KR102056273B1 - 작동 메카니즘, 광학 장치, 리소그래피 장치 및 디바이스들을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

예를 들어, 거울을 변위시키는 액추에이터(300)는 2 개의 전자석(370, 372, 376, 378)에서 전류들을 변화시킴으로써 이동에 적어도 2 자유도를 제공한다. 이동부는 실질적으로 자석의 자화 방향에 수직인 제 1 평면에 놓이는 작업 영역에 걸쳐 이동하도록 강제되는 자기면을 갖는 영구 자석(362)을 포함한다. 전자석들은 실질적으로 제 1 평면에 가까이에서 평행인 제 2 평면에 놓이는 자극면들(380, 382)을 갖고, 각각의 자극면은 실질적으로 이동 자석의 면에 의해 가로질러지는 영역의 사분원을 채운다. 광학 위치 센서(390)는 전자석들 사이의 중심 공간을 통해 이동 자석에 방사선 빔(398)을 지향할 수 있다. 퓨필 거울 디바이스 내의 패싯들의 크기들은 주변 구역에서 더 작고 중심 구역에서 더 크게 만들어질 수 있으며, 이로 인해 포커싱 요건들이 완화된다.

Description

작동 메카니즘, 광학 장치, 리소그래피 장치 및 디바이스들을 제조하는 방법{ACTUATION MECHANISM, OPTICAL APPARATUS, LITHOGRAPHY APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING DEVICES}

본 출원은 2012년 10월 15일에 출원된 미국 가출원 61/713,930, 2013년 1월 28일에 출원된 미국 가출원 61/757,585, 및 2013년 7월 5일 출원된 미국 가출원 61/843,263의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.

본 발명의 일 실시예는 다양한 장치들 및 기구들에 적용될 수 있는 작동 메카니즘(actuation mechanism)들에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 광학 위치 센서에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 패싯 필드 거울 디바이스(faceted field mirror device) 및/또는 패싯 퓨필 거울 디바이스(faceted pupil mirror device)를 갖는 광학 시스템에 관한 것이다.

리소그래피는 집적 회로(IC), 및 다른 디바이스 및/또는 구조체의 제조 시 핵심 단계들 중 하나로서 폭넓게 인식된다. 하지만, 리소그래피를 이용하여 만들어지는 피처들의 치수들이 더 작아짐에 따라, 리소그래피는 소형 IC 또는 다른 디바이스들 및/또는 구조체들이 제조될 수 있게 하는 데 더 결정적인 인자(critical factor)가 되고 있다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 IC의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.

리소그래피 장치에서, 많은 이동부(moving part)들에는 통상적으로 다양한 자유도가 제공되며, [선형 및 각도 위치들(방위), 속도 및 가속도를 포함한] 움직임 및 위치는 여러 작동 메카니즘들(액추에이터들)을 통해 자동으로 제어된다. 액추에이터들은 전자기적으로, 공압으로, 또는 수압으로 작동될 수 있다. 액추에이터들은 흔히 단 하나의 자유도로만(선형 또는 회전) 이동을 초래하도록 제한된다. 이동부들이 복수의 자유도들로 제어되어야 한다면, 더 복잡한 메카니즘들이 제공될 수 있으며, 또는 다수의 단일-자유도 메카니즘(single-degree mechanism)들이 조합될 수 있다.

노광 파장을 단축하고, 이에 따라 프린트가능한 최소 크기를 감소시키기 위해, 극자외(EUV) 방사선 소스를 사용하는 것이 제안되었다. EUV 방사선 소스들은 통상적으로 5 내지 20 nm 정도, 예를 들어 13.5 nm 또는 약 13 nm 또는 6.5 내지 6.8 nm의 출력 방사선 파장들로 구성된다. EUV 방사선의 사용은 작은 피처 프린팅을 달성하기 위한 중요한 단계가 될 수 있다. 이러한 방사선은 극자외선 또는 연질 x선(soft x-ray)이라고 칭해지며, 가능한 소스들로는 예를 들어 레이저-생성 플라즈마 소스, 방전 플라즈마 소스, 또는 전자 저장 링으로부터의 싱크로트론 방사선(synchrotron radiation)을 포함한다. 극도의 정확성에 대한 요구, 및 추가적으로 진공 환경에서 높은 신뢰도로 동작되어야 하는 요구로 인해, EUV 리소그래피 장치에 대한 액추에이터들을 설계하는 것이 특히 어렵다.

액추에이터들이 사용되는 일 예시는 EUV 광학 장치의 조명 시스템의 패싯 거울에 대한 것이다. 많은 개별 거울 패싯들이 일 어레이로 제공될 수 있으며, 그 각각은 타겟 위치에서 상이한 조명 프로파일들을 초래하기 위해 상이한 방향들로 방위되어야 할 수 있다. 예를 들어, PCT 특허 출원 공개공보 WO 2011/000671 A1에서 필드 패싯 거울(field facet mirror)들에 대한 액추에이터들이 설명된다. 달성될 수 있는 조명 프로파일들의 범위를 연장하려는 경우, 2 이상의 위치를 갖는 액추에이터들이 요구되며, 이는 2 이상의 자유도로의 이동을 포함할 수 있고, 단부 정지부(end stop)들에 의해 정의될 수 없는 중간 위치들을 필요로 할 수 있다. 따라서, 이러한 액추에이터가 요구되며, 이는 성능뿐 아니라, 크기, 비용 및 방열의 엄중한 요건들을 충족시킨다.

이러한 조명 시스템의 설계 시 다른 문제들이 발생한다. 이동 거울 또는 다른 요소의 위치는, 예를 들어 단부 정지부에 의해 1차원에서 설정되기보다는 2차원에서 측정되어야 한다. 잠재적으로 수백의 개별 패싯들이 제어되어야 하는 경우, 특히 이들이 진공 환경에 있는 경우, 충분히 정확하고 조밀(compact)한 위치 측정 및 피드백 제어를 제공하기가 어려워진다. 방사선이 버려지지 않아야 하는 경우, 조명 프로파일들의 수의 증가는 패싯 거울들의 수의 증가를 암시한다. 퓨필이 전체적으로 고정된 크기를 갖고, 몇몇 조명 모드들에 대해 작은 퓨필 충전 비(pupil fill ratio)가 요구된다는 것을 감안하면, 각각의 퓨필 패싯 거울(pupil facet mirror)은 아주 작아질 수 있고, 그때 필드 패싯 거울들이 연계된 퓨필 패싯 거울들 모두에 방사선을 포커스하는 것이 과제이다.

일 실시형태에 따르면, 2 자유도를 갖는 이동을 제공하는 작동 메카니즘이 제공되고, 상기 메카니즘은 이동부 및 고정부(static part)를 포함하며, 이동부는 실질적으로 자석의 자화 방향에 수직인 제 1 평면에 놓이는 작업 영역에 걸쳐 이동하게 되는 자기면(magnetic face)을 갖는 영구 자석을 포함하고, 고정부는 실질적으로 제 1 평면에 가까이에서 평행인 제 2 평면에 놓이는 자극면(pole face)들을 갖는 적어도 2 개의 전자석들을 포함하며, 자극면들은 제 2 평면에서 중심 위치 주위에 대칭으로 분포되고, 실질적으로 이동 자석의 면에 의해 가로질러지는 전체 영역에 걸쳐 연장된다.

일 실시예에서, 각각의 전자석은 제 2 평면에서 서로 정반대에 위치된 제 1 및 제 2 자극면들을 갖는 양극성 전자석(bipolar electromagnet)이다. 전자석 자극면들의 수는 4 개일 수 있으며, 자극면들 각각은 실질적으로 원형 또는 환형의 사분원 형태를 갖고, 자극면들은 함께 실질적으로 제 2 평면에서 원형 영역을 포괄(cover)한다.

강자성 차폐부(ferromagnetic shield)가 적어도 영구 자석을 둘러싸서, 복수의 이러한 액추에이터 메카니즘들이 나란히 배치되는 경우에 자기로부터 이를 차폐할 수 있다.

전자석들 사이의 중심 공간을 통해 이동 자석에 방사선 빔을 지향하여 이동 자석으로부터 반사되는 1 이상의 방사선 빔들의 편향을 검출하도록 광학 위치 센서가 배치될 수 있다.

본 명세서에 개시된 다양한 특징들은, 예를 들어 서로 가까운 어레이로 사용하기에 적절한(이에 따라 고밀도 패킹을 허용하는), 조밀한 세장형의 EUV-호환(compatible) 액추에이터들의 제공을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 각각의 액추에이터는 차례대로 적층되는(stacked end-to-end) 서스펜션 섹션(suspension section), 영구 자석, 액추에이터의 고정부, 및 광학 위치 센서를 포함한다. 본 발명의 일 실시예는 앞서 언급된 미국 가특허 출원 제 61/713,930호에 설명된 강성도 보상 구성(stiffness compensation arrangement)과 조합하여 사용될 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 방사선 소스로부터 방사선 빔을 수용하여 빔을 처리하고 타겟 위치로 전달하도록 배치된 일련의 광학 구성요소들을 포함하는 광학 장치가 제공되고, 광학 구성요소들은 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 액추에이터 메카니즘에 커플링된(장착된) 1 이상의 이동가능한 광학 구성요소들을 포함하며, 이동가능한 광학 구성요소 또는 이들 각각의 바람직한 위치설정을 달성하기 위해 전자석들에 동력을 공급(energize)하도록 제어기 및 구동 회로가 제공된다.

이동가능한 광학 구성요소는 빔을 컨디셔닝(condition)하고 컨디셔닝된 빔을 패터닝 디바이스 상의 타겟 위치로 전달하도록 조명 시스템을 형성할 수 있으며, 이동가능한 구성요소는 타겟 위치에서 컨디셔닝된 빔의 입사각을 변화시키도록 이동가능하다. 일 실시예에서, 복수의 이러한 이동가능한 구성요소들은 연계된 작동 메카니즘들과 함께 플라이아이 일루미네이터(fly's eye illuminator)의 일부분으로서 제공된다.

본 발명의 실시예들은, 광학 구성요소들이 반사 구성요소들이고 조명 시스템이 5 내지 20 nm 범위의 파장을 갖는 방사선으로 작동가능한 EUV 조명 시스템인 특정 적용예를 발견할 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템; 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체; 기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블; 기판의 타겟부 상으로 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및 조명 시스템에서 방사선 빔을, 및/또는 투영 시스템에서 패터닝된 방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 광학 장치를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.

일 실시형태에 따르면, 기판 상으로 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계를 포함한 디바이스 제조 방법이 제공되고, 패터닝된 빔은 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 광학 장치에 의해 컨디셔닝되는 방사선 빔으로부터 형성된다.

일 실시형태에 따르면, 기울기가 측정되어야 하는 반사 표면으로 광학 축선을 따라 방사선 빔을 지향하도록 배치된 광학 기울기 센서(optical tilt sensor)가 제공되고, 지향된 방사선 빔을 위한 소스가 광학 축선 상에 위치되는 한편, 반사되는 방사선을 검출하도록 구성된 광검출기가 광학 축선을 둘러싸서 지향된 빔이 광검출기의 중심을 통과하게 한다.

광학 기울기 센서는 적어도 2차원에서 본 명세서에 설명된 바와 같은 액추에이터의 각도 위치(기울기)를 측정하도록 적용될 수 있다. 광학 기울기 센서는 많은 다른 적용예들에도 적용될 수 있다.

일 실시예에서, 광검출기는 광학 축선 주위에서 이격된 복수의 감광성 요소들을 포함하고, 센서는 감광성 요소들에 걸친 반사된 방사선의 이동에 응답하여 변화하는 2차원 기울기 측정을 유도하도록 구성된 신호 처리 구성부를 더 포함한다. 광검출기는, 예를 들어 지향된 방사선 빔의 통과를 위한 중심 어퍼처를 갖는 4 개의 사분원 형상 광전지(quadrant-shaped photovoltaic cell)를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서 지향된 방사선 빔은, 반사된 방사선이 소스로 다시 지향되지 않도록 광학 축선 주위에서 어두운(dark) 각도 세기 프로파일을 갖는다. 이는 방사선이 반사 표면으로부터 레이저로 다시 반사되지 않는 방사선 소스로서 반도체 레이저, 예를 들어 VCSEL(vertical cavity surface-emitting laser)의 사용을 허용한다.

반사 표면은 범위와 분해능 사이에서 바람직한 트레이드 오프(trade-off)를 달성하도록 곡면일 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 특정 액추에이터 및/또는 기울기 센서와 독립적으로 사용될 수 있는 일 실시형태에 따르면, 복수의 이동가능한 필드 패싯 거울들이 플라이아이 일루미네이터 내에서 패싯 필드 거울 디바이스에 제공된다. 각각의 이동가능한 필드 패싯 거울은 패싯 퓨필 거울 디바이스 내의 수 개의 연계된 퓨필 패싯 거울들 중 선택된 하나로 빔의 일부를 지향하도록 제어가능하며, 수 개의 퓨필 패싯 거울들은 퓨필 거울 디바이스 내에서의 그 위치에 따라 상이한 크기들로 이루어진다.

이 조치에 의해, 연계된 퓨필 패싯 거울들 중 더 큰 거울들이 이미지를 포커스하는 정확성이 더 낮은 곳에 위치되어, 디자인 제약들을 완화한다.

본 발명의 실시예들의 예시적인 적용은, 예를 들어 리소그래피 분야에서의 방사선 빔의 컨디셔닝에 있다. 본 발명의 일 실시예는 리소그래피에서 사용될 수 있는 바와 같은, 극자외(EUV) 광학 장치에서 광학 구성요소의 위치 또는 방위를 조정하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 이러한 적용에 제한되지 않으며, 이러한 특정 파장 범위에도 제한되지 않는다.

첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 또 다른 실시형태들, 특징들 및 잠재적 장점들이 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 본 명세서에서, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 목적으로만 제시된다. 당업자라면, 본 명세서에 포함되는 교시(teaching)에 기초하여 추가적인 실시예들을 명백히 알 것이다.

본 명세서에 통합되며 명세서의 일부분을 형성하는 첨부된 도면들은 본 발명을 나타내며, 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하고 당업자가 본 발명을 수행하고 사용할 수 있게 하는 역할을 한다. 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들이 설명된다:
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반사 광학기를 갖는 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하는 도면;
도 2는 도 1의 장치를 더 상세하게 도시하는 도면;
도 3은 도 1 및 도 2의 장치에 대한 소스 컬렉터 모듈의 일 실시예를 더 상세하게 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 EUV 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 작동 메카니즘이 사용될 수 있는 리소그래피 장치의 조명 시스템의 일부분의 제 1 단면도;
도 6은 2 개의 연계된 퓨필 패싯 거울들을 주소지정(address)하는 필드 패싯 거울의 조정을 나타내는 도 5의 장치의 제 2 단면도;
도 7은 개략적으로 나타낸 제어 기능들을 갖는, 본 발명의 실시예들에 따른 작동 메카니즘에서 사용되는 신규한 2-D 평면 모터의 기본 형태를 나타내는 도면;
도 8은 도 7의 제어 기능들을 구현하는 데 사용될 수 있는 광학 위치 센서의 형태 및 작동을 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 작동 메카니즘들을 포함한 리소그래피 장치 내 필드 패싯 거울 모듈의 외부적으로 및 부분적으로 절단된 도면;
도 10은 도 9의 거울 모듈 내의 하나의 작동 메카니즘의 단면도;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 작동 메카니즘들을 포함한 리소그래피 장치 내 필드 패싯 거울 모듈의 외부적으로 및 부분적으로 절단된 도면;
도 12는 차폐부가 부분적으로 절단되어 있는, 도 11의 거울 모듈 내의 하나의 작동 메카니즘을 더 상세하게 도시하는 도면;
도 13 내지 도 17은 도 12의 액추에이터에 포함된 모터의 시뮬레이션된 성능 특성을 나타내는 도면;
도 18은 도 8에 나타낸 것 대신에 사용될 수 있는 광학 위치 센서의 형태의 주 구성요소들을 나타내는 도면;
도 19a는 도 18의 센서의 검출기 부분의 평면도 및, 도 19b는 도 18의 센서의 검출기 부분의 단면도;
도 20a는 중심 위치에 액추에이터를 갖는 도 18의 광학 위치 센서를 나타내고, 도 20b는 기울어진 위치에 액추에이터를 갖는 도 18의 광학 위치 센서를 나타내는 도면;
도 21a는 도 20a에 나타낸 중심 위치에 액추에이터를 갖는 광학 위치 센서의 검출기 상의 환형 방사선 패턴의 위치를 나타내고, 도 21b는 도 20b에 나타낸 기울어진 위치에 액추에이터를 갖는 광학 위치 센서의 검출기 상의 환형 방사선 패턴의 위치를 나타내는 도면;
도 22는 변형 실시예에서 도 5의 조명 시스템을 나타내는 도면; 및
도 23은 도 22의 변형 실시예에서의 퓨필 거울 디바이스의 평면도이다.

본 발명의 실시예들은 광범위한 적용들에 사용될 수 있는 작동 메카니즘에 관한 것이다. 예시적인 적용에서, 작동 메카니즘들은 리소그래피 장치 내에서 다양한 구성요소들을 이동시키기 위해 제공될 수 있다. 구성요소들은 광학 구성요소들일 수 있고, 예를 들어 EUV 광학 구성요소들일 수 있다. 이러한 장치 내에 배치된 액추에이터들은 엄중한 환경 및 성능 기준들을 충족시켜야 할 수 있다. 예를 들어, 부분들 간의 마찰을 회피하여, 윤활유의 필요성을 회피하고, 및/또는 마모 입자들을 발생시키지 않는 것이 바람직할 수 있다. EUV 장치는 통상적으로 거의 진공인(near-vacuum) 환경을 포함하므로, 윤활유와 같은 기체방출 재료(outgassing material)가 용인되지 않을 수 있다. 낮은 방열이 고려사항일 수 있다. 아래에서, 이 엄중한 기준들 중 1 이상을 충족시키도록 도울 수 있는 신규한 타입의 작동 메카니즘이 설명될 것이다. 액추에이터를 설명하기에 앞서, EUV 리소그래피 장치의 몇몇 예시들이 소개될 것이다. 더 아래에서, 액추에이터가 배치될 수 있는 방식의 일 예시가 설명될 것이다. 하지만, 액추에이터의 본 발명의 실시예들은 폭넓게 적용가능하며, 일반적으로 리소그래피 장치에서, 또는 특히 EUV 리소그래피 장치에서 사용하는 것에 전혀 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 컬렉터 모듈(SO)을 포함하는 리소그래피 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는: 방사선 빔(B)(예를 들어, EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크 또는 레티클)(MA)를 지지하도록 구성되고, 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 반사 투영 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.

지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스(MA)를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다.

"패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입들, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.

조명 시스템과 같은 투영 시스템은, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 다른 가스들이 너무 많은 방사선을 흡수할 수 있기 때문에, EUV 방사선에 대해 진공을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로, 진공 벽 및 진공 펌프들의 도움으로 전체 빔 경로에 진공 환경이 제공될 수 있다.

본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성된다.

리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.

도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 소스 컬렉터 모듈(SO)로부터 극자외 방사선 빔을 수용한다. EUV 방사선을 생성하는 방법들은 EUV 범위 내의 1 이상의 방출선을 갖는 적어도 하나의 원소, 예를 들어 크세논, 리튬 또는 주석을 갖는 재료를 플라즈마 상태로 전환하는 단계를 포함하며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 흔히 레이저 생성 플라즈마("LPP")라고 칭하는 이러한 한 방법에서, 요구되는 플라즈마는 필요한 선-방출 원소를 갖는 재료의 액적(droplet), 스트림 또는 클러스터와 같은 연료를 레이저 빔으로 조사함으로써 생성될 수 있다. 소스 컬렉터 모듈(SO)은 연료를 여기시키는 레이저 빔을 제공하는 레이저(도 1에 나타내지 않음)를 포함한 EUV 방사선 시스템의 일부분일 수 있다. 결과적인 플라즈마는 출력 방사선, 예를 들어 EUV 방사선을 방출하며, 이는 소스 컬렉터 모듈에 배치된 방사선 컬렉터를 이용하여 수집된다. 예를 들어, CO₂ 레이저가 연료 여기를 위한 레이저 빔을 제공하는 데 사용되는 경우, 상기 레이저 및 소스 컬렉터 모듈은 별도의 개체일 수 있다.

이러한 경우, 상기 레이저는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템의 도움으로, 레이저로부터 소스 컬렉터 모듈로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 흔히 DPP 소스라고 칭하는 방전 생성 플라즈마 EUV 발생기인 경우, 상기 소스는 소스 컬렉터 모듈의 통합부일 수 있다.

상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 패싯 필드 및 퓨필 거울 디바이스들과 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.

상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)로부터 반사된 후, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(PS2)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(PS1)는 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다.

2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다.

3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.

도 2는 상기 장치(100)를 더 상세히 나타내며, 이는 소스 컬렉터 모듈(SO), 조명 시스템(IL), 및 투영 시스템(PS)을 포함한다. 소스 컬렉터 모듈(SO)은, 소스 컬렉터 모듈(SO)의 포위 구조체(enclosing structure: 220) 내에 진공 환경이 유지될 수 있도록 구성되고 배치된다. EUV 방사선 방출 플라즈마(210)가 방전 생성 플라즈마 소스에 의해 형성될 수 있다. EUV 방사선은 전자기 스펙트럼의 EUV 범위 내의 방사선을 방출하도록 초고온 플라즈마(very hot plasma: 210)가 생성되는 가스 또는 증기, 예를 들어 Xe 가스, Li 증기 또는 Sn 증기에 의해 생성될 수 있다. 초고온 플라즈마(210)는, 예를 들어 적어도 부분적으로 이온화된 플라즈마를 발생시키는 전기적 방전에 의해 생성된다. 방사선의 효율적인 발생을 위해, Xe, Li, Sn 증기 또는 여하한의 다른 적절한 가스 또는 증기의, 예를 들어 10 Pa의 분압(partial pressure)이 필요할 수 있다. 일 실시예에서, EUV 방사선을 생성하기 위해, 여기된 주석(Sn)의 플라즈마가 제공된다.

초고온 플라즈마(210)에 의해 방출된 방사선은, 소스 챔버(source chamber: 211)의 개구부(opening) 내에 또는 그 뒤에 위치되는 선택적인 가스 방벽 또는 오염물 트랩(contaminant trap: 230)[몇몇 경우에는, 오염물 방벽 또는 포일 트랩(foil trap)이라고도 함]을 통해, 소스 챔버(211)로부터 컬렉터 챔버(collector chamber: 212) 내로 통과된다. 오염물 트랩(230)은 채널 구조체를 포함할 수 있다. 또한, 오염물 트랩(230)은 가스 방벽, 또는 가스 방벽과 채널 구조체의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에 나타낸 오염물 트랩 또는 오염물 방벽(230)은 적어도 당업계에 알려진 채널 구조체를 포함할 수 있다.

컬렉터 챔버(212)는 소위 스침 입사 컬렉터(grazing incidence collector)일 수 있는 방사선 컬렉터(CO)를 포함할 수 있다. 방사선 컬렉터(CO)는 방사선 컬렉터 상류 측(upstream radiation collector side: 251) 및 방사선 컬렉터 하류 측(downstream radiation collector side: 252)을 갖는다. 컬렉터(CO)를 가로지른 방사선은 격자 스펙트럼 퓨리티 필터(grating spectral purity filter: 240)로부터 반사되어 가상 소스점(virtual source point: IF)에 포커스될 수 있다. 가상 소스점(IF)은 통상적으로 중간 포커스라고 칭해지며, 소스 컬렉터 모듈은 중간 포커스(IF)가 포위 구조체(220)에서의 개구부(221)에, 또는 그 부근에 위치되도록 배치된다. 가상 소스점(IF)은 방사선 방출 플라즈마(210)의 이미지이다.

후속하여, 방사선은 조명 시스템(IL)을 가로지르며, 이는 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 세기의 원하는 균일성뿐 아니라, 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 빔(21)의 원하는 각도 분포를 제공하도록 배치된 패싯 필드 거울 디바이스(22) 및 패싯 퓨필 거울 디바이스(24)를 포함할 수 있다. 지지 구조체(MT)에 의해 유지된 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 빔(21)의 반사 시, 패터닝된 빔(26)이 형성되고, 패터닝된 빔(26)은 투영 시스템(PS)에 의하여 반사 요소들(28, 30)을 통해 웨이퍼 스테이지 또는 기판 테이블(WT)에 의해 유지된 기판(W) 상에 이미징된다.

일반적으로, 나타낸 것보다 더 많은 요소들이 조명 광학기 유닛(IL) 및 투영 시스템(PS) 내에 존재할 수 있다. 격자 스펙트럼 필터(240)는 리소그래피 장치의 타입에 따라 선택적으로 존재할 수 있다. 또한, 도면들에 나타낸 것보다 더 많은 거울들이 존재할 수 있으며, 예를 들어 도 2에 나타낸 것보다 1 내지 6 개의 추가 반사 요소들이 투영 시스템(PS) 내에 존재할 수 있다.

도 2에 나타낸 컬렉터 광학기(CO)는 단지 컬렉터(또는 컬렉터 거울)의 일 예시로서 스침 입사 반사기들(253, 254 및 255)을 갖는 네스티드 컬렉터(nested collector)로 도시된다. 스침 입사 반사기들(253, 254 및 255)은 광학 축선(O) 주위에 축대칭으로 배치되며, 이 타입의 컬렉터 광학기(CO)는 바람직하게는 흔히 DPP 소스라고 하는 방전 생성 플라즈마 소스와 조합하여 사용된다.

일 실시예에서, 소스 컬렉터 모듈(SO)은 도 3에 나타낸 바와 같은 LPP 방사선 시스템의 일부분일 수 있다. 레이저(LA)가 크세논(Xe), 주석(Sn) 또는 리튬(Li)과 같은 연료에 레이저 에너지를 축적(deposit)하도록 배치되어, 수십 eV의 전자 온도를 갖는 고이온화 플라즈마(highly ionized plasma: 210)를 생성한다. 이 이온들의 하방천이(de-excitation) 및 재결합(recombination) 동안 발생된 활성화 방사선(energetic radiation)은 플라즈마로부터 방출되어, 근수직 입사 컬렉터 광학기(near normal incidence collector optic: CO)에 의해 수집되고, 포위 구조체(220)의 개구부(221) 상에 포커스된다.

도 4는 스펙트럼 퓨리티 필터(240)가 반사 격자보다는 투과형으로 구성되는 EUV 리소그래피 장치에 대한 대안적인 구성을 나타낸다. 이 경우 소스 컬렉터 모듈(SO)로부터의 방사선은 컬렉터 광학기로부터 중간 포커스(IF)(가상 소스점)로의 직선 경로를 따른다. IF에, 또는 이에 가까이 필터를 위치시키는 것이 매우 높은 흡수 파워 밀도(absorbed power density)들을 초래할 것임을 유의한다. 그 결과 발생하는 높은 온도들이 필터를 저하시킬 수 있다. 반면에, 필터 영역은 작을 수 있고, 이는 장점이다. 도시되지 않은 대안적인 실시예들에서, 스펙트럼 퓨리티 필터(240)는 가상 소스점(IF) 또는 컬렉터 광학기(CO)와 가상 소스점(IF) 사이의 여하한의 지점에 위치될 수 있다. 필터는 방사선 경로에서 다른 위치들에, 예를 들어 가상 소스점(IF)의 하류에 배치될 수 있다. 다수 필터들이 배치될 수 있다. 앞선 예시들에서와 같이, 컬렉터 광학기(CO)는 스침 입사 타입(도 2) 또는 직접 반사기(direct reflector) 타입(도 3)으로 이루어질 수 있다. 스펙트럼 퓨리티 필터는 적외선 파장 대역에서의 원하지 않는 방사선을 억제하도록 설계되어, DUV 방사선은 다른 수단에 의해 억제되도록 놔둘 수 있다.

다음 설명은 대상물의 타겟 위치에 지향되는 방사선 빔을 컨디셔닝할 수 있는 광학 장치 및 방법들을 제시한다. 예를 들어, 대상물은 집적 회로의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 발생시키는 리소그래피 패터닝 디바이스(MA), 또는 리소그래피 장치의 기판 테이블(WT) 상의 기판(W)일 수 있다. 타겟 위치는 조명 시스템(IL)에 의해 조명되는 패터닝 디바이스(MA)의 영역일 수 있다. 예시적인 패터닝 디바이스들로는 마스크, 레티클, 또는 동적 패터닝 디바이스를 포함한다. 또한, 레티클들은 여하한의 리소그래피 공정 내에서 사용하기 위한 것일 수 있는 한편, 이 적용에서의 주안점은 EUV 리소그래피에 있을 것이다. 조명 시스템 내에서, 상이한 조명 모드들을 선택하기 위해 반사 요소들을 이동시키도록 액추에이터들이 사용된다.

도 5는 도 1 내지 도 4에 나타낸 타입의 리소그래피 장치의 조명 시스템(IL)에서 방사선 빔을 컨디셔닝하기 위한 예시적인 광학 장치(20)의 단면도를 개략적으로 나타낸다. 상기 장치(20)는 패싯 필드 거울 디바이스(22)의 형태인 제 1 반사 구성요소(22) 및 패싯 퓨필 거울 디바이스(24)의 형태인 제 2 반사 구성요소(24)를 포함한다. 패싯 필드 거울 디바이스(22)는 복수의 일차 반사 요소(primary reflective element)들을 포함하며, 일부 특정 요소들이 도 5에 개략적으로 도시되고 필드 패싯 거울들(22a, 22b, 22c 및 22d)이라고 칭해진다. 제 2 반사 구성요소(24)는 복수의 이차 반사 요소(secondary reflective element)들을 포함하며, 예를 들어 퓨필 패싯 거울들(24a, 24b, 24c, 24d, 및 24a', 24b', 24c', 24d')이라고 칭해지는 특정 이차 반사 요소들을 포함한다.

일반적으로, 필드 패싯 거울들(22a 내지 22d)은 입사하는 방사선 빔(B)의 각 부분들을 퓨필 패싯 거울들(24a 내지 24d, 24a' 내지 24d')을 향해 지향한다. 4 개의 필드 패싯 거울들(22a 내지 22d)만이 도시되지만, 여하한 수의 필드 패싯 거울들이 제공될 수 있다. 필드 패싯 거울들은 일반적으로 2-차원인 어레이로 배치될 수 있으며, 이는 이들이 엄밀하게 평평한 평면(flat plane)에 놓여야 한다는 것을 의미하지는 않는다. 8 개의 퓨필 패싯 거울들(24a 내지 24d, 24a' 내지 24d')만이 도시되지만, 여하한 수의 퓨필 패싯 거울들이 제공될 수 있으며, 그 수는 통상적으로 필드 패싯 거울들의 수의 배수이다. 퓨필 패싯 거울들은 2-차원 어레이로 배치될 수 있다. 필드 패싯 거울들 및 퓨필 패싯 거울들의 형상들 및 구성들은 디자인에 따라 정사각형, 직사각형, 원형 또는 더 복잡한 형상일 수 있다.

각각의 필드 패싯 거울(22a 내지 22d)은 방사선의 서브-빔의 형태로 제 1 반사 구성요소(22)에 의해 수용된 방사선 빔(B)의 일부분을 퓨필 거울 디바이스(24)의 상이한 퓨필 패싯 거울(24a 내지 24d)을 향해 반사한다. 예를 들어, 제 1 서브-빔(Ba)이 제 1 필드 패싯 거울(22a)에 의해 제 1 퓨필 패싯 거울(24a)로 지향된다. 제 2, 제 3, 및 제 4 서브-빔들(Bb, Bc 및 Bd)이 제 2, 제 3, 및 제 4 필드 패싯 거울들(22b, 22c 및 22d)에 의해 각각 제 2, 제 3, 및 제 4 퓨필 패싯 거울들(24b, 24c, 및 24d)로 지향된다. 퓨필 거울 디바이스(24)에서의 방사선 빔(B)의 공간 세기 분포는 리소그래피 장치의 조명 모드를 정의할 수 있다. 일 실시예에서, 필드 패싯 거울들(22a 내지 22d)은 조정가능한 방위들을 갖고, 퓨필 평면(P)에서 상이한 공간 세기 분포들을 형성하여 상이한 조명 모드들을 제공하기 위해 퓨필 패싯 거울들(24a 내지 24d, 24a' 내지 24d') 중 상이한 것들과 사용될 수 있다. 이 구성은 이후 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 퓨필 패싯 거울들(24a 내지 24d)은 방위에 있어서 조정가능할 수 있다.

각각의 필드 패싯 거울들(22a 내지 22d)은 퓨필 거울 디바이스(24)의 상이한 퓨필 패싯 거울(24a 내지 24d)에서 중간 포커스(IF)의 이미지를 형성하도록 형상화된다. 실제로, 중간 포커스(IF)는 플라즈마 소스의 가상 이미지일 것이며, 상기 이미지는 유한한 직경(예를 들어, 4 내지 6 mm)을 갖는다. 그 결과로서, 각각의 필드 패싯 거울(22a 내지 22d)이 가상 소스점(IF)의 이미지를 형성할 것이며, 이는 퓨필 패싯 거울들(24a 내지 24d)에서 유한한 직경(예를 들어, 3 내지 5 mm)을 갖는다. 퓨필 패싯 거울들(24a 내지 24d)은 각각 (방사선이 퓨필 패싯 거울들 사이로 떨어져서 손실되는 것을 회피하기 위해) 앞서 언급된 이미지 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 중간 포커스(IF) 및 중간 포커스(IF)의 이미지들은 단지 설명의 용이함을 위해 도면들에서 점들로 도시된다.

패싯 거울 디바이스들(22 및 24)은 함께 소위 "플라이아이" 일루미네이터를 형성하고, 이로 인해 방사선 소스에 존재하는 비-균일성이 제거되어 더 균등한 분포 및 더 우수한 제어로 영역(E)을 조명한다. 퓨필 패싯 거울들(24a 내지 24d)의 각 하나가, 기판의 노광 시 패터닝 디바이스(MA)가 위치되는 필드 평면에 또는 부근에 그 연계된 필드 패싯 거울(22a 내지 22d)의 이미지를 형성할 수 있다. 이 이미지들은 실질적으로 겹쳐지고, 함께 조명 영역(E)을 형성한다. 결과로서, 소스(SO)로부터 나오고 광학 장치(20)에 의해 수용될 때 방사선(B)의 단면에 있어서 공간적으로 비-균일한 세기 분포가 조명 영역(E)에서 실질적으로 공간적으로 균일한 세기 분포를 갖도록 컨디셔닝된다. 조명 영역(E)의 형상은 필드 패싯 거울들(22a 내지 22d)의 형상에 의해 결정된다. 스캐닝 리소그래피 장치에서, 조명 영역(E)은 2차원에서 볼 때, 예를 들어 직사각형 또는 곡선 밴드일 수 있으며, 이는 스캐닝 방향으로 스캐닝 방향에 수직인 방향으로의 폭보다 좁은 폭을 갖는다.

방사선의 바람직한 부분의 파장은 5 내지 20 nm 범위, 예를 들어 13.5 nm의 EUV 파장일 수 있다. 또한, 상기 빔(B)은 많은 양의 원치않은 방사선, 예를 들어 DUV 파장을 포함할 수 있다. 다른 특허 공개공보들이 일루미네이터를 통해 원치않은 방사선의 투과를 감소시키는 기술들을 개시한다.

앞서 언급된 바와 같이, 필드 거울 디바이스(22)의 각각의 필드 패싯 거울(22a 내지 22d)이 퓨필 거울 디바이스(24)의 1 이상의 연계된 퓨필 패싯 거울을 가질 수 있다. 필드 거울 디바이스(22)의 필드 패싯 거울은 상이한 시간에 그 연계된 퓨필 패싯 거울들 중 상이한 것들과 상호작동하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 필드 패싯 거울(22a)이 2 개의 연계된 퓨필 패싯 거울들(24a 및 24a')을 갖는다. 이들은 일루미네이터(20)의 상이한 조명 모드들에서 사용된다[일루미네이터는 광학 장치(20)의 일 예시임]. 따라서, 필드 패싯 거울(22a)은 제 2 모드에서 퓨필 패싯 거울 24a 대신에 24a'를 향해 EUV 방사선을 지향하도록 제어될 수 있는 한편, DUV 방사선과 같은 바람직하지 않는 파장을 갖는 방사선은 24c, 24d, 24b' 또는 24c'와 같은 이웃하는 퓨필 패싯 거울들 상으로 떨어지도록 산란될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 액추에이터에 대한 신규한 2-D 모터 부분이 이후 설명될 것이다. 이 모터는, 예를 들어 EUV 시스템에서 필드 패싯 거울들 또는 다른 이동가능한 요소들을 구동시키도록 액추에이터들에 적용될 수 있다. 모터 및 액추에이터의 동일한 원리들은 다른 광학 적용예들 및 일반적으로 다른 적용예들에 적용될 수 있다. 일반적으로, 예를 들어 도 6에 예시된 2 개의 조명 모드들을 유도하기 위해 2 개의 작동 위치들을 제공하는 것이 충분하였다. 이용가능한 방사선을 과도하게 희생시키지 않고 더 많은 수의 조명 모드들을 제공하기 위해서는, 2 이상의 위치들을 갖는 액추에이터들이 요구된다. 2 개의 회전 자유도를 갖는 액추에이터를 제공함으로써, 훨씬 더 많은 수의 위치들이 주소지정되어, 더 유용한 조명 세팅들을 유도할 수 있다.

PCT 특허 출원 공개공보 WO 2011/000671 A1에서, 예를 들어 바이메탈 스트립(bimetallic strip)들이 액추에이터 로드에 직접 작동력(actuating force)들을 적용하기 위해 사용된다. 또 다른 예시는 압전 모터들일 수 있다. 이 타입들의 모터 메카니즘은 몇몇 문제적인 구현 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 바이메탈 모터는 느릴 수 있으며(또는 너무 많은 열을 발생시킬 수 있으며), 압전 모터는 복잡할 수 있고 복잡한 구동 전력 증폭기를 필요로 할 수 있다. 자기 작동의 원리가 끌리는데, 이는 자기 커플링(magnetic coupling)이 EUV 시스템과 연계된 진공 환경 외부로부터 적용될 수 있기 때문이다. 자기 커플링은 열 격리를 제공할 수 있다. 자기 커플링을 이용하는 액추에이터들의 예시들은 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.

도 7은 적어도 2-차원에서 제어가능한 힘들 및 변위를 제공하는 모터(300)의 주 요소들을 나타낸다. 일차 이동부는 영구 자석(362)을 포함한다. 자석은 서스펜션(도 7에 도시되지 않음)의 이동부에 부착된다. 자석(362)을 포함한 이동부는, 자석이 나타낸 바와 같이 x 및 y 방향으로 자유롭게 이동하도록 서스펜션 구성부의 고정부에 커플링된다. 서스펜션 구성부는 모터에 동력이 공급되지 않는 경우에 나타낸 중심 위치를 향해 이동부를 편향시키기 위한 것일 수 있다. 동시에, 자석은 z 방향으로 이동하게 된다. 광학 장치에서 거울을 기울이는 액추에이터의 예시에서, z 제약(constraint)은 피봇 또는 가상 피봇의 형태로 제공된다. 이러한 서스펜션의 예시들은 더 아래에서 나타낼 것이다. 본 기재내용에 대해, 이는 자석(362)의 변위(dx)가 액추에이터의 이동부의 바람직한 기울임 동작(tilting motion: dRy)으로 바뀐다는 것을 유의하기에 충분하다. 이와 유사하게, 페이지로의 변위(dy)는 동일한 피봇점에 대해 X 축을 중심으로 한 기울기(dRx)를 초래하기에 충분하다. 피봇점들은 일치할 필요는 없지만, 이 예시에서는 일치한다. 피봇점까지의 거리가 자석의 이동 범위보다 훨씬 더 크다고 가정하면, 자석은 실질적으로 평면 내의 영역에 걸쳐 이동하고 있는 것으로 간주될 수 있다.

제어가능한 방식으로 이동부의 이동을 초래하기 위해, 2-D 모터(300)의 고정 부분이 적어도 2 개의 양극성 전자석을 포함한다. 제 1 양극성 전자석은 강자성 코어들(372)(코일들 내부, 점선들로 나타냄)에 관한 코일들(370)에 의해 형성된다. 코어들(372)의 기단부(proximal end)들이 강자성 코어 베이스(374)를 통해 서로 연결된다. 제 2 양극성 전자석은 강자성 코어들(378)에 관한, 코일들(370)에 직교로 배치된 제 2 쌍의 코일(376)들에 의해 형성된다. 도 7에서는 코일들(376) 중 하나만 보이며, 다른 하나는 뒤에 있다. 코어들(378)의 기단부들은 동일한 강자성 코어 베이스(374)를 통해 서로 연결된다. 일 실시예에서, 각각의 전자석의 코어들은 함께 연결될 수 있지만, 다른 전자석의 코어들에는 연결되지 않는다.

코어들(372)의 말단부(distal end)들은 중심 Z 축의 양측에 X 방향으로 이격되어 이동 자석(362)에 가까이 위치된다. 이 예시에서, 코어들(372)에는 그 말단부들에 강자성 자극편(pole shoe: 380)들이 제공된다. 이와 유사하게, 코어들(378)에는 그 말단부들에 자극편(382)들이 제공된다. 각각의 자극편은 일반적으로 평평하고, 실질적으로 예를 들어 축선 주위의 원의 섹터를 채우는 자극면을 제공한다; 자극편들은 원과 상이한 형상을 형성할 수 있다. 이 예시에서, 자극면들로 채워진 원은 이동 자석(362)의 최대 요구 편위(maximum desired excursion)보다 크거나 같은 반경까지 연장된다. 자극편들이 강자성 재료의 연결된 부분들이 아니도록 인접한 자극편들 사이에 갭(384) 등이 사용된다. 갭들은 자극편들이 닿는 것을 방지하도록 비-자기 스페이서(non-magnetic spacer) 재료로 채워질 수 있다. 디자인의 목적은 가능한 한 완전히 원을 채우는 것이며, 각각의 갭은 원 직경의 10 %, 선택적으로는 5 % 미만일 수 있다. 자극편들을 갖는 4 개의 코어 단부들이 존재할 때, 이 예시에서의 섹터들은 사분원들이다. 실제로, 상이한 수의 전자석들 및 자극편들이 제공될 수 있지만, 4 개가 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 2차원 작동을 제공하기에 충분하다.

자극면들에 의해 정의된 원에는 그 중심에 개구부가 더 제공되어, 각각의 자극면이 완전한 원보다는 환형의 섹터가 되도록 할 수 있다. 개구부는 광학 위치 센서에 대한 접근을 제공하기 위한 것이고, 이 목적을 위해 필요한 만큼만 커서 모터의 힘을 감소시키지 않아야 한다. 나타낸 예시들에서, 중심 개구부의 반경은 원의 반경의 25 % 미만, 선택적으로 20 % 또는 15 % 미만이다.

모터의 개선된 효율성을 위해, 자석(362)과 자극편(380, 382) 사이의 길이방향(z 방향)으로의 갭(386)은 자극편들을 향하고 있는 자석 측의 폭(예를 들어, 직경)에 비해 작게 구성된다. 자석(362)의 자기면이라고 칭해질 수 있는 이 측은, 예를 들어 폭이 5 mm 또는 7 mm 내지 10 mm일 수 있는 한편, 갭은 0.5 내지 1.5 mm이다. 따라서, 갭은 자석 면의 폭의 20 % 미만, 15 % 미만, 또는 심지어 10 % 미만일 수 있다. 하지만, 실질적 고려사항들이 갭이 얼마나 작게 만들어질 수 있는지를 제한할 수 있다. 예를 들어, 이 타입의 모터의 장점은 전자석들 및 이동 자석이 장벽에 의해 서로 분리되어 상이한 대기 격실(atmospheric compartment)들에 있을 수 있다는 것이다. 이는 다음에 오는 예시들에서 나타낼 것이다. 이러한 경우의 갭은 장벽의 두께를 허용하여야 한다.

전자석들의 자극면들이 평면에 놓이는 경우, 중심 위치에서 떠나 그 피봇점에 대해 흔들리는 자석(362)은 자극면들로부터 멀어지는 방향으로 약간 이동하여 갭(386)을 증가시킬 것이다. 다시 말하면, 자석은 엄밀하게 평평한 평면이 아니라 곡선 표면을 통해 흔들린다. 자석의 이동 범위(dx, dy)가 그 피봇점에 대한 거리보다 여러 배 작다고 가정하면, 갭의 이 증가는 사소할 수 있다. 곡선 표면은 실질적인 목적들을 위해 평면으로서 처리될 수 있다. 따라서, 갭(386)은 자석의 하부면이 이동하는 제 1 평면과 [이동 자석을 향하는 자극편들(380, 382)의 표면들로서 정의되는] 자극면들이 놓이는 제 2 평면 사이에 정의된다.

하지만, 기울기의 각도가 상당하고, 및/또는 중심 위치에서의 갭(386)이 특히 작은 경우, 갭은 자석이 그 극단 위치들을 향해 이동함에 따라 더 크게 증가할 수 있다. 이 효과를 상쇄하기 위해, 자극편들의 면들은 완벽히 평평한 것이 아니라 오히려 접시형(dished)인 표면을 정의하도록 형상화되거나 기울어질 수 있다. 그 경우, 자석과 자극면들 사이의 갭, 및 이에 따른 자기 커플링의 강도는 큰 기울기 각도들에서도 꽤 일정하게 구성될 수 있으며, 모터 힘은 모터의 작동 범위 전체에 걸쳐 유지될 수 있다.

말할 필요도 없이, 평면에 놓이는 자극면들을 갖는 일 실시예가 더 쉽게 제조될 수 있다. 이는 특히, 아래에서 나타낸 예시에서와 같이, 다수의 액추에이터들이 함께 배열되어야 하는 경우에 고려사항이다.

전류들이 코일(370)들을 통해 지나가, 제 1 전자석에 동력을 공급하고, 예시된 중심 위치로부터 X 축을 따라 양 또는 음의 방향으로 이동 자석을 끌어당길 수 있다. 예를 들어, 자석(362)은 그 북극이 자극면들을 향하여 방위되는 경우, 어느 자극면이든 가해진 전류의 결과로서 남극이 되는 것에 걸쳐 이동하도록 끌어 당겨질 것이다. 전류의 극성(방향)을 제어함으로써, 이동 자석에 적용되는 힘의 방향을 제어할 수 있다. 전류의 크기(magnitude)를 제어함으로써, 힘의 크기를 제어할 수 있다. 따라서, 자석(362)이 부착되는 액추에이터 이동부의 변위(dx) 및 이에 따른 회전(기울기)(dRy)을 달성하도록 코일(370)들을 사용하는 것이 가능하다. 유사한 방식으로, 코일(376)들은 자석(362)에 변위(dy)를 부여하고, 이에 따라 X 축에 대한 액추에이터 이동부의 기울기(dRx)를 초래하는 데 사용될 수 있다. 코일(370)들에는 이들을 전기적으로 직렬 연결함으로써 일제히 동력이 공급될 수 있다. 물론, 코일들의 독립적인 구동 및 코일들의 상이한 구성들이 가능하다. 구동 회로(MDRV)가 제공되어, 제어기(도시되지 않음)로부터 수신된 명령 신호들(CMD)에 응답하여 코일들 370에 대한 구동 신호들(전류들) MRY 및 코일들 376에 대한 MRX를 발생시킨다.

구동 신호들(MRY 및 MRX)은 코일들(370 및 376)에 동시에 동력을 공급하도록 적용될 수 있기 때문에, 및 각 신호의 강도가 제어될 수 있기 때문에, 원칙적으로 축 주위에서 여하한의 방향으로 원하는 강도의 힘을 적용하는 것이 가능하다. 또한, 자극면들 및 자석(362)의 적절한 디자인 및 배치에 의해, 위치가 X 및 Y 방향들에서 완전히 독립적으로 제어가능할 수 있다. 알려진 액추에이터들은 2 또는 3 개의 작동 위치들을 단부 정지부들로 매우 정밀하게 정의할 수 있지만, 이는 다수의 작동 위치들이 요구되는 경우에는 비실용적이다. 원칙적으로, 힘 및 결과적인 변위는 코일들의 구동 전류들과 상관된다. 하지만, 이 상관관계는 모든 작동 조건들 하에서 의존되도록 충분히 일정하고 충분히 잘 정의되지 않는다. 예를 들어, 온도 변동들이 자석(362)의 강도 및 이로 인한 기울기들에 영향을 줄 수 있다. 결과적으로, 도 7에 점선 입력으로 나타낸 위치 신호(POS)를 이용하여 피드백 제어 루프가 구현될 수 있다. 이 위치 신호는, 예를 들어 액추에이터 내의 이동부 상의 어딘가에 반사 표면들로부터 1 이상의 방사선 빔들을 반사시키는 광학 센서에 의해 얻어질 수 있다. 나타낸 실시예에서는, 광학 위치 센서(390)가 폴 베이스(pole base: 374)의 이면에 피팅될 수 있다. 폴 베이스(374) 및 자극편들(380, 382)은 모터의 축선 주위에 어퍼처들을 제공하고, 이를 통해 센서(390)가 이동 자석(362)의 베이스를 '볼' 수 있다. 자석의 위치에 대한 2-차원 값을 얻기 위해 다양한 광학 기술들이 사용될 수 있다.

도 8은 오토콜리메이터(autocollimator) 디자인에 기초하는 광학 위치 센서(390)의 가능한 실시예를 나타낸다. 이동 자석(362)은 다어이그램의 최상부에 예시되고, 센서를 향하는 측에 반사 표면(392)(거울)을 갖는다. 코일들 및 코어들은 명확함을 위해 생략된다. 센서(390)는 (레이저 또는 LED와 같은 방사선 소스에 연결되거나 연결가능한, 또는 이를 포함하는) 점 방사선 유출구(point radiation outlet: 393), 빔 스플리터(394), 포커싱 광학기(395), 다중-요소 광검출기(396) 및 처리 유닛(397)을 포함한다.

작동 시, 포커싱 광학기(395)는 이동 자석(362) 상의 거울 표면(392)으로부터 반사되는 방사선 빔(398)을 이용하여 광검출기(396)의 표면에 방사선 출력(393)의 이미지(399)를 형성한다. 광검출기(396)는 이미지의 위치를 검출할 수 있다. 광검출기는 분해능 위치 정보에 적절한 분해능의 2-D 픽셀 어레이일 수 있다. 또한, PSD(위치 감지 디바이스)가 사용될 수 있으며, 이는 PSD에 떨어지는 방사선 스폿의 무게 중심의 위치를 제공한다. 센서(390)의 요소들은, 자석(362)이 그 중심 위치에 있는 경우, 이미지(399)가 적어도 광검출기(396) 상의 거의 중심에 위치되도록 정렬된다. 자석을 점선으로 나타낸 위치 362'로 이동시키도록 변위(dx)가 적용되는 경우, 자석(362)은 또한 이미 설명된 바와 같이 각도 dRy를 통해 기울어진다. 따라서, 빔(398)이 경로 398'를 따르도록 각도 편차(angular deviation)로 반사된다. 빔의 편차는 변위된 이미지(399')가 검출기의 중심에서 떠나 어딘가에 형성되게 한다. 자석이 2차원에서 기울어지는 경우, 이미지(399')는 2차원에서 변위될 것이다.

처리 유닛(397)은 검출기(396)로부터 신호들을 수신하고, 예를 들어 x 및 y 좌표들에서 이미지 위치의 좌표를 계산한다. 이들은 이동 자석(362)의 각도 변위들(dRy 및 dRx), 및 이에 따른 액추에이터의 현재 각도 위치의 표시로서 사용될 수 있다. 따라서, 위치 신호 POS(X,Y)가 모터 구동 유닛으로 하여금 신호 CMD에 의해 명령된 여하한의 위치를 달성하고 유지하기 위해 모터의 서보 제어를 구현하게 하도록 이용가능하게 된다. 또한, 모터 디자인이 각각의 구동 신호들(MRY, MRX)에 의해 x 및 y 방향들에서 독립적인 작동을 달성하는 정도로, X 및 Y에 대한 제어 루프들이 간단한 방식으로 독립적으로 구현될 수 있다. 처리 유닛(397)의 기능들은 필요에 따라 서보 제어를 포함한 다른 처리 기능들과 공통 처리 하드웨어에 구현될 수 있다.

거울 표면(392)이 평평한 경우, 빔(398)의 각도 편차는 자석(362)의 각도 변위의 두 배일 것이다. 예를 들어, 거울 변위 각도 Ry에 대해 편차 2dRy가 다이어그램에 표시된다. 하지만, 거울 표면은 평평할 필요가 없으며, 위치 센서의 감도 및 압축성(compactness)의 원하는 조합을 달성하도록 의도적으로 구부러질 수 있다. 특히, 반사각이 2dRy보다 작은 값으로 감소되도록 거울 표면을 구형 및 볼록형으로 만들 수 있다. 볼록 거울의 곡률 반경은 사실상 검출기(396) 상의 방사선 스폿의 변위 dx,y와 이동 자석의 dRx,y 사이의 비례 상수(proportionality constant)를 결정한다. 따라서, 더 볼록한 형상이 스폿의 더 작은 편위를 초래하고, 4 개의 코일들 사이의 더 작은 개구부, 및 특히 폴 베이스(374)의 더 작은 어퍼처를 가능하게 한다. 이에 대한 불이익은 잠재적으로 위치 측정의 더 낮은 분해능이지만, 이 더 낮은 분해능은 허용가능할 수 있다.

광학 센서가 하나의 선택사항으로서만 유지되며, 예를 들어 자기에 기초한 센서들 뿐 아니라 다양한 타입의 광학 센서, 인코더 등이 예상될 수 있다는 것을 유의한다.

도 9 및 도 10은, 도 7에 나타낸 일반적인 타입의 모터들을 포함한 수 개의 액추에이터들이 앞서 설명된 것들과 같은 EUV 장치의 조명 시스템 내 필드 패싯 거울들(22a 내지 22d) 등의 역할을 하는 반사 요소들의 이동을 초래하도록 적용되는 실제 실시예를 나타낸다. 도 9는 개별적인 액추에이터(500a 내지 500d 등) 상에 각각 장착된 10 개의 이동가능한 요소들(22a 등)을 갖는 패싯 필드 거울 서브-조립체의 사시도를 나타낸다. 요소(22b)에 연결된 액추에이터(500b)가 절단되어 도시되며, 개별적인 부분들이 참조 부호로 나타내어진다. 도 10은 액추에이터(500x)의 헤드 상에 장착된 일반적인 요소(22x)를 나타낸다. 동일한 참조 부호들이 도 9 및 도 10에서 반사 요소 및 액추에이터의 부분들에 사용되며, 두 도면들은 다음 기재내용을 판독하는 경우에 언급될 수 있다. 해석의 용이함을 위해, 반사 표면들은 다이어그램에서 위를 향하여 도시된다. 도 1 내지 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 패싯 필드 거울(22) 및 그 반사 요소들은 사실상 일반적으로 아래쪽으로 지면을 향할 수 있다. 이는 리소그래피 또는 다른 목적들을 위한 다른 장치에서 마찬가지일 필요는 없다. 도 9 및 도 10의 기재내용에서 상향 및 하향에 대한 언급들, "위" 및 "아래"와 같은 용어들은 도면들에서 알 수 있는 바와 같은 방위를 칭하며, 장치가 작동 환경에 설치되는 경우의 여하한의 특정 방위를 내포하지는 않는다.

도 9의 좌측에서, 서브-조립체의 부분들은 모터(M), 섀시(chassis: C), 서스펜션(R) 및 작동되는 대상물 자체(O')에 대응하는 것으로서 폭넓게 식별된다. 이 예시에서는 이 요소들의 특정 형태들이 도시되지만, 이들 각각은 상이한 형태들로 대체될 수 있다. 몇몇 예시적인 변형예들이 아래에서 설명될 것이며, 이용가능한 변형예들의 수는 실제로 무한하다.

나타낸 예시에서, 이동될 대상물은 반사 요소(22x)가 형성되는 몸체(body: 520)를 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 각각의 반사 요소는 세장형(elongated)이고, 구부러진, 거의 평면(near-planar)인 표면을 포함한다. 액추에이터(500x)는 몸체(520)가 장착되는 헤드(522)를 갖는다. 이 예시에서, 몸체 및 액추에이터는 가상 피봇점(524)을 중심으로 하는 2 개의 회전 자유도를 제공한다. 제 1 자유도는 도 10에서 페이지로 향하는 Y 축에 대한 회전이다. 이 자유도의 변위는 기울기 각도 dRy로 도시된다. 여기에서는 기울기 각도가 매우 과장되어 도시됨을 이해할 것이다. 제 2 자유도는 가상 피봇점(524)을 통한 X 축에 대한 회전이며, X 축은 도 10에서 페이지를 가로질러 진행한다.

액추에이터(500x)는 일반적으로 세장형(예를 들어, 원통형)이어서, 이로 하여금 서브조립체 내의 다른 반사 요소들에 대한 유사한 액추에이터들과 나란히 모이게(cluster) 할 수 있다. 다이어그램에서 수직인 축선(526)이 Z 방향으로 연장된다. 액추에이터의 섀시 부분은 상부 및 하부 섹션들(528 및 530)에 형성되는 원통형 케이싱에 의해 형성된다. 액추에이터 헤드(522)는, 본 명세서에서 중간 부분(534) 및 하부 부분(536)까지 아래쪽으로 점점 좁아지는 상부 부분(532)을 갖는 것으로 도시된 작동 로드에 고정된다. 상기 예시에서, 532 및 534 부분들은 단일 금속 조각으로부터 기계가공되는 한편, 536 부분은 나사부품(screw thread)에 의해 534 부분에 부착된다. 이러한 세부내용들은 디자인 선택의 문제일 수 있다. 액추에이터 헤드 및 로드는, 542로 표시되는 3 개의 텐돈(tendon) 및 벨로즈 섹션(bellows section: 540)의 조합에 의해 상부 케이싱(528)에 지지된다. 각각의 텐돈(542)은 제 1 단부(544)에서 케이싱 섹션(528)의 벽으로, 및 제 2 단부에서 헤드(522) 바로 아래의 액추에이터 로드(532)로 고정되고, 각각의 축선(552)을 따라 진행한다. 또한, 텐돈(542)들은 나타낸 바와 같이 그 부분들 안에 형성된 어퍼처들(546 및 550)을 통과한다. EUV 리소그래피 장치 내의 진공 환경과의 호환성을 위해, 벨로즈 섹션(540)이 예를 들어 파형 금속(corrugated metal)으로 만들어질 수 있다.

벨로즈 섹션의 벽 두께 및 파형은 거울(22x)의 각도를 조정하는 데 필요한 2차원 기울임 동작들(dRx 및 dRy)을 허용하도록 충분히 얇다는 것을 이해할 것이다. 다른 자유도들에 관해서는, 텐돈(542)들이 효과적으로 X, Y 및 Z 방향들에서의 바람직한 가상 피봇점(524)의 병진운동(translation)에 대해 헤드를 억제하는 삼각대를 형성하는 한편, 벨로즈(540)가 Rz 회전을 억제한다. 이 맥락에서 "억제하는 것"은 단단한 장착으로서 효과적으로 작용하기에 충분한, 관련 자유도에 대항하는 매우 높은 강성도(stiffness)를 제공한다는 것을 의미한다. 완벽히 단단한 장착으로부터의 편차는, 액추에이터 로드가 액추에이터(500x)의 바람직한 작동들을 달성하도록 원동력에 의해 이동되는 경우에 약간의 기생 이동(parasitic movement)으로 바뀐다.

상부 케이싱 섹션(528) 내에서, 및 액추에이터 로드 주위에서, 유연한 링크(560)가 액추에이터 로드 부분(532)[및 이를 통한 거울 몸체(520)]과 케이싱 사이에 열적 연결을 제공한다. 케이싱 섹션(528)은 액체(예를 들어, 물) 냉각되는 베이스 플레이트에 장착될 수 있으며, 이는 도면들에서 도시되지 않는다. 열적 링크는, 예를 들어 가느다란 구리선 다발을 포함하는 소위 리츠선(Litz wire)일 수 있다. 리츠선 대신에, 유연한 히트 파이프들과 같은 대안적인 유연한 열적 링크들이 사용될 수 있다. 열적 링크는 추가 기생 강성도를 도입하지만, 이는 장착의 강성도에 비해 작을 수 있다. 또한, 리츠선은 서보 제어가 처리하여야 하는 약간의 이력현상(hysteresis)을 도입할 수 있다.

액추에이터 로드의 하단부에서, 로드 부분(536)은 모터 기능의 이동부를 형성하는 영구 자석(562)을 지탱한다. 케이싱의 저부 섹션(530)은 자석(562)이 x 및 y 방향들로 자유롭게 이동하는 챔버(564)를 제공한다. 가상 피봇점(524)을 정의하는 제약들로 인해, 자석(562)의 변위(dx)가 바람직한 기울임 동작(dRy)으로 바뀐다. 이와 유사하게, 페이지(도 10)로의 변위(dy)는 동일한 피봇점(524)에 대해 X 축을 중심으로 한 기울기(dRx)를 초래하기에 충분하다. 제어가능한 방식으로 이 움직임을 초래하기 위해, 및 구체적으로 벨로즈 섹션(540)과 삼각대 텐돈(542)들에 의해 부여된 센터링 힘(centering force)에 대항하여 작동력들을 제공하기 위해, 액추에이터의 고정 부분이 강자성 코어(572) 상의 코일들(570)에 의해 형성된 양극성 전자석을 포함한다. 코일들(570) 및 코어(572)는 U 형상으로 형성되고, 변위(dx) 및 이에 따른 회전(기울기)(dRy)을 달성하기 위해 X 축을 따라 양 및 음의 방향들로 작동력들을 제공하도록 동력이 공급될 수 있다. 코일들은 한 쌍으로서 나타내지만, 이들을 직렬 연결함으로써 일제히 동력이 공급될 수 있다. 물론, 코일들의 독립적인 구동 및 코일들의 상이한 구성들이 가능하다.

도 10에 삽입된 상세도로, 코어(572) 및 코일들(570)의 평면도가 제공된다. 알 수 있는 바와 같이, 제 2 양극성 전자석이 U-형 코어(578)에 관한, 코일들(570)에 직교로 배치되는 제 2 쌍의 코일들(576)에 의해 형성된다. 각각의 전자석에는 자극편들(580, 582)이 제공되고, 그 자극면들이 각각 자석(562)이 이동할 수 있는 원의 사분원을 채운다. 이 코일들에 동력을 공급하는 것이, 자석(562)에 변위(dy)를 부여하고 이에 따라 X 축에 대한 거울(22x)의 기울기(dRx)를 초래하기 위해 사용될 수 있다. 구동 회로(MDRVx)가 제공되어, 제어기(CTL)로부터 수신된 명령 신호들(CMDx)에 응답하여 자석(562)의 바람직한 위치설정을 달성하도록 코일들에 대한 구동 신호들(MRX, MRY)을 발생시킨다.

앞선 내용으로부터, 각각의 액추에이터(500x)가 도 7에 300으로 나타낸 일반적인 타입의 모터를 포함한다는 것을 알 것이다. 모터 부분들(562 등)은 모터(300)의 부분들(362 등)과 일관하여 참조부호로 나타낸다. 이 예시에서의 한 가지 차이는 도 9 및 도 10의 모터가 제 1 및 제 2 전자석들에 대해 별도의 U-형 코어들(572, 578)을 갖는다는 것이다. 도 7의 예시는 두 전자석들에 대해 공통 강자성 베이스(374)를 갖는다. 또한, 도 7의 예시는 [도 10의 중심 어퍼처(588)에 비해] 실제로 제공될 수 있는 것보다 큰 어퍼처를 자극면들의 중심에 갖는 것으로 도시된다.

예를 들어, 제어기(CTL)는 서브-조립체 또는 패싯 필드 거울의 모든 액추에이터들에서의 모든 유사한 구동 회로들에 대한 명령 신호들을 발생시킬 수 있다. 제어기(CTL)는, 예를 들어 요구되는 특정 조명 모드를 나타낼 수 있는 더 높은 레벨의 명령(CMD)을 수신하고 각각의 필드 패싯 거울에 필요한 개별 위치들을 추론하도록 프로그램될 수 있다. 나타낸 예시에서는, 코일들(570, 576)에 의해 형성된 모터의 통전부(energizing part)와 액추에이터 로드 자석(562) 사이에서 자기 커플링이 사용되어, 메카니즘의 상이한 부분들 간의 환경적 격리를 허용한다. 비-강자성 멤브레인(600)의 형태인 장벽이 나타낸 실시예에서 이 격리를 제공된다. 멤브레인(600)은 도 10에는 도시되지만, 도 9에서는 명확함을 위해 생략된다. 멤브레인(600)은 도 9에 나타낸 타입의 다수-액추에이터 어레이의 구성을 간소화하는 수 개의 이웃하는 액추에이터들을 가로질러 계속 연장될 수 있다. 멤브레인은, 예를 들어 얇은 스테인리스 강으로 이루어질 수 있다. 도 8에 나타낸 타입의 광학 위치 센서가 사용되는 경우에는, 유리가 사용될 수 있다. 따라서, 구동 회로 및 전자석들은 진공 환경 외부에, 또는 EUV 장치와 같은 장치의 조명 시스템 내의 감지 환경과 구별되는 서브-환경에 배치될 수 있다. 이 환경적 격리는 모터 구성요소들에 관한 재료들의 선택 및 디자인 제약들을 완화할 수 있다. 이는 유지보수를 위한 접근을 개선할 수 있다.

동력이 공급되는 경우 코일들(570)은 열 소스가 되는 것으로 여겨지며, 또한 액추에이터 로드에 대한 자기 커플링의 선택은 유용한 열 격리를 제공한다. 전체 액추에이터 조립체는 충분한 개별 액추에이터들로 하여금 이용가능한 공간에 장착되게 하도록 조밀하여야 한다. 케이싱 내측 폭(예를 들어, 직경)은 예를 들어 16 mm일 수 있으며, 자석(562)의 외측 폭(예를 들어, 직경)은 예를 들어 10 mm일 수 있어, dx,dy = +/-3 mm의 이동 범위를 허용한다.

앞서 설명된 바와 같이, 본 명세서에 예시된 타입의 액추에이터들의 상세한 구현은 삼각대[텐돈(542)들] 및 벨로즈 섹션(540)의 강성도에서 반영되는 장착의 견고함(robustness)과 모터[여기에서는, 코일들 및 자석(562)]를 통해 이용가능한 작동력 간의 절충을 수반할 수 있다. PCT 특허 출원 공개공보 WO 2011/000671 A1에서, 2-위치 액추에이터가 이동 방향으로 비교적 낮은 강성도를 갖고, 직교 방향으로는 훨씬 더 높은 강성도를 갖는다. 이는 절충을 만족스럽게 해결한다. 하지만, 현재의 2-축선 다수-위치 액추에이터의 경우, 탄성 장착은 두 방향들로 거의 동일한 강성도를 가져야 한다. 결과적으로, 지지체의 견고함과 변위의 용이함 간의 절충은, 특히 제한된 공간 및 방열 요건들과 함께 달성하기가 훨씬 더 어려워진다.

필요한 원동력을 감소시키고, 이에 따라 전자석들 또는 다른 모터 기능에서의 증가된 크기 및 방열의 문제들을 회피하기 위해, 이제 아래에서 설명되는 바와 같은 강성도 보상 기술이 본 예시에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 가특허 출원 제 61/713,930호에서 더 충분히 설명되는 바와 같이, 액추에이터 로드 섹션들(532 및 536) 간의 계면에 장착되는 자석(602)과 고정된 요소들(604a 및 604b) 사이에 자기 커플링이 확립된다. 요소들(604a 및 604b)은 자석(602)이 로드와 이동할 수 있는 공동(cavity: 606) 위와 아래에 위치된다. 이 부분들 및 이들이 형성하는 공동은 축선(526)에 대해 (원형으로) 대칭이므로, 자석(602)은 링의 형태이고, 예를 들어 최상부가 북극이고 최하부가 남극이다. 요소들(604a 및 604b)은 상부 및 하부 링들을 형성하여, 환형 공동(606)을 정의한다.

점진적인 변위(dx 및/또는 dy)와 함께, 자석(602)의 더 큰 부분이 링들(604a 및 604b) 사이의 공간에 들어갈 것이다. 그 자기장 라인들은 케이싱 섹션(530)을 통해 링들(604a 및 604b)의 재료로 더욱 더 커플링될 것이다. 이는 축선(526)으로부터 반경방향으로 자석(562)을 편향시키고, 이에 따라 우선적으로 기울어진 방위들로 로드 및 거울(22x)을 편향시키는 인력을 제공한다. 이 자기적 반-편향(counter-bias)은 벨로즈 섹션(540)에 의해 제공되는 센터링 힘을 부분적으로 상쇄한다. 적절한 자석(602)의 선택에 의해, 및 링 부분들 및 공동(606)을 적절히 치수화함으로써, 자기 커플링에 의해 제공되는 탈-중심 편향(de-centering bias)과 벨로즈 섹션(540) 및 삼각대[텐돈(542)들]에 의해 야기되는 중심 편향 간의 관계, 전자석 코일들(570)의 통전 강도(energizing strength)와 변위들(dx, dy) 간의 바람직한 관계가 달성될 수 있다. 탄성 장착의 견고함을 떨어뜨리지 않으면서, 패싯 거울(22x)의 바람직한 위치들을 달성하는 데 필요한 작동력이 감소될 수 있다. 나타낸 실시예에서, 하부 자기 커플링 링(604b)은 나사부품(608)에 의해 케이싱 섹션(530) 내에서 위아래(z 방향)로 조정될 수 있다. 이는 자기 편향 특성의 미세한 조정을 허용한다.

본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않고 다수의 변형예들 및 수정예들이 가능하다. 이들 중 일부는 이미 앞서 언급되었다. 완전한 목록을 제공하려는 의도없이, 다른 것들이 여기에서 언급될 것이다. 나타낸 예시들에서의 자기 커플링은 작동될 대상물의 탄성 장착에 내재하는 중심 편향의 반대인 탈-중심 편향이지만, 다른 적용예들 및 다른 실시예들이 한 방향으로만 편향되는 탄성 장착을 수반하고, 자기적 반-편향이 반대 방향일 수 있다.

액추에이터(500x)에서의 자유도들 및 제약도(degree of constraint)들의 특정 조합에 대한 요구는 이것이 적용되는 특정 광학 시스템의 기능에 따른다. 이러한 광학 시스템들의 다른 실시예들 -완전히 상이한 적용들에 대한 액추에이터들 및 장착들을 언급하지는 않음- 이 상이한 자유 및 제약을 제안할 수 있다. 바람직한 자유도들 및 제약들이 본 명세서에 예시된 것과 동일한 경우에도, 탄성 장착에 바람직한 자유들 및 제약들을 제공하는 다수의 대안적인 메카니즘들이 당업자에 의해 예상될 수 있다. 예를 들어, PCT 특허 출원 공개공보 WO 2011/000671호에 개시된 대안적인 액추에이터 디자인들은 액추에이터의 케이싱으로부터 재료를 잘라냄으로써 형성되는 리프 스프링들에 의존한다. 본 출원에 예시된 벨로즈 구성뿐 아니라, 이러한 구성은 실질적으로 이동부들 간의 마찰 접촉이 없어서, 작동 환경에 오염 입자들이 들어갈 위험을 감소시킨다는 장점을 갖는다.

원칙적으로, 모터 자석(562) 및 반-편향 자석(602)의 기능들은 단일 자석 또는 자석 시스템으로 조합될 수 있다. 하부 케이싱 섹션(530)이 이웃하는 액추에이터들 및/또는 다른 구성요소들 간의 간섭을 방지하는 차폐부로서 작용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 차폐는 추가적으로 또는 대안적으로 (에그 박스처럼) 액추에이터들 사이에 짜여진 플레이트들의 구성에 의해 제공될 수 있다. 하지만, 각각에 나타낸 타입의 개별 차폐부를 제공함으로써 이웃하는 액추에이터들 간의 크로스-토크(cross-talk)가 크게 감소될 수 있다. 따라서, 효과적으로 여하한 쌍의 액추에이터들 사이에 2 개의 차폐부가 존재한다. 또한, 차폐부 자체가 이동 자석(562)에 자기적 영향을 끼치므로, 대칭적(원통형) 형상이 2-D 이동 범위에 걸쳐 균일한 성능을 달성하도록 할 수 있다. 이와 관련하여, 케이싱 섹션(530)은 앞서 설명된 자기적 반-편향 구성의 일부분으로서 작용한다.

이와 유사하게, 차폐부(도시되지 않음)가 코일들 및 코어들(570-578)에 의해 형성된 전자석들 주위에, 또는 적어도 자극편들 주위에 제공될 수 있다. 또한, 열 관리 수단(thermal management measure)들이 전자석들로부터 초과 열을 제거하기 위해 배치될 수 있다.

도 11 및 도 12는, 도 7에 나타낸 일반적인 타입의 모터들을 포함한 수 개의 액추에이터들이 앞서 설명된 것들과 같은 EUV 리소그래피 장치의 조명 시스템 내의 패싯 거울들(22a 내지 22d) 등의 역할을 하는 반사 요소들의 이동을 초래하도록 적용되는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 이 실시예의 많은 특징부들이 도 9 및 도 10에 나타낸 실시예와의 그 유사성으로부터 인지가능할 것이다. '7'로 시작하는 참조 번호들을 갖는 특징부들은 일반적으로 도 9 및 도 10의 '5'로 시작하는 참조 번호들을 갖는 특징부들에 대응하는 한편, '8'로 시작하는 번호들을 갖는 특징부들은 도 9 및 도 10의 '6'으로 시작하는 것들에 대응한다. 예시들 간의 차이들은 특히 액추에이터의 서스펜션 부분에서의 차이, 및 모터(M)에서의 몇몇 차이들에 관계된다. 제어기(CTL) 및 구동 회로들(MDRVx)은 앞선 예시에서와 동일할 수 있다.

서스펜션에 관하여, 도 9 및 도 10의 메카니즘의 상부를 둘러싼 단일 벨로즈(540)가 섀시 부분(528)의 양측과 액추에이터 헤드(722) 사이에서 연장되는 2 개의 더 좁은 벨로즈(740a 및 740b)로 교체된다는 것을 알 것이다. 4 개의 텐돈(742)들 -이들 중 2 개는 벨로즈(740a 및 740b)의 중심에 있음- 이 섀시 부분(528) 상의 고정 지점들로부터 헤드(722)까지 연장된다. 앞선 실시예의 3 개의 텐돈(542)들의 경우에서와 같이, 텐돈(742)들은 가상 피봇점(724)을 가리키고, 이 점의 x, y, z 위치를 정의한다. 벨로즈(740a 및 740b)는 Rz 자유도를 억제한다. 거울 몸체(22x)는 공간의 이유로 생략된다. 거울만이 아닌 여하한의 구성요소가 헤드(522 또는 722)에 부착되어 이 타입의 액추에이터에 의해 이동될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

그러므로, 도 9 및 도 10의 실시예는 압축 상태의(in compression) 단일 벨로즈 및 텐돈들의 삼각대를 포함한 서스펜션 구성부를 가졌지만, 이 실시예에서의 서스펜션 구성부는 Z 축을 중심으로 한 회전을 방지하도록 돕는 V-형상의 2 개의 벨로즈 및 인장 상태의(in tension) 텐돈들의 사각대(tetrapod)를 포함한다. 텐돈들은 액추에이터의 중심(Z)축(726) 주위에서 균일하게 이격된다. 다시, 서스펜션 구성부는 Rx 및 Ry 방향으로 몸체(722)를 기울이는 2 개의 자유도를 제공한다. Z 방향으로의 이동, 및 X 및 Y에서의 병진운동은 실질적으로 또는 완전히 방지된다. 이 실시예에서의 벨로즈(740a, 740b)는 리츠선으로 채워지거나 유체로 채워져, 앞선 실시예에 나타낸 리츠선(560) 대신에 또는 이에 추가하여 열 전도체들의 역할을 할 수 있다. 또한, 이들은 더 큰 열 전도를 위해 히트 파이프들로서 구성될 수 있다.

자석(602)에 관하여 앞서 설명된 바와 같은 자기 반-편향을 제공하기 위해, 추가 자석(802, 도시되지 않음)이 섀시 부분(528)의 공동 내에 제공될 수 있다.

액추에이터의 모터 부분에 관하여, 이는 다시 도 7에 나타낸 형태 및 기능을 갖는다. 이동 자석(762)이 액추에이터(700x)의 이동 샤프트(732)에 부착되고, 그 이동들이 X 방향으로의 변위(회전 Ry)에 대한 코일들(770)을 포함한 제 1 전자석, 및 Y 방향으로의 변위(회전 Rx)에 대한 코일들(776)을 포함한 제 2 전자석에 의해 제어된다. 이 실시예와 도 9 및 도 10의 실시예 간의 첫번째 차이는, 모터가 도 9 및 도 10에 나타낸 별도 코어들(572 및 578)보다는 도 7에 나타낸 코어 베이스(374)와 유사한 단일 코어 베이스(774)를 갖는다는 것이다. 이 코어 베이스(774)에는, 광학 센서로 하여금 적어도 2차원에서 액추에이터의 기울기를 측정하게 하는 어퍼처가 제공된다. 명확함을 위해 도 11 및 도 12로부터 생략되는 센서는 도 7 및 도 8에 나타낸 형태로, 또는 여하한의 다른 형태로 구성될 수 있다. 위치 센서는 공간이 허용한다면 메카니즘 내의 또 다른 장소에 제공될 수 있다.

도 9 및 도 10의 실시예로부터의 또 다른 차이는, 자극편들(780, 782)의 면을 내려다보는 도 12에 삽입된 상세도로부터 알 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 각각의 자극면은 실질적으로 환형의 사분면을 채우고, 환형은 챔버(764) 내에서의 이동 자석(762)의 모든 바람직한 위치들을 포괄한다. 자극편들은 서로 닿고 있지 않아, 이들이 독립적으로 자화될 수 있을 것을 보장하며, 이들 사이의 갭들은 환형 영역의 적용범위(coverage)를 최대화하도록 제한된다. 이와 유사하게, 중심 개구부는 최소화되어 광학 위치 센서가 이동 자석(762)을 '보기에' 충분한 공간만을 허용한다. 중심 개구부(788)는 도 10의 중심 개구부(588)보다 도 12에서 더 작게 그려진다는 것을 알 수 있다. 다시, 멤브레인(800)은 유리 또는 위치 센서에 의해 사용되는 방사선에 투명한 다른 재료로 구성될 수 있다. (예를 들어, 도 12에서 위로 나사고정함으로써) 냉각 플레이트에 V-형 서스펜션 조립체를 고정하기 위해 로킹 너트(804)가 사용될 수 있다. 나타낸 예시들에서, 중심 개구부(788)의 반경은 원의 반경의 25 % 미만, 선택적으로는 20 % 또는 15 % 미만이다. 자극편들이 강자성 재료의 연결된 부분들이 아니도록 인접한 자극편들 사이에 갭(784)들이 사용된다. 디자인의 목적은 가능한 한 완전히 원을 채우는 것이며, 각각의 갭은 원 직경의 10 %, 선택적으로는 5 % 미만일 수 있다. 갭들은 자극편들을 떨어진 채로 유지하도록 비-강자성 재료의 스페이서들로 채워질 수 있다.

도 13 내지 도 17은, 도 11 및 도 12의 액추에이터들에서의 적용에 대한 도 7에 나타낸 디자인의 예시적인 모터의 시뮬레이션된 성능의 3-차원 플롯들을 나타낸다. 차폐부 및 케이싱을 포함한 모터의 고정부는 16 mm의 직경 및 약 30 mm의 (자극면들로부터의) 길이를 갖는다.

도 13에서, 한 차원(예를 들어, x)에서의 구동력(Fx)이 수직 축선으로 도시되며, 뉴턴(N) 단위로 측정된다. 힘은 그 방향에 따라 음 또는 양일 수 있다. (-250 내지 +250 암페어턴 범위인) 코일 전류의 상이한 값들이 좌측 수평 축선에 의해 도시된다. 이 코일 전류는 도 7 내지 도 12의 코일 구동 신호(MRY)에 대응한다. 우측 수평 축선은 구동 방향에서의 상이한 자석 위치들을 나타낸다. 우측 수평 축선은 밀리미터 단위로 측정되는 자석의 선형 변위로 표시될 수 있지만, 이 예시에 대해서는 라디안 단위로 측정되는 기울기 각도(Ry)를 나타내도록 전환되었다. Ry = 0의 위치는 이동자가 정확히 중심 위치에 있는 경우의 위치에 대응하고, Ry = 0.05 rad는 한 방향으로의 최대 반경방향 위치를 나타낸다. 자석(362/762)의 균등한 변위(x)는, 예를 들어 액추에이터 샤프트(732)의 길이에 따라 2.5 mm일 수 있다. 회전들이 작기(±50 mrad) 때문에, 병진운동들이 선형으로 스케일링(scale)되어 회전들을 얻을 수 있다. 이 예시에서의 피봇점은 자석(762)의 방사선 반사 표면으로부터 약 70 mm 떨어져 위치된다.

도 13에 나타낸 힘은 자석을 끌어당기는 차폐부의 영향을 포함하지만, 여하한의 특정 서스펜션 또는 다른 반-편향 구성부로부터의 기여는 없다. 상이한 전류 레벨들에 대해 구동력이 어떻게 변하는지를 알아차릴 수 있다. 도면으로부터, 반경방향 힘(Fx)은 0(중심) 위치로부터 멀리 이동하는 경우 0 코일 전류에 대해 더욱더 음이 됨을 알 수 있다. 디자인은 액추에이터 축선에 대해 사방에서 대칭이므로, 음의 Ry 방향과 양 및 음의 Rx 방향들로의 편위들에 걸쳐 동일한 성능이 기대될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 힘이 양인지 음인지는 사용되는 좌표 규약에 의존한다는 것을 유의한다: 양 및 음의 힘들은 단순히 반대 방향들로의 힘들이다.

도 14는 차폐의 효과 없이 순수하게 전자석 모터 힘을 나타낸다. 그래프는 액추에이터가 전체 작동 영역 내에서 동작한다는 것을 입증한다. 하지만, 모터 힘 상수(Fx/I)는 회전(Ry)이 증가함에 따라 떨어진다. 이는 제어기 및/또는 구동 회로들에서 보정될 수 있다. 이 보정은 피드-포워드 보정에 의해 적용될 수 있으며, 또는 제어기가 위치 센서로부터의 피드백에 기초하여 원하는 위치를 달성하도록 구동 전류를 증가시킴으로써 이를 처리할 수 있다. 서보 제어는 매우 빠르게 응답할 필요가 없는데, 이는 완전한 메카니즘의 정착 시간이 비교적 길기 때문이며, 예를 들어 0.1 내지 1 초 범위이다.

도 15는 자극면들을 향해 자석(362/762)을 당기는 수직력(normal force: Fz)을 나타낸다. 서스펜션, 예를 들어 벨로즈(740a, 740b)는 이 수직력에 저항하도록 설계되어서, 이동 자석과 자극면들 사이에 바람직한 갭(786)을 유지하여야 한다.

x(Ry) 및 y(Rx) 방향들에서의 독립적인 위치 제어를 허용하기 위해, 액추에이터 구동력은 구동 방향에 수직인 변위들에 독립적이어야 한다. 도 16에서, 우측 수평 축선은 구동력(Fx)에 수직인 Y 방향으로의 자석 변위에 대응하는 Rx이다. 구동력은 힘 방향에 수직으로 이동하는 경우, 거의 변하지 않는다는 것을 알 수 있다. 도 17은 전류 및 위치의 함수로서 구동 방향에 수직인 힘을 나타낸다. 이 힘은 실질적으로 전류에 독립적이며, 액추에이터가 순수하게 x-방향으로의 힘을 발생시키고 있음이 확인된다. 또한, 도 17로부터 y(Rx) 방향으로의 이동자 위치에 따라 변하는 힘을 알 수 있다. 이는 강자성 차폐부(730)의 인력으로 인한 힘이다.

도 9 및 도 10의 예시에 대해 설명된 것과 동일한 변형예들 및 수정예들이 도 11 및 도 12의 제 2 예시에 적용될 수 있다. 또한, 상이한 예시들의 특징부들이 조합되어, 예를 들어 도 9 및 도 10의 서스펜션 구성부와 도 11 및 도 12의 모터를 부착할 수 있다.

도 18 내지 도 21은 도 7 및 도 8에 나타낸 예시적인 센서(390) 대신에 사용될 수 있는 광학 위치 센서의 일 실시예를 나타낸다. 도 18을 참조하면, 도 7 및 도 8에 나타낸 것들에 대응하는 부분들은 참조 부호 앞자리가 '3' 대신에 '13'으로 표시된다. 따라서, 액추에이터 모터의 고정부는 1300으로 표시되며, 코일들(1370) 및 코어 베이스(1374)를 포함한다. 모터의 이동 자석은 1362로 표시되며, 자극편들(1380)과 마주한다. 이 예시에서는 분리 벽(separating wall: 1800)이 도시되며, 이는 모터의 고정부 및 광학 위치 센서가 제공되는 비-진공 환경으로부터 이동부 주위의 진공 환경을 분리한다.

도 7 및 도 8의 예시에서와 같이, 코어 베이스(1374) 및 자극편들(1380)의 중심의 개구부를 통하는 광학 경로가 제공되고, 상기 개구부를 통해 광학 위치 센서(1390)가 이동 자석(1362)의 반사 표면(1392)을 조명할 수 있다. 광학 위치 센서(1390)의 구성요소들은 다음과 같다. 방사선 출력부(1393)는, 예를 들어 출구 렌즈(exit lens: 1395a)를 갖는 VCSEL(vertical cavity surface-emitting laser)를 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 도 8의 구성과 대조적으로, 이 변형 실시예에서의 방사선 출력부(1393)는 센서의 광학 축선에 위치되며, 빔 스플리터(394)는 존재하지 않는다. 광검출기(1396)에는 중심 어퍼처가 제공되고, 광학 축선을 둘러싼다. 출력부와 검출기 사이에 시준 렌즈(collimating lens: 1395b)가 장착되어, 출력부로부터 약간 발산된 빔(1398a)을 수용하고 자극편들을 향하는 이동 자석(1362)의 면에 놓이는 반사 표면(1392)을 향해 연장되는 빔(1398b)으로 시준한다. 이 예시에서의 반사 표면(1392)은 볼록하다. 반사 표면은 이동 자석(1362)의 자기 재료에 직접, 또는 자석에 추가된 몇몇 층, 예를 들어 자석의 캡슐화(encapsulation)에 코팅 및/또는 연마에 의해 형성될 수 있다.

벽(1800) 및 자극편들(1380)의 평면에는 렌즈(1395c)가 제공될 수 있으며, 빔(1398b)이 이를 통과하여 1398c에서 반사 표면에 도달한다. 렌즈(1395c)는 광 파워를 갖거나 갖지 않을 수 있다. 그 주요한 기능은, 진공 환경과 비-진공 환경 사이를 광학 빔들이 지나가게 하는 윈도우 역할을 하는 것이다. 표면(1392)으로부터의 반사 후, 방사선은 다시 렌즈(1395c)로 들어가고 빔(1398d)을 형성하며, 이는 코어 베이스(1374)를 다시 통과하여 광검출기(1396)에 입사(hit)하는 1399에서 환형 방사선 패턴을 형성한다.

도 19a는 광검출기(1396)를 평면도로 나타내는 한편, 도 19b는 광학 축선에 평행한 단면도로 검출기를 나타낸다. 다양한 형태의 구성이 예상될 수 있으며, 다음은 단지 하나의 예시이다. 예를 들어, 유리 또는 플라스틱인 투명한 기판(1900)이 제공된다. 마스크(1902)가 센서의 광학 축선(O)을 둘러싸는 환형 어퍼처(1904)를 제외한 방사선 출력부(1393)로부터의 방사선을 차단한다. 도 19b에 나타낸 바와 같이, 이로 인해 출력부(1393)에 의해 방출된 빔(1398a)의 원형 조명 프로파일이 반사 표면을 향해 진행하는 빔(1398b)에 대한 환형 조명 프로파일로 변환된다. 별도 기판에 형성되는 대신에, 마스크(1902)는 광학 구성요소의 표면에, 예를 들어 렌즈(1395b)의 후면에 형성될 수 있다. 불투명한 부분 및 투명한 부분을 갖는 단순한 마스크 대신에, 환형 조명 프로파일은 대안적으로 회절 광학 요소(DOE)를 마스크(1902)로서 이용하여 얻어질 수 있다. DOE는 출력 방사선을 더 많이 이용하여 바람직한 프로파일을 제공할 수 있는 반면, 단순한 마스크는 빔(1398a)의 가장 강렬한 중심부를 차단한다. 기판(1900) 상의 이 환형 어퍼처를 검출기 모듈의 감광부, 이 경우에는 4 개의 광검출기 요소들(1920 내지 1926)을 갖는 "쿼드셀(quad cell)"이 둘러싼다. 광검출기 요소들은 각각, 실질적으로 어퍼처를 둘러싸는 원의 하나의 사분원을 차지한다. 사분원들은 예를 들어 Q1 내지 Q4로 표시될 수 있다. 요소들(1393, 1395a, 1395b, 1395c 및 1392)을 포함한 시스템의 광학 디자인은, 작동 시 표면(1392)에 의한 반사 후에 링-형 어퍼처(1904)가 소정 배율로 이미징되어 광검출기 요소들(1920 내지 1926)에 의해 형성된 "쿼드셀" 상에 링 이미지(1399)를 형성하도록 이루어진다.

도 20a는 도 18의 복사본이며, 반사 표면(1392)이 기울어지지 않은 위치 -액추에이터의 이동 자석(1362)이 중심에 있다는 것을 나타냄- 에 있는 경우의 환형 빔(1398b)의 경로를 나타낸다. 반면에, 도 20b는 반사 표면(1392)이 기울어져 있는 상황을 나타내며, 이는 액추에이터가 소정 각도(dRy) 또는 변위(dx)로 중심을 벗어난 위치로 이동하였다는 것을 나타낸다. 반사 표면의 곡률로 인해, 빔의 편향 각도는 각도 편향(dRy)의 2 배보다 작다. 편향의 결과로서, 방사선의 링(1399)은 그 중심 위치로부터 도 20b에 나타낸 중심을 벗어난 위치(1399')로 이동한다. 사실상 도면은 두 방향들로의 회전을 갖는 상황: dRx 및 dRy가 둘 다 0이 아님을 나타낸다는 것을 이해할 것이다.

도 21a는 감광성 요소들 상의 중심 위치에서의 링 이미지(1399)의 위치를 개략적으로 나타내고, 도 21b는 중심을 벗어난 위치에서의 링 이미지(1399)의 위치를 개략적으로 나타낸다. 일 예시에서, 액추에이터 코어 베이스(1374)는 4 mm 직경 및 30 mm 길이의 중심 어퍼처를 갖는다. 기울기-범위는 -3 내지 +3 도인 한편, 링 이미지의 이동 범위는 반경 105 mm 정도의 곡률을 반사 표면(1392)에 적용함으로써 감소된다. 105 mm의 이 반경은 이 거울의 거울 표면까지의 볼록 거울의 피봇점의 거리(이 거리는 약 70 mm임)보다 훨씬 더 크지만, 평평한 거울의 무한 반경보다는 상당히 작다. 피봇점-거울 표면 거리(예시적인 경우, 70 mm)와 동일한 거울 반경에 대해, 링 이미지는 거울이 회전되는 경우에 전혀 이동하지 않을 것임을 유의한다. 따라서, 곡률 반경의 선택은 측정 범위 및 분해능 사이에서의 트레이드 오프를 결정한다. 앞서 언급된 곡률 반경의 선택에 의해, 및 감광성 요소들(1920 내지 1926)로서 광전압 검출기(photovoltaic detector)들을 이용하여, 이 실제 예시에서 위치 측정의 높은 분해능, 예를 들어 1/2500(1 in 2500)이 달성된다. 그 후, 각각의 요소는 그 영역에 떨어지는 방사선 에너지에 선형으로 관계되는 전류를 생성한다. 이러한 쿼드셀들은, 중심 어퍼처 및 링-형 조명을 이용하지 않더라도 일반적으로 알려져 있다. 도 8의 예시에서 사용을 위해 언급된 픽셀 어레이 센서 또는 위치-감지 디바이스(PSD)와 같은 대안적인 타입의 감광성 요소들이 사용될 수 있다. 하지만, 광전지들이 매우 우수한 잡음 특성 및 응답 속도를 갖는다.

4 개의 요소들(1920 내지 1926)로부터의 신호들의 간단한 산술 조합들에 의해, 위치 X, Y 신호들이 계산될 수 있다. 4 개의 사분원 센서들로부터의 광전류들이 신호들(Q1 내지 Q4)에 의해 나타내어지는 경우, X 및 Y 변위를 나타내는 신호들이 비율로서 간단히 도출될 수 있다:

X = ((Q1 + Q4) - (Q2 + Q3)) / (Q1 + Q2 + Q3 + Q4)

Y = ((Q1 + Q2) - (Q3 + Q4)) / (Q1 + Q2 + Q3 + Q4)

도 21a에 나타낸 바와 같이 링 이미지(1399)가 중심에 있는 경우, 모든 사분원들은 동일한 방사선을 수용하고 X 및 Y에 대한 값들은 0이다. 도 21b에 나타낸 바와 같이 링 이미지(1399')가 중심을 벗어나 이동하는 경우, X 및/또는 Y 값들은 변위의 방향 및 크기에 따라 양 또는 음으로 증가할 것이다. 이 비율 형태의 계산은 조명 소스의 전체 세기, 검출기 감도 등의 여하한의 변동을 자동으로 제거한다는 것을 유의한다. 쿼드셀 신호들로부터 도출된 원시(raw) X, Y 신호들은 각도 변위(dRx, dRy)와 선형으로 관계되지 않을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 신호 처리가 적용될 수 있으며, 거울의 각도 위치를 앞선 공식에 의해 계산되는 원시 X, Y 값들로 전환하도록 캘리브레이션 관계(calibration relationship)가 저장될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 거울의 각각의 바람직한 위치들에 대한 바람직한 원시 X, Y 값들은 선형화 캘리브레이션이 필요하지 않도록 직접 기억될 수 있다. 이 상이한 타입들의 캘리브레이션은 디자인에 의해 구현될 수 있으며, 또는 조명 시스템이 조립되는 경우에 셋업(set-up) 공정 중에 얻어질 수 있다. 신호 처리는 아날로그 도메인, 디지털 도메인, 또는 둘의 혼합으로 수행된다.

검출기에서의 링 이미지(1399)의 크기는 렌즈들(1395a, 1395b 및/또는 1395c)의 파워들을 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 디자인의 목적은, 반사된 방사선으로 하여금 모터의 주위 구성요소들에 부딪히거나, 검출기(1396) 중심의 어퍼처로 다시 들어가게 하지 않으면서 링 이미지의 이동 범위를 최대화하는 것이다. 방사선의 작은 부분이라도 레이저-타입 소스(1393)로 다시 반사되게 하는 것은 그 작동을 방해할 수 있다. 환형 조명 프로파일의 중심의 어두운 부분이 소스 및 검출기의 동축 구성을 허용하면서 이로 하여금 회피되게 한다. 렌즈 1395a는 상업적으로 이용가능한 VCSEL 모듈의 부분일 수 있는 반면, 렌즈들 1395b, 1395c는 기울기 감지 적용의 특정 요건들에 맞춰질(tailor) 수 있다. 하지만, 렌즈 1395b는 VCSEL과 모듈로 통합되어 전체 시스템의 조립에 대한 공차들을 완화할 수 있다. 따라서, 도 21b는 최대 편위를 나타낸다. 볼록한 반사 표면(1392)을 이용함으로써, 링 이미지(1399)의 편위 범위는 볼록한 곡률 반경을 변화시킴으로써 조정될 수 있다.

다른 변형예들에서, 반사 표면은 필드 패싯 거울 자체의 후면, 또는 필드 패싯 거울에 기계적으로 고정되는 거울에 의해 형성될 수 있다. 도 18 내지 도 21의 기울기 센서는 패싯 거울 이외에도 다른 적용예들에서 적용될 수 있다. 나타낸 실시예에서, 액추에이터 모터(1300) 및 센서(1390)는 공유 하우징(1802) 내에서 서로 적층되어 위치되며, 완전한 제어-루프[도 7에 나타낸 것과 유사한 위치 계산 모듈(POS) 및 모터 구동 회로(MDRV)]가 동일한 하우징에 부착되거나 그 안에 있는 독립식 모듈(self-contained module: 1804) 내에 국부적으로 구현될 수 있도록 한다. 즉, 패싯(x)에 대한 위치 명령(CMDx)만이 액추에이터 모듈에 전달될 필요가 있고, 이때 액추에이터 모듈은 그 안에 위치 계산, 모터 구동 회로들 및 피드백 제어를 구현하는 데 필요한 모든 구성요소들을 포함한다. 이는 특히 수십 또는 수백의 패싯 거울들 및 액추에이터들을 갖는 일 실시예를 고려하는 경우에 일루미네이터로의 전기 연결들의 수를 크게 감소시킨다.

변형된 센서(1390)는 다수의 유리한 특징들을 가질 수 있다. 고-분해능에 대해, 이는 기울어진 반사 표면(1392)으로부터 반사되는 방사선이 액추에이터 벽들에 부딪히지 않고 검출기를 지나치지 않도록 배치될 수 있다. 광학 기울기 센서는 액추에이터와 동축으로 장착되어, 이것이 간단한 광학 구성요소들로 조밀하고 저렴하게 만들어질 수 있도록 한다. 또한, 반사된 방사선이 방사선 출력부에 다시 들어갈 수 있는 것을 회피함으로써, 예를 들어 종래의 LED 소스보다는 VCSEL과 같은 레이저가 사용될 수 있다. 다른 타입들의 방사선 소스가 사용될 수 있지만, VCSEL들이 본질적으로 시준되는 방사상 대칭인 빔을 제공하고, 매우 낮은 파워에서 작동하며, 매우 오래 지속된다는 점에서 이 적용에 대해 관심을 끈다. 렌즈들은, 예를 들어 PMMA로 만들어질 수 있다. 앞서 주어진 치수들을 갖는 일 예시에서, 위치 검출기(1390)의 광학 부분은 20 mm의 길이보다 짧게 만들어질 수 있으며, 이는 도 8의 실시예에서보다 훨씬 더 짧다. 이는 전체 조립체를 더 짧게 만들거나, 또는 신호 처리 및 구동 전자기기를 포함하도록 공간을 확보한다.

센서는 폭넓은 범위의 적용들에서 여하한의 이동부의 기울기를 측정하기 위해 적용될 수 있다. 센서는 반사 표면의 기울임을 직접 측정하며, 이는 이동부의 기울임 동작(각운동) 또는 병진운동과 연계될 수 있다. 구부러진 반사 표면을 갖는 센서는 반사 표면을 지니는 몸체의 기울기 및 병진운동에 민감하다. 이동 자석(1362)의 경우, 예를 들어 빔이 반사되는 각도는 볼록 거울(1392)의 광학 축선의 탈중심, 및 측정되도록 의도되는 각도 변위에 의해 영향을 받을 것이다. 구부러진 반사 표면과 조합되는 센서는 기울기의 영향들과 병진운동의 영향들을 구별할 수 없기 때문에, 센서의 의도되는 사용은 기울기만 갖거나, 병진운동만을 갖거나, 기울기와 병진운동 간의 고정된 비례를 갖는 적용들이다. 앞서 설명된 실시예에서, 변위는 [타겟 거울(1392)이 회전되는 피봇점으로 인한] 기울기에 엄격히 비례하고, 두 영향들의 조합은 기울기 각도의 올바른 결정을 유도한다. 고정된 비례로 인해, 거울(1392)의 기울기 대신에 그 축을 벗어난 병진운동이 캘리브레이션되었을 수 있다. 필드 패싯 거울(22x)에 대한 액추에이터의 예시적인 적용에서, 가장 관심있는 것은 기울기이다.

액추에이터의 구성요소들은 그것이 작동할 환경 및 적용에 따라 지정되어야 한다. EUV 장치 내부의 환경에 대해, 고려사항들은 (실질적으로 기체방출이 없는) 진공 호환성 및 수소 분위기와 같은 저압 가스의 공차(예를 들어, 2 내지 20 Pa의 분압)를 포함한다. 이는 자석 재료의 선택에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, SmCo가 이동 자석 재료에 사용될 수 있다. FeNdB와 같은 다른 재료들은 캡슐화되지 않는 한 H₂ 취화를 겪을 수 있다. 캡슐화는 갭(586, 786)을 바람직하지 않게 증가시킬 것이며, 누출의 위험을 도입한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 신규한 모터는 피드백을 갖는 제어된 시스템에서 평면 구동력들을 발생시키도록 성공적으로 설계될 수 있다. 본 명세서에서 제시된 개념들은 시스템 설계자로 하여금: 2 개의 자유도로 제어가능한 구동력을 제공하고; 수 개의 액추에이터들이 나란히 장착되는 경우, 표유 전자계(stray field)들을 제한하고; 자기 차폐부의 추가 장점으로서 구동력을 감소시키고; 예를 들어, 10 내지 20 mm, 예를 들어 16 mm의 폭과 20 내지 40 mm, 예를 들어 30 mm의 높이로 매우 제한된 공간 내에서 동작하고; 예를 들어, 액추에이터 당 5 W 미만 또는 3 W 미만으로 소비전력(power dissipation)을 제한하고; 및/또는 전력 소모(power consumption)를 제한하게 할 수 있다.

본 명세서에 개시된 타입의 액추에이터들의 어레이를 이용하여 필드 패싯 거울(22)들을 제어함으로써 다양한 EUV 조명 프로파일들이 달성될 수 있다. 각각의 필드 패싯 거울(22x)에 의해 조명되도록 이용가능한 5 개 이상의 퓨필 패싯들(24x 등)이 존재할 수 있다. 조명 프로파일들은 다양한 환형 및 부분-환형 프로파일들, 및 다이폴(dipole) 및 쿼드러폴(quadrupole) 프로파일들을 포함한다. 특정 패턴들 및/또는 공정 파라미터들에 맞춰지는 이 프로파일들의 사용은 액추에이터들을 채택하는 EUV 장치에서 더 우수한 패터닝 성능을 허용한다. 하지만, 필드 패싯 거울들의 자유도의 증가 및 단일 필드 패싯 거울에 연계되는 퓨필 패싯들의 수의 증가가 (상이한 거리들로 인해) 연계된 퓨필 패싯 거울들 모두에 동일하게 잘 방사선을 포커스하는 것을 도전과제로 만든다.

도 22는 또 다른 실시예의 EUV 리소그래피 장치의 조명 시스템을 나타낸다. 패싯 필드 거울 디바이스(22) 및 패싯 퓨필 거울 디바이스(24)가 다시 도시된다. 또한, 퓨필 패싯들(24a 및 24a') 중 선택된 하나로부터 타겟 영역(E)을 조명하도록 필드 패싯 거울들 중 하나(22a)를 기울이는 효과가 다시 도시된다. 이미 언급된 바와 같이, 본 출원에서 개시된 2D 평면 액추에이터를 이용하여, 각각의 필드 패싯들(22a)이 2 이상의 퓨필 패싯들과 연계될 수 있다. 도 23은 이러한 시스템에서 사용하기에 적절한 패싯 퓨필 거울 디바이스(24)를 개략적으로 나타내며, 이는 다수의 육각형 퓨필 패싯들을 갖는다. 육각형 패싯들은 단지 하나의 가능한 예시이다. 정사각형, 삼각형, 직사각형 및 원형과 같은 다른 형상들이 가능하고, 형상들은 패싯 필드 거울 디바이스 내에서 혼합될 수 있다.

필드 패싯 및 퓨필 패싯의 각 조합은 타겟 영역(E)에 도달할 방사선에 대한 "채널"을 형성한다. 각각의 바람직한 조명 모드(조명 프로파일)에 대해, 선택된 채널들은 활성화되어 퓨필의 밝은 영역들의 형상을 제어하고 밝은 영역들에 걸친 조명의 균일성을 최적화한다. 높은-NA 조명 시스템[적어도 0.4 정도의 개구수(NA)를 가짐]을 제공하는 실제 시스템에서, 수백의 필드 패싯 거울들이 존재할 수 있으며, 각각의 필드 패싯 거울은 이와 연계된 3 이상의 퓨필 패싯들을 가질 수 있고, 예를 들어 4, 5 또는 6 개의 퓨필 패싯들이 단일 필드 패싯을 이동시킴으로써 선택가능할 수 있다. (연계된 퓨필 패싯들의 수는 상이한 필드 패싯들에 대해 상이할 수 있다.) 이 방식으로 각각의 필드 패싯과 연계되는 퓨필 패싯들의 수를 증대(multiply)시키는 것은 더 폭넓은 범위의 조명 프로파일들이 조명 시스템에 의해 제공되게 한다. 하지만, 이는 또한 디자인 문제들을 가져온다.

증가된 이미징 분해능에 대해, "뾰족한(sharp) 다이폴" 및 "뾰족한 쿼드러폴"과 같은 조명 프로파일들이 관심을 받으며, 이때 조명 프로파일의 밝은 부분들은 전체 퓨필 영역의 작은 부분(fraction)에 한정된다. (이 부분은 통상적으로 "퓨필 충전 비"라고 칭해진다.) 이 밝은 구역들은, 예를 들어 X 또는 Y 축(X 다이폴 또는 Y 다이폴)에서만 퓨필의 주변 구역들에 한정될 수 있다. 통상적으로, 퓨필 패싯들이 소정 크기를 갖기 때문에, 밝은 패싯들의 이 매우 한정된 분포를 달성하는 유일한 방식은 필드 패싯의 "3-상태(tri-state)" 위치를 이용하여 방사선의 일부를 버리는 것이다. 즉, 가능한 채널들의 서브세트들만이 사용된다. 일반적으로, 조명 에너지는 귀중하며, 이를 버리는 것을 바람직하지 않다. 이 "뾰족한" 조명 모드들에서 채널들의 전체 세트를 이용하는 것은, 주변 영역(또는 조명 모드에 따라, 다른 국부화된 위치) 내에 위치되는 수백 개의 퓨필 패싯 거울들을 수반한다. 이는 각각의 퓨필 패싯 거울(24a, 24a' 등)이 매우 작은 크기를 갖는다는 것을 내포하며, 이는 방사선이 패싯의 측에서 유출되는(spill off) 것을 회피하기 위해, 대응하는 필드 패싯 거울(22a)이 중간 포커스(IF)의 이미지를 매우 작은 크기로 포커스하여야 한다는 것을 내포한다. 방사선이 퓨필 패싯 거울보다 약간 작은 크기로 포커스될 수 있는 경우에도, 여하한의 변동 또는 플라즈마 위치 또는 형상의 드리프트가 방사선의 일부를 패싯의 에지로 넘치게 할 수 있다. 이는 세기의 변동들을 도입하여 작동 중에 노광 도즈의 균일성을 저하시키기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 각각의 필드 패싯 거울이 퓨필 거울 디바이스(24)에 걸쳐 2차원들로 분포된 수 개의 퓨필 패싯 거울들과 연계되기 때문에, 필드 패싯 거울이 연계된 퓨필 패싯들의 하나하나에 포커스되는 방사선 소스(IF)의 이미지를 생성할 수 있도록 배치하는 것이 어려워지거나 불가능해진다. 각각의 필드 패싯 거울(22a, 22b)의 포커싱 거리는 그 곡률 반경에 의해 결정되는 한편, 필드 패싯 거울로부터 상이한 연계된 퓨필 패싯 거울들까지의 거리들은 상이할 것이다. 필드 패싯 거울에 변동가능한 곡률 반경이 제공되는 경우에도, 그 포커싱 거리는 고정될 것이며, 이는 퓨필 패싯들 모두가 완벽하게 포커스되는 방사선 소스의 이미지를 수용할 수는 없다는 것을 내포한다.

도 22 및 도 23에 예시된 변형 조명 시스템은 1 이상의 이러한 문제들에 대처할 수 있으며, 채널들의 전체 세트로 하여금 다른 모드들에서의 방사선 및 도즈 균일성을 희생시키지 않으면서 작은 충전 비를 갖는 것들을 포함하여 모든 조명 모드들에서 사용되게 할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 소정 퓨필 패싯들은 다른 것들보다 크기가 더 작도록 배치된다. 특히, 주변 구역에서의 패싯들이 중심 구역에서보다 훨씬 더 작은데, 이는 낮은 퓨필 충전 비를 갖는 "뾰족한" 조명 프로파일들에서 원하는 것이 통상적으로 주변 구역이기 때문이다. 동시에, 다른 구역들에서의 패싯들은 비교적 크게 만들어진다. 흐릿한 이미지조차도 여전히 비교적 큰 패싯에 피팅될 것이므로, 이는 포커싱 요건을 완화하는 이점을 갖는다. 일 예시에서, 퓨필의 외측 반경은 값 σ= 1로 정의되고, 퓨필의 중심은 σ= 0으로 정의되며, 더 작은 패싯들은 파라미터 α보다 큰 σ를 갖는 구역에 위치된다. 따라서, 퓨필 패싯 24a는 패싯 24a'보다 훨씬 더 작다.

도 23에서, 많은 퓨필 패싯들 중 2 개가 24a 및 24a'로 표시되고, 검게 음영처리된다. 또한, 도 23에서 검게 음영처리된 다른 패싯들도 동일한 필드 패싯 거울(22a)과 연계된다. 알 수 있는 바와 같이, 총 5 개의 퓨필 패싯들이 단일 필드 패싯(22a)과 연계된다. 예를 들어, 1000 내지 2000 개의 필드 패싯 거울들이 존재할 수 있다고 감안하면, 실제로 패싯들은 본 명세서에 예시된 것보다 훨씬 더 작고 더 많을 것을 이해할 것이다. 도 22에서 알 수 있는 바와 같이, 필드 패싯 거울(22a)은 퓨필 패싯 거울(24a)에 가능한 한 정확히 놓이는 F 지점에서 포커스되는 방사선 소스의 이미지(IF)를 형성하도록 설계된다. 더 먼 거리에 있는 퓨필 패싯 거울(24a')을 주소지정하도록 기울어지는 경우, 이미지는 퓨필 패싯 거울(24a')에 미치지 못하는 F' 지점에서 포커스된다. 그러므로, 퓨필 패싯 거울 24a'에서의 이미지는 디포커스(defocus)되고, 그 결과 거울 24a 상의 이미지보다 크다. 하지만, 거울(24a')이 물리적으로 더 크기 때문에, 여전히 모든 방사선이 포획되고 타겟 영역(E)으로 지향되어, 방사선 이용률 및 균일성이 그렇게 심하게 떨어지지 않도록 한다. 모든 의도된 조명 프로파일에 대한 채널 할당들을 결정하는 일루미네이터에 대한 설계 공정에서, 각각의 필드 패싯 거울의 곡률 반경(포커싱 능력)은 포커싱이 작은 퓨필 패싯 거울(예를 들어, 24a)을 갖는 채널들에 대해 가장 우수한 한편, 더 큰 퓨필 패싯 거울들(예를 들어, 24a')을 갖는 채널들에 대해서는 어느 정도의 디포커스가 허용되도록 최적화될 수 있다.

도 18 내지 도 21, 및 도 22와 도 23에서 설명된 변형예들은 각각 도 7 내지 도 17에 나타낸 여하한의 액추에이터 디자인들과 하나의 장치에서 함께 사용될 수 있다. 도 18 내지 도 21의 광학 센서는 특정 액추에이터들에 독립적으로 많은 적용예들에서 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 도 22 및 도 23에 나타낸 신규한 패싯 퓨필 거울 디바이스는 액추에이터의 특정 형태들을 이용할 필요 없이 조명 시스템들에 적용될 수 있다. 퓨필 패싯 거울의 두 크기만을 제공하는 대신에, 다양한 크기들이 퓨필의 상이한 구역들에서 사용될 수 있다.

본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.

이상, 본 발명의 실시예들의 특정 사용예는 EUV 광학 시스템들에 관련하여 언급되었지만, 본 발명은 광학 시스템, 리소그래피, 및 완전히 상이한 적용예들 중 무엇이든, 및 진공 및 다른 환경들 중 무엇이든 상관없이 다른 적용예들에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수 있다는 것을 분명히 알 것이다.

Claims (36)

1. 이동에 적어도 2 자유도(degree of freedom)를 제공하는 작동 메카니즘(actuation mechanism)에 있어서,
   이동부(moving part) 및 고정부(static part)를 포함하며, 상기 이동부는 자석의 자화 방향에 수직인 제 1 평면에 놓이는 작업 영역에 걸쳐 이동하게 되는 자기면(magnetic face)을 갖는 영구 자석을 포함하고, 상기 고정부는 상기 제 1 평면에 가까이에서 평행인 제 2 평면에 놓이는 자극면(pole face)들을 갖는 적어도 2 개의 전자석들을 포함하며, 상기 자극면들은 상기 제 2 평면에서 중심 위치에 대해 대칭으로 분포되고 영구 자석의 면에 의해 가로질러지는 전체 영역에 걸쳐 연장되고,
   각각의 자극면은 각자의 전자석의 세장형 강자성 코어의 말단부(distal end)에 위치되고, 정반대에 있는 자극면들에 대한 상기 코어들은 강자성 재료에 의해 함께 연결되는 기단부(proximal end)들을 갖는 작동 메카니즘.
2. 제 1 항에 있어서,
   각각의 전자석은 상기 제 2 평면에서 서로 정반대에 위치된 제 1 및 제 2 자극면들을 갖는 양극성 전자석(bipolar electromagnet)인 작동 메카니즘.
3. 제 1 항에 있어서,
   전자석 자극면들의 수는 4 개이며, 상기 자극면들 각각은 원형 또는 환형의 사분원(quadrant) 형태를 갖고, 상기 자극면들은 함께 상기 제 2 평면에서 원형 또는 환형 영역을 포괄(cover)하는 작동 메카니즘.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 평면 및 제 2 평면에 수직인 길이방향 축선(longitudinal axis)을 갖는 세장형(elongate form)이며, 상기 이동부는 상기 자석이 상기 작업 영역에 걸쳐 이동하는 경우, 상기 길이방향 축선에 직교인 제 1 축선 및 제 2 축선에 대해 기울어지게 되는 작동 메카니즘.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 영구 자석의 면과 상기 전자석들의 자극면들 사이의 갭이 상기 자석 면의 폭의 20 % 미만인 작동 메카니즘.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 영구 자석의 면과 상기 전자석들의 자극면들 사이의 갭은 상기 자석 면의 폭의 15 % 미만인 작동 메카니즘.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 영구 자석의 면과 상기 전자석들의 자극면들 사이의 갭은 상기 자석 면의 폭의 10 % 미만인 작동 메카니즘.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 코어들 모두의 기단부들은 공통 강자성 베이스를 통해 연결되는 작동 메카니즘.
10. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 작동 메카니즘들이 나란히 배치되는 경우에 자기(magnetism)로부터 상기 영구 자석을 차폐하도록 적어도 상기 영구 자석을 둘러싸는 강자성 차폐부(ferromagnetic shield)를 더 포함하는 작동 메카니즘.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동부의 위치를 모니터링하여 상기 위치의 피드백 제어를 가능하게 하도록 구성되는 위치 센서를 더 포함하며, 상기 위치 센서는 상기 메카니즘의 이동부와 이동하도록 배치된 반사 표면에 방사선 빔을 지향하고 상기 반사 표면으로부터 반사된 방사선 빔의 편향을 검출하도록 구성되는 작동 메카니즘.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사 표면은 상기 영구 자석 상에 있으며, 상기 위치 센서는 상기 전자석들 사이의 중심 공간을 통해 상기 영구 자석에 상기 방사선 빔을 지향하고, 동일한 중심 공간을 통해 상기 영구 자석으로부터 반사된 상기 방사선 빔의 편향을 검출하도록 구성되는 작동 메카니즘.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 광학 축선을 따라 상기 방사선 빔을 지향하도록 구성되며, 지향되는 방사선 빔의 출력부(output)는 상기 광학 축선 상에 위치되는 한편, 반사되는 방사선 빔을 검출하도록 구성된 광검출기는 상기 지향되는 방사선 빔이 상기 광검출기의 중심을 통과하도록 상기 광학 축선을 둘러싸는 작동 메카니즘.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광검출기는 상기 광학 축선 주위에서 이격된 복수의 감광성 요소(photosensitive element)들을 포함하는 작동 메카니즘.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 지향되는 방사선 빔은 상기 광학 축선 주위에서 어두운(dark) 환형 세기 프로파일을 갖고, 반사된 방사선이 상기 지향되는 방사선 빔의 출력부로 다시 지향되지 않는 작동 메카니즘.
16. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사 표면은 곡면인 작동 메카니즘.
17. 제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 SmCo 재료를 포함하는 작동 메카니즘.
18. 제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    세장형에서, 서스펜션 섹션(suspension section), 상기 영구 자석, 상기 고정부, 및 위치 센서가 차례대로 적층되는(stacked end-to-end) 작동 메카니즘.
19. 제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동부는 제 1 및 제 2 부분들 간의 상대 변위에 응답하여 증가하고 원동력에 대항하는 편향력(biasing force)을 제공하도록 배치된 탄성 지지체에 의해 지지되며, 상기 메카니즘은 상기 제 1 및 제 2 부분들 간의 자기 커플링(magnetic coupling)을 더 포함하고, 상기 자기 커플링은 반(counter)-편향력을 제공하도록 배치되며, 상기 반-편향력은 부분적으로 상기 편향력에 대항하여 주어진 변위를 초래하는 데 사용되는 상기 원동력을 감소시키는 작동 메카니즘.
20. 방사선 소스로부터 방사선 빔을 수용하여 상기 빔을 처리하고 타겟 위치로 전달하도록 배치된 일련의 광학 구성요소들을 포함하는 광학 장치에 있어서,
    상기 광학 구성요소들은,
    이동에 적어도 2 자유도(degree of freedom)를 제공하는 작동 메카니즘(actuation mechanism) - 상기 작동 메커니즘은, 이동부(moving part) 및 고정부(static part)를 포함하며, 상기 이동부는 자석의 자화 방향에 수직인 제 1 평면에 놓이는 작업 영역에 걸쳐 이동하게 되는 자기면(magnetic face)을 갖는 영구 자석을 포함하고, 상기 고정부는 상기 제 1 평면에 가까이에서 평행인 제 2 평면에 놓이는 자극면(pole face)들을 갖는 적어도 2 개의 전자석들을 포함하며, 상기 자극면들은 상기 제 2 평면에서 중심 위치에 대해 대칭으로 분포되고 영구 자석의 면에 의해 가로질러지는 전체 영역에 걸쳐 연장됨 - 에 장착되는 1 이상의 이동가능한 광학 구성요소들을 포함하며,
    상기 이동가능한 광학 구성요소들 각각의 바람직한 위치설정을 달성하기 위해 전자석들에 동력을 공급(energize)하도록 구성된 제어기 및 구동 회로를 더 포함하는 광학 장치.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 1 이상의 이동가능한 광학 구성요소들은 상기 빔을 컨디셔닝(condition)하고 패터닝 디바이스 상의 타겟 위치로 전달하도록 구성된 조명 시스템의 일부분을 형성하고, 이동가능한 구성요소는 상기 타겟 위치에서의 컨디셔닝된 빔의 입사각을 변화시키도록 이동가능한 광학 장치.
22. 제 21 항에 있어서,
    플라이아이 일루미네이터(fly's eye illuminator)의 일부분으로서 제공되는, 연계된 작동 메카니즘들을 갖는 복수의 이동가능한 구성요소들을 포함하는 광학 장치.
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 이동가능한 구성요소들은 상기 플라이아이 일루미네이터 내의 패싯 필드 거울 디바이스(faceted field mirror device)의 필드 패싯 거울들을 포함하며, 각각의 이동가능한 필드 패싯 거울은 패싯 퓨필 거울 디바이스(faceted pupil mirror device)의 연계된 수 개의 퓨필 패싯 거울들 중 선택된 하나로 상기 빔의 일부를 지향하도록 제어가능하고, 상기 수 개의 퓨필 패싯 거울들은 상기 퓨필 거울 디바이스에서의 위치에 따라 상이한 크기들을 갖는 광학 장치.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 퓨필 거울 디바이스의 주변 구역에서의 퓨필 패싯 거울들은 중심 구역에서의 거울들보다 작은 광학 장치.
25. 제 23 항에 있어서,
    각각의 필드 패싯 거울은 선택된 퓨필 패싯 거울 상에 방사선 소스의 이미지를 포커스하도록 포커싱 능력(focusing power)을 갖고, 포커싱의 정확성은 선택될 수 있는 상이한 연계된 퓨필 패싯 거울들 사이에서 변하며, 상기 연계된 퓨필 패싯 거울들 중 더 큰 거울들이 상기 이미지를 포커스하는 정확성이 더 낮은 곳에 위치되는 광학 장치.
26. 제 20 항에 있어서,
    상기 광학 구성요소들은 반사 구성요소들이고, 조명 시스템은 5 내지 20 nm 범위의 파장을 갖는 방사선으로 작동가능한 EUV 조명 시스템인 광학 장치.
27. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템;
    패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및
    상기 조명 시스템에서의 방사선 빔 또는 상기 투영 시스템에서의 패터닝된 방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된 제 20 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치
    를 포함하는 리소그래피 장치.
28. 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 투영하도록 배치된 리소그래피 투영 장치에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스를 조명하는 데 사용되는 방사선 빔을 컨디셔닝하도록 제 20 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치를 포함하는 리소그래피 투영 장치.
29. 기판 상으로 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법에 있어서,
    상기 패터닝된 방사선 빔은 제 20 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치에 의해 컨디셔닝되는 방사선 빔으로부터 형성되는 디바이스 제조 방법.
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