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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft optische Systeme mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlagen, wie
sie zur Herstellung hochintegrierter elektrischer Schaltkreisen
und anderer mikrostrukturierter Bauteile verwendet werden. Die Erfindung
betrifft insbesondere ein Projektionsobjektiv einer derartigen Anlage, das
eine konkav nach oben gekrümmte
optische Fläche
enthält,
die an eine Flüssigkeit
angrenzt.
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Integrierte
elektrische Schaltkreise und andere mikrostrukturierte Bauelemente
werden üblicherweise
hergestellt, indem auf ein geeignetes Substrat, bei dem es sich
beispielsweise um einen Silizium-Wafer handeln kann, mehrere strukturierte Schichten
aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Schichten werden diese
zunächst
mit einem Photolack bedeckt, der für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches,
z.B. Licht im tiefen ultravioletten Spektralbereich (DUV, deep ultraviolet),
empfindlich ist. Anschließend
wird der so beschichtete Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage
belichtet. Dabei wird ein Muster aus beugenden Strukturen, das sich auf
einer Maske befindet, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs
abgebildet. Da der Abbildungsmaßstab
dabei im allgemeinen kleiner als 1 ist, werden derartige Projektionsobjektive
häufig
auch als Reduktionsobjektive bezeichnet.
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Nach
dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer einem Ätzprozeß unterzogen,
wodurch die Schicht entsprechend dem Muster auf der Maske strukturiert
wird. Der noch verbliebene Photolack wird dann von den verbleibenden
Teilen der Schicht entfernt. Dieser Prozeß wird so oft wiederholt, bis
alle Schichten auf dem Wafer aufgebracht sind.
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Eines
der wesentlichen Ziele bei der Entwicklung der bei der Herstellung
eingesetzten Projektionsbelichtungsanlagen besteht darin, Strukturen mit
zunehmend kleineren Abmessungen auf dem Wafer lithographisch definieren
zu können.
Kleine Strukturen führen
zu hohen Integrationsdichten, was sich im allgemeinen günstig auf
die Leistungsfähigkeit
der mit Hilfe derartiger Anlagen hergestellten mikrostrukturierten
Bauelemente auswirkt.
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Die
Größe der definierbaren
Strukturen hängt
vor allem von der Auflösung
des verwendeten Projektionsobjektivs ab. Da die Auflösung der
Projektionsobjektive proportional zu der Wellenlänge des Projektionslichts ist,
besteht ein Ansatz zur Erhöhung der
Auflösung
darin, Projektions licht mit immer kürzeren Wellenlängen einzusetzen.
Die kürzesten
zur Zeit verwendeten Wellenlängen
liegen im tiefen ultravioletten Spektralbereich (DUV, deep ultraviolet)
und betragen 193 nm oder gelegentlich sogar 157 nm.
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Ein
anderer Ansatz zur Verringerung der Auflösung geht von der Überlegung
aus, in einen Immersionsraum, der zwischen einer bildseitig letzten
Linse des Projektionsobjektivs und dem Photolack oder einer anderen
zu belichtenden lichtempfindlichen Schicht verbleibt, eine Immersionsflüssigkeit
mit hoher Brechzahl einzubringen. Projektionsobjektive, die für den Immersionsbetrieb
ausgelegt sind und deswegen auch als Immersionsobjektive bezeichnet werden,
können
numerische Aperturen von mehr als 1, z.B. 1.3 oder 1.4, erreichen.
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Die
Immersion ermöglicht
jedoch nicht nur hohe numerische Aperturen und dadurch eine bessere
Auflösung,
sondern wirkt sich auch günstig
auf die Schärfentiefe
aus. Je größer die
Schärfentiefe
ist, desto weniger hoch sind die Anforderungen an eine exakte Positionierung
des Wafers in der Bildebene des Projektionsobjektivs.
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In
der PCTEP2004/014727 ist vorgeschlagen worden, als bildseitig letztes
optisches Element eines Immersionsobjektivs eine Linse einzusetzen, deren
bildseitige Fläche,
die an die Immersionsflüssigkeit
angrenzt, konkav gekrümmt
ist. Auf diese Weise werden die auftretenden Einfallswinkel des Lichts
an der Grenzfläche
zwischen dem bildseitig letzten optischen Element und der Immersionsflüssigkeit
klein gehalten, so daß eine
Totalreflexion vermieden werden kann.
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Da
das Projektionsobjektiv bislang stets oberhalb der lichtempfindlichen
Schicht angeordnet ist und somit die Maske von oben auf die Schicht
projiziert wird, führt
dies zur Ausbildung eines Hohlraums unterhalb der konkav gekrümmten Fläche, der vor
der Inbetriebnahme der Projektionsbelichtungsanlage mit der Immersionsflüssigkeit
gefüllt
werden muß.
Eine vollständige
Befüllung
dieses Hohlraums bereitet allerdings Schwierigkeiten, da die einströmende Flüssigkeit
unterhalb der konkaven Fläche eine
Blase aus Luft einschließt,
die nicht nach oben entweichen kann. Unter dem Begriff "Luft" soll in diesem Zusammenhang
auch jedes andere Gas gemisch) und insbesondere ein das Projektionsobjektiv umgebendes
Schutzgas verstanden werden. Eine solche Luftblase würde die
Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs in untolerierbarer
Weise beeinträchtigen.
Im Prinzip wäre
es natürlich
möglich, das
Projektionsobjektiv zum Zwecke der Befüllung mit der Immersionsflüssigkeit
einfach auf den Kopf zu stellen, den Hohlraum zu verschließen und
das Projektionsobjektiv wieder in die normale Betriebslage zu überführen. Wegen
der extrem hohen Anforderung an die Justagegenauigkeit, die üblicherweise
an Projektionsobjektive gestellt werden, verbietet sich eine solches
Verkippen des Projektionsobjektivs jedoch.
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Aus
der WO 2004/09 09 56 ist bekannt, die bisher durchweg gebräuchliche
Anordnung von Projektionsbelichtungsanlagen, bei der sich das Projektionsobjektiv
oberhalb der lichtempfindlichen Schicht befindet, umzukehren. Die
Maske wird somit nicht von oben, sondern von unten auf die lichtempfindliche
Schicht projiziert. Eine bildseitig konkav gekrümmte Fläche wölbt sich dann ebenfalls nach
unten, so daß beim
Befüllen
des Hohlraums keine Luft unter der konkav gekrümmten Fläche eingeschlossen werden kann.
Allerdings ist die dort beschriebene Anordnung der Projektionsbelichtungsanlage
aus anderen Gründen
nachteilig und erfordert zudem eine sehr weitgehende Umkonstruktion
praktisch aller beteiligten Systemkomponenten.
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Das
Problem, wie man Hohlräume
unterhalb sich nach oben wölbender
optischer Flächen
mit einer Flüssigkeit
befüllen
kann, stellt sich jedoch nicht nur im Zusammenhang mit Immersionsobjektiven. Verschiedentlich
ist vorgeschlagen worden, auch innerhalb eines Projektionsobjektivs
oder eines Beleuchtungssystems plane. oder gekrümmte Flächen von Linsen oder Spiegeln
an eine Flüssigkeit
angrenzen zu lassen. Im Falle von Linsen lassen sich damit z.B.
Farbfehler gut korrigieren. Ist die den Hohlraum nach oben begrenzende
Fläche
konkav gekrümmt, so
ergeben sich bei der Befüllung
des Hohlraums mit einer Flüssigkeit
im Prinzip die gleichen Probleme, wie dies vorstehend im Zusammenhang
mit Immersionsobjektiven erläutert
wurde.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es deswegen, ein optisches System, nämlich ein
Projektionsobjektiv oder ein Beleuchtungssystem, einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage derart zu verbessern, daß das Befüllen eines
Hohlraums, den während
des Betriebs eine konkav gekrümmte
optische Fläche
nach oben begrenzt, mit einer Flüssigkeit
erleichtert wird.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein optisches
System mit einem Modul gelöst,
das als Einheit in das optische System ein- und ausbaubar ist. Das
Modul enthält
einen mit einer Flüssigkeit
vollständig
befüllbaren
und dicht abschließbaren
Hohlraum, den die konkav gekrümmte
optische Fläche
während
des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage nach oben begrenzt.
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Ein
derartiger modularer Aufbau ermöglicht es,
das Modul außerhalb
des optischen Systems zu befüllen.
Dort kann das Modul so gekippt werden, daß sich unter der konkav gekrümmten optischen Fläche, die
brechend oder reflektierend sein kann, keine Luftblase bilden kann,
die ein vollständiges
Befüllen
verhindert.
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Ein
solches Modul ist vor allem zum Befüllen solcher Hohlräume geeignet,
die sich innerhalb des optischen Systems befinden. Da ein Ein- und
Ausbau eines solchen Mo duls im allgemeinen mit einem größeren Montage-
und Justageaufwand einhergeht, ist diese Möglichkeit der Befüllung vor
allem geeignet, um den Hohlraum erstmalig bei der Herstellung des optischen
Systems mit der Flüssigkeit
zu befüllen. Nach
dem Einbau des Moduls in das optische System sollte versucht werden,
das Eindringen von Luft in den Hohlraum zu verhindern, da ansonsten
das Modul erneut ausgebaut, verkippt, befüllt und wieder in der ursprünglichen
Lage eingebaut werden muß.
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Nach
unten wird der von dem Modul umschlossene Hohlraum während des
Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage im allgemeinen durch eine Linse
begrenzt sein, die auch das letzte optische Element des optischen
Systems sein kann, aus dem Licht während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage
austritt. Unter dem Begriff "Linse" wird hier ganz allgemein
jedes transparente optische Element verstanden, deren optisch wirksame
Flächen auch
planparallel sein können.
An die Stelle einer solchen unteren Linse kann aber auch ein (Umlenk-)Spiegel
treten.
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Das
Modul kann weitere Hohlräume
enthalten, die ebenfalls nach einem Verkippen des Moduls mit Flüssigkeit
gefüllt
werden können.
Insbesondere können
zwei Hohlräume
durch eine Linse voneinander getrennt sein.
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Um
Flüssigkeit
in den Hohlraum einzuleiten, kann das Modul einen Zulauf-Kanal enthalten.
Ein davon unabhängiger
Entlüftungs-Kanal
ermöglicht
es der in dem Hohlraum ent haltenen Luft, während des Befüllens aus
dem Hohlraum zu entweichen. Der Entlüftungskanal kann nach dem Befüllen auch
dazu verwendet werden, die Flüssigkeit
in dem Hohlraum an einen Flüssigkeitskreislauf
anzuschließen,
mit dem sich die Flüssigkeit
reinigen, temperieren oder in sonstiger Weise aufbereiten läßt.
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Einer
oder beide Kanäle
können
beispielsweise in den Fassungen der optischen Elemente, welche den
Hohlraum begrenzen, oder in einem zwischen diesen Fassungen angeordneten
Zwischenelement angeordnet sein.
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Falls
das optische System ein Immersionsobjektiv und die konkav gekrümmte optische
Fläche während des
Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage die letzte optische Fläche des
Immersionsobjektivs ist, so kann der Hohlraum zu einer Bildebene
des Immersionsobjektivs hin mit einem lösbar befestigten Verschlußelement
dichtend abgeschlossen sein.
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Ein
Modul mit einem solchen Verschlußelement erlaubt es, das Modul
mit dem außerhalb
des Immersionsobjektivs befüllten
Hohlraum an den übrigen
Teilen des Immersionsobjektivs zu befestigen und zu justieren. Wird
das Verschlußelement
nun in Immersionsflüssigkeit
eingetaucht und dann entfernt, so verhindert die umgebende Immersionsflüssigkeit ein
Eindringen von Luft in den Hohlraum.
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Der
Hohlraum kann zunächst
auch mit einer anderen Flüssigkeit
gefüllt
sein, die später
durch die Immersionsflüssigkeit
ersetzt wird. Ferner ist es möglich,
das Modul mit dem befüllten
Hohlraum in eine andere Flüssigkeit
einzutauchen und dieses erst später
durch die Immersionsflüssigkeit
zu ersetzen.
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Das
Verschlußelement,
das z.B. eine transparente planparallele Platte enthalten kann,
wird vorzugsweise so mit einem Anschlußteil des Moduls verbunden,
daß man
zum Entfernen des in die Flüssigkeit
eingetauchten Verschlußelements
nicht von außen
in den schmalen Spalt zwischen dem Projektionsobjektiv und dem Wafer
oder einer Ersatzplatte eingreifen muß. Aus diesem Grund ist es
günstig, wenn
eine Verbindung des Verschlußelements
mit einem Anschlußteil
des Moduls elektrisch, magnetisch oder hydromechanisch lösbar ist.
Das Verschlußelement
läßt sich
dann von dem Modul mit Hilfe eines entsprechenden Steuersignals
lösen,
ohne daß hierzu
mechanische Arbeiten an dem Projektionsobjektiv erforderlich sind,
welche eine u.U. bereits erfolgte Justierung des Projektionsobjektivs
gefährden
können.
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Eine
hydromechanische Verbindung läßt sich
z.B. realisieren, wenn das Verschlußelement durch einen in dem
Hohlraum einstellbaren Unterdruck an dem Anschlußteil des Moduls befestigbar ist.
Zu diesem Zweck kann der Hohlraum über eine verschließbare Leitung
mit einer Vakuumpumpe verbunden sein. Fällt der Unterdruck weg, so
kann das Verschlußelement
auf Grund seiner Gewichtskraft von dem Modul abfallen und seitlich
aus dem Spalt zwischen dem Projektionsobjektiv einerseits und dem
Wafer, einer Ersatzplatte oder einer Wanne zur Aufnahme der Immersionsflüssigkeit
herausgezogen werden. Ggf. ist es hierbei erforderlich, die Höhe des Spalts
zu vergrößern, indem
beispielsweise der Wafer gegenüber
dem feststehenden Projektionsobjektiv abgesenkt wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe
durch ein optisches System mit einem mit einer Flüssigkeit
vollständig
befüllbaren
und dicht abschließbaren
Hohlraum gelöst,
bei dem eine konkav gekrümmte
optische Fläche
den Hohlraum während
des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage nach oben begrenzt.
In dem Hohlraum ist ein Verdrängungselement
angeordnet, das sich in eine Verdrängungsposition überführen läßt, in der
das Verdrängungselement
im wesentlichen fugenlos an der konkav gekrümmten optischen Fläche anliegt.
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Das
Verdrängungselement
hat somit die Aufgabe, eine sich unterhalb der konkaven Fläche befindende
Luftblase aus dem Hohlraum herauszudrücken. Ein vollständiger Kontakt
zwischen dem Verdrängungselement
und der konkav gekrümmten
optischen Fläche
ist dabei nicht unbedingt erforderlich, da bei einem hinreichend
schmalen Spalt auf eine Flüssigkeit
wirkende Kapillarkräfte
so stark sind, daß die
Flüssigkeit
in den Spalt hineingezogen wird und dabei die dort noch vorhandene
Luft verdrängt.
Vorzugsweise sollte die Breite des Spalts dabei 0.5 mm und besser
noch 0.1 mm nicht überschreiten.
Insbesondere kann das Verdrängungselement
betragsmäßig eine
größere Krümmung als
die konkav gekrümmte
Fläche
haben.
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Bei
dem Verdrängungselement
kann es sich beispielsweise um eine dünne verformbare Membran handeln.
Eine solche Membran hat den Vorteil, daß sie sich bei Erzeugen eines
Druckgefälles
deformiert und sich dabei gut an gekrümmte Flächen anlegen kann.
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Um
eine solches Druckgefälle
aufzubauen, kann die Membran den Hohlraum in einen an die konkav
gekrümmte
optische Fläche
angrenzenden ersten Teilraum und einen nicht an die konkav gekrümmte optische
Fläche
angrenzenden zweiten Teilraum unterteilen, wobei in dem zweiten
Teilraum gegenüber
dem ersten Teilraum ein Überdruck
einstellbar ist.
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Wenn
sich die Membran an die konkav gekrümmte optische Fläche anlegt
und dabei die sich dort sammelnde Luftblase verdrängt, so
muß noch dafür gesorgt
werden, daß bei
einer Entfernung oder einem Zurückweichen
der Membran der Raum zwischen der Membran einerseits und der konkav
gekrümmten
optischen Fläche
andererseits mit Flüssigkeit
befällt
wird, damit nicht erneut Luft in diesen Zwischenraum eindringt.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise vorgesehen sein, eine Zuleitung
für eine Flüssigkeit
so unterhalb der konkav gekrümmten
optischen Fläche
zu posi tionieren, daß aus
der Zuleitung ausströmende
Flüssigkeit
den Raum zwischen der Membran und der konkav gekrümmten Fläche füllt.
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Alternativ
hierzu kann die Membran auch für die
Flüssigkeit
teilweise durchlässig
sein. Die Flüssigkeit
tritt dann, nachdem sich die Membran an die konkav gekrümmte optische
Fläche
angelegt hat, nach und nach durch die Membran hindurch. Um den Durchtritt
der Flüssigkeit
durch die Membran zu fördern,
kann in dem Zwischenraum zwischen der konkav gekrümmten optischen
Fläche
und der Membran ein Unterdruck eingestellt werden, der einerseits noch
vorhandene Luftreste mitnimmt und den Durchtritt der Flüssigkeit
durch die Membran unterstützt.
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Bei
dem Verdrängungselement
kann es sich alternativ auch um einen festen Körper mit einer Fläche handeln,
die zumindest im wesentlichen als Negativ der konkav gekrümmten optischen
Fläche
geformt ist. Mit einem derartigen Verdrängungselement läßt sich
eine besonders vollständige
Entfernung von Luftresten erzielen, die sich unterhalb der konkav
gekrümmten
optischen Fläche
befinden. Die Zufuhr von Flüssigkeit
in den Zwischenraum zwischen der konkav gekrümmten optischen Fläche und
dem Verdrängungselement
kann von außen
oder durch das Verdrängungselement
hindurch erfolgen.
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Da
sich das Verdrängungselement
in der Verdrängungsposition
in der Regel im Lichtweg des optischen Systems be finden wird, muß dafür gesorgt werden,
daß nach
der Befüllung
des Hohlraums mit Flüssigkeit
das Verdrängungselement
entfernt wird. Ein seitliches Verschieben aus dem Lichtweg des optischen
Systems heraus ist im Prinzip möglich,
jedoch können
damit nicht unbeträchtliche
konstruktive Probleme einhergehen.
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Derartige
Probleme lassen sich vermeiden, wenn das Verdrängungselement aus einem Material besteht,
das in einer Flüssigkeit
auflösbar
ist. Das Verdrängungselement
läßt sich
dann mit der Flüssigkeit
aus dem Hohlraum herausspülen.
Besonders einfach funktioniert dies, wenn es sich bei dem Verdrängungselement
um eine Membran handelt. Ein Auflösen des Verdrängungselements
kommt allerdings nur dann in Betracht, wenn man das Verdrängungselement
nicht mehrfach zur Befüllung
des Hohlraums mit einer Flüssigkeit
verwenden möchte.
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Ein
Verdrängungselement
läßt sich
auch einsetzen, wenn die Linse, die eine bildseitig konkav nach
oben gekrümmte
Fläche
hat, das bildseitig letzte optische Element eines Immersionsobjektivs
ist. Auch in diesem Fall kann es sich bei dem Verdrängungselement
um eine verformbare Membran handeln, die z.B. durch Erzeugen eines Überdrucks
auf einer der Linse abgewandten Seite verformt wird und dabei unterhalb
der konkav gekrümmten
optischen Fläche
vorhandene Luft verdrängt.
Zu diesem Zweck kann die Membran auf eine der Linse abgewandten Seite
an einen Druckraum an grenzen, der mit einem Gas oder einer Flüssigkeit
befüllbar
ist.
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Im
Prinzip ist es möglich,
den Druckraum am Ende des Immersionsobjektivs vorzusehen. Der konstruktive
Aufwand hierfür
ist allerdings sehr groß. Deswegen
ist es am einfachsten, wenn die Membran und der Druckraum in einem
Verfahrtisch für
ein Substrat aufgenommen ist, das eine zu belichtende Schicht trägt. An dem
Immersionsobjektiv sind dann keinerlei bauliche Veränderungen
vorzunehmen, um die Membran zu deformieren.
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Anstelle
einer Membran kommt auch die Verwendung eines festen Körpers als
Verdrängungselement
in Betracht, der eine Fläche
hat, die als Negativ der konkav gekrümmten optischen Fläche geformt ist.
Ein solches Verdrängungselement
kann z.B. durch vertikales Verschieben in die Verdrängungsposition überführt werden.
In einer Ruheposition kann das Verdrängungselement ebenfalls in
einem Verfahrtisch aufgenommen sein.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe
dadurch gelöst, daß das optische
System einen Kanal mit einer Öffnung
umfaßt,
die vor dem Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage in unmittelbarer
Nähe des
Scheitelpunktes der gekrümmten
Fläche
positionierbar ist. Da sich die Luft unterhalb der konkav gekrümmten optischen
Fläche
bei vertikal verlaufender Symmetrieachse stets am Scheitelpunkt
sammelt, kann die Luft von dort mit über den Kanal aus dem Hohlraum ausgeleitet
werden. Befindet sich die Öffnung
des Kanals nahe genug am Scheitelpunkt, so können selbst kleinste Luftblasen
noch wirksam auf diese Weise entfernt werden.
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Im
allgemeinen wird beim Befüllen
des Hohlraums die in dem Hohlraum aufsteigende Flüssigkeit die
sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
befindende Luft austreiben. Der Kanal kann aber auch mit einer Gaspumpe
zum Abpumpen von sich unterhalb der optischen Fläche sammelnden Gas verbunden sein.
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Anstatt
die Luft unterhalb des Scheitelpunktes über den Kanal entweichen zu
lassen, kann über den
Kanal auch mit Hilfe einer Flüssigkeitspumpe Flüssigkeit
unterhalb der optischen Fläche
eingebracht werden. Die unterhalb des Scheitelpunktes eingebrachte
Flüssigkeit
verdrängt
dann die dort vorhandene Luft und führt diese mit. Am besten gelingt diese
Art der Mitführung
von Luftblasen dann, wenn die Flüssigkeit
eine hohe Viskosität
hat. Die Luftblasen werden in diesem Fall selbst dann von dem Flüssigkeitsstrom
mitgeführt,
wenn diese eine relativ kleine Fließgeschwindigkeit hat. Wird über den
Kanal Flüssigkeit
unterhalb des Scheitelpunktes zugeführt und gleichzeitig am Rand
der Linse Flüssigkeit
abgesaugt, so werden die Luftblasen von der Flüssigkeit über den Rand der Linse nach
außen
getragen.
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Um
den Kanal vor dem Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage so unterhalb
der Linse zu positionieren, daß die Öffnung in
unmittelbarer Nähe des
Scheitelpunktes positioniert ist, kann der Kanal ein erstes Teilstück und ein
mit dem ersten Teilstück über ein Gelenk verbundenes zweites Teilstück umfassen,
wobei die Teilstücke über das
Gelenk zueinander verschwenkbar sind. Der Kanal wird dann z.B. durch
eine Öffnung
in einer Linsenfassung in den Hohlraum geschoben. Anschließend wird
das äußere Teilstück mit Hilfe
des Gelenks derart aufgerichtet, daß die Öffnung in unmittelbarer Nähe des Scheitelpunktes
der Fläche
positioniert wird. Nach dem Befüllen
des Hohlraums wird das äußere Teilstück wieder umgelegt,
so daß der
Kanal wieder aus dem Hohlraum entfernt werden kann.
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Die
Verwendung eines Gelenks erfordert im allgemeinen eine zusätzliche
Mechanik, um die beiden Teilstücke
von außen
zueinander verschwenken zu können.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
enthält
der Kanal deswegen ein Material, das ein Formgedächtnis hat. Auf diese Weise
ist es möglich,
durch Temperaturveränderungen
die Form des Kanals zu verändern
und auf diese Weise ein Aufrichten des Kanals in dem Hohlraum zu
erreichen.
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Der
Kanal kann auch als ein steifes gekrümmtes Rohr ausgeführt sein,
das in den Hohlraum, z.B. über
eine Öffnung
in einer Linsenfassung oder – im
Falle eines Immersions-Hohlraums – unter den
unteren Rand der Linse einführen
läßt. Aufgrund seiner
Krümmung
wandert die Öffnung
des Rohres bei geeigneter Wahl der Krümmung und Länge des Rohres während der
Einführbewegung
in die Nähe des
Scheitelpunktes.
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Ähnlich wie
die vorstehend erläuterten
Verdrängungselemente
kann der Kanal ebenfalls in einer Flüssigkeit auflösbar sein,
was u.U. die Entfernung des Kanals nach dem Befüllen mit der Flüssigkeit
erleichtert.
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Anstelle
eines externen Kanals kann auch ein innerhalb der Linse verlaufender
Kanal vorgesehen sein, der eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung hat,
wobei sich die erste Öffnung
an dem Scheitelpunkt der optischen Fläche befindet. Auf diese Weise
ist gewährleistet,
daß eine Öffnung, über die Luft
aus dem Hohlraum entweichen oder über die Flüssigkeit in den Hohlraum eingeleitet
werden werden kann, nicht nur in unmittelbarer Nähe, sondern direkt am Scheitelpunkt
der konkav gekrümmten
Fläche
positioniert ist. Dadurch gelingt es besonders gut, sich dort sammelnde
Luft abzuführen
oder über die
erste Öffnung
eine Flüssigkeit
einzuführen,
welche die sich am Scheitelpunkt sammelnde Luft mitführt und
nach außen
trägt.
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In
Betracht kommt diese Lösung
vor allem dann, wenn der Strahlengang des optischen Systems nicht
symmetrisch zur optischen Achse verläuft, wie dies beispielsweise
bei Projektionsobjektiven mit außeraxialem Feld der Fall sein
kann. In diesem Fall kann u.U. gewährleistet werden, daß keine
Lichtstrahlen die Linse im Bereich des Kanals durchtreten.
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Die
zweite Öffnung
des Kanals kann an dem Scheitelpunkt der gegenüberliegenden Fläche der Linse
oder auch außen
an einem Rand der Linse angeordnet sein. Im letztgenannten Fall
verläuft
der Kanal in radialer Richtung durch die Linse hindurch. Der Vorteil
bei dieser Ausgestaltung ist, daß in dem Raum oberhalb der
Linse keine Einrichtungen angeordnet sein müssen, welche die aus der zweiten Öffnung austretende
Luft auffangen oder Flüssigkeit über die zweite Öffnung einfüllen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHUNGEN
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage mit
einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv in einem meridionalen
Schnitt;
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2 das
bildseitige Ende des in der 1 gezeigten
Projektionsobjektivs;
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3 ein
Modul mit der bildseitig letzten Linse des in der 1 gezeigten
Projektionsobjektivs und einem davon begrenzten Hohlraum gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 das
in der 3 gezeigte Modul, jedoch um 90° verkippt und einem teilweise
mit Immersionsflüssigkeit
befüllten
Hohlraum;
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5 das
Modul aus der 3 im eingebauten Zustand am
bildseitigen Ende des Projektionsobjektivs;
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6 das
Modul aus der 5, jedoch mit gelösten Verschlußelement;
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7 das
Modul aus der 5 im betriebsbereiten Zustand;
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8 wesentliche
Schritte vor der Inbetriebnahme des Projektionsobjektivs mit dem
in der 3 gezeigten Modul;
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9 ein
Modul mit zwei einen Hohlraum einschließenden Linsen gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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10 das
in der 9 gezeigte Modul, jedoch um 90° verkippt und mit teilweise
mit einer Flüssigkeit
befüllten
Hohlraum;
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11 das
Modul aus der 3 im eingebauten Zustand in
einem optischen System;
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12 bis 14 Varianten
des in der 9 gezeigten Moduls;
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15 das
bildseitige Ende eines Immersionsobjektivs mit einer Membran als
Verschlußelement
gemäß dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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16 das
bildseitige Ende eines Immersionsobjektivs mit einem festen Körper als
Verschlußelement
gemäß vierten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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17 und 18 das
Eindringen einer Flüssigkeit
in einen Spalt zwischen einer konkav gekrümmten Linse und dem in der 16 gezeigten Körper;
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19 bis 21 eine
Variante des in der 16 gezeigten Ausführungsbeispiels
in verschiedenen Zuständen
während
der Befüllung
eines Immersionshohlraums;
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22 bis 25 einen
durch Linsen begrenzten Hohlraum gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in vier unterschiedlichen
Zuständen während der
Befüllung
mit einer Flüssigkeit;
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26 und 27 einen
durch Linsen begrenzten Hohlraum gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel
mit einem aufrichtbaren Entlüftungskanal
in zwei unterschiedlichen Zuständen
während
der Befüllung
mit einer Flüssigkeit;
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28 und 29 einen
durch Linsen begrenzten Hohlraum gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel
mit einem anderen Entlüftungskanal
in zwei unterschiedlichen Zuständen
während
der Befüllung
mit einer Flüssigkeit;
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30 bis 32 drei
unterschiedliche Varianten für
eine konkav gekrümmte
Linse mit einem Entlüftungskanal.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 zeigt
einen Meridionalschnitt durch eine insgesamt mit 10 bezeichnete
mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage in stark vereinfachter
schematischer Darstellung. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 weist
ein Beleuchtungssystem 12 zur Erzeugung von Projektionslicht 13 auf, das
u.a. eine Lichtquelle 14, eine mit 16 angedeutete Beleuchtungsoptik
und eine Feldblende 18 enthält. Das Projektionslicht hat
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Wellenlänge
von 193 nm. Andere Wellenlängen,
z.B. 157 nm oder 248 nm, kommen selbstverständlich ebenfalls in Betracht.
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Zur
Projektionsbelichtungsanlage 10 gehört ferner ein Projektionsobjektiv 20,
das eine Vielzahl optischer Elemente wie Linsen, Spiegel oder Filterelemente
enthält.
Stellvertretend hierfür
sind in der 1 drei Linsen L1, L2 und L3
dargestellt. Das Projektionsobjektiv 20 dient dazu, eine
in einer Objektebene 22 des Projektionsobjektivs 20 angeordnete Maske 24 auf
eine lichtempfindliche Schicht 26 abzubilden, die z.B.
aus einem Photolack bestehen kann. Die Schicht 26 ist in
einer Bildebene 28 des Projektionsobjektivs 20 angeordnet
und auf einem Träger 30 aufgebracht.
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Der
Träger 30 ist
am Boden eines wannenartigen, nach oben offenen Behälters 32 befestigt,
der in nicht näher
dargestellter Weise mit Hilfe einer Verfahreinrichtung parallel
zu der Bildebene 28 verfahrbar ist. Der Behälter 32 ist
mit einer Immersionsflüssigkeit 34 so
weit aufgefüllt,
daß das
Projektionsobjektiv 20 während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage 10 mit
seiner bildseitig letzten Linse L3 in die Immersionsflüssigkeit 34 eintaucht.
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Über eine
Zuleitung 36 und eine Ableitung 38 ist der Behälter 32 mit
einer Aufbereitungseinheit 40 verbunden, in der eine Umwälzpumpe,
ein Filter zur Reinigung der Immersionsflüssigkeit 34 sowie
eine Temperiereinrichtung in an sich bekannter und deswegen nicht
näher dargestellter
Weise enthalten sind.
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Bei
der Linse L3 handelt es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
um eine dicke Meniskuslinse, die zur Bildebene 28 hin eine
konkav gekrümmte
Fläche
S hat. Dadurch entsteht zwischen der Fläche S und der lichtempfindlichen
Schicht 26 ein Hohlraum 42.
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Infolge
der konkaven Krümmung
der letzten Fläche
S treten an der Grenzfläche
zwischen der bildseitig letzten Linse L3 und der Immersionsflüssigkeit 34 nur
relativ kleine Strahleinfallswinkel auf. Entsprechend gering sind
dadurch Reflexionsverluste an dieser Grenzfläche. Dadurch können auch
Strahlen mit großen Öffnungswinkeln
bezüglich
einer optischen Achse OA des Projektionsobjektivs 20 zur
Abbildung beitragen, so daß sich
mit dem Projektionsobjektiv 20 numerische Aperturen erzielen
lassen, die bis an die Brechzahl nL der
Immersionsflüssigkeit 34 heranreichen
können.
-
Würde man
vor der erstmaligen Inbetriebnahme der Projektionsbelichtungsanlage 10 den
mit der Immersionsflüssigkeit 34 gefüllten Behälter 32 von
unten an das Projektionsobjektiv 20 heranführen, so
würde die
Immersionsflüssigkeit 34 nur
ein relativ kleines Volumen in dem Hohlraum 42 ausfüllen. Dies hängt damit
zusammen, daß die
Luft, welche die Projektionsbelichtungsanlage 10 umgibt
und sich vor der Inbetriebnahme der Projektionsbelichtungsanlage 10 auch
unterhalb der Fläche
S befindet, keine Möglichkeit
hat, aus dem Hohlraum 42 zu entweichen.
-
Steigt
der in der 1 mit 44 bezeichnete Spiegel
der Immersionsflüssigkeit 34,
wird die Luft in dem Hohlraum 42 leicht komprimiert und
bildet eine Luftblase unmittelbar unterhalb des mit V bezeichneten
Scheitelpunkts der konkaven Fläche
S. Eine solche Luftblase ist, selbst wenn ihre Abmessungen sehr
klein wären,
während
des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage 10 nicht
tolerierbar, da sie die Abbildungseigenschaften erheblich beeinträchtigen würde. Entsprechendes
gilt, wenn man umgekehrt das Projektionsobjektiv 20 in
den mit Immersionsflüssigkeit 34 gefüllten Behälter 32 von
oben eintauchen würde.
-
Eine
Luftblase unterhalb der Fläche
S ist auch dann unvermeidbar, wenn man den Hohlraum 42 nur
von einer Seite her befällt.
Dies ist schematisch in der 2 gezeigt,
in der die letzte Linse L3 und die lichtempfindliche Schicht 26 vergrößert dargestellt
sind. Wird von links in der durch einen Pfeil 46 angedeuteten
Richtung Immersionsflüssigkeit 34 durch
den Spalt zwischen der Linse L3 und der lichtempfindlichen Schicht 26 eingeführt, so
kann die Immersionsflüssigkeit
aufgrund von Kapillarkräften
an der konkaven Fläche
S hochsteigen, wie dies in der 2 durch
eine gestrichelt dargestellte Grenzfläche 48 angedeutet
ist.
-
Bei
weiterer Befüllung
des Hohlraums 42 wandert die Grenzfläche 48 zu der der
Einfuhrstelle gegenüberliegenden
Seite, wie dies durch eine zweite Grenzfläche 48' angedeutet ist. Zu einem noch späteren Zeitpunkt
ver schließt
jedoch die Immersionsflüssigkeit
den Spalt zwischen der letzten Linse L3 und der lichtempfindlichen
Schicht 26, so daß die verbleibende
Luft in dem Hohlraum 42 eingeschlossen wird. Die noch in
dem Hohlraum 42 verbleibende Luft kann somit nicht mehr
entweichen, sondern sammelt sich aufgrund der Auftriebskräfte unterhalb
des höchsten
Punktes des Hohlraumes, nämlich
in der Nähe
des Scheitelpunkts V der Fläche
S, und bildet dort eine Luftblase, deren Grenzfläche in der 2 mit 48'' bezeichnet ist.
-
Der
Einschluß einer
solchen Luftblase ließe sich
im Prinzip dadurch vermeiden, daß man das gesamte Projektionsobjektiv 20 zunächst auf
den Kopf stellt, dann den Hohlraum 42 mit der Immersionsflüssigkeit 34 befällt, den
Hohlraum 42 durch eine Platte o.ä. abdichtet schließt, das
Projektionsobjektiv 20 wieder in seine Betriebsposition überführt und
die Platte entfernt, wenn das Projektionsobjektiv 20 in den
Behälter 34 eingetaucht
ist. An die Justagegenauigkeit des Projektionsobjektivs 20 werden
jedoch derart hohe Anforderungen gestellt, daß ein Verkippen des Projektionsobjektivs 20 eine
vollständige
Neujustierung nach sich ziehen würde.
Dies ist aus Kosten- und Zeitgründen
nicht praktikabel.
-
Im
folgenden werden verschiedene Lösungsmöglichkeiten
beschrieben, wie sich der Einschluß von Luft unterhalb einer
konkav gekrümmten Fläche beim
Befüllen
mit einer Flüssigkeit
vermeiden läßt.
-
1. Verkippbares
Modul
-
In
der 3 ist in einem schematischen axialen Schnitt ein
Modul 50 gezeigt, das eine unabhängige bauliche Einheit bildet
und sich als Ganzes mit den übrigen
Teilen des Projektionsobjektivs 20 verbinden läßt. Das
Modul 50 umfaßt
die bildseitig letzte Linse L3, eine die Linse L3 aufnehmende ringförmige Fassung 52,
einen Zwischenring 54 sowie ein Verschlußelement 56.
Das Verschlußelement 56 enthält eine
Hülse 66,
in die mittig eine planparallele Glasplatte 57 eingesetzt
ist.
-
Die
Linse L3, die Fassung 52, der Zwischenring 54 und
das Verschlußelement 56 umschließen einen
Hohlraum 42',
der zur Aufnahme der Immersionsflüssigkeit vorgesehen ist. Zur
Abdichtung des Hohlraums 42' sind
Dichtungselemente 58, 60 vorgesehen, die zwischen
der Fassung 52 und dem Zwischenring 54 bzw. dem
Zwischenring 54 und dem Verschlußelement 56 verlaufen.
Die Fassung 52 ist mit dem Zwischenring 54 mit
Hilfe von Schrauben 62, 64 verbunden.
-
Die
Verbindung des Verschlußelements 56 mit
dem Zwischenring 54 ist so ausgeführt, daß sie entweder mit Hilfe eines
Aktuators, z.B. einem hydromechanischen, elektrischen oder magnetischen Schalters,
oder aber von der Seite her gelöst
werden kann. In der 3 ist die Verbindung zwischen
dem Verschlußelement 56 und
dem Zwischenring 54 durch Verbindungszapfen 64 angedeutet,
die durch Bohrungen in der Hülse 66 in
den Zwischenring 54 eingeführt werden können. Im
einfachsten Fall lassen sich die Verbindungszapfen 64 mit
einem geeigneten Werkzeug von der Seite her herausziehen, wodurch
die Verbindung zwischen dem Zwischenring 54 und dem Verschlußelement 56 gelöst wird.
Soll die Verbindung mit Hilfe eines Aktuators gelöst werden, so
kann ein solcher beispielsweise auf die Verbindungszapfen 64 in
an sich bekannter Weise einwirken.
-
In
dem Zwischenring 54 sind ein erster Kanal 68 mit
einem ersten Absperrventil 70 und gegenüberliegend ein zweiter Kanal 72 mit
einem zweiten Absperrventil derart aufgenommen, daß sich die
beiden zum Hohlraum 42' weisenden
Mündungen
der Kanäle 68, 72 etwa
diametral einander gegenüberliegen. Prinzipiell
sind aber auch andere Anordnungen der Kanäle 68, 72 denkbar.
Im Prinzip ist es sogar möglich,
beide Kanäle 68, 72 unmittelbar
benachbart in den Hohlraum 42' münden zu lassen.
-
Im
folgenden wird mit Bezug auf die 4 bis 8 die
Funktion des Moduls 50 erläutert:
Das Modul 50 wird
zunächst
vollständig
montiert und justiert, so daß der
Hohlraum 42' nur über den
ersten und den zweiten Kanal 68 bzw. 72 zugänglich ist.
-
Das
gesamte Modul 50 wird nun etwa um 90° verkippt und damit in eine
Position gebracht, in der die Mündung
des zweiten Kanals 72 zumindest annähernd an der höchsten Stelle
des Hohlraums 42' liegt, wie
dies in der 4 gezeigt ist. In dieser Position wird
der erste Kanal 68 mit einem Reservoir für die Immersionsflüssigkeit 34 verbunden.
-
Sodann
werden die beiden Absperrventile 70, 74 geöffnet. Mit
Hilfe einer in der 4 nicht dargestellten Pumpe
wird die Immersionsflüssigkeit 34 aus
dem Reservoir von unten über
den ersten Kanal 68 in den Hohlraum 42' gepumpt. Die
während
des Pumpvorgangs in dem Hohlraum 42' hochsteigende Immersionsflüssigkeit 34 verdrängt dabei
die sich oberhalb der Immersionsflüssigkeit 34 befindende Luft.
Infolge der annähernd
vertikalen Anordnung kann die sich oben sammelnde Luft über den
zweiten Kanal 72 nach außen entweichen.
-
Die
Befüllung
des Hohlraums 42' mit
Immersionsflüssigkeit 34 wird
so lange fortgesetzt, bis die Immersionsflüssigkeit 34 in dem
zweiten Kanal 72 hochsteigt und nach Passieren des zweiten
Absperrventils 74 am Ende des zweiten Kanals 72 austritt. Dies
kann z.B. unter Verwendung eines geeigneten Detektors erfaßt werden.
Die beiden Absperrventile 70, 74 werden nun geschlossen.
Der gesamte Hohlraum 42' einschließlich der
Kanalabschnitte bis zu den Absperrventilen 70, 74 ist
nun blasenfrei mit der Immersionsflüssigkeit 34 gefüllt.
-
Das
gesamte Modul 50 wird nun wieder zurück in seine ursprüngliche
horizontale Lage gekippt, wie dies durch ei nen Pfeil 76 in
der 4 angedeutet ist. In dieser horizontalen Lage
wird das Modul 50 mit dem befüllten Hohlraum 42' an einem Anschlußteil 77 am
unteren Ende des Projektionsobjektivs 20 befestigt und
justiert. In der schematischen Darstellung der 5 ist
die Befestigung durch Verschraubungen 79, 81 angedeutet.
Da das Verschlußelement 56 die
transparente Platte 57 enthält, ist eine Justierung des
Moduls 50 gegenüber
den übrigen
Teilen des Projektionsobjektivs 20 mit Hilfe optischer
Meßinstrumente
möglich.
-
Vor
der Inbetriebnahme der Projektionsbelichtungsanlage 10 wird
nun der Zwischenraum zwischen dem Modul 50 und der lichtempfindlichen Schicht
oder einem Verfahrtisch mit der Immersionsflüssigkeit 34 aufgefüllt. Die
Immersionsflüssigkeit 34 sollte
dabei in den Behälter 32 so
hoch eingefüllt
werden, daß die
Immersionsflüssigkeit 34 über die
Unterkante des Zwischenrings hinausreicht, wie dies in der 5 erkennbar
ist.
-
In
einem nächsten
Schritt wird nun das Verschlußelement 56 von
dem Zwischenring 54 manuell oder mit Hilfe eines evtl.
vorgesehenen Aktuators gelöst.
Das Verschlußelement 56 sinkt
aufgrund seiner höheren
Dichte in der umgebenden Immersionsflüssigkeit 34 herab
und kann aus dem Zwischenraum zwischen dem Projektionsobjektiv 20 und
dem Verfahrtisch seitlich herausgeschoben werden. In der 6 ist
dies durch einen Pfeil 78 angedeutet.
-
Bei
einem Entfernen des Verschlußelements 56 möchte zwar
die Flüssigkeit 34 in
dem Hohlraum 42' nach
unten herausfließen,
um auf diese Weise eine gleichmäßige Füllhöhe zu erreichen.
Ein Herausfließen
wird jedoch dadurch verhindert, daß in den Hohlraum 42' keine Luft
eindringen kann, welche abfließende
Immersionsflüssigkeit 34 ersetzen
könnte.
Der Hohlraum 42' bleibt
deswegen vollständig
mit der Immersionsflüssigkeit 34 gefüllt, solange
die beiden Absperrventile 70, 74 geschlossen bleiben.
-
Bei
dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist angenommen, daß das
Projektionsobjektiv 20 in einen mit der Immersionsflüssigkeit 34 gefüllten Behälter 32 eintaucht.
Für den
Immersionsbetrieb genügt
es allerdings, wenn lediglich der schmale Zwischenraum zwischen
der bildseitig letzten Linse L3 und der lichtempfindlichen Linse
L3 und der lichtempfindlichen Schicht 26 mit Immersionsflüssigkeit 34 ausgefüllt ist.
Ist dies gewünscht,
so kann, ausgehend von dem in der 6 gezeigten
Zustand, die umgebende Immersionsflüssigkeit 34 abgeführt werden,
wodurch man den in der 7 gezeigten Zustand erreicht.
Ein vollständiges
Abfließen
der Immersionsflüssigkeit 34 aus
dem Hohlraum 42 wird auch hier dadurch verhindert, daß von oben
keine Luft nachströmen
kann.
-
Die
Projektionsbelichtungsanlage 10 kann nun den Projektionsbetrieb
aufnehmen.
-
Die 8 zeigt
die anhand der 5 bis 7 erläuterten
Schritte nochmals in einer Übersichtsdarstellung,
in welcher der Einfachheit halber ein einziger Verfahrtisch 80 für alle Verfahrensschritte
gezeigt ist.
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Ganz
links in der 8 ist das mit dem Anschlußteil 77 verschraubte
Modul 50 gezeigt, dessen Hohlraum 42' mit der Immersionsflüssigkeit 34 gefüllt ist.
In diesem Stadium ist angenommen, daß der Verfahrtisch 80 abgesenkt
ist, um einen Kontakt mit dem Verschlußelement 56 zu vermeiden.
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In
der zweiten Teildarstellung von links ist der Zustand gezeigt, nachdem
der Verfahrtisch 80 angehoben und der Zwischenraum zwischen
dem Verfahrtisch 80 und dem Projektionsobjektiv 20 mit
Immersionsflüssigkeit 34 aufgefüllt wurde.
Der Verfahrtisch 80 ist mit einer Ausnehmung 82 versehen,
die zur Aufnahme des Verschlußelements 56 dient.
-
In
der sich rechts daran anschließenden
Teildarstellung ist der Zustand gezeigt, nachdem das Verschlußelement 56 von
dem Zwischenring 54 gelöst
wurde und in der Immersionsflüssigkeit 34 in
die Ausnehmung 82 sinkt.
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Der
Verfahrtisch 80 wird nun seitlich verfahren, wodurch die
Ausdehnung 82 mit dem darin aufgenommen Verschlußelement 56 seitlich
aus dem Arbeitsbereich des Projektionsobjektivs 20 herausgefahren
wird. Der Verfahrtisch 80 wird nun weiter so verfahren,
daß der
Träger 30 mit
der darauf aufgebrachten lichtempfindlichen Schicht 26 in
den Arbeitsbereich des Projektionsobjektivs 20 gelangt. Dieser
Zustand ist in der 8 ganz rechts dargestellt.
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Das
Prinzip, das vorstehend anhand des in den 3 bis 8 gezeigten
Ausführungsbeispiels erläutert wurde,
läßt sich
auch auf den Fall übertragen,
daß die
konkav gekrümmte
Fläche,
welche in Kontakt mit einer Flüssigkeit
steht, nicht die letzte Fläche
des optischen Systems ist. Ausführungsbeispiele
hierfür
werden im folgenden mit Bezug auf die 9 bis 14 erläutert:
Die 9 zeigt
in einer der 3 entsprechenden Darstellung
ein Modul 150, das eine erste Meniskuslinse L103 mit einer
konkaven Fläche
S und eine zweite Meniskuslinse L104 enthält. Das Modul 150 wird
so in das Beleuchtungssystem 10 oder das Projektionsobjektiv 20 eingebaut,
das die konkave Fläche
S nach oben gewölbt
ist.
-
Die
erste Linse L103 ist in einer Fassung 152 aufgenommen,
die über
einen Zwischenring 154 mit einer zweiten Fassung 166 für die zweite
Linse L104 verbunden ist. Als gemeinsame Verbindungselemente für die Fassungen 152, 166 und
den Zwischenring 154 sind in der 9 Schrauben 162, 164 angedeutet.
Die Linsen L103, L104, das Zwischenelement 154 sowie die
beiden Fassungen 152 und 166 umschließen einen
Hohlraum 142, der zur Aufnahme einer Flüssigkeit vorgesehen ist. Der
Hohlraum ist zu diesem Zweck mit Dichtungselementen 158, 160 abgedichtet.
In den Zwischenring 154 sind ein erster Kanal 168 mit
einem ersten Absperrventil 170 und gegenüberliegend
ein zweiter Kanal 172 mit einem zweiten Absperrventil 174 aufgenommen.
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Von
dem in der 3 gezeigten Modul 50 unterscheidet
sich das Modul 150 somit im wesentlichen dadurch, daß das mit
dem Zwischenring 54 lösbar
verbundene Verschlußelement 56 ersetzt
ist durch die in der Fassung 166 aufgenommene Linse L104.
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Um
den Hohlraum 142 mit einer Flüssigkeit zu befüllen, wird
das Modul 150 in eine vertikale Lage verkippt, wie dies
in der 10 gezeigt ist. Die Befüllung mit
der Flüssigkeit
erfolgt auch hier vorzugsweise so, daß beide Absperrventile 170, 174 geöffnet werden
und von unten eine Flüssigkeit 134 in
den Hohlraum 142 gepumpt wird. Die sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
befindende Luft entweicht dann über
den zweiten Kanal 172.
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Nach
erfolgter Befüllung
wird das Modul 150 wieder in die in der 9 gezeigte
horizontale Lage verkippt, wie dies in der 10 mit
einem Pfeil 176 angedeutet ist. Das derart befüllte Modul 150 wird nun
in das optische System in an sich bekannter Weise eingebaut und
dort justiert. Der Einbauzustand des Moduls 150 ist in
der 11 gezeigt. Schraubverbindungen 197, 181 deuten
eine ju stierbare Verbindung des Moduls 150 mit angrenzenden
Teilen 177a, 177b des optischen Systems an.
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Bei
der Linse L104, welche im Einbauzustand den Hohlraum 142 nach
unten begrenzt, kann es sich auch um eine brechkraftfreie plan-parallele Platte
L104' handeln, wie
dies in der 12 gezeigt ist. Eine solche
plan-parallele Platte L104' wird
häufig als
letztes optisches Element eines Immersionsobjektivs verwendet. Die
Platte L104' grenzt
somit sowohl an die Flüssigkeit
in dem Hohlraum 142' als auch
an die Immersionsflüssigkeit 34 an.
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An
die Platte L104' kann
sich eine austauschbare Abschlußplatte
TP anschließen,
wie dies in der 13 gezeigt ist. Eine solche
Abschlußplatte TP
ist insbesondere dann günstig,
wenn die Immersionsflüssigkeit 34 chemisch
so aggressiv ist, daß sie die
Oberflächen
optischer Elemente angreift. Da ein Austausch der Platte L104', wie sie in der 12 gezeigt
ist, einen Ausbau des gesamten Moduls 150 erfordern würde, ist
es im allgemeinen einfacher, an die Platte L104' die Abschlußplatte TP anzusprengen oder
in sonstiger Weise zu befestigen. Die Abschlußplatte TP kann dann vergleichsweise
einfach ausgetauscht werden, sobald sie erste Degradationserscheinungen
in Folge des Kontakts mit der Immersionsflüssigkeit 34 zeigt.
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In
der 14 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei
dem die Abschlußplatte
TP nicht unmittelbar an die plan parallele Platte L104' angrenzt, sondern
von dieser durch einen ebenfalls flüssigkeitsgefüllten Zwischenraum 142'' getrennt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist das Modul 150' somit
erweitert durch die Abschlußplatte
TP sowie einen Zwischenring 154'',
der die Abschlußplatte
TP von der Platte L104' beabstandet
und den zweiten Hohlraum 142'' seitlich begrenzt.
Vor dem Einbau in das Projektionsobjektivs 20 kann das
gesamte Modul 150 in der vorstehend beschriebenen Weise
in eine vertikale Position überführt werden,
in der sich die beiden Hohlräume 142', 142'' befüllen lassen, ohne daß es zu
einem Lufteinschluß kommt.
Da der zweite Hohlraum 142'' allerdings
nach oben nicht durch eine konkave Fläche begrenzt ist, könnte er
auch in der in der 14 gezeigten horizontalen Position
befällt
werden, sofern ein zur Entlüftung
vorgesehener Kanal unmittelbar an der Unterkante der Platte L104' angrenzt.
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2. Verdrängungselement
-
Die 15 zeigt
in einer an die 8 angelehnten Darstellung ein
weiteres Ausführungsbeispiel gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung.
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Links
in der 15 ist der objektseitige Abschnitt
eines Immersionsobjektivs 220 gezeigt, das im Prinzip wie
das in der 1 gezeigte Immersionsobjektiv 20 aufgebaut
ist. Eine bildseitig letzte Linse L203 hat bildseitig eine konkave
Fläche
S, die gemeinsam mit einer Lin senfassung 252 und einem Verfahrtisch 280 einen
Hohlraum 242 begrenzt. Der Hohlraum 242 soll während des
Betriebs des Projektionsobjektivs 220 mit einer Immersionsflüssigkeit gefüllt sein.
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In
dem Verfahrtisch 280 ist eine Druckkammer 288 aufgenommen,
die über
einen Druckkanal 290 mit einer in der 15 nicht
gezeigten Druckpumpe verbunden ist. Zum Projektionsobjektiv 220 hin
ist die Druckkammer 288 dicht von einer deformierbaren
Membran 292 verschlossen.
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Bei
Betätigung
der Druckpumpe wird in der Druckkammer 288 ein Überdruck
aufgebaut. In der 15 ist die Zufuhr von Gas in
die Druckkammer 288 in der zweiten Teildarstellung von
links mit einem Pfeil 294 angedeutet. Die Membran 292 verformt
sich infolge des in der Druckkammer 288 herrschenden Überdrucks
derart, daß sie
sich praktisch fugenlos an die Fläche S der bildseitig letzten
Linse L203 anlegt. In dem Hohlraum 242 enthaltene Luft
wird auf diese Weise durch die Membran 192 verdrängt. Die
verdrängte
Luft entweicht über
den umlaufenden Spalt zwischen der Linsenfassung 252 und
der Membran 292. Alternativ hierzu kann auch ein in der
Linsenfassung 252 enthaltener Kanal geöffnet werden, um Luft über den
Kanal entweichen zu lassen. Bei dem in der 15 gezeigten
Ausführungsbeispiel
sind ein erster Kanal 268 und ein zweiter Kanal 272 vorgesehen, die
beide zu diesem Zweck verwendet werden können.
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Unter
Druck wird nun über
einen oder beide Kanäle 268, 272 Immersionsflüssigkeit über den
ersten Kanal 268 in den schmalen Spalt zwischen der Linsenfassung 252 und
der Membran 292 gepumpt. Der zweite Kanal 272 ist
gleichzeitig geöffnet.
Strömt über den
ersten Kanal 268 Immersionsflüssigkeit ein, so verdrängt diese
noch auf der Höhe
der Kanalmündung
vorhandene Luftreste, die über
den zweiten Kanal 272 entweichen können. Der Überdruck in der Druckkammer 288 wird
nun nach und nach abgebaut, so daß die über den ersten Kanal 268 einströmende Immersionsflüssigkeit
die Membran 292 wieder zurückdrängt, bis sie etwa eine Lage
erreicht, wie sie in der 15 in
der dritten Teildarstellung von links gezeigt ist. Der gesamte Hohlraum 242 ist
nun mit der Immersionsflüssigkeit 34 aufgefüllt.
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Der
Verfahrtisch 280 wird nun seitlich verfahren, so daß die Druckkammer 288 mit
der darüberliegenden
Membran 292 gegen den Träger 30 für die lichtempfindliche
Schicht 26 ausgetauscht wird. Die Projektionsbelichtungsanlage
ist nun für
den Projektionsbetrieb bereit.
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Die 16 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
das ebenfalls von dem Prinzip des Verdrängungselements Gebrauch macht.
Es unterscheidet sich von dem in der 15 gezeigten
Ausführungsbeispiel
vor allem dadurch, daß die
mittels Überdruck verformbare
Membran 292 durch einen festen Verdrängungskörper K ersetzt ist. Der Verdrängungskörper K hat
eine der Linse L203 zugewandte konvexe Fläche 292', die im wesentlichen komplementär zu der
konkav gekrümmten
Fläche
S der Linse L203 ausgebildet ist. Mit Hilfe eines durch einen Federtrieb 288' angedeuteten
Aktuators kann der Verdrängungskörper K in
vertikaler Richtung verfahren werden, wie dies in der 16 durch
einen Doppelpfeil 296 angedeutet ist.
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Die
Befüllung
des Hohlraums 242 unterhalb der Linse L203 erfolgt in der
gleichen Weise, wie dies vorstehend mit Bezug auf das in der 15 gezeigte Ausführungsbeispiel
erläutert
wurde:
Zunächst
wird der Verdrängungskörper K mit
Hilfe des Aktuators 288' aus
dem Verfahrtisch 280 so weit herausgefahren, daß die konvexe
Fläche 292' unmittelbar
an der konkaven Fläche
S der Linse L203 anliegt. Dieser Zustand ist in der 16 in
der zweiten Teildarstellung von links gezeigt. Während des Hochfahrens des Verdrängungskörpers K
wird die sich in dem Hohlraum 242 befindende Luft verdrängt, wie dies
weiter oben näher
beschrieben wurde.
-
Nun
wird unter Druck Immersionsflüssigkeit 34 über den
ersten Kanal 268 eingeleitet. Eventuell noch vorhandene
Restluft wird dabei verdrängt
und über
den zweiten Kanal 272 ausgeleitet. Der Verdrängungskörper K wird
nun entweder unter aktiver Verwendung des Aktuators 288' oder allein
aufgrund der unter Druck einströmenden
Immersionsflüssigkeit
wieder in seine ursprüngliche
untere Verfahr position bewegt, wie dies in der dritten Teildarstellung
der 16 gezeigt ist. Anschließend wird der Verfahrtisch 280' seitlich verfahren,
wodurch der Träger 30 für die lichtempfindliche
Schicht 26 in Kontakt mit der Immersionsflüssigkeit 34 gebracht
wird.
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Zur
vollständigen
Verdrängung
von Luft, die sich unterhalb der konkav gekrümmten Fläche S befindet, muß der Verdrängungskörper K die
Fläche
S nicht berühren.
Dies ist insofern von Bedeutung, als die konkav gekrümmte Fläche S hochpräzise gefertigt
ist, so daß bei
einer Berührung
mit dem Verdrängungskörper K Beschädigungen
auftreten könnten.
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In
der 17 sind die Verhältnisse gezeigt, die zwischen
der letzten Linse L203 und dem Verdrängungskörper K herrschen, wenn von
der Seite her Immersionsflüssigkeit 34 eingeführt wird,
ohne daß sich
die beiden einander gegenüberstehenden Flächen S und 292' der Linse L203
bzw. des Verdrängungskörpers K
berühren.
Wird ausgehend von dem in der 17 gezeigten
Befüllstadium
weiter Immersionsflüssigkeit 34 zugeführt, so
führen
die Kapillarkräfte
zwischen der Immersionsflüssigkeit 34 und den
angrenzenden Flächen
S, 292' dazu,
daß die
Immersionsflüssigkeit 34 in
den zwischen den Flächen S, 292' verbleibenden
Spalt hinein angezogen wird und die dort vorhandene Restluft trotz
deren Auftriebskraft verdrängt.
Die Restluft kann dann z.B. über
den zweiten Kanal 272 (siehe 16) aus
dem Hohlraum 242 abgeführt
werden. Vor dem Zurückfahren
des Verdrängungskörpers K
ist auf diese Weise der gesamte Spalt zwischen den beiden Flächen S und 292' mit der Immersionsflüssigkeit 34 ausgefüllt, wie
dies in der 18 gezeigt ist.
-
Die 19 bis 21 zeigen
in sehr stark schematisierten Schnittdarstellungen eine Variante des
in der 16 gezeigten Ausführungsbeispiels, bei
der die Zuleitungen der Immersionsflüssigkeit 34 nicht über Kanäle in der
Linsenfassung 252, sondern über einen in einem Verdrängungskörper K' enthaltenden Kanal 268' erfolgt. Zunächst befindet
sich der Verdrängungskörper K' in einer unteren
Verfahrposition, in der der Verdrängungskörper gegenüber der Linse L203 ausgerichtet
wird. Dieser Zustand ist in der 19 gezeigt.
-
Nun
wird der Verdrängungskörper in
eine obere Verfahrposition gebracht, wie sie in der 20 gezeigt
ist. Dabei verdrängt
Immersionsflüssigkeit, die
mit Überdruck über den
Kanal 268' in
den Zwischenraum zwischen der Linse L203 und dem Verdrängungskörper K' geleitet wird, vom
Scheitelpunkt der Fläche
S ausgehend noch vorhandene Restluft.
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Anders
als bei dem in der 16 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Zwischenraum 242 nach dem Befüllen durch eine Verschlußplatte 298 verschließbar. Die
Verschlußplatte 298 wird
zu diesem Zweck von der Seite her unter die Linse L203 verfahren,
nachdem der Verdrängungs körper K' nach dem Befüllen wieder
in die untere Verfahrposition überführt worden
ist. Der Verschluß des
Hohlraums 242 mit der Verschlußplatte 298 erlaubt
es, die umgebende Flüssigkeit
vollständig
abzulassen und ggf. auch einen Transport des Immersionsobjektivs 220 durchzuführen.
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Die 22 bis 25 zeigen
für ein
weiteres Ausführungsbeispiel
unterschiedliche Verfahrensschritte, wie ein Hohlraum 342 zwischen
zwei Linsen L303, L304 mit Hilfe einer verformbaren Membran 392 mit
einer Flüssigkeit 334 befällt werden kann,
ohne daß sich
unter einer konkaven Fläche 5 der
Linse L303 eine Luftblase bildet.
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Die
Membran 392 ist zu diesem Zweck an einem Zwischenring 354 befestigt
und unterteilt den Hohlraum 342 auf diese Weise in einen
oberen Hohlraum 342a und einen unteren Hohlraum 342b.
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Über einen
ersten Kanal 368 in einer Fassung 366 der unteren
Linse L304 wird nun zunächst Flüssigkeit 334 in
den unteren Hohlraum 342b geleitet, bis dieser vollständig aufgefüllt ist.
Die Membran 392 ist für
Luft durchlässig,
so daß beim
Befüllen
verdrängte
Luft aus dem unteren Hohlraum 342b die Membran 392 durchtreten
und über
einen zweiten Kanal 372 aus dem oberen Hohlraum 342a austreten kann.
-
Wenn
der untere Hohlraum 342b mit der Flüssigkeit 334 befällt ist,
wie dies in der 22 gezeigt ist, so wird weiter
unter Druck Flüssigkeit 334 über den
ersten Kanal 368 eingeleitet. Aufgrund des Überdrucks
in dem unteren Hohlraum 342b deformiert sich die Membran 392 und
verdrängt
dabei die Luft im oberen Hohlraum 342a, die über den
zweiten Kanal 372 entweicht. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt,
bis die Membran 392 die konkave Fläche S der Linse 303 berührt, wie
dies in der 23 dargestellt ist.
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In
einem nächsten
Schritt wird über
einen dritten Kanal 368',
der in einer Linsenfassung 352 der Linse L303 aufgenommen
ist, weitere Flüssigkeit 334 in
einen ringförmigen
Raum 398 eingeleitet, der zwischen der nunmehr konkav gewölbten Membran 392, der
Linse L303, dem Zwischenring 354 und der Linsenfassung 352 verbleibt.
Beim Befüllen
des ringförmigen
Kanals 398 verdrängt
die Flüssigkeit 334 die Luft
aus dem Ringkanal 398, die über den zweiten Kanal 372 austreten
kann (siehe 24). Sobald Flüssigkeit
in den zweiten Kanal 372 eindringt, wird über den
dritten Kanal 368' eine
Flüssigkeit
eingeleitet, welche die Membran 392 so chemisch angreift, daß sie sich
in der Flüssigkeit
auflöst
und mit ihr über den
zweiten Kanal 372 aus dem nun nicht mehr unterteilten Hohlraum 342 fortgespült werden
kann. Die zum Zersetzen der Membran 392 verwendete Flüssigkeit
kann nun wieder durch eine andere Flüssigkeit ersetzt werden, die
während
des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage zwischen den beiden Linsen
L303 und L304 verbleiben soll (vg. 25).
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3. Aufrichtbarer
Kanal
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Die 26 und 27 zeigen
ein Ausführungsbeispiel
gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung, bei dem während der Befüllung eines
Hohlraums mit einer Flüssigkeit
die Mündung
eines Kanals unmittelbar unter dem Scheitelpunkt der konkav gekrümmten Fläche gebracht
wird.
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Eine
erste Linse L403, die eine konkav gekrümmte Fläche S hat, umschließt zusammen
mit einer zweiten Linse L404 sowie einem Zwischenring 454 einen
Hohlraum 442, der mit einer Flüssigkeit 434 gefüllt werden
soll. Der Fassungsring 454 enthält einen ersten Kanal 468 und
einen zweiten Kanal 472, die beide in den Hohlraum 442 münden. Der
zweite Kanal 472 ist in zwei Abschnitte 472a, 472b unterteilt, die über ein
Gelenk 473 miteinander verbunden sind. Über einen in der 26 nicht
näher dargestellten Betätigungsmechanismus
läßt sich
der zweite Abschnitt 472b aufrichten, wie dies in der 26 durch einen
Pfeil 475 angedeutet ist. Wie in der 27 erkennbar
ist, befindet sich im aufgerichteten Zustand sich die Mündung 477 des
zweiten Abschnitts 472b unmittelbar unterhalb des Scheitelpunkts
V der Fläche
S.
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Wird
nun über
den ersten Kanal 468 eine Flüssigkeit 434 in den
Hohlraum 442 eingefüllt,
so verdrängt
diese die unterhalb der Fläche
S vorhandene Luft. Diese kann jedoch über die sich unterhalb des
Scheitelpunktes V befindende Mündung 477 des aufgerichteten
Abschnitts 472b nach außen entweichen. Sobald der
Hohlraum 442 vollständig
mit der Flüssigkeit 434 gefüllt ist,
wird der aufgerichtete Abschnitt 472b mit Hilfe des Betätigungsmechanismus wieder
in seine horizontale Lage gebracht, wie sie in 26 gezeigt
ist. Nun kann der gesamte zweite Kanal 472 aus einer Bohrung
in dem Zwischenring 454 so weit herausgezogen werden, daß der vordere
aufrichtbare Abschnitt 472b nicht mehr im Strahlengang des
Lichts liegt. Während
des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage kann der zweite Kanal 472 mit einer
Aufbereitungseinheit verbunden werden, so daß die Flüssigkeit 434 fortwährend umgewälzt und dabei
gereinigt und temperiert werden kann.
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Die 28 und 29 zeigen
in einer den 26 und 27 entsprechenden
Darstellung eine Variante, bei der die Positionierung der Mündung eines
der Entlüftung
dienenden Kanals nicht durch Aufrichten eines Abschnitts an einem
Gelenk erzielt wird. Statt dessen ist ein solcher, in der Figur
mit 472' bezeichneter
Kanal gekrümmt
und in einer ebenfalls gekrümmten
Führung
in dem Zwischenring 454 gehalten. Wird der Kanal 472' nun in Richtung
des Pfeils 479 in den Hohlraum 442 eingeführt, so
kann eine Mündung 477' des Kanals 472' bis unmittelbar
unterhalb des Scheitelpunkts V der Linse L403 gebracht werden. Ansonsten
entspricht das in den 28 und 29 gezeigte
Ausfüh rungsbeispiel
in der Funktion dem in den 26 und 27 gezeigten
Ausführungsbeispiel.
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In
Abwandlung der in den 26 bis 29 gezeigten
Ausführungsbeispiele
kann der Kanal auch ein Material enthalten, das ein Formgedächtnis hat.
Darunter versteht man Materialien, die bei Temperaturveränderung
ihre Form in definierte Weise verändern. In Betracht kommt hierbei
insbesondere, den Kanal gerade in den Hohlraum einzuführen und dann
durch Temperaturveränderung
den Kanal so zu verbiegen, daß seine
Mündung
bis unmittelbar unterhalb des Scheitelpunkts der konkav gekrümmten Linse
wandert.
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4. Kanal in
Linse
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Die 30 bis 32 weitere
zeigen Ausführungsbeispiele
gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung, bei dem in der Linse, welche die nach oben
konkav gekrümmte
Fläche
S enthält,
ein der Entlüftung
dienender Kanal vorgesehen ist.
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Bei
dem in der 30 gezeigten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich ein Entlüftungskanal 572 entlang
der Symmetrieachse einer Linse L503. Wird über einen Kanal 568 von
unten Immersionsflüssigkeit 534 in
den Hohlraum 542 unterhalb der Fläche 5 eingefüllt, so
kann die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
vorhandene Luft über
den Entlüftungskanal 572 in
der Linse L503 entweichen. Diese Ausgestaltung kommt insbesondere
dann in Betracht, wenn auf grund der Besonderheiten des Strahlengangs
keine oder allenfalls sehr wenige Lichtstrahlen die Linse L503 im
Bereich des Entlüftungskanals 572 durchtreten.
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Bei
dem in der 31 gezeigten Ausführungsbeispiel
mündet
der hier mit 572' bezeichnete Entlüftungskanal
zwar unmittelbar am Scheitelpunkt V der konkav gekrümmten Fläche S, jedoch
ist der Entlüftungskanal 572' so ausgebildet,
daß er
an seinem gegenüberliegenden
Ende am Umfang einer Linse L503' austritt.
Ein seitlicher Austritt ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn Luft
nicht in den Bereich oberhalb der Linse L503 gelangen darf.
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In
der 32 ist eine Variante gezeigt, bei der, ähnlich wie
in der in der 30 gezeigten Linse L503, ein
mit 572'' bezeichneter
Entlüftungskanal entlang
der Symmetrieachse einer Linse L503'' verläuft. Der
Kanal 572'' dient hier
jedoch nicht nur zur Entlüftung,
sondern auch zum Füllen
des Hohlraums 542 und ist deswegen außerhalb der Linse L503'' als Rohrleitung weitergeführt. Die über den
Kanal 572'' eingeführte Immersionsflüssigkeit 534 tritt
am Scheitelpunkt V der Fläche
S aus und benetzt diese zunächst.
Die Immersionsflüssigkeit 534 wird
dabei jedoch nur langsam eingelassen, damit unterhalb der Fläche S vorhandene
Luft gleichzeitig über
den Kanal 572'' austreten kann.