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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung, insbesondere
eine Projektions-Belichtungsanlage für die Mikrolithographie
mit einer multipolaren Beleuchtungseinstellung sowie ein Verfahren
zur Kompensation von durch eine multipolare Beleuchtungseinstellung
induzierten Abbildungsfehlern bei entsprechenden Abbildungsvorrichtungen.
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STAND DER TECHNIK
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Projektionsbelichtungsanlagen
für die Mikrolithographie zur Herstellung mikrostrukturierter
Bauteile werden in der Mikrotechnik und insbesondere Mikroelektronik
vielfältig eingesetzt. Aufgrund der immer kleiner werdenden
Strukturen, die mit derartigen Anlagen gefertigt werden sollen,
ist eine hohe Präzision der Projektionsbelichtungsanlagen
unerlässlich. Die hierbei eingesetzten Abbildungsvorrichtungen, sei
es im Beleuchtungssystem oder im Projektionsobjektiv sind jedoch
unterschiedlichsten Einflüssen ausgesetzt, welche über
der Nutzungsdauer zu einer Veränderung der Abbildungseigenschaften
beitragen können.
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Als
Beispiel sei hierbei die für die mikrolithographische Abbildung
verwendete Strahlung genannt, welche zu einem gewissen Teil von
den optischen Elementen, wie Linsen, Spiegeln, diffraktiven optischen
Elementen (DOEs) absorbiert wird, so dass es zu einer Erwärmung
der optischen Elementen, dem sog. lens heating (LH) kommt. Die Absorption
hängt dabei von dem verwendeten Material für die
Linsen oder den darauf angeordneten Beschichtungen ab.
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Durch
die Erwärmung der optischen Elemente kann es zu Oberflächendeformationen
sowie bei refraktiven Elementen (Linsen) zur Veränderung
der Brechzahl kommen, und zwar direkt durch die thermische Belastung
und/oder den daraus hervorgehenden mechanischen Eigenspannungen.
Dies alles beeinflusst die Abbildungseigenschaften der entsprechenden
Abbildungsvorrichtung.
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Um
die durch die Erwärmung der optischen Elemente erzeugten
Veränderungen gegenüber einer für einen
anderen Temperaturzustand ausgelegten Abbildungsvorrichtung auszugleichen,
können neben den Maßnahmen zur Verringerung bzw.
Begrenzung der Erwärmung der optischen Elemente mittels
geeigneter Materialien und dergleichen Kompensationseinrichtungen
vorgesehen werden, die durch aktive Veränderungen an der
Abbildungsvorrichtung zu einer Verringerung oder einem kompletten
Ausgleich von Abbildungsfehlern beitragen können.
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Aus
der
EP 0 961 149 A2 ist
beispielsweise ein katadioptrisches Projektionsobjektiv bekannt,
bei welchem ein Spiegel vorgesehen ist, welcher mittels Aktuatoren
deformiert werden kann, um nicht-rotationssymmetrische Bildfehler
zu kompensieren. Zusätzlich können um die optische
Achse rotierbare Linsen vorgesehen werden, um weitere Abbildungsfehler
zu minimieren. Eine Korrektur asymmetrischer Aberrationen durch
Drehung zweier, aufgrund ihrer Form asymmetrische Abbildungsfehler
erzeugender Linsen ist aus der
US
5,852,518 bekannt.
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Außer
für Spiegelelemente sind Aktuatoren auch für Linsen
bekannt, die gemäß der Anzahl der Aktuatoren und
deren Verteilung z. B. am Umfang des entsprechenden Linsenelements
eine geeignete Deformation des Linsenelements ermöglichen.
Derartige Deformationen von mindestens zwei optischen Elementen
können zur Kompensation von asymmetrischen Abbildungsfehlern
eingesetzt werden, wie in der
WO 2006/125617 A2 offenbart. Durch Überlagerung
der durch Verformung erzeugten Wellenfrontdeformationen können
komplexe Abbildungsfehler korrigiert werden. Die Offenbarung der
WO 2006/125617 A2 wird
hiermit durch Verweis vollständig in die vorliegende Offenbarung
mit aufgenommen.
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Eine
Korrektur von Abbildungsfehlern mit einem einzigen verformbaren
optischen Element ist ferner in der
DE 10 2005 015 627 A1 offenbart.
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Neben
der bereits angesprochenen hohen Präzision der Projektionsbelichtungsanlagen
ist es für den Anwender zunehmend jedoch auch wichtig, dass
entsprechenden Anlagen auch variabel für unterschiedliche
Einsatzzwecke, insbesondere für sehr viele unterschiedliche
Arten von zu erzeugenden Mikrostrukturen und entsprechend unterschiedliche
Retikel eingesetzt werden können. Hierzu ist es vorteilhaft
auch die Beleuchtung an die unterschiedlichen Gegebenheiten, wie
beispielsweise Form, Art und Aufbau eines Retikels anpassen zu können.
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Entsprechend
ist beispielsweise aus der
DE 103
43 333 A1 eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
bekannt, bei der eine variable Einstellung unterschiedlichster Beleuchtungsmodi
ohne Austausch optischer Komponenten möglich ist. Die Offenbarung
dieser für den gleichen Anmelder vorgenommenen Anmeldung
wird hiermit durch Verweis vollständig in die vorliegende
Offenbarung mit aufgenommen.
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Problematisch
bei einer derartigen Anlage kann jedoch sein, dass bei den unterschiedlichen
Beleuchtungsmodi (Beleuchtungseinstellungen, illumination settings)
unterschiedliche Abbildungsfehler, insbesondere bei nicht-rotationssymmetrischen
Beleuchtungseinstellungen, wie Dipol- oder Quadrupolbeleuchtungseinstellungen
entstehen können, die aufgrund der Variabilität
hinsichtlich azimutaler und radialer Ausrichtung der Aberrationen
bzgl. der optischen Achse und Komplexität der Abbildungsfehler schwierig
zu kompensieren sind.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Problem der
Kompensation von verschiedenen Abbildungsfehlern, die beispielsweise durch
zeitlich und nach Art und Größe der Einstellung variable,
nicht-rotationssymmetrische Beleuchtungseinstellungen entstehen,
auf einfache und effektive Weise zu lösen. Die induzierten
Abbildungsfehler können sowohl die Abbildung der Maske
auf den Wafer durch das Projektionsobjektiv als auch die Ausleuchtung
der Maske durch das Beleuchtungssystem betreffen. Insbesondere soll ein
entsprechendes Verfahren oder eine Vorrichtung trotz variabler Kompensation
von Abbildungsfehlern weiterhin einfach aufgebaut, herstellbar oder
bedienbar sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Abbildungsvorrichtung mit
den Merkmalen den Anspruchs 1 sowie entsprechenden Verfahren zur
Kompensation von Abbildungsfehlern mit den Merkmalen der Ansprüche
23 oder 24. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass bei zeitlich
und nach Art und Größe der Einstellung variablen
multipolaren, also insbesondere bzgl. der optischen Achse nicht-rotationssymmetrischen
Beleuchtungseinstellungen eine variable Kompensationseinrichtung
für die durch die multipolare Beleuchtungseinstellung induzierten
Abbildungsfehler vorgesehen sein kann, die es ermöglicht,
zumindest für zwei unterschiedliche multipolare, also insbesondere
nicht-rotationssymmetrische Beleuchtungseinstellungen eine entsprechende
Kompensation der dadurch entstehenden Abbildungsfehler zu erzielen.
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Unter
multipolare Beleuchtungseinstellung wird jede Beleuchtungseinstellung
verstanden, welche in einer Feldebene, also insbesondere einer Retikelebene
einer Projektionsbelichtungsanlage eine Verteilung der Intensität
bezüglich des Aziments und der Größe
des Einfallswinkels des zur Abbildung verwendeten Lichts bzw. Strahlung
aufweist. Entsprechend finden sich in den Pupillenebenen bzw. dazu konjugierten
Ebenen der Abbildungsvorrichtung azimutale und/oder radiale Intensitätsverteilungen
des zur Abbildung verwendeten Lichts bzw. allgemein der verwendeten
elektromagnetischen Strahlung. Geläufige Beleuchtungseinstellungen
stellen Dipol- oder Quadrupol-Einstellungen dar, welche in einer
Pupillenebene der Abbildungsvorrichtung beispielsweise zwei bzw.
vier scheibenartige Intensitätsmaxima aufweisen.
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Insbesondere
kann eine derartige variable Kompensationseinrichtung für
multipolare Beleuchtungseinstellungen vorgesehen sein, welche bezogen
auf ihre azimutale Ausrichtung beliebig um die optische Achse als
Drehachse anordenbar sind, so dass sich eine beliebige azimutale
Orientierung der Beleuchtungspole bzgl. eines zu beleuchtenden Retikels
oder eines Beleuchtungsfeldes ergeben kann.
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Zusätzlich
oder alternativ können verschiedene multipolare Beleuchtungseinstellungen,
wie Dipol- oder Quadrupol-Einstellungen oder dergleichen, zur variablen
Kompensation vorgesehen sein, die in ihrer radialen Ausgestaltung
bezogen auf die optische Achse und/oder ihrer Amplitude veränderbar sind.
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Die
entsprechenden Abbildungsfehler, die durch die multipolaren Beleuchtungseinstellungen
induziert werden können, können vor allem eine
n-zählige Symmetrie mit der natürlichen Zahl n ≥ 2
aufweisen, wobei die Zähligkeit der Symmetrie gemäß der nachfolgenden
Beschreibung bezogen ist auf eine Drehung um die optische Achse,
z. B. des in der Projektionsbelichtungsanlage enthaltenen Projektionsobjektivs.
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Bei
inhomogenen, nicht-rotationssymmetrischen Abbildungsfehlern bzw.
den entsprechenden Deformationen von Kompensationselementen spricht
man von 2-, 4- oder allgemein Mehrwelligkeit, je nachdem welche
Art von inhomogener, nicht-rotationssymmetrischer Beleuchtung bzw.
entsprechender Deformation vorliegt. Bei einer Dipolbeleuchtung ist
eine 2-Welligkeit gegeben, während bei einer Quadrupolbeleuchtung
aufgrund der vier Pole von einer 4-Welligkeit gesprochen wird. Im
Folgenden wird hierzu auch von der Zähligkeit vergleichbar
der Symmetrie von Punktgruppen gesprochen, so dass beispielsweise
bei einer 2-Zähligkeit eine Drehung um 180° um
die optische Achse zu einer übereinstimmenden Lage der
Pole bzw. Abbildungsfehler oder Deformationen führt. In
vergleichbarer Weise wird bei einer 4-Zähligkeit durch
eine Drehung um 90° um die optische Achse eine Übereinstimmung
der entsprechenden Beleuchtungseinstellungen oder der Abbildungsfehler
bzw. Deformationen der Kompensationselemente erreicht. Folglich
werden die Begriffe Welligkeit und Zähligkeit in der vorliegenden
Anmeldung nachfolgend in ähnlicher Weise und gemäß der vorangegangenen
Definition verwendet.
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Die
variable Kompensationseinrichtung kann mindestens ein, vorzugsweise
zwei, insbesondere drei oder mehr deformierbare optische Elemente
aufweisen, wobei durch die Deformation der optischen Elemente Abbildungsfehler
erzeugt werden, die den zu kompensierenden Abbildungsfehlern entgegenwirken.
Die Deformation kann hierbei unterschiedlich stark und/oder mit
unterschiedlichen Vorzeichen erfolgen. Die Kompensation kann sowohl
im Beleuchtungssystem als auch in dem Projektionsobjektiv einer
Projektionsbelichtungsanlage erfolgen.
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Insbesondere
kann die variable Kompensationseinrichtung mindestens ein deformierbares
optisches Element umfassen, welches drehbar um die optische Achse
angeordnet ist, so dass die nicht-rotationssymmetrische bzw. n-wellige
Deformation durch Drehung um die optische Achse azimutal so ausgerichtet
werden kann, dass zumindest bestimmte Abbildungsfehler bzw. entsprechende
Beleuchtungseinstellungen bei einer beliebigen azimutalen Orientierung
bzw. Ausrichtung kompensiert werden können.
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Alternativ
oder zusätzlich kann die Kompensationseinrichtung mindestens
ein Paar oder mehrere deformierbare optische Elemente umfassen,
die in festen Winkelbeziehungen zueinander bzgl. ihrer azimutalen
Ausrichtung angeordnet sind. Durch Linearkombinationen der Abbildungsfehler,
die durch die einzelnen deformierbaren optischen Elemente erzeugt
werden, können ebenfalls unterschiedliche Abbildungsfehler
und insbesondere bestimmte Abbildungsfehler in jeder azimutalen
Orientierung kompensiert werden.
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Insgesamt
können bei der Kompensationseinrichtung verschiedenste
Kombinationen aus drehbaren und/oder bzgl. ihrer azimutalen Ausrichtung
fest angeordneten deformierbaren optischen Elementen, wie beispielsweise
auch zwei oder mehr Paare von deformierbaren optischen Elementen
mit fester azimutaler Ausrichtung vorgesehen sein, um für
möglichst viele beliebige Beleuchtungseinstellungen mit
möglichst vielen beliebigen azimutalen Ausrichtungen entsprechende
Kompensationen der Abbildungsfehler bereitstellen zu können.
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Die
Kompensationseinrichtung oder entsprechende Teile davon, also beispielsweise
die deformierbaren optischen Elemente, können in einer
Pupillenebene und/oder in der Nähe einer derartigen Ebene
vorgesehen sein. Insbesondere kann die Kompensationseinrichtung
oder Teile davon, also entsprechend das deformierbare optische Element
in einer Ebene vorgesehen sein, deren Subaperturverhältnis ≥ 0,75
insbesondere ≥ 0,9 ist. Das Subaperturverhältnis
in einer Ebene parallel zu einer Pupillenebene des optischen Systems
wird dabei definiert als |R – H|:(|R – H|
+ |H|) wobei ausgehend von einem Objektpunkt maximaler Objekthöhe
R die Randstrahlhöhe und H die Hauptstrahlhöhe,
gemessen in der Ebene, ist. Das Subaperturverhältnis kann
somit Werte zwischen 0 und 1 annehmen, wobei der Wert 1 in jeder
Pupillenebene des optischen Systems und der Wert 0 in jeder Feldebene
des optischen Systems vorliegt. Da die multipolare Beleuchtungseinstellung
eine inhomogene, insbesondere nicht-rotationssymmetrische Lichtintensitätsverteilung
in der Pupillenebene bewirkt, ist die Anordnung in den entsprechend
pupillennahen Ebenen besonders vorteilhaft, um Wirkungen vor allem
in der Pupillenebene zu erzeugen. Es ist aber auch eine Anordnung
in anderen Ebenen möglich.
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Die
deformierbaren optischen Elemente der Kompensationseinrichtung können
sowohl optische Linsen als auch Spiegel oder diffraktive optische
Elemente, sog. DOEs sein.
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Zur
Deformation der optischen Elemente können an den optischen
Elementen Aktuatoren und/oder Festlager vorgesehen sein, die es
ermöglichen die optischen Elemente in bestimmter Weise
zu deformieren, insbesondere mit unterschiedlichen Amplituden und/oder
in unterschiedlichen Richtungen.
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An
den deformierbaren optischen Elementen können zwei oder
mehr, insbesondere n- oder 2n-Aktuatoren und Festlager vorgesehen
sein, wobei n eine natürliche Zahl ≥ 2 ist. Das
Vorsehen von n- oder 2n-Aktuatoren und einer entsprechenden Anzahl
von Festlagern ermöglicht die Einbringung von Deformationen
mit n-facher oder 2n-facher Welligkeit bzw. Zähligkeit
der Symmetrie. Dies gilt vor allem dann, wenn die Aktuatoren zur
Bewegung bzw. Deformation der optischen Elemente und die Festlager
abwechselnd äquidistant um den Umfang eines beispielsweise
kreisrunden bzw. zylindrischen optischen Elements, wie einer Linse,
angeordnet sind.
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Die
Aktuatoren ermöglichen eine Bewegung des Randes des optischen
Elements parallel oder zumindest in Richtung der optischen Achse
oder entgegengesetzt bzw. eine entsprechende Deformation.
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Die
Festlager können so ausgebildet sein, dass sie zumindest
bzgl. des Bewegungsfreiheitsgrades der optischen Elemente in Richtung
der optischen Achse oder entgegengesetzt das deformierbare optische
Element festlegen. Vor allem kann das Festlager so ausgebildet sein,
dass zwar eine Festlegung des deformierbaren optischen Elements senkrecht
oder nahezu senkrecht zur optischen Fläche des optischen
Elements bzw. in Richtung parallel zur optischen Achse gegeben ist,
aber beispielsweise eine Verkippung oder Verdrehung weiterhin möglich ist.
Damit kann erreicht werden, dass durch eine variable Betätigung
von Aktuatoren unterschiedliche Welligkeiten in das deformierbare
optische Element eingebracht werden können. Darüber
hinaus ist es denkbar, die Festlager so auszubilden, dass sie lösbar
sind, so dass durch Entfernung oder Freigabe der Lager die Einstellung
der Welligkeit variabel gestaltet werden kann,.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Kompensationseinrichtung
mindestens zwei deformierbare optische Elemente auf, die so deformierbar
sind, dass sie eine n-Welligkeit aufweisen, wobei n eine natürliche
Zahl ≥ 2 ist. Diese beiden n-wellig deformierbaren optischen
Elemente können dann zueinander um einen Winkel 90°/n
verdreht um die optische Achse angeordnet sein, so dass durch die
Betätigung der Aktuatoren eine beliebige Orientierung eines
n-welligen Abbildungsfehlers kompensiert werden kann. Dazu erfolgt
eine Linearkombination der Abbildungsfehler, die durch die n-wellig
deformierbaren optischen Elemente eingebracht werden.
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Bei
der Verwendung von 2n-wellig deformierbaren optischen Elementen
in einer Kompensationseinrichtung kann das Vorsehen eines weiteren deformierbaren
optischen Elements vorteilhaft sein, um eine zusätzliche
Abdeckung einer azimutalen Orientierung zu ermöglichen.
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Zur
Realisierung eines drehbaren, deformierbaren optischen Elementes
kann ein derartiges optisches Element eine Drehfassung aufweisen,
die insbesondere als eine zweiteilige Fassung mit Innen- und Außenfassung
gestaltet sein kann. Die Aktuatoren können hierbei an der
Innenfassung angeordnet sein und beispielsweise durch piezoelektrische
Komponenten, die über Schleifkontakte oder dergleichen mit
elektrischer Energie versorgt werden, gebildet sein.
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Ähnlich
einer beliebigen Kombination von mehreren azimutal fest ausgerichteten
und/oder frei drehbaren deformierbaren optischen Elementen in einer
oder mehreren Kompensationseinrichtungen können zusätzlich
oder alternativ die deformierbaren optischen Elemente einer Kompensationseinrichtung so
gestaltet sein, dass verschiedene Zähligkeiten bzw. Welligkeiten
von Deformationen vorgesehen oder erreichbar sind. Damit gibt es
eine vielfältige Kombinationsmöglichkeit zur Erzielung
unterschiedlicher Kompensationsmöglichkeiten für
viele verschiedene Abbildungsfehler sowie eine entsprechende azimutale
Orientierung derartiger Abbildungsfehler.
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Bei
der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung können
sowohl die multipolare Beleuchtungseinstellung als auch die Kompensationseinrichtung
bzgl. der Einstellung der azimutalen und/oder radialen Ausrichtung
und/oder Amplitude kontinuierlich veränderbar sein. Damit
ist neben der schrittweisen Veränderung der multipolaren
Beleuchtungseinstellung durch entsprechende Maßnahmen im
Beleuchtungssystem, beispielsweise bei der zeitlichen Abfolge der
Beleuchtung von Retikel zu Retikel oder Wafer zu Wafer und eine
entsprechende schrittweise Anpassung der Kompensationseinrichtung
eine weitere Art der kontinuierlichen Veränderung möglich.
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Um
feststellen zu können, wie die Abbildungseigenschaften
und die Wirkungsweise der Kompensationseinrichtung sind, kann eine
Mess- und Erfassungseinrichtung zur kontinuierlichen oder intermittierenden
Erfassung der Abbildungseigenschaften vorgesehen sein, wobei insbesondere
ein Regelkreis ausgebildet sein kann, der abhängig von den
erfassten Messwerten eine Steuerung der Kompensationseinrichtung
ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung kann so
betrieben werden, dass zunächst festgestellt wird, welche
multipolare Beleuchtungseinstellung, insbesondere auch bzgl. ihrer
azimutalen Orientierung vorliegt, wobei dann in einem nachfolgenden
Schritt die Kompensationseinrichtung so eingestellt werden kann,
dass eine Kompensation der durch die multipolare Beleuchtungseinstellung
verursachten Abbildungsfehler ermöglicht wird. Dazu kann beispielsweise
die Deformation der deformierbaren optischen Elemente einer Kompensationseinrichtung entsprechend
gewählt werden, so dass durch eine Überlagerung
der durch die Deformation erzeugten Abbildungsfehler die durch die
multipolare Beleuchtungseinstellung erzeugten Abbildungsfehler kompensiert
werden. Bei einem drehbaren, deformierbaren optischen Element kann
zusätzlich zur Deformation mittels der Aktuatoren eine
entsprechende Drehung, also azimutale Ausrichtung vorgenommen werden.
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Damit
kann bei einer beliebig eingestellten Beleuchtungseinstellung eine
wirksame Kompensation der durch die Beleuchtung erzeugten Abbildungsfehler
bewirkt werden. Dabei ist beliebig insbesondere hinsichtlich der
azimutalen Ausrichtung zu verstehen. In Abhängigkeit von
der Anzahl der verwendeten deformierbaren optischen Elemente ist
jedoch auch eine Beliebigkeit bzw. Variabilität hinsichtlich der
Art und Größe der Beleuchtungseinstellungen möglich.
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Das
entsprechende Verfahren ist insbesondere geeignet, auch Veränderungen
der multipolaren Beleuchtungseinstellung, insbesondere hinsichtlich einer
veränderten azimutalen Ausrichtung zu kompensieren. Dabei
kann die Kompensation sowohl schrittweise als auch kontinuierlich,
beispielsweise in Abhängigkeit von den kontinuierlich oder
intermittierend erfassten Abbildungseigenschaften an die zeitliche
Veränderung der Abbildungsfehler angepasst werden, um so
eine wirksame Kompensation zu erzielen.
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Weiterhin
ist es auch möglich, optische Elemente, insbesondere die
deformierbaren optischen Elemente der Kompensationseinrichtung in
einer Richtung parallel oder antiparallel zur optischen Achse beweglich
auszugestalten, um durch eine Verschiebung des entsprechenden optischen
Elements parallel oder antiparallel zur optischen Achse eine weitere
Anpassungs- bzw. Kompensationsmöglichkeit zu schaffen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Zeichnungen
zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
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1 eine
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage bei welcher die vorliegende
Erfindung eingesetzt werden kann;
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2 eine
Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Projektionsobjektivs
zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung;
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3 eine
Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Projektionsobjektivs
zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung;
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4 eine
Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Projektionsobjektivs
zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung
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5 eine
Draufsicht auf eine Kompensationseinrichtung in Richtung der optischen
Achse gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Darstellung der Wellenfrontdeformation bei Verformung von optischen
Elementen der Ausführungsform der 4.
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7 in
Teilbildern a) bis c) Diagramme der Darstellung der Wellenfrontdeformation
mit Hilfe von Zernike-Polynomen und deren Überlagerung;
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8 eine
Seitenansicht auf ein deformierbares optisches Element in Form einer
optischen Linse;
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9 eine
Draufsicht auf eine weitere Form einer Kompensationseinrichtung
vergleichbar der Darstellung der 2;
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10 eine
seitliche Schnittansicht des deformierbaren optischen Elements in
Form einer Linse der Kompensationseinrichtung aus 9 entlang dem
Schnitt A-A
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11 eine
Seitendarstellung der deformierten Linse aus den 5 und 6;
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12 eine
perspektivische Ansicht der Linse aus 11; und
in
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13 eine
Darstellung einer Dipol-Beleuchtung.
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Die
1 zeigt
eine Mikrolithographie-Projektionsbeleuchtungsanlage
1,
wie sie in der
DE
103 43 333 A1 offenbart ist. Der Offenbarungsgehalt dieser
Anmeldung wird durch Verweis vollständig hierin aufgenommen.
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Die
Projektionsbeleuchtungsanlage 1 weist eine Lichtquelle 2 mit
einem nachfolgenden Beleuchtungssystem auf, welches ein Retikel 15 in
einer Retikelebene homogen ausleuchtet, welche gleichzeitig die
Objektebene des nachfolgenden Projektionsobjektivs 16 ist,
so dass das Muster des Retikels auf einen in der Bildebene 17 angeordneten
Wafer abgebildet wird, auf dem eine entsprechende Mikrostruktur
erzeugt werden soll.
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Das
Beleuchtungssystem des gezeigten Ausführungsbeispiels weist
nach der Lichtquelle 2 in Form eines Lasers oder dergleichen
einen Strahlaufweiter 3 auf, der das Licht in eine Lichtmodulationseinrichtung 4 abgibt,
deren Einzelelemente durch eine Steuereinrichtung 5 unabhängig
voneinander einstellbar und veränderbar sind, so dass eine
beliebige Beleuchtungseinstellung (Beleuchtungssetting) durch die
Einzelelemente, z. B. in Form von schaltbaren, reflektiven Beugungsgittern,
möglich ist.
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Das
von der Lichtmodulationseinheit 4 ausgehende Licht wird
durch ein Zoom-Axicon-Objektiv 7 geleitet, wobei in der
Austrittspupillenebene 8 ein Rasterelement 9 vorgesehen
ist, welches eine rechteckige Abstrahlcharakteristik zur Erzielung
eines rechteckigen Beleuchtungsfeldes aufweist.
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Nachfolgend
ist eine Einkoppeloptik 10 vorgesehen, der die Feldebene 11 folgt.
Das Beleuchtungssystem weist nachfolgend eine Beleuchtungsabbildungsanordnung 12 auf,
die eine Abbildungseinheit 13 umfasst, bei der eine Pupillenzwischenebene 14 vorgesehen
ist, in welcher die Kompensationseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung angeordnet werden kann. Selbstverständlich
sind auch andere Stellen zur Anordnung der Kompensationseinrichtung
innerhalb des Beleuchtungssystems bzw. der Projektionsbelichtungsanlage 1 möglich, welche
beispielsweise ebenfalls Pupillenebenen, pupillennahe Ebenen oder
konjugierte Ebenen darstellen. Insbesondere kann die Kompensationseinrichtung
im Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage vorgesehen
werden. Die Anordnung der Kompensationseinrichtung oder zumindest
von Teilen davon in einer Pupillenebene bzw. der Nähe davon
ist deshalb bevorzugt, weil die Kompensationseinrichtung gerade
die Abbildungsfehler kompensieren bzw. beseitigen soll, welche durch
die nicht homogene, insbesondere nicht-rotationssymmetrische Intensitätsverteilung
in der Pupillenebene entstehen, so dass eine Wirkung in der Pupille
verursacht werden sollte.
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Neben
beispielsweise einer kompletten Anordnung der Kompensationseinrichtung,
z. B. bestehend aus zwei azimutal verdrehten, deformierbaren optischen
Elementen, in der Pupillenzwischenebene 14, ist es auch
möglich, Kompensationseinrichtungen zu realisieren, bei
denen die einzelnen Komponenten, z. B. verformbare optische Elemente,
an verschiedenen Stellen der Abbildungsvorrichtung, also der Projektionsbelichtungsanordnung,
und somit räumlich voneinander getrennt vorgesehen sind.
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Die 2 bis 4 zeigen
weitere Beispiele von Abbildungsvorrichtungen, in welchen entsprechende
Kompensationsvorrichtungen vorgesehen werden können. Bei
den Beispielen handelt es sich um unterschiedliche Projektionsobjektive
von Projektionsbelichtungsanlagen. Die möglichen Einsatzorte der
Kompensationseinrichtungen bzw. Teilen davon also der deformierbaren
optischen Elemente sind durch gestrichelte Rechtecke gezeigt, wobei
in diesen Bereichen das Subaperturverhältnis, wie es weiter
oben definiert worden ist, ≥ 0,75 ist.
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Bei
dem Projektionsobjektiv der 2 handelt
es sich um ein rein refraktives System, während das Projektionsobjektiv
der 3 ein katadioptrisches System mit einem refraktiven
Teil, einem Spiegelteil und wiederum einem refraktiven Teil ist,
so dass es insgesamt als RCR-System bezeichnet werden kann.
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Das
Projektionsobjektiv der 4 kann als 2M-System bezeichnet
werden, da dieses zwei Spiegel (Mirror) umfasst.
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Die 5 zeigt
eine mögliche Kompensationseinrichtung, die aus zwei deformierbaren
optischen Linsen besteht, welche in ihrer azimutalen Ausrichtung
zueinander um den Winkel α, z. B. 45° gegeneinander
um die optische Achse 6 verdreht sind.
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In
der Draufsicht der 5 ist lediglich eine deformierbare
Linse 30 zu sehen, während die dahinter entlang
der optischen Achse 6 angeordnete zweite deformierbare
optische Linse 40 verdeckt ist und deshalb nur strichliniert
dargestellt ist. Allerdings sind die entsprechenden Lager 43, 44 und
Aktuatoren 41, 42 zu erkennen.
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Die
beiden optischen Linsen 30 und 40 weisen jeweils
einander gegenüberliegend Aktuatoren 31, 32 bzw. 41, 42 auf,
die den seitlichen Rand der kreisrunden optischen Linsen an gegenüberliegenden
Stellen parallel zur bzw. in Richtung der optischen Achse 6 bewegen
können.
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Zusätzlich
sind an den optischen Linsen 30 und 40 jeweils
zwei Festlager 33 und 34 bzw. 43 und 44 vorgesehen,
die am Kreisumfang der optischen Elementen jeweils um 90° beabstandet
von den Aktuatoren 31, 32 bzw. 41, 42 vorgesehen
sind.
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Entsprechend
kann durch eine Betätigung der Aktuatoren 31, 32 bzw. 41, 42 bei
gleichgerichteter Betätigung, also z. B. bei gleichzeitigem
Anheben des Linsenrandes aus der Zeichenebene der 5 heraus über
die jeweils zwei Aktuatoren einer Linse eine Biegung um die Achse,
die durch die Festlager 33, 34 bzw. 43, 44 läuft,
erzielt werden.
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Damit
wird eine sog. 2-wellige Deformation erzeugt, die aufgrund der Überführung
in einen gleichwertigen Zustand durch eine Drehung um 180° um
die optische Achse eine 2-zählige Symmetrie aufweist.
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Wie
in den Diagrammen (Konturplots) a) bis c) der 6 zu
erkennen ist, wird durch die 2-wellige Deformation ein 2-welliger
Abbildungsfehler erzeugt, der zur Kompensation von 2-welligen Abbildungsfehlern
verwendet werden kann. Das linke Teilbild der 6 zeigt
die Wellenfront bei 2-welliger Deformation des optischen Elements 15 des
Projektionsobjektivs der 4 (linker Pfeil) mit azimutaler
Ausrichtung 0° während das rechte Teilbild der 6 die
Wellenfrontdeformation bei 2-welliger Deformation des optischen
Elements 19 (rechter Pfeil) der Ausführungsform
der 4 in azimutaler Ausrichtung von 45° zeigt.
Das mittlere Bild zeigt die überlagerte Wellenfrontdeformation.
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Durch
die Anordnung von deformierbaren optischen Elementen, im gezeigten
Ausführungsbeispiel von optischen Linsen, hintereinander
entlang der optischen Achse 6 mit einer azimutalen Verdrehung
kann eine Linearkombination bzw. Überlagerung der durch
die Deformation erzeugten Abbildungsfehler bewirkt werden, die bei
unterschiedlichen Kombinationen und vorzugsweise unterschiedlichen
Deformationen zu einer beliebigen, insbesondere beliebigen azimutalen
Ausrichtung der Kompensation führen. Auf diese Weise können
beliebige, insbesondere beliebige azimutale Beleuchtungseinstellungen
korrigiert bzw. kompensiert werden.
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Die 7 zeigt
beispielsweise die Linearkombination von optischen Abbildungsfehlern
in Form von Zernike-Polynomen durch die Verformung der hintereinander
angeordneten optischen Linsen 30 und 40 die mittels
der Aktuatoren 31, 32 und 41, 42 entstehen
(Teilbilder a) und b)), so dass in dem Teilbild c) durch Überlagerung
entsprechend azimutal ausgerichtete Astigmatismen entstehen. Damit kann
ein entsprechender 2-welliger Abbildungsfehler aufgrund einer inhomogenen,
nicht-rotationssymmetrischen, d. h. multipolaren Beleuchtung, wie
beispielsweise einer Dipolbeleuchtung kompensiert bzw. reduziert
werden.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 7 wird
durch die Deformation der optischen Linse 30 aus der 5 ein
mit Z5 bezeichneter Abbildungsfehler in der optischen Linse 30 (Teilbild
a) sowie ein mit Z6 bezeichneter Abbildungsfehler in der optischen
Linse 40 (Teilbild b) erzeugt, die durch entsprechende
Linearkombination im Verhältnis 1:1 (Teilbild c)) zu Astigmatismus
in einer bestimmten azimutalen Orientierung führen. Andere
Kombinationen z. B. im Verhältnis –1:1 führen
zu einer anderen azimutalen Orientierung des Astigmatismus. Dieser beliebig
azimutal orientierbare Abbildungsfehler kann zur Kompensation eines
beliebig ausgerichteten Abbildungsfehlers verwendet werden. Durch
entsprechenden Vorzeichenwechsel kann der gesamte Winkelbereich
von 180° für eine 2-wellige (2-zählige)
Störung abgedeckt werden.
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Die 8 zeigt
eine optische Linse der Kompensationseinrichtung aus 2,
nämlich die optische Linse 30, die an den Festlagern 33 und 34 festgehalten
bzw. eingespannt ist, während entlang einer Linie senkrecht
zur Verbindungslinie zwischen den Festlagern 33 und 34 die
Aktuatoren 31 und 32 angeordnet sind, die in 4 nicht
gezeigt sind, jedoch gemäß dem angedeuteten Doppelpfeil
ein Anheben und Absenken des entsprechenden Linsenrandes ermöglichen,
so dass es zu einer Durchbiegung der optischen Linse 30 kommt.
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Die 9 zeigt
eine zweite Art der Realisierung einer Kompensationseinrichtung 21,
welche eine einzige drehbare optische Linse 50 umfasst, welche
zudem deformierbar ist. Hierzu sind vier Aktuatoren 51 bis 54 äquidistant
um den Umfang der kreisrunden optischen Linse 50 vorgesehen,
so dass sie zwischen sich Winkel von 90° einschließen.
Zwischen den einzelnen Aktuatoren sind ebenfalls äquidistant
Lager 55 bis 58 vorgesehen, die bzgl. der Aktuatoren
in ihrer azimutalen Ausrichtung um 45° um die optische
Achse 6 gedreht sind, jedoch zwischen den einzelnen Lager
wiederum einen Drehwinkel von 90° aufweisen.
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Insgesamt
ist mit der deformierbaren optischen Linse 50 aufgrund
der vier angeordneten Aktuatoren 51 bis 54 eine
4-wellige Deformation möglich.
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Da
das deformierbare optische Element selbst drehbar um die optische
Achse 6 gelagert ist, wie der Doppelpfeil andeutet, können
damit 4-wellige Abbildungsfehler in jeder beliebigen azimutalen
Orientierung bei einer Drehung um die optische Achse 6 kompensiert
bzw. korrigiert werden, da entsprechend der azimutalen Orientierung
des zu kompensierenden Abbildungsfehlers die Kompensationseinrichtung 21 mit
ihrem drehbaren optischen Element 50 entsprechend ausgerichtet
werden kann.
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Eine
mögliche Umsetzung eines drehbaren, deformierbaren optischen
Elements ist in der 10 dargestellt, welche eine
Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 9 zeigt.
Bei der Schnittansicht der 10 ist
eine Außenfassung 60 zu erkennen, in welcher eine
Innenfassung 61 drehbar gelagert ist. Durch die drehbare
Innenfassung 61 gegenüber der Außenfassung 60 kann
das optische Element 50 um die optische Achse 6 gedreht
und in jede beliebige azimutale Ausrichtung gebracht werden.
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An
der Innenfassung 61 sind die Aktuatoren 51 bis 54,
im gezeigten Ausführungsbeispiel der Aktuator 54,
sowie die Lager 55 bis 58, im gezeigten Ausführungsbeispiel
das Lager 56, angeordnet.
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Durch
die Aktuatoren, welche beispielsweise als piezoelektrische Elemente
ausgeführt sein können, die über Schleifkontakte
mit elektrischer Energie versorgt werden können, kann der
Rand des optischen Elements 50 entsprechend dem Doppelpfeil angehoben
und abgesenkt werden. Gleichzeitig wird der Rand des optischen Elements 50 durch
die Lager 55 bis 58, u. a. das Lager 56,
in seiner Lage stabilisiert, so dass eine entsprechende Verformung
des optischen Elementes realisiert werden kann.
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Um
beispielsweise mit der Kompensationseinrichtung 21 neben
4-welligen Abbildungsfehlern auch 2-wellige Abbildungsfehler kompensieren zu
können, können die Lager 55 bis 58 so
ausgebildet sein, dass sie vom Eingriff mit dem optischen Element 50 gelöst
werden können, wie der Doppelpfeil parallel zu dem entsprechenden
Haltesteg des Lagers 56 andeutet. Auch dies kann beispielsweise durch
einen Piezokristall realisiert werden.
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Diese
Ausführungsform hat den Vorteil, dass bei gelösten
Lager 55 bis 58 die Aktuatoren 53 und 54 beispielsweise
die Funktion eines Feststelllagers übernehmen können,
während die Aktuatoren 51 und 52 weiterhin
als entsprechende Aktuatoren betrieben werden. Damit kann aus dem
4-wellig deformierbaren optischen Element 50 ein 2-wellig
deformierbares optisches Element 50 gebildet werden.
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Eine
entsprechende lösbare Lageranordnung kann selbstverständlich
auch bei der Ausführungsform der 5 mit hintereinander
angeordneten optischen Elementen 30 und 40 realisiert
werden. Allerdings sind unter Umständen zusätzliche
Linsen erforderlich, die die zusätzliche Orientierung der
deformierbaren Linse, die von den anderen deformierbaren Linsen
nicht abgedeckt wird, mit abdeckt. Beispielsweise kann hier eine
dritte deformierbare Linse erforderlich sein.
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Darüber
hinaus ist es auch möglich, die Lager 55 bis 58 so
auszubilden, dass eine gewisse Beweglichkeit der deformierbaren
optischen Linse bzgl. der Lager in einem oder mehreren Freiheitsgraden gegeben
ist und durch entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren statt einer
4-welligen Verformung lediglich eine 2-wellige Verformung realisiert
wird. Dies ist schematisch in 11 und 12 gezeigt.
Hier halten die Lager 56 und 57 bzw. 55 und 58 das
optische Element 50 drehend auf einer bestimmen Ebene,
während die Enden durch die Aktuatoren 53 und 54 bzw. 51 und 52 nach
oben und unten gemäß der Doppelpfeile bzw. entlang
oder entgegengesetzt der optischen Achse 6 bewegt werden
können. Damit kann eine vergleichbare Deformation zu derjenigen, wie
sie in 8 dargestellt ist, erreicht werden.
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Die 13 zeigt
eine Dipol-Beleuchtungseinstellung, bei welcher eine erfindungsgemäße Kompensationseinrichtung
Verwendung finden kann. Gezeigt ist die Winkelverteilung in Form
des Sinus des Einfallwinkels φ über einer Feldebene
bzw. feldnahen Ebene, z. B. in der Nähe des Retikels. Entsprechend
zeigt die 13 die sin φ-Verteilung
für die Koordination x und y.
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Obwohl
bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen lediglich Kompensationseinrichtungen
beschrieben worden sind, die 2-wellig deformierbare optische Linsen
hintereinander entlang der optischen Achse 6 bzw. ein um
die optische Achse 6 drehbares, 4-wellig deformierbares
optisches Element 50 aufweisen, ist selbstverständlich,
dass vielfältige unterschiedlichste Kombinationen von n-
oder 2n-wellig deformierbaren optischen Elementen, die mit einer azimutalen
Winkelbeziehung zueinander angeordnet sind, und/oder von frei drehbar
um die optische Achse angeordneten deformierbaren optischen Elementen,
möglich sind.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand von optischen Linsen beschrieben
worden ist, ist selbstverständlich, dass die vorliegende
Erfindung auch für andere optische Elemente, wie Spiegel
oder diffraktive optische Elemente, sog. DOEs eingesetzt werden
kann.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Ausführungsbeispiele
detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann
auch selbstverständlich, dass Abänderungen durch
unterschiedliche Kombination einzelner vorgestellter Merkmale oder
Weglassen einzelner Merkmale möglich sind, ohne den Schutzbereich
der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0961149
A2 [0006]
- - US 5852518 [0006]
- - WO 2006/125617 A2 [0007, 0007]
- - DE 102005015627 A1 [0008]
- - DE 10343333 A1 [0010, 0054]