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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
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Das Projektionsobjektiv kann in einem bekannten Aufbau sowohl eine lastabtragende Tragstruktur in Form eines Tragrahmens als auch eine Messstruktur in Form eines Sensorrahmens aufweisen, wobei Tragstruktur und Messstruktur unabhängig voneinander über als dynamische Entkopplung wirkende mechanische Anbindungen an eine Basis des optischen Systems mechanisch angebunden sind.
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Ein im Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage auftretendes Problem ist, dass aufgrund thermaler Einflüsse, zu denen sowohl die im Betrieb einwirkende elektromagnetische Strahlung als auch Wärmedissipation an Komponenten wie z.B. Aktoren oder Heizvorrichtungen gehören, thermisch induzierte Deformationen (insbesondere sowohl der optischen Komponenten bzw. Spiegel als auch des Tragrahmens und des Sensorrahmens) auftreten können, wodurch letztlich optische Aberrationen im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage hervorgerufen werden. Ansätze zur Reduzierung bzw. Vermeidung solcher thermisch induzierter Deformationen beinhalten u.a. den Einsatz von jeweils von einem Kühlfluid durchströmten Kühlkanälen.
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Gemäß 5 ist in einer lediglich schematisch und stark vereinfacht dargestellten herkömmlichen Architektur eine Mehrzahl von Spiegeln 501 an einem Tragrahmen 510 als lastabtragende Tragstruktur montiert, wobei mit „502“ Aktoren zur Positionierung der Spiegel 501 bezeichnet sind. Des Weiteren ist eine von dem Tragrahmen 510 dynamisch entkoppelte Messstruktur in Form eines Sensorrahmens 520 vorgesehen. Ebenfalls in 5 angedeutet sind jeweils von einem Kühlfluid durchströmte, schraffiert eingezeichnete Kühlvorrichtungen 521, 522 für den Tragrahmen 510, den Sensorrahmen 520 sowie auch für eine zwischen Tragrahmen 510 und Sensorrahmen 520 befindliche Wärmeabschirmung. Konkret ist mit „530“ eine thermale Abschirmung des optischen Pfades und mit „531“ ein von einem Kühlfluid durchströmtes (z.B. wassergekühltes) Wärmeschild zwischen Tragrahmen 510 und Sensorrahmen 520 bezeichnet. Gemäß der in 5 dargestellten thermalen Architektur dienen eine Mehrzahl von am Sensorrahmen 520 angeordneten Sensoren 525 zur Messung der an unterschiedlichen Positionen vorliegenden Temperatur.
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6 zeigt eine ebenfalls schematische und stark vereinfachte Darstellung eines herkömmlichen Ansatzes zur direkten Kühlung eines Sensorrahmens 601 (an welchem Sensoren 602 zur Positionsmessung optischer Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet sind) unter Einsatz von Kühlfluidleitungen 605, welche jeweils von einem Kühlfluid 606 (z.B. Kühlwasser) durchströmbar und in den Sensorrahmen 601 über darin eingebrachte Bohrungen integriert sind.
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Wenngleich die vorstehend anhand von 6 beschriebene Einbringung von Kühlkanälen in den Sensorrahmen grundsätzlich wegen der unmittelbaren und damit besonders effizienten Wärmedissipation vorteilhaft ist, treten in der Praxis Probleme in fertigungstechnischer Hinsicht auf: So entstehen im (Hochtemperatur-)Fertigungsprozess des Sensorrahmens vergleichsweise große mechanische Spannungen im Material des Sensorrahmens, wobei die Einbringung der für die Kühlfluidleitungen benötigten Bohrungen infolge dieser mechanischen Spannungen zu Rissen im Bereich der Bohrungen bzw. Kühlkanäle und letztlich zu einer Kontamination des Systems durch austretendes Kühlfluid führen können. Ein daraufhin erforderlicher Austausch des Sensorrahmens sowie gegebenenfalls weiterer Komponenten des Systems verursacht jedoch einen beträchtlichen Zeit- und Kostenaufwand und beeinträchtigt den mit der Projektionsbelichtungsanlage erzielten Durchsatz.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baugruppe einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche eine thermale Stabilisierung bzw. Kühlung unter Vermeidung oder zumindest Abmilderung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Baugruppe einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage weist auf:
- - einen Sensorrahmen, an welchem Sensoren zur Positionsmessung optischer Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet sind; und
- - eine am Sensorrahmen befestigte Kühlanordnung, welche wenigstens eine von einem Kühlfluid durchströmbare Kühlplatte aufweist.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, die Kühlung eines Sensorrahmens in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage unter Verzicht auf die Einbringung von Bohrungen bzw. Kühlwasserleitungen in das Innere des Sensorrahmens über von Kühlfluid durchströmbare Kühlplatten zu realisieren, wobei diese Kühlplatten erfindungsgemäß wiederum in unterschiedlichen Ausführungsformen, insbesondere als Aufsetz-Plattenkühler an einer Außenfläche des Sensorrahmens, in einer Sandwich-Struktur zwischen einander benachbarten Abschnitten des Sensorrahmens oder auch als Spacerplatten im Bereich der am Sensorrahmen angebrachten Sensoren ausgestaltet sein können.
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Dabei liegt der Erfindung die weitere Überlegung zugrunde, dass den hinsichtlich des Sensorrahmens bestehenden besonders hohen Genauigkeitsanforderungen auch bei dem erfindungsgemäßen Konzept Rechnung getragen und das Auftreten mechanischer Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten dadurch vermieden werden kann, dass die erfindungsgemäß eingesetzten Kühlplatten aus dem gleichen Material wie der Sensorrahmen gefertigt werden. Ein insoweit im Fertigungsprozess der Kühlplatten grundsätzlich bestehendes Risiko der Rissbildung kann erfindungsgemäß eher in Kauf genommen werden, da der gegebenenfalls auftretende Ausfall einzelner Kühlplatten im Vergleich zum kompletten Sensorrahmen wesentlich kleinere Bauteile von geringerer Komplexität betrifft, so dass auch ein entsprechender Kosten- sowie Zeitaufwand signifikant reduziert wird.
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Dabei werden erfindungsgemäß bewusst gewisse Einbußen hinsichtlich der im Vergleich zu im Inneren des Sensorrahmens verlaufenden Kühlleitungen reduzierten Kühlleistung in Kauf genommen, um im Gegenzug die vorstehend beschriebenen Vorteile in fertigungstechnischer Hinsicht sowie der Vermeidung längerer Ausfallzeiten und einer damit einhergehenden Reduzierung des Durchsatzes zu erzielen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der Sensorrahmen und die wenigstens eine Kühlplatte aus dem gleichen Material hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eine Kühlplatte als Aufsetz-Plattenkühler an einer Außenfläche des Sensorrahmens montiert. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlplatte ist auch, dass ein solcher Aufsetz-Plattenkühler zugleich auch gegebenenfalls vorhandene weitere Wärmequellen abschirmen kann, so dass insoweit zusätzliche separate Abschirmelemente entbehrlich sind. Des Weiteren kann über den Aufsetz-Plattenkühler gegebenenfalls auch eine teilweise thermische Isolation des Sensorrahmen gegen den Tragrahmen erzielt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eine Kühlplatte in einer Sandwich-Struktur zwischen einander benachbarten Abschnitten des Sensorrahmens angeordnet. Mit dieser Ausgestaltung wird erfindungsgemäß bewusst ein - etwa im Vergleich zur Anbringung von Aufsetz-Plattenkühlern an der Außenfläche des Sensorrahmens - erhöhter fertigungstechnischer Aufwand sowie eine größere Komplexität bei der Montage des Sensorrahmens in Kauf genommen, um im Gegenzug über die besonders effiziente Wärmeabfuhr eine noch weiter verbesserte Thermal-Architektur zu realisieren.
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Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eine Kühlplatte als zwischen dem Sensorrahmen und jeweils einem der Sensoren angeordnete Spacerplatte ausgebildet. Mit dieser Ausgestaltung wird dem Umstand Rechnung getragen, dass neben dem Sensorrahmen selbst auch die am Sensorrahmen angebrachten Sensoren (welche je nach konkreter Ausführung des zugehörigen optischen Systems bzw. der Projektionsbelichtungsanlage z.B. Laseroptiken interferometrischer Messanordnungen oder auch Encoder umfassen können) hochempfindlich gegenüber thermisch induzierten Deformationen sind, so dass eine Kühlung bzw. Wärmedissipation in unmittelbarer Nähe der Sensoren besonders wirksam ist. Hinzu kommt, dass in konstruktiver Hinsicht Spacerelemente zwischen Sensorrahmen und Sensoren typischerweise zur Sicherstellung einer korrekten Positionierung der Sensoren ohnehin benötigt werden, so dass die betreffenden Spacerelemente dann erfindungsgemäß in fertigungstechnisch günstiger Weise lediglich noch durch Einbringen entsprechender Bohrungen als mit Kühlfluid beaufschlagbare Spacerplatten auszugestalten sind.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Kühlanordnung eine Mehrzahl solcher zwischen dem Sensorrahmen und jeweils einem der Sensoren angeordneten Spacerplatten auf. Dabei können die Spacerplatten auch unabhängig voneinander mit Kühlfluid beaufschlagbar sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Baugruppe ferner eine lastabtragende Tragstruktur in Form eines Tragrahmens auf, wobei Sensorrahmen und Tragrahmen über die wenigstens eine Kühlplatte wenigstens teilweise gegeneinander thermisch isoliert sind.
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Die Erfindung betrifft weiter auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Baugruppe mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
- 1-4 schematische Darstellungen zur Erläuterung beispielhafter Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
- 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer herkömmlichen Architektur mit einem lastabtragenden Tragrahmen und einem unabhängig hiervon vorgesehenen Sensorrahmen;
- 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines herkömmlichen Aufbaus einer Baugruppe, und;
- 7 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren werden unterschiedliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Baugruppe unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen von 1-4 beschrieben. Diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass zur Kühlung eines Sensorrahmens, an welchem Sensoren zur Positionsmessung optischer Komponenten in einer Projektionsbelichtungsanlage angeordnet sind, jeweils von einem Kühlfluid durchströmbare Kühlplatten eingesetzt werden, wobei auf eine in fertigungstechnischer Hinsicht problematische Einbringung von Bohrungen für Kühlfluidleitungen im Inneren des Sensorrahmens verzichtet werden kann.
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1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform, wobei ein Sensorrahmen mit „101“ und an diesem angeordnete Sensoren (z.B. in Form von Laseroptiken von Interferometern oder Encodern) mit „102“ bezeichnet sind. Die erfindungsgemäß zur Wärmedissipation dienenden Kühlplatten 104 sind gemäß 1 als Aufsetz-Plattenkühler realisiert, welche wie über Pfeile 106 angedeutet von einem Kühlfluid durchströmbar und jeweils an mit „103“ bezeichneten Anschraubpositionen an einer Außenfläche des Sensorrahmens 101 montiert sind.
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Die besagten, als Aufsetz-Plattenkühler ausgestalteten Kühlplatten 104 sind zur Vermeidung von im Bereich der Anschraubpositionen 103 auftretenden CTE-Differenzen (d.h. Unterschieden im jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten) und damit einhergehenden mechanischen Spannungen aus dem gleichen Material hergestellt wie der Sensorrahmen 101.
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Die Kühlplatten 104 können ebenfalls lediglich beispielhaft und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre eine vergleichsweise geringe Dicke von größenordnungsmäßig 40 mm besitzen, so dass gegebenenfalls auftretende thermale Gradienten sowie daraus resultierende Inhomogenitäten und spannungsinduzierte Risse entsprechend reduziert werden können.
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Mit der vorstehend anhand von 1 beschriebenen Realisierung einer Kühlung des Sensorrahmens über als Aufsetz-Plattenkühler ausgestaltete Kühlplatten 104 wird insbesondere erreicht, dass ein etwaiger Komponentenausfall, welcher mit Rissbildungen und hierdurch verursachte Undichtigkeiten beim Einbringen von Kühlkanälen in das insoweit typischerweise problematische Material einhergeht, auf vergleichsweise kleinere und weniger komplexe Bauteile in Form der Aufsetz-Plattenkühler beschränkt ist, wobei insbesondere ein erheblich aufwändigerer und mit längeren Betriebsunterbrechungen einhergehender Austausch des kompletten Sensorrahmens entbehrlich ist.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Gemäß 2 wird im Unterschied zu 1 bei dem Einsatz von jeweils von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlplatten 204 eine Sandwich-Struktur realisiert, bei welcher jeweils eine Kühlplatte 204 zwischen einander benachbarten Abschnitten 201a, 201b, 201c des Sensorrahmens 201 angeordnet ist. Mit der Realisierung einer solchen Sandwich-Struktur wird im Vergleich zur Realisierung einfacher Aufsetz-Plattenkühler ein erhöhter fertigungstechnischer Aufwand in Kauf genommen, wobei jedoch die Performance hinsichtlich effizienter Wärmeabfuhr sowie thermaler Regelbarkeit verbessert wird.
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3 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Gemäß 3 sind die erfindungsgemäßen Kühlplatten 304 als jeweils mit Kühlfluid beaufschlagbare Spacerplatten realisiert, welche zwischen dem Sensorrahmen 301 und jeweils einem der Sensoren 302 angeordnet sind. Diese Ausgestaltung ist insofern besonders vorteilhaft, als eine Wärmedissipation bzw. thermale Aktuierung unmittelbar im Bereich der Sensoren 302 erzielt werden kann, welche z.B. in Form von Laseroptiken hinsichtlich thermisch induzierter Deformationen und daraus resultierenden Messfehlern besonders empfindlich sind. In Ausführungsformen können die betreffenden Spacerplatten auch unabhängig voneinander mit Kühlfluid beaufschlagt werden.
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Die vorstehend anhand von 1-3 beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen können je nach konkretem Einsatzszenario auch in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden. Lediglich beispielhaft hierfür zeigt 4 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform, wobei im Vergleich zu 2 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Gemäß 4 werden die Konzepte der Ausführungsformen von 2 und 3 miteinander kombiniert, d.h. es sind zum einen Kühlplatten 404 in einer Sandwich-Struktur zwischen einander benachbarten Abschnitten 401a, 401b, 401c des Sensorrahmens 401 angeordnet und zum anderen auch Kühlplatten 404 als jeweils mit Kühlfluid beaufschlagbare Spacerplatten zwischen dem durch die Abschnitte 401a bis 401c gebildeten Sensorrahmen 401 und jeweils einem der Sensoren 402 ausgestaltet.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 1, in der die Erfindung beispielsweise realisierbar ist. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sei hierbei nicht einschränkend verstanden.
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Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. 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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Belichtet wird hierbei 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. In 7 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 7 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
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Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. 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, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder um einen Freie-Elektronen-Laser („Free-Electron-Laser“, FEL) handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21) und einen zweiten Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf.
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Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1, 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der 7 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. 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 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 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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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
