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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines optischen Elements für ein optisches System, insbesondere für die Mikrolithographie.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Zur Herstellung von in der Beleuchtungseinrichtung oder dem Projektionsobjektiv eingesetzten optischen Elementen (z.B. Spiegeln oder Linsen) wird i.d.R. ein Substrat mit einer oder mehreren (Funktions-)Schichten (z.B. einem Reflexionsschichtsystem) beschichtet.
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Dabei besteht in der Praxis ein Bedarf, die Wirkung des betreffenden optischen Elements auf die Systemwellenfront im jeweiligen optischen System möglichst exakt bzw. unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Spezifikation einzustellen. Hierzu kann im Laufe des Fertigungsprozesses insbesondere für das jeweilige optische Element eine Kompaktierung des Substrats, d.h. die Erzeugung lokaler Verdichtungen in dem Substratmaterial, erfolgen, indem das Substratmaterial einer geeigneten, die Kompaktierung bewirkenden Strahlung (z.B. Elektronen oder elektromagnetische Strahlung eines Pulslasers) ausgesetzt wird.
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In der Praxis kann jedoch der Fall auftreten, dass eine Überarbeitung des betreffenden optischen Elements (z.B. des Spiegels oder der Linse) erforderlich wird, wenn etwa die jeweilige Wellenfrontwirkung des optischen Elements z.B. aufgrund von Alterungseffekten oder auch infolge anderenorts im jeweiligen optischen System auftretenden Aberrationen nicht mehr der optimalen Wellenfrontwirkung entspricht. Dabei tritt das Problem auf, dass eine Material abtragende, mechanische Bearbeitung zur vollständigen Entfernung des jeweils kompaktierten Bereichs häufig über eine vergleichsweise große Tiefe (von z.B. größenordnungsmäßig 30µm oder mehr) zu erfolgen hat und somit fertigungstechnisch aufwendig ist.
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Des Weiteren kann sich im Lithographieprozess auch eine nachträgliche Veränderung der Wellenfrontwirkung des jeweiligen kompaktierten Elements – z.B. zur Einstellung einer insgesamt gewünschten Systemwellenfront – als wünschenswert erweisen, so dass insoweit auch ein Bedarf nach einer flexiblen Modifikation der aus einer Kompaktierung letztlich resultierenden Oberflächenform bzw. Wellenfrontwirkung eines optischen Elements besteht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bearbeiten eines optischen Elements für ein optisches System, insbesondere für die Mikrolithographie, bereitzustellen, welches die Erzeugung einer gewünschten Wellenfrontwirkung mit möglichst geringem fertigungstechnischem Aufwand ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten eines optischen Elements für ein optisches System, insbesondere für die Mikrolithographie, weist das optische Element ein Substrat auf, wobei das Substrat wenigstens einen kompaktierten Bereich mit erhöhter Dichte aufweist.
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Das Verfahren weist den Schritt auf: Einkoppeln von Wärmeenergie in das Substrat derart, dass durch eine über diese Wärmeenergie in das Substrat eingebrachte mechanische Spannung eine durch den kompaktierten Bereich in dem Substrat induzierte mechanische Spannung wenigstens teilweise kompensiert wird.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einem bereichsweise kompaktierten (d.h. eine lokale Dichtevariation aufweisenden) Substrat spannungsbedingte Auswirkungen dieser Kompaktierung, insbesondere eine mit der Kompaktierung einhergehende Änderung des Dickenprofils des optischen Elements, wenigstens teilweise dadurch zu kompensieren bzw. rückgängig zu machen, dass gezielt Wärmeenergie in das Substrat eingetragen wird. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass eine in einem amorphen Material wie z.B. Quarzglas vorhandene Kompaktierung sich zwar unter „Normalbedingungen“ (etwa bei Raumtemperatur) als im Wesentlichen stabil und irreversibel erweist, jedoch im Wege eines lokal oder global erfolgenden Energieeintrags in das Substrat der ursprüngliche Glaszustand, welcher vor der Kompaktierung vorhanden gewesen war, wiederhergestellt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei zum einen zu einer im Wesentlichen vollständigen Erneuerung des Substrats (im Sinne eines „Recycling“) genutzt werden, wobei eine zur Erzielung der gewünschten optischen Wirkung des betreffenden optischen Elements benötigte Schicht bzw. ein optisch wirksames Schichtsystem zuvor entfernt und nach der erfindungsgemäßen Einkopplung von Wärmeenergie erneut aufgebracht wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren daher vor dem Einkoppeln von Wärmeenergie in das Substrat den Schritt auf: Entfernen wenigstens einer optisch wirksamen Schicht von dem Substrat.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt dabei das Einkoppeln von Wärmeenergie in das Substrat über die gesamte, durch das Entfernen der wenigstens einen optisch wirksamen Schicht freigelegte Oberfläche des Substrats.
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In weiteren Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Einkopplung von Wärmeenergie auch von einem außerhalb eines (nicht entfernten und somit weiterhin auf dem Substrat befindlichen) optisch wirksamen Schichtsystems aus erfolgen, z.B. in einem für mechanische Fassungen oder dergleichen vorgesehenen Randbereich des optischen Elements. Hierbei macht sich die Erfindung die weitere Erkenntnis zugrunde, dass auch über eine nur in bestimmten (z.B. Rand-)Bereichen erfolgende Wärmeenergieeinkopplung und die hiermit in das Substrat eingebrachte mechanische Spannung die Materialspannung in anderen Bereichen des Substrats (d.h. insbesondere auch in einem lateral versetzten und unterhalb des Schichtsystems befindlichen kompaktierten Bereich) geändert werden kann. Mit anderen Worten macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, dass eine nur bereichsweise bzw. lokal eingegrenzte Wärmeeinkopplung über die hierdurch bewirkte Änderung der mechanischen Spannung innerhalb des Substrats Auswirkungen auf die Verbiegung des Substrats insgesamt (d.h. auch in Bereichen, auf welchen sich das jeweilige Schichtsystem, z.B. ein Reflexionsschichtsystem eines Spiegels befindet) hat.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das optische Element daher ein auf dem Substrat angeordnetes optisch wirksames Schichtsystem auf.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt dabei das Einkoppeln von Wärmeenergie in das Substrat nur in einem Bereich außerhalb dieses Schichtsystems.
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Wenngleich die Erfindung in Ausführungsformen dazu genutzt werden kann, spannungsbedingte Auswirkungen einer in einem Substrat vorhandenen Kompaktierung ganz oder teilweise rückgängig zu machen, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.
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So kann in weiteren Ausführungsformen die erfindungsgemäße Einkopplung von Wärmeenergie in das Substrat auch dazu genutzt werden, über die vorstehend beschriebene Änderung der mechanischen Spannung im Substrat eine gezielte Verbiegung des Substrats und damit eine gezielte Wellenfrontwirkung des betreffenden optischen Elements einzustellen. Hierdurch kann z.B. eine anderenorts in dem das betreffende optische Element aufweisenden optischen System vorhandene Aberration bzw. Störung der Systemwellenfront (z.B. eine Defokussierung oder eine sphärische Aberration) wenigstens teilweise kompensiert werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Erfindung auch dazu genutzt werden, in ein Substrat zuvor durch Kompaktierung eingebrachte Strukturen (wie z.B. Kanten oder lokale Absenkungen) teilweise oder vollständig (d.h. rückstandsfrei) zu beseitigen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird durch die über die Wärmeenergie in das Substrat eingebrachte mechanische Spannung eine durch den kompaktierten Bereich in dem Substrat erzeugte Struktur wenigstens teilweise eliminiert.
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Gemäß einer Ausführungsform wird durch die über die Wärmeenergie in das Substrat eingebrachte mechanische Spannung eine durch den kompaktierten Bereich induzierte Modifikation der Oberflächenform des Substrats wenigstens teilweise eliminiert.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine mit der Modifikation der Oberflächenform des Substrats einhergehende Änderung der Wellenfrontwirkung des optischen Elements wenigstens 5nm, insbesondere wenigstens 10nm.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine durch das Einkoppeln von Wärmeenergie in das Substrat eingestellte Temperatur vorübergehend wenigstens 100°C, insbesondere wenigstens 150°C, weiter insbesondere wenigstens 300°C, und weiter insbesondere wenigstens 500°C.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Einkoppeln von Wärmeenergie in das Substrat durch Beaufschlagen mit einem erhitzten Gas.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Einkoppeln von Wärmeenergie in das Substrat durch Laserbestrahlung.
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Die Erfindung betrifft weiter ein optisches Element, insbesondere für die Mikrolithographie, welches unter Anwendung eines Verfahrens mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen hergestellt ist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv, sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform;
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3–4 Diagramme zur weiteren Erläuterung der Ausführungsformen von 1 bzw. 2; und
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5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren werden zunächst unter Bezugnahme auf 1–5 mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens eines optischen Elements (z.B. eines Spiegels oder einer Linse) beschrieben.
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Bei dieser Herstellung eines optischen Elements in Form eines Spiegels oder einer Linse wird eine Schicht oder ein Schichtsystem (welches etwa im Falle eines Spiegels z.B. ein Reflexionsschichtsystem aus Molybdän- und Siliziumschichten aufweisen kann) auf ein Substrat aufgebracht.
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1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bearbeiten eines optischen Elements gemäß einer ersten Ausführungsform. Gemäß 1 weist ein Substrat 105 (welches z.B. aus Quarzglas oder anderen gebräuchlichen Materialien wie ULE® oder Zerodur® hergestellt sein kann) einen kompaktierten Bereich 120 auf. Wenngleich dieser kompaktierte Bereich 120 in 1 als ein Bereich konstanter Dicke über die gesamte laterale Ausdehnung des Substrats 105 dargestellt ist, kann der kompaktierte Bereich 120 in weiteren Ausführungsformen auch ein variierendes Dickenprofil (d.h. eine variierende Ausdehnung in z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) aufweisen und/oder sich in lateraler Richtung (d.h. in der x-y-Ebene im eingezeichneten Koordinatensystem) nur über einen Teilbereich des Substrats 105 erstrecken.
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Mit „110“ ist in 1 ein Schichtsystem bezeichnet, welches auf dem Substrat 105 aufgebracht ist und eine gewünschte optische Wirkung des optischen Elements 100 bereitstellt. Lediglich beispielhaft kann es sich bei dem Schichtsystem 110 um einen Reflexionsschichtstapel (z.B. in Form einer alternierenden Abfolge von Molybdän(Mo)- und Silizium(Si)-Schichten) handeln. Des Weiteren kann es sich bei dem Schichtsystem 110 auch um eine Einzelschicht (z.B. eine Ruthenium(Ru)-Schicht eines für den Betrieb unter streifendem Einfall ausgelegten Spiegels) handeln. In weiteren Anwendungen kann das optische Element 100 auch eine Linse sein, wobei das Schichtsystem 110 z.B. eine Antireflexionsschicht dieser Linse sein kann.
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Wie in 1 schematisch über Blockpfeile dargestellt ist, erfolgt gemäß der Erfindung das Einkoppeln von Wärmeenergie in das Substrat 105, wobei diese Wärmeenergieeinkopplung im Ausführungsbeispiel von 1 nur außerhalb des Schichtsystems 110 vorgenommen wird. Hierzu kann beispielsweise ein (für mechanische Fassungen oder dergleichen) vorgesehener und nicht mit dem Schichtsystem 110 beschichteter Bereich des Substrats 105 genutzt werden. Die Wärmeeinkopplung kann durch Beaufschlagung mit einem erhitzten Gas (z.B. Sauerstoff, Stickstoff oder einem Edelgas) erfolgen. Hierzu kann lediglich beispielhaft der von einer Plasmaquelle austretende heiße Gasstrom genutzt werden. Neben den vorstehend genannten Gasen können auch andere geeignete Gase verwendet werden (wobei bei Auswahl des Gases darauf zu achten ist, dass keine unerwünschten Reaktionen bzw. Materialabträge an dem Spiegelsubstratmaterial) erfolgen.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Wärmeeinkopplung auch durch Laserbestrahlung des betreffenden Bereichs (d.h. in 1 des Randbereichs) des Substrats 105 erfolgen.
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Ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre, kann die Wärmeeinkopplung gemäß 1 z.B. unter Einstellung einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 250°C erfolgen. In weiteren Ausführungsformen kann durch die erfindungsgemäße Wärmeenergieeinkopplung auch eine wesentlich höhere Temperatur (z.B. von wenigstens 550°C) eingestellt werden. Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Wärmeeinkopplung je nach den konkreten Gegebenheiten bzw. der Beschaffenheit des kompaktierten Bereichs 120 über eine verhältnismäßig kurze Zeitspanne (von z.B. wenigen Sekunden) oder auch über eine längere Zeitspanne (z.B. von einigen Stunden) erfolgen.
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Gemäß 3 kann das anhand von 1 beschriebene erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dazu genutzt werden, vergleichsweise „langwellige“ (auf vergleichsweise großer Ortsskala variierende) spannungsbedingte Strukturen bzw. damit einhergehende Wellenfrontänderungen zu modifizieren bzw. wenigstens teilweise zu beseitigen. Aus den in 3 gezeigten Kurven ist erkennbar, dass die Beeinflussung einer bestimmten Deformation umso stärker temperaturabhängig ist, je langwelliger sie ist (bzw. je niedriger die Ordnung ist). Dabei sind die jeweiligen Ordnungen entsprechend einer Oberflächenbeschreibung gemäß den orthogonalen Polynomen nach Zernike angegeben. Hier sind beispielhaft die niederzähligen Radialpolynome bzw. die Terme niedriger Ordnung aufgezeigt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Gemäß 2 erfolgt die erfindungsgemäße Wärmeeinkopplung nach vorheriger Entfernung eines ursprünglich auf dem Substrat 205 vorhandenen (und in 2 nicht mehr dargestellten) Schichtsystems, wobei hier die Wärmeeinkopplung über die gesamte freigelegte Oberfläche des Substrats 205 vorgenommen wird. Auf diese Weise kann eine vollständige Erneuerung des Substrats 205 (im Sinne eines „Recycling“) erfolgen. Des Weiteren können spannungsbedingte Auswirkungen der Kompaktierung (z.B. in Form von Kanten oder lokalen Absenkungen) im Wesentlichen rückstandsfrei beseitigt werden.
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4 zeigt lediglich beispielhafte Temperaturabhängigkeiten der letztlich verbleibenden Strukturhöhe für zwei unterschiedliche Strukturen (wobei lediglich beispielhaft jeweils zwei unterschiedliche Fits eingezeichnet sind). Aus der eingezeichneten Extrapolation ist ersichtlich, dass bei Einstellung von Temperaturen im Bereich von 550°C bis 650°C die betreffenden Strukturen rückstandsfrei beseitigt werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, wobei die vorliegende Erfindung bei der Herstellung eines beliebigen optischen Elements der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung bei der Herstellung optischer Elemente für den Betrieb im EUV beschränkt, sondern auch bei der Herstellung optischer Elemente (insbesondere in Form von Spiegeln oder Linsen) für andere Arbeitswellenlängen (z.B. im VUV-Bereich bzw. bei Wellenlängen kleiner als 250nm) realisierbar.
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Gemäß 5 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 500 einen Feldfacettenspiegel 503 und einen Pupillenfacettenspiegel 504 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 503 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 501 und einen Kollektorspiegel 502 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 504 sind ein erster Teleskopspiegel 505 und ein zweiter Teleskopspiegel 506 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 507 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 551–556 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 521 auf einem Maskentisch 520 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 561 auf einem Wafertisch 560 befindet.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011084117 A1 [0007]
