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Die
Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, insbesondere für die Lithographie
mit Wellenlängen ≤ 193 nm, wobei
das Beleuchtungssystem wenigstens eine Lichtquelle, einen Kollektor
sowie eine doppelfacettierte optische Komponente umfasst und einer
EUV-Projektionsbelichtungsanlage zugeordnet ist.
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Um
die Strukturbreiten für
elektronische Bauteile noch weiter reduzieren zu können, insbesondere
in den Submikron-Bereich, ist es erforderlich, die Wellenlänge des
für die
Mikrolithographie eingesetzten Lichtes zu verringern. Denkbar ist
die Verwendung von Licht mit Wellenlängen ≤ 193 nm, beispielsweise die Lithographie
mit weichen Röntgenstrahlen,
die sogenannte EUV-Lithographie.
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Die
EUV-Lithographie ist eine der vielversprechendsten zukünftigen
Lithographietechniken. Als Wellenlängen für die EUV-Lithographie werden derzeit
Wellenlängen
im Bereich 11 – 14
nm, insbesondere 13,5 nm, diskutiert bei einer numerischen Apertur
von 0,2 – 0,3.
Die Bildqualität
in der EUV-Lithographie wird bestimmt einerseits durch das Projektionsobjektiv,
andererseits durch das Beleuchtungssystem. Das Beleuchtungssystem
soll eine möglichst
gleichförmige
Ausleuchtung der Feldebene, in der die strukturtragende Maske, das
sogenannte Retikel, angeordnet ist, zur Verfügung stellen. Das Projektionsobjektiv
bildet die Feldebene in eine Bildebene, die so genannte Waferebene,
ab, in der ein lichtsensitives Objekt angeordnet ist. Projektionsbelichtungsanlagen
für die
EUV-Lithographie
sind mit reflektiven optischen Elementen ausgeführt. Die Form des Feldes einer
EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist typischerweise die eines Ringfeldes
mit einem hohen Aspektverhältnis
von 2 mm (Breite) × 22 – 26 mm
(Bogenlänge).
Die Projektionssysteme werden üblicherweise
im Scanning Mode betrieben, wobei das Retikel in der Feldebene und
das lichtempfindliche Objekt, typischerweise ein Wafer, mit einem geeigneten
Photoresist in der Bildebene jeweils synchron zueinander bewegt
werden. Betreffend EUV- Projektionsbelichtungsanlagen
wird auf die nachfolgenden Veröffentlichungen
verwiesen:
W.Ulrich, S.Beiersdörfer, H.J.Mann, "Trends in Optical
Design of Projection Lenses for UV- and EUV-Lithography" in Soft-X-Ray and
EUV Imaging Systems, W.M.Kaiser, R.H.Stulen (Hrsg), Proceedings
of SPIE, Vol.4146 (2000), Seiten 13-24 und
M.Antoni, W.Singer, J.Schultz,
J.Wangler, I.Escudero-Sanz, B.Kruizinga, "Illumination Optics Design for EUV-Lithography" in Soft X Ray and
EUV Imaging Systems, W.M.Kaiser, R.H.Stulen (Hrsg), Proceedings
of SPIE, Vol.4146 (2000), Seiten 25-34
deren Offenbarungsgehalt
vollumfänglich
in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.
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Als
Beleuchtungssysteme, die den Anforderungen der EUV-Beleuchtung in
besonderer Art und Weise genügen,
haben sich Beleuchtungssysteme herausgestellt, welche die oberbegrifflichen
Merkmale von Anspruch 1 aufweisen. Nachteilig an dem bekannten System
ist jedoch, dass die Komponenten eines gebräuchlichen EUV-Beleuchtungssystems zum
Sammeln des Lichts von der Lichtquelle, der spektralen Filterung
sowie zur Ausformung eines ausgeleuchteten Felds in der Feldebene
sowie für
die Ausbildung einer vorteilhaften Füllung der Austrittspupille
des Beleuchtungssystems einen großen Bauraum einnehmen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein EUV-Beleuchtungssystem
derart zu gestalten, dass eine spektral reine und vorteilhaft gestaltete
Ausleuchtung der Feldebene und der Austrittspupille des Beleuchtungssystems
bei gleichzeitiger kompakter Bauweise und vereinfachter Möglichkeit
zur Reinigung von verschmutzungsanfälligen optischen Bauteilen
erreicht wird.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass eine besonders vorteilhafte Faltungsgeometrie
für EUV-Beleuchtungssysteme
darin besteht, den Strahlengang im Bereich des doppelfacettierten
Elements in sich zu falten.
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Das
doppelfacettierte Element empfängt Licht über einen
ersten Strahlengang, welcher von der Lichtquelle oder einem Bild
der Lichtquelle ausgeht und leitet dies in einen zweiten Strahlengang
unter Ausbildung einer Vielzahl von sekundären Lichtquellen. In der Nähe dieser
sekundären
Lichtquellen befindet sich das zweite optische Element mit zweiten
Rasterelementen. Der vom zweiten optischen Element mit zweiten Rasterelementen
ausgehende dritte Strahlengang wird in Richtung des ersten optischen
Elements mit ersten Rasterelementen gelenkt. Dort befindet sich
ein erstes reflektives optisches Element, welches erfindungsgemäß im Wesentlichen
in der Ebene des ersten optischen Elements mit ersten Rasterelementen
und direkt benachbart zu den ersten Rasterelementen positioniert
ist. Das erste reflektive optische Element reflektiert die vom zweiten
optischen Element kommende Strahlung auf weitere optische Elemente,
die, wie das erste reflektive optische Element selbst, Teil der
zweiten optischen Komponente sind, welche insbesondere zur Ausformung eines
vorteilhaft ausgeleuchteten Feldes in der Feldebene dient. Typischerweise
sind dies ein zweites reflektives optisches Element und ein grazing-incidence-Spiegel.
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Zur
Erzielung einer besonders kompakten Bauweise sind erster und zweiter
und/oder zweiter und dritter Strahlengang gegenläufig und verlaufen im Wesentlichen
parallel zueinander. Das heißt,
dass der gemittelte Schwerstrahl über alle Lichtstrahlen des
ersten Strahlengangs und der gemittelte Schwerstrahl über alle
Lichtstrahlen des zweiten Strahlengangs entgegengesetzte Richtungen
aufweisen und bis auf eine geringe Abweichung zueinander parallel verlaufen.
Alternativ oder zusätzlich
kann diese Bedingung auch für
den zweiten und dritten Strahlengang erfüllt sein. Als geringe Abweichungen
zum parallelen Verlauf werden Winkelabweichungen von < 12° angesehen,
wobei aber eine Winkelabweichung von ≤ 5° vorzuziehen ist, da dies sowohl
für die Bauraumreduktion
wie auch für
eine vorteilhafte Gestaltung der Rasterelemente von Vorteil ist.
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Besonders
bevorzugt wird deshalb eine Anordnung des ersten reflektiven optischen
Elements im zentralen Bereich des ersten optischen Elements mit
ersten Rasterelementen. Dies ist dann besonders vorteilhaft möglich, wenn
dieser Bereich vom ersten Strahlengang zwischen der Lichtquelle
bzw. einem Zwischenbild der Lichtquelle und dem ersten optischen
Element mit ersten Rasterelementen nicht ausgeleuchtet wird. Wie
die Erfinder erkannt haben, ist dies gerade dann der Fall, wenn
als Kollektor zur Sammlung des Lichts von der Lichtquelle grazing-incidence-Spiegel
eingesetzt werden, insbesondere in der Form eines genesteten Kollektors,
welche unterhalb einer bestimmten Apertur keinen Lichteintrag für das Beleuchtungssystem
liefern. Dies kann ferner durch die Verwendung von zentralen Blenden
oder durch die Kombination zentraler Blenden mit genesteten Kollektoren
bewirkt werden.
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Als
Resultat entsteht somit im Bereich des ersten optischen Elements
mit ersten Rasterelementen eine im Wesentlichen kreisförmige Ausleuchtung, so
dass die ersten Rasterelemente nur in diesem ausgeleuchteten Bereich
angebracht werden und in ihrem Zentrum ein Bereich ausgespart ist,
in dem erfindungsgemäß das erste
reflektive optische Element zur Reflektion des aus dem dritten Strahlengang kommenden
Lichts angebracht wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen dem
Kollektor und dem ersten optischen Element mit ersten Rasterelementen
eine Kombination eines Gitterspektralfilters und einer Blendeneinrichtung
zur spektralen Filterung im Beleuchtungssystem verwendet. Hierbei
wird typischerweise ein Bild der Lichtquelle im Bereich der Blendeneinrichtung
ausgebildet, wobei sich die verschiedenen Beugungsordnungen räumlich auffächern. Das Bild
der gewählten
Beugungsordnung wird dann im nachfolgenden erfindungsgemäßen Strahlengang statt
der Lichtquelle selbst verwendet. Auch hier tritt durch die Verwendung
eines Kollektors, der nur oberhalb einer bestimmten minimalen Apertur
Licht sammelt und vorteilhafterweise mit einer Zentralblende ausgestattet
ist, der oben genannte Abschattungseffekt auf dem ersten optischen
Element mit ersten Rasterelementen auf. So dass auch hier der besagte Raumgewinn
durch das Insichfalten des zweiten und dritten Strahlengangs in
der besonders bevorzugten Art und Weise durch die Positionierung
des ersten reflektiven optischen Elements im Bereich dieser zentralen
Abschattung gelingt.
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In
einer Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens kann ein weiteres
Zwischenbild der Lichtquelle im Bereich des zweiten optischen Elements mit
zweiten Rasterelementen erzeugt werden. In einer besonders bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung wird der Strahlengang, ausgehend von
diesem Bild der Lichtquelle und auf das erste optische Element mit
ersten Rasterelementen zulaufend, durch eine im zweiten optischen
Element mit zweiten Rasterelementen angebrachten Durchgang oder
Blende hindurchgeführt.
Vorzugsweise ist dieser Durchgang zentral im zweiten optischen Element
mit zweiten Rasterelementen angebracht. Somit liegt mit dieser Ausgestaltung
eine weitere Insichfaltung im Strahlengang im Bereich des doppelfacettierten
Elementes vor, wobei der erste zum zweiten und der zweite zum dritten
Strahlengang gegenläufig
und im Wesentlichen parallel geführt
sind. Die im Wesentlichen parallel ausgerichteten Strahlengänge ergeben
sich wieder aus der Betrachtung der Schwerstrahlen, welche im Wesentlichen
parallel verlaufen bzw. nur geringe Winkelabweichungen aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind diese Winkelabweichungen weniger
als 5°.
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Weitere
Varianten sind möglich,
in denen das erste und zweite Zwischenbild durch die Lichtquelle selbst
ersetzt wird oder alternativ nur ein erstes Zwischenbild der Lichtquelle
ausgebildet wird und dies im Bereich des Durchgangs im zweiten optischen Element
mit zweiten Rasterelementen zu liegen kommt.
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Das
erfindungsgemäße Insichfalten
des Strahlengangs im Bereich des doppelfacettierten Elements erlaubt
eine besonders kompakte Bauweise des Beleuchtungssystems. Neben
dem Bauraumgewinn ist es aufgrund der dargestellten Faltungsgeometrien
möglich,
zusätzliche
mechanische und elektronische Komponenten und insbesondere Reinigungskammern
in vorteilhafter Positionierung im Beleuchtungssystem zu verwenden.
Die für
diese vorteilhafte Faltungsgeometrie ausgebildeten Bilder der Lichtquelle
können
zusätzlich
durch den Einsatz von Gitterspektralfiltern und Blenden zur spektralen
Filterung des Beleuchtungslichts verwendet werden.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben
werden.
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Es
zeigen:
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1 EUV-Beleuchtungssystem,
wobei das erste reflektive optische Element der zweiten optischen
Komponente im Bereich der Zentralabschattung des ersten optischen
Elements mit Rasterelementen liegt;
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2 erstes optisches Element
mit ersten Rasterelementen und Zentralabschattung;
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3 ein Beleuchtungssystem
mit dem ersten reflektiven optischen Element der zweiten optischen
Komponente positioniert in der Zentralabschattung des ersten optischen
Elements mit ersten Rasterelementen sowie einem ersten Zwischenbild der
Lichtquelle in der Ebene des zweiten optischen Elements mit zweiten
Rasterelementen und einem durch dieses Element gehenden Strahlengang;
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4 Beleuchtungssystem mit
einem analogen Strahlengang wie in 3 und
einem zusätzlichen
normal incidence-Konkavspiegel nach dem ersten Zwischenbild der
Lichtquelle und der Ausbildung eines zweiten Zwischenbilds der Lichtquelle
im Bereich des zweiten optischen Elements mit zweiten Rasterelementen.
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5 Beleuchtungssystem mit
einem analogen Strahlengang wie in 4 und
einer Reinigungskammer zwischen dem ersten Zwischenbild und dem zweiten
Zwischenbild der Lichtquelle
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6 Anordnung des ersten reflektiven
optischen Elements in direkter Nachbarschaft zum ersten optischen
Element mit ersten Rasterelementen und gegenüberliegend zum Zwischenbild
der Lichtquelle.
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7 Anordnung des ersten reflektiven
optischen Elements in direkter Nachbarschaft zum ersten optischen
Element mit ersten Rasterelementen und positioniert auf der Seite
des Zwischenbilds der Lichtquelle.
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8 EUV-Lithographiesystem
für die
Mikrolithographie;
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In 8 wird der typische Aufbau
eines EUV-Lithographiesystems für
die Mikrolithographie dargestellt. Ein Retikel bzw. eine Maske 104 wird
dabei in der Feldebene 13 eines Projektionsbelichtungssystems
positioniert und mittels einer Reduktionsoptik auf dessen Bildebene 130 abgebildet,
in der sich typischerweise ein mit einem lichtempfindlichen Material
versehener Wafer 106 befindet. 7 zeigt hierzu beispielhaft ein Projektionsobjektiv
bestehend aus sechs Einzelspiegeln 128.1 bis 128.6.
Gezeigt wird ferner eine im Idealfall telezentrische Beleuchtung
der Bildebene 130, d. h. der Hauptstrahl eines Strahlbüschels,
welcher von einem Feldpunkt der Feldebene 13 ausgeht, schneidet
die Bildebene 130 senkrecht. Des Weiteren weist das Projektionsobjektiv 126 eine
Eintrittspupille auf, die im Allgemeinen mit der Austrittspupille
des Beleuchtungssystems zusammenfällt.
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8 zeigt ferner den typischen
Aufbau eines EUV-Beleuchtungssystems, welches eine Lichtquelle 1 für Wellenlängen ≤ 193 nm aufweist.
Vorzugsweise werden hierfür
ArF-Eximer-Laser mit einer Lichtwellenlänge von λ = 193 nm oder F2-Laser, welche
eine Wellenlänge
von λ =
157 nm zur Verfügung
stellen, eingesetzt. Besonders bevorzugt werden jedoch Laser-Plasma-Röntgenquellen,
welche eine Wellenlänge
von λ =
5 bis 20 nm aufweisen. Alternativ hierzu kann auch eine Synchotronquelle
mit Wellenlängen λ = 10 bis
15 nm verwendet werden.
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Die
von der Lichtquelle 1 ausgehende Strahlung wird in einer
ersten Kollektoreinheit 9 gesammelt. 8 zeigt in schematisch vereinfachter
Art und Weise einen genesteten Kollektor, welcher aus mehreren Kollektorschalen
zusammengesetzt ist und als Woltersystem mit zwei Reflektionen ausgeführt wird.
Bei einem derartigen Kollektor kommen Spiegelsysteme zum Einsatz,
die beispielsweise aus einer Kombination hyperboloidförmiger und
ellipsoidförmiger
Spiegel bestehen und deren Prinzip in der Literatur erstmalig in
den Annalen der Physik 10, 94 – 114,
1952 genannt ist, wobei der Offenbarungsgehalt dieser Schrift vollumfänglich in
die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen ist.
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Diese
erste Kollektoreinheit 9 wirkt kollimierend und bildet
ein Zwischenbild Z der Lichtquelle aus. In einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung wird zwischen diesem Zwischenbild Z und der Lichtquelle 1 ein
Gitterelement 200 zur spektralen Filterung des Beleuchtungssystems
verwendet. Im Allgemeinen wird eine spektral reine Ausleuchtung
der Feldebene 13 erwünscht,
wobei es jedoch vielfach nicht möglich
ist, hierfür
schmalbandige Leuchtquellen oder Lasersysteme zu verwenden, da ansonsten die
von der Lichtquelle 1 zu entnehmende Lichtausbeute zu stark
abnehmen würde.
Stattdessen wird eine gewisse spektrale Streuung zugelassen und
zusätzliche
Elemente mit Filterwirkung in das Beleuchtungssystem eingesetzt.
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Das
in 8 schematisch dargestellte
Gitterelement 200 basiert auf einer spektralen Trennung durch
Beugung des Lichts und durch ein Aussortieren ungewünschter
Beugungsordnungen, im vorliegenden Fall wird insbesondere Licht
der 0.-Beugungsordnung mit einer Wellenlänge oberhalb von 100 nm ausgesondert.
Hierzu wird bevorzugt nach dem Gitterelement 200 im Bereich des
sich ausbildenden ersten Zwischenbilds Z der Lichtquelle eine oder
mehrere physikalische Blenden in der Blendenebene 202 angeordnet,
welche in einer besonders bevorzugten Ausführungsform als gestaffelte
und gekühlte
Blenden ausgebildet sind.
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Eine
besonders bevorzugte spektrale Filterung wird dadurch erreicht,
dass zusätzlich
zum Gitterspektralfilter 200 mindestens ein Spiegel mit
einem Vielfachschichtsystem verwendet wird. Ein solcher Spiegel
kann beispielsweise Teil des Kollektors sein. Durch die Hinzunahme
eines angepassten Spiegels mit einem Vielfachschichtsystem kann
die Nutzwellenlänge
von 13,5 nm und Wellenlängen oberhalb
von 100 nm aus der Ausstrahlung der Lichtquelle entnommen werden.
In Kombination mit einem Gitterspektralfilter 200, welches
so eingestellt wird, dass gerade der Wellenlängenbereich von 7 bis 13,5 nm
selektiert wird, ergibt sich eine spektral besonders reine Ausleuchtung.
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Da
sich das Gitterelement 200 in der ersten Kollektoreinheit
im nachfolgenden konvergenten Strahlengang befindet, ist die optische
Wirkung des Gitters zu beachten. Eine Möglichkeit, die daraus resultierenden
Schwierigkeiten zu umgehen, ist die Verwendung eines Gitterelementes 200,
welches aus mehreren Einzelgittern besteht. Diese Einzelgitter sind
auf einer gekrümmten
Tragfläche
aufgebracht. Beispielsweise können
diese Einzelgitter als Blaze-Gitter ausgebildet sein, welche Reflektionsschichten
aus Ruthenium oder anderen metallischen Schichten wie Palladium
oder Rhodium, mit einer hohen Effizienz η (-1) für die Reflektivität von typischen Wellenlängen von λ = 13,5 nm,
aufweisen. Mit einer solchen Gitter-Blenden-Kombination kann insbesondere
eine Bestrahlung mit Wellenlängen
größer als 100
nm unterdrückt
werden, damit wird neben der verbesserten Qualität der Ausleuchtung auch die thermische
Belastung aller Komponenten des EUV-Beleuchtungssystems und der
anschließenden Projektionsbelichtungsanlage
sowie der verwendeten Maske 11 in der Feldebene 13 reduziert.
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8 skizziert ferner ein Beleuchtungssystem,
welches als doppelfacettiertes Beleuchtungssystem gemäß der
US 6 198 793 B1 ausgebildet wird,
wobei der Inhalt dieses Dokuments vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung
mit aufgenommen wird. Ein solches System umfasst ein erstes optisches
Element mit ersten Rasterelementen
3, welches auch als
Feldfacettenspiegel
3 bezeichnet wird. Im Strahlengang
anschließend
folgt ein zweites optisches Element mit zweiten Rasterelementen
5,
welches üblicherweise
Pupillenfacettenspiegel
5 genannt wird.
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Feld-
und Pupillenfacettenspiegel 3, 5 dienen zur Ausleuchtung
eines Felds in der Feldebene 13 sowie der Gestaltung der
Ausleuchtung in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems. Die
Wirkung jeder Feldwabe ist dergestalt, dass sie ein Bild der Lichtquelle 1 ausbildet,
wobei durch die unterschiedlichen Neigungswinkel der Feldfacetten
eine Vielzahl von so genannten sekundären Lichtquellen gebildet wird.
Wie in 8 dargestellt,
muss der vom ersten Zwischenbild Z der Lichtquelle 1 ausgehende und
sich aufweitende Strahlengang durch die Feldfacetten im Bereich
des Pupillenfacettenspiegel 5 auf die sekundären Lichtquellen
fokussiert werden. Die hierfür
notwendige kollimierende Wirkung der Feldfacetten kann entweder
durch konkave Ausformung des Spiegelträgers der Vielzahl von Feldfacetten
und durch eine entsprechende Verkippung der Feldfacetten erreicht
werden. Von den nachfolgenden optischen Elementen werden diese sekundären Lichtquellen
als tertiäre
Lichtquellen in die Austrittspupille des Beleuchtungssystems abgebildet.
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Ferner
wird jede Feldwabe durch die Facetten des Pupillenfacettenspiegel 5 und
den nachfolgenden optischen Elementen der zweiten optischen Komponente,
die im Beispiel aus 8 aus
den drei optischen Elementen erstes reflektives optisches Element 19,
zweites reflektives optisches Element 21 und den grazingincidence-Spiegel 23 bestehen,
in die Feldebene 13 abgebildet. Die sich dort überlagerten
Bilder der Feldfacetten dienen zur Ausleuchtung einer Maske 11 in
der Feldebene 13, wobei typischerweise, ausgehend von rechteckförmigen oder
bogenförmigen
Feldfacetten, eine Ausleuchtung in der Feldebene 13 in
der Form eines Ringfeldsegments entsteht. Im Allgemeinen ist das
Mikrolithographiesystem als scannendes System ausgebildet, so dass die
Maske 11 in der Feldebene 13 und ein Wafer 106 in
der Bildebene 130 synchron bewegt werden, um eine Ausleuchtung
bzw. eine Belichtung zu bewirken.
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In 8 ist ferner der Schwerstrahl 4 als
Verbindungslinie der geometrischen Mittelpunkte aller optischen
Flächen
eingezeichnet. Der Schwerstrahl zwischen Feldfacettenspiegel 3 und
Pupillenfacettenspiegel 5 mit der Bezugsziffer 6 und
der Schwerstrahl zwischen Pupillenfacettenspiegel 5 und
erstem optischen Elemet 19 mit der Bezugsziffer 8 sind
dabei zueinander geneigt mit einem Winkel von etwa 10°.
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Bei
der Verwendung von genesteten Reflektoren 9 der oben genannten
Art kann nur Licht oberhalb einer bestimmten numerischen Apertur
gesammelt werden. Folglich weist der Feldfacettenspiegel, wie in 2 dargestellt, in seinem
zentralen Bereich keine Facetten auf, da diese Region nicht ausgeleuchtet
wird. 2 zeigt ferner
die Zusammenfassung der Planfacetten zu mehreren Blöcken 500.1 bis 500.10,
die sich um diesen abgeschatteten Bereich herum gruppieren.
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Ohne
den feldformenden, gracing-incidence Spiegel 23 können die
Feldfacetten auch trivialerweise eine der Ringfeldform entsprechende
Form haben, also bogenförmig
sein.
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Auch
bei normal-incidence-Kollektoren ist die Ausbildung einer Zentralabschattung 502 in
der Ausleuchtung der Feldfacetten möglich. Diese ergibt sich beispielsweise
durch eine Lichtquelle, die selbst eine Zentralabschattung erzeugt,
sodass auch hier im zentralen Bereich des Feldfacettenspiegels keine Facetten
angeordnet werden.
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Nach 1 wird im Inneren des genesteten Kollektors 9 eine
zentrale Blende 204 eingesetzt, welche das Streulicht im
zentralen Bereich des Kollektors blockiert und zusätzlich dafür sorgt,
dass auf dem Feldfacettenspiegel 3 ein zentraler Bereich
abgeschattet wird. Erfindungsgemäß dient
diese in 2 gezeigte
Zentralabschattung 502 dazu, dass erste reflektive optische
Element 19 der zweiten optischen Komponente 7 aufzunehmen,
was in 1 in schematischer
Weise gezeigt wird. Hierin liegt der Unterschied zum Strahlengang
gemäß 8, wie er üblicherweise
in einem EUV-Beleuchtungssystem verwendet wird.
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Im
Einzelnen zeigt 1 nach
dem Zwischenbild der Lichtquelle Z einen ersten Strahlengang 14 vom
Zwischenbild der Lichtquelle zum Feldfacettenspiegel 3,
einen zweiten Strahlengang 15 vom Feldfacettenspiegel 3 zum
Pupillenfacettenspiegel 5, der im Wesentlichen gegenläufig ist
zum dritten Strahlengang 16 vom Pupillenfacettenspiegel 5 zum ersten
reflektiven optischen Element 19, welches sich in der Zentralabschattung
des Feldfacettenspiegel 3 befindet. Dabei ist das erste
reflektive optische Element 19 der zweiten optischen Komponente
zugeordnet. Der nachfolgende Strahlengang ist im Wesentlichen übereinstimmend
zu jenem der 8, in dem über das
zweite reflektive optische Element 21 und den grazing-incidence-Spiegel 23 der
Strahlengang zur Feldebene 13 gelenkt und die Feldausleuchtung
ausgeformt wird.
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Im
gezeigten Beispiel ist der Schwerstrahl 6 zwischen Feldfacettenspiegel 3 und
Pupillenfacettenspiegel 5 exakt parallel zum Schwerstrahl 8 zwischen
Pupillenfacettenspiegel 5 und erstem optischen Element.
Die Schwerstrahlen 6 und 8 sind gegenläufig und
müssen
nicht exakt parallel sein, sondern können soweit voneinander abweichen,
wie es die Positionierung des ersten optischen Elementes 19 innerhalb
der Zentralabschattung 502 der Feldfacettenspiegels 3 erlaubt.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Schwerstrahlen 6 und 8 zueinander
einen Winkel von nicht größer als
5° besitzen.
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Die
Aufnahme eines ersten reflektiven optischen Elements 19 in
die Zentralabschattung 502 des Feldfacettenspiegel 3 erlaubt
eine besonders kompakte Bauform. Ferner ist durch die im Wesentlichen
parallele Strahlführung
zwischen Feldfacettenspiegel und Pupillenfacettenspiegel eine besonders einfache
Zuordnung der Feldfacetten zu den Pupillenfacetten möglich, wodurch
die Baubarkeit und Beschichtung des doppelfacettierten Elements
erleichtert wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch den damit erzielten
geringeren Umlenkwinkel der Pupillenfacetten die Neigungswinkel
der Facettenoberflächen
und die Einfallswinkel an der Oberfläche geringer werden. Damit
erhöht
sich die Reflektivität
unter gleichzeitiger Verringerung möglicher gegenseitiger Abschattungsverluste.
Der reduzierte Bauraum wirkt sich auch positiv auf das Volumen aus,
welches geringer wird, was insbesondere für EUV-Belichtungsanlagen von Vorteil ist,
wobei ja die Anlage evakuiert werden muß.
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Aufgrund
der erfindungsgemäß Faltungsgeometrie
ist eine besonders kompakte Bauweise der Beleuchtungssystems möglich. An
den ausgebildeten Zwischenbildern ist es ferner möglich eine
Trennung des Beleuchtungssystems in Kompartimente vorzunehmen und
so eine modulare Bauweise des Beleuchtungssystems zu verwirklichen.
Eine Abtrennung Lichtquelle mit dem Kollektor und dem Spektralfilter
und der Blendenanordnung in ein abgetrenntes Kompartiment 300 ermöglicht es,
die von der Lichtquelle ausgehende Verschmutzung räumlich zu
begrenzen. Die optischen Elemente des doppelfacettierten Elements
und der zweiten optischen Komponente ergeben bei einer solchen Bauweise
ein besonders kompaktes und konstruktiv vereinfachtes Modul, welches
im Bereich des Zwischenbildes an das Beleuchtungsmodul angrenzt.
Dabei können
in diesen beiden Modulen unterschiedliche Atmosphären eingestellt
werden, wodurch sich die Gefahr der von der Lichtquelle ausgehenden
Verschmutzung auf die nachfolgenden optischen Komponenten eingrenzen
lässt.
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3 zeigt eine Weiterentwicklung
der erfindungsgemäßen Idee,
in dem das Zwischenbild Z der Lichtquelle in einem Bereich ausgebildet
wird, der zur Rückseite
des zweiten optischen Elements mit zweiten Rasterelementen in direkter
Nachbarschaft steht. Dabei können
Komponenten zur Sammlung des Lichtes der Lichtquelle und zur spektralen
Filterung verwendet werden, die denjenigen aus 1 entsprechen. Beispielhaft ist hier
die Verwendung eines genesteten Reflektors 9 mit einer
zentral positionierten Blende 204 sowie ein Spektralgitterfilter 200 mit zugeordneter
physikalischer Blende in der Blendenebene 202 dargestellt.
Durch die Ausbildung eines Zwischenbilds rückseitig angrenzend an den
Pupillenfacettenspiegel 5 und durch einen räumlich begrenzten
Durchgang durch den Pupillenfacettenspiegel 5 ist es möglich, den
durch das Zwischenbild der Lichtquelle zum Feldfacettenspiegel 3 verlaufenden ersten
Schwerstrahl 4 gegenläufig
zum zweiten vom Feldfacettenspiegel 3 zurück reflektierten
Schwerstrahl 6 auszubilden und damit zusätzlich zur
erfindungsgemäßen Faltung
zwischen zweitem, zwischen Feldfacettenspiegel 3 und Pupillenfacettenspiegel 5 verlaufenden
Strahlengang mit Schwerstrahl 6, und dem dritten, vom Pupillenfacettenspiegel 5 zurück reflektierten
Strahlengang mit Schwerstrahl 8 noch eine weitere, dritte
Insichfaltung im Bereich des doppelfacettierten Elements zu erreichen. Alternativ
kann natürlich
auch nur eine Faltung des Scherstrahles 4 und 6 stattfinden,
wenn das erste optische Element 19 nicht in der Zentralabschattung des
Feldfacettenspiegels 3 angeordnet wird.
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Neben
einer weiteren Reduktion des Bauraums lässt sich der Durchgang im Pupillenfacettenspiegel 5 für den ersten
Strahlengang 4 auch als physikalische Blende zur Ausfilterung
unerwünschter Beugungsordnungen
verwenden. Somit wird nur der erwünschte und vom Spektralgitter 200 reflektierte Spektralbereich
durch den Durchgang im Pupillenfacettenspiegel 5 geleitet.
Hierbei ist, wie auch in den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen,
der Feldfacettenspiegel 3 und Pupillenfacettenspiegel 5 so
zu gestalten, dass die resultierende thermische Belastung gering
ist. Beispielsweise kann hierfür
eine Kühlung
vorgesehen sein.
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Besonderer
Vorteil des Ausführungsbeispiels
aus 3 mit der doppelten
Faltung des Strahlenganges ist, dass nun sowohl die Feld-, als auch
die Pupillenfacetten geringere Neigungswinkel aufweisen und geringere
Einfallswinkel auftreten. Damit sind die Reflektionsverluste geringer
und es treten weniger gegenseitige Abschattungen einzelner, benachbarter
Facetten mit beispielsweise unterschiedlichen Neigungswinkeln auf.
Die Kanalzuordnung zwischen Feld- und Pupillenfacetten unterliegt damit
weniger Einschränkungen.
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Auch
sind in so einem System die Abstände zwischen
Feld- und Pupillenfacetten eher so auszulegen, dass sie in etwa
gleich lang sind, im Gegensatz zum Beispiel aus 8, wo sie aufgrund des schiefen Strahlenganges
unterschiedlich lang sind. In der vorteilhaften Ausführungsform
aus 3 ist damit bei
gleichen Krümmungsradien
der Facettenspiegel auch die Variation der Abbildungsmaßstäbe, mit
denen die einzelnen Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 3 in
die Feldebene 13 abgebildet werden, geringer. Das System
ist damit besser korrigierbar.
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4 zeigt eine Weiterentwicklung
der in 3 dargestellten
erfindungsgemäßen Idee
einer weiteren Faltung der Beleuchtungsgeometrie im Bereich des
doppelfacettierten Elements. Hierbei wird ein erstes Zwischenbild
der Lichtquelle Z1 im Bereich der Blendenebene 202 ausgebildet,
so dass mittels einer physikalischen Blende eine spektrale Filterung vorgenommen
werden kann. Von dort gelangt das Licht beispielsweise über einen
normal incidence-Konkavspiegel
mit kollimierender Wirkung 400 in ein zweites Zwischenbild
der Lichtquelle Z2, welches rückseitig
und in direkter Nachbarschaft zum Pupillenfacettenspiegel 5 liegt.
Hierdurch wird vorteilhafterweise ein zweifach in sich gefalteter
Strahlengang im Bereich des doppelfacettierten Elements erreicht
sowie eine hiervon getrennte spektrale Filterung in Verbindung mit
dem ersten Zwischenbild der Lichtquelle. Damit kann zum einen die
thermische Belastung auf die Konstruktion des Pupillenfacettenspiegel 5 reduziert
werden, zum anderen ist durch die Verwendung des normal incidence-Konkavspiegels 400 eine
weiteren Bauraum gewinnende und somit vorteilhafte Faltung des Strahlengangs
im Beleuchtungssystem möglich.
Der Nachteil einer Reduktion der Beleuchtungsintensität durch
die Verwendung eines weiteren Spiegels, insbesondere eines solchen, der
als normal incidence-Spiegel ausgebildet ist, wird durch mehrere
Vorteile aufgewogen. Ferner kann der zusätzliche normal-incidence-Spiegel 400,
der ja als erster, mit einem Multilayer beschichteter Spiegel eine
Wellenlängenfilterung
durchführt
und eine hohe Thermallast und Kontamination erfährt, leichter gekühlt werden
und auch in eine Reinigungseinrichtung zur regelmäßigen Reinigung
verfahrbar ausgelegt werden.
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Dies
ist deshalb wichtig, da insbesondere die ersten und letzten optischen
Flächen
von bspw. refraktiven Systemen besonders gefährdet sind zu kontaminieren,
weil diese sich in unmittelbarer Nähe z. B. zu einer Quelle, einer
Maske oder einem zu belichtenden Wafer befinden. Über diese
können
Verunreinigungen in das optische System eingebracht werden. Die
hochenergetische Strahlung der Lichtquellen ≤ 193 nm führen dazu, dass zum Beispiel
die Restsauerstoffanteile durch die Strahlung in Ozon verwandelt
werden, welches wiederum die Oberflächen der optischen Elemente,
d. h. deren Beschichtung angreift und zerstören kann.
-
Ferner
können
sich durch Restgaskonzentrationen wie z. B. Kohlenwasserstoffe in
der umgebenden Atmosphäre
der optischen Fläche
Kontaminationen auf der optischen Fläche bilden, z. B. durch Kristallbildung
oder Schichten z. B. aus Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen.
-
Die
Kontamination kann dabei von der Beleuchtungsstärke abhängen. Bei der EUV-Lithographie
kann man Quellen einsetzen, die ein breitbandiges Spektrum abstrahlen.
Selbst nach einer spektralen Filterung, z. B. mit einem Gitterspektralfilter,
liegt ein breites Spektrum an hochenergetischer Strahlung vor. Besonders
hoch ist die Belastung in den ersten optischen Komponenten bis zum
ersten Multilayer-Spiegel in einem EUV-System, da bis dort außer der
Strahlung bei z. B. 13,5 nm die breitbandige Strahlung der Quelle
vorliegt und damit die Strahlungsbelastung maximal ist. Der Reflexionsverlust auf
dem ersten normal-incidence-Spiegel
in einem Beleuchtungssystem einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist deswegen
am größten, weil
dieser Spiegel die größte Leistungsdichte
der Lichtquelle empfängt,
aber im wesentlichen nur selektiv aufgrund der Vielfachbeschichtung
bei 13,5 nm reflektiert. Sämtliche
andere Strahlung, die die EUV-Quelle abstrahlt, wird somit in Absorptionsleistung
umgewandelt. Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen werden durch
regelmäßiges Reinigen
der Spiegel wieder entfernt, beispielsweise durch das Beimengen
von Argon und Sauerstoff unter einem RF-Plasma. Bezüglich der
Reinigung von kontaminierten Optiken wird auf nachfolgende Veröffentlichung
verwiesen:
F. Eggenstein, F. Senf, T. Zeschke, W. Gudat, „Cleaning
of contaminated XUV-optics
at Bessy II", Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research A 467 – 468 (2001)
p 325 – 328
deren
Offenbarungsgehalt vollumfänglich
in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.
-
Eine
derartige Reinigung der Spiegel ist allerdings in kurzen Zeitabständen notwendig.
Hierdurch werden die Maschinennutzzeiten sehr stark reduziert. So
kann es beispielsweise erforderlich sein, den ersten normal-incidence
Spiegel in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage bereits nach etwa 20
Betriebsstunde erneut zu reinigen. Diese Reinigung dauert beispielsweise
etwa 2 Stunden, dass sind 10% der Nutzungszeit.
-
Die
erfindungsgemäße Faltung
ermöglicht eine
gute Zugänglichkeit
des ersten Multilayer-Spiegels sowie die Ausbildung einer kompakten
Reinigungskammer 410 wie in 5 gezeigt,
wobei die Reinigungskammer 410 von der Kammer, beispielsweise
der Vakuumkammer des übrigen
optischen Teilsystems atmosphärisch,
z. B. vakuumtechnisch getrennt ist. In die vom übrigen optischen Teilsystem separate
Reinigungskammer 410 können
zu Reinigungszwecken eine gewisse Gaskonzentration, z. B. bevorzugt
eine Sauerstoffkonzentration und/oder eine Argonkonzentration, oder
ein Gasstrom und andere Mittel zur Reinigung, wie beispielsweise
eine UV-Lichtquelle, eine RF-Antenne zum Erzeugen eines Hochfrequenzplasmas,
Elektroden zum Anlegen von Feldern oder mechanische Reinigungsmittel
eingebracht werden.
-
Eine
Anordnung der zu reinigenden optischen Komponente in einer separaten
Vakuumkammer hat den Vorteil, dass der Spiegel durch Beimengung
einer gewissen Sauerstoffkonzentration während des Betriebes ständig selbst
gereinigt werden kann und eine Komplettreinigung erst nach längeren Standzeiten
nötig wird.
Durch die Anordnung in einer separaten Vakuumkammer wird das restliche
System beispielsweise vor möglichen
schädlichen
Einflüssen der
Reinigung geschützt.
-
Wie
in 4 dargestellt ergibt
sich durch die erfindungsgemäß gegenläufigen Strahlengänge eine vorteilhafte
Bauraumgestaltung, welche beispielsweise zur Ausbildung einer Reinigungskammer 410 genutzt
werden kann. Hierzu skizziert 4 den Strahlverlauf
nach dem zweiten Zwischenbild der Lichtquelle Z2. Dieser entspricht
demjenigen Ausführungsbeispiel,
welches in 3 dargestellt
wurde. Insbesondere wird eine erfindungsgemäße Faltung durch die Gegenläufigkeit
des zweiten Strahlengangs mit Schwerstrahl 6 vom Feldfacettenspiegel 3 zum
Pupillenfacettenspiegel 5 im Verhältnis zum dritten Strahlengang
mit Schwerstrahl 8 vom Pupillenfacettenspiegel 5 zum
nachfolgenden ersten reflektiven optischen Element 19 durch
eine Positionierung dieses ersten besagten reflektiven optischen
Elements 19 im Bereich der Zentralabschattung des Feldfacettenspiegel 3 erreicht.
In 4 ist angedeutet,
dass dieses erste reflektive optische Element auch einen geringen
Versatz zum Mittelpunkt des Feldfacettenspiegel 3 aufweisen
kann.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform der
Erfindung gezeigt. Hierbei ist das zweite Zwischenbild Z2 der Lichtquelle 1 zwar
benachbart und vorzugsweise in der Ebene des Pupillenfacettenspiegels 5 ausgebildet,
der Schwerstrahl 4 wird jedoch nicht durch einen Durchgang
im Pupillenfacettenspiegel 5 geführt. Erfindungsgemäß verlaufen
die Schwerstrahlen 6 und 8 im Wesentlichen parallel. Vorteilhafterweise
verlaufen diese in einem Winkel von nicht größer als 5°.
-
Natürlich kann
auch nur das erste oder zweite Zwischenbild der Lichtquelle Z1 oder
Z2 in der Pupillenfacettenplatte 5 zum liegen kommen, und
das erste reflektive optische Element 19 sich benachbart oder
sogar beabstandet zum Feldfacettenspiegel befinden, sodass nur der
erste Strahlengang zwischen Zwischenbild Z1 oder Z2 der Quelle und
Feldfacettenplatte 3 und der Pupillenfacettenplatte 5 gegenläufig und
nahezu parallel zueinander verlaufen. Im Rahmen der Erfindung ist
es ferner vorgesehen, das erste reflektive optische Element 19 auch
außerhalb der
Zentralabschattung des Feldfacettenspiegel 3 zu positionieren,
wobei es aber weiterhin im Wesentlichen in der Ebene des Feldfacettenspiegel 3 und
in direkter Nachbarschaft zu den ersten Rasterelementen des Feldfacettenspiegel 3 angeordnet
ist. Eine solche Anordnung ist in den 6 und 7 dargestellt. Sie zeigen
ferner, dass das Zwischenbild Z der Lichtquelle, welches hier alternativ
für die
Lichtquelle oder für
ein zweites oder weiteres Zwischenbild der Lichtquelle steht, mit
einem geringen Versatz zum Zentrum des Pupillenfacettenspiegel 5,
jedoch immer noch in seiner direkten Nachbarschaft, positioniert werden
kann. Die Beabstandung kann dabei vorteilhaft so gewählt werden,
dass die Einfallswinkel des Schwerstrahls über alle Strahlen an den Facettenspiegeln
nicht mehr als 6° beträgt, d. h.
die Einfallswinkel reduziert werden, womit eine einfachere Baubarkeit
und höhere
Reflektivität
erreicht werden kann. Ist der Abstand zwischen der Ebene der Feldfacettenplatte oder
des ersten reflektiven optischen Elementes und der Ebene der Pupillenfacettenplatte oder
des Zwischenbildes der Quelle Z in etwa ein Meter, so folgt daraus,
das die Mittelpunkte der jeweils benachbart zueinander liegenden
optischen Elemente nicht größer als
etwa 100mm beträgt,
d. h. der Mittelpunkt der Pupillenfacettenplatte 5 ist
weniger als etwa 100mm vom Zwischenbild der Quelle Z entfernt, oder
der Mittelpunkt des ersten reflektiven optischen Element ist weniger
als etwa 100mm vom Mittelpunkt der Feldfacettenplatte entfernt,
sodass sich Einfallswinkel von weniger als 6° einstellen.
-
Neben
dem einem EUV-Beleuchtungssystem mit einem erfindungsgemäß gefalteten
Strahlengang stellt die Erfindung auch eine Projektionsbelichtungsanlage
für die
EUV-Lithographie mit einem solchermaßen gefalteten Strahlengang
sowie ein Verfahren zur Herstellung mikroelektronischer Bauteile zur
Verfügung.
-
- 1
- Lichtquelle
- 3
- erstes
optisches Element mit ersten Rasterelementen
-
- (Feldfacettenspiegel)
- 4,
6, 8
- Schwerstrahlen
- 5
- zweites
optisches Element mit zweiten
-
- Rasterelementen
-
- (Pupillenfacettenspiegel)
- 7
- zweite
optische Komponente
- 9
- erste
Kollektoreinheit
- 11
- strukturtragende
Maske
- 13
- Feldebene
- 14
- erster
Strahlengang zum ersten optischen Element mit
-
- ersten
Rasterelementen
- 15
- zweiter
Strahlengang vom ersten optischen Element mit
-
- ersten
Rasterelementen zum zweiten optischen
-
- Element
mit zweiten Rasterelementen
- 16
- dritter
Strahlengang vom zweiten optischen Element mit
-
- zweiten
Rasterelementen zum erstes reflektiven
-
- optischen
Element
- 17
- sekundäre Lichtquelle
- 18
- Durchgang
durch das zweite optische Element mit
-
- zweiten
Rasterelementen
- 19
- erstes
reflektives optisches Element
- 21
- zweites
reflektives optisches Element
- 23
- grazing-incidence
Spiegel
- 25
- Austrittspupille
des Beleuchtungssystems
- 26
- Strahlbüschel vom
zweiten optischen Element mit
-
- zweiten
Rasterelementen zur zweiten optischen
-
- Komponente
- 27
- Austrittspupille
des Beleuchtungssystems
- 30
- erste
Rasterelemente
- 32
- zweite
Rasterelemente
- 102
- zweite
Kollektoreinheit
- 104
- Maske
- 106
- mit
einem lichtempfindlichen Material versehener Wafer
- 126
- Projektionsobjektiv
- 128.1,
128.2, 128.3
- Spiegel
des Projektionsobjektives
- 128.4,
128.5, 128.6
-
- 130
- Bildebene
- 200
- Gitterelement
- 202
- Blendenebene
- 204
- Blende
in der ersten Kollektoreinheit
- 400
- normal
incidence-Konkavspiegel
- 410
- Reinigungskammer
- 500.1,
500.2, 500.3
- Blöcke mit
ersten Rasterelementen
- 500.4,
500.5, 500.6
-
- 500.7,
500.8, 500,9
-
- 500.10
-
- 502
- Zentralabschattung
- Z
- Zwischenbild
der Lichtquelle
- Z1
- erstes
Zwischenbild der Lichtquelle
- Z2
- zweites
Zwischenbild der Lichtquelle