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Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit zwei mittels Kraftschluss miteinander verbundenen Elementen.
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Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie, insbesondere sogenannte EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, bewegen sich in einem höchst anspruchsvollen technischen Umfeld. So werden beispielsweise im Fall der EUV-Projektionsbelichtungsanlagen beschichtete Spiegel zur Abbildung einer Maske, des sogenannten Retikels, auf ein Halbleiterelement, wie zum Beispiel einen Wafer verwendet, wobei die genannten Spiegel hochgenau und möglichst erschütterungsfrei mechanisch gelagert und gleichzeitig thermisch stabil gehalten bzw. gekühlt werden müssen. Zur Einstellung der Beleuchtungsparameter für das Retikel werden in jüngerer Zeit vermehrt sogenannte Facettenspiegel verwendet, die eine Vielzahl von Einzelspiegeln, sogenannten Spiegelfacetten, zeigen. Diese Spiegelfacetten sind dabei in der Regel auf Trägerelementen montiert und in einem gewissen Ausmaß mechanisch manipulier- bzw. bewegbar. Nach dem Stand der Technik werden die Spiegelfacetten auf den Trägerelementen mit klassischen Techniken, wie beispielsweise Klemmen, also kraftschlüssigen Verbindungen oder auch stoffschlüssigen Verbindungen, wie Kleben, Löten oder Schweißen, befestigt.
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Für spezielle Anwendungen kann es überdies erforderlich sein, die Spiegelfacetten austauschbar zu fassen und/oder einen hohen Flächendruck zwischen Spiegelfacetten und Trägerelement zur Erhöhung der Wärmeleitung zu schaffen.
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Daneben besteht oftmals die Restriktion, dass der zur Montage bzw. Demontage von Spiegelfacetten zur Verfügung stehende Bauraum ausgesprochen begrenzt ist. Für wechselbare Spiegelfacetten kann es deswegen eher nachteilig sein, diese beispielsweise mittels Verschrauben auf ihrem jeweiligen Trägerelement zu befestigen, da die Schraubverbindung oftmals nicht so ausgeführt werden kann, dass sie für das Verschrauben mit vertretbarem Aufwand zugänglich ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und zuverlässige Fixierung für Elemente von Projektionsbelichtungsanlagen anzugeben, welche eine leichte Wechselbarkeit der Elemente gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtungen mit den in den Ansprüchen 1 und 13 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie weist zwei mittels Kraftschluss miteinander verbundene Elemente auf, wobei der Kraftschluss unter Verwendung eines Formgedächtniselementes erreicht wird.
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Mit anderen Worten wird das Formgedächtniselement dazu verwendet, eine zur Verbindung der beiden Elemente erforderliche Kraft aufzubringen.
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Bei den beiden verbunden Elementen kann es sich prinzipiell um verschiedenste Elemente/Komponenten einer Projektionsbelichtungsanlage handeln.
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Dabei kommt die Eigenschaft der Formgedächtnis-Materialien, viel Arbeit pro Volumen verrichten zu können, positiv zum Tragen. Ferner kann das Formgedächtniselement vergleichsweise einfach aufgebaut sein und erweist sich deswegen auch als vergleichsweise robust. Unter einem Formgedächtniselement wird dabei im Wesentlichen ein Element verstanden, welches unter Einwirkung einer äußeren Zustandsänderung, insbesondere einer Temperaturänderung, bei Erreichen eines bestimmten Zustandsparameters, insbesondere einer bestimmten Temperatur, von einem Zustand in einen anderen übergeht. Typischerweise ändert sich dabei die innere Struktur, insbesondere die Kristallstruktur, des Formgedächtniselementes, was oftmals mit einer Ausdehnung des Elementes in eine Richtung bei gleichzeitiger Kontraktion in eine andere Richtung verbunden sein kann. Auch sonstige Änderungen der Form des Formgedächtniselementes sind denkbar, wobei es insbesondere auch möglich ist, dass das Formgedächtniselement lediglich eine Ausdehnung/Kontraktion in einer Richtung ohne gleichzeitige Dimensionsänderung in der anderen Richtung vollzieht. Beispielsweise kann das Formgedächtniselement bei Erwärmung von einer martensitischen Struktur in eine austenitische Struktur übergehen. Der Übergang vollzieht sich dabei jeweils über einen gewissen Temperaturbereich hinweg, beginnend mit einer Starttemperatur und endend mit einer Endtemperatur, bei welcher jeweils eine der beiden Strukturen praktisch vollständig vorliegt. Für ein Zweiwege-Formgedächtniselement kann die Umwandlung im Wesentlichen wie folgt ablaufen: Beginnend bei einer relativ niedrigen Temperatur von ca. 20°C liegt das Formgedächtniselement in einer martensitischen Struktur vor. Mit steigender Temperatur wird die Austenit-Starttemperatur erreicht, bei welcher die Umwandlung in eine austenitische Struktur einsetzt, welche nach einem weiteren Anstieg der Temperatur bei der Austenit-Finishtemperatur vollständig abgeschlossen ist. Das Formgedächtniselement liegt oberhalb der Austenit-Finishtemperatur praktisch vollständig in der austenitischen Struktur vor. Beim Abkühlen des Formgedächtniselementes setzt die Umwandlung von der austenitischen Struktur in die martensitische Struktur bei einer Martensit-Starttemperatur ein, die erheblich unterhalb der Austenit-Starttemperatur liegen kann. Mit Erreichen der Martensit-Finishtemperatur ist die Rückumwandlung in die martensitische Phase völlig abgeschlossen.
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Dabei kann die Martensit-Starttemperatur insbesondere bei ca. 20°C liegen, wohingegen ca. –5°C eine vorteilhafte Wahl für die Martensit-Finishtemperatur darstellt.
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Wählt man den Bereich für die Austenit-Starttemperatur und die Austenit-Finishtemperatur im Intervall zwischen ca. 20°C und ca. 120°C, ergibt sich eine besonders gute Anwendbarkeit des Zweiwege-Effektes:
Zunächst wird das Formgedächtniselement in der martensitischen Struktur an der gewünschten Stelle positioniert. Eine nachfolgende Erwärmung des Formgedächtniselementes über die Austenit-Finishtemperatur hinaus führt dann zur gewünschten Strukturänderung des Formgedächtniselementes und damit zu der gewünschten kraftschlüssigen Verbindung. Ein nachfolgendes Abkühlen des Formgedächtniselementes bleibt so lange für den Kraftschluss unschädlich, wie sich das Formgedächtniselement bei einer Temperatur befindet, die höher ist als die Martensit-Starttemperatur von ca. 20°C, da erst dann der Übergang zur martensitischen Struktur erfolgen kann. Unter normalen Betriebsbedingungen einer Projektionsbelichtungsanlage wird diese Temperatur jedoch nicht unterschritten werden, so dass eine unerwünschte Rückumwandlung des Formgedächtniselementes praktisch ausgeschlossen ist; vielmehr ist zum Lockern der kraftschlüssigen Verbindung ein gezieltes Kühlen des Formgedächtniselementes erforderlich.
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Selbstverständlich sind je nach Anwendungsfall auch andere Temperaturbereiche als die oben angegebenen denkbar.
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Eine Vorspannkraft zur Erleichterung einer ersten Vorjustage der beiden zu fügenden Partner, also beispielsweise der Spiegelfacette und des Trägerelements kann grundsätzlich dadurch erreicht werden, dass die Eigenelastizität der am Fügevorgang beteiligten Elemente genutzt wird und/oder zusätzliche elastische Elemente verwendet werden. So kann beispielsweise das Formgedächtniselement in der Weise ausgebildet sein, dass es zu Beginn des Einsetzens locker entlang der Fügeflächen gleitet. Die Fügeflächen selbst können dann in der Weise mit Steigungen versehen sein, dass beim Erreichen der gewünschten Endposition der Fügepartner eine geringe elastische Deformation eines oder mehrerer der beteiligten Fügepartner bewirkt wird, durch welche die gewünschte Vorspannkraft aufgebracht wird. Ebenso ist es denkbar, zusätzliche elastische Elemente wie beispielsweise Blattfedern o. ä. vorzusehen, durch welche die Vorspannkraft aufgebracht wird.
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Dabei kann das Formgedächtniselement im austenitischen Zustand in mindestens einer Raumrichtung eine größere Ausdehnung besitzen als im martensitischen Zustand. Daneben ist auch der Fall denkbar, dass das Formgedächtniselement im austenitischen Zustand in mindestens einer Raumrichtung eine geringere Ausdehnung besitzt als im martensitischen Zustand.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann es sich bei einem der beiden Elemente um eine Feldfacette eines Facettenspiegels handeln, bei dem zweiten der beiden Elemente kann es sich um einen Trägerkörper, insbesondere ein sogenanntes Flexgelenk, handeln. Unter einem Flexgelenk ist ein monolithisches, in mindestens einem Freiheitsgrad, bevorzugt in zwei Rotationsfreiheitsgraden schaltbares bzw. bewegbares Element zu verstehen, mit welchem eine sogenannte Kinematik zum Bewegen bzw. Beschalten der Facettenoptik realisiert werden kann.
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Das Formgedächtniselement kann beispielsweise polykristallines NiTi enthalten, auch andere Legierungen sind je nach Anwendung denkbar.
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Dadurch dass das Formgedächtniselement den Kraftschluss zwischen den beiden Elementen unter Verwendung einer Kinematik, insbesondere eines Hebels, bewirkt, wird es möglich, ausgehend von identischen Formgedächtniselementen, jeweils an unterschiedliche Anwendungsfälle angepasste Stellwege bzw. Stellkräfte zu realisieren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wirkt auf die am Kraftschluss beteiligten Flächen ein Anpressdruck von mehr als 10 MPa, bevorzugt mehr als 12 MPa, insbesondere ca. 15 MPa. Die genannten Drücke betreffen vorwiegend Fälle, in denen mindestens eines der beiden am Kraftschluss beteiligten Elemente thermisch hoch belastet ist, so dass über die Grenzfläche große Wärmemengen abgeführt werden müssen. Für Fälle ohne besondere thermische Anforderungen sind auch Anpressdrücke von weniger als 10 MPa denkbar.
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Eine erfindungsgemäße optische Baugruppe umfasst einen Trägerkörper und eine mit dem Trägerkörper verbundene Spiegelfacette, wobei die Spiegelfacette und der Trägerkörper miteinander mittels eines Formgedächtniselementes verbunden sind. Dabei kann die optische Baugruppe beispielsweise für den Einsatz in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie vorgesehen sein, insbesondere als Bestandteil eines Facettenspiegels.
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Die Spiegelfacette und der Trägerkörper können miteinander mittels Zugankern verbunden sein, wobei die Zuganker in Ausnehmungen in der Spiegelfacette eingreifen und wobei ein Anpressen der Spiegelfacette an den Trägerkörper mittels des Formgedächtniselementes erreicht werden kann.
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Insbesondere können die Spiegelfacette und der Trägerkörper miteinander mittels des selbst monolithisch als Zuganker ausgeführten Formgedächtniselementes verbunden sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 grundsätzlich die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung,
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2 eine mögliche Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine Verbindung einer Spiegelfacette 1' mit einem Trägerelement 2' über einen Zuganker 3
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4 die in 3 gezeigte Anordnung in einem Vormontage-Zustand
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5 eine mögliche Gestaltung eines Formgedächtniselementes
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6 eine alternative Gestaltung eines Formgedächtniselementes
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7 eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Kinematik zur Anwendung kommt
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8 den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Mikrolithographie.
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung grundsätzlich die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung. Im gezeigten Beispiel ist ein erstes Element als Spiegelfacette 1 ausgebildet, wohingegen ein zweites Element als Trägerkörper 2 ausgeführt ist. Spiegelfacette 1 und Trägerkörper 2 sind miteinander mittels Kraftschluss unter Verwendung der Zuganker 3 verbunden. Dabei greifen die Zuganker 3 in Ausnehmungen 4 in der Spiegelfacette 1 ein und pressen diese gegen die Kontaktfläche 5 des Trägerkörpers 2. Die Pressung wird hierbei dadurch erreicht, dass die Zuganker 3 über Formgedächtniselemente 6 mit Haltern 7 verbunden sind, welche ihrerseits an dem Trägerkörper 2 befestigt sind. Die Formgedächtniselemente 6 befinden sich in 1 in ihrem zweiten Zustand, das heißt, sie besitzen in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung z eine geringere Ausdehnung als in ihrem ersten Zustand. Dadurch wird vergleichsweise effizient eine zuverlässige Fixierung der Spiegelfacette 1 an dem Trägerkörper 2 erreicht und gleichzeitig eine gute Wärmeleitung zwischen Spiegelfacette 1 und Trägerkörper 2 gewährleistet. Die Montage kann prinzipiell so erfolgen, dass zunächst die Formgedächtniselemente 6 in ihren ersten Zustand versetzt werden, beispielsweise durch Kühlung. In diesem Zustand werden dann die Zuganker 3 in die Ausnehmungen 4 in der Spiegelfacette 1 eingebracht und die Spiegelfacette 1 wird – bei einer vergleichsweise geringen Anpresskraft an der Kontaktfläche 5 – gegenüber dem Trägerkörper 2 feinjustiert. Nach erfolgter Feinjustage kann dann eine Erwärmung der Formgedächtniselemente 6 erfolgen, welche dazu führt, dass bei Überschreiten der Schwellentemperatur die Formgedächtniselemente 6 praktisch schlagartig ihre Ausdehnung in z-Richtung verringern und die Anpresskraft sich um ein Vielfaches erhöht, wodurch eine zuverlässige Fixierung der Spiegelfacetten 1 an dem Trägerkörper 2 bei gleichzeitig guter Wärmeleitung erreicht werden kann. Sollten Nachjustagen erforderlich werden, können die Formgedächtniselemente 6 gekühlt werden, wodurch sie sich in z-Richtung wieder ausdehnen und die Anpresskraft erheblich verringert wird, was eine Verschiebung der Spiegelfacette 1 gegenüber dem Trägerkörper 2 mit vergleichsweise handhabbaren Kräften bzw. auch ein Austauschen der Spiegelfacette 1 ermöglicht.
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2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Formgedächtniselement 6a selbst praktisch monolithisch als Zuganker ausgeführt ist. Die Spiegelfacette 1a ist in der in 2 gezeigten Darstellung analog zu der in 1 gezeigten Spiegelfacette mit einer Ausnehmung 11a ausgeführt, in welche das Formgedächtniselement 6a eingreift. Das Trägerelement 2a zeigt in der in 2 dargestellten Variante ebenfalls eine Ausnehmung 21a, in welche der untere Teil des Formgedächtniselementes 6a eingreift. Durch die Kontraktion bzw. durch die Ausdehnung des Formgedächtniselementes 6a entlang der durch den Pfeil z' angedeuteten Richtung kann die Verbindung zwischen der Spiegelfacette 1a und dem Trägerelement 2a gelöst/gelockert bzw. hergestellt werden.
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3 zeigt in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Verbindung einer Spiegelfacette 1' mit einem Trägerelement 2' über einen Zuganker 3', der doppel-T-förmig ausgeführt ist, wobei die beiden Querstriche des ”T” sich jeweils in Ausnehmungen 4' bzw. 8 in der Spiegelfacette 1' bzw. dem Trägerelement 2' befinden. Das in der Figur gezeigte Abstandsmaß a bezeichnet den Abstand zwischen den beiden Querstrichen des Doppel-T. Es ist vorzugsweise mit einer Genauigkeit von +/–0,01 mm herzustellen und die Planität der Kontaktflächen sollte ≤ 0,003 betragen, um eine optimale Funktion zu gewährleisten. Selbstverständlich sind auch abweichende Werte – je nach Aufgabenstellung – denkbar. Der Zuganker 3' kann einstückig oder mehrteilig gefügt sein und beispielsweise aus getrennt hergestellten und nachfolgend verschweißten Einzelteilen bestehen. Dabei kann die gewünschte Präzision bereits bei der Gestaltung der Einzelteile oder erst bei der Realisierung des kompletten Zugankers 3' hergestellt werden. Zwischen dem Zuganker 3' und dem Trägerelement 2' ist als Formgedächtniselement eine Formgedächtnisscheibe 6' eingefügt, welche insbesondere Titan und Nickel (NiTi) aufweisen kann. Die gewünschte Flächenpressung wird dadurch erreicht, dass in die Ausnehmung 8 im Trägerelement 2' eine gewisse Reaktionswärme eingebracht wird, wodurch erreicht wird, dass das Formgedächtniselement 6' seine Schwellentemperatur überschreitet und sich nachfolgend in axialer Richtung ausdehnt, also seine Dicke schlagartig erhöht. Auf diese Weise wird die Spiegelfacette 1', welche beispielsweise aus Silizium, Stahl, Kupfer, Siliziumkarbid oder SiSiC bestehen kann, an das Trägerelement 2' angepresst. Bei dem Trägerelement 2' kann es sich beispielsweise um ein Flexgelenk handeln, welches eine gewisse Einstellbarkeit der Spiegelfacette 1' gewährleistet. In 3 ist daneben erkennbar, dass der der Spiegelfacette 1' zugeordnete Teil des Zugankers 3' im Hinblick auf die Montage optimiert gestaltet ist. Dazu sind die Endstücke 31 des in der Ausnehmung 4' verlaufenden Teiles des Zugankers 3' mittels eines Festkörpergelenks 32 mit diesem verbunden und weisen eigene Standfüße 33 auf. Diese Ausführungsform erlaubt es, die Vormontage der Spiegelfacette 1' vor dem eigentlichen Klemmvorgang mittels Erwärmung des Formgedächtniselementes 6' etwas zu vereinfachen. Insbesondere können die Enden des genannten Teils des Zugankers 3' bei der Montage um die Festkörpergelenke 32 etwas nach oben gebogen werden, so dass die Anpresskraft reduziert und die Montage erleichtert wird; der entsprechende Zustand ist in 4 dargestellt.
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Diese Biegung kann beispielsweise durch ein Einfügewerkzeug, die Verwendung von Bimetallelementen oder auch mittels eines Formgedächtniswerkstoffs erreicht werden. Nach der Vorjustage werden dann die genannten Endstücke 31 wieder in ihre Ausgangslage zurückgeschwenkt und die Formgedächtnisscheibe 6' wird erwärmt, wodurch der gewünschte End-Anpressdruck erreicht wird. Dabei expandiert die Formgedächtnisscheibe 6' lediglich axial, nicht radial.
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Selbstverständlich ist auch eine vereinfachte Ausführung des oberen Teils des Zugankers 3' etwa in der Art entsprechend dem unteren Teil denkbar.
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5 zeigt in einer Variante der Erfindung eine mögliche Gestaltung der Formgedächtnisscheibe 6'. Im gezeigten Beispiel ist die Formgedächtnisscheibe in der Art einer Unterlegscheibe mit innerer Bohrung mit einem Durchmesser Di ausgeführt. Der Außendurchmesser der Formgedächtnisscheibe 6' beträgt, wie in der Figur angedeutet, Da. Der Innendurchmesser Di ist dabei so auszuführen, dass eine Führung als Spielpassung zum Zuganker 3' ermöglicht wird. Eine derartig gestaltete Scheibe kann jedoch nur dann verwendet werden, wenn der Zuganker mehrteilig ausgeführt ist und erst nach Einbringung der Formgedächtnisscheibe 6' zusammengefügt wird, beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben.
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Eine Alternative hierzu ist in der 6 dargestellt, dort ist die Formgedächtnisscheibe derart zweigeteilt ausgeführt, dass zwei halbe Scheibenelemente 6'' miteinander mittels der Schrauben 9 verschraubt sind. Zur präziseren Fügung kann auch eine zusätzliche Verstiftung vorgesehen sein; zur Erhöhung der Präzision ist es angeraten, die beiden Planflächen der gefügten Scheibe planparallel zu schleifen oder zu läppen, dann wieder zu lösen und dann in die Gesamtanordnung entsprechend der 1, 2 und 3 zu integrieren bzw. in der dort gezeigten Anordnung zu fügen. Die Gesamtgenauigkeit hängt dann von der Ausführung der Verschraubung bzw. Verstiftung ab.
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7 zeigt eine exemplarische Verwendung einer als zweiseitiger Hebel 10 ausgebildeten Kinematik mit einem ersten und zweiten Hebelarm 101 und 102, wobei der Hebel 10 um den Drehpunkt P geschwenkt werden kann. Dem ersten Hebelarm 101 zugeordnet ist das Formgedächtniselement 6''', dessen Längenänderung in Richtung des Doppelpfeiles T1 sich in eine Bewegung des zweiten Hebelarmes 102 um den Weg T2 übersetzt. Selbstverständlich sind auch andere Gestaltungen des Hebels 10 denkbar. Durch eine gezielt eingestellte Übersetzung kann somit der Anpressdruck erhöht werden.
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8 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Mikrolithographie. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Lichtquelle 402 eine Beleuchtungsoptik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf. Belichtet wird eine im Objektfeld 404 angeordnete Maske, das sogenannte Retikel 406, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 407 gehalten ist. Eine Projektionsoptik 408 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 409 in eine Bildebene 410. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 406 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 409 in der Bildebene 410 angeordneten Wafers 411, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 412 gehalten ist. Die Lichtquelle 402 kann als EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung insbesondere im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm ausgebildet sein.
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Eine mittels der Lichtquelle erzeugte EUV-Strahlung 413 wird ausgerichtet, insbesondere gebündelt. Die Lichtquelle 402 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die EUV-Strahlung 413 im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Der Feldfacettenspiegel 415 kann dabei insbesondere nicht im Einzelnen dargestellte Spiegelfacetten aufweisen, die mit einem ebenfalls nicht im Einzelnen dargestellten Trägerelement in der erfindungsgemäßen Weise verbunden sind.
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Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 416 ist in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 403 angeordnet, die zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 408 optisch konjugiert ist. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 417 mit in der Abfolge des Strahlengangs bezeichneten Spiegeln 418, 419 und 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet. Auch der Pupillenfacettenspiegel kann dabei mit der erfindungsgemäßen Verbindungstechnik zwischen Spiegelfacetten und Trägerelementen ausgestattet sein.