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Die Erfindung betrifft eine Strahlregelungsvorrichtung für einen EUV-Beleuchtungsstrahl. Ferner betrifft die Erfindung eine Positionssensoreinrichtung zum Einsatz in einer derartigen Strahlregelungsvorrichtung, ein optisches System mit einer derartigen Strahlregelungsvorrichtung und ein Metrologiesystem mit einem derartigen optischen System.
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Aus der
US 2008/0 017 810 A1 ist eine EUV-Lichtquelle bekannt, bei der eine Strahl-Auftreffposition eines ein Teil der Lichtquelle darstellenden Lasers nachgeregelt wird.
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Aus der
US 2009/0 161 093 A1 sind Systeme und Methoden zur Vermessung einer Abweichung eines Beleuchtungsstrahls für eine lithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Kalibrierung unter Verwendung von Gitter einsetzenden Sensoren bekannt. Aus der
US 4,140,398 A ist ein System zur Selbstausrichtung eines Lasers unter Verwendung verzeichnungskorrigierter Reflexionsgitter bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strahlregelungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass diese bei einfachem Aufbau eine gut kontrollierbare Beleuchtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Strahlregelungsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Positionssensoreinrichtung mit mindestens einem Beugungsgitter zur Möglichkeit führt, zur Positionsdetektion geeignete Referenz-Teilstrahlen auch für EUV-Wellenlängen zu generieren. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, gleichberechtigte Beugungsordnungen, beispielsweise die –erste und die +erste Beugungsordnung, zur Positionsdetektion heranzuziehen. Das mindestens eine Beugungsgitter kann als Phasengitter ausgeführt sein. Zur Bevorzugung ausgewählter Beugungsordnung kann das Beugungsgitter als Blaze-Gitter ausgeführt sein. Bei der Positionssensoreinrichtung können genau zwei Positionssensoren zum Einsatz kommen. Auch eine größere Anzahl von Positionssensoren ist möglich.
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Ein Auskoppelelement nach Anspruch 2 stellt einen zur Positionsdetektion herangezogenen Referenzstrahl zur Verfügung. Alternativ kann das Beugungsgitter gleichzeitig die Funktion des Auskoppelelements haben. Bei dieser Alternative werden die Referenz-Teilstrahlen direkt aus dem Beleuchtungsstrahl erzeugt.
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Paarweise nach Anspruch 3 angeordnete Positionssensoren ermöglichen eine präzise Detektion einer Strahllage-Dimension. Einer dieser paarweise angeordneten Positionssensoren kann eine +n-te und der andere eine –n-te Beugungsordnung des zugeordneten Referenz-Teilstrahls erfassen, also beispielsweise die +erste und die –erste oder die +zweite und die –zweite Beugungsordnung.
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Fotodioden nach Anspruch 4 haben sich zur Detektion bewährt.
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Ein Filterelement nach Anspruch 5 kann als Graukeil mit sich monoton längs einer Detektionsrichtung ändernder Schichtdicke ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Empfängerfläche längs der Detektionsrichtung einen sich ändernden Durchsatz bei einheitlicher Schichtstärke aufweisen. Dieser sich ändernde Durchsatz kann beispielsweise durch eine sich ändernde Streuzentren-Dichte oder Absorption herbeigeführt werden. Das Filterelement kann in Transmission oder in Reflexion betrieben werden.
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Ein Beugungsgitter nach Anspruch 6 führt zur Möglichkeit, die Positionssensoreinrichtung mit genau einem Beugungsgitter auszuführen. Ein zweidimensionales Gitter schafft die Möglichkeit, vier Referenz-Teilstrahlen zu erzeugen, über die gleichzeitig zwei zueinander senkrechte Strahllage-Dimensionen quer zur Strahlrichtung des Beleuchtungsstrahls vermessen können. Das Beugungsgitter kann als Kreuzgitter ausgeführt sein.
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Eine alternative Gestaltung der Positionssensoreinrichtung nach Anspruch 7 stellt geringere Anforderungen an die Herstellung des jeweiligen Beugungsgitters.
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Ein Normierungsdetektor nach Anspruch 8 erlaubt einen Normierungsabgleich bei der Strahllage-Dimension, was zur Verbesserung der Detektionsgenauigkeit beiträgt. Bei dem Normierungsstrahl kann es sich um eine weitere Beugungsordnung des Beugungsgitters handeln, die zur Positionsdetektion mit dem mindestens einen Positionssensor nicht herangezogen wird. Alternativ ist es bei mehreren ausgekoppelten Referenzstrahlen oder mehreren ausgekoppelten Referenz-Teilstrahlen auch möglich, eine numerische Normierung anhand des erfassten Signals der diese Referenzstrahlen oder Referenz-Teilstrahlen erfassenden Positionssensoren durchzuführen.
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Bei den mindestens zwei Referenz-Teilstrahlen, die von dem mindestens einen Beugungsgitter der Strahlregelungsvorrichtung erzeugt werden, kann es sich um zwei Teilstrahlen der gleichen Beugungsordnung oder um zwei Teilstrahlen verschiedener Beugungsordnungen handeln. Beispielsweise kann einer der Referenz-Teilstrahlen eine erste Beugungsordnung des Beleuchtungsstrahls und ein anderer Teilstrahl eine nullte Beugungsordnung des Beleuchtungsstrahls darstellen. In diesem Fall kann einer der Positionssensoren mit einem Filterelement mit über seine Fläche sich monoton änderndem EUV-Durchsatz ausgeführt sein und ein anderer der Positionssensoren kann als Normierungsdetektor zur Erfassung insbesondere der nullten Beugungsordnung des Beleuchtungsstrahls als Normierungsstrahl ausgeführt sein.
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Die Vorteile einer Positionssensoreinrichtung nach Anspruch 9 eines optischen Systems nach Anspruch 10 und eines Metrologiesystems nach Anspruch 11 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Strahlregelvorrichtung bereits erläutert wurden. Das optische System kann zusätzlich eine pupillenformende Komponente aufweisen, die eine Beleuchtungswinkelverteilung zur Beleuchtung des Objektfeldes vorgibt. Diese pupillenformende Komponente, die als Blendenkomponente realisiert sein kann, kann unabhängig von der Strahlregelungsvorrichtung arbeiten. Beim Metrologiesystem können sich verändernde Pupillenausleuchtungen, beispielsweise durch eine sich mit der Zeit verändernde Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle, durch eine entsprechende Ansteuerung der Lichtquelle, beispielsweise durch eine Verlagerung der Lichtquelle, insbesondere durch eine Rotation der Lichtquelle ausgeglichen werden. In einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik können Sensoren für den Beleuchtungsstrahl oder für ausgekoppelte Anteile von diesem vorgesehen sein. Derartige Sensoren können beispielsweise am Rand einer Pupille der Beleuchtungsoptik angeordnet sein. Diese Pupillensensoren können eine Schwerpunktsverlagerung einer Ausleuchtung der Pupillenebene mit dem Beleuchtungsstrahl detektieren und die Lichtquelle durch entsprechende Ansteuerung in ihrem Arbeitspunkt und/oder in ihrer Position und/oder in ihrer Ausrichtung durch Rotation so nachführen, dass der Schwerpunkt der Pupillenausleuchtung auf einer Soll-Position gehalten wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 schematisch ein Metrologiesystem zur Untersuchung von Objekten mit einem EUV-Lichtquellensystem, enthaltend eine Lichtquelle und eine Strahlregelungsvorrichtung für einen Beleuchtungsstrahl;
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2 vergrößert und im Vergleich zu 1 nicht maßstabsgetreu einen Ausschnitt des Metrologiesystems im Bereich einer Regelkomponente der Strahlregelungsvorrichtung in Form eines Regelspiegels;
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3 nochmals vergrößert einen Ausschnitt aus 2 im Bereich eines dem Regelspiegel im Beleuchtungsstrahlengang nachgeordneten Zwischenfokus-Moduls mit einer Positionssensoreinrichtung zur Erfassung einer Position eines Zwischenfokus des Beleuchtungsstrahls;
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4 perspektivisch eine Positionssensoreinrichtung, die im Zwischenfokus-Modul nach 3 zum Einsatz kommen kann, nach einem Auskoppelelement;
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5 ein Verarbeitungsschema zur Verarbeitung von Fotoströmen von Fotodioden der Positionssensoreinrichtung nach 4 innerhalb einer Steuer/Regeleinrichtung;
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6 und 7 zwei Ausführungen eines Positionssensors der Positionssensoreinrichtung nach 4; und
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8 und 9 zwei Positionssensoreinheiten mit jeweils paarweise angeordneten Positionssensoren, die eine Positionssensoreinrichtung bilden, die anstelle der Positionssensoreinrichtung nach 4 im Zwischenfokus-Modul des Metrologiesystems zum Einsatz kommen kann.
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Ein schematisch in der 1 dargestelltes Metrologiesystem 1 dient zur Analyse eines Objekts 2, beispielsweise einer Lithografiemaske, nach Strukturierungsfehlern. Das Objekt 2 ist in einer Objektebene 2a des Metrologiesystems 1 angeordnet. Die Lithografiemaske kann bei der EUV-Projektionslithografie im Rahmen der Herstellung von strukturierten Halbleiterbauteilen, beispielsweise von Speicherchips, zum Einsatz kommen. Das Objekt 2 wird von einem schematisch dargestellten Objekthalter 2b getragen.
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Ein zu untersuchender Strukturierungsfehler des Objekts
2 kann mithilfe einer Analyse eines sogenannten Luftbildes (Aerial Image Measurement System, AIMS) untersucht werden. Das Metrologiesystem
1 dient zur Simulation und Analyse der Auswirkungen beispielweise der Eigenschaften von Lithografiemasken auf eine optische Abbildung von Projektionsoptiken innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage. Ein AIMS-System ist aus der
DE 102 20 815 A1 bekannt.
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Das Metrologiesystem 1 ist in einer nicht näher dargestellten evakuierten Systemkammer untergebracht. Eine Restatmosphäre in der Systemkammer kann gezielt vorgegeben werden, z. B. ein geringer Partialdruck im Bereich beispielsweise von einigen 10–2 mbar H2.
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Zur Beleuchtung des Objekts 2 dient eine EUV-Lichtquelle 3, die Beleuchtungsemission in Form eines EUV-Beleuchtungsstrahls 4 erzeugt. Die Lichtquelle 3 kann EUV-Nutzstrahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 2 nm und 30 nm, beispielsweise im Bereich zwischen 2,3 nm und 4,4 nm oder im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm, erzeugen. Für die Lichtquelle 3 kommen die auch für EUV-Lithografiesysteme bzw. Projektionsbelichtungsanlagen üblichen Lichtquellen in Frage, also beispielsweise Laser-Plasma-Quellen (LPP; Laser Produced Plasma) oder auch Entladungsquellen (DPP; Discharge Produced Plasma).
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Zur Erfassung und Bündelung des Beleuchtungsstrahls 4 kann ein in 1 schematisch angedeuteter Kollektor 4a dienen. Hierbei kann es sich um einen Ellipsoidspiegel und/oder um einen genesteten Kollektor handeln. Entsprechende Kollektoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der Lichtquelle 3 im Beleuchtungsstrahlengang nachgeordnet ist eine Strahlregelungsvorrichtung 5 für den Beleuchtungsstrahl 4.
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Zur Strahlregelungsvorrichtung 5 gehört eine den Beleuchtungsstrahlengang beeinflussende Regelkomponente in Form eines Regelspiegels 6. Der Regelspiegel 6 ist im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls 4 nach der Lichtquelle 3 angeordnet. Eine Reflexionsfläche 7 (vgl. 2) des Regelspiegels 6 ist gekrümmt ausgeführt. Die Reflexionsfläche 7 kann ellipsoidal geformt sein. Die Reflexionsfläche 7 kann unterschiedliche Krümmungen in zueinander senkrechten Schnittebenen zur entsprechenden Formbeeinflussung eines weiteren Verlaufs des Beleuchtungsstrahls 4 aufweisen.
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Der Regelspiegel 6 ist über eine Mehrzahl von Verlagerungsaktoren 8, die in der 2 schematisch dargestellt sind, in mehreren Freiheitsgraden gesteuert verlagerbar. Die Verlagerungsaktoren 8 werden von einem Spiegelhalter 9 für den Regelspiegel 6 getragen. Wirkverbindungen zwischen den Verlagerungsaktoren 8 und dem Regelspiegel 6 sind in der 2 schematisch durch durchgezogene Striche angedeutet. Der Regelspiegel 6 ist in einer Spiegelkammer 10 mit einer Eintrittsöffnung für den von der Lichtquelle 3 herkommenden Beleuchtungsstrahl 4 und einer Austrittsöffnung für den von der Reflexionsfläche 7 reflektierten Beleuchtungsstrahl 4 versehen. Der Regelspiegel 6 ist durch zwei der Verlagerungsaktoren 8, die als unabhängig voneinander ansteuerbare Kippaktoren ausgebildet sind, um zwei aufeinander senkrecht stehende Kippachsen 11, 12 verkippbar.
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Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der 1 und 2 nachfolgend ein globales xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x-Achse verläuft senkrecht zur Zeichenebene der 1 und 2 und aus dieser heraus. Die y-Achse verläuft in den 1 und 2 nach links. Die z-Achse verläuft in den 1 und 2 nach unten.
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Die Kippachse 11 verläuft parallel zur x-Achse. Die Kippachse 12 verläuft parallel zur y-Achse. Die Kippaktoren 8 ermöglichen eine Verkippung des Regelspiegels 6 um die Kippachsen 11, 12 um +/–250 μrad. Die Kippachsen 11, 12 spannen eine Ebene auf, die parallel zu einer Grundkörper-Ebene xy eines Regelspiegel-Grundkörpers 13 verläuft, der die Reflexionsfläche 7 trägt. Auf einen Kreuzungspunkt der beiden Kippachsen 11, 12, die in der 2 schematisch abseits des Regelspiegels 6 dargestellt sind, trifft der Beleuchtungsstrahl 4. Hierdurch ist gewährleistet, dass ein Verkippen des Regelspiegels 6 zu einem möglicht geringen Strahlversatz des Beleuchtungsstrahls 4 führt. Abhängig von der Ausführung der Kippaktoren können die Kippachsen 11, 12 auch anders verlaufen.
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Weitere Verlagerungsaktoren 8 des Spiegelhalters 9 ermöglichen eine angetriebene Verlagerung des Spiegelhalters 9 gegenüber einer Bodenwand B der Systemkammer des Metrologiesystems 1. Über einen der Verlagerungsaktoren 8 ist eine Verlagerung des Spiegelhalters 9 gegenüber der Bodenwand B mit einem Verlagerungsweg von +/–5 mm in der z-Richtung möglich.
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Über einen der Verlagerungsaktoren 8 ist eine Verlagerung des Regelspiegels 6 gegenüber dem Spiegelhalter 9 längs eines Verlagerungsweges von +/–400 μm in der z-Richtung möglich.
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Der Regelspiegel 6 ist also auch längs mindestens eines Translations-Freiheitsgrades verlagerbar ausgeführt.
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Zusammen mit dem Kollektor 4a ist der Regelspiegel 6 Teil einer Kollektor-Fokussieroptik zu Erfassung der Beleuchtungsemission der Lichtquelle 3 und zur Bündelung des erfassten Beleuchtungsstrahls 4 in einem Zwischenfokus 14, der dem Regelspiegel 6 nachgeordnet ist. Der Regelspiegel 6 ist also im Beleuchtungsstrahlengang vor dem Zwischenfokus 14 angeordnet.
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Im Bereich des Zwischenfokus 14 ist ein Zwischenfokus-Modul 15 der Strahlregelungsvorrichtung 5 angeordnet, das vergrößert in der 3 dargestellt ist. Das Zwischenfokus-Modul 15 hat eine Eintrittsöffnung 16 für den Beleuchtungsstrahl 4, eine Zwischenfokusblende 17 am Ort des Zwischenfokus 14 und eine Austrittsöffnung 18 im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls 4 nach dem Zwischenfokus 14. Die Zwischenfokusblende 17 kann über einen angetriebenen Wechselhalter 19 gegen eine andere Zwischenfokusblende ausgetauscht werden. Dies kann zur Ausrichtung und/oder zur Größenbestimmung des Zwischenfokus 14 genutzt werden.
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Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen innerhalb des Zwischenfokus-Moduls 15 ist in der 3 ein lokales xyz-Koordinatensystem eingetragen. Die x-Achse verläuft senkrecht zur Zeichenebene aus dieser heraus. Die y-Achse verläuft in der 3 nach links. Die z-Achse verläuft in der 3 nach unten und parallel zu einer Hauptstrahlrichtung S des Beleuchtungsstrahls 4 durch das Zwischenfokus-Modul 15. Die yz-Ebene des lokalen xyz-Koordinatensystems entspricht der yz-Ebene des globalen xyz-Koordinatensystems aus den 1 und 2. Die y- und die z-Achse sind jeweils um einen Einfallswinkel des Beleuchtungsstrahls 4 auf dem Regelspiegel 6 gegenüber der y- und der z-Achse des globalen xyz-Koordinatensystems im Uhrzeigersinn um die x-Achse verdreht. Die x-Achse des globalen xyz-Koordinatensystems entspricht der x-Achse des lokalen xyz-Koordinatensystems, verläuft also parallel zu dieser.
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Teil des Zwischenfokus-Moduls 15 ist eine Positionssensoreinrichtung 20 zur Erfassung einer räumlichen Position des Zwischenfokus 14. Zur Positionssensoreinrichtung 20 gehört mindestens eine Auskoppeleinheit 21 mit jeweils zwei im Strahlengang des ausgekoppelten Strahls nachgeordneten Auskoppelspiegeln 22.
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In den 2 und 3 ist eine Ausführung der Positionssensoreinrichtung 20 mit zwei Auskoppeleinheiten 21 rechts und links vom Durchtritt des Beleuchtungsstrahls 4 dargestellt. Die Auskoppeleinheiten 21 können alternativ oder zusätzlich auch so angeordnet sein, dass sie die Hauptstrahlrichtung S auf Höhe der beiden dargestellten Auskoppeleinheiten 21 in positiver und negativer x-Richtung beabstandet umgeben, also vor und hinter der Zeichenebene der 3 liegen. Die in Umfangsrichtung um die Hauptstrahlrichtung S um den Beleuchtungsstrahl 4 verteilt angeordneten Auskoppeleinheiten 21 koppeln randseitige Strahlanteile 23 des Beleuchtungsstrahls 4 aus, die nicht zur Beleuchtung des Objekts 2 genutzt werden und auch als Referenzstrahlen bezeichnet werden. Die randseitigen Strahlanteile 23 werden über die Auskoppeleinheiten 21 durch Auskoppelblenden 24 hin zu Positionssensoreinheiten 25 des Zwischenfokus-Moduls 15 geführt.
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4 zeigt eine weitere Ausführung einer Positionssensoreinrichtung 26, die mit einer einzigen der Auskoppeleinheiten 21 nach 3 auskommt. Komponenten, die denjenigen entsprechend, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Positionssensoreinrichtung 20 nach 3 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. Die Positionssensoreinrichtung 26 ist für den Strahlengang eines ausgekoppelten Strahlanteils 23 nach den Auskoppelspiegeln 22 dargestellt.
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Die Positionssensoreinrichtung 26 hat ein zweidimensionales Beugungsgitter 27 zur Erzeugung von vier Referenz-Teilstrahlen 23a, 23b, 23c und 23d aus dem Referenzstrahl 23. Die Referenz-Teilstrahlen 23a bis 23d stellen die +/– ersten Beugungsordnungen des Referenzstrahls 23 in den beiden Raumrichtungen x und y dar.
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Die Positionssensoreinheit 25 hat insgesamt vier Positionssensoren 25a, 25b, 25d und 25c, die als EUV-Fotodioden ausgeführt sind. Auf jeden der Positionssensoren 25a bis 25d fällt einer der Referenz-Teilstrahlen 23a bis 23d. Jeder der Positionssensoren 25a bis 25d ist also genau einem der Referenz-Teilstrahlen 23a bis 23d zugeordnet und dient zur Erfassung dieses zugeordneten Referenz-Teilstrahls 23a bis 23d.
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Bei dem Beugungsgitter 27 handelt es sich um ein Phasengitter.
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Das Beugungsgitter 27 kann zur Bevorzugung insbesondere der ersten Beugungsordnung, aber auch einer anderen Beugungsordnung, geblazt sein. Beim Beugungsgitter 27 kann es sich also um ein Blaze-Gitter handeln.
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Das Beugungsgitter 27 ist als Kreuzgitter ausgeführt.
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Bei einer weiteren Ausführung einer Positionssensoreinrichtung, die anstelle der Positionseinrichtung 26 eingesetzt werden kann und die ebenfalls anhand der 4 erläutert wird, dient das zweidimensionale Beugungsgitter 27 gleichzeitig als Auskoppelelement. Auf das Beugungsgitter 27 fällt bei dieser Ausführung nicht ein ausgekoppelter Strahlanteil, sondern der Beleuchtungsstrahl 4 selbst auf. Eine nullte Beugungsordnung 23e, die in der 4 strichpunktiert dargestellt ist, wird dann zur Beleuchtung des Objekts 2 genutzt.
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Sofern die Positionssensoreinrichtung 26 mit einem ausgekoppelten Strahlanteil bzw. Referenzstrahl 23 genutzt wird, kann die nullte Beugungsordnung 23e auch auf einen Normierungsdetektor 28 treffen und von diesem erfasst werden. Die nullte Beugungsordnung 23e stellt dann einen Normierungsstrahl dar, der aus dem Beleuchtungsstrahl 4 ausgekoppelt ist. Zur Normierung kann auch eine höhere Beugungsordnung, beispielsweise eine zweite Beugungsordnung des Beugungsgitters 27 genutzt werden, wobei der Normierungsdetektor 28 dann so angeordnet ist, dass er diese höhere Beugungsordnung erfasst.
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Die Positionssensoren 25a bis 25d sind als Graukeil-Sensoren ausgestaltet, wie nachfolgend am Beispiel des Positionssensors 25a für zwei verschiedene Ausführungen anhand der 6 und 7 erläutert wird. Die weiteren Positionssensoren 25b bis 25d sind entsprechend ausgeführt.
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Der Positionssensor 25a hat eine EUV-empfindliche Empfänger- bzw. Detektionsfläche 29, die in einen Sensorgrundkörper 30 eingebettet ist. Die Empfängerfläche 29 ist mit einem Filterelement in Form einer Absorberschicht 31 beschichtet. Längs einer Detektionsrichtung D, die in der 4 durch einen Pfeil auf dem jeweiligen Positionssensor 25a bis 25d wiedergegeben ist und im Falle des Positionssensors 25a parallel zur x-Richtung verläuft, hat die Absorberschicht 31 bei der Ausführung nach 6 einen linear zunehmenden Dickenverlauf. Bei der Ausführung nach 7 hat die Absorberschicht 31 einen logarithmisch zunehmenden Dickenverlauf.
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Die Detektionsrichtung D für den Positionssensor 25b verläuft in positiver y-Richtung. Die Detektionsrichtung D des Positionssensors 25c verläuft in negativer x-Richtung. Die Detektionsrichtung D des Positionssensors 25d verläuft in negativer y-Richtung.
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Entsprechend dem jeweiligen Dickenverlauf der Absorberschicht 31 längs der Detektionsrichtung D ergibt sich eine entsprechende Abhängigkeit eines Fotostroms I vom Auftreffpunkt des Referenz-Teilstrahls 23a auf dem Fotosensor 25a. Der Fotostrom I ist also ein Maß für den Auftreffpunkt des Referenz-Teilstrahls 23a auf dem Fotosensor 25a. Der Fotostrom I wird mit Hilfe einer Strom-Messeinheit 32 gemessen.
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Die Dickenverläufe der Absorberschichten 31 nach den 6 und 7 stellen Beispiele für Filterelemente dar, die über ihre Fläche einen sich monoton ändernden EUV-Durchsatz ergeben.
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Die Absorberschicht 31 kann als Graukeil mit pro Volumeneinheit konstanter Transmission ausgeführt sein, bei der sich eine Durchsatzänderung ausschließlich aufgrund des Dickenverlaufs der Absorberschicht 31 ergibt. Alternativ kann anstelle einer einen Dickenverlauf aufweisenden Absorberschicht 31 auch eine Absorberschicht mit einheitlicher Schichtstärke vorgesehen sein, bei der sich eine über die Detektionsrichtung D unterschiedliche Transmission beispielsweise durch eine sich ändernde Streuzentren-Dichte oder sich ändernde Absorption ergibt.
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Die Filterelemente 31 nach den 6 und 7 werden in Transmission betrieben. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann ein Filterelement vor dem jeweiligen Positionssensor 25a bis 25d auch in Reflexion betrieben werden, bei dem ein vom Filterelement reflektierter Anteil des Referenz-Teilstrahls 23a bis 23d zur Detektion mit Hilfe des Positionssensors 25a bis 25d genutzt wird.
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Eine z. B. in der 2 schematisch dargestellte Steuer/Regeleinrichtung 33 steht in nicht näher dargestellter Weise mit den Positionssensoren 25a bis 25d der Positionssensoreinrichtung 20 einerseits und mit den Verlagerungsaktoren 8 andererseits in Signalverbindung.
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Die Regeleinrichtung 33 errechnet aus den Sensorwerten, die sie von der Positionssensoreinrichtung 20 bzw. 26 erhält, und dem sich hieraus ergebenden Zwischenfokus-Positionssignal Steuersignale für die Verlagerungsaktoren 8 und gibt diese zur xy-Positionsregelung des Zwischenfokus 14 über eine entsprechende Verkippung des Regelspiegels 6 an die Verlagerungsaktoren 8 weiter. Geregelt wird also eine Position des Zwischenfokus 14 hinsichtlich dessen Lage quer zu einer Strahlrichtung. Die Soll-Position kann dabei zeitlich variieren. Eine derartige zeitliche Variation wird auch als Wobbeln bezeichnet.
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5 zeigt beispielhaft, wie Fotoströme I1, I2, I3 und I4, die von den Positionssensoren 25a, 25b, 25c und 25d gemessen werden, zur Ermittlung von Steuersignalen X, Y zur Positionskorrektur des Beleuchtungsstrahls 4 senkrecht zu dessen Strahlrichtung in der x- und der y-Richtung verarbeitet werden.
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Ein Steuersignal X wird aus den Fotoströmen I1 und I3 folgendermaßen berechnet: X = I₁ – I₃ / I₁ + I₃.
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Ein Steuersignal Y wird aus den Fotoströmen I2 und I4 folgendermaßen berechnet: Y = I₂ – I₄ / I₂ + I₄.
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Die Steuersignale X und Y werden zur entsprechenden Verkippung des Regelspiegels 6 an die Verlagerungsaktoren 8 weitergegeben.
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Im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls 4 ist dem Zwischenfokus-Modul 15 eine in der 1 schematisch dargestellte Shutter-Einheit 34 zur gesteuerten Unterbrechung einer Beleuchtung des Objekts 2, also zum gesteuerten Blocken des Beleuchtungsstrahls 4, angeordnet. Die Shutter-Einheit 34 kann ein integraler Bestandteil des Meteorologiesystems 1 sein. Die Shutter-Einheit 34 ist im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls 4 nach der Positionssensoreinrichtung 20 bzw. 26 angeordnet. Dies gewährleistet eine von der Shutter-Einheit 34 unbeeinflusste Positionsregelung. Der Shutter-Einheit 34 ist im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls 4 eine Energiesensoreinrichtung 35 nachgeordnet, die in der 1 schematisch dargestellt ist. Die Energiesensoreinrichtung 35 kann prinzipiell mit Auskoppeleinheiten und Energiesensoren so aufgebaut sein wie die Positionssensoreinrichtung 20 bzw. 26. Sowohl die Positionssensoreinrichtung 20 bzw. 26 als auch die Energiesensoreinrichtung 35 kann bei einer Variante auch mit drei Auskoppeleinheiten und drei Sensoren realisiert sein, die sternförmig um ein Zentrum herum, welches vom Beleuchtungsstrahl 4 durchtreten wird, angeordnet sind. Mit der Energiesensoreinrichtung 35 lässt sich die Energie des durch die Zwischenfokusblende 17 hindurch gelassenen Beleuchtungsstrahls 4 vermessen. Diese Energie ist umso höher, je besser eine z-Position des Zwischenfokus 14 mit der z-Position der Zwischenfokusblende 17 übereinstimmt. Über die Energiesensoreinrichtung 21 ist also eine z-Positionsbestimmung des Zwischenfokus 14 möglich. Diese z-Positionsbestimmung ist bei der Strahlregelungsvorrichtung 5 vorteilhaft, stellt aber keine zwingende Notwendigkeit dar. Auch die Energiesensoreinrichtung 35 steht über eine nicht dargestellte Signalleitung mit der Regeleinrichtung 33 in Signalverbindung. Von der Energiesensoreinrichtung 35 erhält die Regeleinrichtung 33 ein z-Positionssignal für den Zwischenfokus 14. Zur z-Positionsbestimmung kann auf den Regelspiegel 6 auch eine z-Oszillation aufmoduliert werden, die, beispielsweise im LockIn-Verfahren, phasenkorreliert mit der Energiesensoreinrichtung 35 detektiert wird. Eine vorzeichenbehaftete Amplitude des Messergebnisses ist dann direkt proportional zu einer Defokussierung des Zwischenfokus 14, gibt also ein Maß für die z-Position, welches zur z-Positionsbestimmung des Zwischenfokus 14 und auch zur z-Positionsregelung durch entsprechende, rückgekoppelte Ansteuerung einer z-Position des Regelspiegels 6 genutzt würde.
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Der Energiesensoreinrichtung 35 nachgeordnet ist eine abbildende Beleuchtungsoptik-Baugruppe 36 zur Abbildung der Zwischenfokus 14 auf ein zu beleuchtendes Objektfeld 37 in der Objektebene 2a, in der die zu beleuchtende Struktur des Objekts 2 angeordnet ist. Die Beleuchtungsoptik-Baugruppe 36 hat zwei EUV-Spiegel 38 und 39.
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Das Objektfeld 37 wird über eine abbildende Optik in Form eines Projektionsobjektivs 40 mit Spiegeln M1, M2 und M3 in ein Bildfeld 41 abgebildet. Am Ort des Bildfeldes 41 ist ein das Bildfeld 41 erfassender Messaufnehmer 42 in Form eines CCD-Bildsensors angeordnet. Alternativ kann es sich beim Messaufnehmer 42 um eine CMOS-Kamera oder um einen Fluoreszenzschirm handeln. Das Zwischenfokus-Modul 15, die Shutter-Einheit 34 und die Energiesensoreinrichtung 35 sind in einer Zwischenfokuskammer 43 angeordnet. Die Beleuchtungsoptik-Baugruppe 36 ist in einer Beleuchtungsoptikkammer 43 angeordnet. Das Projektionsobjektiv 40 ist in einer Objektivkammer 45 untergebracht, die ihrerseits in mehrere Teilkammern unterteilt ist.
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Die Strahlregelungsvorrichtung 5 und das Projektionsobjektiv 40 sind Teil eines optischen Systems des Metrologiesystems 1. Die Positionssensoren 25 und der Messaufnehmer 42 sind so ausgestaltet, dass sie für den Strahlanteil 23 und die zur Abbildung des Objektfeldes 37 beitragenden Anteile des Beleuchtungsstrahls 4 sensitiv sind.
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Zwischen der Energiesensoreinrichtung 35 und der Beleuchtungsoptik-Baugruppen 36 ist eine Blendeneinheit 46 mit einer weiteren Blende 47 für den Beleuchtungsstrahl 4 angeordnet. Die Blende 47 ist in der Zwischenfokuskammer 43 montiert. Die Blende 47 ist in einer Pupillenebene der Beleuchtung angeordnet, sodass über eine Auswahl der Anteile des Beleuchtungsstrahls 4 die durch die Blende 47 hindurchgelassen werden, eine Auswahl der Beleuchtungswinkel erfolgen kann, mit denen das Objektfeld 2 über den Beleuchtungsstrahl 4 beleuchtet wird.
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Die Strahlregelungsvorrichtung 5 arbeitet folgendermaßen: Die Positionssensoreinrichtung 20 bzw. 26 erfasst die xy-Position des Zwischenfokus 14. Abweichungen einer Ist-Position des Zwischenfokus 14 von einer vorgegebenen Soll-Position werden von der Regeleinrichtung 33 durch Auswertung der jeweiligen Positionssignale erfasst und in die Steuersignale X, Y für die Verlagerungsaktoren 8 umgesetzt, sodass die Ist-Position des Zwischenfokus 14 einer vorgegebenen Soll-Position nachgeführt wird. Die jeweils das Objektfeld 37 beleuchtende Sub-Apertur des Beleuchtungsstrahls 4 wird über die Blendeneinheit 46 ausgewählt. Die Regeleinrichtung 33 kann so ausgeführt sein, dass eine zeitlich veränderliche Soll-Position des Zwischenfokus 14 nachgeregelt wird. Diese zeitlich veränderliche Soll-Position kann als Spiralbahn vorgegeben werden, in der die Soll-Position des Zwischenfokus 14 in einer Zwischenfokusebene mit segmentiell größer und kleiner werdendem Radius wandert. Entsprechend wird die Ist-Position des Zwischenfokus 14 dieser Soll-Position nachgeführt. Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Spiralbahn-Nachführung kann ein Wobbeln des Beleuchtungsstrahls 4 über eine aktorische Verkippung bzw. Verlagerung der Regelkomponente, also des Regelspiegels 6 und/oder eines Tragrahmens 48 für die Lichtquelle 3, erfolgen.
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Aufgrund der Wanderung des Zwischenfokus 14 ergibt sich durch die Abbildung des Zwischenfokus 14 in das Objektfeld 2 eine entsprechende Wanderung des zur Beleuchtung des Objekts 2b verwendeten Anteils des Beleuchtungsstrahls 4. Das Objektfeld 2 wird daher entsprechend der Nachführung des Zwischenfokus 14 im zeitlichen Verlauf mit unterschiedlichen Anteilen des gesamten zur Verfügung stehenden Beleuchtungsstrahls 4 beleuchtet. Auf diese Weise wird eine Homogenisierung der Beleuchtung erzielt, da sich lokale Heterogenitäten innerhalb der jeweils verwendeten Anteile des Beleuchtungsstrahls 4 auf dem Objekt 2b bei dessen Beleuchtung herausmitteln. Die Blende 47 wird genutzt, um eine Beleuchtungswinkelverteilung bei der Beleuchtung des Objektfeldes 2 vorzugeben.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführung des Metrologiesystems 1 nach den 1 bis 3 stellt der Regelspiegel 6 die Regelungskomponente der Strahlregelungsvorrichtung 5 dar. Alternativ oder zusätzlich kann die Regelkomponente auch durch den verlagerbaren Tragrahmen 48 für die Lichtquelle 3 ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Tragrahmen 48 der Lichtquelle 3 mechanisch mit einem Verlagerungsaktor 49 verbunden, wie in der 1 gestrichelt angedeutet. Über den Verlagerungsaktor 49 ist eine Verlagerung der Lichtquelle 2 in mindestens zwei Translations-Freiheitsgraden quer zur Strahlrichtung des Beleuchtungsstrahls 4 möglich. Auch eine Verlagerung mit mehr als zwei Freiheitsgraden kann je nach Ausgestaltung des Verlagerungsaktors 49 oder einer entsprechenden Gruppe von Verlagerungsaktoren für den Tragrahmen 48 realisiert sein. Bei dieser Ausgestaltung wird eine xy-Position und vorzugsweise eine z-Position des Zwischenfokus 14 über ein Nachführen des Tragrahmens 48 der Lichtquelle 3 mit dem Verlagerungsaktor 49 realisiert. Hierzu steht der mindestens eine Verlagerungsaktor 49 wiederum mit der Regeleinrichtung 33 in Signalverbindung und wird entsprechend dem angesteuert, was vorstehend im Zusammenhang mit den Verlagerungsaktoren 8 erläutert wurde.
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Beim Einsatz des Metrologiesystems 1 wird das Objekt 2 innerhalb des Objektfeldes 37 mit dem Beleuchtungsstrahl 4 beleuchtet, dessen Strahlführung mit der Strahlregelungsvorrichtung 5 geregelt ist. Die Strukturen des Objekts 2, die sich im Objektfeld 37 befinden, werden auf den Messaufnehmer 42 abgebildet.
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Bei einer alternativen oder zusätzlichen Ausführung der Strahlregelungsvorrichtung 5 wird eine relative Differenz der Strahlintensität gemessen, die von gegenüberliegenden Sensoren der Energiesensoreinrichtung 35 erfasst wird. Diese gegenüberliegenden Sensoren erfassen dabei ausgekoppelte Anteile des Beleuchtungsstrahls 4 an gegenüberliegenden Querschnittspositionen des Beleuchtungsstrahls 4. Aus der gemessenen Intensitätsdifferenz wird ein Stellsignal für eine Verkippung der EUV-Lichtquelle 3 durch die Verlagerungsaktoren 49 abgeleitet.
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Anstelle einer Verkippung des Regelspiegels 6 kann die Lage des Zwischenfokus 14 auch dadurch nachgeregelt werden, dass der Regelspiegel 6 in seiner x-y-Position verlagert, also seitlich verschoben wird. Dies setzt voraus, dass der Regelspiegel 6 nicht plan ausgeführt ist, sondern gekrümmt. Anhand der 8 und 9 wird nachfolgend diejenige Ausführung der Positionssensoreinrichtung 20 erläutert, die auch in den 2 und 3 dargestellt ist. Komponenten, die denjenigen entsprechend, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 und insbesondere unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Die Positionssensoreinrichtung 20 nach den 2, 8 und 9 ist mit zwei Positionssensoreinheiten ausgeführt, die jeweils zwei paarweise angeordnete Positionssensoren 25a, 25c einerseits und 25b, 25d andererseits aufweisen. Die Positionssensoren 25a und 25c dienen dabei zur Bestimmung einer Strahllage des Beleuchtungsstrahls 4 über den Referenzstrahl 23 längs der Strahllage-Dimension x und die Positionssensoren 25b und 25d zur Positionsbestimmung längs der Strahllage-Dimension y. Im Strahlengang des jeweiligen Referenzstrahls 23 ist den Positionssensor-Paaren 25a, 25c und 25b, 25d andererseits jeweils ein eindimensionales Beugungsgitter 50, 51 vorgeordnet. Das Beugungsgitter 50 im Strahlengang des Referenzstrahls 23 vor den Positionssensoren 25a, 25c hat parallel zur y-Richtung ausgerichtete Beugungsstrukturen. Das Beugungsgitter 51 im Strahlengang des weiteren Referenzstrahls 23 vor den Positionssensoren 25b, 25d hat parallel zur x-Richtung ausgerichtete Beugungsstrukturen.
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Auch die Anordnung der Positionssensoren 25a bis 25d und der Beugungsgitter 50, 51 nach den 8 und 9 kann zur Detektion der Strahllage-Dimension direkt am Beleuchtungsstrahl 4, also ohne vorgeschaltete Auskopplung genutzt werden, wie dies vorstehend anhand der Positionssensoreinrichtung 26 bereits erläutert wurde. In diesem Fall sind die beiden Beugungsgitter 50, 51 im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls 4 in ausreichendem Abstand hintereinander angeordnet.
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Bei der Untereinheit der Positionssensoreinrichtung 20 nach 8 werden mit dem Beugungsgitter 50 Referenz-Teilstrahlen 23a, 23c erzeugt, die von den Positionssensoren 25a, 25c erfasst werden. Bei der Untereinheit der Positionssensoreinrichtung 20 nach 9 werden Referenz-Teilstrahlen 23b, 23d erzeugt, die in positive bzw. negative y-Richtung abgelenkt und von den Positionssensoren 25b und 25d erfasst werden. Aus den entsprechend gemessenen Fotoströmen der Positionssensoren 25a bis 25d werden auch bei der Ausführung nach den 8 und 9 Steuersignale X, Y generiert, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit der 5 bereits erläutert wurde.
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Die Erzeugung der Steuersignale X und Y kann entsprechend dem geschehen, was dem Fachmann im Zusammenhang mit PSD-Detektoren (optische Positionssensoren, position sensitive device) bereits bekannt ist.
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Bei einer weiteren Ausführung der Strahlregelungsvorrichtung kann die Positionssensoreinrichtung als einen der zur Positionsdetektion herangezogenen Strahlanteile einen der Referenz-Teilstrahlen 23a, 23b, 23c, 23d und als anderen der zur Positionsdetektion herangezogenen Strahlanteile die nullte Beugungsordnung 23e heranziehen. Neben einem der Positionssensoren 25a, 25b, 25c, 25d, der mit einem Filterelement 31 entsprechend den Ausführungen nach den 6 und 7 ausgeführt ist, hat die Positionssensoreinrichtung in diesem Fall als zweiten Positionssensor den Normierungsdetektor 28.
