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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Optikanordnung, insbesondere eine Spiegelanordnung für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Optikanordnung.
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STAND DER TECHNIK
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Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithografie werden für die Herstellung von nano- und mikrostrukturierten Bauteilen der Elektrotechnik und der Mikrostrukturtechnik eingesetzt. Um hohe Auflösungen zu erzielen werden derartige Projektionsbelichtungsanlagen teilweise mit Licht im Wellenlängenbereich des extrem ultravioletten (EUV) Lichts betrieben, also mit Wellenlängen zwischen 5 nm und 20 nm insbesondere im Bereich von 13 nm. Bei Projektionsbelichtungsanlagen, die mit Licht mit derart kleinen Wellenlängen betrieben werden, müssen die optischen Komponenten, wie beispielsweise Spiegelelemente, exakt positioniert werden und dürfen während des Betriebs möglichst keine Bewegung ausführen oder ihre Position verändern. Folglich werden optische Komponenten in derartigen Systemen zum Teil mechanisch entkoppelt angeordnet, sodass sie gegenüber mechanischen Störungen aus der Umgebung unempfindlich sind. Durch die mechanische Entkopplung der optischen Elemente von entsprechenden Trägerelementen sind die optischen Elemente beweglich gegenüber den Trägerelementen ausgebildet.
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Darüber hinaus gibt es auch optische Elemente, die beweglich in den Projektionsbelichtungsanlagen angeordnet werden, um unterschiedliche Abbildungseigenschaften einstellen zu können. Auch derartige optische Elemente weisen somit eine Beweglichkeit gegenüber Trägerelementen auf, an denen sie beispielsweise über Gelenke oder dergleichen beweglich angeordnet sind.
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Für beweglich auf Trägerelementen angeordnete optische Elemente ist es erforderlich, dass sie für den Transport fixiert werden, um zu vermeiden, dass durch eine mechanische Überlastung während des Transports eine Beschädigung erfolgt.
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Entsprechend werden derartige optische Elemente beispielsweise durch Piezoaktuatoren oder andere mechanische Hebelsysteme während des Transports geklemmt, um die beweglichen optischen Elemente zu fixieren.
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Eine rein mechanische Klemmung ist jedoch aufgrund der oftmals schlechten Zugänglichkeit der optischen Elemente und des hohen mechanischen Aufwands nachteilhaft, während Piezoaktuatoren während des Transports mit elektrischem Strom versorgt werden müssen, um die Fixierung aufrecht zu erhalten.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Optikanordnung mit einer Fixiereinrichtung zu schaffen, die eine Fixierung beweglicher optischer Elemente der Optikanordnung während des Transports und/oder der Montage der Optikanordnung in einfacher und sicherer Weise ermöglicht, wobei die Fixiereinrichtung selbst einfach und leicht realisierbar sowie betreibbar ist.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Optikanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Optikanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung schlägt vor, bei einer Optikanordnung, bei der mindestens ein optisches Element auf einem Träger relativ zu diesem beweglich angeordnet ist, eine Fixiereinrichtung als Transportsicherung vorzusehen, bei der die Fixiereinrichtung mindestens einen Aktuator aus einer Formgedächtnislegierung aufweist. Hierbei ist die Transportsicherung so ausgebildet, dass das optische Element ortsfest zum Träger fixiert ist, wenn das optische Element nicht verwendet wird bzw. transportiert oder montiert wird, und das optische Element freigegeben ist, wenn das optische Element in Betrieb ist, also in der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt wird.
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Unter optischem Element wird hierbei jede Baueinheit aus einer oder mehreren Komponenten verstanden, die eine optisch wirksame Fläche, wie eine Spiegelfläche, aufweist und mit einer Beweglichkeit relativ zu einem Träger an diesem angeordnet ist. Im Falle eines Spiegels kann das optische Element also beispielsweise der Spiegel an sich als auch ein Rahmen mit einer Vielzahl von Spiegelelementen sein.
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Der Aktuator der Fixiereinrichtung aus einer Formgedächtnislegierung wirkt zur Fixierung des optischen Elements mit einem Fixierelement der Fixiereinrichtung zusammen, wobei Aktuator und Fixierelement bei der Fixierung des optischen Elements kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sind, um die ortsfeste Fixierung des optischen Elements auf dem Träger zu ermöglichen. Durch die Verwendung eines Aktuators aus einem Formgedächtniswerkstoff bzw. einer Formgedächtnislegierung kann eine einfache Fixierung und Lösung des optischen Elements durch Temperaturänderung bewirkt werden, da Formgedächtniswerkstoffe sich dadurch auszeichnen, dass sie aufgrund von Gitterstrukturänderungen in Abhängigkeit von der Temperatur mit einer Temperaturänderung eine Formänderung bewirken und somit eine Betätigung des Aktuators auslösen können. Bei einer Ein-Weg-Formgedächtnislegierung findet eine Formänderung nur in einer Richtung statt, also beispielsweise eine Formänderung bei einer Temperaturerhöhung, wobei bei einer entgegengesetzten Temperaturänderung, also einer erneuten Abkühlung, die Formänderung nicht reversibel ist. Bei einer Zwei-Wege-Formgedächtnislegierung kann ein daraus gefertigtes Bauteil mindestens zwei Formgedächtniszustände reversibel annehmen, sodass durch den Wechsel zwischen den Formgedächtniszuständen eine Bewegung des Aktuators realisiert werden kann. Die Erfinder haben erkannt, dass derartige Aktuatoren aus Formgedächtniswerkstoffen vorteilhaft für eine Transportsicherung eingesetzt werden können, bei welcher die Fixierung des beweglichen optischen Elements nicht während des Betriebs des optischen Elements in der Optikanordnung bzw. einer Projektionsbelichtungsanlage erfolgt, wie in den Dokumenten
DE 10 2013 209 012 A1 ,
DE 42 06 792 A1 und
US 200/0030653 A1 beschrieben, sondern während des Transports bzw. des Nicht-Betriebs des optischen Elements in der Optikanordnung bzw. Projektionsbelichtungsanlage. Bei einer Ein-Weg-Formgedächtnislegierung kann die Sicherung durch eine Temperaturänderung ausgelöst bzw. der Aktuator betätigt werden, wobei die Entsicherung manuell oder durch ein oder mehrere zusätzliche automatisierte Rückstellelemente bewirkt werden kann. Bei Zwei-Weg-Formgedächtnislegierungen kann ein entsprechend daraus gebildeter Aktuator zwischen einer Sicherungsstellung und einer Freigabestellung durch Formgedächtnisänderungen bewegt werden.
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Neben einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Aktuator der Fixiereinrichtung und einem Fixierelement der Fixiereinrichtung kann insbesondere für die Transportsicherung eine formschlüssige Verbindung realisiert werden, die alternativ oder zusätzlich zu einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen Aktuator und Fixierelement vorgesehen sein kann. Eine formschlüssige Verbindung ist für eine Transportsicherung vorteilhaft, da keine großen Anpresskräfte ausgeübt werden müssen. Außerdem lässt sich bei einer formschlüssigen Verbindung der Aktuator aus einem Formgedächtniswerkstoff in einfacher Weise so verwenden, dass die Fixierung in einem Formgedächtniszustand des Formgedächtniswerkstoffs erfolgt, bei dem der Formgedächtniswerkstoff in gedehntem bzw. gestreckten Zustand vorliegt, da dieser Zustand üblicherweise durch Kühlung entsprechender Formgedächtnislegierungen leicht einstellbar ist und während eines Transports leicht aufrechterhalten werden kann. Außerdem besteht bei dieser Ausführungsform nicht die Problematik, dass durch unbeabsichtigte Erwärmung des Aktuators bzw. des Formgedächtniswerkstoffs während des Betriebs der Optikanordnung ein ungewollter Fixierzustand bei der Fixiereinrichtung eingestellt wird, sondern vielmehr wird sichergestellt, dass bei zu hohen Temperaturen, wie sie im Betrieb der Optikanordnung auftreten können, die Fixiereinrichtung gelöst ist.
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Bei einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Aktuator und dem Fixierelement kann vorteilhafterweise ein linien- oder flächenförmiger Kontaktbereich zwischen Aktuator und Fixierelement ausgebildet werden, sodass eine ausreichende Reibungsfläche zur Erzielung des Kraftschlusses bereitgestellt wird. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Fixierelement als ein Stift, beispielsweise ein zylinderförmiger Stab ausgebildet ist, während der Aktuator das Fixierelement in Form eines Ringes umgibt. Durch Kontraktion des Formgedächtniswerkstoff kann der Ring den Stift fest halten, sodass keine Beweglichkeit des Fixierelements und somit des damit verbundenen optischen Elements mehr gegeben ist.
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Darüber hinaus kann das Fixierelement in Form eines Stiftes auch sternförmig von mehreren Aktuatoren oder Teilen eines Aktuators umgeben sein, welche bei der Fixierung entsprechend radial auf das Fixierelement zubewegt werden, um dieses zu fixieren.
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Zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen Aktuator und Fixierelement kann das Fixierelement mindestens eine Aussparung aufweisen, in die der Aktuator eingreifen kann.
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Der Betrieb einer entsprechenden Optikanordnung sieht entsprechend vor, dass zum Fixieren des Fixierelements der Aktuator entweder erwärmt oder abgekühlt wird, um in den entsprechenden Formgedächtniszustand zu gelangen, bei dem eine Fixierung des Fixierelements durch kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Aktuator gegeben ist. Aufgrund des Hysterese-Effekts von Formgedächtniswerkstoffen kann nach der Erwärmung oder Abkühlung die Temperatur zum Umschalten des Formgedächtniszustands wieder umgekehrt erniedrigt oder erhöht werden, solange der Formgedächtniszustand nicht geändert wird. Entsprechend kann die Fixiereinrichtung sowohl im Fixierzustand als auch im gelösten Zustand bei Raumtemperatur vorliegen. Zum Lösen der Fixierung des optischen Elements kann umgekehrt das Fixierelement abgekühlt oder erwärmt werden bis der Wechsel des Formgedächtniszustandes eintritt, wobei anschließend wiederum eine Temperaturänderung in entgegengesetzter Richtung erfolgen kann, solange kein Wechsel des Formgedächtniszustandes eintritt.
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Da vorteilhafterweise der Aktuator zum Fixieren des Fixierelements abgekühlt wird und zum Lösen des Fixierelements erwärmt wird, kann die Optikanordnung während des Transports zur Sicherung des fixierten Zustands gekühlt werden, was angesichts der verfügbaren Kühltransporte leicht realisierbar ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
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1 eine Schnittdarstellung einer ersten erfindungsgemäßen Optikanordnung;
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2 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optikanordnung;
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3 eine teilweise Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optikanordnung;
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4 eine teilweise Schnittansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optikanordnung
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5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Hysterese-Effekts einer Formgedächtnislegierung; und in
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6 eine schematische Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, bei der die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerding ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die 1 zeigt in einer rein schematischen Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optikanordnung, wie sie beispielsweise in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden kann. Die in 1 gezeigte Optikanordnung umfasst einen Träger 1, auf dem ein optisches Element 2 beweglich gelagert ist, wobei die Lagerstruktur nicht gezeigt ist. Beispielsweise kann es sich bei dem optischen Element um ein Spiegelelement handeln, das drehbar oder verkippbar auf dem Träger 1 angeordnet ist, oder es kann sich um einen Rahmen für eine Vielzahl von Spiegelfacetten beziehungsweise einen Facettenspiegel handeln, der mechanisch entkoppelt und somit beweglich auf dem Träger 1 angeordnet ist.
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Die Optikanordnung mit dem Träger 1 und dem optischen Element 2 umfasst eine Fixiereinrichtung, die eine Fixierelement 3 und einen Aktuator 4 zur Fixierung des Fixierelements 3 umfasst. Der Aktuator 4 ist in einem Halter 5 aufgenommen, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 an dem Träger 1 angeordnet ist.
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Bei dem Aktuator 4 handelt es sich gemäß der vorliegenden Erfindung um ein Bauteil aus einer Formgedächtnislegierung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 ist der Aktuator 4 als Ring ausgebildet, der koaxial mit der Längsachse des Fixierelements 3, welches als Stift in Form eines Zylinderstabs ausgebildet ist, angeordnet ist.
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Der Aktuator 4 weist aufgrund seiner Ausbildung aus einem Formgedächtniswerkstoff mindestens zwei verschiedene Formgedächtniszustände auf, die von der Temperatur abhängig sind. Bei einer ersten Temperatur befindet sich der Formgedächtniswerkstoff beispielsweise in einem gedehnten oder gestreckten Zustand und bei einer zweiten Temperatur befindet sich der Aktuator 4 mit dem entsprechenden Formgedächtniswerkstoff in einem zweiten, komprimierten Formgedächtniszustand. Durch die Ringform des Aktuators 4 wird das Fixierelement 3 von dem Aktuator 4 im komprimierten Formgedächtniszustand kontaktiert und gedrückt, sodass es kraftschlüssig gehalten wird, während im ausgedehnten Formgedächtniszustand der Aktuator 4 beabstandet zum Fixierelement angeordnet ist und somit das optische Element 2 nicht fixiert, sondern gelöst ist.
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Bei einer zweiten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, weist die Optikanordnung dieselbe Grundstruktur auf, sodass dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen sind und nicht weiter erläutert werden. Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich jedoch von der Ausführungsform der 1 dadurch, dass in dem Fixierelement 30 eine umlaufende Nut 31 vorgesehen ist, sodass der wiederrum als Ring aus einem Formgedächtniswerkstoff ausgebildeten Aktuator 40 im komprimierten Zustand, also mit kleinem Ringdurchmesser, in die Nut 31 eingreift, um so eine Formschluss zwischen dem Aktuator 40 und dem Fixierelement 30 herzustellen.
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Eine weitere Ausführungsform einer Fixiereinrichtung für eine erfindungsgemäße Optikanordnung ist in 3 dargestellt. Bei dieser Fixiereinrichtung wird wiederum durch den Aktuator 140 ein Formschluss mit dem Fixierelement 130 bewirkt, wenn das optische Element (nicht gezeigt) bezüglich des Trägers 1 (nicht gezeigt) fixiert werden soll. Hierzu weist das Fixierelement 130 ein Sackloch 131 auf, in das der stabförmige Aktuator 140 aus einem Formgedächtniswerkstoff eingreifen kann, wenn sich der Aktuator im ausgedehnten Formgedächtniszustand befindet. Anders als bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2, die vorher beschrieben worden sind, befindet sich der Formgedächtniswerkstoff des Aktuators 140 im Zustand des Fixierens des optischen Elements 2 nicht im komprimierten Zustand sondern im gedehnten Formgedächtniszustand.
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Dies kann mit einer Gestaltung gemäß der Ausführungsform der 4 auch zur Erzielung eines Kraftschlusses realisiert werden. Bei der Ausführungsform der 4, welche einen Querschnitt durch ein zylinderstabförmiges Fixierelement 230 zeigt, sind mehrere Aktuatoren 240, 241, 242 sternförmig um das stabförmige Fixierelement 230 angeordnet und in einem ringförmigen Halter 5 aufgenommen. Die sternförmig um das Fixierelement 230 angeordneten Aktuatoren 240, 241, 242 führen beim Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Formgedächtniszustand eine Bewegung in radialer Richtung aus, sodass die Stirnseiten der stabförmigen Aktuatoren 240, 241, 242 in Linienkontakt mit dem Fixierelement 230 kommen können, um durch entsprechenden Aufbau eines Drucks auf das Fixierelement 230 eine kraftschlüssige Verbindung ausbilden zu können. Die kraftschlüssige Verbindung wird bei dem Ausführungsbeispiel der 4 dann erreicht, wenn sich die Aktuatoren 240, 241, 242 im gedehnten Zustand befinden, sich also entlang der radialen Richtungen ausgedehnt haben.
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Wie sich aus dem Diagramm der 5 ergibt, weisen Formgedächtniswerkstoffe, wie beispielsweise NiTi-Legierungen eine Hysterese auf, die für die vorliegende Erfindung genutzt wird. Wie dem Diagramm der 5 zu entnehmen ist, wechselt durch temperaturbedingte Umwandlung der Gitterstrukturen der im Werkstoff vorliegenden Phasen die Dehnung des Materials von einem Formgedächtniszustand D1 (gedehnter Zustand) zu einem Formgedächtniszustand D2 (komprimierter Zustand), wenn die Temperatur erhöht wird. Der Wechsel von dem Formgedächtniszustand D1 in den Formgedächtniszustand D2 beginnt bei einer Temperatur T3 und ist bei einer Temperatur T4 abgeschlossen. Wird der Formgedächtniswerkstoff wieder abgekühlt, so ändert sich die Dehnung wiederum vom Formgedächtniszustand D2 zum Formgedächtniszustand D1, wobei der Beginn der Umwandlung bei der Temperatur T2 startet und bei der Temperatur T1 beendet ist. Da die Temperaturen T1 beziehungsweise T2 unterschiedlich zu den Temperaturen T3 beziehungsweise T4 sind, ergibt sich der Hysterese-Effekt des Formgedächtniswerkstoffs, bei dem die reversiblen Zustandsänderungen bei unterschiedlichen Temperaturen ablaufen.
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Bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 liegt der Aktuator 4 bzw. 40 mit seinem Formgedächtniswerkstoff beispielsweise während des Betriebs der optischen Anordnung in einer Projektionsbelichtungsanlage im gedehnten Formgedächtniszustand D1 vor, währen für die Fixierung des optischen Elements 2 bezüglich des Trägers 1 der Formgedächtniswerkstoff des Aktuators 4 bzw. 40 in den komprimierten Zustand D2 versetzt werden muss. Entsprechend muss der Aktuator 4 bzw. 40 erwärmt werden, wobei er dann für den Transport wieder bis auf Raumtemperatur RT abkühlen kann, da der komprimierte Zustand D2 bis zu einer Temperatur T2 erhalten bleibt. Für die Ausführungsbeispiele der 3 und 4 muss sich der Formgedächtniswerkstoff der Aktuatoren 140, 240, 241, 242 für den Fixierzustand im ausgedehnten Formgedächtniszustand befinden, während für den Betrieb der Optikanordnung der komprimierte Formgedächtniszustand D2 vorliegen muss. Entsprechend können zum Fixieren des optischen Elements 2 der Aktuator 140 beziehungsweise die Aktuatoren 240, 241, 242 abgekühlt werden, bis bei der Temperatur T1 die Umwandlung in den Formgedächtniszustand D1 abgeschlossen ist. Für den Transport können die Aktuatoren dann entsprechend wieder bis zur Raumtemperatur RT erwärmt werden, ohne dass sich eine Änderung des Formgedächtniszustandes ergibt. Für die Ausführungsformen der 3 und 4 ist es somit vorteilhaft, wenn die optische Anordnung während des Transports gekühlt wird, damit der Formgedächtniszustand D1 erhalten bleibt. Da eine Kühlung für den Transport in einfacher Weise möglich ist, sind die Ausführungsformen der 3 und 4 in dieser Weise bevorzugt. Außerdem ist bei den Ausführungsformen der 3 und 4 vorteilhaft, dass bei einer zu starken Erwärmung, wie sie beispielsweise beim Betrieb einer Optikanordnung in einer Projektionsbelichtungsanlage stattfinden kann, der gelöste Zustand vorliegt und kein Fixieren des optischen Elements 2 zu befürchten ist, was zu Beeinträchtigungen im Betrieb führen könnte.
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Die 6 zeigt eine schematische Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher eine entsprechende Optikanordnung gemäß der Erfindung eingesetzt werden kann. Die EUV-Projektionsbelichtungsanlage 90 umfasst eine Lichtquelle 91, eine Beleuchtungseinheit 92 und ein Projektionsobjektiv 93. In der Beleuchtungseinheit 92 kann beispielsweise eine Optikanordnung in Form eines Facettenspiegels 96 vorgesehen sein, die die vorliegende Erfindung verwirklicht. Bei der Projektionsbelichtungsanlage 90 wird das Licht aus der Lichtquelle 91 in der Beleuchtungseinheit 92 so aufgearbeitet, dass es das Retikel 94, auf dem die abzubildenden Strukturen enthalten sind, in definierter Weise beleuchtet, sodass durch das Projektionsobjektiv 93 die Strukturen des Retikels 94 in verkleinerter Form auf einen Wafer 95 abgebildet werden können.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr sind Abwandlungen in der Weise möglich, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013209012 A1 [0011]
- DE 4206792 A1 [0011]
- US 200/0030653 A1 [0011]
