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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen EUV-Projektionsbelichtungsanlage, uns zwar insbesondere das Festkörpergelenk einer Spiegelfacette eines Facettenspiegels, der in dem Beleuchtungssystem enthalten ist.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden dazu verwendet, um Strukturen, die in einer Maske enthalten oder darauf angeordnet sind, auf einen Photolack oder eine andere lichtempfindliche Schicht zu übertragen. Die wichtigsten optischen Komponenten einer Projektionsbelichtungsanlage sind eine Lichtquelle, ein Beleuchtungssystem, welches das von der Lichtquelle erzeugtes Projektionslicht aufbereitet und auf die Maske richtet, und ein Projektionsobjektiv, das den vom Beleuchtungssystem beleuchteten Bereich der Maske auf die lichtempfindliche Schicht abbildet.
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Je kürzer die Wellenlänge des Projektionslichts ist, desto kleinere Strukturen lassen sich auf der lichtempfindlichen Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage erzeugen. Die jüngste Generation von Projektionsbelichtungsanlagen verwendet Projektionslicht mit einer Mittenwellenlänge von etwa 13.5 nm, die somit im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) liegt. Derartige Anlagen werden häufig kurz als EUV-Projektionsbelichtungsanlagen bezeichnet.
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Es gibt allerdings keine optischen Materialien, die für derart kurze Wellenlängen ein ausreichend hohes Transmissionsvermögen haben. Daher sind in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen die bei längeren Wellenlängen üblichen Linsen und anderen refraktiven optischen Elemente durch Spiegel ersetzt, und auch die Maske enthält deswegen ein Muster aus reflektierenden Strukturen.
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Die Beleuchtungssysteme von EUV-Projektionsbelichtungsanlagen enthalten üblicherweise zwei Facettenspiegel, die jeweils eine Vielzahl von dicht nebeneinander angeordneten Spiegelfacetten umfassen. Um einstellen zu können, aus welchen Richtungen die Maske mit Projektionslicht beleuchtet wird, sind die Spiegelfacetten individuell mit Hilfe von Aktuatoren verstellbar. Die Spiegelfacetten sind dabei sehr dicht auf einer Tragstruktur angeordnet, so dass der für Aktuatoren und Gelenke zur Verfügung stehende Raum knapp ist. Da EUV-Projektionsbelichtungsanlagen im Vakuum betrieben werden müssen, kann Wärme, die in den Spiegelfacetten durch Absorption des Projektionslichts entsteht, nicht über einen Gasstrom abgeführt werden. Die Kühlung muss daher überwiegend über Wärmeleitung erfolgen, was die gelenkige Anbindung der Spiegelfacetten an die Tragstruktur erschwert.
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Besonders problematisch sind die Verhältnisse beim Feld-Facettenspiegel, dessen Spiegelfacetten von Spiegelfacetten des Pupillen-Facettenspiegels so auf die Maske abgebildet wird, dass sich die Bilder der Feld-Spiegelfacetten auf der Maske überlagern und diese somit gleichmäßig beleuchten. Um Lichtverluste zu vermeiden, müssen die Spalte zwischen benachbarten Feld-Spiegelfacetten möglichst schmal sein, was zu besonders beengten Raumverhältnissen führt. Die Raumverhältnisse sind deswegen kritisch, weil die Aktuatoren und Gelenke der Feld-Spiegelfacetten aufwendiger als bei den Pupillen-Spiegelfacetten ausgeführt sind, denn die Feld-Spiegelfacetten dürfen sich bei Verkippungen nicht lateral bewegen. Außerdem ist das Problem der Wärmeabfuhr beim FeldFacettenspiegel gravierender, da sich dieser im Strahlengang vor dem Pupillen-Facettenspiegel befindet. Folglich ist das Projektionslicht dort intensiver, denn bei jeder Reflexion an einem Spiegel verringert sich die Intensität des Projektionslichts um rund 30%.
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Aus der
WO 2010/037476 A2 sind Gelenke für verstellbare Spiegelfacetten bekannt, die teilweise als Festkörpergelenke und teilweise als Kugelgelenke ausgebildet sind. In einigen Ausführungsbeispielen sind die Spiegelfacetten über dünne Metalldrähte mit einer Tragstruktur verbunden, um Wärme aus der Spiegelfacette an die Tragstruktur abzuführen. In anderen Ausführungsbeispielen ist der Zwischenraum zwischen den Spiegelfacetten und der Tragstruktur durch Faltenbalge umschlossen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem mit einem Facettenspiegel anzugeben, dessen Festkörpergelenk so mit einer Tragstruktur verbunden ist, dass eine dichte Anordnung der Spiegelfacetten auf einer Tragstruktur ermöglicht wird. Trotzdem soll jede Spiegelfacette um zwei orthogonale Achsen verkippbar und eine gute Wärmeableitung gewährleistet sein.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, das einen Facettenspiegel aufweist, der eine Tragstruktur und mehrere davon getragene und individuell verstellbare Spiegelfacetten aufweist. Jede Spiegelfacette weist ein Substrat und eine von dem Substrat getragene reflektierende Beschichtung auf. Die Beschichtung ist dafür eingerichtet, Licht zu reflektieren, dessen Mittenwellenlänge zwischen 1 nm und 30 nm liegt. Über ein Festkörpergelenk ist jede Spiegelfacette derart mit der Tragstruktur verbunden, dass sie um zwei orthogonale Achsen verkippbar ist. Ferner ist jede Spiegelfacette starr mit einem Betätigungsstab verbunden, so dass durch Auslenken des Betätigungsstapels durch einen Aktuator die Spiegelfacette um mindestens eine der zwei Achsen verkippt wird. Erfindungsgemäß umfasst jedes Festkörpergelenk mindestens drei um den Betätigungsstab herum angeordnete Gelenkbeine, die an einem Ende an der Tragstruktur und an dem anderen Ende an der Spiegelfacette oder einem starr damit verbundenen Teil befestigt sind, wobei sich die Gelenkbeine bei einer Auslenkung des Betätigungsstapels verbiegen.
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Ein solches Festkörpergelenk mit um den Betätigungsstab herum angeordneten Gelenkbeinen baut vergleichsweise hoch, benötigt aber in lateraler Richtung auf der Tragstruktur nur wenig Platz. Dadurch lassen sich sehr viele und relativ kleine Spiegelfacetten auf engstem Raum dicht gepackt anordnen. Die Ausbildung als Festkörpergelenk stellt andererseits sicher, dass die Wärme gut durch Wärmeleitung von der Spiegelfacette über die Gelenkbeine und über den Betätigungsstab abfließen kann.
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Zusätzlich kann jedes Festkörpergelenk mehrere Wärmeleitfasern umfassen, die jeweils an einem Ende an der Tragstruktur und an dem anderen Ende an der Spiegelfacette oder dem starr damit verbundenen Teil befestigt sind, wobei jede der Wärmeleitfasern eine geringere Biegesteifigkeit hat als jedes der Gelenkbeine. Die Wärmeleitfasern haben dabei vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und bestehen deswegen aus Metallen wie Kupfer, Zinn oder Silber. Je dünner die Wärmeleitfasern sind, desto geringer ist dabei ihre Biegesteifigkeit. Vorzugsweise beträgt der maximale Durchmesser der Wärmeleitfasern deswegen weniger als 1 mm und weiter vorzugsweise weniger als 0.2 mm.
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Die Achsen, um welche die Spiegelfacetten jeweils verkippbar sind, sind vorzugsweise zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Ebene angeordnet, in der sich die Tragstruktur erstreckt. Bei gekrümmten Tragstrukturen gilt dies zumindest annähernd für einen kleineren lokalen Bereich und die jeweilige Spiegelfacette herum.
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Bevorzugt ist es ferner, wenn das Festkörpergelenk einer Verkippung der Spiegelfacette um jeder der zwei Achsen zumindest annähernd den gleichen Biegewiderstand entgegensetzt. Dies vereinfacht insbesondere die Ansteuerung der Aktuatoren, da auf diese Weise der funktionale Zusammenhang zwischen Kraft und Auslenkung richtungsunabhängig ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Winkel zwischen benachbarten Gelenkbeinen zumindest im Wesentlichen gleich. Eine solche Anordnung begünstigt einen richtungsunabhängigen Biegewiderstand des Festkörpergelenks. Wenn jedes Festkörpergelenk genau drei Gelenkbeine umfasst, dann betragen die Winkel zwischen benachbarten Gelenkbeinen 120°.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedem Festkörpergelenk eine Befestigungshülse zugeordnet, durch die hindurch sich der Betätigungsstab erstreckt wobei die Befestigungshülsen Teile der Tragstruktur bilden. Eine solche Befestigungshülse begünstigt einen raumsparenden Aufbau des Festkörpergelenks. Insbesondere wenn die Gelenkbeine an einer Innenfläche der Befestigungshülse befestigt sind, umschließt die Befestigungshülse die beweglichen Teile des Festkörpergelenks, was diese einerseits schützt und andererseits einem Forttragen von kleinen Partikeln entgegenwirkt.
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Insbesondere kann die Tragstruktur eine Trägerplatte umfassen, die mit Bohrungen versehen ist, in denen die Befestigungshülsen starr befestigt sind.
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Um die beweglichen Gelenkteile noch besser zu schützen und ein Forttragen von kleinen Partikeln in den Außenraum vollständig zu unterbinden, kann sich zwischen der Befestigungshülse und der Spiegelfacette ein Faltenbalg erstrecken, der den Zwischenraum zwischen der Spiegelfacette und der Befestigungshülse partikelicht gegenüber einem Außenraum abschließt.
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Insbesondere kann an einem Ende des Betätigungsstabes ein Tragelement angeformt sein, das die Spiegelfacette trägt und an dem der Faltenbalg befestigt ist. Der Faltenbalg ermöglicht die Verkippung der Spiegelfacette um die beiden orthogonalen Achsen, unterbindet aber eine Drehung der Spiegelfacette um eine Längsachse des Faltenbalges.
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Dies gilt insbesondere dann, wenn die Befestigungshülse und der Faltenbalg jeweils einen ringförmigen Querschnitt haben und das Tragelement die Form einer Kreisscheibe hat. Der Außendurchmesser des Faltenbalges, der Befestigungshülse und des Tragelements können dabei annähernd gleich sein, was zu einem gekapselten Aufbau des Festkörpergelenks führt, der eine weitgehend stufenfreie Außenkontur hat, wenn man von der Welligkeit des Faltenbalges absieht.
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Um die Wärmeleitfähigkeit der Gelenkbeine zu erhöhen, kann es sinnvoll sein, wenn diese zumindest einen Abschnitt, etwa in der Mitte der Gelenkbeine, haben, in dem der Querschnitt größer ist als an den Enden der Gelenkbeine.
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Bei einem Ausführungsbeispiel haben die Spiegelfacetten eine längliche Grundform und sind so in einer Reihe hintereinander angeordnet, dass Längsseiten der Spiegelfacetten zueinander benachbart sind. Die Spiegelfacetten innerhalb einer Reihe sind dabei abwechseln an ihren gegenüberliegenden Längshälften an dem Betätigungsstabes befestigt. Infolge dieser wechselseitig exzentrischen Anordnung wird der knappe Bauraum auf der Tragstruktur besonders gut ausgenutzt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, die alle schematisch und nicht maßstäblich sind. Darin zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen EUV-Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 einen vereinfachten Meridionalschnitt durch die in der 1 gezeigte Projektionsbelichtungsanlage;
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3 eine Draufsicht auf einen Feld-Facettenspiegel, der in einem Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage enthalten ist;
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4 eine perspektivische Ansicht auf einen Feld-Facettenspiegel und des Festkörpergelenks, mit dem dieser an einer Befestigungshülse angelenkt ist, in einer neutralen Stellung;
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5 der Feld-Facettenspiegel aus der 4, jedoch in einer verkippten Stellung;
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6 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Feld-Facettenspiegel gemäß der 3 in einer perspektivischen Darstellung;
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7 ein Festkörpergelenk für den Feld-Facettenspiegel in einer an die 4 angelehnten Darstellung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem die Wärmeleitfähigkeit der Gelenkbeine erhöht ist.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1. Grundlegender Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage
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Die 1 zeigt in einer perspektivischen und stark schematisierten Darstellung den grundlegenden Aufbau einer erfindungsgemäßen und insgesamt mit 10 bezeichneten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 dient dazu, reflektierende Strukturen 12, die auf der Unterseite einer Maske 14 angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht 16 zu projizieren. Die lichtempfindliche Schicht 16, bei der es sich insbesondere um einen Photolack (engl. resist) handeln kann, wird von einem Wafer 18 oder einem anderen Substrat getragen.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst eine Lichtquelle LS, die Projektionslicht PL erzeugt und beispielsweise als Plasmaquelle ausgebildet sein kann. Als Mittenwellenlänge für das Projektionslicht PL kommt insbesondere ein Bereich zwischen 1 nm und 30 nm in Betracht, der Teil des extremen ultravioletten Spektrums (EUV) ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Mittenwellenlänge des Projektionslichts PL 13.5 nm.
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Ein Beleuchtungssystem 20 richtet das Projektionslicht PL auf die mit den Strukturen 12 versehene Unterseite der Maske 14. Das Projektionslicht PL beleuchtet dabei auf der Unterseite der Maske 14 ein Beleuchtungsfeld 24, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Geometrie eines Ringsegments hat.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst ferner ein Projektionsobjektiv 26, das auf der lichtempfindlichen Schicht 16 ein verkleinertes Bild 24' der im Bereich des Beleuchtungsfeldes 24 liegenden Strukturen 12 erzeugt. Mit OA ist die optische Achse des Projektionsobjektivs 26 bezeichnet, die mit der Symmetrieachse des ringsegmentförmigen Beleuchtungsfelds 24 zusammenfällt. Die Erfindung ist jedoch auch in solchen Projektionsbelichtungsanlagen einsetzbar, bei denen im Projektionsobjektiv 26 keine rotationssymmetrischen optischen Flächen vorhanden sind und deswegen eine optische Achse nicht definiert ist.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 10 ist für einen Scanbetrieb ausgelegt, bei dem die Maske 14 während der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 16 synchron mit dem Wafer 18 verfahren wird. Diese Verfahrbewegungen der Maske 14 und des Wafers 18 sind in der 1 mit Pfeilen A1 bzw. A2 angedeutet; die zum Verfahren der Maske 14 und des Wafers 18 notwendigen Verfahreinrichtungen sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten, mit denen die Maske 14 und der Wafer 18 verfahren werden, ist dabei gleich dem Abbildungsmaßstab β des Projektionsobjektivs 26. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das vom Projektionsobjektiv 20 erzeugte Bild 24' verkleinert (|β| < 1) und aufrecht (β > 0), weswegen der Wafer 18 langsamer als die Maske 14, aber entlang der gleichen Richtung verfahren wird. Während einer Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 16 überstreicht somit das Beleuchtungsfeld 24 scannerartig die Maske 14, wodurch auch größere Strukturbereiche zusammenhängend auf die lichtempfindliche Schicht 16 projiziert werden können.
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Von jedem Punkt im Beleuchtungsfeld 24, das sich in einer Objektebene des Projektionsobjektivs 26 befindet, gehen Lichtbündel aus, die in das Projektionsobjektiv 26 eintreten. Dieses bewirkt, dass die eintretenden Lichtbündel in einer Bildebene hinter dem Projektionsobjektivs 26 in Feldpunkten konvergieren. Die Feldpunkte in der Objektebene, von denen die Lichtbündel ausgehen, und die Feldpunkte in der Bildebene, in denen diese Lichtbündel wieder konvergieren, sind somit optisch zueinander konjugiert.
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Für einen einzelnen Punkt in der Mitte des Beleuchtungsfeldes 24 ist ein solches Lichtbündel schematisch angedeutet und mit 28 bezeichnet. Der Öffnungswinkel des Lichtbündels 28 beim Eintritt in das Projektionsobjektiv 10 ist dabei ein Maß für dessen objektseitige numerische Apertur NAo. Infolge der verkleinerten Abbildung ist die bildseitige numerische Apertur NAi des Projektionsobjektivs 26 um den Kehrwert des Abbildungsmaßstabs β vergrößert.
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Die 2 zeigt einen schematischen Meridionalschnitt durch die Projektionsbelichtungsanlage 10, in dem weitere Einzelheiten erkennbar sind. Zwischen der mit 30 bezeichneten Objektebene und der mit 32 bezeichneten Bildebene des Projektionsobjektivs 26 sind insgesamt sechs Spiegel M1 bis M6 angeordnet. Das von einem Punkt in der Objektebene 30 ausgehende Lichtbündel 28 trifft zuerst auf einen konkaven ersten Spiegel M1, wird zurück auf einen konvexen zweiten Spiegel M2 reflektiert, trifft auf einen konkaven dritten Spiegel M3, wird zurück auf einen konkaven vierten Spiegel M4 reflektiert und trifft dann auf einen konvexen fünften Spiegel M5, der das EUV-Licht zurück auf einen konkaven sechsten Spiegel M6 richtet. Dieser fokussiert das Lichtbündel 28 schließlich in einen konjugierten Bildpunkt in der Bildebene 32.
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Das Projektionsobjektiv 26 hat eine erste Pupillenfläche 34, die sich in oder in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des zweiten Spiegels M2 befindet. Eine Pupillenfläche zeichnet sich dadurch aus, dass dort die Hauptstrahlen der von Punkten in der Objektebene 30 ausgehenden Lichtbündel die optische Achse OA schneiden. Gezeigt ist dies in der 2 für den mit 36 bezeichneten und gestrichelt angedeuteten Hauptstrahl des Lichtbündels 28.
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Eine zweite Pupillenfläche 38 befindet sich im Strahlengang zwischen dem fünften Spiegel M5 und dem sechsten Spiegel M6, wobei der Abstand der zweiten Pupillenfläche 38 zu diesen beiden Spiegeln M5, M6 relativ groß ist. Auf der Höhe der zweiten Pupillenfläche 38 ist eine Aperturblende 40 angeordnet.
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Das Beleuchtungssystem 20 der Projektionsbelichtungsanlage 10 bereitet das von der Lichtquelle LS erzeugte Projektionslicht PL auf und richtet es so auf die an einem Maskenhalter 69 befestigte Maske 14, dass dort jeder Punkt innerhalb des Beleuchtungsfeldes 24 mit Projektionslicht PL der gewünschten Intensität und Beleuchtungswinkelverteilung beleuchtet wird. Mit dem Begriff der Beleuchtungswinkelverteilung beschreibt man, wie sich die gesamte Intensität eines einem Feldpunkt zugeordneten Lichtbündels auf die unterschiedlichen Einfallsrichtungen verteilt.
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Zu diesem Zweck weist das Beleuchtungssystem 20 einen Eingangsspiegel 70, einen Feld-Facettenspiegel 72 mit einer Vielzahl von Feld-Spiegelfacetten 73, einen Pupillen-Facettenspiegel 74 mit einer Vielzahl von Pupillen-Spiegelfacetten 83, einen ersten Kondensorspiegel 76 und einen zweiten Kondensorspiegel 78 auf. Über einen für einen streifenden Einfall (grazing incidence) ausgelegten Spiegel 80, der auch innerhalb des Beleuchtungssystems 20 angeordnet sein kann, wird das Projektionslicht PL schließlich auf die Maske 14 gerichtet.
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Der Pupillen-Facettenspiegel 74 ist dabei in einer bei 82 angedeuteten Pupillenfläche des Beleuchtungssystem 20 angeordnet. Jede Pupillen-Spiegelfacette 83 bildet, zusammen mit den nachfolgenden Kondensorspiegeln 76 und 78, eine Feld-Spiegelfacette 72 des Feld-Facettenspiegels 72 auf die Objektebene 30 ab. Dort überlagern sich die Bilder der Spiegelfacetten 73 des Feld-Facettenspiegels 72, was zu einer sehr gleichmäßigen Beleuchtung führt. Einzelheiten zum Aufbau der Spiegelfacetten des Feld-Facettenspiegels 72 werden im nachfolgenden Abschnitt 2 erläutert.
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Die Pupillenfläche 82 des Beleuchtungssystem 20 ist zu den Pupillenflächen 34 und 38 des Projektionsobjektivs 26 optisch konjugiert. Dies bedeutet, dass die Intensitätsverteilung auf dem Pupillen-Facettenspiegel 74 des Beleuchtungssystem 20 zunächst auf den zweiten Spiegel M2 des Projektionsobjektivs 26 und von dort auf die zweite Pupillenfläche 38 abgebildet wird.
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Da die Pupillenfläche 82 des Beleuchtungssystem 20 mit der Objektebene 30 durch eine Fourier-Transformation verknüpft ist, wird durch die räumliche Intensitätsverteilung in der Pupillenfläche 82 die Beleuchtungswinkelverteilung in der Objektebene 30 festgelegt. Orten in der Pupillenfläche 82 entsprechen daher Winkeln in der Objektebene 30. Umgekehrt entsprechen Winkel in der Pupillenfläche 82 Orten in der Objektebene 30. Indem mit Hilfe des Feld-Facettenspiegels 72 unterschiedliche Intensitätsverteilungen auf dem Pupillen-Facettenspiegel 74 erzeugt werden, lässt sich die Beleuchtungswinkelverteilung des auf die Maske 14 auftreffenden Projektionslichts PL gezielt an die in der Maske 14 enthaltenen Strukturen 12 anpassen.
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2. Feld-Facettenspiegel
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Der Aufbau und die Funktion des Feld-Facettenspiegels 72 werden im Folgenden mit Bezug auf die 3 bis 7 näher erläutert.
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Die 3 zeigt den Feld-Facettenspiegel 72 in Draufsicht. Erkennbar ist eine Trägerplatte 90, deren zum Betrachter weisende Oberfläche 92 zu einem großen Teil von den Feld-Spiegelfacetten 73 überdeckt wird. Der in der Draufsicht erkennbare Umriss der Feld-Spiegelfacetten 73 hat jeweils die Form eines Ringsegments. Da diese Form bei allen Feld-Spiegelfacetten 73 gleich ist, lassen sie sich eng gepackt zu Reihen anordnen, von denen im dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt fünf nebeneinander angeordnet und mit 94a bis 94e bezeichnet sind. Der Bedeckungsgrad der Oberfläche 92 mit Feld-Spiegelfacetten 73 liegt dabei vorzugsweise im Bereich von über 80%, so dass nur wenig Projektionslicht PL in die Zwischenräume zwischen benachbarten Feld-Spiegelfacetten 73 fällt und dadurch nicht zur Projektion der Maske 14 auf die lichtempfindliche Schicht 16 beitragen kann.
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Jede Feld-Spiegelfacette 73 ist individuell verstellbar, so dass das auftreffende Projektionslicht PL auf unterschiedliche Pupillen-Facettenspiegel 83 gerichtet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Richtungen zu verändern, aus denen das Projektionslicht PL auf die Maske 14 fällt. Jede Feld-Spiegelfacette 73 ist zu diesem Zweck mit Hilfe eines in der 6 erkennbaren Aktuators 89 um zwei orthogonale Achsen verkippbar, die zumindest im Wesentlichen parallel zur Oberfläche 92 der Trägerplatte verlaufen.
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Die 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung, wie eine Feld-Spiegelfacette 73 über ein Festkörpergelenk 96 mit einer Befestigungshülse 98 verbunden ist, die einen ringförmigen Querschnitt hat und starr in einer Bohrung 99 (siehe 6) der Trägerplatte 90 befestigt ist. Die Befestigungshülsen 98 bilden zusammen mit der Trägerplatte 90 eine Tragstruktur für die Feld-Spiegelfacetten 73, gegenüber der die Feld-Spiegelfacetten 73 verkippbar sind.
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Die Feld-Spiegelfacette 73 weist ein Substrat 100 auf, das eine reflektierende Beschichtung 102 trägt. Die reflektierende Beschichtung ist dazu ausgelegt, das Projektionslicht PL so zu reflektieren, dass mindestens 60% und vorzugsweise mindestens 70% des auftreffenden Projektionslichts PL reflektiert wird. Die reflektierende Beschichtung 102 umfasst hierzu im dargestellten Ausführungsbeispiel eine alternierende Abfolge dünner Schichten aus Molybdän und Silizium.
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Die Feld-Spiegelfacette 73 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel exzentrisch von einem Tragelement 104 getragen, das die Form einer Kreisscheibe hat. An die Unterseite des Tragelements 104 ist mittig ein Betätigungsstab 106 angeformt, der sich durch die Befestigungshülse 98 hindurch erstreckt. An seinem gegenüberliegenden Ende ist an dem Betätigungsstab 106 ein Endstück 108 angeformt, an dem der Aktuator 89 zum Verkippen der Feld-Spiegelfacette 73 angreift. In der 4 ist dies durch einen gekreuzten Doppelpfeil 110 angedeutet.
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Das Festkörpergelenk 96 verbindet den Betätigungsstab 106 mit der Befestigungshülse 98. Zu diesem Zweck umfasst das Festkörpergelenk 96 drei um den Betätigungsstab 106 herum angeordnete Gelenkbeine 112, die an einem Ende an der Innenfläche der Befestigungshülse 98 und an dem anderen Ende an dem Tragelement 104 befestigt sind. Der Winkel zwischen benachbarten Gelenkbeinen 112 beträgt dabei jeweils 120°. Würde man die Gelenkbeine 112 virtuell über das Tragelement 104 hinaus verlängern, wie dies in der 4 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, so träfen sich die Gelenkbeine 112 in einem Kipppunkt 114, der zumindest näherungsweise auf der reflektierenden Beschichtung 102 der Feld-Spiegelfacette 73 liegt.
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Wird der Betätigungsstab 106 mit Hilfe des Aktuators 89 ausgelenkt, wie dies in der 5 mit einem Pfeil 116 angedeutet ist, so wird die Feld-Spiegelfacette 73 um den Kipppunkt 114 herum verschwenkt, wobei sich die Gelenkbeine 112 verbiegen, wie dies in der 5 erkennbar ist. Die Biegesteifigkeit der Gelenkbeine 112 legt somit den Biegewiderstand fest, der durch den Aktuator überwunden werden muss, um die Feld-Spiegelfacette 73 zu verkippen. Infolge der gleichmäßigen Verteilung der Gelenkbeine 112 um den Betätigungsstab 106 herum ist der Biegewiderstand des Festkörpergelenks 96 annähernd isotrop, so dass das Festkörpergelenk 96 einer Verkippung der Feld-Spiegelfacette 73 um jeder der zwei orthogonalen Kippachsen zumindest annähernd den gleichen Biegewiderstand entgegensetzt.
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Zusätzlich zu den Gelenkbeinen 112 erstrecken sich zwischen der Befestigungshülse 98 und dem Betätigungsstab 106 mehrere Wärmeleitfasern 118. Die Wärmeleitfasern 118 haben eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit und können z.B. aus Kupfer oder Silber bestehen. Sie haben überdies einen erheblich kleineren Querschnitt und damit auch eine kleinere Biegesteifigkeit als die Gelenkbeine 112, so dass sie einer Auslenkung der Feld-Spiegelfacette 73 nur einen geringen Biegewiderstand entgegensetzen. Wärme, die durch die teilweise Absorption des Projektionslichts PL in der Feld-Spiegelfacette 73 entsteht, kann somit nicht nur über die Gelenkbeine 112, sondern zu einem Teil auch über die Wärmeleitfasern 118 an die Trägerplatte 90 abgegeben werden. Die Zahl der Wärmeleitfasern 118 kann dabei auch wesentlich größer sein, als dies in den 4 und 5 dargestellt ist.
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Zwischen dem Tragelement 104 und der Befestigungshülse 98 erstreckt sich ferner ein Faltenbalg 120, der den Zwischenraum zwischen der Feld-Spiegelfacette 73 und der Befestigungshülse 98 gasdicht gegenüber einem Außenraum abschließt. Der Faltenbalg 120 verhindert zum einen, dass kleine Partikel, die sich infolge mechanischer oder thermischer Belastung von Teilen des Festkörpergelenks 96 oder der Wärmeleitfasern 118 lösen, in den Außenraum gelangen und die Funktion des Beleuchtungssystems 20 beeinträchtigen, indem sie sich z.B. auf Spiegeloberflächen absetzen. Zusätzlich stellt der Faltenbalg 120 sicher, dass sich die Spiegelfacette nicht um die Längsachse des Faltenbalgs 120, also um eine zur Oberfläche 92 senkrechte Achse, dreht.
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Da die Außendurchmesser des Faltenbalgs 120, der Befestigungshülse 98 und des Tragelements 104 zumindest annähernd gleich sind, hat die in den 4 und 5 gezeigte Anordnung insgesamt eine im Wesentlichen zylindrische Form, wenn man von der Feld-Spiegelfacette 73 als solcher absieht. Da das Festkörpergelenk 96 infolge der schräg verlaufenden Gelenkbeine 112 nur eine geringe Ausdehnung parallel zur Oberfläche 92 hat, ist der Querschnitt der zylindrischen Anordnungen zudem relativ klein. Daher lassen sich diese Anordnungen sehr dicht auf der Trägerplatte 92 anordnen.
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Die 6 zeigt dies in einer perspektivischen Darstellung, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur drei dieser Anordnungen gezeigt sind. Feld-Spiegelfacetten 73, die innerhalb einer Reihe 94a bis 94e hintereinander angeordnet sind, sind abwechseln an ihren gegenüberliegenden Längshälften an dem jeweiligen Betätigungsstab 106 befestigt. Durch den wechselseitigen Anschlag der Feld-Spiegelfacetten 73 an den Betätigungsstäben 106 wird der knappe Bauraum auf der Oberfläche 92 erheblich besser ausgenutzt, als wenn die Feld-Spiegelfacetten 73 alle zentrisch an den Betätigungsstäben 106 befestigt wären. Dadurch können die Feld-Spiegelfacetten 73 trotz ihrer gelenkigen Befestigung an der Tragstruktur sehr dicht auf der Oberfläche 92 angeordnet werden.
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Der Biegewiderstand des Festkörpergelenks 96 wird im Wesentlichen durch die Biegesteifigkeit der Gelenkbeine 112 festgelegt. Diese kann vor allem durch die Auslegung des Querschnitts der Gelenkbeine 112 beeinflusst werden.
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Die 7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem die Gelenkbeine 112 jeweils in der Mitte einen Abschnitt 122 haben, dessen Querschnitt größer ist als an den Enden der Gelenkbeine 112. Dadurch wird die Wärmeleitfähigkeit der Gelenkbeine 112 des Festkörpergelenks 96 erhöht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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