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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe, umfassend: ein optisches Element, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, sowie ein an dem optischen Element über mindestens eine Klebestelle befestigtes Bauteil. Die Erfindung betrifft auch ein EUV-Lithographiesystem mit mindestens einer solchen optischen Baugruppe.
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Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere optische Anordnung handeln, die EUV-Strahlung verwendet, beispielsweise um ein EUV-Inspektionssystem, z.B. um eine Anordnung zur Vermessung bzw. zur Inspektion von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen.
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Optische Elemente in optischen Anordnungen, beispielsweise in dem weiter oben beschriebenen EUV-Lithographiesystem, werden durch Klebungen mit Bauteilen in Form von Fassungen verbunden und/oder es werden an den optischen Elementen andere Arten von Bauteilen, z.B. Interface-Bauteile, angeklebt. Bei einem solchen Interface-Bauteil kann es sich z.B. um ein so genanntes Sensor-Target handeln, an dem Strahlung zur Vermessung der Position bzw. der Ausrichtung des optischen Elements reflektiert wird.
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Klebstoffe können eine Kraftwirkung auf das optische Element ausüben, die zu störenden Deformationen an der optischen Oberfläche des optischen Elements sowie ggf. des Bauteils führen. Die Kraftwirkung entsteht, weil viele Klebstoffe, beispielsweise auf Epoxidharz-Basis, durch die Aufnahme von Wasser aufquellen und sich bei der Abgabe von Wasser zusammenziehen. Letzteres erfolgt beispielsweise initial beim Aushärten des Klebstoffs. Um das Schrumpfen des Klebstoffs beim Aushärten zu korrigieren, kann die initiale Deformation, die aufgrund der initialen Schrumpfung des Klebstoffs zu erwarten ist, an der/den optischen Oberfläche(n) des optischen Elements und/oder des Bauteils vorgehalten oder am optischen Element und/oder am Bauteil nach dem Schrumpfen des Klebstoffs korrigiert werden.
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Auf diese Weise können jedoch keine Deformationen korrigiert werden, die erst beim Betrieb der optischen Baugruppe in einer optischen Anordnung, beispielsweise in einem Objektiv für die EUV-Lithographie, z.B. durch Feuchteeinwirkung auf die Klebestelle auftreten. Sowohl eine Austrocknung des Klebstoffs durch eine Spülung mit Stickstoff oder durch die Anordnung der Klebestelle in einer Vakuum-Umgebung als auch die Befeuchtung des Klebstoffs durch Schwankungen der Raumfeuchte oder beim Belüften der Vakuum-Umgebung können zu signifikanten Deformationen führen.
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Bei Klebespalten zwischen dem optischen Element und dem über die mindestens eine Klebestelle befestigten Bauteil, die typischerweise eine Spaltbreite zwischen ca. 20 um und ca. 500 µm (und eine entsprechende Dicke der Klebestelle) aufweisen, führt eine Feuchteänderung von ca. 10% rel. Feuchte bereits zu einer nachweisbaren Volumenänderung von ca. 0,01 % - 0,1 % des Klebstoffs, was zu einer Verformung und/oder Verschiebung des optischen Elements von mehreren Nanometern führen kann. Eine solche Volumenänderung ist insbesondere bei den vergleichsweise geringen Toleranzen, wie sie z.B. in der EUV-Lithographie gefordert werden, in der Regel nicht tolerierbar.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Baugruppe und ein EUV-Lithographiesystem mit mindestens einer solchen optischen Baugruppe bereitzustellen, bei denen Volumenänderungen an der Klebestelle möglichst vollständig vermieden werden können.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Baugruppe der eingangs genannten Art, die ausgebildet ist, an der mindestens einen Klebestelle eine konstante Feuchtigkeit aufrecht zu erhalten. Unter einer konstanten Feuchtigkeit wird im Sinne dieser Anmeldung eine relative Feuchtigkeit verstanden, die innerhalb eines Wertebereichs von nicht mehr als ca. 5 % rel. Feuchte, bevorzugt von nicht mehr als ca. 2 % rel. Feuchte schwankt.
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Die Erfinder schlagen vor, Volumenänderungen des Klebstoffs möglichst vollständig dadurch zu vermeiden, dass an der mindestens einen Klebestelle eine möglichst konstante Feuchtigkeit aufrechterhalten wird. Dies ist insbesondere bei der Verwendung der optischen Baugruppe in einem EUV-Lithographiesystem günstig, da sich Verformungen an den Klebungen bzw. an den Klebestellen bis zur reflektierenden Oberfläche des jeweiligen reflektierenden optischen Elements (z.B. in Form eines EUV-Spiegels) und/oder des über die Klebestelle befestigten Bauteils, z.B. in Form einer reflektierenden Sensor-Oberfläche, fortsetzen und die Toleranzen hinsichtlich der Ausrichtung und Positionierung der optischen Oberflächen von EUV-Spiegeln, insbesondere im Projektionsobjektiv einer EUV-Lithographieanlage, besonders hoch sind.
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Die optischen Elemente eines EUV-Lithographiesystems, insbesondere einer EUV-Lithographieanlage, werden typischerweise in einer Vakuum-Umgebung betrieben. Im Wartungsfall wird die EUV-Lithographieanlage geöffnet und das Vakuum gebrochen. Hierbei kommen die Klebestellen lange (ggf. über mehrere Tage) mit der im Vergleich zum Vakuum feuchten Umgebungsluft, z.B. in einem Reinraum, in Kontakt. Nach dem Abschluss der Wartung wird die EUV-Lithographieanlage abgepumpt und soll sofort wieder in Betrieb genommen werden, d.h. ohne abzuwarten, bis die Klebestellen wieder vollständig ausgetrocknet sind. Dies ist aber nachteilig, wie nachfolgend beschrieben wird:
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Die Volumenänderung des Klebstoffs wirkt sich bei einem Bauteil in Form eines Sensor-Targets besonders stark auf eine an diesem gebildete reflektierende Oberfläche aus, die in ihrer Position und/oder Ausrichtung ungünstig beeinflusst werden kann. In der Regel ist von der Volumenänderung des Klebstoffs auch die optische Oberfläche des optischen Elements selbst betroffen. Dieses Problem könnte man zwar ggf. durch eine bessere mechanische Entkopplung zwischen dem optischen Element und dem Bauteil bzw. dem Tragrahmen, an dem das optische Element typischerweise befestigt ist, reduzieren, beispielsweise durch die Verwendung eines weniger steifen Materials und/oder einer weniger steifen Geometrie, z.B. in Form einer Verjüngung. Eine vollständige Entkopplung von zwei Elementen bzw. Bauteilen ist in einer optischen Anordnung in der Regel aber nicht möglich: Zwar ist die Entkopplung desto besser, je weicher die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen ist, desto geringer ist aber z.B. die Steifigkeit, die für eine geregelte Aktuierung notwendig ist.
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Nachfolgend werden mehrere Möglichkeiten beschrieben, die es ermöglichen, die Feuchtigkeit an der Klebestelle temporär, d.h. über einen vorgegebenen Zeitraum, z.B. während der Wartung, oder dauerhaft konstant zu halten. Unter der Feuchtigkeit an der Klebestelle wird die relative Feuchtigkeit des umgebenden Gases, z.B. Raumluft ,in der Umgebung der Klebestelle verstanden, d.h. an derjenigen bzw. an denjenigen Oberflächen der Klebestelle, die der Umgebung ausgesetzt sind. Zusätzlich zum Einstellen einer konstanten relativen Feuchte in der Umgebung der Klebestelle kann es vorteilhaft sein, wenn die relative Feuchte in der Umgebung der Klebestelle vergleichsweise klein ist. Typischerweise ist zwischen dem optischen Element und dem Bauteil ein (Klebe- )Spalt gebildet, in dem die Klebestelle angeordnet ist. Der Spalt weist typischerweise eine Spaltbreite auf, die der Dicke der Klebestelle entspricht, wobei typische Werte für die Spaltbreite zwischen ca. 10 µm und ca. 500 µm liegen. Unter einer Klebestelle wird im Sinne dieser Anmeldung nicht zwingend punktuell aufgebrachter Klebstoff verstanden. Eine Klebestelle stellt einen zusammenhängenden Bereich dar, in dem der Klebstoff aufgetragen ist und der beispielsweise eine ringförmige, kreisförmige oder zickzack-förmige Geometrie aufweisen kann.
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Bei einer Ausführungsform ist die Klebestelle zur Aufrechterhaltung einer konstanten Feuchtigkeit an der Klebestelle von einer Ummantelung umgeben. Die Ummantelung steht unmittelbar mit der Klebestelle in Kontakt, d.h. es befindet sich zwischen der Klebestelle und der Ummantelung kein Gasvolumen. Die Ummantelung ist typischerweise aus einem Material gebildet, welches auf Veränderungen der Feuchte in der Umgebung weniger stark reagiert als der Klebstoff bzw. in dem der Feuchtetransport deutlich langsamer ist, d.h. die Feuchte der Ummantelung bleibt annähernd konstant bzw. die Ummantelung verlangsamt die Feuchteänderung, so dass auch die Feuchte an der Klebestelle trotz temporärer Schwankungen der relativen Feuchtigkeit in der Umgebung der Klebestelle annähernd konstant gehalten werden kann.
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Bei einer Weiterbildung ist die Ummantelung aus einer Dichtmasse gebildet. Die Dicht- bzw. Schutzmasse kann beispielsweise in den Spalt zwischen dem optischen Element und dem Bauteil unter Verwendung einer Düse oder dergleichen eingebracht werden. Die Dichtmasse schützt die Klebestelle vor Feuchteänderungen in der Umgebung.
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Bevorzugt weist die Dichtmasse ein Elastizitätsmodul auf, das um mindestens einen Faktor 100 kleiner ist als ein Elastizitätsmodul des Klebstoffs der Klebestelle. Typische Werte für das Elastizitätsmodul des Klebstoffs liegen im Bereich zwischen ca. 2000 MPa und 10000 MPa. Die Dichtmasse sollte demgegenüber erheblich weicher sein und ein Elastizitätsmodul in der Größenordnung von beispielsweise ca. 10 MPa oder weniger aufweisen. Je weicher die Dichtmasse ist, desto weniger Deformationen werden durch die Dichtmasse in das optische Element und in das Bauteil eingebracht. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass trotz einer ggf. größeren Volumenänderung der Dichtmasse im Vergleich zum Klebstoff bei der Aufnahme von Wasser aus der Umgebung eine ungewollte Krafteinleitung bzw. Deformation von der Dichtmasse auf das optische Element bzw. auf das Bauteil vermieden werden kann.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Dichtmasse ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Polyurethane und silanmodifizierte Polymere. Derartige Dichtstoffe weisen eine vergleichsweise große Gitterstruktur auf, d.h. die Vernetzung der Moleküle ist geringer als dies bei einem Klebstoff z.B. auf Epoxidharz-Basis der Fall ist, so dass mehr Wasser eingebaut werden kann und die Weichheit der Dichtmasse gegenüber dem Klebstoff deutlich größer ist. Es versteht sich, dass der Dichtmasse z.B. auf Basis der Polyurethane bzw. der silanmodifizierten Polymere geeignete Additive und/oder Füllstoffe beigefügt werden können, beispielsweise um die Weichheit weiter zu erhöhen. Es versteht sich ebenfalls, dass die Basis der Dichtmasse nicht auf die weiter oben beschriebenen Kunststoffe beschränkt ist, sondern dass auch andere für diesen Zweck geeignete Materialien zur Herstellung der Dichtmasse verwendet werden können.
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Bei einer Weiterbildung ist die Dichtmasse hydrophob. Dies ist günstig, um das Eindringen von Wasser in die Dichtmasse zu vermeiden, das ansonsten ggf. über die Dichtmasse zu der Klebestelle gelangen könnte oder ggf. die Feuchte in der Dichtmasse verändern könnte. Um die Dichtmasse hydrophob zu machen, kann ein entsprechend hydrophobes Basis-Polymer verwendet werden (zum Beispiel GENIOSIL® XT 50 von Wacker Chemie AG). Daneben können im Handel erhältliche fertig angemischte Dichtmassen mit hydrophoben Eigenschaften verwendet werden. Dazu gehören einige silanmodifizierte Polymere, z. B. MasterBond Connect von MasterBond Inc., und ausgasarme Silikone, z. B. LS-6140 von Nusil Technology LLC.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist die optische Baugruppe zur Aufrechterhaltung einer konstanten Feuchtigkeit eine Kapselung zum insbesondere gasdichten Abtrennen eines die Klebestelle umgebenden Gasvolumens von der Umgebung auf. Im Gegensatz zur weiter oben beschriebenen Ummantelung steht die Kapselung typischerweise nicht unmittelbar mit der Klebestelle in Kontakt. Wird das Gasvolumen (vollständig) gasdicht von der Umgebung abgetrennt, ist dieses nicht von außen zugänglich. Das abgetrennte Gasvolumen weist in diesem Fall typischerweise eine konstante Feuchtigkeit auf, so dass auch die Feuchtigkeit an der Klebestelle durch die Kapselung des vollständig gasdicht abgetrennten Gasvolumens konstant gehalten werden kann. Alternativ kann das die Klebestelle umgebende Gasvolumen trotz der Kapselung von außen zugänglich sein, beispielsweise um Gas aus dem Gasvolumen abzusaugen (s.u.).
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Bei einer Weiterbildung weist die Kapselung mindestens ein (elastisches) Dichtelement zur gasdichten Abdichtung des die Klebestelle umgebenden Gasvolumens, insbesondere des Spalts, auf. Bei dem Dichtelement kann es sich beispielsweise um einen O-Ring oder dergleichen handeln, welcher den Spalt außerhalb der Klebestelle(n) oder ggf. einen außerhalb des Spalts gebildeten Zwischenraum zwischen dem optischen Element und dem Bauteil oder ggf. weiteren Bauteil(en) gasdicht gegen die Umgebung außerhalb des Spalts bzw. des Zwischenraums abdichtet. Das Dichtelement kann insbesondere auch in Kombination mit der weiter oben beschriebenen Ummantelung bzw. mit der weiter oben beschriebenen Dichtmasse eingesetzt werden. Wie die Dichtmasse weist auch das Dichtelement ein deutlich geringeres Elastizitätsmodul auf als der an der Klebestelle verwendete Klebstoff, um einen Krafteintrag auf das optische Element bzw. auf das Bauteil zu minimieren.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist/sind in dem Anbauteil und/oder in dem optischen Element mindestens ein Kanal zum Abpumpen von Gas aus dem die Klebestelle umgebenden Gasvolumen gebildet. Durch das Abpumpen kann eine dauerhaft gleiche Feuchtigkeit bzw. eine konstante Umgebungsfeuchte in dem die Klebestelle umgebenden Gasvolumen erzeugt werden. Aus Festigkeitsgründen hat es sich als günstig erwiesen, wenn beim Abpumpen eine relativ trockene Atmosphäre (bei Unterdruck) in dem die Klebestelle umgebenden Gasvolumen gebildet wird.
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Bei einer Weiterbildung ist an dem Kanal zum gasdichten Abtrennen des Gasvolumens ein Rückfluss-Verhinderer, insbesondere ein (Rückschlag-)Ventil, gebildet. Wird der Spalt in diesem Fall mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Dichtelements gegenüber der Umgebung abgedichtet, ist es typischerweise ausreichend, wenn das Gasvolumen ein einziges Mal abgepumpt und das Gasvolumen anschließend evakuiert wird. Nach dem Schließen des Ventils bleibt die Gasatmosphäre in dem abgetrennten Gasvolumen und somit auch deren Umgebungsfeuchte annähernd gleich, so dass näherungsweise keine Volumenänderung des Klebstoffs mehr auftritt. Gegebenenfalls kann das Absaugen über den Kanal während der Durchführung von Wartungsarbeiten an der optischen Anordnung, in welcher die optische Baugruppe verbaut ist, erneut oder ggf. dauerhaft durchgeführt werden. Auch in diesem Fall ist es nicht zwingend erforderlich, dass die optische Baugruppe eine Abpumpeinrichtung aufweist, vielmehr ist es ausreichend, wenn die Abpumpeinrichtung zu diesem Zweck temporär mit dem Kanal verbunden wird.
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Bei einer weiteren Weiterbildung weist die optische Baugruppe eine Abpumpeinrichtung zum Abpumpen von Gas aus dem die Klebestelle umgebenden Gasvolumen auf. In diesem Fall ist die Abpumpeinrichtung, die typischerweise eine Pumpe sowie einen geeigneten Anschluss zur Verbindung mit dem Kanal aufweist, dauerhaft mit der optischen Baugruppe verbunden. Dies ist insbesondere für den Fall günstig, dass der Spalt nicht oder nicht vollständig durch ein Dichtelement oder dergleichen von der Umgebung getrennt wird, so dass eine permanente Absaugung günstig ist. Auch in diesem Fall kann die Absaugung auf einen Zeitraum beschränkt werden, in dem an der optischen Anordnung, beispielsweise in Form eines Lithographiesystems, in welche die optische Baugruppe eingebracht ist, Wartungsarbeiten durchgeführt werden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform weist die optische Baugruppe zum Aufrechterhalten einer konstanten Feuchtigkeit an der Klebestelle eine Spüleinrichtung zum Zuführen eines Spülgasstroms in ein die Klebestelle umgebendes Gasvolumen auf. In diesem Beispiel wird die Klebestelle mit einem Spülgas gespült, um eine konstante Umgebungsfeuchte an der Klebestelle zu erzeugen. Das Spülgas, bei dem es sich typischerweise um ein inertes Gas, beispielsweise um Stickstoff, handelt, erzeugt in dem die Klebestelle umgebenden Gasvolumen einen Überdruck und verhindert auf diese Weise, dass es zu Feuchtigkeitsschwankungen an der Klebestelle kommt, sofern der Spülgasstrom eine konstante Feuchte aufweist, was typischerweise der Fall ist. Hierbei ist es für die Aufrechterhaltung einer konstanten Feuchtigkeit erforderlich, dass das die Klebestelle umgebende Gasvolumen dauerhaft mit dem Spülgas gespült wird. Gegebenenfalls kann das Spülgas auch in diesem Fall nur temporär zugeführt werden, wenn Schwankungen der Feuchtigkeit in der Umgebung der Klebestelle zu befürchten sind, beispielsweise während der Durchführung von Wartungsarbeiten.
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Bei einer Weiterbildung ist in dem Bauteil und/oder in dem optischen Element mindestens ein Kanal zum Zuführen des Spülgasstroms in das die Klebestelle umgebende Gasvolumen gebildet. Aufgrund der vergleichsweise geringen Spaltbreite des Spalts zwischen dem optischen Element und dem Bauteil bzw. an deren gegenüberliegenden Fügeflächen, hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Spülgas dem Spalt über mindestens einen Kanal zugeführt wird. Der Kanal bzw. die Kanäle insgesamt weisen typischerweise einen (erheblich) größeren Durchmesser auf als die Spaltbreite des Spalts.
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Bei einer weiteren Weiterbildung weist der Spalt zum Austritt des Spülgasstroms aus dem die Klebestelle umgebenden Gasvolumen einen Abschnitt mit einer Spaltbreite auf, die geringer ist als die Spaltbreite an der Klebestelle. Um das Eindringen von Feuchtigkeit in den Spalt zu verhindern, hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Spalt einen den mindestens eine Klebestelle umgebenden Abschnitt mit einer verringerten Spaltbreite aufweist. Der Abschnitt mit der verringerten Spaltbreite bildet ein so genanntes „leaky seal“, d.h. eine „undichte Dichtung“ des Spalts. Eine solche Art der Dichtung weist den Vorteil auf, dass zusätzlich zu der bzw. den Klebestellen keine weiteren Verbindungen zwischen dem optischen Element und dem Bauteil benötigt werden, die sich ggf. störend auf die optische Oberfläche des optischen Elements sowie ggf. des Bauteils auswirken können.
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Bei einer Weiterbildung umfasst die optische Baugruppe zusätzlich eine Absaugeinrichtung zum Absaugen des aus dem Spalt austretenden Spülgasstroms. Es kann günstig sein, das Spülgas abzusaugen, welches den Spalt insbesondere über den Abschnitt mit der reduzierten Spaltbreite verlässt, um die umgebende Atmosphäre nicht zu stören, bei der es sich beispielsweise im Falle eines EUV-Lithographiesystems um eine Vakuum-Umgebung handeln kann.
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Es versteht sich, dass eine Ummantelung der Klebestelle, wie sie weiter oben beschrieben ist, mit der Kapselung bzw. mit dem Abpumpen von Gas von der Klebestelle oder mit dem Zuführen von Spülgas zu der Klebestelle kombiniert werden kann. In jedem Fall kann auf die weiter oben beschriebene Weise eine Abschirmung der Klebestelle erfolgen, welche es ermöglicht, dass die Feuchtigkeitszunahme und die Feuchtigkeitsabgabe des Klebstoffs deutlich verlangsamt wird, so dass die Klebstoffdrift abnimmt. Auf diese Weise kann auch die relative Luftfeuchtigkeit in der Umgebung der Klebestelle zwischen dem optischen Element und dem Bauteil, beispielsweise in Form eines Interferometer-Targets, reduziert werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Klebestelle einen Epoxidharz-Klebstoff auf bzw. ist aus einem Epoxidharz-Klebstoff gebildet. Bei dem Klebstoff auf Epoxidharz-Basis kann es sich beispielsweise um einen 1-Komponentenklebstoff oder um einen 2-Komponentenklebstoff handeln. Ein 1-Komponentenklebstoff auf Epoxidharz-Basis ist heißhärtend, d.h. dieser bzw. die optische Baugruppe muss für das Aushärten des Klebstoffs erwärmt werden, oder UV-härtend, d. h. die Klebestelle muss für die Aushärtung mit UV-Licht bestrahlt werden. Ein 2-Komponentenklebstoff auf Epoxidharz-Basis ist in der Regel kalthärtend. Einem solchen Klebstoff kann ein Filler beigemischt sein, der z.B. aus einem LiAl-Silikat-Pulver gebildet ist. Durch diesen Filler steigt einerseits die Viskosität des Klebstoffs, so dass dieser leichter zu verarbeiten ist, und andererseits wird die Anfälligkeit des Klebstoffs gegenüber der Aufnahme bzw. der Abgabe von Wasser geringer, d.h. die Volumenänderung des Klebstoffs wird reduziert.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Bauteil eine reflektierende Beschichtung auf. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Target für eine interferometrische Messung handeln, um die Position und die Ausrichtung des optischen Elements relativ zu seiner Umgebung zu vermessen. Um eine möglichst präzise Vermessung durchzuführen, ist es erforderlich, dass das Bauteil bzw. dessen reflektierende Beschichtung eine genau definierte Lage relativ zu dem optischen Element einnimmt. Durch die Volumenänderung des Klebstoffs kann es zu Abweichungen der reflektierenden Oberfläche von der definierten Lage relativ zum optischen Element kommen, welche bei der Verwendung der optischen Baugruppe in einer EUV-Lithographieanlage beispielsweise zu einem Overlay-Fehler bei der (mehrfachen) Belichtung eines Wafers führen kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem, welches mindestens eine optische Baugruppe aufweist, die wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Durch die weiter oben beschriebene Baugruppe kann eine möglichst geringe Volumenänderung der Klebestelle sichergestellt werden, so dass sowohl das optische Element als auch das an diesem befestigte Bauteil, beispielsweise in Form eines Sensor-Targets, eine initial definierte Position relativ zueinander einhalten und es nicht zu ungewollten Deformationen an deren reflektierenden Oberflächen kommt.
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Dies ist insbesondere bei den reflektierenden optischen Elementen eines Projektionsobjektivs einer EUV-Lithographieanlage günstig, da dort die Anforderungen an die Präzision bei der Positionierung der reflektierenden optischen Elemente besonders hoch sind. Eine solche EUV-Lithographieanlage weist zusätzlich zu dem Projektionsobjektiv, welches zur Abbildung eines strukturierten Objekts (einer Maske) auf ein Substrat (einen Wafer) ausgebildet ist, ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung des strukturierten Objekts sowie eine EUV-Lichtquelle auf.
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Es versteht sich, dass die optische Baugruppe auch in anderen optischen Anordnungen als in einem EUV-Lithographiesystem eingesetzt werden kann, beispielsweise in einer DUV-Lithographieanlage, die bei Wellenlängen im DUV-Wellenlängenbereich betrieben wird und bei der die Anforderungen an die Toleranzen der optischen Oberflächen in der Regel geringer sind. Die optischen Elemente einer DUV-Lithographieanlage werden im Betrieb mit einem Spülgas, in der Regel mit Stickstoff, gespült.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage,
- 2a,b schematische Darstellungen einer optischen Baugruppe mit einem optischen Element, das über eine mit einer Dichtmasse ummantelte Klebestelle mit einem Bauteil verbunden ist,
- 3a,b schematische Darstellungen analog zu 2a,b mit einem Bauteil, in dem ein Kanal zum Abpumpen von Gas aus einem mehrere Klebestellen umgebenden Gasvolumen gebildet ist, sowie
- 4a,b schematische Darstellungen analog zu 2a,b, bei denen die optische Baugruppe eine Spüleinrichtung zum Zuführen eines Spülgasstroms zu mehreren Klebestellen über eine in dem Bauelement gebildeten Kanal aufweist.
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In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines EUV-Lithographiesystems in Form einer EUV-Lithographieanlage 1, und zwar eines so genannten Wafer-Scanners. Die EUV-Lithographieanlage 1 weist eine EUV-Lichtquelle 2 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf, die im EUV-Wellenlängenbereich unter 50 Nanometer, insbesondere zwischen ca. 5 Nanometer und ca. 15 Nanometer, eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Lichtquelle 2 kann beispielsweise in Form einer Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas ausgebildet sein. Die in 1 gezeigte EUV-Lithographieanlage 1 ist für eine Arbeitswellenlänge der EUV-Strahlung von 13,5 nm ausgelegt. Es ist jedoch auch möglich, dass die EUV-Lithographieanlage 1 für eine andere Arbeitswellenlänge des EUV-Wellenlängenbereiches, wie beispielsweise 6,8 nm, konfiguriert ist.
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Die EUV-Lithographieanlage 1 weist ferner einen Kollektor-Spiegel 3 auf, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 2 zu einem Beleuchtungsstrahl 4 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 4 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 10, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektive optische Elemente 12 bis 16 (Spiegel) aufweist.
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Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Fotomaske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
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Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 4 und formt einen Projektionsstrahl 5, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 20 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.
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Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 20 sechs reflektive optische Elemente 21 bis 26 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischerweise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv 20 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel verwendet werden.
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Die reflektierenden optischen Elemente 3, 12 bis 16 des Beleuchtungssystems 10 sowie die reflektierenden optischen Elemente 21 bis 26 des Projektionsobjektivs 20 sind während des Betriebes der EUV-Lithographieanlage 1 in einer Vakuum-Umgebung 27 angeordnet.
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2a,b zeigen stark schematisch in zwei Schnittdarstellungen eine optische Baugruppe 30, welche das fünfte optische Element 25 des Projektionsobjektivs 20 von 1 sowie ein Bauteil 31 in Form eines Sensor-Targets umfasst. Das reflektierende optische Element 25 ist mit dem Bauteil 31 bei dem in 2a,b gezeigten Beispiel über eine einzige Klebestelle 32 verbunden. Zwischen dem optischen Element 25 und dem Bauteil 31 ist ein Spalt 33 gebildet, in dem sich die Klebestelle 32 befindet. Der Spalt 33 befindet sich zwischen einer planen, an dem reflektierenden optischen Element 25 gebildeten Oberfläche 25a und einer an dem Bauteil 31 gebildeten, ebenfalls planen Oberfläche 31a. Der Spalt 33 weist eine konstante Spaltbreite B von ca. 50 µm auf, welche der Dicke der Klebestelle 32 entspricht.
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Das optische Element 25 weist eine reflektierende Beschichtung 34 auf, die zur Reflexion von EUV-Strahlung in Form des Projektionsstrahls 5 von 1 ausgebildet ist. Die reflektierende Beschichtung 34 kann zu diesem Zweck beispielsweise alternierende Schichten aus einem hoch brechenden und einem niedrig brechenden Material aufweisen. Bei dem hoch bzw. niedrig brechenden Material kann es sich beispielsweise um Si bzw. Mo handeln. Abhängig von der Wellenlänge der EUV-Strahlung sind aber auch andere Materialkombinationen möglich. Auch an dem Bauteil in Form des Sensor-Targets 31 ist eine reflektierende Beschichtung 35 aufgebracht, um Messstrahlung zu reflektieren, die für eine interferometrische Vermessung der Position sowie der Ausrichtung des reflektierenden optischen Elements 25 genutzt wird.
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Beim Aushärten der Klebestelle 32 tritt eine Schrumpfung des Klebstoffs an der Klebestelle 32 auf, die zu einer Kraftwirkung und somit zu ungewollten Deformationen an der optischen Oberfläche der reflektierenden Beschichtung 34 des optischen Elements 25 und/oder an der reflektierenden Beschichtung 35 des Bauteils 31 führen kann. Da die initiale Verringerung des Volumens des Klebstoffs an der Klebestelle 32 bekannt ist, kann diese bereits bei der Auslegung der optischen Baugruppe 30 berücksichtigt werden bzw. die optische Baugruppe 30 kann bei Betriebsbedingungen gelagert und so lange gewartet werden, bis keine Deformationsänderungen aufgrund des Klebeschrumpfs mehr auftreten.
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Für den Fall, dass die EUV-Lithographieanlage 1 gewartet oder repariert werden muss, muss diese typischerweise belüftet werden, d.h. das Vakuum in der Umgebung 27 wird gebrochen. Bei der Belüftung herrscht in der Umgebung 27 der Klebestelle 32 eine größere (relative) Luftfeuchte RH als beim Vorhandensein eines Vakuums in der Umgebung 27 der Klebestelle 32. Bereits eine Feuchteänderung in der Umgebung der Klebestelle 32 von ca. 10 % rel. Feuchte kann zu einer rel. Volumenänderung zwischen ca. 0,01 % bis ca. 0,1 % an der Klebestelle 32 führen, was zu einer Verformung oder Verschiebung der beiden reflektierenden Beschichtungen 34, 35 von mehreren Nanometern führen kann. Derartige Abweichungen sind bei der EUV-Lithographieanlage 1 von 1, insbesondere bei den optischen Elementen 21 bis 26 des Projektionsobjektivs 20, nicht tolerierbar.
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Um eine konstante (relative) Feuchte an der Klebestelle 32 auch für den Fall einer Belüftung der EUV-Lithographieanlage 1 zu gewährleisten, ist die in 2a,b gezeigte Klebestelle 32 an ihrer der Vakuum-Umgebung 27 zugewandten Mantelfläche von einer Ummantelung in Form einer Dichtmasse 36 umgeben. Die Dichtmasse 36 ist im gezeigten Beispiel aus einem weichen Kunststoff, genauer gesagt aus Polyurethan, gebildet. Alternativ kann die Dichtmasse 36 auch aus einem anderen weichen Material gebildet sein, beispielsweise aus einem silanmodifizierten Polymer.
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Die Dichtmasse 36 weist im gezeigten Beispiel ein Elastizitätsmodul ED von ca. 5 MPa auf, während der Klebstoff der Klebestelle 32 auf Epoxidharz-Basis ein Elastizitätsmodul ER zwischen ca. 2000 MPa bis 10000 MPa aufweist, d.h. für das Elastizitätsmodul ED der Dichtmasse 36 und das Elastizitätsmodul ER des Klebstoffs der Klebestelle 32 gilt näherungsweise: ER > 100 × ED. Aufgrund des niedrigen Elastizitätsmoduls ED der Dichtmasse 36 übt diese auch für den Fall, dass die Dichtmasse 36 durch die Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Umgebung 27 aufquillt, keine nennenswerte Kraft auf das optische Element 25 oder auf das Bauteil 31 aus.
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Im gezeigten Beispiel ist die Dichtmasse 36 zudem hydrophob, so dass nur wenig Feuchtigkeit in die Dichtmasse 36 eindringen kann. Entsprechend bleibt die Feuchtigkeit in der Dichtmasse 36 auch bei Schwankungen der relativen Feuchte in der Umgebung 27 im Vergleich zur Umgebung 27 nahezu konstant, so dass auch die relative Feuchtigkeit an der Klebestelle 32 (annähernd) konstant gehalten werden kann bzw. Feuchteänderungen deutlich verlangsamt werden.
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Eine weitere Möglichkeit, die Feuchtigkeit an der Klebestelle 32 einer optischen Baugruppe 30 konstant zu halten, ist in 3a,b dargestellt. Anders als in 2a,b sind bei der optischen Baugruppe 30 von 3a,b acht Klebestellen 32 gleichmäßig um ein Zentrum der kreisförmigen Oberfläche 31 a des Bauteils 31 angeordnet, welche mit der gegenüberliegenden Oberfläche 25a des optischen Elements 25 den Spalt 33 begrenzt. Im gezeigten Beispiel ist ein die Klebestellen 32 umgebendes Gasvolumen 38 in dem Spalt 33 mit Hilfe einer Kapselung in Form eines Dichtelements, genauer gesagt eines O-Rings 37, von der Umgebung 27 gasdicht abgetrennt. Der O-Ring 37 umgibt hierbei die Klebestellen 32 in dem Spalt 33 und dichtet diese gegen die Umgebung 27 ab. Im gezeigten Beispiel ist in dem Bauteil 31 ein Kanal 39 gebildet, der zum Abpumpen von Restgas aus dem die Klebestellen 32 umgebenden Gasvolumen 38 dient, welches mittels des O-Rings 37 von der Umgebung 27 gasdicht abgetrennt wird. Wie in 3a,b zu erkennen ist, mündet der Kanal 39 im Zentrum zwischen den acht Klebestellen 32 in den Spalt 33, um eine möglichst gleichmäßige Absaugung zu ermöglichen.
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Eine schematisch angedeutete Absaugeinrichtung 41 dient zum Absaugen des Gases aus dem abgetrennten Gasvolumen 38 über den Kanal 39. Das Absaugen kann temporär z.B. im Fall einer Reparatur oder im Wartungsfall der EUV-Lithographieanlage 1 erfolgen, um den Zeitraum zu verkürzen, der benötigt wird, bis sich die Klebestellen 32 wieder an die Vakuum-Umgebung 27 nach der Reparatur anpassen, d.h. bis das Volumen der Klebestellen 32 einen stationären Zustand erreicht. Es ist zu diesem Zweck aber nicht zwingend erforderlich, dass die Absaugeinrichtung 41 dauerhaft mit dem Kanal 39 verbunden bleibt. Bei dem in 3a,b gezeigten Beispiel, bei dem ein Rückfluss-Verhinderer in Form eines Ventils 40 an dem Kanal 39 angebracht ist, kann die Verbindung zwischen der Absaugeinrichtung 41 und dem Bauteil 31 bzw. der optischen Baugruppe 30 gelöst werden, sobald in dem gasdicht abgetrennten Gasvolumen 38 ein ausreichender Unterdruck bzw. ein Vakuum erzeugt wurde. Die relative Feuchte in dem abgetrennten Gasvolumen 38 nach dem Absaugen entspricht typischerweise im Wesentlichen der relativen Feuchte in der Vakuum-Umgebung 27 der EUV-Lithographieanlage 1; auf eine kontinuierliche Absaugung des abgetrennten Gasvolumens 38 kann in diesem Fall verzichtet werden.
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Da die Zeitdauer, bis die Klebestellen 32 mit einer Volumenänderung auf die Veränderung der relativen Feuchte in der Umgebung 27 reagieren, vergleichsweise lang ist, kann das weiter oben beschriebene Absaugen des abgetrennten Gasvolumens 38 mit Hilfe der Absaugeinrichtung 41 zu Beginn eines jeweiligen Wartungszeitraums erfolgen. Zu diesem Zweck kann es ausreichend sein, wenn das Absaugen an unterschiedlichen optischen Baugruppen 30 bzw. an mehreren mit ein- und demselben optischen Element 25 verbundenen Bauteilen 31 mit ein- und derselben Absaugeinrichtung 41 durchgeführt wird. Die Absaugeinrichtung 41 kann hierbei einen Teil der EUV-Lithographieanlage 1 bilden, es ist aber auch möglich, dass die Absaugeinrichtung 41 erst bei der Durchführung der Reparatur bzw. bei Wartungsarbeiten in die EUV-Lithographieanlage 1 eingebracht wird. Es versteht sich aber, dass alternativ ggf. auf das Ventil 40 verzichtet werden kann und das Abpumpen mittels der Absaugeinrichtung 41 praktisch während des gesamten Wartungszeitraums durchgeführt wird. In diesem Fall bildet die Absaugeinrichtung 41 einen Teil der optischen Baugruppe 30.
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Bei der in 4a,b gezeigten optischen Baugruppe 30 wird anders als in 3a,b dargestellt ein die Klebestellen 32 in dem Spalt 33 umgebendes Gasvolumen 38 mittels einer Spüleinrichtung 42 gespült. Die Spüleinrichtung 42 führt zu diesem Zweck einen Spülgasstrom 44 über einen in dem Bauteil 31 gebildeten Kanal 43 in das die Klebestellen 32 umgebende Gasvolumen 38 innerhalb des Spalts 33. Der Spülgasstrom 44, der beispielsweise ein trockenes Inertgas, z.B. Stickstoff, aufweist, verlässt den Spalt 33 über einen ringförmigen Spaltabschnitt 33a, dessen Spaltbreite b gegenüber der Spaltbreite B des restlichen Spalts 33 verringert ist und beispielsweise bei ca. 50 um liegt. Wie in 4a,b ebenfalls zu erkennen ist, weist die optische Baugruppe 30 eine Absaugeinrichtung 45 zum Absaugen von aus dem Spalt 33 austretendem Spülgas 44 auf. Die Absaugeinrichtung 45 soll verhindern, dass das Spülgas 44 in die Vakuum-Umgebung 27 in der EUV-Lithographieanlage 1 eintritt. Die Absaugeinrichtung 45 kann den Spalt 33 beispielsweise ringförmig umgeben.
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Auch bei dem in 4a,b gezeigten Beispiel kann das Spülgas 44 dem abgegrenzten Gasvolumen 38 nur temporär zugeführt werden, wenn das Vakuum in der EUV-Lithographieanlage 1 für Wartungsarbeiten gebrochen wird, um eine ungewollte Volumenänderung an den Klebestellen 32 zu verhindern.
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Sowohl die Spülung der Klebestellen 32 mittels der Spüleinrichtung 42 als auch die Absaugung mittels der Absaugeinrichtung 41 können mit der weiter oben beschriebenen Ummantelung 36 der jeweiligen Klebestellen 32 kombiniert werden, um die relative Feuchte an den Klebestellen 32 möglichst konstant zu halten. Alternativ kann das die Klebestellen 32 umgebende Gasvolumen 38 in dem Spalt 33 mit Hilfe von einem oder von mehreren Dichtelementen 37 gegen die Umgebung 27 vollständig gasdicht abgedichtet werden, d.h. der Spalt 33 und somit die Klebestellen 32 sind von außen auch nicht mehr über den in 3b gezeigten Kanal 39 zugänglich. An Stelle des Spalts 33 kann eine Kapselung des die Klebestellen 32 umgebenden Gasvolumens 38 mit einem oder mehreren Dichtelementen 37 auch außerhalb des Spalts 33 erfolgen, beispielsweise um einen Zwischenraum zwischen dem optischen Element 25 und dem Bauteil 31 (oder ggf. weiteren Bauteilen) gasdicht von der Umgebung 27 abzutrennen bzw. abzudichten.
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Es versteht sich, dass auch Klebestellen 32 zur Verbindung des optischen Elements 25 mit anderen Bauteilen als dem weiter oben beschriebene Bauteil 31 in Form eines Sensor-Targets verwendet werden können, beispielsweise mit einer Fassung des optischen Elements 25. Auch ist der Schutz der Klebestellen 32 vor Feuchtigkeit bzw. das Halten der Klebestellen 32 auf einer konstanten Feuchtigkeit nicht nur bei der weiter oben beschriebenen EUV-Lithographieanlage 1 günstig, sondern auch bei anderen optischen Anordnungen, in denen ein reflektierendes oder refraktives optisches Element mit einem oder mit mehreren angebauten Bauteilen über eine Klebeverbindung verbunden wird.
