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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines optischen Elements für eine Lithographieanlage, ein optisches Element für eine Lithographieanlage, ein optisches System mit einem derartigen optischen Element und eine Lithographieanlage mit einem derartigen optischen Element und/oder 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 derartiger Spiegel einer EUV-Lithographieanlage kann dabei im nahezu senkrechten Einfall oder unter streifendem Einfall (Engl.: grazing incidence) arbeiten. Dabei wird nicht das gesamte Licht reflektiert. Im senkrechten Einfall wird etwa ein Drittel des einfallenden Lichts absorbiert und unter streifendem Einfall liegen typische Absorptionswerte bei etwa einem Viertel oder Fünftel. Da sich Temperaturgradienten in dem Spiegel aufgrund des Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Substrats des Spiegels in Oberflächenfehler einer Spiegelfläche des Spiegels übersetzen können, können diese zu optischen Aberrationen führen, die in Relation zur Nutzwellenlänge bildverschlechternd wirken können. Deshalb wird für das Substrat ein Material mit besonders niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt.
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Beispielsweise kann ein glaskeramischer Werkstoff Anwendung finden. Derartige glaskeramische Werkstoffe werden durch kontrollierte Volumenkristallisation hergestellt. Durch das Herstellungsverfahren weisen glaskeramische Werkstoffe eine Glasphase und eine Kristallphase auf. Die Kristallphase weist einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, wohingegen die Glasphase einen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Das Ergebnis ist ein effektiv nichtlinearer Zusammenhang zwischen Wärmeausdehnung und Temperatur, wobei es genau einen Temperaturwert, nämlich die Nulldurchgangstemperatur (Engl.: zero crossing temperature, ZCT), gibt, bei dem die Wärmeausdehnung des Substrats verschwindet.
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Im Betrieb der EUV-Lithographieanlage ist der Spiegel sowohl örtlich aufgrund unterschiedlicher Beleuchtungen und beugenden Strukturen als auch zeitlich aufgrund verschiedener Betriebsmodi wechselnden Bestrahlungsintensitäten ausgesetzt. Um möglichst wenig Aberrationen aufgrund von Oberflächendeformationen der Spiegelfläche zu erzeugen, ist es erforderlich, dass die mittlere Temperatur des Spiegels nahe der Nulldurchgangstemperatur bleibt. Hierzu kann der Spiegel mit Hilfe einer Heizeinrichtung homogen erwärmt werden.
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Das Substrat weist jedoch in der Regel eine Inhomogenität des Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Diese Inhomogenität resultiert aus einer ungleichmäßigen Verteilung der zuvor erwähnten Glasphase und der Kristallphase des Substrats. Hierdurch variiert die Nulldurchgangstemperatur lokal in einem gewissen Rahmen. Diese Inhomogenität des Substrats kann selbst bei einer konstanten Temperatur zu Deformationen der Spiegelfläche und somit zu Aberrationen führen.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements für eine Lithographieanlage bereitzustellen.
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Demgemäß wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines optischen Elements für eine Lithographieanlage vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Bestimmen eines lokalen Verlaufs des Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Substrats des optischen Elements, und b) lokales Bestrahlen des Substrats mit Partikeln, insbesondere mit Elektronen, zum Verändern des lokalen Verlaufs des Wärmeausdehnungskoeffizienten.
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Dadurch, dass der lokale Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten verändert wird, ist es vorteilhafterweise möglich, wärmebedingte Deformationen einer optisch aktiven Fläche des optischen Elements im Belichtungsbetrieb der Lithographieanlage derart zu minimieren oder anzupassen, dass aus diesen Deformationen resultierende Abbildungsfehler nicht mehr auftreten oder zumindest derart minimiert werden, dass eine Kompensation dieser Abbildungsfehler, beispielsweise durch eine entsprechende Manipulation des optischen Elements, einfach möglich ist.
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Der thermische Ausdehnungskoeffizient oder Wärmeausdehnungskoeffizient ist ein Kennwert, der das Verhalten eines Stoffes bezüglich Veränderungen seiner Abmessungen bei Temperaturveränderungen beschreibt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient kann aufgrund von Materialinhomogenitäten des Substrats, innerhalb des Substrats variieren. Der „lokale Verlauf“ des Wärmeausdehnungskoeffizienten kann insbesondere als eine Veränderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten in drei Raumrichtungen betrachtet definiert sein. Der „lokale Verlauf“ kann auch als „örtlicher“ oder „ortsabhängiger“ Verlauf bezeichnet werden. Je nach dem lokalen Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten wird das Substrat mit der Zielsetzung einer lokalen Veränderung, insbesondere mit der Zielsetzung einer lokalen Erhöhung oder einer lokalen Reduktion, des Wärmeausdehnungskoeffizienten, bestrahlt.
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Die Bestrahlung ist insbesondere ein Beschuss mit hochenergetischen Teilchen, insbesondere mit Elektronen. Es können jedoch auch andere geeignete Partikel in Betracht kommen. Wirkprinzip einer derartigen Partikelbestrahlung ist eine Materialkompaktierung, die mikroskopisch durch das Aufbrechen beziehungsweise Umordnen von Bindungen des Substrats erklärt werden kann. Bevorzugt wird eine Oberfläche des Substrats, an der eine optisch wirksame Fläche des optischen Elements vorgesehen ist, mit den Partikeln bestrahlt. Bevorzugt kann das Bestimmen des lokalen Verlaufs des Wärmeausdehnungskoeffizienten ein zweidimensionales Bestimmen des lokalen Verlaufs des Wärmeausdehnungskoeffizienten an der zuvor erwähnten Oberfläche des Substrats beziehungsweise der optisch aktiven Fläche umfassen. Hierzu wird der lokale Verlauf in zwei Raumrichtungen, die auch die optisch wirksame Fläche aufspannen können, erfasst. Die Verfahrensschritte a) und b) werden bevorzugt iterativ durchgeführt bis das gewünschte Ergebnis erzielt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird vor dem Schritt b) ein Bestimmen eines Korrekturrezepts für das lokale Bestrahlen des Substrats mit den Partikeln durchgeführt.
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Der Einsatz der Partikelbestrahlung erfolgt bevorzugt auf Basis detaillierter Berechnungen, insbesondere auf Basis von Finite-Elemente-Berechnungen, wobei insbesondere der mit der Partikelbestrahlung beeinflusste Bereich hochaufgelöst betrachtet werden kann. Mit Hilfe der Partikelbestrahlung kann somit der lokale Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten homogenisiert oder zumindest so eingestellt werden, dass entstehende Oberflächendeformationen des optischen Elements bei Wärmeeinstrahlung korrigierbar sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Korrekturrezept anhand eines theoretisch oder experimentell ermittelten Zusammenhangs zwischen der lokalen Bestrahlung des Substrats, einer aus der lokalen Bestrahlung resultierenden lokalen Kompaktierung des Substrats und/oder einer resultierenden lokalen Veränderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten bestimmt.
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Insbesondere gleicht das Korrekturrezept die vorliegende Inhomogenität des Wärmeausdehnungskoeffizienten aus, in dem das Korrekturrezept höhere Werte des Wärmeausdehnungskoeffizienten reduziert und/oder niedrigere Werte des Wärmeausdehnungskoeffizienten erhöht. Das Korrekturrezept wird insbesondere anhand des theoretisch bekannten oder experimentell kalibrierten Zusammenhangs zwischen Partikelbestrahlung, Kompaktierung und resultierender Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten bestimmt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Schritt b) zum Korrigieren von Oberflächenänderungen des Substrats, die durch das lokale Bestrahlen des Substrats mit den Partikeln hervorgerufen werden, ein oberflächenformender Bearbeitungsschritt durchgeführt.
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Mit Hilfe des oberflächenformenden Bearbeitungsschritts können somit aus dem Partikelbeschuss resultierende Oberflächendeformationen derart ausgeglichen werden, dass diese nicht zu Abbildungsfehlern oder nur zu einfach kompensierbaren Abbildungsfehlern führen. Nach dem oberflächenformenden Bearbeitungsschritt ist eine Oberfläche des Substrats bevorzugt nicht mehr eben, sondern weist eine Oberflächenprofilierung auf, so dass die durch die Partikelbestrahlung erzeugte Oberflächenveränderung vorgehalten oder korrigiert wird. Der oberflächenformende Bearbeitungsschritt kann anhand des Korrekturrezepts durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der oberflächenformende Bearbeitungsschritt eine deterministische Roboterpoliturbearbeitung, eine magnetorheologische Bearbeitung und/oder eine Ionenstrahlbearbeitung.
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Der oberflächenformende Bearbeitungsschritt kann ein Abtragen von Material von der Oberfläche des Substrats oder ein Auftragen von Material auf die Oberfläche umfassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Schritt b) eine Beschichtung auf das Substrat aufgebracht.
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Die Beschichtung wird insbesondere auf die zuvor erwähnte Oberfläche des Substrats aufgebracht. An der Beschichtung ist die optisch aktive Fläche vorgesehen beziehungsweise die optisch aktive Fläche wird durch die Beschichtung gebildet. Die Beschichtung wird insbesondere nach dem oberflächenformenden Bearbeitungsschritt auf das Substrat aufgebracht. Die Partikelbestrahlung wird bevorzugt durch die Beschichtung hindurch durchgeführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem Schritt b) der lokale Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten homogenisiert.
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Darunter, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient „homogenisiert“ wird, ist insbesondere zu verstehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient über das Substrat betrachtet konstant oder zumindest annähernd konstant derart ist, dass der Betrag des Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb eines definierten Toleranzfelds liegt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem Schritt b) der lokale Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten derart verändert, dass das optische Element mit Hilfe eines Manipulators derart justierbar ist, dass Abbildungsfehler des optischen Elements innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen.
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Es können mehrere Manipulatoren zum Justieren des optischen Elements vorgesehen sein. Insbesondere kann ein Zielprofil des lokalen Verlaufs des Wärmeausdehnungskoeffizienten abweichend von einem wie zuvor erwähnten konstanten Zielprofil so gewählt werden, dass unter dem Einfluss lokal variierender thermaler Randbedingungen sowie einer lokal variablen Bestrahlung mit Hilfe einer Heizeinrichtung eine lokal konstante Deformation der optisch wirksamen Fläche entsteht. Darüber hinaus steht zur Manipulation des optischen Elements der zuvor erwähnte Manipulator oder mehrere Manipulatoren zur Verfügung. Beispielsweise kann das optische Element verkippbar und/oder verschiebbar sein. Durch eine Berücksichtigung des Kompensationsvermögens dieser Manipulatoren kann in einer gemeinsamen Optimierung ein insbesondere Oberflächenprofil der Oberfläche des Substrats ermittelt werden, welches sich einerseits gut kompensieren lässt und andererseits geringe Einträge der Partikelbestrahlung erfordert. Ein solches Oberflächenprofil kann beispielsweise einen Kipp aufweisen oder eine kugelähnliche oder zylinderähnliche, insbesondere im Querschnitt annähernd parabolische, Form umfassen. Ein derartiges Oberflächenprofil kann ausgehend von einer gegebenen Verteilung geringere Änderungen erfordern und erfordert damit in Summe reduzierte Kompaktierungsamplituden. Dies ermöglicht weniger oder den kompletten Verzicht auf Iterationen, kürzere Bearbeitungszeiten sowie höhere Genauigkeiten im hochfrequenten Bereich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem Schritt b) eine Oberfläche des Substrats lokal deformiert.
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Hierdurch wird, wie zuvor erwähnt, ein Oberflächenprofil an der Oberfläche des Substrats geschaffen, das entweder durch den oberflächenformenden Bearbeitungsschritt ausgeglichen werden kann oder das, beispielsweise mit Hilfe einer Manipulation des optischen Elements, kompensiert werden kann.
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Ferner wird ein optisches Element für eine Lithographieanlage vorgeschlagen. Das optische Element umfasst ein Substrat, dessen lokaler Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten mit Hilfe eines Bestrahlens mit Partikeln, insbesondere mit Elektronen, verändert ist.
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Das optische Element ist insbesondere ein Spiegel. Das Substrat weist insbesondere eine Glasphase und eine Kristallphase auf, die unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Materialinhomogenitäten können zu einem inhomogenen lokalen Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten führen, der mit Hilfe der Partikelbestrahlung derart verändert ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient über das Substrat betrachtet konstant ist oder derart angepasst ist, dass Abbildungsfehler leicht kompensiert werden können. Die Partikelbestrahlung lässt sich mikroskopisch beispielsweise durch eine lokale Kompaktierung des Substrats nachweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der lokale Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten homogenisiert.
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Somit ist der Wärmeausdehnungskoeffizient über das Substrat betrachtet konstant oder zumindest annähernd konstant derart, dass der Betrag des Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb eines definierten Toleranzfelds liegt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient wird insbesondere im Sinne einer zweidimensionalen Darstellung in zwei Raumrichtungen betrachtet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat aus einem amorphen Werkstoff, der eine Nulldurchgangstemperatur aufweist, insbesondere aus einem quarzhaltigen und/oder rutilhaltigen Werkstoff, gefertigt, oder das Substrat ist aus einem glaskeramischen Werkstoff, der eine Nulldurchgangstemperatur aufweist, gefertigt.
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Wie zuvor erwähnt, umfasst das Substrat eine Glasphase und eine Kristallphase. Beispielsweise finden Glaskeramiken und/oder Low Expansion Materialien für das Substrat Anwendung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische Element eine optisch wirksame Fläche, insbesondere eine Spiegelfläche, die für einen Belichtungsbetrieb mit einer Wellenlänge von unter 150 nm, insbesondere von 7 nm bis 13, 5 nm, geeignet ist.
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Insbesondere ist die optisch wirksame Fläche geeignet, EUV-Strahlung zu reflektieren.
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Außerdem wird ein optisches System, insbesondere ein Projektionssystem, für eine Lithographieanlage vorgeschlagen. Das optische System umfasst ein derartiges optisches Element und eine Heizeinrichtung zum Einbringen von Wärme in das optische Element.
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Insbesondere ist die Heizeinrichtung geeignet, die optisch wirksame Fläche des optischen Elements zu erwärmen. Mit Hilfe der Heizeinrichtung wird das optische Element bevorzugt auf die Nulldurchgangstemperatur des Substrats erwärmt.
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Weiterhin wird eine Lithographieanlage, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage, mit einem derartigen optischen Element und/oder einem derartigen optischen System vorgeschlagen.
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Die Lithographieanlage kann neben einem Strahlformungs- und Beleuchtungssystem ein Projektionssystem und eine Lichtquelle, insbesondere eine EUV-Lichtquelle, umfassen. EUV steht für „Extreme Ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 nm und 30 nm. Die Lithographieanlage kann auch eine DUV-Lithographieanlage sein. 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 zwingend 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 Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Die für das Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene optische Element, das optische System und/oder die Lithographieanlage entsprechend und umgekehrt.
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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.
- 1A zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer EUV-Lithographieanlage;
- 1B zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer DUV-Lithographieanlage;
- 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines optischen Systems für die Lithographieanlage gemäß 1A oder 1B;
- 3 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht des optischen Systems gemäß 2;
- 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Substrats für ein optisches Element;
- 5 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht des Substrats;
- 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines optischen Systems; und
- 7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines optischen Elements.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. 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 Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren beziehungsweise Einstellen von optischen Elementen 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 und 3 zeigen jeweils ein optisches System 200. Das optische System 200 kann Teil einer EUV-Lithographieanlage 100A oder einer DUV-Lithographieanlage 100B sein. Nachfolgend wird das optische System 200 jedoch nur mit Bezug auf eine EUV-Lithographieanlage 100A erläutert. Das optische System 200 kann beispielsweise ein wie zuvor erläutertes Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 oder ein Projektionssystem 104 sein. Das optische System 200 umfasst ein optisches Element 202. Das optische Element 202 kann beispielsweise einer der in der 1A gezeigten Spiegel 110, 112, 114, 116, 118, M1 bis M6 sein.
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Das optische Element 202 umfasst ein Substrat 204 mit einer optisch wirksamen Fläche 206. Die optisch wirksame Fläche 206 kann Teil einer Beschichtung 208 des Substrats 204 sein. Das Substrat 204 umfasst eine Vorderseite oder vorderseitige Oberfläche 210, an der die optisch wirksame Fläche 206 beziehungsweise die Beschichtung 208 vorgesehen ist, und eine der vorderseitigen Oberfläche 210 abgewandte Rückseite oder rückseitige Oberfläche 212.
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Die optisch wirksame Fläche 206 kann eine Spiegelfläche sein. Die optisch wirksame Fläche 206 ist im Betrieb der EUV-Lithographieanlage 100A geeignet, EUV-Strahlung 108A zu reflektieren. Das optische Element 202 kann dabei im nahezu senkrechten Einfall oder unter streifendem Einfall (Engl.: grazing incidence) arbeiten. Dabei wird nicht die gesamte EUV-Strahlung 108A reflektiert. Im senkrechten Einfall wird etwa ein Drittel der einfallenden EUV-Strahlung 108A absorbiert und unter streifendem Einfall liegen typische Absorptionswerte bei etwa einem Viertel oder Fünftel. Hierdurch erwärmt sich das optische Element 202.
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Da sich Temperaturgradienten in dem optischen Element 202 aufgrund des thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder Wärmeausdehnungskoeffizienten α (Engl.: coefficient of thermal expansion, CTE) des Substrats 204 in Oberflächenfehler der optisch wirksamen Fläche 206 übersetzen können, können diese zu optischen Aberrationen führen, die in Relation zur Nutzwellenlänge bildverschlechternd wirken können. Deshalb wird für das Substrat 204 ein Material mit besonders niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten α gewählt.
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Beispielsweise kann ein amorphes Material, bevorzugt ein quarz- (SiO2) und/oder rutilhaltiges (TiO2) Material, für das Substrat 204 eingesetzt werden. Insbesondere kommen glaskeramische Werkstoffe für das Substrat 204 zur Anwendung. Derartige glaskeramische Werkstoffe werden durch kontrollierte Volumenkristallisation hergestellt. Durch das Herstellungsverfahren weisen glaskeramische Werkstoffe eine Glasphase und eine Kristallphase auf. Die Kristallphase weist einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten α auf, wohingegen die Glasphase einen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten α aufweist. Das heißt, die Glasphase dehnt sich bei einer Temperaturerhöhung aus während sich die Kristallphase zusammenzieht und so der Wärmeausdehnung der Glasphase entgegenwirkt. Das Ergebnis ist ein effektiv nichtlinearer Zusammenhang zwischen Wärmeausdehnung und Temperatur, wobei es genau einen Temperaturwert, nämlich die Nulldurchgangstemperatur (Engl.: zero crossing temperature, ZCT), gibt, bei dem die Wärmeausdehnung des Substrats 204 verschwindet.
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Im Betrieb der EUV-Lithographieanlage 100A ist das optische Element 202 sowohl örtlich aufgrund unterschiedlicher Beleuchtungen und beugenden Strukturen als auch zeitlich aufgrund verschiedener Betriebsmodi wechselnden Bestrahlungsintensitäten ausgesetzt. Um möglichst wenig Aberrationen aufgrund von Oberflächendeformationen der optisch wirksamen Fläche 206 zu erzeugen, ist es erforderlich, dass die mittlere Temperatur des optischen Elements 202 nahe der Nulldurchgangstemperatur bleibt. Hierzu kann das optische Element 202 mit Hilfe einer dem optischen System 200 zugeordneten Heizeinrichtung 214 homogen erwärmt werden. Insbesondere ist die Heizeinrichtung 214 geeignet, in die optisch wirksame Fläche 206 Wärme W einzubringen.
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Das Substrat 204 weist jedoch in der Regel eine Inhomogenität des Wärmeausdehnungskoeffizienten α auf. Diese Inhomogenität resultiert aus einer ungleichmäßigen Verteilung der zuvor erwähnten Glasphase und der Kristallphase des Substrats 204. Ein örtlicher oder lokaler Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten α ist in den 2 und 3 mit Hilfe einer durchgezogenen Linie und dem Bezugszeichen 216 dargestellt. Aufgrund dieses lokalen Verlaufs 216 des Wärmeausdehnungskoeffizienten α variiert die Nulldurchgangstemperatur örtlich oder lokal in einem gewissen Rahmen. Diese Inhomogenität des Substrats 204 führt, wie in der 3 gezeigt, selbst bei einer konstanten Temperatur zu Deformationen der optisch wirksamen Fläche 206 und somit zu Aberrationen. Dies gilt es zu vermeiden.
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In den 2 und 3 ist ferner ein Koordinatensystem mit einer x-Richtung oder ersten Raumrichtung x, einer y-Richtung oder zweiten Raumrichtung y und einer z-Richtung oder dritten Raumrichtung z dargestellt. Auf der dritten Raumrichtung z ist zur Darstellung des lokalen oder lokalen Verlaufs 216 ein Betrag des Wärmeausdehnungskoeffizienten α in K-1 aufgetragen.
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4 bis 7 zeigen schematisch ein Verfahren, bei dem die lokale Inhomogenität des Wärmeausdehnungskoeffizienten α verändert wird. Eine Beeinflussung des lokalen Wärmeausdehnungskoeffizient α kann mit Hilfe einer Teilchenbestrahlung oder Partikelbestrahlung, bevorzugt mit Hilfe einer Bestrahlung mit geladenen Partikeln, insbesondere mit Elektronen, erfolgen. Diese Partikelbestrahlung führt zu zwei Effekten, nämlich zu einer lokalen Oberflächenänderung der vorderseitigen Oberfläche 210 und zu einer lokalen Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten α.
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Das Wirkprinzip einer derartigen Partikelbestrahlung ist eine Materialkompaktierung, die mikroskopisch durch das Aufbrechen beziehungsweise Umordnen von Bindungen erklärt werden kann. Eine Abschätzung lässt Änderungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten α von bis zu 70 ppb/K bei einer Eindringtiefe von 30 µm annehmen. Über eine Tiefe von 150 mm ergibt sich eine gemittelte Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten α von 0,6 ppb/K. Dabei wird eine gemittelte Temperaturänderung von 2,5% relativ zur Oberflächentemperatur durch einen Abfall der Temperatur von geheizter vorderseitiger Oberfläche 210 zu der ungeheizten rückseitigen Oberfläche 212 des Substrats 204 angenommen.
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Mit Materialeigenschaften von 1,6 ppb/K2 quadratischer Abhängigkeit ergibt sich in sehr grober linearisierter Näherung eine äquivalente Änderung der Nulldurchgangstemperatur von 0,4 K. In dieser Größenordnung liegen im optisch genutzten Bereich die Variationen der Nulldurchgangstemperatur von Material auf kritischen optischen Elementen 202, so dass der Hub eines Manipulators des jeweiligen optischen Elements 202 für eine spürbare Korrektur ausreicht. Der Einsatz der Partikelbestrahlung erfolgt jedoch bevorzugt auf Basis detaillierter Berechnungen, insbesondere auf Basis von Finite-Elemente-Berechnungen, wobei insbesondere der mit der Partikelbestrahlung beeinflusste Bereich hochaufgelöst betrachtet werden kann. Mit Hilfe der Partikelbestrahlung kann somit der Wärmeausdehnungskoeffizient α homogenisiert oder zumindest so eingestellt werden, dass entstehende Oberflächendeformationen der vorderseitigen Oberfläche 210 bei Wärmeeinstrahlung korrigierbar sind, so dass es zu keinen Abbildungsfehlern kommt.
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Das Verfahren zum Verändern, insbesondere zum Homogenisieren, des Wärmeausdehnungskoeffizienten α umfasst einen Schritt S1 (4 und 7) des Messens des lokalen Verlaufs 216 des Wärmeausdehnungskoeffizienten α. Beispielsweise kann dies mit Hilfe einer Ultraschallmessung erfolgen. Alternativ ist auch eine optische Messung unter Variation der Temperatur, insbesondere eine interferometrische Messung, möglich. Das Messen des lokalen Verlaufs 216 des Wärmeausdehnungskoeffizienten α erfolgt bevorzugt mit Hilfe einer Messeinrichtung 218. Die Messeinrichtung 218 kann ein Interferometer sein. Beispielsweise kann mit Hilfe des Messens des lokalen Verlaufs 216 des Wärmeausdehnungskoeffizienten α eine zweidimensionale Darstellung oder Erfassung desselben in den Raumrichtungen x, y erzielt werden.
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In einem Schritt S2 wird ein Korrekturrezept bestimmt, welches die lokale Inhomogenität des Wärmeausdehnungskoeffizienten α ausgleicht. Insbesondere gleicht das Korrekturrezept die vorliegende Inhomogenität des Wärmeausdehnungskoeffizienten α aus, in dem das Korrekturrezept höhere Werte des Wärmeausdehnungskoeffizienten α reduziert und/oder niedrigere Werte des Wärmeausdehnungskoeffizienten α erhöht. Das Korrekturrezept wird insbesondere anhand des theoretisch bekannten oder experimentell kalibrierten Zusammenhangs zwischen Partikelbestrahlung, Kompaktierung und resultierender Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten α bestimmt. Der Schritt S2 ist optional.
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Anschließend wird in einem Schritt S3 (5 und 7) das Korrekturrezept mit Hilfe der Partikelbestrahlung umgesetzt. Hierzu wird die vorderseitige Oberfläche 210 mit Hilfe einer Bestrahlungseinrichtung 220 mit Partikeln 222 beschossen. Die Partikel 222 sind bevorzugt geladen. Insbesondere sind die Partikel 222 Elektronen. Die Partikelbestrahlung kann dabei vorteilhafterweise durch die in der 5 nicht gezeigte Beschichtung 208 beziehungsweise durch die optisch wirksame Fläche 206 hindurch vorgenommen werden. Alternativ kann die Beschichtung 208 auch nach der Partikelbestrahlung auf die vorderseitige Oberfläche 210 des Substrats 204 aufgebracht werden. Die Schritte S1 bis S3 können dabei iterativ so lange widerholt werden, bis eine vorgegebene Gleichmäßigkeit des Wärmeausdehnungskoeffizienten α erreicht ist. Wie die 6 zeigt, kann der lokale Verlauf 216 des Wärmeausdehnungskoeffizienten α nach der Durchführung des Verfahrens homogen oder konstant sein.
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Ferner kann ein Zielprofil des lokalen Verlaufs 216 des Wärmeausdehnungskoeffizienten α abweichend von einem konstanten Zielprofil (6) so gewählt werden, dass unter dem Einfluss lokal variierender thermaler Randbedingungen sowie einer lokal variablen Bestrahlung mit Hilfe der Heizeinrichtung 214 eine örtlich konstante Deformation der optisch wirksamen Fläche 206 entsteht. Darüber hinaus stehen zur Manipulation des optischen Elements 202 in der Regel Manipulatoren zur Verfügung. Beispielsweise kann das optische Element 202 verkippbar und/oder verschiebbar sein. Durch eine Berücksichtigung des Kompensationsvermögens dieser Manipulatoren kann in einer gemeinsamen Optimierung ein Oberflächenprofil der vorderseitigen Oberfläche 210 ermittelt werden, welches sich einerseits gut kompensieren lässt und andererseits geringe Einträge der Partikelbestrahlung erfordert. Ein solches Oberflächenprofil kann beispielsweise einen Kipp aufweisen oder eine kugelähnliche oder zylinderähnliche, insbesondere im Querschnitt annähernd parabolische, Form umfassen. Ein derartiges Oberflächenprofil kann ausgehend von einer gegebenen Verteilung geringere Änderungen erfordern und erfordert damit in Summe reduzierte Kompaktierungsamplituden. Dies ermöglicht weniger oder den kompletten Verzicht auf Iterationen, kürzere Bearbeitungszeiten sowie höhere Genauigkeiten im hochfrequenten Bereich.
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Wie zuvor erwähnt, führt die Partikelbestrahlung mit dem Zweck der Optimierung des lokalen Verlaufs 216 des Wärmeausdehnungskoeffizienten α simultan zu einer Oberflächenveränderung an der vorderseitigen Oberfläche 210 des Substrats 204 beziehungsweise an der optisch wirksamen Fläche 206. Für den Fall, dass diese Oberflächenveränderung nicht erwünscht ist, kann die Partikelbestrahlung mit einem die vorderseitige Oberfläche 210 formendem oder bearbeitendem Verfahrensschritt kombiniert werden. Der bearbeitende Verfahrensschritt kann auf die vorderseitige Oberfläche 210 auftragend und/oder von dieser abtragend sein. Hierzu wird vor dem Schritt S3 und vor dem Aufbringen der Beschichtung 208 die vorderseitige Oberfläche 210 derart bearbeitet, dass die vorderseitige Oberfläche 210 nicht mehr, wie in der 4 gezeigt, eben, sondern, wie in der 5 gezeigt, mit einer Oberflächenprofilierung versehen wird, so dass die durch die Partikelbestrahlung erzeugte Oberflächenveränderung vorgehalten und/oder korrigiert wird.
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Hierdurch kann, wie in der 6 gezeigt, nach dem Schritt S3 an der vorderseitigen Oberfläche 210 beziehungsweise an der optisch wirksamen Fläche 206 die gewünschte Oberflächenebenheit bei einem homogenen lokalen Verlauf 216 des Wärmeübertragungskoeffizienten α erreicht werden. Als Verfahren zum Bearbeiten der vorderseitigen Oberfläche 210 kommen beispielsweise ein Ionenstrahlbeschuss, eine magnetorheologische Bearbeitung oder ein deterministisches Roboterpoliturverfahren zur Anwendung. Zum Bearbeiten der vorderseitigen Oberfläche 210 kann eine Bearbeitungseinrichtung 224 (5) vorgesehen sein, die geeignet sein kann, die vorderseitige Oberfläche 210 mit Ionen 226 zu beschießen.
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Wie die 6 zeigt umfasst das optische System 200 einen wie zuvor schon erwähnten Manipulator 228 zum Justieren des optischen Elements 202. Der Manipulator 228 ist mit Hilfe einer Wirkverbindung 230 mit dem optischen Element 202 gekoppelt. Das optische Element 202 beziehungsweise seine optisch wirksame Fläche 206 weist bevorzugt sechs Freiheitsgrade, nämlich drei translatorische Freiheitsgrade jeweils entlang der Raumrichtungen x, y, z sowie drei rotatorische Freiheitsgrade jeweils um die Raumrichtungen x, y, z auf. Das heißt, eine Position sowie eine Orientierung des optischen Elements 202 beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche 206 kann mit Hilfe der sechs Freiheitsgrade bestimmt oder beschrieben werden. Der Manipulator 228 kann geeignet sein, das optische Element 202 in allen sechs Freiheitsgraden zu justieren. Unter „Justieren“ ist demgemäß zu verstehen, dass bevorzugt sowohl die Orientierung als auch die Position des optischen Elements 202 mit Hilfe des Manipulators 228 geändert werden kann.
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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
- optisches Element
- 204
- Substrat
- 206
- optisch wirksame Fläche
- 208
- Beschichtung
- 210
- Oberfläche
- 212
- Oberfläche
- 214
- Heizeinrichtung
- 216
- Verlauf
- 218
- Messeinrichtung
- 220
- Bestrahlungseinrichtung
- 222
- Partikel
- 224
- Bearbeitungseinrichtung
- 226
- Ionen
- 228
- Manipulator
- 230
- Wirkverbindung
- M1
- Spiegel
- M2
- Spiegel
- M3
- Spiegel
- M4
- Spiegel
- M5
- Spiegel
- M6
- Spiegel
- S1
- Schritt
- S2
- Schritt
- S3
- Schritt
- W
- Wärme
- x
- Raumrichtung
- y
- Raumrichtung
- z
- Raumrichtung
- α
- Wärmeausdehnungskoeffizient
