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DE102015209492A1 - Arrangement and method for determining the position of two objects in six degrees of freedom to each other - Google Patents

Arrangement and method for determining the position of two objects in six degrees of freedom to each other Download PDF

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DE102015209492A1
DE102015209492A1 DE102015209492.8A DE102015209492A DE102015209492A1 DE 102015209492 A1 DE102015209492 A1 DE 102015209492A1 DE 102015209492 A DE102015209492 A DE 102015209492A DE 102015209492 A1 DE102015209492 A1 DE 102015209492A1
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retroreflectors
interferometers
measuring
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DE102015209492.8A
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German (de)
Inventor
Albrecht Hof
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Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander. Eine erfindungsgemäße Anordnung weist ein erstes Objekt, ein zweites Objekt, wenigstens sechs absolut messende Interferometer (441–446, 541–548) und wenigstens drei Retroreflektoren (451–456, 551–554) auf, wobei diese Retroreflektoren 451–456, 551–554) derart an dem ersten Objekt oder dem zweiten Objekt angeordnet sind, dass zwischen den Retroreflektoren und den absolut messenden Interferometern insgesamt wenigstens sechs unterschiedliche Längenmessstrecken (431–436, 531–538) ausgebildet sind.The invention relates to an arrangement and a method for determining the position of two objects in six degrees of freedom to each other. An arrangement according to the invention comprises a first object, a second object, at least six absolutely measuring interferometers (441-446, 541-548) and at least three retroreflectors (451-456, 551-554), these retroreflectors 451-456, 551- 554) are arranged on the first object or the second object such that a total of at least six different length measuring sections (431-436, 531-538) are formed between the retroreflectors and the absolute measuring interferometers.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander.The invention relates to an arrangement and a method for determining the position of two objects in six degrees of freedom to each other.

Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is hereby projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to apply the mask structure to the photosensitive coating of the Transfer substrate.

In für den EUV-Bereich (d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm) ausgelegten Projektionsobjektiven werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus US 7,538,856 B2 bekannt, können beispielsweise eine bildseitige numerische Apertur (NA) im Bereich von NA = 0.2 bis 0.3 aufweisen und bilden ein (z.B. ringförmiges) Objektfeld in die Bildebene bzw. Waferebene ab. Eine mit Ansätzen zur Erhöhung der bildseitigen numerischen Apertur (NA) typischerweise einhergehende Vergrößerung der Spiegelflächen führt u.a. in fertigungstechnischer Hinsicht zu wachsenden Herausforderungen. In projection lenses designed for the EUV range (ie at wavelengths of, for example, about 13 nm or about 7 nm), mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of availability of suitable light-transmissive refractive materials. Typical projection lenses designed for EUV, such as US 7,538,856 B2 As is known, for example, they may have an image-side numerical aperture (NA) in the range of NA = 0.2 to 0.3 and form an (eg annular) object field in the image plane or wafer plane. An enlargement of the mirror surfaces typically accompanied by approaches to increase the image-side numerical aperture (NA) leads, among other things, to production-related challenges.

Insbesondere werden mit zunehmenden Abmessungen der Spiegel größere Bearbeitungsmaschinen zur Fertigung benötigt, und es werden strengere Anforderungen an die verwendeten Bearbeitungswerkzeuge (z.B. Schleif-, Läpp- und Poliermaschinen) gestellt. Ferner müssen zur Fertigung größerer Spiegel schwerere Spiegelgrundkörper verwendet werden, welche sich gravitationsbedingt in signifikantem Maß durchbiegen können. In particular, with increasing dimensions of the mirrors, larger processing machines are required for fabrication, and stricter requirements are placed on the processing tools used (e.g., grinding, lapping, and polishing machines). Furthermore, to produce larger mirrors, heavier mirror bases must be used, which can bow to a significant degree due to gravity.

Während der Fertigung eines Spiegels (im Weiteren auch allgemein als „Werkstück“ bezeichnet) ist eine möglichst exakte sowie gegebenenfalls wiederholte Positionsbestimmung relativ zum jeweiligen Bearbeitungswerkzeug (im Weiteren als „Werkzeug“ bezeichnet) erforderlich, damit das Bearbeitungswerkzeug die richtigen Aktionen relativ zur Kontur des Werkstücks durchführt. Diese Positionsbestimmung betrifft sowohl die Startposition für die Bearbeitung als auch die Beibehaltung der Geometrie über die Zeitdauer der Bearbeitung und die Minimierung von Fehlern bei den während der Bearbeitung erforderlichen Verfahrbewegungen.During the production of a mirror (hereinafter also generally referred to as a "workpiece") as precise and possibly repeated position determination relative to the respective machining tool (hereinafter referred to as "tool") required so that the machining tool the correct actions relative to the contour of the workpiece performs. This positional determination relates both to the start position for the machining and the maintenance of the geometry over the duration of the machining and to the minimization of errors in the necessary during the machining traversing movements.

Ein übliches Vorgehen ist beispielsweise, das Werkstück vorübergehend gegen einen Taster auszuwechseln und mit diesem Taster die Lage des Werkstücks in der Maschine auszumessen, woraufhin das Werkstück in Bezug auf das Werkzeug bzw. innerhalb der jeweiligen Bearbeitungsmaschine entsprechend ausgerichtet wird. A common procedure, for example, temporarily replace the workpiece against a button and measure with this button the position of the workpiece in the machine, after which the workpiece is aligned with respect to the tool or within the respective processing machine accordingly.

Hierbei kann in der Praxis insbesondere bei vergleichsweise großen Spiegeln das Problem auftreten, dass nicht sämtliche Freiheitsgrade für die Verfahrbewegungen eines solchen Tasters zugänglich sind. Des Weiteren ist es in der Praxis häufig erforderlich, das Werkstück bzw. den Spiegel nicht nur in Bezug auf ein einziges Bearbeitungswerkzeug, sondern jeweils relativ zu mehreren unterschiedlichen Fertigungseinrichtungen bzw. Bearbeitungswerkzeugen über eine Mehrzahl von Fertigungsschritten hinweg zu positionieren. In practice, the problem may arise in practice, in particular with comparatively large mirrors, that not all degrees of freedom for the travel movements of such a probe are accessible. Furthermore, in practice it is often necessary to position the workpiece or the mirror not only in relation to a single machining tool, but in each case relative to a plurality of different production devices or machining tools over a plurality of manufacturing steps.

Weitere Probleme resultieren aus Geometrieänderungen, welche sich während der Bearbeitung z.B. gravitationsbedingt aus den unterschiedlichen, jeweils auftretenden Lasten ergeben.Further problems result from geometry changes which occur during processing e.g. gravitationally arising from the different, occurring loads.

Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2009 054 860 A1 sowie DE 10 2007 004 934 A1 verwiesen.The prior art is merely an example DE 10 2009 054 860 A1 such as DE 10 2007 004 934 A1 directed.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander bereitzustellen, welche eine möglichst genaue Positionsbestimmung unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.It is an object of the present invention to provide an arrangement and a method for determining the position of two objects in six degrees of freedom with respect to one another, which enable as accurate a position determination as possible while avoiding the problems described above.

Diese Aufgabe wird durch die Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. das Verfahren gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 11 gelöst.This object is achieved by the arrangement according to the features of the independent claim 1 and the method according to the features of the independent claim 11.

Eine Anordnung zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander weist auf:

  • – ein erstes Objekt;
  • – ein zweites Objekt;
  • – wenigstens sechs absolut messende Interferometer; und
  • – wenigstens drei Retroreflektoren;
  • – wobei diese Retroreflektoren derart an dem ersten Objekt oder dem zweiten Objekt angeordnet sind, dass zwischen den Retroreflektoren und den absolut messenden Interferometern insgesamt wenigstens sechs unterschiedliche Längenmessstrecken ausgebildet sind.
An arrangement for determining the position of two objects in six degrees of freedom to one another has:
  • A first object;
  • A second object;
  • - at least six absolutely measuring interferometers; and
  • - at least three retroreflectors;
  • - These retroreflectors are arranged on the first object or the second object such that a total of at least six different length measuring distances are formed between the retroreflectors and the absolute measuring interferometers.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Längenmessstrecken in der Geometrie einer Stewart-Gough-Plattform ausgebildet. According to one embodiment, the length measuring sections are formed in the geometry of a Stewart-Gough platform.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, Längenmessstrecken in der Geometrie einer Stewart-Gough-Plattform aus absolut messenden Interferometern und diesen zugeordneten Retroreflektoren aufzubauen und so unter Ausnutzung des Prinzips der Trilateration eine Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander vorzunehmen.The invention is based in particular on the concept of constructing length measuring distances in the geometry of a Stewart-Gough platform from absolutely measuring interferometers and associated retroreflectors and thus making use of the principle of trilateration to determine the position of two objects in six degrees of freedom relative to one another.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird dabei unter einem „absolut messenden Interferometer“ ein Interferometer verstanden, welches nicht nur zur inkrementellen Messung bzw. nur zur Messung von Längenänderungen geeignet ist, sondern eine absolute Längenmessung ermöglicht. Derartige absolut messende Interferometer sind von der Firma Etalon AG unter der Bezeichnung „Absolute Multiline System“ kommerziell erhältlich.For the purposes of the present application, an "absolutely measuring interferometer" means an interferometer which is not only suitable for incremental measurement or only for measuring changes in length, but also permits absolute length measurement. Such absolutely measuring interferometers are commercially available from Etalon AG under the name "Absolute Multiline System".

Dabei macht sich die Erfindung zunutze, dass aufgrund der kommerziellen Verfügbarkeit von absolut messenden Interferometern z.B. die Lage eines Werkstücks wie etwa eines EUV-Spiegels in der Bearbeitungsmaschine in der Referenzposition unabhängig von der Maschinenstruktur gemessen werden kann (was bei Verwendung der eingangs beschriebenen, anstelle des Werkzeugs eingewechselten Tastern nicht möglich ist). Etwaige Abweichungen der Lage von der Sollposition können dann während der Bearbeitung durch Korrektur der Bahndaten oder durch Verschieben des Werkstücks korrigiert werden. Gemäß einer Ausführungsform ist jeweils zweien dieser Längenmessstrecken ein gemeinsamer Retroreflektor zugeordnet. Mit anderen Worten kann jeweils ein Retroreflektor zwei Längenmessstrecken abschließen.The invention makes use of the fact that, due to the commercial availability of absolute measuring interferometers, e.g. the position of a workpiece such as an EUV mirror in the processing machine can be measured in the reference position independently of the machine structure (which is not possible when using the buttons described in the beginning instead of the tool). Any deviations of the position from the desired position can then be corrected during processing by correcting the web data or by moving the workpiece. According to one embodiment, in each case two of these length measuring sections are assigned a common retroreflector. In other words, in each case a retroreflector complete two length measuring distances.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jeder der Längenmessstrecken jeweils ein separater Retroreflektor zugeordnet (mit anderen Worten weist die Anordnung für jede der Längenmessstrecken jeweils einen eigenen Retroreflektor auf).According to a further embodiment, each of the length measuring sections is assigned a separate retroreflector (in other words, the arrangement has a separate retroreflector for each of the length measuring sections).

Gemäß einer Ausführungsform kreuzen wenigstens zwei der Längenmessstrecken einander.According to one embodiment, at least two of the length measuring paths intersect each other.

Gemäß einer Ausführungsform sind sämtliche Längenmessstrecken so angeordnet, dass jeweils zwei Längenmessstrecken einander paarweise kreuzen.According to one embodiment, all length measuring sections are arranged so that two length measuring sections intersect each other in pairs.

Gemäß einer Ausführungsform sind wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei, der Längenmessstrecken zueinander parallel.According to one embodiment, at least two, in particular at least three, of the length measuring sections are parallel to one another.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung mehr als sechs absolut messende Interferometer auf. Auf diese Weise kann eine überbestimmte Anordnung (z.B. mit acht oder mehr Längenmessstrecken) geschaffen werden, die zusätzlich zur eigentlichen Positionsbestimmung dazu genutzt werden kann, auch Deformationen z.B. des Werkzeugs (wie etwa eine gravitationsbedingte Durchbiegung) zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche überbestimmte Anordnung auch zur Ermittlung von Messfehlern genutzt werden. According to one embodiment, the arrangement has more than six absolute measuring interferometers. In this way, an overdetermined arrangement (e.g., with eight or more length measuring distances) can be provided, which in addition to the actual position determination can be used to deform also e.g. of the tool (such as gravitational deflection). Alternatively or additionally, such an overdetermined arrangement can also be used to determine measurement errors.

Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Objekt ein Werkzeug (wie z.B. eine Schleifmaschine) und das zweite Objekt ein von diesem Werkzeug zu bearbeitendes Werkstück (wie z.B. ein Spiegel). Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das erste Objekt und das zweite Objekt jeweils EUV-Spiegel eines für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.In one embodiment, the first object is a tool (such as a grinder) and the second object is a workpiece (such as a mirror) to be machined by this tool. According to a further embodiment, the first object and the second object are each EUV mirrors of a projection objective of a microlithographic projection exposure apparatus designed for operation in the EUV.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander,

  • – wobei eine Bestimmung der relativen Lage des ersten Objekts und des zweiten Objekts über wenigstens sechs absolut messende Interferometer erfolgt;
  • – wobei diese Interferometer jeweils Längenmessungen zu Retroreflektoren, welche an dem ersten Objekt oder dem zweiten Objekt angeordnet sind, durchführen; und
  • – wobei zwischen den Retroreflektoren und den absolut messenden Interferometern insgesamt wenigstens sechs unterschiedliche Längenmessstrecken ausgebildet sind.
The invention further relates to a method for determining the position of two objects in six degrees of freedom,
  • - Wherein a determination of the relative position of the first object and the second object via at least six absolute measuring interferometer takes place;
  • - These interferometers each perform length measurements to retroreflectors, which are arranged on the first object or the second object; and
  • - Wherein a total of at least six different length measuring distances are formed between the retroreflectors and the absolute measuring interferometers.

Zu bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteilen des Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen System Bezug genommen.For preferred embodiments and advantages of the method, reference is made to the above statements in connection with the optical system according to the invention.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

13 schematische Darstellungen zur Erläuterung unterschiedlicher möglicher Geometrien auf Basis einer Stewart-Gough-Plattform zur Realisierung der in einer erfindungsgemäßen Anordnung vorhandenen Längenmessstrecken; 1 - 3 schematic representations for explaining different possible geometries based on a Stewart-Gough platform for the realization of existing in an inventive arrangement length measuring distances;

4a–b schematische Darstellungen zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Positionsbestimmung eines Werkstücks relativ zu einem Werkzeug in einer Ausführungsform; und 4a -B are schematic representations for explaining an arrangement according to the invention for determining the position of a workpiece relative to a tool in one embodiment; and

5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen „überbestimmten“ Anordnung zur Positionsbestimmung eines Werkstücks relativ zu einem Werkzeug in einer weiteren Ausführungsform. 5 a schematic representation for explaining an inventive "overdetermined" arrangement for determining the position of a workpiece relative to a tool in a further embodiment.

Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander anhand der Anwendung auf die Positionsbestimmung eines Werkstücks relativ zu einem Werkzeug, weiter insbesondere eines EUV-Spiegels in einer Bearbeitungsmaschine wie z.B. einer Schleifmaschine, beschrieben.Furthermore, the position determination according to the invention of two objects in six degrees of freedom with respect to one another is based on the application to the position determination of a workpiece relative to a tool, more particularly an EUV mirror in a processing machine, such as e.g. a grinding machine described.

Hinsichtlich der Beschreibung des Werkzeugs kann auf das übliche Konzept des sogenannten TCP (= „Tool Center Point“) zurückgegriffen werden, bei dem ein gedachter Referenzpunkt, welcher sich an geeigneter Stelle am Werkzeug befindet und z.B. den Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems bilden kann, durch seine Position und Orientierung im Raum die Lage des Werkzeugs definiert. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Krümmungsmittelpunkt einer Schleifscheibe oder eines anderen Werkzeugs handeln.With regard to the description of the tool can be made of the usual concept of the so-called TCP (= "Tool Center Point"), in which an imaginary reference point, which is located at a suitable position on the tool and, for. form the origin of the tool coordinate system, defined by its position and orientation in space, the position of the tool. This may be, for example, the center of curvature of a grinding wheel or other tool.

Erfindungsgemäß werden nun die zur Positionsbestimmung eingesetzten, absolut messenden Interferometer in konstanter und bekannter Lage zu dem – als solches in der Regel nicht zugänglichen – TCP sowie vorzugsweise nahe am Werkzeug angeordnet, wie lediglich schematisch in 4a–b dargestellt ist. According to the invention, the absolute measuring interferometers used for position determination are now arranged in a constant and known position relative to the TCP, which as a rule is not accessible, and preferably close to the tool, as shown schematically in FIG 4a -B is shown.

Jedes der Interferometer dient zur absoluten Längenmessung entlang einer Längenmessstrecke, an deren anderem Ende jeweils ein Retroreflektor auf Seiten des Werkstücks angeordnet ist. Each of the interferometers is used for absolute length measurement along a length measuring path, at the other end of which a retroreflector is arranged on each side of the workpiece.

Die einzelnen Längenmessstrecken 431436 können dabei anstelle vom TCP von einem geeigneten Strukturelement ausgehen, welches in fester räumlicher Beziehung zu dem TCP steht. Gemäß 4a–b sind die absolut messenden Interferometer 441446 (von denen die Interferometer 441443 in 4b verdeckt sind) jeweils an einem Teller 440 angeordnet, der seinerseits an einer in z-Richtung verfahrbaren und an einem Portal 470 montierten Hubvorrichtung 460 angebracht ist. Am jeweiligen anderen Ende jeder Längenmessstrecke 431436 ist jeweils ein Retroreflektor 451456 auf Seiten des Werkstücks bzw. Spiegels angeordnet ist. The individual length measuring distances 431 - 436 In this case, instead of the TCP, a suitable structural element can be assumed which is in a fixed spatial relationship with the TCP. According to 4a -B are the absolute measuring interferometers 441 - 446 (of which the interferometer 441 - 443 in 4b are covered) on a plate 440 arranged, in turn, in a movable in the z-direction and on a portal 470 mounted lifting device 460 is appropriate. At the other end of each length measuring section 431 - 436 is a retro reflector 451 - 456 is arranged on the side of the workpiece or mirror.

Die Erfindung ist nicht auf eine konkrete Anbringung der Interferometer 441446 beschränkt. So können die Interferometer 441446 beispielsweise in dem Aufbau von 4 auch an dem die Schleifscheibe 480 tragenden Joch 490 oder an einem anderen geeigneten Ort, dessen Position möglichst stabil in Bezug auf den TCP bzw. den Krümmungsmittelpunkt des Werkzeugs sein sollte, angebracht sein. Des Weiteren sollte die Position der Interferometer 441446 so gewählt sein, dass die Interferometer 441446 möglichst keinen unerwünschten Schwankungen der Umgebungsbedingungen (z.B. Temperaturschwankungen oder Brechungsindexschwankungen) ausgesetzt sind.The invention is not limited to a concrete mounting of the interferometer 441 - 446 limited. So can the interferometer 441 - 446 For example, in the construction of 4 also on the grinding wheel 480 carrying yoke 490 or at another suitable location, the position of which should be as stable as possible with respect to the TCP or the center of curvature of the tool. Furthermore, the position of the interferometer should be 441 - 446 be chosen so that the interferometer 441 - 446 if possible, are not exposed to any undesirable fluctuations in the ambient conditions (eg temperature fluctuations or refractive index fluctuations).

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind grundsätzlich die Positionen der jeweiligen Interferometer 441446 und der jeweils zugeordneten Retroreflektoren 451456 (an Werkzeug bzw. Werkstück) miteinander vertauschbar, wobei in Abhängigkeit von den konkreten Gegebenheiten gewählt werden kann, ob der einer Längenmessstrecke 431436 zugeordnete bzw. diese abschließende Retroreflektor 451456 am Werkzeug oder am Werkstück platziert wird.In the context of the present invention are basically the positions of the respective interferometer 441 - 446 and the respectively associated retroreflectors 451 - 456 (To tool or workpiece) interchangeable with each other, which can be selected depending on the specific circumstances, whether that of a length measuring section 431 - 436 associated or this final retroreflector 451 - 456 is placed on the tool or on the workpiece.

Zur Halterung bzw. Fixierung der Retroreflektoren 451456 sowie Interferometerkomponenten werden vorzugsweise Materialien mit möglichst geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten (wie z.B. die unter der Bezeichnung „Invar“ vertriebene Eisen-Nickel-Legierung) verwendet.For holding or fixing the retroreflectors 451 - 456 and Interferometerkomponenten are preferably materials with the lowest possible coefficient of thermal expansion (such as the marketed under the name "Invar" iron-nickel alloy) used.

Bei Ausrüstung der aufnehmenden Maschinenstruktur (z.B. eines Drehlagers wie in 4a–b mit sechs Retroreflektoren 451456) kann die Lage des Drehlagers zum TCP-tragenden Maschinenteil überprüft und der Startpunkt festgelegt werden. Hierbei sind insbesondere vergleichsweise langsame zeitliche Veränderungen, z.B. durch jahreszeitliche Schwankungen oder gravitationsbedingte Deformationen, messbar.When fitting the receiving machine structure (eg a pivot bearing as in 4a -B with six retroreflectors 451 - 456 ), the position of the pivot bearing to TCP-bearing machine part can be checked and set the starting point. In particular, comparatively slow temporal changes, eg due to seasonal fluctuations or gravitational deformations, can be measured.

Bei typischen Abmessungen des Messstrahls mit z.B. 3mm Durchmesser kann der Durchmesser der Retroreflektoren 451456 lediglich beispielhaft 5mm betragen, was in der Regel eine problemlose Montage am Werkstück ermöglicht.For typical dimensions of the measuring beam with eg 3mm diameter, the diameter of the retroreflectors 451 - 456 only 5mm by way of example, which usually allows easy mounting on the workpiece.

5 zeigt in ebenfalls schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform am Beispiel der Bearbeitung eines Spiegels 520 mit einem Schleifwerkzeug 510, wobei mehr als sechs Interferometer – Beispiel acht Interferometer – zur Realisierung einer „überbestimmten Anordnung“ vorgesehen sind. 5 shows in a schematic representation of another embodiment of the example of the processing of a mirror 520 with a grinding tool 510 , wherein more than six interferometers - example eight interferometers - are provided for the realization of an "overdetermined arrangement".

Gemäß 5 sind an einem Drehtisch vier Retroreflektoren 551554 angeordnet, wobei jeder dieser Retroreflektoren 551554 jeweils zwei von insgesamt acht Längenmessstrecken 531538, die jeweils zu einem Interferometer von insgesamt acht Interferometern 541548 verlaufen, abschließt.According to 5 are on a turntable four retroreflectors 551 - 554 arranged, each of these retroreflectors 551 - 554 each two of a total of eight length measuring distances 531 - 538 , the each to an interferometer of a total of eight interferometers 541 - 548 run, concludes.

Gemäß 5 werden somit nicht sechs, sondern acht Längenmessstrecken 531538 ausgebildet, so dass insofern eine überbestimmte Anordnung vorliegt, als mehr Längenmessstrecken vorhanden sind, als für eine Positionsbestimmung in sechs Freiheitsgraden erforderlich wären. Diese überbestimmte Anordnung kann insbesondere dazu genutzt werden, Deformationen des Werkzeugs (z.B. eine gravitationsbedingte Durchbiegung) zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich können unter Ausnutzung der Überbestimmtheit auch Messfehler ermittelt werden. According to 5 are therefore not six, but eight length measuring distances 531 - 538 formed so that there is an overdetermined arrangement insofar as there are more length measuring distances than would be required for a position determination in six degrees of freedom. This overdetermined arrangement can be used in particular to detect deformations of the tool (eg a gravitational deflection). Alternatively or additionally, measurement errors can also be determined by utilizing the over-determination.

Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf 13 unterschiedliche mögliche Geometrien auf Basis einer Stewart-Gough-Plattform zur Realisierung der in einer erfindungsgemäßen Anordnung vorhandenen Längenmessstrecken erläutert.In addition, with reference to 1 - 3 different possible geometries based on a Stewart-Gough platform for the realization of existing in an inventive arrangement length measuring distances explained.

In 1 sind mit den Bezugszeichen 110 und 120 Abschnitte des ersten bzw. zweiten Objekts bezeichnet, wobei diese Abschnitte der Einfachheit halber im Weiteren unmittelbar mit besagten Objekten gleichgesetzt werden. Des Weiteren sind mit den Bezugszeichen 131136 Messstrecken bzw. Lichtkanäle bezeichnet, innerhalb derer das Licht zwischen dem (in 1 oberen) ersten Objekt und dem (in 1 unteren) zweiten Objekt 120 verläuft. Dabei liegt der Anfang jeder Messstrecke 131136 bzw. jedes Lichtkanals auf einem der Objekte 110, 120, und das jeweilige Ende liegt auf dem anderen der Objekte 120, 110. Lediglich beispielhaft kann es sich bei dem in 1 oberen Objekt 110 um die Aufnahme einer Werkzeugspindel handeln, während das in 1 untere Objekt 120 das Werkstück (oder eine Werkstückaufnahme) sein kann.In 1 are with the reference numerals 110 and 120 Sections of the first and second object, respectively, these sections are for the sake of simplicity hereinafter equated directly with said objects. Furthermore, with the reference numerals 131 - 136 Measuring distances or light channels, within which the light between the (in 1 upper) first object and the (in 1 lower) second object 120 runs. This is the beginning of each measuring section 131 - 136 or each light channel on one of the objects 110 . 120 , and the respective end lies on the other of the objects 120 . 110 , For example only, it may be in the in 1 upper object 110 to act to take a tool spindle while in the 1 lower object 120 the workpiece (or a workpiece holder) may be.

Die Messstrecken bzw. Lichtkanäle 131136 sind gemäß 1 so ausgelegt, dass sie eine Bestimmung der relativen Lage des zweiten Objekts 120 zu dem ersten Objekt 110 in (sämtlichen) sechs Freiheitsgraden erlauben. Diese sechs Freiheitsgrade umfassen hierbei in üblicher Weise drei Raumkoordinaten sowie drei Winkelkoordinaten zur Definition der eindeutigen Relativposition, werden jedoch erfindungsgemäß über sechs Längenmessungen entlang der Messstrecken 131136 ermittelt. Wesentlich hierfür ist, dass diese Messstrecken 131136 hinreichend unabhängig bzw. verschieden voneinander sind, damit durch besagte Längenmessungen auch tatsächlich in mathematisch eindeutig lösbarer Weise ein Rückschluss auf sämtliche der vorstehend genannten sechs Freiheitsgrade möglich ist. The measuring sections or light channels 131 - 136 are according to 1 designed to make a determination of the relative position of the second object 120 to the first object 110 allow in (all) six degrees of freedom. These six degrees of freedom in this case include three space coordinates and three angle coordinates for defining the unique relative position in the usual way, but according to the invention, six length measurements along the measuring distances 131 - 136 determined. Essential for this is that these measuring sections 131 - 136 are sufficiently independent or different from each other, so that by said length measurements and in fact in mathematically uniquely solvable manner a conclusion on all of the above six degrees of freedom is possible.

Die Anordnung der Messstrecken bzw. Lichtkanäle 131136 gemäß 1 entspricht der Geometrie einer sogenannten Stewart-Gough-Plattform (auch als „Stewart-Plattform“ oder Hexapod bezeichnet, vgl. D. Stewart: „A Platform with Six Degrees of Freedom“, UK Institution of Mechanical Engineers Proceedings 1965–66, Vol 180, Pt 1, No 15 ), wobei jedoch die üblicherweise körperlich ausgeführten „Beine“ des Hexapods als nichtkörperliche Messstrecken ausgebildet sind. The arrangement of the measuring sections or light channels 131 - 136 according to 1 corresponds to the geometry of a so-called Stewart-Gough platform (also called "Stewart platform" or hexapod, cf. D. Stewart: A Platform with Six Degrees of Freedom, UK Institution of Mechanical Engineers Proceedings 1965-66, Vol 180, Pt. 1, No 15 ), but the usually physically executed "legs" of the hexapod are designed as non-body measuring sections.

Die Gleichungen zur Beschreibung der geometrischen Beziehung zwischen den beiden Objekten sind Polynome. Jeder Freiheitsgrad x, y, z, Rx, Ry, Rz lässt sich dabei mit einem Polynom beschreiben. Die mathematischen Eigenschaften der entstehenden Gleichungssysteme, die Frage der Lösbarkeit sowie gegebenenfalls die Konstruktion von Lösungen werden z.B. in Andrew J. Sommerse, Charles W. Wamper: „The Numerical Solution of Systems of Polynominals“, Word Scientific Publishing, Singapur, 2005 , behandelt und sind dem Fachmann wohlbekannt. The equations describing the geometric relationship between the two objects are polynomials. Each degree of freedom x, y, z, Rx, Ry, Rz can be described by a polynomial. The mathematical properties of the resulting systems of equations, the question of solvability, and, where appropriate, the construction of solutions are described, for example, in Andrew J. Sommerse, Charles W. Wamper: "The Numerical Solution of Systems of Polynomials", Word Scientific Publishing, Singapore, 2005 , treated and are well known to the skilled person.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung von sechs unterschiedlichen Messstrecken zwischen dem ersten Objekt 110 und dem zweiten Objekt 120 ist, dass in gewissem Rahmen eine flexible Anpassung der sich in den jeweiligen Freiheitsgraden (d.h. in den jeweiligen Raumrichtungen bzw. – winkeln) ergebenden Sensitivitäten an die konkreten Gegebenheiten bzw. Erfordernisse möglich ist. So kann etwa durch geeignete Anordnung der Messstrecken 131136 eine sensitivere Messung für solche Freiheitsgrade bzw. Richtungen erreicht werden, in denen die relative Positionsbestimmung kritischer bzw. von größerer Bedeutung ist als in anderen Richtungen bzw. Freiheitsgraden. A significant advantage of the inventive arrangement of six different measuring sections between the first object 110 and the second object 120 is that, to a certain extent, a flexible adaptation of the sensitivities resulting in the respective degrees of freedom (ie in the respective spatial directions or angles) to the specific circumstances or requirements is possible. For example, by suitable arrangement of the measuring sections 131 - 136 a more sensitive measurement for such degrees of freedom or directions are achieved in which the relative position determination is critical or of greater importance than in other directions or degrees of freedom.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung, wobei zueinander analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit um „100“ erhöhten Bezugszeichen benannt sind. In dem Ausführungsbeispiel von 2 schneiden bzw. kreuzen sich jeweils zwei Messstrecken paarweise. Wie aus 2 ersichtlich lässt sich durch diese Überlappung bzw. Überkreuzung zum einen eine verbesserte Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums erreichen. 2 shows an alternative embodiment, wherein analogous or substantially functionally identical elements are designated by reference numerals increased by "100". In the embodiment of 2 in each case two measuring sections intersect or intersect in pairs. How out 2 can be seen by this overlap or crossover on the one hand achieve improved utilization of the available space.

Zum anderen ergibt sich – infolge der mit der Überlappung einhergehenden, ausgeprägteren Schrägstellung der Messstrecken – eine größere Sensitivität der Messanordnung in bestimmten Raumrichtungen bzw. gegenüber bestimmten relativen Positionsänderungen der Objekte, wobei diese Raumrichtungen wiederum gerade so gewählt werden können, dass sie den im System besonders kritischen Raumrichtungen entsprechen. Die Ausrichtung und genaue Anordnung der Messstrecken wird also vorzugsweise so vorgenommen, dass sich für die möglichst genau zu bestimmenden Freiheitsgrade auch die maximale Empfindlichkeit ergibt. So können beispielsweise zur Erzielung einer vergleichsweise großen Empfindlichkeit in z-Richtung die Messstrecken 131136 bzw. 231236 im Wesentlichen ebenfalls bevorzugt in z-Richtung angeordnet werden, wohingegen die Messstrecken 131136 bzw. 231236 zur Erzielung einer vergleichsweise großen Empfindlichkeit in y-Richtung in Schräglage angeordnet werden können.On the other hand results - due to the associated with the overlap, more pronounced inclination of the measuring sections - a greater sensitivity of the measuring arrangement in certain spatial directions or relative to certain relative position changes of the objects, these spatial directions can again just be chosen so that they especially in the system correspond to critical spatial directions. The alignment and exact arrangement of the measuring sections is thus preferably carried out in such a way that the maximum sensitivity results for the degrees of freedom which are to be determined as precisely as possible. For example, to achieve a comparatively high sensitivity in the z-direction of the measuring sections 131 - 136 respectively. 231 - 236 are also preferably arranged in the z-direction, whereas the measuring sections 131 - 136 respectively. 231 - 236 can be arranged in an inclined position to achieve a relatively high sensitivity in the y-direction.

In 3 ist eine Anordnung von Messstrecken 331336 gezeigt, wobei drei Messstrecken, nämlich die Messstrecken 332, 334 und 336, zueinander parallel sind. Mittels dieser Anordnung werden besonders kleine Messunsicherheiten in z-Richtung erreicht (da die Anordnung in z-Richtung besonders „steif“ ist).In 3 is an arrangement of measuring sections 331 - 336 shown, with three measuring sections, namely the measuring sections 332 . 334 and 336 , are parallel to each other. By means of this arrangement, particularly small measurement uncertainties in the z direction are achieved (since the arrangement in the z direction is particularly "stiff").

Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.While the invention has been described in terms of specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7538856 B2 [0003] US 7538856 B2 [0003]
  • DE 102009054860 A1 [0009] DE 102009054860 A1 [0009]
  • DE 102007004934 A1 [0009] DE 102007004934 A1 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Stewart-Plattform“ oder Hexapod bezeichnet, vgl. D. Stewart: „A Platform with Six Degrees of Freedom“, UK Institution of Mechanical Engineers Proceedings 1965–66, Vol 180, Pt 1, No 15 [0047] "Stewart platform" or hexapod, cf. D. Stewart: "A Platform with Six Degrees of Freedom", UK Institution of Mechanical Engineers Proceedings 1965-66, Vol 180, Pt 1, No 15 [0047]
  • Andrew J. Sommerse, Charles W. Wamper: „The Numerical Solution of Systems of Polynominals“, Word Scientific Publishing, Singapur, 2005 [0048] Andrew J. Sommerse, Charles W. Wamper: "The Numerical Solution of Systems of Polynomials", Word Scientific Publishing, Singapore, 2005 [0048]

Claims (11)

Anordnung zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander, mit: • einem ersten Objekt; • einem zweiten Objekt; • wenigstens sechs absolut messenden Interferometern (441446, 541548); und • wenigstens drei Retroreflektoren (451456, 551554); • wobei diese Retroreflektoren (451456, 551554) derart an dem ersten Objekt oder dem zweiten Objekt angeordnet sind, dass zwischen den Retroreflektoren (451456, 551554) und den absolut messenden Interferometern (441446, 541548) insgesamt wenigstens sechs unterschiedliche Längenmessstrecken (431436, 531538) ausgebildet sind.Arrangement for determining the position of two objects in six degrees of freedom with each other, comprising: a first object; • a second object; At least six absolutely measuring interferometers ( 441 - 446 . 541 - 548 ); and at least three retroreflectors ( 451 - 456 . 551 - 554 ); • whereby these retroreflectors ( 451 - 456 . 551 - 554 ) are arranged on the first object or the second object such that between the retroreflectors ( 451 - 456 . 551 - 554 ) and the absolute measuring interferometers ( 441 - 446 . 541 - 548 ) at least six different length measuring sections ( 431 - 436 . 531 - 538 ) are formed. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenmessstrecken (431436, 531538) in der Geometrie einer Stewart-Gough-Plattform ausgebildet sind.Arrangement according to claim 1, characterized in that the length measuring distances ( 431 - 436 . 531 - 538 ) are formed in the geometry of a Stewart-Gough platform. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zweien dieser Längenmessstrecken (531538) ein gemeinsamer Retroreflektor (551554) zugeordnet ist.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in each case two of these length measuring sections ( 531 - 538 ) a common retroreflector ( 551 - 554 ) assigned. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder dieser Längenmessstrecken (431436) jeweils ein separater Retroreflektor (451456) zugeordnet ist.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that each of these length measuring sections ( 431 - 436 ) each have a separate retroreflector ( 451 - 456 ) assigned. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Längenmessstrecken einander kreuzen. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least two of the length measuring paths intersect each other. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Längenmessstrecken so angeordnet sind, dass jeweils zwei Längenmessstrecken einander paarweise kreuzen.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that all length measuring sections are arranged so that in each case two length measuring sections intersect in pairs. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei der Längenmessstrecken zueinander parallel sind.Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two, in particular at least three of the length measuring sections are parallel to each other. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mehr als sechs absolut messende Interferometer (541548) aufweist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises more than six absolutely measuring interferometers ( 541 - 548 ) having. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Objekt ein Werkzeug und das zweite Objekt ein von diesem Werkzeug zu bearbeitendes Werkstück ist.Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first object is a tool and the second object is a workpiece to be machined by this tool. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Objekt und das zweite Objekt jeweils EUV-Spiegel eines für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sind.Arrangement according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the first object and the second object are each EUV mirrors of a projection objective of a microlithographic projection exposure apparatus designed for operation in the EUV. Verfahren zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander, • wobei eine Bestimmung der relativen Lage des ersten Objekts und des zweiten Objekts über wenigstens sechs absolut messende Interferometer (441446, 541548) erfolgt; • wobei diese Interferometer (441446, 541548) jeweils Längenmessungen zu Retroreflektoren (451456, 551554), welche an dem ersten Objekt oder dem zweiten Objekt angeordnet sind, durchführen; und • wobei zwischen den Retroreflektoren (451456, 551554) und den absolut messenden Interferometern (441446, 541548) insgesamt wenigstens sechs unterschiedliche Längenmessstrecken (431436, 531538) ausgebildet sind.Method for determining the position of two objects in six degrees of freedom with respect to one another, wherein a determination of the relative position of the first object and the second object via at least six absolutely measuring interferometers ( 441 - 446 . 541 - 548 ) he follows; • where these interferometers ( 441 - 446 . 541 - 548 ) each length measurements to retroreflectors ( 451 - 456 . 551 - 554 ) arranged on the first object or the second object; and wherein between the retroreflectors ( 451 - 456 . 551 - 554 ) and the absolute measuring interferometers ( 441 - 446 . 541 - 548 ) at least six different length measuring sections ( 431 - 436 . 531 - 538 ) are formed.
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Non-Patent Citations (2)

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Title
"Stewart-Plattform" oder Hexapod bezeichnet, vgl. D. Stewart: "A Platform with Six Degrees of Freedom", UK Institution of Mechanical Engineers Proceedings 1965-66, Vol 180, Pt 1, No 15
Andrew J. Sommerse, Charles W. Wamper: "The Numerical Solution of Systems of Polynominals", Word Scientific Publishing, Singapur, 2005

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