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Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung als Bestandteil eines Reflektometers zur Bestimmung einer Strahllage eines Lichtstrahls in einem Referenz-Koordinatensystem.
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Eine derartige, vorbekannte Strahllagebestimmung kann zur Bestimmung der Strahllage eines sichtbaren Lichtstrahls beispielsweise durch verlagerbare Lochblenden, durch die der Strahl hindurchgeleitet wird, erfolgen. Die
DD 228 148 A3 offenbart eine Vorrichtung zur Positionskontrolle für Industrieroboter. Die
DE 1 549 782 B beschreibt eine Einrichtung zur Sollwert-Einstellung der Lage eines Datenträgers. Die
DE 10 2004 030 607 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls innerhalb einer Laserbearbeitungsmaschine. Die
JP S60-3529 A beschreibt ein Messverfahren für einen Durchmesser eines optischen Strahlbündels. Die
US 7,652,761 B2 beschreibt ein Verfahren und ein System zur Laserkalibrierung sowie zum Ausrichten einer Augenführungs-Kamera (Eye tracker camera alignment). Die
DE 101 50 129 C1 beschreibt ein Verfahren zum Kalibrieren einer Laserbearbeitungsmaschine sowie eine Kalibriereinrichtung für Laserbearbeitungsmaschinen und einen Substrathalter für eine Laserbearbeitungsmaschine.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Prüfvorrichtung der eingangs genannten Art möglichst universell einsetzbar zu gestalten.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Prüfvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Mit der Prüfvorrichtung kann entweder bei bekannter Mess- bzw. Referenz-Objektlage die absolute Strahllage des Lichtstrahls oder bei bekannter absoluter Strahllage des Lichtstrahls die absolute Lage des Referenz-Objektes bestimmt werden. Der Lichtstrahl kann eine Wellenlänge im VIS, im UV, im DUV und/oder EUV haben, wobei nachfolgend hauptsächlich auf die Strahllagebestimmung eines EUV-Lichtstrahls eingegangen wird. Als Strahllage kann eine Strahlposition, also ein Strahldurchstoßpunkt des Lichtstrahls, in der Messebene bestimmbar sein. Der Detektor kann zur Erfassung des Lichtstrahls nach dessen Durchtritt durch die Messebene gestaltet sein. Alternativ kann das Messobjekt selbst als Detektor dienen und/oder der Detektor kann vom Messobjekt reflektiertes oder gestreutes Licht erfassen.
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Das Messobjekt kann mit dem Referenz-Objekt identisch sein oder kann zu diesem eine bekannte Relativposition haben.
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Auf einem Referenz-Objekt, dessen Lage bestimmt werden soll, können auch mehrere Messobjekte der Prüfvorrichtung angebracht sein.
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Die Wechselwirkung von Licht mit einer üblicherweise beschichteten sich lateral verändernden Oberfläche ist stark sensitiv auf die mittlere Position vom auftreffenden Strahl bzw. Lichtstrahl, dessen Intensitätsprofil sowie dem genutzten Einfallswinkel- und Wellenlängenspektrum. Wenn sich die Schichteigenschaften, lateral über die Oberfläche gesehen, schnell ändern, dann ist auch eine genaue Kenntnis des aktuellen Strahlauftreffpunktes notwendig, der sich geometrisch aus der Strahllage vom einfallenden Strahl bzw. Lichtstrahl relativ zum Messobjekt ergibt. Aufgrund dessen, dass der Einfallwinkel bzw. die Einfallsebene genau bekannt sein muss, ist auch die genaue Kenntnis des Richtungsvektors vom einfallenden Strahl bzw. Lichtstrahl notwendig.
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Für den Fall der Nutzung von EUV-Licht für den Lichtstrahl kommt erschwerend hinzu, dass die Strahlführung im Hochvakuum erfolgen muss und das Licht für das Auge nicht direkt sichtbar ist. Eine schnelle, möglichst einfache und genaue EUV-Strahllagebestimmung muss in diesem Fall in regelmäßigen Zeitintervallen durchgeführt werden, da sich zum Beispiel im Zeitverlauf durch Temperaturänderungen oder durch Verschleiß von Verbrauchsmitteln beim Betrieb einer gepulsten EUV-Quelle Strahllageschwankungen bzw. Strahllageveränderungen ergeben können.
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Die Bestimmung der Strahllage relativ zu einem Messobjekt kann wie folgt unterteilt werden:
- - Strahllagebestimmung relativ zum mechanischen Positioniersystem, welches das Messobjekt und/oder das Detektionssystem bewegt. Das ist eine gerätespezifische Kalibrieraufgabe.
- - Lagebestimmung vom Messobjekt relativ zum mechanischen Positioniersystem. Das ist eine Justageaufgabe, die spezifisch für das jeweilige Messobjekt verschieden durchzuführen ist.
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Die Bestimmung beispielsweise der Einbauposition eines Referenz-Objektes mit Hilfe der Prüfvorrichtung kann wie folgt untergliedert werden:
- - variabler Anteil: Die Lage der Messaufnahme bzw. des Messobjekts im Messgerät bzw. in der Prüfvorrichtung relativ zum mechanischen Positioniersystem variiert bei jedem Einbau. Es ergeben sich meist größere zufällige Schwankungen in der Einbaulage, die auch lastabhängig vom Gewicht des Messobjekts sein können.
- - fester Anteil: Die Lage vom Messobjekt relativ zu seiner Halterung/Klemmung auf der Messaufnahme ist im Allgemeinen bei jedem Einbau gleich (oder die Unterschiede sind vernachlässigbar). Die Kalibrierung der Position auf dem Halter ist vorab möglich, und zwar unabhängig vom Messgerät, in dem das Messobjekt eingebaut wird. Beispielsweise ist mit einem Koordinatenmessgerät vorab eine sehr genaue Positionsbestimmung mit Hilfe von Referenzpunkten/-flächen bis auf wenige µm genau möglich.
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Damit kann die Bestimmung der Einbauposition auf die Bestimmung des oben genannten „variablen Anteils“ im Allgemeinen eingeschränkt werden.
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Nachfolgend werden noch alternative bzw. ergänzende Methoden beschrieben:
- - Die „Blendenmethode“: Es werden eine oder mehrere Transmissions-, Reflexions- und/oder Absorptionsblenden (nicht nur Lücke bzw. Steg, sondern auch andere 1D/2D/3D-Strukturen, wie ein (un-)regelmäßiges Gitter oder eine Fresnel-Platte) in den Strahlengang gebracht, gegebenenfalls noch mit Filtern zur Falschlicht-/Streulichtreduktion, und in ihrer Position manuell oder automatisiert solange verändert, bis man jeweils Intensitätsmaxima bzw. -minima mit einem gegebenenfalls extra dafür relativ dazu positionierten Messsystem zum Beispiel ortsaufgelöst mit einer CCD-Kamera bestimmen kann. Das Blendensystem kann auch mit dem mechanischen Positioniersystem direkt verbunden sein. Aus der geometrischen relativ zu einem Bezugssystem kalibrierten Lage der Blenden bzw. Blendenstrukturen ergibt sich dann die EUV -Strahllage.
Anwendungsbeispiel: Eine weithin bekannte artverwandte Nicht-EUV-Justagemethode sind bei der Röntgenreflektometrie (XRR) die Strahlhalbierungsmethode mit geometrisch kalibrierter Schneidblende im Achsendrehzentrum oder auch die tiefenaufgelösten Rocking-Kurven mit dem Lage-kalibrierten Messobjekt (zum Beispiel Einkristall bei XRD) „als Blende“ selbst.
Nachteile der Blendenmethode sind: eine gegebenenfalls langwierige Kalibrierung der Lage der Blende relativ zu einem Bezugssystem ist nötig; im ungünstigen Fall ist diese zu ungenau oder muss nach jedem Aus-/Einbau vom Blendensystem erneuert werden; Strahllageschwankungen können mit dieser Methode nicht dauerhaft (in-situ) erfasst werden, da das eingebaute Blendensystem zumeist bei der eigentlichen Nutzung vom Strahl hinderlich ist.
- - Laserstrahl kollinear ausgerichtet zum Strahl: Bei dieser Methode wird (meistens) mit Hilfe von Blendensystemen ein zweiter für das menschliche Auge sichtbarer Strahl zum Beispiel von einem Justagelaser kollinear zum Strahl ausgerichtet. Die Blendensysteme können dann entfernt werden. Die schnelle „Einkopplung“ vom Justagelaser zur „Sichtbarmachung“ vom Strahl kann dann jederzeit zum Beispiel durch ein einschiebbares Prisma geschehen. Die Lage vom Laserstrahl relativ mechanischen Positioniersystem kann dann direkt per Auge oder mit Hilfe von zum Beispiel optischen Messinstrumenten (Theodolit, ...) oder anderen insbesondere ortsauflösenden Detektions- oder Blendensystemen erfasst werden.
Ein Nachteil dieser Methode ist: Strahllageschwankungen vom Strahl werden nicht erfasst.
Ein Vorteil dieser Methode ist: Messungen sind an Luft möglich.
- - Wechsel der Wellenlänge: Wenn es möglich ist, die Wellenlänge hin zum VIS zu wechseln, zum Beispiel bei der Nutzung eines drehbaren Gittermonochromators inklusive der Nutzung der 0. Gitterordnung, dann wird der sichtbare Spektralanteil der Lichtquelle für die Strahllagebestimmung direkt nutzbar.
Ein Nachteil dieser Methode ist: Die VIS-Strahllage kann in der räumlichen Lage deutlich anders als die EUV-Strahllage sein; dieses muss erst überprüft, gegebenenfalls kalibriert und regelmäßig kontrolliert werden.
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Die oben beschriebene Blendenmethode lässt sich verbessern und vereinfachen, wenn bei einem mechanisch überbestimmten Mehrachsen-Positioniersystem mit mindestens einer Drehachse bzw. Schwenkachse die Zwei- oder Mehrdeutigkeiten der Positionseinstellung ausgenutzt werden. Voraussetzung bei dieser Methode ist ein hinreichend genau justierbares Positioniersystem.
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Eine mechanische Mehrdeutigkeit lässt sich wie folgt definieren:
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Um einen bestimmten Punkt (relativ zu, oder) auf einem Objekt, das durch das Mehrachsen-Positioniersystem bewegt werden kann, räumlich mit dem gewünschten Zielpunkt in Übereinstimmung zu bringen, müssen die Antriebsachsen entsprechend verfahren werden. Wenn nun beispielsweise eine Linearachse und eine Drehachse senkrecht zueinander ausgerichtet sind und die Linearachse nach +Y verfahren werden muss, um den Zielpunkt zu erreichen, dann kann der gleiche Zielpunkt auch mit der Achsenstellung Linearachse nach circa -Y und Drehachse gedreht um circa 180° erreicht werden. Wird noch eine weitere Linearachse senkrecht dazu verwendet, dann wird aus der Zweideutigkeit eine Mehrdeutigkeit in der mechanischen Positionierung.
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Wird ein Messobjekt (zum Beispiel Spiegel, Gitter,...) in seiner Halterung (Messaufnahme) eingebaut und diese Messaufnahme dann in ein Messgerät auf einem mechanischen Positioniersystem befestigt, dann ergeben sich meistens Schwankungen der Einbaulage von wenigen Zehntel Millimetern relativ zum Positioniersystem vom Messgerät. Die zufälligen und gegebenenfalls noch vorhandenen systematischen Lageabweichungen führen bei der Messung vom Messobjekt zu inakzeptablen Positionierfehlern gegenüber dem Lichtstrahl bzw. Messstrahl, der im Messgerät bei der Vermessung vom Messobjekt verwendet wird. Deshalb wird zumeist in einem speziellen Einmess-/Kalibrierverfahren die genaue Einbauposition mit einer Genauigkeit von besser 50 µm bestimmt. Ein Anwendungsbeispiel ist das EUV-Reflektometer, bei dem das Messobjekt in seiner Lage, relativ zu seinem Mehrachsengoniometersystem, sehr genau bekannt sein muss, damit der Messstrahl das Messobjekt in der richtigen Position unter dem richtigen Winkel trifft.
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Nachfolgend werden noch alternative bzw. ergänzende Methoden beschrieben:
- a) Einzelne in ihrer Geometrie kalibrierte Justage-Objekte, die mit dem optischen Messverfahren vom Messgerät in der Einbaulage bestimmbar sind, werden direkt an das Messobjekt als Begrenzung angelegt.
- b) Nutzung einer Strukturierung der Oberfläche oder der Berandung vom Messobjekt: Wenn geometrische oder optisch wirksame Markierungen, zum Beispiel Kanten oder Löcher, auf dem Messobjekt aufgebracht bzw. natürlicherweise vorhanden sind, dann können diese zur Positionsfindung genutzt werden.
Bei der Messung unter streifendem Einfall kann das Messobjekt durch die Strahlhalbierungsmethode justiert werden.
- c) Methode der Höhenjustage: Die Messobjekt-Höhe (relativ zum Positioniersystem) kann durch Messung von Winkeldifferenzen (bei Einfallswinkel und Detektorwinkel) bei verschiedenen „z-Höhen“ bestimmt werden. Die Winkeldifferenzen sind nicht nur abhängig von der z-Höhe, sondern auch von der Strahllage des Messstrahls relativ zu den Drehachsen sowie der möglichst kollinearen Ausrichtung der beiden Drehachsen für Messobjekt und Detektor. Bei ganz genau durchzuführenden Höhenjustagen sind auch das Intensitätsprofil und die Strahldivergenz des Messstrahls sowie die mechanischen Fehlstellungen des Positioniersystems zu berücksichtigen. Die Höhenjustage wird bei der Röntgenreflektometrie oder -diffraktometrie seit gut einem Jahrhundert als Standardmethode eingesetzt.
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Die Justage-Objekte (also mit dem Messstrahl erfassbare Positionsmarken, die zum Beispiel Schneidblenden, Absorptions-/Reflexions-Fadenkreuze als Stege oder gekreuzte Spalte sein können) haben einen festen Bezug zum Messobjekt, und zwar indirekt über kalibrierte Festanschläge, gegen die das Messobjekt gedrückt wird. Die Justage-Objekte sind also direkt auf der Messaufnahme (verbleiben dort, trotz Aus-/Einbau vom Messobjekt) und werden in ihrer Lage vorab kalibriert.
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Vorteil: Der variable Anteil der Einbaulage von der Messaufnahme wird mittels in der Lage relativ zu den Festanschlägen kalibrierten Schneidblenden direkt mit dem Messstrahl und einer rechnerischen Datenauswertung bis auf wenige µm genau bestimmbar.
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Mit der in der vorstehend beschriebenen Blendenmethode (inklusive der Nutzung lateraler Schichteigenschaftsänderungen von der Beschichtung vom Messobjekt) lässt sich bei bekannter Strahllage und kalibriertem mechanisch mehrdeutigem Positioniersystem die laterale Spiegelposition bestimmen. Wird auch noch die Position in Strahlrichtung variiert, dann ist die 3D-Lage vom Spiegel bestimmbar.
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Bei einer Ausführung des Mehrachsen-Positioniersystems nach Anspruch 2 werden Mehrdeutigkeiten der Positionseinstellung des Kantenbereichs relativ zum Lichtstrahl gezielt ausgenutzt. Der Kantenbereich kann räumlich sehr gering ausgedehnt sein und im Extremfall im Wesentlichen einen „Kantenpunkt“ darstellen.
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Messobjekte nach den Ansprüchen 3 und 4 haben sich in der Praxis bewährt.
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Über den Detektor kann insbesondere eine Detektion einer Intensität des Lichtstrahls erfolgen. Bei Nutzung eines ortsauflösenden Detektors nach Anspruch 5 kann der Kantenbereich durch eine Pixelzeile oder eine Pixelspalte eines Pixelarrays des ortsauflösenden Detektors definiert sein.
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Ein weiterer Translations-Aktor nach Anspruch 6 ermöglicht die Bestimmung einer kompletten Strahllage, also einer Strahlposition des Lichtstrahls in zueinander beabstandeten Messebenen. Auf diese Weise sind ein Strahlen-Durchstoßpunkt und eine Strahlrichtung des Lichtstrahls in Bezug auf eine Durchstoßebene bestimmbar.
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Eine Anbringung des Messobjekts an einem Spiegelträger nach Anspruch 7 ermöglicht insbesondere eine absolute Lagebestimmung des Spiegelträgers.
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Eine Abstands-Messeinrichtung nach Anspruch 8 ermöglicht ebenfalls eine Lagebestimmung eines Referenz-Objekts. Die Abstands-Messeinrichtung kann als Retroreflektor ausgeführt sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 stark schematisch eine Prüfvorrichtung zur Bestimmung einer Strahllage eines Lichtstrahls in einer ersten Position eines Messobjekts relativ zum die Zeichenebene durchtretenden Lichtstrahl;
- 2 die Prüfvorrichtung nach 1 in einer zweiten Relativposition des Messobjekts zum Lichtstrahl;
- 3 in einem Diagramm durchgezogen eine mathematische Abhängigkeit eines Lichtstrahl-Auftreffpunktes auf einem Messpunkt des Messobjekts von einem Schwenkwinkel p (Roh), eingestellt über einen Schwenkaktor der Prüfvorrichtung, und einer Translationsrichtung Y (linke Ordinatenskala), eingestellt über einen Translations-Aktor der Vorrichtung, wobei als durchgezogene Kreise Messpunkte in diesem ρ-/Y-Koordinatensystem dargestellt sind und als schwarze Quadrate eine Restabweichung R (rechte Ordinatenskala) des jeweiligen Messpunkts vom mathematischen p(Y)-Zusammenhang dargestellt ist;
- 4 in einem weiteren Diagramm als dreieckige, rautenförmige, quadratische und Kreise dargestellte Symbole Messpunkte einer Lichtstrahllage relativ zu einem Sollwert (Ordinatenachse), erzeugt über horizontale und vertikale Achsenscans einer quadratischen Diode, die mit einer Linearachse (Abszisse des Diagramms) relativ zum Lichtstrahl positionierbar ist;
- 5 drei Messobjekte der Prüfvorrichtung, ausgeführt als Schneidblenden in einer ein Referenz-Objekt darstellenden Spiegelaufnahme für einen EUV-Spiegel; und
- 6 schematisch eine Messanordnung einer Variante der Prüfvorrichtung.
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1 zeigt eine Prüfvorrichtung 1 zur Bestimmung einer Strahllage eines Lichtstrahls 2 in einem Referenz-Koordinatensystem mit Koordinatenachsen X und Y. Beim Lichtstrahl 2 handelt sich um einen Strahl mit EUV-Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Der Lichtstrahl 2 kann alternativ oder zusätzlich eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich (VIS), im ultravioletten Bereich (UV) oder im tiefen ultravioletten Bereich (DUV) haben. Die Koordinatenachse X verläuft in der 1 nach unten und die Y-Achse nach rechts.
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Die Prüfvorrichtung 1 hat ein Messobjekt 3 in Form einer rechteckigen oder quadratischen Schneidblende mit einer Blendenkante 4, die dem Lichtstrahl 2 zugewandt ist. Das Messobjekt 3 ist in einer Messebene 5 angeordnet, die parallel zur XY-Ebene verläuft. Der Lichtstrahl 2 verläuft in etwa senkrecht zur Messebene 5, also senkrecht zur Zeichenebene der 1. Ein Messwinkel zwischen dem Lichtstrahl 2 und der Messebene 5 liegt im Bereich von 90° und ist größer als 10°, größer als 20°, größer als 30°, größer als 40°, größer als 50°, größer als 60°, größer als 70°, größer als 80° und insbesondere größer als 85°.
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Als Messobjekt 3 kann ein Halbleiterbauteil zum Einsatz kommen, welches durch Wechselwirkung mit dem Lichtstrahl 2 eine messbare Ladungsträgerbewegung („Probenstrom“) erzeugt.
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Das Messobjekt 3 kann reflektierend, absorbierend und/oder streuend ausgeführt sein.
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Die Prüfvorrichtung 1 weist weiterhin ein stark schematisch dargestelltes Mehrachsen-Positioniersystem 6 auf. Letzteres hat ein Schwenkaktor 7 und einen als Linearaktor ausgeführten Translations-Aktor 8. Das Positioniersystem 6 kann mehrere Schwenkaktoren aufweisen. Das Positioniersystem 6 kann mehrere Translations-Aktoren aufweisen.
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Über den Schwenkaktor 7 ist das Positioniersystem 6 mit dem Messobjekt 3 zum Verschwenken um eine senkrecht zur Zeichenebene, also parallel zur Z-Achse des kartesischen Koordinatensystems der 1, verlaufende Schwenkachse 9 verschwenkbar. Die Schwenkachse 9 verläuft also senkrecht zur Messebene 5. Die Schwenkachse 9 verläuft beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch das Messobjekt 3. Ein Schwenkwinkel des Messobjekts um die Schwenkachse 9 ist in der 1 mit p bezeichnet. Mithilfe des Translations-Aktors 8 des Positioniersystems 6 ist das Messobjekt 3 translatorisch in der Messebene 4, nämlich längs der Y-Richtung, verlagerbar.
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Die 1 und 2 zeigen beispielhaft, dass das Mehrachsen-Positioniersystem 6 so ausgeführt ist, dass das Messobjekt 3 in verschiedenen Schwenkorientierungen durch translatorisches Verlagern in den Lichtstrahl 2 eingefahren werden kann.
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Hierdurch kann ein Strahldurchstoßpunkt des Lichtstrahls 2 in der Messebene 5 bestimmt werden.
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Das Positioniersystem 6 ist so ausgeführt, dass ein und derselbe Kantenbereich 4a der Blendenkante 4 des Messobjekts 3 in verschiedenen Schwenkorientierungen des Messobjekts 3 in den Lichtstrahl 2 eingefahren werden kann. 1 zeigt das Messobjekt 3 in einer ersten Schwenkorientierung, bei der die Lendenkante 4 längs der X-Richtung verläuft und der Kantenbereich 4a in der X-Dimension auf Höhe des Lichtstrahls 2 liegt. Dieser Schwenkorientierung ist ein erster Schwenkwinkel ρ1 zugeordnet.
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Es wird nun das Messobjekt in negativer Y-Richtung mit Hilfe des Translations-Aktors 8 verfahren, bis mit einem schematisch in der 1 angedeuteten, ortsfesten Detektor 10, auf dem der Lichtstrahl 2 im Strahlengang nach Durchtritt der Messebene 5 gerichtet ist, eine Schwächung des Lichtstrahls 2 aufgrund einer Abschattung des Lichtstrahls 2 durch den Kantenbereich 4a detektiert werden kann. Diese Detektion kann durch Messung eines Photostroms des Detektors 10 erfolgen. Der Detektor 10 erfasst also den Lichtstrahl 2 nach dessen Durchtritt durch die Messebene 5. Diejenige Y-Position des Messobjekts 3, bei der diese erste Schwächung des Lichtstrahls 2 vom Detektor 10 erfasst wird, wird in einem Speicher der Prüfvorrichtung 1 hinterlegt. Anschließend wird das Messobjekt 3 in negativer Y-Richtung weiterverfahren, bis der komplette EUV-Strahl 2 vom Messobjekt 3 abgeschattet wird, was wiederum mittels des Detektors 10 erfasst wird. Auch die zweite Y-Position des Messobjekts 3, bei der diese vollständige Abschattung erfolgt, wird gespeichert. Ein Mittelwert zwischen diesen beiden abgespeicherten Y-Positionen ist die dem Schwenkwinkel p der ersten Schwenkorientierung nach 1 zugeordnete Y-Messposition zur Bestimmung der Strahllage des Lichtstrahls 2. Das Ergebnis der Messung in der Schwenkorientierung nach 1 ist also ein ρ-Y-Wertepaar, ρ1 , Y1 .
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2 zeigt eine entsprechende Messung bei einer zweiten Schwenkorientierung des Messobjekts 3, die gegenüber der ersten Schwenkorientierung nach 1 durch Verschwenkung um einen Schwenkwinkel von etwa 200° hervorgeht. Bei dieser Schwenkorientierung nach 2 ist die Blendenkante 4 wiederum auf Höhe des Kantenbereichs 4a dem Lichtstrahl 2 zugewandt. Diese Verschwenkung um einen Winkel ρ von 210° erfolgt mit Hilfe des Schwenkaktors 7. Mit dem Schwenkaktor 7 ist ein Schwenkwinkel p im Bereich zwischen 0° und 360° vorgebbar. Der Schwenkwinkelbereich ist größer als 180°.
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Bei der Schwenkorientierung nach 2 erfolgt dies so, dass eine Abschattung des Lichtstrahls 2 durch Verlagerung des Messobjekts 3 in positiver Y-Richtung mit Hilfe des Translations-Aktors 8 erfolgt. Es erfolgt nun eine Messung der Y-Positionen in der Schwenkorientierung nach 2, bei der ein erstes und ein vollständiges Abschatten des Lichtstrahls 2 durch den Kantenbereich 4a erfolgen und hieraus die Zuordnung des Y-Messwertes zum Schwenkwinkel p der Schwenkorientierung nach 2, also die Messung eines zweiten Wertpaars ρ2 , Y2 .
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3 zeigt beispielhaft einerseits einen sich aus der Geometrie des Messobjekts 3 sowie der Lage der Schwenkachse 9 ergebenden mathematischen Y(p)-Zusammenhang 11, der in der 3 durchgezogen dargestellt ist. Als Kreise sind in der 3 insgesamt acht Messpunkte 12 bei verschiedenen Schwenkorientierungen des Messobjekts 3 dargestellt. Mit stark überhöhter Auflösung ist auf der rechten Skala der 3 eine Residualabweichung R zwischen dem jeweiligen Messpunkt 12 und dem theoretischen Y(p)-Zusammenhang 11 wiedergegeben. Diese Abweichung R liegt für die acht angegebenen Messpunkte 12 im Bereich zwischen -2,5 µm und +2,5 µm.
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Über den Vergleich des theoretischen Y(p)-Zusammenhangs 11 mit den Messpunkten 12 lässt sich ein gegebenenfalls vorliegender Offset des Messobjekts 3 ermitteln, sodass dessen exakte Position zu Beginn der Strahllagebestimmung nicht bekannt zu sein braucht.
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Das Messobjekt 3 kann wie bei der Ausführungsform nach 1 und 2 als 2D-Blendenstruktur ausgeführt sein. Alternativ kann das Messobjekt 3 als 3D-Blendenstruktur ausgeführt sein.
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Alternativ oder zusätzlich zu einem separaten Detektor kann das Messobjekt 3 selbst zur Detektion des Lichtstrahls 2 ausgebildet sein. Das Messobjekt 3 kann als ortsauflösender Detektor, beispielsweise als Sensor-Array mit mindestens einer Detektorzeile oder mindestens einer Detektorspalte aus nebeneinander angeordneten Detektorpixeln ausgebildet sein. Die Detektorpixel können auch in Form eines zweidimensionalen Arrays angeordnet sein. Die Anzahl der Detektorpixel in einer Pixelzeile und/oder in einer Pixelspalte kann im Bereich zwischen 10 und 10.000 liegen. Soweit ein den Strahlquerschnitt des Lichtstrahls 2 vollständig abdeckendes Detektorarray zum Einsatz kommt, kann bei einer speziellen Ausführung der Prüfvorrichtung 1 das Mehrachsen-Positioniersystem 6, jedenfalls was eine Verlagerung des Messobjekts 3 innerhalb der Messebene 5 und eine Verschwenkung des Messobjekts 3 angeht, entfallen.
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Im Falle eines zumindest zeilen- oder spaltenweisen Aufbaus eines Detektors als das Messobjekt 3 kann der Kantenbereich 4a durch eine Pixelzeile oder eine Pixelspalte eines Pixelarrays dieses ortsauflösenden Detektors definiert sein.
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Das Mehrachsen-Positioniersystem 6 kann einen weiteren Translations-Aktor 13 zum translatorischen Verlagern des Messobjekts 3 senkrecht zur Messebene 5 aufweisen. Hierüber kann durch Wiederholen der Messung, die vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 3 für eine Z-Position, nämlich innerhalb der dargestellten Messebene 5, erläutert wurde, für verschiedene Z-Positionen wiederholt werden und es kann hierüber eine komplette Strahllage des Lichtstrahls 2, also dessen Strahlposition in zueinander beabstandeten Messebenen, bestimmt werden. Auf diese Weise können ein Strahl-Durchstoßpunkt und eine Strahlrichtung des Lichtstrahls 2 in Bezug auf die Messebene 5 bestimmt werden. Durch Interpolation kann die exakte Strahlgestalt des Lichtstrahls 2 im XYZ-Koordinatensystem erfasst werden.
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Das Messobjekt 3 der Prüfvorrichtung 1 kann an einem Spiegelträger 14 für einen Spiegel 15 angeordnet sein (vgl. 5).
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5 zeigt drei jeweils als Schneidblenden ausgeführte Messobjekte 3a, 3b und 3c, die auf dem Spiegelträger 14 des EUV-Spiegels 15 angeordnet sind. Der Spiegel 15 wird von einer Spiegelfassung 16 getragen, die wiederum am Spiegelträger 14 befestigt ist. Die Position des Spiegels 15 zum Spiegelträger 14 ist über Anschläge exakt definiert. Über Kalibrier-Lichtstrahlen, die beispielsweise von einer Laserdiode oder einem HeNe-Laser erzeugt werden, kann eine Referenzpositionierung der drei Messobjekte 3a bis 3c im ortsfesten XYZ-Koordinatensystem, wie vorstehend erläutert, erfolgen. In diesem Fall wird aus der bekannten Strahllage der Kalibrierlaserstrahlen mit Hilfe der Durchführung des Positionierverfahrens nach Art dessen, was vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläutert wurde, auf die Lage des Spiegelträgers 14 im Referenz-Koordinatensystem XYZ geschlossen.
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Das in der 5 links oben dargestellte Messobjekt 3a hat eine in X-Richtung verlaufende Blendenkante. Die beiden in der 5 links unten und rechts unten dargestellten Messobjekte 3b, 3c haben jeweils längs der Y-Richtung verlaufende Blendenkanten.
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Über die exakte Bestimmung der Lage aller drei Messobjekte 3a, 3b und 3c lässt die exakte Lage des gesamten Spiegelträgers 14 und somit die exakte Lage des Spiegels 15 im Referenz-Koordinatensystem XYZ bestimmen.
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6 zeigt beispielhaft die Bestimmung der Strahllagen verschiedener Lichtstrahlen 2a, 2b und 2c, die mit einem Referenz-Objekt 17 wechselwirken. Durch Bestimmung der kompletten Strahllagen der Lichtstrahlen in 2a, 2b und 2c lassen sich sowohl die Einfallswinkel dieser Lichtstrahlen 2a bis 2c auf dem Referenz-Objekt 17 als auch eine Lage eines Auftreffpunktes der Lichtstrahlen 2a bis 2c auf dem Referenz-Objekt 17 bestimmen.
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Aus der genauen Geometrie von einfallendem und ausfallendem Lichtstrahl 2a, 2b bzw. 2c lässt sich beispielsweise die exakte Lage eines Spiegels als Beispiel für das Referenz-Objekt 17 bestimmen.
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Verwendet man als Objekt ein Blendensystem (vgl. das Messobjekt 3), so wie bei der Blendenmethode beschrieben, und nutzt dieses in Reflexion, Transmission und/oder Absorption inklusive der Nutzung von Sekundäreffekten bei der Wechselwirkung mit dem Lichtstrahl, zum Beispiel Probenstrom, dann ist ein bestimmter Punkt auf einer 2D-Kante (vgl. den Kantenbereich 4a) bzw. 3D-Blendenstruktur in mehrfacher Weise relativ zum Strahl positionierbar. Somit erhält man allgemein gesprochen für diese Prüfstruktur, für die mit dem Strahl messbaren charakteristischen Punkte (die auf der Blendenkante 4 liegen können, siehe 1 und 2), einen Satz an Antriebspositionswerten, die gemäß der geometrischen Form der Prüfstruktur in einen funktionalen Zusammenhang zueinander stehen müssen. Rechnerisch lässt sich dieser Zusammenhang nutzen, um damit den Strahloffset auf Höhe des Auftreffpunktes zu berechnen (siehe 3).
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Wird die Strahllage (in 2D auch Strahloffset genannt) auf mehreren Ebenen senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung bestimmt, dann kann daraus in 3D die Strahlrichtung berechnet werden.
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Weitere Vorteile sind: Die genaue Lage der Prüfstruktur bzw. des Messobjekts 3 relativ zum Achsensystem muss nicht bekannt sein; die Prüfstruktur bzw. Messobjekt 3 ist beliebig ein-/ausbaubar und benötigt keine hohen Positionstoleranzvorgaben; die Messung laut 3 kann innerhalb von 10 min und mit Restabweichung kleiner 5 µm durchgeführt werden.
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Wird anstatt der Blendenstruktur bzw. des Messobjekts 3 direkt ein ortsauflösendes Detektionssystem verwendet, dann kann mit der analogen Anwendung dieser Methode sowohl die EUV-Strahllage als auch die geometrische Position des Detektionssystems bestimmt werden.
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Falls das Detektionssystem zwar mit dem Positioniersystem 6 verbunden, aber nicht mit einer Drehachse überbestimmt relativ zum Strahl 2 positionierbar ist, dann kann trotzdem das geometrisch kalibrierte Detektionssystem unter Anwendung der oben genannten Blendenmethode relativ zum EUV-Strahl verschiedentlich positioniert, und damit die Strahllage bestimmt werden (vgl. als Beispiel 4).
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Die 4 zeigt Messergebnisse bei Verwendung einer quadratischen Diode als Detektionssystem, die mit einer Linearachse bzw. mit einem Translations-Aktor (Achsenposition im Diagramm als Abszisse) relativ zum EUV-Strahl positionierbar ist, wobei die Diode mittels einer Drehachse um 180° gedreht und außerdem noch um sich selbst gedreht werden kann (entsprechende positive und negative Achsenpositionen der Linearachse der Einfachheit halber in der Darstellung). An den parallelen Kanten der Diode wurden mittels horizontaler und vertikaler Achsenscans die EUV-Strahllage SL relativ zum Sollwert ermittelt (im Diagramm die Ordinatenrichtung) und als Einzelpunkte dargestellt. Wird nun die eigentliche Strahllage per Ausgleichsrechnung berücksichtigt und die Restabweichungen dargestellt, dann ergeben sich die in der 4 gezeigten Linienverläufe.
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Ist im umgekehrten Fall die Strahllage bekannt, aber die geometrische Lage vom Detektorsystem nicht, so kann diese in analoger Anwendung der Blendenmethode bestimmt werden.
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Sind die Anzahl an verschiedenen Messpositionen groß genug, dann können unter Umständen sowohl die Strahllage als auch die Lage vom (ortsauflösenden) Detektionssystem bestimmt werden.
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Nachfolgend werden noch Varianten der Wechselwirkungen bzw. Ausgestaltungen der Prüfstruktur näher beschreiben:
- - Wechselwirkung mit dem Strahl 2:
- -- teilweise oder vollständige Reflexion bzw. Beugung an einer (beschichteten und/oder un/periodisch strukturierten) Oberfläche; oder Nutzung des nicht-spekularen Streulichtanteils,
- -- Transmission durch einen dünnen strukturierten Filter und/oder eine offene 1D/2D/3D-Spaltstruktur (1D entspricht einer Punktblende),
- -- Absorption von einer 2D/3D-Struktur, zum Beispiel ein absorbierendes Fadenkreuz; eine konzentrische Ringstruktur; oder eine Aneinanderreihung dieser in Stahlrichtung,
- -- Nutzung von Sekundäreffekten bei der Wechselwirkung mit dem Licht, zum Beispiel freie Sekundärelektronen oder im Messobjekt als Probenstrom; Photolumineszenz,..
- -- Licht, das vor, bei und/oder nach der Wechselwirkung mit speziellen Mehrfachschichtsystemen monochromatisiert wird, zeigt einen charakteristischen spektralen und winkelaufgelösten Reflexionsverlauf. Ändern sich die lateralen Schichteigenschaften der Prüfstruktur (sogenannte laterale Schichtgradient), dann kann mittels der gemessenen ortsabhängigen Reflexionsverläufe und Auswertung von zum Beispiel deren Peaklagen sowie dem rechnerischen Vergleich mit einem Soll-Gradienten die Strahllage ermittelt werden. Die Messpunkte auf der beschichteten Prüfstruktur können in beliebiger 2D-Anordung (zufällig oder als Kreuz, Kreis, ...) gewählt werden.
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Diese Wechselwirkungen können auch kombiniert werden: z.B. „Schattenwurfmethode“: einmal wird das Objekt in Reflexion (oder als Detektionssystem) genutzt; nach einer 180° Drehung um sich selbst kann die Rückseite als ein absorbierendes Objekt genutzt werden. Bei beiden Objektausrichtungen wird der „Schattenwurf‟ gemessen; Vorteil: Die relative Lage der Drehachse und des reflektierenden Bereiches zueinander kann so ermittelt werden.
- - Ausgestaltungen der Prüfstruktur (und Kombinationen daraus):
- -- gerade Kanten einer geometrischen Umrandung oder einzeln gesehen eine gerade absorbierende Schneidblendenkante, wie vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläutert,
- -- zusammengefügte krumme, kreisförmige und/oder gerade Kanten als 2D/3D-Strukturen,
- -- 1D-Variante: ein im Vergleich zum Strahldurchmesser als näherungsweise punktförmig angenommener zum Beispiel reflektierender Bereich (die Anzahl an einstellbaren Messpositionen entspricht dann der mechanischen Mehrdeutigkeit vom Positioniersystem),
- -- ortsabhängige Phasenänderung durch die Prüfstruktur bei Verwendung von kohärentem Licht.
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Bei einer ergänzten Ausgestaltung wird der Strahlverlauf vom einfallenden und ausfallenden Strahl (also vor und nach der Wechselwirkung mit dem Referenz-Objekt) mittels Detektorscans bestimmt (vgl. 6). Das heißt, nur der Detektor wird in seiner Position verändert und ermittelt über dessen Umrandung, die die „Kante“ bei der Blendenmethode darstellt, die Strahllage. Die Kenntnis der genauen Lage ist nicht erforderlich und wird als BlackBox betrachtet. Es werden in Strahlausbreitungsrichtung jeweils mindestens zwei Stützstellen benötigt, so dass eine lineare Interpolationsrechnung durchgeführt werden kann. Die primäre Aufgabe der BlackBox-Methode ist die genaue Bestimmung des Einfallswinkels; als sekundäres Ergebnis mit geringerer Genauigkeit ist ein Rückschluss auf die Lage vom Oberflächenpunkt auf dem Referenz-Objekt 17 möglich.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Triangulation durch Höhenjustagen an mindestens drei verschiedenen Punkten auf dem Messobjekt mit gekrümmter Oberfläche erfolgen. Die Kenntnis der gekrümmten Oberflächenform (Passe) wird zur Lagebestimmung genutzt. Anstatt der Detektorbewegung können auch mindestens zwei raumfeste und in der Lage kalibrierte Flächendetektoren unter verschiedenen Raumwinkeln relativ zum Messobjekt zur Positionsermittlung genutzt werden.
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Die eben genannte Triangulationsmethode kann zur Verkippungskorrektur weiterentwickelt werden: Eine Positions- und Winkelbestimmung wird durch die Auswertung von Winkelscans/Positionsscans, bei der das Messobjekt durch möglichst voneinander unabhängige 2D-Antriebsfreiheitsgrade, zum Beispiel zwei Kippwinkel, bewegt wird, unter Kenntnis der Geometrie (Passe) vom Spiegel bzw. von dessen Positionsmarken, die mit dem Messstrahl direkt erfasst werden, rechnerisch möglich. Ein Beispiel ist, gesehen in Polarkoordinaten, eine ThetalPhi-Optimierung an den EUVR-Messgeräten, die an verschiedenen Punkten auf dem Spiegel durchgeführt werden.
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Die Messdaten werden mittels eines rechnerischen Modells durch Ausgleichsrechnungen (Fit der Justagefreiheitsgrade) analysiert und die Position vom Messobjekt ermittelt. Dieses Verfahren kann zur Messzeitverkürzung bei den Spiegeln einer abbildenden Optik eingesetzt werden: Anhand der ersten Messpunkte (circa 10 bis 20 Punkte) wird die Lageabweichung vom Spiegel ermittelt. Bei allen weiteren (circa 100 Punkte) Messpunkten kann auf die ThetalPhi-Optimierung verzichtet und die vorausberechnete Position gleich eingestellt werden. Das halbiert in etwa die Messzeit.
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Alternativ oder zusätzlich können Positionsmarken eingesetzt werden, die durch ein separates optisches Abstandsmesssystem verwendet werden, welches beispielsweise interferometrisch oder durch Laufzeitmessung arbeitet und nicht mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung selbst übereinstimmt. Ein Beispiel hierfür ist ein EUVR als Messgerät und ein oder mehrere Lasertracker/ Lasertracer mit mehreren, verdreht zueinander ausgerichteten zugehörigen Rückreflektoren, zum Beispiel Tripelprismen, als Abstandsmesssystem.
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Die Lage der Positionsmarken könnte sein:
- - auf der Messaufnahme: relativ zum Spiegel in fester Beziehung (Kalibrierung durch Koordinatenmessgerät); Randbedingung: Der Spiegel kann immer genau genug auf dem Aufnahmeelement befestigt werden.
- - angeheftet/angetastet an Spiegel-Referenzebenen/-punkte, analog den eingangs erwähnten, in ihrer Geometrie kalibrierten Justage-Objekten;
- - auf dem Messobjekt mit seiner optisch wirksamen Fläche - sofern erlaubt/möglich;
- - oder die Positionsmarke bildet das Messobjekt selbst mit seiner reflektierenden Oberfläche bzw. reflektierenden Referenzflächen.
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Den letztgenannten Fall, dass das Messobjekt selbst als Rückreflektor für das Abstandsmesssystem dient, wird nachfolgend noch näher erläutert:
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Der Messstrahl vom Lasertracker oder Lasertracer, der direkt auf die (un-) beschichtete Oberfläche vom Messobjekt trifft, wird zu etwa 4% (Glas im VIS) bzw. bei einer beschichteten Oberfläche entsprechend deutlich mehr, zurück reflektiert.
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Allerdings muss bei einer gekrümmten Oberfläche erst der Rückreflex durch eine Strahlablenkung (Lasertracker-Spiralsuche) gefunden werden. Bei einer planen Oberfläche wird ein Scan mit systematisch wechselnder Probenausrichtung benötigt. Bei einer sphärischen Oberfläche wird wegen der hohen Symmetrie noch zusätzlich eine Referenzebene benötigt.
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Die rechnerische Auswertung der Daten erfolgt analog zur Verkippungskorrektur.
- - Vorteile: Die Spiegelausrichtung kann direkt gemessen werden und braucht nicht indirekt über Positionsmarken auf der Halterung bestimmt zu werden. Die Verbiegung vom Spiegel (im Halter oder durch Gewichtsbelastung) ist im Bereich ab etwa 20 µm messbar.
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Bei einer Variante kann der Lasertracker von außen in die Vakuumkammer hineinmessen, zum Beispiel durch ein Glasfenster. Hierbei ist eine Kalibrierung/Korrekturfunktion nötig wegen der Glasdicke und der variablen optischen Dichte. Alternativ kann der Lasertracker die Spiegellage direkt nach dem Spiegel-Einbau, aber noch bei offener Vakuumkammer an Luft vermessen.
