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Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe für die EUV-Lithographie. Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsoptik mit einer derartigen optischen Baugruppe, ein Betriebsverfahren für eine derartige Beleuchtungsoptik, ein optisches System mit einer derartigen Beleuchtungsoptik, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen optischen System.
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Eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist bekannt aus der
US 2011/0122384 A1 und der
DE 10 2009 047 316 A1 . Zur Vermessung von Beleuchtungs- bzw. Abbildungsparametern der Projektionsbelichtungsanlage ist es erforderlich, sogenannte Metrologievorgänge durchzuführen, in denen diese Parameter vermessen werden. Für diese Metrologievorgänge ist es erforderlich, zur Charakterisierung von Lichtquellen-Parametern und/oder zur Charakterisierung von Parameter einer Projektionsoptik zum Abbilden eines zu beleuchtenden Objektfeldes eine Beleuchtung vorzugeben, bei der Beleuchtungslicht möglichst gleichmäßig aus allen zulässigen Beleuchtungswinkeln auf das zu beleuchtende Beleuchtungsfeld auftrifft. Dieser Beleuchtungsmodus wird auch als gefüllte Pupille bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2008 004 762 A1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bekannt mit einer Abzweigungseinrichtung zum Abzweigen eines Messstrahles, die eine Ein-/Auskoppeleinrichtung sowie einen eine Messstruktur aufweisenden Messspiegel umfasst.
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Die
US 2006/0109533 A1 offenbart eine Wellenfrontquelle mit einem Wellenfrontsensor, die einen Diffusor mit einer Streustruktur aufweist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Baugruppe anzugeben, mit der derartige Metrologievorgänge mit möglichst geringem Zeitverlust stattfinden können.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass mit Hilfe der optischen Baugruppe mit dem Auskoppelspiegel, dem Streuspiegel und dem Einkoppelspiegel eine gefüllte Pupille schnell herbeigeführt werden kann. Ein aufwendiges Umstellen anderweitiger Komponenten der Beleuchtungsoptik zum Herstellen einer gefüllten Pupille entfällt. Die optische Baugruppe kann zum Nachrüsten innerhalb bereits existierender Beleuchtungsoptiken ausgeführt sein.
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Ausführungen der Baugruppe nach den Ansprüchen 2 bis 3 haben sich als besonders geeignet herausgestellt.
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Eine Positionierung der Baugruppe in einer Koppelstellung in den Beleuchtungsstrahlengang kann über mindestens einen Anschlag präzise vorgegeben werden.
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Die Vorteile einer Beleuchtungsoptik nach Anspruch 5 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Baugruppe bereits erläutert wurden.
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Im Zusammenhang mit einer einen Pupillenfacettenspiegel aufweisenden Beleuchtungsoptik nach Anspruch 6 kommen die Vorteile der Streu-Baugruppe besonders gut zum Tragen. Der Pupillenfacettenspiegel ist im Bereich einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik angeordnet.
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Eine feldnahe Anordnung der Streu-Baugruppe nach Anspruch 7 führt zu einer im Wesentlichen von der Position im Objektfeld unabhängigen Beeinflussung der Pupille durch den Streuspiegel. Feldnah ist die Streu-Baugruppe dann angeordnet, wenn für einen Positionsparameter P der Komponenten der Streu-Baugruppe gilt: P ≤ 0,4. Zur Definition von P wird verwiesen auf die
WO 2009/024164 A1 .
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Die Vorteile eines Betriebsverfahrens nach Anspruch 8 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Streu-Baugruppe und die hiermit ausgerüstete Beleuchtungsoptik bereits erläutert wurden. Die Beleuchtungsoptik kann so betrieben werden, dass nach Vorgabe eines ersten Beleuchtungssettings und Durchführen mindestens einer Objektbeleuchtung hiermit die Streu-Baugruppe in den Beleuchtungsstrahlengang eingeführt wird, anschließend mit hierdurch erzeugter gefüllter Pupille eine Metrologie-Messung in der Objektebene und/oder in der Bildebene durchgeführt wird, wonach dann die Projektionsbelichtung mit dem ersten Beleuchtungssetting entweder fortgesetzt oder ein weiteres Beleuchtungssetting vorgegeben wird. Die Projektionsbelichtung kann dann nach dem Herausführen der Streu-Baugruppe aus dem Beleuchtungsstrahlengang fortgesetzt werden.
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Mit den jeweiligen Betriebsverfahren lassen sich also entweder Grundparameter der Lichtquelle und/oder der Projektionsoptik vermessen oder auch Einflüsse einer Änderung des Beleuchtungssettings auf derartige Grundparameter bestimmen.
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Die Vorteile eines optischen Systems nach Anspruch 9 und einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 10 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Beleuchtungsoptik bereits erläutert wurden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 schematisch und in Bezug auf eine Beleuchtungsoptik im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie;
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2 einen Ausschnitt aus der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 im Bereich einer Beleuchtungslicht-Aus- und -Ein-kopplung zum Streuen des Beleuchtungslichts an einem Streuspiegel, gesehen aus einer Blickrichtung, die der Blickrichtung nach 1 entgegengesetzt ist; und
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3 einen Ausschnitt aus 1 zur Verdeutlichung einer Streuung des Beleuchtungslichts durch den Streuspiegel bei Reflexion an diesem.
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Eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie dient zur Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten elektronischen Halbleiter-Bauelements. Eine Lichtquelle 2 emittiert EUV-Strahlung im Wellenlängenbereich beispielsweise zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Lichtquelle 2 kann es sich zum Beispiel um eine LPP-(Laser Produced Plasma-, laserproduziertes Plasma) Lichtquelle oder um eine DPP-(Discharge Produced Plasma-, gasentladungserzeugtes Plasma) Lichtquelle handeln. Zur Beleuchtung und Abbildung innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird Beleuchtungslicht in Form eines Nutzstrahlungsbündels 3 genutzt. Ein für die EUV-Projektionsbelichtung genutztes Wellenlängenband bzw. ein Ziel-Wellenlängenbereich des Nutzstrahlungsbündels 3 liegt beispielsweise bei 13,5 nm + 1 nm. Auch ein anderer Ziel-Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 5 nm und 17 nm, ist möglich. Die Bandbreite des genutzten Wellenlängenbandes kann zwischen 0,1 nm und 2 nm liegen. Das Nutzstrahlungsbündel 3 durchläuft nach der Lichtquelle 2 zunächst einen Kollektor 4, bei dem es sich beispielsweise um einen genesteten Kollektor mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Mehrschalen-Aufbau handeln kann. Nach dem Kollektor 4 durchtritt das Nutzstrahlungsbündel 3 zunächst eine Zwischenfokusebene 5, was zur Trennung des Nutzstrahlungsbündels 3 von unerwünschten Strahlungs- oder Partikelanteilen genutzt werden kann. Nach Durchlaufen der Zwischenfokusebene 5 trifft das Nutzstrahlungsbündel 3 auf einen Feldfacettenspiegel 7.
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Der Feldfacettenspiegel
7 weist, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, eine Facettenanordnung von Feldfacetten auf. Diese Feldfacetten sind rechteckig oder bogenförmig und haben jeweils das gleiche Aspektverhältnis. Die Feldfacetten geben eine Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels
7 vor und sind in mehreren Spalten in Feldfacettengruppen gruppiert, wie dies aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt ist. Der Feldfacettenspiegel
7 kann als Multimirror-Array mit einer Vielzahl von Einzelspiegeln ausgeführt sein, wobei jeweils eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel eine der Feldfacetten des Feldfacettenspiegels
7 vorgibt. Eine derartige Multimirror-Array-Ausführung des Feldfacettenspiegels
7 ist bekannt aus der
US 2011/0001947 A1 .
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Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen ist in der Zeichnung jeweils ein xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Achse verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene und in diese hinein. Die y-Achse verläuft in der 1 nach links. Die z-Achse verläuft in der 1 nach oben.
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Nach Reflexion am Feldfacettenspiegel 7 trifft das in Strahlbüschel bzw. in Ausleuchtungskanäle, die den einzelnen Feldfacetten zugeordnet sind, aufgeteilte Nutzstrahlungsbündel 3 auf einen Pupillenfacettenspiegel 8.
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Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 8 sind rund, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Auch andere Formen für die Pupillenfacetten 8 sind möglich, zum Beispiel rechteckig, quadratisch, rautenförmig oder hexagonal. Die Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 8 sind um ein Zentrum herum in ineinander liegenden Facettenringen angeordnet. Jedem von einer der feldfacettenreflektierten Strahlbüschel des Nutzstrahlungsbündels 3 ist eine Pupillenfacette zugeordnet, sodass jeweils ein beaufschlagtes Facettenpaar mit einer der Feldfacetten und einer der Pupillenfacetten einen Strahlführungs- bzw. Ausleuchtungskanal für das zugehörige Strahlbüschel des Nutzstrahlungsbündels 3 vorgibt. Die kanalweise Zuordnung der Pupillenfacetten zu den Feldfacetten erfolgt abhängig von einer gewünschten Beleuchtung durch die Projektionsbelichtungsanlage 1. Zur Ansteuerung bestimmter Spiegelfacetten sind die Feldfacetten individuell verkippt.
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Über den Pupillenfacettenspiegel 8 und eine nachfolgende, aus drei EUV-Spiegeln 9, 10, 11 bestehende Übertragungsoptik 12 werden die Feldfacetten in eine Objektebene 13 der Projektionsbelichtungsanlage 1 abgebildet. Der EUV-Spiegel 11 ist als Spiegel für streifenden Einfall (Grazing-Incidence-Spiegel) ausgeführt. In der Objektebene 13 ist ein Retikel 14 angeordnet, von dem mit dem Nutzstrahlungsbündel 3 ein Objektfeld 15 einer nachgelagerten Projektionsoptik 16 der Projektionsbelichtungsanlage 1 ausgeleuchtet wird. Das Nutzstrahlungsbündel 3 wird vom Retikel 14 reflektiert. Das Retikel 14 wird von einem nicht dargestellten Retikelhalter getragen, der wiederum von einem ebenfalls nicht dargestellten Retikelhalterantrieb zur gesteuerten Verlagerung des Retikelhalters längs der y-Richtung angetrieben ist. Bei der Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als Scanner stellt die y-Richtung die Scanrichtung dar.
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Die Projektionsoptik 16 bildet das Objektfeld 15 in der Objektebene 13 in ein Bildfeld 17 in einer Bildebene 18 ab. In dieser Bildebene 18 ist ein Wafer 19 angeordnet, der eine lichtempfindliche Schicht trägt, die während der Projektionsbelichtung mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 belichtet wird. Der Wafer 19 wird von einem nicht dargestellten Waferhalter getragen, der wiederum von einem ebenfalls nicht dargestellten Waferverlagerungsantrieb gesteuert angetrieben ist. Bei der Projektionsbelichtung werden sowohl das Retikel 14 als auch der Wafer 19 in der y-Richtung synchronisiert gescannt. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 ist als Scanner ausgeführt. Die Scanrichtung wird nachfolgend auch als Objektverlagerungsrichtung bezeichnet.
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Der Feldfacettenspiegel 7, der Pupillenfacettenspiegel 8 sowie die Spiegel 9 bis 11 der Übertragungsoptik 12 sind Bestandteile einer Beleuchtungsoptik 20 sowie einer Lichtquelle 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1.
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Im Beleuchtungsstrahlengang zwischen dem EUV-Spiegel 11 und dem Objektfeld 15 ist eine optische Streu-Baugruppe 21 angeordnet, die vergrößert und aus zur 1 entgegengesetzter Blickrichtung in der 2 dargestellt ist. Die Streu-Baugruppe 21 ist nach dem Pupillenfacettenspiegel 8 angeordnet.
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Die Streu-Baugruppe 21 hat einen Auskoppelspiegel 22 zum Auskoppeln des Beleuchtungslichts 3 aus dem Beleuchtungsstrahlengang. Weiterhin hat die Streu-Baugruppe einen Streuspiegel 23 im Strahlengang der Streu-Baugruppe 21 nach dem Auskoppelspiegel 22 sowie einen Einkoppelspiegel 24 im Strahlengang der Streu-Baugruppe 21 nach dem Streuspiegel 23 zum Einkoppeln des gestreut reflektierten Beleuchtungslichts 3 in den Beleuchtungsstrahlengang.
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Der Streuspiegel 23 hat ein mikro- bzw. nanostrukturiertes Substrat 25, das eine reflektierende EUV-Mehrlagen-Beschichtung 26 aufweist.
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Eine Mikro- bzw. Nanostrukturierung des Substrats 25 zur Herstellung eines Streuspiegels kann nach Art einer Strukturierung gestaltet sein, die beschrieben ist in Naulleau et al. Applied Optics, 2004, 5323.
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Die Mikro- bzw. Nanostrukturierung kann nach Art von Kavitäten und/oder Erhebungen ausgeführt sein, die beschrieben sind in der
US 2011/0122384 A1 und der
DE 10 2009 047 316 A1 .
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Entsprechende Strukturen können durch Sandstrahlen des Substrats 25 erzeugt werden.
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3 verdeutlicht eine Streuwirkung des Streuspiegels 23 für das einfallende Beleuchtungslicht 3. Idealisierend sei angenommen, dass das einfallende Beleuchtungslicht 3 divergenzfrei einfällt. Nach der Reflexion am Streuspiegel 23 wird ein Streu- bzw. Divergenzwinkel σ für das Beleuchtungslicht 3 erzeugt. Dieser Streuwinkel σ beträgt (FWHM) zwischen 2° und 8° und kann beispielsweise 4°, 4,5°, 5°, 5,5°, 6°, 6,5° oder 7° betragen.
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Der Auskoppelspiegel 22 und der Einkoppelspiegel 24 sind bei der Streu-Baugruppe 21 auf einem gemeinsamen Spiegelträger 27 angeordnet. Dieser ist als 90°-Prisma ausgeführt, wobei die beiden Spiegel 22, 24 Kathetenflächen des Prismen-Spiegelträgers 27 darstellen. Der Auskoppelspiegel 22 und der Einkoppelspiegel 24 sind also als Spiegelflächen eines gemeinsamen Spiegelsubstrates, nämlich des Prismen-Spiegelträgers 27, ausgeführt.
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Die beiden Spiegel 22, 24 sind mechanisch mit einem Spiegel-Verlagerungsantrieb 28 verbunden. Mit dem Verlagerungsantrieb 28 kann der Spiegelträger 27 verlagert werden zwischen einer in den 1 und 2 dargestellten Koppelstellung, bei der das Beleuchtungslicht 3 über den Streuspiegel 23 geführt wird, und einer nicht dargestellten Neutralstellung, bei der das Beleuchtungslicht 3 nicht an der Streu-Baugruppe 21 reflektiert wird, also ohne Reflexion vom letzten EUV-Spiegel 11 hin zum Objektfeld 15 geführt ist. Eine Positionierung des Spiegelträgers 27 in der Koppelstellung nach den 1 und 2 erfolgt über mindestens einen, in der Zeichnung nicht dargestellten Präzisions-Anschlag.
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Die Umstellung der Streu-Baugruppe 21 zwischen der Neutralstellung und der Koppelstellung kann in einer Zeitspanne erfolgen, die kleiner ist als 7 Sekunden, die kleiner ist als 5 Sekunden, die kleiner ist als 3 Sekunden und sogar in einer Zeitspanne, die kleiner ist als 1 Sekunde.
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Die optische Streu-Baugruppe 21 ist feldnah angeordnet. Ein die Feldnähe charakterisierender Parameter P beträgt bei der Streu-Baugruppe 21: P ≤ 0,4.
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Der Parameter P ist entsprechend der
WO 2009/024164 A definiert als
P(M) = D(SA)/(D(SA) + D(CR)). -
Hierbei gilt: D(SA) ist der Durchmesser einer Subapertur auf einer bündelformenden Oberfläche der Komponente M, im vorliegenden Fall also auf der Streufläche des Streuspiegels 23. D(CR) ist der maximale Abstand von Hauptstrahlen, ausgehend von einem effektiven, vom Objektiv 16 abgebildeten Objektfeld, gemessen in einer Referenzebene (zum Beispiel in einer Symmetrie- oder Meridionalebene), auf der bündelformenden Oberfläche von M.
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In Feldebenen der Projektionsbelichtungsanlage 1, also beispielsweise am Ort des Feldfacettenspiegels 7, am Ort des Objektfeldes 15 oder am Ort des Bildfeldes 17, ist der Parameter P = 0. In Pupillenebenen der Projektionsbelichtungsanlage 1, also beispielsweise am Ort des Pupillenfacettenspiegels 8, ist der Parameter P = 1.
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Durch Umstellen der Streu-Baugruppe 21 von der Neutral- in die Koppelstellung kann mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Metrologie-Messung in der Objektebene 13 durchgeführt werden. Dies kann insbesondere genutzt werden, um Parameter der Lichtquelle 2, um Parameter der Projektionsoptik 16 oder auch weitere Maschinenparameter, also Parameter der Projektionsbelichtungsanlage 1, wie eine Ausrichtung des Retikels 14 zum Wafer 19, hinsichtlich der Einhaltung von Vorgabewerten zu überprüfen. Zur Unterstützung der Metrologie-Messung kann ein Wellenfrontsensor dienen, der in einer der Feldebenen der Projektionsoptik 16, insbesondere in der Bildebene 18, angeordnet ist. Derartige Wellenfrontsensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Ein Beleuchtungssetting kann durch entsprechende Auswahl von beleuchtungslichtbeaufschlagten Ausrichtungskanälen innerhalb der Beleuchtungsoptik 20 vorgegeben werden. Dies kann durch angetriebene Verkippung insbesondere der Feldfacetten geschehen, wobei bei verschiedenen Beleuchtungssettings verschiedene Subensembles der Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 8 mit dem Beleuchtungslicht 3 beaufschlagt werden.
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Beim Betrieb der Beleuchtungsoptik 20 wird zunächst durch entsprechende Auswahl eines Subensembles von Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 8 ein erstes Beleuchtungssetting vorgegeben. Dann wird mindestens eine Objektbeleuchtung, also eine Projektionsbelichtung mit dem Retikel 14, mit dem ersten Beleuchtungssetting durchgeführt. Hierbei ist die Streu-Baugruppe 21 zunächst noch in der Neutralstellung. Es wird dann die Streu-Baugruppe 21 aus der Neutralstellung in die Koppelstellung überführt, also in den Beleuchtungsstrahlengang zwischen dem EUV-Spiegel 11 und dem Objektfeld 15 eingeführt. Im Anschluss hieran wird eine Metrologie-Messung in der Objektebene 13 mit in den Beleuchtungsstrahlengang eingeführter Streu-Baugruppe 21 durchgeführt. Anschließend wird die Streu-Baugruppe in die Neutralstellung überführt, also aus dem Beleuchtungsstrahlengang herausgeführt. Im Anschluss hieran wird mindestens eine weitere Objektbeleuchtung mit dem Beleuchtungssetting durchgeführt. Zur Überprüfung von Grundparametern der Lichtquelle und/oder der Projektionsoptik und/oder zur Überprüfung von Parametern des Retikels 14 kann die Streu-Baugruppe unabhängig vom voreingestellten Beleuchtungssetting in den Beleuchtungsstrahlengang eingeführt werden. Anschließend kann mit dann aufgrund der Streu-Baugruppe gefüllter Beleuchtungspupille eine Metrologie-Messung in der Objektebene und/oder in der Bildebene durchgeführt werden. Die Projektionsbelichtung kann dann nach dem Herausführen der Streu-Baugruppe aus dem Beleuchtungsstrahlengang fortgesetzt werden. Im weiteren Verlauf der Projektionsbelichtung kann ein anderes Beleuchtungssetting vorgegeben werden, indem ein anderes Subensemble der Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 8 mit dem Beleuchtungslicht 3 beaufschlagt wird.
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Mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens ein Teil des Retikels 14 auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf den Wafer 19 zur lithographischen Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements, abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als Scanner oder als Stepper werden das Retikel 14 und der Wafer 19 zeitlich synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb oder schrittweise im Stepperbetrieb verfahren.
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Bei der Mehrlagen-Beschichtung kann es sich um eine Abfolge, insbesondere um eine Bilayer-Abfolge, von Schichten aus Materialen mit unterschiedlichem Brechungsindex handeln, beispielsweise um alternierende Schichten aus Molybdän und Silizium.
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Bei der Projektionsbelichtung wird die Beleuchtungsoptik, soweit das Beleuchtungssetting geändert wird, betrieben, wie vorstehend erläutert.
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Bei der Projektionsbelichtung kann ein und dieselbe Objektstruktur mit mehr als einem Beleuchtungssetting beleuchtet werden, also eine Mehrfachbelichtung ein und derselben Objektstruktur durchgeführt werden. Alternativ kann das Beleuchtungssetting gewechselt werden, um verschiedene Objektstrukturen, die eine Beleuchtung mit unterschiedlichen Beleuchtungssettings erfordern, nacheinander zu belichten.