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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System für eine Lithographieanlage sowie eine Lithographieanlage mit einem derartigen optischen System.
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Die Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Substrat, beispielsweise einen Siliziumwafer, projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Getrieben durch das Streben nach immer kleineren Strukturen bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden derzeit EUV-Lithographieanlagen entwickelt, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,1 nm bis 30 nm, insbesondere 13,5 nm, verwenden. Bei solchen EUV-Lithographieanlagen müssen wegen der hohen Absorption der meisten Materialien von Licht dieser Wellenlänge reflektierende Optiken, das heißt Spiegel, anstelle von – wie bisher – brechenden Optiken, das heißt, Linsen, eingesetzt werden.
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Ein Blendenelement, insbesondere eine Aperturblende oder eine Obskurationsblende, kann vorliegend eine Blendenöffnung teilweise oder vollständig begrenzen. Ein Blendenelement umfasst vorliegend zumindest eine lichtbestimmende Kante, also eine solche Kante, welche mit dem Licht, insbesondere Arbeitslicht, in einem optischen System wechselwirkt. Wird das Blendenelement etwa in einer EUV-Lithographieanlage eingesetzt, so ist das Blendenelement bevorzugt aus einem Werkstoff hergestellt, welcher im Hochvakuum bei gleichzeitiger Bestrahlung mit EUV-Licht stabil ist. Beispielsweise kann das Blendenelement aus Stahlblech, Kupfer, Aluminium oder einem sonstigen Metall hergestellt sein. Das Blendenelement kann flächig, insbesondere scheibenförmig, ausgebildet sein.
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In dem Strahlformungs- und Beleuchtungssystem oder in dem Projektionssystem derartiger Lithographieanlagen kommen Blendenanordnungen mit einer Aperturblende und einer Obskurationsblende zur Anwendung. Neben der Wellenlänge ist auch die numerische Apertur eine wichtige Kenngröße von Lithographieanlagen, denn sie definiert unter anderem die Tiefe, mit welcher die mikrostrukturierten Bauelemente gefertigt werden können. Die numerische Apertur wird bei Lithographieanlagen mit Hilfe von Blenden eingestellt beziehungsweise modifiziert. Dabei sind grundsätzlich zwei Typen von Blenden zu unterscheiden, nämlich Aperturblenden und Obskurationsblenden. Unter Aperturblenden versteht man solche Blenden, welche von außen in ein Lichtbündel eingreifen und dadurch einen Teil desselben an seinem äußeren Umfang ausblenden. Obskurationsblenden sind dagegen innerhalb des entsprechenden Lichtbündels angeordnet und blenden somit einen inneren Teil des entsprechenden Lichtbündels aus. Mit "Lichtbündel" ist hier das Arbeitslicht in der Lithographieanlage gemeint.
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Im Betrieb einer derartigen Lithographieanlage kann, beispielsweise aufgrund von Absorption von Licht, Wärme in die Obskurationsblende eingebracht werden. Üblicherweise ist die Obskurationsblende mit Hilfe sehr dünner drahtförmiger Stege aufgehängt. Dünne Stege schatten das Licht möglichst wenig ab. Dadurch wird wenig Licht verloren und auch die Bildqualität wird nur unmerklich beeinträchtigt. Aufgrund der dünnen Stege ist jedoch eine Abfuhr der Wärme mittels Wärmeleitung von der Obskurationsblende weg nur sehr eingeschränkt möglich. Hierdurch kann sich die Obskurationsblende je nach der Querschnittsfläche der Stege auf etwa 50 °C bis 120 °C erwärmen.
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Daher gibt die Obskurationsblende mittels Wärmestrahlung, beispielsweise in Form von Infrarotstrahlung, Wärme in Richtung zweier optischer Elemente ab, zwischen denen die Obskurationsblende angeordnet ist. Da die Reflektivität für Infrarotstrahlung sehr gut ist, kann die Infrarotstrahlung über die optischen Elemente bis zu einem zu belichtenden Substrat, insbesondere einem Wafer, gelangen. Hierdurch kann die Infrarotstrahlung einen Beitrag zur Erwärmung des Wafers verursachen. Diese Erwärmung gilt es zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Auch die optischen Elemente vor und nach der Obskurationsblende werden mit der Infrarotstrahlung bestrahlt und absorbieren diese teilweise. Hierdurch können sich auch die optischen Elemente lokal oder global erwärmen.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes optisches System für eine Lithographieanlage bereitzustellen.
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Demgemäß wird ein optisches System für eine Lithographieanlage bereitgestellt. Das optische System umfasst ein erstes optisches Element, das in einem Strahlengang angeordnet ist, ein zweites optisches Element, das in dem Strahlengang angeordnet ist, und eine in dem Strahlengang und zwischen dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element angeordnete Obskurationsblende zum zumindest teilweisen Ausblenden des Strahlengangs, wobei die Obskurationsblende dazu eingerichtet ist, in Richtung des ersten optischen Elements mehr Wärme abzustrahlen als in Richtung des zweiten optischen Elements.
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Dadurch, dass die Obskurationsblende dazu eingerichtet ist, in Richtung des ersten optischen Elements mehr Wärme abzustrahlen als in Richtung des zweiten optischen Elements, wird eine unerwünschte Erwärmung des zweiten optischen Elements und/oder eine Reflexion von Infrarotstrahlung von dem zweiten optischen Element auf einen zu belichtenden Wafer verhindert oder zumindest reduziert. Hierdurch kann eine Erwärmung des Wafers verhindert oder zumindest reduziert werden. Auch Falschlicht auf dem Wafer wird hierdurch vorteilhafterweise vermieden.
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Das optische System kann Teil einer Lithographieanlage, insbesondere einer EUV- oder DUV-Lithographieanlage, ein Mikroskop, insbesondere ein Elektronenstrahlmikroskop, oder dergleichen sein. Das optische System kann auch eine Lithographieanlage sein. Das optische System kann eine Obskuration, beispielsweise einen Durchbruch in einem Spiegel, umfassen, durch welche der Strahlengang des optischen Systems führt. Das optische System kann den Strahlengang umfassen. Im Belichtungsbetrieb fällt Licht durch das optische System. Bei dem Licht kann es sich insbesondere um EUV- oder DUV-Strahlung handeln. Das erste optische Element und das zweite optische Element können entweder reflektive oder brechende Eigenschaften aufweisen. Vorzugsweise sind das erste optische Element und das zweite optische Element Spiegel. Das erste optische Element und das zweite optische Element können allerdings auch Linsen sein. Insbesondere ist das erste optische Element dazu eingerichtet, Licht in Richtung des zweiten optischen Elements zu reflektieren. Das optische System kann eine beliebige Anzahl an optischen Elementen umfassen.
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Die zuvor erwähnte Obskuration wird mit Hilfe der Obskurationsblende verdeckt, insbesondere um eine Feldabhängigkeit einer entsprechenden Abschattung, also in der Ebene des Wafers, zu reduzieren. Die Obskurationsblende ist innerhalb des Strahlengangs beziehungsweise des Lichtbündels angeordnet und blendet somit einen inneren Teil des entsprechenden Lichtbündels aus. Die Obskurationsblende kann mit Hilfe von drahtförmigen Stäben oder Stegen aufgehängt sein. Diese Stäbe oder Stege können auch als Haltestäbe oder Haltestege bezeichnet werden. Die Obskurationsblende weist eine umlaufende lichtbestimmende Kante auf. Vorzugsweise ist die Obskurationsblende zweidimensional. Das heißt, die Obskurationsblende ist sehr dünn, insbesondere blechartig. Dies ist darin begründet, dass die Stege sehr dünn sind. Die Obskurationsblende darf daher nur eine geringe Masse haben, damit die erste Eigenfrequenz der Obskurationsblende an den Stegen noch hoch genug ist.
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Unter "Wärme" ist vorliegend die Energie zu verstehen, die zwischen zwei thermodynamischen Systemen lediglich aufgrund eines Temperaturunterschieds übertragen wird. Beide Systeme ändern dabei ihren Zustand. Wärme fließt dabei stets vom Ort höherer Temperatur, beispielsweise der Obskurationsblende, zum Ort tieferer Temperatur, beispielsweise eines der optischen Elemente. Unter einer Wärmesenke ist vorliegend ein Bauteil oder ein Teil eines Bauteils zu verstehen, das Wärme aufnehmen kann. Beispielsweise ist eines oder sind beide der optischen Elemente eine derartige Wärmesenke. Wärmestrahlung oder auch thermische Strahlung ist elektromagnetische Strahlung, die am Ort ihrer Entstehung im thermischen Gleichgewicht mit Materie ist. Die Wärmestrahlung wird emittiert von allen Festkörpern, Flüssigkeiten, Plasmen und genügend großen Gasmassen. Unter Wärmeleitung wird vorliegend der Wärmefluss in einem Feststoff oder einem ruhenden Fluid infolge eines Temperaturunterschieds verstanden. Die SI-Einheit der Wärme ist Joule. Insbesondere strahlt die Obskurationsblende Wärme in Richtung des ersten optischen Elements und in Richtung des zweiten optischen Elements ab. Dabei ist jedoch die in Richtung des zweiten optischen Elements abgestrahlte Wärme kleiner als die in Richtung des zweiten optischen Elements abgestrahlte Wärme.
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Gemäß einer Ausführungsform weist eine dem ersten optischen Element zugewandte Vorderseite der Obskurationsblende einen größeren Emissionsgrad als eine dem zweiten optischen Element zugewandte Rückseite der Obskurationsblende auf.
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Insbesondere weist die Vorderseite einen ersten Emissionsgrad und die Rückseite weist einen zweiten Emissionsgrad auf. Der erste Emissionsgrad ist größer als der zweite Emissionsgrad. Jeder Körper, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (0 K) liegt, sendet Wärmestrahlung aus. Der Emissionsgrad oder die Emissivität eines Körpers gibt an, wie viel Strahlung er im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler, einem schwarzen Körper, abgibt. Der Emissionsgrad kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Wärmeleistung der Vorderseite größer als eine zweite Wärmeleistung der Rückseite.
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Die Wärmeleistung, auch Wärmestrom oder Wärmefluss, ist eine physikalische Größe zur quantitativen Beschreibung von Wärmeübertragungsvorgängen. Er ist definiert als die in der Zeit δt übertragene Wärmeenergie δq. Die SI-Einheit der Wärmeleistung ist Watt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Wärmeleistung um mindestens 20%, bevorzugt um mindestens 30%, weiter bevorzugt um mindestens 40%, weiter bevorzugt um mindestens 50%, größer als die zweite Wärmeleistung.
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Insbesondere überträgt die Vorderseite mindestens 20%, bevorzugt mindestens 30%, weiter bevorzugt mindestens 40%, weiter bevorzugt mindestens 50%, mehr Wärme auf das erste optische Element als die Rückseite der Obskurationsblende Wärme auf das zweite optische Element überträgt. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Wärme hauptsächlich auf das erste optische Element und nicht auf das zweite optische Element übertragen wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Rückseite poliert.
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Hierdurch kann an der Rückseite eine hochreflektive Oberfläche geschaffen werden. Optional kann die Vorderseite mit einer Oberflächenstruktur versehen werden. Vorzugsweise ist die Vorderseite nicht poliert, sondern matt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Rückseite eine hochreflektierende Beschichtung, insbesondere eine Kupfer- oder Silberbeschichtung, auf.
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Die Beschichtung kann zusätzlich noch poliert sein. Die Beschichtung kann beispielsweise mit Hilfe einer chemischen oder physikalischen Gasphasenabscheidung oder Galvanisierung aufgebracht werden. Die hochreflektierende Beschichtung kann aus verschiedensten Werkstoffen gefertigt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorderseite eine schwarze Beschichtung, insbesondere eine Nickel-Phosphor-Beschichtung, auf.
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Die Vorderseite kann beliebige andere Beschichtungen aufweisen, die eine Wärmeabfuhr von der Vorderseite in Richtung des ersten optischen Elements begünstigen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Obskurationsblende einen ersten Abschnitt, der aus einem ersten Material gefertigt ist und der die Vorderseite aufweist, und einen mit dem ersten Abschnitt verbundenen zweiten Abschnitt, der aus einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten Material gefertigt ist und der die Rückseite aufweist.
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Der erste Abschnitt ist fest mit dem zweiten Abschnitt verbunden. Beispielsweise ist der erste Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt verklebt, verlötet, verschweißt, verschraubt oder vernietet. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind bevorzugt scheibenförmig und übereinander positioniert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Material Aluminium und das zweite Material Kupfer oder Silber.
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Das erste Material kann auch Stahl oder einen beliebigen anderen Werkstoff umfassen. Das zweite Material ist vorzugsweise an der Rückseite poliert. Das erste Material ist dem ersten optischen Element zugewandt, und das zweite Material ist dem zweiten optischen Element zugewandt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Obskurationsblende dazu eingerichtet, bei einer Temperatur von 60 °C Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 8,7 µm, bei einer Temperatur von 80 °C Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 8,1 µm und bei einer Temperatur von 100 °C Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 7,7 µm zu emittieren.
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Die Obskurationsblende strahlt die Wärme in Form der Infrarotstrahlung ab. Die Infrarotstrahlung kann zumindest teilweise von einem Gehäuse eines Minienvironments des optischen Systems absorbiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in dem Strahlengang dem ersten optischen Element vorgelagert eine Photomaske und dem zweiten optischen Element nachgelagert ein Wafer angeordnet.
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Die Photomaske kann auch als Maske oder Retikel und der Wafer kann auch als Substrat bezeichnet werden. Zwischen der Photomaske und dem ersten optischen Element kann eine beliebige Anzahl weiterer optischer Elemente angeordnet sein. Zwischen dem zweiten optischen Element und dem Wafer kann ebenfalls eine Vielzahl an weiteren optischen Elementen positioniert sein. Vorzugsweise strahlt die Obskurationsblende die Wärme hauptsächlich in Richtung der Photomaske und nicht in Richtung des Wafers ab. Aufgrund des Vergrößerungsmaßstabes des Retikels gegenüber dem Wafer ist das Retikel wesentlich unempfindlicher gegenüber einem Wärmeeintrag.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische System ferner ein Minienvironment, in dem das erste optische Element, das zweite optische Element und die Obskurationsblende angeordnet sind, wobei ein Gehäuse des Minienvironments dazu eingerichtet ist, von der Obskurationsblende emittierte Infrarotstrahlung zu absorbieren.
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Das Gehäuse kann innenseitig eine Beschichtung, insbesondere eine Nickel-Phosphor-Beschichtung und/oder eine strukturierte Oberfläche aufweisen, die dazu eingerichtet sind, die Infrarotstrahlung zu absorbieren. Das optische System umfasst neben dem Minienvironment eine Hauptkammer oder Main Chamber. Als Minienvironment wird insbesondere ein Gasraum bezeichnet, in dem sich alle optischen Elemente, wie beispielsweise Spiegel oder lichtbestimmende Kanten, befinden. Ein Gasvolumen außerhalb des Minienvironments wird als Main Chamber bezeichnet. Teile der optischen Elemente, insbesondere Positioniereinrichtungen, wie beispielsweise Aktuatoren und Lagerungen, sind außerhalb des Minienvironments und innerhalb der Main Chamber angeordnet. Das heißt, Bauteile, die nicht lichtbestimmend sind, befinden sich in der Main Chamber.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Obskurationsblende näher an dem zweiten optischen Element als an dem ersten optischen Element positioniert.
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Das heißt, ein Abstand zwischen dem ersten optischen Element und der Obskurationsblende ist größer als ein Abstand zwischen der Obskurationsblende und dem zweiten optischen Element. Vorzugsweise ist die Obskurationsblende unmittelbar vor dem zweiten optischen Element positioniert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische System ferner eine Blendenanordnung, die die Obskurationsblende und eine Aperturblende zum zumindest teilweisen Ausblenden des Strahlengangs aufweist.
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Die Aperturblende kann eine Blendenöffnung aufweisen, in der die Obskurationsblende angeordnet ist. Die Aperturblende kann mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, und/oder verstellbar sein, so dass Segmente der Aperturblende zum Verstellen der Apertur seitlich in den Strahlengang hinein- und wieder aus diesem herausgefahren werden können. Diese Segmente können in unterschiedlichen Blendenebenen angeordnet sein. Die Obskurationsblende kann, muss aber nicht, mit Hilfe der zuvor genannten Stege an der Aperturblende aufgehängt sein.
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Ferner wird eine Lithographieanlage mit einem derartigen optischen System vorgeschlagen.
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Die Lithographieanlage kann eine EUV-Lithographieanlage oder eine DUV-Lithographieanlage sein. Die Lithographieanlage kann mehrere derartige optische Systeme umfassen. Beispielsweise kann das optische System Teil eines Projektionssystems oder eines Strahlformungs- und Beleuchtungssystems der Lithographieanlage sein. Das optische System kann auch eine Lithographieanlage, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage oder eine DUV-Lithographieanlage, sein.
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EUV steht für „extreme ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 nm und 30 nm. DUV steht für „deep ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 nm und 250 nm.
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"Ein" ist vorliegend nicht zwangsweise als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine genaue Beschränkung auf genau die entsprechende Anzahl von Elementen verwirklicht sein muss. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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1A zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer EUV-Lithographieanlage;
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1B zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer DUV-Lithographieanlage;
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines optischen Systems für die Lithographieanlage gemäß 1A oder 1B;
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3 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform einer Blendenanordnung für das optische System gemäß 2;
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4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Obskurationsblende für die Blendenanordnung gemäß 3;
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5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Obskurationsblende für die Blendenanordnung gemäß 3; und
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Obskurationsblende für die Blendenanordnung gemäß 3.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Soweit ein Bezugszeichen vorliegend mehrere Bezugslinien aufweist, heißt dies, dass das entsprechende Element mehrfach vorhanden ist. Bezugszeichenlinien, die auf verdeckte Details weisen, sind gestrichelt dargestellt. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.
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1A zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage 100A, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht EUV für „extremes Ultraviolett“ (Engl.: extreme ultraviolet, EUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 nm und 30 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 sind jeweils in einem nicht gezeigten Vakuum-Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vakuum-Gehäuse mit Hilfe einer nicht dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren beziehungsweise Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
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Die EUV-Lithographieanlage 100A weist eine EUV-Lichtquelle 106A auf. Als EUV-Lichtquelle 106A kann beispielsweise eine Plasmaquelle (oder ein Synchrotron) vorgesehen sein, welche Strahlung 108A im EUV-Bereich (extrem ultravioletter Bereich), also beispielsweise im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm, aussendet. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 108A herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 106A erzeugte EUV-Strahlung 108A weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und im Projektionssystem 104 evakuiert sind.
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Das in 1A dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 weist fünf Spiegel 110, 112, 114, 116, 118 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A auf eine Photomaske (Engl.: reticle) 120 geleitet. Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 108A mittels eines Spiegels 122 auf die Photomaske 120 gelenkt werden. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
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Das Projektionssystem 104 (auch als Projektionsobjektiv bezeichnet) weist sechs Spiegel M1 bis M6 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Spiegel M1 bis M6 des Projektionssystems 104 symmetrisch zu einer optischen Achse 126 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel M1 bis M6 der EUV-Lithographieanlage 100A nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel M1 bis M6 vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel M1 bis M6 in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
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1B zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage 100B, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht DUV für „tiefes Ultraviolett“ (Engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 nm und 250 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 können – wie bereits mit Bezug zu 1A beschrieben – in einem Vakuumgehäuse angeordnet und/oder von einem Maschinenraum mit entsprechenden Antriebsvorrichtungen umgeben sein.
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Die DUV-Lithographieanlage 100B weist eine DUV-Lichtquelle 106B auf. Als DUV-Lichtquelle 106B kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 108B im DUV-Bereich bei beispielsweise 193 nm emittiert.
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Das in 1B dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 leitet die DUV-Strahlung 108B auf eine Photomaske 120. Die Photomaske 120 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
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Das Projektionssystem 104 weist mehrere Linsen 128 und/oder Spiegel 130 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Linsen 128 und/oder Spiegel 130 des Projektionssystems 104 symmetrisch zu einer optischen Achse 126 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen 128 und Spiegel 130 der DUV-Lithographieanlage 100B nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen 128 und/oder Spiegel 130 vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel 130 in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
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Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 128 und dem Wafer 124 kann durch ein flüssiges Medium 132 ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium 132 kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf. Das Medium 132 kann auch als Immersionsflüssigkeit bezeichnet werden.
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2 zeigt ein optisches System 200. Das optische System 200 kann Teil einer Lithographieanlage, insbesondere einer EUV- oder DUV-Lithographieanlage 100A, 100B, ein Mikroskop, insbesondere ein Elektronenstrahlmikroskop, oder dergleichen sein. Das optische System 200 kann auch eine Lithographieanlage 100A, 100B sein. Das optische System 200 umfasst eine nicht gezeigte Obskuration, beispielsweise einen Durchbruch in einem Spiegel, durch welchen ein Strahlengang 202 des optischen Systems 200 führt. Das optische System 200 umfasst den Strahlengang 202. Im Belichtungsbetrieb fällt Licht 204 durch das optische System 200. Bei dem Licht 204 kann es sich insbesondere um die EUV- oder DUV-Strahlung 108A, 108B handeln (1A und 1B).
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Das optische System 200 umfasst ein erstes optisches Element 206, das zumindest teilweise in dem Strahlengang 202 angeordnet ist und das bevorzugt dazu eingerichtet ist, das Licht 204 zu reflektieren. Das erste optische Element 206 kann reflektive oder brechende Eigenschaften aufweisen. Das erste optische Element 206 kann beispielsweise der Spiegel M1 sein. Das erste optische Element 206 kann jedoch auch einer der Spiegel M2 bis M6, 110, 112, 114, 116, 118, 122, 130 oder eine der Linsen 128 sein. Insbesondere ist das erste optische Element 206 dazu eingerichtet, das Licht 204 in Richtung eines zweiten optischen Elements 208 zu reflektieren.
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Das zweite optische Element 208 ist, wie das erste optische Element 206, zumindest teilweise in dem Strahlengang 202 angeordnet und ist insbesondere dazu eingerichtet, das Licht 204 zu reflektieren. Auch das zweite optische Element 208 kann reflektive oder brechende Eigenschaften aufweisen Das zweite optische Element 208 kann beispielsweise der Spiegel M2 sein. Das zweite optische Element 208 kann jedoch auch einer der Spiegel M1, M3 bis M6, 110, 112, 114, 116, 118, 122, 130 oder eine der Linsen 128 sein.
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Dem ersten optischen Element 206 ist eine Vorheizeinrichtung 210 (Engl.: preheater) zugeordnet, der dazu eingerichtet ist, das erste optische Element 206 mit Hilfe von Infrarotstrahlung 212 aufzuheizen. Die Vorheizeinrichtung 210 weist beispielsweise eine Leistung von etwa 5 W auf und emittiert Infrarotstrahlung 212 mit einer Wellenlänge von 1,4 µm. Dem ersten optischen Element 206 kann noch eine nicht gezeigte Kühleinrichtung zugeordnet sein. Dem zweiten optischen Element 208 ist vorzugsweise weder eine derartige Vorheizeinrichtung 210 noch eine Kühleinrichtung zugeordnet.
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Das optische System 200 umfasst weiterhin eine Blendenanordnung 214, die ebenfalls zumindest abschnittsweise in dem Strahlengang 202 angeordnet ist. Die Blendenanordnung 214 ist zwischen dem ersten optischen Element 206 und dem zweiten optischen Element 208 angeordnet, wobei die Blendenanordnung 214 näher an dem zweiten optischen Element 208 als an dem ersten optischen Element 206 positioniert ist. Mit Hilfe der Blendenanordnung 214 kann der Strahlengang 202 zumindest teilweise ausgeblendet oder abgeschattet werden.
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Die Blendenanordnung 214 weist eine Aperturblende 216 und eine Obskurationsblende 218 auf. Die zuvor erwähnte Obskuration wird Hilfe der Obskurationsblende 218 verdeckt, insbesondere um eine Feldabhängigkeit einer entsprechenden Abschattung, also in der Ebene des Wafers 124 (1A und 1B), zu reduzieren. Unter einer Aperturblende 216 ist vorliegend eine solche Blende zu verstehen, welche von außen in den Strahlengang 202 beziehungsweise in ein Lichtbündel eingreift und dadurch einen Teil desselben an seinem äußeren Umfang ausblendet. Eine Obskurationsblende 218 ist dagegen innerhalb des Strahlengangs 202 beziehungsweise des Lichtbündels angeordnet und blendet somit einen inneren Teil des entsprechenden Lichtbündels aus. Mit „Lichtbündel“ ist hier das Arbeitslicht in der Lithographieanlage 100A, 100B gemeint.
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Die Aperturblende 216 weist, wie in der 3 gezeigt, eine Blendenöffnung 220 auf. Die Blendenöffnung 220 kann mehreckig, oval, annähernd rund oder rund sein.
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In der 3 sind die Aperturblende 216 und die Blendenöffnung 220 zur Vereinfachung kreisrund dargestellt. Die Geometrie der Aperturblende 216 und der Blendenöffnung 220 ist jedoch beliebig. Die Aperturblende 216 kann mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, und/oder verstellbar sein, so dass Segmente der Aperturblende 216 zum Verstellen der Apertur seitlich in den Strahlengang 202 hinein und wieder aus diesem herausgefahren werden können. Diese Segmente können in unterschiedlichen Blendenebenen angeordnet sein.
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Die Blendenanordnung 214 umfasst weiterhin die innerhalb der Blendenöffnung 220 angeordnete Obskurationsblende 218. Die Obskurationsblende 218 ist vorzugsweise mehreckig, oval, annähernd rund oder rund. Die Obskurationsblende 218 ist insbesondere zweidimensional ausgebildet. Das heißt, die Obskurationsblende 218 weist eine sehr geringe Dicke auf. Die Obskurationsblende 218 kann aus einer Aluminiumlegierung, einer Stahllegierung oder einem beliebigen anderen Werkstoff gefertigt sein. Die Obskurationsblende 218 ist in der 3 vereinfacht kreisrund dargestellt. Die Geometrie der Obskurationsblende 218 ist jedoch beliebig. Die Obskurationsblende 218 kann mit Hilfe von drahtförmigen Stäben oder Stegen 222, 224, 226, 228 aufgehängt sein. Die Aperturblende 216 weist eine lichtbestimmende Kante 230 auf, die um die Blendenöffnung 220 umläuft, und die Obskurationsblende 218 weist eine umlaufende lichtbestimmende Kante 232 auf.
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Die Obskurationsblende 218 kann, muss jedoch nicht, mit Hilfe der Stege 222, 224, 226, 228 an der Aperturblende 216 aufgehängt sein. Die Anzahl der Stege 222, 224, 226, 228 ist beliebig. Beispielsweise können vier derartige Stege 222, 224, 226, 228 vorgesehen sein. Alternativ können auch zwei, drei, fünf oder mehr Stege 222, 224, 226, 228 vorgesehen sein. Mindestens sind jedoch zwei derartige Stege 222, 224, 226, 228 vorgesehen. Die Stege 222, 224, 226, 228 sind gleichmäßig um einen Umfang der Blendenöffnung 220 verteilt angeordnet.
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Das optische System 200 umfasst ein Minienvironment 234 und eine Hauptkammer oder Main Chamber 236. Als Minienvironment 234 wird insbesondere ein Gasraum bezeichnet, in dem sich alle optischen Elemente 206, 208, wie beispielsweise Spiegel oder lichtbestimmende Kanten 230, 232 der Blendenanordnung 214, befinden. Ein Gasvolumen außerhalb des Minienvironments 234 wird als Main Chamber 236 bezeichnet. Teile der optischen Elemente 206, 208, insbesondere Positioniereinrichtungen, wie beispielsweise Aktuatoren und Lagerungen, sind außerhalb des Minienvironments 234 und innerhalb der Main Chamber 236 angeordnet. Das heißt, Bauteile, die nicht lichtbestimmend sind, befinden sich in der Main Chamber 236.
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Das heißt, Teile der Blendenanordnung 214 können sich innerhalb des Minienvironments 234 und außerhalb desselben, das heißt, in der Main Chamber 236 befinden. Hierzu kann im Bereich der Blendenanordnung 214 ein sogenanntes „leaky seal“, beispielsweise eine Labyrinthdichtung, vorgesehen sein, um das Minienvironment 234 von der Main Chamber 236 zu trennen. Die Labyrinthdichtung kann eine vorbestimmte Unterdrückungsrate aufweisen, die einen Volumenstrom pro Zeiteinheit von dem Minienvironment 234 hin zu der Main Chamber 236 definiert. Das heißt, es besteht ein Fluidstrom von dem Minienvironment 234 des Strahlengangs 202 hin zu der Main Chamber 236. Hierdurch können keine Partikel von der Main Chamber 236 in das Minienvironment 234 gelangen. Dadurch kann ein Kontaminationsschutz für das Minienvironment 234 erreicht werden. Das Minienvironment 234 kann auch als erstes Gasvolumen und die Main Chamber 236 kann auch als zweites Gasvolumen bezeichnet werden.
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Das Minienvironment 234 kann gegenüber der Main Chamber 236 mit einem Überdruck, insbesondere mit einem Überdruck von 1 Pa bis 2 Pa, beaufschlagt sein. Beispielsweise herrscht in dem Minienvironment 234 ein Druck von 3 Pa bis 5 Pa. In der Main Chamber 236 ist der Druck dann um 1 Pa bis 2 Pa niedriger. Hierdurch ist sichergestellt, dass eine Fluidströmung von dem Minienvironment 234 hin zu der Main Chamber 236 aufrechterhalten wird.
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Ein Gehäuse 238 des Minienvironments 234 ist innenseitig zumindest abschnittsweise mit einer Beschichtung, insbesondere mit einer Nickel-Phosphat-Beschichtung (NiP), und oder einer geriffelten Oberfläche 240 versehen. Hierdurch kann eine Reflexion elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise des Lichts 204 und/oder der Infrarotstrahlung 212 von der Oberfläche 240 auf die optischen Elemente 206, 208 und/oder die Blendenanordnung 214 vermieden werden. Insbesondere kann eine Streuung von EUV-Strahlung 108A verhindert werden.
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Im Betrieb des optischen Systems 200 kann, beispielsweise aufgrund von Absorption des Lichts 204, Wärme in die Blendenanordnung 214 und insbesondere in die Obskurationsblende 218 eingebracht werden. Unter Wärme ist die Energie zu verstehen, die zwischen zwei thermodynamischen Systemen lediglich aufgrund eines Temperaturunterschieds übertragen wird. Beide Systeme ändern dabei ihren Zustand. Wärme fließt dabei stets vom Ort höherer Temperatur zum Ort tieferer Temperatur. Unter einer Wärmesenke ist vorliegend ein Bauteil oder ein Teil eines Bauteils zu verstehen, das Wärme aufnehmen kann. Wärmestrahlung oder auch thermische Strahlung ist elektromagnetische Strahlung, die am Ort ihrer Entstehung im thermischen Gleichgewicht mit Materie ist. Wärmestrahlung wird emittiert von allen Festkörpern, Flüssigkeiten, Plasmen und genügend großen Gasmassen. Konvektion ist das Mitführen von Wärme durch ein strömendes Fluid. Unter Wärmeleitung wird vorliegend der Wärmefluss in einem Feststoff oder einem ruhenden Fluid infolge eines Temperaturunterschieds verstanden.
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Da die Obskurationsblende 218 nur mit Hilfe der sehr dünnen Stege 222, 224, 226, 228 aufgehängt ist, ist eine Abfuhr der Wärme mittels Wärmeleitung von der Obskurationsblende 218 weg nur sehr eingeschränkt möglich. Hierdurch wird die Obskurationsblende 218 warm, je nach der Querschnittsfläche der Stege 222, 224, 226, 228 etwa bis zu 50 °C bis 120 °C. Daher gibt die Obskurationsblende 218 mittels Wärmestrahlung, beispielsweise in Form von Infrarotstrahlung 242, Wärme Q1 in Richtung des ersten optischen Elements 206 und Wärme Q2 in Richtung des zweiten optischen Elements 208 ab. Die Infrarotstrahlung 242 kann zum Teil von dem Gehäuse 238 des Minienvironments 234 absorbiert werden.
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Bei einer Temperatur der Obskurationsblende 218 von 60 °C kann die Infrarotstrahlung 242 eine Wellenlänge von 8,7 µm, bei einer Temperatur von 80 °C von 8,1 µm und bei einer Temperatur von 100 °C von 7,8 µm aufweisen. Da die Reflektivität für diese Wellenlängen sehr gut ist, kann die Infrarotstrahlung 242 über das zweite optische Element 208 und weitere Spiegel und/oder Linsen der Lithographieanlage 100A, 100B bis zum Wafer 124 gelangen. Hier kann die Infrarotstrahlung 242 einen Beitrag zur Erwärmung des Wafers 124 (Engl.: wafer heating) verursachen. Auch eine lokale oder globale Erwärmung der optischen Elemente 206, 208 ist dabei zu berücksichtigen. Diese Erwärmung gilt es zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Auch Falschlicht auf dem Wafer 124 muss vermieden werden.
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Daher ist die Obskurationsblende 218 dazu eingerichtet, in Richtung des ersten optischen Elements 206 mehr Wärme Q1 abzustrahlen als in Richtung des zweiten optischen Elements 208. Die Obskurationsblende 218 weist, wie in der 4 gezeigt, eine dem ersten optischen Element 206 zugewandte und dem zweiten optischen Element 208 abgewandte Vorderseite 244 und eine dem zweiten optischen Element 208 zugewandte und dem ersten optischen Element 206 abgewandte Rückseite 246 auf. Die Rückseite 246 ist so behandelt, dass deren Emissivität oder Emissionsgrad kleiner ist als die Emissivität der Vorderseite 244. Der Emissionsgrad oder die Emissivität eines Körpers gibt an, wie viel Strahlung er im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler, einem schwarzen Körper, abgibt. Der Emissionsgrad kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Zur Reduktion der Emissivität der Rückseite 246 im Vergleich zur Vorderseite 244 kann die Rückseite 246 oberflächenbehandelt, beispielsweise poliert, sein. Hierdurch ist die Rückseite 246 hochreflektierend. Die Vorderseite 244 kann dann beispielsweise matt oder strukturiert sein.
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Hierdurch ist die in Richtung des zweiten optischen Elements 208 abgegebene Wärme Q2 geringer als die in Richtung des ersten optischen Elements 206 abgegebene Wärme Q1. Wärmeleistungen oder Wärmeströme Φ1, Φ2 der Vorderseite 244 und der Rückseite 246 betragen jeweils etwa 0,2 W bis 0,4 W. Der Wärmestrom Φ1, Φ2 ist eine physikalische Größe zur quantitativen Beschreibung von Wärmeübertragungsvorgängen. Er ist definiert als die in der Zeit δt übertragene Wärme δQ1 beziehungsweise δQ2.
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Dadurch, dass die Rückseite 246 eine geringe Emissivität aufweist, wird die Wärmelast auf den Wafer 124 reduziert. Dadurch, dass die Vorderseite 244 eine hohe Emissivität aufweist kann die Wärme Q1 auf das erste optische Element 206 übertragen werden. Da die Wärmeleistung Φ1 mit den zuvor erwähnten 0,2 W bis 0, 4 W um ein Vielfaches kleiner ist als die Wärmeleistung der Vorheizeinrichtung 210 hat dieser zusätzliche Wärmeeintrag in das erste optische Element 206 keine nachteiligen Auswirkungen zumal das erste optische Element 206 mit Hilfe der zuvor erwähnten Kühleinrichtung auch noch gekühlt werden kann.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Obskurationsblende 218. Bei dieser Ausführungsform der Obskurationsblende 218 ist diese auf der Rückseite 246 mit einer Beschichtung 248 versehen. Die Beschichtung 248 kann beispielsweise eine Silberbeschichtung sein. Optional kann auch die Vorderseite 244 mit einer Beschichtung 250 versehen sein. Die Beschichtung 250 ist schwarz. Beispielsweise kann die Beschichtung 250 eine NiP-Beschichtung sein.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Obskurationsblende 218. Bei dieser Ausführungsform der Obskurationsblende 218 ist diese aus mehreren Materialien aufgebaut. Beispielsweise umfasst die Obskurationsblende 218 einen ersten Abschnitt 252 der die Vorderseite 244 aufweist und einen auf dem ersten Abschnitt 252 und fest mit diesem verbundenen zweiten Abschnitt 254, der die Rückseite 246 aufweist. Der erste Abschnitt 252 kann mit dem zweiten Abschnitt 254 beispielsweise verklebt, verlötet oder verschweißt sein. Der erste Abschnitt 252 ist beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung und der zweite Abschnitt 254 ist beispielsweise aus Kupfer oder Silber gefertigt.
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Mit Hilfe der zuvor erwähnten Maßnahmen, die auch beliebig miteinander kombiniert werden können, kann erzielt werden, dass die Wärmeleistung Φ1 der Vorderseite 244 um mindestens 20%, bevorzugt um 30%, weiter bevorzugt um 40%, weiter bevorzugt um 50%, größer ist als die Wärmeleistung Φ2 der Rückseite 246. Insbesondere überträgt die Vorderseite 244 mindestens 20%, bevorzugt 30%, weiter bevorzugt 40%, weiter bevorzugt 50%, mehr Wärme Q1 auf das erste optische Element 206 als die Rückseite 246 Wärme Q2 auf das zweite optische Element 208 überträgt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100A
- EUV-Lithographieanlage
- 100B
- DUV-Lithographieanlage
- 102
- Strahlformungs- und Beleuchtungssystem
- 104
- Projektionssystem
- 106A
- EUV-Lichtquelle
- 106B
- DUV-Lichtquelle
- 108A
- EUV-Strahlung
- 108B
- DUV-Strahlung
- 110
- Spiegel
- 112
- Spiegel
- 114
- Spiegel
- 116
- Spiegel
- 118
- Spiegel
- 120
- Photomaske
- 122
- Spiegel
- 124
- Wafer
- 126
- optische Achse
- 128
- Linse
- 130
- Spiegel
- 132
- Medium
- 200
- optisches System
- 202
- Strahlengang
- 204
- Licht
- 206
- optisches Element
- 208
- optisches Element
- 210
- Vorheizeinrichtung
- 212
- Infrarotstrahlung
- 214
- Blendenanordnung
- 216
- Aperturblende
- 218
- Obskurationsblende
- 220
- Blendenöffnung
- 222
- Steg
- 224
- Steg
- 226
- Steg
- 228
- Steg
- 230
- lichtbestimmende Kante
- 232
- lichtbestimmende Kante
- 234
- Minienvironment
- 236
- Main Chamber
- 238
- Gehäuse
- 240
- Oberfläche
- 242
- Infrarotstrahlung
- 244
- Vorderseite
- 246
- Rückseite
- 248
- Beschichtung
- 250
- Beschichtung
- 252
- Abschnitt
- 254
- Abschnitt
- M1
- Spiegel
- M2
- Spiegel
- M3
- Spiegel
- M4
- Spiegel
- M5
- Spiegel
- M6
- Spiegel
- Q1
- Wärme
- Q2
- Wärme
- Φ1
- Wärmeleistung
- Φ2
- Wärmeleistung
