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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Spannsystem mit einem eine Spannaufnahme aufweisenden Spannmodul sowie einer ein Spannelement aufweisenden Spannpalette, wobei das Spannelement in einer Einführrichtung in die Spannaufnahme einführbar ist und die Spannaufnahme dazu konfiguriert ist, das Spannelement zum Befestigen der Spannpalette am Spannmodul mit Spannung zu beaufschlagen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung mit einem Spannsystem zur Befestigung eines Messobjekts an der Messvorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen eines optischen Elements mit einem Einspannen des optischen Elements für eine Messung mittels eines Spannsystems.
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Derartige Spannsysteme sind in verschiedenen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise enthält eine Spannpalette als Träger für ein Werkstück, Messobjekt oder allgemein ein Objekt mindestens ein Spannelement in Form eines Spannzapfens. Durch Einführen und Fixieren des Spannzapfens in die Spannaufnahme des Spannmoduls erfolgt eine schnelle und einfach lösbare Befestigung der Spannpalette an dem Spannmodul in einer durch das Spannsystem vorgegebenen Position. Das Fixieren des Spannelements erfolgt durch Spannmittel der Spannaufnahme, welche das Spannelement in einer Verriegelungsposition einspannen und in einer Löseposition freigeben. Sogenannten Nullpunktspannsystemen werden insbesondere für eine schnelle und wiederholgenau exakte Fixierung einer Spannpalette an einem Spannmodul in einer vorgegebenen Position verwendet.
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In der
DE 10 2017 129 683A1 wird ein solches Nullpunktspannmodul beschrieben. Zur exakten Zentrierung des Spannzapfens gegenüber der Spannaufnahme weist der Spannzapfen in der Regel einen Konus oder eine Kugelkappe auf, welche in eine entsprechend geformte Ausnehmung in der Spannaufnahme zur Anlage kommt. Weiterhin sind am Spanzapfen Eingriffsabschnitte für die Spannmittel vorzugsweise derart ausgebildet, dass neben einer Fixierung radial zur Einführrichtung auch eine Fixierung bezüglich der Einführrichtung bzw. einer Einführachse erfolgt. Auf diese Weise wird eine Positionierung und Fixierung der Spannpallete an dem Spannmodul bezüglich der drei translatorischen Freiheitsgrade und zwei Rotationsfreiheitsgrade erreicht. Für eine Positionierung und Fixierung bezüglich der Drehung um die Einführachse und somit aller Rotationsfreiheitsgrade können entweder mindestens ein weiteres Spannsystem an einem anderen Ort der Spannpalette oder weitere Fixierungsmittel am Spannsystem angeordnet sein.
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In 1 wird ein herkömmliches Spannsystem 10 schematisch und stark vereinfacht in einem Querschnitt dargestellt. Mit dem Spannsystem 10 erfolgt eine exakte und schnell lösbare Fixierung einer Spannpalette 12 an einem Spannmodul 14. Dazu wird ein an der Spannpalette 12 angeordnetes Spannelement 16 entlang einer Einführachse 18 in eine Öffnung 20 einer Spannaufnahme 22 an dem Spannmodul 14 eingeführt, Pfeil 24. Das Spannelement 16 enthält einen Zentrierkopf 26 mit einer konusförmigen Oberfläche 28, welcher schließlich in einer entsprechenden konusförmigen Zentrierausnehmung 30 der Spannaufnahme 22 zur Anlage kommt. Durch die Anlage des Zentrierkopfs 26 an der Zentrierausnahme 30 erfolgt eine exakte Positionierung der Spannpalette 12 bezüglich des Spannmoduls 14. Zum Fixieren in dieser Position werden mittels Fixiermittel 32 des Spannsystems 10 mehrere Spannkörper 34 gegen Eingriffsflächen 36 des Spannelements 16 gepresst. Zum Lösen geben die Fixiermittel 32 die Spannkörper 34 frei. Diese können sich radial zur Einführachse 18 nach außen bewegen und das Spannelement 16 freigeben.
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Problematisch ist die Verwendung bekannter Spannsysteme bei schweren Spannpaletten mit einem Gewicht von über ca. 200 kg. Beispielsweise wiegen optische Module für die Mikrolithographie typischerweise zwischen 500 kg und 1000 kg. Zur Vermessung dieser Module bzw. optischer Elemente dieser Module müssen diese in einer vorgegebenen Position bei einer Messvorrichtung fixiert werden. Durch die große Massenträgheit kann es beim Einführen des Spannelements in die Spannaufnahme zu einem Schaben und Ablösen von Metallpartikeln kommen. Diese Partikel führen eventuell zu einer Verschmutzung oder Beschädigung von optischen Elementen des zu vermessenden Moduls. Ferner kann ein Verklemmen oder ein Festfressen des Spannsystems auftreten, wodurch sich die Spannpalette nicht mehr von dem Spannmodul trennen lässt. Auch sind durch den Abrieb von Metallpartikeln oder die Beschädigung des Spannsystems Fehlfunktionen bei Sensoren des Spannsystems möglich.
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Zugrunde liegende Aufgabe
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Spannsystem sowie eine Messvorrichtung und ein Messverfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere die Fixierung einer Spannpalette mit einem schweren Messobjekt oder einem anderen Objekt an einem Spannmodul ohne Beschädigung des Spannsystems oder einen Abrieb von Metallpartikeln ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einem Spannsystem, welches ein eine Spannaufnahme aufweisendes Spannmodul sowie eine ein Spannelement aufweisende Spannpalette umfasst. Das Spannelement ist in einer Einführrichtung in die Spannaufnahme einführbar und die Spannaufnahme ist dazu konfiguriert, das Spannelement zum Befestigen der Spannpalette am Spannmodul mit Spannung zu beaufschlagen. Weiterhin weist das Spannmodul einen die Spannaufnahme umfassenden Verschiebekörper, einen Führungskörper sowie ein Luftlager auf, wobei das Luftlager dazu konfiguriert ist, eine quer zur Einführrichtung erfolgende Verschiebung des Verschiebekörpers gegenüber dem Führungskörper zuzulassen. Das Spannsystem kann insbesondere als Nullpunktspannsystem ausgeführt sein. Bei einem solchen System erfolgt eine schnell lösbare Fixierung der Spannpalette möglichst exakt und wiederholgenau in einer vorgegebenen Position an dem Spannmodul. Das Spannmodul kann zum Beispiel stationär angeordnet und an diesem kann ein Werkzeug oder eine Messvorrichtung befestigt sein. Mit dem Spannsystem lassen sich dann nacheinander Spannpaletten mit zu vermessenden oder zu bearbeitenden Objekten schell und genau in einer vorgegebenen Position am Spannmodul befestigen und anschließend wieder lösen. In äquivalenten Ausbildungen sind das Spannelement am Spannmodul und die Spannaufnahme an der Spannpalette angeordnet. Ferner kann das Werkzeug oder die Messvorrichtung an der Spannpalette montiert und zu verschiedenen Spannmodulen mit Werkstücken oder Messobjekten bewegt werden.
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Beim erfindungsgemäßen Spannsystem muss zum Einführen des Spannelements in die Spannaufnahme die Spannpalette mit einem daran befestigen Objekt nicht mehr quer zur Einführrichtung in die Einführposition bewegt werden. Vielmehr wird lediglich der Verschiebekörper bewegt, welcher in der Regel eine erheblich geringere Masse als das Objekt aufweist. Damit kann eine Partikelerzeugung, welche beim Einführen des Spannelements in die Spannaufnahme durch Aneinanderreiben des Spannelements an der Spannaufnahme entsteht, wesentlich verringert werden. Bei der Verwendung des Spannsystems in einer Messvorrichtung zur Vermessung eines optischen Moduls oder eines Elements für die Mikrolithographie wird damit verhindert, dass das optische Modul oder das optische Element mit Partikeln kontaminiert wird, was eine Verfälschung des Messergebnisses sowie ggf. eine dauerhafte Beschädigung des optischen Moduls bzw. des optischen Elements zur Folge haben könnte.
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Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst das Luftlager ein elastisches Spannmittel, mit dem der Verschiebekörper vor dem Einführen des Spannelements in die Spannaufnahme in einer Sollposition gehalten wird. Insbesondere ist die Sollposition eine zentrale Position des Verschiebekörpers gegenüber dem Führungskörper, in der der Verschiebekörper quer zur Einführrichtung in etwa gleich weit hin- und her bewegbar ist. Gemäß einer Ausführungsform weist der Führungskörper eine Ausnehmung auf und der Verschiebekörper ist in der Sollposition in etwa mittig innerhalb der Ausnehmung angeordnet. Das Spannmittel umfasst beispielsweise mindestens eine Feder, insbesondere eine geeignet konfigurierte Gummifeder, Stahlfeder oder pneumatische Feder.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung übersteigt die Masse des Führungskörpers die Masse des Verschiebekörpers mindestens um eine Größenordnung. Beispielsweise übersteigt die Masse des Führungskörpers die Masse des Verschiebekörpers um mehr als zwei Größenordnungen. Insbesondere beträgt die Masse des Führungskörpers mehr als 1 Tonne, z.B. 10 Tonnen, und die Masse des Verschiebekörpers weniger als 100 kg, z.B. 40 bis 50 kg. Nach einer Ausführungsform enthalten der Verschiebekörper und der Führungskörper im Wesentlichen das gleiche Material und weist der Verschiebekörper ein kleineres Volumen auf. Bei einer anderen Ausführungsform weist der Verschiebekörper eine geringere Dichte als der Führungskörper auf. Hierfür kann der Verschiebekörper ein leichteres Material als der Führungskörper enthalten. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Spannelement eine Abschrägung auf, welche dazu konfiguriert ist, beim Einführen des Spannelements in die Spannaufnahme die quer zur Einführrichtung erfolgende Verschiebung des Verschiebekörpers zu bewirken. Beispielsweise umfasst das Spannelement einen konusförmigen oder kugelförmigen Zentrierkopf. Die Abschrägung des Spannelements ist zum Beispiel derart konfiguriert, dass sie bei einem Einführen des Spannelements gegen eine Oberfläche oder Kante der Spannaufnahme drückt und eine Verschiebung des Verschiebekörpers bewirkt. Alternativ oder zusätzlich kann die Spannaufnahme eine Abschrägung, z.B. eine konusförmige oder halbkugelförmige Oberfläche enthalten. Nach einer Ausführungsform ist die Abschrägung der Spannaufnahme derart konfiguriert, dass sie beim Einführen über eine Abschrägung des Spannelements gleitet. Weiterhin können das Spannelement, die Spannaufnahme oder beide mehrere Abschrägungen enthalten. Beispielsweise umfasst das Spannelement neben einem konusförmigen Zentrierkopf auch einen konusförmigen Zentrierfuß, welcher an der Spannpalette anliegt. Mit einer Verschiebung des Verschiebekörpers quer zur Einführrichtung wird eine Ausrichtung der Spannaufnahme auf das Spannelement bewirkt.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäße Ausführungsform des Spannsystems umfasst das Spannmodul eine sensorgestützte Positioniereinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, beim Einführen des Spannelements in die Spannaufnahme die relative Positionierung des Spannelements gegenüber der Spannaufnahme mittels eines Sensors zu erfassen und den Verschiebekörper mittels eines Aktuators durch die quer zur Einführrichtung erfolgende Verschiebung auf das Spannelement auszurichten. Als Sensor umfasst die Positioniereinrichtung zum Beispiel mindestens eine Kamera. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor einen optischen, akustischen, elektrischen oder mechanischen Entfernungsmesser umfassen, wie beispielsweise einen Laser- oder Ultraschall-entfernungsmesser, einen magnetischen oder photoelektrischen Inkrementalgeber oder andere dem Fachmann bekannte Messvorrichtungen zur Bestimmung einer Position bzw. Entfernung. Der Aktuator umfasst zum Beispiel einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb, wie zum Beispiel einen Stellmotor oder einen Schrittmotor. Vorzugsweise ermöglicht der Aktuator ein Verschieben des Verschiebekörpers in einer Ebene quer zur Einführungsrichtung. Dazu können auch zwei Aktuatoren für jeweils unterschiedliche Raumrichtungen in der Ebene senkrecht zur Einführrichtung vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist das Spannsystem dazu konfiguriert, nach dem Einführen des Spannelements in die Spannaufnahme das Luftlager zu arretieren. Insbesondere wird zum Arretieren des Luftlagers der einen Luftfilm erzeugende Luftdruck reduziert, sodass der Verschiebekörper auf dem Führungskörper abgesetzt wird. Nach einer Ausführungsform umfasst der Verschiebekörper für ein zusätzliches Fixieren und Zentrieren bezüglich des Führungskörpers eine oder mehrere Ausnehmungen oder Projektionen, welche beim Reduzieren des Luftdrucks in entsprechende Projektionen oder Ausnehmungen des Führungskörpers eingreifen. Alternativ oder zusätzlich kann das Spannsystem schnell lösbare mechanische oder elektrische Fixierungsmittel wie zum Beispiel Haken, Riegel oder Elektromagneten zum Arretieren des Verschiebekörpers gegenüber dem Führungskörper enthalten.
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Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur Vermessung eines Messobjekts mit einem der oben beschriebenen Spannsysteme zur Befestigung des Messobjekts an der Messvorrichtung. Beispielsweise ist die Messvorrichtung an einem stationär angeordneten Spannmodul angeordnet. Die Messobjekte sind dann an Spannpaletten befestigt und werden für eine Vermessung mit dem Spannsystem in einer vorgegebenen Position bezüglich der Messvorrichtung fixiert. Mit dem Spannsystem erfolgt eine wiederholbare exakte Fixierung an der vorgegebenen Position bei späteren Messungen und ein schnelles, unkompliziertes Fixieren und Lösen des Messobjekts. Alternativ kann auch die Messvorrichtung an einer Spannpalette vorgesehen sein und zu verschiedenen Messobjekten auf Spannmodulen bewegt und an dieser arretiert werden.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist zur Vermessung eines optischen Elements oder eines optischen Moduls für die Mikrolithographie konfiguriert. Das optische Element ist zum Beispiel ein refraktives, reflektives oder diffraktives optisches Element, wie etwa eine Linse, ein optisches Gitter, eine Maske oder ein Spiegel. Insbesondere ist das optische Element ein Spiegel für die Mikrolithographie im extrem ultravioletten (EUV-) Spektralbereich mit Wellenlängen unterhalb von 100 nm, z.B. etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm. Das optische Modul ist beispielsweise ein Projektionsobjektiv zum Abbilden von Strukturen einer Maske auf einen Wafer, ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer Maske oder ein Teil davon.
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Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist die Messvorrichtung als Rasterkraftmikroskop konfiguriert. Insbesondere ist die Messvorrichtung als Rasterkraftmikroskop zur Vermessung der Oberfläche eines optischen Elements für die Mikrolithographie ausgebildet. Bei einem Rasterkraftmikroskop wird eine Messspitze über eine Oberfläche bewegt und kleinste Auslenkungen werden durch atomare Kräfte erfasst. Mittels der Messwerte lässt sich die Topographie der Oberfläche darstellen. Alternativ kann die Messvorrichtung auch als Rastertunnelmikroskop oder ein anderes Rastersondenmikroskop ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Messvorrichtung als interferometrische Messvorrichtung konfiguriert. Insbesondere ist die Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung der Oberfläche eines optischen Elements für die Mikrolithographie ausgebildet. Beispielsweise umfasst die Messvorrichtung ein Fizeau-, Referenzspiegel-, Weißlicht-, Scher- oder Phasenschiebe-Interferometer. Weiterhin kann die Messvorrichtung ein diffraktives Element, wie z.B. ein computergeneriertes Hologramm, zum Erzeugen einer Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront enthalten.
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Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Messverfahren zum Vermessen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, bei dem ein Einspannen des optischen Elements für eine Messung mittels eines Spannsystems erfolgt. Das Messverfahren umfasst weiterhin ein Aktivieren eines Luftlagers zwischen einem Verschiebekörper mit einer Spannaufnahme und einem Führungskörper mit einer Messvorrichtung, ein Einführen eines Spannelements einer Spannpalette mit dem optischen Element in die Spannaufnahme des mittels Luftlager quer zur Einführrichtung verschiebbaren Verschiebekörpers, ein Fixieren des Spannelements in der Spannaufnahme, und ein Deaktivieren des Luftlagers zum Arretieren des Verschiebekörpers am Führungskörper. Insbesondere umfasst das Messverfahren ein Einspannen des optischen Elements mit einem der weiter oben beschriebenen Spannsysteme.
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Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. des erfindungsgemäßen Spannsystems angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Messvorrichtung und das erfindungsgemäße Messverfahren übertragen werden und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
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Figurenliste
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Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
- 1 ein herkömmliches Spannsystem nach dem Stand der Technik in einem schematischen Querschnitt,
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spannsystems in einem schematischen Querschnitt,
- 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem Interferometer zur Vermessung eines Messobjekts mit einem Spannsystem zur Befestigung des Messobjekts an der Messvorrichtung in einer schematischen Veranschaulichung,
- 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem Rasterkraftmikroskop zur Vermessung eines Messobjekts mit einem Spannsystem zur Befestigung des Messobjekts an der Messvorrichtung in einer schematischen Veranschaulichung, sowie
- 5 ein Ausführungsbeispiel einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit in Modulen angeordneten optischen Elementen in einer schematischen Veranschaulichung.
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Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
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In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
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Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 2 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spannsystems 50 in einer schematischen Veranschaulichung. Das Spannsystem 50 dient zur schnell lösbaren Fixierung einer Spannpalette 12 an einem Spannmodul 14 präzise in einer vorgegebenen Position. Die Spannpalette 12 weist zusammen mit daran befestigten Objekten, wie beispielsweise Werkstücken oder Messobjekten, ein Gewicht von über 200 kg, insbesondere zwischen 500 kg und 1000 kg auf. Für eine sichere Fixierung bezüglich aller Raum- und Drehrichtungen sind vorzugsweise mehrere Spannsysteme 50 vorgesehen, von denen im Folgenden eines näher beschrieben wird.
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Das Spannsystem 50 umfasst ein an der Spannpalette 12 angeordnetes Spannelement 16, welches in diesem Ausführungsbeispiel als Spannzapfen ausgebildet ist. Weiterhin umfasst das Spannsystem 50 eine im Spannmodul 14 angeordnete Spannaufnahme 22 mit einer Öffnung 20, in welche das Spannelement 16 zur Fixierung entlang einer Einführachse 18 parallel zur z-Achse eingeführt wird. Die Einführrichtung bzw. die ist in 2 mit einem Pfeil 24 dargestellt. Die Spannaufnahme 22 enthält eine konusförmige Zentrierausnehmung 30, in die ein entsprechend geformter Zentrierkopf 26 des Spannelements 16 mit einer konusförmigen Oberfläche 28 bei einer Fixierung zur Anlage kommt. Für eine Fixierung umfasst die Spannaufnahme 22 Fixiermittel 32 und Spannkörper 34. Die Fixiermittel 32 drücken die Spannkörper 34 gegen Eingriffsflächen 36 des Spannelements 16 und spannen dieses ein. Zum Lösen geben die Fixiermittel 32 die Spannkörper 34 bezüglich einer Bewegung radial zur Einführachse 18 nach außen frei. Das Spannelement 16 kann dann aus der Spannaufnahme 22 heraus bewegt werden.
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Im Gegensatz zum herkömmlichen Spannsystem 10 nach 1 umfasst das Spannmodul 14 des Spannsystems 50 für eine oder mehrere Spannaufnahmen 22 einen Verschiebekörper 52, einen Führungskörper 54 und ein Luftlager 56 zwischen Verschiebekörper 52 und Führungskörper 54. Vorzugsweise umfasst das Spannmodul 14 einen Führungskörper 54 und mehrere Verschiebekörper 52 mit jeweils einer Spannaufnahme 22 und einem Luftlager 56. In 2 ist exemplarisch ein Verschiebekörper 52 dargestellt.
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Die Masse des Führungskörpers 54 beträgt mehr als 1 t, z.B. 10 t, während der Verschiebekörper 52 weniger als 100 kg, z.B. 40-50 kg wiegt. Hierfür weist der Verschiebekörper 52 ein wesentlich kleineres Volumen als der Führungskörper 54 auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Verschiebekörper eine geringere Dichte als der Führungskörper aufweisen. Für das Luftlager 56 umfasst das Spannsystem 50 einen Drucklufterzeuger 58 bzw. Kompressor und Druckluftzuführungen 60. Durch eine Zufuhr von Druckluft in das Luftlager 56 wird dieses aktiviert und ermöglicht eine leichte Bewegung des Verschiebekörpers 52 quer zur Einführachse 18 bzw. entlang der x-y-Ebene in einer Ausnehmung 61 des Führungskörpers 54. In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Ausnehmung 61 und der Verschiebekörper 52 durch die gesamte Höhe des Führungskörpers 54 bezüglich der z-Richtung. Die Spannaufnahme 22 ist an der Unterseite des Verschiebekörpers 52 angeordnet. Eine fixierte Spannpalette 12 hängt somit unten an dem Spannmodul 14. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Spannaufnahme auch an der Oberseite des Verschiebekörpers angeordnet sein. Eine fixierte Spannpalette liegt dann oben auf dem Spannmodul auf.
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Ein oder mehrere elastische Spannmittel 62 spannen der Verschiebekörper 52 in einer vorgegebenen Sollposition in der Ausnehmung 61 vor. Von der Sollposition lässt sich der Verschiebekörper 52 in der Ausnehmung 61 vorzugsweise in jede Richtung der x-y-Ebene senkrecht zur Einführachse 18 um den gleichen Betrag verschieben. Mit anderen Worten ist die Sollposition mittig in der Ausnehmung 61. Das Spannmittel 62 umfasst eine oder mehrere Federn, insbesondere eine geeignet konfigurierte Gummifeder, Stahlfeder oder pneumatische Feder.
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Eine sensorgestützte Positioniereinrichtung 64 des Spannsystems 50 umfasst eine Kamera als Sensor 66 und einen Aktuator 68 zum Verschieben des Verschiebekörpers 52 quer zur Einführachse 18. Mit Hilfe des Sensor 66 erfasst die Positioniereinrichtung 64 vor einem Einführen des Spannelements 16 dessen Position relativ zur Spannaufnahme 22 und richtet den Verschiebekörper 52 mittels des Aktuator 68 so in der x-y-Ebene aus, dass die Einführachse 18 der Spannaufnahme 22 mit der des Spannelements 16 übereinstimmt. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor 66 einen optischen, akustischen, elektrischen oder mechanischen Entfernungsmesser umfassen, wie z.B. einen Laser- oder Ultraschall-Entfernungsmesser oder einen magnetischen oder photoelektrischen Inkrementalgeber. Der Aktuator 68 enthält z.B. einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb, wie zum Beispiel einen elektrischen Stellmotor oder einen Schrittmotor. Die Positioniereinrichtung 64 kann auch zwei oder mehr Aktuatoren für jeweils unterschiedliche Richtungen in der x-y-Ebene umfassen.
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Für ein Einführen des Spannelements 16 in die Spannaufnahme 22 wird zunächst das Luftlager 56 aktiviert. Dazu wird Druckluft von dem Drucklufterzeuger 58 über die Druckluftzuführungen 60 in das Luftlager 56 geführt. Dieses erfolgt entweder durch Starten des Drucklufterzeugers 58 oder durch Öffnen eines in 2 nicht dargestellten Ventils. Durch das Luftlager 56 schwebt der Verschiebekörper 52 in der Ausnehmung 61 und lässt sich auch wegen seines geringen Gewichts leicht quer zur Einführachse 18 verschieben. Beim Annähern des Spannelements 16 ermittelt die Positioniereinrichtung 64 die Position des Spannelements 16 relativ zur Spannaufnahme 22 und verschiebt den Verschiebekörper 52 so, dass sich das Spannelement 16 mit seiner Längsachse möglichst genau auf der Einführachse 18 befindet. In dieser Einführposition des Verschiebekörpers 52 findet beim Einführen kein starkes Aneinanderreiben von Spannelement 16 und Spannaufnahme 22 statt. Ein Abrieb von Partikeln wird wirksam vermieden.
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Zusätzlich oder alternativ zur Positioniereinrichtung 64 kann das Bewegen des Verschiebekörpers 52 auch durch die konusförmige Oberfläche 28 des Zentrierkopfes 26 des Spannelements 16 bewirkt werden. Der Zentrierkopf 26 gleitet mit seiner konusförmigen Oberfläche 28 als Abschrägung am Rand der Öffnung 20 der Spannaufnahme 22 entlang und drückt dabei diese und den Verschiebekörper 52 quer zur Einführrichtung in die Einführposition. Wegen des geringen Gewichts des Verschiebekörpers und dessen Lagerung auf dem Luftlager 56 treten nur kleine Kräfte bei den Oberflächen des Spannelements 16 und der Spannaufnahme 22 auf. Ein Abrieb oder eine Beschädigung am Spannelement 16 oder an der Spannaufnahme 22 werden auf diese Weise ebenfalls verhindert.
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Befindet sich das Spannelement 16 in der Spannaufnahme 22, erfolgt ein Fixieren mit dem Fixiermittel 32 und den Spannkörpern 34. Dabei wird der Zentrierkopf 26 des Spannelements 16 an die Zentrierausnehmung 30 der Spannaufnahme 22 gedrückt. Das Spannelement 16 mit der Spannpalette 12 wird sehr genau in einer vorgegebenen Position relativ zum Spannmodul 14 an dem Verschiebekörper 52 fixiert. Alternativ oder zusätzlich kann eine Zentrierung an der vorgegeben Position beispielsweise auch durch die Spannkörper 34 oder Zentrierelemente am Fuß des Spannelements oder an der Spannpalette erfolgen.
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Mit dem elastischen Spannmittel 62 erfolgt nach der Fixierung eine Verschiebung des Verschiebekörpers 52 mit der daran befestigten Spannpalette 12 in eine Sollposition bzw. Nullpunktposition. Dann wird das Luftlager 56 deaktiviert. Der Verschiebekörper 52 kommt zur Auflage auf dem Führungskörper 54 und ist in der Sollposition arretiert. In alternativen Ausführungsbeispielen wird die Bewegung des Verschiebekörpers 52 in die Sollposition mit dem Aktuator 68 und dem Sensor 66 oder mit Strukturen des Verschiebekörpers 52 und der Ausnehmung 61 des Führungskörpers 54 durchgeführt oder unterstützt. Ferner können die Ausnehmung 61 und die Oberfläche des Verschiebekörpers 52 die Bewegung zur Sollposition durch eine geeignete Ausbildung, etwa eine konus- oder pyramidenförmige Oberfläche, bewirken oder unterstützen. Alternativ oder zusätzlich kann die Arretierung des Verschiebekörpers 52 auch mechanisch, z.B. mit Riegel oder Haken, oder elektromagnetisch erfolgen. Die Bewegungsmöglichkeit des Verschiebekörpers 52 mit der Spannaufnahme 22 in der x-y-Ebene quer zur Einführungsachse 18 stellt gegenüber dem herkömmlichen Spannsystem 10 nach 1 eine zusätzliche Toleranz 70 für die Position des Spannelements 12 bzw. der Spannpalette 12 bei einem Einführen in die Spannaufnahme 22 dar.
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In 3 wird schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 100 mit einem Interferometer 102 zur Vermessung eines Messobjekts 104 dargestellt. Die Messvorrichtung 100 umfasst ein Spannmodul 14 mit mehreren Spannaufnahmen 22 eines Spannsystems 50 nach 2. Das Spannmodul 14 umfasst beispielsweise einen Granitblock mit einem Gewicht von etwa zehn Tonnen. An dem Spannmodul 14 ist das als Fizeau-Interferometer konfigurierte Interferometer 102 befestigt. Das Messobjekt 104 ist mit einer Halterung 106 an einer Spannpalette 12 befestigt. Die Spannpalette 12 enthält Spannelemente 16, mit denen die Spannpalette 12 für eine Vermessung des Messobjekts 104 an dem Spannmodul 14 eingespannt wird. Das Fixieren erfolgt, wie weiter oben mit Bezug auf 2 beschrieben, mit einem Aktivieren eines Luftlagers 56, einem Einführen von Spannelementen 16 in Spannaufnahmen 22 eines verschobenen Verschiebekörpers 52, einem Fixieren der Spannelemente 16 in den Spannaufnahmen 22, einem Verschieben des Verschiebekörpers 52 zurück in eine Sollposition und einem Arretieren des Verschiebekörpers 52 mittels einem Deaktivieren des Luftlagers 56.
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Das Messobjekt 104 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Spiegel für die Mikrolithographie im extrem ultravioletten (EUV-) Spektralbereich mit einer asphärischen oder einer Freiform-Oberfläche. Bei optischen Elementen für die EUV-Mikrolithographie kann eine Messgenauigkeit der Oberfläche von weniger als 0,1 nm erforderlich sein. Die Messvorrichtung 100 lässt sich aber auch zur hochgenauen Vermessung einer Oberfläche von vielen anderen Messobjekten verwenden. Insbesondere schwere Messobjekte mit einem Gewicht von über 200 kg, wie z.B. optische Baugruppen oder Module für die EUV-Mikrolithographie lassen sich mit dem Spannsystem 50 schnell und präzise in einer Nullposition der Messvorrichtung 100 fixieren und nach einer Messung wieder lösen. Dabei wird ein gewichtsbedingter Abrieb von Partikeln oder eine Beschädigung des Spannsystems effektiv vermieden.
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Das Interferometer
102 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Fizeau-Interferometer ausgebildet, d.h. eine Referenzwelle
108 wird mittels eines Fizeau-Elements
110 erzeugt. Ein Fizeau-Interferometer wird zum Beispiel in
DE 10 2012 217 800 A1 offenbart. In anderen Ausführungsbeispielen umfasst die Messvorrichtung ein Referenzspiegel-Interferometer, wie es z.B. in
DE 10 2015 209 490 A1 beschrieben wird, ein Weißlicht-Interferometer, ein Scher-Interferometer, ein Phasenschieben-Interferometer oder ein anderes dem Fachmann bekanntes Interferometer zur Oberflächenvermessung.
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Das Interferometer 102 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 112, einen Strahlenteiler 114, einen Kollimator 116, eine diffraktives optisches Element 118 und eine Erfassungseinrichtung 120 mit einer Interferometerblende 122 zur Unterdrückung von Streustrahlung, eine Okularlinse 124, und eine Kamera 126.
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Die Beleuchtungseinrichtung 112 stellt eine Messstrahlung bzw. Eingangswelle 128 mit ausreichender Kohärenz bereit. Von der Beleuchtungseinrichtung 112 kommend durchläuft die Eingangswelle 128 den Strahlenteiler 114 und den Kollimator 116. Der zunächst divergente Strahl der Eingangswelle 128 wird durch den Kollimator 116 zu einem parallelen Strahl mit ebener Wellenfront transformiert. Anschließend trifft die Eingangswelle 128 auf das Fizeau-Element 110. Ein Anteil der Eingangswelle 128 wird von dem Fizeau-Element 110 als Referenzwelle 108 reflektiert, während ein anderer Anteil der Eingangswelle 128 zum diffraktiven Element 118 weiterläuft.
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Das diffraktive Element 118 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein computergeneriertes Hologramm (CGH) mit einer diffraktiven Struktur zum Erzeugen einer auf die Oberfläche 130 des Messobjekts 104 gerichteten Prüfwelle 132 mit einer an die Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront. Die von der Oberfläche 130 zurückreflektierte Prüfwelle 132 durchläuft erneut das diffraktive Element 118, wird von diesem rücktransformiert und überlagert sich mit der von dem Fizeau-Element 110 reflektierten Referenzwelle 108. Sowohl die reflektierte Prüfwelle 132 als auch die reflektierte Referenzwelle 108 werden von dem Strahlenteiler 114 teilweise in Richtung der Erfassungseinrichtung 120 umgelenkt. In einer Erfassungsebene der Kamera 126 entsteht durch die Überlagerung ein Interferogramm. Aus dem erfassten Interferogramm kann die Form der Oberfläche 130 bzw. eine Abweichung von der Sollform hochgenau bestimmt werden.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 200 mit einem Rasterkraftmikroskop 202 in einer schematischen Veranschaulichung. Die Messvorrichtung 200 umfasst wie die Messvorrichtung 100 nach 3 ein Spannmodul 14 mit mehreren Spannaufnahmen 22 eines Spannsystems 50 nach 2. Eine Spannpalette 12 mit einem schweren Messobjekt 104 enthält Spannelemente 16, die für eine Fixierung des Messobjekts 104 in einer bestimmten Position bezüglich des Rasterkraftmikroskops 202 in die Spannaufnahmen 22 eingeführt und fixiert werden. Das Einspannen erfolgt wie weiter oben mit Bezug auf 3 beschrieben. Als exemplarisches Messobjekt 104 ist wiederum ein Spiegel für die Mikrolithographie im EUV-Spektralbereich dargestellt. Solche Spiegel oder Baugruppen bzw. Module einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie als Messobjekte können ein erhebliches Gewicht von über 200 kg, typischerweise von 500 kg bis 1000 kg aufweisen.
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Das Rasterkraftmikroskop 202 ist an dem Spannmodul 14 befestigt und zur Vermessung der Oberfläche 130 des Messobjekts 104 bis in den Subnanometerbereich konfiguriert. Eine Messgenauigkeit von weniger als 0,1 nm kann insbesondere bei optischen Elementen für die EUV-Mikrolithographie erforderlich sein. Das Rasterkraftmikroskop 202 enthält eine Messspitze 204, welche über einen Biegebalken bzw. Cantilever 206 mit einem Befestigungselement 208 verbunden ist. Das Befestigungselement 208 und somit auch die Messspitze 204 sind mittels eines Piezo-Systems 210 in allen drei Raumrichtungen bewegbar ausgebildet.
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Für eine Vermessung der Oberfläche 130 wird die Messspitze 204 in x-Richtung dicht an diese herangefahren und in Zeilen und Spalten rasterförmig abgetastet. Das rasterförmige Abtasten erfolgt in 4 durch eine Bewegung der Messspitze 204 in der y-z-Ebene. Je nach der Topologie der Oberfläche 130 erfolgt dabei bei jedem Rasterpunkt durch atomare Kräfte zwischen der Messspitze und der Oberfläche 130 eine entsprechende Verbiegung des Cantilever 206. Die jeweilige Biegung wird mittels eines Lichtstrahls 212 gemessen. Der Lichtstrahl 212 wird von einer Lichtquelle 214 ausgestrahlt, von der Rückseite der Messspitze 204 reflektiert, und von einem Detektor 216 erfasst. Je nach Biegewinkel ändert sich der Reflexionswinkel und somit auch der Ort des reflektierten Lichtstrahls am Detektor 216. Anstelle dieses Lichtzeigerprinzips kann auch eine interferometrische Bestimmung der Verbiegung erfolgen.
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Mit der Verwendung des Spannsystems 50 nach 2 wird trotz des hohen Gewichts des Messobjekts eine Verunreinigung durch Abrieb von Partikeln wirksam verhindert. In weiteren Ausführungen kann auch die Messvorrichtung, etwa ein Interferometer oder ein Rasterkraftmikroskop, an einer Spannpalette befestigt sein und für eine Vermessung eines Messobjekts mit dem Spannsystem nach 2 an dieses angekoppelt bzw. fixiert werden.
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5 zeigt eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage 300 für die Mikrolithographie in einer schematischen Darstellung. Die EUV-Projektionsbelichtungsanlage 300 umfasst ein Beleuchtungssystem 302 und ein Projektionsobjektiv 304 zum Abbilden von Strukturen einer Maske bzw. eines Retikels 306 auf eine fotosensitive Beschichtung eines Wafers 308.
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Das Beleuchtungssystem 302 enthält eine Strahlenquelle 310 zum Bereitstellen von EUV-Strahlung (extrem ultraviolette Strahlung) mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von ungefähr 13,5 nm oder ungefähr 6,8 nm. Weiterhin umfasst das Beleuchtungssystem 302 optische Elemente für eine zur Abbildung geeignete Beleuchtung der Maske 306. Von diesen optischen Elementen ist in 5 symbolisch ein Spiegel 312 dargestellt.
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Die Strukturen der Maske 306 sind in einer Objektebene und die fotosensitive Beschichtung des Wafers 308 in einer Bildebene des Projektionsobjektivs 304 angeordnet. Das Beleuchtungssystem 302 und das Projektionsobjektiv 304 enthalten wegen der EUV-Strahlung weitestgehend in Reflexion betriebene optische Elemente. Auch die Maske 306 ist als Reflexionsmaske konfiguriert. In alternativen Ausführungen können, insbesondere bei einer Beleuchtungsstrahlung in einem längerwelligen Spektralbereich, auch in Transmission verwendete optische Elemente, wie Linsen oder Prismen, oder auch ein Transmissions-Retikel zum Einsatz kommen.
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Das Projektionsobjektiv 304 umfasst sechs Spiegel E1, E2, E3, E4, E5 und E6, welche ausgehend von der Maske 306 nacheinander im Strahlengang 314 angeordnet sind. In 5 ist exemplarisch der Strahlengang 314 für einen Feldpunkt der Maske 306 dargestellt. Der Spiegel E1 weist eine konkave Spiegelfläche auf und ist zusammen mit dem planen Spiegel E2 in einem ersten Modul M1 angeordnet. Weiterhin ist der Spiegel E3 mit einer konvexen Spiegelfläche zusammen mit dem konkaven Spiegel E4 in einem zweiten Modul M2 und der konvexe Spiegel E5 zusammen mit dem konkaven Spiegel E6 in einem dritten Modul M3 angeordnet. Die Module M1, M2 und M3 enthalten somit jeweils im Strahlengang 314 aufeinanderfolgende optische Elemente.
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Jedes Modul M1, M2, M3 lässt sich einzeln aus dem Projektionsobjektiv 304 entnehmen und wieder einsetzen. Für eine Vermessung mit einer der Messvorrichtungen 100, 200 nach 3 oder 4 können an den Modulen M1, M2, M3, dem Beleuchtungssystem 302, dem Projektionsobjektiv 304 oder einzelnen Spiegeln Spannelemente 26 oder Spannaufnahmen 22 eines Spannsystems 50 nach 2 angeordnet sein. Alternativ können für eine Vermessung die Module M1, M2 und/oder M3, das Beleuchtungssystem 302, das Projektionsobjektiv 304 oder einzelne optische Elemente an einer Spannpalette 12 nach 2 befestigt werden. Mit dem Spannsystem 50 nach 2 erfolgt dann eine schnelle Fixierung exakt in einer vorgegebenen Nullposition gegenüber der Messvorrichtung 100, 200 ohne eine Verunreinigung des Messobjekts durch Abrieb von Partikeln zu verursachen.
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Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spannsystem
- 12
- Spannpalette
- 14
- Spannmodul
- 16
- Spannelement
- 18
- Einführachse
- 20
- Öffnung
- 22
- Spannaufnahme
- 24
- Einführrichtung
- 26
- Zentrierkopf
- 28
- konusförmige Oberfläche
- 30
- Zentrierausnehmung
- 32
- Fixiermittel
- 34
- Spannkörper
- 36
- Eingriffsflächen
- 38
- Rand der Öffnung
- 50
- Spannsystem
- 52
- Verschiebekörper
- 54
- Führungskörper
- 56
- Luftlager
- 58
- Drucklufterzeuger
- 60
- Druckluftzufuhr
- 61
- Ausnehmung Führungskörper
- 62
- elastisches Spannmittel
- 64
- Positioniereinrichtung
- 66
- Sensor
- 68
- Aktuator
- 70
- zusätzliche Toleranz
- 100
- interferometrische Messvorrichtung
- 102
- Interferometer
- 104
- Messobjekt
- 106
- Halterung
- 108
- Referenzwelle
- 110
- Fizeau-Element
- 112
- Beleuchtungseinrichtung
- 114
- Strahlenteiler
- 116
- Kollimator
- 118
- diffraktives optisches Element
- 120
- Erfassungseinrichtung
- 122
- Interferometerblende
- 124
- Okularlinse
- 126
- Kamera
- 128
- Eingangswelle
- 130
- Oberfläche Messobjekt
- 132
- Prüfwelle
- 200
- Messvorrichtung mit Mikroskop
- 202
- Rasterkraftmikroskop
- 204
- Messspitze
- 206
- Biegebalken bzw. Cantilever
- 208
- Befestigungselement
- 210
- Piezo-System
- 212
- Lichtstrahl
- 214
- Lichtquelle
- 216
- Detektor
- 300
- EUV-Projektionsbelichtungsanlage
- 302
- Beleuchtungssystem
- 304
- Projektionsobjektiv
- 306
- Maske
- 308
- Wafer
- 310
- Strahlenquelle
- 312
- Spiegel
- 314
- Strahlengang
- E1, E2, E3, E4, E5, E6
- Spiegel
- M1, M2, M3
- Modul
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017129683 A1 [0003]
- DE 102012217800 A1 [0033]
- DE 102015209490 A1 [0033]
