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Die Erfindung betrifft einen Grundkörper für ein optisches Element, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers für ein optisches Element.
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Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie unterliegen extrem hohen Anforderungen an die Abbildungsqualität, um die gewünschten mikroskopisch kleinen Strukturen möglichst fehlerfrei herstellen zu können. In einem Lithografieprozess oder einem Mikrolithografieprozess beleuchtet ein Beleuchtungssystem eine fotolithografische Maske, die auch als Retikel bezeichnet wird. Das durch die Maske hindurchtretende Licht oder das von der Maske reflektierte Licht wird von einer Projektionsoptik, auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Fotoresist) beschichtetes, in der Bildebene der Projektionsoptik angeordnetes Substrat (beispielsweise einen Wafer) projiziert, um die Strukturelemente der Maske auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Die Anforderungen an die Positionierung der Abbildung auf dem Wafer werden mit jeder neuen Generation erhöht, was zu einer erhöhten Anforderung an die Einstellgenauigkeit der zur Positionierung und Deformation von optischen Elementen der Projektionsoptik verwendeten Manipulatoren führt. Insbesondere bei Manipulatoren zur Deformation einer optischen Wirkfläche, also der Fläche, welche die Nutzstrahlung der Projektionsbelichtungsanlage reflektiert, ist die Anordnung der Funktionselemente der Manipulatoren, wie beispielsweise Aktuatoren und Sensoren, in unmittelbarer Nähe zur optischen Wirkfläche von Vorteil.
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Die Möglichkeit, die aus dem Stand der Technik bekannten Aktuatoren und Sensoren in unmittelbarer Nähe zur optischen Wirkfläche anzuordnen, ist auf Grund der Baugröße der Aktuatorkomponenten und Sensorkomponenten sehr beschränkt. Daneben können durch die Ausbildung einer Anbindungsgeometrie für die Funktionselemente Spannungen im Grundkörper verursacht werden, welche zu einer Deformation der optischen Wirkfläche führen können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Grundkörper bereitzustellen und ein Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers anzugeben, welche die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Grundkörper und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Grundkörper für ein optisches Element, welcher mindestens einen Aktuator und/oder Sensor umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens in einer additiv gefertigten Teilstruktur des Grundkörpers mindestens eine Aktuatorkomponente des Aktuators und/oder eine Sensorkomponente des Sensors integriert ist. Dies hat den Vorteil, dass die Aktuatorkomponente und/oder Sensorkomponente näher an eine optische Wirkfläche oder andere Funktionselemente, wie beispielsweise Fluidkanäle, des Grundkörpers angeordnet werden können. Dies kann eine unmittelbare Erfassung einer Deformation der optischen Wirkfläche ermöglichen, wodurch die Genauigkeit und im Fall eines Thermalsensors auch die Reaktionszeit auf eine Änderung der Temperatur auf der optischen Wirkfläche vorteilhaft verbessert werden.
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Insbesondere kann es sich bei der Aktuatorkomponente und/oder der Sensorkomponente um ein elektrisch leitfähiges Element handeln. Das elektrisch leitfähige Element kann beispielsweise als Draht, insbesondere als Heizdraht ausgebildet sein oder elektrisch leitfähige Partikel umfassen. Der Draht kann beispielsweise bei der Herstellung des Grundkörpers mit einem 3D-Druckverfahren während des Druckens an einer vorbestimmten Stelle eingelegt werden. Die Partikel können bei einem nachfolgend erläuterten 3-D Druckverfahren unmittelbar in einer der zum Drucken verwendeten Materialmischungen integriert sein und an vorbestimmten Positionen im Grundkörper gedruckt werden. In einer weiteren Variante der Erfindung kann die Aktuatorkomponente und/oder die Sensorkomponente elektrisch leitfähige Bauteile umfassen. Unter elektrisch leitfähigen Bauteilen sind dabei insbesondere Plättchen oder auch kurze Draht- bzw. Leiterabschnitte zu verstehen, welche ohne weitere Kontaktierung im Material des Grundkörpers integriert sind. Sie unterscheiden sich von den oben genannten Partikeln im Wesentlichen nur dadurch, dass sie in der Regel nicht unmittelbar mitgedruckt werden können, weil sie eine erheblich größere Ausdehnung als die Partikel aufweisen. Nichtsdestoweniger besteht selbstverständlich die Möglichkeit, die Bauteile zwischen dem Auftrag zweier Schichten in einem additiven Verfahren in das Material des Grundkörpers zu integrieren. Hierzu könnte beispielsweise ein 3-D Druck kurz unterbrochen werden, das entsprechende Bauteil eingelegt und dann der Druck fortgesetzt werden.
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Im Falle der Verwendung der Komponenten als Aktuatoren kann in den elektrisch leitfähigen Elementen ein elektrischer Strom erzeugt werden, worauf sich die Elemente aufgrund ihres Ohmschen Widerstandes erwärmen. Damit erwärmt sich auch das Material des Grundkörpers in der Umgebung der leitfähigen Elemente, welches sich daraufhin verformt, insbesondere ausdehnt, so dass an der erwünschten Stelle im Grundkörper eine Deformation erreicht wird. Es ist möglich, beispielsweise im Fall von Heizdrähten, die Heizdrähte direkt galvanisch mit einer Spannungsquelle zu verbinden, um den erforderlichen Strom zu erzeugen. Im Falle der Verwendung von Partikeln oder Bauteilen ohne galvanische Kontaktierung mit einer Spannungsquelle besteht die Möglichkeit, den notwendigen elektrischen Strom durch Induktion zu erzeugen. Hierzu können ebenfalls im Grundkörper Induktionsspulen integriert werden, welche bei dem Anlegen einer Wechselspannung ein magnetisches Wechselfeld erzeugen und auf diese Weise Wirbelströme in den Partikeln bzw. Bauteilen verursachen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Aktuatorkomponente und/oder die Sensorkomponente magnetisierbare Elemente. Diese magnetisierbaren Elemente können ähnlich ausgebildet sein wie die bereits erwähnten Partikel bzw. Bauteile; sie können insbesondere auch mit diesen zusammenfallen, da sich Magnetisierbarkeit und elektrische Leitfähigkeit nicht ausschließen. Im Falle von magnetisierbaren Elementen kann eine erwünschte Deformation durch die Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich der magnetisierbaren Elemente erreicht werden. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass an Induktionsspulen in der Nähe der magnetisierbaren Elemente eine Gleichspannung angelegt wird, sodass sich im Bereich der magnetisierbaren Elemente ein zeitlich stabiles Magnetfeld ausbildet, worauf die Elemente eine Magnetkraft erfahren und es zu einer Deformation des umgebenden Materials kommt. In diesem Fall werden die Induktionsspulen, also in der Art von Elektromagneten, verwendet. Es besteht damit prinzipiell auch die Möglichkeit, mit derselben Anordnung aus Spulen und elektrisch leitfähigen/magnetisierbaren Elementen einerseits eine Deformation mittels thermischer Ausdehnung, andererseits aber auch mittels magnetischer Kraft zu erreichen. Für den Fall, dass es sich um magnetisierbare und elektrisch leitfähige Elemente handelt, ist bei einem Betrieb der Spulen als Induktionsspulen dafür Sorge zu tragen, dass die Frequenz der angelegten Wechselspannung einen ausreichenden Abstand zu den mechanischen Eigenfrequenzen des Grundkörpers einhält, um unerwünschte mechanische Schwingungen im Grundkörper zu vermeiden.
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Für den Betrieb der oben genannten Elemente als Sensoren bestehen verschiedene Möglichkeiten. So kann beispielsweise die Temperaturabhängigkeit des Ohmschen Widerstandes bei der Verwendung von Heizdrähten dazu ausgenutzt werden, zu bestimmten Zeitpunkten den aktuellen Widerstand der Heizdrähte zu bestimmen und daraus die Temperatur in der Umgebung abzuleiten. Es ist prinzipiell auch denkbar, die integrierten Partikel bzw. Bauteile als Sensorkomponenten zu verwenden, da auch sie ein temperaturabhängiges Verhalten insbesondere ihrer elektrischen Eigenschaften zeigen. So wird beispielsweise die Induktivität einer im Bereich der Partikel bzw. Bauteile angeordneten Induktionsspule bis zu einem gewissen Grad von der ihrerseits temperaturabhängigen Permeabilität der benachbarten Partikel bzw. Bauteile und auch des umgebenden Materials abhängen. Aus einer Bestimmung der aktuellen Induktivität der Spulen können damit Rückschlüsse auf die Temperatur im Bereich der Spulen oder auch im Bereich der Partikel bzw. Bauteile gezogen werden.
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Weiterhin kann es sich bei der Aktuatorkomponente und/oder der Sensorkomponente um ein wärmeleitendes oder wärmeerzeugendes Element handeln. Dieses kann als eine Heatpipe, Thermoelement oder ebenfalls als ein Kupferdraht ausgebildet sein. Die wärmeleitenden Elemente können mit einer Wärmequelle und/oder Wärmesenke verbunden sein und als Thermalaktuator eingesetzt werden. Ebenso können die integrierten wärmeleitenden Elemente können auch lediglich als Verlängerung eines Temperatursensors Anwendung finden.
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Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage umfasst einen Grundkörper nach einem einer der weiter oben erläuterten Ausführungsformen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers für ein optisches Element mit einem additiven Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Herstellung mindestens eines als Anbindungsgeometrie ausgebildeten Teilkörpers einer vorbestimmten Struktur des Grundkörpers mit einem Polyjetverfahren, wobei das zur Herstellung des Grundkörpers verwendete Materialgemisch ein Trägermaterial mit mindestens einem Monomer und/oder Oligomer und ein Strukturmaterial mit einem Glaspulver aufweist.
- - Erwärmung des im vorangegangenen Verfahrensschritt polymerisierten Grundkörpers zum thermischen Verbinden der Glaspulverbestandteile und zur Verbrennung des Polymers.
- - Sintern des Grundkörpers.
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Das Verfahren ermöglicht es nahezu beliebige Geometrien herzustellen, wobei im Endprodukt keine Übergänge zwischen den beim Drucken der Struktur erzeugten Schichten mehr nachweisbar sind.
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Weiterhin können zwei unterschiedliche Materialgemische bei der Herstellung des Grundkörpers Anwendung finden. Dadurch können die Eigenschaften in unterschiedlichen Bereichen des Grundkörpers an unterschiedliche Anforderungen, wie beispielsweise niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, hohe Elastizität oder hohe Steifigkeit angepasst werden.
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Insbesondere können eine Aktuatorkomponenten und/oder Sensorkomponenten umfassende Teilstruktur des Grundkörpers und der Grundkörper aus zwei unterschiedlichen Materialgemischen hergestellt sein. Dadurch kann beispielweise die Anbindungsgeometrie, wie beispielsweise das weiter oben beschriebene Entkopplungselement mit seinen Verbindungselementen mit einem ersten Materialgemisch mit hoher Elastizität hergestellt werden. Der restliche Grundkörper kann aus einem zweiten Materialgemisch mit hoher Steifigkeit hergestellt werden.
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Insbesondere kann der Grundkörper eine zweite Teilstruktur umfassen, wobei dieser mit einem herkömmlichen Fertigungsverfahren hergestellt sein kann. Die einzelnen Teilstrukturen können formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander zu dem Grundkörper verbunden werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
- 2 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Projektionslithografie,
- 3 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
- 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
- 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und
- 6 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Herstellverfahren.
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Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
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Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
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Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
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In der 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
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Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
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Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
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Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45° gegenüber der Normalenrichtung der Spiegeloberfläche, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
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Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
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Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
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Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
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Wie beispielsweise aus der
DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die
DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
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Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
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Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der
US 2006/0132747 A1 , der
EP 1 614 008 B1 und der
US 6,573,978 .
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Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
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Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die
DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
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Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
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Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
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Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der Pupillenfacettenspiegel 22 gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der
DE 10 2017 220 586 A1 beschrieben ist.
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Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
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Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (Gl-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
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Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
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Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
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Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
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Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
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Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
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Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
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Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12.
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Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
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Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
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Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
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Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
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Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der
US 2018/0074303 A1 .
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Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
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Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
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Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
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Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
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Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
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Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
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Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
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Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
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Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
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Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
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2 zeigt schematisch im Meridionalschnitt eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 101 für die DUV-Projektionslithografie, in welcher die Erfindung eben-falls zur Anwendung kommen kann.
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Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung ist vergleichbar mit dem in 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in 2 beginnen also mit 101.
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Im Unterschied zu einer wie in 1 beschriebenen EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 können auf Grund der größeren Wellenlänge der als Nutzlicht verwendeten DUV-Strahlung 116 im Bereich von 100 nm bis 300 nm, insbesondere von 193 nm, in der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 zur Abbildung beziehungsweise zur Beleuchtung refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elementen 117, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen verwendet werden. Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst dabei im Wesentlichen ein Beleuchtungssystem 102, einen Retikelhalter 108 zur Aufnahme und exakten Positionierung eines mit einer Struktur versehenen Retikels 107, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 113 bestimmt werden, einen Waferhalter 114 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 113 und einem Projektionsobjektiv 110, mit mehreren optischen Elementen 117, die über Fassungen 118 in einem Objektivgehäuse 119 des Projektionsobjektives 110 gehalten sind.
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Das Beleuchtungssystem 102 stellt eine für die Abbildung des Retikels 107 auf dem Wafer 113 benötigte DUV-Strahlung 116 bereit. Als Quelle für diese Strahlung 116 kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung 116 wird in dem Beleuchtungssystem 102 über optische Elemente derart geformt, dass die DUV-Strahlung 116 beim Auftreffen auf das Retikel 107 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
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Der Aufbau der nachfolgenden Projektionsoptik 110 mit dem Objektivgehäuse 119 unterscheidet sich außer durch den zusätzlichen Einsatz von refraktiven optischen Elementen 117 wie Linsen, Prismen, Abschlussplatten prinzipiell nicht von dem in 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
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3 zeigt einen Grundkörper 30 für ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element, wie es in einer der in der 1 und der 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt werden kann, in einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Spiegel Mx, 117 umfasst dabei den Grundkörper 30 mit einer optischen Wirkfläche 31. Im Grundkörper 30 sind unterhalb der optischen Wirkfläche 31 Kühlkanäle 33 ausgebildet, welche das optische Element Mx, 117 während des Betriebes beispielsweise während des Betriebs einer zugehörigen Projektionsbelichtungsanlage temperieren. Unterhalb der Kühlkanäle 33 sind als Heizdrähte 34 ausgebildete Aktuatorelemente im Grundkörper 30 angeordnet, welche in einem additiven Herstellverfahren des Grundkörpers 30, wie beispielsweise 3D-Druck oder Stereolithografie, integriert wurden. Die Heizdrähte 34 werden über eine in der Figur nicht dargestellte Ansteuerung mit elektrischem Strom beaufschlagt und wirken in ihrer Gesamtheit als ein Widerstandsaktuator 41. Durch den ohmschen Widerstand im Heizdraht 34 erwärmt sich der Grundkörper 30 bereichsweise, wodurch eine thermische Ausdehnung des erwärmten Bereichs bewirkt wird, welche sich bis zur optischen Wirkfläche 31 fortsetzt und dort zu einer Deformation führt. Durch eine gezielte Ansteuerung und Regelung der Temperaturverteilung in dem mit Heizdrähten 34 durchzogenen Bereich des Grundkörpers 30 kann mit dem Widerstandsaktuator 41 eine vorbestimmte Deformation 35 auf der optischen Wirkfläche 31 zur Korrektur von Abbildungsfehlern eingestellt werden. Die Kühlkanäle 33 dienen bei der Temperierung als Wärmesenke und schirmen eine parasitäre Wärmeleitung aus dem Grundkörper 30 in Richtung der optischen Wirkfläche 31 ab.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Grundkörpers 30 eines als Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Elements, welches wie das in der 3 erläuterte optische Element Mx, 117 unter der optischen Wirkfläche 31 angeordnete Kühlkanäle 33 umfasst. Im Gegensatz zu dem in der 3 dargestellten optischen Element sind an Stelle der Heizdrähte 34 elektrisch leitfähige Partikel 35 beziehungsweise elektrisch leitfähige Bauteile 36, wie beispielsweise Drähte oder Platten, in den Grundkörper 30 integriert. Im Fall einer Herstellung des Grundkörpers 30 mit einem 3D-Drucker nach dem Polyjet-Verfahren können die Partikel 35 in einer der mit dem 3D-Drucker gedruckten Materialmischungen an vorbestimmten Positionen des Grundkörper 30 gezielt mitgedruckt werden. Abhängig von dem Mischungsverhältnis der mindestens zwei im Polyjet-Verfahren verwendeten Materialmischungen kann dadurch die Konzentration der Partikel 35 gezielt eingestellt werden. Dadurch können einzelne Bereiche mit hoher Konzentration und Bereiche mit geringer Konzentration beziehungsweise ohne Partikel 35 im Grundkörper 30 ausgebildet werden.
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Weiterhin können auch elektrisch leitfähige Bauteile 36 beim 3D-Druck mit dem Polyjet-Verfahren durch Einlegen der Bauteile 36 im Grundkörper 30 integriert werden. Alternativ können die Bauteile 36 auch mit anderen 3D-Druckverfahren, welche nur ein Materialgemisch verarbeiten können, wie beispielsweise der Stereolithografie, in den Grundkörper 30 integriert werden. In einer Ausnehmung 37 im Grundkörper 30 sind in der Nähe der Partikel 35 und der Bauteile 36 Induktionsspulen 38 angeordnet. Diese bewirken beim Anlegen eines Wechselstroms durch eine nicht dargestellte Ansteuerung, dass in die Partikel 35 und/oder Bauteile 36 elektrischen Ströme induziert werden, wodurch sich diese aufgrund ihres ohmschen Widerstandes erwärmen. Dadurch werden auch die benachbarten Bereiche im Grundkörper 30 erwärmt und eine vorbestimmte Deformation des Grundkörpers 30 und dadurch der optischen Wirkfläche 31 bewirkt.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Grundkörpers 30 eines als Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Elements, welches wie das in der 3 und der 4 erläuterte optische Element Mx, 117 unter der optischen Wirkfläche 31 angeordnete Kühlkanäle 33 umfasst. Weiterhin umfasst der Grundkörper 30 auch die bereits in der 4 dargestellten Partikel 35 und/oder Bauteile 36. An Stelle der Induktionsspulen 38 umfasst der Grundkörper 30 Elektromagneten 39, welche, wie die in der 4 erläuterte Induktionsspulen 38, in unmittelbarer Nähe zu den Partikeln 35 und Bauteilen 36 in einer Ausnehmung 37 im Grundkörper 30 angeordnet sind. Die Elektromagnete 39 werden in einer an der Ausnehmung 37 ausgebildeten Aufnahme 40 aufgenommen und wirken mit den magnetisierbaren Partikeln 35 und Bauteilen 36 als elektromagnetischer Aktuator 43. Dieser kann, wie auch die weiter oben erläuterten Thermalaktuatoren 41, 42, eine vorbestimmte Deformation in der optischen Wirkfläche 31 zur Korrektur von Abbildungsfehlern erzeugen.
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6 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers 30 für ein optisches Element Mx, 117.
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In einem ersten Verfahrensschritt 51 wird eine vorbestimmte Struktur des Grundkörpers 30 mit mindestens zwei unterschiedlichen Materialgemischen hergestellt, wobei die Materialgemische ein Trägermaterial mit mindestens einem Monomer und/oder Oligomer und ein Strukturmaterial mit mindestens einem Glaspulver aufweisen und sich die Materialgemische mindestens durch zwei unterschiedliche Glaspulver im Strukturmaterial unterscheiden.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 52 wird der im vorherigen Verfahrensschritt 51 polymerisierte Grundkörpers 30 zum thermischen Verbinden der Glaspulverbestandteile und zur Verbrennung des Polymers erwärmt.
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In einem dritten Verfahrensschritt 53 wird der Grundkörper 30 gesintert.
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Die in den 3 bis 6 dargestellten Aktuatorelemente 34, 35, 36, 38, 39 und Aktuatoren 41, 42, 43 bewirken durch eine Erwärmung bestimmter Bereiche des Grundkörper 30 oder bewirkt durch magnetische Kraft eine Deformation des Grundkörpers 30, welche sich bis auf die optische Wirkfläche 31 fortpflanzt. Dieser Effekt wird bei den Thermalaktuatoren 41, 42 durch einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich der integrierten Aktuatorelemente 34, 35, 36 verstärkt. In Kombination mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, also einer Nulldurchgangstemperatur von null oder nahezu null, im Bereich der optischen Wirkfläche 31 des Grundkörpers 30 werden die vorbestimmte Deformation durch die Aktuatoren 41, 42, 43 maximiert und die parasitäre Deformation durch Absorption von auf die optische Wirkfläche auftreffenden elektromagnetischer Strahlung minimiert. Der Wärmeausdehnungskoeffizient beziehungsweise die Nulldurchgangstemperatur kann durch das in der 6 beschriebene Herstellungsverfahren in beliebiger Weise über den Grundkörper 30 variiert werden. Der Grundkörper 30 kann alternativ auch für einen Messaufbau oder einen Objekttisch einer Koordinatenmessmaschine und jeder anderen Anwendung Verwendung finden, welche eine Fläche mit einer hohen Temperaturstabilität und/oder eine hochgenaue Oberfläche erfordert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Beleuchtungssystem
- 3
- Strahlungsquelle
- 4
- Beleuchtungsoptik
- 5
- Objektfeld
- 6
- Objektebene
- 7
- Retikel
- 8
- Retikelhalter
- 9
- Retikelverlagerungsantrieb
- 10
- Projektionsoptik
- 11
- Bildfeld
- 12
- Bildebene
- 13
- Wafer
- 14
- Waferhalter
- 15
- Waferverlagerungsantrieb
- 16
- EUV-Strahlung
- 17
- Kollektor
- 18
- Zwischenfokusebene
- 19
- Umlenkspiegel
- 20
- Facettenspiegel
- 21
- Facetten
- 22
- Facettenspiegel
- 23
- Facetten
- 30
- Grundkörper
- 31
- optische Wirkfläche
- 32
- Deformation
- 33
- Kühlkanäle
- 34
- Heizdraht
- 35
- Partikel
- 36
- Bauteil
- 37
- Ausnehmung
- 38
- Induktionsspule
- 39
- Elektromagnet
- 40
- Aufnahme für Elektromagnet
- 41
- Widerstandsaktuator
- 42
- Induktionsaktuator
- 43
- Elektromagnetischer Aktuator
- 51
- Verfahrensschritt 1
- 52
- Verfahrensschritt 2
- 53
- Verfahrensschritt 3
- 101
- Projektionsbelichtungsanlage
- 102
- Beleuchtungssystem
- 107
- Retikel
- 108
- Retikelhalter
- 110
- Projektionsoptik
- 113
- Wafer
- 114
- Waferhalter
- 116
- DUV-Strahlung
- 117
- optisches Element
- 118
- Fassungen
- 119
- Objektivgehäuse
- M1-M6
- Spiegel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008009600 A1 [0030, 0034]
- US 20060132747 A1 [0032]
- EP 1614008 B1 [0032]
- US 6573978 [0032]
- DE 102017220586 A1 [0037]
- US 20180074303 A1 [0051]
