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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine lithographische Projektionsvorrichtung,
aufweisend:
ein Strahlungssystem zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls
einer Strahlung;
eine Tragstruktur zur Aufnahme eines Strukturierungsmittels,
wobei das Strukturierungsmittel dazu dient, den Projektionsstrahl
gemäß einer
gewünschten
Struktur zu strukturieren;
einen Substrattisch zur Aufnahme
eines Substrats; und
ein Projektionssystem zum Projizieren
des strukturierten Strahls auf einen Zielabschnitt des Substrats.
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Der
Begriff "Strukturierungsmittel", wie er hierin verwendet
wird, sollte weit gefasst so interpretiert werden, dass er ein Mittel
bezeichnet, das dazu verwendet wird, einen eingehenden Strahl einer Strahlung
mit einem strukturierten Querschnitt zu versehen, der einer Struktur
entspricht, die in einem Zielabschnitt des Substrats zu erzeugen
ist; in diesem Zusammenhang kann auch der Begriff "Lichtventil" verwendet werden.
Im Allgemeinen entspricht diese Struktur einer bestimmten Funktionsschicht
in einem Bauelement, das im Zielabschnitt zu erzeugen ist, etwa
eine integrierte Schaltung oder ein anderes Bauelement (siehe unten).
Beispiele solcher Strukturierungsmittel enthalten:
Eine Maske.
Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie hinreichend bekannt
und umfasst Maskentypen wie binäre
Typen, Typen mit alternierender Phasenverschiebung und gedämpfter Phasenverschiebung
sowie verschiedene Hybridmaskentypen. Das Platzieren einer solchen
Maske im Strahl einer Strahlung bewirkt das selektive Durchlassen
(im Falle einer Durchlassmaske) oder die Reflexion (im Falle einer
Reflexionsmaske) der auf die Maske einfallenden Strahlung entsprechend
der Struktur der Maske. Im Falle einer Maske wird die Tragstruktur
im Allgemeinen ein Maskentisch sein, der sicherstellt, dass die
Maske in einer gewünschten
Position im Eingangsstrahlungsstrahl gehalten und dass sie relativ zum
Strahl bewegt werden kann, falls dies gewünscht ist.
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Eine
programmierbare Spiegelmatrix. Ein Beispiel eines solchen Bauelements
ist eine matrixadressierbare Oberfläche mit einer viskoelastischen Steuerschicht
und einer reflektierenden Oberfläche. Das
Grundprinzip eine derartigen Vorrichtung ist, dass (beispielsweise)
adressierte Bereich der reflektierenden Oberfläche das einfallende Licht als
gebeugtes Licht reflektieren, während
nicht adressierte Bereiche das einfallende Licht als nicht gebeugtes Licht
reflektieren. Durch Verwendung eines geeigneten Filters kann das
nicht gebeugte Licht aus dem reflektierten Strahl herausgefiltert
werden, so dass nur das gebeugte Licht verbleibt; auf diese Weise
wird der Strahl entsprechend der adressierenden Struktur der matrixadressierbaren
Oberfläche
strukturiert. Die erforderliche Matrixadressierung kann unter Verwendung
geeigneter elektronischer Mittel erfolgen. Nähere Informationen über solche
Spiegelmatrizen finden sich z. B. in den U. S.-Patenten
US 5,296,891 und
US 5,523,193 . Im Fall einer
programmierbaren Spiegelmatrix kann die Tragstruktur z. B. als Rahmen
oder Tisch verwirklicht werden, der wie erforderlich stationär oder beweglich
sein kann; und eine programmierbare LCD-Matrix. Ein Beispiel einer
solchen Konstruktion findet sich im US-Patent
US 5,229,872 . Wie oben kann die Tragstruktur
in diesem Fall z. B. als Rahmen oder Tisch verwirklicht werden,
der wie erforderlich stationär
oder beweglich sein kann.
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Der
Einfachheit halber kann im übrigen
Text an bestimmten Stellen speziell auf Beispiele Bezug genommen
werden, bei denen eine Maske und ein Maskentisch verwendet werden;
die in solchen Fällen
erörterten
allgemeinen Prinzipien sollten jedoch im weiter gefassten Kontext
des oben beschriebenen Strukturierungsmittels gesehen werden.
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Eine
lithographische Projektionsvorrichtung kann z. B. bei der Herstellung
integrierter Schaltungen (integrated circuit – IC) verwendet werden. In
einem solchen Fall kann das Strukturierungsmittel eine Schaltungsstruktur
entsprechend einer individuellen Schicht des IC erzeugen, und diese
Struktur kann auf einen Zielabschnitt (z. B. ein oder mehrere Plättchen aufweisend)
auf einem Substrat (Silizium-Wafer) abgebildet werden, das mit einer
Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (Resist) beschichtet worden
ist. Im Allgemeinen enthält
ein einzelner Wafer ein ganzes Netz benachbarter Zielabschnitte,
die nacheinander jeweils einzeln über das Projektionssystem bestrahlt
werden. Bei den derzeitigen Vorrichtungen, bei denen die Strukturierung
durch eine Maske auf einem Maskentisch erfolgt, kann zwischen zwei
verschiedenen Maschinentypen unterschieden werden. Bei einem Typ
der lithographischen Projektionsvorrichtung wird jeder Zielabschnitt
durch Belichten der gesamten Maskenstruktur auf den Zielabschnitt
in einem Durchgang bestrahlt; eine derartige Vorrichtung wird allgemein
als Wafer-Stepper bezeichnet. Bei einer alternativen Vorrichtung,
die allgemein als Step-und-Scan-Vorrichtung (etwa: schrittweises
Abtasten) bezeichnet wird, wird jeder Zielabschnitt durch fortschreitendes
Abtasten der Maskenstruktur unter dem Projektionsstrahl in einer
gegebenen Referenzrichtung (der "Abtast"-Richtung) bestrahlt,
während
der Substrattisch parallel oder gegenparallel zu dieser Richtung
synchron abgetastet wird. Da das Projektionssystem im Allgemeinen
einen Vergrößerungsfaktor
M (im Allgemeinen < 1)
hat, entspricht die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch
abgetastet wird, dem Faktor M mal der Zeit, in der der Maskentisch
abgetastet wird. Weitere Informationen hinsichtlich lithographischer
Geräte
wie hierin beschrieben finden sich z. B. in der
US 6,046,792 .
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Bei
einem Herstellungsprozess, bei dem eine lithographische Projektionsvorrichtung
verwendet wird, wird eine Struktur (z. B. in einer Maske) auf ein
Substrat abgebildet, das zumindest teilweise mit einer Schicht aus
strahlungsempfindlichen Material (Resist) bedeckt ist. Vor diesem
Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedenen Prozeduren unterzogen
werden, wie Grundieren, Resist-Beschichten und Weicheinbrennen.
Nach der Belichtung kann das Substrat weiteren Prozeduren unterzogen
werden, wie Einbrennen nach der Belichtung (post-exposure bake – PEB),
Entwickeln, Harteinbrennen sowie Messen/Kontrollieren der abgebildeten
Merkmale. Diese Reihe von Prozeduren dient als Basis für die Strukturierung
eines einzelnen Schicht eines Bauelements, z. B. eines IC. Eine
solche strukturierte Schicht kann dann verschiede Prozesse durchlaufen, wie Ätzen, Ionenimplantation
(Dotierung), Metallisierung, Oxidation, chemo-mechanisches Polieren
etc., die in ihrer Gesamtheit dazu dienen, eine einzelne Schicht
fertig zu bearbeiten. Wenn mehrere Schichten erforderlich sind,
muss die gesamte Prozedur oder eine Variante derselben für jede neue
Schicht wiederholt werden. Schließlich wird sich auf dem Substrat
(Wafer) eine Anordnung aus Bauelementen befinden. Diese Bauelemente
werden dann durch eine Technik wie Zerschneiden oder Sägen voneinander
getrennt, worauf die einzelnen Bauelemente auf einem Träger installiert,
an Stifte angeschlossen werden können
etc. Weitere Informationen bezüglich solcher
Prozesse finden sich in dem Buch "Microchip Fabrication: A Practical Guide
to Semiconductor Processing",
dritte Ausgabe, von Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co.,
1997, ISBN 0-07-067250-4.
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Der
Einfachheit halber kann das Projektionssystem im Folgenden als "Linse" bezeichnet werden; dieser
Begriff sollte jedoch weit gefasst so interpretiert werden, dass
er verschiedene Typen von Projektionssystemen, einschließlich z.
B. Brechungsoptik, Reflexionsoptik und katadioptrische System umfasst. Das
Strahlungssystem kann auch Komponenten enthalten, die gemäß einem
dieser Auslegungstypen arbeiten, um den Projektionsstrahl der Strahlung
zu richten, formen oder steuern, und solche Komponenten können nachstehend
ebenfalls entweder kollektiv oder einzeln als "Linse" bezeichnet werden. Ferner kann die
lithographische Vorrichtung ein Typ mit zwei oder mehr Substrattischen
(und/oder zwei oder mehr Maskentischen) sein. Bei solchen "Mehrstufen"-Geräten können die
zusätzlichen
Tische parallel verwendet werden, oder vorbereitende Schritte können auf
einem oder mehreren Tischen ausgeführt werden, während einer
oder mehrere der anderen Tische zur Belichtung verwendet werden.
Lithographische Doppelstufen-Vorrichtungen sind z. B. in der
US 5,969,441 und der WO
98/40791 beschrieben.
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Bei
einer lithographischen Projektionsvorrichtung ist es im Allgemeinen
wünschenswert,
verschiedene Aspekte des Projektionsstrahls zu untersuchen, wie
etwa die Dosis (d. h. die gesamte Strahlungsenergie pro Flächeneinheit,
die während
einer Belichtung zugeführt
wird), die Position der Brennebene, die Gleichmäßigkeit des Strahls, die Strahlungsverteilung
in einer Pupillenebene des Projektionssystems etc. Außerdem kann
gewünscht
sein, Abweichungen des Projektionsstrahls, die durch das Projektionssystem
entstehen, zu bestimmen; diese Abweichungen werden als Aberrationen
bezeichnet. Beispiele solcher Aberrationen sind Feldkrümmung, Koma,
Astigmatismus, sphärische
Aberration, Verzerrungen dritter und fünfter Ordnung etc. Zur Bestimmung
der oben genannten Aspekte des Strahls und der Aberrationen kann
ein Strahlungssensor zum Detektieren der Strahlung in der lithographischen
Projektionsvorrichtung eingesetzt werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Strahlungen mit Wellenlängen kürzer als
50 nm. Ein Beispiel einer solchen Strahlung ist extremes Ultraviolett (EUV)
mit Wellenlängen,
die typischerweise im Bereich von 10 bis 15 nm liegen. Ein Hauptproblem,
das bei lithographischen Vorrichtungen, die mit einer solchen Strahlung
arbeiten, auftritt, ist die im Allgemeinen stark ausgeprägte Absorption
der Strahlung durch Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase, wodurch die
Stärke
des Projektionsstrahls vollständig
schwinden kann. Folglich kann ein Strahlungssensor, der eine derartige
Strahlung zu detektieren vermag, kein solches stark absorbierendes
Material weder teilweise noch vollständig im Strahlungsweg enthalten.
Ein weiterer Nachteil ist, dass vorhandene Strahlungssensoren zur
Detektion von Strahlung mit Wellenlängen kürzer als 50 nm wie Fotovervielfacherröhren, Gaskammern
etc., wie sie allgemein in Synchotronen verwendet werden, Abmessungen
haben, die für eine
lithographische Projektionsvorrichtung bei weitem zu groß sind.
Derartige vorhandene Sensoren können
außerdem
zu viel Wärme
abgeben, was möglicherweise
zu unerwünschten
Temperaturschwankungen des Sensors und/oder seiner Umgebung führt (z.
B. des Substrats, eines Interferometrieblocks, der Bestandteil des
Substrattisches ist etc.).
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Die
EP 0 987 601 offenbart eine
Detektionsvorrichtung zum Messen des fotoelektrischen Stroms in
optischen Elementen, der durch den einfallenden Projektionsstrahl
induziert wird. Die Messung dient zur Überwachung der Dosis und/oder
Kontamination.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lithographische
Projektionsvorrichtung bereitzustellen, in der ein Strahlungssensor
sinnvoll positioniert ist, wobei der Strahlungssensor in der Lage
ist, Strahlung mit einer Wellenlänge
kürzer
als 50 nm zu detektieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine lithographische Projektionsvorrichtung nach
Anspruch 1 bereitgestellt.
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Ein
derartiger Strahlungssensor ermöglicht die
Detektion einer Strahlung unter 50 nm, da die freigegebenen Elektronen
sehr gut direkt oder indirekt gemessen werden können.
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Das
strahlungsempfindliche Material wandelt die Strahlung der Wellenlänge λ1 in
Elektronen, die aus dem strahlungsempfindlichen Material freigegeben
werden. Die freigegebenen Elektronen können indirekt durch Messen
eines Kompensationsstroms zum strahlungsempfindlichen Material oder
direkt durch Auffangen der freigegebenen Elektronen und Messen ihres
induzierten elektrischen Stroms gemessen werden. Bei beiden Verfahren
wird ein Kollektor verwendet, der mit einer elektrischen Potentialquelle
verbunden ist, die den Kollektor bezüglich des strahlungsempfindlichen
Materials positiv lädt.
Das strahlungsempfindliche Material kann in mindestens einem der
Strukturierungsmittel enthalten sein, einem Reflektor im Projektionssystem
und einem Reflektor im Strahlungssystem, um den Projektionsstrahl
auf seinem Weg zum Substrat zu überwachen oder
um als Kontaminierungsmonitor zur fungieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Bauelements nach Anspruch 13 bereitgestellt.
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Obwohl
in diesem Text speziell auf die Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung
zur Herstellung von IC's
Bezug genommen werden kann, sei ausdrücklich darauf hingewiesen,
dass es für
eine solche Vorrichtung zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten
gibt. So kann sie z. B. bei der Herstellung integrierter optischer
Systeme, von Führungs- und
Detektionsstrukturen für
Magnetbereichsspeicher, von Flüssigkristallanzeigefeldern,
von Dünnfilm-Magnetköpfen usw.
eingesetzt werden.
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Für den Fachmann
versteht es sich, dass im Kontext solcher alternativer Anwendungen
jegliche Verwendung der Begriffe "Gitternetz", "Wafer" oder "Plättchen" in diesem Text durch
die allgemeineren Begriffe "Maske", "Substrat" bzw. "Zielabschnitt" als ersetzt zu betrachten
sind.
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Im
vorliegenden Dokument werden die Begriffe "Strahlung" und "Strahl" in dem Sinne verwendet, dass sie alle
Typen elektromagnetischer Strahlung umfassen, einschließlich Ultraviolettstrahlung (z.B.
mit einer Wellenlänge
von 365, 248, 193, 157 oder 126 nm) und extreme Ultraviolett- (EUV)
Strahlung (z. B. mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 bis 20
nm) sowie Elektronen.
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Nunmehr
werden nur beispielhaft Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen
Zeichnungen beschrieben, in denen einander entsprechende Bezugszeichen
gleiche Teile kennzeichnen; es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer beispielhaften lithographischen Projektionsvorrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung eines Projektionssystems des Reflexionstyps
der Vorrichtung von 1;
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3A eine
schematische Darstellung eines Strahlungssensors gemäß einem
ersten Beispiel, das die Erfindung nicht verwirklicht;
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3B eine
schematische Darstellung einer Variation des Sensors gemäß einem
ersten Beispiel, das die Erfindung nicht verwirklicht;
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4 eine
schematische Darstellung eines Strahlungssensors gemäß einem
zweiten Beispiel, das die Erfindung nicht verwirklicht;
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5 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
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6, 7 und 8 schematische
Darstellungen verschiedener Implementierungen der Variation der
ersten Ausführungsform;
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9 eine
schematische Darstellung eines Strahlungssensors gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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10 eine
schematische Darstellung eines Strahlungssensors gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer lithographischen Projektionsvorrichtung.
Die Vorrichtung weist auf:
Ein Strahlungssystem Ex, IL zum
Liefern eines Projektionsstrahls PB einer Strahlung (z. B. EUV-Strahlung).
In diesem bestimmten Fall weist das Strahlungssystem auch eine Strahlungsquelle
LA auf;
einen ersten Objekttisch (Maskentisch) MT, der mit einem
Maskenhalter zum Halten einer Maske MA (z. B. ein Gitternetz) ausgerüstet ist
und mit einem ersten Positionierungsmittel PM zur genauen Positionierung
der Maske relativ zur Komponente PL verbunden ist;
einen zweiten
Objekttisch (Substrattisch) WT, der mit einem Substrathalter zum
Halten eines Substrats W (z. B. ein Resist-beschichteter Siliziumwafer)
und mit einem zweiten Positionierungsmittel PW zur genauen Positionierung
des Substrats relativ zur Komponente PL verbunden ist;
ein
Projektionssystem ("Linse") PL (z. B. eine
Spiegelgruppe) zum Abbilden eines bestrahlten Abschnitts der Maske
MA auf einen Zielabschnitt C (z. B. ein oder mehrere Plättchen aufweisend)
des Substrats W. 2 zeigt ein Projektionssystem
des Reflexionstyps mit vier Reflektoren R1, R2, R3, R4, das aber
wahlweise auch eine andere Anzahl Reflektoren (z. B. sechs oder
acht Reflektoren) aufweisen kann.
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Wie
hier dargestellt ist, ist die Vorrichtung ein reflektierender Typ
(d. h. sie hat eine reflektierende Maske). Im Allgemeinen kann sie
jedoch auch z. B. ein Durchlasstyp sein (mit einer durchlässigen Maske).
Alternativ kann die Vorrichtung auch eine andere Art Strukturierungsmittel
verwenden, wie etwa eine programmierbare Spiegelmatrix eines Typs
wie oben angegeben.
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Die
Quelle LA (z. B. ein lasererzeugtes Plasma oder eine Entladungsquelle)
erzeugt einen Strahl einer Strahlung. Dieser Strahl wird direkt
oder nach dem Durchgang durch ein Aufbereitungsmittel wie z. B.
einen Strahldehner Ex in ein Beleuchtungs system (Illuminator) IL
gespeist. Der Illuminator IL kann ein Einstellmittel AM zum Einstellen
der äußeren und/oder
inneren Ausdehnung (allgemein als σ-innen bzw. σ-außen
bezeichnet) der Intensitätsverteilung im
Strahl aufweisen. Außerdem
weist er im Allgemeinen verschiedene andere Komponenten auf, wie
einen Integrator IN und einen Kondensator CO. Auf diese Weise hat
der auf die Maske MA fallende Strahl PB die gewünschte Gleichförmigkeit
und Intensitätsverteilung
in seinem Querschnitt.
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In
Zusammenhang mit 1 ist zu beachten, dass die
Quelle LA innerhalb des Gehäuses
der lithographischen Projektionsvorrichtung angeordnet sein kann
(was häufig
der Fall ist, wenn die Quelle LA z. B. eine Quecksilberlampe ist),
aber dass sie auch entfernt von der lithographischen Projektionsvorrichtung
angeordnet sein kann, wobei der von ihr erzeugte Strahl der Strahlung
in die Vorrichtung geführt
wird (z. B. mit Hilfe geeigneter Richtspiegel); das zuletzt genannte
Szenario trifft oft zu, wenn die Quelle LA ein Excimer-Laser ist.
Die vorliegende Erfindung sowie die Ansprüche decken beide dieser Szenarien ab.
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Der
Strahl PB trifft dann auf die Maske MA, die auf einem Maskentisch
MT gehalten wird. Nachdem er selektiv von der Maske MA reflektiert
worden ist, passiert der Strahl PB die Linse PL, die den Strahl PB
auf einen Zielabschnitt C des Substrats W fokussiert. Mit Hilfe
des zweiten Positionierungsmittels PW (und eines interterometrischen
Messmittels IF) kann der Substrattisch WT genau bewegt werden, z.
B. um verschiedene Zielabschnitte C im Weg des Strahls PB zu positionieren.
Analog kann das erste Positionierungsmittel PM verwendet werden,
um die Maske MA bezüglich
des Weges des Strahls PB genau zu positionieren, z. B. nach dem
mechanischen Abrufen der Maske MA aus einer Maskenbibliothek oder
während
eines Abtastvorgangs. Im Allgemeinen wird die Bewegung der Objekttische
MT, WT mit Hilfe eines Moduls mit langem Hub (Grobpositionierung)
und eines Moduls mit kurzem Hub (Feinpositionierung) verwirklicht,
die in 1 nicht detailliert dargestellt sind. Im Falle
eines Wafer-Steppers (im Gegensatz zu einer Step-und-Scan-Vorrichtung)
kann jedoch der Maskentisch mit einem kurzhubigen Aktor verbunden oder
ortsfest sein.
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Die
dargestellte Vorrichtung kann in zwei verschiedenen Betriebsarten
eingesetzt werden:
- 1. Im Schrittmodus bleibt
der Maskentisch MT im Wesentlichen ortfest, und ein vollständiges Maskenbild
wird in einem Durchgang (d. h. einem einzigen "Blitz" (flash)) auf einen Zielabschnitt C
projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in x- und/oder y-Richtung verschoben, so
dass ein anderer Zielabschnitt C vom Strahl PB bestrahlt werden
kann; und
- 2. im Abtastmodus gilt im Wesentlichen das gleiche Szenario
mit der Ausnahme, dass ein gegebener Zielabschnitt C nicht in einem
einzigen "Flash" belichtet wird.
Statt dessen ist der Maskentisch MT in einer gegebenen Richtung
(der so genannten "Abtastrichtung"), z. B. in y-Richtung) mit
einer Geschwindigkeit v beweglich, so dass der Projektionsstrahl
PB veranlasst wird, ein Maskenbild abzutasten; gleichzeitig wird
der Substrattisch WT in der gleichen oder in entgegengesetzter Richtung
mit einer Geschwindigkeit V = Mv bewegt, wobei M die Vergrößerung der
Linse PL ist (typischerweise M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Weise
kann ein verhältnismäßig großer Zielabschnitt belichtet
werden, ohne dass dies zu Lasten der Auflösung geht.
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Um
z. B. die Intensität
oder Dosis auf Substratebene bestimmen zu können, kann ein Strahlungssensor
an einer geeigneten Stelle, z. B. in der Nähe des Substrats angeordnet
sein. Ein Beispiel, bei dem die Erfindung nicht verwirklicht ist,
eines solchen Strahlungssensors ist in 3A dargestellt. Dieser
Sensor weist eine strahlungsempfindliche Schicht 1 und
Sensormittel auf. Wenn EUV-Strahlung mit der Wellenlänge λ1 auf
die strahlungsempfindliche Schicht 1 trifft, kann diese
Strahlung entweder in eine sekundäre elektromagnetische Strahlung
mit der Wellenlänge λ2 oder
in Gitterschwingungen dieser Schicht gewandelt werden.
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Um
die Fähigkeit
zur Emission einer Sekundärstrahlung
zu verbessern, wird ein ziemlich komplexes Material verwendet, wobei
das Material im Allgemeinen ein Wirtsgitter aufweist (z. B. Kalziumsulfid (CaS),
Zinksulfid (ZnS) oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG)) und mindestens
ein Ion wie Ce3+, Ag+,
Al3+ etc. Solche Ionen sind im Allgemeinen
in relativ kleinen Mengen im Wirtsgitter verteilt. Ein Beispiel
für die Formel eines
solchen Materials ist CaS:Ce, wobei CaS das Wirtsgitter ist, in
dem Ce3+-Ionen verteilt sind. Materialien,
die sich zur Verwendung in der Schicht eignen, können aus der Gruppe gewählt werden,
die umfasst: CaS:Ce; YAG:Ce und ZnS:Ag,Al. Die Dicke einer solchen
Schicht ist vorzugsweise kleiner als 1 μm. Solchen Schichten können EUV-Strahlung
in Sekundärstrahlung
mit der Wellenlänge λ2 wandeln,
die von der Wellenlänge
des einfallenden Strahls verschieden ist; im Allgemeinen liegt λ2 im
Bereich des sichtbaren Lichtes oder des Ultraviolettlichtes. Diese
Sekundärstrahlung
geht von der Schicht 1 in alle Richtungen aus.
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Im
Allgemeinen kann die Schicht 1 auf einer Schicht 3,
die dazu dient, die Schicht 1 zu tragen und ein Material
(z. B. Quarz oder CaF2) aufweist, das für Strahlung
mit einer Wellenlänge λ2 durchlässig ist, aufgebracht
werden, wodurch sichergestellt ist, dass die Schicht 1 so
positioniert ist, dass sie die EUV-Strahlung aus dem Projektionsstrahl
empfängt. Zumindest
ein Teil dieser Sekundärstrahlung
wird anschließend
von dem Sensormittel, das auf diese Strahlung anspricht, erfasst.
Ein Beispiel für
ein solches Sensormittel weist eine Kollektoroptik 5 und eine
Siliziumdiode 7 auf, die mit einer entsprechenden elektronischen
Schaltung 9 verbunden sind. Die Kollektoroptik 5 kann
eine oder mehrere Linsen aufweisen, die die abgegebene Sekundärstrahlung
zur Diode 7 richten können.
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Der
Strahlungssensor kann auch als (Bestandteil eines) Bildsensors)
vorgesehen sein, mit dem es möglich
ist, eine Struktur im Projektionsstrahl der EUV-Strahlung zu erfassen,
damit z. B. eine Referenzposition auf der Maske (die eine Referenzstruktur
erzeugt) auf den den Bildsensor tragenden Substrattisch ausgerichtet
werden kann. Eine solche Ausrichtung kann mit Nanometergenauigkeit
erfolgen. Ferner kann (eine Struktur im) der Projektionsstrahl der
EUV-Strahlung zur Analyse auf verschiedene Aspekte abgetastet werden,
wie die Position der Brennebene des Projektionssystems, die Gleichmäßigkeit
des Strahls, die Strahlungsverteilung in der Pupillenebene des Projektionssystems
etc. Diese Aspekte können
z. B. mit einem Durchlassbildsensor (transmission image sensor – TIS) bestimmt
werden. Ein Beispiel eines solche TIS ist in US-Patent Nr. 4,540,277
beschrieben, das hiermit einbezogen wird. Auch Abwei chungen des
Projektionsstrahls, die durch das Projektionssystem herbeigeführt werden, können mit
diesem Strahlungssensor bestimmt werden, wobei diese Abweichungen
als Aberrationen bezeichnet werden. Beispiele solcher Aberrationen
sind Feldkrümmung,
Koma, Astigmatismus, sphärische Aberration,
Verzerrungen dritter und fünfter
Ordnung etc. Nähere
Informationen zur Messung solcher Aberrationen finden sich in der
europäischen
Patentanmeldung 01301571.4 und der US-Patentanmeldung 09/788,478 (P-0174),
die beide hiermit einbezogen werden.
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3B ist
eine schematische Darstellung eines solchen Bildsensors. Er weist
einen Strahlungssensor wie oben beschrieben auf mit einer Metallschicht 6 (z.
B. eine Chromschicht) auf seiner Oberseite, in die eine bestimmte
Struktur (z. B. eine gitterartige Liniengruppe) geätzt ist.
Um die strahlungsempfindliche Schicht 1 zu schützen, z.
B. gegen die Prozessschritte im Zusammenhang mit dem Ausbilden der
Struktur auf der Metallschicht (z. B. durch Plasmaätzen), ist
eine Schutzschicht 8 vorgesehen. Diese Schutzschicht 8 liegt
auf der strahlungsempfindlichen Schicht 1 auf deren die
Strahlung empfangenden Seite, und ihre Dicke ist so gewählt, dass
nur eine kleine Menge der einfallenden Strahlung absorbiert wird,
wodurch eine ausreichende Durchlässigkeit
zur genauen Detektion der EUV-Strahlung sichergestellt ist. Die
Dicke einer solchen Schicht 8 kann in der Größenordnung
von 20 nm liegen. Die Schutzschicht 8 kann aus der Gruppe
gewählt
werden, die beispielsweise diamantartigen Kohlenstoff (C), Bornitrid
(BN), Siliziumnitrid (Si3N4),
Siliziumcarbid (SiC), B, Ru und Rh sowie Verbindungen und Legierungen
davon umfasst. Anschließend
wird die strukturierte Metallschicht 6 auf der strahlungsempfindlichen
Seite der Schutzschicht 8 und angrenzend an diese bereitgestellt.
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Bei
einem zweiten Beispiel, das die Erfindung nicht verwirklicht und
das dem ersten Beispiel mit Ausnahme wie nachstehend beschrieben
entspricht, wandelt der Strahlungssensor die einfallende EUV-Strahlung
in sekundäre
Elektronen, die vom Strahlungssensor freigegeben werden. Die sekundären Elektronen
können
durch verschiedene Prozesse erzeugt werden.
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Bei
einem ersten Prozess trifft die Strahlung mit einer bestimmten Energie
auf eine strahlungsempfindliche Schicht. Ein Teil dieser Energie
kann zur Ionisierung eines Atoms oder Ions in der strahlungsempfindlichen
Schicht verwendet werden. Die restliche Energie – die Energiedifferenz zwischen
der Energie der einfallenden Strahlung und der Energie zur Ionisierung
des Atoms oder Ions (auch als Bindungsenergie eines Elektrons bezeichnet) – wird zumindest
teilweise in kinetische Energie gewandelt, wodurch das Elektron
das Atom oder Ion verlassen kann, und diese Elektronen können schließlich die strahlungsempfindliche
Schicht verlassen. Diese Elektronen werden auch als Fotoelektronen
bezeichnet. Bei einem anderen Prozess können Elektronen durch den so
genannten Auger-Effekt erzeugt werden. Ein freigegebenes Elektron
kann eine Lücke
auf einem niedrig liegenden Energieniveau verlassen. Danach kann
eine zweites Elektron aus einem höheren Energiezustand auf dieses
niedrigere Energieniveau innerhalb eines Atoms oder Ions relaxieren,
und die Relaxationsenergie kann auf ein drittes Elektron oder Auger-Elektron übertragen
werden. Wenn diese Relaxationsenergie höher ist als die Bindungsenergie
des dritten Elektrons, hat es eine gewisse kinetische Energie und
kann das Ion oder Atom und schließlich die strahlungsempfindliche
Schicht verlassen. Weitere Elektronen können durch die Fotoelektronen,
Auger-Elektronen und andere durch einfallende Strahlung induzierte
Prozesse wie Plasmazerfall freigesetzt werden.
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Elektronen,
die durch die obigen Prozesse erzeugt werden, treten aus der strahlungsempfindlichen
Schicht regellos aus. Da ein Atom oder Ion ein oder mehrere Elektronen
mit unterschiedlichen Bindungsenergien aufweist, treten die Elektronen
in einem weiten Bereich kinetischer Energien aus der Schicht aus.
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Der
Strahlungssensor des zweiten Beispiels, der in 4 dargestellt
ist, weist eine strahlungsempfindliche Schicht 11 und ein
Sensormittel 12 auf. Die strahlungsempfindliche Schicht 11 kann
einfallende EUV-Strahlung über
die oben beschriebenen Prozesse wandeln. Die Schicht 11 kann
z. B. ein Metall aufweisen.
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Das
Sensormittel 12, das so angeordnet ist, dass es zumindest
einen Teil der erzeugten Elektronen empfangen kann, weist einen
elektrischen Leiter 13 wie etwa eine leitfähige Platte
und ein Strommessmittel 15 auf, das mit (einem) Masse (potential) 17 verbunden
ist. Sobald Elektronen unabhängig
von ihrer kinetischen Energie auf den Leiter 13 treffen,
wird ein elektrischer Strom induziert, der mit dem Strommessgerät 15 gemessen
werden kann. Dieser Strom ist ein Maß für die Anzahl ankommender Elektronen, was
wiederum ein Maß der
Intensität
(Energiedosis) der einfallenden EUV-Strahlung ist.
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Wenn
Elektronen die strahlungsempfindliche Schicht 11 verlassen,
würde diese
Schicht 11 positiv geladen werden. Eine solche positiv
geladene Schicht würde
dann die freigegebenen negativ geladenen Elektronen anziehen. Die
Elektronen können schließlich nicht
mehr in der Lage sein, die Schicht 11 zu verlassen und
können
demzufolge das Sensormittel 12 nicht erreichen. Die Ladung
der strahlungsempfindlichen Schicht 11 muss deshalb elektrisch kompensiert
werden, z. B. indem die Schicht 11 mit (einem) Masse (potential)
verbunden wird oder durch negative Vorspannung der strahlungsempfindlichen Schicht 11.
Außerdem
kann der Leiter 13 positiv geladen (oder vorgespannt) werden,
um aus der strahlungsempfindlichen Schicht 11 freigegebene
Elektronen selektiv anzuziehen und zu beschleunigen.
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Mit
einem solchen Strahlungssensor ist es z. B. möglich, die Dosis oder Intensität auf Substratebene
zu bestimmen, wenn dieser Sensor in der Nähe des Substrats angeordnet
ist. Die Bestimmung der Dosis oder Intensität ist nicht auf die Substratebene begrenzt,
sondern kann auch an anderen Positionen in der lithographischen
Projektionsvorrichtung erfolgen. Die Intensität eines auf ein Element treffenden Strahls,
wie z. B. einen Reflektor R1, R2, R3, R4 des Projektionssystems
PL, einen Reflektor im Illuminator, die Maske MA oder das Substrat
W (oder jede andere Oberfläche,
auf die Strahlung fällt),
kann ebenfalls bestimmt werden. 5 zeigt
einen Querschnitt eines solchen Elements E auf der Oberfläche ES,
auf die ein Strahl einer Strahlung BR fällt. Der Strahl einer Strahlung
BR bewirkt, dass Elektronen e aus der Oberfläche des Elements E freigesetzt
werden.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Mehrzahl M der Drähte Mw über der Oberfläche ES des
Elements E angeordnet. Eine Spannungsquelle VS ist mit der Mehrzahl
M der Drähte
Mw verbunden und legt eine vorgegebene positive Spannung an die
Mehrzahl M der Drähte
Mw. Als Ergebnis werden die freigesetzten Elektronen e von der Mehrzahl
M der Drähte
Mw angezogen und aufgefangen. Um Raumladungseffekte zu überwinden,
wird eine relativ hohe positive Spannung (bezogen auf die bestrahlte
Oberfläche)
bereitgestellt, die an die Mehrzahl M der Drähte Mw angelegt wird. An die
bestrahlte Oberfläche
ES kann eine negative Spannung angelegt werden. Auf die freigegebenen Elektronen
wirkt eine elektrische Feldstärke
in der Größenordnung
von 50 V/cm oder sogar höher,
um Raumladungseffekte aufgrund der freigegebenen Elektronen zu überwinden.
Das Strommessgerät 15 misst
den elektrischen Strom aufgrund der von der Mehrzahl M der Drähte Mw aufgefangenen
Elektronen.
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6 zeigt
die Mehrzahl M der Drähte
Mw in der Perspektive. Die Drähte
Mw verlaufen parallel zueinander. Die Dicke d3 jedes dieser Drähte ist
wesentlich kleiner als der Abstand d1 zwischen benachbarten Drähten. Dies
stellt sicher, dass die Mehrzahl M der Drähte Mw den Strahl der Strahlung
nicht abdunkelt. Außerdem
ist der Abstand d1 zwischen benachbarten Drähten kleiner als der Abstand
d2 der Drähte
von der Oberfläche
ES des Elements E. Dies stellt sicher, dass das elektrische Feld
von den Drähten
zur Oberfläche
in etwa gleichmäßig ist.
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Ein
geeigneter Größenbereich
für die
Drähte Mw
ist eine Dicke d3 von 2 μm
bis 10 μm.
Die Drähte sind
typischerweise aus einem Leiter wie Wolfram-Molybdän, Kupfer
oder Zirkonium gebildet. Ein besonderer Vorteil von Zirkonium ist,
dass es für
EUV relativ transparent ist. Der Abstand d1 zwischen den Drähten und
der Abstand d2 von den Drähten
zur Oberfläche
ES kann typischerweise jeweils in der Größenordnung von 1 cm liegen.
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Die 7 und 8 zeigen
die Mehrzahl M der Drähte
Mw der vorliegenden Erfindung bei Verwendung mit einem gekrümmten Element
E. In 7 ist die Mehrzahl M der Drähte Mw so gekrümmt, dass sie
in etwa der Krümmung
des Elements E folgen. In 8 ist die
Mehrzahl M der Drähte
Mw im Wesentlichen eben. Obwohl in der obigen Beschreibung die Mehrzahl
Drähte
M als Mehrzahl paralleler Drähte beschrieben
worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Muster vorteilhaft
verwendet werden können.
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Ferner
kann bei der Überwachung
des fotoelektrischen Stroms wie oben dargelegt unter Verwendung
des Sensormittels 15 auch der EUV-Projektionsstrahl im
gesamten System auf seinem Weg von der Quelle zum Substrat überwacht
werden. Eine gemessene Änderung
des fotoelektrischen Stroms an einem Element, die nicht mit Messungen
an anderen Punkten korreliert, zeigt eine lokale Änderung
im System an. Eine solche lokale Änderung kann die Kontamination
eines Reflektors (einschließlich
der Maske) sein. Ein kontaminierter Reflektor wird den fotoelektrischen
Strom beeinflussen, da er für
Elektronen, die aus dem Reflektor entweichen wollen, im Allgemeinen
eine andere Austrittsarbeit bedeutet. Der Strahlungssensor gemäß der ersten
Ausführungsform
kann also auch zur Überwachung
von Kontamination verwendet werden.
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Ausführungsform 2
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, die der ersten Ausführungsform mit Ausnahme wie
nachstehend beschrieben entsprechen kann, wandelt der Strahlungssensor
ebenfalls die einfallende EUV-Strahlung in sekundäre Elektronen.
Ein Strahlungssensor gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist in 9 dargestellt und weist eine strahlungsempfindliche
Schicht 21, z. B. ein Metall und ein Sensormittel 23 auf,
das mit (einem) Masse (potential) 25 verbunden ist. Die
strahlungsempfindliche Schicht 21 kann Elektronen gemäß ähnlichen
Prozessen erzeugen, wie sie für
die erste Ausführungsform
beschrieben worden sind. Die so erzeugten und freigesetzten Elektronen
würden
eine positiv geladene Schicht 21 erzeugen, die bei Verbindung
mit Masse 25 elektrisch kompensiert wird, um eine neutrale Schicht 21 zu
erhalten. Der resultierende elektrische Strom kann vom Sensormittel 23 gemessen
werden, wobei der Strom ein Maß für die Intensität der einfallenden
EUV-Strahlung ist.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
ist es ebenfalls möglich,
die Intensität
oder Dosis durch Verwenden eines Elements wie einen Reflektor im Projektionssystem
oder Illuminator IL oder die Maske als Detektorelement zu messen.
Im Falle streifender Einfallsspiegel werden die Antwortzeiten relativ
kurz sein, da sie im Allgemeinen aus einem Metall mit niedrigem
elektrischen Widerstand bestehen. Normale Einfallsspiegel weisen
im Allgemeinen einen mehrschichtigen Stapel auf, der auf die zu
reflektierende Wellenlänge
abgestimmt ist. Der mehrschichtige Stapel kann aus sich abwechselnden
Schichten aus Metall und einem Halbleitermaterial bestehen, z. B.
ein Stapel aus abwechselnden Molybdän- (Mo) und Silizium- (Si)
Schichten sein. Der gesamte spezifische Widerstand des Spiegels
ist im Allgemeinen hoch, da er vom spezifischen Kontaktwiderstand
zwischen dem Metall und dem Halbleiter bestimmt wird. Dieser Widerstand
kann durch Dotieren der Halbleiterschicht erheblich verringert werden.
Der geringere Widerstand ergibt eine bessere Übereinstimmung zwischen einfallender
Intensität
und gemessenem Strom sowie kürzere
Antwortzeiten.
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Wie
bei der vorigen Ausführungsform
können
die Reflektoren auch in diesem Fall zur Überwachung des Projektionsstrahl
oder der Kontamination verwendet werden. Die Ausführungsformen
1 und 2 können
auch zu einer einzigen Ausführungsform kombiniert
werden. Ferner ist die Ausführungsform
2 mit einer Mehrzahl M von Drähten
Mw zum Auffangen der freigesetzten Elektronen versehen, um die freigegebenen
Fotoelektronen wie bei der ersten Ausführungsform erörtert anzuziehen
und aufzufangen, aber ohne den elektrischen Strom der aufgefangenen
Fotoelektronen zu messen.
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Ausführungsform 3
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung, die in 10 dargestellt ist und der ersten
Ausführungsform
mit Ausnahme wie nachstehend beschrieben entsprechen kann, ist ein
Strahlungssensor, der eine Matrix aus Leitungen 31 aufweist.
Jede Lei tung 31 weist strahlungsempfindliches Material
zum Erzeugen und Freigeben von Elektronen auf, was in positiv geladenen
Leitungen resultieren würde.
Durch Verbinden jeder Leitung mit (einem) Masse (potential) 35 kann
der Strom, der zum Kompensieren der Ladung jeder einzelnen Leitung
erforderlich ist, getrennt durch das Sensormittel 33 gemessen
werden. Auf diese Weise ist es möglich,
die Dosen der Eingangsstrahlung auf jeder Leitung zu unterscheiden, wodurch
z. B. die Gleichförmigkeit
des Projektionsstrahls bestimmt werden kann.
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Falls
die Leitungen 31 aus einem Halbleitermaterial bestehen,
können
sie auch Bestandteil einer elektrischen Schaltung sein, die den
elektrischen Widerstand jeder einzelnen Leitung misst. Die einfallende
Strahlung ändert
den Widerstand jeder Leitung. Der gemessene Widerstand ist deshalb
ein Maß für die Menge
der einfallenden Strahlung.
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Der
Strahlungssensor gemäß dieser
Ausführungsform
kann auch als Bildsensor konfiguriert sein, wie er in der ersten
Ausführungsform
beschrieben ist. Außerdem
kann eine zweidimensionale Matrix aus einzelnen Elementen vorgesehen
sein, von denen ein jedes mit dem Sensormittel verbunden ist, um
die einzelnen Ströme
zu messen.
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Obwohl
vorstehend bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden sind, versteht es sich, dass die
Erfindung auch anders als beschrieben verwirklicht werden kann.
Die Beschreibung beabsichtigt nicht, die Erfindung einzuschränken. Die
Erfindung ist durch die Ansprüche
definiert.