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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Techniken zum Erhalten
verbesserter Bilder durch Kompensationsverfahren. Genauer bezieht
sie sich auf ein Verfahren zum Kompensieren defekter Pixel in einem
Raumlichtmodulator (SLM, Spatial Light Modulator), der in der optischen
Lithographie verwendet wird. Sie bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung
zum Mustern eines Werkstücks,
die ein solches Verfahren umfasst.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Ein
Verfahren gemäß dem Oberbergriff
des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 27 sind bekannt
aus WO 0042618 A, in der der Einfluss wenigstens eines defekten
Pixels mit einer bekannten Position in wenigstens einem Raumlichtmodulator
(SLM) während
der Erzeugung eines Musters des SLM auf einem Werkstück, das
mit einer für
elektromagnetische Strahlung empfindlichen Schicht bedeckt ist,
kompensiert wird. Der SLM weist mehrere Modulationselemente (Pixel)
auf, wobei ein Bild des SLM in einem Schreibdurchlauf auf das Werkstück projiziert
wird. Das Muster des SLM wird modifiziert, um das bekannte defekte Pixel
zu kompensieren.
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US 6.312.134 B offenbart
ein kontinuierlich bewegtes Werkstück, auf dem jeder Punkt von
unterschiedlichen Pixeln des SLM beleuchtet wird, so dass ein defektes
Pixel durch eine Reihe korrekter Bilder, die den gleichen Punkt
auf dem Werkstück
beleuchten, herausintegriert wird.
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EP 1069759 A2 offenbart
die Kompensation defekter Elemente eines SLM, wobei Extrazeilen
des SLM einen Weißabgleichsbereich
umfassen, in dem die Anpassung des SLM vor dem Schreibdurchgang
bewerkstelligt wird.
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Die
lithographische Fertigung ist nützlich
bei integrierten Schaltungen, Masken, Zielmarken, Flachtafelanzeigen,
mikromechanischen oder mikrooptischen Vorrichtungen und Gehäusevorrichtungen,
wie z. B. Leiterrahmen und MCMs. Die lithographische Fertigung kann
ein optisches System verwenden, um ein Vorlagenmuster von einer
computergesteuerten Zielmarke auf ein Werkstück abzubilden. Ein geeignetes
Werkstück kann
eine Schicht umfassen, die für
elektromagnetische Strahlung, wie z. B. sichtbares oder unsichtbares Licht,
empfindlich ist. Ein Beispiel eines solchen Systems ist beschrieben
in WO 9945435 vom gleichen Erfinder und Antragsteller wie die vorliegende
Erfindung.
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Die
computergesteuerte Zielmarke kann ein Raumlichtmodulator (SLM) sein,
der eine ein- oder zweidimensionale Anordnung oder Matrix von reflektierenden
beweglichen Mikrospiegeln, eine ein- oder zweidimensionale Anordnung
oder Matrix von durchlässigen
LCD-Kristallen, oder andere ähnliche
programmierbare ein- oder
zweidimensionale Anordnungen auf der Grundlage von Beugungseffekten,
Interferenzeffekten oder mechanischen Elementen (z. B. Verschlüssen) umfasst.
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Im
Allgemeinen können
diese computergesteuerten Zielmarken für die Ausbildung von Bildern
auf eine vielfältige
Weise verwendet werden. Diese Zielmarken, wie z. B. ein SLM, enthalten
viele Modulationselemente oder Pixel, in einigen Fällen Millionen
oder mehr Pixel. Ein Problem bei Raumlichtmodulatoren ist z. B.,
dass ein oder mehrere der Pixel in einem gegebenen SLM defekt sein
können,
d. h. sie können
nicht wie gewünscht
auf ein Steuersignal reagieren.
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Diese
defekten Pixel in einer computergesteuerten Zielmarke können die
Auflösung
und die Genauigkeit einschränken,
die für
deren Verwendung in der optischen Abbildung verfügbar ist; z. B. kann die Herstellung
von gedruckten Mustern auf einem Werkstück hinsichtlich ihrer Linienbreiten
und der Genauigkeit eingeschränkt
sein.
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Es
besteht daher Bedarf in der Technik an einem Verfahren, das defekte
Pixel im SLM effektiv und präzise
findet und kompensiert.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf den vorangehenden Hintergrund ist die Kompensation
defekter Pixel im SLM, wie z. B. eines in einer bestimmten Position
klemmenden Spiegelelements, nützlich,
um Bilder mit Linienbreiten kleiner als ein Mikrometer mit Toleranzen,
die 5 nm erreichen, zu bilden.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die unter Verwendung
von Raumlichtmodulatoren ausgebildeten Bilder zu verbessern, indem
ein verbessertes Verfahren für
die Kompensation defekter Pixel bereitgestellt wird.
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In
einer ersten Ausführungsform
schafft die Erfindung ein Verfahren zum Kompensieren der Auswirkung
wenigstens eines defekten Pixels mit einer bekannten Position in
einem Raumlichtmodulator (SLM), wenn ein Muster des wenigstens einen
SLM auf einem Werkstück
erzeugt wird, das mit einer für
elektromagnetische Strahlung empfindlichen Schicht bedeckt ist.
Das Verfahren umfasst die Maßnahmen
des Bereitstellens einer Quelle zum Emittieren elektromagnetischer
Strahlung, des Beleuchtens des SLM, der mehrere Modulationselemente
(Pixel) aufweist, mit der Strahlung, des Projizierens eines Bildes
des Modulators auf das Werkstück
in einem Schreibdurchlauf, und des Ausführens einer Kompensation für defekte
Pixel in wenigstens einem weiteren Schreibdurchlauf.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Kompensieren
der Auswirkung wenigstens eines defekten Pixels mit einer bekannten
Position in einem Raumlichtmodulator (SLM), wenn ein Muster des SLM
auf einem Werkstück
erzeugt wird, das mit einer für
elektromagnetische Strahlung empfindlichen Schicht bedeckt ist,
umfassend: eine Quelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung,
ein Projektionssystem zum Projizieren eines Bildes des Modulators
auf das Werkstück
in einem ersten Schreibdurchlauf unter Verwendung eines ersten Satzes
von Pixeln im SLM, Mittel zum Durchführen einer Vorkompensation
defekter Pixel wenigstens eines nachfolgenden Schreibdurchlaufs
in wenigstens einem vorangehenden Schreibdurchlauf, ein Projektionssystem
zum Projizieren des Bildes des Modulators auf das Werkstück in wenigstens
einem zweiten Schreibdurchlauf unter Verwendung wenigstens eines
zweiten Satzes von Pixeln im SLM, und Mittel zum Durchführen einer
Nachkompensation defekter Pixel wenigstens eines vorangehenden Schreibdurchlaufs in
wenigstens einem späteren
Schreibdurchlauf.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung sind durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgende
Beschreibung Bezug genommen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen,
in welchen:
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1 einen
Abschnitt der Draufsicht einer Anordnung von Pixeln in einem Raumlichtmodulator
(SLM) zeigt, der ein defektes Pixel umfasst;
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2 ein
defektes Pixel in zwei überlagerten
Schreibdurchläufen
mit verschobenen Halbbildern zeigt;
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3 eine
Ansicht der Hauptkomponenten in einem optischen Lithographiesystem,
das einen SLM verwendet, zeigt, welche das neuartige Verfahren verwenden
können;
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4 einen
Abschnitt der Draufsicht einer Anordnung von Pixeln in einem Raumlichtmodulator
(SLM) zeigt, der ein defektes Pixel und Kompensationspixel umfasst;
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5 eine
Beziehung zwischen den Pixeln in der Detektoranordnung und der Dosisverteilung
des von vier Pixeln eines SLM erzeugten Bildes zeigt;
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6 die
Beziehung zwischen dem an ein Pixel des SLM angelegten Steuersignal
und der resultierenden Energie und der Elektromagnetamplitude zeigt;
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7 ein
Flussdiagramm eines Kalibrierungsverfahrens zeigt;
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8 eine
Schnittansicht von SLM-Pixeln ohne Steuersignale zeigt;
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9 die
gleichen Pixel mit Steuersignalen zeigt, jedoch ohne Pixelkalibrierung;
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10.
die gleichen Pixel und Steuersignale wie in 2b zeigt,
jedoch mit Pixelkalibrierung;
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11 die
Reaktion eines Abschnitts der CCD auf das von einem unkalibrierten
SLM erzeugte unkompensierte Bild zeigt;
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12 mehrere
Dosisantworten als Funktion der an die jeweiligen Pixel angelegten
Steuersignale zeigt;
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13 eine
mögliche
Beziehung zwischen dem an ein Pixel angelegten Steuersignal und
der erfassten Dosis zeigt;
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14 einen Überblick über den
Datenpfad zeigt;
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15 in
einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Erfassen defekter Pixel zeigt;
dieses Verfahren ist nicht durch die in den beigefügten Ansprüchen definierte
Erfindung abgedeckt; und
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16 eine
alternative Einstellung des Mustergenerators zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Werkstück bezeichnet
in der folgenden Beschreibung einen Gegenstand aus der Gruppe: Substrat zum
Herstellen von Halbleitern (direktes Schreiben), Maskensubstrat,
Zielmarkensubstrat.
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3 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer Vorrichtung 1 zum Mustern eines Werkstücks 60. Die
Vorrichtung 1 umfasst eine Quelle 10 zum Emittieren
elektromagnetischer Strahlung, eine erste Linsenanordnung 50,
eine computergesteuerte Zielmarke 30, eine Strahlverbessereranordnung 20,
ein Raumfilter 70 in einer Fourier-Ebene, eine dritte Linsenanordnung 40,
eine zweite Linsenanordnung 45, einen Strahlteiler 90 und
eine Detektoranordnung 65, sowie einen Computer 66.
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Die
Quelle 10 kann Strahlung im Wellenlängenbereich von Infrarot(IR),
das von 780 nm bis etwa 20 nm definiert ist, bis extremem Ultraviolett
(EUV), das in dieser Anwendung als der Bereich von 100 nm und weniger
definiert ist, soweit die Strahlung als elektromagnetische Strahlung
bezeichnet werden kann, d. h. durch optische Komponenten reflektiert
und fokussiert werden kann. Die Quelle 10 emittiert Strahlung
entweder gepulst oder kontinuierlich. Die emittierte Strahlung von
der kontinuierlichen Strahlungsquelle 10 kann mittels eines
Verschlusses, der im Strahlenweg zwischen der Strahlungsquelle 10 und
der computergesteuerten Zielmarke 30 angeordnet ist, in
eine gepulste Strahlung gewandelt werden. Beispielsweise kann die
Strahlungsquelle 10 die Quelle eines Belichtungsstrahls
sein, kann ein KrF-Excimer-Laser mit einem gepulsten Ausgang bei
248 nm, einer Impulslänge
von etwa 10 ns und einer Wiederholungsrate von 1.000 Hz sein. Die
Wiederholungsrate kann unterhalb oder oberhalb von 1.000 Hz liegen.
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In 3 nicht
gezeigt ist eine Blende, die zwischen der Strahlungsquelle und dem
SLM angeordnet ist. Die Größe der Blende
in Kombination mit der Fourier-Apertur
kann verändert
werden, um die Auflösung
auf dem Werkstück
mit konstantem zu erhöhen/senken.
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Die
Strahlverbessereranordnung kann eine einfache Linse, eine Anordnung
von Linsen und/oder anderer optischer Komponenten sein. Die Strahlverbessereranordnung 20 verteilt
die von der Strahlungsquelle 10 emittierte Strahlung gleichmäßig über wenigstens
einen Teil der Oberfläche
der computergesteuerten Zielmarke 30. In einem Fall einer
kontinuierlichen Strahlungsquelle kann ein Strahl einer solchen
Quelle über
die Oberfläche
der computergesteuerten Zielmarke abgetastet werden.
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Zwischen
der Strahlungsquelle 10 und der computergesteuerten Zielmarke 30,
die z. B. ein Raumlichtmodulator (SLM) sein kann, ist die Strahlverbessereranordnung
angeordnet, wobei die Einheit 20 den Strahl expandiert
und formt, um die Oberfläche
des SLM in gleichmäßiger Weise
zu beleuchten. In einer bevor zugten Ausführungsform mit einem Excimer-Laser
als Quelle ist die Strahlform rechteckig, wobei die Strahldivergenz in
X-Richtung und Y-Richtung verschieden ist und die Strahlungsdosis
häufig über den
Strahlquerschnitt ungleichmäßig ist.
Der Strahl kann die Form und Größe des SLM 30 aufweisen
und homogenisiert sein, so dass das recht unvorhersagbare Strahlprofil
in eine flache Beleuchtung mit einer Gleichmäßigkeit von z. B. 1–2 % umgewandelt
wird. Dies kann in Schritten bewerkstelligt werden: einem ersten
Strahlformungsschritt, einem Homogenisierungsschritt und einem zweiten
Strahlformungsschritt. Der Strahl wird ferner winkelmäßig gefiltert und
so geformt, dass die auf jeden Punkt auf dem SLM auftreffende Strahlung
einen kontrollierten Winkelnebenwert aufweist.
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Die
Optik der Erfindung ist ähnlich
derjenigen einer Wafer-Schrittvorrichtung. In Schrittvorrichtungen wird
der Strahl in einer Lichtröhre
homogenisiert. Das Lichtrohr kann ein rechteckiger oder prismenförmiger Stab
mit reflektierenden Innenwänden
sein, wo viele Spiegelbilder der Lichtquelle gebildet werden, so
dass die Beleuchtung eine Überlagerung
vieler unabhängiger
Quellen ist. Teilen und Rekombinieren des Strahls durch brechende,
reflektierende oder beugende optische Komponenten kann ebenfalls
eine Homogenisierung bewirken.
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Die
elektromagnetische Strahlung wird in Richtung zur Detektoranordnung
geleitet, die die Dosis der elektromagnetischen Strahlung misst,
und die eine CCD-Kamera
(CCD, Charged Coupled Device = ladungsgekoppelte Vorrichtung) eine
MOS-Kamera oder eine Ladungsinjektionsvorrichtung (CID, Charged
Injection Device) umfassen kann. Die erste Linsenanordnung 50 spielt
hauptsächlich
die gleiche Rolle wie die zweite Linsenanordnung 45, nämlich die
Erzeugung eines identischen Abbildes der SLM-Oberfläche auf
dem Werkstück 60.
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Der
SLM 30 und die Detektoranordnung zum Messen der Dosis der
elektromagnetischen Strahlung 65 sind mit einer Steuervorrichtung 66 verbunden,
die z. B. ein Personalcomputer sein kann. Der Computer verfolgt
defekte Pixel und kompensiert defekte Pixel entsprechend den neuartigen
Verfahren, die hier im Folgenden beschrieben werden.
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8 zeigt
eine Dimension von der Anordnung der Pixel 200 im Raumlichtmodulator
(SLM), wie in 1 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform
umfassen die Pixel 200 bewegliche Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
wobei die Pixel beweglich an ein Substrat 300 gekoppelt
angeordnet sind, das die Unterstützungselemente 310, 311, 312, 313, 314, 315, 316 für die beweglichen
Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 und Adresselektroden 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416 umfasst.
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Durch
Anlegen eines ersten Steuersignals, z. B. einer ersten Spannung,
an die Adresselektroden 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416 und
eines zweiten Steuersignals, z. B. einer zweiten Spannung, an die
beweglichen Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 können die
Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 um
eine Ablenkungsachse abgelenkt werden, die durch ein Gelenkteil
definiert ist, das auf den Unterstützungselementen 310–316 angeordnet
(gekoppelt) ist. Der Auslenkungsgrad jedes der Mikrospiegel steht
in Bezug zu einer Signaldifferenz, z. B. einer Spannungsdifferenz,
zwischen den Adresselektroden 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416 und
dem beweglichen Mikrospiegeln 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16.
Die in 2a gezeigte Ansicht kann (der Klarheit
halber leicht übertrieben)
einen elektrostatisch nicht angezogenen Zustand repräsentieren,
in dem keine Spannung an die Adresselektroden 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416 oder
die beweglichen Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 angelegt
ist.
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8 zeigt
eine willkürliche
Auslenkungsanordnung der beweglichen Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 auf
Grund verschiedener Faktoren. Die Auslenkungswillkürlichkeit
der beweglichen Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 kann
kompensiert werden. Außerdem
können
die Dicke der beweglichen Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 und/oder
die Dicke einer optionalen reflektierenden Beschichtung der Mikrospiegel
von einem Pixel zu einem weiteren variieren, was wiederum die Reflektivität der beweglichen
Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 beeinflussen
kann. Ein weiterer Unterschied zwischen den individuellen Mikrospiegeln 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 kann
darin bestehen, dass sie auf eine äquivalente Potenzialdifferenz
zwischen dem beweglichen Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 und
der Adresselektrode 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416 unterschiedlich
reagieren. Wenn die gleiche Potenzialdifferenz zwischen dem beweglichen
Mikrospiegel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 und
der Adresselektrode 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416 gegeben
ist, führen
Gelenkteile mit einer kleineren Querschnittsfläche zu einer größeren Auslenkung
im Vergleich zu Gelenk teilen mit einer größeren Querschnittsfläche. Unterschiedliche
Oberflächenglattheit
des Mikrospiegels kann ebenfalls die Reflektivität beeinträchtigen, wie der Abstand zwischen
dem Substrat und dem Mikrospiegel. Größenunterschiede der Pixel können ebenfalls
die Reflektivität
beeinflussen.
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9 zeigt
eine Seitenansicht des Abschnitts der Anordnung der Pixel im Raumlichtmodulator
(SLM) wie in 1 gezeigt ist, wobei einige
Pixel adressiert sind, einige nicht adressiert sind, und alle Pixel
unkalibriert sind. Adressierte Pixel sind die Pixel 11, 12 und 13,
während
unadressierte Pixel die Pixel 10, 14, 15 und 16 sind.
Wie aus 9 deutlich wird, werden die
adressierten Pixel 11, 12, 13 nicht gleichermaßen ausgelenkt, obwohl
sie mit dem gleichen Steuersignal adressiert worden sind. Dies ist
ein Beispiel für
die unterschiedliche Antwortcharakteristik, die jeder Spiegel aufweisen
kann.
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10 zeigt
die gleiche Seitenansicht des Abschnitts der Anordnung der Pixel
im Raumlichtmodulator (SLM), wie in 9 gezeigt
ist, jedoch hier mit kalibrierten Pixeln. Wie deutlich wird, sind
die adressierten Pixel 11, 12 und 13 gleichmäßig ausgelenkt,
und die nicht adressierten Pixel 10, 14, 15 und 16 sind
parallel zum Substrat 300. Im alternativen Fall, wo die
Differenzen der Reflektivität
des einen Pixels im Vergleich zu einem weiteren Pixel existieren
können,
wäre die
Auslenkung der Pixel nicht gleich, um äquivalente reflektierte elektromagnetische
Strahlungssignale zu erzeugen.
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1 zeigt
einen Raumlichtmodulator (SLM) 100, der eine zweidimensionale
Anordnung von Pixeln umfasst, in dieser Ausführungsform sechs Zeilen mit
jeweils sechs Pixeln, d. h. insgesamt 36 Pixel. In Wirklichkeit
kann der SLM mehrere Millionen Pixel umfassen, jedoch ist der Klarheit
halber in 1 ein SLM mit wenigen Pixeln
gezeigt. Das Pixel 110 ist in 1 schwarz
gedruckt, um somit ein defektes Pixel darzustellen, d. h. das Pixel
klemmt in einer spezifischen Position und reagiert nicht auf eine
Kalibrierung. Ein defektes Pixel bedeutet ein Pixel, das in einem
Ein-Zustand, einem Aus-Zustand oder in irgendeinem Zustand zwischen
dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand klemmt.
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In
einem allgemeineren Sinn ist ein defektes Pixel irgendein Pixel,
dessen Reaktion außerhalb
akzeptabler Spezifikationen oder Betriebsgrenzen liegt. Wenn eine
Empfindlichkeitsschwankung bezüglich
des Adresssignals mit ± 5
% bestimmt wird, ist jedes Pixel mit einer Empfindlichkeit, die
mehr als 5 % abweicht, ein defektes Pixel.
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Defekte
Pixel werden sehr wahrscheinlich nicht in einer gewünschten
Weise gesteuert. Im Fall eines Spiegelpixels kann das Pixel zu wenig
oder zu viel der einfallenden Strahlung reflektieren, oder im Fall
eines LCD-Pixels kann das Pixel zu wenig durchlässig oder zu stark durchlässig sein.
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Die
Pixel in SLM können
in analoger Weise betrieben werden. Mikrospiegelpixel werden typischerweise
elektrostatisch betätigt.
Die piezoelektrischen Kristalle können ebenfalls Mikrospiegel
betätigen.
Durch Setzen der Spiegel auf ein erstes Potential und durch Setzen
individueller Adresselektroden unterhalb der Spiegel auf ein zweites
Potential lenkt eine Differenz zwischen den ersten und zweiten Potentialen
den Spiegel um ein gewisses Maß aus.
Je größer die
Potentialdifferenz zwischen der Adresselektrode und dem Spiegelelement ist,
desto stärker
kann der Spiegel ausgelenkt werden. Eine gegebene Potentialdifferenz
entspricht einer gegebenen Auslenkung für einen gegebenen Spiegel,
weshalb die Auslenkung auf eine Vielzahl von Zuständen zwischen
einem nicht ausgelenkten Zustand, d. h. der Spiegel ist elektrostatisch
nicht angezogen, und einem vollständig ausgelenkten Zustand festgelegt
wird.
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2 zeigt
zwei unterschiedliche Schreibdurchläufe, wobei ein Schreibstempel 100a zu
einem ersten Schreibdurchlass gehört, der vor den Stempeln 200a, 200b, 200c und 200d geschrieben
wird, die zu einem zweiten Schreibdurchlauf gehören, d. h. die Schreibstempel 200a, 200b, 200c und 200d überlagern
teilweise den Schreibstempel 100a. Die Grenzen zwischen
den Schreibstempeln 200a, 200b, 200c und 200d sind
der Klarheit halber mit strichpunktierten Linien A-A und B-B hervorgehoben.
Der verwendete SLM kann ein oder mehrere defekte Pixel aufweisen,
jedoch ist der Klarheit halber in 2 nur ein
defektes Pixel 110, 210a, 210b, 210c, 210d gezeigt.
Ein Bild vom SLM auf einem Werkstück deckt typischerweise nur
einen kleinen Abschnitt des kompletten Musters ab, weshalb dann,
wenn ein komplettes Muster auf einem Werkstück erzeugt wird, mehrere unterschiedliche
SLM-Muster (SLM-Stempel) zusammengefügt werden.
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Ein
spezifischer Bereich im Muster auf dem Werkstück kann mit einem oder mehreren
Schreibdurchläufen
geschrieben werden. Die Schreibdurchläufe können separate physikalische
Durchläufe
sein, oder können
Belichtungen unterschiedlicher Bereiche des gleichen SLM in einem
einzelnen physikalischen Durchlauf sein. Es ist ferner möglich, mehrere
SLMs gleichzeitig zu verwenden, wobei ein zweiter Durchlauf ein
Bild von einem zweiten SLM sein kann. In 2 werden
zwei Schreibdurchläufe
verwendet, um das Muster zu erzeugen. Wenn ein Schreibdurchlauf
verwendet wird, um das Muster zu erzeugen, muss eine Dosis der elektromagnetischen
Strahlung höher
als die Belichtungsschwelle verwendet werden, um eine lichtempfindliche
Schicht (Resistschicht) zu belichten, die auf dem Werkstück angeordnet
ist. Wenn N Schreibdurchläufe
verwendet werden, kann die Belichtungsschwelle durch N geteilt werden,
d. h. ein Schreibdurchlauf verwendet nur einen Teil der Dosis, der
zum Belichten der lichtempfindlichen Schicht erforderlich ist. Jeder
einzelne Schreibdurchlauf kann die gleiche Dosis elektromagnetischer
Strahlung verwenden, jedoch kann die Dosis auch ungleichmäßig zwischen
den verschiedenen Schreibdurchläufen
aufgeteilt werden.
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Dementsprechend
können
die ersten und zweiten Schreibdurchläufe 75 % der Schwellendosis
oder irgendeine andere ungleichmäßige oder
gleichmäßige Aufteilung
der Schwellendosis verwenden. Das defekte Pixel 110 im
ersten Schreibdurchlauf kann mittels eines Nachkompensationspixels 220 kompensiert
werden, das zum Schreibstempel 200a im zweiten Schreibdurchlauf
gehört.
Der Klarheit halber ist das Nachkompensationspixel 220 nur
im Stempel 200b gezeigt, d. h. das Pixel 220 weist
die gleiche Position im Stempel 200a auf. Wenn das defekte
Pixel zu hell ist, wird das Nachkompensationspixel auf einen niedrigeren
Wert gesetzt, um den Überschuss
an Beleuchtung im ersten Schreibdurchlauf durch das defekte Pixel 110 zu
kompensieren. Um die Auswirkung eines zu hellen Pixels im ersten
Schreibdurchlauf weiter zu senken, kann eine Anzahl von umgebenden
Pixeln 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 (siehe 4)
des defekten Pixels 110 auf einem niedrigeren Wert gesetzt
werden, d. h. so eingestellt werden, dass sie weniger elektromagnetische
Strahlung reflektieren. Die umgebenden Pixel können unmittelbar im ersten
Schreibdurchlauf und/oder in späteren Schreibdurchläufen verwendet
werden.
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In
einem Schema mit mehreren Schreibdurchläufen, wie in 2 gezeigt
ist, be einflusst das defekte Pixel nicht nur den ersten Schreibdurchlauf,
sondern auch den zweiten Schreibdurchlauf. In den vier Schreibstempeln 200a, 200b, 200c und 200d im
zweiten Schreibdurchlauf, wie in 2 gezeigt
ist, erscheint das defekte Pixel an vier Orten 210a, 210b, 210c, 210d.
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Da
bekannt ist, welche Pixel defekt sind, und da bekannt ist, wie viele
Pixel im Bild des SLM in jeder Richtung zu bewegen sind, kann eine
Vorkompensation für
eine Auswirkung des defekten Pixels im zweiten Schreibdurchlauf
bereits im ersten Schreibdurchlauf durchgeführt werden. Das Bild des SLM
kann z. B., wie in 2 gezeigt ist, in einer Richtung
parallel sowohl zu einer Zeile als auch einer Spalte des Pixels
bewegt werden, d. h. in einer im Wesentlichen diagonalen Richtung.
Das Bild des SLM kann jedoch nur längs einer Richtung parallel
zu einer Spalte von Pixeln oder längs einer Richtung parallel
zu einer Reihe von Pixeln bewegt werden. Die Bewegung des Bildes
des SLM kann in Schritten ganzer SLM-Pixel und/oder Teilen hiervon
durchgeführt
werden.
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Defekte
Pixel 210d in 2 gehören zum Schreibstempel 200d im
zweiten Schreibdurchlauf und können
ein gewisses Problem an einer Stelle verursachen, wo das voll funktionsfähige Pixel 120,
das zum Schreibstempel 100a im ersten Schreibdurchlauf
gehört,
angeordnet ist. Daher kann eine Vorkompensation im ersten Schreibdurchlauf
im Pixel 120 für
das defekte Pixel 210d, das zu einem Schreibstempel 200d im
zweiten Schreibdurchlauf gehört,
in der gleichen Weise wie oben beschrieben durchgeführt werden,
d. h. mit nur dem Pixel 120 und/oder mit benachbarten Pixeln
des Pixels 120.
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Mit
zwei oder mehr Schreibdurchläufen
kann die Vorkompensation defekter Pixel wenigstens eines nachfolgenden
Schreibdurchlaufs in wenigstens einem vorangehenden Schreibdurchlauf
durchgeführt
werden. Eine Nachkompensation schlechter Pixel wenigstens eines
vorangehenden Schreibdurchlaufs kann in wenigstens einem nachfolgenden
Schreibdurchlauf durchgeführt
werden. Mit anderen Worten, ein bekanntes schlechtes Pixel bewirkt
einen defekten lokalen Ausdruck in wenigstens einem nachfolgenden
Schreibdurchlauf, was in wenigstens einem vorangehenden Durchlauf
kompensiert wird, wobei diejenigen defekten lokalen Ausdrucke, die
in wenigstens einem vorangehenden Schreibdurchlauf gemacht wurden,
in wenigstens einem nachfolgenden Schreibdurchlauf kompensiert werden
können.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird das abgebildete Muster auf dem Werkstück in einem
einzigen Schreibdurchlauf geschrieben und defekte Pixel werden durch
wenigstens eines der benachbarten Pixel der defekten Pixel kompensiert.
Wie z. B. in 4 gezeigt ist, wird das defekte
Pixel 110 nur durch eines oder mehrere der Pixel 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 kompensiert.
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Bei
einer Strategie mit mehrfachen Schreibdurchläufen kann das Bild vom SLM
N Pixellängen
längs einer
Reihe von Pixeln, längs
einer Spalte von Pixeln oder sowohl längs einer Spalte als auch einer
Reihe von Pixeln zwischen wenigstens zwei Schreibdurchläufen verschoben
werden. Das Bild vom SLM kann verschoben werden durch Bewegen einer
Bühne,
auf der ein zu beschreibendes Substrat angeordnet ist. Zwischen einem
oder mehreren Schreibdurchläufen
kann der SLM nur einen Bruchteil einer Pixellänge in einer Richtung parallel
zu einer Reihe von Pixeln, in einer Richtung parallel zu einer Spalte
von Pixeln oder längs
sowohl einer Reihe als auch einer Spalte von Pixeln verschoben werden.
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In
einer Ausführungsform
umfasst der Kalibrierungsprozess zum Lokalisieren und Bestimmen,
welche Pixel im SLM defekt sind, die folgenden Maßnahmen.
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Optional
beginnt das Verfahren mit einer Kalibrierung der Dosis der elektromagnetischen
Strahlung. Eine CCD-Kamera besitzt einen spezifischen Arbeitsbereich
an elektromagnetischen Strahlendosen. Die Dosis der elektromagnetischen
Strahlung liegt vorzugsweise bei etwa 0,8 × Maximalbereich der CCD-Kamera. Mit
einer zu niedrigen Dosis, die auf die CCD projiziert wird, wird
in einigen Fällen
der Signalstörabstand
unakzeptabel niedrig. Mit einer zu hohen Dosis, die auf die CCD-Kamera
projiziert wird, wird die CCD-Kamera übersättigt, mit dem Ergebnis einer
ungenauen Messung.
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Die
Kalibrierung der Dosis der elektromagnetischen Strahlung kann durchgeführt werden,
indem mit einem SLM mit allen unadressierten Pixeln begonnen wird,
d. h. ohne Anlegen von Steuersignalen an die Pixel. Die elektromagnetische
Strahlung wird über
den SLM auf die CCD projiziert. Die Dosis der elektromagnetischen
Strahlung wird auf der CCD gemessen. Nach der Messung kann die Do sis
durch Anpassen der elektromagnetischen Strahlungsquelle korrigiert
werden. Ein Erhöhen
oder ein Senken der Leistung der gepulsten elektromagnetischen Strahlungsquelle
kann die Dosisanpassung bewerkstelligen. Eine höhere Leistung führt zu ein
höheren
Dosis auf der CCD, während
eine geringere Leistung zu einer geringeren Dosis auf der CCD führt.
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Optional
wird der abbildende Detektor, z. B. die CCD-Kamera, vorkalibriert.
Die Vorkalibrierung der CCD-Kamera kann durchgeführt werden, indem ein bekannter
elektromagnetischer Strahl mit einer ungefähr gleichen Wellenlänge, z.
B. von einer Entladungslampe, projiziert wird, wobei ein Interferenzfilter
verwendet wird, um einen schmalen Wellenlängenbereich nahe der Wellenlänge des
Belichtungsstrahl auszuwählen,
und wobei die Dosis in jedem Pixel der CCD-Kamera gemessen wird.
Die Aufgabe dieser Vorkalibrierung besteht darin, sicherzustellen,
dass die gleiche Dosis, die bei jedem Pixel in der CCD-Kamera aufgebracht
wird, als gleiche Dosis gemessen wird, d. h. jedes Pixel soll nach
der Vorkalibrierung gleichermaßen
empfindlich für elektromagnetische
Strahlung sein, wobei hierdurch die Genauigkeit der Messung verbessert
wird.
-
Die
Kalibrierung des SLM wird fortgesetzt mit dem Finden der SLM-Mittelwertsintensitäten als
Funktion des Steuersignals. Die Aufgabe des Findens der SLM-Mittelwertsintensitäten als
Funktion des angelegten Steuersignals besteht darin, ein Steuersignal
für eine
vorgegebene Dosis zu finden, z. B. 0-Dosen. Dies wird durchgeführt, indem
die Steuersignale z. B. von 0–255
für jedes
Pixel durchlaufen werden. Für
ein gegebenes Steuersignal werden alle Pixel gemessen und der Mittelwert
für die
gemessenen Pixel wird berechnet. Ein Beispiel einer Anzahl von Pixelintensitäten als
Funktion des angelegten Steuersignals ist in 12 gezeigt.
In der Figur repräsentieren
die horizontalen Linien A und B den Dynamikbereich, der die von
allen Spiegeln erzielbaren Pegel repräsentiert.
-
Wenn
nach den Steuersignalen für
das nächste
Dosissignal gesucht wird, kann man die Ableitung der Kalibrierungskurve
schätzen,
um die Anzahl der Schritte zum Auffinden des richtigen Steuersignals
für jedes Pixel
zu reduzieren. Wenn die Anzahl der bekannten Punkte auf der Kalibrierungskurve
zunimmt, nehmen die Schritte zum Auffinden des richtigen Steuersignals
für einen
spezifischen Dosiswert ab, da die Informationen über die Kalibrierungskurven
durch die be kannten Punkte verbessert werden.
-
Als
Nächstes
werden die Pixel im SLM auf die Pixel in der CCD abgebildet. Die
Aufgabe hiervon ist, eine bekannte Beziehung zwischen den Pixeln
im SLM und den Pixeln in der CCD-Kamera zu erstellen. Zuerst wird
ein grobes Gitter von Gruppen von Pixeln im SLM in der CCD-Kamera
gemessen. Zum Beispiel eine 5×5-Matrixgruppe
mit 30 Pixeln zwischen jeder Gruppe. Dies erzeugt ein unverwechselbares
Signal auf der CCD. Der SLM wird mit einem speziellen Muster versehen,
so dass er fähig
ist, zu erkennen, welcher Teil des SLM untersucht wird. Wenn nur
ein Teil der SLM-Fläche
zu einem Zeitpunkt untersucht wird, ist es wichtig, zu wissen, welcher
Teil untersucht wird. Die Gruppe von Pixeln kann von einem Teil
zu einem weiteren in der SLM-Fläche
bewegt werden. Die Pixel in der Gruppe werden auf einem Wert gesetzt,
der sich von den in der Nähe
unadressierten Pixeln unterscheidet.
-
Das
Bild auf der CCD in dieser Phase kann Verschiebungsabweichungen,
Skalenfehler, Spiegeleffekte und Rotationsfehler zwischen dem SLM
und der CCD korrigieren, entsprechend der Formel A ^ = M·S·R·(Ç – 1), wobei A ^ die
CCD-Koordinate ist,
M die Spiegelung ist, S der Skalenfaktor ist, R die Rotation ist, Ç eine SLM-Koordinate
ist und t = eine Verschiebung ist. Ç und A ^ sind Vektoren, die
Koordinaten für
das SLM-Pixel bzw. das CCD-Pixel enthalten. M kann z. B. die 2×2-Einheitsmatrix
oder Spiegelungsmatrix sein. S kann irgendeine Figur zwischen 0
bis unendlich sein, jedoch vorzugsweise zwischen 0 bis 3. R kann
eine 2×2-Matrix mit
cos(☐) in der oberen linken Position, -sin(☐)
in der oberen rechten Position, sin(☐) in der unteren linken Position
und cos(☐) in der unteren rechten Position sein, wobei ☐ typischerweise
einige Tausendstel im Bogenmaß ist.
In einem allgemeinen Fall ist die Abbildung eine nichtlineare Abbildung
mit z. B. einem Faktor t, der eine Funktion der Koordinaten ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung werden die einzelnen Pixel im SLM auf der CCD-Kamera
nicht aufgelöst.
-
Zweitens
wird ein feineres Gitter der Gruppe von Pixeln im SLM auf der CCD
gemessen. In dieser Phase mit einem feineren Gitter kann die Anzahl
der Pixel bei jeder Pixelgruppe im SLM eine 3×3-Matrix mit z. B. 20 Pixeln
zwischen jeder Gruppe sein.
-
Anschließend wird
eine weitere Verfeinerung der Gruppe von Pixeln im SLM auf der CCD
gemessen, z. B. mit einem einzelnen Pixel in der Gruppe mit zehn
Pixeln dazwischen.
-
Als
eine weitere Verfeinerung der Abbildung des SLM auf der CCD kann
eine nichtlineare Korrektur hinzugefügt werden. Dies bedeutet, das
y = MSR(x – t)
+ nichtlineare Korrektur gilt. Diese nichtlineare Korrektur wird
z. B. berechnet, indem Polynomausdrücke zweiter Ordnung mit ungekannten
Koeffizienten a–j
zugewiesen werden. Ein solcher Polynomausdruck kann sein: nc_1 = ax + by + cx2 +
dy2 + exy,
nc_2 = fx + gy + hx2 + iy2 + ixy,wobei
nc_1 die nichtlineare Korrektur für die Koordinate x ist und
nc_2 die nichtlineare Korrektur für die Koordinate y ist. Wenn
die Korrektur mit (x, y) variiert, wie in diesem Fall, kann eine
positionsabhängige
nichtlineare Korrektur U an die Funktion (nc_1, nc_2) (x, y) unter
Verwendung eines kleinste Quadrate-Anpassungsverfahrens angepasst werden.
-
In
einer weiteren Verbesserung kann eine Korrektur für die Punktpositon
relativ zu einem CCD-Pixelgitter angewendet werden, um Moiré-Effekte
zu beseitigen oder zu reduzieren, auf Grund einer unempfindlichen
Fläche
zwischen den CCD-Pixels
oder ähnlichen
Effekten. Die Vergrößerung im
Projektionssystem kann angepasst werden, oder auch nicht, so dass
das Bild der Untermatrix an das Pixelmuster auf der CCD angepasst
wird, z. B. kann die CCD ein Pixel pro zwei Pixel im SLM aufweisen,
oder eine andere rationale Beziehung. Die CCD-Pixel weisen typischerweise
eine Kapazität
von 100.000 Elektronen auf. Im Messbereich, der von mehreren Pixeln
gebildet wird, kann die Kapazität
um einen numerischen Faktor größer sein,
der die Anzahl der Pixel repräsentiert,
wie z. B. 4 oder 16, wie in 5 gezeigt
ist. Die typische Anzahl von Elektronen in einem Bereich beträgt 200.000,
wobei die Anzahl eine statistische Verteilung (Poisson-Verteilung) aufweist. Um
diesen Zufallseffekt sowie andere Zufälligkeiten zu mitteln, wird
jede Messung N mal wiederholt. Gleichzeitig können Moiré-Effekte gemittelt werden,
wenn das Bild während
der N Messungen über
die CCD-Kamera bewegt wird.
-
Die
CCD-Kamera ist z. B. eine Kamera von Kodak (R) KAF 1600 mit
etwa 1.000 × 1.600
Pixeln und einer Empfindlichkeit für die verwendete Wellenlänge, wie
z. B. 248 nm oder 197 nm. Typischerweise verwendet diese die Konvertierung
der Strahlung in sichtbares Licht mittels eines fluoreszierenden
Farbstoffs, jedoch sind auch Kamerachips verfügbar, die für eine kurze Wellenlänge von
z. B. 248 nm direkt empfindlich sind.
-
Im
nächsten
Schritt wird das Steuersignal gesucht, das für einen bestimmten Dosiswert
auf der CCD sorgt. Durch die gute Kenntnis davon, wo ein spezifisches
SLM-Pixel auf der CCD erfasst wird, kann das Bild der CCD-Kamera
korrigiert werden, um bei dem vorgegebenen Wert für alle Pixel
anzukommen. 11 zeigt eine typische Antwort
auf der CCD-Kamera für
eine projizierte elektromagnetische Strahlung auf einem unkalibierten
SLM. Vertikale Linien 25 repräsentieren eine Grenze zwischen
zwei Pixeln. Wie deutlich wird, bewirken einige Spiegel eine zu
starke Reflektivität,
während
einige Spiegel eine zu geringe Reflektivität im Vergleich zum Soll bewirken.
Da die Beziehung zwischen dem SLM- und den CCD-Pixeln bekannt ist,
kann der Zustand der SLM-Spiegel/Pixel verändert werden, die eine zu starke
oder zu geringe Reflektivität
aufweisen. Durch Ändern
des Zustands dieser Spiegel/Pixel und Projizieren eines neues Bildes
auf die CCD erscheint eine neue Antwort. Die Änderung des Zustands der Spiegel
erfolgt in feineren Schritten als die Differenz zwischen dem vorgegebenen
Wert und dem tatsächlichen
Wert. Dies wird so gemacht, um sicher zu sein, ein konvergentes
Verfahren zu erhalten. Nachdem die Pixel geändert worden sind und das Bild
des SLM auf die CCD projiziert worden ist, werden die Pixel mehrmals
kalibriert. Eine Bedingung für
das Beenden der Kalibrierung für
diesen bestimmten vorgegebenen Dosiswert kann sein, dass die Standardabweichung
der erfassten Spiegel auf der CCD kleiner als 0,5 % ist.
-
Als
Nächstes
werden die verschiedenen vorgegebenen Dosiswerte in der gleichen
Weise wie oben beschrieben durchlaufen. Anschließend existiert eine gute Kenntnis über die
Reflektivität
als Funktion der Spannung für
jeden Spiegel.
-
Optional
sind die gemeinsame maximale und minimale Reflektivität, die von
allen Spiegeln erzielbar sind, zu finden. Zwischen diesen Werten
ist die Umkehrung, d. h. die Spannung als Funktion der Reflektivität, für alle Spiegel
wohldefiniert, wobei dies die Funktionen sind, für die Näherungsausdrücke unter
Verwendung eines begrenzten Speicherraums für jeden Spiegel zu finden sind.
In 12 ist eine Reflexion als Funktion der Spannung
für eine
Anzahl unterschiedlicher Spiegel gezeigt. Da die gesamte Anordnung
gemeinsame "weiße" und "schwarze" Pegel (von der CCD
gesehen) aufweisen muss, wird der dynamische Reflektivitätsbereich
für die
gesamte Anordnung durch Pegel begrenzt, die für alle Spiegel erzielbar sind
(wie durch die Linien A und B in 12 gezeigt
ist). In Abhängigkeit
von der Anforderung an den Dynamikbereich muss vielleicht die Verwendung
bestimmter Spiegel jenseits derjenigen, die defekt sind, ausgeschlossen
werden. Solche Spiegel können
weiterhin verwendet werden, wenn auch mit einem größeren Kompensationsfehler
in den "schwarzen" oder "weißen" Pegeln. Wenn die "weißen" und "schwarzen" Pegel ausgewählt werden,
kann damit begonnen werden, jeden individuellen Spiegel innerhalb
dieses Reflektivitätsbereiches
zu kalibrieren.
-
Eine
Möglichkeit
zum Auffinden des gemeinsamen Ausdrucks für die Spannung als Funktion
der Reflektivitätsdosis
ist eine Interpolation unter Verwendung von Fourier-Verfahren. Zum
Beispiel wird jeder Spiegel unter Verwendung von vier Parametern
kalibriert. 13 zeigt die Spannung als eine
Funktion der Reflektivitätsdosis.
In dieser Figur sind der gemeinsame "schwarze" Pegel 305 und der gemeinsame "weiße" Pegel 310 mit
vertikalen Linien gezeigt. Die ersten zwei Kalibrierungsparameter
können
als Antriebsspannung an den Schnittpunkten 315, 320 der
Spiegelantwort und der "schwarzen" und "weißen" Pegel 305, 310 identifiziert werden.
Die übrigen
Kalibrierungsparameter werden erhalten durch Berechnen der Fourier-Koeffizienten
der Differenz zwischen der Spiegelspannung und der Geraden 325,
die die Reflektivität
zwischen den "schwarzen" und "weißen" Pegeln interpoliert.
Da durch Konstruktion an den Endpunkten ein Nullfehler vorliegt,
ist es ausreichend, sin(☐x) und sin(2☐x) als Oberwellenfunktionen
in einer Fourier-Expansion zu verwenden. Die Variablen x gleichen
(z – z_"schwarz"/(z_"weiß" – z_"schwarz"), die den geschlossenen Bereich x =
(0,1) aufweist.
-
Wenn
zwei Kalibrierungsparameter zugewiesen werden, um die Gerade 325 zu
beschreiben, können weitere
zwei als Koeffizienten für
die Basisfunktionen sin(☐x) und sin(2☐x) verwendet
werden. Ein Kalibrierungsausdruck würde dann z = a + px + c(sin(☐x))
+ d(sin(2☐x)) sein, wobei a, b, c und d für jedes
Pixel eindeutig sind und sin ☐x und sin 2☐x für alle Pixel
gleich sind.
-
Alternativ
kann anstelle des Expandierens der Differenz der Geraden, die die
Reflektivitätsfunktion (siehe 8)
interpoliert, in lediglich sin(☐x) und sin(2☐x)
die Differenz bei einer größeren Anzahl
von Fourier-Komponenten expandiert werden. Mit M Spiegeln (und folglich
M Funktionen) und durch Expandieren in N Komponenten wird eine Matrix
A mit der Dimension N×M
erhalten. Die Basisfunktionen können
nun gewählt werden
durch Auswählen
der zwei Eigenvektoren von (der quadratischen Matrix) AA', wobei t für die Transponierte
mit den größten Eigenvektoren
steht. Die Basisfunktionen, die auf diese Weise erhalten werden,
sind immer noch sinusähnlich
(obwohl die Wahl der Fourier-Basis insignifikant ist), gleichen
jedoch die Daten ohne Mittelungsfehler (oder systematische Fehler)
an.
-
Die
Kalibrierungskoeffizienten a, b, c und d werden gefunden durch Lösen von
A, c = y, wobei A eine 4×4-Matrix
ist und Y ein 4×1-Vektor
ist. Die Elemente der Matrix sind
wobei Y die Spannung bei
einem bestimmten (normalisierten) Reflektivitätswert x
m ist
und w(x) die Gewichtungsfunktion ist, die zum Einheitswert gewählt werden
kann. Die zwei Funktionen f1 und f2 sind die konstante Funktion
und die lineare Funktion f(x) = x. Die restlichen zwei, die verwendet
wurden, sind diejenigen, die aus einer sinc(x)-Funktion hergeleitet
worden sind. Wenn die Gewichtungsfunktion w(x) mit Einheitswert
gewählt wird,
werden Kalibrierungskoeffizienten (c) erhalten, die die Varianz
minimieren. Wenn man ferner zwei der Basisfunktionen mit sin(☐x)
und sin(2☐x) wählt,
erhält
man Lösungen
sehr ähnlich
der Fourier-Expansion. Die Differenz zwischen diesen beiden entspringt
nur aus der Forderung, dass die konstante und die lineare Funktion
verwendet werden, um Kalibrierungsdaten (an den Endpunkten) im Fourier-Fall
exakt zu interpolieren, während
sie im Kleinste-Quadrate-Algorithmus frei gewählt werden. Folglich erzeugt
die Kleinste-Quadrate-Anpassung den kleinsten Mittelwertfehler,
jedoch ist nicht garantiert, dass sie an den Endpunkten exakt ist.
-
Der
Algorithmus für
die Kompensation ist: U(x) = c1 +
c2x + c3f3(x) + c4f4(x)
-
In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
der Erfindung wird ein Strahl elektromagnetischer Strahlung auf
wenigstens einen Teil des SLM projiziert. Die Strahlungsquelle kann
z. B. ein Laser sein, der kontinuierlich oder gepulst sein kann.
Der Teil des SLM, auf den die elektromagnetische Strahlung projiziert
wird, wird für
die Kalibrierung verwendet. Der Teil kann z. B. ein zehntel der
SLM-Fläche sein,
die halbe Fläche
des SLM sein, oder die vollständige
Fläche
des SLM.
-
Als
nächstes
wird ein Abbild auf einem abbildenden Detektor von dem Teil des
SLM gebildet. Der abbildende Detektor kann z. B. eine CCD-Kamera,
eine MOS-Kamera
oder eine Ladungsinjektionsvorrichtung sein. In diesem Bild können dunklere
und hellere Regionen erscheinen, aufgrund unterschiedlicher Auslenkungszustände und
Reflektivität
von Pixeln im SLM. Das Bild entspricht dem Bild auf dem Werkstück 60.
-
Anschließend werden
wenigstens zwei Pixel aus dem Teil des SLM mit einer Folge von angelegten Pixelsteuersignalen
angesteuert, während
die Dosis von den individuellen Pixeln auf dem abbildenden Detektor
gemessen wird. Diese wenigstens zwei Pixel können z. B. eine Untermatrix
sein, wo Pixel in der Untermatrix durch Pixel in einem nicht adressierten
Zustand getrennt sind, d. h. durch Pixel ohne ein an den Pixeln
anliegendes Pixelsteuersignal.
-
Schließlich werden
Pixelkalibrierungsdaten aus den gemessenen Dosisdaten als Funktion
des angelegten Pixelsteuersignals berechnet.
-
Optional
wird der abbildende Detektor, z. B. die CCD-Kamera, vorkalibriert.
Die CCD-Kamera kann vorkalibriert werden durch Projizieren eines
bekannten elektromagnetischen Strahls mit etwa derselben Wellenlänge, wie
z. B. von einer Entladungslampe und einem Indifferenzfilter, um
einen schmalen Wellenlängenbereich
nahe der Wellenlänge
des Belichtungsstrahls auszuwählen,
und Messen der Dosis jedes Pixels der CCD-Kamera. Die Aufgabe dieser
Vorkalibrierung ist, sicherzustellen, dass die gleiche Dosis, mit
der jedes Pixel in der CCD-Kamera belichtet wird, als gleiche Dosis
gemessen wird, d. h. jedes Pixel soll nach der Vorkalibrierung gleichermaßen empfindlich
für elektromagnetische
Strahlung sein, wobei hierdurch die Genauigkeit der Messung verbessert
wird.
-
Die
Untermatrix, die wenigstens zwei Pixel umfasst, wird gewählt, um
im SLM nicht Pixel für
Pixel messen zu müssen.
Die ausgewählten
Pixel im SLM sind nicht nebeneinander angeordnet, sondern weisen
eine dazwischenliegende Anzahl von Pixeln auf, um die Wahrscheinlichkeit
zu reduzieren, das ein Punkt auf der CCD-Kamera von zwei oder mehr
Pixeln im SLM stammt, d. h. unterscheidbare Punkte von individuellen SLM-Pixeln
auf der CCD-Kamera. Der Abstand zwischen zwei Pixeln in der Untermatrix
beträgt
in jeder Richtung fünf
Pixel, jedoch können
auch andere Trennungsabstände
verwendet werden. Als allgemeine Regel gilt, dass ein Wert 6☐ der
Dosis der Strahlung von den Pixeln in der Untermatrix ein Maß für den Abstand
zwischen den Pixeln in der Untermatrix sein kann.
-
5 zeigt
schematisch eine Draufsicht der Beziehung zwischen den Pixeln in
einem abbildenden Detektor 250 und einer Energieverteilung 275 von
individuellen Pixeln in einem SLM. Die Energie von den SLM-Pixeln
kann die Form einer Gaußschen
Verteilung annehmen. In 5 ist die Gaußsche Verteilung
schematisch durch Kreise dargestellt, wobei sehr enge Kreise, wie
in der Mitte der Gaußschen
Verteilung, eine hohe Energie repräsentieren, und weit getrennte
Kreise eine geringere Energie repräsentieren. Wie aus der gleichen 5 deutlich
wird, ist die Trennung der Gaußschen
Verteilungen auf dem abbildenden Detektor 250 in X-Richtung
weiter als die Trennung der gleichen Verteilung in Y-Richtung. In 5 ist
der Abstand zwischen der Mitte der Gaußschen Verteilungen in X-Richtung
gleich fünf
Pixel des abbildenden Detektors, während in Y-Richtung der Abstand zwischen den gleichen
Gaußschen
Verteilungen gleich vier Pixel des abbildenden Detektors ist.
-
Optional
werden die Pixel im SLM mit den Pixeln in der CCD-Kamera abgebildet,
um eine bekannte Beziehung zwischen den Pixeln im SLM und den Pixeln
in der CCD-Kamera zu erstellen. In diesem abbildenden Schritt kann
die Mitte der Dosis der Strahlung von den Pixeln im SLM im Wesentlichen
in der Mitte der Pixel in der CCD-Kamera ausgerichtet werden. Ausrichtungsfehler
in der Größenordnung
von 0,5 Pixeln veranlassen den Kalibrierungsalgorithmus, störende Muster
im Bild zu erzeugen. Dies kann bewerkstelligt werden durch Messen
einer Mitte des Punktes auf der CCD, wobei die Position des SLM-Bildes
auf der CCD durch Verschiebung, Vergrößerung und/oder Rotation angepasst
wird, so dass es zu den Pixeln auf der CCD passt, wie oben in Verbindung
mit der vorangehenden Ausführungsform
beschrieben worden ist.
-
Alternativ
wird die Position der Punkte auf der CCD gemessen und es wird ein
Bereich für
jedes Pixel berechnet, so dass ein Computer das Bild an einem bestimmten
Ort auf der CCD zu einem entsprechenden SLM-Pixel zuordnen kann.
-
Alternativ
wird zuerst ein grobes Gitter von sehr wenigen Pixeln im SLM auf
der CCD-Kamera gemessen, z. B. wird eine Anzahl von Pixeln, z. B.
eine Gruppe von 5×5
Pixeln zu Beginn ausgewählt,
so dass sich ein unterscheidbares Signal auf der CCD ergibt. Die
Gruppe von 5×5
Pixeln kann von einer Ecke zu einer weiteren in der rechteckigen
SLM-Fläche
bewegt werden. Die Pixel in der Gruppe werden auf einen Wert gesetzt, der
sie von den benachbarten unadressierten Pixeln unterscheidet.
-
Das
Abbild auf der CCD in dieser Phase kann die Verschiebungsabweichungen
zwischen den SLM und der CCD korrigieren, wie z. B. Skalenfehler,
Rotationsfehler und dergleichen. In der bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung werden die einzelnen Pixel im SLM in der CCD-Kamera
nicht aufgelöst.
-
Zweitens
wird ein feineres Gitter der Gruppe von Pixeln im SLM auf der CCD
gemessen, um zu lokalisieren, welche Pixel im SLM Dosenwerte auf
der CCD erzeugen, und wo sie diese erzeugen. In dieser Phase mit
einem feineren Gitter wird die Anzahl der Pixel bei jeder Pixelgruppe
im SLM auf 3×3
Pixel reduziert, wobei z. B. 10 Pixel zwischen den jeweiligen Gruppen
liegen.
-
Anschließend wird
eine weitere Verfeinerung des Gitters der Gruppe von Pixeln im SLM
auf der CCD gemessen, dieses Mal z. B. mit einzelnen Pixeln im SLM
und mit 5 Pixeln zwischen diesen.
-
Als
weitere Verbesserung kann eine Korrektur für die Punktposition relativ
zu einem CCD-Pixelgitter angewendet werden, um Moiré-Effekte
aufgrund unempfindlicher Bereiche zwischen den CCD-Pixeln oder ähnliche
Effekte zu beseitigen oder zu reduzieren. Die Vergrößerung im
Projektionssystem kann angepasst werden, oder auch nicht, so dass
das Bild der Untermatrix an das Pixelmuster auf der CCD angepasst
ist, z. B. kann die CCD ein Pixel pro zwei Pixel im SLM oder eine
andere rationale Beziehung aufweisen. Die CCD-Pixel weisen typischerweise
eine Kapazität
von 100.000 Elektronen auf. In dem Messbereich, der von mehreren Pixeln
gebildet wird, kann die Kapazität
um einen numerischen Faktor größer sein,
der die Anzahl der Pixel repräsentiert,
z. B. 4 oder 16 in 5 gezeigt ist. Die typische
Anzahl von Elektronen in einer Region beträgt 200.000, wobei die Anzahl
eine statistische Verteilung aufweist (Poisson-Verteilung). Um diesem Zufallseffekt sowie
andere Zufallserscheinungen zu mitteln, wird jede Messung N mal
wiederholt. Gleichzeitig können
Moiré-Effekte
gemittelt werden, wenn das Bild während der N-Messungen über die
CCD-Kamera bewegt wird.
-
Die
CCD-Kamera ist z. B. eine Kamera von Kodak(R) KAF 1600 mit
etwa 1.000 × 1.600
Pixeln und einer Empfindlichkeit für verwendete Wellenlängen von
z. B. 248 nm oder 197 nm. Typischerweise umfasst dies die Konvertierung
der Strahlung in sichtbares Licht mittels eines fluoreszierenden
Farbstoffes, jedoch sind auch Kamerachips verfügbar, die direkt für kurze
Wellenlängen
von z. B. 248 nm empfindlich sind.
-
Um
alle Pixel im beleuchteten Teil des SLM zu kalibrieren, werden wenigstens
die zwei Pixel gleichzeitig geändert
und mit einer Folge von angelegten Steuersignalen angesteuert. Dies
liefert Kenntnis über
die Dosis auf der CCD als Funktion des Steuersignals für jedes
Pixel. Mit der Kenntnis der Dosis der Funktion der angelegten Spannung
für jedes
Pixel wird aus den gemessenen Dosisdaten ein Zustand berechnet,
der eine mittlere Nulldosis an elektromagnetischer Strahlung auf
der Detektoranordnung repräsentiert.
-
Anschließend werden
wenigstens die am nächsten
benachbarten Pixel zu den Pixeln in der Untermatrix im berechneten
Zustand angeordnet.
-
Wie
aus 8 deutlich wird, sind die Pixel 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 in
einem elektrostatisch nicht angezogenen Zustand und können sich
in einem beliebigen Zustand der Auslenkung befinden und können daher zu
der Strahlendosis bei einem spezifischen CCD-Kamerapixel beitragen,
und verringern somit die Genauigkeit der gemessenen Dosis. Um die
Ungenauigkeit in der Messung der Dosis, die von einem spezifische SLM-Pixel
kommt, zu eliminieren oder wenigstens zu reduzieren, werden wenigstens
die nächstliegenden SLM-Pixel
neben den wenigstens zwei Pixeln in dem Teil des SLM in einem berechneten
Zustand angeordnet.
-
Nicht
nur die nächstliegenden
Pixel neben den wenigstens zwei Pixeln im SLM können auf den berechneten Zustand
gesetzt werden, sondern es werden vorzugsweise alle anderen Pixel
außer
den wenigstens zwei Pixeln im SLM auf den berechneten Zustand gesetzt.
-
Anschließend werden
wenigstens zwei Pixel gleichzeitig im SLM wieder mit einer Folge
angelegter Pixelsteuersignale angesteuert, während die Dosis der elektromagnetischen
Strahlung gemessen wird, wobei wenigstens die nächstliegenden Pixel neben den
wenigstens zwei Pixeln im SLM auf den berechneten Zustand gesetzt
werden. Nachdem die Kalibrierung aller Pixel in dem Teil des SLM
ein zweites Mal abgeschlossen ist, wird aus den zweiten gemessenen
Daten ein neuer Zustand für
jedes Pixel berechnet, der der mittleren Nulldosis der elektromagnetischen
Strahlung auf dem abbildenden Detektor entspricht. Diese Prozedur
wird wiederholt, bis z. B. die Standartabweichung der gemessenen
Intensitäten
unter 0,5 % liegt.
-
Die
Dosis der Pixel in der Untermatrix wird in der CCD-Kamera gemessen.
Die CCD-Kamera muss nicht einzelne Pixel auflösen, da nur eine Untermatrix
zu einem Zeitpunkt verändert
wird. Die Änderung
eines einzelnen Pixels kann aus der Messung abgeleitet werden. Die
Dichte der Untermatrix kann so gewählt werden, dass die Punkte
auf der CCD im Wesentlichen nicht überlappen. Die CCD kann die
gleiche Anzahl von Pixeln wie der SLM aufweisen, oder auch nicht.
Das Licht in dem CCD-Kameraabbild innerhalb eines gewissen Bereiches
wird als von einem Pixel im SLM kommend angenommen, vorausgesetzt,
dass die umgebenden SLM-Pixel sich nicht ändern.
-
Optional
wird eine Kompensation von Energieschwankungen in unterschiedlichen
elektromagnetischen Strahlungsimpulsen durchgeführt. Die Kalibrierung der Pixel
kann durchgeführt
werden durch Beleuchten der Untermatrix von Pixeln im SLM mittels
eines gepulsten Lasers und Messen und Berechnen der Dosis von einem
oder mehreren Laserimpulsen und Korrigieren der gemessenen CCD-Daten in Bezug auf
die gemessene Impulsenergie.
-
Das
Projizieren der elektromagnetischen Strahlung von der Untermatrix
der Pixel auf die Detektoranordnung zum Messen der Dosis der elektromagnetischen
Strahlung kann nach einer Fourier-Filterung der elektromagnetischen
Strahlung durchgeführt
werden. In 3 ist ein Strahlteiler 90 zwischen
dem Raumfilter 70 und der ersten Linsenanordnung 50 angeordnet.
-
Nachdem
die Dosis für
die Pixel in der Untermatrix für
eine gegebene an die Pixel angelegte Spannung gemessen worden ist,
wird die an die Pixel in der Untermatrix angelegte Spannung geändert und
die Prozedur wird für
eine Anzahl unterschiedlicher Spannungen wiederholt. Zum Beispiel
kann die Dosis von einem maximalen Wert zu einem minimalen Wert
in 65 Werte unterteilt werden. Nachdem alle unterschiedlichen
Spannungen an die Untermatrix der Pixel angelegt worden ist, kann
die Prozedur für
alle Untermatrizen 200 wiederholt werden, um den Teil des
SLM abzudecken, auf den der Strahl der elektromagnetischen Strahlung
projiziert wird. Die Untermatrix kann das Muster von einer Position
zu einer weiteren in der zweidimensionalen Anordnung der Pixel ändern, oder
auch nicht.
-
Der
Strahl der Strahlung wird auf die anderen Teile des SLM projiziert,
um alle Pixel im SLM zu kalibrieren. Vorzugsweise wird die gleiche
Größe des Strahls
verwendet, jedoch kann sich der Strahl mit dem Ergebnis der Abdeckung
unterschiedlicher Größen der
Teile des SLM ändern.
-
Die
Pixelkorrekturdaten werden entweder durch Speichern jedes Dosenwertes
für ein
gegebenes Steuersignal erzeugt, was in diesem Fall eine Potentialdifferenz
zwischen dem Spiegel und der Adress/Steuerelektrode ist, für jedes
Pixel in einer Datenbasis, oder vorzugsweise durch Transformieren
der gemessenen Dosis als Funktion der angelegten Spannung auf das
Pixel als Übertragungsfunktion.
Die Übertragungsfunktion
ist vorzugsweise eine gegebene Formel, wie z. B. C1 + XC2 + C3T3(X)
+ C4T4(X) gleichermaßen
für jedes Pixel.
Die Prozedur zum Berechnen der konstanten C1, C2, C3 und C4 kann ähnlich derjenigen
sein, die in Verbindung mit der vorangehenden Ausführungsform
beschrieben worden ist. Die Prozedur zum Finden der Basisfunktionen
kann ebenfalls derjenigen ähnlich
sein, die in Verbindung mit der vorangehenden Ausführungsform
beschrieben worden ist. Zum Beispiel ist C1 + xC2 die Formel für die Gerade,
wobei T3(x) und T(x) in diesem Fall zwei tabellierte Funktionen
sein können.
T3 und T4 können
so gewählt
werden, dass die Formel eine angemessene Beschreibung aller Pixel
liefert.
-
7 zeigt
schematisch ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
zum Kalibrieren von Pixeln in einem Raumlichtmodulator (SLM).
-
In 6 ist
ein typisches Beispiel einer Beziehung zwischen gemessenen Dosis
auf dem abbildenden Detektor und einem angelegten Pixelsteuersignal
für ein
Pixel in einem SLM gezeigt, wobei diese durch die Kurve 281 gezeigt
ist. In derselben 6 repräsentiert eine Kurve 250 eine
Amplitude des elektromagnetischen Feldes als Funktion des angelegten
Pixelsteuersignals. Die Beziehung zwischen der Dosiskurve 281 und
der Amplitudenkurve 250 ist, dass die Dosiskurve 281 das
Quadrat der Amplitudenkurve 250 ist.
-
Die
Dosiskurve kann z. B. mit einer (sinx/x)2-Funktion
genähert
werden, wobei die Amplitudenkurve dann eine sinx/x-Funktion wäre.
-
Eine
weitere Möglichkeit
zum Finden einer richtigen Nulldosis von möglichst einem einzelnen Pixel
besteht darin, die obenerwähnte
Tatsache zu nutzen, dass die Dosiskurve mit einer Funktion (sinx/x)2 genähert werden
kann. Wenn das lokale Maximum bei 295 gemessen wird, können die
lokalen Minimumpunkte leicht aus der Funktion berechnet werden.
Der Grund dafür,
dass das lokale Maximum leichter zu messen ist als der tatsächliche
Minimumpunkt, besteht darin, dass das Signal in der CCD-Kamera am
Minimumpunkt im Rauschen untergeht, das immer präsent ist. Dies ist beim lokalen
Maximum am Punkt der Dosiskurve nicht der Fall.
-
Die
Bildwiedergabemaschine der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung
mit der Frakturierungsmaschine, der Rasterungsmaschine und der Ansteuerschaltung
verwendet werden. 14 bietet einen Datenpfadüberblick.
Dieser Datenpfad beginnt mit den vorverarbeiteten Geometriedaten 1201 als
Eingabe. Vorverarbeitete Geometriedaten können die Ausgabe eines computergestützten Entwicklungssystems
sein. Die Vorverarbeitung kann die hierarchischen oder iterativen
Informationen reduzieren und den Geometriedarstellungsstrom effektiv
abflachen. Die Datenbeschaffung 1202 umfasst typischerweise
das Erlangen vorverarbeiteter Geometriedaten von einer sekundären Speichervorrichtung.
Die Geometriekonversion 1203 ist der Prozess, in dem Geometrien
in wiedergabefähige
Festpunkt-Geometrien (RFG) konvertiert werden. Die Frakturierung 1204 ist
der Prozess der Partitionierung von Geometrien in unterschiedliche
Fenster und Unterfenster, die in einer Mikrospiegelimplementierung
den Stempeln und Wiedergabefenstern des Stempels entsprechen. Die
Ausgabe der Frakturierungsmaschine umfasst Geometriedaten in einem
oder mehreren spezifizierten Datensatzformaten. Die Datensätze repräsentieren
geometrische Figuren, wie z. B. Polygone und Gruppen von Polygonen.
Es ist nützlich,
die frakturierten Daten als Trapezoide darzustellen, wobei Dreiecke
und Rechtecke Unterklassen von Trapezoiden sind. Eine der parallelen
Kanten des Trapezoids kann eine Länge von Null oder nahezu Null
aufweisen, um ein Dreieck zu repräsentieren. Eine weitere nützliche
Repräsentation
von frakturierten Daten umfasst Dreiecke oder Ketten von Dreiecken.
Die meisten Aspekte der vorliegenden Erfindung sind gleichermaßen für Trapezoide,
Rechtecke, Dreiecke oder andere Polygone oder geometrische Figuren geeignet.
Koordinaten der Polygonecken können
mit einer Unterpixelauflösung
oder einer Halbpixelauflösung von
7 Bits oder mehr gegeben sein, um eine Genauigkeit von einem 1/64
oder 1/128 eines Pixel oder mehr zu unterstützen. Höhere oder niedrigere Bitauflösungen können verwendet
werden, in Abhängigkeit
von der gewünschten
Genauigkeit und den Eigenschaften der Bildprojektionstechnik.
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Die
Bildwiedergabemaschine 1210 enthält eine Vielfalt von Komponenten.
Die Expansion 1211 ist ein Prozess des Expandierens einer
Geometrieiteration vor der Wiedergabe. Frakturierte Geometrie kann
als iterierte RFGs empfangen wer den, mit wiederholten geometrischen
Figuren oder wiederholten Gruppen von geometrischen Figuren. Die
Expansion hebt die Gruppierung der RFGs auf, so dass sie individuell
verarbeitet werden können.
Die Wiedergabe 1202 ist der Prozess des Konvertierens von
Polygonen, einschließlich
wiedergabefähiger
Festpunktgeometrien, in gerastete Bilder. Der Wiedergabeprozess
wird auf mehreren Wiedergabeprozessoren ausgeführt. Eine Überabtastung 1202 ist
der Prozess des Abtastens des Mikropixelauflösungs-Bildes und des Berechnens
von Graustufen-Pixelwerten. Alternative Gewichtungsschemen für die Überabtastung
werden im Folgenden diskutiert. Die Kantenverschiebung 1213 ist
der Prozess des Schrumpfens oder Expandierens von Geometrien, um
z. B. nahe und gestreute Strahlung durch Lasernahfeldkorrektur (LPC)
oder durch optische Nahfeldkorrektur (OPC) zu kompensieren. Eine
Bildkorrektur 1214 ist der Prozess des Kompensierens von
Nichtlinearitäten
und kleineren Defekten im optischen Pfad, der Verschiebung der Bühne oder
eines weiteren Merkmals des Projektionssystems. Dies kann eine nichtlineare
Bildrückkopplung enthalten.
Die Beleuchtungskonversion 1215 berücksichtigt solche Faktoren
wie die Überlappung
zwischen projizierten Bereichen, Variationen der Belichtungsstrahlung
und mehrfache Schreibdurchläufe.
Die Spiegelkompensation 1216 wendet die vorkalibrierten
Faktor an, um Eigenheiten der individuellen Spiel zu kompensieren,
wenn das Projektionssystem eine Mikrospiegelanordnung verwendet.
Spiegelkompensationsfaktoren können
verwendet werden, um die unterschiedliche Antwort auf Spannungen,
eine Änderung
der Antwort während
des Verlaufs eines Arbeitszyklus, ein totes Pixel in der Anordnung,
oder ähnliche
Eigenschaften einer Mikrospiegelanordnung zu kompensieren. Zusätzliche
Komponenten können
zur Abbildungsmaschine 1210 hinzugefügt werden, wenn es erforderlich
ist und für
das verwendete Projektionssystem angemessen ist.
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Die
Ansteuerschaltung 1220 enthält Kompositionsprozesse 1221 und
Modulationsprozesse 1222. Die Komposition 1221 ist
der Prozess des Kombinierens von Ergebnissen von mehreren Wiedergabeprozessen
in ein oder mehrere Datenströmen,
auf die die Modulation anspricht. Die Verwendung eines Computers
erlaubt, die Anzahl der Wiedergabemodule zu erhöhen. Zum Beispiel kann die
Anzahl der Wiedergabemodule von 10 auf 12 erhöht werden mittels einer Modifikation
der Kompositioniererparameter, ohne die Schnittstelle zum Modulationssystem
zu ändern.
In einem Typ von Mikrospiegelsystem kann ein Datenstrom für die Modulation
verwendet werden, um individuelle Mikrospiegel vor dem Beleuchten
der Mikrospiegelanordnung mit Strahlung einzustellen. In einem weiteren
Typ von Mikrospiegelsystem kann die Anzahl der Datenströme zur Anzahl
der Mikrospiegel oder zu einem Faktor der Anzahl der Mikrospiegel
passen, wenn die Mikrospiegel für
die Abtastung eines Werkstücks
verwendet werden. In einem herkömmlichen
Abtastsystem kann die Anzahl der Datenströme der Anzahl der verwendeten
abtastenden Strahlen entsprechen. Die Modulation 1222 ist
der Prozess, der konzentrierte Daten in Ansteuerwerte für das Projektionssystem
umsetzt. Für
ein Mikrospiegelsystem kann ein Digital-zu-Analog-Wandler verwendet
werden, um Analogspannungen zu erzeugen, die an individuelle Spiegelelemente
angelegt werden. Für
ein Abtastsystem können
Ansteuersignale verwendet werden, um einen akustisch-optischen Modulator
zu steuern, der die Strahlung moduliert, oder ein äquivalentes
Steuerelement für
Elektronen, Ionen oder Partikelstrahlung.
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Eine
nichtlineare Transformation kann die Anwendung eines Pixelneuabtastungsgradienten
auf jedes neu abgetastete Pixel erfordern. Alternativ können Gradienten
für jedes
Pixel mittels eines Faltungs-Kerns abgetastet werden, um einen Ausgabepixelwert
zu erzeugen. Die Nachbarschaft des Faltungskerns hängt ab von der
maximal zulässigen
Größe des Gradienten.
Ein 1-Pixel-Gradient
kann mittels eines 3×3-Kerns
abgetastet werden; ein 2-Pixel-Gradient mittels eines 5×5-Kerns.
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Ein
Projektionssystem enthält
typischerweise ferner eine Zeitablenkung 1230 und eine
Zielmarke 1240. Die Zeitablenkung 1230 transportiert
Bildinformationen über
das Feld der Zielmarkierung 1240, die der Strahlung ausgesetzt
wird. Die Zielmarke 1240 ist das Werkstück, mit dem das Projektionssystem
arbeitet.
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15 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Aufspüren defekter Pixel. Das Verfahren
ist nicht durch die Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert,
abgedeckt. Zuerst werden die Geometrien in Steuersignale für jedes
Pixel umgesetzt, z. B. entsprechend dem, was in Verbindung mit 14 beschrieben
worden ist. Anschließend
wird bestimmt, wo schlechte Pixel angeordnet sind, und bestimmt,
ob die schlechten Pixel an einer kritischen Stelle angeordnet sind.
Ein schlechtes Pixel, z. B. ein schwarzes Pixel, das nahe einer
Kan te angeordnet ist, kann einen Fehler im Muster hervorrufen.
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Ein
schlechtes Pixel, z. B. ein Spiegel, der auf einem begrenzten Winkelbereich
klemmt, kann auf vielfältige
Weise identifiziert werden. Es ist möglich, den SLM zu kalibrieren
und die defekten Pixel zu finden, indem nach Elementen gesucht wird,
die ungewöhnliche
Kalibrierungseigenschaften aufweisen. Die Kalibrierungsprozedur
kann jedoch durch die schlechten Pixel negativ beeinflusst werden.
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Im
allgemeinen kann bei einem nicht-kalibrierten SLM der SLM mit Steuersignalen,
z. B. Spannungen, angesteuert werden, wobei ein Bild des SLM mit
einer digitalen Kamera aufgezeichnet wird. Das Bild wird anschließend unter
Verwendung einer Bildanalyse verarbeitet. Ein oder mehrere Bilder
(mit unterschiedlichen Spannungen) können erforderlich sein, um
Position und Größe der schlechten
Pixel zu identifizieren.
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In
einem Verfahren werden alle Spiegel mit einer konstanten Spannung
angesteuert. Die Spannung kann irgendeinen Graustufenwert repräsentieren.
Das Bild wird mit eine CCD-Kamera aufgezeichnet, wobei eine Bildanalyse
verwendet wird, um das schlechte Pixel aufzuspüren. Zum Beispiel kann ein
Gradientenfeld aus dem aufgezeichneten CCD-Bild berechnet werden.
Eine Divergenz des Gradienten (Del2) wird berechnet, wobei Del2
der Laplace-Differentialoperator ist, um die Position im Bild zu
identifizieren, wo eine räumliche zweite
Ableitung der Intensität
Extrema aufweist. Diese Extrema, z. B. ein Maximum und ein Minimum,
können schlechte
Pixel repräsentieren.
Die Del2-Funktion kann mit einem Schwellenwert gesetzt sein, wobei
irgendeine Position oberhalb des Schwellenwertes ein schlechtes
Pixel repräsentieren
kann. Die Prozedur kann mit den Mikrospiegeln wiederholt werden,
die auf wenigstens eine weitere konstante Spannung gesteuert werden, wobei
die konstanten Spannungen vorzugsweise gut voneinander getrennt
sind. Mutmaßlich
schlechte Pixel werden als bestätigt
betrachtet, wenn bei wiederholten Messungen oder bei komplementären Messungen
dasselbe Pixel auftaucht.
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Mit
Bildern, die unterschiedliche Einstellungen für die Pixel repräsentieren,
kann eine Differenz zwischen den Bildern berechnet werden. Die Differenz
weist ein lokales Minimum bei einem klemmenden oder beschädigten Pixel
auf.
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Für einen
binären
SLM (Ein-Aus) kann es in bestimmten Konfigurationen schwierig sein,
die obenerwähnten
Verfahren zu verwenden. Stattdessen wird ein Muster auf den SLM
aufgebracht. Schlechte Pixel haben den größten Einfluss an Merkmalskanten.
Ein Muster, das parallele schwarze und weiße Linien enthält, oder
ein Schachbrettmuster heben die Pixel hervor, die sich an den Kanten
befinden. Das Muster ist vorzugsweise nahe an der optischen Auflösungsgrenze.
Durch Ansteuern einer Folge von Mustern, z. B. paralleler Linien,
am SLM und Aufnehmen von CCD-Bildern jedes Musters wird es möglich, defekte
Elemente zu identifizieren, obwohl sie in den Bildern optisch nicht
aufgelöst
werden können.
Die Linien in den unterschiedlichen Bildern werden bewegt, um zu
identifizieren, wo sich ein defektes Pixel befindet. Die CCD-Bilder
werden mit Musterdaten verglichen. Zum Beispiel kann der SLM mit
Linien und Zwischenräumen
sowie deren Komplement in zwei Bildern adressiert werden. Durch
Analysieren der Linienbreite in den zwei Bildern kann ein schlechtes
Pixel aufgespürt
werden und dessen Größe bestimmt
werden. Zum Beispiel ergibt ein schlechtes Pixel, das auf einem
weißen
Wert klemmt, einen Linienbreitenfehler nur dann, wenn es sich in
einem schwarzen Bereich befindet, und umgekehrt. Ein graues Pixel
ergibt jedoch einen Fehler sowohl in einem schwarzen als auch in
einem weißen
Bereich. Die Differenz der Fehler enthält Informationen über die
Größe des Defekts.
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Um
ein schwarzes Pixel zu kompensieren, können die benachbarten Pixel
auf einen Zustand mit größerer Intensität
eingestellt werden, d. h. einen Zustand, in dem mehr elektromagnetische
Strahlung auf das Werkstück
reflektiert wird. Wenn das schlechte Pixel nahe einer Kante liegt,
kann die Software die benachbarten Pixel anpassen. In der Praxis
kann dies bewerkstelligt werden durch Ändern des Pixelwertes, d. h.
des Auslenkungsrades der benachbarten Spiegel, oder durch Ändern der Übertragungsfunktion
der benachbarten Pixel. Dieser Typ von Kompensation kann in einem
oder mehreren Schreibdurchläufen
verwendet werden. Die Änderung
der benachbarten Pixel kann mittels Online-Berechnung oder unter
Verwendung einer Nachschlagtabelle durchgeführt werden.
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Das
Verfahren erlaubt die Korrektur schlechter Pixel, was den Fehler
in einem Mehrfachdurchlaufschema mit konstanten Korrekturen für die Übertragungsfunk tionen
dramatisch reduziert. Mit nur einem oder zwei Durchläufen kann
die Korrektur unzureichend sein, so dass die in einem bestimmten
Fall auferlegten Anforderungen nicht erfüllt werden. In einem besser
ausgearbeiteten Verfahren wird die Korrektur in Abhängigkeit vom
aktuellen Muster durchgeführt.
Typischerweise sind nur bestimmte geometrische Fälle kritisch, wobei diese charakterisiert
werden können
und geeignete Daten zur Korrektur schlechter Pixel in einer Nachschlagtabelle
oder in einer algorithmischen Form gespeichert werden können. Während des
Druckens wird das Muster nahe der schlechten Pixel in Echtzeit analysiert,
wobei die geeignete Korrektur bei Bedarf identifiziert und angewendet
wird. Bei nur einigen wenigen defekten Pixeln pro SLM ist der Berechnungsaufwand überschaubar. Auf
diese Weise kann eine nahezu perfekte Korrektur mit analogen Spiegeln
bewerkstelligt werden, wobei eine stark verbesserte Korrektur mit
binären
(Ein-Aus) Elementen bewerkstelligt werden kann.
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In
einem Verfahren werden schlechte Pixel in einem Abstand von einem
Pixel innerhalb oder außerhalb
der Merkmalskante als schlechte Pixel in kritischer Position betrachtet.
In einem weiteren Verfahren werden schlechte Pixel mit einem Abstand
von zwei Pixeln innerhalb oder außerhalb der Merkmalskante als schlechte
Pixel in kritischer Position betrachtet. In einem weiteren Verfahren
werden schlechte Pixel in einem Abstand von drei Pixeln innerhalb
oder außerhalb
der Merkmalskante als schlechte Pixel in kritischer Position betrachtet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden mehrere SLMs für die Kompensation schlechter
Pixel verwendet. In 16 ist eine beispielhafte Ausführungsform
eines Aufbaus gezeigt. Die Figur umfasst einen ersten SLM 1610,
einen zweiten SLM 1620 und einen Strahlteiler 1630.
Die Anordnung wird anstelle des SLM 30 in 3 eingebracht.
Die individuellen SLMs, z. B. der erste SLM 1610 und der
zweite SLM 1620, können
mit den gleichen Musterdaten gespeist werden. Die Kalibrierungsfunktionen
für individuelle
Pixel im ersten und im zweiten SLM liegen jedoch einzeln vor. Die
SLM-Fläche
kann gemeinsam kalibriert werden, so dass jedes Pixel im ersten
SLM einer Gruppe von Pixeln im zweiten SLM entspricht. Dies kann
in beiden Richtungen bewerkstelligt werden. Hierdurch erhält man eine
Eins-zu-Vier-Beziehung von Pixeln in beiden Richtungen. Differenzen
des SLM werden auf diese Weise korrigiert. Bestimmte geometrische
systematische Fehler im SLM selbst können aufgehoben werden, wenn
der erste SLM um 180° relativ
zum zweiten SLM gedreht wird. Der erste und zweite SLM können mit
der gleichen Intensität
an elektromagnetischer Strahlung beleuchtet werden. Durch Beleuchten
des ersten und des zweiten SLM mit unterschiedlichen Intensitäten kann jedoch
ein weiterer Grad an Grauabstufung bewerkstelligt werden. Die Anzahl
der Graustufen hängt
in einer solchen Ausführungsform
von der Beziehung und dem Absolutwert der zwei Intensitäten ab.
Wenn z. B. die Pixel im ersten und im zweiten SLM auf 16 Pegel gesetzt
werden können
und eine Strahlung vom zweiten SLM gleich 1/16 der Strahlung vom
ersten SLM ist, ist die Anzahl der Graustufenpegel gleich 16 × 16 = 256
Pegel. Eine Sprenkelung kann ebenfalls durch Verwendung mehrerer
SLMs reduziert oder aufgehoben werden.
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Obwohl
bisher bestimmte Ausführungsformen
der Vorrichtung für
die Musterung eines Werkstücks
offenbart worden sind, ist nicht beabsichtigt, dass solche spezifischen
Referenzen als Beschränkungen
für den Umfang
der Erfindung zu betrachten sind, sofern sie nicht in den folgenden
Ansprüchen
dargelegt sind. Mit der Beschreibung der Erfindung in Verbindung
mit bestimmten spezifischen Ausführungsformen
derselben ist ferner klar, dass weitere Modifikationen für Fachleute
offensichtlich sind, wobei alle solchen Modifikationen als in den
Umfang der beigefügten
Ansprüche
fallend abgedeckt sein sollen.
