KR20090116731A - 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 내의 다수의 미러 어레이들을 감시하는 방법 및 장치 - Google Patents

마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 내의 다수의 미러 어레이들을 감시하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

동공 표면 및 바람직하게는 개별적인 방식으로 가동될 수 있으며 상기 동공 표면을 가변적으로 조명하는데 사용되는 실질적으로 평평한 배치의 빔 편향 소자(28)들을 포함하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템(12)이 개시된다. 각각의 빔 편향 소자(28)는 그에 입사하는 투영 광빔(32)이 상기 빔 편향 소자(28)에 인가되는 제어 신호에 따라 편향되도록 한다. 측정 조명 기구(54, 56, 58, 60; 88; 90; 98)는 투영 광빔(32)으로부터 독립된 측정 광빔(36)을 빔 편향 소자(28)로 향하게 한다. 검출 장치는 측정 광빔이 상기 빔 편향 소자(28)에서 편향된 후에 상기 측정 광빔(38)을 검출한다. 평가 유닛은 검출 장치에 의해 제공된 테스트 신호로부터 투영 광빔(32)의 편향을 결정한다.

Description

마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 내의 다수의 미러 어레이들을 감시하는 방법 및 장치 {Method and device for monitoring multiple mirror arrays in an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus}
본 발명은 편평한 배열의 빔 편향 소자들, 예를 들어 마이크로미러 어레이들이 동공 표면의 가변 조명에 사용되는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템에 관한 것이다.
미세 구조화된 반도체 부품들의 제조에 사용되는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템에서, 편평한 배열의 빔 편향 소자들이 점점 더 사용되고 있는데, 상기 편평한 배열의 빔 편향 소자들의 도움으로 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 결상 특성들을 향상시키기 위하여 매우 유연하게 투영 광이 조작될 수 있다. 이의 한 예는, 다수의 마이크로미러(micromirror)들이 바람직하게는 행과 열을 이루어 어레이로 배열되어 있는 소위 멀티-미러 어레이들을 포함한다. 상기 마이크로미러들은 이동 가능하며, 특히 서로에 대해 수직하게 제공된 두 개의 축을 중심으로 틸트 가능하고, 그 결과 그들의 표면 법선이 중립 위치로부터 시작하여 어떠한 방향으로든 틸트될 수 있다.
이는, 조명 시스템에서 조명 설정이 가변적으로 변경될 수 있도록 사용될 수 있다. 이 예들은 WO 2005/026 843 A2 및 EP 12 628 36 A1에 주어져 있다. 멀티-미러 어레이들은 또한 마이크로리소그래피용 노광 장치의 반사형 레티클로서 사용된다(WO 2005/096 098 A2).
그러한 부품들을 위해서는, 대응하는 결상 특성들에 결정적으로 영향을 주는 정확한 위치들을 조정할 수 있도록, 개별적인 미러 소자들의 정확한 틸트 설정을 아는 것이 필수적이다.
예를 들어, US 6 421 573 B1은 개별적인 스캐너 미러의 틸트 각도를 결정하기 위하여 보조 광원이 사용되는 장치를 개시하고 있는데, 여기서 패턴을 새기기 위하여 UV 레이저의 광이 상기 스캐너 미러에 의해 편향된다.
멀티-미러 어레이의 대응하는 미러 소자들을 조정하기 위한 방법이 US 6 965 119로부터 알려져 있는데, 여기서 세기 측정에 의한 미러 소자들의 조정을 수행할 수 있도록 하기 위하여 노광 빔, 즉 투영 광의 일부가 빔 경로로부터 추출된다. 그러나 이러한 과정은, 가능하면 짧아야 하는 노광 시간에 대한 관점에서 사용 광의 추출이 바람직하지 않은 세기 손실을 초래한다는 단점을 갖는다.
따라서 세기 손실로 인한 문제들을 회피하기 위하여, 종래의 기술에 따르면, 예를 들어 대물렌즈가 사용되지 않고 있는 시간 동안에 멀티-미러 어레이의 미러 소자들의 정렬에 대한 점검 및 조정을 수행하는 것이 가능하다. 그러나 이 경우에, 어떤 환경 하에서는 미러 소자들을 점검하기 위하여 연장된 정지 시간이 요구되는데; 이는 바람직하지 않으며 대응하는 대물렌즈의 효과적인 동작을 저해한다.
미러 소자들의 이동을 위한 액추에이터들 상의 센서들과 통신함으로써 멀티-미러 어레이의 미러 소자들의 틸트 각도 또는 회전을 결정하는 것은 다수의 미러 소자들로 인하여 매우 번거로우며, 센서들에 요구된 설치 공간으로 인하여 멀티-미러 어레이의 형태로 있는 빔-편향 소자들의 배열이 매우 커지게 되는 것을 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 멀티-미러 어레이의 미소 소자들의 각도 설정이 효과적으로 확인될 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 다수의 편평하게 배열된 빔 편향 소자들에 부딪치는 투영 광의 편향들이 검출되고 측정될 수 있으며, 따라서 이들 편향들이 감시되고 조정될 수 있는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다. 또한 예를 들어 열적 부하 등으로 인한, 광학 소자들의 표면의 변화 및 특히 표면 영역들의 형태 및 정렬의 변화는 결상 특성들을 감시하고 결상 오차들을 가능한 보정하기 위하여 일반적으로 관심이 있기 때문에, 많은 다른 출원들이 그러한 방법 및 장치에 대하여 염두해 두고 있다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 장치 및 청구항 56의 특징들을 갖는 방법에 의해 성취된다. 유리한 구성들은 종속 청구항들의 청구 대상이다.
본 발명의 기본적인 개념은, 빔 편향 소자들의 편평한 배열들이 노광되는 조명 시스템의 투영 광에 추가하여, 측정 조명 기구로부터의 적어도 하나의 측정 광빔이 검사될 빔 편향 소자들로 향하게 되고, 그 결과 상기 빔 편향 소자로 인한 측정 광빔의 편향이 검출기 기구에 의해 기록될 수 있다는 것이다. 만약 빔 편향 소자에 의한 측정 광빔의 편향 및 빔 편향 소자에 입사하는 투영 광의 편향이 서로 상관된다고 가정하면, 특정 설정에 대한 투영 광의 편향 또는 그의 변화가 이러한 별도의 측정 장치에 의해 최종적으로 확인될 수 있다. 대응하는 측정 광빔을 생성하는 별도의 측정 조명 기구의 추가적인 제공으로 인해, 투영 광으로부터의 사용 광의 추출이 필요하지 않을 수 있으며, 또한 검사될 광학 소자의 편향 변화를 점검하고 결정하는 것이 마이크로리소그래피 노광 장치를 사용하는 동안 연속적으로 수행될 수 있다. 이를 위해서는, 단순히 측정 광속(ray bundle)의 도착 방향이 투영 광빔 또는 광빔들의 도착 방향과 다를 것이 필요하며, 그 결과 상호 간섭이 발생하지 않는다.
특히, 검사될 광학 소자의 미러면의 표면 법선의 각도 변화, 또는 대응하는 미러면의 정렬이 그러한 과정에 의해 감시되고 검사될 수 있다.
상기 방법 및 장치는 바람직하게는, 미러 소자들, 특히 상술한 멀티-미러 어레이(MMA)들의 검사에 사용될 수 있다.
측정 광속의 도착 방향은 검사될 광학 소자의 표면에 대한 입사각에 있어서 그리고 방위각 입사 방향에 있어서 모두 다를 수 있다. 방위각 입사 방향이라는 용어는 여기서, 소정의 평면, 예를 들어 남북 정렬로 배열된 입사 평면에 대한 대응하는 광선의 입사 평면의 회전을 의미하는 것으로 의도된다.
만약 측정 광빔과 투영 광의 입사 방향들이 방위각 입사 방향으로 다르지 않다면, 그들은 상호 간섭을 회피하기 위하여 적어도 입사각에 있어서는 달라야 하며 또한 미러면으로부터 반사된 측정 광빔이 검출기 시스템에 의해 기록될 수 있도록 해야 한다.
만약 측정 광빔의 입사 방향과 투영 광빔 또는 광빔들의 입사 방향이 방위각 입사 방향에 있어서 다르다면, 검사될 광학 소자의 입사 방향에 있어서도 역시 차이가 있을 수도 있다. 그러나 이는 강제적인 것은 아니다.
방위각 입사 방향에 있어서 측정 광빔의 도착 방향이 투영 광빔 또는 광빔들의 도착 방향과 다른 것이 바람직한데, 이 경우에 검사될 광학 소자의 표면 법선을 중심으로 30°보다 큰, 바람직하게는 60°보다 큰 범위의 회전각, 특히 90°의 상호 회전각이 가능하다. 측정 광의 입사 평면과 투영 광의 입사 평면 사이의 90°배열의 경우에, 측정 조명 기구와 그에 대응하여 배치된 검출기 기구를 배치하기 위한 특히 큰 설치 공간이 제공된다.
측정 광으로 검사될 광학 소자의 규정된 조명을 보장하기 위하여, 그리고 마찬가지로 광학 소자의 표면과의 상호 작용으로 인한 측정 광에 있어서의 변화들의 규정된 기록을 허용하기 위하여, 한편으로는 검사될 광학 소자와 조명 광원 사이에 및/또는 다른 한편으로는 검사될 광학 소자와 그에 대응하는 검출기 기구 사이에 광학 시스템이 각각 제공될 수 있다.
측정 광은 어떠한 적절한 파장도 가질 수 있으며, 가시광 내에 있을 수도 있고 비가시광 내에 있을 수도 있다. 일반적으로, 광은 어떠한 전자기 방사광도 의미하는 것으로 의도될 것이다.
측정 조명 광원의 광학 시스템은, 특히 상류측에 마이크로렌즈 어레이를 갖는 천공된 판의 형태로 있는 하나의 콜리메이터 또는 다수의 콜리메이터들을 포함할 수 있으며, 따라서 그에 대응하여 콜리메이팅 된 측정 광빔들이 생성된다.
이러한 콜리메이팅 된 측정 광빔들은 검사될 표면에 의해 그리고, 검출기 기구의 위치 센서들의 전방에 대응하여 배치된 수렴 렌즈들에 의해, 특히 수렴 마이크로렌즈들의 렌즈 어레이에 의해 반사되며, 그들은 대응하는 수렴 렌즈들의 초점 평면 내에 원격장 회절 이미지(far-field diffraction image)로서 또는 푸리에 변환으로서 결상될 수 있다. 대응하는 위치 센서들, 예를 들어 4-분면 검출기들 또는 2차원 위치-감응 센서들이 상기 초점 평면에 제공될 수 있는데, 상기 위치 센서들은 검사될 광학 소자의 표면의 결정된 정렬에 대응하는 중립 위치로부터의, 상기 검출기에 입사하는 광 원뿔(light cone)의 편향을 확인한다.
더욱 큰 설치 공간을 얻기 위하여, 검사될 광학 소자와 검출기 기구 사이에 추가적인 광학 기기가 제공될 수도 있는데, 상기 광학 기기는 검출기 기구를 검사될 광학 소자로부터 멀리 배치시키는 것을 가능하게 한다. 검사될 광학 소자의 표면 영역을 예리하게 결상시키는 동시에 검출기 기구의 가변적인 배치를 허용하는 광학 기기가 추가적으로 제공될 수도 있다. 이를 위하여, 대응하는 결상 광학 기기는, 검사될 광학 소자의 표면 영역이 샤임플러그 조건(Scheimpflug condition)을 만족하면서 상기 위치 센서들에 할당된 광학 렌즈들 위로 결상되도록 구성될 것이다.
그와 동시에, 상기 대응하는 광학 기기는, 검출기 기구의 수렴 검출기 렌즈들 상의 측정 광빔의 입사 방향이 그와 연관된 광학 소자의 표면 영역들의 정렬에 대응할 것을, 또는 멀티-미러 어레이의 미러 소자들의 틸트 각도에 대응할 것을 보장하여야 한다. 이는, 예를 들어, 두 개의 수렴 렌즈들을 갖는 릴레이 광학 기기에 의해 보장될 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법에 따르면, 광학 소자를 사용하는 동안 또는 상기 광학 소자가 배열되어 있는 조명 시스템을 사용하는 동안, 광학 소자의 미러면의 각도에 따른 정렬이 연속적으로 결정될 수 있다. 따라서 확인된 값들은, 조작 가능한 빔 편향 소자들, 예를 들어 멀티-미러 어레이의 마이크로 미러들의 능동적인 제어 또는 조정을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 추가적인 이점들 및 특징들이 첨부된 도면들을 참조하여 두 개의 예시적인 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다. 도면들에서, 순수하게 도식적으로,
도 1은 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 매우 간략화된 사시도를 도시하며;
도 2는 멀티-미러 어레이의 형태로 있는 검사될 광학 소자의 측면도를 도시하며;
도 3은 측정 배치의 표시와 함께, 도 1에서의 검사될 광학 소자의 평면도를 도시하고;
도 4는 본 발명에 따른 측정 배치의 사시도를 도시하며;
도 5는 본 발명에 따른 측정 장치의 제 1 예시적인 실시예의 측면도를 도시하고;
도 6은 본 발명에 따른 측정 장치의 제 2 예시적인 실시예의 측면도를 도시하고;
도 7은 하우징 내에 캡슐화되어 있는 멀티-미러 어레이의 측면도를 도시하며;
도 8은 멀티-미러 어레이의 개별적인 미러 소자들의 틸트가 카메라에 의하여 기록되는 예시적인 실시예의 사시도를 도시하며;
도 9는 도 8에 도시된 예시적인 실시예에서 사용하기에 적당한 패턴의 표현을 도시하고;
도 10은 멀티-미러 어레이를 갖는 조명 시스템의 측면도를 도시하며;
도 11은, 한편으로는 교정판(calibration plate)을 그리고 다른 한편으로는 미러 소자를 이동시키는 동안의 세기 프로파일 및 그로부터 결정된 미러 소자 각도와 시스템 각도 사이의 관계를 나타내는 교정 장치의 개요를 도시하고;
도 12는 빔 편향 소자들을 감시하고 제어하기 위하여 사용될 수 있는 제어 루프의 다이어그램을 도시하며;
도 13은 도 12에 도시된 조정 알고리즘의 상세한 다이어그램을 도시하고;
도 14는 주파수 다중화 방법을 채용한 측정 장치의 구조 다이어그램을 도시한다.
1. 투영 노광 장치의 구조
도 1은 미세 구조화된 부품들의 리소그래피 방식 제조에 적당한 투영 노광 장치(10)를 매우 도식적으로 나타내는 사시도를 도시하고 있다. 상기 투영 노광 장치(10)는, 도시된 예시적인 실시예에서 소위 마스크 평면에 배치된 마스크(14) 상의 직사각형인 좁은 조명 필드(16)를 조명하는 조명 시스템(12)을 포함한다. 상기 조명 시스템(12)은 투영광을 발생시킬 수 있는 광원을 포함한다. 통상적인 광원은, 예를 들어 248nm, 193nm 및 157nm의 파장을 갖는 투영 광을 각각 발생시킬 수 있는 레이저 매질 KrF, ArF 또는 F2를 갖는 엑시머 레이저이다.
조명 필드(16)의 내부에 놓여 있는 마스크(14) 상의 구조(18)들은 투영 대물렌즈(20)의 도움으로 감광성층(22) 위로 결상된다. 예를 들어 포토레지스트일 수도 있는 상기 감광성층(22)은 웨이퍼(24) 또는 다른 적절한 기판 위에 도포되며, 웨이퍼 평면으로도 또한 불리는 투영 대물렌즈(20)의 이미지 평면에 놓인다. 투영 대물렌즈(20)가 일반적으로 |β| < 1의 결상 스케일을 갖기 때문에, 조명 필드(16)의 내부에 놓여 있는 구조(18)들은 16'으로 표시된 바과 같이 감소된 스케일로 결상된다.
그러한 투영 노광 장치의 성능은 투영 대물렌즈(20)에 의해서 뿐만 아니라 마스크(14)를 조명하는 조명 시스템(12)에 의해서도 결정된다. 마스크(14)에 부딪치는 광빔의 세기 이외에도, 상기 광빔의 조명 각도 분포도 역시, 마스크(14) 내에 담겨진 구조(18)들이 감광성층(22) 위로 결상되는 품질에 영향을 준다. 결상될 구조(18)들의 방향 및 크기에 따라서, 상이한 조명 각도 분포들이 유리하다는 것이 발견되었다. 다양한 마스크(14)들이 투영 노광 장치(10)에 의해 결상되도록 의도되 기 때문에, 상이한 조명 각도 분포들이 쉽게 조정될 수 있는 조명 시스템이 이상적일 것이다. 이를 위하여, 조명 각도 분포를 결정적으로 결정짓는 조명 시스템(12)의 동공 표면이 구동 가능 광학 소자에 의하여 가능하면 가변적으로 조명되는 것이 필요하다.
2. 본 발명에 따른 측정 원리
도 2는 그러한 광학 소자의 예의 도식적인 측면도를 도시하고 있는데, 상기 광학 소자의 감시 및 제어를 위하여 본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 방법이 사용될 수 있다. 도 1에 있는 광학 소자는 이동 가능하게, 그리고 특히 틸트 가능하게 배열되어 있는 다수의 작은 미러 소자(28)들을 포함하는 소위 멀티-미러 어레이(26)이며, 따라서 예를 들어 행과 열을 지어 서로 차례로 이어져 배열된 상기 미러 소자(28)들의 미러면(30)들이 상이하게 정렬될 수 있다. 그러므로, 입사 투영 광(32)은 미러면(30)들로부터 반사되어 다수의 반사된 투영 광빔(34)들로 분포될 수 있으며, 상기 반사 투영 광빔들의 진행 방향은 소정의 한도 내에서 미러면(30)들을 틸트시킴으로써 자유롭게 선택될 수 있다. 이러한 맥락에서 틸트라는 용어는, 미러 소자(28)의 중심을 관통하여, 또는 미러 소자(28)의 에지에서 또는 심지어 그 바깥에서, 실질적으로 연장될 수 있는 축을 중심으로 한 회전 이동으로서 이해되도록 의도되며, 따라서 미러면(30)의 정렬은 입사 투영 광(32)에 대해 변경된다. 후자의 두 변형예들은 "선회(swivelling)"라고도 종종 불린다. 미러 소자(28)들의 기계적인 현가 장치(suspension) 및 액추에이터(actuator)들의 실시예 에 따라서, 미러 소자(28)들의 정렬에 있어서의 변화 그리고 결과적으로 반사 투영 광빔(34)의 진행 방향에 있어서의 변화를 성취하기 위하여, 이하에서 마찬가지로 "틸팅 이동(tilting movement)"이라고 간편하게 불릴, 병진 이동과 회전 운동의 조합이 또한 사용된다.
많은 시스템들에서, 입사 투영 광(32)은 미러면(30)에 부딪치기 전에 마이크로렌즈 어레이들을 사용하여 개별적인 광빔들로 또한 분할되고, 미러 소자(28)들 위로 포커싱된다.
그러면 그러한 멀티-미러 어레이(26)는 동공 조명으로도 약술되는, 동공 표면의 가변적인 조명을 위해 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템(12)에서 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 상기 입사 투영 광(32)은 소망하는 광 분포가 동공 표면에서 생성되도록 충분히 많은 수의 미러 소자(28)들에 의해 편향된다. 미러들의 개수는 광 세기의 공간적인 요동에 그리고 반사 투영 광빔(34)들(그들의 중첩으로부터 동공 조명이 형성된다)의 최소 직경에 모두 실질적인 영향을 준다. 광학적 설계의 계산은, 그 광학적 특성들이 통상적인 회절식 광학 소자의 특성들과 필적할 수 있는 동공 평면에서의 세기 분포를 얻기 위하여, 적어도 4000개의 미러들이 필요하다는 것을 보여주었다. 미러 소자(28)들의 틸트 각도에 있어서 매우 작은 변화들이 동공 조명에 큰 영향을 주고 따라서 마스크(14) 상의 조명 각도 분포에 큰 영향을 주기 때문에, 본 발명은 측정 기술에 의하여 미러면(30)들의 정확한 각도 위치를 확인하는 것을 제안한다.
본 발명에 따르면, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 입사 투영 광(32), 즉 조명 시스템(12)으로부터 마스크(14)를 조명하는데 사용되는 사용 광(대물렌즈 광속으로도 불린다)에 추가하여, 예를 들어서 적어도 하나의 측정 광속(measurement ray bundle)의 형태로 있는 측정 광(36)을 멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자(28)들 위로 향하게 하는 추가적인 측정 조명 기구가 제공된다. 예시적인 실시예에 따라서, 이를 위해 상기 측정 조명 기구는, 미러 소자(28)들의 일부 또는 전부에 대해 스캐닝 방식으로, 즉 연속적으로 또는 동시에 상기 미러 소자(28)들 위로 향하게 되는 하나 또는 그 이상의 측정 광빔들 또는 측정 광속들을 발생시킬 수 있다. 측정 광빔들의 입사 방향이 알려져 있기 때문에, 반사된 측정 광빔들의 출사 방향들을 측정함으로써 반사 미러면(30)들의 정렬에 관하여 결론이 지어질 수 있다. 이는, 투영 광(32)의 편향이 측정 광(36)의 편향과 상관되어 있다는 사실을 활용한다. 결론적으로 반사된 측정 광(38)은 틸트 상태에 관한 정보를 담고 있으며 따라서 미러 소자(28)들의 정렬에 관한 정보를 담고 있다. 도 3에 표시되어 있는 측정 배치에 있어서, 측정 광(36)은 반사 미러면(30)들의 표면 법선을 중심으로 입사 투영 광(32)의 입사 평면에 대하여 90°만큼 회전된 평면에 있는 미러 소자(28)들 위로 향하게 된다.
따라서 심지어 조명 시스템(12)이 동작하는 동안에도 미러 소자(28)들의 정렬의 연속적인 측정이 가능하다. 따라서 이는, 미러 소자(28)들의 정렬을 결정하기 위하여 투영 노광 장치(10)의 정지 시간을 수반하지 않는다. 미러 소자(28)들의 정렬을 결정하기 위하여 입사 투영 광(32)의 일부가 사용되지도 않으며, 투영 노광 장치(10)의 처리량을 감소시킬 수도 있는 광 손실이 초래되지도 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 측정 원리를 상세하게 나타내는 사시도를 도시하고 있다. 도 4에 밝힌 바와 같이, 입사 투영 광(32)은 입사 방향(40)을 따라 특정한 입사각 α로 미러 소자(28)의 미러면(30)에 부딪친다. 미러면(30)의 표면 법선(42)과 함께, 입사 투영 광(32)의 입사 방향(40)은 입사 평면(xz 평면)(44)에 놓여 있으며, 상기 입사 평면에는 반사된 투영 광빔(34)의 출사 방향(46)도 역시 반사 법칙에 따라 놓여 있다.
도 3의 표시에 따르면, 투영 광(32)의 입사 평면(40)에 대하여 90° 정도의 회전각 θ만큼 표면 법선(42)을 중심으로 방위각 방향으로 회전된 yz 평면(48) 내에서, 입사 방향(50)을 따라 입사 측정 광(36)이 미러면(28) 위로 향하게 되며 상기 미러면(28)에 의해 반사된 후 검출기 기구의 방향으로 출사 방향(52)을 따라 반사 측정 광(38)으로서 방사된다. 그러므로 이러한 해결책에서, 측정 광(36)의 입사 방향(50)은 적어도 방위각의 입사 방향에 있어서, 즉 입사 평면에 있어서 투영 광(32)의 입사 방향(40)과 다르다. 그에 추가하여 또는 그 대안으로, 측정 광(36)은 또한 투영 광(32)과 상이한 입사각으로 미러면(30)에 부딪칠 수도 있다.
이는, 투영 광(32)이 미러 소자(28)에 부딪치는 입사 평면과 동일한 입사 평면(44)에 놓여 있지만, 투영 광(32)의 입사 방향(40)의 입사각 α과 다른 표면 법선(42)에 대한 입사각 α'을 만드는 측정 광(36)의 입사 방향(50')에 대한 예의 방식으로 표시되어 있다. 따라서 반사 측정 광(38)도 또한 투영 광(32)과 다른 각도로 출사 방향(52')을 따라 미러 소자(28)에 의해 방사된다. 입사 측정 광(36)의 입사 방향(50')과 반사 측정 광(38)의 출사 방향(52')을 갖는 이러한 배치도 역시 본 발명에 따른 해결책을 구성한다.
3. 측정 장치에 대한 예시적인 실시예들
도 5는 측정 조명 기구의 광원(54)이 천공판(perforated plate)(56) 위로 광을 향하게 하는 측정 장치의 일 실시예를 도시하고 있다. 다수의 점광원(58)들이 상기 천공판에 의해 생성된다. 마이크로렌즈 어레이의 방식으로 조합되거나 조합될 수 있는 하류측의 수렴 콜리메이터 렌즈(60)들은 각각 콜리메이터(collimator)를 형성하며 그럼으로써 연관된 점광원(58)에 의해 만들어진 광으로부터 콜리메이팅된 측정 광빔(62)을 생성한다. 다양한 수렴 콜리메이터 렌즈(60)들에 의해 생성된 측정 광빔(62)들은 바람직하게는 서로에 대해 평행하게 진행한다.
이에 대한 대안으로서, 단일한 측정 광빔(26)이 두 개의 갈바노 스캐너(galvanometer scanner)에 의해 또는 하나의 폴리곤 스캐너(polygon scanner)와 하나의 갈바노 스캐너의 조합에 의해 멀티-미러 어레이(26) 위로 스캐닝될 수도 있다. 광원, 예를 들어 VCSEL(이하 참조)은 미러 소자(28)가 발견될 때만 광원이 조명하도록 펄스화될 수도 있다. 미러들 사이의 영역들은 따라서 검출기 기구에 의해 시간-분해된 방식으로 기록되는 신호에 기여하지 않는다.
상기 콜리메이팅된 측정 광빔(62)들은 멀티-미러 어레이(26) 내의 검사될 미러면(28)들에 부딪치며, 여기서 상기 광빔들은 미러면(28)들의 정렬의 함수로서 상이한 방향들로 편향된다. 반사된 측정 광빔(64)들은, 검출기 기구의 위치 센서(68)들이 후방 초점 평면에 배열되어 있는 다수의 수렴 검출기 렌즈(66)들을 포함하는 마이크로렌즈 어레이에 입사한다. 이러한 배치로 인하여, 반사된 측정 광빔(64)들이 상기 수렴 검출기 렌즈(66)들에 입사하는 각도는, 상기 반사된 측정 광빔(64)들이 포커싱되는 위치 센서(68)들 상의 초점들의 위치에 대하여 푸리에 관계에 있다.
따라서, 반사된 측정 광빔(64)들의 이러한 각도들이 상술한 반사 법칙에 따라서 멀티-미러 어레이(26)의 각각의 연관된 미러 소자(28)들의 정렬에 의존하기 때문에, 위치 센서(68)들 상의 초점들의 위치를 기록함으로써, 미러 소자(28)들의 정렬을 결정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 4-분면 검출기(4-quadrant detector)들 또는 2차원 위치-감응 센서들이 위치 센서(68)들로서 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 미러 소자(28)들에 대해 ±2°로부터 ±3°까지의 틸트 각도 범위가 소정의 표면 정렬에 대하여 확인될 수 있다.
만약 미러 소자(28)들의 미러면(30)들이 곡률을 갖는다면, 측정 광빔(62)들은 동일한 미러 소자(28)의 상이한 점들 위로 향하게 될 수 있다. 이는 심지어 동일한 측정 광빔(62)으로 스캐닝 방법의 방식에 따라 동시에 또는 연속적으로 수행될 수 있다. 그러면 미러면(30)의 다양한 점들에 대한 측정 광빔(62)들의 상이한 편향들로부터 상기 곡률이 결정될 수 있다. 상기 곡률을 결정하기 위한 또 다른 가능성은, 입사 측정 광(36)의 발산이 알려져 있다고 가정한다면, 예를 들어 만곡된 미러면(30)으로부터 위치 센서(68) 상에 오는 측정 광빔(62)의 초점 직경을 결정함으로써, 빔의 발산을 결정하고 그리고 따라서 미러면(30)의 곡률을 결정하는 것을 구성한다.
광원이 일정한 세기를 갖는다는 가정으로, 위치 센서(68) 상의 신호의 적분 및 시간에 따른 비교에 의하여, 미러면(30)들의 반사 계수에 있어서의 가능한 변화가 또한 측정될 수 있으며 미러층의 열화가 추정될 수 있다.
위치 센서(68)들을 갖는 검출기 유닛과 수렴 검출기 렌즈(66)들을 갖는 그 상류측의 마이크로렌즈 어레이를 멀티-미러 어레이(26)로부터 어느 정도의 거리에 배열하는 것을 가능하게 하기 위하여, 도 6에 따른 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 추가적인 릴레이 광학기기(70)가 제공된다. 두 개의 수렴 렌즈(72 및 74)들로 순수하게 도식적으로 표시되어 있는 상기 릴레이 광학기기(70)는 멀티-미러 어레이(26)를 수렴 검출기 렌즈(66)들의 배열 위로 결상시킨다. 릴레이 광학기기(70)는, 검사될 각도 범위를 제한하지 않고, 검사될 광학 소자의 표면(들), 이 경우에는 미러면(30)들로부터의 큰 거리를 허용한다. 따라서 릴레이 광학기기(70)는 멀티-미러 어레이(26)로부터의 위치 센서(68)들의 거리로부터 틸트의 검출된 각도 범위를 완화한다. 이러한 방식으로, 측정 장치는 충분한 설치 공간을 확보할 수 있는 조명 시스템(12)의 빔 경로 바깥쪽에 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 예시적인 실시예에서, 수렴 검출기 렌즈(66)들을 갖는 마이크로렌즈 어레이 및 위치 센서(68)들은, 멀티-미러 어레이(26)가 배치되어 있는 평면(80)에 대하여 샤임플러그 조건(Scheimpflug condition)을 만족시키는 평면(76 및 78)들에 배치되어 있다. 릴레이 광학기기(70)의 주요 평면(principal plane)이 수렴 검출기 렌즈(66)들의 평면(76) 및 멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자(28)들이 연장되어 있는 평면(80)과 하나의 축에서 교차할 때, 샤임플러그 조건이 만족된다. 이러한 조건을 따르는 것은, 상기 평면(76)과 평면(80)이 상호 경사지게 배치되어 있음에도 불구하고, 그들이 서로에게 예리하게 결상되도록 하는 것을 가능하게 한다. 따라서 그러한 배치는 검사될 광학 소자의 표면의 큰 영역을 또는 다수의 미러 소자(28)들을 마이크로렌즈 어레이의 수렴 검출기 렌즈(66)들 위로 동등하게 예리하게 결상시킬 수 있으며, 이는 검출기 기구의 대응하는 각도에 따른 배치를 허용한다. 그러한 배치의 경우에, 미러 소자(28)들이 연장되어 있으며, 광축에 대해 기울어진 평면(80)은 마이크로렌즈 어레이의 수렴 검출기 렌즈(66)들 위로 예리하게 결상될 수 있다.
도 5의 예시적인 실시예에서와 유사하게, 위치 센서(68) 위에 형성된 초점의 위치는 연관된 측정 광빔(64)이 수렴 검출기 렌즈(66)에 입사하는 입사각의 함수로서 변화한다. 그러나, 릴레이 광학기기(70)에 의한 결상으로 인하여, 이러한 입사각은 이번에는, 측정되도록 의도된 정렬을 갖는 연관된 미러면의 틸트 각도에 비례한다. 여기서 다시, 미러면(30)의 소정의 정렬에 대응하는 중립 위치로부터의 위치 센서(68) 내의 초점의 편향들을 통해, 관련된 미러면(30)의 틸트 각도에 관하여 결론을 내리는 것이 따라서 가능하다.
본 발명은 투영 노광 장치가 동작하는 동안에 멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자(28)들의 정렬을 결정하는 것을 가능하게 한다. 측정된 정렬이 설정값 방향으로부터 편차들을 갖는 경우에, 관련된 미러 소자(28)는 소망하는 설정값 정렬이 성취될 때까지 재조정될 수 있다. 이는, 아래에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이 미러 소자(28)들의 능동적인 제어 및 조정을 위한 전제 조건이다.
4. 멀티-미러 어레이의 캡슐화(encapsulation)
도 7은, 외부의 영향, 예를 들어 압력 또는 온도의 변화로부터 보호하기 위하여, 조명 시스템(12) 내부의 하우징(12) 내에 캡슐화되어 있는 멀티-미러 어레이(26)의 매우 간략화된 표시를 도시하고 있다. 하우징(82)은 입사 투영 광(32) 및 측정 광(36)이 멀티-미러 어레이(26)의 개별적인 미러 소자(28)들에 입사할 수 있도록 하는 투명 윈도우(84)를 구비한다. 개별적인 광속들이 미러 소자(28)들의 정렬에 따라 편향된 후에, 상기 광속들은 하우징(82)의 투명 윈도우(84)를 반대 방향으로 통과한다.
바람직하지 않은 반사 및 그에 부수하는 세기 손실을 저감시키기 위하여, 상기 투명 윈도우(84)는 그를 통과하는 광의 파장 및 발생 각도에 통상적인 방식으로 적합화된 하나 또는 그 이상의 반사방지 코팅(86)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 상기 반사방지 코팅(86)은, 각도 α로 도착하는 입사 투영 광(32)이 가능한 최소의 세기 손실로 투명 윈도우(84)를 통과할 수 있도록 설계된다.
통상적으로 상이한 파장을 가지며, 또한 위에서 설명한 것과 같은 특정한 환경 하에서 상이한 각도 β로 멀티-미러 어레이(26)에 입사하는 입사 측정 광(36)도 역시 반사의 교란을 초래하지 않으면서 투명 윈도우(84)를 통과할 수 있도록, 입사 측정 광(36)의 빔 경로 내에 편광자(88)가 삽입된다. 입사 측정 광(36)의 편광 방향은 이 경우에, 상기 측정 광(36)이 투명 윈도우(84) 상에서 측정 광(36)의 입사 평면에 대하여 실질적으로 p-편광되도록 선택된다.
측정 조명 기구는 또한, 입사 측정 광(36)의 입사각 β가 브루스터 각과 적 어도 거의 대략적으로 동일하도록 배치된다. 이는, 만약 광이 브루스터 각으로 두 광학 매질의 계면에 입사하면, 반사된 광은 상기 입사광의 s-편광된 성분만을 포함할 것이기 때문이다. 입사광의 p-편광된 성분은 그러면 다른 광학 매질로 전부 굴절된다. 본 경우에 있어서 입사 측정 광(36)이 완전히 p-편광되어 있기 때문에, 그리고 따라서 반사될 수도 있는 s-편광된 성분을 포함하고 있지 않기 때문에, 반사된 광빔의 세기는 브루스터 각의 입사로 영(0)이 되며 따라서 어떠한 측정 광(36)도 상기 투명 윈도우(84)에서 반사되지 않을 것이다. 브루스터 각으로의 대략적인 입사의 경우에, 즉 브루스터 각을 중심으로 5° 범위 내의 입사의 경우에, p-편광된 성분의 부분적인 반사로 인하여 반사된 세기는 입사 세기의 5%보다 다소 작다. 따라서, 반사방지 코팅(86)이 입사 투영 광(32)에 대해서만 최적화되어 있고 입사 측정 광(36)에 대해서는 최적화되어 있지 않더라도, 입사 측정 광(36)은 거의 손실 없이 투명 윈도우(84)를 통과할 수 있다. 그러나 입사 투영 광(32)에 대해서 최적화되어 있는 반사방지 코팅(86)의 두께보다 입사 측정 광(36)의 파장이 큰 것이 유리한데, 왜냐하면 이 경우에 반사방지 코팅(86)은 입사 측정 광(36)에 어떠한 영향도 주지 않기 때문이다.
비록 멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자(28)들에 의한 반사 후에는 출사 광속들의 각도들이 더 이상 브루스터 각에 대응하지 않지만, 상기 각도들은 미러 소자(28)들의 ±2-3°의 작은 틸트 각도로 인하여 오히려 브루스터 각에 가까우며, 그 결과 바람직하지 않은 반사들의 감소가 상기 출사 광속들에서도 역시 관찰될 것이다.
도 7과 관련하여 설명된, 캡슐화된 멀티-미러 어레이(26)는 기밀(gas tight) 캡슐화로 또한 구성될 수도 있으며, 그 결과 상기 멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자(28)들은 하우징(82) 내에 담겨져 있는 불활성 가스에 의해 둘러싸여 있다. 대안으로서, 상기 하우징(82)에는 불활성 가스를 교환하기 위하여 가스 연결부(도 7에 도시되어 있지 않음)가 제공될 수 있다. 가스 교환은 연속적으로, 즉 측정 광(36) 및/또는 투영 광(32)으로 멀티-미러 어레이(26)를 조명하는 동안에 발생할 수 있다. 대안으로서, 상기 불활성 가스의 가스 교환은 또한 멀티-미러 어레이(26)가 측정 광(36) 및/또는 투영 광(32)으로 조명되고 있지 않을 때 발생할 수도 있다.
멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자(28)들의 미러면(30)들 상에서의 반응을 방지하거나, 또는 미러 소자(28)들이 그들의 의도된 서비스 수명 동안 그들의 반사 특성들에 있어서 손상되지 않거나 또는 적어도 거의 손상되지 않도록, 즉 상기 기간 동안 그들의 반사 동작 형태(예를 들어 그들의 반사 계수)이 10%보다 많이 변하지 않도록 반응을 지연시키는 모든 가스들 또는 가스 혼합물들이 불활성 가스로서 적당하다. 여기서 사용되는 미러면(30)들 또는 코팅들의 가능한 반응들에 관하여, 멀티-미러 어레이(26)가 동작하는 광 파장 및 광 세기가 역시 특히 고려되어야 한다. 사용된 불활성 가스는 또한 광 파장 및 광 세기에 의존할 수 있다.
미러면(30)들이 반사를 증가시키기 위한 코팅들을 통상적으로 갖고, 예를 들어 공기 중의 산소와의 반응에 의하여, 코팅 재료 또는 코팅 재료들에 따라서 그러한 코팅의 열화가 공기 중에서 발생할 수 있기 때문에, 하우징(82) 및 그에 담겨진 적절한 불활성 가스에 의한 멀티-미러 어레이(26)의 캡슐화에 의해 열화가 방지된 다. 또한, 미러 소자(28)들의 캡슐화 및 불활성 가스의 사용으로 인해 공기와의 코팅 재료들의 어떠한 반응도 방지되기 때문에, 더 많은 재료들이 미러면(30)들의 코팅에 대해 채용될 수도 있다. 예를 들어, 알루미늄, 비정질 또는 결정질 실리콘, 크롬, 이리듐, 몰리브덴, 팔라듐, 루테늄, 탄탈, 텅스텐, 로듐, 레늄, 게르마늄이 미러 소자(28)들의 재료로서 또는 코팅 재료로서 사용될 수 있으며, 이들 재료들의 혼합들의 코팅이 더 제조될 수도 있다. 예를 들어, 헬륨, 아르곤 또는 다른 비활성 가스들, 질소 또는 이들 가스들의 혼합물들이 불활성 가스들로서 사용될 수 있다. 또한, 채용된 상기 가스들은 멀티-미러 어레이(26)의 온도 제어를 위해, 예를 들어 측정 광(36) 및/또는 투영 광(32)에 노출시에 상기 멀티-미러 어레이를 냉각시키는데 사용될 수도 있다. 멀티-미러 어레이(26)를 둘러싸는 하우징(82)의 투명 윈도우(84)는, 측정 광(36) 및/또는 투영 광(32)에 사용된 세기에 따라서 그리고 사용된 파장에 따라서, 비정질 또는 결정질 석영, 또는 예를 들어 불화칼슘을 포함할 수 있으며, 또는 이들 재료들로 이루어질 수 있다.
멀티-미러 어레이(26)를 둘러싸는 하우징(82) 내에 위에서 설명한 것과 같은 불활성 가스를 사용하는 것에 대한 대안으로서, 상기 하우징이 진공으로 될 수도 있으며 또는 가스 또는 가스 혼합물이 그 압력에 있어서 또는 그 조성에 있어서 변형될 수도 있다. 하우징(82)을 진공으로 함으로써 또는 가스 압력 또는 가스 조성을 변형시킴으로써, 멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자(28)들의 미러면(30)들 상의 해로운 반응이 마찬가지로 방지될 수 있거나, 또는 미러 소자(28)들이 그의 의도된 서비스 수명 동안 그들의 반사 특성들에 있어서 크게 손상되지 않도록 지연될 수 있다.
5. 패턴 인식에 의한 정렬의 결정
도 8은 멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자들의 정렬을 결정하기 위한 또 다른 가능성을 도시하고 있다. 이 경우에, 패턴, 예컨대 광 패턴(luminous pattern)은 멀티-미러 어레이(26)에 의해 반사되어 카메라(91)에 결상된다. 상기 광 패턴은 예를 들어 패턴을 담고 있는 반반사 스크린(semi-reflective screen)(90)을 조명함으로써 또는 (사진 슬라이드와 유사하게) 투명한 시트를 통한 조명에 의해 생성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 목적에 적당한 패턴을 예시의 방식으로 도시하고 있다. 상기 패턴은 명과 암 사이의 바둑판형의 변경을 갖는데, 그의 변경 주파수는 스크린(90)의 어떠한 두 영역들도 동일한 패턴을 갖지 않도록 두 개의 스크린 축, x_스크린과 y_스크린을 따라 연속적으로 증가한다. 만약 한 미러 소자(28)에 대응하는 카메라 이미지의 상세가 관찰된다면, 상기 미러 소자(28)의 틸트에 따라 상기 상세에 있어서 패턴의 상이한 영역이 보일 것이다. 따라서, 예를 들어 카메라 이미지의 상세와 스크린(90)의 알려진 패턴 사이의 자동적인 상관을 수행하는 평가 유닛의 도움으로, 미러 소자(28)의 정확한 틸트가 기록될 수 있다. 카메라가 다수의 미러 소자(28)들을 기록하도록 배열되어 있고 또한 각각의 미러 소자(28)가 개별적으로 스크린 패턴의 한 영역을 나타내기 때문에, 다수의 미러 소자(28)들의 틸트는 이러한 장치에 의하여 동시에 결정될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같은 순서화된 패턴 대신에, 패턴이 가능한 좁은 자동 상관 함수(autocorrelation function)를 갖는 한에서는 랜덤한 패턴도 역시 선택될 수 있다.
또 다른 가능성은 두 개의 스크린 축들, x_스크린과 y_스크린을 따른 상이한 컬러 프로파일들을 제공하고 따라서 스크린의 상이한 위치들에 대한 컬러 코팅을 달성하는 것으로 구성된다. 그러면 이론적으로, 위에서 설명된 방법에 의해 미러 소자(28)들의 틸트 각도를 결정하기 위해서는, 단지 하나의 화소를 갖는 컬러-감응 카메라(91) 또는 다른 컬러-감응 센서로 충분할 것이다. 컬러 벡터 또는 RGB 벡터가 상업적으로 입수 가능한 디지털 컬러 카메라들에서 이미 직접적으로 제공되기 때문에, 평가는 또한 지극히 단순할 것이며 그리 계산-집중적이지 않을 것이다.
6. 교정(Calibration) - 제 1 예시적인 실시예
도 10은 제 1 예시적인 실시예에 따른 측정 장치의 교정을 허용하는 배치의 간략화된 표시를 도시하고 있다. 상기 교정은, 소망하는 세기 분포를 가지고 조명 시스템(12)의 동공 평면을 조명하도록 의도된 반사 투영 광(34)의 실제 빔 편향과 측정 장치에 의해 기록된 신호들 사이의 비교를 구성한다. 그러나, 여기서 제공된 교정은, 미러 소자(28)들의 정렬을 나타내는 신호들이 위에서 설명된 측정 장치에 의해서가 아니라 다른 센서들 또는 측정 장치들에 의해서 제공될 때도 역시 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, "내부"로부터의 틸트 각도를 기록하는, 예를 들어 멀티-미러 어레이(26) 상에 배치된, 예컨대 전기기계적, 압전저항식(pezoresistive), 유도성(inductive), 용량성(capacitive) 또는 광학적 센서들이 고려될 수 있다.
도 10에서 매우 간략화된 방식으로 표현되어 있는 조명 시스템(12)의 동공 성형부(pupil shaping part)(92)에서, 투영 광원, 예를 들어, 엑시머 레이저에 의해 생성된 투영 광(32)은 멀티-미러 어레이(26)에 입사하며, 거기서 반사된 후 동공 광학기기(94)를 통해 조명 시스템(12)의 동공 평면(96)으로 향하게 된다. 그러한 목적에 적당한 멀티-미러 어레이(26)의 패킹 밀도(packing density)가 통상적으로 90%-95%를 초과하지 않고 따라서 개별적인 미러 소자(28)들 사이에 세그먼트들 또는 바람직하지 않은 반사 세그먼트들이 존재하지 않기 때문에, 본 예시적인 실시예에서 입사 투영 광(32)은, 종래의 기술, 예를 들어 WO 2005/026843 A2로부터 그 자체가 알려져 있는 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이들에 의해서 더 작은 투영 광빔들로 미러 소자(28)들 위에 포커싱된다.
별도의 빔 경로를 통해, 한 콜리메이팅된 측정 광빔(62)이 멀티-미러 어레이(26) 위로 큰 각도 α'로 추가적으로 안내된다. 본 예시적인 실시예에서, 측정 조명 기구는 평평한 반도체 표면으로부터 광을 방출하는 다수의 반도체 레이저들의 배열을 포함한다. 그러한 소위 VCSEL 어레이(vertical cavity surface emitting laser array)(98)를 사용하여, 멀티-미러 어레이(26)의 각각의 개별적인 미러 소자(28)는 콜리메이팅된 측정 광빔(62)으로 의도적으로 조명될 수 있다. 개별적인 스위칭 가능성을 나타내기 위하여, 두 개의 일시적으로 꺼진 측정 광빔(62')들의 빔 경로가 도 10에서 점선으로 표시되어 있다. 멀티-미러 어레이(26)에 의해 반사된 후에, 측정 광빔(62)들은, 수렴 검출기 렌즈(66)의 초점 평면에 배치되어 있는 위치 센서(68)에 상기 수렴 검출기 렌즈(66)를 통해 반사 측정 광빔(64)들로서 입사한다. 상기 수렴 검출기 렌즈(66)로 인하여, 반사 측정 광빔(64)들의 각도 변화는 상기 반사 측정 광빔(64)들이 포커싱되는 위치 센서(68) 상의 초점들의 변위를 초래한다.
측정 장치를 교정하기 위하여, 상기 배치는 사용 동공 개구(pupil aperture)의 바로 직근방이 아닌 동공 평면 내의 미리 결정된 정확한 위치에, 특히 동공 개구의 직경의 1/5보다 작은 거리에 배열되어 있는 투영 광 검출기(100)를 더 구비한다. 만약 개별적인 미러 소자(28)의 틸트 각도들의 측정이 이제 교정되어야 한다면, 대응하는 미러 소자(28)만이, 그에 의해 반사된 투영 광빔(34)이 동공 평면 내의 투영 광 검출기(100)에 입사할 때까지 틸트된다. 만약 교정되어야 할 미러 소자(28) 위로 측정 광빔(26)이 동시에 향하게 된다면, 위치 센서(68) 상에 인식된 그에 의한 초점의 위치는 평가 유닛 내에 교정 값으로서 저장될 수 있다.
예를 들어 동공 광학기기(94)에 의해 또는 만곡된 미러면(30)들에 의해 초래될 수도 있는 것과 같은 비선형성을 기록하기 위하여, 동공 개구 주위에 다수의 투영 광 검출기(100)들, 특히 그들 중 네 개를 배치시키는 것이 유리하다. 상기 투영 광 검출기(100)들은 4-분면 검출기로서 설계될 수도 있다.
각각의 미러 소자(28)의 틸트 각도들이 위에서 설명한 방식으로 일단 교정되었다면, 측정 장치는 미러 소자(28)들의 틸트를 감시하는데 사용될 수 있으며 따라서, 만약 적절할 필요가 있다면, 미러 소자(28)들을 재조정하기 위하여 조명 시스템(12)이 동작하는 동안 동공 평면의 조명을 감시하는데 사용될 수 있다. 일반적으 로, 그러한 재조정은 적절할 것인데, 왜나하면 예를 들어 공기의 흐름 또는 음파(acoustic wave)로 인한 미러 소자(28)들의 진동에 의하여 초래될 수도 있는 것과 같은, 100Hz 내지 1000Hz 범위의 고주파 교란들이 동공 평면의 조명에 있어서 허용할 수 없는 오차를 초래할 것이기 때문이다.
멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자(28)들과 상기 미러 소자(28)들 위로 투영 광(32)을 포커싱 하는 마이크로렌즈 어레이 사이의 느린 드리프트(drift) 이동으로부터 기인하는 부정확한 조명들이 상술한 교정 방법에 의하여 추가적으로 기록될 수도 있다. 이러한 조명들은 초기에는 측정 장치의 의해 기록되지 않을 것인데, 왜냐하면 다른 드리프트 이동을 겪기 때문이다. 조명 시스템(12)이 동작하는 동안에도 동공 평면의 조명에 실질적으로 영향을 주지 않으면서 개별적인 미러 소자(28)가 투영 광 검출기(100)에 정렬될 수도 있기 때문에, 동작시에 각각의 미러 소자(28)에 대해 특정한 시간 간격으로 서서히 상기 교정이 반복될 수 있다. 그럼으로써 느린 드리프트 이동이 기록될 것이며 보정될 것이다. 조명 시스템(12)의 정상적인 빔 경로로부터 추출되는 투영 광의 부분이 얼마나 많을 수 있는 가에 따라서, 상기 시간 간격이 변할 수 있으며, 또는 개별적인 미러 소자(28)들, 몇몇 미러 소자(28)들 또는 모든 미러 소자(28)들이 이러한 방식으로 동시에 교정될 수도 있다.
7. 교정 - 제 2 예시적인 실시예
도 11은 위에서 상세하게 설명된 측정 장치를 교정하기 위한 또 다른 방법의 개략적인 표시를 도시하고 있다. 본 예시적인 실시예에 따른 교정 방법은 또한 측 정 장치와 무관하게 사용될 수도 있다. 따라서, 미러 소자(28)들의 정렬에 관한 정보를 담고 있는 신호들이 위에서 설명한 측정 장치에 의해서가 아니라 다른 센서들 또는 측정 장치들에 의해서 제공될 때의 사용을 생각할 수도 있다.
특히, 만약 별개의 센서 또는 측정 장치들이 피드백을 위해 필수적으로 제공되지 않은, 멀티-미러 어레이(26)의 소위 피드-포워드(feed-forward) 동작이 선택된다면, 미러 소자(28)들을 구동시키기 위한 제어 변수들을 직접적으로 교정하기 위하여 본 실시예의 교정 방법이 유리하게 사용될 수 있다. 이하의 설명으로부터 명백하게 되듯이, 이는, 제안된 교정 방법이 드리프트, 전기적 전하들 등과 같은 가능한 느린 작용의 공정을 재교정하기 위하여 적은 비용으로 빠르게 반복될 수 있으며 또한 노광 장치(10)의 노광 공정 동안 개별적인 미러 소자들에 대해서도 수행될 수 있다는 사실에 기초한다.
본 예시적인 실시예에 따르면, 50%의 감소된 투과율을 갖는 영역(102)들이 동공 표면의 특정한 위치들에서 형성된다. 이를 위하여, 예를 들어, 동공 표면에 또는 그의 근방에 투명한 교정판(calibration plate)(104)이 배치될 수 있다. 감소된-투과율 영역(102)들은 반사 투영 광빔(34)에 의해 동공 표면에 형성된 광 스폿의 크기를 각각 갖는다. 이들은, 조명 시스템(12)의 광축에 대하여 고정되어 배치되거나 또는 정확하게 수립된 위치에서 교체 가능하게 배치되고 정확한 각도로 정렬되는 일종의 교정 스케일(calibration scale)을 형성한다. 적절한 방법에 의하여, 상기 감소된-투과율 영역(104)들은 또한 이미 존재하는 구성요소들에, 예를 들어 동공 광학기기(94)에 배치될 수도 있다.
미러 소자(28)를 교정하기 위하여, 세기 센서(intensity sensor)가 필드 평면에, 예를 들어 투영 대물렌즈(20)의 물체 평면 또는 이미지 평면에 설치된다. 개별적인 미러 소자(28)가 소정의 경로를 따라, 예를 들어 좌표축을 따라 그에 할당된 반사 투영 광빔(34)에 의해 동공 표면의 상이한 위치들을 조명하는 동안, 상기 세기 센서는 세기 프로파일(106)을 기록한다(도 11에서 우상단에 있는 그래프를 참조). 그러한 세기 프로파일(106)은, 광 스폿이 X 축을 따라서, 즉 광축을 넘어서 동공 표면에 걸쳐 중심으로 이동하는 미러 소자(28)의 이동에 대하여 도 11에서 예시의 방식으로 표시되어 있다. 만약 미러 소자(28)로부터 오는 반사 투영 광빔(34)이 감소된-투과율 영역(104)에 입사한다면, 상기 빔은 세기 센서에 의하여 세기에 있어서의 하락으로 등록될 것이다.
상기 감소된-투과율 영역(102)들과, 그리고 세기 프로파일(106)의 최소들을 기록하고 상기 영역(104)들의 배치에 대한 지식으로 동공 표면 내부의 특정한 위치들에 상기 최소들을 할당하는 대응하는 평가 유닛의 적절한 배열의 도움으로, 미러 소자들의 정렬을 동시에 측정하는 측정 장치의 측정 신호들이 그럼으로써 교정될 수 있다. 그럼으로써 측정 장치에 의해 결정된 바와 같은 미러 소자(28)들의 틸트 각도와 도 10에서 우하단에 있는 그래프에 표시된 것과 같은 투영 광(32)의 조명 각도의 절대 각도 위치 사이의 관계가 발견될 것이다.
유리한 상세예에 있어서, 필드 평면 내의 통상의 세기 센서 대신에 각도-분해 세기 센서가 사용될 것이다. 이러한 방식에서, 광이 필드 평면 내의 한 점에 실제로 입사하고 있는 지뿐만 아니라 광이 그 점에 입사하는 방향도 확인하는 것이 가능하다. 필드 평면에서 상이한 방향들이 동공 표면 내의 위치들과 연관되어 있기 때문에, 다수의 미러 소자(28)들이 그러한 각도-분해 세기 센서에 의해 동시에 교정될 수도 있다. 그러면 각각 조명되는 감소된-투과율 영역(102)들은, 세기 센서가 충분한 정확도로 필드 평면 내의 연관된 방향들을 여전히 분해할 수 있도록 서로 멀리 떨어져서 놓여 있어야 한다.
투영 노광 장치(10)의 투영 동작 동안에 동공 표면 상의 감소된-투과율 영역(102)들에서 국소적인 세기 하락이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 그렇지 않다면 제공될 개수보다 두 배 많은 반사 투영 광선(34)들이 각각 조명될 영역(102)들로 향하게 된다. 이들 영역(102)들의 투과율이 위에서 나타낸 바와 같이 50%이기 때문에, 따라서 두 배 개수의 투영 광선(34)들은 소망하는 세기를 형성한다. 이러한 방식으로, 정적으로 사용된 교정판(104)에도 불구하고 동공 표면에서 균질한 세기 분포가 형성될 수 있다.
50%의 투과율 감소가 위에서 설명한 예시적인 실시예에서 발생하며, 투영 동작시에 그러한 감소된-투과율 영역(102)들은 그러면 두 배 개수의 미러들로, 즉 두 배 개수의 반사 투영 광빔(34)들로 조명되었다. 감소된-투과율 영역(102)들은 또한 1/n로 감소될 수도 있다(여기서 n은 2와 같거나 그보다 큰 정수). 이 경우에, 각각의 감소된-투과율 영역(102)은 그러면 투영 동작시에 n개의 반사 투영 광빔(34)들로 조명될 것이다.
이들 실시예들은 개별적인 반사 투영 광빔(34)들이 대략적으로 동일한 세기를 가질 때 추천할 수 있다. 그러나 만약 개별적인 반사 투영 광빔(34)들의 세기들 이 서로 실질적으로 다르다면, n은 정수가 아닌 수일 수도 있다. 이 경우에, 감소된-투과율 영역(102)들은 투영 동작시에 다수의 반사 투영 광빔(34)들로 조명될 것이며, 그 결과 상기 감소된-투과율 영역(102)들에 할당된 각도들에 대해 필드 평면에서 소망하는 세기가 달성된다.
이에 대한 대안으로서, 교정판(104)은 정상적인 투영 동작시에 빔 경로로부터 제거될 수도 있다.
8. 조정(Regulation) - 제 1 예시적인 실시예
지금까지, 멀티-미러 어레이(26)의 개별적인 미러 소자(28)들의 틸트 각도를 결정하기에 적당한 장치들과 방법들이 설명되었다. 틸트 각도에 대한 정보가 일단 입수 가능하게 되었다면, 조정 시스템(regulating system)에 의하여 틸트 각도에 대한 특정한 설정값을 가능한 정확하게 따르게 하는 것을 보장하는 것이 필요하다. 빔 편향 소자들의 모든 중립적인 설정들의 평균값은 바람직하게는 1/6000의 정확도로 조절될 수 있다. 이러한 중립적인 설정에 대한 상대적인 설정들이 또한 적어도 1/500의 정확도로 조절 가능하여야 한다.
미러 소자(28)들이 반드시 그 내에 정렬되어야 하는 조절 시간 tset은, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(10)의 실행 가능한 동작을 위해 동공 조명이 그 내에 변형되도록 의도되는 시간들에 의해 확립된다. 이들 시간들은 통상적으로 10ms-50ms의 범위 내에 있다. 이는, 조정 시스템의 대역폭, 즉 미러 소자(28)들의 틸트 각도들이 측정되고 조절되도록 의도되는 주파수에 직접적으로 영향을 준다.
이웃하는 미러 소자(28)들에 의한 진동으로 또는 외부적인 영향으로 여기되는 개별적인 미러 소자(28)들을 배제하는 것이 가능한 미러 소자(28)의 경우에, 어떤 환경 하에서, 만약 상기 멀티-미러 어레이(26)의 기계적인 특성들이 소위 포워드-피드 제어에 충분할 정도로 안정되어 있다면, 능동적인 감쇠는 필요하지 않을 수 있다.
그럼에도 불구하고 개별적인 미러 소자(28)들의 반복적인 교정이 종종 적당할 것인데, 왜냐하면 미러면(30)들의 법선 벡터들 nv와 인가된 제어 신호들 sv 사이의 관계가 다양한 영향들로 인하여 시간이 흐름에 따라 변할 수도 있기 때문이다. 이러한 관계는 방정식 nv = K(t)*sv로 표현될 수 있다. 제어 신호 sv가 예를 들어 정전기적 전하들에 의해 서로 영향을 줄 수도 있기 때문에, 가장 일반적인 경우에 양 K(t)는 텐서(tensor)이다. 만약 텐서 K 그 자체의 시간 의존성이 외부 파라미터 p, 예를 들어 온도에 의존한다면, 이들 영향들은 별개의 측정 픽업(예를 들어 온도계)에 의해 측정될 수 있다. 상기 텐서는 그러면 시간 t의 함수일 뿐만 아니라 파라미터 p의 함수이기도 하다(즉, K = K(t,p)). 텐서 K(t,p)는 그러면 또 다른 교정이 수행되어야 할 필요 없이 제어 신호들 sv를 결정하는데 채용될 수 있다.
또한 일반적으로 비결정적인 영향들이 완전히 억제될 수 없기 때문에, 반복적인 교정이 그럼에도 불구하고 필요할 수 있다. 10ms의 조절 시간에 대해, 실행 가능한 피드-포워드 제어를 위해 개별적인 미러 소자(28)의 틸트 각도의 교정 측정에 1kHz의 교정 속도가 필요할 수 있다.
내부의 또는 외부의 간섭으로 인한 진동들이 더 이상 배제될 수 없는 멀티-미러 어레이(26)에 대해, 폐제어 루프(closed control loop)가 대신에 추천 가능하다. 미러 소자(28)들의 틸트 진동들에 대한 1-2kHz의 통상적인 자연 주파수들은, 개별적인 미러 소자(28)의 각각의 관계된 좌표에 대해 1-2kHz, 바람직하게는 10-20kHz의 측정 및 조정 속도를 수반한다. 적어도 4000개의 미러 소자(28)들을 갖는 멀티-미러 어레이(26)에서, 이는 틸트 각도 또는 병진 이동과 같은 좌표 당 4MHz 이상의 측정 속도를 초래한다.
이를 위하여, 수신된 측정 장치 센서 신호에 따라서, 틸트 각도의 설정값을 가능한 정확하게 따르도록 미러 소자(28)의 틸트 각도를 제어하기 위한 제어 변수들 s에 직접적으로 작용을 하는 제어 루프를 사용하는 것이 가능하다. 그러한 목적을 위하여, 조정 차이(regulating difference) e, 즉 설정값과 미러 각도의 실제값 사이의 편차를 입력 신호로서 수신하는 소위 PID 조정기(PID regulator)가 통상적으로 사용된다. PID 조정기의 비례 성분(P), 적분 성분(I) 및 미분 성분(D)들의 설정에 따라서, 제어 변수 s가 그에 따라 설정되며, 이것이 이번에는 미러 각도의 실제값에 영향을 준다. 그러한 폐제어 루프는 소위 조정 주파수 f로 동작된다.
그러나 멀티-미러 어레이(26)의 미러 소자(28)들의 조정에 관련하여, 다음의 문제들이 발생한다. 한편으로, 측정 장치의 센서 값들이 부정확성에 의해 강하게 영향을 받기 때문에, 상기 센서 신호의 미분(differentiation)이 종종 어렵다. 미분 성분(D)의 원인이 되는 조정 요소에 있어서 별도의 필터들에 의한 미분은 따라서 결과적인 조정 신호가 사용될 수 없을 정도의 강한 잡음 증폭을 초래할 수 있 다. 다른 한편으로, 미러 소자(28)들의 틸트 각도에 대한 측정 값들을 제공하는 샘플링 주파수로만 조정 차이 e가 계산될 수 있다. 많은 수의 미러 소자(28)들, 예를 들어 수천 개 또는 심지어 수만 개의 미러 소자(28)들로 인해, 개별적인 미러 소자(28)에 대한 최대 샘플링 주파수가 크게 제한된다. 더욱이, 제어 루프도 마찬가지로, 설정값으로부터의 상당히 큰 편차를 초래할 수 있는 이러한 낮은 샘플링 주파수에 대응하는 조정 주파수 f로만 동작될 수 있다.
도 12는 모델-기반 상태 추정기(model-based state estimator)를 사용하는, 따라서 위에서 언급한 단점들을 제공하지 않는 제어 루프의 조정 방식을 도시하고 있다. 모델-기반 상태 추정기는 모델을 기초로 그리고 가능한 부정확성(예컨대 측정 방법으로 인한)에 의해 영향을 받는 센서 신호들의 도움으로 미러 소자(28)들의 현재 틸트 각도를 추정한다. 이를 위하여, 상기 모델-기반 상태 추정기는 추정된 상태 벡터, 즉 예를 들어 추정된 틸트 각도 x를 계산하고 (부정확성에 의해 영향을 받는) 센서 신호들로부터 내부 모델에 의한, 틸트 각도의 시간 도함수(derivative) x_점을 계산한다. 상기 상태 변수는 또한, 다수의 틸트 각도들 및/또는 미러 소자(28)의 다른 위치 파라미터들뿐만 아니라 그들의 동적인 동작 형태, 예를 들어 그들의 시간 도함수를 포함할 수 있다.
그런 후 이러한 추정된 상태 벡터는 시스템의 설정 상태, 즉 틸트 각도의 실제 설정값 및 그의 시간 도함수와 비교된다. 틸트 각도의 시간 도함수가 여기서 다시 미러 각도의 설정값으로부터의 미분에 의해 결정되지만, 이러한 미분은 문제가 되지 않는데, 왜냐하면 틸트 각도의 설정값이 부정확성에 의해 영향을 받지 않기 때문이다. 조정 차이 e뿐만 아니라, 조정 차이의 시간 도함수 de도 역시 이러한 비교로부터 얻어지며, 이들은 함께 조정 차이 벡터(e, de)를 형성한다.
이러한 조정 차이 벡터 (e, de)는 이제 제어 변수 s를 계산하고 이를 미러 소자(28)의 제어기로 보내는 조정 알고리즘으로 전달된다. 이러한 조정 알고리즘의 조정 방식은 도 13에 상세하게 도시되어 있다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 조정 알고리즘은 다양한 조정 성분들의 영향을 결정할 수 있는 세 개의 비례 요소들을 갖는다. 제 1 비례 요소(KP)는 조정 차이 e가 상수로 곱해지기만 하는 PID 조정기의 비례 성분(P)에 대응한다. 제 2 비례 요소(KI)는 조정 차이 e를 적분하는 적분기의 출력 신호를 상수로 곱하며, 따라서 PID 조정기의 적분 성분(I)과 대응한다. 제 3 비례 요소(KD)는, 위에서 설명한 바에 따라 조정 알고리즘으로 보내지는 조정 차이 e의 시간 도함수 de가 상수로 곱해지는 PID 조정기의 미분 성분(D)과 대응한다. 세 개의 조정 성분들 모두는 제어 변수 s로서 더해지고 출력된다.
모델-기반 상태 추정기로 인하여, 그러한 제어 루프는 통상적인 PID 조정기를 갖는 경우와 마찬가지로, 부정확성에 의해 강하게 영향 받는 측정 신호들을 갖는 디지털 형태로도 사용될 수도 있다.
모델-기반 상태 추정기를 제조하기 위한 출발점으로서, 추정을 위해 측정 신호들의 통계적인 부정확성을 고려하기에 특히 적당한 문헌으로부터 알려진 상태 추정기들을 사용하고 특정한 응용에 대한 요구 조건들에 따라 이들 상태 추정기들을 적용하는 것이 추천 가능하다. 이러한 예들은 칼만 필터(Kalman filter), 확장형 칼만 필터(extended Kalman filter; EKF), 언센티드 칼만 필터(unscented Kalman filter; UKF) 또는 입자 필터(particle filter)이다.
그러한 모델-기반 상태 추정기들이 측정 신호의 샘플링 주파수보다 높은 속도로 추정 상태 벡터 (x, x_point)를 출력할 수도 있기 때문에, 많은 수의 미러 소자(28)들 및 각각의 개별적인 미러 소자(28)의 부수적인 낮은 샘플링 주파수들에도 불구하고 높은 조정 주파수 f로 조정이 수행될 수 있다. 미러 소자(28)들의 틸트 각도들의 충분한 정확성이 그럼으로써 성취될 수 있다.
칼만 필터의 경우에 있어서, 현재 틸트 각도의 테일러 전개법에 기초한 운동학적 모델 변형(kinematic model variant)과 구체적으로 어떠한 측정값들도 제공되지 않는 시간 주기들에서의 시스템의 동작 형태를 더욱 정밀하게 모사하는 동적 모델 변형(dynamic model variant) 사이의 구별이 이루어진다.
또한 조정 요소들은 모두 다수의 미러 소자(28)들을 조정하기 위하여 배수로 또는 공동으로 제공될 수 있다. 벡터와 같은 모든 조정 변수들, 예를 들어 제어 변수 s는 그의 성분들의 개수가 미러 소자(28)들의 개수와 같다.
소프트웨어에 의한 또는 FPGA 칩 상의 제어 루프의 구현이 그러한 응용에 또한 적당한데, 왜냐하면 그럼으로써 특히 모델-기반 상태 추정기가 유연하게 구성될 수 있기 때문이다.
9. 조정- 제 2 예시적인 실시예
동공 표면을 조명하기 위한 멀티-미러 어레이(26)를 갖는 조명 시스템(12)의 한 가지 중요한 점은 개별적인 미러 소자(28)들을 조정할 수 있는 속도와 정확성이다. 미러 소자(28)들의 틸트를 기록하는 측정 장치를 위한 핵심 데이터는 이 경우에 조명 시스템(12)의 동공 성형부(92)의 설계 및 조명 시스템(12) 전체의 설계에 대한 광학적 및 기계적 요구 조건들에 의해 결정된다.
예시적인 한 실시예에서, 멀티-미러 어레이(26)는 총 64 × 64 = 4096 개의 미러 소자(28)들을 갖는데, 그 각각은 두 개의 축을 따라 개별적으로 구동되어야 하며 그 틸트 각도들은 개별적으로 측정될 필요가 있다. 종래의 기술에서 현재까지 알려진 해결책으로는, 현대의 투영 노광 장치(10)에 대한 요구 조건들에 의하여 강제되는 짧은 시간 내에 필수적인 정확도로 그러한 많은 개수의 미러 소자(28)들이 조절될 수 없다. 이는, 각각의 미러 소자(28)가 주어진 중립 위치를 중심으로 두 축을 따라 적어도 ±2°, 만약 가능하다면 ±3°의 틸트 각도를 채용할 수 있어야 하며, 제어 시스템이 대략적으로 11마이크로라이안의 시스템 정확도 및 대략적으로 140마이크로라디안의 통계적인 부정확도로 이러한 각도 범위를 관리할 수 있을 필요가 있기 때문이다.
따라서 미러 위치들을 측정하여 제어 루프에 의한 보정을 적용할 필요가 있다. 이 경우에 4096 개의 미러 소자(28)들의 전체 세트를 측정하는데 대략적으로 1ms의 시간이 가용 가능하다. 즉, 요구된 정확도로 대략적으로 250ns 내에 각각의 개별적인 미러 소자(28)의 틸트 각도를 결정하는 것이 가능하여야 한다. 미러 소자들의 틸트 각도들은 또한, 미러면(30)에 의한 반사 후의 반사된 측정 광빔(64)의 진행 방향이 틸트 각도에 관한 정보를 제공하는 측정 광빔(62)(도 10의 예시적인 실시예 참조)의 도움으로 각각 측정되어야 한다. 따라서 목적은 반사된 측정 광빔(64)들의 틸트 각도를 충분히 빠르게 결정하는 것이다.
이를 위하여, 위에서 설명한 바와 같이, 푸리에 광학기기, 예를 들어 수렴 검출기 렌즈(66)를 사용함으로써 각도들이 위치들로 변환되며, 이들 위치들은 위치 센서(68)에 기록된다. 그러나 설치 공간의 제한으로 인해, 도 5의 예시적인 실시예에 대해 도시된 바와 같이, 4096개의 병렬 검출기 기구들을 사용하는 것은 매우 어렵게 가능하다. 따라서, 도 10에 도시된 예시적인 실시예의 경우에서와 같이, 상당한 비용을 들이지 않고, 단지 하나의 위치 센서(68) 및 푸리에 광학기기가 각각 사용될 수 있다. 고려할만 한 비용으로, 대략적으로 4개의 검출기 기구들을 설치하는 것이 가능하지만, 4096개의 검출기 기구들은 현재는 거의 설치할 수 없다. 따라서 단지 하나의 위치 센서(68) 및 푸리에 광학기기로 측정 및 제어 장치를 위한 요구 조건들을 만족시키는 것이 목적이다.
이를 위하여, 도 14는 단지 하나의 위치 센서(68)로 다수의 미러 소자(28)들의 병렬적이고 독립적인 측정을 가능하게 하는 다중화 방법을 허용하는 장치의 체계적인 구조를 도시하고 있다.
도 10의 예시적인 실시예에서 언급한 바와 같이, 레이저 다이오드들, 소위 VCSEL 어레이(98)들의 배열이 측정 조명을 위한 광원으로서 사용될 수 있다. 64 × 64개의 격자점들의 정사각형 또는 육각형 격자를 갖는 그러한 VCSEL 어레이(98)들이 이미 상업적으로 입수 가능하다. 양극과 음극들이 각각 행과 열을 이루어 서로 연결되어 있는 매트릭스 구동에 의하여, 예를 들어 한 행 내에서 64개의 레이저 다 이오드까지 동시적인 독립 제어가 가능하다. 그러면 상기 레이저 다이오드들로부터의 광은, VCSEL 어레이(98) 상에 고정되어 탑재된 마이크로렌즈 어레이의 수렴 콜리메이터 렌즈(60)들에 의하여 멀티-미러 어레이(26) 위로 포커싱된다.
위치 센서(68)에 대해 다양한 상업적 해법들이 생각될 수 있다. 필수적인 측정 정확성을 여전히 가능하게 하는 잡음 및 대략적으로 4MHz의 대역폭을 갖는, 간단하게는 PSD라고도 알려져 있는 위치 센서(68)들이 이미 상업적으로 입수 가능하다(예를 들어 SiTek의 2L4 타입). 또한, 미러 소자(28) 당 측정 시간이 겨우 약 250ns일 수 있기 때문에, 이 위치 센서(68)는 측정 속도에 있어서 그 성능의 한계점에 있다. 따라서, 필수적인 공간 분해능을 달성하며 더욱 짧은 측정 시간을 가능하게 하는 위치 센서(68)를 위한 대안을 찾는 시도는 이미 이루어져 있다. 본 발명은 따라서 모든 검출기 종류들에 관련되어 있으며; SiTek의 2L4 PSD들의 데이터가 출발점으로서 사용될 수 있다.
PSD, 증폭기 회로 및 아날로그-디지털 변환기들의 공개된 데이터로부터, 이론적으로 달성 가능한 통계적인 위치 오차가 추론될 수 있다. 이는 요구 조건들보다 다소 작기 때문에, 따라서 시분할 다중화에 의해 미러 소자(28)들을 분석하는 것이 이론적으로 가능하다. VCSEL 어레이(98)의 레이저 다이오드들은 하나씩 차례로 켜질 수 있으며, 따라서 하나의 미러 소자(28)에 의해 반사된 측정 광빔(64)만이 위치 센서(68)에 각각 입사한다. 그러나, 레이저 다이오드들과 위치 센서(68)의 유한한 대역폭으로 인하여, 측정을 위해 사용 가능한 시간의 길이는 100ns보다 작게 감소한다. 광원들이 엄격하게 하나씩 차례로 켜지고 한번에 단지 하나만이 각각 조명하기 때문에, 이러한 방법은 이하에서 "순차적"으로 불릴 것이다.
예를 들어 위치 센서(68)의 신호 상승 시간, DC 오프셋 및 드리프트뿐만 아니라 증폭기의 1/f 잡음과 같은 제한하는 요소들을 상쇄시키기 위하여, 레이저 다이오드들은 하나씩 차례로 온 및 오프 되지 않고, 그러기 보다는 예를 들어 4개 또는 8개의 레이저 다이오드들의 그룹으로 동시에 동작될 수도 있다. 그러나, 한 그룹 내의 개별적인 레이저 다이오드들의 세기는 상이한 주파수를 갖는 사인 곡선의 형태로 변조된다. 위치 센서(68)의 전극 전류들, 즉 그의 출력 신호들의 위상-감응 검출로 인하여, 위치 센서(68)의 상이한 위치들에서 다양한 반사 측정 광빔(64)들의 성분들이 그들의 변조된 주파수에 따라 분리된다. 간단히 말해서, 본 발명에 따른 방법은 병렬로 동작하는 다수의 락-인 증폭기(lock-in amplifier)들로의 측정과 유사하다.
이는, 측정 장치의 성능에 대한 견고한 한계로서 위치 센서(68)의 신호 상승 시간의 효과를 감소시킨다. 게다가, 다수의 미러 소자(28)들의 틸트 각도들의 측정은 따라서 감소된 진폭으로 그리고 대역폭의 범위 내에서 가능하다. 더욱이 모든 DC 오프셋들, 즉 오프셋들, 드리프트 및 1/f 잡음의 영향은 필터링된다. 예를 들어 증폭기들의 교류 결합(AC coupling)은 위치 센서(68)의 PSD 바이어스를 위해 필요한 차동 증폭기(differential amplifier)들을 필요 없게 만들 수 있으며, 따라서 그들의 잡음이 제거된다. 시스템이 안정화되고 어떠한 측정들도 불가능한 "무효 시간(dead time)"의 영향도 또한 크게 감소될 수 있다.
교류 결합의 부수적인 작용으로서, 위치 센서(68)의 센서 신호들의 디지털화 품질도 역시 향상되는데, 왜냐하면 사용되는 측정 방법에 무관하게 요구되는 가장 최근 세대의 아날로그-디지털 변환기들이 단지 교류 결합으로만 가장 높은 해상도를 달성하기 때문이다.
그 자체로 알려진 락-인 원리(lock-in principle)로부터의 출발로서, 시스템은 하나의 주파수를 갖는 게 아니라 다수의 주파수들을 동시에 갖도록 변조된다. 이러한 특징에 있어서, 상기 시스템은 푸리에 간섭계(Fourier interferometer)와 다소 유사하다.
주파수들 및 데이터 획득 시간들의 특정한 선택은 엄격하게 주기적인 경계 조건들을 사용하는 것을 가능하게 한다. 따라서 매우 짧은 데이터 흐름의 오차 없는 푸리에 분석이 가능하며, 락-인 증폭기의 경우에서와 같이 평활화(smoothing) 또는 배수적(multiplicative) "윈도우"를 사용할 필요가 없다.
비록 서술된 방법의 바로 명백한 이점들이 몇 가지 단점들과 함께 나타나지만, 상기 단점들은 쉽게 해소할 수 있다:
위치 센서(68)가 처리할 수 있는 최대 광 세기가 제한된다. 각각의 개별적인 광원의 광도는 따라서 다수의 광원들이 동시에 비출 때 감소되어야 하며, 그 결과 신호 진폭대 잡음의 비는 감소한다. 그러나 이러한 진폭 손실은 더 긴 가능한 측정 시간에 의해 보상되며, 따라서 그 자체에 대한 최대 광 세기의 한도는 추가적인 측정 오차를 수반하지 않는다.
주파수의 선택을 기초로(이하 참조), 4MHz보다 큰 대역폭이 요구된다. 더 많은 광원들이 동시에 변조될수록, 더 큰 대역폭이 요구된다. 위치 센서(68)의 한정 된 대역폭으로 인하여, 높은 주파수에서 신호 진폭은 낮아지게 되고 따라서 통계적인 오차가 더 커진다.
측정 주파수들의 정확한 선택은 기술의 성공적인 구현을 위해 중요하다. 푸리에 분석에 있어서 윈도우 문제를 회피하기 위하여, 주파수들은 각각의 주파수의 전체 개수의 주기들이 측정 간격을 두고 각각 측정되도록 선택된다. 측정 간격의 한도들은 따라서 모든 주파수들에 대해 주기적인 경계 조건들이 된다. 따라서 윈도우가 필요하지 않으며 측정 신호들은 정확하게 직교하고, 이는 푸리에 분석에서 채널 크로스토크를 방지한다.
VCSEL 어레이(98) 및 그의 전자 회로는 구동 신호와 광도 사이에 선형적인 관계를 보이지 않는다. 따라서 측정 주파수들에 추가하여, 광 필드가 그들의 고조파(harmonic)들을 포함한다. 만약 한 레이저 다이오드의 그러한 고조파들이 또 다른 레이저 다이오드의(즉, 또 다른 미러 소자(28)의) 측정 주파수와 일치한다면, 상기 다른 레이저 다이오드에 할당된 측정 결과는 손상될 것이다. 따라서 어떠한 측정 주파수도 다른 측정 주파수의 배수가 되어서는 안된다. 이를 보장하기 위하여, 주파수들은 대역폭 내에서 소수로서 분포된다.
특정한 예에서, 미러 당 250ns의 측정 클록(measurement clock)을 달성하는 것이 필수적이다. 네 개의 동시에 활성화된 광원들의 경우에 있어서, 네 개의 미러 소자(28)들을 동시에 분석하기 위하여 네 개의 주파수들이 필요하다. 따라서 그러한 측정은 (200ns 정도일 수 있는 과도 시간(transient time)을 무시하고) 1㎲ 지속된다. 따라서 주기적인 경계 조건들이 1MHz의 배수인 주파수들에 대해 적용된다. 1MHz의 처음 네 개의 소수의 배수는 따라서 2MHz, 3MHz, 5MHz 및 7MHz의 주파수들이다. 여덟 개의 동시 측정들의 경우에, 간격은 2ps 길이이며 측정 주파수들은 1, 1.5, 2.5, 3.5, 5.5, 6.5, 8.5 및 9.5MHz이다. 주파수들의 개수의 최적의 선택은 위치 센서(68)의 대역폭에 의존한다. 시뮬레이션은 Silek 2L4 및 필수적인 핵심 데이터에 대해 최적이 네 개와 여덟 개의 주파수들 사이에 놓여 있다는 것을 보였으며; 정확한 값은 실험적으로도 결정될 수 있다. 소수값이 증가함에 따라 소수들의 밀도가 감소하기 때문에, 측정 주파수들의 개수가 증가함에 따라 대역폭도 역시 증가하며, 위치 센서(68)의 평가 가능한 신호 진폭이 감소하고, 이는 이번에는 정확성을 손상시킨다.
위치 센서(68)에서 최대로 검출될 수 있는 한정된 총 세기로 인하여, 광원들의 광도도 역시 위치 센서(68)의 포화 한도를 초과하지 않도록 선택되어야 한다. 이를 위하여, 각각의 개별적인 광원의 평균적인 파워가 가능한 높게 설정될 수 있도록, 최대 총 세기가 가능한 낮게 광원들을 구동하는 것이 적당하다. 주파수들이 소수의 분포로 수립되고 각각의 광원이 동일한 진폭을 갖기 때문에, 최대 총 광도는 상대적인 위상을 조절함으로써 최소화될 수 있다. 비선형적인 수치 최소화는, 위상들의 적당한 선택에 의하여 최대 세기에 있어서의 큰 감소가 간단히 성취될 수 있다는 것을 보였다. 개별적인 최대 세기의 배수적인 표현에 따르면, 최대는 예를 들어 4개의 광원에 대해 2.93, 6개의 광원에 대해 4.33, 그리고 8개의 광원에 대해 5.87이다.
도입부에서 설명한 바와 같은, 미러 소자들의 순차적인 샘플링(변조가 없는) 과 비교하여, 제안된 방법의 큰 이점은, 위치 센서(68)의 속도가 측정 정확도에 대한 기본적인 한도를 나타내지 않는다는 것이다. 측정 정확도가 감소하는 신호 진폭을 겪더라도, 임의적으로 빠른 측정들이 원리적으로 가능하다.
그러나, 명령에 따라 상이한 속도들과 정확도들 사이를 전환하는 것을 따라서 생각할 수 있다(이는 계산부 내의 평가 소프트웨어의 대응하는 구성에 의해 쉽게 성취될 수 있다). 예를 들어, 모든 미러들에 대해 0.2ms의 샘플링 시간이, 그에 대응하는 큰 측정 오차를 가지면서, 미러들의 능동적 감쇠를 위해 설정될 수 있으며, 또한 실제 조절 공정에 대한 완전한 정확도를 위해 1ms로 다시 재전환하는 것이 가능하다. 순수하게 순차적인 측정의 경우에는, SiTek 2L4로는 0.2ms의 측정 주파수가 더 이상 달성될 수 없을 것이다. 따라서, 주어진 조건들(즉, 능동적으로 감쇠시키기 위하여 SiTek의 2L4로 0.2ms의 샘플링 시간이 달성되도록 의도할 때) 하에서, 이러한 방법은 유리한 해결책일뿐만 아니라 가능한 유일한 해결책이다.
본 측정 방법을 구현하기 위하여 다음의 부품들이 요구된다:
ㆍ 4개, 6개, 8개 등의 광원들의 그룹들이 동시에 동작할 수 있도록 적절한 개수의 구동 증폭기들이 제공된, 다수의 광원들을 갖는 측정 조명 기구.
ㆍ 동시에 구동되는 광원들의 개수와 같은 개수의, 주파수- 및 위상-상관된 사인 신호들을 생성할 수 있는 신호 발생기들. DDS(direct digital synthesis) 원리에 따른 발생기들이 여기에 매우 적당하다.
ㆍ 위치 센서(68)의 전치증폭된(preamplified) 신호들을 디지털화하는 네 개의 아날로그-디지털 변환기. 이 기술은 동시적인 검출에 기초하기 때문에, 이들 변 환기들의 클록 소스가 상기 신호 발생기들의 클록과 동일한 참조원으로부터 유도되어야 한다.
ㆍ 상기 아날로그-디지털 변환기의 센서 신호들을 평가할 수 있는 계산부. 작업의 성질로 인하여, 프로그램 가능한 논리 유닛(programmable logic unit), 예를 들어 FPGA(field-programmable gate array)을 그 자리에서 사용하는 것이 적절하다. 따라서 상기 계산부(FPGA)는 다음의 주요한 작업들을 갖는다:
ㅇ 네 개의 ND 변환기들의 측정 데이터를 수집하는 것.
ㅇ 광원들의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 사인 및 코사인 신호들의 수치적인 생성
ㅇ 상기 사인 및 코사인 신호들을 A/D 변환기 데이터로 곱하는 것. 이는 사용된 주파수 당 여덟 개의 곱들을 준다.
ㅇ 측정 간격에 걸쳐서 상기 곱들을 더하는 것. 이들 합은 정규화되지 않은 0°와 90° 성분들을 주며, 그로부터의 제곱 합(quadratic addition)에 의해 각각의 입력 신호의 진폭이 결정될 수 있다.
각각의 미러의 2D 각도 위치는 간단한 덧셈, 뺄셈 및 나눗셈에 의해 상기 진폭들로부터 결정된다. 이러한 작업을 위해 비교적 긴 시간이 사용 가능한데, 왜냐하면 미러 당 두 번의 작업들이 수행될 필요가 있기 때문이다.
현대의 FPGA에서 사용 가능한 계산부들을 활용함으로써, 이러한 작업은 단일한 FPGA에서 적당한 비용으로 수행될 수 있다.
FPGA의 주요 기능들을 포함하여, 전자 장치의 블록 다이어그램을 도 14에서 볼 수 있다.
단지 계산-집중적인 동작들만이 계산부(108) 내에 표시되어 있다. "MAC" 유닛은 8*n 구성(n은 상이한 주파수들로 동시에 변조되는 광원들의 개수이다)에서 제공되는 곱셈기-덧셈기 유닛(multiplier-adder unit)이다. FPGA의 "펌웨어"로서 구현되며 하드웨어로 직접적으로 나타내어 지지 않는 계산부(108)를 제외하면, 이러한 배치는 통상적인 "순차적" 측정 방법의 배치와 매우 유사하며 따라서 경제적으로 구성될 수 있다. 이 다이어그램에서, DDS 유닛(이는 통상적인 DDS 부품들로도 구현될 수 있지만)의 기능은 이미 FPGA(D/A 변환기, 우하단) 내에 실질적으로 통합되어 있다.
10. 결론
동공 평면의 조명과 관련하여 위에서 언급된 수단 및 장치들은, 마이크로미러들의 배치들이 마찬가지로 스위칭 가능한 소자들로서 제공되는 능동적 마스크들에 대해서도 유리하게 쉽게 사용될 수 있다.
상기 멀티-미러 어레이들은 마찬가지로 다른 반사형 또는 투과형 소자들에 의해 대체될 수 있는데, 이는 제어 신호를 인가함으로써 소자의 상이한 서브영역들을 향해 상이한 방향들로 입사광을 편향시키는 것을 가능하게 한다. 그러한 대안적인 구조들은 예를 들어, 적절한 재료를 전기장 또는 초음파에 노출시킴으로써 굴절률이 변할 수 있는 전기-광학 소자 또는 음향-광학(acousto-optical) 소자들을 포함할 수 있다. 그러면 광의 소망하는 편향을 달성하기 위하여 굴절률의 이러한 변 화가 사용될 수 있다.
비록 본 발명이 첨부된 예시적인 실시예들의 도움으로 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구 범위의 보호 범위로부터 벗어나지 않고, 설명된 특징들의 일부의 생략 및/또는 제안된 특징들의 상이한 조합의 관계에 있는 대안 또는 변형이 역시 가능하다는 것은 본 기술분야의 당업자에게 명백하다.

Claims (72)

  1. 동공 표면 및 상기 동공 표면의 가변 조명을 위하여 바람직하게는 개별적으로 구동 가능한 빔 편향 소자(28)들의 실질적으로 편평한 배열을 가지며, 각각의 빔 편향 소자(28)는 그에 입사하는 투영 광빔(32)의 편향이 상기 빔 편향 소자(28)에 인가되는 제어 신호의 함수로서 달성되도록 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템(12)에 있어서,
    상기 투영 광빔(32)에 독립적으로 측정 광빔(36)을 빔 편향 소자(28)로 향하게 할 수 있는 적어도 하나의 측정 조명 기구(54, 56, 58, 60; 88; 90; 98),
    상기 빔 편향 소자(28)에 의한 편향 후에 측정 광빔(38)을 기록할 수 있는 검출기 기구, 및
    상기 검출기 기구에 의해 제공된 측정 신호들로부터 투영 광빔(32)의 편향을 결정하기 위한 평가 유닛을 특징으로 하는 조명 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 광빔(36)은, 빔 편향 소자(28)에 할당된 투영 광빔(32)이 상기 빔 편향 소자(28)에 입사하는 입사 방향(40)과 상이한 입사 방향(50, 50')으로 빔 편향 소자(28)로 향하게 될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 편향 소자(28)로 향하게 된 측정 광빔(36)의 입사 방향(50, 50')은 입사각 및/또는 방위각에 있어서 상기 빔 편향 소자(28)에 할당된 투영 광빔(32)의 입사 방향(40)과 상이한 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 빔 편향 소자(28)로 향하게 된 측정 광빔(36)의 입사 방향(50)의 방위각과 상기 빔 편향 소자(28)에 할당된 투영 광빔(32)의 입사 방향(40)은 30°보다 크게, 바람직하게는 60°보다 크게, 특히 대략적으로 90°만큼 서로 차이가 나는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 광빔(36)은, 상기 빔 편향 소자(28)에 의해 초래된 빔 편향에 독립적으로 상기 측정 광빔(36)이 동공 표면에 입사할 수 없도록 수립된 입사 방향(50, 50')으로 상기 빔 편향 소자(28)로 향하게 될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 편향 소자(28)는 반사 미러면(30)과 함께 틸트 가능한 미러인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미러는 바람직하게는 서로에 대해 직교하도록 배열된 두 개의 틸트축을 중심으로 틸트 가능한 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사 미러면(30)의 곡률은 상기 평가 유닛에 의해 확인될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    다수의 측정 광빔(36)들이 개별적인 미러면(30)으로 향하게 될 수 있으며, 상기 곡률은 만곡된 미러면(30) 상에서 측정 광빔(36)들에 의해 경험되는 상이한 편향들을 기초로 상기 평가 유닛에 의해 확인될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 측정 광빔(36)의 단면은 상기 검출기 기구에 의해 기록될 수 있으며, 상기 곡률은 상기 확인된 단면을 기초로 상기 평가 유닛에 의해 확인될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 편향 소자(28)들이 배치되어 있으며, 상기 측정 광빔(36)과 투영 광빔(32)에 대해 투명한 윈도우(84)를 갖는 하우징(82)을 특징으로 하는 조명 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    p-편광된 측정 광빔(36)이 상기 측정 조명 기구(88)에 의해 윈도우(84) 위로 브루스터 각으로 향하게 될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 측정 조명 기구(88)는 p-편광된 측정 광빔(36)을 생성할 수 있거나 또는 상이하게 편광된 측정 광빔(36)을 p-편광된 측정 광빔(36)으로 변환할 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 측정 조명 기구(88)는 p-편광된 측정 광빔(36)에 대해서만 투과성이 있는 편광자(88) 및 광원(54; 98)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명 윈도우(84)는 입사 투영 광(32)에 대해 최적화된 반사방지 코팅(86)을 가지며, 상기 측정 광빔(36)의 파장은 상기 반사방지 코팅(86)의 두께보 다 큰 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 조명 기구(54, 56, 58, 60; 88; 98)와 빔 편향 소자(28) 사이에 입사측 광학 시스템(56, 58, 60)이 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 입사측 광학 시스템(56, 58, 60)은 평행한 광속(62)들을 생성하기 위한 적어도 하나의 콜리메이터(56, 58, 60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 입사측 광학 시스템(56, 58, 60)은 정확하게 하나의 빔 편향 소자(28)에 각각 할당되는 수렴 렌즈(60)들의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 편향 소자(28)와 검출기 기구 사이에 출사측 광학 시스템(66; 70, 72, 74)이 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 검출기 기구는 다수의 위치-분해 이미지 기록기(68)들을 포함하며, 상기 출사측 광학 시스템(66; 70, 72, 74)은 적어도 하나의 수렴 렌즈(66)를 포함하고, 상기 수렴 렌즈의 초점 평면에 상기 이미지 기록기(68)들 중 적어도 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 출사측 광학 시스템(66; 70, 72, 74)은 정확하게 하나의 빔 편향 소자(28)에 각각 할당되는 수렴 렌즈(66)들의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 각각의 수렴 렌즈(66)는 정확하게 하나의 위치-분해 이미지 기록기(68)에 할당되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 빔 편향 소자(28)들의 배열을 상기 수렴 렌즈(66)들의 배열 위로 결상시키는 대물렌즈(70, 72, 74)를 특징으로 하는 조명 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 대물렌즈(70, 72, 74), 상기 빔 편향 소자(28)들의 배열 및 상기 수렴 렌즈(66)들의 배열은 샤임플러그 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 기구는 4-분면 검출기로서 설계된 적어도 하나의 이미지 기록기(68)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  26. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측정 조명 기구(90)는 측정 광빔들이 출사하는 광 패턴을 형성하며, 상기 검출기 기구는 상기 빔 편향 소자(28)에 의해 편향된 후의 상기 패턴의 세부를 기록할 수 있는 카메라인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 패턴은 어떠한 두 개의 동일한 세부들도 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 패턴은 조명된 스크린에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  29. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 패턴은 투과하여 조명되는 스크린에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  30. 제 26 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카메라는 다수의 빔 편향 소자(28)들을 기록하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  31. 제 26 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카메라에 의해 기록된 패턴의 세부를 상기 패턴 내에서 발견할 수 있는 평가 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  32. 제 26 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 유닛은 상기 패턴의 세부와 상기 패턴 사이의 자동 상관을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  33. 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템(12)의 동공 표면이 가변적으로 조명되도록 할 수 있는 바람직하게는 개별적으로 구동 가능한 빔 편향 소자(28)들의 편평한 배열을 분석 또는 제어하는 동안 발생하는 변수들을 교정 측 정 또는 제어하는 것으로, 각각의 빔 편향 소자(28)는 그에 입사하는 투영 광빔(32)의 편향이 상기 빔 편향 소자(28)에 인가된 제어 신호의 함수로서 달성되도록 할 수 있는 장치에 있어서,
    교정 마킹(102)을 둘러싸는 영역들의 투과율과 상이한 투과율을 갖는 교정 마킹(102)들을 가지며, 상기 조명 시스템(12)의 동공 평면에 또는 그의 직근방에 배치될 수 있는, 교정판(104)을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 교정판(104)은 투영 동작시에 빔 경로로부터 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 교정 마킹(102)들은 상기 빔 편향 소자(28)에 의해 교정판(104)의 위치에 생성되는 조명 스폿의 크기 및 형태와 대응하는 크기 및 형태를 가지며, 상기 교정 마킹(102)들은 상기 교정 마킹(102)들을 둘러싸는 영역들의 투과율에 대하여 1/N(여기서, N은 정수)의 비율만큼 감소된 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 교정판(104)은 투영 동작시에 빔 경로 내에 남아 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 제 33 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교정판(104)은 교체 장치를 사용하여 대체될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템(12)의 동공 표면이 가변적으로 조명되도록 할 수 있는 바람직하게는 개별적으로 구동 가능한 빔 편향 소자(28)들의 편평한 배열을 분석 또는 제어하는 동안 발생하는 변수들을 교정 측정 또는 제어하기 위한 것으로, 각각의 빔 편향 소자(28)는 그에 입사하는 투영 광빔(32)의 편향이 상기 빔 편향 소자(28)에 인가된 제어 신호의 함수로서 달성되도록 할 수 있는 장치에 있어서,
    동공 평면에서 또는 그의 직근방에서 사용 동공 개구의 바깥에 배치되어 있는 투영 광 검출기(100),
    개별적인 빔 편향 소자(28)들이 연속적으로, 또는 다수의 빔 편향 소자(28)들이 동시에, 그들에 입사하는 투영 광빔(32)을 상기 투영 광 검출기(100)로 향하게 하도록 상기 빔 편향 소자(28)들을 구동시킬 수 있는 제어 유닛, 및
    상기 빔 편향 소자(28)들에 의해 형성된 편향들을 상기 투영 광 검출기(100)에 의해 확인된 위치와 상관시킬 수 있는 평가 유닛을 특징으로 하는 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 투영 광 검출기(100)는 상기 사용 동공 개구의 직경의 1/5보다 작은, 상기 사용 동공 개구로부터의 거리에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,
    상기 투영 광 검출기(100)는 위치-분해 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제 38 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동공 개구의 둘레를 따라서 배열되어 있는 다수의 투영 광 검출기(100)들을 특징으로 하는 장치.
  42. 제 38 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    투영 노광 장치(10)에서 노광이 수행되는 동안, 빔 편향 소자들에 입사하는 투영 광빔(32)들이 상기 투영 광 검출기(100)로 향하게 될 수 있도록, 개별적인 빔 편향 소자(28)들이 연속적으로, 또는 다수의 빔 편향 소자(28)들이 동시에 상기 제어 유닛에 의해 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  43. 제 38 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    투영 노광 장치(10)에 의해 투영이 정지되는 동안, 빔 편향 소자들에 입사하 는 투영 광빔(32)들이 상기 투영 광 검출기(100)로 향하게 될 수 있도록, 개별적인 빔 편향 소자(28)들이 연속적으로, 또는 다수의 빔 편향 소자(28)들이 동시에 상기 제어 유닛에 의해 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  44. 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템의 동공 표면이 가변적으로 조명되도록 할 수 있는 바람직하게는 개별적으로 구동 가능한 빔 편향 소자(28)들의 편평한 배열을 조정하기 위한 것으로, 각각의 빔 편향 소자(28)는 그에 입사하는 투영 광빔(32)의 편향이 상기 빔 편향 소자(28)에 인가된 제어 신호의 함수로서 달성되도록 할 수 있는 조정 장치에 있어서,
    a) 측정 신호를 생성할 수 있는 측정 기구,
    b) 상기 측정 신호를 사용함으로써, 상기 빔 편향 소자(28)에 의해 초래된 편향 및 그의 시간 도함수를 나타내는 추정 상태 벡터를 결정할 수 있는 모델-기반 상태 추정기,
    c) 상기 빔 편향 소자(28)에 의해 초래된 편향 및 그의 시간 도함수에 대한 추정 상태 벡터 및 설정값을 전달 받을 수 있고, 상기 빔 편향 소자(28)에 인가된 제어 신호를 제어 변수(s)에 의해 제어할 수 있는 조정기를 특징으로 하는 조정 장치.
  45. 제 44 항에 있어서,
    추정 상태 벡터는, 측정 신호가 생성될 수 있는 클럭 속도보다 높은 클럭 속 도로 상기 모델-기반 상태 추정기에 의해 출력될 수 있는 것을 특징으로 하는 조정 장치.
  46. 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서,
    상기 모델-기반 상태 추정기는 칼만 추정기인 것을 특징으로 하는 조정 장치.
  47. 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템(12)의 동공 표면이 가변적으로 조명되도록 할 수 있는 바람직하게는 개별적으로 구동 가능한 빔 편향 소자(28)들의 편평한 배열을 분석 또는 제어하는 동안 발생하는 측정 신호들의 동시 기록을 위한 것으로, 각각의 빔 편향 소자(28)는 그에 입사하는 투영 광빔(32)의 편향이 상기 빔 편향 소자(28)에 인가된 제어 신호의 함수로서 달성되도록 할 수 있는 측정 장치에 있어서,
    a) 상이한 주파수들로 변조되는 세기를 갖는 다수의 측정 광빔들을 동시에 상기 배열로 향하게 할 수 있는 측정 조명 기구,
    b) 측정 신호를 발생시킬 수 있으며, 상기 배열에 의해 반사된 다수의 측정 광빔들을 동시에 기록할 수 있는 센서,
    c) 상이한 주파수들에 대응하는 측정 신호의 성분들을 분리하고 그들을 각각의 측정 광빔들에 할당하는 평가 유닛을 특징으로 하는 측정 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 평가 유닛은 락-인 원리에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 장치.
  49. 제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
    상기 상이한 주파수들 중 어느 것도 다른 주파수의 정수배가 아닌 것을 특징으로 하는 장치.
  50. 제 47 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2MHz, 3MHz, 5MHz 및 7MHz의 주파수로 각각 변조되는 세기들을 갖는 네 개의 측정 광빔들이 상기 측정 조명 기구에 의해 상기 배열로 동시에 향하게 될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  51. 제 47 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1MHz, 1.5MHz, 2.5MHz, 3.5MHz, 5.5MHz, 6.5MHz, 8.5MHz 및 9.5MHz의 주파수로 각각 변조되는 세기들을 갖는 여덟 개의 측정 광빔들이 상기 측정 조명 기구에 의해 상기 배열로 동시에 향하게 될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  52. 제 47 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 유닛은 측정 간격을 가지며, 상기 측정 간격 동안 측정 신호가 평가될 수 있고, 상이한 주파수들 모두에 대해 전체 개수의 주기들이 각각 측정될 수 있도록 상기 측정 간격이 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  53. 제 47 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상이한 주파수들로 변조된 측정 광빔 세기들 사이의 상대적인 위상들을 적절하게 수립함으로써, 상기 측정 광빔들의 개별적인 세기들이 합과 동일한 총 세기가 최소화될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  54. 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템에 있는 반사형 또는 투과형 빔 편향 소자(28)들을 제어하기 위한 장치에 있어서, 상기 빔 편향 소자(28)들의 모든 중립 설정들의 평균값이 1/6000의 정확도로 조절될 수 있으며, 상기 중립 설정들로부터 편향된 설정들이 1/500의 정확도로 조절될 수 있는 장치.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 편향 소자(28)들 모두는 50ms 미만의 시간 내에, 특히 10ms 미만의 시간 내에 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  56. 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템(12)에서 투영 광빔들의 편향을 결정하기 위한 것으로, 상기 조명 시스템(12)은 동공 표면 및 상기 동공 표면의 가변 조명을 위하여 바람직하게는 개별적으로 구동 가능한 빔 편향 소자(28)들의 실질적으로 편평한 배열을 가지며, 각각의 빔 편향 소자(28)는 그에 입 사하는 투영 광빔(32)의 편향이 상기 빔 편향 소자(28)에 인가되는 제어 신호의 함수로서 달성되도록 하는 방법에 있어서,
    상기 투영 광빔(32)들에 독립적으로 측정 광빔(36)이 빔 편향 소자(28)로 향하게 되며,
    상기 빔 편향 소자(28)에 의해 편향된 후에 측정 광빔(38)이 기록되고,
    상기 빔 편향 소자(28)에 할당된 투영 광빔(32)의 편향이 그로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 대물렌즈 내의 광학 소자들, 특히 마이크로리소그래피용 대물렌즈 내의 광학 소자들의 표면 변형을 결정하기 위한 장치에 있어서,
    대물렌즈 광속 또는 광속들(32)의 도착 방향과 상이한 도착 방향을 갖는 적어도 하나의 측정 광속(36, 62)으로, 검사될 광학 소자(26)를 조명시키는 적어도 하나의 측정 조명 기구(54, 56, 58, 90)가 제공되며, 상기 검사될 광학 소자의 표면과의 상호 작용 후에 측정 광속에 있어서의 변화를 기록하는 적어도 하나의 검출기 기구(68)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 장치는, 결정될 표면 변형이 적어도 하나의 표면 영역의 표면 법선의 각도 변형이 되도록 적합화된 것을 특징으로 하는 장치.
  59. 제 57 항 또는 제 58 항에 있어서,
    상기 장치는, 검사될 소자(26)가 미러 소자 또는 다수의 미러 소자들, 특히 멀티-미러 어레이(MMA)가 되도록 적합화된 것을 특징으로 하는 장치.
  60. 제 57 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 광속(36, 62)의 도착 방향은 상기 대물렌즈 광속 또는 광속들(32)의 도착 방향과 입사각 및/또는 방위각에 있어서 상이한 것을 특징으로 하는 장치.
  61. 제 60 항에 있어서,
    방위각 입사 방향이 상기 검사될 광학 소자의 표면 법선을 중심으로 30°보다 큰, 바람직하게는 60°보다 큰, 특히 대략 90°인 회전각만큼 상이한 것을 특징으로 하는 장치.
  62. 제 57 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 조명 광원(54)과 상기 검사될 광학 소자(26) 사이에 및/또는 상기 검사될 광학 소자(26)와 상기 검출기 기구(68) 사이에 광학 시스템이 각각 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 측정 조명 광원(54)의 광학 시스템(56, 60)은 적어도 하나의 콜리메이 터, 특히 마이크로렌즈 어레이(60)를 갖는 천공판(56)을 구비하며, 상기 천공판은 평행한 광빔들을 형성하기 위하여 마이크로렌즈들의 초점 평면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  64. 제 62 항 또는 제 63 항에 있어서,
    상기 검출기 기구의 광학 시스템은 적어도 하나의 수렴 렌즈, 바람직하게는 마이크로렌즈 어레이(66)를 구비하며, 그 결과 특히 검사될 표면의 적어도 하나의 영역의 푸리에 변환이 상기 수렴 렌즈의 초점 평면에서 형성되고, 적어도 하나의 위치 센서(68)들, 바람직하게는 특히 마이크로렌즈들의 개수에 대응하는 다수의 위치 센서(68)들이 상기 렌즈들의 초점 평면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  65. 제 62 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 기구의 광학 시스템은 검사될 표면의 적어도 하나의 영역을 적어도 하나의 수렴 렌즈(66), 특히 렌즈 어레이, 특히 마이크로렌즈 어레이 위로 결상시키는 광학기기(70)를 구비하며, 샤임플러그 조건을 만족시키면서, 상기 렌즈 어레이의 각각의 광학 렌즈에 대해 적어도 하나의 위치 센서(68), 바람직하게는 하나의 위치 센서(68)가 상기 광학 렌즈들의 초점 평면에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  66. 제 64 항 또는 제 65 항에 있어서,
    상기 검출기 기구의 광학 시스템은, 검사될 표면의 표면 법선의 정렬의 함수로서, 연관된 표면 영역에서 반사된 광선들이 검출기 기구의 위치 센서(68)들에 할당된 광학 렌즈(66)들, 특히 렌즈 어레이의 렌즈들 위로 특정한 입사각으로 비추어 지도록 하는 광학기기(70)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  67. 제 65 항 또는 제 66 항에 있어서,
    상기 광학기기는 두 개의 수렴 렌즈(72, 74)들을 갖는 릴레이 광학기기(70)인 것을 특징으로 하는 장치.
  68. 제 57 항 내지 제 67 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 기구는, 4-분면 검출기 및/또는 2차원 위치-감응 검출기의 형태인 적어도 하나의 위치 센서(68), 바람직하게는 다수의 위치 센서(68)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  69. 대물렌즈 내의 광학 소자들, 특히 마이크로리소그래피용 대물렌즈 내의 광학 소자들의 표면 변형을 결정하기 위한 방법에 있어서,
    대물렌즈 광속 또는 광속들의 도착 방향과 상이한 도착 방향을 갖는 적어도 하나의 측정 광빔으로, 검사될 광학 소자를 조명시키는 적어도 하나의 측정 조명 기구가 제공되고,
    상기 검사될 광학 소자의 표면과의 상호 작용 후에 측정 광빔에 있어서의 변화를 기록하는 적어도 하나의 검출기 기구가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  70. 제 69 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  71. 제 69 항 또는 제 70 항에 있어서,
    상기 대물렌즈 내의 광학 소자의 표면 변형이 상기 대물렌즈의 사용으로 동시에 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  72. 제 69 항 내지 제 71 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대물렌즈 내의 광학 소자의 표면 변형이 점진적으로 연속하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
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