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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung der Relativposition
von Körpern
eines optischen Projektionssystems, insbesondere optischen Elementen,
zu einer Referenz sowie optische Projektionssysteme, bei denen die
Relativposition von Körpern,
insbesondere optischen Elementen, zu einer Referenz über eine
entsprechende Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird. Die
Erfindung lässt
sich insbesondere im Zusammenhang mit der bei der Herstellung mikroelektronischer
Schaltkreise verwendeten Mikrolithographie einsetzen.
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Insbesondere
im Bereich der Mikrolithographie ist es neben der möglichst
hohen Fertigungsgenauigkeit der verwendeten optischen Elemente (wie
Linsen, Spiegel, Gitter etc.) erforderlich, diese optischen Elemente
oder sie tragende Komponenten möglichst
exakt im Raum zu positionieren. Dabei genügt es in der Regel nicht, diese
exakte Positionierung einmalig vorzunehmen, da beispielsweise die thermische
Ausdehnung einzelner Komponenten im Betrieb die Position und Lage
der Komponenten verändert.
Dem kann zwar durch Verwendung entsprechender Materialien mit besonderes
geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bis zu einem gewissen
Grad entgegengewirkt werden. Diese Materialien sind jedoch in der
Regel sehr teuer in ihrer Herstellung und Verarbeitung, was gegen
ihren umfassenden Einsatz spricht. Zudem kommt die thermische Ausdehnung
bei entsprechend großen
Abmessungen bzw. hohen Temperaturunterschieden auch hier wieder
zum Tragen.
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Daher
müssen
zumindest einzelne der Komponenten des Projektionssystems in der
Regel kontinuierlich auch während
des Betriebs justiert werden, um eine entsprechend hohe Abbildungsqualität zu erzielen.
Die hierbei bestehenden hohen Genauigkeitsanforderungen, die häufig in
der Größenordnung weniger
Nanometer oder darunter liegen, sind dabei nicht zuletzt eine Folge
des ständigen
Bedarfs, die Auflösung
der bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise verwendeten
optischen Systeme zu erhöhen,
um die Miniaturisierung der herzustellenden mikroelektronischen
Schaltkreise voranzutreiben.
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Um
die besagten Komponenten mit der geforderten Genauigkeit positionieren
zu können,
ist es erforderlich, ihre aktuelle Position und Ausrichtung mit
entsprechender Genauigkeit zu erfassen. In der Regel ist bei solchen
optische Projektionssystemen daher eine Positionsbestimmungseinrichtung
vorhanden, welche die aktuelle Position und Ausrichtung der zu positionierenden
Komponenten bezüglich
einer bestimmten Referenz, beispielsweise eines Referenzkörpers oder
-punktes, mit entsprechender Genauigkeit erfasst.
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Häufig werden
hierbei so genannte Interferometerstrecken, z. B. so genannte Michelson-Morley Strecken oder
mit teilkohärentem
Licht arbeitende Sensoren eingesetzt, die über Messlichtbündel, die von
der zu positionierenden Komponente reflektiert werden, in bekannter
Weise deren Position bestimmen.
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Die
Bestandteile der Interferometerstrecke, von denen eine die Referenz
bildet, bezüglich
derer die Position ermittelt wird, werden in der Regel im Bereich
der zu positionierenden Komponente angeordnet. Dies hat den Nachteil,
dass in der Regel nicht die Position der einen Komponente isoliert
zu jeweils einer separaten Referenz, sondern die Relativposition mehrerer
Komponenten untereinander von Interesse sind. Daher ist es in der
Regel erforderlich, auch die Relativposition der jeweiligen Referenzen
der Interferometerstrecken zu erfassen, um einen Rückschluss auf
die Relativposition der Komponenten untereinander ziehen zu können. Dies
erfordert in der Regel zusätzlichen
apparativen Aufwand.
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Zudem
ist es bei den bekannten Positionsbestimmungseinrichtungen erforderlich,
je zu erfassendem Freiheitsgrad der zu positionierenden Komponente,
eine gesonderte Interferometerstrecke vorzusehen. Ist also die Position
der Komponente in allen sechs Freiheitsgraden zu erfassen, müssen sechs Interferometerstrecken
vorgesehen werden, was mit erheblichem apparativem Aufwand und Platzaufwand
verbunden ist.
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KURZE
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Verfahren
zur Bestimmung der Relativposition von Körpern zu einer Referenz sowie optische
Projektionssysteme, bei denen die Relativposition von Körpern zu
einer Referenz über
eine entsprechende Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird,
zur Verfügung
zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest
in geringerem Maße
aufweisen und insbesondere auf einfache Weise jederzeit eine einfache
und zuverlässige
Positionsbestimmung ermöglichen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine
solche einfache und zuverlässige
Positionsbestimmung auch bei einem optischen Projektionssystem mit
hohen Genauigkeitsanforderungen, wie sie beispielsweise in der Mikrolithographie
bestehen, mit geringem apparativem Aufwand möglich ist, wenn wenigstens
ein Detektor verwendet wird, der mit einer einzigen Messung eine Auswertung
für mehrere
Freiheitsgrade ermöglicht. Dies
kann erreicht werden, indem das wenigstens eine erste Detektorsignal
des eines solchen Detektors wenigstens eine erste Information über die
Auftreffposition des ersten Teils des ersten Messlichtbündels auf
der ersten Detektoroberfläche
umfasst. Aus dieser ersten Information über die Auftreffposition des
ersten Teils des ersten Messlichtbündels lassen sich dann in einfacher
Weise Rückschlüsse über die
Position des Körpers
bezüglich
mehrerer Freiheitsgrade ziehen. So bewirken unterschiedliche Bewegungen
des Körpers
entlang unterschiedlicher Freiheitsgrade definierte Auslenkungen
bzw. Änderungen
der Auftreffposition, sodass aus der Änderung der Auftreffposition
im Rückschluss
aus einer einzigen Messung bzw. mit einem einzigen Detektor die
Positionsänderung
des Körpers
bestimmt werden kann.
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Ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur
Bestimmung der Relativposition eines ersten Körpers, insbesondere eines optischen
Elements, eines optischen Projektionssystems zu einer Referenz umfassend
einen ersten Schritt, in dem der erste Körper und die Referenz zur Verfügung gestellt
und im Raum positioniert werden, und einen zweiten Schritt, in dem
die Relativposition des ersten Körpers
zu der Referenz bestimmt wird. In dem zweiten Schritt wird dabei
wenigstens ein erstes Messlichtbündel
auf eine mit dem ersten Körper
verbundene erste Fläche
projiziert, wenigstens ein erster Teil des ersten Messlichtbündels auf
eine erste Detektoroberfläche
gelenkt und durch die erste Detektoroberfläche unter Generierung wenigstens
eines ersten Detektorsignals erfasst und die Relativposition des
ersten Körpers
zu der Referenz unter Verwendung des ersten Detektorsignals bestimmt.
Das wenigstens eine erste Detektorsignal umfasst dabei wenigstens
eine erste Information über
die Auftreffposition des ersten Teils des ersten Messlichtbündels auf der
ersten Detektoroberfläche.
Hierbei versteht es sich, dass zuvor eine entsprechende Kalibrierung
erfolgte, d.h. beispielsweise jeweils eine bestimmte Nulllage der
Körper
ermittelt bzw. festgelegt wurde, bezüglich derer die Erfassung dann
erfolgt.
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Bevorzugt
weist das erste Messlichtbündel zudem
eine definierte erste Bündelgeometrie und/oder
eine definierte erste Intensitätsverteilung auf,
da die Auswertung der von dem Detektor erfassten Bündelgeometrie
bzw. Intensitätsverteilung
dann Rückschlüsse auf
Bewegungen in weiteren Freiheitsgraden ermöglicht bzw. eine Plausibilitätskontrolle der
Ergebnisse aus den Messungen der Auftreffposition ermöglicht.
Dabei kommen bevorzugt nicht-rotationssymmetrische Geometrien bzw.
Intensitätsverteilungen
zum Einsatz, da diese auch eine Erfassung von rotatorischen Bewegungen
ermöglichen.
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Der
zumindest erste Teil des ersten Messlichtbündels kann sowohl über die
erste Fläche
auf die erste Detektoroberfläche
gelenkt werden als auch direkt auf die an dem ersten Körper angeordnete
erste Detektoroberfläche
treffen, die dann die erste Fläche
darstellt.
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Vorzugsweise
wird ein Teil des Nutzlichts (beispielsweise parasitäres Licht
im sichtbaren Bereich oder anderen Wellenlängenbereichen wie z. B. IR),
zu dessen Projektion das optische Projektionssystems verwendet wird,
für die
Erzeugung des ersten Messlichtbündels
genutzt.
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Für den Detektor
können
beliebige geeignete Detektorprinzipien verwendet werden, welche
eine entsprechende Positionsinformation liefern. Vorzugsweise ist
die erste Detektoroberfläche
von einem CCD-Chip oder wenigstens einer Lateral-Effekt-Diode, vorzugsweise
einer Mehrzahl von Lateral-Effekt-Dioden, ausgebildet.
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Bei
besonders vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt eine Mehrfachnutzung des ersten Messlichtbündels. So
wird erfindungsgemäß zur Bestimmung
der Relativposition eines zweiten Körpers, insbesondere eines optischen Elements,
des optischen Projektionssystems zu der Referenz in dem ersten Schritt
der zweite Körper
zur Verfügung
gestellt und im Raum positioniert und im dem zweiten Schritt die
Relativposition des zweiten Körpers
zu der Referenz bestimmt. Dabei wird in dem zweiten Schritt wenigstens
ein zweiter Teil des ersten Messlichtbündels auf eine zweite Detektoroberfläche gelenkt
und durch die zweite Detektoroberfläche unter Generierung wenigstens
eines zweiten Detektorsignals erfasst. Die Relativposition des zweiten
Körpers
zu der Referenz wird dann unter Verwendung des zweiten Detektorsignals
bestimmt.
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Der
zweite Teil des ersten Messlichtbündels wird bevorzugt über die
erste Fläche
auf die zweite Detektoroberfläche
gelenkt. Diese zweite Detektoroberfläche kann wiederum ebenfalls
direkt an dem zweiten Körper
angeordnet sein. Bevorzugt erfolgt eine Verkettung der Messungen
für die
beiden Körper.
Mit anderen Worten wird die Relativposition des zweiten Körpers zu
der Referenz bevorzugt unter Verwendung des zweiten Detektorsignals
und der ermittelten Relativposition des ersten Körpers zu der Referenz bestimmt.
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Das
zweite Detektorsignal umfasst bevorzugt ebenfalls wieder die oben
zum ersten Detektorsignal beschriebenen Informationen hinsichtlich
Auftreffposition, Auftreffgeometrie und/oder Intensitätsverteilung
des zweiten Teils des ersten Messlichtbündels auf der zweiten Detektoroberfläche. Ebenso
ist der zweite Detektor bevorzugt analog zu dem ersten Detektor
ausgebildet.
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Bei
besonders vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass sich das erste Messlichtbündel entlang seiner Ausbreitungsrichtung
definiert aufweitet. Dabei kann sowohl eine positive Aufweitung
als auch eine negative Aufweitung, also eine definierte Verengung
vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass gegebenenfalls auch
eine reine Translationsbewegung des betreffenden Körpers entlang
der Achse des ersten Messlichtbündels
erfasst werden kann, da sich hierbei die Größe des auf der Detektoroberfläche auftreffenden
Teils des ersten Messlichtbündels ändert. Hiermit
ist es dann in einfacher Weise möglich,
mit einem einzigen Detektor alle sechs Freiheitsgrade zu erfassen.
Alternativ zur Verengung/Erweiterung des Messlichtbündels kann
auch interferometrisch moduliertes Licht verwendet werden, mit dem
dann nach Art einer Michelson-Morley-Strecke eine reine Translationsbewegung
des betreffenden Körpers
entlang der Achse des ersten Messlichtbündels erfasst werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes optisches
Projektionssystem, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden
kann und mit dem die oben beschriebenen Varianten und Vorteile in
demselben Maße
realisiert werden können.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein
optisches Projektionssystem mit wenigstens einem ersten Körper, insbesondere
einem optischen Element, einer Referenz und einer Positionsbestimmungseinrichtung
zur Bestimmung der Relativposition des ersten Körpers zu der Referenz. Die
Positionsbestimmungseinrichtung umfasst einen ersten Detektor mit
einer ersten Detektoroberfläche
und ist derart ausgebildet, dass sie wenigstens ein erstes Messlichtbündel auf
eine mit dem ersten Körper
verbundene erste Fläche
projiziert und wenigstens einen ersten Teil des ersten Messlichtbündels auf
die erste Detektoroberfläche
lenkt, wodurch der erste Detektor wenigstens ein erstes Detektorsignal
generiert, und die Relativposition des ersten Körpers zu der Referenz unter
Verwendung des ersten Detektorsignals bestimmt. Das wenigstens eine
erste Detektorsignal umfasst wenigstens eine erste Information über die
Auftreffposition des ersten Teils des ersten Messlichtbündels auf
der ersten Detektoroberfläche.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zu Grunde,
dass eine einfache und zuverlässige
Positionsbestimmung von Körpern
eines optischen Projektionssystems bezüglich einer Referenz auch erzielt
werden kann, wenn eine Korrelationsauswertung mehrerer Messlichtbündel erfolgt,
die auf unterschiedlichen Wegen jeweils über mehrere Körper geführt werden.
Hierdurch können
bei der Verwendung von Interferometriestrecken zwar gegebenenfalls
keine Messlichtbündel
eingespart werden, es ist jedoch gegebenenfalls möglich, auch
bei komplexen Geometrien des optischen Projektionssystems von einer
bestimmten Referenz aus, mit einem Messlichtbündel jeweils wenigstens zwei
der hinsichtlich ihrer Position zu erfassenden Körper zu erreichen. Damit fällt aber
in jedem Fall der Aufwand für die
gegenseitige Positionsbestimmung der Komponenten der Positionsbestimmungseinheit,
also beispielsweise die Bestimmung der Relativposition der Komponenten
der Interterometriestrecken, weg. Hierdurch kann ebenfalls eine
deutliche Einsparung an Bauraum im Bereich der einzelnen hinsichtlich
ihrer Position zu erfassenden Körper
erzielt werden, da die Komponenten der Positionsbestimmungseinheit an
einen gemeinsamen, weniger kritischen Ort verlagert werden können.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren
zur Bestimmung der Relativposition wenigstens eines ersten Körpers, eines
zweiten Körpers
und eines dritten Körpers
eines optischen Projektionssystems zu einer Referenz, wobei insbesondere
wenigstens einer der Körper
ein optisches Element ist, umfassend einen ersten Schritt, in dem
der erste Körper,
der zweite Körper, der
dritte Körper
und die Referenz zur Verfügung
gestellt und im Raum positioniert werden, und einen zweiten Schritt,
in dem die Relativposition des ersten Körpers, des zweiten Körpers und
des dritten Körpers
zu der Referenz bestimmt wird. In dem zweiten Schritt wird wenigstens
ein erstes Messlichtbündel auf
den ersten Körper
und eine erste Detektoroberfläche
projiziert, wenigstens ein zweites Messlichtbündel auf den zweiten Körper und
eine zweite Detektoroberfläche
projiziert, wenigstens ein drittes Messlichtbündel auf den dritten Körper und
eine dritte Detektoroberfläche
projiziert, die Relativposition des ersten Körpers zu der Referenz unter
Verwendung des ersten Detektorsignals der ersten Detektoroberfläche bestimmt,
die Relativposition des zweiten Körpers zu der Referenz unter
Verwendung des zweiten Detektorsignals der zweiten Detektoroberfläche bestimmt
und die Relativposition des dritten Körpers zu der Referenz unter
Verwendung des dritten Detektorsignals der dritten Detektoroberfläche bestimmt
wird. Das erste Messlichtbündel
wird über
den zweiten Körper
auf die erste Detektoroberfläche
gelenkt, das zweite Messlichtbündel
wird über
den dritten Körper auf
die zweite Detektoroberfläche
gelenkt und das dritte Messlichtbündel wird über den ersten Körper auf
die dritte Detektoroberfläche
gelenkt. Die Bestimmung der Relativposition des ersten Körpers, des zweiten
Körpers
und des drittem Körpers
zu der Referenz unter einer Korrelationsauswertung des ersten Detektorsignals,
des zweiten Detektorsignals und des dritten Detektorsignals erfolgt.
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Bevorzugt
wird in dem zweiten Schritt das erste Messlichtbündel auf eine mit dem ersten
Körper verbundene
erste Fläche
projiziert sowie wenigstens ein erster Teil des ersten Messlichtbündels über eine mit
dem zweiten Körper
verbundene Fläche
auf die erste Detektoroberfläche
gelenkt und durch die erste Detektoroberfläche unter Generierung wenigstens
eines ersten Detektorsignals erfasst. Das zweite Messlichtbündel wird
auf eine mit dem zweiten Körper
verbundene zweite Fläche
projiziert sowie wenigstens ein zweiter Teil des zweiten Messlichtbündels über eine
mit dem dritten Körper
verbundene Fläche
auf die zweite Detektoroberfläche
gelenkt und durch die zweite Detektoroberfläche unter Generierung wenigstens
eines zweiten Detektorsignals erfasst. Das dritte Messlichtbündel wird
auf eine mit dem dritten Körper
verbundene dritte Fläche
projiziert wird sowie wenigstens ein dritter Teil des dritten Messlichtbündels über eine
mit dem ersten Körper
verbundene Fläche
auf die dritte Detektoroberfläche
gelenkt und durch die dritte Detektoroberfläche unter Generierung wenigstens
eines dritten Detektorsignals erfasst. Es versteht sich hierbei
im Übrigen,
dass bei anderen Varianten der Erfindung ein oder mehrere zweiten
Messlichtbündel
auch über
mehr als zwei Körper
geführt
werden können.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes optisches
Projektionssystem, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden
kann und mit dem die oben beschriebenen Varianten und Vorteile in
demselben Maße
realisiert werden können.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein optisches
Projektionssystem optisches Projektionssystem mit wenigstens einem ersten
Körper,
einem zweiten Körper,
einem dritten Körper,
wobei insbesondere wenigstens einer der Körper ein optisches Element
ist, einer Referenz und einer Positionsbestimmungseinrichtung zur
Bestimmung der Relativposition des ersten Körpers, des zweiten Körpers und
des dritten Körpers
zu der Referenz. Die Positionsbestimmungseinrichtung umfasst einen
ersten Detektor mit einer ersten Detektoroberfläche, einen zweiten Detektor
mit einer zweiten Detektoroberfläche
sowie einen dritten Detektor mit einer dritten Detektoroberfläche und
ist derart ausgebildet, dass sie wenigstens ein erstes Messlichtbündel auf
den ersten Körper
und die erste Detektoroberfläche
projiziert, wenigstens ein zweites Messlichtbündel auf den zweiten Körper und
die zweite Detektoroberfläche
projiziert, wenigstens ein drittes Messlichtbündel auf den dritten Körper und
die dritte Detektoroberfläche
projiziert, die Relativposition des ersten Körpers zu der Referenz unter
Verwendung eines ersten Detektorsignals der ersten Detektoroberfläche bestimmt,
die Relativposition des zweiten Körpers zu der Referenz unter
Verwendung eines zweiten Detektorsignals der zweiten Detektoroberfläche bestimmt
und die Relativposition des dritten Körpers zu der Referenz unter
Verwendung eines dritten Detektorsignals der dritten Detektoroberfläche bestimmt.
Die Positionsbestimmungseinrichtung ist weiterhin derart ausgebildet,
dass sie das erste Messlichtbündel über den
zweiten Körper
auf die erste Detektoroberfläche
lenkt, das zweite Messlichtbündel über den
dritten Körper
auf die zweite Detektoroberfläche
lenkt, das dritte Messlichtbündel über den
ersten Körper
auf die dritte Detektoroberfläche lenkt
und die Relativposition des ersten Körpers, des zweiten Körpers und
des drittem Körpers
zu der Referenz unter einer Korrelationsauswertung des ersten Detektorsignals,
des zweiten Detektorsignals und des dritten Detektorsignals bestimmt.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Mikrolithographieeinrichtung,
insbesondere für
den Einsatz in der Halbleiterlithographie, mit einem erfindungsgemäßen optischen
Projektionssystem.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der
nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf
die beigefügten
Zeichnungen Bezug nimmt.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mikrolithographieeinrichtung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen optischen
Projektionssystems;
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2 ist
eine schematische Schnittdarstellung eines Details des optischen
Projektionssystems aus 1;
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3 ist
eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mikrolithographieeinrichtung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen optischen
Projektionssystems.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Erstes Ausführunpsbeispiel
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 wird zunächst eine
bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen optischen
Projektionssystems als Teil einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mikrolithographieeinrichtung
beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mikrolithographieeinrichtung 1,
die mit Nutzlicht 1.1 im extremen UV-Bereich (EUV) arbeitet. Die Mikrolithographieeinrichtung 1 umfasst
ein erfindungsgemäßes optisches
Projektionssystem 2 mit einem Beleuchtungssystem 3,
einer Maske 4 und einer optischen Einrichtung in Form eines
Objektivtubus 5 mit einer optischen Achse 5.1.
Das Beleuchtungssystem 3 beleuchtet – über eine nicht dargestellte
Strahlumlenkung – die
reflektierende Maske 4 mit dem Nutzlicht 1.1.
Auf der Maske 4 befindet sich ein Muster, welches über die
im Objektivtubus 5 angeordneten optischen Elemente auf
ein Substrat 6, beispielsweise einen Wafer, projiziert
wird.
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Der
Objektivtubus 5 umfasst eine optische Elementgruppe 5.2,
die von einer Reihe von optischen Elementen 7, 8, 9, 10, 11, 12 gebildet
ist, welche das Nutzlicht 1.1 auf das Substrat 6 projizieren. Wegen
der Arbeitswellenlänge
im EUV-Bereich handelt es sich bei den optischen Elementen 7, 8, 9, 10, 11, 12 um
reflektierende optische Elemente, also Spiegel oder dergleichen.
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Die
Mikrolithographieeinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Positionsbestimmungseinrichtung 13, über welche
die jeweilige Position der optischen Elemente 7, 8, 9, 10, 11, 12 bezüglich einer
Referenz bestimmt werden kann. Die Positionsbestimmungseinrichtung 13 umfasst
hierzu eine Messlichtquelle 13.1, eine hiermit über eine
Datenverbindung verbundene Verarbeitungseinheit 13.2 sowie
eine Reihe von – in 1 nur
zum Teil dargestellten – Detektoren 13.3, 13.4,
von denen jeweils einer im Wesentlichen starr mit einem der Spiegel 7, 8, 9, 10, 11, 12 verbunden ist.
Die Detektoren 13.3, 13.4 sind – wie in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit
nur zum Teil dargestellt ist – jeweils über eine
Datenverbindung mit der Verarbeitungseinheit 13.2 verbunden.
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Die
Messlichtquelle 13.1 generiert ein erstes Messlichtbündel 14 definierter,
nicht rotationssymmetrischer Geometrie, nämlich mit einem elliptischem
Querschnitt 14.1. Zudem weitet sich das Messlichtbündel 14 entlang
seiner Ausbreitungsrichtung definiert auf. Um dies zu erreichen,
zweigt eine Trenneinrichtung 3.1 der Beleuchtungseinrichtung 3 im
sichtbaren Bereich liegendes parasitäres Licht 1.2 des
Nutzlichts 1.1 ab und lenkt dieses zur Messlichtquelle 13.1.
Die Messlichtquelle 13.1 formt hieraus dann das Messlichtbündel 14.
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Diese
Nutzung eines Teils des Nutzlichts 1.1 hat den Vorteil,
dass hierüber
Informationen über eventuelle
Fluktuationen im Nutzlicht 1.1 mit erfasst und berücksichtigt
werden können.
Es versteht sich hierbei, dass bei anderen Varianten der Erfindung aber
auch eine gesonderte Lichtquelle für das Messlichtbündel, beispielsweise
ein Laser oder dergleichen vorgesehen sein.
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Die
Messlichtquelle 13.1 projiziert das Messlichtbündel 14 auf
eine erste Fläche 7.1 eines
ersten Körpers
des optischen Projektionssystems 2, der von dem ersten
Spiegel 7 gebildet ist. Die erste Fläche 7.1 wird wiederum
von einer Detektoroberfläche 13.5 des
ersten Detektors 13.3 gebildet.
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Der
erste Detektor 13.3 ist ein mit dem ersten Spiegel 7 verbundener
CCD-Chip, also ein zweidimensionaler Flächendetektor. Der erste Detektor 13.3 ist
in einer Ausnehmung 7.2 des ersten Spiegels 7 angeordnet
und, wie erwähnt,
im Wesentlichen starr mit dem ersten Spiegel 7 verbunden,
sodass er jeglicher Bewegung des ersten Spiegels 7 folgt.
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Der
auf die erste Detektoroberfläche 13.5 auftreffende
Teil des Messlichtbündels 14,
bewirkt, dass im ersten Detektor 13.3 ein erstes Detektorsignal
generiert wird, welches eine erste Information über den Auftreffpunkt und eine
zweite Information über
die Auftreffgeometrie des Messlichtbündels 14 umfasst.
Dieses erste Detektorsignal wird an die Verarbeitungseinheit 13.2 übermittelt.
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Die
Verarbeitungseinheit 13.2 kann – nach entsprechender Kalibrierung – aus dem
ersten Detektorsignal die Raumlage des ersten Detektors 13.3 und
damit des starr damit verbundenen ersten Spiegels 7 bezüglich der
Messlichtquelle 13.1 als Referenz in allen sechs Freiheitsgraden
bestimmen.
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Dabei
erlaubt die Information über
die Auftreffgeometrie des Messlichtbündels 14 dank der nicht
rotationssymmetrischen Geometrie des Messlichtbündels 14 insbesondere
auch die Erfassung von Rotationsbewegungen um eine zur ersten Detektoroberfläche 13.5 senkrechte
Achse. Es versteht sich hierbei, dass bei anderen Varianten der
Erfindung unter anderem auch ein rotationssymmetrisches Messlichtbündel vorgesehen
sein kann. Sollte eine Rotationsbewegung um eine zur Detektoroberfläche senkrechte
Achse zu erfassen sein, muss dies dann auf andere Weise geschehen.
Gegebenenfalls kann hierfür
ein zweites Messlichtbündel
vorgesehen sein, welches auf denselben oder einen weiteren Detektor
auftrifft.
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Weiterhin
erlaubt die Information über
die Auftreffgeometrie des Messlichtbündels 14 dank der definierten
Aufweitung des Messlichtbündels 14 auch die
Erfassung von Translationsbewegungen entlang der Ausbreitungsrichtung
des Messlichtbündels 14. Es
versteht sich hierbei, dass bei anderen Varianten der Erfindung
unter anderem auch ein sich nicht aufweitendes Messlichtbündel vorgesehen
sein kann. Sollte eine Translationsbewegung entlang der Ausbreitungsrichtung
des Messlichtbündels
zu erfassen sein, muss dies dann auf andere Weise erfasst werden.
Gegebenenfalls kann hierfür
ein zweites Messlichtbündel
vorgesehen sein, welches auf denselben oder einen weiteren Detektor
auftrifft.
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Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung anstelle
der nicht rotationssymmetrischen Geometrie des Messlichtbündels auch
eine nicht rotationssymmetrische Intensitätsverteilung im Messlichtbündel vorgesehen
sein kann. Der Detektor generiert dann ein erstes Detektorsignal,
welches eine dritte Information über
den Auftreffintensitätsverteilung
enthält,
welche in analoger Weise ebenfalls Rückschlüsse auf Bewegungen des Spiegels
entlang bestimmter Freiheitsgrade ermöglicht.
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Um
die Raumlage des zweiten Detektors 13.4 und damit des starr
damit verbundenen zweiten Spiegels 8 als zweitem Körper des
optischen Projektionssystems 2 bezüglich der Messlichtquelle 13.1 zu bestimmen,
reflektiert die erste Detektoroberfläche 13.5 dank des
von 90° abweichenden
Auftreffwinkels zumindest einen Teil des ersten Messlichtbündels 14 auf
eine zweite Fläche 8.1 des
zweiten Spiegels 8. Die zweite Fläche 8.1 wird wiederum
von einer zweiten Detektoroberfläche 13.6 des
zweiten Detektors 13.4 gebildet.
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Der
zweite Detektor 13.4 ist ein mit dem zweiten Spiegel 8 verbundener
CCD-Chip. Der zweite Detektor 13.4 ist in einer Ausnehmung 8.2 des zweiten
Spiegels 8 angeordnet und im Wesentlichen starr mit dem
zweiten Spiegel 8 verbunden, sodass er jeglicher Bewegung
des zweiten Spiegels 8 folgt.
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Der
auf die zweite Detektoroberfläche 13.6 auftreffende
Teil des Messlichtbündels 14,
bewirkt, dass im zweiten Detektor 13.4 ein zweites Detektorsignal
generiert wird, welches eine vierte Information über den Auftreffpunkt und eine
fünfte
Information über
die Auftreffgeometrie des Messlichtbündels 14 umfasst.
Dieses zweite Detektorsignal wird an die Verarbeitungseinheit 13.2 übermittelt.
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Die
Verarbeitungseinheit 13.2 kann – ebenfalls nach entsprechender
Kalibrierung – aus
der ermittelten Raumlage des ersten Detektors 13.3 und dem
zweiten Detektorsignal die Raumlage des zweiten Detektors 13.4 und
damit des starr damit verbundenen zweiten Spiegels 8 bezüglich der
Messlichtquelle 13.1 als Referenz in allen sechs Freiheitsgraden
bestimmen. Dabei gelten die oben im Zusammenhang mit der Ermittlung
der Raumlage des ersten Detektors 13.3 getroffenen Aussagen
in gleichem Maße.
Insbesondere kann auch hier bei anderen Varianten der Erfindung
in analoger Weise wieder eine sechste Information über eine
Auftreffintensitätsverteilung
genutzt werden.
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Das
Messlichtbündel 14 wird – wie in 1 dargestellt
ist – in
der beschriebenen Weise noch auf alle weiteren, starr mit den Spiegeln 9, 10, 11, 12 verbundenen
Detektoren gelenkt, sodass in der Verarbeitungseinheit 13.2 hieraus
die Raumlage des jeweiligen Detektors und damit des starr mit ihm
verbundenen Spiegels 9, 10, 11, 12 bezüglich der
Messlichtquelle 13.1 bestimmt werden kann.
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Die
Verarbeitungseinheit 13.2 kann die ermittelte Raumlage
der Spiegel 7, 8, 9, 10, 11, 12 nutzen,
um Einfluss auf den Abbildungsprozess zu nehmen. Insbesondere kann
die Raumlage der Spiegel 7, 8, 9, 10, 11, 12 genutzt
werden um alle oder einzelne der Spiegel 7, 8, 9, 10, 11, 12 aktiv
im Raum über – nicht
dargestellte – Aktuatoren
zu positionieren.
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Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen
sein kann, dass der jeweilige Detektor nicht an dem zugehörigen Spiegel montiert
ist, sondern dort nur ein Reflektor montiert ist, der das Messlichtbündel auf
den an anderer Stelle montierten Detektor lenkt. Die Auswertung
und Positionsbestimmung ist hierbei in gleicher Weise möglich.
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Die
verwendeten Detektoren 13.4, 13.4 weisen im Hinblick
auf ihre Positionsauflösung
eine Kurzzeitauflösung
von etwa 1/400 bis 1/1000 Pixel sowie eine Langzeitauflösung von
etwa 1/400 bis 1/100 Pixel auf. Typische Abmessungen liegen bei 4000 × 4000 Pixel
auf einer Fläche
von 26 mm2. Sie weisen eine Drift im Bereich
von 100 nm auf. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten
der Erfindung unter anderem auch andere zweidimensionale Flächensensoren,
wie beispielsweise Lateral-Effekt-Dioden oder dergleichen zum Einsatz
kommen können.
Derartige Lateral-Effekt-Dioden weisen im Hinblick auf ihre Positionsauflösung je
nach Auswerteelektronik eine Auflösung von etwa 1/10.000 Pixel
auf 3 mm sowie eine Drift im Bereich von 300 nm auf. Es sei hier
angemerkt, dass in diesem Bereich eine rapide Entwicklung hin zu
höheren
Auflösungen hin
zu beobachten ist, sodass die angegebenen Werte in kürze deutlich übertroffen
werden könnten.
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Weiterhin
sei hier angemerkt, dass die Positionsbestimmungseinrichtung bei
weiteren bevorzugten Varianten der Erfindung nicht nur die Position
der optischen Elemente des Objektivtubus 5 erfasst, sondern
auch die Position der Maske 4 und/oder des Substrats 6,
sodass die Positionsbestimmungseinrichtung gegebenenfalls die Position
sämtlicher
an der Abbildung beteiligter Komponenten erfasst.
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Die
Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit einem Beispiel eine
Mikrolithographieeinrichtung beschrieben, die mit Nutzlicht im extremen
UV-Bereich (EUV), d.h. mit Wellenlängen im Bereich von 13 nm arbeitet.
Hierbei besteht der Vorteil, dass zur Unterdrückung von Absorptionseffekten
innerhalb des Objektivtubus 5 in der Regel ein Vakuum vorherrscht,
sodass Probleme der Lichtdichtefluktuation, Temperatur- und Druckschwankungen,
Schlierenbildung etc. in der Regel zu vernachlässigen sind.
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Es
versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch in anderen Wellenlängenbereichen,
beispielsweise im herkömmlichen
UV-Bereich, etwa im Bereich von 193 nm etc., eingesetzt werden kann.
Es versteht sich hierbei dann, dass in gleicher Weise dann auch
die Position von optischen Elementen anderer Art, also beispielsweise
refraktiven oder diffraktiven optischen Elementen, bestimmt werden
kann.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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3 zeigt
eine schematische, nicht maßstäbliche Schnittdarstellungen
eines Teils einer Mikrolithographieeinrichtung 101, die
der Mikrolithographieeinrichtung 1 in ihrem grundsätzlichen
Aufbau und ihrer grundsätzlichen
Funktionsweise gleicht, sodass hier lediglich auf die Unterschiede
eingegangen werden soll.
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Die
Mikrolithographieeinrichtung 101 umfasst ein erfindungsgemäßes optisches
Projektionssystem 102 mit einem Objektivtubus, der eine
optische Elementgruppe 105.2 umfasst. Die optische Elementgruppe 105.2 ist
von einer Reihe von optischen Elementen gebildet, die unter anderem
die optischen Elemente 109, 111, 112 umfassen.
Wegen der Arbeitswellenlänge
im EUV-Bereich handelt es sich bei den optischen Elementen 109, 111, 112 wiederum
um reflektierende optische Elemente, also Spiegel oder dergleichen.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Arbeitswellenlängen auch
andere optische Elemente, beispielsweise Linsen etc. zur Anwendung
kommen können.
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Die
Mikrolithographieeinrichtung 101 umfasst weiterhin eine
Positionsbestimmungseinrichtung 113, über welche die jeweilige Position
der optischen Elemente 109, 111, 112 bezüg lich einer
Referenz bestimmt werden kann. Die Positionsbestimmungseinrichtung 113 umfasst
hierzu eine erste Messlichtquelle 113.1, eine zweite Messlichtquelle 113.7 und
eine dritte eine Messlichtquelle 113.8 und eine hiermit
jeweils über
eine Datenverbindung verbundene Verarbeitungseinheit 113.2.
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Die
Messlichtquellen 113.1, 113.7 und 113.8 sind
jeweils nach Art eines Michelson Morley Interferometers ausgebildet
und im Wesentlichen starr auf einem gemeinsamen Träger 113.9 montiert.
Die Messlichtquellen 113.1, 113.7 und 113.8 generieren ein
erstes Messlichtbündel 114,
ein zweites Messlichtbündel 115 bzw.
ein drittes Messlichtbündel 116.
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Die
erste Messlichtquelle 113.1 projiziert das erste Messlichtbündel 114 auf
den Spiegel 109. Von einer Reflektorfläche am Spiegel 109 wird
das erste Messlichtbündel 114 dann
auf den Spiegel 111 reflektiert. Schließlich wird das erste Messlichtbündel 114 von
einer Reflektorfläche
am Spiegel 111 zurück
auf eine Detektoroberfläche
eines Detektors der ersten Messlichtquelle 113.1 reflektiert.
In der ersten Messlichtquelle 113.1 erfolgt dann die interferometrische Auswertung
und es wird ein entsprechendes erstes Detektorsignal über die
Lauflänge
des ersten Messlichtbündels 114 bezüglich des
Trägers 113.9 generiert.
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Die
zweite Messlichtquelle 113.7 projiziert das zweite Messlichtbündel 115 auf
den Spiegel 111. Von einer weiteren Reflektorfläche am Spiegel 111 wird
das zweite Messlichtbündel 115 dann
auf den Spiegel 112 reflektiert. Schließlich wird das zweite Messlichtbündel 115 von
einer Reflektorfläche
am Spiegel 112 zurück
auf eine Detektoroberfläche
eines Detektors der zweiten Messlichtquelle 113.7 reflektiert.
In der zweiten Messlichtquelle 113.7 erfolgt dann die interferometrische
Auswertung und es wird ein entsprechendes zweites Detektorsignal über die Lauflänge des
zweiten Messlichtbündels 115 bezüglich des
Trägers 113.9 generiert.
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Die
dritte Messlichtquelle 113.8 projiziert das dritte Messlichtbündel 116 auf
den Spiegel 109. Von einer weiteren Reflektorfläche am Spiegel 109 wird das
dritte Messlichtbündel 116 dann
auf den Spiegel 112 reflektiert. Schließlich wird das dritte Messlichtbündel 116 von
einer weiteren Reflektorfläche
am Spiegel 112 zurück
auf eine Detektoroberfläche
eines Detektors der dritten Messlichtquelle 113.8 reflektiert.
In der dritten Messlichtquelle 113.8 erfolgt dann die interferometrische
Auswertung und es wird ein entsprechendes zweites Detektorsignal über die Lauflänge des
dritten Messlichtbündels 116 bezüglich des
Trägers 113.9 generiert.
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Der
Träger 113.9 stellt
somit die gemeinsame Referenz für
alle Spiegel 109, 111, 112 dar, bezüglich derer
die Position der Spiegel 109, 111, 112 im
Raum bestimmt wird. Je nach Anzahl der zu bestimmenden Freiheitsgrade
generieren die Messlichtquellen 113.1, 113.7 und 113.8 eine
entsprechende Anzahl weiterer erster, zweiter bzw. dritter Messlichtbündel, die
in der beschriebenen Weise über
die Spiegel 109, 111, 112 zurück zu der
jeweils entsprechenden Messlichtquelle 113.1, 113.7 und 113.8 reflektiert
und interferometrisch ausgewertet werden.
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Alle
in dieser Weise generierten Detektorsignale werden an die Verarbeitungseinheit 113.2 übermittelt,
die dann in einer Korrelationsauswertung dieser Detektorsignale
aus der Korrelation der Lauflängen
die Position aller Spiegel 109, 111, 112 bezüglich der
erforderlichen Freiheitsgrade bestimmt.
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Es
versteht sich, dass hiermit die Position einer beliebigen Anzahl
von optischen Elementen bezüglich
einer bestimmten Referenz ermitteln lässt. Die Anzahl M der erforderlichen
Messlichtbündel
bei der interferometirschen Positionsbestimmung bestimmt sich nach
der Anzahl E der optischen Elemente und der Anzahl F der zu berücksichtigenden
Freiheitsgrade zu: M = E·F
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Bei
den drei Spiegeln 109, 111, 112 aus 3 und
sechs zu berücksichtigenden
Freiheitsgraden sind somit 18 Messlichtbündel erforderlich. Dies entspricht
zwar der Anzahl der Messlichtbündel
bei den herkömmlichen
interferometirschen Verfahren, bei denen jeweils sechs Messlichtbündel auf
ein zugehöriges
optisches Element gerichtet werden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung besteht
jedoch durch die Umlenkung über
mehrere optische Elemente der Vorteil, dass unmittelbar eine Positionsbestimmung
bezüglich
einer einzigen Referenz möglich ist.
Bei den herkömmlichen
interferometirschen Verfahren kann diese erst über eine Bestimmung der Relativposition
der einzelnen Interferometerstrecken erfolgen, welche zusätzlichen
apparativen Aufwand darstellt.
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Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung an Stelle
der Interferometerstrecken ganz oder teilweise in den Messlichtquellen
auch die zweidimensionalen Flächendetektoren
(z. B. CCD-Chips, Lateral-Effekt-Dioden) eingesetzt werden können, wie
sie oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben
wurden. Deren Fähigkeit,
mehrere Freiheitsgrade anhand eines einzigen Messlichtbündels zu
berücksichtigen,
hat den Vorteil, dass eine deutliche Reduktion der Messlichtbündel erzielt
werden kann. Gegebenenfalls können
dann bei den drei Spiegeln drei in der oben beschriebenen Weise über die
Spiegel geführte
Messlichtbündel
ausreichen.
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Es
versteht sich schließlich,
dass die Messlichtbündel
nicht notwendigerweise über
jeweils zwei optischen Elementen geführt werden müssen. Vielmehr
können
sie bei anderen Varianten der Erfindung auch über beliebige andere Wege,
insbesondere über
eine beliebige andere Anzahl von optischen Elementen, geführt werden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich Anhand von Beispielen
beschrieben, bei denen die Positionsbestimmung optischer Elemente
des Projektionssystems erfolgte. Es sei hier nochmals erwähnt, dass
mit der Erfindung natürlich auch
die Positionsbestimmung beliebiger anderer Komponenten eines Projektionssystems
erfolgen kann. Ebenso kann sie natürlich auch für die Positionsbestimmung
von Komponenten anderer optischer Systeme, beispielsweise der Komponenten
eines vorgeschalteten Beleuchtungssystems oder dergleichen verwendet
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend weiterhin ausschließlich Anhand
von Beispielen aus dem Bereich der Objektive für die Mikrolithographie im
EUV-Bereich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende
Erfindung ebenso auch für
Objektive für
die Mikrolithographie in anderen Wellenlängenbereichen ebenso wie für beliebige
andere Objektive bzw. Abbildungsverfahren Anwendung finden kann.