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Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
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Projektionsbelichtungsanlagen werden zur Erzeugung feinster Strukturen, insbesondere auf Halbleiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen verwendet. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, einem sogenannten Retikel, auf einem mit photosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element, einem sogenannten Wafer, feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. In jüngerer Zeit werden vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1 nm und 120 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm verwendet. Der beschriebene Wellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet. Die thermische Belastung der zur Abbildung verwendeten optischen Komponenten ist dabei auf Grund von einer im Vergleich zu früheren Systemen hohen Absorption von Licht sehr hoch.
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Die mikrostrukturierten Bauteile werden außer mit EUV-Systemen auch mit den im Markt etablierten DUV-Systemen mit einer Wellenlänge zwischen 100nm und 400nm, insbesondere von 193nm hergestellt. Mit jeder neuen Generation von Projektionsbelichtungsanlagen, unabhängig von der Wellenlänge, steigt zur Steige-rung der Wirtschaftlichkeit der Durchsatz, was typischerweise ebenfalls zu einer stärkeren thermischen Belastung der optischen Komponenten führt. Die Wärme muss über die Anbindung der optischen Komponenten an deren Tragstruktur abgeführt werden.
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Die Anbindungen umfassen häufig Gelenke zur mechanischen Entkopplung der optischen Komponenten. Die Anforderung an eine möglichst große Querschnittsfläche für eine gute Wärmeabfuhr und die mechanischen Anforderungen an das Gelenk, wie beispiels-weise eine geringe Steifigkeit, welche durch eine kleine Querschnittsfläche erreicht wird, führen zu gegenläufigen Konstruktionsvorgaben. Mit den heute verwendeten Materialien, wie beispielsweise Kupfer, können diese gegenläufigen Anforderungen für neue Generationen von Projektionsbelichtungsanlagen nicht immer in optimaler Weise erfüllt werden.
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Ein möglicher Ansatz, der geschilderten Problematik durch konstruktive Maßnahmen zu begegnen, ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2017 202 653 A1 offenbart. In der genannten Schrift kommen zusätzliche, biegeweiche Wärmleitelemente zur Anwendung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst zwei mittels eines Verbindungselementes mechanisch mit einander verbundene Komponenten. Dabei weist das Verbindungselement mindestens einen deformierbaren Abschnitt auf. Erfindungsgemäß umfasst mindestens der deformierbare Abschnitt eine Werkstoffkombination mindestens zweier Werkstoffe.
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Unter einem Verbindungselement ist dabei jedes Element zu verstehen, welches zwei Komponenten, wie beispielsweise einen Spiegel, eine Facette, eine Linse, einen Manipulator, ein Gehäuse oder einen Rahmen, miteinander verbindet. Der deformierbare Abschnitt kann dabei beispielsweise ein Festkörpergelenk, eine Blattfeder oder ein Draht sein und mit weiteren Bauteilen, wie einem Hebel oder einer Stange zu einer Kinematik oder einer Entkopplung verbunden sein. Durch die Verwendung einer Werkstoffkombination kann dabei der Effekt erreicht werden, dass sich die Wärmeleitfähigkeit des Verbindungselementes steigern lässt, ohne dass die mechanischen Eigenschaften des Verbindungselementes sich über ein nicht mehr tolerables Maß hinaus verschlechtern. Insbesondere kann auf diese Weise erreicht werden, dass sich die Steifigkeit eines Festkörpergelenkes nicht über ein noch tragbares Maß hinaus erhöht; weiterhin kann dadurch, dass keine zusätzlichen Wärmeleitelemente erforderlich sind, sondern die Wärmeleitung über die Wahl der Werkstoffe verbessert wird, eine einfache Konstruktion des Verbindungselementes beibehalten werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist lediglich der deformierbare Abschnitt aus der Werkstoffkombination hergestellt. Ebenso besteht die Möglichkeit, das Verbindungselement insgesamt aus der Werkstoffkombination herzustellen; in diesem Fall kann beispielsweise ein Fügen einzelner Abschnitte entfallen.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann die Werkstoffkombination als Verbundwerkstoff ausgeführt sein.
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Die Werkstoffkombination kann weiterhin einen Grundkörper und mindestens eine Beschichtung umfassen; dabei ist es jedoch nicht ausgeschlossen, dass der Grundkörper aus einem Verbundwerkstoff gefertigt ist. Auch die Beschichtung kann einen Verbundwerkstoff umfassen.
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Insbesondere kann die Werkstoffkombination ein Metall umfassen; weiterhin kann die Werkstoffkombination Kohlenstoff, insbesondere in einer Diamantkonfiguration oder als Kohlenstoffnanoröhrchen, umfassen. Dabei kann der Beitrag zur erforderlichen mechanischen Stabilität und Elastizität von dem Metallanteil, der Beitrag zur Wärmeleitfähigkeit vom Kohlenstoff, insbesondere dem Diamantanteil, stammen. Dabei macht es sich die Erfindung zunutze, dass Diamant und Kohlenstoffnanoröhrchen mit die höchste Wärmeleitfähigkeit aller bekannten Stoffe besitzen.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann es sich bei dem Metall um Kupfer und bei dem Verbundwerkstoff um einen Kupfer-Diamant-Verbundwerkstoff oder einem Kupfer-Kohlenstoffnanoröhrchen- Verbundwerkstoff handeln.
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Dadurch, dass der Diamant-Füllgrad des Verbundwerkstoffes höher als 10% ist, insbesondere zwischen 10% und 60% liegt, kann eine besonders vorteilhafte Wärmeleitung erreicht werden.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Kohlenstoff als Graphit oder wie bereits erwähnt als Nanoröhrchen ausgebildet ist. Dabei können die Nanoröhrchen insbesondere in Richtung eines Hauptwärmeflusses durch das Verbindungselement ausgerichtet sein, um die Wärmeleitfähigkeit weiter zu optimieren.
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Bei dem Verbindungselement kann es sich insbesondere um einen Bipoden mit zwei Beinen handeln; derartige Bipoden finden in Projektionsbelichtungsanlagen vielfache Anwendung.
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Weiterhin kann das Verbindungselement insbesondere zur zumindest mittelbaren Verbindung einer Facette eines Facettenspiegels mit einem Rahmen verwendet werden. Bei dem Facettenspiegel kann es sich beispielsweise um einen Feldfacettenspiegel oder einen anderen Facettenspiegel in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage handeln. Ebenso kann das Verbindungselement einen Spiegel zumindest mittelbar mit einer Tragstruktur, insbesondere einem Objektivgehäuse einer Projektionsbelichtungsanlage, verbinden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 einen prinzipiellen Aufbau einer DUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann,
- 2 einen prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann,
- 3 eine erste Ausführungsform der Erfindung, und
- 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist eine exemplarische Projektionsbelichtungsanlage 1 dargestellt, in welcher die Erfindung zur Anwendung kommen kann. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im Allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise Computerchips.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst dabei im Wesentlichen eine Beleuchtungseinrichtung 3 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 8 in einer Objektebene 9, einen Retikelhalter 6 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen und in der Objektebene 9 angeordneten Maske, einem sogenannten Retikel 7, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einen Waferhalter 10 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich eine Projektionsoptik 13, mit mehreren optischen Elementen 14, die über Fassungen 15 in einem Objektivgehäuse 16 der Projektionsoptik 13 gehalten sind.
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Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Retikel 7 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 abgebildet werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt.
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Eine Lichtquelle 4 der Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des in der Objektebene 9 angeordneten Retikels 7 auf den im Bereich eines Bildfeldes 11 in einer Bildebene 12 angeordneten Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 17 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit, wobei diese insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 300 nm liegt. Als Quelle 4 für diese im Folgen-den auch als Nutzlicht bezeichnete Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in einer Beleuchtungsoptik 5 der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente 18 derart geformt, dass der Projektionsstrahl 17 beim Auftreffen auf das in der Objektebene 9 angeordnete Retikel 7 das Objektfeld 8 mit den gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durch-messer, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen ausleuchtet.
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Über den Projektionsstrahl 17 wird ein Bild des Retikels 7 erzeugt und von der Projektionsoptik 13 entsprechend verkleinert auf den in der Bildebene 12 angeordneten Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Dabei können das Retikel 7 und der Wafer 2 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 7 auf entsprechende Bereiche des Wafers 2 abgebildet werden. Die Projektionsoptik 13 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen 14, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen auf, wobei diese optischen Elemente 14 beispielsweise durch eine oder mehrere in der Figur nicht gesondert dargestellte Aktuatoranordnungen aktuiert werden können.
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2 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung ebenfalls Anwendung finden kann. Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung einer Struktur auf einem in der Objektebene 109 auf einem Retikelhalter 106 angeordneten Retikel 107 auf einen im Bildfeld 111 angeordneten Wafer 102 ist vergleichbar mit dem in 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in 2 beginnen also mit 101. Im Unterschied zu einer wie in 1 beschriebenen Durchlichtanlage können auf Grund der geringen Wellenlänge der als Nutzlicht verwendeten EUV-Strahlung 117 im Bereich von 1 nm bis 120 nm, insbesondere von 13,5 nm, in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 zur Abbildung bzw. zur Beleuchtung nur als Spiegel ausgebildete optische Elemente 114, 118 verwendet werden.
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Die Beleuchtungseinrichtung 103 der Projektionsbelichtungsanlage 101 weist neben einer Lichtquelle 104 eine Beleuchtungsoptik 105 zur Beleuchtung des Objektfeldes 108 in einer Objektebene 109 auf. Die durch die Lichtquelle 104 erzeugte EUV-Strahlung 117 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 104 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokus-ebene 119 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 120 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 120 wird die EUV-Strahlung 117 von einem Pupillenfacettenspiegel 121 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacetten-spiegels 121 und einer optischen Baugruppe 122 mit Spiegeln 118 werden die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 120 in das Objektfeld 108 abgebildet. Der Aufbau der nachfolgenden Projektionsoptik 113 mit dem Objektivgehäuse 116 unterscheidet sich außer durch den Einsatz von Spiegeln 114 prinzipiell nicht von dem in 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
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3 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, in der ein Modul 20 mit einer als Spiegel 21 ausgebildeten ersten Komponente und einer als Rahmen 23 ausgebildeten zweiten Komponente, welche durch ein Verbindungselement 22 miteinander verbunden sind, dargestellt ist. Das als Bipod ausgebildete Verbindungselement 22 umfasst zwei in einem Winkel zueinander angeordnete Beine 24. Die Beine 24 umfassen jeweils ein Zwischenteil 26, welches in der gezeigten Ausführungsform durch jeweils einen als Gelenk 25 ausgebildeten deformierbaren Abschnitt mit dem Spiegel 21 und dem Rahmen 23 verbunden sind. Die Beine 24 entkoppeln durch die im Vergleich zum Zwischenteil 26 weichen und dadurch deformierbaren Gelenke 25 den Spiegel 21 gegenüber dem Rahmen 23. Die durch Absorption von der zur Abbildung verwendeten Strahlung im Spiegel 21 absorbierte Wärme wird im Wesentlichen über die Beine 24 vom Spiegel 21 in Richtung des Rahmens 23, welcher beispielsweise durch eine nicht dargestellte Kühlvorrichtung gekühlt werden kann, abgeführt. Die Beine 24 umfassen im gezeigten Beispiel eine Kombination aus zwei Materialien, welche eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 400 W/(m*K) und 750 W/(m*K) aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Beine 24 aus mit Kupfer infiltriertem Diamant hergestellt, wobei neben Diamant auch Graphit oder Kohlenstoffnanostrukturen, wie beispielsweise Kohlenstoffnanoröhrchen Verwendung finden können. Die Kohlenstoffnanoröhrchen können dabei mit ihrer Längsachse in der Richtung des Hauptwärmeflusses der Beine 24 ausgerichtet sein. Alternativ können beispielsweise lediglich die Gelenke 25, die aufgrund des kleineren Querschnitts eine geringere Wärmeleitfähigkeit haben, aus der Kombination von zwei Materialien hergestellt sein und mit dem Zwischenteil 26 durch Löten, Schweißen oder auch Klemmen verbunden werden. Weiterhin ist auch eine Kombination der Materialien im Sinne einer Beschichtung eines Beins 24 aus Kupfer mit einer Schicht aus Diamant, einer anderen Kohlenstoffverbindung oder einem anderen Material mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit von über 500 W/(m*K) denkbar.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der ein Modul 20 eines Feldfacettenspiegels, wie er beispielsweise in der in 2 gezeigten EUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 verwendet wird, dargestellt ist. Die Facette 27 ist auf einer Aufnahme 29 angeordnet, die wiederum über ein Verbindungselement 22 mit einem Rahmen 23 verbunden ist. Das Verbindungselement 22 umfasst zur besseren Verteilung der durch das Verbindungselement 22 von der Facette 27 in Richtung Rahmen 23 abgeführten Wärme eine in Form einer Platte ausgebildete Anbindung 31, welche zur besseren Wärmeleitung flächig mit dem Rahmen 23 verbunden ist. Das Verbindungselement 22 umfasst wiederum zwei Beine 24 und 24.2, die Teil einer Kinematik 33 zur Verstellung der Facette 27 um einen auf der Facettenoberfläche liegenden Drehpunkt 28 sind. Die Kinematik 33 umfasst weiterhin einen Hebel 35, welcher an seinem einen Ende mit der Aufnahme 29 der Facette 27 verbunden ist und an dessen anderen Ende ein Permanentmagnet 36 angeordnet ist. Zur Bewegung des Hebels 35 werden Magnetspulen 37 bestromt, so dass aufgrund des sich dadurch ausbildenden Magnetfeldes eine Kraft auf den Permanentmagneten 36 und damit auf den Hebel 35 wirkt, so dass die Facette 27 gezielt verkippt werden kann. Der Schnittpunkt der Längsachsen 38 der in einem Winkel zueinander angeordneten Beine 24 und 24.2 bestimmt den Drehpunkt 28 der Facette 27 und ist derart gewählt, dass dieser auf der Oberfläche der Facette 27 liegt. Die Beine 24 und 24.2 umfassen, wie schon in 3 beschrieben, jeweils ein Zwischenteil 26, welches über Gelenke 25 mit der Aufnahme 29 und der Anbindung 31 verbunden ist. Die Gelenke 25 sind dabei so ausgelegt, dass sie bei einer Auslenkung der Facette 27 eine möglichst geringe Rückstellkraft erzeugen. Zur Sicherstellung einer hohen Wärmeleitfähigkeit der Kinematik sind die Gelenke 25 aus einer Kombination zweier Materialien hergestellt. Das in der 4 links dargestellte Bein 24 ist aus einem Verbundwerkstoff hergestellt, der beispielsweise als eine mit Kupfer infiltrierte Diamantstruktur ausgeführt sein kann, und durch eine stoffschlüssige Verbindung wie z.B. Löten oder Schweißen mit der Aufnahme 29 und der Anbindung 31, die beide aus Kupfer hergestellt sein können, verbunden; auch andere Verbindungstechniken sind denkbar. Das in der 4 auf der rechten Seite dargestellte Bein 24 ist als Grundkörper beispielsweise aus Kupfer ausgeführt, der mit einer als Diamantschicht 32 ausgebildeten Beschichtung überzogen ist, welche in der Figur als gepunktete Kontur um das Bein 24 dargestellt ist. Der Vorteil der Beschichtung 32 ist, dass der bekannte Fertigungsprozess des Beins 24 beibehalten werden kann und nur um die Beschichtung ergänzt wird.
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Es versteht sich von selbst, dass die 4 lediglich dazu dient, zwei unterschiedliche Varianten einer Werkstoffkombination in einem Anwendungsfall zu veranschaulichen. In der Praxis ist es durchaus denkbar und vorteilhaft, beide Beine 24 und 24.2 oder zusätzlich die Facette 27, die Aufnahme 29 und/oder die Anbindung 31 auf dieselbe Weise auszuführen. Dabei können die genannten Teile auch Teile eines einstückig ausgeführten Elementes sein, insbesondere kann die Struktur als einstückiges Bauteil aus Aufnahme 29, Bein 24.x und Anbindung 31 ausgeführt sein. Im Falle von gefügten Einzelteilen ist es ebenso denkbar, beispielsweise lediglich die Gelenke 25 mit der erfindungsgemäßen Werkstoffkombination auszustatten und insbesondere mit einem der oben erwähnten Fügeverfahren mit der übrigen Struktur zu verbinden.
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Weiterhin kann anstatt von Diamant auch Kohlenstoff wie z.B. Kohlenstoffnanoröhrchen zum Einsatz kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- DUV - Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Wafer
- 3
- Beleuchtungseinrichtung
- 4
- Lichtquelle
- 5
- Beleuchtungsoptik
- 6
- Retikelhalter
- 7
- Retikel
- 8
- Objektfeld
- 9
- Objektebene
- 10
- Waferhalter
- 11
- Bildfeld
- 12
- Bildebene
- 13
- Projektionsoptik
- 14
- optische Elemente (Projektionsoptik)
- 15
- Fassungen
- 16
- Objektivgehäuse
- 17
- Projektionsstrahl
- 18
- optische Elemente (Beleuchtungseinrichtung)
- 20
- Modul
- 21
- Spiegel
- 22
- Verbindungselement
- 23
- Rahmen
- 24
- Beine
- 25
- Gelenk
- 26
- Zwischenteil
- 27
- Facette
- 28
- Drehpunkt
- 29
- Aufnahme
- 31
- Anbindung
- 32
- Beschichtung
- 33
- Kinematik
- 35
- Hebel
- 36
- Permanentmagnet
- 37
- Magnetspule
- 38
- Längsachse Bein
- 101
- EUV - Projektionsbelichtungsanlage
- 102
- Wafer
- 103
- Beleuchtungseinrichtung
- 104
- Lichtquelle
- 105
- Beleuchtungsoptik
- 106
- Retikelhalter
- 107
- Retikel
- 108
- Objektfeld
- 109
- Objektebene
- 110
- Waferhalter
- 111
- Bildfeld
- 112
- Bildebene
- 113
- Projektionsoptik
- 114
- optische Elemente (Projektionsoptik)
- 116
- Objektivgehäuse
- 117
- Projektionsstrahl
- 118
- optische Elemente (Beleuchtungseinrichtung)
- 119
- Zwischenfokus
- 120
- Feldfacettenspiegel
- 121
- Pupillenfacettenspiegel
- 122
- optische Baugruppe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017202653 A1 [0005]
