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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Baugruppe, welche die Lagerung eines Elementes von im Wesentlichen hexagonaler Geometrie unter Fixierung dieses Elementes in sechs Freiheitsgraden ermöglicht. Die Erfindung ist (jedoch ohne dass sie hierauf beschränkt wäre) insbesondere bei der Fertigung eines Facettenspiegels zum Einsatz in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage vorteilhaft realisierbar.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
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In der Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist der Einsatz von Facettenspiegeln in Form von Feldfacettenspiegeln und Pupillenfacettenspiegeln als bündelführende Komponenten z.B. aus
DE 10 2008 009 600 A1 bekannt. Derartige Facettenspiegel sind aus einer Vielzahl von Spiegelfacetten aufgebaut, welche ihrerseits individuell verkippt angeordnet sein können.
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Insbesondere im Hinblick auf die geringe Größe dieser einzelnen Spiegelfacetten (welche typischerweise Abmessungen im Millimeterbereich aufweisen können) sowie deren große Anzahl (die mehrere hundert, gegebenenfalls auch über 1.000 betragen kann), besteht ein Bedarf, eine möglichst kostengünstige Fertigung der Spiegelfacetten bzw. des gesamten Facettenspiegels zu realisieren, wobei insbesondere auch eine Beschädigung der Spiegelfacetten während der einzelnen Fertigungsschritte vermieden werden muss (so dass die Spiegelfacetten u.a. sicher und bewegungsfrei gehalten werden müssen). Dies erweist sich in der Praxis insoweit als anspruchsvolle Herausforderung, als die einzelnen Spiegelsegmente während der Fertigungsschritte (welche sowohl Messschritte z.B. in Form von Interferometrie als auch Beschichtungsschritte, bei denen i.d.R. komplexe Vielfachschichtsysteme aufgebracht werden müssen, aufweisen) abweichend von ihrer letztendlich individuell verkippten „Zielposition“ in einer jeweils übereinstimmend „aufrechten“ Fertigungsposition angeordnet sein müssen, bei der alle optischen Wirkflächen gleich, z.B. in Richtung der z-Achse der Prüf- oder Fertigungseinrichtung orientiert sein müssen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baugruppe bereitzustellen, welche unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Anforderungen eine präzise Halterung eines Elementes (z.B. eines Facettenspiegels vor bzw. nach der Fertigung) mit geringem konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand und somit geringen Kosten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Baugruppe weist ein Element, einen diesem Element zugeordneten Träger und eine Gruppe von diesem Paar aus Element und Träger zugeordneten drei Kugeln auf,
- – wobei der Träger drei konkave Kugelsegmentflächen aufweist;
- – wobei das Element wenigstens eine erste Gruppe von drei konkaven Kugelsegmentflächen aufweist; und
- – wobei durch Einlegen jeder der Kugeln zwischen jeweils einer Kugelsegmentfläche der ersten Gruppe von Kugelsegmentflächen des Elements und jeweils einer Kugelsegmentfläche des Trägers das Element in sechs Freiheitsgraden in Bezug auf den Träger fixierbar ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine in sechs Freiheitsgraden fixierte, isostatische Lagerung eines Elements, insbesondere einer Spiegelfacette eines Facettenspiegels (z.B. eines Pupillenfacettenspiegels einer Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage) dadurch zu realisieren, dass jeder einzelnen von drei Kugeln jeweils ein Paar von „Interface-Flächen“ in Form von konkaven Kugelsegmentflächen zugeordnet ist, wobei jeweils die eine dieses Paars von „Interface-Flächen“ an einem Träger vorgesehen und die andere dieses Paars von „Interface-Flächen“ an dem betreffenden Element vorgesehen ist. Bei den Kugeln handelt es sich um besonders kostengünstige sowie mit hoher Präzision fertigbare Komponenten, wobei auch die jeweils die „Interface-Flächen“ bildenden konkaven Kugelsegmentflächen mit geeigneten Fräswerkzeugen gleichermaßen präzise und kostengünstig am Träger bzw. Element herstellbar sind.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Element ferner eine zweite Gruppe von drei konkaven Kugelsegmentflächen auf, wobei alternativ durch Einlegen jeder der Kugeln zwischen jeweils einer Kugelsegmentfläche der zweiten Gruppe von Kugelsegmentflächen des Elements und jeweils einer Kugelsegmentfläche des Trägers das Element in sechs Freiheitsgraden in Bezug auf den Träger fixierbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich die Kugelsegmentflächen der ersten Gruppe und die Kugelsegmentflächen der zweiten Gruppe in ihrer Anordnung an dem Element hinsichtlich der Ausrichtung, welche das Element bei Einlegen bzw. Klemmung der Kugeln in den jeweiligen Kugelsegmentflächen bezogen auf eine gegebene Aufstandsfläche einnimmt, voneinander.
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Die Erfindung beinhaltet somit weiter insbesondere das Konzept, an dem Element zusätzlich zu einer ersten Gruppe von drei Kugelsegmentflächen eine zweite Gruppe von drei Kugelsegmentflächen derart vorzusehen, dass das Element alternativ zu einem Klemmsitz der Kugeln in den Kugelsegmentflächen der ersten Gruppe auch über einen Klemmsitz in den Kugelsegmentflächen der zweiten Gruppe fixierbar ist mit der Folge, dass – wie im Weiteren ausführlicher beschrieben – unter Verwendung identischer Träger für eine Vielzahl von Elementen, insbesondere Spiegelfacetten, sowohl die Fertigungsposition als auch die (einen individuellen Kipp der einzelnen Elemente bzw. Spiegelfacetten bereitstellende) Zielposition realisierbar sind. Diese Möglichkeit der Verwendung identischer Träger auch für eine Vielzahl von Elementen bzw. Spiegelfacetten gewährleistet auch in der Anwendung etwa bei der Fertigung bzw. Halterung der Spiegelfacetten eines Pupillenfacettenspiegels für die Mikrolithographie eine vergleichsweise kostengünstige Realisierung, wobei die Träger insbesondere etwa auf einer gemeinsamen Grundplatte in großer Stückzahl gefertigt werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform besitzt das Element eine im Wesentlichen hexagonale Geometrie.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Element entlang einer Elementachse verjüngt ausgestaltet. Eine solche Ausgestaltung hat den weiteren Vorteil, dass – etwa wiederum am beispielhaften Anwendungsfall zur Fertigung bzw. Halterung von Spiegelfacetten eines Facettenspiegels –infolge der verjüngten (z.B. konischen oder mit einem radialen Absatz versehenen) Ausgestaltung der einzelnen Elemente zusätzlicher Platz unterhalb der optischen Wirkfläche der einzelnen Spiegelfacetten bereitgestellt wird, der eine Unterbringung der in der erfindungsgemäßen Baugruppe vorhandenen Kugeln und damit eine besonders dichte „Packung“ der Elemente bzw. Spiegelfacetten in einem Facettenspiegel ermöglicht. Mit anderen Worten wird gemäß der vorstehenden Ausgestaltung bereits bei der Geometrie der einzelnen Elemente bzw. Spiegelfacetten darauf geachtet, dass hinreichend Platz zur Unterbringung des erfindungsgemäßen Lagermechanismus (d.h. insbesondere der jeweils drei Kugeln) auch bei Anordnung der benachbarten Spiegelfacetten bzw. deren optischen Wirkflächen in geringem Spaltabstand (von z.B. 0.1mm) verbleibt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Träger aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff, hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Element ein optisches Element, insbesondere eine Spiegelfacette eines Facettenspiegels.
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Gemäß einer Ausführungsform besitzt das optische Element eine optische Wirkfläche, wobei diese optische Wirkfläche bei Klemmung der Kugeln in den jeweiligen Kugelsegmentflächen der zweiten Gruppe von Kugelsegmentflächen parallel zu einer gegebenen Aufstandsfläche des Elements angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ferner die optische Wirkfläche bei Klemmung der Kugeln in den jeweiligen Kugelsegmentflächen der ersten Gruppe von Kugelsegmentflächen bezogen auf eine gegebene Aufstandsfläche des Elements verkippt angeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Facettenspiegel, ein Verfahren zu dessen Herstellung, ein optisches System mit einem solchen Facettenspiegel sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für die EUV-Lithographie, mit einem solchen optischen System.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1–3 schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einer Ausführungsform;
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4–6 schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einer weiteren Ausführungsform; und
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7 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung realisierbar ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren werden unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen von 1a–b, 2a–b und 3a–b Aufbau und Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Baugruppe am Beispiel der Halterung einer Spiegelfacette sowohl in der Fertigungsposition (1a–b) als auch in der Zielposition (2a–b) erläutert. Wie sowohl aus 1a–b als auch 2a–b ersichtlich ist, weist eine erfindungsgemäße Baugruppe in dem ersten Ausführungsbeispiel einen Träger 110 zur Halterung eines (im Beispiel als Spiegelfacette ausgestalteten) Elementes 120 auf. Der Träger 110 weist drei konkave Kugelsegmentflächen 111 (aus 3 ersichtlich auf, welche in dem Ausführungsbeispiel an jeweils einem von drei auf einer Basisplatte angeordneten und von dieser emporstehenden Tragsäule angeordnet bzw. in diese eingefräst sind. Mit „115“ ist in 1b und 2a jeweils eine von drei Einführschrägen des Trägers 110 zum Einlegen der Kugeln 130 bezeichnet. Umfangsseitig an dem Element 120 verteilt angeordnet sind eine erste Gruppe von drei Kugelsegmentflächen 121 (von denen in 1a–b nur jeweils eine sichtbar ist) und eine zweite Gruppe von Kugelsegmentflächen 122 (von denen in 2a–b ebenfalls jeweils nur eine sichtbar ist).
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Die zu ein- und derselben Gruppe gehörenden Kugelsegmentflächen 121 bzw. 122 sind Ihrerseits umfangsseitig um z.B. 120° versetzt, wobei ferner die Kugelsegmentflächen 121 der ersten Gruppe in zur Elementachse axialer Richtung relativ zu den Kugelsegmentflächen 122 der zweiten Gruppe versetzt sind. Die Kugelsegmentflächen 121, 122 sind ebenso wie die am Träger 110 vorgesehenen, korrespondierenden Kugelsegmentflächen 111 als Vertiefungen ausgebildet bzw. gefräst, so dass insgesamt drei lose Kugeln 130 wahlweise in einem Klemmsitz zwischen den Kugelsegmentflächen 111 des Trägers 110 und den ersten Kugelsegmentflächen 121 des Elements 120 oder zwischen den Kugelsegmentflächen 111 des Trägers 110 und den Kugelsegmentflächen 122 der zweiten Gruppe des Elements 120 positionierbar sind.
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Das Element 120 bzw. die Spiegelfacette selbst besitzt eine im Wesentlichen hexagonale Geometrie bzw. einen hexagonalen Querschnitt, wobei jedoch die mit 120a bezeichnete optische Wirkfläche zur Elementrückseite 120b (d.h. der Spiegelrückseite der Spiegelfacette) nicht parallel, sondern entsprechend einem für die betreffende Spiegelfacette gewünschten individuellen Kippwinkel geneigt ist. Infolge dieser Neigung sowie der entsprechend geeigneten Anordnung der Kugelsegmentflächen 121 bzw. 122 am Element 120 einerseits und der Kugelsegmentflächen 111 am Träger 110 andererseits ist in der in 1a–b gezeigten Fertigungsposition die optische Wirkfläche 120a parallel zur (in der x-y-Ebene im eingezeichneten Koordinatensystem liegenden) Aufstandsfläche des Trägers 110 orientiert, wohingegen in der in 2a–b gezeigten Zielposition die Elementrückseite 120b parallel zu dieser Aufstandsfläche, die optische Wirkfläche 120a somit um den gewünschten Winkel gekippt, orientiert ist.
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Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass zur Fertigung einer Vielzahl von Spiegelfacetten bzw. Elementen 120 mit voneinander verschiedenen Zielpositionen entsprechend 2a–b identisch ausgestaltete Träger 110 zur Bereitstellung der Fertigungsposition gemäß 1a–b verwendet werden können.
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Der Träger 110 ist vorzugsweise aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff gefertigt, um eine zum Einbau der Kugeln 130 erforderliche kurzzeitige und geringfügige Spreizung (z.B. um ca. 200µm) bis zum „Einrasten“ der Kugeln 130 zu ermöglichen. Geeignete Materialien zur Herstellung des Trägers 110 sind lediglich beispielsweise Stahl, Titan oder Aluminium. Die Zufuhr der Kugeln 130 kann unter Nutzung vorhandener Einführschrägen z.B. über Röhren oder dergleichen erfolgen. In weiteren Ausführungsformen können die Kugeln 130 auch selbst elastisch (z.B. aus Polytetrafluorethylen) ausgebildet sein. Zur Positionierung der Kugeln 130 während des Einschiebens kann z.B. auch ein Druckluftstrom, ein Stößel oder eine elektrostatische Haltekraft genutzt werden. Gegebenenfalls kann es auch ausreichend sein, nur eine der Interfaceflächen bzw. Kugelsegmentflächen 111 des Trägers 110 elastisch auszuführen, wobei die beiden übrigen Interfaceflächen bzw. Kugelsegmentflächen 111 des Trägers 110 für Stellaufgaben höhenverstellbar ausgeführt sein können.
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Das Element 120 bzw. die Spiegelfacette kann lediglich beispielhaft aus Kupfer, Silizium oder einem keramischen Werkstoff hergestellt sein. Die Kugeln 130 können aus einem beliebigen geeigneten (z.B. keramischen oder auch metallischen) Werkstoff hergestellt sein. Hinsichtlich der Kugelsegmentflächen 111, 121 bzw. 122 ist anzumerken, dass bereits vergleichsweise geringe Abmessungen bzw. Einfrästiefen in den Träger 110 bzw. das Element 120 ausreichend sind, um einen präzisen Klemmsitz der Kugeln 130 zu gewährleisten. So kann beispielsweise bei einem Durchmesser der Kugeln 130 von 1mm bereits eine Vertiefung von maximal 0.2mm zur Ausbildung der jeweiligen Kugelsegmentfläche 111, 121 bzw. 122 ausreichend sein. Nach dem Einsetzen der Kugeln 130 zwischen die jeweiligen beiden Interface-Flächen bzw. Kugelsegmentflächen ist die Lage der Kugeln 130 mit hoher Genauigkeit (etwa einer Unsicherheit im Bereich von 0.1µm bis 10µm) bestimmt. Der den Kippwinkelfehler bestimmende Unterschied der Lage von drei zusammengehörigen Lagerelementen kann noch geringer gehalten werden.
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4a–b, 5a–b und 6a–b zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einer weiteren Ausführungsform, wobei im Vergleich zu 1–3 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „300“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Die Ausführungsform von 4–6 unterscheidet sich von derjenigen aus 1–3 dadurch, dass das Element 420 bzw. die Spiegelfacette in Richtung der Elementrückseite verjüngt ausgebildet ist. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist dies dadurch realisiert, dass das Element 420 einen der optischen Wirkfläche 420a zugewandten ersten Abschnitt 425 und einen der Elementrückseite 420b zugewandten zweiten Abschnitt 426 von gegenüber dem ersten Abschnitt reduzierter Querschnittsfläche bzw. reduzierten lateralen Abmessungen aufweist. In weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsformen kann das Element 420 auch zur Realisierung der gewünschten, sich in Richtung der Elementrückseite verjüngenden Ausgestaltung konisch bzw. im Wesentlichen pyramidenförmig ausgebildet sein.
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Durch die vorstehend beschriebene und in 4a–b gezeigte, sich verjüngende Ausgestaltung des Elements 420 wird erreicht, dass eine besonders dichte (unter geringem Spaltabstand von z.B. 0.1mm erfolgende) Anordnung einer Vielzahl von Elementen 420 bzw. Spiegelfacetten mit optischen Wirkflächen 420a) wie in 5 und 6 gezeigt realisierbar ist, wobei die zur Lagerung bzw. isostatischen Fixierung benötigten Kugeln 430 in dem „hinzugewonnenen“ Platz unterhalb des ersten Abschnitts 425 untergebracht werden können.
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7 zeigt lediglich schematisch den Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung z.B. realisierbar ist.
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Die in 7 dargestellte mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 1 weist eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 3 auf, wobei die Beleuchtungseinrichtung 2 eine Objektebene OP der Projektionsobjektives 3 beleuchtet. Das von einer Plasma-Strahlungsquelle 4 erzeugte EUV-Beleuchtungslicht gelangt über einen Kollektorspiegel 5 auf eine Zwischenfokusebene IMI und von dort über einen Feldfacettenspiegel 6 auf einen Pupillenfacettenspiegel 7, welcher gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gefertigt sein kann. Von dem Pupillenfacettenspiegel 7 gelangt das Beleuchtungslicht über eine Übertragungsoptik aus Spiegeln 8–10 in die Objektebene OP, in welcher eine abzubildende Strukturen aufweisende Maske (Retikel) angeordnet ist. Die Maskenstrukturen werden über das Projektionsobjektiv 3 auf die lichtempfindliche Beschichtung eines in der Bildebene IP des Projektionsobjektivs 3 befindlichen Substrats (Wafer) übertragen.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008009600 A1 [0004]
