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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine mikrolithographische EUV-Projektionsbelichtungsanlage und ein Verfahren zur Veränderung einer optischen Wellenfront in einem katoptrischen Objektiv einer solchen Anlage.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden dazu verwendet, um Strukturen, die in einer Maske enthalten oder darauf ausgebildet sind, auf einen Photolack oder eine andere lichtempfindliche Schicht zu übertragen. Die wichtigsten optischen Komponenten einer Projektionsbelichtungsanlage sind eine Lichtquelle, ein Beleuchtungssystem, das von der Lichtquelle erzeugtes Projektionslicht aufbereitet und auf die Maske richtet, und ein Objektiv, das den vom Beleuchtungssystem beleuchteten Abschnitt der Maske auf die lichtempfindliche Schicht abbildet.
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Je kürzer die Wellenlänge des Projektionslichts ist, desto kleinere Strukturen lassen sich auf der lichtempfindlichen Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage definieren. Die jüngste Generation von Projektionsbelichtungsanlagen verwendet Projektionslicht im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV), dessen Mittenwellenlänge bei 13.5 nm liegt. Derartige Anlagen werden häufig kurz als EUV-Projektionsbelichtungsanlagen bezeichnet.
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Es gibt allerdings keine optischen Materialien, die für derart kurze Wellenlängen ein ausreichend hohes Transmissionsvermögen haben. Daher sind in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen die bei längeren Wellenlängen üblichen Linsen und anderen refraktiven optischen Elemente durch Spiegel ersetzt, und auch die Maske enthält deswegen ein Muster aus reflektierenden Strukturen. Objektive, die ausschließlich Spiegel als abbildende optische Elemente enthalten, werden als katoptrische Objektive bezeichnet.
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Um eine optimale Abbildung der in der Maske enthaltenen Strukturen auf die lichtempfindliche Schicht zu gewährleisten, werden extrem hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit der Spiegel im Objektiv gestellt. Dennoch werden infolge von Fertigungs- und Montagetoleranzen die durch das Objektivdesign bedingten minimalen Abbildungsfehler nie ganz erreicht. Beschrieben werden Abbildungsfehler von Objektiven häufig als Abweichung einer meist gemessenen realen optischen Wellenfront von einer idealen optischen Wellenfront. Solche auch als Wellenfrontdeformationen bezeichneten Abweichungen lassen sich z. B. als Reihenentwicklung in einzelne Anteile zerlegen. Dabei hat sich insbesondere eine Zerlegung nach Zernike-Koeffizienten als geeignet erwiesen, da die einzelnen Terme der Zerlegung direkt bestimmten Seidel'schen Abbildungsfehlern wie Astigmatismus oder Koma zugeordnet werden können.
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Zu Korrektur von Abbildungsfehler können die im Objektiv enthaltenen Spiegel mit Hilfe von Manipulatoren sehr fein justiert werden, was sowohl Verlagerungen als auch Verbiegungen der Spiegel umfasst. Allerdings lassen sich mit solchen Maßnahmen nur vergleichsweise langwellige Anteile der Wellenfrontdeformationen verringern.
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Ein Korrekturbedarf kann sich auch nach der Inbetriebnahme der Projektionsbelichtungsanlage ergeben. So hat man beispielsweise festgestellt, dass das energiereiche EUV-Projektionslicht an Orten der Spiegelsubstrate, die über längere Zeit einer besonders hohen Lichtintensität ausgesetzt sind, zu einer Verdichtung (engl. compaction) führt, die mit einer lokal begrenzten Formänderung des Spiegels einhergeht. Deswegen besteht gelegentlich Bedarf, die Abbildungseigenschaften des Objektivs auch noch nach der Inbetriebnahme der Projektionsbelichtungsanlage verbessern zu können.
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Ein Ansatz, kurzwellige Wellenfrontdeformationen zu korrigieren, besteht darin, an geeigneten Spiegeln die Oberfläche lokal abzutragen, um auf diese Weise die Form des Spiegels zu verändern und dadurch die Wellenfrontdeformationen zu verringern oder so zu beeinflussen, dass sie mit den bereits erwähnten Manipulatoren leichter korrigiert werden können.
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Eine solche Nachbearbeitung durch Materialabtrag, wie sie bei Linsen erfolgreich angewendet wird, ist bei EUV-Objektiven jedoch aus mehreren Gründen problematisch. Zum einen verändert ein Materialabtrag zwar die Form des betreffenden Spiegels, jedoch wird gleichzeitig die empfindliche reflektierende Beschichtung beschädigt, was zu einer lokalen Verringerung des Reflektionskoeffizienten führt. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems besteht darin, nicht die Beschichtung selbst, sondern das Spiegelsubstrat lokal nachzubearbeiten, wie dies aus der
US 2005/0134980 A1 bekannt ist.
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Ein anderer Lösungsansatz besteht darin, nicht von der Spiegeloberfläche Material abzutragen, sondern das Spiegelsubstrat unterhalb der reflektierenden Beschichtung lokal zu verdichten, wie dies in der noch nicht veröffentlichten
DE 10 2011 084 117 A1 beschrieben ist. Hierzu wird ein Bearbeitungsstrahl, z. B. ein Elektronenstrahl oder ein energiereicher Lichtstrahl, auf den zu bearbeitenden Spiegel gerichtet. Der Bearbeitungsstrahl durchdringt die reflektierende Beschichtung, ohne nennenswert mit dieser in Wechselwirkung zu treten, und führt in dem darunter liegenden Bereich des Spiegelsubstrats zu einer Verdichtung. Die damit einhergehende lokale Kontraktion des Substrats bewirkt schließlich die gewünschte Verformung des Spiegels.
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Bei beiden Lösungsansätzen verbleibt jedoch das grundsätzliche Problem, dass jede Art der Nachbearbeitung zunächst den Einbau des Spiegels in das Objektiv erfordert, um den Korrekturbedarf und die erforderliche Nachbearbeitung zu ermitteln. Wird der betreffende Spiegel danach aus dem Objektiv ausgebaut, nachbearbeitet und später wieder eingebaut, so lassen sich die bei der Feststellung des Korrekturbedarfs vorhandenen Verhältnisse nicht mehr vollkommen reproduzieren. Man könnte deswegen davon sprechen, dass der Aus- und spätere Einbau des Spiegels selbst wie eine Art zusätzliche, aber unerwünschte und nicht kontrollierbare Nachbearbeitung wirkt. Dieses Problem lässt sich auch nicht dadurch umgehen, dass man nicht den bei der Feststellung des Korrekturbedarfs verwendeten Spiegel nachbearbeitet, sondern ein identisches Doppel hiervon, wie dies die bereits erwähnte
US 2005/0134980 A1 vorschlägt.
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Für Projektionsbelichtungsanlagen, die für Projektionslicht mit deutlich längeren Mittenwellenlängen ausgelegt sind und deswegen überwiegend Linsen als optische Elemente enthalten, schlägt die
DE 10 2004 046 542 A1 vor, Bearbeitungsstrahlung in das Objektiv entweder von dessen Lichteintritts- oder dessen Lichtaustrittsseite her einzukoppeln. Die optischen Eigenschaften der Linsen werden dabei so berücksichtigt, dass nur auf einer gewünschten Korrekturlinse diejenigen Strahlungsintensitäten auftreten, die für eine lokale Materialschrumpfung und/oder Brechzahlerhöhung erforderlich sind. Die anderen von der Strahlung durchtretenen Linsen werden dadurch von der Bearbeitungsstrahlung nicht bearbeitet.
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In EUV-Objektiven lässt sich ein solches Verfahren jedoch nicht anwenden, da die Beschichtungen der Spiegel zwar für das EUV-Projektionslicht, nicht aber für die Bearbeitungsstrahlung reflektierend sind. Dadurch lassen sich keine innen liegenden Spiegel auf diese Weise bearbeiten.
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Aus der
DE 10 2004 046 542 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung optischer Abbildungseigenschaften eines mikrolithographischen Projektionsobjektives durch Strahlungsbehandlung bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, mit der sich auch kurzwellige Wellenfrontdeformationen wirksam verringern lassen. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich optische Wellenfronten in einem katoptrischen Objektiv einer solchen Anlage effizient verändern lassen.
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Diese Aufgabe wird durch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zur Projektion einer reflektierenden Maske auf eine lichtempfindliche Schicht gelöst, die ein katoptrisches Objektiv mit mehreren zueinander justierten Spiegeln aufweist. Die Spiegel sind vorzugsweise dazu ausgelegt, Projektionslicht zu reflektieren, das eine Mittenwellenlänge hat, die zwischen 5 nm und 30 nm liegt. Das Objektiv ist dazu eingerichtet, von der Maske reflektiertes Projektionslicht auf die lichtempfindliche Schicht zu richten. Mindestens einer der mehreren Spiegel ist ein Korrekturspiegel zur Korrektur von Wellenfrontdeformationen, der seine Form dauerhaft ändert, wenn er mit einem Bearbeitungsstrahl bearbeitet wird. Die Projektionsbelichtungsanlage weist ferner eine Bearbeitungseinrichtung auf, die einen Bearbeitungskopf umfasst, aus dem während eines Betriebs des Bearbeitungskopfes der Bearbeitungsstrahl austritt. Der Bearbeitungskopf ist so innerhalb des Objektivs angeordnet oder anordenbar, dass der Bearbeitungsstrahl auf keinen der anderen mehreren Spiegeln trifft, bevor er den Korrekturspiegel bearbeitet.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass eine wirksame Korrektur von Wellenfrontdeformationen nur möglich ist, wenn der zu bearbeitende Korrekturspiegel nach der Bestimmung des Korrekturbedarfs im Objektiv verbleibt. Weil andererseits die für eine Bearbeitung geeigneten Bearbeitungsstrahlen nicht von den Spiegeln reflektiert werden, muss zur Bearbeitung der inneren Spiegel der Bearbeitungsstrahl aus einem im Objektiv angeordneten Bearbeitungskopf austreten. Der Bearbeitungskopf kann dabei entweder dauerhaft im Objektiv angeordnet sein oder sich nur während der eigentlichen Bearbeitung innerhalb des Objektivs befinden. Das Einführen des Bearbeitungskopfes in das Objektiv erfolgt in diesem Falle so, dass dieses nicht zerlegt werden muss. Eine Verschlechterung der Abbildungseigenschaften, wie sie üblicherweise bei einem Ausbau und einem späteren erneuten Einbau eines Spiegels unvermeidbar ist, kann somit nicht auftreten.
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Somit ermöglicht es die Erfindung, auch einen innen liegenden Spiegel, d. h. einen Spiegel, der weder der erste noch der letzte Spiegel im Strahlengang des Objektivs ist, zu Korrekturzwecken nachzubearbeiten, ohne dass dieser für die Nachbearbeitung aus dem Objektiv ausgebaut werden muss.
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Der Bearbeitungsstrahl hat vorzugsweise die Eigenschaft, dass er nur das Spiegelsubstrat, nicht aber die reflektierende Beschichtung verdichtet, wenn er auf die reflektierende Beschichtung auftrifft. Als Bearbeitungsstrahl in Betracht kommt insbesondere ein Elektronenstrahl oder ein Lichtstrahl mit ausreichend hoher Energie.
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Handelt es sich bei dem Bearbeitungsstrahl um einen energiereichen Lichtstrahl, so kann dieser mit Hilfe eines verkippbaren Spiegels o. ä. gezielt scannerartig über die zu bearbeitende Fläche des Korrekturspiegels geführt werden. Besonders dann, wenn es sich bei dem Bearbeitungsstrahl um einen Elektronenstrahl handelt, kann es jedoch zweckmäßig sein, den Bearbeitungskopf mit Hilfe einer Verfahreinrichtung über die Fläche des Korrekturspiegels hinweg zu verfahren. Die relativ kurzen Bearbeitungsabstände, die bei einer Bearbeitung mit Elektronenstrahlen zweckmäßig sind, um den Durchmesser des Elektronenstrahls gering zu halten, lassen sich auf diese Weise problemlos realisieren.
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Insbesondere kann die Verfahreinrichtung dazu eingerichtet sein, den Bearbeitungskopf so über die Fläche des Korrekturspiegels hinweg zu verfahren, dass während einer Bearbeitung des Korrekturspiegels mit dem Bearbeitungsstrahl der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und der Fläche einen maximalen Bearbeitungsabstand von 10 mm, vorzugsweise von 5 mm, und weiter vorzugsweise von 1 mm, nicht überschreitet. Auf diese Weise lassen sich auch lokal sehr eng begrenzte Verdichtungen im Substratmaterial mit Hilfe des Bearbeitungsstrahls erzeugen.
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Wenn trotz des geringen Strahldurchmessers größere Flächen zusammenhängend bearbeitet werden sollen, so kann die Bearbeitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, den Bearbeitungskopf so entlang eines Verfahrweges über die Fläche hinweg zu verfahren, dass der Bearbeitungsstrahl nach Abfahren des Verfahrweges sukzessive ein Volumen bearbeitet hat, das an einen zweidimensionalen Bereich auf der Fläche angrenzt.
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Im Allgemeinen wird die vom Bearbeitungsstrahl bearbeitete Fläche eine Oberfläche der reflektierenden Beschichtung sein, die von einem Spiegelsubstrat getragen wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich die Verdichtung des Spiegelsubstrats in unmittelbarer Nähe der reflektierenden Beschichtung befindet und somit ihre maximale Wirkung auf die optische Wellenfront ausüben kann.
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Im Prinzip kann der Bearbeitungsstrahl jedoch auch auf eine Fläche des Korrekturelements auftreffen, die nicht von der reflektierenden Beschichtung bedeckt ist. Bei dieser Fläche kann es sich beispielsweise um eine Fläche auf der Rückseite des Spiegelsubstrats handeln, die der reflektierenden Beschichtung abgewandt ist. Solche Bearbeitungsflächen sind u. U. vorteilhaft im Hinblick auf den Bauraum, der erforderlich ist, um den Bearbeitungskopf im Objektiv anzuordnen.
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Falls der Bearbeitungskopf nicht dauerhaft in dem Objektiv angeordnet ist, kann dieses eine Tragstruktur zum Tragen der mehrere Spiegel aufweisen, in der ein Zugangskanal ausgebildet ist. Der Bearbeitungskopf ist dann durch den Zugangskanal in das Objektiv einführbar, wenn eine Bearbeitung des Korrekturspiegels mit Hilfe des Bearbeitungsstrahls vorgenommen werden soll. Durch den ständig vorhandenen Zugangskanal sind somit keinerlei Umbauten des Objektivs erforderlich, um die Bearbeitung durchführen zu können. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich alle Spiegel auch nach der Bearbeitung genau an dem Ort befinden, an dem sie sich befanden, als der Korrekturbedarf bestimmt wurde. Bei dem Zugangskanal kann es sich um einen Lichtkanal handeln, der ohnehin für den Durchtritt des Projektionslichts vorgesehen ist. Noch zweckmäßiger ist es jedoch, wenn der Zugangskanal zusätzlich zu einem solchen Lichtkanal vorgesehen ist.
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Ein Einführen des Bearbeitungskopfes in das Objektiv nur während der eigentlichen Bearbeitungszeiten kann aus mehreren Gründen sinnvoll sein. Zum einen kann der Bearbeitungskopf dann während der Bearbeitung in dem Lichtkanal angeordnet werden, der eigentlich für den Durchtritt des Projektionslichts ausgebildet und vorzugsweise von dem Zugangskanal verschieden ist. Bei einem dauerhaft im Objektiv angeordneten Bearbeitungskopf hingegen muss sichergestellt sein, dass zumindest während des Projektionsbetriebs der Bearbeitungskopf sich in einer Ruhestellung befindet, in welcher er den Durchtritt des Projektionslichts nicht behindert. Dies kann je nach Objektivdesign unter Bauraum-Gesichtspunkten schwierig sein. Ein weiterer Vorteil einer nur bedarfsweisen Anordnung des Bearbeitungskopfes im Objektiv liegt darin, dass mit lediglich einem Bearbeitungskopf auch unterschiedliche Korrekturspiegel bearbeitet werden können.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Veränderung einer optischen Wellenfront in einem katoptrischen Objektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Zusammenbauen des katoptrischen Objektivs aus mehreren Spiegeln, die vorzugsweise dazu ausgelegt sind, Projektionslicht zu reflektieren, das eine Mittenwellenlänge hat, die zwischen 5 nm und 30 nm liegt, und wobei mindestens einer der mehreren Spiegel ein Korrekturspiegel zur Korrektur von Wellenfrontdeformationen ist;
- b) Justieren der Spiegel;
- c) Bearbeiten einer Fläche des Korrekturspiegels mit einem Bearbeitungsstrahl, wodurch sich die Form des Korrekturspiegels dauerhaft ändert, und wobei der Bearbeitungsstrahl auf keinen der anderen mehreren Spiegel trifft, bevor er den Korrekturspiegel bearbeitet;
wobei zwischen den Schritten b) und c) keine Spiegel aus dem Objektiv entfernt werden.
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Auf die vorstehend erläuterten Vorteile und bevorzugten Ausführungsbeispiel wird verwiesen.
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Insbesondere kann ein Bearbeitungskopf, der den Bearbeitungsstrahl emittiert, während des Schritts c) so über die Fläche des Korrekturspiegels hinweg verfahren werden, dass während einer Bearbeitung des Korrekturspiegels mit dem Bearbeitungsstrahl der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und der Fläche einen optimalen Bearbeitungsabstand von 10 mm, vorzugsweise von 5 mm, weiter vorzugsweise von 1 mm, nicht überschreitet.
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Während des Schritts c) kann der Bearbeitungsstrahl so über die Fläche geführt werden, dass der Bearbeitungsstrahl nach Abfahren des Verfahrweges einen zweidimensionalen Bereich auf der Fläche sukzessive bearbeitet hat.
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Falls sich der Bearbeitungskopf nur während einer Bearbeitung in dem Objektiv befindet, so kann dieser vor der Bearbeitung durch einen Zugangskanal in das Objektiv eingeführt werden, der in einer zum Tragen der Spiegel ausgebildeten Tragstruktur vorgesehen ist und der von einem Lichtkanal verschieden ist, der für den Durchtritt des Projektionslichts durch das Objektiv ausgebildet ist.
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Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Objektiv mit einem Spiegel, einem Bearbeitungskopf, der dazu eingerichtet ist, einen Bearbeitungsstrahl zu emittieren, und mit einer Verfahreinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Bearbeitungskopf so an unterschiedlichen Orten über einer Fläche des Spiegels anzuordnen, dass der Bearbeitungsstrahl eine dauerhafte Veränderung der Form des Spiegels bewirkt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel überschreitet dabei der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und der Fläche des Spiegels nicht einen maximalen Bearbeitungsabstand von 10 mm.
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Weiter ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Veränderung einer optischen Wellenfront in einem Objektiv mit folgenden Schritten:
- a) Zusammenbauen eines katoptrischen Objektivs aus mehreren Spiegeln;
- b) Justieren der Spiegel;
- c) Richten eines Bearbeitungsstrahls auf eine Fläche eines Spiegels, wodurch sich dessen Form dauerhaft ändert, wobei der Spiegel im Strahlengang des Objektivs weder der erste noch der letzte Spiegel des Objektivs ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
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2 einen Meridionalschnitt durch das Objektiv der in der 1 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei sich der Bearbeitungskopf in einer inaktiven Stellung befindet;
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3 der Meridionalschnitt der 2, wobei sich der Bearbeitungskopf in einer aktiven Stellung befindet;
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4a bis 4c Schnitte durch einen im Objektiv enthaltenen Korrekturspiegel vor, während und nach der Bearbeitung mit einem Bearbeitungsstrahl;
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5 einen Meridionalschnitt durch einen Teil des Objektivs der in der 1 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei sich der Bearbeitungskopf außerhalb des Objektivs befindet;
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6 der Meridionalschnitt der 5, wobei sich der Bearbeitungskopf innerhalb des Objektivs befindet;
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7 ein Flussdiagramm, in dem wichtige Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgeführt sind.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1. Grundlegender Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage
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Die 1 zeigt in einer perspektivischen, stark schematisierten und nicht maßstäblichen Darstellung den grundlegenden Aufbau einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 dient dazu, reflektierende Strukturen 12, die auf einer in der 1 nach unten weisenden Seite einer Maske 14 angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht 16 zu projizieren. Die lichtempfindliche Schicht 16, bei der es sich insbesondere um einen Photolack (engl. resist) handeln kann, wird von einem Wafer 18 oder einem anderen Substrat getragen.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst ein Beleuchtungssystem 20, das die mit den Strukturen 12 versehene Seite der Maske 14 mit EUV-Licht 22 beleuchtet. Als Wellenlänge für das EUV-Licht 22 kommt insbesondere ein Bereich zwischen 5 nm und 30 nm in Betracht; im dargestellten vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Mittenwellenlänge des EUV-Lichts 22 etwa 13,5 nm. Das EUV-Licht 22 leuchtet auf der nach unten weisenden Seite der Maske 14 ein Beleuchtungsfeld 24 aus, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Geometrie eines Ringsegments hat.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst ferner ein Objektiv 26, das auf der lichtempfindlichen Schicht 16 ein verkleinertes Bild 24' der im Bereich des Beleuchtungsfeldes 24 liegenden Strukturen 12 erzeugt. Das Objektiv 26 hat eine optische Achse OA, die mit der Symmetrieachse des ringsegmentförmigen Beleuchtungsfeldes 24 zusammenfällt und sich somit außerhalb des Beleuchtungsfeldes 24 befindet.
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Das Objektiv 26 ist für einen Scanbetrieb ausgelegt, bei dem die Maske 14 während der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 16 synchron mit dem Wafer 18 verfahren wird. Diese Verfahrbewegungen der Maske 14 und des Wafers 18 sind in der 1 mit Pfeilen A1, A2 angedeutet. Während einer Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 16 überstreicht somit das Beleuchtungsfeld 24 scannerartig die Maske 14, wodurch auch größere zusammenhängende Strukturbereiche auf die lichtempfindliche Schicht 16 projiziert werden können. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten, mit denen die Maske 14 und der Wafer 18 verfahren werden, ist dabei gleich dem Abbildungsmaßstab β des Objektivs 26. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das vom Objektiv 20 erzeugte Bild 24' verkleinert (|β| < 1) und aufrecht (β > 0), weswegen der Wafer 18 langsamer als die Maske 14, aber in der gleichen Richtung verfahren wird.
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Von jedem Punkt im Beleuchtungsfeld 24, das sich in einer Objektebene des Objektivs 26 befindet, gehen Lichtbündel aus, die in das Objektiv 26 eintreten. Dieses bewirkt, dass die eintretenden Lichtbündel in einer Bildebene des Objektivs 26 in Feldpunkten konvergieren. Die Feldpunkte in der Objektebene, von denen die Lichtbündel ausgehen, und die Feldpunkte in der Bildebene, in denen diese Lichtbündel wieder konvergieren, stehen dabei in einer Beziehung zueinander, die man als optische Konjugation bezeichnet.
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Für einen einzelnen Punkt in der Mitte des Beleuchtungsfeldes 24 ist ein solches Lichtbündel schematisch angedeutet und mit 28 bezeichnet. Der Öffnungswinkel des Lichtbündels 28 beim Eintritt in das Objektiv 26 ist dabei ein Maß für dessen numerische Apertur NA. Infolge der verkleinerten Abbildung ist die bildseitige numerische Apertur NA des Objektivs 26 um den Kehrwert des Abbildungsmaßstabs β vergrößert.
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In der 2 sind wichtige Komponenten des Objektivs 26 ebenfalls schematisch und nicht maßstäblich in einem Meridionalschnitt gezeigt. Zwischen der bei 30 angedeuteten Objektebene und der bei 32 angedeuteten Bildebene sind insgesamt sechs Spiegel M1 bis M6 entlang einer optischen Achse OA angeordnet. Das von einem Punkt in der Objektebene 30 ausgehende Lichtbündel 28 trifft zuerst auf einen konkaven ersten Spiegel M1, wird zurück auf einen konvexen zweiten Spiegel M2 reflektiert, trifft auf einen konkaven dritten Spiegel M3, wird zurück auf einen konkaven vierten Spiegel M4 reflektiert und trifft dann auf einen konvexen fünften Spiegel M5, der das EUV-Licht zurück auf einen konkaven sechsten Spiegel M6 richtet. Dieser fokussiert das Lichtbündel 28 schließlich in einem konjugierten Bildpunkt in der Bildebene 32.
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Wenn man die Spiegel M1 bis M6 durch die in der 2 gestrichelt angedeuteten Teile ergänzen würde, so wären die reflektierenden Flächen der so ergänzten Spiegel rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse OA des Objektivs 26. Wie man unschwer erkennen kann, ließe sich mit solchen vollständig rotationssymmetrischen Spiegeln der vorstehend beschriebene Strahlengang jedoch nicht realisieren, da die Spiegel den Lichtweg dann teilweise blockieren würden. Daher haben die Spiegel M1 bis M6 die mit durchgezogenen Linien angedeuteten Formen.
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Das Objektiv 26 hat eine erste Pupillenfläche 34, die sich in oder in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des zweiten Spiegels M2 befindet. Eine Pupillenfläche zeichnet sich dadurch aus, dass dort die Hauptstrahlen der von Punkten in der Objektebene 30 ausgehenden Lichtbündel die optische Achse OA schneiden. Gezeigt ist dies in der 2 für den gestrichelt angedeuteten Hauptstrahl 36 des Lichtbündels 28.
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Eine zweite Pupillenfläche 38 befindet sich im Strahlengang zwischen dem fünften Spiegel M5 und dem sechsten Spiegel M6, wobei der Abstand der zweiten Pupillenfläche 38 zu diesen beiden Spiegeln M5, M6 relativ groß ist. Auf der Höhe der zweiten Pupillenfläche 38 ist eine Abschattungsblende 40 angeordnet.
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2. Bearbeitungseinrichtung
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In dem Objektiv 26 ist eine Bearbeitungseinrichtung 42 angeordnet, die einen Bearbeitungskopf 44 und eine Verfahreinrichtung 46 zum Verfahren des Bearbeitungskopfes 44 umfasst. Die Bearbeitungseinrichtung 42 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel dauerhaft an einer Tragstruktur 47 des Objektivs 26 befestigt. Die Tragstruktur 47 trägt u. a. die Spiegel M1 bis M6 sowie Kühleinrichtungen und Justagemanipulatoren und ist in der 2 schematisch nur durch ihre Außenkontur angedeutet.
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Mit Hilfe der Verfahreinrichtung 46 ist es möglich, den Bearbeitungskopf 44 relativ zu der Stützstruktur 46 und damit zu den daran befestigten Spiegeln M1 bis M6 zu verfahren. Die Verfahreinrichtung 46 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Teleskoparm 48, der an seinem freien Ende eine Schwenkeinrichtung 50 trägt. Mit Hilfe der Schwenkeinrichtung 50 kann der Bearbeitungskopf 44 um zwei orthogonale Achsen motorisch verschwenkt werden. An seinem dem Bearbeitungskopf 44 gegenüber liegenden Ende ist der Teleskoparm 48 an einem motorbetriebenen XY-Verfahrtisch 52 befestigt, mit dessen Hilfe der Teleskoparm 48 mit dem endseitig befestigten Bearbeitungskopf 44 translatorisch entlang zweier orthogonaler Richtungen verfahrbar ist. Die Verfahreinrichtung 46 ist auf diese Weise in der Lage, den Bearbeitungskopf 44 nah an unterschiedliche Orte auf den reflektierenden Oberflächen der Spiegel M2 und M3 heranzuführen, wie dies in der 3 bezüglich des zweiten Spiegels M2 mit durchgezogenen Linien und bezüglich des dritten Spiegels M3 mit gestrichelten Linien gezeigt ist.
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Aus Bauraumgründen kann es zweckmäßig sein, der Bearbeitungseinrichtung 42 nicht in der in den 2 und 3 gezeigten Meridionalebene, sondern in einer dazu senkrechten Sagittalebene des Objektivs 26 anzuordnen. Außerdem kommen auch ganz andere Ausbildungen für die Verfahreinrichtungen in Betracht, solange sie geeignet sind, den Bearbeitungskopf wenigstens einem der Spiegel M1 bis M6 des Objektivs 26 zuzustellen.
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Der Bearbeitungskopf 44 enthält in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine an sich herkömmliche Elektronenkanone, wie sie beispielsweise in Röntgenquellen eingesetzt werden. Eine solche Elektronenkanone umfasst üblicherweise eine Elektronenquelle, z. B. eine Glühkathode, einen Wehnelt-Zylinder und eine Beschleunigungsanode, um die von der Glühkathode freigesetzten Elektronen zu beschleunigen. Die Energie der vom Bearbeitungskopf 44 emittierten Elektroden liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 5 keV und 80 keV und insbesondere zwischen 40 keV und 50 keV. Welche Energie die emittierten Elektronen idealerweise haben sollten, hängt u. a. davon ab, aus welchem Material das Substrat der Spiegel M2, M3 besteht.
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Alternativ zu einer Elektronenkanone kann der Bearbeitungskopf 44 auch einen vorzugsweise gepulst betriebenen Laser oder ein Lichtaustrittsfenster einer optischen Faser enthalten, in die das Licht eines solchen Lasers eingekoppelt wird. Der Laser sollte Licht mit einer Mittenwellenlänge zwischen 0.3 μm und 3 μm und mit Pulsenergien zwischen 0,01 μJ und 10 μJ erzeugen; die Repetitionsrate sollte zwischen 1 Hz und 100 MHz liegen.
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3. Funktion
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Die Funktion des Objektivs 26 und der Bearbeitungseinrichtung 42 wird im Folgenden mit Bezug auf die 3 und 4 erläutert.
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Zunächst wird das Objektiv 26 zusammengebaut und justiert. Im Rahmen der Justierung werden im Allgemeinen iterativ die Abbildungseigenschaften des Objektivs 26 gemessen. Hierzu kann beispielsweise in an sich bekannter Weise die optische Wellenfront in der Bildebene 32 des Objektivs 26 interferometrisch bestimmt werden. Bei der Justierung wird die Lage der Spiegel M1 bis M6 so verändert, dass die Abbildungsfehler minimiert werden. Zusätzlich können, sofern vorhanden, auch Manipulatoren zum Einsatz kommen, die einen oder mehrere der Spiegel M1 bis M6 gezielt deformieren, um auf diese Weise die Wellenfrontdeformationen weiter zu verringern.
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Auch nach einem solchen relativ aufwendigen Justageprozess verbleiben aber gelegentlich Restabbildungsfehler, die bei höchsten Ansprüchen an die Abbildungseigenschaften des Objektivs 26 nicht toleriert werden können. Bei diesen Restabbildungsfehlern handelt es sich häufig um kurzwellige Wellenfrontdeformationen, die durch höhere Terme in einer Zerlegung der Wellenfrontdeformationen nach Zernike-Koeffizienten beschrieben werden. Beiträge zu den Restabbildungsfehlern, die unabhängig von der Feldposition sind, lassen sich durch eine gezielte Nachbearbeitung des in der ersten Pupillenebene 34 angeordneten zweiten Spiegels M2 verringern. Die Nachbearbeitung hat zum Ziel, den zweiten Spiegel M2 so zu verformen, dass die verbleibenden Restabbildungsfehler verringert oder in längerwellige Abbildungsfehler überführt werden, die mit Hilfe anderer Manipulatoren in dem vorstehend erwähnten Justageprozess korrigiert werden können.
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Die 4a zeigt den zweiten Spiegel M2 vergrößert in einem meridionalen Schnitt. Der Spiegel M2 umfasst ein Spiegelsubstrat 54, das im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Spezialglas wie ULE® oder Zerodur® besteht. Derartige Gläser haben bei der Betriebstemperatur des Spiegels M2 einen geringen oder veschwindenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so dass sie sich bei kleineren Temperaturveränderungen nicht verformen. Das Spiegelsubstrat 54 hat eine präzise bearbeitete optische Fläche 56, deren Form die optischen Eigenschaften des zweiten Spiegels M2 maßgeblich bestimmt. Die optische Fläche 56 trägt eine nicht maßstäblich dargestellte reflektierende Beschichtung 58, die eine Vielzahl von dünnen Einzelschichten 60 mit alternierenden Brechzahlen umfasst. Die reflektierende Beschichtung 58 ist dazu ausgelegt, das kurzwellige EUV-Projektionslicht zu reflektieren. Das Spiegelsubstrat 54 hat außerdem eine Umfangsfläche 62 und eine hintere Fläche 64, die optisch nicht wirksam sind, jedoch für die Abfuhr von Wärme aus dem zweiten Spiegel M2 bedeutsam sind.
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Die 4b zeigt den zweiten Spiegel M2 während eines Bearbeitungsvorgangs mit Hilfe der Bearbeitungseinrichtung 42. In der dargestellten Bearbeitungsposition befindet sich der Bearbeitungskopf 44 in einem Bearbeitungsabstand d von der reflektierenden Beschichtung 58, der kleiner als 10 mm ist. Ein so kurzer Bearbeitungsabstand ist erforderlich, damit der divergente Elektronenstrahl 65 einen rausreichend kleinen Strahlfleck auf dem zweiten Spiegel M2 erzeugt. Die energiereichen Elektronen durchdringen die dünne reflektierende Beschichtung 58, ohne mit dieser eine nennenswerte Wechselwirkung einzugehen. Im Spiegelsubstrat 54 hingegen werden die energiereichen Elektronen absorbiert und bewirken dort eine lokale Verdichtung des Spiegelsubstrats 54. Diese Verdichtung geht ihrerseits mit einer Verformung 66 der optischen Fläche 56 und der davon getragenen reflektierenden Beschichtung 58 einher, wie dies die 4c zeigt. Diese lokale Verformung 66 erzeugt die gewünschte Korrektur der Wellenfront und trägt somit zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften des Objektivs 26 bei.
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Wenn Verformungen 66 an mehreren Orten des zweiten Spiegels M2 erzeugt werden sollen, wird der Bearbeitungskopf 44 mit Hilfe der Verfahreinrichtung 46 sukzessive an die entsprechenden Orte verfahren. Auch eine Verdichtung größerer Bereiche des Spiegelsubstrats 54 ist möglich, wenn der Bearbeitungskopf 44 so (z. B. mäandrierend) entlang eines Verfahrweges über die optische Fläche 56 hinweg verfahren wird, dass der Bearbeitungsstrahl 65 nach Abfahren des Verfahrweges einen zweidimensionalen Bereich auf der optischen Fläche 56 sukzessive bearbeitet hat.
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Falls auch feldabhängige Wellenfrontdeformationen korrigiert werden sollen, muss ein feldnah angeordneter Spiegel in der vorstehend geschilderten Weise mit Hilfe des Bearbeitungskopfes 44 bearbeitet werden. Da der dritte Spiegel M3 zumindest außerhalb der Pupillenebene 34 angeordnet ist, lassen sich geringe Feldabhängigkeiten dort korrigieren, wie dies in der 3 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Noch besser geeignet ist hierzu der näher am Zwischenbild angeordnete vierte Spiegel M4.
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Da die Bearbeitungseinrichtung 42 in das Objektiv 26 integriert ist, lässt sich eine Bearbeitung zu Korrekturzwecken auch problemlos durchführen, nachdem die Projektionsbelichtungsanlage 10 in Betrieb genommen wurde. Ein solcher Korrekturbedarf kann sich beispielsweise deswegen ergeben, weil das energiereiche EUV-Projektionslicht teilweise die reflektierenden Beschichtungen 48 der Spiegel M1 bis M6 durchdringt und ebenfalls zu einer Verdichtung der Spiegelsubstrate 54 führen kann, wenn bestimmte Lichtintensitäten über einen längeren Zeitraum überschritten werden. Die mit der Verdichtung einhergehenden Verformungen der optischen Fläche 56 können mit einer geeignet ausgelegten Nachbearbeitung mit Hilfe der Bearbeitungseinrichtung 42 ausgeglichen oder zumindest so modifiziert werden, dass verbleibende Restabbildungsfehler leichter durch andere Manipulatoren korrigiert werden können.
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4. Zweites Ausführungsbeispiel
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Eine dauerhafte Anordnung der Bearbeitungseinrichtung 42 im Objektiv 26 kann aus verschiedenen Gründen schwierig sein. Zum einen ist der verfügbare Bauraum in Folge des komplizierten Strahlengangs in EUV-Objektiven 26 häufig so begrenzt, dass nicht ohne weiteres eine zusätzliche Baugruppe untergebracht werden kann. Auch unter Kostengesichtspunkten kann es günstiger sein, die Bearbeitungseinrichtung 42 nicht dauerhaft, sondern nur bei Bedarf im Objektiv 26 anzuordnen.
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Mit Bezug auf die 5 und 6 wird im Folgenden ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Bearbeitungseinrichtung 42 beschrieben, bei welcher der Bearbeitungskopf 44 nur bei Bedarf in das Objektiv 26 eingeführt wird. Die 5 zeigt oben einen Ausschnitt aus einem Objektiv 26, in dessen Tragstruktur 47 zum Tragen der Spiegel M1 bis M6 ein Lichtkanal 68 ausgebildet ist, der für den Durchtritt des EUV-Projektionslichts vorgesehen ist. Zusätzlich zum Lichtkanal 68 ist in der Tragstruktur 46 ein Zugangskanal 70 ausgebildet, welcher den Lichtkanal 68 mit dem Außenraum 71 verbindet, der das Objektiv 26 umgibt. Während des normalen Projektionsbetriebs ist der Lichtkanal 68 von dem Zugangskanal 70 durch eine Schwenkklappe 72 getrennt; ferner ist ein Verschlussdeckel 74 vorgesehen, der den Zugangskanal 70 zum Außenraum 71 hin abschließt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Bearbeitungseinrichtung 42, oder genauer gesagt deren Verfahreinrichtung 46, an einer Halterung 78 befestigt, die Führungselemente 80 umfasst. Die Führungselemente 80 korrespondieren zu Führungsbohrungen 82, die in der Tragstruktur 46 des Objektivs 26 ausgebildet sind.
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Ergibt sich nach der Erstjustage oder zu einem Zeitpunkt nach Inbetriebnahme der Projektionsbelichtungsanlage 10 ein Korrekturbedarf, der eine Nachbearbeitung des zweiten Spiegels M2 erforderlich macht, so wird der Verschlussdeckel 74 abgenommen und die Schwenkklappe 72 aufgeschwenkt. Der Zugangskanal 70 schafft dann eine durchgängige Verbindung zwischen dem Außenraum 71 und dem Lichtkanal 68. Anschließend wird die Halterung 78 der Bearbeitungseinrichtung 42 von außen an der Tragstruktur 46 befestigt, wobei die Führungselemente 80 in die Führungsbohrungen 82 eingreifen, wie dies in der 6 gezeigt ist.
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In einem nächsten Schritt wird der Bearbeitungskopf 44 mit Hilfe der Verfahreinrichtung 46 in die gewünschte Lage relativ zu dem zweiten Spiegel M2 gebracht und die Bearbeitung mit Hilfe des Bearbeitungsstrahls 65 vorgenommen.
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Um den Bearbeitungskopf präzise über der optischen Fläche
56 des zweiten Spiegels M2 positionieren zu können, weist bei diesem Ausführungsbeispiel die Bearbeitungseinrichtung
42 eine zusätzliche Lageerfassungseinrichtung
85 auf, mit der die Lage, d. h. die Orts- und Winkelkoordinaten, des Bearbeitungskopfes
44 relativ zu der Tragstruktur
47 und damit zu dem zweiten Spiegel M2 mit hoher Genauigkeit messbar ist. Die Lageerfassungseinrichtung
85 ist zu diesem Zweck als μGPS-System ausgebildet, das eine am Bearbeitungskopf
44 angeordnete Lichtemissionseinrichtung
86, der Licht von einer externen Lichtquelle zugeführt wird, und mindestens drei Lichtempfangseinheiten
88a,
88b,
88c umfasst, die an unterschiedlichen Orten an der Tragstruktur
46 befestigt sind. Durch Überlagern des an den Lichtempfangseinheiten
88a,
88b,
88c empfangenen Lichts mit von der externen Lichtquelle erzeugtem Referenzlicht lassen sich die Abstände zwischen den Lichtempfangseinheiten
88a,
88b,
88c von der Lichtemissionseinrichtung
86 mit hoher Genauigkeit bestimmen. Auf diese Weise lässt sich die Lage des Bearbeitungskopfes
44 mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern relativ zu dem zweiten Spiegel M2 messen. Weitere Einzelheiten zu einem geeigneten μGPS-System sind der
DE 10 2008 003 282 A1 entnehmbar. Für die Lageerfassung kommen jedoch auch andere Messsysteme in Betracht, z. B. herkömmliche triangulatorische Messsysteme.
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5. Wichtige Verfahrensschritte
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Wichtige Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in einem Flussdiagramm zusammengefasst, das in der 7 gezeigt ist.
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In einem ersten Schritt wird ein Objektiv 26 aus mehreren Spigeln M1 bis M6 zusammengebaut, wobei mindestens einer der mehreren Spiegel ein Korrekturspiegel zur Korrektur von Wellenfrontdeformationen ist.
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Anschließend werden in einem Schritt S2 die Spiegel justiert.
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In einem darauf folgenden Schritt S3 eine Fläche des Korrekturspiegels mit einem Bearbeitungsstrahl bearbeitet, wodurch sich die Form des Korrekturspiegels dauerhaft ändert. Dabei trifft der Bearbeitungsstrahl auf keinen der anderen mehreren Spiegel trifft, bevor er den Korrekturspiegel bearbeitet. Außerdem wird nach dem Schritt S2 kein Spiegel aus dem Objektiv entfernt.