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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen lithographischen Projektionsapparat
mit:
- – einem
Strahlungssystem zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls aus
Strahlung;
- – einer
Tragkonstruktion zum Tragen einer Bemusterungsvorrichtung, wobei
die Bemusterungsvorrichtung dazu dient, den Projektionsstrahl gemäß einem
gewünschten
Muster zu bemustern;
- – einem
Substrattisch zum Hatten eines Substrats; und
- – einem
Projektionssystem, um den gemusterten Strahl auf einen Zielabschnitt
des Substrats zu projizieren
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Der
Begriff "Bemusterungsvorrichtung", wie er hier verwendet
wird, sollte weitumfassend interpretiert werden als eine Vorrichtung,
die dazu verwendet werden kann, um einen hereinkommenden Projektionsstrahl
der Strahlung entsprechend einem Muster, das in einem Zielabschnitt
des Substrates erzeugt werden soll, mit einem gemusterten Querschnitt
zu versehen; der Begriff "Lichtventil" oder "Lichtverstärkerröhre" kann in diesem Zusammenhang
ebenfalls verwendet werden. Im allgemeinen wird das Muster einer
bestimmten Funktionsschicht in einem Baustein entsprechen, der in
dem Zielabschnitt geschaffen wird, wie eine integrierte Schaltung
oder ein anderer Baustein (siehe unten). Beispiele für solche
Bemusterungsvorrichtungen sind:
- – Eine Maske.
Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie wohl bekannt und
es umfasst Maskenarten wie binäre
Masken, alternierende Phasenverschiebung und gedämpfte Phasenverschiebung sowie
verschiedene hybride Maskenarten. Je nach dem Maskenmuster verursacht
die Platzierung einer solchen Maske in dem Projektionsstrahl der
Strahlung eine selektive Übertragung
(bei einer lichtdurchlässigen
Maske) oder eine Reflexion (bei einer reflektierenden Maske) der
Strahlung, die auf die Maske auftrifft. Im Falle einer Maske handelt
es sich bei der Tragstruktur im allgemeinen um einen Maskentisch,
der dafür sorgt,
dass die Maske an einer gewünschten
Position in dem hereinkommenden Projektionsstrahl der Strahlung
gehalten werden kann, und dass sie in Bezug auf den Strahl bewegt
oder verschoben werden kann, wenn dies gewünscht wird.
- – Eine
programmierbare Spiegelanordnung. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist
eine matrixadressierbare Oberfläche
mit einer viskoelastischen Kontrollschicht und einer reflektierenden Oberfläche. Das
Grundprinzip hinter einem solchen Apparat besteht darin, dass (beispielsweise) adressierte
Bereiche der reflektierenden Oberfläche einfallendes Licht als
gebeugtes Licht reflektieren, während
nicht adressierte Bereiche einfallendes Licht als nicht gebeugtes
Licht reflektieren. Wenn man einen entsprechenden Filter verwendet,
kann das nicht gebeugte Licht aus dem reflektierten Strahl herausgefiltert
werden, so dass lediglich das gebeugte Licht zurückbleibt; auf diese Art und
Weise wird der Strahl entsprechend dem Adressiermuster der matrixadressierbaren Oberfläche gemustert.
Die erforderliche Matrix-Adressierung kann unter Verwendung geeigneter
elektronischer Einrichtungen durchgeführt werden. Weitere Informationen über diese
Spiegelanordnungen sind beispielsweise aus dem US-amerikanischen
Patent US 5,296,891 und US 5,523,193 erhältlich.
Im Falle einer programmierbaren Spiegelanordnung kann es sich bei
der Tragstruktur beispielsweise um einen Rahmen oder einen Tisch
handeln, der je nach Bedarf fest oder beweglich sein kann.
- - Eine programmierbare LCD-Anordnung. Ein Beispiel für eine solche
Konstruktion wird in dem US-Patent US
5,229,872 genannt. Wie oben kann es sich bei der Tragstruktur
in diesem Fall beispielsweise um einen Rahmen oder um einen Tisch
handeln, der je nach Bedarf fest oder beweglich sein kann.
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Aus
Gründen
der Einfachheit kann der Rest dieses Textes an bestimmten Stellen
speziell zu Beispielen mit einer Maske und einem Maskentisch geführt werden;
doch die allgemeinen Prinzipien, die in diesen Fällen besprochen werden, sollten
in dem weitreichenderen Kontext der oben dargestellten Bemusterungsvorrichtungen
gesehen werden.
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Lithographische
Projektionsapparate können beispielsweise
bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen (ICs) verwendet
werden. In einem solchen Fall können
die Bemusterungsvorrichtungen ein Schaltkreismuster erzeugen, das
einer einzelnen Schicht des integrierten Schaltkreises (ICs) entspricht,
und dieses Muster kann dann auf einen Zielabschnitt (beispielsweise
mit einem oder mehreren Plättchen)
auf einem Substrat (Silizium-Wafer) abgebildet werden, das mit einer
Schicht strahlungsempfindlichem Material (Resist) überzogen
wurde. Im allgemeinen besitzt ein einzelnes Wafer ein ganzes Netz
aneinander angrenzender Zielabschnitte, die nacheinander und einer
nach dem anderen über
das Projektionssystem bestrahlt werden. Bei den aktuellen Apparaten,
in denen die Bemusterung durch eine Maske auf einem Maskentisch
erfolgt, kann man zwischen zwei verschiedenen Arten von Geräten unterscheiden.
Bei einer Art von lithographischem Projektionsapparat wird jeder
Zielabschnitt bestrahlt, indem das gesamte Maskenmuster in einem
Durchgang dem Zielabschnitt ausgesetzt wird; ein solches Gerät wird im
allgemeinen Wafer Stepper genannt. Bei einem alternativen Apparat – der allgemein
als Step-and-Scan-Apparat bezeichnet wird – wird jeder Zielabschnitt
bestrahlt, indem das Maskenmuster unter dem Projektionsstrahl in
einer bestimmten Bezugsrichtung (der Abtastrichtung) zunehmend abgetastet
wird, während
gleichzeitig der Substrattisch parallel oder antiparallel zu dieser
Richtung abgetastet wird; da das Projektionssystem im allgemeinen
einen Vergrößerungsfaktor
M (im allgemeinen < 1)
besitzt, beträgt
die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch abgetastet wird,
Faktor M mal die Geschwindigkeit, mit der der Maskentisch abgetastet wird.
Weitere Informationen in Bezug auf lithographische Vorrichtungen
wie die hierin beschriebene können
beispielsweise in dem Dokument
US
6,046,792 nachgelesen werden.
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In
einem Herstellungsverfahren, bei dem ein lithographischer Projektionsapparat
verwendet wird, wird ein Muster (beispielsweise in einer Maske)
auf ein Substrat abgebildet, das zumindest teilweise von einer Schicht
strahlungsempfindlichem Material (Resist) bedeckt ist. Vor diesem
Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedenen Verfahren unterzogen werden,
wie einer Vorbereitung, einem Resist-Überzug und einem soft bake.
Nach der Belichtung kann das Substrat weiteren Verfahren unterzogen
werden, wie einem bake nach der Belichtung (PEB), Entwickeln, hard
bake und Messung/Prüfung
der abgebildeten Merkmale. Diese Reihe von Verfahren wird als Grundlage
dafür verwendet,
um eine einzelne Schicht eines Bausteins, z.B. einer integrierten Schaltung
(IC), zu bemustern. Eine solche bemusterte Schicht kann dann verschiedenen
Verfahren unterzogen werden wie Ätzen,
Ionen-Implantation (Dotieren), Metallisieren, Oxidation, chemisch-mechanisches
Polieren etc., die alle dazu dienen, eine einzelne Schicht fertigzustellen.
Wenn mehrere Schichten erforderlich sind, muss das ganze Verfahren
oder eine Variante dieses Verfahrens für jede neue Schicht wiederholt
werden. Schließlich
wird eine Reihe von Bausteinen auf dem Substrat (Wafer) vorhanden
sein. Diese Bausteine werden dann durch eine Technik wie Dicing
oder Sawing (Auseinanderschneiden) voneinander getrennt. Danach
können
die einzelnen Bausteine auf einem Träger montiert werden, mit Stiften
verbunden werden, etc. Weitere Informationen über solche Verfahren sind beispielsweise
in dem Buch "Microchip
Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", [Mikrochipherstellung:
Ein praktischer Leitfaden für
die Halbleiterverarbeitung], 3. Auflage, von Peter van Zant, McGraw
Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4 zu finden.
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Aus
Gründen
der Einfachheit wird das Projektionssystem nachfolgend auch als "Linse" bezeichnet; doch
dieser Begriff sollte umfassend interpretiert werden und beinhaltet
verschiedene Arten von Projektionssystemen wie beispielsweise lichtbrechende
Optik, reflektierende Optik und Katadioptriksysteme. Das Bestrahlungssystem
kann auch Komponenten umfassen, die nach einer dieser Konstruktionen
für das
Lenken, Gestalten oder Steuern des Projektionsstrahls der Strahlung
arbeiten, und diese Komponenten können nachstehend ebenfalls
zusammen oder einzeln als "Linse" bezeichnet werden. Der
lithographische Apparat kann außerdem
derart ausgeführt
sein, dass er zwei oder mehr Substrattische (und/oder zwei oder
mehr Maskentische) besitzt. Bei diesen "mehrstufigen" Vorrichtungen können die zusätzlichen
Tische parallel genutzt werden oder an einem Tisch oder an mehreren
Tischen können
Vorbereitungsschritte durchgeführt
werden, während
ein anderer Tisch oder mehrere andere Tische für die Belichtung verwendet
werden. Zweistufige lithographische Apparate werden beispielsweise
in den Dokumenten
US 5,969,441 und
WO 98/40791 beschrieben.
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JP 2000173893 beschreibt
ein Projektionsbelichtungssystem, mit dem der Grad der Kontamination
auf einem optischen Element leicht festgestellt und unterschieden
werden kann, ohne dass der Apparat lange abgeschaltet werden muss.
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EP-A-1
020 897 beschreibt einen lithographischen Projektionsapparat, der
mit einer Gaszufuhreinrichtung ausgestattet ist, um Zwischenräume, die zwischen
optischen Elementen gebildet werden, mit Inertgas zu füllen.
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Bei
der gegenwärtigen
Erfindung besteht das Projektionssystem im allgemeinen aus einer
Anordnung von Spiegeln und die Maske ist reflektierend; siehe beispielsweise
der Apparat, der in WO 99/57596 besprochen wurde. Bei der Strahlung
handelt es sich in diesem Fall vorzugsweise um elektromagnetische
Strahlung im Extremultraviolettbereich (EUV). Die Strahlung hat
meistens eine Wellenlänge unter
ca. 50 nm, vorzugsweise unter ca. 20 nm und am meisten bevorzugt
unter 15 nm. Ein Beispiel für eine
Wellenlänge
in dem EUV-Bereich, das in der Lithographie immer größeres Interesse
weckt, sind 13,4 nm, obwohl es auch weitere vielversprechende Wellenlängen in
diesem Bereich gibt, wie beispielsweise 11 nm.
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Ein
Beispiel für
ein Strahlungssystem, das für
den Einsatz mit dieser Strahlung geeignet ist, wird in WO 00/36471
beschrieben. Ein solches Strahlungssystem kann einen Kondensor umfassen,
der für
den Einsatz mit EUV geeignet ist, wie in
EP 1037113 beschrieben wird.
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Die
Quelle der EUV-Strahlung ist meistens eine Plasmaquelle, beispielsweise
eine lasererzeugte Plasmaquelle oder eine Entladequelle. Die lasererzeugte
Plasmaquelle kann Wassertropfen, Xenon oder ein festes Ziel umfassen,
das von einem Laser bestrahlt wird, um EUV-Strahlung zu erzeugen.
Beispiele für
lasererzeugte Plasmaquellen werden in
EP 1109427 beschrieben.
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Eine
Entladequelle umfasst Plasma, das durch eine Entladung zwischen
zwei Elektroden erzeugt wurde. Geeignete Beispiele von Entladequellen
sind Kapillarentladung, Plasmafokus und Z-Pinch-Quellen, wie beispielsweise
jene, die in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 01305671.8 beschrieben werden, die als
EP 117 0982 A veröffentlicht
worden ist.
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Ein
gemeinsames Merkmal aller Plasmaquellen ist die inhärente Produktion
schneller Ionen und Atome, die von dem Plasma aus in alle Richtungen
ausgestoßen
werden. Diese Partikel können
die Kollektor- und Kondensorspiegel, bei denen es sich im allgemeinen
um mehrschichtige Spiegel handelt, die eine zerbrechliche Oberflächen besitzen,
beschädigen.
Diese Oberfläche
verschlechtert sich aufgrund des Aufpralls oder des Sputterns von
Partikeln, die aus dem Plasma ausgestoßen werden, und die Standzeit
der Spiegel verringert sich somit.
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Der
Sputtereffekt ist besonders problematisch für den Kondensorspiegel. Der
Zweck dieses Spiegels besteht darin, Strahlung zu erfassen, die von
der Plasmaquelle in alle Richtungen ausgesendet wird, und sie zu
anderen Spiegeln in dem Beleuchtungssystem zu lenken. Der Kollektorspiegel wird
sehr nahe an der und in Blickrichtung mit der Plasmaquelle positioniert,
und er erhält
deshalb einen großen
Fluss rascher Partikel von dem Plasma. Andere Spiegel in dem System
werden im allgemeinen in geringerem Maße durch das Sputtern von Partikeln
beschädigt,
die aus dem Plasma ausgestoßen werden,
da sie eventuell in gewisser Art und Weise geschützt werden.
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Eine
Maßnahme,
die zuvor verwendet worden ist, und die das Problem der Beschädigung des Spiegels
angeht, besteht darin, die Auswirkung des Partikelflusses auf die
Spiegel zu reduzieren, indem ein Restgas von Helium verwendet wird,
um die Partikel durch Kollision zu behindern (Applied Optics [Angewandte
Optik], Bd. 32, Nr. 34, S. 6901). Doch mit dieser Art der Technik
kann die Sputterrate nicht auf ein akzeptables Niveau gesenkt werden,
während
der Heliumrestdruck niedrig genug gehalten wird, um für den Projektionsstrahl
der Strahlung eine ausreichende Transparenz zu gewährleisten.
Es wird deshalb ein alternatives Verfahren benötigt, um dieses Problem anzugehen.
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Es
ist eine Zielsetzung der Erfindung, einen lithographischen Projektionsapparat
mit Elementen zur Reduzierung des Schadens an den Spiegeln durch
schnelle Ionen, Atome oder Moleküle,
die in dem Strahlungssystem enthalten sind, bereitzustellen, wenn
es sich bei der Strahlungsquelle um eine Plasmaquelle handelt. Eine
weitere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen,
mit dem dieser Schaden reduziert wird.
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Gemäß der Erfindung
wird ein lithographischer Projektionsapparat bereitgestellt, wie
er in dem ersten Absatz spezifiziert worden ist, der folgendes besitzt
eine
Gaszufuhreinrichtung, um einen gasförmigen Kohlenwasserstoff einem
Zwischenraum zuzuführen, der
einen Spiegel enthält,
wobei die Gaszufuhreinrichtung den gasförmigen Kohlenwasserstoff umfasst;
eine
Reflexions-Sensoreinrichtung, um das Reflexionsvermögen des
Spiegels und/oder der Drucksensoreinrichtungen zur Überwachung
des Restdrucks in dem Raum zu überwachen;
und
eine Steuerungseinrichtung, um die Gaszufuhreinrichtung
als Reaktion auf das Reflexionsvermögen und/oder den Restdruck,
der von der Reflexions- Sensoreinrichtung
und/oder der Drucksensoreinrichtung gemessen wurde, zu steuern.
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Es
ist bekannt, dass das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffmolekülen in einer
Kammer, die Spiegel enthält,
dazu führt,
dass sich auf der Oberfläche
der Spiegel eine Deckschicht aus Kohlenwasserstoff bildet.
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Auch
wenn diese Deckschicht in der Vergangenheit vorteilhaft war, weil
sie Spiegel vor einem chemischen Angriff, beispielsweise Oxydation, schützte, wird
die Deckschicht häufig
als unvorteilhaft angesehen, da sie das Reflexionsvermögen des Spiegels
reduziert.
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Die
Erfinder haben nun festgestellt, dass eine Deckschicht auf einem
Spiegel dazu verwendet werden kann, um den Spiegel vor Schädigung durch Sputtern
zu schützen,
was durch schnelle Ionen und Atome verursacht wird, die von einer
Plasmaquelle ausgestoßen
werden. Wenn Kohlenwasserstoffe einem Raum hinzugefügt werden,
der einen Spiegel enthält,
werden sie physikalisch oder chemisch auf der Spiegeloberfläche absorbiert
und bilden so eine Schutzschicht auf der Oberfläche. Diese Oberflächenschicht
besteht aus Kohlenwasserstoffmolekülen und möglicherweise noch anderen Schmutzpartikeln,
die in dem System zusammen mit weiteren Molekülen, die von der Gaszufuhr
in das System eingeleitet werden, als Verunreinigungen vorhanden
sind. Wenn die schnellen Ionen und Atome, die durch das Plasma erzeugt
werden, auf die Oberfläche
des Spiegels auftreffen, kommen sie mit der Schutzschicht in Berührung, und
verdrängen
die Kohlenwasserstoffmoleküle
dadurch von der Deckschicht. Dadurch wird eine Beschädigung der
Spiegeloberfläche
selbst vermieden.
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Doch
wenn eine Deckschicht für
diesen Zweck verwendet werden soll, müssen verschiedene Probleme überwunden
werden. Erstens wird die Deckschicht durch Sputtern allmählich zerstört, und sobald
sie einmal erodiert ist, tritt eine Beschädigung der Spiegeloberfläche ein.
Zweitens, wenn die Deckschicht zu dick ist, sinkt das Re flexionsvermögen des Spiegels
auf eine nicht akzeptable Stufe, und die Effizienz des Projektionsapparates
wird reduziert.
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Um
diese Probleme zu überwinden,
haben die Erfinder dieser Erfindung eine dynamische Deckschicht
verwendet. Es handelt sich dabei um eine Deckschicht, die durch
Sputtern kontinuierlich entfernt wird, und durch weitere Moleküle ersetzt
wird. Somit bleibt die Stärke
der Schicht im wesentlichen konstant oder innerhalb eines akzeptablen
Bereichs. Um dies zu erreichen, werden das Reflexionsvermögen des
Spiegels und/oder der Restdruck des Raumes überwacht. Wenn sich das Reflexionsvermögen des
Spiegels zu sehr verringert, weil die Deckschicht zu dick wird,
wird der Druck des Kohlenwasserstoffgases in dem Raum vermindert,
so dass ein Teil der Deckschicht durch Sputtern entfernt wird. Die
hergestellte dünnere
Deckschicht liefert somit ein höheres Reflexionsvermögen. Umgekehrt,
wenn die Deckschicht zu dünn
wird, können
sich aufgrund des Sputterns in der Schicht Löcher bilden, so dass die Spiegeloberfläche bloßgelegt
wird. In diesem Fall wird der Druck des Kohlenwasserstoffgases in
dem Raum erhöht,
um sicherzustellen, dass die Deckschicht erhalten bleibt. Durch
sorgfältige
Abstimmung des Kohlenwasserstoffdrucks kann ein stabiler Zustand
erreicht werden, wobei das Wachstum der Kohlenwasserstoff-Deckschicht
gleich der Zerstörung
der Deckschicht infolge Plasmapartikel-Emission ist.
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Daher
stellt die vorliegende Erfindung einen lithographischen Projektionsapparat
bereit, bei dem die Standzeit der Spiegel verlängert wird, während die
Effizienz des Systems aufrechterhalten bleibt, da ein hohes Reflexionsvermögen der
Spiegel erhalten wird.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines
Bausteins mit Hilfe eines lithographischen Projektionsapparates,
das die folgenden Schritte umfasst:
- – Bereitstellen
eines Substrates, das mindestens teilweise von einer Schicht aus
strahlungsempfindlichem Material bedeckt ist;
- – Bereitstellen
eines Projektionsstrahls der Strahlung unter Verwendung eines Strahlungssystems;
- – Verwenden
von Bemusterungsvorrichtungen, um den Projektionsstrahl mit einem
Muster in seinem Querschnitt zu versehen;
- – Projektion
des bemusterten Strahls der Strahlung auf einen Zielabschnitt der
Schicht aus strahlungsempfindlichem Material;
gekennzeichnet
durch die folgenden Schritte - – Zufuhr
eines gasförmigen
Kohlenwasserstoffes in einen Raum, der einen Spiegel enthält;
- – Überwachung
des Reflexionsvermögens
dieses Spiegels bzw. Überwachung
des Restdruckes in diesem Raum; und
- – Steuerung
der Menge an gasförmigem
Kohlenwasserstoff, der dem Raum zugeführt wird, als Reaktion auf
das Reflexionsvermögen
des Spiegels bzw. des Restdruckes in dem Raum.
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In
einer Ausführungsart
des Verfahrens kann der Spiegel mindestens 40 Mehrfachschichten
umfassen und das Verfahren beinhaltet weiterhin den Schritt der
Anpassung der Menge an dem, dem Raum zugeführten, gasförmigen Kohlenwasserstoff, so
dass die obere(n) Schicht(en) des Spiegels durch Sputtern entfernt
werden.
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Die
Erfinder haben festgestellt, dass dieses Verfahren, das auf der
Kontrolle der Stärke
einer dynamisch zunehmenden Deckschicht basiert, verwendet werden
kann, um die Lebensdauer der Spiegel zu verlängern. Wenn dieses Verfahren
verwendet wird, kann die Stärke
der Deckschicht, die sich auf dem Spiegel bildet, als Reaktion auf
das gemessene Reflexionsvermögen
des Spiegels oder den Restdruck in dem Raum kontrolliert werden.
Sobald die Reflexion des Spiegels beispielsweise zu gering ist,
verringert sich der Druck in der Kammer, und verringert somit die
Stärke
der dynamischen Deckschicht infolge einer relativen Erhöhung der
Sputteringrate. Dadurch wird die Deckschicht und/oder die obere
Schicht (die oberen Schichten) entfernt und eine saubere Spiegeloberfläche bereitgestellt.
Wenn der Mehrfachschichten-Spiegel zusätzliche Spiegelschichten erhält, die
das Reflexionsvermögen
nicht maßgeblich erhöhen würden, kann
man sogar einige seiner oberen Schichten sputtern, ohne sein Reflexionsvermögen dadurch
erheblich zu verschlechtern. Das Sputtern der oberen Schichten kann
mehrere Male durchgeführt
werden, bevor der Spiegel ausgetauscht werden muss. In diesem Fall
ist es wünschenswert,
das Reflexionsvermögen
des Spiegels zu überwachen und
noch wünschenswerter
ist es, dass sowohl das Reflexionsvermögen als auch der Restdruck überwacht
werden.
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Mit
diesem Verfahren wird deshalb die Lebensdauer der Spiegel erhöht und außerdem ist
dadurch die konstante und präzise Überwachung
des Druckes der Gase, die dem System zugeführt werden, nicht mehr unerlässlich.
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Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bausteins, wie es in Anspruch
13 definiert wird.
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Es
wurde zuvor festgestellt, dass die Einführung von Ethanol in einen
Projektionsapparat zur Bildung einer selbstbegrenzenden Deckschicht
auf einer Oberfläche
führt.
Sobald also die maximale Stärke
der Ethanol-Deckschicht erreicht ist, wird sie trotz kontinuierlicher
Anwendung eines teilweisen Ethanoldruckes über die Zeit nicht zunehmen.
Darüber wurde
im Kontext des Schutzes von Projektionsoptik vor Oxidation infolge
des Vorhandenseins von Wasser und EUV-Strahlung berichtet (Klebanoff,
EUV LLC 3Q98 Quarterly Review (1999)). Alternativ wird die Stärke der
Deckschicht auch begrenzt, wenn der Spiegel gleichzeitig mit der
Einführung
von Ethanol einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff, Wasser etc. ausgesetzt
wird. In Verbindung mit Ultraviolettstrahlung oxidiert der Kohlenstoff
aus der Deckschicht und wird von der Oberfläche entfernt. Schließlich wird
nur eine relativ dünne
Deckschicht gebildet. Doch diese Erfinder haben die oben beschriebenen
Verfahren auf die vorliegende Erfindung angewendet und festgestellt,
dass die Verwendung eines Alkohols wie Ethanol als Kohlenwasserstoff
für die
Einführung
in den Raum, der einen Spiegel enthält, besonders vorteilhaft ist.
Die Alkoholdeckschicht liefert sämtliche Vorteile
der vorliegenden Erfindung, da insbesondere der Schutz der Spiegeloberfläche und
die Leistungsfähigkeit
des Apparates aufgrund des Reflexionsvermögens des Spiegels erhalten
bleiben. Sie hat aber auch den Vorteil, dass eine sorgfältige Überwachung des
Restdruckes des Alkohols nicht erforderlich ist.
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Auch
wenn in diesem Text speziell auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Apparates
bei der Herstellung von ICs (integrierten Schaltungen) Bezug genommen
wird, so wird doch ausdrücklich darauf
hingewiesen, dass ein solcher Apparat darüberhinaus auch noch viele weitere
Anwendungsmöglichkeiten
besitzt. So kann er beispielsweise auch bei der Herstellung von
integrierten optischen Systemen, Führungs- und Erfassungsmodellen
für Magnetblasenspeicher,
LCD-Tafeln, Dünnschicht-Magnetköpfen etc.
verwendet werden. Der Fachmann wird wissen, dass im Kontext dieser
alternativen Anwendungen die Verwendung der Begriffe "Retikel", "Wafer" oder "Chip" bzw. "Plättchen" (engl. die) in diesem Text
als durch die allgemeineren Begriffe "Maske", "Substrat" bzw. "Zielabschnitt" ersetzt angesehen werden
sollte.
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Die
Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend unter Bezugnahme
auf beispielhafte Ausführungsarten
und schematische Begleitzeichnungen weiter veranschaulicht. Es zeigen
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1 einen
lithographischen Projektionsapparat gemäß der Erfindung; und
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2 das
Strahlungssystem eines lithographischen Projektionsapparates gemäß der Erfindung.
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In
den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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In
der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Verwendung
eines Bezugssystems einer orthogonalen X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung
beschrieben.
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Ausführungsart
1
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In 1 wird
ein lithographischer Projektionsapparat gemäß einer bestimmten Ausführungsart der
Erfindung schematisch dargestellt. Der Apparat umfasst
ein
Bestrahlungssystem Ex, IL, um einen Projektionsstrahl PB der Strahlung
(z.B. Extremultraviolettstrahlung) zu liefern. In diesem speziellen
Fall umfasst das Bestrahlungssystem auch eine Strahlungsquelle LA;
einen
ersten Objekttisch (Maskentisch) MT mit einem Maskenhalter zum Halten
einer Maske MA (z.B. ein Retikel), der mit ersten Positionierelementen
PM verbunden ist, um die Maske in Bezug auf Teil PL korrekt zu positionieren;
einen
zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT mit einem Substrathalter
zum Halten eines Substrats W (z.B. Silizium-Wafer mit Resist-Überzug),
der mit zweiten Positionierelementen PW verbunden ist, um das Substrat
in Bezug auf Teil PL korrekt zu positionieren;
ein Projektionssystem
("Linse") PL (z.B. eine Gruppe von
Spiegeln) zur Abbildung eines bestrahlten Abschnittes der Maske
MA auf einen Zielabschnitt C (z.B. mit einem Plättchen/Chip oder mehreren Plättchen/Chips;
engl.: die) des Substrates W.
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Wie
hier veranschaulicht, handelt es sich um einen Reflexionssapparat
(d.h. er besitzt eine reflektierende Maske). Doch im allgemeinen
kann es sich auch um einen Transmissionsapparat handeln (beispielsweise
mit einer lichtdurchlässigen
Maske). Alternativ kann der Apparat auch eine andere Art von Bemusterungsvorrichtung
verwenden, wie beispielsweise eine programmierbare Spiegelanordnung
der Art, wie sie oben beschrieben worden ist.
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Die
Quelle LA (z.B. eine lasererzeugte Plasmaquelle oder eine Entladequelle)
erzeugt einen Projektionsstrahl der Strahlung. Dieser Strahl wird entweder
direkt oder nach Durchlaufen einer Aufbereitungseinrichtung, wie
beispielsweise ein Strahl-Expander Ex, in eine Beleuchtungseinrichtung (Illuminator)
IL eingeführt.
Der Illuminator IL kann Verstelleinrichtungen AM für die Einstellung
der äußeren und/oder
inneren radialen Reichweite (im allgemeinen als σ-outer bzw. σ-inner bezeichnet) der Intensitätsverteilung
in dem Strahl besitzen. Zusätzlich
besitzt er im allgemeinen verschiedene andere Komponenten, wie einen
Integrator IN und einen Kondensator CO. Auf diese Art und Weise
besitzt der Strahl PB, der auf die Maske MA auftrifft, eine gewünschte Gleichmäßigkeit
und Intensitätsverteilung in
seinem Querschnitt.
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Unter
Bezugnahme auf 1 sollte darauf hingewiesen
werden, dass sich die Strahlungsquelle LA innerhalb des Gehäuses des
lithographischen Projektionsapparates befinden kann (wie das oft
der Fall ist, wenn es sich bei der Quelle LA beispielsweise um eine
Quecksilberlampe handelt), doch dass sie sich ebenso auch in einer
Entfernung von dem lithographischen Projektionsapparat befinden
kann, wobei der Projektionsstrahl der Strahlung, der erzeugt wird,
in den Apparat hineingeführt
wird (z.B. mit Hilfe geeigneter Richtspiegel); diese letztere Anordnung wird
oft dann gewählt,
wenn es sich bei der Strahlungsquelle LA um einen Excimer-Laser
handelt. Die gegenwärtige
Erfindung und Ansprüche
umfassen diese beiden Anordnungen.
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Der
Strahl PB fängt
anschließend
die Maske MA ab, die auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nachdem
er die Maske MA durchquert hat, verläuft der Strahl PB durch die
Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielabschnitt C des Substrates
W fokussiert. Mit Hilfe der zweiten Positionierelemente (und der
interferometrischen Messeinrichtung IF) kann der Substrattisch WT
exakt bewegt werden, z.B. um die verschiedenen Zielabschnitte C
in dem Strahlengang PB zu positionieren. In ähnlicher Art und Weise können die
ersten Positionierelemente dazu verwendet werden, um die Maske MA
in Bezug auf den Strahlengang PB exakt zu positionieren, z.B. nach
dem mechanischen Abruf der Maske MA aus einer Maskenbibliothek oder
während
einer Abtastung (scan). Im allgemeinen erfolgt die Bewegung der
Objekttische MT, WT mit Hilfe eines langhubigen Moduls (grobe Positionierung)
und eines kurzhubigen Moduls (Feinpositionierung), die in 1 nicht
ausdrücklich
dargestellt sind. Doch im Falle eines Wafer Steppers (im Gegensatz
zu einem Step-and-Scan Apparat) kann der Maskentisch MT einfach
mit einem kurzhubigen Stellorgan verbunden werden, oder er kann
befestigt werden.
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Der
dargestellte Apparat kann auf zwei verschiedene Arten verwendet
werden:
- 1. Im Step-Modus wird der Maskentisch
MT im wesentlichen stationär
gehalten und ein ganzes Maskenbild wird in einem Durchgang (d.h.
einem einzigen "Flash") auf einen Zielabschnitt
C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in X- und/oder Y-Richtung
verschoben, so dass ein anderer Zielabschnitt C von dem Strahl PB
bestrahlt werden kann;
- 2. Im Scan-Modus gilt im wesentlichen die gleiche Anordnung,
außer
dass ein vorgegebener Zielabschnitt C nicht in einem einzigen "Flash" belichtet wird.
Stattdessen kann der Maskentisch MT mit einer Geschwindigkeit v
in eine vorgegebene Richtung (die sogenannte "Scan-Richtung", z.B. die y-Richtung) bewegt werden,
so dass der Projektionsstrahl PB dazu gebracht wird, ein Maskenbild
abzutasten; gleichzeitig wird der Substrattisch WT mit einer Geschwindigkeit
V = Mv in die gleiche oder in die entgegengesetzte Richtung bewegt,
wobei M die Vergrößerung der
Linse PL (meistens M = 1/4 oder 1/5) ist. Auf diese Art und Weise
kann ein relativ großer
Zielabschnitt C belichtet werden, ohne dass die Auflösung beeinträchtigt wird.
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2 veranschaulicht
das Bestrahlungssystem LA, IL in genauerem Detail. Die Quelle LA
zur Lieferung eines Projektionsstrahl PB der Strahlung, wie sie
unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wird, ist zusammen
mit einem Kollektorspiegel CM in einer Kammer 3 enthalten.
Die von der Quelle erzeugte Strahlung wird von dem Kollektorspiegel
CM weg reflektiert und als Strahl PB zu den verschiedenen anderen
optischen Komponenten in dem Beleuchtungssystem IL, wie sie oben
beschrieben wurden, hin gelenkt. Einige der optischen Komponenten in
dem Beleuchtungssystem, wie es hier beschrieben wird, sind nicht
in der Kammer 3 enthalten. Doch einige oder alle der optischen
Komponenten des Beleuchtungssystems IL können zusätzlich zu dem Kollektorspiegel
CM in der Kammer 3 enthalten sein.
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Die
Kammer 3 umfasst eine Gaszufuhreinrichtung für die Zufuhr
von gasförmigem
Kohlenwasserstoff, beispielsweise einen Alkohol wie Ethanol, in die
Kammer, wobei die Einrichtung eine Zufuhr des erforderlichen Kohlenwasserstoffes 6,
bei dem es sich um eine Flasche mit unter Druck stehendem gasförmigem oder
flüssigem
Kohlenwasserstoff handeln kann, umfasst. Ein Eintritt 2 mit
einem Ventil wird ebenfalls bereitgestellt. Der Partialdruck des
Kohlenwasserstoffes in der Kammer kann mit Hilfe des Ventils gesteuert
werden. Die Kammer kann auch eine Drucksensoreinrichtung 5 zur Überwachung
des Restdruckes in der Kammer und/oder eine Reflexionssensoreinrichtung 7 zur Überwachung
des Reflexionsvermögens
des Kollektorspiegels CM umfassen. Vorzugsweise umfasst die Kammer
sowohl die Drucksensoreinrichtung als auch die Reflexionssensoreinrichtung 5 und 7.
Mit der Reflexionssensoreinrichtung kann das Reflexionsvermögen des
Spiegels überwacht
werden, indem die Intensität
des Strahls entlang dem Projektionsstrahl PB gemessen wird, oder
indem das Reflexionsvermögen
des Kollektorspiegels direkt gemessen wird.
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In
einem spezifischen Fall der vorliegenden Erfindung handelt es sich
bei der Quelle LA um eine Plasmaquelle, die einen Strahl PB der
EUV-Strahlung erzeugt. Die Plasmaquelle stößt auch schnelle Atome und
Ionen 8 in alle Richtungen aus und diese ausgesendeten
Partikel können
mit den verschiedenen optischen Komponenten in der Kammer, insbesondere
mit dem Kollektorspiegel CM, in Berührung kommen.
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Ein
Kohlenwasserstoff wird über
den Eintritt 2 in die Kammer 3 eingeführt und
die Kohlenwasserstoffmoleküle
lagern sich an der Oberfläche
des Spiegels CM an und bilden somit eine Deckschicht auf dem Spiegel
CM. Diese Deckschicht wird infolge der Einwirkung oder des Sputterns
der schnellen Atome und Ionen, die von der Plasmaquelle erzeugt
werden, allmählich
erodiert. Durch Anpassen der Kohlenwasserstoffmenge, die über den
Eintritt 2 in die Kammer 3 eingeführt wird,
kann die Deckschicht ungefähr
in derselben Geschwindigkeit anwachsen, mit der sie durch Sputtern
abgetragen wird.
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Die
erforderliche Menge an Kohlenwasserstoff kann mit Hilfe der Drucksensoreinrichtung und/oder
Reflexionssensoreinrichtung 5 und 7 festgestellt
werden. Wenn die Drucksensoreinrichtung 5 beispielsweise
anzeigt, dass der Druck in der Kammer zu niedrig ist, nimmt die
Deckschicht langsamer zu als sie durch Sputtern abgetragen wird,
und die Menge an Kohlenwasserstoff, der in die Kammer eingeführt wird,
sollte erhöht
werden. Wenn die Reflexionssensoreinrichtung 7 beispielsweise
anzeigt, dass das Reflexionsvermögen
abgenommen hat, nimmt die Deckschicht schneller zu als sie durch
Sputtern abgetragen wird und die Menge an Kohlenwasserstoff, die
in die Kammer eingeführt
wird, sollte verringert werden, bis das Reflexionsvermögen wieder
ein annehmbares Niveau erreicht. Es ist wünschenswert, dass die Deckschicht
zumindest so rasch zunimmt, wie sie durch Sputtern abgetragen wird,
um den Schutz der Oberfläche
des Kollektorspiegels CM zu gewährleisten.
Die am meisten bevorzugte Situation ist ein stabiler Zustand, bei
dem die Zunahme der Deckschicht der Geschwindigkeit entspricht,
mit der sie durch Sputtern abgetragen wird.
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Ausführungsart
2
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In
einer zweiten Ausführungsart
der Erfindung, die dieselbe ist wie die erste Ausführungsart, außer wie
unten beschrieben, handelt es sich bei dem Kohlenwasserstoff, der
in die Kammer eingeführt
wird, um einen Alkohol, vorzugsweise Ethanol. In diesem Fall wird
Ethanol im allgemeinen mit einem im wesentlichen konstanten Druck
zugeführt
und es kann sich eine selbstbegrenzende Deckschicht auf dem Kollektorspiegel
CM bilden. Die Geschwindigkeit, mit der Ethanol in die Kammer eingeführt wird, muss
ausreichen, um einen Partialdruck von Ethanol in der Kammer bereitzustellen,
damit die Moleküle, die
durch Sputtern von der Deckschicht abgetragen werden, rasch ersetzt
werden können.
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Der
erforderliche Mindestpartialdruck von Ethanol, der der Kammer zugeführt werden
muss, hängt
von dem Fluss schädlicher
Partikel (z.B. Xenon (Xe)) zu dem Spiegel ab. Der maximale Fluss
schädlicher
Xenonpartikel Γ max / Xe lässt sich
wie folgt berechnen:
wobei n
xe die
durchschnittliche Xenonatomdichte (meistens 2 × 10
24 m
–3),
V
focus das Fokusvolumen (0,025 mm
–3)
des Laserstrahls, f
rep die Folgefrequenz der
Quelle (6 kHz) und d der Abstand zwischen dem Plasma und dem Spiegel
ist.
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Der
Molekularfluss von Ethanol ⎾
eth zu
dem Spiegel kann wie folgt berechnet werden:
wobei p
eth der
Partialdruck von Ethanol, k
B die Boltzmann-Konstante,
T die absolute Temperatur und M
eth die Ethanolmasse
ist. Auf der Grundlage der Annahme, dass bei jedem Xenon-Ion oder
Xenon-Atom, das auf die Spiegeloberfläche trifft, ein einzelnes Ethanolmolekül von der
Deckschicht abgestoßen wird,
und sich nur 0,01% Ethanolmoleküle
an der Spiegeloberfläche
anlagern, um zu verhindern, dass die Ethanolschicht durch Sputtern
abgetragen wird, müssen
10
–4 ⎾
eth größer sein
als der Xenonfluss. Wenn der Abstand d zwischen dem Plasma und dem Spiegel
deshalb beispielsweise mindestens 10 cm beträgt, muss der Partialdruck von
Ethanol mindestens 10
–2 mbar betragen.
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Doch
wenn angenommen wird, dass sich mehr als 0,01 %, beispielsweise
100 %, Ethanolmoleküle
an die Spiegeloberfläche
anlagern, kann ein niedrigerer Partialdruck von Ethanol verwendet
werden. In diesem Fall ist beispielsweise bei einem Abstand d von
mindestens 10 cm ein Partialdruck von Ethanol von mindestens 10–6 mbar
erforderlich.
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Idealerweise
wird in dieser Ausführungsart ein
bestimmter Partialdruck von Ethanol ausgewählt und dieser Druck wird mit
einer im wesentlichen konstanten Rate angewendet. Auf diese Art
und Weise ist eine Überwachung
des Druckes und des Reflexionsvermögens nicht erforderlich. Doch
es wird bevorzugt, dass der Druck und/oder das Reflexionsvermögen und
vorzugsweise beides auf jeden Fall überwacht werden, wie in Ausführungsart
1 beschrieben und bei Bedarf können
Anpassungen des Partialdruckes durchgeführt werden. Die Überwachung
des Partialdruckes kann jedoch weniger häufig und weniger genau vorgenommen
werden, als wenn andere Kohlenwasserstoffe als ein Alkohol verwendet
werden.
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Ausführungsart
3
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In
einer dritten Ausführungsart
der Erfindung, die dieselbe ist wie die erste Ausführungsart, außer wie
unten unter Bezugnahme auf 2 beschrieben,
handelt es sich bei dem Kollektorspiegel CM um einen mehrschichtigen
Spiegel. Der mehrschichtige Spiegel CM besitzt mindestens 40 Schichten,
vorzugsweise mindestens 50 Schichten und am meisten bevorzugt mindestens
60 Schichten.
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Das
System umfasst eine Gaszufuhreinrichtung 6 für die Zufuhr
eines Kohlenwasserstoffgases. Diese Einrichtung umfasst eine Quelle
des erforderlichen Gases 6. Ein Eintritt 2 wird
ebenfalls bereitgestellt. Das Gas wird der Kammer 3 zugeführt und
der Partialdruck der Gase in der Kammer kann über den Sensor 5 überwacht
werden. Der Druck des Gases in dem System wird hoch genug gehalten,
so dass die Deckschicht der Gaspartikel, die sich auf dem mehrschichtigen
Spiegel CM bildet, im Laufe der Zeit nicht erodiert.
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Die
Reflexionssensoreinrichtung 7 wird dazu verwendet, um festzustellen,
wenn das Reflexionsvermögen
des mehrschichtigen Spiegels abnimmt, weil die Deckschicht auf dem
Spiegel zu dick wird. Wenn dies geschieht, kann der Druck des Gases
in der Kammer gesenkt werden, so dass sich die Sputterrate erhöht. Eine
Erhöhung
der Sputterrate führt dazu,
dass die oberste Schicht oder die obersten Schichten des mehrschichtigen
Spiegels zusammen mit der Deckschicht entfernt werden. Der Gasdruck
in dem System wird dann erneut erhöht, um zu verhindern, dass
weitere Schichten entfernt werden.
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Auch
wenn in dieser Ausführungsart
nur mehrschichtige Spiegel beschrieben werden, ist es nicht beabsichtigt,
die Erfindung dadurch einzuschränken.
Eine Alternative ist ein Spiegel für streifenden Einfall (grazing
incidence mirror – Spiegel,
auf die Strahlung in einem Winkel von weniger als ca. 20 Grad gelenkt
wird – die
nicht unbedingt mehrere Schichten umfassen, sondern aus einer einzigen
Metallschicht hergestellt werden können. Auch diese Spiegel werden
schlechter, wenn sie den Atomen und Ionen ausgesetzt sind, die von
der EUV-Strahlungsquelle erzeugt werden. Dieselben Verfahren können auch
auf diese Spiegel angewendet werden.
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Auch
wenn wir oben spezifische Ausführungsarten
der Erfindung beschrieben haben, sollte klar sein, dass die Erfindung
auch auf andere Art und Weise als in der beschriebenen Art verwendet
werden kann. Mit der Beschreibung soll die Erfindung nicht eingeschränkt werden.
