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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe, insbesondere für die Halbleiterlithografie und ein Verfahren zur Verbindung zweier Bauteile zu der Baugruppe.
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Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie werden zur Erzeugung feinster Strukturen, insbesondere auf Halbleiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen, verwendet. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, mit einem sogenannten Retikel, auf einem mit fotosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element, wie beispielsweise einem Wafer, feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes, dem sogenannten Nutzlicht, ab. Die verwendeten Lichtquellen weisen in einem als DUV-Bereich bezeichneten Emissionswellenlängenbereich von 100nm bis 300nm auf, wobei in jüngerer Zeit vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1 nm und 120 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm verwendet werden. Der beschriebene Emissionswellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet.
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Zur Beleuchtung der Strukturen und insbesondere zu deren Abbildung werden optische Elemente wie beispielsweise Linsen, aber auch (vor allem im Bereich der EUV-Lithografie) Spiegel verwendet, deren sogenannte optische Wirkflächen während des üblichen Betriebes der zugehörigen Anlage mit Nutzlicht beaufschlagt werden. Dabei wirken sich Abweichungen der optischen Wirkflächen von einer optimalen Sollposition und Sollform massiv auf die Qualität der Abbildung und damit auf die Qualität der hergestellten Bauteile aus.
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Typischerweise wird dieser Problematik dadurch begegnet, dass die verwendeten optischen Elemente bewegbar oder auch deformierbar ausgebildet sind, um die angesprochenen Abbildungsfehler während des Betriebes der Projektionsbelichtungsanlage korrigieren zu können. Die optischen Elemente sind üblicherweise in Aufnahmen optischer Module angeordnet, wobei diese auf Modulhalterungen montiert werden, welche wiederum über Aktuatoren, wie weiter oben beschrieben, bewegbar auf einem Modulrahmen gelagert sein können und dadurch auf eine vorbestimmte Position positioniert werden können.
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Zur genauen Ausrichtung der optischen Module auf der Modulhalterung wird eine statisch bestimmte bzw. quasi statische Lagerung bevorzugt, welche beispielsweise durch drei Anbindungspunkte zwischen dem Modul und der Modulhalterung ausgebildet ist. Jede Verbindung an den Anbindungspunkten kann einen oder mehrere Spacer, also auf eine vorbestimmte Dicke hergestellte Abstandselemente, wie beispielsweise eine Unterlegscheibe, aufweisen, wodurch das Modul in drei Freiheitsgraden relativ zur Modulhalterung ausgerichtet werden kann. Die drei Freiheitsgrade können beispielsweise die Richtung der Dicke der Spacer und jeweils eine Rotation um zwei zur Dicke der Spacer und zueinander senkrecht angeordnete Achsen umfassen. Dabei ist es beispielsweise im Fall von Schraubverbindungen oder Klemmverbindungen erforderlich, Kontaktflächen der Verbindung parallel zueinander auszurichten, um parasitäre Kräfte und/oder Momente beim Verschrauben/Klemmen durch Deformation der Kontaktflächen minimieren oder vollständig vermeiden zu können. Grundsätzlich kann das Modul an den Anbindungspunkten in allen sechs Freiheitsgraden eingestellt werden, sofern die Spacer entsprechend angeordnet sind.
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In Fällen, in welchen eine hinreichend genaue parallele Ausrichtung der Kontaktflächen nicht oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich ist, ist es aus dem Stand der Technik für Schraubverbindungen bekannt, zum Ausgleich von Verkippungen um eine Achse senkrecht zur Verbindungsrichtung Ausgleichselemente mit als konkaven und konvexen Kugelkalotten ausgebildeten und aufeinander abgleitenden Kontaktflächen zu verwenden, wobei eine Verdrehung um die Längsachse der Schraube und Abweichungen in der Ebene senkrecht zur Verschraubungsrichtung üblicherweise über eine entsprechend dimensionierte Durchgangsbohrung ausgeglichen werden kann. Diese Lösung hat insbesondere im Bereich der Halbleiterlithografie, in welcher herkömmliche Schmierstoffe, wie Fette, Öle oder Silikone, häufig nicht zugelassen sind, den Nachteil, dass das Abgleiten der Kontaktflächen der Ausgleichselemente und der Kontaktflächen beim Ausrichten und/oder Verschrauben des Moduls mit der Modulhalterung aufgrund der auftretenden Reibung nicht oder nicht in einem ausreichenden Maße geschieht.
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Dadurch werden parasitäre Kräfte und/oder Momente in der Verbindung und damit in dem Modul bei Verschrauben eingefroren. Diese können sich bis auf das optische Element und dessen optische Wirkfläche auswirken und sich über die Zeit verändern, was unmittelbare Auswirkungen auf die Abbildungsqualität der zugehörigen Projektionsbelichtungsanlage haben kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbindung eines Moduls mit einer Modulhalterung mit minimierten parasitären Kräften und/oder Momenten anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Baugruppe für die Halbleiterlithografie umfasst mindestens zwei über mindestens eine Verbindung miteinander verbundene Bauteile, wobei die beiden Bauteile zueinander ausgerichtet werden können. Erfindungsgemäß ist zwischen mindestens zwei bei der Ausrichtung aufeinander abgleitenden Kontaktflächen der Bauteile eine Schicht zur Minimierung der Reibung beim Ausrichten angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Abgleiten der Kontaktflächen aufeinander verbessert wird, was zu geringeren parasitären Kräften und Momenten und dementsprechend einer geringeren Gefahr von Deformationen des Moduls führt. Im Fall, dass die Baugruppe als optische Baugruppe einer Projektionsbelichtungsanlage ausgebildet ist, kann auf diese Weise die Deformation einer für die Abbildungsqualität entscheidenden optischen Wirkfläche eines optischen Elementes der Baugruppe vorteilhaft vermieden werden.
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Insbesondere kann die Schicht mindestens einen Klebstoff umfassen. Der Klebstoff ist beim Applizieren flüssig bzw. zähflüssig und kann die Reibung zwischen den Kontaktflächen der Verbindung der Bauteile vorteilhaft reduzieren. Sind die beiden Bauteile zueinander ausgerichtet, kann der Klebstoff zweckmäßigerweise ausgehärtet werden, wodurch sich eine ebenfalls vorteilhafte Verbesserung der Festigkeit der Verbindung, insbesondere gegen Belastungen durch Schocks entlang der Kontaktflächen, ergeben kann. Ein weiterer Vorteil ist die durch die zusätzliche Klebstoffverbindung höhere Steifigkeit der Verbindung zwischen den Bauteilen. Die Steifigkeit der Verbindung bestimmt die Frequenz, mit welcher die Bauteile zueinander schwingen, die sogenannte Eigenfrequenz, der Baugruppe dahingehend, dass mit steigender Steifigkeit die Eigenfrequenz ebenfalls ansteigt. Im Fall einer optischen Baugruppe gilt in erster Näherung, dass mit ansteigender Eigenfrequenz, der Einfluss etwaiger Schwingungen auf die Abbildungsqualität zurück geht, so dass eine steife Verbindung den Einfluss von Schwingungen der Baugruppe auf die Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage vorteilhaft minimiert.
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Daneben kann die Schicht mindestens drei Kugeln umfassen. Die drei Kugeln bilden eine vorteilhafte statisch bestimmte Lagerung und können ein Abrollen der Kontaktflächen der Bauteile zueinander beim Ausrichten ermöglichen. Rollreibung ist bekanntermaßen deutlich geringer als die beim Abgleiten zweier in direktem Kontakt stehenden Flächen zunächst zu überwindende Haftreibung. Es können vorteilhafterweise auch mehr als drei Kugeln Teil der Schicht sein, wodurch sich die beim Verbinden auf die einzelnen Kugeln wirkende Kraft auf viele einzelne Kontaktpunkte verteilt. Je größer die Verbindungskraft, desto mehr Kugeln werden auf Grund einer elastischen Deformation der Kugeln und/oder der Kontaktflächen miteinander in Kontakt kommen, wodurch die Verbindungskraft auf mehrere Kugeln verteilt werden kann.
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Die Kugeln können in einem Käfig angeordnet sein, welcher beispielsweise ringförmig ausgebildet ist. Dieser hat den Vorteil, dass die einzelnen Kugeln leichter in der Schicht zwischen den Bauteilen verbleiben und bei der Montage nur ein Teil - nämlich der die Kugeln enthaltende Käfig - zwischen die Bauteile eingelegt werden muss. Eine gezielte Deformation der Kugeln bzw. eine plastische Deformation der Kontaktflächen nach dem Ausrichten der Bauteile zueinander kann durch das verminderter Rollvermögen der Kugeln und die dadurch für die Festigkeit vorteilhafte größere Reibung zwischen den Kontaktflächen von Vorteil sein.
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Eine mögliche Kombination von Klebstoff und Kugeln in der Schicht hat verschiedene Vorteile, so kann beispielsweise durch die üblicherweise gleich großen Kugeln ein definierter Klebstoffspalt erreicht werden, wobei der Klebstoff entweder mit den Kugeln gleichzeitig oder nach dem Ausrichten der Bauteile zueinander appliziert werden kann. Ein gleichmäßiger Klebstoffspalt über alle Kontaktflächen der Verbindungen der Baugruppe, die beispielweise drei Verbindungen aufweisen kann, hat den Vorteil, dass ein beispielsweise durch die Änderung der Luftfeuchtigkeit bewirktes mit einer Veränderung des Volumens einhergehendes Aufquellen oder Austrocken des Klebstoffs an allen Kontaktflächen gleiche und gut vorhersagbare Auswirkungen haben kann. Die Kugeln können auch Teil des Klebstoffs sein, also mit diesem zur gleichmäßigen Verteilung homogen vermengt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Verbindung mindestens ein Ausgleichselement zum Ausgleich einer Verkippung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil um eine Achse senkrecht zur Verbindungsrichtung umfassen. Dieses beispielsweise zweiteilig ausgebildete Ausgleichselement, wobei in einem Oberteil eine konkave und in einem Unterteil eine korrespondierende konvexe Kugelkalotte ausgebildet sein können, kann eine auf Grund von Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen bewirkte Verkippung der Kontaktflächen der Bauteile im Bereich der Verbindung vorteilhaft ausgleichen. Die parasitären Kräfte bei einer beispielsweise als Verschraubung ausgebildeten Verbindung können dadurch auf ein Minimum reduziert werden.
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Weiterhin kann die Verbindung mindestens in Verbindungsrichtung einen Spacer umfassen. Dieser kann zur Einstellung des Abstandes zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil in einer vorbestimmten Dicke ausgewählt und/oder nach dem Erfassen des Abstandes nach einer ersten Montage der Bauteile auf Basis einer Abweichung zu einem vorbestimmten Soll-Abstand durch einen Spacer mit einer entsprechend angepassten Dicke ausgetauscht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Baugruppe mindestens drei Anbindungspunkte mit einer Verbindung aufweisen, wodurch die Baugruppe in mindestens drei Freiheitsgraden zueinander ausgerichtet werden kann. Die Bauteile sind dabei statisch bestimmt zueinander gelagert. Sind die Verbindungsrichtungen parallel zueinander ausgebildet, können die beiden Bauteile in Richtung der Verbindungen zueinander verschoben und um zwei Achsen, welche senkrecht zu der Verbindungsrichtung und zueinander ausgerichtet sind, verkippt werden. Die dadurch zwangsläufige Verkippung der Kontaktflächen kann durch die Ausgleichselemente vorteilhaft ausgeglichen werden. Die drei verbleibenden Freiheitsgrade können im Fall einer Schraubverbindung durch ein geeignet dimensioniertes Durchgangsloch und eine ebene Kontaktfläche realisiert werden. Eine Verdrehung der beiden Bauteile um eine zur Verbindungsrichtung senkrechten Achse kann beispielsweise durch das Spiel zwischen Schraube und Durchgangsloch ermöglicht werden. Eine Verschiebung um zwei zur Verbindungsachse und zueinander senkrecht ausgebildeten Achsen kann durch eine ausreichend dimensionierte ebene Kontaktfläche ausgeglichen werden, auf welcher korrespondierende ebene Kontaktflächen der weiter oben erläuterten Ausgleichselemente abgleiten und dadurch die Verschiebung innerhalb der Verbindung kompensieren können.
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Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Baugruppe in einer der weiter oben erläuterten Ausführungsformen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verbindung von mindestens zwei Bauteilen zu einer Baugruppe umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Applizieren einer reibungsminimierenden Schicht zwischen mindestens zwei beim Ausrichten aufeinander abgleitenden Kontaktflächen der Bauteile.
- - Ausrichten der beiden Bauteile zueinander.
- - Verbinden der beiden Bauteile miteinander.
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Die reibungsminimierende Schicht ermöglicht ein einfaches Abgleiten der Kontaktflächen zueinander, wodurch ein vorteilhafter, überwiegend flächiger Kontakt zwischen den Kontaktflächen sichergestellt werden kann. Dies kann die beim Verbinden der Bauteile, beispielsweise durch das Verschrauben einer als Schraubverbindung ausgebildeten Verbindung, auftretenden die parasitären Kräfte und/oder Momente vorteilhaft reduzieren.
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Weiterhin können die die Bauteile in sechs Freiheitsgraden zueinander ausgerichtet werden, wodurch alle Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen bei der Verbindung der Bauteile vorteilhaft ausgeglichen werden können. Dies kann neben dem bereits erwähnten Vorteil der Reduzierung der parasitären Kräfte und Momente auch zu einer erhöhten Reproduzierbarkeit der Verbindung führen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Ausrichtung mindestens eines Freiheitsgrades durch mindestens einen Spacer vorgenommen werden, wie weiter oben bereits erläutert.
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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, und
- 3 eine Detailansicht der Erfindung.
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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 101 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 ein Detail einer erfindungsgemäßen Baugruppe 30, welches eine als Schraubverbindung 40 ausgebildete Verbindung an einem von drei Anbindungspunkten eines als Modul 31 ausgebildeten ersten Bauteils und einem als Modulhalterung 34 ausgebildeten zweiten Bauteils in einer Schnittdarstellung darstellt. Die Baugruppe 30 kann beispielsweise in einer der in der 1 und der 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen 1, 101 Anwendung finden. Das Modul 31 weist an seiner Oberseite und an seiner Unterseite jeweils eine Aussparung 32.1, 32.2 auf, welche an ihrem Boden jeweils eine Kontaktfläche 47.1, 47.2 für die Schraubverbindung 40 mit der Modulhalterung 34 umfasst. Die Modulhalterung 34 weist eine entsprechende Aussparung 35 mit einer Kontaktfläche 47.3 für die Schraubverbindung 40 auf. Die Kontaktflächen 47.1, 47.2, 47.3 können alternativ auch direkt auf den zueinander gewandten Flächen des Moduls 31 und der Modulhalterung 34 ausgebildet sein. Das Modul 31 weist weiterhin eine Durchgangsbohrung 33 für eine Schraube 41 der Schraubverbindung 40 auf, welche in der Modulhalterung 34 in ein in einem Sackloch 36 ausgebildeten Gewinde 37 verschraubt wird. Für Anwendungen in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 (1) kann das Sackloch 36 eine Entlüftungsbohrung (nicht dargestellt) umfassen oder als Durchgangsbohrung ausgebildet sein, wodurch eine Belüftung sichergestellt werden kann. In der in der 3 erläuterten Ausführungsform umfasst die Schraubverbindung 40 einen Spacer 50, welcher zwischen einem weiter unten erläuterten Ausgleichselement 38.2 und der Modulhalterung 34 angeordnet ist. Der Spacer 50 kann zur Einstellung des Abstandes zwischen dem Modul 31 und der Modulhalterung 34 in einer vorbestimmten Dicke ausgewählt und/oder nach dem Erfassen des Abstandes zwischen den Bauteilen 31, 34 nach einer ersten Montage auf Basis einer bestimmten Abweichung zu einem vorbestimmten Soll-Abstand durch einen Spacer 50 mit einer entsprechend angepassten Dicke ausgetauscht werden.
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Die Schraubverbindung 40 umfasst weiterhin im Bereich der Aussparungen 32.1, 32.2 jeweils ein Ausgleichselement 38.1, 38.2, welches ein erstes Oberteil 42.1 bzw. 42.2 mit einer als konkave Kugelkalotte ausgebildeten Kontaktfläche 44.1 bzw. 44.2 und ein zweites Unterteil 43.1 bzw. 43.2 mit einer als konvexe Kugelkalotte ausgebildeten korrespondierenden Kontaktfläche 45.1 bzw. 45.2 umfasst. Das Unterteil 43.1 weist weiterhin eine ebene Kontaktfläche 46.1 bzw. 46.2 auf, welche auf der korrespondierenden ebenen Kontaktfläche 47.1 bzw. 47.2 der Aussparung 32.1 bzw. 32.2 aufliegt. Beim Ausrichten des Moduls 31 zur Modulhalterung 34 gleiten die korrespondierenden Kontaktflächen 44.x, 45.x, 46.x, 47.x beider Ausgleichselemente 38.1, 38.2 zum Ausgleich von Abweichungen jeweils aufeinander ab. Dadurch kann eine gewünschte parallele (in der 3 mit gestrichelten Linien dargestellt) Ausrichtung des Moduls 31 zur Modulhalterung 34 vorteilhaft sichergestellt werden.
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Alle Kontaktflächen 44.x, 45.x, 46.x, 47.x der beiden Ausgleichselemente 38.1, 38.2, sowie die Kontaktflächen des Spacers 50, welche auf Grund der Übersichtlichkeit keine Bezugszeichen aufweisen, haben dadurch einen flächigen Kontakt, wodurch die durch die Verschraubung bewirkten parasitären Kräfte/Momente minimiert oder nahezu vollständig vermieden werden. Zur Minimierung der Reibung beim Ausrichten der beiden Bauteile 31, 34 zueinander ist zwischen den Kontaktflächen 44.x, 45.x, 46.x, 47.x der Ausgleichselemente 38.1, 38.2 jeweils eine Schicht 48, 49 ausgebildet. Alternativ kann anstelle der Verschraubung die Verbindung des Moduls 31 und der Modulhalterung 34 auch durch eine Klemmvorrichtung realisiert sein.
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In einer ersten am Ausgleichselement 38.1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Schichten 48.1, 49.1 Klebstoff 51 zur Reduzierung der Reibung zwischen den Kontaktflächen 44.1, 45.1, 46.1, 47.1. Der Klebstoff 51 wird bei der Montage in noch flüssigem bzw. zähflüssigem Zustand auf die Kontaktflächen 44.1, 45.1, 46.1, 47.1 appliziert, wodurch der Klebstoff 51 beim Ausrichten eine reibungsminimierende Wirkung hat. Nach dem Verschrauben härtet der Klebstoff 51 aus, was den Vorteil hat, dass die Schraubverbindung 40 durch die nach dem Aushärten des Klebstoffs 51 nicht mehr vorhandene reibungsmindernde Wirkung, insbesondere entlang der allein durch Kraftschluss wirkende Richtungen entlang der Kontaktflächen 44.1, 45.1, 46.1, 47.1, zusätzliche Festigkeit erhält.
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In einer zweiten Ausführungsform, welche in der 3 im Ausgleichselement 38.2 dargestellt ist, umfassen die Schichten 48.2 und 49.2 Kugeln 52, welche durch die im Vergleich zur Haftreibung wesentlich geringeren Rollreibung die Reibung zwischen den Kontaktflächen 44.2, 45.2, 46.2, 47.2 minimieren. Nach dem Ausrichten der Bauteile 31, 34 werden die Kugeln 52 und/oder die Kontaktflächen 44.2, 45.2, 46.2, 47.2 beim Verschrauben minimal plastisch deformiert, wodurch ein ähnlicher Effekt wie beim weiter oben erläuterten Aushärten des Klebstoffs 51 auftritt, also die für die Festigkeit der Verbindung vorteilhafte große Reibung (Haftreibung) zwischen den Kontaktflächen 44.2, 45.2, 46.2, 47.2 nach dem Verschrauben wieder hergestellt ist. Die Kugeln 52 können dabei in einem, beispielsweise kreisförmig ausgebildeten Käfig (nicht dargestellt) angeordnet sein, welcher die Kugeln 52 in Position hält und ein Herausfallen aus den Schichten 48.2 und 49.2 verhindert.
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In einer dritten Ausführungsform der Schraubverbindung 40, welcher in der 3 nicht dargestellt ist, werden der Klebstoff 51 und die Kugeln 52 in den Schichten 48.x, 49.x kombiniert. Die Kugeln 52 können dabei mit dem Klebstoff 51 vermischt sein und mit diesem appliziert werden. Alternativ können die Kugeln 52 und der Klebstoff 51 auch unabhängig voneinander appliziert werden. Das Aushärten des Klebstoffs 51 nach dem Ausrichten der Bauteile 31, 34 und die damit verbundene Erhöhung der Reibung machen eine plastische Deformation der Kugeln 52 bzw. der Kontaktflächen 44.x, 45.x, 46.x, 47.x nicht mehr erforderlich. Die Kugeln 52 haben neben der Verminderung der Reibung (Rollreibung) den zusätzlichen Vorteil, dass sie einen definierten Abstand zwischen den Kontaktflächen 44.x, 45.x, 46.x, 47.x sicherstellen. Dieser bewirkt, dass in allen Schichten 48.x, 49.x und in allen Schraubverbindungen 40 der Baugruppe 30 eine identische (minimale) Dicke des Klebstoffs 51 appliziert wird, so dass ein möglicher Einfluss des Klebstoff 51 im Fall einer Veränderung der Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, in allen Schraubverbindungen 40 minimale Auswirkungen hat.
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Alternativ zum beschriebenen Verfahren kann der Klebstoff 51 erst nach der Ausrichtung der Bauteile 31, 34 appliziert werden, was den Vorteil hat, dass die Verbindung bis zum Applizieren des Klebstoffs 51 wieder lösbar ist.
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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
- Baugruppe
- 31
- Modul
- 32.1,32.2
- Aussparung
- 33
- Durchgangsloch
- 34
- Modulhalterung
- 35
- Aussparung
- 36
- Sackloch
- 37
- Gewinde
- 38.1,38.2
- Ausgleichselement
- 40
- Schraubverbindung
- 41
- Schraube
- 42.1,42.2
- Kugelkalotte konkav
- 43.1,43.2
- Kugelkalotte konvex
- 44.1,44.2
- Kontaktfläche Kugelkalotte konkav
- 45.1,45.2
- Kontaktfläche Kugelkalotte konvex
- 46.1,46.2
- Kontaktfläche Kugelkalotte eben
- 47.1,47.2
- Kontaktfläche Aussparung
- 48.1,48.2
- Schicht Kugelkalotte
- 49.1,49.2
- Schicht Aussparung
- 50
- Spacer
- 51
- Klebstoff
- 52
- Kugel
- 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 [0035, 0039]
- US 2006/0132747 A1 [0037]
- EP 1614008 B1 [0037]
- US 6573978 [0037]
- DE 102017220586 A1 [0042]
- US 2018/0074303 A1 [0056]
