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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage, mit einer EUV-Plasma-Lichtquelle.
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Es ist bekannt, dass Lichtquellen für EUV-Lithographieanlagen als Plasma-Lichtquellen ausgebildet sein können. Beispielsweise bietet die Firma Cymer, Inc. eine so genannte „Laser Produced Plasma“ (LPP) EUV-Plasma-Lichtquelle an, bei der Tröpfchen aus geschmolzenem Zinn mit einem gepulsten CO2-Hochleistungslaser getroffen werden, um Strahlung zu erzeugen, die im EUV-Spektralbereich um ca. 13,5 nm eine maximale Intensität aufweist.
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Eine solche EUV-Plasma-Lichtquelle erzeugt aber zusätzlich zur Strahlung im EUV-Spektralbereich, d.h. um ca. 13,5 nm herum, ein ausgedehntes, breitbandiges und quasi-kontinuierliches Strahlungs-Spektrum bei größeren Wellenlängen. Wird eine Intensitätsmessung der von der EUV-Plasma-Lichtquelle erzeugten EUV-Strahlung mittels einer Sensoreinrichtung durchgeführt, kann zumindest ein Teilbereich dieses quasi-kontinuierlichen Spektrums, der nicht an im Strahlengang vor der Sensoreinrichtung angeordneten optischen Elementen gefiltert wurde, zur gemessenen Gesamt-Intensität beitragen und so das Messergebnis der Intensitätsmessung der EUV-Strahlung verfälschen.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Anordnung sowie ein Verfahren bereitzustellen, welches auf einfache Weise eine spektrale Trennung der Strahlung einer Plasma-Lichtquelle ermöglicht.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Anordnung umfassend: eine EUV-Plasma-Lichtquelle, sowie einen Spektralfilter, der zur Absorption von Strahlung der EUV-Plasma-Lichtquelle in einem EUV-Spektralbereich und zur Transmission von Strahlung der EUV-Plasma-Lichtquelle in einem Transmissions-Spektralbereich mit Wellenlängen oberhalb des EUV-Spektralbereichs ausgebildet ist, sowie eine Bewegungseinrichtung zum wahlweisen Einbringen des Spektralfilters in den Strahlengang oder Entfernen des Spektralfilters aus dem Strahlengang der EUV-Plasma-Lichtquelle.
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Bei in den Strahlengang eingebrachtem Spektralfilter wird eine Intensitätsverteilung der Strahlung der EUV-Plasma-Lichtquelle lediglich im Transmissions-Spektralbereich des Spektralfilters aufgenommen, wobei die Strahlung im EUV-Spektralbereich von dem Spektralfilter absorbiert wird. Durch den Vergleich der Intensitätsverteilungen, die mit und ohne den Spektralfilter gemessen werden, kann somit die Intensität der EUV-Strahlung bestimmt werden, indem der Beitrag des Strahlungsanteils innerhalb des Transmissions-Spektralbereichs berücksichtigt wird. Zu diesem Zweck kann z.B. die Intensitätsverteilung, die bei im Strahlengang angeordnetem Spektralfilter gemessen wurde, von der Intensitätsverteilung ohne den im Strahlengang angeordneten Spektralfilter subtrahiert werden. Durch die Verwendung des wahlweise in den Strahlengang einbringbaren Spektralfilters kann somit auf eine spektrale Filterung („spectral purity filter“) an der Sensoreinrichtung selbst verzichtet werden.
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In einer Ausführungsform ist der Spektralfilter als Fenster aus einem Fluorid-Material, insbesondere einem Erdalkali-Fluorid-Material oder einem Alkali-Fluorid-Material ausgebildet. Solche Fenster besitzen einen Transmissions-Spektralbereich, der bei einer minimalen Wellenlänge von ca. 100 nm oder ca. 130 nm beginnt und je nach Art des gewählten Materials bei ca. 1 μm oder darüber endet. Ein solches Fenster stellt eine besonders einfache Art eines Spektralfilters dar und Absorbiert zuverlässig die Strahlung im EUV-Spektralbereich. Zwar erzeugt die EUV-Plasma-Lichtquelle auch Strahlung in einem weiteren Spektralbereich zwischen dem EUV-Spektralbereich (ca. 12 nm bis 14 nm) und dem Transmissions-Spektralbereich (oberhalb von ca. 100 nm oder 130 nm), die in diesem weiteren Spektralbereich emittierte Strahlung wird aber typischer Weise von Spiegelelementen der optischen Anordnung, z.B. einem Kollektorspiegel (Parabolspiegel oder dergleichen) oder weiteren EUV-Spiegeln ausgefiltert, so dass der Spektralfilter für diesen weiteren Spektralbereich nicht transparent bzw. transmittierend ausgebildet sein muss.
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Bei einer Ausführungsform ist das Material des Fensters ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Calcium-Fluorid, Barium-Fluorid, Lithium-Fluorid, Magnesium-Fluorid und Strontium-Fluorid. Diese Materialien weisen allesamt einen Transmissions-Spektralbereich auf, der bei ca. 100 nm–130 nm beginnt und bei ca. 1 μm endet, wobei die exakten Grenzen des Transmissions-Spektralbereichs vom jeweils gewählten Material abhängig sind. Als besonders günstig hat sich die Verwendung von Calcium-Fluorid als Fenster-Material erwiesen, da dieses einen Transmissions-Wellenlängenbereich aufweist, der von ca. 130 nm bis deutlich über 1 μm reicht. Es versteht sich, dass neben Fluorid-Materialien auch andere Materialien zur Herstellung eines Spektralfilters in Form eines Fensters (Planplatte) verwendet werden können, sofern diese für Strahlung innerhalb der oben angegebenen Grenzen transparent sind und Strahlung im EUV-Spektralbereich absorbieren.
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Typischer Weise weisen die Fenster aus den oben genannten Materialien eine Dicke von 1 mm oder weniger auf. Diese Materialdicke genügt in der Regel, um die EUV-Strahlung wirksam zu absorbieren.
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Bei einer Ausführungsform ist der Spektralfilter für Strahlung in einem Transmissions-Spektralbereich zwischen 130 nm und 1 μm transparent. Wie oben beschrieben erfüllen z.B. Calciumfluorid und weitere Alkali- oder Erdalkali-Fluorid-Materialien diese Anforderungen. Oberhalb einer Wellenlänge von ca. 1 μm ist die Intensität der von der EUV-Plasma-Lichtquelle emittierten Strahlung sehr gering, so dass der Spektralfilter bzw. das Fenster für Strahlung in diesem Wellenlängenbereich nicht zwingend transparent sein muss.
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In einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung mindestens ein EUV-Spiegelelement, welches zur Reflexion der Strahlung der Plasma-Lichtquelle im EUV-Spektralbereich und zur Absorption der Strahlung der Plasma-Lichtquelle in einem Absorptions-Spektralbereich ausgebildet ist, dessen unteres Ende an den EUV-Spektralbereich anschließt und dessen oberes Ende an den Transmissions-Spektralbereich anschließt oder teilweise mit diesem überlappt. Bei dem Spiegelelement, welches Strahlung in dem Absorptions-Spektralbereich absorbiert handelt es sich in der Regel um einen EUV-Spiegel, d.h. um einen Spiegel, an dessen Oberfläche eine Mehrlagen-Beschichtung aufgebracht ist, welche für die Reflexion von EUV-Strahlung bei ca. 13,5 nm optimiert ist. Bei dem EUV-Spiegel kann es sich beispielsweise um einen Kollektorspiegel handeln, welcher dazu dient, die Strahlung der EUV-Plasma-Lichtquelle in einem Zwischenfokus zu fokussieren.
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Aber auch andere EUV-Spiegel der optischen Anordnung können neben der Umlenkung der Strahlung im EUV-Spektralbereich eine Absorption von Strahlung außerhalb des EUV-Spektralbereichs bewirken. Typische EUV-Spiegel weisen beispielsweise eine Mehrzahl von alternierenden Schichten aus Silizium und Molybdän auf, wobei die Anzahl der Schichten und die Schichtdicken so aufeinander abgestimmt sind, dass diese bei der Betriebswellenlänge von typischer Weise ca. 13,5 nm ein scharfes Intensitätsmaximum aufweisen. Allerdings wird von solchen herkömmlichen Si/Mo-Schichtstapeln Strahlung oberhalb einer bestimmten Wellenlänge, die typischer Weise im Bereich um ca. 130 nm liegt, nicht mehr absorbiert, sondern ebenfalls reflektiert.
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Aufgrund der filternden Eigenschaften der Spiegelelemente in dem Absorptions-Spektralbereich ist es nicht erforderlich, dass der Spektralfilter für den gesamten Spektralbereich oberhalb des EUV-Spektralbereichs transparent ist, d.h. die gesamte von der EUV-Plasma-Lichtquelle außerhalb des EUV-Spektralbereichs emittierte Strahlung erfasst. Es genügt vielmehr, wenn der Transmissions-Spektralbereich an den Absorptions-Spektralbereich anschließt, innerhalb dessen die Strahlung von den Spiegelelementen absorbiert wird bzw. wenn der Transmissions-Spektralbereich teilweise mit dem Absorptions-Spektralbereich überlappt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die optische Anordnung eine Sensoreinrichtung zur (breitbandigen) Detektion der Intensität der Strahlung der Plasma-Lichtquelle, sowie eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Intensität der EUV-Strahlung durch Vergleichen der detektierten Intensität der Sensoreinrichtung mit und ohne den Spektralfilter im Strahlengang. Wie oben dargestellt wurde, kann durch Differenzbildung zwischen den Intensitätsverteilungen, die mit und ohne den Spektralfilter gemessen werden, die Intensitätsverteilung der im EUV-Spektralbereich von der EUV-Plasma-Lichtquelle emittierten Strahlung bestimmt werden.
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Bei einer optischen Anordnung in Form einer EUV-Lithographieanlage ist insbesondere der Anteil der nicht im EUV-Spektralbereich liegenden, ungefilterten Strahlung (sog. „Falschlicht“) im Vergleich zur EUV-Strahlung im Bereich der Wafer-Ebene von Interesse, da die nicht gefilterte Strahlung mit Wellenlängen außerhalb des EUV-Spektralbereichs die Belichtung der in der Wafer-Ebene vorgesehenen lichtempfindlichen Schicht (Resist) als strukturloser Untergrund stört und zu einem Kontrastverlust führt.
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Die Spiegelelemente der optischen Anordnung können durch geeignete Maßnahmen, z.B. das Vorsehen von zusätzlichen absorbierenden Schichten z.B. aus Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid so ausgelegt werden, dass diese auch für Strahlung bei Wellenlängen oberhalb von ca. 130 nm absorbierend werden. Daher ist es von Interesse, den zeitlichen Verlauf des Verhältnisses zwischen der Intensität der EUV-Strahlung und der Intensität des Falschlichts in der Wafer-Ebene zu beobachten, um z.B. ein Degradieren der das Falschlicht absorbierenden Schichten zu erkennen und ggf. Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.
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In einer Weiterbildung ist die Sensoranordnung bevorzugt in einer Wafer-Ebene angeordnet und zur Bestimmung der Intensität von gestreuter EUV-Strahlung (auch) außerhalb des Strahlengangs bzw. des Bildfeldes ausgebildet, z.B. indem die Sensorfläche geeignet groß dimensioniert wird. Da sich die Wellenlängen der EUV-Strahlung und der von den EUV-Spiegeln nicht gefilterten Strahlung (im UV- bzw. VIS-Bereich) um einen Faktor > 10 voneinander unterscheiden, wird typischer Weise ein erheblich höherer Anteil der EUV-Strahlung in einen Bereich außerhalb des Strahlengangs gestreut als dies für die nicht gefilterte Strahlung im UV- bzw. VIS-Bereich der Fall ist.
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In der Wafer-Ebene ist außerhalb des Strahlengangs bzw. des Bildfeldes praktisch kein Falschlicht vorhanden, während innerhalb des Bildfeldes ein höherer Falschlichtanteil vorhanden ist. Will man den Streulichtanteil der EUV-Strahlung in der Wafer-Ebene bestimmen, ist es daher erforderlich, auf die oben beschriebene Weise zunächst die Intensität der EUV-Strahlung innerhalb des Bildfeldes zu bestimmen (und den Intensitätsanteil des Falschlichts zu eliminieren), um die Intensität der EUV-Strahlung innerhalb des Bildfeldes mit der Intensität der EUV-Strahlung außerhalb des Bildfeldes vergleichen zu können.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur spektralen Trennung der Strahlung einer EUV-Plasma-Lichtquelle, umfassend: Einbringen eines Spektralfilters in einen Strahlengang der Plasma-Lichtquelle zur Filterung von Strahlung im EUV-Spektralbereich und zur Transmission von Strahlung in einem Transmissions-Spektralbereich mit Wellenlängen oberhalb des EUV-Spektralbereichs.
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In einer Variante des Verfahrens wird ein Spektralfilter in Form eines Fensters aus einem Fluorid-Material, insbesondere einem Erdalkali-Fluorid-Material oder einem Alkali-Fluorid-Material, in den Strahlengang eingebracht. Wie oben dargestellt wurde, weisen diese Materialien einen Transmissions-Spektralbereich zwischen ca. 100 nm und ca. 1 μm auf und sind daher für den gesamten hier interessierenden, von den EUV-Spiegeln nicht oder nicht vollständig gefilterten Spektralbereich der von der EUV-Plasma-Lichtquelle emittierten Strahlung transparent.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen.
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Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
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1 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung mit einer EUV-Plasma-Lichtquelle,
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2 eine schematische Darstellung von drei verschiedenen Wellenlängenbereichen, die bei der optischen Anordnung von 1 relevant sind, sowie
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3 eine Darstellung einer Wafer-Ebene einer optischen Anordnung mit einem zu belichtenden Bildfeld und einem diesen umgebenden Bereich sowie die Strahlungsintensität in der Wafer-Ebene.
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1 ist eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung 1, welche eine EUV-Plasma-Lichtquelle 2 in Form einer so genannten LPP-Lichtquelle sowie ein EUV-Spiegelelement 3 in Form eines Kollektorspiegels aufweist, welcher die von der EUV-Plasma-Lichtquelle 2 erzeugte Strahlung auf einen Zwischenfokus 4 fokussiert, in dem eine Blende angeordnet ist. Im Strahlengang 5 der EUV-Plasma-Lichtquelle 2 nach dem Zwischenfokus 4 ist eine Sensoreinrichtung 6 in Form eines CCD-Chips angebracht, welche eine (breitbandige) ortsaufgelöste Detektion der Intensität der von der EUV-Plasma-Lichtquelle 2 erzeugten Strahlung ermöglicht. Eine Auswerteeinrichtung 7 ist mit dem CCD-Chip 6 signaltechnisch verbunden und dient der Auswertung der von diesem gelieferten Intensitätssignale.
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Die EUV-Plasma-Lichtquelle 2 erzeugt nicht nur Strahlung in einem EUV-Spektralbereich 8, welcher typischer Weise zwischen ca. 12 nm und 14 nm liegt (vgl. 2), sondern über einen breitbandigen Spektralbereich. Der außerhalb des EUV-Spektralbereichs 8 liegende Strahlungsanteil ist in der optischen Anordnung 1 unerwünscht. Um diesen Anteil zu unterdrücken, ist der Kollektorspiegel 3 mit einem Schichtstapel aus alternierenden Mo/Si-Schichten versehen, welcher dazu führt, dass Strahlung in einem Absorptions-Spektralbereich 9 (vgl. 2), welcher sich an den EUV-Spektralbereich 8 anschließt und typischer Weise bei Wellenlängen zwischen ca. 14 nm und ca. 130 nm liegt, absorbiert wird. Strahlung in einem Transmissions-Spektralbereich 10 zwischen ca. 130 nm und ca. 1 μm wird hingegen von dem Kollektorspiegel 3 nicht absorbiert und trifft daher gemeinsam mit der Strahlung im EUV-Spektralbereich 8 auf den CCD-Chip 6. Der Strahlungsanteil im Transmissions-Spektralbereich 10 wird nachfolgend auch als Falschlicht bezeichnet.
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Um die Intensitätsverteilung der Strahlung im EUV-Spektralbereich 8 ohne den Falschlichtanteil im Fernfeld der EUV-Plasma-Lichtquelle 2 zu bestimmen, ist ein Spektralfilter 11 in Form eines Calciumfluorid-Fensters (Planplatte mit einer Dicke von ca. 1 mm) in der optischen Anordnung 1 vorgesehen, welcher mittels einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Bewegungseinrichtung 12 (z.B. Linearmotor) wahlweise in den Strahlengang 5 im Bereich des Zwischenfokus 4 eingebracht und aus diesem entfernt werden kann.
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Die Intensitätsverteilung der EUV-Strahlung auf dem CCD-Chip 6 kann bestimmt werden, indem zunächst eine erste Intensitätsmessung ohne den in den Strahlengang 5 eingebrachten Spektralfilter 11 durchgeführt wird. Hierbei wird die gesamte von der EUV-Plasma-Lichtquelle 2 erzeugte und nicht an dem Kollektorspiegel 3 gefilterte Strahlung gemessen, d.h. es wird die Summe der Intensitäten der Strahlung im EUV-Spektralbereich 8 und im Transmissions-Spektralbereich 10 ermittelt. Nachfolgend wird eine zweite Intensitätsmessung bei in den Strahlengang 5 eingebrachtem Spektralfilter 11 durchgeführt, d.h. es wird lediglich die Intensität der Strahlung in dem Transmissions-Spektralbereich 10 erfasst. Durch Differenzbildung zwischen den beiden Intensitätsverteilungen kann in der Auswerteeinrichtung 7 (z.B. Computer) die Intensität der EUV-Strahlung ohne den Falschlichtanteil bestimmt werden.
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Alternativ zum Einbringen des Spektralfilters 11 in den Strahlengang 5 im Bereich des Zwischenfokus 4 und der Anbringung der Sensoreinrichtung 6 nach dem Zwischenfokus 4 ist es auch möglich, den Spektralfilter 11 an anderer Stelle in der optischen Anordnung 1 anzubringen, z.B. innerhalb eines (nicht gezeigten) Beleuchtungssystems, wenn es sich bei der optischen Anordnung 1 z.B. um eine EUV-Lithographieanlage handelt. In diesem Fall kann die Sensoreinrichtung 6 beispielsweise im Bereich einer Objektebene angeordnet werden, in der in einem Objektfeld eine
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Maske angeordnet ist, welche mittels eines Projektionssystems auf ein lichtempfindliches Substrat (Wafer) im Bereich einer Wafer-Ebene 13 abgebildet wird, die in 3 dargestellt ist.
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Im Bereich der Wafer-Ebene 13 ist ein Bildfeld 13a gebildet, in dem Strahlung aus dem Strahlengang 5 der EUV-Plasma-Lichtquelle 2 auf die Wafer-Ebene 13 auftrifft. Ein das Bildfeld 13a umgebender Bereich 13b („out-of-field“-Bereich) wird hingegen nur von Streulicht getroffen, das beim Durchtritt der Strahlung der EUV-Plasma-Lichtquelle 2 durch die optische Anordnung 1 erzeugt wurde. Um eine Streulichtmessung im Bereich der Wafer-Ebene 13 durchzuführen, kann die Sensoreinrichtung 6 dort angeordnet werden, wobei die (ortsaufgelöste) Messung sich sowohl auf das Bildfeld 13a und auf den dieses umgebenden Bereich 13b erstreckt. Der Vergleich der gemessenen Intensitätswerte liefert den Streulichtanteil der EUV-Strahlung, welcher Aufschluss über den Zustand der optischen Anordnung 1 gibt.
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Bei der Streulichtmessung tritt im vorliegenden Fall aber das Problem auf, dass der Falschlicht-Anteil im Bereich des Bildfelds 13a sich von demjenigen des diesen umgebenden Bereichs 13b unterscheidet, vgl. die Intensitäts-Balken im Diagramm in 3 unten in Abhängigkeit von der Position X in der Wafer-Ebene 13. Während innerhalb des Bildfeldes 13a der Falschlicht-Anteil FL deutlich von Null verschieden ist, trifft dies im umgebenden Bereich 13b nicht zu, da dort der Falschlicht-Anteil (nahezu) bei Null liegt. Das Verhältnis zwischen den Gesamt-Intensitäten der in dem Bildfeld 13a und in dem umgebenden Bereich 13b auftreffenden Strahlung gibt somit keinen genauen Aufschluss über den Streulichtanteil der EUV-Strahlung in der Wafer-Ebene 13.
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Um die Streulichtmessung für die EUV-Strahlung durchzuführen, muss daher auf die in Zusammenhang mit 1 beschriebene Weise die Intensität der EUV-Strahlung im Bildfeld 13a bestimmt werden. Diese kann dann mit der EUV-Strahlung in dem umgebenden Bereich 13b verglichen werden, um den Streulichtanteil der EUV-Strahlung zu ermitteln. Es versteht sich, dass eine solche Streulichtmessung mehrmals
während der Lebensdauer der optischen Anordnung durchgeführt werden kann, um Rückschlüsse z.B. auf den Verschmutzungsgrad der EUV-Spiegel 3 ziehen zu können.