DE102007036813A1 - System und Verfahren zum Bestimmen von Positionen von Strukturen auf einem Substrat - Google Patents
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Abstract
Es ist ein System und ein Verfahren zum Bestimmen von Positionen von Strukturen auf einem Substrat offenbart. Das System umfasst mindestens einen in X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch (20), ein Messobjektiv (9) und eine Kamera zur Bestimmung der Positionen der Strukturen (3) auf dem Substrat (2). Mit mindestens einem Interferometer (24) kann die Lage des Messobjektivs (9) und/oder des Messtisches (20) bestimmt werden. Das System ist von einem Gehäuse umgeben, das eine Klimakammer (50) darstellt, die mit einer aktiven Druckregulierung versehen ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Bestimmen von Positionen von Strukturen auf einem Substrat. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein System zum Bestimmen von Positionen von Strukturen auf einem Substrat, wobei das System mindestens einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch, ein Messobjektiv und eine Kamera zur Bestimmung der Positionen der Strukturen auf dem Substrat aufweist. Ebenso ist ein Interferometer zur Bestimmung der Lage des Messobjektivs und des Messtisches vorgesehen. Das System ist dabei von einem Gehäuse umgeben, das eine Klimakammer darstellt.
- Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Positionen von Strukturen auf einem Substrat.
- Mit einer Klimakammer wird im Wesentlichen die Temperatur und die Feuchte geregelt. Obwohl die Koordinaten-Messmaschine in einer Klimakammer untergebracht ist, wirken sich dennoch Schwankungen des Luftdrucks auf das Messergebnis der Interferometer aus, welche die Lage des Messobjektivs und des Messtisches in Bezug auf ein Koordinatensystem bestimmen. Der Einfluss von Druckschwankungen des Umgebungsdrucks wird durch die Klimakammer nicht abgefedert.
- Ein Messgerät zur Vermessung von Strukturen auf Wafern und/oder Masken ist in dem Vortragsmanuskript „Pattern Placement Metrology for Mask Making" von Frau Dr. Carola Bläsing offenbart. Der Vortrag wurde anlässlich der Tagung Semicon, Edjucation Program in Genf am 31. März 1998 gehalten. Dort ist eine Koordinaten-Messmaschine ausführlich beschrieben. Ebenso ist erwähnt, dass die Koordinaten-Messmaschine in einer Klimakammer untergebracht ist, welche die Temperatur < +–0,01°C und die Feuchtigkeit auf <+–1% relative Feuchtigkeit regelt. Ebenso ist ein Laser-Interferometer offenbart, mit dem die Position des Messtisches innerhalb der X/Y-Ebene bestimmt werden kann. Zur Bestimmung der Schwankungen der Temperatur und der Feuchtigkeit wird ein Etalon eingesetzt.
- Die Deutsche Patentschrift
DE 196 28 969 offenbart ebenfalls eine Koordinaten-Messvorrichtung und spricht dabei ebenfalls die Problematik an, die durch klimatische Luftdruckänderungen und Luftfeuchtigkeitsänderungen, auch nach dem Öffnen von Türen der Klimakammer auftreten und somit einen Einfluss auf die Wellenlänge des Lichts haben, welches zur Erzielung von Messergebnissen verwendet wird. Zur Lösung dieser Problematik wird ein Zweistrahl-Interferometer mit wirksam reduziertem Einfluss der Wellenlängenänderungen auf die Positionsmessung offenbart. Dies wird erreicht, durch Einfügen eines lichtdurchlässigen, geschlossenen, inkompressiblen Körpers in den Referenzstrahlengang oder den Messtrahlengang, so dass die außerhalb des Körpers verlaufenden Anteile von Referenzstrahlengang und Messstrahlengang bei einer bestimmten Positionierung des verfahrbaren Messtisches gleich lang sind. Der Messtisch ist dazu an einer bestimmten Stelle mit einer spiegelnden Oberfläche versehen. - In der
U.S.-Patentschrift 5,469,260 wird insbesondere auf den Einfluss von schnellen, zufälligen Luftbewegungen eingegangen, wie sie beispielsweise nach Türöffnen oder -schließen oder nach Bewegungen in der Umgebung des Messgeräts auftreten. Die dadurch verursachten örtlich begrenzten Luftdruckschwankungen bewirken lokale Änderungen des Brechungsindex und damit Wellenlängenänderungen im Lichtstrahl. Zur Lösung des Problems wird vorgeschlagen, den Mess- und den Referenzstrahlengang mit an beiden Enden offenen Rohren zu umhüllen. In die Rohre soll definiert temperaturstabilisierte Luft oder temperaturstabilisiertes Gas eingeblasen werden. Für den längenvariablen Messstrahlengang sind Rohre mit teleskopartigem Verlängerungsmechanismus vorgeschlagen. Durch die weitgehende Umhüllung des Lichtstrahls wird der Einfluss schneller Luftdruckschwankungen weitgehend verhindert. - Die Deutsche Offenlegungsschrift
DE 19949005 offenbart eine Einrichtung und ein Verfahren zum Einbringen verschiedener transparenter Substrate in ein hochgenaues Messgerät. Das System ist in einem klimatisierten Raum untergebracht. - Die bisherigen Systeme des Standes der Technik benötigten aufwendige Systeme bzw. Bauteile, um die durch Luftdruckschwankungen verursachten Änderungen der Messwellenlängen zu eliminieren.
- Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist es, ein System zum Bestimmen von Koordinaten und Strukturen auf einem Substrat vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, den Einfluss der Luftdruckschwankungen auf das Messergebnis der Position der Strukturen zu eliminieren.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein System zum Bestimmen von Positionen von Strukturen auf einem Substrat, welches die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
- Ferner ist es Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ein Verfahren zu schaffen mit dem die Luftdruckbedingungen, Temperatur und Feuchte in einer Klimakammer derart eingestellt werden, dass zum Bestimmen von Koordinaten und Strukturen auf einem Substrat der Einfluss der Luftdruckschwankungen auf das Messergebnis der Position der Strukturen eliminiert ist.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen von Positionen von Strukturen auf einem Substrat, welches die Merkmale des Anspruchs 8 umfasst.
- Es ist von Vorteil, wenn das System von einem Gehäuse umgeben ist, welches eine Klimakammer darstellt. Die Klimakammer ist dabei mit einer aktiven Regulierung für den innerhalb der Klimakammer herrschenden Luftdruck versehen.
- Das Verfahren ist von Vorteil, da der Luftdruck der Umgebung um die Klimakammer ermittelt wird. Schließlich wird der Luftdruck innerhalb der Klimakammer zumindest für die Dauer mindestens einer Messung vom mindestens einem Substrat auf einem konstanten Niveau über dem Luftdruck der Umgebung um die Klimakammer gehalten. Ferner kann mit der Klimakammer die Temperatur auf besser als 10 mK reguliert werden. Ebenso regelt die die Klimakammer die relative Feuchte auf besser als 2%.
- Bei dem System ist von Vorteil, dass der Luftdruck innerhalb der Klimakammer für zumindest die Dauer der Messung eines Substrats auf einem definiertem, konstantem Niveau über dem herrschenden Umgebungsluftdruck eingestellt ist.
- Innerhalb des Gehäuses herrscht ein Überdruck vor, so dass Druckschwankungen der Umgebungsluft um das Gehäuse der Klimakammer herum keinen Einfluss auf die Druckverhältnisse im Inneren der Klimakammer haben. Insbesondere kann ein Ansteigen des Luftdrucks der Umgebung dadurch kompensiert werden.
- Im Gehäuse ist ein Magazin für Substrate und/oder eine Ladestation für Substrate vorgesehen. Ebenso kann im Gehäuse zwischen der Ladestation und dem Magazin und/oder dem Messtisch eine Transporteinrichtung vorgesehen sein, so dass die Substrate zu den entsprechenden Stationen innerhalb des Gehäuses transportiert werden können.
- Am Gehäuse der Klimakammer ist mindestens eine Ladeöffnung ausgebildet. Über die Ladeöffnung können z. B. Substrate manuell in das Gehäuse eingeführt werden. Ebenso ist es möglich, dass eine Übergabeschnittstelle am Gehäuse ausgebildet ist, an die ein automatisches Ladesystem für Substrate anfahrbar ist. Somit können die Substrate automatisch in das Gehäuse eingeführt werden.
- Bei der Ausführung des Verfahrens wird nach jeder Messung eines Substrats geprüft wie sich der Luftdruck der Umgebung entwickelt. An Hand der Entwicklung des Luftdrucks der Umgebung wird entschieden, ob das Niveau des für die Dauer einer Messung konstanten Überdrucks angehoben oder abgesenkt werden muss.
- Ein weiterer Vorteil ist, dass dem Benutzer des Systems eine Warnung ausgegeben wird, falls der Luftdruck der Umgebung während einer Messung eines Substrats über das konstant eingestellte Niveau des Luftdrucks innerhalb der Klimakammer ansteigt. Der Benutzer selbst entscheidet, ob die gerade ausgeführte Messung wiederholt werden soll.
- Vor dem Start einer jeden Messung eines Substrats wird der Luftdruck der Umgebung und das eingestellte Niveau des Luftdrucks in der Klimakammer kontrolliert. Das Niveau des Luftdrucks in der Klimakammer wird automatisch angepasst, damit kein unnötig hoher Überdruck in der Klimakammer vorherrscht.
- Das Niveau des Überdrucks in der Klimakammer wird für alle Messungen eines Loses von Substraten auf einem konstantem Niveau über dem herrschenden Luftdruck der Umgebung gehalten.
- Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
-
1 zeigt schematisch ein Koordinaten-Messgerät gemäß dem Stand der Technik. -
2 zeigt einen schematischen Verlauf des in der Umgebung herrschenden Luftdrucks und die damit verbundene Angleichung des Niveaus des Lufdrucks in der Klimakammer. -
3 zeigt eine schematische Frontansicht eines Gehäuses, welches um das Koordinaten-Messgerät angeordnet ist. -
4 zeigt eine schematische Draufsicht eines Systems zum Bestimmen von Koordinaten von Strukturen auf einem Substrat und dessen schematische Anordnung der einzelnen Messstationen im Innern des Gehäuses. -
5 zeigt eine andere schematische Anordnung des Systems zur Bestimmung von Koordinaten von Strukturen auf einem Substrat. - Ein Koordinaten-Messgerät
1 der in1 dargestellten Art ist bereits mehrfach aus dem Stand der Technik bekannt. Der Vollständigkeit halber wird jedoch die Funktionsweise und die Anordnung der einzelnen Elemente des Koordinaten-Messgeräts1 beschrieben. Das Koordinaten-Messgerät1 umfasst einen Messtisch20 , der auf Luftlagern21 in einer Ebene25a in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbar angeordnet ist. Die Ebene25a ist dabei aus einem Element25 gebildet. Das Element25 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Granit. Es ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich, dass das Element25 auch aus einem anderen Material ausgebildet sein kann, welches eine exakte Ebene25a für die Verschiebung des Messtisches20 gewährleistet. Die Position des Messtisches20 wird mittels mindestens eines Laser-Interferometers24 gemessen, welches zur Messung einen Lichtstrahl23 aussendet. Das Element selbst ist auf Schwingungsdämpfern26 gelagert, um somit Gebäudeschwingungen von dem Messgerät fernzuhalten. - Auf dem Messtisch
20 ist ein Substrat2 aufgelegt, welches die zu vermessenden Strukturen3 trägt. Das Substrat2 kann mit einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung6 und/oder einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung14 beleuchtet werden. Das Licht der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung6 gelangt über einen Umlenkspiegel7 und einen Kondensor8 auf das Substrat2 . Ebenso gelangt das Licht der Auflichtbeleuchtungseinrichtung14 über ein Messobjektiv9 auf das Substrat2 . Das Messobjektiv9 ist mit einer Verstelleinrichtung15 versehen, die es erlaubt, das Messobjektiv9 in Z- Koordinatenrichtung zu verstellen. Das Messobjektiv9 sammelt das vom Substrat2 ausgehende Licht und lenkt es aus der Auflichtbeleuchtungsachse5 mittels eines teildurchlässigen Umlenkspiegels12 heraus und richtet es dabei auf eine Kamera10 , die mit einem Detektor11 versehen ist. Der Detektor11 ist mit einem Rechnersystem16 verbunden, das aus den vom Detektor11 ermittelten Messwerten digitale Bilder erzeugt. -
2 zeigt einen schematischen Verlauf60 des in der Umgebung herrschenden Luftdrucks und die damit verbundene Angleichung des Niveaus60n des Luftdrucks in der Klimakammer50 . Für die n-Messungen611 ,612 , ...,61n von n-Substraten2 wird auch der Luftdruck der Umgebung überwacht. An Hand der Messung des Luftdrucks der Umgebung um die Klimakammer50 kann für jede der n-Messungen der n-Substrate2 ein konstantes Niveau des Luftdrucks601 ,602 , ...60n innerhalb der Klimakammer50 definiert werden. Obwohl in der in2 gezeigten Darstellung für jede der Messung ein anderes Niveau des Luftdrucks eingestellt wird, ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass mit einem über mehrere Messungen konstantem Niveau des Überdrucks oder auch über alle Messungen eines Loses von Substraten mit einem konstantem Niveau des Überdrucks in der Klimakammer gearbeitet werden kann. Die in2 dargestellte Ausführungsform des Verfahrens soll nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Das Zeitintervall, das für die Ausführung der Messungen an einem Substrat2 erforderlich ist, wird durch den Abstand der in2 gezeigten, gestrichelten Linien repräsentiert. Obwohl in der hier gewählten Darstellung die Zeitintervalle gleich groß sind, ist dies ebenfalls nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufzufassen. -
3 zeigt eine schematische Frontansicht des Systems zum Bestimmen von Positionen von Koordinaten auf einem Substrat. Das System ist von einem Gehäuse50 umgeben. Mit dem Gehäuse der Klimakammer50 ist eine aktive Druckregulierung52 verbunden. Durch die aktive Druckregelung52 wird es möglich, innerhalb des Gehäuses der Klimakammer50 einen entsprechenden Überdruck herzustellen, so dass sich Luftdruckschwankungen der Umgebung um das Gehäuse nicht auf die Messergebnisse, bzw. auf die für die Gewinnung der Messergebnisse erforderlichen Elemente oder Lichtstrahlen auswirken. Durch das Gehäuse der Klimakammer50 wird somit der Druck auf einem konstantem Niveau über dem Umgebungsdruck gehalten. Das Gehäuse der Klimakammer50 kann ferner mit einem Display54 versehen sein, über das der Benutzer Informationen über den Messablauf der Koordinaten-Messmaschine1 im Innern des Gehäuses erhalten kann. Ebenso ist eine Eingabeeinheit55 vorgesehen, über die entsprechende Befehle oder Rezepte zur Vermessung des Substrats im Innern des Gehäuses der Klimakammer50 aufrufbar, bzw. erstellbar sind. -
4 zeigt eine schematische Draufsicht des Systems zur Bestimmung von Positionen von Strukturen auf einem Substrat. Dabei ist die Anordnung der einzelnen Elemente des Systems im Innern des Gehäuses der Klimakammer50 dargestellt. Das Koordinaten-Messgerät1 wird hier lediglich schematisch durch die Darstellung des Messtisches20 und dem auf dem Messtisch20 positionierten Substrat2 wiedergegeben. Innerhalb des Gehäuses der Klimakammer50 kann z. B. ein Magazin32 angeordnet sein, in dem z. B. die zu vermessenden Substrate2 für die Temperierung abgelegt werden können. Ebenso können in dem Magazin die bereits vermessenden Substrate abgelegt werden, bevor diese dann wieder über eine Ladeöffnung35 ausgegeben werden. Der Ladeöffnung35 ist eine Ladestation38 zugeordnet, über die die Substrate2 in das System, bzw. in das Gehäuse der Klimakammer50 eingegeben werden können. Zwischen der Ladestation38 , dem Magazin und der Koordinaten-Messmaschine ist eine Transporteinrichtung36 angeordnet, die sich entlang des Doppelpfeils40 bewegen kann. Mit der Transporteinrichtung36 können die Substrate zu den einzelnen Stationen, bzw. Elementen innerhalb des Gehäuses transportiert werden. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, dass die Ladeöffnungen für die Substrate verschließbar ausgebildet sind. Denn nur so ist es gewährleistet, dass mit der aktiven Druckregulierung (wie in2 dargestellt) innerhalb des Gehäuses der Klimakammer50 ein ausreichender Überdruck herstellbar ist und ebenso auch damit konstant gehalten werden kann. -
5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Systems zur Bestimmung von Koordinaten von Strukturen auf einem Substrat2 . Der Übersicht halber ist hier auch die aktive Druckregulierung nicht dargestellt. Das Gehäuse der Klimakammer50 ist mit einem Interface42 verbunden, mit dem ein automatisches Ladesystem34 verbunden werden kann. Somit können über das automatische Ladesystem34 nacheinander mehrere Substrate in das Gehäuse der Klimakammer50 transportiert werden. Dabei kann dann in dem fest mit dem Gehäuse der Klimakammer50 verbundenen automatischen Ladesystem34 ebenfalls der gleiche Druck vorherrschen, wie er durch die automatische Druckregulierung im Gehäuse der Klimakammer50 erzeugt wird. - Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - US 5469260 [0006]
- - DE 19949005 A [0007]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Pattern Placement Metrology for Mask Making" von Frau Dr. Carola Bläsing [0004]
Claims (13)
- System zum Bestimmen von Positionen von Strukturen auf einem Substrat, mit mindestens einem in X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch (
20 ), einem Messobjektiv (9 ) und einer Kamera zur Bestimmung der Positionen der Strukturen (3 ) auf dem Substrat (2 ) und mindestens einem Interferometer (24 ) zur Bestimmung der Lage des Messobjektivs (9 ) und/oder des Messtisches (20 ) in Bezug auf ein Koordinatensystem, wobei das System von einem Gehäuse umgeben ist, das eine Klimakammer (50 ) darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimakammer (50 ) mit einer aktiven Regulierung für den innerhalb der Klimakammer (50 ) herrschenden Luftdruck versehen ist. - System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck innerhalb der Klimakammer für zumindest die Dauer der Messung eines Substrats auf einem definierten, konstantem Niveau über dem herrschenden Umgebungsluftdruck eingestellt ist.
- System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Klimakammer (
50 ) ein Überdruck vorherrscht, so dass Luftdruckschwankungen der Umgebungsluft um die Klimakammer (50 ) keinen Einfluss auf die Druckverhältnisse im Inneren des Gehäuses (50 ) haben. - System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Klimakammer (
50 ) ein Magazin (32 ) für Substrate (2 ) und/oder eine Ladestation (38 ) für Substrate (2 ) vorgesehen ist. - System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (
50 ) eine Transporteinrichtung (36 ) vorgesehen ist, die die Substrate (2 ) zwischen der Ladestation (38 ) und/oder dem Magazin (32 ) und/oder dem Messtisch (20 ) transportiert. - System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ladeöffnung (
35 ) am Gehäuse der Klimakammer (50 ) ausgebildet ist. - System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Übergabeschnittstelle (
42 ) an der Klimakammer (50 ) ausgebildet ist, an die ein automatisches Ladesystem (34 ) für Substrate anbaubar ist. - Verfahren zum Bestimmen von Positionen von Strukturen (
3 ) auf einem Substrat (2 ), wobei mindestens ein in X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung verfahrbarer Messtisch (20 ), ein Messobjektiv (9 ) und eine Kamera zur Bestimmung der Positionen der Strukturen (3 ) auf dem Substrat (2 ) und mindestens ein Interferometer (24 ) zur Bestimmung der Lage des Messobjektivs (9 ) und/oder des Messtisches (20 ) in Bezug auf ein Koordinatensystem vorgesehen ist, und dass das System von einem Gehäuse umgeben ist, das eine Klimakammer (50 ) darstellt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • dass der Luftdruck der Umgebung um die Klimakammer (50 ) ermittelt wird, und • dass der Luftdruck innerhalb der Klimakammer (50 ) zumindest für die Dauer mindestens einer Messung vom mindestens einem Substrat (2 ) auf einem konstanten Niveau über dem Luftdruck der Umgebung um die Klimakammer (50 ) gehalten wird. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Messung eines Substrats geprüft wird wie sich der Luftdruck der Umgebung entwickelt und dass an Hand der Entwicklung des Luftdrucks der Umgebung das Niveau des für die Dauer einer Messung konstanten Überdrucks angehoben oder abgesenkt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Benutzer des Systems eine Warnung ausgegeben wird, falls der Luftdruck der Umgebung während einer Messung eines Substrats (
2 ) über das konstant eingestellte Niveau des Luftdrucks innerhalb der Klimakammer (50 ) ansteigt. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Benutzer entscheidet, ob die gerade ausgeführte Messung wiederholt werden soll.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Start einer jeden Messung eines Substrats der Luftdruck der Umgebung und das eingestellte Niveau des Luftdrucks in der Klimakammer kontrolliert wird, dass das Niveau des Luftdrucks in der Klimakammer (
50 ) automatisch angepasst wird, damit kein unnötig hoher Überdruck in der Klimakammer (50 ) vorherrscht. - Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Niveau des Überdrucks in der Klimakammer (
50 ) für alle Messungen eines Loses von Substraten auf einem konstantem Niveau über dem herrschenden Luftdruck der Umgebung gehalten wird.
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Dieter Adam, u.a. "First Measurement Data obtained On The New Vistec LMS IPRO4". Proc. of SPIE Vol. 6533, No. 65330I, 7 Seiten Jan. 2007 |
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