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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Lichtquelle zur Erzeugung von Arbeitslicht, einem Beleuchtungssystem zur Beleuchtung einer abzubildende Strukturen aufweisenden Maske und einem Projektionsobjektiv zur Abbildung der Strukturen der Maske auf ein Substrat.
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STAND DER TECHNIK
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Zur mikrolithographischen Herstellung von mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteilen der Mikroelektronik oder Mikrosystemtechnik werden Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt, mit deren Hilfe die zu erzeugenden Strukturen des mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteils, welche auf einer Maske oder einem Retikel bereitgestellt werden, in verkleinernder Weise auf ein Substrat, wie einen Wafer, abgebildet werden, sodass durch mikrolithographische Prozesse die gewünschten Strukturen auf dem zu erzeugenden Bauteil ausgebildet werden können.
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Die optischen Elemente, die im Beleuchtungssystem zur Aufbereitung des Lichts und im Projektionsobjektiv zur Abbildung der Strukturen des Retikels verwendet werden, sind üblicherweise in Vakuumkammern angeordnet, um durch die Einstellung eines entsprechenden Vakuums die Absorption des Arbeitslichts zu verringern. Entsprechend ist es nachteilig, wenn innerhalb der Vakuumkammer Komponenten Verwendung finden, die nicht vakuumtauglich sind, also beispielsweise durch Ausgasen von Fremdstoffen das Vakuum beeinträchtigen. Zudem können Fremdstoffe, die beispielsweise durch Ausgasen entstehen, zu Ablagerungen auf optischen Elementen führen, die in einer Beeinträchtigung der Funktionsweise der Projektionsbelichtungsanlage resultieren können.
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Dementsprechend wird beispielsweise in der
US 2013/0128249 A1 beschrieben, dass bei Projektionsbelichtungsanlagen, die mit Arbeitslicht mit Wellenlängen von 248 nm oder 193 nm betrieben werden, von Klebern oder polymerbasierten Komponenten ausgegaste Fremdstoffe durch sogenannte Photodeposition auf entsprechenden optischen Elementen abgeschieden werden können und dadurch die Funktion der optischen Elemente beeinträchtigt werden kann. Entsprechend wird in der
US 2013/0128249 A1 für einen optischen Sensor zur Bestimmung der Wafer - oder Maskenposition vorgeschlagen, Lichtwellenleiter aus metallbeschichtetem Quarzglas zu verwenden, um ein Ausgasen von Monomeren aus einer Polymerumhüllung zu vermeiden.
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Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung der zu erzeugenden Strukturen sind zudem auch die Wellenlängen des verwendeten Arbeitslichts der Projektionsbelichtungsanlagen zu immer kleineren Wellenlängen reduziert worden, um eine ausreichende Auflösung bei der Abbildung zu erzielen. So wird beispielsweise in Projektionsbelichtungsanlagen Arbeitslicht im Wellenlängenbereich des extrem ultravioletten Spektrums, also mit Wellenlängen im Bereich von 10 nm bis 20 nm eingesetzt, um die geforderten Strukturbreiten, also die Dimensionen der zu erzeugenden Strukturen, herstellen zu können.
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Da bei Projektionsbelichtungsanlagen, die mit Arbeitslicht im extrem ultravioletten Wellenlängenspektrum betrieben werden, die optischen Elemente nicht nur zur Verringerung der Absorption in Vakuumkammern angeordnet sind, sondern zudem die Vakuumkammern mit reaktiven Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff, geflutet werden, um durch Einstellung einer reaktiven Gasatmosphäre eine Abscheidung von Fremdstoffen, wie ausgegasten Monomeren und dergleichen, auf den optischen Elementen zu vermeiden, kann die reaktive Atmosphäre dazu führen, dass Bauteile, die innerhalb der Vakuumkammer Verwendung finden sollen, durch die reaktive Atmosphäre geschädigt werden oder durch die reaktive Atmosphäre zusätzliche Fremdstoffe induziert werden, die beispielsweise durch eine wasserstoffinduziertes Ausgasen erzeugt werden.
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Um dies zu verhindern, ist es beispielsweise aus der
US 7 420 653 B 2 bekannt, Bauteile, die innerhalb der Vakuumkammer angeordnet werden sollen, mit einer Schutzschicht, die Aluminiumnitrid aufweist, zu versehen.
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In Projektionsbelichtungsanlagen werden insbesondere auch Lichtleitelemente verwendet, um optische Heizeinrichtung zur Manipulation von optischen Elementen und / oder optische Sensoreinrichtungen zur Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung von optischen Elementen mit entsprechendem Betriebslicht zu versorgen oder optische Signale zu leiten. Derartige Lichtleitelemente dürfen ebenfalls weder durch Desorption von Stoffen die Betriebsatmosphäre der Projektionsbelichtungsanlage oder andere Komponenten beeinträchtigen noch durch Wechselwirkung mit der Betriebsatmosphäre selbst beeinträchtigt werden.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist entsprechend Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, bei welcher bei darin verwendeten Bauteilen, insbesondere Lichtleitelementen, die im Beleuchtungssystem oder im Projektionsobjektiv verwendet werden, eine Wechselwirkung zwischen der Betriebsatmosphäre in dem Beleuchtungssystem und / oder dem Projektionsobjektiv und dem darin verwendeten Bauteil, welche eine Beeinträchtigung der Betriebsatmosphäre und / oder des Bauteils oder anderen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage verursachen könnte, vermieden wird. Insbesondere soll bei optischen Elementen im Beleuchtungssystem und / oder im Projektionsobjektiv und insbesondere örtlich verstellbaren optischen Elementen eine exakte Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung des jeweiligen optischen Elements ermöglicht werden, ohne dass durch die Atmosphäre, in der das optische Element betrieben wird, eine Beschädigung von Komponenten für die Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung des optischen Elements auftritt bzw. der Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage durch eine Wechselwirkung zwischen der Betriebsatmosphäre für das optische Element und der Einrichtung oder Komponenten zur Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung des optischen Elements beeinträchtigt wird.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie vorgeschlagen, die eine Lichtquelle zur Erzeugung von Arbeitslicht für die Projektionsbelichtungsanlage, ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung einer abzubildenden Struktur auf einer Maske bzw. einem Retikel und ein Projektionsobjektiv zur Abbildung der Strukturen der Maske bzw. des Retikel auf ein Substrat, wie einen Wafer, umfasst.
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Das Beleuchtungssystem und / oder Projektionsobjektiv umfassen mindestens ein Lichtleitelement, welches Betriebslicht unterschiedlich zum Arbeitslicht der Projektionsbelichtungsanlage leitet und welches eine metallische Schutzschicht aufweist, um eine Desorption von Stoffen vom Lichtleitelement und / oder eine Beschädigung des Lichtleitelements zu vermeiden. Durch die Ausbildung einer metallischen Schutzschicht ist das Lichtleitelement vor äußeren Einwirkungen und Beschädigungen geschützt und die metallische Schutzschicht kann insbesondere reaktiven Atmosphären, wie wasserstoffhaltigen Atmosphären, widerstehen. Außerdem kann eine wasserstoffinduzierte Ausgasung von Fremdstoffen genauso wie eine strahlungsinduzierte Ausgasung von Fremdstoffen im Vergleich zu konventionellen Lichtwellenleitern mit Schutzschichten aus Polymermaterialien vermieden bzw. zumindest verringert werden.
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Das mindestens eine Lichtleitelement mit einer metallischen Schutzschicht kann zu einer optischen Sensoreinrichtung oder einer optischen Heizeinrichtung gehören.
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Die Projektionsbelichtungsanlage kann mehrere optische Elemente im Beleuchtungssystem und Projektionsobjektiv umfassen, wobei mindestens einem optischen Element eine optische Sensoreinrichtung zugeordnet sein kann, mit deren Hilfe die Position und / oder Ausrichtung des optischen Elements ermittelt werden kann. Gemäß der Erfindung kann die optische Sensoreinrichtung zur Erfassung der Position und / oder Ausrichtung des mindestens einen optischen Elements mindestens ein Lichtleitelement aufweisen, welches Betriebslicht der optischen Sensoreinrichtung leitet und welches eine metallische Schutzschicht aufweist.
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Unter Leitung von Betriebslicht der optischen Sensoreinrichtung oder einer optischen Heizeinrichtung, für die das Lichtleitelement mit einer metallischen Schutzschicht vorgesehen sein kann, wird einerseits die Versorgung der optischen Sensoreinrichtung oder der Heizeinrichtung mit Betriebslicht, als auch die Leitung von optischen Messsignalen oder dergleichen verstanden.
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Durch die Verwendung von Lichtleitelementen mit einer metallischen Schutzschicht ist es möglich die optische Sensoreinrichtung auch bei Projektionsbelichtungsanlagen einzusetzen, die mit Arbeitslicht im Bereich des extrem ultravioletten Wellenlängenspektrums betrieben werden und entsprechend im Bereich von dem bezüglich der Position und / oder Ausrichtung zu überwachenden optischen Element eine reaktive Atmosphäre, wie beispielsweise eine Wasserstoffatmosphäre, verwenden.
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Entsprechend können das Lichtleitelement bzw. die Heizeinrichtung oder die optische Sensoreinrichtung und das von der optischen Sensoreinrichtung überwachte optische Element, welches insbesondere ein bewegliches, d.h. verstellbares optisches Element sein kann, zumindest teilweise in einem Gehäuse bzw. einer Vakuumkammer angeordnet sein, in welchem eine spezifische Gasatmosphäre und insbesondere eine reaktive Gasatmosphäre bzw. Wasserstoffatmosphäre vorliegt, da innerhalb des Gehäuses mit der reaktiven Gasatmosphäre bzw. Wasserstoffatmosphäre erforderliche Lichtleitelemente mit einer schützenden metallischen Schutzschicht versehen sein können.
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Das optische Element, dessen Position und / oder Ausrichtung von der optischen Sensoreinrichtung erfasst wird, kann insbesondere ein Spiegel sein, wie er vorzugsweise in Projektionsobjektiven von EUV - Projektionsbelichtungsanlagen verwendet wird.
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Die optische Sensoreinrichtung kann insbesondere durch ein Interferometer oder einen Positionskodierer gebildet sein, wobei der Positionskodierer sowohl ein rotatorischer als auch ein linearer Kodierer sein kann.
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Das optische Lichtleitelement mit einer metallischen Schutzschicht kann mindestens eine optische Faser umfassen, wobei insbesondere die metallische Schutzschicht als Metallumhüllung um die entsprechende optische Faser gebildet sein kann. Das optische Lichtleitelement kann eine Vielzahl von optischen Fasern aufweisen, wobei jede Faser einzeln eine Metallumhüllung aufweisen kann oder / und mehrere optische Fasern eine gemeinsame Metallumhüllung besitzen können.
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Das optische Lichtleitelement kann eine optische Faser aus einem Polymer oder aus Glas, insbesondere Quarzglas umfassen. Insbesondere kann das optische Lichtleitelement mindestens eine Glasfaser mit einem Kern und einer Ummantelung umfassen, wobei sowohl Kern als auch Ummantelung aus Quarzglas gebildet sein können und entweder Kern oder Ummantelung dotiert sein können, sodass sich für Kern und Ummantelung unterschiedliche Brechungsindices ergeben.
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Unmittelbar auf der Ummantelung einer optischen Faser kann die metallische Schutzschicht aufgebracht sein. Alternativ ist es auch möglich, die metallische Schutzschicht auf einer Umhüllung aus einem anderen Material, die zwischen Ummantelung und Schutzschicht angeordnet ist, vorzusehen.
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Die metallische Schutzschicht kann insbesondere aus einem Metall gebildet sein, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Aluminium, Kupfer, Zinn, Zink, Gold, Indium, Blei, Nickel, Platin, Molybdän und Legierungen aus einem oder mehreren der Elemente enthält.
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Figurenliste
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
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- 1 eine Darstellung einer EUV - Projektionsbelichtungsanlage,
- 2 eine Darstellung eines Teils des Projektionsobjektivs der EUV - Projektionsbelichtungsanlage aus 1 mit einer optischen Sensoreinrichtung mit metallumhüllter Glasfaserleitung und in
- 3 einen Querschnitt durch eine metallumhüllte Glasfaserleitung.
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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 ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage, die mit Arbeitslicht im Wellenlängenspektrum des extrem ultravioletten Lichts betrieben wird. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Lichtquelle 2, die das Arbeitslicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 10 bis 20 nm erzeugt. Das von der Lichtquelle 2 erzeugte Arbeitslicht wird von dem Beleuchtungssystem 3 aufbereitet, sodass ein abzubildende Strukturen tragendes Retikel 4 in geeigneter Weise beleuchtet werden kann. Mit dem Projektionsobjektiv 5 werden die auf dem Retikel 4 angeordneten Strukturen in verkleinernder Weise auf ein Substrat in Form eines Wafers 6 abgebildet, um über mikrolithographische Prozesse die Strukturen auf dem Wafer 6 zu erzeugen.
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Zur Formung des Arbeitslichts im Beleuchtungssystem 3 und zur Abbildung der Strukturen des Retikels 4 durch das Projektionsobjektiv 5 werden unterschiedliche optische Elemente eingesetzt. In der 2 ist beispielhaft ein Spiegel 8 gezeigt, der Teil des Projektionsobjektivs 5 ist, um die auf dem Retikel 4 vorgesehenen Strukturen auf den Wafer 6 abzubilden.
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Der Spiegel 8 ist in einer Vakuumkammer 7 angeordnet, die ebenfalls in der 2 rein schematisch gezeigt ist, um die Absorption des Arbeitslichts zu verringern. In der Vakuumkammer 7 wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Wasserstoffatmosphäre eingestellt, um durch eine reaktive Atmosphäre den Spiegel 8 sauber zu halten, indem die Abscheidung von Fremdstoffen und insbesondere ausgegasten Monomeren verhindert wird.
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In der Vakuumkammer
7 ist weiterhin eine optische Sensoreinrichtung
10 in Form eines optischen Positionskodierers angeordnet, der ähnlich einem Positionskodierer aufgebaut ist, der in der
US 9 810 521 B2 beschrieben ist und deren Offenbarung hiermit durch Verweis vollständig in die vorliegende Offenbarung mit aufgenommen wird. Mithilfe des Positionskodierers
10 lässt sich die Position des Spiegels
8 in einer Raumrichtung ermitteln. Entsprechend ist es möglich mehrere Positionskodierer
10 zur Positionserfassung der Position des Spiegels
8 zu verwenden, um in mehreren Raumrichtungen die Position des Spiegels
8 zu erfassen. Insbesondere ist es möglich so viele optische Sensoreinrichtungen
10 bzw. Positionskodierer
10 zu verwenden, dass die Position und Ausrichtung des Spiegels
8 in allen sechs Bewegungsfreiheitsgraden erfasst werden kann.
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Die optische Sensoreinrichtung 10 bzw. der Positionskodierer 10 wird mit einem Betriebslicht 11 betrieben, welches unterschiedlich zum Arbeitslicht 9 der Projektionsbelichtungsanlage 1 ist, mit dessen Hilfe die Abbildung der Strukturen des Retikels 4 auf dem Wafer 6 erfolgt. In der 2 ist das Arbeitslicht 9 der Projektionsbelichtungsanlage 1 im Zusammenhang mit dem Spiegel 8 gezeigt, während aus der 2 zudem ersichtlich ist, dass das Betriebslicht 11 lediglich zur Positionsbestimmung des Spiegels 8 eingesetzt wird.
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Das Betriebslicht 11 für die optische Sensoreinrichtung 10 wird über einen Lichtleiter 12 zur optischen Sensoreinrichtung 10 von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) geführt, wobei der Lichtleiter 12 außerhalb der Vakuumkammer 7 ein üblicher konventioneller Lichtleiter sein kann, der beispielsweise durch ein oder mehrere Glasfasern mit einer schützenden Polymerumhüllung gebildet sein kann.
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Da bei einem konventionellen Lichtleiter die Wasserstoffatmosphäre innerhalb der Vakuumkammer 7 zu einem wasserstoffinduzierten Ausgasen von Fremdstoffen und / oder die Strahlung des Arbeitslichts 9 der Projektionsbelichtungsanlage 1 zu einem strahlungsinduzierten Ausgasen von Stoffen der Polymerummantelung führen könnte, sind innerhalb der Vakuumkammer 7 optische Lichtleiter 14 eingesetzt, die durch eine metallumhüllte Glasfaserleitung gebildet sind, wobei die Metallumhüllung die Glasfaserleitung vor Beschädigung schützt und ein wasserstoffinduziertes und/oder strahlungsinduziertes Ausgasen von Fremdstoffen vermeidet. Die Metallumhüllung kann aus Aluminium gebildet sein.
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Zur Durchführung der Lichtleitung in die Vakuumkammer 7 ist eine faseroptische Vakuumdurchführung 13 vorgesehen, die in 2 gezeigt ist. An der Seite außerhalb der Vakuumkammer 7 kann an der faseroptischen Vakuumdurchführung 13 ein konventioneller Lichtleiter 12 mit einer Polymerumhüllung angeordnet sein, während innerhalb der Vakuumkammer 7 eine metallumhüllte Glasfaserleitung 14 vorgesehen ist.
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Das Betriebslicht 11 der optischen Sensoreinrichtung 10 kann ein linear polarisiertes Licht sein, sodass der Lichtleiter 12 außerhalb der Vakuumkammer 7 als auch die metallumhüllte Glasfaserleitung 14 innerhalb der Vakuumkammer 7 als polarisationserhaltende Lichtleiter ausgeführt sein können. Insbesondere kann es sich bei den Lichtleitern 12, 14 um Monomode - oder Multimode - Lichtwellenleiter handeln.
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Die 3 zeigt einen Querschnitt durch eine metallumhüllte Glasfaserleitung 14 mit einem Kern 15 aus Quarzglas und einer Ummantelung 16 aus dotiertem Quarzglas, sodass die Brechungsindices für Kern 15 und Ummantelung 16 unterschiedlich sind. Umgekehrt kann auch der Kern 15 aus dotiertem Quarzglas und die Ummantelung aus undotiertem Quarzglas gebildet sein. Konzentrisch zu den ebenfalls konzentrisch ausgebildeten Kern 15 und Ummantelung 16 ist eine metallische Schutzschicht 17 aus Aluminium vorgesehen, die eine schützende Umhüllung für die Glasfaserleitung darstellt, sodass die Glasfaserleitung nicht beschädigt werden kann und bei der Verwendung der Glasfaserleitung in der Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre innerhalb der Vakuumkammer 7 keine wasserstoffinduzierte Ausgasungen und / oder strahlungsindizierte Ausgasungen stattfinden können.
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Üblicherweise werden für die Lichtwellenleitung eine Vielzahl von metallumhüllten Glasfasern verwendet, wobei jede einzelne Glasfaser aus Kern und Ummantelung mit einer Umhüllung aus Metall versehen sein kann. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Glasfasern aus Kern und Ummantelung in einer Umhüllung aus Metall angeordnet sein.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Lichtquelle
- 3
- Beleuchtungssystem
- 4
- Retikel
- 5
- Projektionsobjektiv
- 6
- Wafer
- 7
- Vakuumkammer
- 8
- Spiegel
- 9
- Arbeitslicht
- 10
- Positionskodierer bzw. optische Sensoreinrichtung
- 11
- Betriebslicht
- 12
- Lichtleiter
- 13
- faseroptische Vakuumdurchführung
- 14
- metallumhüllte Glasfaserleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0128249 A1 [0004]
- US 7420653 [0007]
- US 9810521 B2 [0029]
