 수 있다.
상술된 리소그래피 대물 렌즈(1)는 노광 장치의 부품일 수 있으며 웨이퍼와 같은 미세 구조 요소를 제조하기 위해 제공된다.

Claims (22)

  1. 리소그래피 대물 렌즈 내의 두 개의 인접한 광학 요소 사이에 장착된 광학 요소를 위한 교체 장치이며,
    교체될 광학 요소를 위한 홀더를 포함하며, 상기 홀더는 하우징 내의 측면 개구를 통해 상기 리소그래피 대물 렌즈 내로 이동될 수 있고,
    광학 요소는 리소그래피 대물 렌즈 내의 별도의 수납부 상에 지지되고,
    별도의 수납부는 하나 이상의 액추에이터를 구비하는
    교체 장치.
  2. 리소그래피 대물 렌즈 내의 두 개의 인접한 광학 요소 사이에 장착된 광학 요소를 위한 교체 장치이며,
    교체될 광학 요소를 위한 홀더를 포함하며, 상기 홀더는 하우징 내의 측면 개구를 통해 상기 리소그래피 대물 렌즈 내로 이동될 수 있고,
    교체 가능한 광학 요소 상에서 광학 축 방향으로 작용하는 하나 이상의 스프링 요소가 리소그래피 대물 렌즈 내에 배치되는
    교체 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    교체될 광학 요소는 두 개의 교체될 수 없는 광학 요소 사이에 배치되는
    교체 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광학 요소는 강화 요소와 결합되는
    교체 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    강화 요소는 광학 요소와 동일한 광학 재료로 구성되는
    교체 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    강화 요소는 광학 요소와 압착에 의해 결합되는
    교체 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    강화 요소는 광학 요소와 접착 결합에 의해 결합되는
    교체 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광학 요소는 장착부 내에 지지되는
    교체 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광학 요소는 리소그래피 대물 렌즈 내에 등압 압축식 장착부에 의해 장착되는
    교체 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광학 요소는 리소그래피 대물 렌즈 내에서 인접하는 광학 요소의 장착부 상에 위치하는
    교체 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    수납부는 리소그래피 대물 렌즈 내의 장착부 내에 지지되는
    교체 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하우징 내의 개구는 시일에 의해 폐쇄될 수 있는
    교체 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    시일은 중실 물질의 밀봉재 또는 개스킷인
    교체 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    시일은 기체 밀봉인
    교체 장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    홀더는 교체 가능한 광학 요소를 위한 안내부를 구비하는
    교체 장치.
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  21. 삭제
  22. 삭제
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