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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegend Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Überwachung bzw. Ermittlung der Orientierung oder Positionierung
mindestens eines Spiegels, insbesondere einer Vielzahl von Spiegeln
mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung des von dem oder den
Spiegeln reflektierten Lichts sowie eine Projektionsbelichtungsanlage,
in der eine derartige Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren
eingesetzt werden.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithografie
werden aufgrund der geforderten Auflösung immer kleinerer
Strukturen zunehmend Systeme entwickelt, die Lichtwellenlängen
im Vakuum-Ultraviolett-Bereich (VUV) oder im Bereich von extrem
ultraviolettem Licht (EUV) einsetzen. Bei diesen Systemen wird die
Verwendung von sogenannten Micro Mirror Arrays MMA's (Mikrospiegelfelder) mit
einer Vielzahl von kleinen kippbaren Spiegeln mit einer Anzahl von
bis zu einigen Millionen Spiegeln zur Einstellung einer flexiblen
Beleuchtung in Betracht gezogen. Aber auch in Projektionsbelichtungsanlagen,
die andere Lichtwellenlängen verwenden, kommen bereits
mikromechanische oder mikroelektromechanische Einheiten mit verstellbaren
Spiegeln zum Einsatz.
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Diese
verstellbaren, meist um eine oder zwei z. B. senkrecht zueinander
orientierte Achsen kippbaren Spiegel müssen definiert in
ihrer Orientierung eingestellt werden, so dass eine entsprechende Überwachung
der Orientierung bzw. eine Regelung der Ausrichtung der Spiegel,
bei der die tatsächliche Positionierung als Eingangsparameter
in die Regelung eingeht, nötig sind.
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Entsprechend
gibt es bereits Überlegungen, wie das Monitoring von entsprechenden
Spiegeln realisiert werden kann. So ist beispielsweise vorgeschlagen
worden, durch eine Beleuchtung der Spiegel mit einer separaten Messstrahlung
zusätzlich zum Arbeitslicht der Projektionsbelichtungsanlage und
entsprechende Erfassung des reflektierten Lichts die Orientierung
der Spiegel zu bestimmen. Beispiele hierfür sind in der
deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 005 875 A1 bzw. der
WO 2008/09695 A2 beschrieben.
Allerdings erfordert eine entsprechende Vorrichtung eine aufwändige Optik
und Sensorik, um die Orientierung der Spiegel bestimmen zu können.
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Neben
dem apparativen Aufwand spielt für eine effektive Überwachung
der Spiegelpositionen auch die erforderliche Messzeit eine wesentliche
Rolle, um schnell schaltbare und dynamische System bilden zu können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Überwachung der Orientierung bzw.
Positionierung mindestens eines Spiegels, vorzugsweise einer Vielzahl von
Spiegel in einem Spiegelfeld bereitzustellen, bei welchem die Position
der Spiegel schnell und effektiv erfasst werden kann, wobei die
entsprechende Vorrichtung einfach herstellbar und einfach betreibbar sein
soll. Darüber hinaus soll die Vorrichtung und das entsprechende
Verfahren eine ausreichende Genauigkeit der Positionserfassung gewährleisten.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
20. Gegenstand des Anspruchs 37 ist eine Projektionsbelichtungsanlage
für die Mikrolithografie, in welcher das entsprechende
Verfahren und die Vorrichtung eingesetzt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung geht anders als die bisherigen Ansätze,
die allein eine Analyse und Auswertung des reflektierten Lichts
zur Bestimmung der Position der Spiegel durchführen, dahin,
bereits auf der Beleuchtungsseite keine homogene Beleuchtung des
oder der Spiegel vorzusehen, sondern ein Muster bereitzustellen,
welches durch den oder die Spiegel in eine entsprechende Erfassungseinrichtung
abgebildet wird. Das Muster kann hierbei räumlich und/oder
zeitlich veränderliche Lichtquellen aufweisen, so dass
bei Kenntnis des ursprünglichen Musters ein Vergleich des
gespiegelten Lichts mit dem ursprünglichen Muster Rückschlüsse
auf die Orientierung des Spiegels erlaubt.
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Die
Musterquelle, die das entsprechende Muster bereitstellt, kann in
unterschiedlicher Art und Weise realisiert werden. Beispielsweise
ist vorstellbar, dass das Muster auf einem Blatt Papier oder einem
sonstigen Träger, wie einer Leinwand, gedruckt ist oder
auf einem Bildschirm oder Monitor, wie zum Beispiel einem TFT-Bildschirm
oder dergleichen, dargestellt wird. Außerdem können
eine Vielzahl einzelner separater Leuchtmittel in einer entsprechenden Anordnung
ein Muster erzeugen. Hier sind beispielsweise Leuchtdiodenfelder
(LED-Arrays) oder andere Strukturen mit entsprechenden Leuchtmitteln
vorstellbar. Entsprechend kann also das Muster durch aktive Lichtquellen
und/oder durch passive Lichtquellen gebildet sein, bei denen Beleuchtungslicht
lediglich entsprechend reflektiert wird. Somit wird für
die vorliegende Anmeldung unter dem Begriff Lichtquelle jeder einzelne
Punkt eines sich über eine Fläche erstreckenden
Musters gesehen, welcher Licht ausstrahlt, um auf dem oder den zu überwachenden Spiegeln
reflektiert zu werden. Dabei kann die ausgestrahlte Lichtintensität
natürlich im Extremfall auch auf oder zumindest in die
Nähe eines Nullwerts abfallen, so dass also kein Licht
reflektiert wird.
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Der
Begriff des Lichts wird ganz allgemein als Begriff für
elektromagnetische Strahlung verwendet.
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Die
bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Muster weisen über
die Musterfläche unterschiedliche Lichtquellen auf, so
dass sich entsprechend räumlich variable bzw. unterschiedliche
Lichtquellen ergeben, die letztendlich das entsprechende Muster
erzeugen.
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Neben
einer räumlichen Verteilung unterschiedlicher Lichtquellen
zur Erzeugung eines Musters kann auch eine zeitliche Variabilität
der Lichtquellen bzw. Veränderung der Lichtquellen vorgesehen
sein, so dass sich das Muster mit der Zeit ändert. Dies
ist insbesondere bei der Darstellung der Muster durch Bildschirme
oder aktive Lichtquellen und dergleichen möglich.
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Das
Grundprinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass aufgrund
des vorgegebenen Musters entsprechend der Spiegelstellung unterschiedliche,
gespiegelte Abbildungen bzw. Lichtintensitäten des gespiegelten
Musters in einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung des vom Spiegel
reflektierten Lichts feststellbar sind. Durch die Abhängigkeit
des erfassten, vom Spiegel reflektierten Lichts von der Spiegelstellung,
kann bei Kenntnis des Ausgangsmusters auf die Spiegelstellung zurückgeschlossen
werden. Durch die Spiegelung eines Musters wird im Vergleich zu
Verfahren mit homogener Beleuchtung die Auswertung des gespiegelten
Lichts einfacher bzw. effektiver.
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Insbesondere
kann für die Analyse bzw. Auswertung des gespiegelten Lichts
eine entsprechende Auswerteeinheit, insbesondere automatisierte
Auswerteeinheiten, vorzugsweise auf Basis einer elektronischen Datenverarbeitung
vorgesehen werden, die aus der Information über das zu
spiegelnde Ursprungsmuster und der Information des von der Erfassungseinrichtung
erfassten, reflektierten Lichts eine absolute oder relative Position
des oder der Spiegel bestimmen kann.
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Die
Erfassungseinrichtung kann hierbei durch verschiedene Einrichtungen
gebildet sein oder diese umfassen, wie beispielsweise eine oder
mehrere Schwarzweißkameras mit oder ohne Farbfilter, eine
oder mehrere Farbkameras bzw. diesen digitalen Kameras zugrunde
liegenden Sensoren, wie charge coupled device CCD(ladungsgekoppelte Bauelement)-Sensoren,
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)-Sensoren (komplementäre Metalloxyd-Halbleiter-Sensoren)
oder allgemein Fotodioden. Die Auswahl einer entsprechenden Erfassungseinrichtung
hängt von der genauen Ausgestaltung der entsprechenden
Messvorrichtung und des Messverfahrens ab.
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So
kann beispielsweise das musterbasierte Monitoringverfahren bzw.
-system nach einer ersten Ausführungsvariante so ausgestaltet
werden, dass lediglich die Lichtintensitäten verschiedener
Lichtquellen des Musters im Bezug auf einen oder mehrere bestimmte
Spiegel ausgewertet werden, um eine absolute Position des oder der
Spiegel zu ermitteln. Bei einer derartigen Ausführungsvariante
kann die Erfassungseinrichtung, zum Beispiel in Form einer Kamera
eine Optik aufweisen, die so hergerichtet ist, dass der oder die
zu überwachenden Spiegel scharf in dem Bildbereich der
Erfassungseinrichtung abgebildet werden, d. h. die Kamera auf die
Spiegel fokussiert wird. Dadurch ist gewährleistet, dass
jedem Spiegel ein definierter Bildbereich der Kamera zugeordnet
ist. Dies bedeutet, dass ein oder mehrere Pixel eines entsprechenden
Bildsensors definiert einem Spiegel, von beispielsweise mehreren
Spiegeln eines Spiegelfeldes zugeordnet sind. Durch die Ermittlung
von Messwerten für die erfassten Lichtintensitäten
im Bildbereich von räumlich unterschiedlichen Lichtquellen
des Musters kann die entsprechende Position des Spiegels absolut
ermittelt werden. Beispielsweise können mehrere Lichtquellen
eines Musterbereichs, welcher durch einen Spiegel auf einen definierten
Bildbereich der Erfassungseinrichtung gespiegelt werden, nacheinander
leuchten. Dies bedeutet, dass die räumlich unterschiedlichen
Lichtquellen des Musters bei konstanter Spiegelorientierung in dem
vorgegebenen Bildbereich der Erfassungseinrichtung auf Grund der
verschiedenen geometrischen Verhältnisse unterschiedliche
Lichtintensitäten erzeugen, auch wenn die räumlich
unterschiedlichen Lichtquellen gleiche Lichtintensitäten aufweisen.
Aus diesen Messwerten lässt sich dann die Orientierung
des Spiegels zumindest bezüglich der Verkippung um zwei
Drehachsen ermitteln.
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Für
eine derartige Vorgehensweise kann anstelle räumlich unterschiedlicher
Lichtquellen mit gleicher Lichtwellenlänge bzw. gleichen
Lichtwellenlängenbereichen und gleicher oder unterschiedlicher Strahlungsintensität,
die lediglich nacheinander geschaltet werden, auch ein Muster Verwendung
finden, bei welchem als räumlich unterschiedliche Lichtquellen
solche mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen bzw. Lichtwellenlängenbereichen
eingesetzt werden. Beispielsweise können Leuchtdioden in
einem Leuchtdiodenfeld eingesetzt werden, die im grünen
Lichtwellenlängenbereich, im blauen Lichtwellenlängenbereich
und im roten Lichtwellenlängenbereich Licht abstrahlen.
Bei Verwendung einer Farbkamera bzw. mehrerer Schwarzweißkameras
mit entsprechenden Farbfiltern können für die
verschieden farbigen Lichtquellen die entsprechenden Intensitäten
in der Erfassungseinrichtung ermittelt werden, so dass wiederum
unterscheidbare Messwerte vorliegen. Entsprechend lassen sich wiederum
für die örtlich unterschiedlichen Lichtquellen
die von der Erfassungseinrichtung erfassten Daten für das
reflektierte Licht bestimmen und somit die Spiegelstellung berechnen.
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Nach
einer zweiten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung
kann anstelle von Berechnungen auf Basis der ermittelten Lichtintensitäten auch
ein direkter Musterabgleich erfolgen. Dies bedeutet, dass eine Zuordnung
des am oder den Spiegeln gespiegelten Musters, d. h. dem Bild in
der Erfassungseinrichtung, zu dem ursprünglichen Muster erfolgt,
wobei durch die entsprechende Zuordnung die Feststellung der Orientierung
bzw. Positionierung des Spiegels möglich ist. Bei dieser
zweiten Ausführungsvariante kommt es also insbesondere
auch darauf an, dass das Muster im Bild der Erfassungseinrichtung
erkennbar ist. Entsprechend kann eine Erfassungseinrichtung, wie
eine Kamera, mit der entsprechenden Optik so eingestellt werden,
dass das Muster scharf abgebildet werden kann. Entsprechend kann
nach dieser Variante auf das zu spiegelnde Muster fokussiert werden
oder die Optik wird so eingestellt, dass sowohl der oder die Spiegel
als auch das zu spiegelnde Muster scharf abgebildet werden. Entsprechend
kann auch auf einen Zwischenbereich fokussiert werden. Um eine scharfe
Abbildung von sowohl gespiegeltem Muster als auch Spiegeln in der Erfassungseinrichtung
zu ermöglichen, kann eine ausreichend hohe Schärfentiefe
zur scharfen Abbildung des Objektraums, also von Spiegel und zu
spiegelndem Muster, bei der Optik der Erfassungseinrichtung vorgesehen
sein.
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Nach
beiden Ausführungsvarianten kann die Erfassungseinrichtung
so ausgebildet sein, dass lediglich ein Erfassungspunkt der Erfassungseinrichtung,
also beispielsweise ein Pixel der Kamera, einem Spiegel zugeordnet
ist, so dass der Erfassungspunkt für den betreffenden Spiegel
das reflektierte Licht detektiert. Somit ist das vorgestellte Monitoringsystem
gut für die Überwachung einer Vielzahl von Spiegeln
geeignet, da die Anzahl der zu überwachenden Spiegel nur durch
die Pixelzahl der Erfassungseinrichtung beschränkt ist
bzw. in einfacher Weise eine hohe Zahl von Spiegeln überwacht
werden kann.
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Im
Folgenden wird für einen entsprechenden Erfassungspunkt
der Erfassungseinrichtung synonym der Begriff Pixel verwendet.
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Darüber
hinaus ist es auch möglich, dass jedem Spiegel mehrere
Pixel der Erfassungseinrichtung zugeordnet sind, beispielsweise
mindestens 9 Pixel, vorzugsweise mindestens 16 Pixel oder höchst vorzugsweise
25 Pixel. Damit können die entsprechende Auflösung
erhöht werden oder bestimmte Muster oder Musterabgleichsverfahren
verwendet werden.
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Die
Muster, die von der Musterquelle bereitgestellt werden, und die
entsprechenden Musterabgleichsverfahren können von unterschiedlicher
Art sein. Neben Mustern mit aktiven und/oder passiven Lichtquellen,
wie bereits vorher angesprochen, können die Muster Lichtquellen
mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge bzw. Wellenlängenbereichen
oder Lichtquellen mit Licht der gleichen Lichtwellenlängen aufweisen.
Bei Lichtquellen mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge
können die entsprechenden Lichtquellen bestimmten Positionen
im Muster zugeordnet sein oder gleichmäßig über
das Muster verteilt sein. Insbesondere kann die Strahlungsintensität
der Lichtquellen über das Muster variieren, wobei eine kontinuierliche
oder schrittweise Variation der Intensität möglich
ist. Insbesondere können die Lichtquellen auch zu entsprechenden
Gruppen zusammengefasst sein und hierbei sektoral in dem Muster
angeordnet sein. Daneben ist auch eine periodische, gitterartige Anordnung
denkbar. Bei periodischer Anordnung der Lichtquellen kann eine Anordnung
gemäß einer Sinus-Welle vorgesehen sein.
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Die
entsprechende Gestaltung des Musters hinsichtlich der Lichtintensität
kann Lichtquellen mit Licht einer einzigen Lichtwellenlänge
oder eines Lichtwellenlängenbereichs (weißes Licht)
betreffen oder jeweils für Lichtquellen unterschiedlicher
Lichtwellenlängen oder Lichtwellenlängenbereiche
vorgesehen sein. Hierbei können insbesondere die Veränderungen
des Musters entlang den x- und y-Richtungen der Musterfläche
für jeweils eine Lichtwellenlänge bzw. einen Lichtwellenlängenbereich
vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Lichtintensität
einer ersten Wellenlänge, beispielsweise im rotem Frequenzbereich,
kontinuierlich oder schrittweise in der x-Richtung des Flächenmusters
verändert werden, während in der y-Richtung die
Lichtintensität eines zweiten Wellenlängenbereichs,
beispielsweise von grünem Licht, verändert wird.
Die Veränderung kann hierbei entweder eine kontinuierliche
oder schrittweise Zu- oder Abnahme der Lichtintensität
oder eine periodische Veränderung, wie beispielsweise entsprechend
einer Sinus- Welle vorliegen. Neben einer stehenden Sinus-Welle oder
anderen periodischen Veränderungen können bei
zeitlich veränderlichen Mustern auch entsprechende über
das Muster laufende Wellen realisiert werden.
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Das
Muster kann insbesondere für die zweite Ausführungsvariante
mit einer Muster- bzw. Bilderkennung auch ein beliebiges Rauschmuster
oder ein durch Zufall erzeugtes Muster sein, wie beispielsweise
Oberflächenbereiche von Komponenten in der Nähe
der zu überwachenden Spiegel, z. B. lackierte oder strukturierte
Oberflächen des Gehäuses einer Projektionsbelichtungsanlage
oder dergleichen.
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Für
den Fall, dass aktive Lichtquellen des Musters in Gruppen geschaltet
werden, können benachbarte Gruppen so geschaltet werden,
dass sie nicht gleichzeitig geschaltet werden, um eine gegenseitige
Störung oder Beeinflussung zu vermeiden.
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Für
passive Lichtquellen, also z. B. gedruckte Muster oder Oberflächenstrukturierungen,
kann eine zusätzliche Beleuchtung, insbesondere auch nur
eine zeitweilige Beleuchtung für den Zeitpunkt der Messwerterfassung,
z. B. durch Blitzlichter oder dergleichen vorgesehen sein.
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Die
Muster können auch durch Abbildungseinrichtungen in die
Nähe der zu überwachenden Spiegel abgebildet werden,
wenn dies beispielsweise mangelnder Bauraum erforderlich macht.
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Für
den Mustervergleich, d. h. den Vergleich des in der Erfassungseinrichtung
abgebildeten Musters mit dem ursprünglichen Muster können
unterschiedliche Verfahren der Bild- oder Mustererkennung oder vergleichbarer
Verfahren, insbesondere korrelative Verfahren eingesetzt werden.
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Befindet
sich die Position des Spiegels bereits in der Nähe eines
gewünschten Zielwerts, kann auch eine gradientenbasierte
Bewegungsabschätzung zur Messung, d. h. zum Ableich von
abgebildetem und ursprünglichem Muster, eingesetzt werden, z.
B. bei Verwendung von Rauschmustern. Gradientenbasierte Bewegungsschätzung
ist neben korrelativen Verfahren z. B. in [Jähre:
Digitale Bildverarbeitung, 4. Auflage, Kapitel 13, Springer Verlag]
beschrieben.
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Bei
der zweiten Ausführungsvariante mit dem Mustervergleich
kann eine translatorische Bewegung oder ein Versatz der Spiegel
zu einem Messfehler führen, der durch eine zweite Kamera
kompensiert werden kann. Bei gekrümmten Spiegeln kann auch
die Krümmung der Spiegel zur Kompensation derartiger translatorischer
Bewegungen eingesetzt werden. Hintergrund ist, dass durch die Spiegelkrümmung
mit nur einer Kamera quasi zwei oder mehr Ansichten über
das selbe Objekt (hier Spiegel bzw. gespiegelter Musterausschnitt)
vorliegen. Einfaches Gedankenmodell ist z. B. die Modellierung eines
gekrümmten Spiegels als zwei in festem Winkel zueinander
stehende Planspiegel. Für beide Planspiegel können
nun jeweils bis auf eine translatorische Mehrdeutigkeit die Kippwinkel
bestimmt werden. Die feste und bekannte Lage der beiden Spiegel
zueinander kann z. B. genutzt werden, um die translatorischen Mehrdeutigkeiten
aufzulösen. Erweitern lässt sich dieses Gedankenmodell,
wenn ein gekrümmter Spiegel als Verkettung vieler zueinander
verkippter Planspiegel modelliert wird.
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Bei
der Verwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere
einem Beleuchtungssystem für eine EUV- bzw. VUV-Projektionsbelichtungsanlage
kann die Anordnung nach der ersten Ausführungsvariante
der Erfindung in Form eines inversen Strahlengangs vorgesehen werden,
so dass eine translatorische Bewegung oder ein Versatz der Spiegel
insbesondere senkrecht zur Spiegelfläche (z-Versatz) automatisch
kompensiert wird.
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Beispielsweise
kann das Verfahren und die Vorrichtung zur Überwachung
bzw. zum Monitoring einer ersten Mehrfachspiegelanordnung eingesetzt werden,
die in einer Feldebene eines Beleuchtungssystems als Feldfacetten
angeordnet sind. Diese lenken das Licht auf eine zweite Mehrfachspiegelanordnung
in einer Pupillenebene, die sogenannten Pupillenfacetten bzw. ein
Feld definierendes Element (field defining element FDE). Wird nunmehr
die Überwachungseinrichtung mit dem Muster anstelle der Pupillenfacetten
und die Erfassungseinrichtung, beispielsweise in Form der Kamera,
anstelle der virtuellen Lichtquelle angeordnet, so werden entsprechende
translatorische Bewegungen der ersten Mehrfachspiegelanordnung (Feldfacetten)
automatisch kompensiert. Die Vorrichtung zur Überwachung
der Spiegel wird hierbei selbstverständlich nicht in der
gleichen Ebene des Strahlengangs, wie das Arbeitslicht angeordnet,
sondern verkippt um die optische Achse, insbesondere um 90°,
so dass keine Störung des Arbeitslichtstrahlengangs stattfindet.
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Entsprechend
kann bei dieser Ausgestaltung das zu spiegelnde Muster auch eine
Struktur aufweisen, die der Struktur der Pupillenfacetten entspricht, z.
B. hinsichtlich der Anordnung der Lichtquellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere
Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Diese Zeichnungen
zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Aufbaus einer Vorrichtung zum
erfindungsgemäßen Monitoring kippbarer Spiegel;
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2 eine
Draufsicht einer erfindungsgemäßen Anordnung zum
Monitoring von kippbaren Spiegeln, die in einer Projektionsbelichtungsanlage
eingesetzt werden können;
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3 einen
Teil eines Beleuchtungssystems einer Projektionsbelichtungsanlage;
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4 eine
Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage, bei welcher ein
entsprechendes Monitoring-System Verwendung findet;
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5 die
Darstellung eines Musters zur Verwendung beim erfindungsgemäßen
Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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6 eine
Darstellung eines weiteren Musters zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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7 eine
Darstellung des an Spiegeln gespiegelten Musters aus 6;
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8 eine
Detaildarstellung des gespiegelten Bildes aus 7 für
den grünen Kanal;
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9 eine
Detaildarstellung des gespiegelten Bildes aus 7 für
den roten Kanal;
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10 ein
weiteres Beispiel eines Musters zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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11 eine
Darstellung des gespiegelten Musters aus 10;
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12 eine
Darstellung eines zeitlich veränderlichen Musters mit vier
aufeinanderfolgenden Teilbildern für die Vermessung der
Verkippung eines Spiegels in x-Richtung; und in
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13 eine
Darstellung eines zeitlich veränderlichen Musters gemäß 12 für
die Messung der Verkippung in y-Richtung.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Anordnung zum Monitoring von kippbaren Spiegeln.
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Die
Anordnung umfasst eine Kamera 1, die einen Bildausschnitt 5 eines
Musters 3 erfasst, welcher über einen oder mehrere
Spiegel 4 eines sogenannten Spiegelarrays (Spiegelfeld)
abgebildet wird.
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Das
Muster 3 kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert
sein, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.
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Das
Muster 3 kann auf einer beliebigen Leinwand 2,
ausgedruckt auf Papier, auf einem Monitor oder in sonstiger Weise
dargestellt sein. Es kommt lediglich darauf an, dass die gemäß dem
Koordinatensystem xs und ys aufgespannte
Fläche des Musters 3 eine Vielzahl von Lichtquellen
darstellt, die dazu führt, dass über die Spiegel 4 zumindest
ein Bildausschnitt 5 in Richtung der Erfassungseinrichtung
(Kamera 1) reflektiert wird, so dass die Kamera 1 das
Licht der Vielzahl von Lichtquellen des Musters 3 erfassen
kann.
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Bei
der Kamera 1 kann es sich um eine digitale Kamera gemäß CCD-
oder CMOS-Technik handeln, die in der Lage ist, in einer bestimmten
Frequenz entsprechende Aufnahmen zu machen, wobei die Bildrate die
zeitliche Abtastrate der Messung mit bestimmt.
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Die
mit der Kamera 1 ermittelten Bild- bzw. Sensordaten werden über
eine entsprechende Datenleitung 8 an eine Auswerteeinheit 7 übergeben, die
durch einen Vergleich des mit der Kamera 1 ermittelten
Bildes und der Kenntnis des Musters 3 eine Bestimmung der
Ausrichtung der Spiegel 4 des Spiegelarrays 6 durchführen
kann.
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Hierzu
kann die Auswerteeinheit 7 eine Bilderkennung durch entsprechenden
Mustervergleich durchführen, so dass durch Auffinden des
in der Kamera 1 für den Spiegel 4 aufgenommenen
Bildausschnitts 5 des Musters 3 die Ausrichtung
und Orientierung eines entsprechenden Spiegels 4 ermittelt werden
kann.
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Bei
mehreren Spiegeln 4 eines Spiegelarrays muss neben der
Mustererkennung, also der Bestimmung des einem Spiegel zugeordneten
Bildausschnitts 5 des Musters 3, auch die entsprechende
Zuordnung des abgebildeten Musters zu dem einzelnen Spiegel erfolgen.
Dies könnte beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kamera 1 lediglich
immer nur einen einzigen Spiegel 4 erfasst und nacheinander
sämtliche Spiegel 4 des Spiegelarrays 6 erfasst.
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Dies
könnte jedoch bei einer großen Anzahl von Spiegeln 4 im
Spiegelarray 6 zu sehr hohen Messzeiten führen,
so dass eine gleichzeitige Erfassung mehrerer Spiegel oder aller
Spiegel 4 durch die Kamera 1 wünschenswert
ist. Für diesen Fall kann die Kameraoptik der Kamera 1 so
gewählt werden, dass eine entsprechende Schärfentiefe
erreicht werden kann, bei der sowohl das gespiegelte Muster 3 als
auch die Spiegel scharf erfasst werden. Damit ist in der Abbildung
der Kamera 1 jedem Spiegel ein definierter Bereich zugeordnet,
wobei allerdings je nach Kippausrichtung des entsprechenden Spiegels
in dem zugeordneten Bildbereich unterschiedliche Bildausschnitte
des gespiegelten Musters 3 vorhanden sind. Für
die sowohl scharfe Abbildung der Spiegel 4 als auch des
Musters 3 im Objektraum der Kamera 1 kann somit
eine entsprechende Optik der Kamera 1 mit hoher Schärfentiefe
vorgesehen sein. Entsprechend kann in diesem Fall die Optik der
Kamera 1 auch auf einen Bereich zwischen dem Muster 3 bzw. dem
Schirm 2 und den Spiegeln 4 fokussiert werden. Wird
jeder einzelne Spiegel 4 einzeln von der Kamera 1 erfasst,
so kann auf das Muster 3 bzw. den Schirm 2 fokussiert
werden, um somit eine gute Auflösung für die Mustererkennung,
also für den Vergleich zwischen dem von der Kamera 1 aufgenommenen
Muster und dem Schirm 2 original erzeugten Muster 3 zu
erhalten, welcher in der Auswerteeinheit 7 vorgenommen
wird.
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Wird
bei der gewählten Monitoring-Anordnung, wie sie in 1 dargestellt
ist, der Kippwinkel eines Spiegels 4, z. B. durch Drehung
um die x- und/oder y-Achse des xyz-Koordinatensystems des Spiegelarrays 6 gedreht,
so ändert sich die Koordinate xm,s;
ym,s des Mittelpunkts des betrachteten Bildausschnitts 5,
wobei durch eine entsprechende Zuordnung des gespiegelten Musters 3 zu
dem erfassten Bild der Kamera 1 eine Bestimmung der Verkippung des
Spiegels 4 ermöglicht wird.
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Eine
Fokussierung der Kamera 1 auf das Muster 3, d.
h. eine scharfe Abbildung des Spiegelbilds des Musters in der Bildregion
der Erfassungseinrichtung, kann auch dann vorgenommen werden, wenn
die Spiegel 4 einen ausreichenden Abstand aufweisen bzw.
es nicht zu einer Überlappung der entsprechenden Bildbereiche
für die einzelnen Spiegel im Kamerabild kommt.
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Eine
andere Ausführungsform einer Anordnung, bei der ebenfalls
ein Muster über Spiegel zur Aufnahme in eine Kamera gespiegelt
wird, ist in 2 dargestellt. Bei dieser Anordnung
wird das Muster 30 durch eine Vielzahl von Lichtquellen,
z. B. durch ein LED-Array (ein Feld Licht emittierender Dioden) 20 oder
eine entsprechende Darstellung auf einem Monitor oder dergleichen
erzeugt. Das Muster 30 wird über ein Spiegelarray 60 mit
Einzelspiegeln 40 in Richtung einer Kamera 10 reflektiert,
wobei die Kamera 10 im vorliegenden Fall auf die Spiegel 40 des Spiegelarrays 60 fokussiert
ist, so dass jedem Spiegel 40 des Spiegelarrays 60 ein
Bildbereich im von der Kamera 10 aufgenommenen Bild zugeordnet ist.
Bei einer Vielzahl von Mikrospiegeln kann im Extremfall jeweils
ein Pixel des entsprechenden Sensors der Kamera 10 einem
Spiegel 40 des Spiegelarrays zugeordnet sein.
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Durch
eine zeitliche Veränderung des Musters 30 kann
aus verschiedenen Messungen die Orientierung des jeweiligen Spiegels 40 aus
den durch die Kamera 10 gemessenen Lichtintensitäten
ermittelt werden. Werden beispielsweise die das Muster 30 bildenden
LED-Lichtquellen 31 einzeln oder in Gruppen nacheinander
aktiviert, also angeschaltet, so dass an verschiedenen Orten des
Musters 30 Lichtstrahlung erzeugt wird, die über
einen Spiegel in die Erfassungseinrichtung gespiegelt wird, so kann aus
mindestens drei Messungen pro Spiegel die Orientierung des Spiegels
absolut bestimmt werden. Durch die zeitlich und örtlich
variable Lichtintensität des Musters 30, d. h.
mit unterschiedlich angeschalteten LED-Lichtquellen zu unterschiedlichen
Messzeiten, kann die Orientierung des entsprechenden Spiegels 40 ermittelt
werden.
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Beispielsweise
kann das Leuchtdiodenfeld 20 so gestaltet sein, dass eine
Vielzahl von Gruppen von LEDs in Reihen und Spalten nebeneinander
angeordnet sind, während jede Gruppe von LEDs für die
Abbildung durch einen einzelnen Spiegel in einem Quadrat angeordnet
sind, die nacheinander geschaltet werden.
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Hierfür
können LEDs Verwendung finden, die Licht mit gleicher Wellenlänge
oder einem gleichen Wellenlängenbereich ausstrahlen, und
als Kamera 10 kann eine Schwarzweißkamera dienen.
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Eine
Beschleunigung der Messung kann durch Verwendung von Leuchtdioden
erzielt werden, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen
aussenden. Bei Verwendung verschiedenfarbiger LEDs in dem Leuchtdiodenarray 20 und
Verwendung einer Farbkamera kann bereits mit einer Messung pro Spiegel
das reflektierte Licht der unterschiedlich farbigen und örtlich
verteilten LEDs 31 aus dem Leuchtdiodenarray 20 von
der Kamera separiert werden und entsprechend den unterschiedlichen
Spiegelbedingungen des Lichts mit unterschiedlicher Wellenlänge die
Orientierung des entsprechenden Spiegels bestimmt werden.
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Je
nach Aufbau und Anordnung der Spiegel im Spiegelarray 60 sowie
der Leuchtdioden 31 im Leuchtdiodenfeld 20 kann
es zu einer Überlappung von mehreren Leuchtdioden für
einen bestimmten Spiegel kommen, d. h. es wird das Licht mehrerer
benachbarter Gruppen von Leucht dioden von einem Spiegel reflektiert.
Um die damit verbundenen Anforderungen bei der Auswertung zu vermeiden
bzw. zu verringern, können die Gruppen ebenfalls separat betrieben
werden, beispielsweise in Art eines Schachbrettmusters, so dass
keine benachbarten Gruppen gleichzeitig betrieben werden und sich
gegenseitig stören.
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Ein
derartiger Aufbau eines entsprechenden Monitoring-Systems, wie er
in 2 gezeigt ist kann insbesondere so gestaltet sein,
dass er einen invertierten Strahlengang eines Strahlengangs eines
Beleuchtungssystems in einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere
eines EUV-Beleuchtungssystems einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage
darstellt.
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In 3 ist
beispielsweise ein Teil eines EUV-Beleuchtungssystems gezeigt, bei
dem das Licht einer Lichtquelle 100 an einer Spiegelanordnung 110 in
einer Feldebene, d. h. an sogenannten Feldfacetten, auf eine Mehrfachspiegelanordnung 120 in
einer Pupillenebene, den sogenannten Pupillenfacetten, gelenkt wird.
Anstelle der diskreten Pupillenfacetten der Mehrfachspiegelanordnung 120, wie
sie bei einem EUV-Beleuchtungssystem zum Einsatz kommen können,
kann auch eine kontinuierliche Fläche eines sogenannten
Field Defining Elements FDE (Feldformungselement) vorgesehen sein. Die
Spiegelanordnung 110 wird nun gemäß der
Erfindung überwacht oder vermessen, so dass die Spiegelanordnung 110 der
Spiegelanordnung 60 aus 2 entspricht.
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Wie
sich aus der 2 ergibt, werden durch eine
inverse Nachbildung des Strahlengangs der 3 bei der
Anordnung der 2, also Vertauschung von Lichtquelle
und Kamera bzw. Detektor identische oder zumindest ähnliche
geometrische Verhältnisse realisiert, so dass bei einer
Messung der Intensitäten des an den Spiegeln 40 reflektierten Lichts
die relative Intensität wiedergegeben wird, mit der das
Arbeitslicht des EUV-Strahlengangs der 3 auf den
entsprechenden Teil der Pupillenfacette 120 gelenkt wird.
Damit können eventuelle Fehler durch translatorischen Versatz
der Spiegel 40 bzw. 140 eliminiert werden.
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Auf
diese Weise ist die erfindungsgemäße Anordnung
unempfindlich gegenüber translatorischen Verschiebungen
der Feldfacetten in der Mehrfachspiegelanordnung 110, insbesondere
einen entsprechenden z-Versatz, also einem Versatz im Wesentlichen
quer zur Spiegelfläche.
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Bei
einem EUV-Beleuchtungssystem können die Leuchtdioden 31 des
Leuchtdiodenfeldes 20 entsprechend der Anordnung der Pupillenfacetten 120 verteilt
bzw. gruppiert sein. Durch eine Erhöhung der Anzahl der
Leuchtdioden pro Gruppe kann die Messgenauigkeit erhöht
werden, wobei jedoch bei Verwendung von Leuchtdioden gleicher Wellenlänge durch
das Nacheinanderbetätigen der einzelnen Leuchtdioden die
Messzeit verlängert wird.
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Statt
einer Gruppierung der Leuchtdioden 31 des Leuchtdiodenfeldes 20 entsprechend
den Pupillenfacetten der Mehrfachspiegelanordnung 120 kann auch
eine periodische Anordnung, z. B. einem quadratischen oder hexagonalen
Gitter vorgesehen werden.
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4 zeigt,
wie entsprechende erfindungsgemäße Anordnungen
zum Monitoring von kippbaren Spiegeln, wie sie in den 1 und 2 dargestellt
sind, in einer Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden können.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 150 in der Ausgestaltung einer
EUV-Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Lichtformungseinheit 151,
ein Beleuchtungssystem 152 und ein Projektionsobjektiv 154.
Das Licht aus der Lichtformungseinheit 151, welches teilweise
schematisch in der 4 als Strahlengang dargestellt
ist, wird beispielsweise im Beleuchtungssystem 152 auf
Feldfacetten einer Mehrfachspiegelanordnung 110 gelenkt,
die das Licht auf Pupillenfacetten einer Mehrfachspiegelanordnung 120 reflektieren.
Am Ende des Beleuchtungssystems 152 wird ein Retikel 153 beleuchtet und
das reflektierte Licht wird im Projektionsobjektiv 154 auf
das Substrat 155 gelenkt, so dass die in dem Retikel 153 enthaltene
Struktur verkleinert auf dem Substrat 155 abgebildet wird.
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Mit 2 bzw. 20 ist
schematisch der Schirm bzw. das Leuchtdiodenfeld einer Musterquelle
benachbart zu der zu überwachenden Mehrfachspiegelanordnung 110 dargestellt,
wobei der Strahlengang des Monitoring-Systems senkrecht zur Bildebene
verläuft, während der Strahlengang des Arbeitslichts
des Beleuchtungssystems 152 im Wesentlichen in der Bildebene
verläuft, so dass die beiden Strahlengänge um
ca. 90° zueinander gekippt sind und somit keine gegenseitige
Beeinträchtigung erfolgt. Durch eine entsprechende Anordnung
des Monitoring-Systems außerhalb des Strahlengangs des Arbeitslichts
des Beleuchtungssystems 152 wird gewährleistet,
dass durch das Monitoring-System keine Störung der Projektionsbelichtungsanlage 150 erfolgt.
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Während
es für die zweite Ausführungsvariante der Anordnung
gemäß 2 ausreichend ist ein Muster
bereitzustellen, welches Lichtintensitäten ausgehend von örtlich
verschiedenen Lichtquellen bereitstellt, kommt es bei der Anordnung
der 1 und der entsprechend dort verwendeten zweiten Ausführungsvariante
darauf an, dass ein eindeutig identifizierbares Muster gegeben ist,
welches bei der Mustererkennung bzw. Bilderkennung dem durch die Erfassungseinrichtung
bzw. Kamera 1 erfassten Bild zugeordnet werden kann.
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Hierfür
können verschiedene Muster Verwendung finden, die zeitlich
und/oder örtlich und im Hinblick auf das abgestrahlte Licht
unterscheidbar sind. Insgesamt sind für die vorliegende
Erfindung viele Arten von Mustern einsetzbar, die in Abhängigkeit
des gewählten Auswerteverfahrens und sonstiger Randbedingungen
ausgewählt werden können.
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Die 5 zeigt
eine erste Ausführungsform eines Musters, bei welcher eine
quadratische Fläche so gestaltet ist, dass in einem kartesischen
Koordinatensystem in der x-Richtung die Intensität des
Lichts einer ersten Wellenlänge, beispielsweise Licht im
roten Wellenlängenbereich ansteigt, während entlang der
zweiten Koordinatenachse des kartesischen Koordinatensystems, also
der y-Richtung die Intensität des Lichts einer zweiten
Wellenlänge, also beispielsweise Licht im grünen
Wellenlängenbereich zunimmt. Entsprechend ergibt sich für
die x-y-Fläche des Musters für jeden Punkt eine
unterschiedliche Lichtquelle, die sich in ihrem Rot- bzw. -Grünanteil
unterscheidet. So liegt beispielsweise in einem Eck der Fläche sowohl
eine starke Rot-Intensität als auch eine starke Grün-Intensität
vor, während im diagonal gegenüberliegenden Eck
lediglich eine geringe Grün-Intensität und eine
geringe Rot-Intensität zu beobachten sind. In den anderen
Ecken der quadratischen Fläche des Musters sind dann entsprechend
hohe Grünanteile bei niedrigem Rotanteil oder hohe Rotanteile
bei niedrigem Grünanteil zu beobachten. Insgesamt ergibt
sich ein eindeutiges Flächenmuster, bei dem kein Punkt
des Muster, also keine Lichtquelle, zu einem anderen Punkt bzw.
Lichtquelle identisch ist.
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Wird
dieses Muster nunmehr mit dem Spiegelarray 6 der Anordnung
aus 1 in die Kamera 1 gespiegelt, so kann
das in der Auswerteeinheit 7 abgespeicherte Muster der 5 mit
dem von dem jeweiligen Spiegel 4 abgebildeten Bildausschnitt 5 verglichen
werden und eine eindeutige Zuordnung des Bildausschnitts 5,
das von einem entsprechenden Spiegel 4 in das Bild der
Kamera 1 gespiegelt ist, vorgenommen werden.
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Aus
dieser Information, welcher Bildausschnitt 5 des Rot-Grün-Musters
aus 5 mit welchen (x, y)-Koordinaten an einem bestimmten
Spiegel 4 abgebildet worden ist, kann die Orientierung und
Ausrichtung des entsprechenden Spiegels bezüglich der Verkippung
um eine x- und y-Achse ermittelt werden.
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Das
Rot-Grün-Muster kann zusätzlich als RGB-Muster
mit einem Blauanteil ausgestaltet sein, wobei der Blauanteil homogen
gleichmäßig über der Fläche
verteilt ist, um mit dieser Blau-Komponente als dritte Farbkomponente
durch eine entsprechende Normierung Beleuchtungsinhomogenitäten
feststellen und entsprechend berücksichtigen zu können.
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Bei
der gewählten Ausführungsform ist es beispielsweise
ausreichend, in der Kamera einen einzigen Pixel pro Spiegel vorzusehen,
wobei der Pixel in der Lage ist die Rot-Grün-Anteile des
am Spiegel reflektierten Lichts zu ermitteln. Entsprechend wird
hierzu eine Farbkamera eingesetzt. Statt einer Farbkamera kann jedoch
auch die Verwendung von zwei oder drei Schwarzweißkameras
mit entsprechenden Farbfiltern je nach Anzahl der verwendeten Farben
in Betracht gezogen werden.
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Sofern
für jeden Spiegel mehrere Pixel zur Erfassung des am Spiegel
reflektierten Lichts zur Verfügung stehen, kann für
die entsprechenden Pixel eine Mittelung vorgenommen werden. Außerdem kann
durch die Verwendung mehrerer Pixel für einen Spiegel die
Auflösung der Kipp-Messwerte erhöht und die Zuordnung
des in der Kamera abgebildeten Bildbereichs auf das vorgegebene
Muster somit verbessert werden. Entsprechend kann mit der dargestellten
Ausführungsform in einfacher Weise ein Monitoring einer
Vielzahl von kippbaren Spiegeln in einem Spiegelfeld, beispielsweise
in einem Mikrospiegelarray (Micro Mirror Array MMA) durchgeführt
werden, die beispielsweise für die Beleuchtungseinstellung
bei Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithografie
Verwendung finden können.
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Die 6 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Musters, welches mit
der Anordnung der 1 verwendet werden kann. Bei
diesem Muster handelt es sich um eine periodische Darstellung von Lichtquellen
mit unterschiedlichen Wellenlängen, beispielsweise einer
Wellenlänge im roten Wellenlängenbereich und einer
Wellenlänge im grünen Wellenlängenbereich,
wobei die Periodizität die Strahlungsleistung der Lichtquellen
bzw. die Intensität der Lichtstrahlung in der bestimmten
Wellenlänge betrifft. Beispielsweise kann, wie in 6 dargestellt,
die Intensität der Lichtstrahlung über den von
der x-y-Fläche des Musters vorgegebenen Bereich jeweils
in x- und y-Richtung einen sinusförmigen Verlauf aufweisen. Dabei
kann der Sinusverlauf für den roten Wellenlängenbereich
in Richtung der x-Achse angeordnet sein, während der sinusförmige
Verlauf der Intensität im grünen Wellenlängenbereich
sich entlang der y-Achse erstreckt. Dadurch ergibt sich ein schachbrettartiges
Muster mit Intensitätsmaxima mit hoher Lichtintensität
der grünen und roten Lichtstrahlung sowie Intensitätsminima
mit niedriger roter und grüner Lichtintensität.
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Auch
hier kann entsprechend die Erfassungseinrichtung durch eine Farbkamera
gebildet sein, so dass der entsprechende Sensor die Farbanteile
des reflektierten Musters ermitteln kann oder es können
zwei Schwarzweißkameras mit entsprechenden Farbfiltern,
also im gewählten Beispiel einem Rotfilter und einem Grünfilter
eingesetzt werden, um die entsprechenden Farbanteile zu messen.
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Wird
im Kamerabild ein Bidausschnitt betrachtet, der einem Spiegel zugeordnet
ist, lässt sich durch eine Phasenbestimmung jeweils im
ersten Farbkanal der Kippwinkel um die erste Kippachse bestimmen.
Durch eine Phasenbestimmung im zweiten Farbkanal lässt
sich der zweite Kippwinkel bestimmen. Hintergrund ist, dass sich
durch eine Verkippung um eine erste Kippachse das Streifen- bzw.
Sinusmuster im ersten Farbkanal des Kamerabildes verschiebt (Phasenänderung).
Durch eine Verkippung um die zweite Kippachse veschiebt sich das Streifen-
bzw. Sinusmuster im zweiten Farbkanal. Um durch eine Phasenmessung
eine Positionsbestimmung des Spiegels bezüglich einer Verkippung um
die x- und y-Achse vornehmen zu können, sind entsprechend
mindestens neun Pixel, also Erfassungspunkte pro Spiegel erforderlich.
Vorteilhaft sind mehr Pixel bzw. Erfassungspunkte pro Spiegel, beispielsweise
16 oder 25.
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Die
Phasenmessung kann mehrdeutig sein, d. h. es ist direkt keine absolute
Erfassung der Spiegelposition bzw. des Spiegelkipprs durchzuführen, sondern
lediglich eine relative Positions- bzw -Kipperfassung. Durch ein
Nachverfolgen der Spiegelbewegung (Tracking) lässt sich
dennoch ein Messsystem realisieren, was den Spiegelkipp bzw. die
Spiegelposition liefert. Voraussetzung für die Anwendbarkeit
eines Trackings ist oftmals, dass die Bildrate der Kamera (hier
gleich Abtastrate der Messung) hoch im Vergleich zu den Zeitkonstanten
der Spiegeldynamik ist. D. h. der Spiegel bewegt sich im Vergleich
zur zeitlichen Abtastrate langsam.
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Die 7 bis 9 zeigen
ein Beispiel für ein entsprechendes Bild, das durch einen
Spiegel von dem Muster der 6 in der
Kamera 1 erzeugt wird. In der 7 sind Teilbilder
für drei nebeneinander angeordnete Spiegel gezeigt, bei
denen gemäß den 8 und 9 in
dem zugeordneten Pixelbereich der Kamera die Bilder des roten Kanals
und des grünen Kanals vorgesehen sind. Das Rechteck, das in 7 dargestellt
ist, entspricht den linken Teilbildern der 8 und 9,
wobei in den 8 und 9 jeweils
das grüne und rote Teilbild bzw. die entsprechend abgebildeten
Sinus-Muster gezeigt sind.
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Für
den grünen Kanal, also das Sinusmuster mit Wellenlängen
im Bereich des grünen Lichts ist ein Ausschnitt von etwas
mehr als einer Periode gegeben, während für den
roten Kanal, also das Licht im Wellenlängenbereich des
roten Lichts etwas mehr als zwei Perioden des Sinusmusters erfasst
sind (siehe rechte Teilbilder der 8 und 9).
Kommt es zu einer Verkippung des entsprechenden Spiegels um die
x- bzw. y-Achse, so verändert sich die erfasste Sinuskurve
des grünen bzw. roten Lichts und die Veränderung
des Kippwinkels ist durch die Veränderung der Phase des
Sinusverlaufs feststellbar. Sobald der Kippwinkel jedoch zu einer
Verschiebung des Sinussignals um mehr als eine Periode führt
muss eine Nachverfolgung (Tracking) der Bewegung des Spiegels durchgeführt
werden, um eine absolute Lokalisierung im periodischen Muster weiterhin
aufrecht zu erhalten.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Musters ist in der 10 gegeben.
Bei diesem Muster handelt es sich um ein Zufallssignal bzw. um ein Rauschmuster,
bei dem davon ausgegangen wird, dass die Wahrscheinlichkeit, dass
sich wiederholende Musterbereiche in dem Flächenbereich
der x-y-Fläche des Musters finden, äußerst
gering ist.
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Ähnlich
wie bei den vorangegangenen Mustern der 5 und 6 kann
auch das Muster der 10 als Ausdruck oder als Darstellung
auf einem Bildschirm, beispielsweise einem TFT-Monitor vorliegen.
Bei der Darstellung in einem Monitor kann ein entsprechendes Rauschsignal
zur Darstellung verwendet werden. Alternativ kann ein entsprechendes Muster
durch eine lackierte oder durch sonstige Oberflächenbearbeitung
strukturierte Oberfläche innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage,
beispielsweise einer entsprechenden Gehäusewand gegeben sein.
Die Zuordnung des ermittelten Spiegelbilds, welches beispielsweise
wiederum für drei nebeneinander angeordnete Spiegel in 11 dargestellt
ist, erfolgt beispielsweise über korelative Verfahren,
die eine Zuordnung von Bild und Muster ermöglichen.
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Eine
weitere Möglichkeit besteht hierbei darin bei bereits grob
bekannter Orientierung des Spiegels gradientenbasierte Bewegungsschätzungen
zur Messung einzusetzen (siehe [Jähne: Digitale
Bildverarbeitung, 4. Auflage, Kapitel 13, Springer Verlag]).
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Eine
weitere Möglichkeit zur Verwendung von Mustern in dem erfindungsgemäßen
Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Anordnung
ist in den 12 und 13 dargestellt.
Die 12 und 13 zeigen
jeweils vier Teilbilder, die zeitlich nacheinander von dem Muster
aufgenommen worden sind. Hierbei ist zu erkennen, dass ein zeitlich
veränderliches Muster vorliegt, bei dem beispielsweise eine
Sinuswelle die Musterfläche durchlauft, und zwar in sowohl
in x-Richtung als auch in y-Richtung zur Messung des x-Verkippwinkels
und des y-Verkippwinkels. Entgegen dem Muster aus 6 handelt
es sich hierbei also nicht um eine stehende Sinuswelle, sondern um
eine durchlaufende Sinuswelle, so dass an allen Orten des Musters über
die Zeit eine periodische Veränderung der Abstrahlung der Lichtquellen
erfolgt.
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Durch
die Messung von mehreren Messwerten für eine Spiegelposition,
d. h. die Aufnahme von mindestens drei, vorzugsweise vier, acht
oder mehr Bildern pro Spiegelposition kann die Phase des Zeitsignals
ermittelt werden, welche ein Maß für die Verkippung
eines Spiegels in die x- bzw. y-Achse ist. Ein derartiges Phasenschiebverfahren,
wie es beispielsweise für die Defektdetektion von lackierten
Teilen in der Automobiltechnik eingesetzt wird, kann somit auch
für die Bestimmung der Orientierung eines Spiegels und
insbesondere mehrerer Spiegel in einem Spiegelarray Verwendung finden.
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Um
für sich bewegende Spiegel eine entsprechend hohe Messrate
zu erzielen, kann die Rate des Musterwechsels im MHz-Bereich gewählt
werden, wobei insbesondere Leuchtdiodenarrays eingesetzt werden
können, die sehr schnell geschaltet werden können.
Auch hier kann wiederum die Verwendung von Leuchtdioden mit zwei
unterschiedlichen Wellenlängenbereichen des Lichts realisiert werden,
wobei durch schnelles Schalten der entsprechenden Leuchtdioden eines
ersten Wellenlängenbereichs, beispielsweise in roter Farbe
die durchlaufende Sinuswelle in x-Richtung und durch Schalten der
Leuchtdioden mit dem zweiten Wellenlängenbereich die Erzeugung
der durchlaufenden Sinuswelle in y-Richtung erzeugt werden kann.
Zusätzlich kann ein Filter vorgesehen sein, um z. B. einen
optischen Tiefpassfilter beispielsweise in Form eines Milchglases
zu realisieren.
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Das
entsprechend gespiegelte Muster wird mit mindestens drei Bildern
pro Spiegelposition bzw. Spiegelkipp von einer Farbkamera oder zwei Schwarzweißkameras
mit Farbfilter mit ebenfalls hoher Bildrate aufgenommen, so dass
durch eine entsprechende Auswertung die Kippwinkel des Spiegels ermittelbar
sind. Statt einer Kamera ist auch die direkte Verwendung eines Fotodiodenarrays
zur Detektion denkbar. Bei einer derartigen Vorgehensweise ist es
prinzipiell auch möglich, dass nur ein Pixel bzw. ein Erfassungspunkt,
beispielweise eine Fotodiode pro Spiegel, vorgesehen wird.
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Mit
den dargestellten Anordnungen bzw. Verfahren ist es somit möglich
ohne aufwändige und unter Umständen voluminöse
Optik ein Monitoring von kippbaren Spiegeln, insbesondere für
eine große Anzahl von Spiegeln in einem Spiegelfeld, wie
einem MMA, zu realisieren. Zusätzlich sind die Messkanäle der
einzelnen Spiegel weitgehend entkoppelt, d. h. es liegt in den meisten
Varianten der dargestellten Messverfahren/Anordnungen kein Übersprechen zwischen
den Messkanälen für einzelne Spiegel vor. Der
Messwert eines Spiegels ist dann völlig unabhängig
von den Kippwinkeln bzw. Messwerten anderer Spiegel.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand der beschriebenen Ausführungsformen
detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann
selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese
Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass
vielmehr Abwandlungen in Form von unterschiedlichen Kombinationen
einzelner Erfindungsmerkmale als auch Weglassen einzelner Erfindungsmerkmale
möglich sind, ohne den Schutzbereich der beigefügten
Ansprüche zu verlassen. Insbesondere beansprucht die vorliegende
Erfindung die Kombination sämtlicher vorgestellter Einzelmerkmale.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007005875
A1 [0004]
- - WO 2008/09695 A2 [0004]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Jähre:
Digitale Bildverarbeitung, 4. Auflage, Kapitel 13, Springer Verlag [0029]
- - Jähne: Digitale Bildverarbeitung, 4. Auflage, Kapitel
13, Springer Verlag [0090]