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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Moduls einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
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Derartige Anlagen werden zur Erzeugung feinster Strukturen, insbesondere auf Halbleiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen, verwendet. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, mit einem sogenannten Retikel, auf einem mit photosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. Diese liegt bei aktuellen Projektionsbelichtungsanlagen zwischen 100nm und 300 nm, wobei in jüngerer Zeit vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 5 nm und 120 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm verwendet werden. Der beschriebene zweite Wellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet.
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Die zur Abbildung verwendeten optischen Komponenten für die oben beschriebene Anwendung müssen mit höchster Präzision positioniert werden, um eine ausreichende Abbildungsqualität gewährleisten zu können. Bei den genannten optischen Komponenten handelt es sich beispielsweise um Facettenspiegel, insbesondere Feldfacettenspiegel, welche eine Mehrzahl reflektierender (Einzel-)Facetten umfassen. Ein derartiger Feldfacettenspiegel ist beispielsweise aus der
WO 2007/ 128 407 A1 bekannt.
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Zur Bewegung der Facetten, die um einen Drehpunkt in zwei Freiheitsgraden gedreht werden können, kommen üblicherweise elektromagnetische Antriebseinheiten zum Einsatz. In der Regel ist jeder Facette eine eigene Antriebseinheit zugeordnet.
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Die Position der Facetten muss aktiv geregelt werden, was einen Sensor zur Positionsmessung erfordert. Auf Grund der hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit werden die Sensorsignale kalibriert. Dazu wird bei der Herstellung der Projektionsbelichtungsanlage die Facette mit Hilfe eines externen Messgerätes auf einen Sollwert positioniert und das korrespondierende Sensorsignal erfasst. Auf Basis dieser Daten wird das Sensorsignal kalibriert. Die Facetten und deren Antriebseinheiten sind derart miteinander verbunden, dass die Antriebseinheit ausgetauscht werden kann, ohne die Position der Facette zu verändern. Nach der Montage einer neuen Antriebseinheit in der Projektionsbelichtungsanlage müssen die Sensorsignale erneut kalibriert werden. Anstelle des externen Messsystems wird in diesem Fall üblicherweise die Projektionsbelichtungsanlage selbst zur Kalibrierung der Facette verwendet. Dies hat den Nachteil, dass die Kalibrierung sehr lange dauert und weniger genau ist als eine Kalibrierung mit dem externen Messgerät, was wiederum eine Verschlechterung der optischen Abbildung bewirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik löst.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kalibrierung eines Moduls einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, beispielsweise eines Feldfacettenspiegels, wobei das Modul eine optische Einheit mit mindestens einem optischen Element sowie eine Antriebseinheit zur Ausrichtung des optischen Elementes umfasst und wobei die Antriebseinheit mindestens einen Sensor zur Positionsbestimmung eines mit dem optischen Element mitbewegten Sensortargets umfasst, umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Herstellung mindestens einer bekannten und reproduzierbaren Ausrichtung des optischen Elementes und Erfassung der korrespondierenden Sensorsignale
- - Kalibrierung der Sensorsignale in Bezug auf die Position und die Ausrichtung des optischen Elementes.
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Unter einer bekannten und reproduzierbaren Ausrichtung des optischen Elementes ist insbesondere eine Ausrichtung zu verstehen, bei welcher die optische Wirkung des optischen Elementes, also insbesondere seine Wirkung auf einfallende elektromagnetische Strahlung, bekannt ist. Mit anderen Worten ist der Strahlverlauf eines auf das optische Element einfallenden Lichtstrahls in einem gegenüber der Projektionsbelichtungsanlage festen Koordinatensystem bekannt. Unter reproduzierbar ist dabei zu verstehen, dass sich die Ausrichtung des optischen Elementes auch nach Änderungen an dem Modul, insbesondere auch nach einem Austausch der Antriebseinheit, reproduzieren lässt, also nach Anfahren der bekannten Ausrichtung ein Lichtstrahl, der auf das optische Element fällt, wieder denselben Verlauf nimmt wie vor der Änderung am Modul.
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Insbesondere kann die reproduzierbar herstellbare Ausrichtung unter Verwendung mindestens eines Referenzelementes hergestellt werden, welches beispielsweise als ein mechanischer Endanschlag der optischen Einheit ausgebildet sein kann. Die Verwendung des mechanischen Endanschlags der optischen Einheit hat dabei den Vorteil, dass dieser sich bei einem Austausch der Antriebseinheit nicht ändert.
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Die reproduzierbar herstellbare Ausrichtung des optischen Elementes wird dabei insbesondere durch mechanischen Kontakt zwischen dem Sensortarget und dem Referenzelement erreicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die bekannte und reproduzierbare Position und Ausrichtung des optischen Elementes vor der Kalibrierung mit einem externen Messgerät erfasst. Mit anderen Worten kann bei der Herstellung der Projektionsbelichtungsanlage einmalig eine entsprechende Messung vorgenommen werden, durch welche die an dem Endanschlag vorliegende Position und Ausrichtung des optischen Elements ermittelt wird. Als Messgerät kann hierfür insbesondere ein optisches Messgerät verwendet werden.
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Vorteilhaft dabei ist, dass das Koordinatensystem der Endanschläge und das Koordinatensystem des optischen Elementes in einer bekannten und gegenüber einem Austausch der Antriebseinheit invarianten Beziehung zu einander stehen. Ist also insbesondere im Koordinatensystem des Sensors, im Folgenden als Sensorkoordinatensystem bezeichnet, die Lage des Koordinatensystems der Endanschläge beziehungsweise die Beziehung des Koordinatensystems der Endanschläge zu dem Sensorkoordinatensystem bekannt, kann leicht auf die relative Lage des Sensorkoordinatensystems zu dem Koordinatensystem des optischen Elementes geschlossen werden.
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Das Verfahren eignet sich besonders zur Neukalibrierung des Moduls nach einem Austausch der Antriebseinheit. Dabei macht man sich zunutze, dass bei einem Austausch der Antriebseinheit die optische Einheit typischerweise unverändert bleibt, also sich die Ausrichtung des optischen Elementes in denjenigen Zuständen, in welchen ein Endanschlag angefahren ist, nicht ändert.
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Eine Verbesserung der Kalibrierung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass drei bekannte und reproduzierbare Ausrichtungen und Positionen des optischen Elementes hergestellt werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann,
- 2 den prinzipiellen Aufbau eines Moduls,
- 3 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen einem Sensorkoordinatensystem und einem optischen Koordinatensystem,
- 4 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung eines Referenzkoordinatensystems zu den Koordinatensystemen der 3,
- 5 ein weiteres Diagramm, welches das Vorgehen bei einem Austausch einer Antriebseinheit beschreibt, und
- 6 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV-Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 15 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfacettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet.
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Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 angeordneten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 120 nm emittieren.
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Die Erfindung kann ebenso in einer DUV-Anlage verwendet werden, die nicht dargestellt ist. Eine DUV-Anlage ist prinzipiell wie die oben beschriebene EUV-Anlage 1 aufgebaut, wobei in einer DUV-Anlage Spiegel und Linsen als optische Elemente verwendet werden können und die Lichtquelle einer DUV-Anlage eine Nutzstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 100 nm bis 300 nm emittiert.
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2 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines Moduls 30 nach dem Stand der Technik mit einer optischen Einheit 31, einem Endanschlag 39 und einer Antriebseinheit 36. Das Modul 30 kann insbesondere ein Teil eines in 1 dargestellten Feldfacettenspiegels 2 sein. Die optische Einheit 31 umfasst ein als Facette 32 ausgebildetes optisches Element, welches einen Hebel 34 aufweist, der an einem ersten Ende an einer der optisch aktiven Fläche 33 abgewandten Seite mit der Facette 32 verbunden ist. Die optisch aktive Fläche 33 ist dabei diejenige Oberfläche der Facette 32, die während des Betriebes der Projektionsbelichtungsanlage mit der zur Belichtung verwendeten Strahlung beaufschlagt wird. Bewegungen des Hebels 34 werden durch einen Sensor 37 mit einem Sensortarget 35 und einem Sensorkopf 38 erfasst, wobei das Sensortarget 35 am zweiten Ende des Hebels 34 angeordnet ist (und somit einen Teil der optischen Einheit 31 bildet) und der Sensorkopf 38, der die Bewegung des Sensortargets 35 erfasst, in der Antriebseinheit 36 angeordnet ist.
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Die Facette 32 ist derart gelagert (nicht dargestellt), dass eine Auslenkung des Hebels 34 eine Verkippung der Facette 32 um einen auf der optisch aktiven Fläche 33 der Facette 32 liegenden Drehpunkt 40 bewirkt. Die Bewegung des Hebels 34 ist durch einen an der optischen Einheit 31 angeordneten Endanschlag 39 begrenzt, der einerseits eine Kollision der sehr eng nebeneinander angeordneten Facetten 32 untereinander und andererseits eine plastische Deformation der üblicherweise als monolithisches Gelenk ausgebildeten Lagerung (nicht dargestellt) der Feldfacette 32 verhindern soll. Der Hebel 34 wird über einen nicht dargestellten elektromagnetischen Aktuator, der ebenfalls in der Antriebseinheit 36 angeordnet ist, angetrieben. Die Antriebseinheit 36 kann an einer Schnittstelle 41, die zwischen dem Sensortarget 35 und dem Sensorkopf 38 verläuft, vom Modul 30 gelöst werden. Dadurch kann bei einem Defekt des Sensorkopfs 38 oder des Aktuators (nicht dargestellt) die komplette Antriebseinheit 36 ausgetauscht werden, ohne die optische Einheit 31 und damit auch die Facette 32 tauschen zu müssen. Dadurch bleiben die Position der Facette 32 und damit deren optische Wirkung in dem Modul 30 erhalten.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines (mit der Antriebseinheit 36 verbundenen) Sensorkoordinatensystems 42 und eines (mit der optischen Einheit 31 verbundenen) optischen Koordinatensystems 44. Die Position des mit der optischen Einheit 31 verbundenen Sensortargets 35 kann mit Hilfe des Sensors 37 im Sensorkoordinatensystem 42 der Antriebseinheit 36 bestimmt werden. Letztlich entsprechen dabei bestimmte Signalwerte oder Sätze von Signalwerten des Sensors 37 einer Position des Targets 35 im Sensorkoordinatensystem 42. Bei der Kalibrierung des Sensors 37 werden diesen Werten im Sensorkoordinatensystem 42 Werte im optischen Koordinatensystem 44 zugeordnet. Bei den Werten im optischen Koordinatensystem 44 handelt es sich beispielsweise um eine bestimmte Ausrichtung der Facette 32.
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Die Kalibrierung des Moduls 30 erfolgt im Einzelnen dadurch, dass die Facette 32 unter Zuhilfenahme der Sensorsignale in die in 3 durch die Punkte P1, P2 und P3 bezeichnete Kippzustände gebracht wird, wobei die Facette 32 dabei, wie in 2 beschrieben, um den Drehpunkt 40 verkippt wird. Die Kippzustände der P1, P2 und P3 der Facette entsprechen dabei Ausrichtungen der Facette zum Beleuchten eines definierten Zielpunktes mittels eines durch die Facette 32 reflektierten Lichtpunktes; dabei befindet sich das Sensortarget im Allgemeinen nicht an einem der Endanschläge 39. Da jedoch die Positionen P1, P2 und P3 der Kippzustände in einer festen Beziehung zu den Endanschlägen 39 stehen, ist eine Kalibrierung dennoch möglich, indem der Zusammenhang des Koordinatensystems der Endanschläge mit dem Sensorkoordinatensystem 42 nach einem Tausch der Antriebseinheit ermittelt wird. Der Kippzustand der Facette 32 wird bei einer erstmaligen Kalibrierung mit einem externen optischen Messgerät bestimmt. Der für die jeweiligen Zustände ermittelte Sensorwert wird dann den jeweiligen Kippzuständen zugeordnet. Aus den mit dem optischen Messgerät ermittelten Messwerten der Kippzustände P1, P2 und P3 wird das optische Koordinatensystem 44 definiert. Auf Basis der beiden Koordinatensysteme 42, 44 wird ein Transformationswert TW, der in 3 als Doppelpfeil dargestellt ist, zwischen einem Ursprung 43 des Sensorkoordinatensystems 42 und einem Ursprung 45 des optischen Koordinatensystems 44 bestimmt. Dieser Transformationswert TW umfasst sowohl Beiträge der Antriebseinheit 36 als auch Beiträge der optischen Einheit 31, die in 2 näher beschrieben wurden. Er stellt im Wesentlichen eine Vorschrift zur Zuordnung von Sensorsignalen zu Kippzuständen der Facette 32 dar. Mit Hilfe des Transformationswertes TW können nun weitere Punkte im optischen Koordinatensystem 44, also Kippzustände der Facette 32, auf Basis der Sensorsignale des Sensorkoordinatensystems 42 angesteuert werden.
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Der Transformationswert TW kann dabei eine Verschiebung, eine Drehung oder auch eine Skalierung ebenso wie eine Kombination aus zweien oder allen der genannten Möglichkeiten repräsentieren. Dabei ist ein lineares Verhalten des Sensors vorteilhaft, um auch im Bereich zwischen den definierten Kippzuständen P1, P2 und P3 eine verlässliche Aussage über den aktuellen Kippzustand treffen zu können.
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4 zeigt ein weiteres Diagramm, in dem neben dem aus 3 bekannten Sensorkoordinatensystem 42 und dem ebenfalls aus 3 bekannten optischen Koordinatensystem 44 ein Referenzkoordinatensystem 46 mit Ursprung 47 dargestellt ist. Das Referenzkoordinatensystem 46 ist dabei das Koordinatensystem der Endanschläge 39, also der Referenzelemente. Da - wie aus 2 ersichtlich - die Endanschläge 39 fest mit der optischen Einheit 31 verbunden sind, besteht ein fester Zusammenhang zwischen dem Referenzkoordinatensystem 46 und dem optischen Koordinatensystem 44. Der Transformationswert TWO zwischen diesen beiden Koordinatensystemen ist also bekannt und auch gegenüber einem Wechsel der Antriebseinheit 36 invariant. Er kann beispielsweise durch Anfahren der Endanschläge 39 und optischer Bestimmung des zugehörigen Kippzustands der Facette 32 ermittelt werden. Auch TWA, also die Transformationsvorschrift zwischen dem Sensorkoordinatensystem 42 und dem Referenzkoordinatensystem 46, kann durch Anfahren der Endanschläge 39 bestimmt werden.
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5 zeigt ein weiteres Diagramm, in dem das Vorgehen bei einem Austausch der Antriebseinheit 36 dargestellt ist. Durch den Austausch der Antriebseinheit 36 mit dem darin integrierten Sensorkopf 38 verändert sich auch die Position des Sensorkoordinatensystems: Das ursprüngliche Sensorkoordinatensystem 42 wird durch ein neues Sensorkoordinatensystem 48 ersetzt. Zur Verdeutlichung ist der Ursprung 43 des (nicht dargestellten) bisherigen Sensorkoordinatensystems 42 neben dem neuen Sensorkoordinatensystem 48 mit Ursprung 49 in 5 weiterhin dargestellt. Durch die Bestimmung der Koordinatenwerte des Ursprungs 47 des Referenzkoordinatensystems 46 im neuen Sensorkoordinatensystem 48 kann eine neue, der ausgetauschten Antriebseinheit 36 entsprechende, Transformationsvorschrift TWAneu bestimmt werden. Das optische Koordinatensystem 44 und sein Ursprung 45 haben sich gegenüber der Position und Ausrichtung in 4 nicht verändert, so dass der neue Transformationswert TWneu mit dem unverändert gebliebenen Anteil TWO der optischen Einheit 31 bestimmt wird. Das Modul 30 wird auf diese Weise kalibriert, ohne die Position der Facette 32 optisch neu zu erfassen, und kann weiterverwendet werden.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Kalibrierung eines Moduls 30 einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Halbleiterlithographie. Wie in 2 dargestellt, umfasst das Modul 30 dabei eine optische Einheit 31 mit mindestens einem optischen Element 32 sowie eine Antriebseinheit 36 und einen Sensor 37.
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In einem ersten Verfahrensschritt 51 wird mindestens eine, insbesondere drei bekannte und reproduzierbare Positionen und Ausrichtungen des optischen Elementes 32 mit einem externen Messgerät erfasst.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 52 wird die Antriebseinheit 36 ausgetauscht.
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In einem dritten Verfahrensschritt 53 werden die bekannten und reproduzierbaren Positionen und Ausrichtungen des optischen Elementes 32 erneut angefahren und eine Kalibration der neuen Antriebseinheit in Bezug auf Lage und Ausrichtung des optischen Elementes 32 durchgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Feldfacettenspiegel
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Beleuchtungsoptik
- 5
- Objektfeld
- 6
- Objektebene
- 7
- Retikel
- 8
- Retikelhalter
- 9
- Projektionsoptik
- 10
- Bildfeld
- 11
- Bildebene
- 12
- Wafer
- 13
- Waferhalter
- 14
- EUV-Strahlung
- 15
- Zwischenfeldfokusebene
- 16
- Pupillenfacettenspiegel
- 17
- Baugruppe
- 18
- Spiegel
- 19
- Spiegel
- 20
- Spiegel
- 30
- Modul (Feldfacettenspiegel)
- 31
- optische Einheit
- 32
- Facette (optisches Element)
- 33
- optisch aktive Fläche
- 34
- Hebel
- 35
- Sensortarget
- 36
- Antriebseinheit
- 37
- Sensor
- 38
- Sensorkopf
- 39
- Endanschlag (Referenzelement)
- 40
- Drehpunkt
- 41
- Schnittstelle Austausch
- 42
- Sensorkoordinatensystem
- 43
- Ursprung Sensor Koordinatensystem
- 44
- optisches Koordinatensystem
- 45
- Ursprung optisches Koordinatensystem
- 46
- Referenzkoordinatensystem
- 47
- Ursprung Referenzkoordinatensystem
- 48
- Sensorkoordinatensystem neu
- 49
- Ursprung Sensorkoordinatensystem neu
- 51
- Verfahrensschritt 1
- 52
- Verfahrensschritt 2
- 53
- Verfahrensschritt 3
- P1
- Position 1
- P2
- Position 2
- P3
- Position 3
- TW
- Transformationswert
- TWA
- Anteil Antriebseinheit am Transformationswert
- TWO
- Anteil optische Einheit am Transformationswert
- TWneu
- Transformationswert nach Tausch Antriebseinheit
- TWAneu
- Anteil Antriebseinheit am Transformationswert nach Tausch Antriebseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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