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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für einen Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens drei Auflagern in einem dem Randbereich des zu lagernden Spiegels entsprechenden Lagerbereich, wobei der Spiegel auf den Auflagern gelagert ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Spiegelanordnung für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Spiegel und einer derartigen Lagervorrichtung. Außerdem ist ein Verfahren zur Lagerung eines Spiegels einer Projektionsbelichtungsanlage Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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STAND DER TECHNIK
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Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen dienen zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen mittels eines photolithographischen Verfahrens. Dabei wird eine strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel, mit Hilfe einer Lichtquelleneinheit und einer Beleuchtungsoptik beleuchtet und mit Hilfe einer Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Dabei stellt die Lichtquelleneinheit eine Strahlung zur Verfügung, die in die Beleuchtungsoptik geleitet wird. Die Beleuchtungsoptik dient dazu, am Ort der strukturtragenden Maske eine gleichmäßige Ausleuchtung mit einer vorbestimmten winkelabhängigen Intensitätsverteilung zur Verfügung zu stellen. Hierzu sind innerhalb der Beleuchtungsoptik verschiedene geeignete optische Elemente vorgesehen. Die so ausgeleuchtete strukturtragende Maske wird mit Hilfe der Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Dabei wird die minimale Strukturbreite, die mit Hilfe einer solchen Projektionsoptik abgebildet werden kann, unter anderem durch die Wellenlänge der verwendeten Strahlung bestimmt. Je kleiner die Wellenlänge der Strahlung ist, desto kleinere Strukturen können mit Hilfe der Projektionsoptik abgebildet werden. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft Strahlung mit der Wellenlänge 5 nm bis 15 nm zu verwenden. Projektionsbelichtungsanlagen, die mit Arbeitslicht im Wellenlängenbereich des extrem ultravioletten (EUV) Spektrums arbeiten werden auch als EUV-Projektionsbelichtungsanlagen bezeichnet.
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In Projektionsobjektiven und Beleuchtungssystemen von EUV-Projektionsbelichtungsanlagen werden Spiegel eingesetzt, die sehr präzise positioniert werden müssen. Zu diesem Zweck sind Lagervorrichtungen bekannt, bei denen die Auflager mit Positionsmanipulatoren bzw. Aktuatoren ausgestattet sind, sodass die Spiegel exakt in die gewünschte Position gebracht werden können. Derartige Positionsmanipulatoren verwenden häufig Gravitationskompensatoren, die mit magnetischen Kräften zumindest einen Teil der Gewichtskraft des Spiegels kompensieren, um die Aktuatoren zu entlasten und die Positionierung mittels der Aktuatoren zu verbessern. Ein Beispiel für einen derartigen magnetischen Gravitationskompensator (magnetic gravity compensator MGC) ist in der
DE 10 2011 004 607 A1 beschrieben.
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Bei einer Anordnung der Spiegel auf drei Auflagern, werden die Auflager üblicherweise im Randbereich des Spiegels vorgesehen und weisen zueinander einen Winkelabstand von 120° auf. Mit zunehmender Auflösung der Projektionsbelichtungsanlagen werden die Durchmesser der Spiegel immer größer, sodass eine bemerkenswerte Durchbiegung bzw. Deformation der Spiegel zu beobachten ist, die zudem von der Erdbeschleunigung abhängt. Die Erdbeschleunigung ist jedoch an verschiedenen Orten der Welt unterschiedlich, sodass nennenswerte Abweichungen eingebracht werden, wenn eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage nach der Herstellung vom Herstellungsort zum Einsatzort transportiert wird.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Spiegellagerung bzw. eine Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, bei der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und insbesondere Fehler, die durch unterschiedliche Erdbeschleunigungen verursacht werden, verringert bzw. ausgeschlossen werden. Gleichzeitig soll eine entsprechende Lagervorrichtung oder ein Verfahren zur Lagerung einfach aufgebaut bzw. einfach durchführbar sein und den hohen Anforderungen, die an Projektionsbelichtungsanlagen gestellt werden, genügen.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Spiegelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und einem Verfahren zur Lagerung eines Spiegels mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung geht aus von der Idee, dass das Problem einer zunehmenden Deformation von Spiegelelementen aufgrund der Erdbeschleunigung und die Abhängigkeit der Deformation von der Gravitationskonstante dadurch beseitigt werden kann, dass mindestens ein zusätzliches Stützlager im zentralen Bereich des Spiegels vorgesehen wird, obwohl dadurch eine komplexere Deformationsform d. h. ein komplexeres Deformationsprofil erzeugt wird. Allerdings hat sich herausgestellt, dass der Nachteil eines komplexeren Deformationsprofils durch die deutliche Verringerung der Deformationsamplitude bzw. des Betrags der Deformation mehr als aufgewogen wird.
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Neben einer Anordnung eines zusätzlichen Stützlagers im zentralen Bereich des Spiegels bzw. zentral zu einem Lagerbereich, in dem die Auflager angeordnet sind, können in dem Lagerbereich zusätzliche Stützlager angeordnet werden. Der Lagerbereich wird hierbei durch den ringförmigen, umlaufenden Rand des Spiegelelements definiert und kann somit eine kreisringförmige Form oder eine quadratische bzw. rechteckige oder mehreckige Außenkontur aufweisen. Die Stützlager können insbesondere ähnlich den Auflagern verteilt entlang des Umfangs des Spiegels bzw. des Lagerbereichs vorgesehen werden. Entsprechend können die Stützlager wiederum einen Winkelabstand von 120° zueinander aufweisen. Darüber hinaus können die zusätzlichen Stützlager mittig zwischen den Auflagern vorgesehen sein, sodass beispielsweise der Winkelabstand der Stützlagern zu den Auflagern jeweils 60° betragen kann.
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Die Anzahl und Anordnung der Stützlager kann im Einzelfall je nach Form und Größe des Spiegels optimiert werden, wobei ein Kompromiss zwischen Verringerung der Deformationsamplitude und Erhöhung der Komplexität des Deformationsprofils gefunden werden muss.
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Nach einer Ausführungsform können im Lagerbereich drei oder vier Auflager vorgesehen sein und ein einziges Stützlager in einem zentralen Bereich vorgesehen werden, wobei der zentrale Bereich zentral zum Lagerbereich bzw. zentral zum zu lagernden Spiegel ist.
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Unter zentralem Bereich, bzw. unter der Eigenschaft „zentral” wird der Mittelpunkt eines geometrischen Gebildes oder bei physikalischen Körpern oder Massenanordnungen der Schwerpunkt bzw. Massenmittelpunkt verstanden. Unter einem zentralen Bereich ist somit der Bereich um den Mittelpunkt bzw. geometrischen Schwerpunkt bzw. Massenmittelpunkt herum gemeint. Bei einer homogenen Ausbildung eines zu lagernden Spiegels ist also der zentrale Bereich des Spiegels durch einen Bereich um den geometrischen Schwerpunkt gemeint. Der zentrale Bereich eines Lagerbereichs ist ebenfalls durch den Bereich um den geometrischen Mittelpunkt definiert.
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Neben dem Aspekt eines komplexeren Deformationsprofils beim Vorsehen von zusätzlichen Stützlagern gilt es zusätzlich zu berücksichtigen, dass durch die zusätzlichen Stützlager keine nachteiligen, unerwünschten Kräfte oder Drehmomente in den Spiegel bzw. das Spiegelsubstrat eingebracht werden, die zu weiteren unerwünschten Deformationen des Spiegels führen könnten. Entsprechend kann das jeweilige Stützlager so ausgebildet sein, dass lediglich eine Kraftkomponente in einer Richtung entgegengesetzt zur Schwerkraft übertragbar ist, aber keine Querkräfte hierzu oder Drehmomente. Dies kann durch mechanische Lagerkomponenten erreicht werden, die lateral entkoppelt sind oder durch berührungslos wirkende Stützlager, die magnetische und/oder elektrische Kräfte verwenden.
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Entsprechend kann ein erfindungsgemäßes Stützlager mindestens einen Permanentmagneten und/oder einen Elektromagneten umfassen.
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Elektromagnete haben den Vorteil, dass sie durch Variation des entsprechenden Stromflusses auf unterschiedliche Stützkräfte und insbesondere auf unterschiedliche Erdbeschleunigungen einstellbar sind. Darüber hinaus kann bei einer berührungslosen Stützlagerung vermieden werden, dass unerwünschte Einflüsse von der Lagervorrichtung auf den Spiegel übertragen werden, wie beispielsweise Schwingungen oder dergleichen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
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1 eine Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
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2 eine perspektivische Darstellung eines Spiegelelements für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit den Anbindungsstellen für Auflager bzw. Positionsmanipulatoren;
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3 eine perspektivische Darstellung des Spiegelelements aus 2 mit Darstellung der gravitationsbedingten Deformation;
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4 eine Darstellung des Spiegelelements aus der 2 mit Darstellung der gravitationsbedingten Deformation bei zusätzlichem Vorsehen eines zentralen Stützlagers;
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5 eine Darstellung des Spiegelelements aus 2 mit Darstellung der Deformation bei einer Lagerung mit drei Auflagern bzw. Positionsmanipulatoren und vier zusätzlichen Stützlagern in der Mitte und verteilt am Rand des Spiegelelements;
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6 eine Schnittdarstellung durch ein Spiegelelement, wie es in der 4 dargestellt ist; und in
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7 eine Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die 1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage 1 mit einer Beleuchtungsoptik 3 und einer Projektionsoptik 5. Die Beleuchtungsoptik 3 umfasst dabei ein erstes optisches Element 7 mit einer Mehrzahl von reflektiven ersten Facettenelementen 9 und ein zweites optisches Element 11 mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen 13. Im Lichtweg nach dem zweiten optischen Element 11 sind ein erster Teleskopspiegel 15 und ein zweiter Teleskopspiegel 17 angeordnet, die beide unter senkrechtem Einfall betrieben werden, d. h. die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 0° und 45° auf beide Spiegel. Unter dem Einfallswinkel wird dabei der Winkel zwischen einfallender Strahlung und der Normalen zur reflektiven optischen Fläche verstanden. Nachfolgend im Strahlengang ist ein Umlenkspiegel 19 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf das Objektfeld 21 in der Objektebene 23 lenkt. Der Umlenkspiegel 19 wird unter streifendem Einfall betrieben, d. h. die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 45° und 90° auf den Spiegel.
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Am Ort des Objektfeldes 21 ist eine reflektive, strukturtragende Maske angeordnet, die mit Hilfe der Projektionsoptik 5 in die Bildebene 25 abgebildet wird. Die Projektionsoptik 5 umfasst sechs Spiegel 27, 29, 31, 33, 35 und 37. Alle sechs Spiegel der Projektionsoptik 5 weisen jeweils eine reflektive, optische Fläche auf, die entlang einer um die optische Achse 39 rotationssymmetrischen Fläche verläuft. Für jeden dieser Spiegel kann die erfindungsgemäße Lagervorrichtung eingesetzt oder die Spiegelanordnung verwirklicht werden.
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Die Projektionsbelichtungsanlage nach 1 umfasst ferner eine Lichtquelleneinheit 43, die Strahlung auf das erste optische Element 7 lenkt. Die Lichtquelleneinheit 43 umfasst dabei ein Quellpalasma 45 und einen Kollektorspiegel 47. Die Lichtquelleneinheit 43 kann in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Dargestellt ist eine Laserplasmaquelle (LPP Laser Pulsed Plasma). Bei diesem Quelltyp wird ein eng begrenztes Quellplasma 45 erzeugt, indem ein kleines Materialtröpfchen mit einem Tröpfchengenerator 49 hergestellt wird und an einen vorbestimmten Ort verbracht wird. Dort wird das Materialtröpfchen mit einem hochenergetischen Laser 51 bestrahlt, so dass das Material in einen Plasmazustand übergeht und Strahlung im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 15 nm emittiert. Der Laser 51 kann dabei so angeordnet sein, dass die Laserstrahlung durch eine Öffnung 53 in dem Kollektorspiegel fällt, bevor sie auf das Materialtröpfchen trifft. Als Laser 51 kommt z. B. ein Infrarotlaser mit der Wellenlänge 10 μm zum Einsatz. Eine durch einen Spektralfilter 55 spektral bereinigte Strahlung beleuchtet das erste reflektive optische Element 7, wie bereits oben erwähnt.
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Die 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Spiegelelements für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage, bei welchem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. Das Spiegelelement 100 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen als kreisrunde, rotationssymmetrische Schreibe ausgebildet, die an drei Auflagern 102, 103, 104 gelagert wird, wobei die Auflager am Rand des Spiegels 100 um den Umfang verteilt angeordnet sind und zwar jeweils mit einem Winkelabstand von 120° zueinander. Der Spiegel kann aus einem Material gebildet sein, welches einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wie beispielsweise Zerodur von Schott oder ULE von Corning.
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Durch die Dreipunktlagerung mit einem Winkelabstand von 120° der Auflager 102, 103, 104 zueinander ergibt sich ein drei-welliges Deformationsprofil, wie es in der 3 dargestellt ist. Durch die Schwerkraft erfolgt die maximale Durchbiegung des Spiegels im Zentrum des Spiegelelements, sodass sich ausgehend von den jeweiligen Auflagern 102, 103, 104 das drei-wellige Profil einstellt. Zur Vermeidung der Deformation, die durch die Schwerkraft bedingt ist, wird erfindungsgemäß ein zentrales Stützlager in der Mitte des Spiegels 100 angeordnet. Die Stelle des zentralen Stützlagers ist in 4 mit dem Bezugszeichen 105 bezeichnet. Die 4 zeigt ein Deformationsprofil des Spiegels 1, wenn ein entsprechendes Stützlager zentral angeordnet ist. Das Stützlager verringert nicht nur die Deformation, sondern kann zudem bei einer variabel einstellbaren Stützkraft auch unterschiedliche Erdbeschleunigungen kompensieren.
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Wie deutlich in 4 zu sehen ist, ist zwar das Profil der Deformation komplex, das heißt es liegt eine höhere Welligkeit der Deformation vor, jedoch ist der Betrag der Deformation deutlich reduziert.
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Wie in 5 gezeigt ist kann die Größe bzw. Amplitude der Deformation weiter reduziert werden, wenn auch im Lagerbereich, der kreisringförmig umlaufend am Rand des Spiegels 100 gegeben ist, zusätzliche Stützlager 106, 107, 108 vorgesehen werden. Dadurch wird zwar das Profil der Deformation des Spiegels 100 noch deutlich komplizierter, d. h. die Welligkeit nimmt zu, aber die Größe der Deformation kann weiter reduziert werden.
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Durch die Auswahl einer geeigneten Anzahl von Stützlagern oder eine geeignete Positionierung der Stützlager können ein optimales Deformationsprofil und/oder gewünschte maximale Deformationsbeträge eingestellt werden. Alternativ ist es auch möglich mit Hilfe der Stützlager gezielt Deformationen in das Spiegelelement einzubringen, wenn beispielsweise durch die gezielte Deformation des Spiegelelements Abbildungsfehler kompensiert werden sollen.
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Allerdings ist darauf zu achten, dass die Stützlager keine zusätzlichen unerwünschten Verformungen einbringen, sondern vorzugsweise lediglich eine Stützung des Spiegelelements in Z-Richtung bewirken, welche parallel zur Normalen der Reflexionsfläche des Spiegels 100 ist.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Stützlager so aufgebaut ist, dass keine Querkräfte oder Drehmomente in den Spiegel eingebracht werden. Entsprechend ist nach einer Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, ein magnetisch wirkendes Stützlager vorgesehen, welches einen Elektromagneten 112 umfasst.
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Der Elektromagnet 112 wirkt mit einem Permanentmagneten 111 zusammen, der an der Unterseite des Spiegels 100 angeordnet ist, sodass durch den Elektromagneten 112 und dem Permanentmagneten 111 eine berührungslose Stützkraft realisiert werden kann. Die Anordnung des Permanentmagneten 111 und des Elektromagneten 112 erfolgt hierbei vorzugsweise so, dass die Magnetfeldlinien möglichst nur eine Kraftkomponente in Z-Richtung bewirken, sodass die oben erwähnten Querkräfte und Drehmomente vermieden werden. Zusätzlich kann der Permanentmagnet 111, wie in dem Ausführungsbeispiel der 6 gezeigt, über ein Entkopplungselement in Form eines aus der Unterseite des Spiegelsubstrats hervorstehenden Zapfens an dem Spiegel 100 angeordnet sein. Der Zapfen 110 ermöglicht eine Verkippung des Permanentmagneten, sodass Querkräfte durch die Verbiegung des Zapfens abgebaut werden und nicht zu einer Deformation des Spiegels 100 bzw. der Spiegeloberfläche beitragen.
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Durch die Verwendung eines Elektromagneten kann die Stützkraft variabel eingestellt werden und beispielsweise an unterschiedliche Erdbeschleunigungen angepasst werden. Durch die magnetische Stützkraft wird eine mechanische Kopplung des Spiegels mit dem Stützlager vermieden und es wird dadurch verhindert, dass negative Einflüsse über die Lagervorrichtung auf den Spiegel übertragen werden, wie beispielsweise Schwingungen oder andere dynamische Anregungen.
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Durch die zusätzlichen Stützlager wird auch erreicht, dass die Gravitationskompensation der bei den Auflagern üblicherweise verwendeten Positionsmanipulatoren bzw. Aktuatoren verringert werden kann, sodass dadurch geringere Fehler bei der Positionierung eingebracht werden, die beispielsweise durch thermische Einflüsse verursacht werden.
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Die 7 zeigt eine Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Angabe der verschiedenen Auflager und Stützlager. Die 7 zeigt einen kreisringförmigen Lagerbereich 115, in welchem die Auflager 102, 103, 104 mit einem Winkelabstand von 120° angeordnet sind. Im Zentrum des Lagerbereichs, welches außerhalb des Lagerbereichs 115 liegt, ist eine erstes Stützlager 105 zur zentralen Stützung des Spiegels vorgesehen. Zusätzlich sind im Lagerbereich 115 weitere Stützlager 106, 107, 108 angeordnet, die ebenfalls wiederum mit Winkelabständen von 120° zueinander angeordnet sind. Eine derartige Lagervorrichtung entspricht der Lagerung eines Spiegels 100, wie sie in 5 gezeigt ist.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011004607 A1 [0003]
