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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe ist insbesondere vorteilhaft in optischen Systemen mit verstellbaren optischen Elementen (weiter insbesondere mit einer Mehrzahl unabhängig voneinander verstellbarer optischer Elemente) einsetzbar, beispielsweise in einem Facettenspiegel in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern allgemein auch in anderen optischen Systemen einsetzbar, in denen eine effiziente Wärmeabfuhr realisiert werden soll.
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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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In einer für EUV (d.h. für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 15 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden mangels Vorhandenseins lichtdurchlässiger Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
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Insbesondere ist in der Beleuchtungseinrichtung der Einsatz von Facettenspiegeln in Form von Feldfacettenspiegeln und Pupillenfacettenspiegeln als bündelführende Komponenten z.B. aus
DE 10 2008 009 600 A1 bekannt. Derartige Facettenspiegel sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln oder Spiegelfacetten aufgebaut, welche jeweils zum Zwecke der Justage oder auch zur Realisierung bestimmter Beleuchtungswinkelverteilungen über Festkörpergelenke (z.B. um zwei zueinander senkrechte Kippachsen) kippbar ausgelegt sein können. Des Weiteren ist auch in einer Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb bei Wellenlängen im VUV-Bereich ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zur Einstellung definierter Beleuchtungssettings (d.h. Intensitätsverteilungen in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung) der Einsatz von Spiegelanordnungen, z.B. aus
WO 2005/026843 A2 , bekannt, welche eine Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Spiegelelemente umfassen.
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Ein in der Praxis u.a. in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage auftretendes Problem ist, dass die optischen Elemente (z.B. die vorstehend genannten Spiegelelemente) infolge Absorption der das jeweilige System im Betrieb durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung eine Wärmelast erfahren, wobei die absorbierte Wärmeenergie eine thermisch induzierte Deformation oder sogar Zerstörung der Spiegelelemente (etwa infolge eines Abplatzens des Reflexionsschichtsystem) zur Folge haben kann. Dieses Problem ist insbesondere in einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage mit einer Plasmalichtquelle besonders gravierend, da die von einer solchen Plasmalichtquelle im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung überwiegend nicht den gewünschten (Nutz-) Wellenlängenbereich aufweist und demzufolge besonders stark vor allem an den im Strahlengang ersten optischen Elementen (z.B. dem genannten Feldfacettenspiegel oder Pupillenfacettenspiegel) absorbiert wird.
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Im Falle etwa der genannten Facettenspiegel kommt erschwerend hinzu, dass die gegebenenfalls zur hochgenauen Positionierung bzw. Aktuierung verwendeten Aktoren u.a. aufgrund der vergleichsweise engen Bauräume nur relativ geringe Aktorkräfte erzeugen bzw. über begrenzte Motorleistungen verfügen mit der Folge, dass hinsichtlich der zur Aktuierung verwendeten Festkörpergelenke eine möglichst niedrige Kipp- bzw. Biegesteifigkeit zu fordern ist. Dieser Umstand erfordert wiederum vergleichsweise geringe Querschnitte der verwendeten Festkörpergelenke wie z.B. flexibler Blattfedern, welche nur eine relativ schlechte Wärmeableitung an die umgebende Struktur ermöglichen.
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Im Ergebnis stellt somit die Realisierung einer effizienten Kühlung insbesondere der genannten Facettenspiegel eine anspruchsvolle Herausforderung dar.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baugruppe, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, in welcher auch bei vergleichsweise geringem Bauraum thermisch induzierte Deformationen und/oder Degradationen infolge einer Absorption der das jeweilige System im Betrieb durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung und eine damit einhergehende Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems reduziert oder vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Baugruppe gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Baugruppe, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:
- - wenigstens ein optisches Element;
- - ein Trägerelement zum Tragen des optischen Elements; und
- - eine zwischen dem optischen Element und dem Trägerelement angeordnete Flüssigkeit;
- - wobei diese Flüssigkeit ein Ferrofluid ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine effiziente Wärmeabfuhr von einem optischen Element (wie z.B. einer Spiegelfacette eines Facettenspiegels) dadurch zu realisieren, dass als Wärmebrücke zwischen dem optischen Element und einem Trägerelement (welches wiederum mechanisch an einen Kühler gekoppelt oder selbst als Kühler ausgestaltet sein kann) eine Flüssigkeit in Form eines Ferrofluids eingesetzt wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter einem „Ferrofluid“ im Einklang mit der üblichen Terminologie eine Flüssigkeit verstanden, welche ohne Verfestigung auf magnetische Felder reagiert und in einer Trägerflüssigkeit suspendierte, typischerweise wenige Nanometer (nm) große magnetische Partikel aufweist. Ein solches Ferrofluid kann aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften auch als „superparamagnetische Flüssigkeit“ bezeichnet werden. Diese Bezeichnung wird auch dem Umstand gerecht, dass die enthaltenen Partikel (mit Durchmessern in der Größenordnung von z.B. 10nm) zu klein sind, um magnetische Domänen (sogenannte Weiss'sche Bezirke) auszubilden. Infolge der geringen Partikelgröße ist die betreffende Suspension bzw. das Ferrofluid stabil, wobei insbesondere eine (bei magnetorheologischen Flüssigkeiten mögliche) Phasentrennung nicht stattfindet.
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Durch die erfindungsgemäße Flüssigkeit bzw. das Ferrofluid wird zum einen ein großflächiger thermischer Kontakt des zu kühlenden optische Elements zum Trägerelement erreicht, zum anderen jedoch weiterhin die volle Beweglichkeit des optischen Elements gewährleistet, ohne dass unerwünschte Rückstellkräfte (welche wiederum durch Aktoren zur Aktuierung des optischen Elements zu überwinden wären) auftreten.
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Des Weiteren kann infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Flüssigkeit als Ferrofluid eine Beibehaltung der Position dieser Flüssigkeit im Bereich zwischen dem optischen Element und dem Trägerelement in einfacher Weise durch Einsatz von Magneten realisiert werden. Diese Magnete können wiederum als Permanentmagnete ausgestaltet sein und so ein Entweichen bzw. Wegfließen des Ferrofluids zuverlässig verhindern. Zugleich kann auch ein Verdampfen der Flüssigkeit durch Wahl eines Ferrofluids mit hinreichend geringem Dampfdruck verhindert werden. Dieser Dampfdruck kann je nach verwendetem Ferrofluid z.B. im Bereich von (10-8 - 10-14) Pascal (Pa) betragen.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes eines Ferrofluids besteht in der gegebenenfalls als Nebeneffekt auftretenden Dämpfungswirkung, durch welche ein unerwünschter Eintrag mechanischer Vibrationen in das jeweilige optische Element im Betrieb des optischen System verringert werden kann.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Positionierung des Ferrofluids zwischen dem optischen Element und dem Trägerelement wird eine unerwünschte Strahlungsexposition der betreffenden Flüssigkeit und eine hiermit einhergehende Kontaminationsgefahr bereits weitgehend oder vollständig verhindert, da die Flüssigkeit sich auf der der optischen Wirkfläche abgewandten Seite des optischen Elements befindet.
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Das Risiko einer Strahlungsexposition im Betrieb des optischen Systems kann jedoch durch den Einsatz einer oder mehrerer Streulichtblenden weiter verringert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist somit die erfindungsgemäße Baugruppe wenigstens eine Streulichtblende auf. Hierdurch kann eine unerwünschte Einwirkung von im Betrieb des optischen Systems bzw. der Projektionsbelichtungsanlage typischerweise vorhandenem Streulicht auf das jeweilige optische Element und eine hiermit gegebenenfalls einhergehende Zerstörung molekularer Bindungen bzw. Erzeugung von Kontaminationen verringert oder verhindert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Ferrofluid ein Perfluorpolyether auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element relativ zu einem Kühler beweglich gelagert.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Baugruppe eine Gelenkanordnung zur mechanischen Kopplung des optischen Elements an wenigstens einen zur Ausübung einer Kraft auf das optische Element ausgelegten Aktor auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Trägerelement mechanisch an einen Kühler gekoppelt oder als Kühler ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegelelement, insbesondere ein Spiegelelement einer aus einer Mehrzahl von Spiegelelementen zusammengesetzten Spiegelanordnung. Diese Spiegelelemente können unabhängig voneinander verkippbar sein.
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In diesem Fall kommen die erfindungsgemäß erzielten Vorteile im Hinblick auf die in vielen Anwendungen relativ „dichte Packung“ der einzelnen optischen Elemente (etwa der Einzelspiegel eines Facettenspiegels) besonders zum Tragen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Spiegelanordnung ein Facettenspiegel, insbesondere ein Feldfacettenspiegel oder ein Pupillenfacettenspiegel.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Baugruppe ferner eine Wechseleinheit zum Wechseln einer jeweils an einem Nutzort positionierten Spiegelfacette oder Sub-Spiegelfacette des Facettenspiegels auf. In diesem Falle kommt die Realisierung des erfindungsgemäßen Konzepts zur Wärmeabfuhr über ein Ferrofluid insofern besonders zur Geltung, als die vorstehend bereits beschriebene Beibehaltung einer stabilen Position dieses Ferrofluids über Magnete auch in Kombination mit (je nach Ausführungsform translatorisch oder rotatorisch) beweglichen Spiegelelementen unproblematisch möglich ist. Des Weiteren kann aber auch (etwa im Falle der noch detaillierter beschriebenen rotatorischen Auswechslung von jeweils am Nutzort positionierten Sub-Spiegelfacetten) das zusätzliche Problem überwunden werden, dass Kontaktbereiche zur Wärmeleitung zwischen dem optischen Element und einem gegebenenfalls vorhandenen Kühler nur in vergleichsweise geringem Maße zur Verfügung stehen.
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Gemäß einer Ausführungsform das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt.
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Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches wenigstens eine Baugruppe mit den vorstehend beschrieben Merkmalen aufweist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen optischen System bzw. mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe. Die Projektionsbelichtungsanlage kann insbesondere für einen Betrieb im EUV ausgelegt sein.
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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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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1a-c schematische Darstellungen zur Erläuterung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips;
- 2-5 schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen der Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines herkömmlichen Aufbaus einer Baugruppe mit einer Feldfacette eines Facettenspiegels; und
- 7 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1a-1c zeigen lediglich schematische und stark vereinfachte Darstellungen zur Erläuterung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips.
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Gemäß 1a-1c befindet sich zwischen einem beweglichen bzw. über (nicht dargestellte) Aktoren aktuierbaren optischen Element 10 und einem Träger 11 eine Flüssigkeit 12. Diese Flüssigkeit 12 dient zur großflächigen Wärmeabfuhr an einen mechanisch an das Trägerelement 11 gekoppelten Kühler 15.
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Bei der Flüssigkeit 12 handelt es sich um ein Ferrofluid, welches über (in 1a-1c nicht dargestellte) Magnete an der gewünschten Position zwischen dem optischen Element 10 und dem Trägerelement 11 gehalten bzw. am Wegfließen gehindert wird. Zugleich wird auch ein Verdampfen des Ferrofluids infolge des hinreichend geringen Dampfdrucks verhindert. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein kommerziell erhältliches Ferrofluid, bestehend aus einer Suspension von Fe3O4-Partikeln (Magnetit) in einem Perfluorpolyether. Alternativ ist auch die Verwendung von Partikeln auf Basis von Aluminiumoxiden, Kobalt oder Mischferriten möglich. Anstelle von einem Perfluorpolyether können auch Silikone, Glykole, Polyphenylether, Sila-Kohlenwasserstoffe (SiHC), natürliche und synthetische Kohlenwasserstoffe, Ester oder andere organische Lösungsmittel wie zum Beispiel Heptane, Xylene, Toluene oder Butanon verwendet werden.
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Bei dem optischen Element 10 kann es sich insbesondere um eine Spiegelfacette eines Facettenspiegels (z.B. eines Feldfacettenspiegels oder eines Pupillenfacettenspiegels) einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage handeln, deren Aufbau im Weiteren ebenfalls noch näher beschrieben wird.
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In 1a-1c sind zur Veranschaulichung der Beweglichkeit des optischen Elements 10 unterschiedliche Kippstellungen angedeutet, wobei unabhängig von der jeweiligen Kippstellung ein großflächiger thermischer Kontakt zum Trägerelement 11 gewährleistet bleibt. Zugleich werden durch die Flüssigkeit 12 bzw. das Ferrofluid keine unerwünschten Rückstellkräfte eingeführt mit der Folge, dass die zur Verkippung des optischen Elements 10 verwendeten Aktoren insoweit keine zusätzlichen Kräfte zur Überwindung derartiger Rückstellkräfte aufbringen müssen und in unter Bauraumaspekten wünschenswerter Weise vergleichsweise schwach ausgelegt sein können.
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Ein möglicher herkömmlicher Aufbau einer Baugruppe mit einem Aktor 67 zur Ausübung einer Kraft auf ein optisches Element 60 (z.B. Spiegelfacette) ist in 6 dargestellt, wobei mit „69“ Festkörpergelenke in Form von Blattfedern bezeichnet sind, welche in der dargestellten Baugruppe das optische Element 60 mechanisch an ein Trägerelement 61 koppeln. Der Aktor 67 ist über einen Stößel bzw. Pin 66 an das optische Element 60 mechanisch gekoppelt.
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Ausgehend von diesem für sich bekannten Aufbau von 6 zeigt nun 2 eine mögliche Realisierung der Erfindung, wobei in zu 1a-1c analoger Weise eine Flüssigkeit 22 in Form eines Ferrofluids zwischen optischem Element (z.B. Spiegelfacette) 20 und Trägerelement 21 über (als Permanentmagnete ausgelegte) Magnete 23 in im Wesentlichen stabiler Position gehalten wird. Gemäß 2 ist zusätzlich eine Streulichtblende 24 vorgesehen, welche dazu dient, im Betrieb des die Baugruppe aufweisenden optischen Systems (z.B. der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage) Streulicht von der Flüssigkeit 22 fernzuhalten und so eine unerwünschte Kontamination zu verhindern.
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3 zeigt in schematischer Darstellung eine weiter mögliche Ausführungsform der Erfindung, wobei im Vergleich zu 2 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „10“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Gemäß 3 handelt es sich bei den erfindungsgemäß zu kühlenden optischen Elementen 30a, 30b, 30c und 30d um Sub-Facetten eines Facettenspiegels, wobei jede dieser Sub-Facetten durch Bewegung des Facettenspiegels in einer der durch den Doppelpfeil angedeuteten Richtungen (d.h. entlang der x-Achse im eingezeichneten Koordinatensystem) selektiv im jeweiligen Nutzbereich positioniert (d.h. zum Führen von Beleuchtungsstrahlung verwendet) werden kann. Hierbei erfolgt wiederum in zu 2 analoger Weise eine Beibehaltung der Position der zur Wärmeabfuhr eingesetzten Flüssigkeit 32 in Form eines Ferrofluids über Magnete 33, so dass das betreffende Ferrofluid über die Magnete 33 jederzeit unterhalb der aktuell zum Führen von Beleuchtungsstrahlung verwendeten Sub-Facette (d.h. auf deren der optischen Wirkfläche entgegengesetzten Seite) gehalten wird.
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4 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform, wobei wiederum zu 3 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „10“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Ausführungsform von 4 unterscheidet sich von derjenigen aus 3 dadurch, dass die Flüssigkeit 42 bzw. das Ferrofluid gemäß 4 für einen thermischen Kontakt nicht nur der aktuell zum Führen von Beleuchtungsstrahlung genutzten Sub-Facette, sondern auch der jeweils aktuell ungenutzten Sub-Facetten zum Trägerelement 41 bzw. einem an dieses mechanisch gekoppelten Kühler sorgt.
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5a-5c zeigen in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform, wobei wiederum zu 4 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „10“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Die in 5a-5c veranschaulichte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen aus 4 insbesondere dadurch, dass gemäß 5a-5c unterschiedliche Sub-Facetten durch Drehung jeweils einer (durch die optischen Elemente 50a, 50b, bzw. 50c gebildeten) Spiegelfacette in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht werden können. Hierdurch wird im gezeigten Ausführungsbeispiel eine besonders dichte Anordnung der jeweiligen Facettenelemente erzielt.
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Gemäß 5c befindet sich die zur Wärmeabfuhr erfindungsgemäß eingesetzte Flüssigkeit 52 bzw. das Ferrofluid zwischen dem jeweils zur Realisierung der vorstehend beschriebenen Rotation eingesetzten Aktor 57 und den jeweiligen optischen Elementen bzw. Feldfacetten, wobei die zugehörige Drehachse mit „58“ bezeichnet ist. Auch in dieser Ausführungsform wird somit über die Flüssigkeit 52 bzw. das Ferrofluid eine effiziente Wärmeabfuhr (trotz nicht vorhandener großflächiger mechanischer Kopplung zwischen Träger 51 und optischen Elementen bzw. Spiegelfacetten) erzielt.
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7 zeigt lediglich schematisch den Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung beispielhaft realisierbar ist.
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Die in 7 dargestellte mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 1 weist eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 3 auf, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Objektebene OP des Projektionsobjektivs 3 beleuchtet. Das von einer Plasma-Strahlungsquelle 4 erzeugte EUV-Beleuchtungslicht gelangt über einen Kollektorspiegel 5 auf eine Zwischenfokusebene IMI und von dort über einen Feldfacettenspiegel 6, welcher mit einer Anordnung zur Aktuierung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein kann, auf einen Pupillenfacettenspiegel 7. Von dem Pupillenfacettenspiegel 7 gelangt das Beleuchtungslicht über eine Übertragungsoptik aus Spiegeln 8-10 in die Objektebene OP, in welcher eine abzubildende Strukturen aufweisende Maske (Retikel) angeordnet ist. Die Maskenstrukturen werden über das Projektionsobjektiv 3 auf die lichtempfindliche Beschichtung eines in der Bildebene IP des Projektionsobjektivs 3 befindlichen Substrats (Wafer) übertragen.
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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 102008009600 A1 [0005]
- WO 2005/026843 A2 [0005]
- DE 102014224218 A1 [0009]
- DE 102014216801 A1 [0009]
- DE 102011080318 A1 [0009]
