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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden
eines optischen Elements mit einer Fassung. Die Erfindung betrifft
ebenfalls ein optisches Element, welches über wenigstens
eine Verbindungsstelle stoffschlüssig mit einer Fassung
verbunden ist, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für
die Halbleiter-Lithographie.
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In
verschiedensten Anwendungen, insbesondere auch auf dem Gebiet der
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiter-Lithographie
müssen immer wieder optische Elemente mit einer Fassung dauerhaft
verbunden werden. Das optische Element kann hierbei insbesondere
eine Linse sein, wie es in lithographischen Verfahren zur Abbildung
einer Maske auf eine fotoempfindliche Schicht bei der Herstellung
miniaturisierter Bauelemente, insbesondere bei der Herstellung von
Halbleiterbauelementen, eingesetzt wird. Das optische Element ist
hierbei z. B. aus Quarz, CaF2, MgF2, Zerodur® oder
Granat gebildet. Die Fassung kann z. B. aus Stahl oder Aluminium hergestellt
sein. Eine verbreitete Variante zum Verbinden optischer Elemente
mit der Fassung ist das Zusammenfügen mittels einer Klebung.
Diese Methode weist jedoch Nachteile auf. Zum Einen kann die Klebung
zu ungewünschten Deformationen führen. Zum Anderen
kann es zu einem Drift des optischen Elements bzw. der Deformation
im Laufe der Lebensdauer des optischen Elements kommen.
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Eine
zum Kleben alternative Fassungstechnik besteht darin, das optische
Element über eine Lötung, insbesondere eine Laserlötung,
mit der Fassung zu verbinden. Der Nachteil dieser Methode besteht
darin, dass der apparative Aufwand für das Löten,
insbesondere das Laserlöten, hoch ist.
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Eine
Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie,
für welche sich der Einsatz eines optischen Ele ments, welches über
wenigstens eine Verbindungsstelle stoffschlüssig mit einer
Fassung verbunden ist, in besonderer Weise eignet, ist aus der
DE 10 2004 035 595
A1 bekannt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum stoffschlüssigen Verbinden eines optischen Elements
mit einer Fassung zu schaffen, welches die Nachteile des Standes
der Technik, insbesondere eine störende Deformation sowie
ein Driften derselben während der Lebensdauer des optischen
Elements vermeidet. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein optisches Element zu schaffen, welches unter Vermeidung
der Nachteile des Standes der Technik über wenigstens eine
Verbindungsstelle stoffschlüssig mit einer Fassung verbunden
ist. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie
zu schaffen, die optische Elemente enthält, welche unter
Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik mit einer Fassung
verbunden sind.
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Diese
Aufgaben werden durch das Verfahren bzw. das optische Element und
die Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie
mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 18 und 24 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen
und Varianten der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist
bezüglich des Verfahrens vorgesehen, dass auf der Fassung
und dem optischen Element zur Bereitstellung wenigstens einer Verbindungsstelle
jeweils wenigstens eine zur Anwendung eines Low Temperature Bonding
(LTB) geeignete Fügefläche ausgebildet wird, wonach
auf wenigstens einer ersten Fügefläche einer Verbindungsstelle
wenigstens teilweise eine Bonding-Lösung aufgetragen wird,
wonach die zweite Fügefläche der Verbindungsstelle
auf die erste Fügestelle aufgelegt und die Verbindungsstelle
ausgehärtet wird.
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Der
Erfinder hat dabei erkannt, dass sich durch das Low Temperature
Bonding ein optisches Element in kostengünstiger Weise
mit einer Fassung verbinden lässt. Der Bondingprozess kann
bei Raumtemperatur durchgeführt werden, so dass in der
Verbindungsstelle keine Spannungen verursacht werden. Die Bondingschicht,
welche die Fügeflächen verbindet, schrumpft im
Unterschied zu herkömmlichen Klebstoffen während
der Aushärtezeit nicht, so dass auch hierdurch keine Spannungen
verursacht werden. Durch die Bondingschicht werden die Fügeflächen
derart fest miteinander verbunden, dass eine Relaxation kaum möglich
ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung werden Deformationen
zumindest so weit vermieden, dass sich diese nicht störend
auf die optischen Elemente auswirken. Außerdem wird durch
die erfindungsgemäße Lösung erreicht,
dass, falls Deformationen vorhanden sein sollten, diese zumindest
nicht über die Lebenszeit des optischen Elementes driften und
dadurch Probleme verursachen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren stellt eine zum Laserlöten
alternative Methode dar, die wesentlich kostengünstiger
realisiert werden kann.
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Hinsichtlich
des Standes der Technik bezüglich des Low Temperature Bondings
(LTB) zum Verbinden von optischen Elementen wird auf die
US 6,284,085 B1 ,
die
US 6,548,176 B1 und
die
EP 0 808 808 A1 verwiesen.
Die genannten Schriften beschreiben im Grundsatz die Durchführung
des Low Temperature Bondings (LTB), betreffen jedoch keine Anwendung
in der Lithographie oder anderen Gebieten, insbesondere zeigen diese
Schriften keine Anwendung betreffend das stoffschlüssige
Verbinden eines optischen Elementes mit einer Fassung.
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Herkömmlicherweise
ist beim Low Temperature Bonding (LTB) vorgesehen, dass die Fügeflächen
im alkalischen Milieu unter Bildung von Siliziumbrücken
dauerhaft miteinander verbunden werden. Problematisch beim Low Temperature
Bonding ist jedoch, dass bestimmte Oberflächen nicht mit
LTB gefügt werden können, da der grundsätzliche
Mechanismus von LTB hier versagt. Eine Oberfläche, die keine
Wechselwirkung mit der alkalischen Flüssigkeit des LTB-Verfahrens
eingeht, ist der Anwendung des genannten Verfahrens grundsätzlich
nicht zugänglich. Zu den genannten Oberflächen
gehören praktisch alle Fluoridkristalle und besonders stabile
Oxide.
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Erfindungsgemäß ist
zur Lösung dieses Problems vorgesehen, dass die Fassung
und das optische Elemente mit Fügeflächen versehen
werden, die eine Anwendung eines Verbindungsverfahrens bei Raumtemperatur
oder einer Temperatur von weniger als 100°C (Low Temperature
Bonding, LTB) ermöglichen. Dies kann beispielsweise lokal
dadurch erfolgen, dass die Fügeflächen als Metalloberflächen ausgebildet
werden. Vorzugsweise kann das optische Element und/oder die Fassung
hierfür (lokal) mit einer Beschichtung versehen werden.
Zur Erzeugung der Beschichtung kann unter anderem eine thermische
Bedampfung, Sputtern oder Galvanik eingesetzt werden. Die Fügeflächen
der Fassung und/oder des optischen Elements können vorzugsweise
durch eine mindestens eine Metall oder ein Metalloxid enthaltende
Beschichtung oder durch eine Sauerstoff beinhaltende Beschichtung
hergestellt werden. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Sauerstoff beinhaltende
Beschichtung durch eine SiO2-Beschichtung
hergestellt wird.
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Die
Metall enthaltende Beschichtung kann dabei als eine Chrom(Cr)-Beschichtung,
eine Molybdän(Mo)-Beschichtung, eine Wolfram(W)-Beschichtung
oder eine Zinn(Sn)-Beschichtung oder eine Legierungs-Beschichtung
aus einer beliebigen Kombination von Cr, Mo, W und Sn hergestellt
sein.
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Die
Metalloxid enthaltende Beschichtung kann dabei als eine Chromoxid-Beschichtung,
eine Molybdänoxid-, eine Wolframoxid-, eine Zinnoxid- oder
eine Legierungs-Beschichtung aus einer beliebigen Kombination von
Cr-Oxid, Mo-Oxid, W-Oxid oder Sn-Oxid hergestellt sein.
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Durch
die Bereitstellung geeigneter Fügeflächen auf
der Fassung und dem optischen Element wird die Anwendung des Low
Temperature Bonding ermöglicht. Eine Cr-Beschichtung zur
Ausbildung der Fügeflächen hat sich gegenüber
anderen Metallbeschichtungen als besonders geeignet herausgestellt.
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Von
Vorteil ist es, wenn das Low Temperature Bonding mit Silikat, vorzugsweise
Natriumsilikat, als Bonding-Lösung durchgeführt
wird. Beim Low Temperature Bonding mit Silikat entstehen Siloxanketten,
die die beiden Fügeflächen miteinander verbinden.
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Insofern
sich in der dadurch entstehenden Bondingschicht zwischen den Fügeflächen
nur eine Lage von Siloxanketten befindet, werden die beiden Fügeflächen
mit starken Hydroxybindungen über diese Siloxanketten zusammengefügt.
Bei dieser Art von Bindung ist eine Relaxation nahezu ausgeschlossen.
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Bei
der Bonding-Lösung kann es sich um eine anorganische Lösung
handeln, welche Komponenten umfasst, die wenigstens einzelne Si-O-Si Gruppen
enthalten. Das optische Element und die Fassung können
somit über die jeweiligen Fügeflächen über
Siliziumoxidbrücken anorganisch miteinander verbunden werden.
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Als
Bonding-Lösung eignet sich auch eine ca. 1%-ige NaOH- oder
KOH-Lösung.
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Das
Low Temperature Bonding erfolgt vorzugsweise nach einer sorgfältigen
Reinigung (und gegebenenfalls Temperierung) der Fassung und des optischen
Elements, insbesondere der jeweiligen Fügeflächen.
Die Reinigung der Fügeflächen des optischen Elements
kann in einem Bad, vorzugsweise in einem Ultraschallbad, durchgeführt
werden. Die Bondingflüssigkeit kann vorzugsweise blasenfrei
als wässrige Laugenlösung auf die Fügefläche
aufgetropft oder aufgeschleudert werden. Die entstehende Bondingschicht
kann gehärtet und vernetzt werden.
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Das
Aushärten der Verbindungsstelle des optischen Elements
mit der Fassung kann bei Raumtemperatur und/oder in einer Stickstoffumgebung
erfolgen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders
zur Verbindung von optischen Elementen mit einer Fassung, welche
als Bauteile einer Projektionsbelichtungsanlage in der Halbleiter-Lithographie
Verwendung finden. Die Erfindung stellt somit nicht nur ein optisches
Element zur Verfügung, welches in vorteilhaf ter Weise über
wenigstens eine Verbindungsstelle stoffschlüssig mit einer
Fassung verbunden ist, sondern ebenfalls eine Projektionsbelichtungsanlage
für die Halbleiter-Lithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend
ist anhand der Zeichnung ein prinzipmäßiges Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 eine
Fassung;
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2 eine
Fassung mit mindestens zwei zur Anwendung eines Low Temperature
Bondings geeigneten Fügeflächen;
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3 ein
optisches Element mit mindestens zwei Fügeflächen
zur Anwendung eines Low Temperature Bondings;
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4 eine
Möglichkeit der Reinigung der Fügeflächen
der Fassung gemäß 2;
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5 eine
Möglichkeit der Reinigung des optischen Elements gemäß 3;
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6 eine
Fassung gemäß 2 mit einer auf
die Fügeflächen aufgetragenen Bonding-Lösung;
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7 ein
optisches Element gemäß 3 mit einer
auf die Fügeflächen aufgetragenen Bonding-Lösung;
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8 eine
Darstellung des verfahrensgemäßen Ablaufs des
Verbindens der Fügeflächen des optischen Elements
mit den Fügeflächen der Fassung;
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9 ein
optisches Element gemäß 7, welches
mit einer Fassung gemäß 6 stoffschlüssig
verbunden ist; und
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10 eine
Prinzipdarstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für
die Mikrolithographie, welche zur Belichtung von Strukturen auf
mit photosensitiven Materialien beschichtete Wafer verwendbar ist.
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Die
grundsätzliche Durchführung eines Low Temperature
Bondings ist ausführlich in der
US 6,284,085 B1 und der
US 6,548,176 B1 beschrieben, weshalb
nachfolgend lediglich auf die für die Erfindung wesentlichen
Merkmale näher eingegangen wird. Grundsätzlich
können beim Low Temperature Bonding verschiedene Bonding-Lösungen
eingesetzt werden. In den beiden vorgenannten Schriften wird das
Low Temperature Bonding mittels einer Hydroxydlösung oder
einer Silikatlösung beschrieben.
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1 zeigt
prinzipmäßig eine Fassung
1, welche im
Ausführungsbeispiel aus Stahl oder Aluminium ausgebildet
ist. Die Fassung
1 ist dabei geeignet mit einem optischen
Element
2, wie dies gemäß
3 dargestellt
ist, zusammengefügt zu werden. Bei dem optischen Element
2 handelt
es sich im Ausführungsbeispiel um eine Linse, welche vorzugsweise
aus Quarz, Quarzglas, CaF
2, MgF
2,
Zerodur
®, Al
2O
3, Granat, LaF
3,
LuAG (Lutetium-Aluminium-Granat), Spinell oder TiO
2-dotiertem
Quarzglas gebildet ist. Sowohl die Fassung
1 als auch die
Linse
2 stellen Elemente einer nachfolgend anhand der
10 näher
dargestellten Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie
dar. Der grundsätzliche Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage
für die Halbleiter-Lithographie ist in der
DE 10 2004 035 595 A1 beschrieben.
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Wie
prinzipmäßig aus 2 ersichtlich
ist, wird auf die Fassung 1 zur Bildung von Fügeflächen 3,
die zur Anwendung eines Low Temperature Bonding (LTB) geeignet sind,
eine Beschichtung 4 aufgebracht. Im Ausführungsbeispiel
ist dabei vorgesehen, dass die Fügeflächen 3 der
Fassung 1 durch eine Cr-Beschichtung 4 hergestellt
werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Beschichtung 4 eine
mittlere Schichtstärke von 0,5 nm bis 100 nm, vorzugsweise 50
nm, aufweist. Die Beschichtung 4 kann durch thermische
Bedampfung, Sputtern oder Galvanik realisiert werden.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, ist zur Herstellung von entsprechenden
Fügeflächen 5 auf der Linse 2 ebenfalls
eine Beschichtung 6 vorgesehen. Die Fügeflächen 5 der
Linse 2 werden dabei im Ausführungsbeispiel durch
eine Cr-Beschichtung hergestellt. Die mittlere Schichtstärke
der Beschichtung 6 kann dabei 50 nm betragen. Die Beschichtung 6 kann durch
thermische Bedampfung, Sputtern oder Galvanik realisiert werden.
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Nach
dem Aufbringen der Beschichtung 4 auf die Fassung 1 wird,
wie in 4 prinzipmäßig dargestellt,
die Fügefläche 3 gereinigt. In besonders einfacher
Weise kann die Reinigung mittels Reinigungsstäbchen, z.
B. Wattestäbchen 7, und einer Putzlösung
erfolgen.
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Zur
Reinigung der Linse 2, insbesondere der Fügeflächen 5 der
Linse 2, ist die Einbringung der Linse 2 in ein
Ultraschallbad 8 vorgesehen (siehe 5). Alternativ
können hier auch andere Reinigungsverfahren eingesetzt
werden.
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Nach
dem Reinigen der Fassung 1 und der Linse 2 wird,
wie aus 6 und 7 ersichtlich
ist, auf die Fügeflächen 3, 5 eine
Bonding-Lösung 9 aufgetragen. Im Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der Bonding-Lösung um eine Natriumsilikat-Lösung 9.
Die Natriumsilikat-Lösung 9 kann als wässrige Lauge
aufgetragen werden (z. B. Natriumsilikat in Wasser 1:10 molar).
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Alternativ
zum Auftragen der Bonding-Lösung 9 auf beide Fügeflächen 3 und 5 (2 und 3)
einer Verbindungsstelle 10 (9) kann
auch vorgesehen sein, dass lediglich die Fügeflächen 3 der
Fassung 1 oder die Fügeflächen 5 der
Linse 2 mit der Bonding-Lösung 9 benetzt
werden. Wesentlich dabei ist lediglich, dass bei jeder Verbindungsstelle 10 auf
eine der Fügeflächen 3, 5 wenigstens
teilweise eine Bonding-Lösung 9 aufgetragen wird.
Insofern lediglich auf eine Fügefläche 3, 5 eine
Bonding-Lösung 9 aufgetragen wird, wird die mit
der Bonding-Lösung 9 versehene Fügefläche
als erste Fügefläche 3, 5 bezeichnet,
auf die anschließend die zweite Fügefläche 5, 3 aufgelegt
wird.
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Im
Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf beide Fügeflächen 3, 5 eine
Bonding-Lösung 9 aufgetragen wird. Wie aus 8 ersichtlich
ist, wird die Linse 2 nach dem Auftragen der Bonding-Lösung 9 an
die Fassung 1 herangeführt, so dass die Fügeflächen 3, 5 bzw.
die Beschichtungen 4, 6 aufeinander gelegt werden
können. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen,
die in 3 dargestellten Fügeflächen 5 der
Linse 2 auf die in 2 dargestellt
Fügeflächen 3 der Fassung 1 aufzulegen.
Die somit erstellten Verbindungsstellen 10 sind in 9 dargestellt.
Nach dem Auflegen der Fügeflächen 5 auf
die Fügeflächen 3 wird die nunmehr in
der Fassung 1 gefasste Linse 2 bei Raumtemperatur
und Raumluft oder in einer Stickstoffumgebung durch Ruhen ausgehärtet.
Die Verbindungsstellen 10 werden dadurch derart ausgehärtet,
dass eine über die Lebensdauer der Linse 2 stabile
und belastbare Verbindung zwischen der Fassung 1 und der
Linse 2 entsteht.
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Die
in der erfindungsgemäßen Art und Weise mit einer
Fassung 1 verbundene Linse 2 eignet sich in besonderer
Weise für Projektionsbelichtungsanlagen bzw. lithographische
Verfahren zur Herstellung eines miniaturisierten Bauelements.
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In 1 ist
eine Projektionsbelichtungsanlage 11 für die Mikrolithographie
dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit
photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend
aus Silizium besteht und als Wafer 12 bezeichnet wird,
zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z. B. Computerchips.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 11 besteht dabei im wesentlichen
aus einer Beleuchtungseinrichtung 13, einer Einrichtung 14 zur
Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer gitterartigen Struktur
versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 15, durch welches
die späteren Strukturen auf dem Wafer 12 bestimmt
werden, einer Einrichtung 16 zur Halterung, Bewegung und
exakten Positionierung eben dieses Wafers 12 und einer
Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 17, mit
mehreren optischen Elementen, wie z. B. Linsen 2, die über
Fassungen 1 in einem Objektivgehäuse 18 des
Projektionsobjektives 17 gelagert sind. Wenigstens eine
der Linsen 2, die in dem Objektivgehäuse 18 gelagert
sind, kann dabei mittels dem erfindungsgemäßen
Verfahren mit der Fassung 1 verbunden sein.
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Das
grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die
in das Reticle 15 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 12 ver kleinert
abgebildet werden.
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Nach
einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 12 in Pfeilrichtung
weiterbewegt, so dass auf dem selben Wafer 12 eine Vielzahl
von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 15 vorgegebenen Struktur,
belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des
Wafers 12 in der Projektionsbelichtungsanlage 11 wird
diese häufig auch als Stepper bezeichnet.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 13 stellt einen für die
Abbildung des Reticles 15 auf dem Wafer 12 benötigten
Projektionsstrahl 19, beispielsweise Licht oder eine ähnliche
elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese
Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die
Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 13 über
optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 19 beim
Auftreffen auf das Reticle 15 die gewünschten Eigenschaften
hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und
dergleichen aufweist.
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Über
den Projektionsstrahl 19 wird ein Bild des Reticles 15 erzeugt
und von dem Projektionsobjektiv 17 entsprechend verkleinert
auf den Wafer 12 übertragen, wie bereits vorstehend
erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 17 weist
eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen
Elementen, wie z. B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten
und dergleichen auf.
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Die
Erfindung ist selbstverständlich nicht auf den Einsatz
in einer Projektionsbelichtungsanlage 11 beschränkt,
vielmehr kann das erfindungsgemäße Verfahren und
die erfindungsgemäß mit der Fassung 1 verbundene
Linse 2 auch in anderen Vorrichtungen eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004035595
A1 [0004, 0037]
- - US 6284085 B1 [0011, 0036]
- - US 6548176 B1 [0011, 0036]
- - EP 0808808 A1 [0011]