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Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage sowie ein Verfahren zum Heizen eines EUV-Spiegels.
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Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden für die Herstellung integrierter Schaltkreisen mit besonders kleinen Strukturen genutzt. Eine mit sehr kurzwelliger, tief ultravioletter oder extrem ultravioletter Strahlung (DUV- oder EUV-Strahlung) beleuchtete Maske (= Retikel) wird auf ein Lithografieobjekt abgebildet, um die Maskenstruktur auf das Lithografieobjekt zu übertragen.
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Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst mehrere Spiegel, an denen die Strahlung reflektiert wird. Die Spiegel haben eine präzise definierte Form und sind präzise positioniert, damit die Abbildung der Maske auf das Lithografieobjekt eine hinreichende Qualität hat.
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Die Projektionsbelichtungsanlage ist im Betrieb Einflüssen ausgesetzt, die einen Einfluss auf die Qualität der Abbildung haben. Führt beispielsweise eine thermische Ausdehnung zu einer Änderung in der geometrischen Form eines Spiegels, so verändert sich die Wellenfront der an dem Spiegel reflektierten Strahlung. Die Projektionsbelichtungsanlage kann mit einer Heizvorrichtung ausgestattet sein, um die Temperatur des Spiegels durch gezielte Wärmezufuhr beeinflussen zu können. Die Heizvorrichtung kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, Infrarotstrahlung die Oberfläche des Spiegels zu leiten.
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Das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Mehrzahl von EUV-Spiegeln, mit denen ein Retikel in eine Bildebene abgebildet wird. Eine Heizvorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle zum Aussenden einer Heizstrahlung auf eine Oberfläche des EUV-Spiegels. Die Strahlungsquelle umfasst eine Vielzahl von in einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Strahlungselementen. Von den Strahlungselementen abgegebene Heizstrahlung wird durch ein Multi-Linsen-Array hindurch auf die Oberfläche des EUV-Spiegels geleitet wird.
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Die Strahlungselemente kann ein VCSEL sein. Die Abkürzung VCSEL steht für Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser und bezeichnet einen Oberflächenemitter, also Laserdioden, die die Heizstrahlung senkrecht zur Oberfläche des Halbleitersubstrats aussenden. Die Heizstrahlung kann beispielsweise Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 1050 nm und 1600 nm sein.
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In einer Ausführungsform sind die Linsenelemente an einem von dem Halbleitersubstrat separaten Träger angeordnet. Der Träger kann beispielsweise ein flächiges Glassubstrat sein, auf dessen Oberfläche die Linsenelemente ausgebildet sind. Von den Strahlungselementen abgegebene Strahlenbündel der Heizstrahlung können durch das Glassubstrat hindurchtreten und werden von den Linsenelementen so geformt, dass sie die Oberfläche des EUV-Spiegels in einer gewünschten Weise beleuchten.
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In einer anderen Ausführungsform sind die Linsenelemente an dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Die Strahlungselemente können so eingerichtet sein, dass die Heizstrahlung in das Halbleitersubstrat hinein abgegeben wird. Das Halbleitersubstrat besteht aus einem Material, das für die Heizstrahlung transparent ist, sodass die Heizstrahlung durch das Halbleitersubstrat hindurchtreten kann. Mit den auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats angeordneten Linsenelementen können die von den Strahlungselementen abgegebenen Strahlenbündel so geformt werden, dass sie die Oberfläche des EUV-Spiegels in einer gewünschten Weise beleuchten. Bei dieser Ausführungsform schließen die Strahlungselemente und die Linsenelemente das Halbleitersubstrat zwischen sich ein.
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Von der Strahlungsquelle abgegebene Wärme kann sich negativ auf den Betrieb des Projektionsobjektivs auswirken. Um die Temperatur der Strahlungsquelle auf einen bestimmten Wert einstellen zu können, kann die Strahlungsquelle mit Kühlkanälen versehen sein, durch die eine Kühlflüssigkeit hindurchgeleitet werden kann.
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Die Heizvorrichtung kann so eingerichtet sein, dass mit der Strahlenquelle ein zusammenhängender Oberflächenbereich auf der Oberfläche des EUV-Spiegels beleuchtet wird. Die Linsenelemente können so angeordnet und konfiguriert sein, dass der Oberflächenbereich mit im Wesentlichen konstanter Strahlungsintensität beaufschlagt wird, wenn die Leistungsabgabe der Strahlungselemente gleich ist. Durch Anpassen der Leistungsabgabe der Strahlungselemente kann dann ein gewünschtes Heizsetting, also eine gewünschte Intensitätsverteilung der Heizstrahlung über die Oberfläche des EUV-Spiegels eingestellt werden.
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Die Leistungsabgabe kann über Steuerbefehle an die einzelnen Strahlungselemente eingestellt werden. In einer Ausführungsform werden die Strahlungselemente in Gruppen angesteuert, wobei jede Gruppe einem Heizsetting entspricht.
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Es gibt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung. In einer Ausführungsform wird die von der Strahlungsquelle abgegebene Heizstrahlung auf die Reflexionsfläche des EUV-Spiegels gerichtet. Möglich ist auch, die von der Strahlungsquelle abgegebene Heizstrahlung auf einen außerhalb der Reflexionsfläche liegenden Oberflächenbereich des EUV-Spiegels zu richten. Die von der Strahlungsquelle abgegebene Heizstrahlung kann auch auf einen Forceframe des EUV-Spiegels gerichtet werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Heizen eines EUV-Spiegels einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage. Bei dem Verfahren wird mit einer Mehrzahl von EUV-Spiegeln ein Retikel in eine Bildebene abgebildet. Von einer Strahlungsquelle abgegebene Heizstrahlung wird auf eine Oberfläche des EUV-Spiegels geleitet. Die Strahlungsquelle umfasst eine Vielzahl von in einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Strahlungselementen. Von den Strahlungselementen abgegebene Heizstrahlung wird durch ein Multi-Linsen-Array hindurch auf die Oberfläche des EUV-Spiegels geleitet.
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Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen des Verfahrens mit Merkmalen, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs beschrieben sind. Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen des Projektionsobjektivs mit Merkmalen, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage;
- 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
- 3: eine Strahlungsquelle einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
- 4: die Strahlungsquelle aus 3 in einer Frontalansicht;
- 5: eine alternative Ausführungsform einer Strahlungsquelle in einer perspektivischen Darstellung;
- 6: die Ansicht gemäß 3 bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
- 7, 8: eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
- 9-11: Anwendungsbeispiele erfindungsgemäßer Heizvorrichtungen.
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In 1 ist eine mikrotlithografische EUV-Projektionsbelichtungsanlage schematisch dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Belichtungsstrahlenquelle 14, ein Beleuchtungssystem 10 und ein Projektionsobjektiv 22, die gemeinsam in einer Vakuumkammer 23 betrieben werden. In der Vakuumkammer 23 liegt im Betrieb der EUV-Projektionsbelichtungsanlage ein Unterdruck an.
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Die Belichtungsstrahlenquelle 14 erzeugt elektromagnetische Strahlung im EUV-Bereich, also insbesondere mit einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 30 nm. Die von der Belichtungsstrahlenquelle 14 ausgehende Belichtungsstrahlung wird mit einem Kollektor 15 in eine Zwischenfokusebene 16 gebündelt. Aus der Zwischenfokusebene 16 übertretende Belichtungsstrahlung wird mit dem Beleuchtungssystem 10 in eine Objektebene 12 geleitet, sodass ein Objektfeld in der Objektebene 12 mit gleichmäßiger Strahlungsintensität ausgeleuchtet ist.
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Das Beleuchtungssystem 10 umfasst einen Umlenkspiegel 17, mit dem die Belichtungsstrahlung auf einen ersten Facettenspiegel 18 umgelenkt wird. Dem ersten Facettenspiegel 18 ist ein zweiter Facettenspiegel 19 nachgeordnet. Mit dem zweiten Facettenspiegels 19 werden die Facetten des ersten Facettenspiegels 18 in die Objektebene 12 abgebildet.
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In dem Objektfeld ist eine als Retikel 13 bezeichnete Maske angeordnet, die über eine Mehrzahl von Spiegeln 20 des Projektionsobjektiv 22 in eine Bildebene 21 abgebildet wird. Eine auf dem Retikel 13 ausgebildete Struktur wird auf eine strahlungsempfindliche Schicht eines in der Bildebene 21 angeordneten Wafers übertragen.
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Die diversen Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage, an denen die Belichtungsstrahlung reflektiert wird, sind als EUV-Spiegel ausgebildet. Die EUV-Spiegel sind mit hoch reflektierenden Beschichtungen versehen. Es kann sich um Multilayer-Beschichtungen handeln, insbesondere um Multilayer-Beschichtungen mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium. Die EUV-Spiegel reflektieren etwa 70 % der auftreffenden EUV-Strahlung. Die restlichen etwa 30 % werden absorbiert und führen zu einer Erwärmung der EUV-Spiegel.
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Die EUV-Spiegel 20 des Projektionsobjektivs 22 können aus einem Material bestehen, das eine ultraniedrige thermische Expansion aufweist (Ultra-Low-Expansion-Material), beispielsweise einem unter der Bezeichnung ULE™ von der Firma Corning Inc. vertriebenen Titanium-Silicatglas. Im Betrieb des Projektionsobjektivs kann die Temperatur des Spiegelkörpers auf einen Wert nahe der sogenannten Nulldurchgangstemperatur (= Zero-Crossing-Temperatur) eingestellt werden. Bei dieser Zero-Crossing-Temperatur, welche z.B. für ULE™ bei etwa 30°C liegt, weist der thermische Ausdehnungskoeffizient in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang auf, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Materials des Spiegelkörpers erfolgt.
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Um die Temperatur des Spiegelkörpers auf dem vorgegebenen Wert zu halten, ist eine aktive Kühlung vorgesehen, bei der eine Kühlflüssigkeit durch den Spiegelkörper geleitet wird. Dies ist in 2 schematisch durch in dem Spiegelkörper ausgebildete Kühlkanäle 37 angedeutet.
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Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Heizvorrichtung 24, die dazu ausgelegt ist, Infrarotstrahlung 31 auf die Reflexionsfläche 32 eines EUV-Spiegels 20 des Projektionsobjektivs 22 zu richten, um den EUV-Spiegel 20 zu erwärmen. Die Wellenlänge der Infrarotstrahlung 31 kann beispielsweise zwischen 1050 nm und 1600 nm liegen, die Heizleistung kann beispielsweise zwischen 2 W und 100 W liegen. Die Erwärmung bewirkt eine thermische Ausdehnung, die gezielt so gestaltet werden kann, dass eine an dem EUV-Spiegel 20 reflektierte Wellenfront in einer gewünschten Weise beeinflusst wird.
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Die Heizvorrichtung 24 umfasst eine Steuereinheit 29, die in Abhängigkeit von verschiedenen Eingangsgrößen eine Infrarot-Strahlungsquelle 28 der Heizvorrichtung 24 ansteuert. In 2 ist beispielhaft ein Messfühler 30 dargestellt, der einen Messwert über eine Zustandsgröße des EUV-Spiegels 20, wie beispielsweise die Temperatur erfasst und der Steuereinheit 29 zuführt. Durch Steuersignale von der Steuereinheit 29 an die Strahlungsquelle werden Vorgaben für die Leistungsabgabe der Infrarot-Strahlungsquelle 28 gemacht.
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Die Strahlungsquelle 28 umfasst gemäß 3 ein Halbleitersubstrat 33, dessen Oberfläche mit einer Vielzahl von Infrarotstrahlung abgebenden Strahlungselementen 34 versehen ist. Die Strahlungselemente 34 sind VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, Oberflächenemitter), also Laserdioden, die die Infrarotstrahlung senkrecht zur Oberfläche des Halbleitersubstrats 33 aussenden.
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Über einen Stromkreis 26 wird die Strahlungsquelle 28 mit elektrischer Energie versorgt. Für den Betrieb der in der Vakuumkammer 23 angeordneten Heizvorrichtung 24 sind lediglich elektrische Anschlüsse erforderlich, die aus der Vakuumkammer 23 heraus nach außen geführt werden müssen.
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Die VCSEL geben die Infrarotstrahlung in Form divergenter Strahlenbündel ab. Um die Infrarotstrahlung 31 auf die Reflexionsfläche 32 des EUV-Spiegels 20 zu leiten, ist vor den VCSEL 34 ein Multi-Linsen-Array 35 angeordnet, das mit einer Vielzahl von Linsenelementen 36 versehen ist. Die von den VCSEL 34 abgegebene Infrarotstrahlung tritt durch das Multi-Linsen-Array 35 hindurch. In dem Multi-Linsen-Array 35 sind polarisierte Bragg-Filter ausgebildet, mit denen der Polarisationszustand der Infrarotstrahlung so eingestellt wird, dass der Anteil der vom EUV-Spiegel 20 absorbierten Infrarotstrahlung hoch ist und dass der Anteil der an dem EUV-Spiegel 20 reflektierten Infrarotstrahlung klein ist.
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Jedem der VCSEL 34 ist ein Linsenelement 36 zugeordnet, sodass das von dem VCSEL 34 abgegebene Infrarot-Strahlenbündel auf einen ausgewählten Oberflächenbereich des EUV-Spiegels 20 gerichtet wird. Die VCSEL 34 und die Linsenelemente 36 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Reflexionsfläche 32 des EUV-Spiegels 20 mit gleichmäßiger Helligkeit beleuchtet wird, wenn alle VCSEL 34 die gleiche Leistung abgeben.
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Über einen Controller 27 der Strahlungsquelle 28 kann die Leistungsabgabe der einzelnen VCSEL 34 individuell eingestellt werden. Durch die große Zahl von VCSEL 34 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 33 von beispielsweise wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 30, weiter vorzugsweise wenigstens 100, wird die Möglichkeit eröffnet, die Intensitätsverteilung der Infrarotstrahlung 31 über die Reflexionsfläche 32 des EUV-Spiegels 20 sehr flexibel zu variieren. Es können nahezu beliebige Settings für die Verteilung der Intensität der Infrarotstrahlung 31 über die Reflexionsfläche 32 des EUV-Spiegels 20 eingestellt werden. Die Einstellung der Leistungsabgabe erfolgt über Steuerbefehle von der Steuereinheit 29, die mit dem Controller 27 der Strahlungsquelle 28 in geeigneter Weise umgesetzt werden.
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Der Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage kann beeinträchtigt werden durch Wärme, die von in der Vakuumkammer 23 betriebenen Strahlungsquelle 28 abgegeben wird. Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist eine aktive Kühlung der Strahlungsquelle vorgesehen, bei der eine Kühlflüssigkeit durch in einem Körper der Strahlungsquelle 28 ausgebildete Kühlkanäle 38 geleitet wird. Die Temperatur der Strahlungsquelle 28 kann auf diese Weise auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, sodass eine Beeinträchtigung des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage vermieden wird. In 5 ist außerdem noch einmal dargestellt, dass es lediglich elektrische Anschlüsse sind, die für den Betrieb der Strahlungsquelle 28 in die Vakuumkammer 23 geführt werden müssen.
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In 6 ist eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strahlungsquelle 28 gezeigt, bei der die VCSEL 34 an einer Rückseite des Halbleitersubstrats 33 und die Linsenelemente 36 an einer Vorderseite des Halbleitersubstrats 33 angeordnet sind. Das Halbleitersubstrat besteht aus einem für die Infrarotstrahlung 31 transparenten Material. Die von den VCSEL 34 in das Halbleitersubstrat 33 hinein abgegebene Strahlung tritt durch das Halbleitersubstrat 33 hindurch zu den Linsenelementen 36. Mit den Linsenelementen 36 werden die von den VCSEL 34 abgegebenen Infrarot-Strahlenbündel so geformt, dass die Oberfläche des EUV-Spiegels 20 mit gleichmäßiger Helligkeit beleuchtet wird.
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Bei der Strahlungsquelle 28 in den 7, 8 sind die VCSEL 34 zu Gruppen 41, 42 zusammengefasst, die gemeinsam angesteuert werden. Jede Gruppe 41, 42 umfasst mehrere Reihen von VCSEL 34, die sich über die gesamte Breite der Strahlungsquelle 28 erstrecken. Jede Gruppe 41, 42 von VCSEL 34 entspricht einem Heizsetting, also einer bestimmten Intensitätsverteilung der Infrarotstrahlung 31 über die Oberfläche des EUV-Spiegels 20. Bei dieser Ausführungsform wird die Ansteuerung der VCSEL 34 erleichtert, weil es nicht mehr erforderlich ist, die VCSEL 34 einzeln mit einer Vielzahl von Steuerbefehlen zu versorgen. Stattdessen ist lediglich ein einzelner Steuerbefehl erforderlich, mit dem die Gruppe 41, 42 von VCSEL 34 ausgewählt wird, die dem gewünschten Heizsetting entspricht. Die Ansteuerung der Pixel 34 erfolgt üblicherweise so, dass eine erste Gruppe 41 von VCSEL 34 ausgeschaltet wird, bevor eine andere Gruppe 42 von VCSEL 34 aktiviert wird. Mit dieser Ausführungsform wird ein schneller und einfacher Wechsel zwischen verschiedenen Heizsettings ermöglicht.
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In 9 ist ein Anwendungsbeispiel von erfindungsgemäßen Heizvorrichtungen 28 gezeigt, bei dem die von einer Strahlungsquelle 28 abgegebene Infrarotstrahlung 31 einen Teilausschnitt der Oberfläche des EUV-Spiegels 20 beaufschlagt. Die Infrarotstrahlung 31 von einer zweiten Strahlungsquelle 28 wird auf einen anderen Teilausschnitt der Oberfläche des EUV-Spiegels geleitet. Die Strahlungsquellen 28 können so eingerichtet sein, dass in Summe die gesamte Reflexionsfläche 32 des EUV-Spiegels 20 mit Infrarotstrahlung 31 beheizt wird.
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Bei dem Anwendungsbeispiel gemäß 10 wird die von den Strahlungsquellen 28 abgegebene Infrarotstrahlung nicht auf die Reflexionsfläche 32 des EUV-Spiegels 20 gerichtet, sondern auf außerhalb der Reflexionsfläche 32 gelegene Randbereiche des EUV-Spiegels 20. Als Reflexionsfläche 32 wird der Oberflächenbereich des EUV-Spiegels 20 bezeichnet, der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage mit EUV-Strahlung beaufschlagt wird und der zur Abbildung des Retikels 13 auf den Wafer beiträgt.
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In 11 ist in der in den anderen Figuren nicht dargestellte Forceframe 43 gezeigt. Der Forceframe 43 bildet einen Rahmen, der den EUV-Spiegel 20 mechanisch hält. In diesem Anwendungsbeispiel sind insgesamt drei Strahlungsquellen 28 vorgesehen, die Infrarotstrahlung 31 abgeben. Mit zwei der Strahlungsquellen 28 wird der Forceframe 43 beaufschlagt. Auch thermische Verformungen in dem Forceframe 43 können dazu führen, dass die Wellenfront von an dem EUV-Spiegel 20 reflektierter EUV-Strahlung sich in unerwünschter Weise verändert. Durch Beheizen mit der Infrarotstrahlung 31 kann die Temperatur des Forceframes 43 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Mit einer dritten Strahlungsquelle 28 wird die von der Reflexionsfläche 32 abgewandte Rückseite des EUV-Spiegels 20 bestrahlt.
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Die in den 2, 9, 10, 11 gezeigten Anwendungsbeispiele können miteinander kombiniert werden.
