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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Maskeneinheit für ein optisches System mit
einer Maskenstrukturschicht auf einem Träger, insbesondere für eine Vorrichtung
zur Wellenfrontvermessung eines Mikrolithographie-Projektionsobjektivs.
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Vorrichtungen
zur Wellenfrontvermessung optischer Systeme sind verschiedentlich
zur Messung von Bildfehlern derselben bekannt und beinhalten typischerweise
eine Wellenfrontquelle zur Erzeugung einer Wellenfront mit vorgebbarer
Geometrie, häufig
einer Kugelwellenfront oder Planwellenfront, die dann das zu untersuchende
optische System durchläuft.
Die Formveränderung
der Wellenfront bei deren Durchtritt durch das optische System wird
in einer Detektionseinheit, z.B. mittels Scherinterferometrie, ermittelt
und kann zur Justage und/oder Qualifizierung des optischen Systems
ausgewertet werden. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Wellenfrontvermessung
hochauflösender
Projektionsobjektive von Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen,
wobei optional die Vermessungsvorrichtung in die Belichtungsanlage
integ riert sein kann und deren Beleuchtungsstrahlung nutzt, z.B.
im EUV-Wellenlängenbereich.
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Zur
Formbildung der Wellenfront sowie zu deren Vermessung werden häufig Maskeneinheiten eingesetzt,
die eine Maskenstrukturschicht auf einem Träger beinhalten. Die Maskenstrukturschichten
weisen für
gewöhnlich
eine ein- oder zweidimensional, d.h. in einer oder in mehreren Richtungen
einer Ebene, periodische Struktur auf und können je nach Anwendungsfall
in Reflexion oder Transmission betrieben werden.
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In
der
DE 101 09 929
A1 ist eine solche Vorrichtung z.B. zur Vermessung eines
Lithographie-Projektionsobjektivs beschrieben, wozu sie eine Wellenfrontquelle
mit einer objektseitigen Maskeneinheit, die eine wellenfrontbildende
zweidimensionale Struktur beinhaltet, eine bildseitige Maskeneinheit
mit einer Beugungsgitterstruktur und einen nachgeordneten Detektor
aufweist.
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Im
Betrieb solcher Vermessungsvorrichtungen und anderer optischer Vorrichtungen,
die Masken verwenden, wird eventuell ein nicht unerheblicher Teil
der Beleuchtungsstrahlung von der jeweiligen Maskeneinheit absorbiert.
Dadurch kann insbesondere bei Einsatz hoher Lichtenergie im UV-
oder EUV-Bereich eine deutliche Erwärmung der Maskeneinheit auftreten.
Dies kann zu einer Deformation der Maskeneinheit führen, so
dass die Maskenstrukturschicht in ihrer geometrischen Form und/oder
Position verändert
wird, z.B. aufgrund von Durchbiegungseffekten eines die Maskenstrukturschicht
tragenden Substrats. Solche Deformationen der Maskenstrukturschicht
durch Erwärmung
können
die Qualität
der Vorrichtung im Betrieb z.B. zur Wellenfrontvermessung beeinträchtigen.
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Üblicherweise
werden für
Wellenlängen
im sichtbaren Bereich und im nahen UV-Bereich Maskenstrukturschichten
aus Chrom auf Quarzglassubstrate aufgebracht. Diese sind aufgrund
der hohen Absorption bei Verwendung von Beleuchtungsstrahlung im
EUV-Bereich nicht gut einsetzbar. Aber auch für diesen Wellenlängenbereich
geeignete, in Reflexion betriebene Maskenstrukturschichten auf Multilayerspiegeln
absorbieren typischerweise mehr als 30% der Beleuchtungsstrahlung.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer
Maskeneinheit für
ein optisches System zugrunde, bei der Deformationen der Maskenstrukturschicht,
z.B. aufgrund eigenständiger Deformationen
oder aufgrund von Deformationen eines die Schicht tragenden Substrates,
im Betrieb vermieden oder jedenfalls reduziert sind.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung einer Maskeneinheit mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die
erfindungsgemäße Maskeneinheit
weist eine Maskenstrukturschicht auf einem Träger auf, der wenigstens in
einem an die Maskenstrukturschicht angrenzenden Bereich wärmeleitend
ausgelegt ist. Die Temperatur der Maskenstrukturschicht kann durch
dem Träger
zugeordnete Temperierungsmittel beeinflusst werden. Erfindungsgemäße Maskeneinheiten
können
vorteilhaft z.B. in Vorrichtungen zur Wellenfrontvermessung von
optischen Systemen, insbesondere von Mikrolithographie-Projektionsobjektiven,
eingesetzt werden. Eine temperaturabhängige Deformation der Maskenstrukturschichten
und eine dadurch verursachte Beeinträchtigung der Messqualität können durch
die erfindungsgemäße Maskeneinheit
vermieden oder jedenfalls verringert werden.
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In
einer Weiterbildung gemäß Anspruch
2 weist die Maskeneinheit einen Träger auf, der eine Festkörpermembran
und einen Rahmen beinhaltet, der die Membran lateral außerhalb
des Bereichs der Maskenstruktur unter Belassung einer Lichtdurchlassöffnung trägt. Dadurch
kann die Maskenstrukturschicht in Transmission betrieben werden,
wobei über
den vorzugsweise wärmeleitend
ausgelegten Rahmen eine wirksame Tem perierungsmöglichkeit besteht. Bei Verwendung
einer dünnen
Festkörpermembran
ist die von der Strahlung im Festkörper zurückgelegte Strecke sehr gering,
so dass Absorptionsverluste gering gehalten werden können.
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Bei
einer Ausgestaltung der Maskeneinheit nach Anspruch 3 weist der
Träger
eine Trägerschicht und
eine darauf angebrachte Spiegelschichtanordnung auf, auf der sich
die Maskenstrukturschicht befindet. Die Spiegelschichtanordnung
ermöglicht
den Betrieb der Maskenstrukturschicht in Reflexion, was sich insbesondere
bei Beleuchtungsstrahlung mit kleinen Wellenlängen, speziell im EUV-Bereich,
als günstig
erweisen kann. Denn die Absorptionsrate der meisten Materialien,
die für
optische Komponenten verwendet werden, ist in diesem Wellenlängenbereich
so groß,
dass in Transmission auch schon bei sehr geringen Schichtdicken
ein merklicher Strahlungsverlust und ein merklicher Wärmeeintrag
eintreten können.
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Bei
einer nach Anspruch 4 ausgebildeten Maskeneinheit weisen die dem
Träger
zugeordneten Temperierungsmittel ein Peltier-Element auf. Die Temperatur
der Maskeneinheit kann mit Hilfe dieses Elements direkt auf elektrischem
Wege beeinflusst werden.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Maskeneinheit gemäß Anspruch
5 umfassen die Temperierungsmittel einen oder mehrere Temperierfluidkanäle. Durch
diese Kanäle
kann im Betrieb der Maskeneinheit ein Temperierungsfluid, z.B. Wasser, geleitet
werden.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Maskeneinheit nach Anspruch
6 umfassen die Temperierungsmittel einen Temperaturregelkreis, mit dem
die Temperatur der Maskenstrukturschicht geregelt werden kann. Bei
einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Temperaturregelkreis nach
Anspruch 7 einen Temperaturfühler,
der an der Maskenstruktur schicht oder einem mit dieser wärmeleitend
verbundenen Trägerbereich
angebracht ist. Die vom Temperaturfühler gemessene Temperatur an
oder in der Nähe
der Maskenstrukturschicht kann als Eingangsgröße für den Regelkreis herangezogen
werden und somit eine gute Wirksamkeit der Temperaturregelung sicherstellen.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Maskeneinheit nach Anspruch
8 ist diese dafür
ausgelegt, im Austausch gegen ein Retikel oder einen Wafer in einer
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Halbleiterwaferstrukturierung
positioniert zu werden. Eine solche Positionierungsmöglichkeit
ermöglicht
eine Verwendung der Beleuchtungsstrahlung der Projektionsbelichtungsanlage
als Messstrahlung z.B. für
eine Wellenfrontvermessung eines zugehörigen Projektionsobjektivs.
Eine entsprechende Vermessungsvorrichtung ist durch diese Maßnahme in
die Belichtungsanlage integrierbar.
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Bei
einer Ausführung
der Maskeneinheit nach Anspruch 9 ist die Maskenstrukturschicht
als Messstruktur für
eine Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung von Mikrolithographie-Projektionsobjektiven
hinsichtlich Abbildungsfehlern ausgestaltet. Die Wellenfrontvermessung
kann zur Justage und/oder Qualifizierung des Objektivs eingesetzt
werden.
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Eine
nach Anspruch 10 weitergebildete Maskeneinheit weist eine aus Aluminium,
Germanium oder Titan oder einer Kombination dieser Materialien bestehende
Maskenstrukturschicht auf. Diese Materialien lassen sich relativ
leicht strukturieren, sind unter Betriebsbedingungen ausreichend
beständig
und ihre optischen Eigenschaften sind für den Einsatz als Messstrukturen
vorteilhaft geeignet.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Maskeneinheit nach
Anspruch 11 besteht der wärmeleitend
ausgelegte, an die Maskenstrukturschicht angrenzende Trägerbereich
aus Silizium und/oder Siliziumnitrid. Trägerbereiche aus diesen Materialien
lassen sich z.B. auch als dünne
Membranen in gängigen
Herstellungsprozessen realisieren.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht
einer in Transmission arbeitenden, temperierbaren Schachbrettgitter-Maskeneinheit
mit einer strukturtragenden Festkörpermembran auf einem Rahmen,
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2 eine Draufsicht auf die
Maskenstrukturschicht von 1 mit
einer Schachbrettgitter-Maskenstrukturschicht,
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3 eine Draufsicht auf eine
erste Kohärenzmaskenstrukturschicht
mit 5 Strukturelementen zur Verwendung in einer Kohärenzmaske,
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4 eine Draufsicht auf eine
zweite Kohärenzmaskenstrukturschicht
mit 25 Strukturelementen,
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5 eine Draufsicht auf eine
dritte Kohärenzmaskenstrukturschicht
mit 49 Strukturelementen und
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6 eine schematische Seitenansicht
einer in Reflexion arbeitenden, temperierbaren Maskeneinheit mit
einer Spiegelschichtanordnung.
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1 zeigt eine schematische
Seitenansicht einer in Transmission arbeitenden Maskeneinheit 1a mit
einer Maskenstrukturschicht 2a, die auf einer dünnen freitragenden
Festkörpermembran 3 aufgebracht
ist. Die Festkörpermembran 3 ist
Teil eines Trägers 4a,
welcher außerdem
einen Rahmen 5 aufweist, der die Membran 3 lateral
außerhalb
des Be reichs der Maskenstruktur 2a unter Belassung einer Lichtdurchlassöffnung 12 trägt. Der
Träger 4a weist zudem
eine den Rahmen 5 stützende
Halterung 7a auf, die eine Positionierung der Maskeneinheit 1a in einem
Projektionsobjektiv einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
zur Halbleiterwaferstrukturierung ermöglicht, z.B. objektseitig über einen
Retikelhalter oder bildseitig über
einen Waferhalter. Die Maskenstrukturschicht 2a kann z.B.
aus Aluminium, Germanium oder Titan oder irgendeiner Kombination
dieser Materialien gebildet sein.
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Der
Rahmen 5 und die Membran 3 sind wärmeleitend
ausgelegt, indem die Membran 3 z.B. aus Siliziumnitrid
oder Silizium und der Rahmen 5 aus Silizium gebildet sind.
Dies lässt
sich herstellungstechnisch relativ leicht und mit einer gewünschten
geringen Membrandicke von z.B. etwa 300 nm oder weniger, bevorzugt
von 200 nm oder weniger, dadurch realisieren, dass eine Beschichtung
aus Siliziumnitrid auf einen Siliziumwafer aufgebracht und der Wafer an
ausgewählten
Stellen bis zur Beschichtung rückseitig
abgeätzt
wird, wobei die nicht abgeätzten
Bereiche den tragfähigen
Rahmen 5 aus Silizium bilden.
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Eine
geringe Membrandicke erweist sich bei der Verwendung von Beleuchtungsstrahlung
im EUV-Bereich, z.B. im Wellenlängenbereich
um 13,5 nm, als vorteilhaft, weil die Eindringtiefe dieser Strahlung
in Materie nur wenige 100 nm beträgt, so dass bei größeren Membrandicken
die Transmission durch das Material zu gering wird.
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Der
Halterung 7a, die ebenfalls wärmeleitend realisiert ist,
z.B. aus einem elektrisch leitenden, metallischen Material, ist
ein Temperaturregelkreis mit einer Temperaturregeleinheit 9a und
einem nicht näher
gezeigten, herkömmlichen
Peltier-Element als Temperierungsmittel zugeordnet. Ein an der Oberseite
der Membran 3 angebrachter Temperaturfühler 6a ist über eine
Leitung 8a mit der Temperaturregeleinheit 9a verbunden.
Die Temperaturregeleinheit 9a regelt die Temperatur der
Mas kenstrukturschicht 2a unter Verwendung des Temperaturfühlers 6a als
Sensor und des Peltier-Elements als Aktuator auf einen vorgegebenen
Sollwert derart, dass funktionsbeeinträchtigende Deformationen derselben
vermieden werden. Idealerweise findet die Temperierung sowie die
Temperaturmessung möglichst
nahe an der Stelle statt, die während
des Betriebs die größte Temperaturveränderung
erfährt.
Nicht alle Teile des Trägers 4a müssen aus
wärmeleitendem
Material bestehen. Für
die Temperierung ist es ausreichend, dass ein an die Maskenstrukturschicht
angrenzender Bereich, im Beispiel von 1 insbesondere
die Membran 3, wärmeleitend
ausgelegt ist und die Temperierungsmittel diesem Bereich zugeordnet
sind.
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Im
Anwendungsfall der Wellenfrontvermessung eines Mikrolithographie-Projektionsobjektives wird
die Maskeneinheit 1a bildseitig anstelle eines Wafers vorzugsweise
in der Bildebene des Projektionsobjektives positioniert. In der
Retikelebene, d.h. der Objektebene des Projektionsobjektivs, wird
eine Wellenfrontquelle positioniert. Die von dieser erzeugte Wellenfront
durchläuft
das Projektionsobjektiv und trifft auf die Maskeneinheit 1a.
Die Maskenstrukturschicht 2a wird hierbei in Transmission
betrieben und ist für
diesen Einsatzzweck als Beugungsgitterstruktur realisiert, wobei
ein von dieser erzeugtes Interferenzmuster mit Hilfe einer Detektionseinheit,
z.B. einer CCD-Kamera, aufgenommen wird.
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2 zeigt eine Draufsicht
auf die Maskenstrukturschicht 2a der Maskeneinheit 1a,
die in diesem Beispiel eine Schachbrett-Beugungsgitterstruktur 10a bereitstellt,
bei der es sich um eine zweidimensionale Struktur mit zwei orthogonalen
Gitterperiodizitätsrichtungen
handelt. Diese und andere zweidimensional periodische Gitterstrukturen
ermöglichen
bekanntermaßen
eine zweidimensionale Wellenfrontvermessung z.B. eines Mikrolithographie-Projektionsobjektivs
mittels Scherinterferometrie. Dazu wird in mehreren Messvorgängen die
Maskeneinheit 1a in den zueinander nicht parallelen, z.B. aufeinander
senkrechten Gitterpe riodizitätsrichtungen
lateral verschoben und in üblicher
Weise die Abweichung der Wellenfront von ihrer ursprünglichen Form
berechnet. Damit kann auf Bildfehler geschlossen werden, so dass
eine Justage und/oder Qualifizierung des Projektionsobjektivs möglich wird.
Es ist natürlich
alternativ möglich,
eine eindimensional periodische Struktur als von der Maskenstrukturschicht bereitgestellte,
bildseitige Messstruktur zu verwenden.
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3 zeigt eine Draufsicht
auf eine vorteilhafte Realisierung einer Maskenstrukturschicht 2b mit
einer um 45° gedrehten
Schachbrettstruktur aus fünf
Strukturelementen 10b, d.h. transparenten Feldern. Eine
solche Maskenstrukturschicht 2b kann als Kohärenzmaske
einer Wellenfrontquelle einer Wellenfrontvermessungsvorrichtung
objektseitig z.B. in der Retikelebene eines Mikrolithographie-Projektionsobjektivs
positioniert werden.
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Die 4 und 5 zeigen weitere vorteilhafte Realisierungen
von Kohärenzmaskenstrukturschichten 2c und 2d mit
einer um 45° gedrehten
Schachbrettstruktur aus 25 bzw. 49 Strukturelementen 10c bzw. 10d,
d.h. transparenten Feldern.
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Die
in den 2 bis 5 dargestellten Maskenstrukturschichten
können
sowohl in Transmission als auch in Reflexion verwendet werden. Für Transmissionssysteme
wird dazu die Maskenstrukturschicht auf einem Träger bereitgestellt, der nach
Art des Trägers 4a von 1 ausgelegt ist und z.B.
in einem Retikel- oder Waferhalter einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
aufnehmbar ist. Für
Reflexionssysteme eignet sich z.B. eine Maskeneinheit 1b,
wie sie in 6 gezeigt
ist. Diese in Reflexion arbeitende Maskeneinheit 1b weist
eine Maskenstrukturschicht 2e auf, die auf einer als Mehrschichtspiegel
ausgelegten Spiegelschichtanordnung 13 angebracht ist. Die
Spiegelschichtanordnung 13 liegt auf einer Trägerschicht 15 auf
und ist ebenso wie diese wärmeleitend
als Teil eines Trägers 4b ausgelegt,
welcher zusätzlich
eine wärmeleitende
Halterung 7b aufweist, die eine Positionierung der Maskeneinheit 1b in
einem Retikel- oder Waferhalter einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
ermöglicht.
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Der
Halterung 7b sind ein Temperaturregelkreis mit einer Temperaturregeleinheit 9b und
Temperierfluidkanäle 11 als
Temperierungsmittel zugeordnet, durch die im Messbetrieb eine Temperierungsflüssigkeit,
z.B. Wasser, hindurchgeleitet werden kann. Die Temperierfluidkanäle 11 erstrecken sich
durch die Halterung 7b hindurch, so dass diese wirksam
temperiert werden kann. Ein auf der Oberfläche der Maskenstrukturschicht 2e angebrachter Temperaturfühler 6b ist über eine
Leitung 8b mit einer Temperaturregeleinheit 9b verbunden.
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Die
Temperaturregeleinheit 9b regelt die Temperatur der Maskenstrukturschicht 2e unter
Verwendung des Temperaturfühlers 6b als
Sensor und kontrolliert die Menge und Temperatur des durch die Temperierfluidkanäle 11 strömenden Wassers
unter Einsatz von hierzu bekannten Mitteln in einer solchen Weise,
dass Deformationen der Maskenstrukturschicht 2e, welche
die Qualität
der Wellenfrontvermessung beeinträchtigen, vermieden oder jedenfalls verringert
werden.
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Es
ist in den Beispielen der 1 und 6 gegebenenfalls auch möglich, statt
der beschriebenen Regelung eine bloße Steuerung der Temperatur
der Maskenstrukturschicht vorzusehen, wobei dann der Temperaturfühler 6a, 6b entfallen
kann.
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Die
in Reflexion betriebene Maskenstruktureinheit 1b von 6 kann insbesondere beim
Einsatz von Beleuchtungsstrahlung im EUV-Bereich vorteilhaft sein,
da die Absorption durch die Spiegelschichtanordnung 13 typischerweise
weniger als 30% beträgt,
so dass ein für
den Messbetrieb ausreichender Strahlungsdurchsatz erreicht werden
kann.
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Die
Temperierung wird meist eine Kühlung der
Maskenstrukturen 2a bis 2e beinhalten, es kann aber
erforderlichenfalls auch eine Beheizung der Maskenstrukturschicht
durchgeführt
werden, um deren Temperatur konstant zu halten. Die Temperierungsmittel
können
auch kombiniert werden, z.B. indem ein Peltier-Element zur Kühlung und
ein Temperierfluid zur zusätzlichen
Kühlung
oder zur Beheizung der Maskenstrukturen 2a bis 2e eingesetzt
wird. Es können
natürlich
auch andere herkömmliche
Temperierungsmittel, z.B. Temperierungsplatten oder -spiralen, zum
Einsatz kommen. In jedem Fall kann eine Deformation der Maskenstrukturen
durch erfindungsgemäße Maskeneinheiten
wirksam verhindert und die Qualität von mit solchen Maskeneinheiten
durchgeführten
Wellenfrontvermessungen signifikant verbessert werden.
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Die
erfindungsgemäße Maskeneinheit
lässt sich
nicht nur in einer Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung von Projektionsobjektiven
von Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen verwenden, sondern
auch in beliebigen anderen optischen Systemen. In abbildenden Systemen
kann die Maskeneinheit insbesondere objektseitig als Kohärenzmaske oder
bildseitig als Beugungsstrukturmaske positioniert werden. Alternativ
zu den gezeigten Strukturen der Maskenstrukturschichten sind selbstverständlich beliebige
andere herkömmliche
ein- oder zweidimensionale Strukturen möglich.