KR20140136533A - 용량성 감지 시스템 - Google Patents

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카우스투브흐 프라보드흐 파드예
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마퍼 리쏘그라피 아이피 비.브이.
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Abstract

용량성 감지 시스템은 박막 구조체를 갖는 센서(30)를 포함하고, 이 박막 구조체는 제 1 절연층(34) 및 제 1 절연층(34)의 제 1 표면 상에 형성된 감지 전극(31)을 포함하는 제 1 전도성 막, 백 가드 전극(35)을 포함하는 제 2 전도성 막을 갖는 센서를 포함한다. 백 가드 전극은 하나의 평면에서 형성되고 동일 평면에서 주변부를 포함할 수 있고, 제 1 절연층(34)의 제 2 표면 및 제 2 절연층(43) 또는 보호층(38)의 제 1 표면 상에 배치된다. 백 가드 전극의 주변부는 감지 전극(31) 너머로 연장되어 감지 전극을 실질적으로 또는 완전히 둘러싸는 사이드 가드 전극을 형성할 수 있다.

Description

용량성 감지 시스템{CAPACITIVE SENSING SYSTEM}
본 발명은 거리 측정을 위한 용량성 센서에 관한 것이며, 특히, 리소그래피 장치에서 타겟에 대한 거리를 측정하기 위한 용량성 센서에 관한 것이다.
하전된 입자 및 광학 리소그래피 머신들 및 검사 기계들은, 통상적으로 반도체 디바이스 제조 프로세스의 일부로서, 패턴들을 웨이퍼들 및 다른 타겟들에 노광시키는데 사용된다. 리소그래피 시스템에서, 웨이퍼는 일반적으로, 리소그래피 머신에 의해 생성된 광학 또는 입자 노광 빔들에 의해 다수의 위치들에서 노광된다. 웨이퍼가 통상적으로 웨이퍼 테이블에 위치되고 다수의 노광들은 통상적으로 고정 전자/광학 칼럼에 대하여 웨이퍼 테이블의 제어 변위에 의해 달성된다. 노광들은 통상적으로 웨이퍼 표면 상에 연속적으로 형성된다.
노광될 웨이퍼 표면은 대부분 완전하게 편평하지 않다. 통상적인 웨이퍼는 웨이퍼 테이블에 클램핑하지 않고 최대 50㎛의 웨이퍼의 보우(bow)를 가질 수 있다. 웨이퍼 보우 외에도, 웨이퍼 표면은 웨이퍼의 표면 위의 다른 불균일성들을 가질 수 있다. 웨이퍼 보우 및 다른 불균일성들은 웨이퍼 표면에서 높이 변화들을 발생시킨다. 현대 리소그래피 머신들에 필요한 매우 높은 정밀도를 달성하기 위해서, 웨이퍼 상으로 광학 또는 입자 노광 빔들을 포커싱하는데 사용되는 프로젝션 렌즈의 초점 평면에서 노광되게 웨이퍼 표면을 유지하기 위해서 이 높이 변화에 대한 수정이 필요하다.
웨이퍼 표면의 높이에 있어서의 이러한 변화들을 보상하기 위해서 웨이퍼를 홀딩하는 웨이퍼 테이블이 조정될 수 있다. 웨이퍼 표면을 프로젝션 렌즈의 초점 평면에 노광되게 가져가기 위해 웨이퍼 테이블의 높이가 조정될 수 있다. 웨이퍼 테이블 표면의 제어는, 웨이퍼 표면의 높이, 예를 들어, 프로젝션 렌즈와 웨이퍼 표면 간의 거리를 측정하는 센서들로부터 전송된 신호들을 이용하여 달성될 수 있다. 현대 리소그래피 머신들에 대해 요구되는 극도의 정밀성에서 웨이퍼 위치의 정확한 제어를 보장하기 위해서 민감한 센서들이 요구된다. 용량성 프로브들을 포함하여 이 타입의 응용을 위해서 다양한 타입들의 센서들이 사용되었다. 그러나, 기존의 용량성 프로브 및 연관된 측정 및 제어 시스템들은 몇 가지 결점들을 겪고있다.
기존의 용량성 센서들은 통상적으로, 높이 및 센서 영역 둘 모두가 크다. 도 1a 및 도 1b는 종래 기술의 용량성 센서의 구조를 도시한다. 도 1a는 횡단면도를 도시하고 도 1b는 센서 프로브의 종단면도를 도시한다. 용량성 감지 전극(2)이 전도성 가드 전극(3)으로 둘러싸인다. 절연층(4)이 2개의 전극들을 분리시키고 다른 절연층(5)이 가드 전극(3)을 하우징(6)으로부터 분리시키는데 사용될 수 있다. 전기 케이블(7) 및 커넥터(8)는 센서를 신호 처리 시스템에 연결하여 원하는 최종 측정 신호를 유도한다. 센서의 동작 범위는 감지 전극(2) 아래의 감지 영역에 의존한다. 가드 전극(3)이 감지 전극과 동일한 전위로 설정되어 감지 영역 내에 전기장을 한정시켜 감지 전극(2)과 타겟(9) 사이에 비교적 균일한 전기장이 생성된다. 이러한 타입의 구조는 비교적 키가 큰 센서로서, 일반적으로 약 20 mm의 높이의 센서, 및 비교적 큰 감지 전극으로 이어진다.
센서들의 비교적 큰 높이와 폭은, 제조 허용 오차들 및 열적 팽창으로 인해 센서들 및 프로젝션 렌즈의 상대적 위치의 변화로 인한 에러들을 도입하여 센서들이 프로젝션 렌즈로부터 비교적 멀리 위치될 필요가 있음을 요구한다. 비교적 큰 사이즈의 기존의 용량성 프로브들은 또한, 감지 시스템의 공간 분해능을 감소시켜 웨이퍼 표면의 작은 영역에 걸쳐서 발생하는 웨이퍼 표면의 불균일성들이 검출되지 않을 수 있도록, 다중 센서 구성들의 개별 센서들이 비교적 멀리 떨어지게 이격될 것을 요구한다. 비교적 넓은 간격은 또한 이러한 시스템들을 사용하는 리소그래피 머신의 처리량을 감소시키는 느린 측정 프로세스를 야기한다.
영국 특허 제2,131,176호는, 일 시트의 구리 코팅된 면이 다른 시트의 코팅되지 않은 면에 본딩되도록, 한쪽에 구리 코팅이 증착되어 있는 2개의 열가소성 폴리머 막들을 접착식으로 본딩함으로써 제조된 커패시턴스 거리 측정 프로브를 기술한다. 일 시트 상의 노광된 구리 코팅은, 감지 전극을 구성하는 제 1 영역과 그 감지 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸고 다른 시트 상의 구리 코팅과 전기적으로 상호접속되어 감지 전극에 대한 가드 전극을 정의하는 제 2 영역으로 분리된다. 이 구성은, 감지 전극을 둘러싸는 가드 전극(이 감지 전극을 둘러싸는 가드 전극은 적층 디바이스의 동일한 표면 상에 형성될 뿐만 아니라 동일한 레벨로 형성됨)을 제공함으로써 도 1에 도시된 구성을 모방한다. 이것은, 상이한 전도성 계층들 간에 전기적 접속을 요구하는 구조를 야기하고 따라서 보다 복잡하고 비용이 많이 드는 제조 프로세스를 요구한다.
또한, 이러한 센서들에 대한 배선 연결들은 제조하기 곤란하고 이 배선은 센서들의 판독에 영향을 주고 결합된 센서와 배선 설치를 통상적으로 교정하는 것이 고려될 필요가 있는 커패시턴스들을 도입한다. 센서 배선과 함께 기존의 센서들을 교정하기 위한 요건은 센서가 교체될 때마다 재교정을 요구하는데, 이는 교체가 복잡하고, 시간 소모적이고, 비용이 많이 들게 한다.
미국 특허 제 4,538 069호는 레티클들을 노광하기 위한 하나의 전자 빔 리소그래피 머신에 대한 커패시턴스 높이 게이지를 교정하는 방법을 기술한다. 레이저 간섭계를 사용하여 높이 게이지가 먼저 교정 고정 장치에서 교정되고, 이후, 이 머신이 리소그래피 스테이션에 재위치되어 레티클을 노광시키고 레티클의 거리가 커패시턴스 게이지에 의해 측정된다. 커패시턴스 게이지들은 전자 빔 광학 하우징의 하부에 고정되는 기판 상에 형성된다. 레티클 타겟이 접지되고, 커패시턴스 게이지들은 180°이위상(out-of-phase) 신호들에 의해 구동되고, 각각의 게이지로부터의 출력 신호가 따로따로 처리되어 4개의 높이 측정 신호들을 생성한다.
본 발명은 상기 결점들을 해결하고 감소시키기 위해서 개선된 용량성 감지 시스템을 제공하도록 추구되며, 용량성 감지 시스템은 박막 구조체를 갖는 센서를 포함하고, 박막 구조체는 제 1 절연층 및 제 1 절연층의 제 1 표면 상에 형성된 감지 전극을 포함하는 제 1 전도성 막, 백 가드 전극을 포함하는 제 2 전도성 막을 갖는 센서를 포함한다. 백 가드 전극은 하나의 평면에서 형성되고 동일 평면에서 주변부를 포함하고, 제 1 절연층의 제 2 표면 및 제 2 절연층 또는 보호층의 제 1 표면 상에 배치된다. 백 가드 전극의 주변부는 감지 전극 너머로 연장되어 감지 전극을 실질적으로 또는 완전히 둘러싸는 사이드 가드 전극을 형성한다.
이 센서 구조체는 감지 전극과 동일한 레벨에서 형성된 별개의 사이드 가드 전극들을 생략하고, 별개의 사이드 가드 전극과 백 가드 전극 사이의 전기적 연결을 생략하면서도 여전히 대단히 정확한 센서 설계를 달성한다. 본 발명에 의해 숙고된 바와 같은 작은 치수들의 박막 센서에서, 이 전기적 연결은, 절연 층 또는 추가적인 외부 배선 연결들을 통과하는 비아와 같이 이러한 측정들을 요구하는, 보다 복잡하고 비용이 드는 제조 프로세스를 형성한다. 본 발명은 사이드 가드 전극이 백 가드 전극의 주변부로부터 형성될 수 있는 통찰력을 적용하므로, 사이드 가드 전극 및 백 가드 전극이 동일 평면에 하나의 막으로서 형성된다, 예를 들어, 동일한 절연층 표면 상에 형성된다. 이 설계는 별개의 사이드 가드 전극에 전기 연결을 형성하는 곤란한 필요성들을 회피한다. 감지 전극과 동일한 평면 내에서 감지 전극을 둘러싸는 별개의 사이드 가드 전극은, 백 가드 전극의 필드 라인들이 백 가드 전극의 평면을 가로질러 연장되고 감지 전극과 백 가드 전극 사이의 절연층의 층 두께가 가드 전극이 감지 전극과 정확히 동일한 높이(즉, 동일 평면)에 있을 필요가 없는 이러한 얕은 높이이라는 결합된 실현들에 기초하여 생략될 수 있다. 이 센서 설계는 이전의 튜브형 설계들 및 감지 전극과 동일 평면 상에 사이드 가드 전극이 형성되는 이러한 설계의 박막 등가물로부터 벗어나, 단순하고 값싸게 제조하지만 보다 더 흔하고 용이하게 적용될 수 있는 정확한 센서를 도출한다.
용량성 감지 시스템은 전도성 트랙들이 상부에 인쇄 또는 부착되는 플렉서블 멤브레인을 포함하는 신장된(elongated) 연결 부재를 더 포함할 수 있고, 전도성 트랙들은 일 단부에서 센서의 감지 전극 및 백 가드 전극에 그리고 다른 단부에서 커넥터에 전기적으로 연결된다. 절연층은 감지 전극이 형성되는 제 1 영역 및 전도성 트랙들이 상부에 형성되는 제 2 신장된 영역을 포함할 수 있다.
박막 구조체는 제 2 절연층의 제 2 표면 상에 배치된 차폐 전극을 포함하는 제 3 전도성 막을 더 포함할 수 있다. 박막 구조체는, 전도성 트랙들이 상부에 인쇄 또는 부착되는 플렉서블 멤브레인을 포함하는 신장된 연결 부재를 더 포함할 수 있고, 전도성 트랙들은 적어도 일 단부에서 센서의 감지 전극 및 감지 전극의 백 가드 전극, 백 가드 전극, 및 차폐 전극(44)에 그리고 다른 단부에서 커넥터에 전기적으로 연결된다. 센서는 3축 케이블에 연결될 수 있고, 그리고 차폐 전극은 차폐 전극의 외부 접지 전위 전기 전도체에 전기적으로 연결될 수 있다.
용량성 감지 시스템은 또한, 용량성 센서에 동력을 공급하기 위한 AC 전력원, 센서로부터의 신호들을 처리하기 위한 신호 처리 회로, 및 AC 전력원 및 신호처리 회로에 용량성 센서를 연결하기 위한 3축 케이블을 더 포함할 수 있고, 케이블은 중앙 전도체, 외부 전도체, 및 차폐 전도체를 구비하고, 중앙 전도체는 AC 전력원을 센서의 감지 전극에 전기적으로 연결하기 위한 것이고, 외부 전도체는 센서의 백 가드 전극에 전기적으로 연결하기 위한 것이고, 그리고 차폐 전도체는 센서들로부터 떨어진 케이블의 단부에서 신호 처리 회로에 대한 접지에 센서의 차폐 전극을 전기적으로 연결하기 위한 것이다.
다른 양상에서, 본 발명은 박막 구조체를 갖는 센서를 포함하는 용량성 감지 시스템에 관한 것이며, 박막 구조체는 제 1 절연층, 제 1 절연층의 제 1 표면 상에 형성된 감지 전극을 포함하는 제 1 전도성 막, 제 1 절연층의 제 2 표면 및 제 2 절연층의 제 1 표면 상에 배치된 백 가드 전극을 포함하는 제 2 전도성 막, 및 제 2 절연층의 제 2 표면 상에 배치된 차폐 전극을 포함하는 제 3 전도성 막을 갖는 센서를 포함한다. 센서는 구조체에 장착되고 3축 케이블에 전기적으로 연결되고, 센서의 차폐 전극은 센서들로부터 떨어진 케이블의 단부에서 접지 전위로의 연결을 구성하기 위해 3축 케이블의 외부 전도체에 전기적으로 연결되고, 그리고 센서의 차폐 전극은 센서에서 구조체에 전기적으로 연결되지 않는다.
센서의 전극들은 박막 커넥터 엘리먼트를 경유하여 3축 케이블의 대응하는 전도체들에 연결될 수 있다. 센서의 전극들은 박막 커넥터 상의 전도성 트랙들을 경유하여 케이블의 전도체들에 연결될 수 있고, 전도성 트랙들은 적어도, 일 단부에서 센서의 감지 전극 및 백 가드 전극에 그리고 다른 단부에서 커넥터에 전기적으로 연결된다. 백 가드 전극에 전기적으로 연결된 전도성 트랙들 중 하나 또는 그 초과는 감지 전극에 연결된 전도성 트랙 위에 놓이도록 배열될 수 있고, 백 가드 전극에 전기적으로 연결된 전도성 트랙들은, 감지 전극에 연결된 전도성 트랙의 에지로부터 주변부가 연장되어 나오도록 더 넓다. 이 시스템은 일 단부에서 센서의 차폐 전극에 연결되고 다른 단부에서 케이블의 외부 접지 전위 전기 전도체에 전기적으로 연결된 하나 또는 그 초과의 전도성 트랙들을 더 포함할 수 있다. 차폐 전극에 전기적으로 연결된 전도성 트랙들 중 하나 또는 초과는 백 가드 전극에 연결된 전도성 트랙 및 감지 전극에 연결된 전도성 트랙 위에 놓이도록 배열될 수 있다.
용량성 감지 시스템의 절연층들은 추가적인 용량성 센서들과 공유될 수 있고, 박막 구조체는 플렉서블할 수 있다. 절연층들은 캡톤 시트들, 또는 파이렉스 기판, 또는 절연 코팅이 된 실리콘 기판을 포함할 수 있다.
추가적인 양상에서, 본 발명은 또한 타겟을 노광시키기 위한 리소그래피 시스템과 관련되고, 이 시스템은, 타겟에 노광 빔을 포커싱하기 위한 프로젝션 렌즈 시스템, 타겟을 운반하기 위한 이동가능한 스테이지, 프로젝션 렌즈 시스템과 타겟 사이의 거리에 관하여 측정을 수행하기 위한 (상술된 변형예들 중 어느 것에 따른) 용량 감지 시스템, 및 용량성 감지 시스템으로부터의 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 타겟의 위치를 조정하기 위해 이동가능한 스테이지의 이동을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함한다.
도면들에서 도시된 실시형태들을 참고로 하여 본 발명의 다양한 양상들을 추가적으로 설명할 것이다.
도 1a는 용량성 센서의 횡단면도이다.
도 1b는 도 1a의 용량성 센서의 종단면도이다.
도 2는 평행 플레이트 전극 배열의 단순화된 개략도이다.
도 3은 용량성 센서 프로브 및 접지된 전도성 타겟의 도면이다.
도 4는 접지된 전도성 타겟을 가진 차동 측정 장치 내 2개의 용량성 센서 브로브들의 도면이다.
도 5는 박막 구조를 포함하는 용량성 센서의 횡단면도이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d는 박막 센서의 다양한 실시형태들의 횡단면도들이다.
도 6e는 도 6a 및 도 6b의 센서의 상면도이다.
도 6f는 도 6d는 센서의 상면도이다.
도 7a는 정사각형 감지 전극을 가진 박막 센서의 상면도이다.
도 7b는 도 8a의 센서의 횡단면도이다.
도 8a는 원형 감지 전극을 가진 박막 센서의 상면도이다.
도 8b는 도 8a의 센서의 횡단면도이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 집적된 차동 박막 센서의 다양한 실시형태들의 횡단면도들이다.
도 9d는 집적된 차동 박막 센서의 상면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 박막 용량성 센서들의 횡단면도들이다.
도 11은 연결 라인들 및 콘택트 패드들을 가진 센서의 상면도이다.
도 12a 및 도 12b는 콘택트 패드 구조들의 횡단면도들이다.
도 13a 내지 도 13b는 공통 기판 상에 형성된 센서들, 연결 라인들 및 콘택트 패드들의 도면들이다.
도 14는 리소그래피 머신 상에 장착된 센서들의 측면도이다.
도 15a 및 도 15b는 플렉스 인쇄 커넥터의 도면들이다.
도 16a 및 도 16b는 하전된 입자 리소그래피 머신의 프로젝션 렌즈 적층의 횡단면도들이다.
도 17a 내지 도 17d는 다중 센서들 및 집적된 플렉스 인쇄 커넥터들을 가진 플렉서블 인쇄 회로 구조의 도면들이다.
도 18은 리소그래피 머신 상의 센서들의 다른 연결 배열이다.
도 19a 및 도 19b는 집적된 플렉서블 인쇄 회로 구조를 리소그래피 머신 상에 장착하기 위한 배열의 도면들이다.
도 20a 및 도 20b는 장착 플레이트 상의 용량성 센서들의 구성들의 도면들이다.
도 20c 및 도 20d는 대각선 구성으로 배열된 용량성 센서들의 도면들이다.
도 21a 및 도 21b는 박막 구조 상에 형성된 다중 용량성 센서들을 가진 박막 구조의 도면들이다.
도 21c는 다중 센서들 및 집적된 플렉스 인쇄 커넥터들을 가진 플렉서블 인쇄 회로 구조의 도면이다.
도 21d는 집적된 플렉스 인쇄 커넥터의 횡단면도이다.
도 22는 센서 시스템 및 신호 처리 시스템의 개략도이다.
도 23a는 전류원을 구비한 고 임피던스 증폭기 회로의 단순화된 회로도이다.
도 23b는 전류원을 구비한 차동 센서 배열의 단순화된 회로도이다.
도 24a는 전압원을 구비한 휘스톤(whetstone) 브리지 배열의 단순화된 회로도이다.
도 24b는 전압원을 구비한 차동 센서 배열의 단순화된 회로도이다.
도 25는 차동 센서 회로 배열의 단순화된 회로도이다.
도 26은 동기 검출기 회로의 단순화된 회로도이다.
도 27은 센서 시스템의 커패시턴스들을 도시하는 개략도이다.
도 28a 및 도 28b는 센서를 신호 처리 회로로 연결하는 케이블을 구비한 배열의 단순화된 회로 도면들이다.
도 29는 동기식 회로의 다른 실시형태의 단순화된 회로도이다.
도 30은 센서들의 차동 쌍으로부터의 신호들을 처리하기 위한 배열의 단순화된 회로도이다.
도 31은 리소그래피 머신에 대한 웨이퍼의 위치선정을 위한 제어 시스템의 개략도이다.
도 32a 및 도 32b는 도 31의 제어 시스템과 함께 사용할 센서 배열들의 도면들이다.
도 32c는 프로젝션 렌즈와 웨이퍼의 표면 사이의 거리 및 웨이퍼의 표면 위의 기울기 값들을 결정하기 위한 측정 방법을 도시한다.
다음은, 단지 예시로서 그리고 도면들을 참고로 하여 주어진 본 발명의 다양한 실시형태들의 설명이다.
용량성 센서들의 이론
용량성 센서는 2개의 전도성 표면들 사이에 설정된 동종의 전기장을 사용한다. 단거리들에 걸쳐서, 인가된 전압이 표면들 사이의 거리에 비례한다. 단일-플레이트 센서들이 하나의 센서 플레이트와 전기 전도성 타겟 표면 사이의 거리를 측정한다.
도 2는 평행 플레이트 전극 배열을 도시한다. 2개의 전극들(11, 12) 사이의 커패시턴스는, 수학식 (1)로 나타내어진 바와 같이, 2개의 전극들 간의 전압차로 인해 전극들 중 하나에 유도된 전하를 전압 차로 제산함으로써 주어진다.
Figure pat00001
2개의 평행한 전극들이 거리 d만큼 분리된다. 2개의 전극들 사이의 커패시턴스는, 필드 벤딩의 영향들 및 유전체의 비동종성을 무시하고 수학식 (2)로 주어진다.
Figure pat00002
C는 2개의 전극들 사이의 커패시턴스(F)이고, A는 2개의 전극들의 중복 면적(㎡)이고,
Figure pat00003
는 자유 공간의 유전율
Figure pat00004
이고,
Figure pat00005
는 전극들 사이의 매질의 상대 유전율이고, d는 전극들 사이의 거리(m)이다.
교류 전기 전류원(13)이 평행 플레이트 커패시터를 충전하는데 사용되는 경우, 전극들의 임피던스에 따라 전극들 사이에서 전압 전위가 발생된다. 평행 플레이트 커패시턴스의 임피던스가 수학식 (3)으로 주어진다.
Figure pat00006
Z는 임퍼던스(Ω)이고, f는 주파수(Hz)이고, C는 커패시턴스(F)이다.
수학식 (3)으로부터, 용량성 임피던스는 커패시턴스의 값과 커패시터에 인가된 신호의 주파수에 반비례한다는 것을 알 수 있다. 용량성 센서의 경우, 전기적 파라미터(전압 또는 전류)의 변화가 측정되며, 이는 센서의 임피던스의 변화에 대응한다. 센서에 인가된 신호의 주파수가 일정하게 유지되는 경우, 임피던스는 커패시턴스의 변화에 반비례하게 될 수 있다. 수학식 (2)는, 커패시턴스가 센서 전극들의 중복 면적에 직접적으로 비례하고 전극들 사이의 거리의 변화에 반비례한다는 것을 보여준다. 수학식 (2) 및 수학식 (3)을 결합하면 수학식 (4)가 산출된다.
Figure pat00007
i=전류이다.
전극 중복 면적 및 센서에 인가된 전기 신호(전류)의 주파수를 일정하게 유지함으로써, 전극들 간의 거리의 변화는 용량성 센서의 임피던스의 변화를 야기한다. 센서 양단의 전압은 임피던스에 비례하고, 센서 전극들 사이의 거리(d)에 비례할 것이고, 거리의 정확한 측정을 가능하게 한다. 다양한 측정 개념들이 아래에 설명된 바와 같이 사용될 수 있다.
용량성 센서에 대한 측정 원리
도 3은 접지된 전도성 타겟(9)에 대한 분리 거리를 측정하는 하나의 용량성 센서 프로브(1)를 도시한다. AC 전류가 공급되는 경우, 전류는 센서로부터 센서-타겟 커패시턴스(16)를 통해 타겟으로, 그리고 타겟으로부터 타겟-접지 임피던스(17)를 통해 접지로 경로(15)를 따라 흐를 것이다. 외부 영향 또는 거리 측정에 영향을 주는 변화들로부터의 외란들은 도면들에서 전압(19)으로 나타내어진다. 센서로부터 타겟까지의 거리의 측정의 정확도는, 센서가 얼마나 정확하게 센서-타겟 커패시턴스(16)를 측정할 수 있는지에 달려있다. 타겟이 잘 접지되지 않을 경우, 타겟-접지 임피던스(17)의 커패시턴스는 종종 센서-타겟 커패시턴스(16)를 크게 초과할 것이고, 100배를 초과할 만큼일 수 있다. 이 높은 커패시턴스는 낮은 임피던스(17)를 야기하므로 센서에 미치는 그의 영향은 작다. 그러나, 임피던스(17)의 변화들은 거리 측정에 영향을 줄 것이고 이 영향을 최소화하는 것이 바람직하다.
도 4는 타겟(9)에 대한 분리 거리의 차동 측정을 위한 2개의 용량성 센서 프로브들(1a 및 1b)의 배열을 도시한다. 센서들에는 180도까지의 AC 전류 오프셋이 공급되므로, 전류는, 하나의 센서로부터 센서-타겟 커패시턴스(16a)를 통해 타겟으로, 그리고 타겟으로부터 다른 센서-타겟 커패시턴스(16b)를 통해 다른 센서로 경로(18)를 따라 흐를 것이다. 이위상 신호들로 2개의 센서들을 구동하기 위한 이 배열은 타겟을 통한 접지로의 전류의 흐름을 방지하기 위해 효과적이고 타겟 대 접지 임피던스(17)의 영향을 최소화한다. 접지된 리턴 경로를 필요로 하지 않고 전류가 일 센서로부터 다른 센서로 흐를 수 있게 하기 때문에 접지되지 않은 타겟에 대하여도 또한 유용하다. 이위상 신호들로 센서들을 여기하는 이 배열은, 센서들의 쌍의 각 센서로부터 별개의 그리고 독립된 커패시턴스(및 거리) 측정을 유도하는 종래의 측정 시스템에서 사용될 수 있다. 각각의 센서는 타겟에 대한 거리를 개별적으로 측정한다. 외란(19)은 도 4에서, 각각의 센서에 동일하게 영향을 주는 공통 모드 외란에 대해 전압(19)의 값의 각각 절반인 2개의 외란 전압들(19a 및 19b)로 나타내어진다.
차동 측정 배열은 또한, 센서들에 공급된 이위상 신호들과 함께 사용될 수 있다. 이 배열에서, 센서(1a)의 센서-타겟 커패시턴스(16a)가 이것의 포지티브 하프 사이클 동안 센서(1a)의 구동 전압에 의해 그리고 또한 이것의 포지티브 하프 사이클 동안 센서(1b)의 구동 전압에 의해 충전되는 반면, 센서(1b)의 센서-타겟 커패시턴스(16b)는 이것의 네거티브 하프 사이클 동안 센서(1b)의 구동 전압에 의해 그리고 또한 이것의 네거티브 하프 사이클 동안 센서 (1a)의 구동 전압에 의해 충전되는 것과 같은 방법으로 2개의 센서들로부터의 출력들이 연결된다. 따라서, 각각의 센서로부터의 출력 신호는 2개의 센서들과 타겟 사이의 평균 거리에 대응한다.
센서들은 일정한 기울기와 진폭을 가진 삼각 전압 파형으로 동력을 공급받는데, 이는, 대략 구형파 전류 흐름이 센서의 커패시턴스로 흘러들어가게 한다, 즉, 일 하프 사이클에서는 대략 일정한 포지티브 전류 흐름 그리고 다른 하프 사이클에서는 대략 일정한 네거티브 전류 흐름을 발생시킨다. 실제로, 전류는 각각의 하프 사이클 동안 실질적으로 정상 상태(steady state)로 상승할 것이므로, 정상 상태의 전류 흐름에 도달되는 경우 각각의 하프 사이클의 나중 부분 동안 이 측정치들이 바람직하게 얻어진다.
센서 및 연관된 센서 커패시턴스를 통해 전류가 측정되고 추가적인 처리를 위해 전압으로 변환될 수 있다. 공통 모드 외란들을 감소시키거나 제거하기 위해 차동 쌍의 각각의 센서에 대한 결과 값들이 결합될 수 있다. 예를 들어, 포지티브 전류 흐름 사이클 동안 센서(1a)를 통과하는 정상 상태 전류가 포지티브 전류 흐름 사이클 동안 센서(1b)를 통과하는 정상 상태 전류에 가산되어 합산될 수 있고, 비슷하게, 네거티브 전류 흐름 사이클 동안 센서(1a)를 통과하는 정상 상태 전류가 네거티브 전류 흐름 사이클 동안 센서(1b)를 통과하는 정상 상태 전류에 가산되어 합산될 수 있다. 합산된 네거티브 사이클 값으로부터 합산된 포지티브 사이클 값을 감산하면 차동 센서 신호, 즉, Vdiff=(V1pos+V2pos)-(V1neg+V2neg)가 산출된다.
센서들의 쌍의 매우 근접성(close proximity) 및 이위상 구동으로 인해, 센서 전류가, 센서 쌍 아래에서 센서-대-타겟 커패시턴스들(16a 및 16b) 둘 모두를 충전 및 방전하고 있으므로, 각각의 측정 값은 타겟에 대한 각각의 센서의 거리 간의 평균이다. 이것은, 2개의 센서 사이의 타겟 중간에 있는 지점과 센서 쌍 사이의 거리로 간주될 수 있다. 각각의 측정 값은 임의의 외란들, 예를 들어 도 4에 도시된 외란들(19a 및 19b)에 의해 영향을 받을 것이다. 이러한 외란들은 포지티브 사이클 값들 및 네거티브 사이클 값들 둘 모두에 존재하지만, 포지티브 및 네거티브 값들을 감산함으로써 측정으로부터 본질적으로 제거되어 차동 센서 신호를 제공한다. 이 배열의 이점은, 개별 센서들 상의 공통 모드 외란들이 측정 동안 제거된다는 점이다. 측정 동안 일정하게 유지되는 2개의 센서들 내의 임의의 차들이 제거되어 나가 정확한 측정이 되게 할 것이다. 차동 측정 배열은 타겟-접지 커패시턴스의 영향을 크게 감소시키고 감지 시스템의 감도를 증가시킨다.
센서들의 구조체
도 5는 박막 구조를 포함하는 용량성 센서의 횡단면도를 도시한다. 용량성 감지 전극(31) 및 전도성 사이드(side) 가드 전극(32)은 절연막(34) 상에 형성되거나 절연막(34)에 부착된다. 전도성 백(back) 가드 전극(35)은 절연막(34)의 뒤쪽에 증착된다. 감지 전극 및 가드 전극 사이의 갭(39)은 협소한데, 통상적으로 마이크로미터의 수 십분의 1이고, 에어 갭일 수 있고 또는 절연 재료로 충진될 수 있다.
감지 전극과 감지 전극의 에지들 근처의 타겟 벤드들 사이에 전기장이 생성된다. 감지 전극의 에지 근처에 전도체의 존재는 전기장에 크고 예측할 수 없는 영향을 주므로 센서의 측정에도 이러한 영향을 줄 수 있다. 이러한 상황을 방지하기 위해서(그리고 모델에 대하여 센서 측정을 더욱 예측가능하고 더욱 용이하게 하여 전기장을 분석적으로 계산하기 위해서) 감지 전극과 동일한 전위에 의해 동력이 공급되는 가드 전극으로 감지 전극이 둘러싸인다. 가드 전극은 외부 간섭에 대한 차폐로서 기능을 하고 또한 전기장 벤딩 효과들을 감지 전극 아래의 감지 영역 밖으로 이동시켜 기생 커패시턴스를 감소시킨다. 감지 전극과 타겟 사이의 전기장의 양쪽(each side) 상에 타겟과 가드 전극 사이에 전기장이 생성된다. 감지 전극과 가드 전극은 동일한 전위이기 때문에 이 감지 전극과 가드 전극 사이에는 전기장이 생성되지 않는다. 이것은 감지 전극 아래에 있는 영역에 실질적으로 동종의 전기장을 발생시키는 한편 가드 전극들의 바깥쪽 에지들에서 필드 벤딩이 발생한다.
감지 전극(31)의 영역은 감지 전극을 타겟으로부터 분리시키는 거리에 비해 커야한다. 또한, 감지 전극(31)과 사이드 가드 전극(32) 사이의 갭(39)은 감지 전극과 타겟 사이의 거리에 비해 작아야하고, 사이드 가드 전극(32)의 폭은 감지 전극과 타겟 사이의 거리에 비해 커야한다. 일 실시형태에서, 감지 전극의 폭은 센서 전극과 타겟 사이의 거리의 최소 5배이고, 감지 전극과 가드 전극 사이의 갭은 센서 전극과 타겟 사이의 거리의 5분의 1보다 작거나 같아야 하고, 가드 전극의 폭은 감지 전극과 타겟 사이의 거리의 최소 5배이다. 다음의 이러한 상대적인 설계 규칙들은 고도로 예측가능한 커패시턴스, 예를 들어, 1ppm의 커패시턴스의 예측가능성으로 용량성 센서 설계 규칙들의 실시형태를 제공한다. 여기서 예측가능성은, 상기 수학식 (2)의 이상적인 플레이트-거리 커패시턴스 공식이 무한 전극 치수들 대신 유한 전극 치수들에 대한 커패시턴스를 계산하는데 사용되는 경우 만들어진 상대 에러로 정의된다.
감지 전극과 측정되고 있는 타겟 사이의 센서 커패시턴스(C1)에 추가하여, 센서는 구조의 별개의 엘리먼트들 각각 사이에 고유 기생 커패시턴스들(C2 및 C3)을 갖는다. 기생 커패시턴스들(C2 및 C3)은 측정되는 커패시턴스(C1)에 비해 작다. 도 5의 실시형태에서, 기생 커패시턴스는 감지 전극과 사이드 가드 전극들 사이에 커패시턴스(C2)를 포함하고 감지 전극과 백 가드 전극 사이에 커패시턴스(C3)를 포함한다.
센서의 일 실시형태에서, 감지 전극과 타겟 사이의 커패시턴스(C1)는 0.1pF 내지 1pF인 반면, 감지 전극과 사이드 가드 전극 사이의 기생 커패시턴스(C2)는 100 내지 1000배 더 작은 인수(factor)이며, 통상적으로, 대략 0.001pF(즉, 10-15F)이다. 감지 전극과 백 전극 사이의 기생 커패시턴스(C3)는 통상적으로 더 크고 우세한데, 통상적으로 약 1 내지 1000pF(즉, 10-12F 내지 10-9F)이다. 이러한 기생 커패시턴스들의 효과는, 감지 전극과 동일한 전위로 가드 전극에 동력을 공급함으로써 감소된다. 이것은, 아래에 더욱 상세하게 설명된 사이드 가드 전극과 감지 전극을 전기적으로 연결시킴으로써, 또는 액티브 가딩(active guarding)의 사용에 의해 달성될 수 있다. 액티브 가딩은 또한 백 가드 전극용으로 사용될 수 있다.
진공 챔버 내 깨끗한 환경에서 동작하는 리소그래피 머신들을 이용하는 적용들에 있어서, 진공 환경에 있을 경우 매우 낮은 오염물질들의 레벨들을 제공하도록 센서들이 구성되는 것이 바람직하다. 캡톤 폴리이미드 막 또는 이와 유사한 보호 막과 같이, 이러한 타입의 적용에서 사용된 센서들에 대해 도전체들, 특히 진공 환경을 오염시킬수 있는 재료들이 사용되는 곳 위로 보호층이 형성될 수 있다. 도 6a 내지 도 6d는 보호층들(37 및 38)을 포함하는 박막 센서의 다양한 실시형태들의 횡단면도들을 도시하며, 도 6e는 도 6a 및 도 6b의 센서의 상면도를 도시하며, 도 6f는 도 6d의 센서의 상면도를 도시한다.
도 6a는 절연막(34)의 일 표면 상에 형성되거나 부착된 감지 전극(31) 및 사이드 가드 전극(32), 및 막(34)의 다른 표면 상에 백 가드 전극(35)을 구비한 실시형태의 횡단면도를 도시한다. 센서는, 거리 측정을 위해 필요한 장비의 구조 중 통상적으로 일 부분인 플레이트(40)에 부착되거나, 또는 구조의 일부, 예를 들어, 리소그래피 머신의 프로젝션 렌즈 주변 마운팅 플레이트 또는 스페이서 플레이트(센서들이 프로젝션 렌즈와 렌즈 아래의 웨이퍼 사이의 거리를 측정하고 있는 곳)에 부착될 수 있다. 플레이트(40)는 전도성일 수 있고, 따라서 센서에 대한 차폐 전극으로서도 또한 역할을 할 수 있다.
도 6b는 센서의 구조체의 부분으로서 제 2 절연막(43) 상에 형성되거나 부착된 전도성 차폐 전극(44)을 구비한 대안적인 실시형태를 도시한다. 이 구조는 센서로 하여금 비전도성 표면에 장착될 수 있게 한다. 전도성 표면에 장착되더라도, 이것은, 차폐 전극의 범위와 기능에 있어서 일관성을 보장한다. 센서 구조체의 일부로서 차폐 전극(44)의 포함은 또한 지지 표면으로부터 별도로 획득될 수 있는 독립 접지 전위를 제공한다. 예를 들어, 전자 빔 리소그래피 시스템 상에서 센서가 사용되는 경우, 머신으로부터의 접지 전위는 프로젝션 렌즈들로부터의 전기 노이즈에 의해 영향을 받을 수 있다. 이는 또한, 센서 차폐 전극으로 하여금, 회로에 센서를 연결하는 케이블들 및 측정 회로와 동일한 접지를 가질 수 있게 한다.
이것은, 측정 회로들에 의해 사용된 접지 포인트에 이후에 연결되는 연결 케이블 내 차폐 전도체에 센서 차폐 전극을 연결시킴으로써 달성될 수 있다. 이것은 센서 및 측정 전자장치를 위한 별개의 접지들을 구비하는 것을 방지한다. 3개의 전도체 케이블, 예를 들어, 3축 케이블에 연결될 경우, 이 구성은 또한, 회로로부터 센서로 독립 접지 전위를 제공하기 위해서 3축 케이블의 차폐 전도체에 대한 차폐 전극의 접속을 포함하여, 센서의 3개의 전도성층들 각각과 3축 케이블의 대응하는 전도체(차폐 전극을 포함함) 간의 연결을 위해 연결 포인트들이 배열될 수 있게 한다.
도 6c는 차폐 전극(44)에 전기적으로 연결된 외면(outer side) 가드 전극(33)을 포함하는 다른 실시형태를 도시한다. 각 레벨 상의 전도성층들의 부분들 사이에 전기적 연결을 가능하게 하기 위해서, 예를 들어, 레이저에 의해, 절연층들(34 및 43)에 홀들 및 비아들을 형성함으로써 이 연결이 이루어질 수 있다.
도 6d는 감지 전극과 동일한 레벨 또는 표면 상에 사이드 가드 전극들을 구비하지 않는 다른 실시형태를 도시한다. 상기 논의된 바와 같이, 감지 전극과 타겟 사이에 비교적 균일한 전기장이 생성되고 센서 가까이에 위치된 전도체들의 센서에 관한 효과를 감소시키도록 감지 영역 내의 감지 전극에 의해 생성된 전기장을 한정하기 위해서 사이드 가드 전극들은 종래 설계들에서는 필수적인 것으로 항상 간주되었다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 상대적으로 키가 크고 대형이었던 종래 구성들에서는 센서 전극을 둘러싸기 위해 센서 전극과 동일 평면으로 아래로 연장되는 가드 전극이 요구되었다. 유사하게, 가드 전극을 센서 전극과 동일한 레벨에 위치시키기 위해서 박막 설계들에서 사이드 가드 전극들은 필수적인 것으로 간주되었다. 사이드 가드 전극들이 백 가드 전극들에 전기적으로 연결되는 것이 바람지하지만, 이 배열은 이들 2개의 전극들 사이에 전기적 연결을 시킬 것(곤란함이 존재한다)을 요구한다. 도 6a 내지 도 6c에 도시된 설계들에서, 이 접속은 절연층(34)을 통해 이루어진다. 센서의 작은 사이즈 및 절연층(34)의 초박성(thinness)으로 인해, 정확한 사이즈의 홀들 및 절연층의 위치를 정확하게 만드는 것이 곤란하다. 이러한 목적을 위해서 레이저가 사용될 수 있지만, 제조 프로세스는 보다 복잡하고 값 비싸진다.
그러나, 박막 센서의 막들이 충분히 얇다면, 감지 전극과 동일한 레벨의 사이드 가드 전극들이 필요하지 않다는 것이 발견되었다. 백 가드 전극(35)보다 더 작은 감지 전극(31)을 이용하여 센서를 설계함으로써 동일한 효과가 달성될 수 있으므로, 백 가드 전극의 주변부가 감지 전극을 지나 측면으로 확장되어 감지 전극을 둘러싼다. 이후, 백 가드 전극의 이 주변부는 사이드 가드 전극처럼 수행한다. 백 가드 전극(35)의 주변부로부터 나오는 전기장은 감지 영역 내의 감지 전극에 의해 생성된 전기장을 한정하도록 작용하는 절연층(34)을 통해 연장되므로, 감지 전극과 타겟 사이에 비교적 균일한 전기장 생성된다. 센서 가까이에 위치된 전도체에 의해 발생된 전기장 벤딩은 감지 전극보다는 백 가드 전극의 주변부의 바깥쪽 에지들에서 발생한다. 그 결과, 제조하는데 덜 복잡하고 따라서 생산하기에 더욱 저렴하면서도, 센서 가까이에 위치된 전도체에 의해 발생된 외란들에 대해 감소된 감도로, 감지 전극 아래의 영역에서 실질적으로 동종의 전기장을 생성할 수 있는 보다 단순한 설계가 된다.
도 6a 및 도 6b의 실시형태들의 상면도가 도 6e에 도시되며, 여기서, 감지 전극(31)은 원형으로 형성되고, "C" 형상의 사이드 가드 전극(32)은 감지 전극을 거의 완전히 둘러싸고, 감지 전극(31)의 주변부 주위의 2개의 전극들 사이에 협소한 갭을 남긴다. 이 실시형태에서, 사이드 가드 전극(32) 및 백 전극(35)은, 가드 전극 및 백 전극의 전기 접촉을 가능하게 하는, 절연막(34) 내 개구(37)에 의해 선택적으로 전기적으로 접속된다. 이 실시형태에서 하나의 "C" 형상의 개구가 사용되었지만, 다른 형상들이 사용될 수 있고/있거나 다수의 개구들이 사용될 수 있다. 가드 전극 및 백 전극을 연결시키는 것은 전극들 둘 모두를 동일한 전위로 두어 이들 사이에 임의의 커패시턴스의 효과를 제거하고, 액티브 가딩을 이용함으로써 가드 전극과 백 전극 사이의 임의의 커패시턴스의 효과가 또한 제거될 수 있다.
도 6e의 실시형태에서, 내부 감지 전극(31)은 감지 전극부터 외부 신호 처리 회로들까지 전기 연결하기 위해 연결 라인들(41)을 형성하는 하나 또는 그 초과의 연장부들을 가지며, 사이드 가드 전극(32)은 유사하게, 전기 연결들을 위해 연결 라인들(42)을 형성하는 하나 또는 그 초과의 연장부들을 갖는다. 감지 전극(31), 사이드 가드 전극(32), 및 연결 라인들(41 및 42)이 박막들로부터 형성된다. 도시된 실시형태에서, 전극들(31 및 32) 및 연결 라인들(41 및 42)은 모두 동일한 평면에 있고, 레이저를 이용하여 막 제거 부분들을 증착하거나 형성함으로써, 에칭 또는 다른 적절한 제거 기술들에 의해 동일한 박막으로부터 형성될 수 있다. 사이드 가드 전극(32)은 감지 전극(31)을 실질적으로 둘러싸는데, 감지 전극과 신호 처리 회로들 사이에 전기 연결을 제공하기 위해서 감지 전극으로부터 바깥쪽으로 연장되어 연결 라인들(41)에 대해 작은 갭을 남긴다. 연결 라인들은 또한 센서의 설계 시 고려되어야하는 기생 커패시턴스들을 추가한다.
도 6d의 실시형태의 상면도가 도 6f(절연층(34)이 도시되지 않으므로 백 가드 전극(35)을 볼 수 있다)에 도시된다. 이것은, 감지 전극과 동일한 레벨에서 사이드 가드 전극들이 없는 것을 제외하고 도 6e의 실시형태와 유사하다. 이 도면에서, 백 가드 전극(35)의 주변 영역(35a)은 사이드 가드 전극으로서 기능한다. 센서는 상술된 도 6e의 실시형태와 동일한 방식으로 구성될 수 있고, 연결 라인들(41 및 42)이 감지 전극 및 백 가드 전극들로부터 바깥쪽으로 연장되어 상술된 바와 같이 전기 연결들을 제공한다.
이러한 실시형태들에서, 전극들(31 및 35), 및 이들이 포함되는 전극들(32 및 44)은 약 18 미크론 두께의 전도성층들로부터 형성될 수 있고, 절연막들(34 및 43)은 약 25 미크론 두께일 수 있고, 보호 층들(37, 38)은 약 50 미크론 두께일 수 있다. 박막 센서는 약 100-200 미크론의 총 두께로 구성될 수 있는데, 센서 구조체의 이면과 감지 전극의 전면(즉, 거리 측정을 하는 방향을 향하는 표면) 사이의 두께는 50-150 미크론, 바람직하게는 약 100 미크론이다. 센서의 박막 구조, 작은 면적, 및 매우 작은 높이(두께)는 이용가능한 공간(room)이 거의 없는(특히, 이용가능한 높이가 제한되는) 적용과 센서들 간에 또는 센서들과 다른 장비 간에 가까운 간격이 요구되는 적용에서 센서들을 적용하는 것을 가능하게 한다.
도 6a 내지 도 6f에 도시된 (그리고 아래에 기술된 다른 실시형태들에서 또한 도시된) 박막 센서의 작은 사이즈는 많은 이점들을 제공한다. 박막 구조는 최소 높이를 발생시키고, 센서의 폭 또는 면적 또한 매우 작을 수 있다. 이는 거리 측정을 원하는 지점에 아주 근접하여 센서가 장착될 수 있게 한다. 프로젝션 렌즈와 노광되는 타겟 사이의 거리를 측정하기 위해 리소그래피 머신이 사용되는 경우, 센서들이 프로젝션 렌즈 옆에 그리고 동일한 장착 구조체 상에 장착될 수 있으므로 센서들 및 프로젝션 렌즈 둘 모두가 동일한 기준 포인트에 고정된다. 이는, 센서들과 프로젝션 렌즈 사이의 상대적인 움직임으로 인한 에러들을 크게 감소시키고, 센서 장착 변화에 대한 수정의 필요성을 제거하고, 교정에 대한 요건들을 감소시킨다. 또한 센서의 작은 사이즈는 센서 그 자체에 대한 평탄화 요건들을 감소시킨다.
도 7 및 도 8은 감지 전극(31)과 백 전극(35) 사이에만 형성된 절연층(34)이 있어, 사이드 가드 전극(32)과 백 전극(35)이 서로 직접 연결될 수 있는 박막 센서의 추가적인 실시형태들을 도시한다.
도 7a는 정사각형 감지 전극을 구비한 센서의 상면도를 도시하고 도 7b는 정사각형 감지 전극을 구비한 센서의 횡단면도를 도시한다. 일 실시형태에서, 정사각형 센서는, 센서와 타겟 사이에 100 미크론의 공칭 거리에서 1pF의 공칭 센서 커패시턴스(감지 전극과 타겟 사이의 커패시턴스(C1))로 설계된다. 감지 전극은 12.25㎟의 면적과 함께 3.5㎜(+/-0.01㎜)의 폭을 갖는다. 가드 전극은 1.5㎜(+/-0.01㎜)의 폭을 갖고, 감지 전극과 가드 전극 사이의 갭은 0.015㎜(+/-0.001㎜)이다. 다른 실시형태에서, 센서는 센서와 타겟 사이에 100 미크론의 공칭 거리에서 10pF의 공칭 센서 커패시턴스로 설계된다. 감지 전극은 121㎟의 면적과 함께 11㎜(+/-0.01㎜)의 폭을 갖는다. 가드 전극 폭 및 갭은 각각, 1.5㎜(+/-0.01㎜)와 0.015㎜(+/-0.001㎜)에서 변경되지 않는다.
도 8a는 원형 감지 전극을 구비한 센서의 상면도를 도시하고 도 8b는 정사각형 감지 전극을 구비한 센서의 횡단면도를 도시한다. 일 실시형태에서, 원형 센서는 센서와 타겟 사이에 100 미크론의 공칭 거리에서 1pF의 공칭 센서 커패시턴스로 설계된다. 센서 전극은 12.25㎟의 면적과 함께 4㎜(+/-0.001㎜)의 직경을 갖는다. 가드 전극은 4.015㎜(+/-0.001㎜)의 내부 직경과 8㎜(+/-0.001㎜)의 외부 직경을 갖는다. 다른 실시형태에서, 센서는 센서와 타겟 사이에 100 미크론의 공칭 거리에서 10pF의 공칭 센서 커패시턴스로 설계된다. 감지 전극은 121㎟의 면적과 함께 6.2㎜(+/-0.001㎜)의 직경을 갖는다. 가드 전극은 6.215㎜(+/-0.001㎜)와 12.4㎜(+/-0.001㎜)의 외부 직경을 갖는다.
도 5 내지 도 8의 실시형태들은 센서와 타겟 사이에 80-180 미크론의 (감지 전극 표면에 수직인 z축에서) 측정 범위를 갖도록 구성될 수 있다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 상이한 측정 범위를 수용하기 위해서 센서들의 치수들은 변경될 수 있다.
도 5 내지 도 8의 실시형태들은 또한, 재료의 훨씬 더 얇은 층들, 예를 들어, 100㎚의 두께(+/-10㎚)를 가진 감지 전극(31), 두께 150㎚(+/-10㎚)의 사이드 가드 전극(32)(포함되는 경우) 및 백 전극(35), 및 두께 50㎚(+/-10㎚)의 절연층(34)을 달성하기 위해서 리소그래피 기술들을 이용하여 이루어질 수 있다. 이러한 실시형태들의 감지 전극은, 센서의 감도를 극대화하기 위해 큰 감지 면적을 제공하는 한편 센서의 전체 치수들을 감소시키는 정사각형 또는 원형이다. 그러나, 센서는 이러한 형상들로부터 일탈할 수 있는데, 직사각형, 타원형 또는 감지 면적을 극대화하기 위한 다른 형상의 형태를 취하는 감지 전극(및 유사하게 가드 전극들)을 가질 수 있다.
도 5 내지 도 8의 실시형태들은 절연층(35) 상에 증착된 또는 접착제 또는 본딩층에 의해 절연층에 부착된 전극들(31, 32)을 위한 전도성층으로 구성될 수 있다. 감지 전극과 가드 전극 사이의 갭(39)은 감지 전극 및 가드 전극 둘 모두를 위한 하나의 전도성층을 형성하고 레이저를 이용하여 재료를 제거하거나 에칭하여 갭을 생성함으로써 형성될 수 있다. 에칭은 일반적으로 덜 정확한 반면 레이저는 매우 작은 갭의 폭들을 만들기 위해 선호되고, 작은 편차가 있는 25 미크론 폭의 갭을 만들기 위해 사용될 수 있다.
센서들은 다양한 기술들을 이용하여, 예를 들어, 리소그래픽 기술들, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술, 또는 플렉서블 인쇄 회로 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 플렉서블 인쇄 회로 기술을 이용하여, 절연층(34)은, 캡톤 폴리이미드막 또는 이와 유사한 플렉서블 절연막과 같은 적절한 재료의 플렉서블 시트 또는 테이프로서 제공될 수 있다. 전도성 전극들(31, 32 및 35)은 구리 또는 다른 적절한 전도성 재료의 얇은 층으로 형성되고, 접착제를 이용하여 절연층(34)에 고정되고, 무접착성 라미네이트, 예를 들어, 직접 금속화 프로세스를 이용한 것들로서 형성되고, 또는 전도성 잉크들 또는 다른 적합한 인쇄 기술들을 이용하여 절연층 상으로 인쇄될 수 있다. 보호 절연막들(37 및 38)은 층(34)과 동일한 타입들의 재료들로 형성될 수 있다.
플렉서블 인쇄 박막 센서는 제조하기에 용이하고 신속하게 제조될 수 있어서 제조를 위해 짧은 소요 시간이 걸린다. 센서는 그 센서로부터 신호 처리 회로로 강인한 연결들로 이루어질 수 있다. 작은 사이즈는, 거리가 측정될 지점에서의 배치를 위해 또는 거리가 측정될 지점에 바로 근처에서 더 많은 유연성을 제공한다. 센서들은 빠르고 간단하게 감지 시스템을 조립하기 위해서 개별 센서 엘리먼트들로서 제자리에 붙여질 수 있다. 개별 센서들이 제자리에 붙여진 후 개별 센서들의 평탄도 및 기울기가 체크되고 측정 절차에서 교정될 수 있다. 절연층들을 위해 재료의 플렉서블 시트가 사용되는 경우, 전체 센서가 플렉서블하게 구성될 수 있다.
상기 실시형태들 중 일부에서 감지 전극 및 사이드 가드 전극 간의 갭 폭이 상기된 비교적인 설계 규칙들, 예를 들어, 감지 전극과 가드 전극 사이의 갭이 감지 전극과 타겟 사이의 거리의 5분의 1보다 더 클 것을 만족하지 않는다. 그러나, 박막 구조의 이점들은 센서들의 많은 응용들에 있어서 이것을 능가할 것이다.
도 9a 내지 도 9c는 단일의 집적 유닛으로서 구성된 센서 쌍의 다양한 실시형태들을 도시한다. 이러한 실시형태들에서, 집적된 유닛은 2개의 센서들(30a 및 30b)을 포함하며, 2개의 센서들(30a 및 30b) 각각은 그 자신의 감지 전극(31a, 31 b) 및 백 가드 전극(35a, 35b)을 구비한다. 도 9a의 센서는 전도성 플레이트(40)를 차폐 전극으로서 사용하고, 도 9b 및 도 9c의 센서들은 센서 쌍과 함께 집적된 하나의 차폐 전극(44)을 공유한다. 도 9c의 실시형태에서, 센서는, 차폐 전극(44)과 플레이트(40) 사이의 라인들(56) 또는 글루 스팟들을 이용하여 플레이트(40)에 고정된다. 플레이트(40)가 전도성인 경우, 플레이트(40) 및 차폐 전극(44)을 전기적으로 연결시키기 위해서 전도성 글루가 사용되어 차폐 전극을 보다 효율적으로 접지시킬 수 있다. 상술된 바와 같이 2개의 센서들(30a, 30b)이 차동 쌍으로서 바람직하게 동작되며, 각각의 센서는 그 쌍의 다른 센서와는 이위상, 바람직하게는 180도 이위상인 전압 또는 전류에 의해 구동되고, 공통 모드 에러들을 소거하기 위해 차동 측정이 이루어진다.
*도 9d는 차동 센서 신호의 상면도를 도시한다. 백 가드 전극 및 감지 전극이, 예를 들어, 도 20d 및 도 21b에 도시된 영역(115) 내에서 피팅되도록 설계된 궁근 사변형 모양으로 형성된다. 이 형상은 영역(115)의 범위 내에서 감지 전극들에 대해 가장 큰 면적을 갖게 하여 최고 해상도 측정들을 생성치들을 생성한다. 전극들은 또한, 원형들로 형성되고 또한 영역(115) 내에 긴밀하게 피팅되어 가장 큰 면적의 감지 전극들을 생성할 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 센서 기판에 대해 상이한 재료들을 이용한 박막 용량성 센서에 대한 다양한 구성들을 도시한다. 이러한 실시형태들은, 매우 정확한 형상의 전극들을 매우 작은 갭 사이즈들로 제조할 수 있게 하는 리소그래픽 기술들을 이용하는 구성에 적합하다. 이것은, 상기된 비교적인 설계 규칙들을 만족하고 매우 작은 피쳐들 및 매우 작은 거리들을 측정하기 위해 매우 높은 해상도를 갖도록 센서를 구성할 수 있다. 리소그래픽 프로세스들은 또한 연결 라인들 및 콘택트/결합 패드들이 매우 작은 트랙 폭들 및 정확한 치수들로 이루어지게 할 수 있다. 또한, 리소그래픽 프로세스들은 당업자에게 잘 공지되어 있고 일단 프로세스 흐름이 전개되면 보다 높은 해상도를 가진 센서들을 제조하는데 있어서 용이하게 적용될 수 있다. 그러나, 프로세스의 최초 현상은 보다 긴 제조 소요 시간을 발생시키고, 상이한 프로세스 단계들을 확인하기 위해 짧은 루프 실험들을 요구할 것이다. 도 10a 내지 도 10d는 단지 층들의 배열을 도시하며, 사이드 가드 전극을 도시하지는 않았지만, 포함된다면, 감지 전극과 동일한 층 상에 형성될 것이고, 사이드 가드 전극과 백 가드 전극의 선택적인 연결은 도시하지 않는다.
하나 또는 그 초과의 센서들이 리소그래피 머신과 같은 머신 상에 장착되는 적용들에 있어서, 이러한 실시형태들의 기판은 2 이상의 센서와 공통일 수 있으므로 센서들의 일 세트가 하나의 유닛 내에 구성된다. 이러한 타입의 배열의 예가 도 13a 내지 도 13d에 도시되고 아래에 설명된다. 이후, 기판이 장착 플레이트에 연결될 수 있고 또는 센서들을 머신에 장착하기 위한 장착 플레이트로서 이 기판이 사용될 수 있다.
도 10a의 실시형태는 절연층(47a, 47b)이 양쪽에 형성된 실리콘 기판(45)을 갖는다. 절연층들 중 하나의 표면 상에 감지 전극(31)이 형성되고 다른 절연층의 표면 상에 백 가드 전극(35)이 형성된다. 이 실시형태는 가드 전극의 액티브 바이어싱이 효과적으로 기능할 것을 필요로 할 수 있는데, 이는 센서들이 상부에 고정되는 플레이트의 패터닝을 필요로 할 수 있다. 이외에도, 프로젝션 렌즈와 센서들 사이의 용량성 결합이 문제가 될 수 있다.
도 10b의 실시형태는 다수의 층들이 한 쪽에 형성된 실리콘 기판(45)을 가지며, 다수의 층들은 제 1 절연층(47a), 제 1 절연층 상에 형성된 감지 전극(31), 제 2 절연층(47b), 및 제 2 절연층 상에 형성된 백 가드 전극(35)을 포함한다. 이 실시형태는 센서가 고정되는 장착 플레이트를 패터닝할 필요성을 없애고, 또한 프로젝션 렌즈와 센서들 사이의 용량성 결합을 없앤다. 그러나, 도 10a의 실시형태와 비교하여 추가적인 절연층이 요구된다.
실리콘 기판은 우수한 절연체가 아니므로, 이러한 실시형태들에는 절연층들이 포함된다. 실리콘 기판의 추가적인 이점은, 실리콘 내의 불순물들로 인해 실리콘 내에 기생 전류들이 생성될 수 있고, 이러한 전류들은 센서의 커패시턴스 측정을 교란시킬 수 있다.
도 10c의 실시형태는, 감지 전극(31)이 한 면에 형성되고 백 전극(35)이 다른 면에 형성되는 파이렉스 기판(46)을 갖는다. 감도의 감소와 센서 내 소량의 비선형성의 추가에 의해 액티브 가딩이 생략될 수 있지만, 가드 전극들의 액티브 바이어싱이 구현되는 경우, 이 실시형태 또한 센서가 상부에 고정되는 플레이트의 패터닝을 요구한다. 100㎛의 기판 두께와 16㎛의 감지 전극과 사이드 가드 전극 사이의 두께를 가진 이러한 구조를 가진 실시형태는, 150kHz에서 50㎂의 전류로 동력이 공급될 경우, 센서와 타겟 사이의 0.8㎛의 거리에서 약 11.5V의 유효 출력 전압을 생성하고, 센서와 타겟 사이의 1.8㎛의 거리에서 약 13.5V의 유효 출력 전압을 생성한다.
도 10d의 실시형태는 한쪽에 다중 층들을 가진 파이렉스 기판(46)을 구비하며, 다중 층들은 가드 전극(49), 이 가드 전극 위에 형성된 절연층(47), 및 절연층 상에 형성된 감지 전극(48)을 포함한다. 이러한 배열에 있어서 센서가 상부 고정되는 플레이트의 패터닝이 필요하지 않고, 프로젝션 렌즈와 센서들 사이의 용량성 결합이 100㎛ 파이렉스 층으로 인해 감소된다. 파이렉스는 우수한 절연체이고 파이렉스 기판을 이용한 실시형태들에 있어서 실리콘 실시형태들에 의해 사용된 절연층들은 생략될 수 있다.
센서 전극들(감지, 사이드 가드 전극 및 백 가드 전극들)과 신호 처리 시스템 사이에 전기 연결들을 만드는 것은 작은 센서 엘리먼트에 대해 강인한 저 임피던스를 연결시키는 것이다. 이 연결은 예상된 기계적 응력을 견디는 한편 센서 배열의 추가적인 기생 커패시턴스들의 도입을 방지할 수 있어야 한다. 리소그래피 머신들을 이용한 센서 적용들에 있어서, 이 연결은 또한 오염물질들을 진공 환경으로 발산하는 재료들의 사용을 방지해야 한다.
도 11은 센서로부터 신호 처리 회로들로 외부 연결들을 만들기 위해, 연결 라인들(41 및 42)의 단부들에서 형성된 콘택트 패드들(50a, 50b)을 구비한 센서를 도시한다. 도 12a 및 도 12b는 센서 전극들에 대한 전기 접촉을 만들기 위한 콘택트 패드들의 구조의 횡단면도들을 도시한다. 이들은 실리콘, 파이렉스 및 이와 유사한 재료들의 기판들을 이용한 실시형태들에 특히 적합하다. 이들 실시형태들은 기판의 전면에 있는 센서 전극들에 전기적으로 접촉시키기 위해 기판의 이면 상에 콘택트 패드를 제공한다. 도 12a는 기판(55)을 통과하는 비아 홀을 가진 실시형태를 도시한다. 전도성 콘택트 패드(50)가 실리콘 기판의 이면에 형성되고 전도성 연결부(51)가 비아 홀을 통과하여 형성되어 기판의 전면 상의 전도성층(52)과 연결시킨다. 도 12b는 기판(55)의 에지에 걸쳐서 만들어진 전기 연결부를 구비한 실시형태를 도시한다. 전도성 콘택트 패드(50)가 기판의 이면 상에 형성되고 전도성 연결부(51)가 기판의 에지에서 형성되어 기판의 전면 상의 전도성층(52)과 연결시킨다.
실리콘 또는 다른 비유전체(non-dielectric) 기판을 이용한 실시형태들에서, 절연층(53)이 전도성층(52)을 기판으로부터 분리시키고, 작은 절연층(54)이 콘택트 패드(50)를 기판으로부터 분리시킨다. 또한, 도 12a에서 비아 홀이 절연층으로 코팅되고, 도 12b에서 전도성 연결부(51) 아래의 기판의 에지가 절연층으로 코팅된다. 콘택트 패드에 필요한 추가적인 절연층은 추가적인 작은 기생 커패시턴스에 대한 증가를 제공한다. 파이렉스와 같은 유전체 기판을 이용한 실시형태들에서, 추가적인 절연층들은 선택적이고 추가적인 기생 커패시턴스들이 감소된다.
도 13a 내지 도 13d는 리소그래피 머신의 프로젝션 렌즈(104)를 둘러싸는 하나의 기판(102) 상에 다수의 센서들이 구성되어 있는 감지 시스템의 실시형태를 도시한다. 도 13a는 기판의 전면, 즉, 아래쪽과 대면하여 노광될 웨이퍼를 향하는 쪽을 도시한다. 8개의 센서들(4개의 센서 쌍들을 포함함)이 프로젝션 렌즈를 중심으로는 둘 씩 쌍을 이루어 이격되어 기판 상에 형성된다. 이 실시형태에서, 전도성 감지 전극(31)이 각각의 센서에 대해 기판의 전면 상에 형성된다. 사이드 가드 전극들(32)이 이들 사이에 형성된 작은 갭에 의해 각각의 감지 전극을 둘러싼다. 연결 라인들(105)이 각각의 감지 및 가드 전극과 기판의 에지 사이에 전기 연결들을 형성한다. 이 실시형태에서, 기판은 파이렉스 또는 캡톤과 같은 유전체 재료로 이루어지고, 전극들과 기판 사이에 추가적인 절연층이 사용되지 않는다. 얇은 보호 절연층이 또한, 기판의 전면 상의 센서 전극들에 걸쳐서 형성될 수 있다.
도 13b는 기판의 이면, 즉, 노광될 웨이퍼와 떨어져 위쪽과 대면하는 쪽을 도시한다. 각각의 센서에 대해 기판의 이면 상에 전도성 백 가드 전극(35)이 형성된다. 각각의 센서에 대하여, 백 전극이 기판의 전면 상의 감지 전극 및 사이드 가드 전극과 함께 정렬된다. 원형 전극들을 가진 이 실시형태에서, 전극들 모두의 중심들이 각각의 센서에 대해 정렬된다. 백 전극(35)은 전면에 있는 감지 전극(31)보다 더 큰 직경을 갖고 사이드 가드 전극(32)의 직경과 동일하거나 더 클 수 있다. 연결 라인들(106)은 백 가드 전극들과 기판의 에지 사이에 전기적 연결들을 형성한다.
기판의 전면에 있는 연결 라인(105)과 이면에 있는 연결 라인(106)은, 예를 들어, 도 11, 도 12a 또는 도 12b에 도시된 구성을 이용하여 에지에서 기판의 이면 상의 콘택트 패드들(50a 및 50b)을 형성하도록 배열될 수 있으며, 콘택트 패드들(50a)은 감지 전극들(31)에 전기적으로 연결되고 콘택트 패드들(50b)은 사이드 가드 전극들(32) 및 백 가드 전극들(35)에 연결된다. 이 실시형태에서, 콘택트 패드 영역들에는 감지 전극으로부터의 각각의 콘택트 패드(50a) 및 양쪽에 있는 대응하는 사이드 가드 전극과 백 가드 전극으로부터의 콘택트 패드(50b)가 번갈아 있다. 기판의 에지에 추가적인 콘택트 패드(50c)가 형성되어 차폐 전극에 연결되며, 이 차폐 전극은 센서들을 측정 시스템에 연결하는 케이블용 차폐부에 연결될 수 있다. 콘택트 패드 영역들이 함께 콘택트 패드들(50)을 형성하고, 이 콘택트 패드들은 기판 상의 센서 쌍 배열에 대응하여 별개의 영역들에서 배열된다.
도 13c는 기판 위로 형성된 절연층(110)을 가진 기판의 이면을 도시하며, 기판의 에지 주위로 갭을 두어 콘택트 패드들(50)이 노광되어 연결들을 형성한다. 도 13d는 스페이서/장착 플레이트(112) 상에 장착된 기판(102)을 도시한다. 장착 플레이트(112)는 전도성일 수 있고 차폐 전극으로서 기능할 수 있고, 접지될 수 있고, 또는 대안으로 차폐 전극으로서 기능하는 전도성 차폐 플레이트가 별개의 컴포넌트로서 제공될 수 있다. 콘택트 패드(50c)는, 차폐 전극에 대해 전기적 연결들을 형성하기 위한, 예를 들어, 센서 차폐부에 대한 연결을 위한 연결 영역으로서 기능할 수 있다. 절연층(110)은 장착 플레이트/차폐 전극으로부터 가드 전극들을 전기적으로 분리시킨다. 이 실시형태에서, 장착 플레이트는 그의 에지 주위로 컷-아웃들을 구비하여 전기적 연결들을 형성하기 위해 노광된 콘택트 패드들(50)을 둔다.
일 실시형태에서, 도 13a 내지 도 13d의 배열은, 프로젝션 렌즈를 수용하기 위해, 예를 들어, 19×19㎜ 또는 26×26㎜의 정사각형 홀을 가진 50㎜ 직경의 파이렉스 기판을 포함할 수 있다. 감지 전극들은 3.8㎜의 직경 및 감지 전극과 가드 전극 사이에 16㎛의 갭을 가지며, 가드 전극들은 폭이 1㎜이고, 6㎜ 직경의 백 전극들을 갖는다. 연결 라인들(105)은 폭이 0.05㎜이고 16㎛의 세퍼레이션을 갖고, 연결 라인들(106)은 폭이 0.5㎜이고 0.5㎜의 세퍼레이션을 갖고, 콘택트 패드들은 0.5㎜ 폭과 1.4㎜ 길이일 수 있으며, 패드들은 0.5㎜ 갭으로 서로로부터 분리된다. 센서는 200kHz에서 10㎂의 전류로 동력을 공급받을 수 있다.
도 13a 내지 도 13d에 도시된 실시형태, 또는 여기에 설명된 임의의 다른 센서 배열들의 센서들은 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 및 도 7b, 도 8a 및 도 8b, 도 9a 내지 도 9c, 도 10a 내지 도 10d, 또는 도 12a 및 도 12b에서 설명된 실시형태들 중 어느 실시형태에 따라 구성될 수 있고, 차동 쌍으로 배열될 수 있으며, 여기서 쌍을 이루는 각각의 센서는 그 쌍의 다른 센서와 이위상인 전압 또는 전류로 구동될 수 있다. 예를 들어, 일 쌍의 제 1 센서는 그 쌍의 다른 센서와 180도 이위상의 전류에 의해 구동될 수 있다. 센서들의 다수의 차동 쌍들이 함께 사용될 수 있도록 센서들의 쌍들 사이의 커플링을 감소시키기 위해서, 각각의 센서 쌍은 인접한 센서 쌍으로부터의 위상 오프셋인 전압 또는 전류에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 센서들의 인접 쌍들은 서로로부터 90도의 이위상인 전류에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 도 13a의 맨 위에 있는 센서들의 쌍은 위상 0도 및 180도의 전류에 의해 동력을 공급받을 수 있는 반면, 오른쪽에 있는 센서들의 쌍과 왼쪽에 있는 쌍은 각각 위상 90도 및 270도에서 동력을 공급받고, 아래에 있는 센서들의 쌍은 위상 0도 및 180도로 동력을 공급받을 수 있다. 이러한 방식으로, 인접한 센서 쌍들의 직교 바이어싱으로 위상 구동 기술이 사용되어, 쌍들을 분리시키고 이들 간의 간섭을 감소시킨다. 주파수 분할 또는 시간 분할과 같은 다른 기술들이 택일적으로 또는 추가적으로 사용되어 센서 쌍들 간의 간섭을 감소시킬 수 있다.
센서 프로브들로부터 신호 처리 시스템으로의 전기 연결은, 원시 센서 신호들을 사용가능한 포맷으로 변환하기 위해 전기 신호를 센서로 전달하고 이들을 전송하는데 필요하다. 도 14는 리소그래피 머신 프로젝션 렌즈(104)를 중심으로 기판(102)의 전면에 센서들(30)이 장착되어 있는 센서 배열의 측면도를 도시한다. 기판(102)은 또한, 거리 측정이 행하여지는 장비, 예를 들어, 리소그래피 머신의 프로젝션 렌즈에 센서들을 장착하기 위한 장착 플레이트(112)로서 기능을 할 수 있다. 콘택트 패드들(50)이 기판의 이면에 형성되고, 금속 콘택트 스프링들의 형태의 연결 배선들(60)이 패드들과의 전기적 접촉을 형성하여 신호 처리 시스템과 연결된다.
도 15a 및 도 15b는 플렉서블 인쇄 회로 연결 부재(110)를 이용한 대안적인 연결 배열을 도시하며, 플렉서블 인쇄 회로 연결 부재(110)는 전도성 트랙들(114a, 114b, 114c)이 상부에 인쇄되거나 부착되는 플렉서블 멤브레인(111)을 포함한다. 보호 절연층이 전도성 트랙들에 걸쳐서 형성된다. 플렉스 인쇄 커넥터(110)의 일 단부가 센서 전극들의 연결 영역들 또는 콘택트 패드들(50)에 결합되어 전도성 트랙들이 센서 전극들에 대한 전기 연결을 형성한다. 도시된 실시형태에서, 전도성 트랙(114a)은 감지 전극을 위한 콘택트 패드에 연결되고, 전도성 트랙들(114b 및 114c)은 사이드 가드 전극 및/또는 백 전극을 위한 콘택트 패드들에 연결된다. 차폐 전극이 센서 구조체 내에 포함되는 경우, 추가적인 전도성 트랙들이 플렉스 인쇄 커넥터 상에 형성되어 차폐 전극을 센서 및 센서를 지원하는 구조체로부터 멀리 떨어진 접지 전위에 연결시킬 수 있다. 커넥터 플러그 또는 소켓(116)이 콘택트 단자들(117)에 의해 플렉스 인쇄 커넥터(110)의 다른 단부에 부착되어 배선들 또는 연결 핀들(120)과의 전기 접촉을 형성되어 센서 신호들이 신호 처리 시스템으로 이송된다. 도 15a는 전도성 트랙들(114a 내지 114c)을 도시하는 플렉스 인쇄 커넥터(110)의 일 실시형태의 아래쪽과 함께, 전도성 트랙들이 연결되는 콘택트 패드들(50)의 일 세트의 위쪽 도면을 도시한다. 도 15b는, 콘택트 패드들에 연결되는 경우 플렉스 인쇄 커넥터(110)의 측면도를 도시한다. 플렉스 인쇄 커넥터는 플렉서블하고 여기에 기재된 임의의 센서 실시형태들과 함께 사용될 수 있다. 플렉스 인쇄 커넥터의 최대 벤딩 반경은 특히 매우 작은 전도성 트랙 폭들에 대하여 고려되고, 조립 동안 플렉스 인쇄 커넥터와 센서 콘택트 패드들 사이의 정렬이 중요하다.
절연층(34)이 폴리머 절연막 또는 그와 유사한 것과 같은 적절한 재료로 이루어진 경우, 이 플렉서블 멤브레인(111)이 동일한 재료로 형성되고 그의 연장으로서 절연층(34)에 집적될 수 있다. 이 실시형태에서, 전도성 트랙들(114a 내지 114c)이 비슷하게 동일한 재료로 형성되고 전극들의 연장으로서 감지 전극(31) 및 사이드 가드 전극(32) 및/또는 백 전극(35)에 통합될 수 있다. 이 구성에서, 전극들과 전도성 트랙들 간의 접촉 패드들은 필수적이지 않을 것이지만, 전도성 트랙들의 단부들에서 콘택트 패드들이 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 예를 들어, 백 가드 전극에 연결된 전도성 트랙이 감지 전극에 연결된 전도성 트랙에 걸쳐서 형성되는 절연층 위로 형성되도록, 센서의 전극들과 동일한 방식으로 계층화될 수 있다. 이 구조는 또한, 도 21d에 도시된 바와 같이, 백 가드 전극에 연결된 전도성 트랙에 걸쳐서 형성되는 절연층 위로 형성된 차폐 전극에 연결된 전도성 트랙을 포함하도록 확장될 수 있다.
도 16a는 하전된 입자 리소그래피 머신의 프로젝션 렌즈 및 디플렉터 스택(132)을 지나는 횡단면을 도시한다. 스택(132)은 통상적으로 수직으로 적층된 프로젝션 렌즈 엘리먼트들 및 빔렛 디플렉터 엘리먼트들을 포함하여 리소그래피 머신에 의해 생성된 하전된 입자 빔렛들을 웨이퍼의 표면 상으로 포커싱하고 스캐닝 패턴의 웨이퍼의 표면을 가로질러 이들을 편향시킬 수 있다. 각각 수직으로 적층된 프로젝션 렌즈 엘리먼트는 프로젝션 렌즈들의 어레이를 실제로 포함할 수 있어서 다수의 빔렛들을 웨이퍼 표면 상으로 동시에 포커싱하고, 각각의 빔렛은 웨이퍼의 상이한 부분을 노광시키기 위한 것이고, 각각의 디플렉터 엘리먼트는 디플렉터들의 어레이를 유사하게 포함할 수 있다.
렌즈 스택(132)이 하우징 프레임 부재(130) 내에 장착된다. 렌즈들 스택의 2개의 정전기적 렌즈 엘리먼트들 사이의 스페이서로서 또한 기능할 수 있는 장착 플레이트(112)가 프레임 부재(130) 아래에 위치되어 프레임 부재(130)에 부착되며, 하전된 입자 빔이 투영되는 중앙에 위치된 홀이 있다. 렌즈 스택(132)에 존재하는 고 전압과 하부 렌즈(104), 웨이퍼, 센서들 및 인근에 있는 다른 컴포넌트들 사이에 절연층을 제공하기 위해 플레이트/스페이서(112)는 유리 또는 다른 적절한 절연 재료로 이루어질 수 있다. 일반적으로 원통 형상인 프레임 부재(130) 및 상부 마운팅 플레이트(133)과 함께, 플레이트(112)는 프로젝션 렌즈 및 디플렉터 스택(132)을 위한 하우징 구조체를 형성한다.
플레이트(112)는 택일적으로, 전도성이거나 또는 용량성 센서들에 대한 차폐 전극으로서 기능하는 전도성층을 포함할 수 있다. 플레이트(112)는 또한 센서들이 상부에 형성될 수 있는 기판(102)일 수 있다. 도시된 실시형태에서, 프로젝션 렌즈 스택(132)은 수직 스택으로 배열된 일련의 프로젝션 렌즈 엘리먼트들을 포함하고, 대부분 플레이트(112) 위에 위치되지만 스택의 마지막 렌즈 엘리먼트(104)가 플레이트(112)의 하부 표면 상에 플레이트 아래에 위치된다.
도 16b는 프로젝션 렌즈 스택의 하부 프로젝션 렌즈(104)와 이동가능 웨이퍼 테이블(134) 상에 놓이는 웨이퍼(9) 사이의 거리와 관련된 거리를 측정하기 위한 센서들의 배열을 도시한다. 편의를 위해서 웨이퍼 및 테이블이 개략적으로 도시되며, 그의 폭은 실제로 렌즈 스택 하우징의 폭보다 훨씬 더 크다는 것을 주목한다. 통상적으로 웨이퍼는 렌즈 스택 하우징에 대하여 200 또는 300㎜ 직경 대 50-70 ㎜이다. 센서들(30)이 하부 프로젝션 렌즈(104)와 동일한 플레이트(112) 상에 그리고 렌즈(104)에 매우 근접하게 장착된다. 센서들은 리소그래피 머신의 노광 필드의 사이즈보다 더 작은 것이 바람직하고, 센서들 중 일부 또는 전부는 노광 필드 사이즈의 폭 또는 길이와 동일한 거리보다 프로젝션 렌즈의 에지에 더 가깝게 위치될 수 있다.
이 배열에서, 하부 프로젝션 렌즈(104)와 웨이퍼(9) 사이의 거리가 센서들과 웨이퍼 사이의 측정 거리로부터 결정될 수 있도록 센서들이 프로젝션 렌즈에 고정된 관계로 장착된다. 여기에 설명된 매우 작은 사이즈의 센서들은, 센서들을 프로젝션 렌즈에 아주 근접하여 장착시킬 수 있게 하고, 센서들이 프로젝션 렌즈의 최종 포커싱 엘리먼트로서 동일한 지지 엘리먼트 상에 장착되도록 허용하므로, 이들은 둘 모두에서 동일한 기준 지점에 고정된다. 센서들이 단일의 구조체 상에 하부 프로젝션 렌즈와 함께 집적되기 때문에, 이는, 센서들 및 프로젝션 렌즈의 상대 위치들의 변화들로 인한 에러들, 예를 들어, 열적 팽창 및 수축 및 하부 프로젝션 렌즈가 상부 장착되는 지지 엘리먼트와 센서들이 상부에 장착되는 지지 엘리먼트 사이의 이동에 의해 야기된 에러들, 및 센서들 및 하부 프로젝션 렌즈들에 대해 각각 상이한 기본 구조체들의 장착 부정확성으로 인한 에러들을 크게 감소시킨다. 이것은 x 및 y 축(즉, 웨이퍼의 표면에 대해 평행함) 및 z 축(즉, 웨이퍼의 표면에 대해 수직임)에서의 변화에 대한 센서 시스템의 교정의 필요성을 없애거나, 적어도 이러한 교정의 필요성을 감소시킨다. 종래의 용량성 센서들은 플레이트(112) 상에 장착하기에 너무 키가 크고 폭이 넓으며, 프로젝션 렌즈(104)로부터 멀리 떨어져서 예를 들어, 프레임 부재(131) 상에 장착되어야 했다.
최종(하부) 프로젝션 렌즈(104)에 의해 포커싱 효과가 주로 결정된다. 상술된 집적 설계 특징들에서, 센서들과 최종 프로젝션 렌즈 엘리먼트의 포커스 생성 영역 사이에 다른 엘리먼트들이 존재하지 않으므로, 프로젝션 렌즈와 함께 통합된 용량성 높이 센서들이 특징을 이룬다. 통합된 시스템에서의 유일한 중요한 변화는 매우 얇은 엘리먼트(통상적으로 200㎛ 또는 그 미만)인 단일 프로젝션 렌즈 전극(104)의 허용 오차이다. 센서와 프로젝션 렌즈 사이의 관계는 단지 최종 엘리먼트(104)의 허용 오차에 의해 교란된다. 용량성 센서들의 절대 측정은 본질적으로 포커싱 엘리먼트로부터 웨이퍼의 표면, 즉, 포커싱 엘리먼트(프로젝션 렌즈의 최종 엘리먼트)의 두께 허용 오차를 제외하고 빔들이 포커스가 맞는 평면/위치로 거리를 일치시킬 것이다. 포커싱 엘리먼트의 이 두께 불확실성은 센서들의 동작 범위 및 필요한 측정의 작은 부분일 뿐이므로, 센서들의 나머지 커패시턴스를 결정하기 위해서 '무한대 측정'을 제외하고 센서의 추가 교정이 필요 없다. 이것은 단순히 무한대로 측정함으로써, 즉, 웨이퍼를 자리에 두지 않고도 결정될 수 있다. 센서들 및 프로젝션 렌즈를 가깝게 집적하는 것은 시스템의 총 허용 오차를 최소화하므로, 용량성 센서들의 판독은 추가적인 교정 없이 리소그래피 머신에 사용되기에 충분히 정확하다. 최소 설계는 노광 빔에 가까운 타겟(웨이퍼)에 대한 거리의 측정을 가능하게 하여, 측정 에러를 더욱 최소화한다는 것이 추가적인 이점이다.
센서들이 프로젝션 렌즈(104)의 하부에 인접한 플레이트(112) 상에 배치된다. 센서들이, 예를 들어, 도 5 내지 도 9에 도시된 타입의 박막 구성에 따라서 별개로 구성되기 때문에, 개별 센서들이, 예를 들어, 접착제를 이용하여 장착 플레이트(112)에 직접 고정될 수 있다. 예를 들어, 도 13a 내지 도 13d에 도시된 타입의 공통 기판 상에 형성된 센서들에 있어서, 접착제 또는 다른 부착 수단을 또한 이용하여 센서 기판이 장착 플레이트(112)에 고정될 수 있다. 또한, 통상적인 센서 기판도 장착 플레이트(112)로서 또한 기능하는 것이 가능하다.
프로젝션 렌즈(104)의 하부는 센서들(30)의 감지 전극들의 하부 표면과 실질적으로 동일한 높이일 수 있고, 또는 약간 낮을 수 있다. 측정되길 원하는 거리가 실제로 측정된 거리(즉, 감지 전극들의 하부 표면과 측정될 타겟 사이의 거리)와 거의 같게 시스템을 설계함으로써 시스템의 감도가 증가된다. 일 실시형태에서, 리소그래피 머신을 위해 사용되는 경우, 프로젝션 렌즈(104)의 하부는 센서들(30)의 감지 전극들의 하부 표면 보다 50㎛ 아래로 연장되어 있다. 프로젝션의 초점 평면이 프로젝션 렌즈의 하부보다 50㎛ 아래에 있고 감지 전극들보다 100㎛ 아래에 있다. 웨이퍼 테이블이 감지 전극들의 하부 표면 아래에서 80-180㎛의 z-축(수직) 이동 범위를 가지며, 100㎚의 위치선정 정확도로, 감지 전극들의 80㎛ 이내에서 웨이퍼를 가져가는 것이 상기 범위의 최고치이고 감지 전극들보다 180㎛ 아래로 웨이퍼를 이동시키는 것이 상기 범위의 최저치이다.
도 17a 내지 도 17d는 다수의 센서들(30)을 구비한 플렉서블 인쇄 회로 구조체(120) 및 통합 플렉스 인쇄 커넥터(110)를 도시한다. 구조체(120)는 캡톤 폴리이미드막 또는 이와 유사한 플렉서블 절연막과 같은 플렉서블 절연 기재를 포함한다. 센서들을 위한 전도성 전극들 및 연결 라인들을 형성하기 위한 전도성 트랙들은 얇은 구리층 또는 접착제를 이용하여 절연 기저층에 고정된, 예를 들어, 직접 금속화 프로세스를 이용하여, 무접착성 라미네이트로서 형성된, 또는 전도성 링크들 또는 다른 적절한 인쇄 기술들을 이용하여 절연층 상으로 인쇄된 다른 적절한 전도성 재료로 형성된다. 이후, 보호 절연막이 전도성 층들 위로 형성될 수 있다.
도 17b에 도시된 실시형태에서, 8개 쌍의 센서들이 정사각형 컷아웃(cutout)(121) 주위에 정사각형 어레이로 배열되어 하부 프로젝션 렌즈(104)를 수용한다. 센서 쌍들 대신에 단일의 센서들이 또한 사용될 수 있고, 센서들 또는 센서 쌍들의 상이한 공간들이 또한 사용될 수 있다. 플렉서블 베이스층은, 센서들과 신호 처리 시스템 사이에 전기 연결들을 형성하기 위해 상술된 바와 같이 구성된 플렉스 인쇄 커넥터들(110)로서 기능하는 확장 부분들을 포함한다. 플렉스 인쇄 커넥터들(110)이, 응력 제거 및 3축 케이블들(210)에 대한 인터페이스를 제공하는 커넥터들(116)에 연결되어 원격 신호 처리 시스템과 연결된다.
센서 및 커넥션들 및 배선의 통합은 신호들을 센서로부터, 센서로부터 떨어진 위치로 전달하는데 필수적이며, 여기서, 여러 가지 문제점들을 해결하는 더 큰 그리고 더 많은 강인한 연결이 형성될 수 있다. 극도로 작은 사이즈의 센서는 배선 및 커넥터 하드웨어의 사이즈 제한들로 인해 전기 연결들의 형성을 곤란하게 한다. 배선에 의해 도입된 커패시턴스들이 제어되어야 하므로 이들은 센서 시스템을 지배하지 않는다. 배선의 임의의 작은 이동 또는 변화는 손상 또는 센서를 재교정할 필요성을 발생시킬 수 있다. 센서 및 센서 배선 둘 모두를 단일의 플렉스 인쇄 플렉서블 베이스층으로 통합하는 것은 매우 작은 치수들을 가진 센서에서 연결을 가능하게 하고, 배선에 의해 도입된 커패시턴스들이 시스템의 설계 동안 제어될 수 있고, 단일의 베이스층으로의 통합은 배선의 이동으로 인한 문제점들을 크게 감소시키는 기계적으로 강인한 설계를 생성한다.
다수의 센서들을 그 센서들과 연관된 배선과 함께 단일의 베이스층에 통합하는 것은 추가적인 이점들을 제공한다. 단일의 베이스 상에 센서들의 어레이를 형성함으로써, 제조 시 센서들의 공간 배열이 고정되고, 더 큰 집적 구조체는 다루기에 용이하고 장비, 예를 들어, 리소그래피 머신에 부착하기에 용이하다.
*신호 처리 회로들(200)을 플렉서블 베이스층에 인쇄하거나 그렇지 않으면 이 회로들을 플렉서블 베이스층에 형성함으로써 신호 처리 회로들(200)이 플렉스 인쇄 커넥터 상에 집적될 수 있다. 신호 처리 회로들(200)은 센서 가드 전극들이 액티브 바이어싱을 위해 사용된 버퍼/증폭기를 포함할 수 있고(아래에 설명됨), 추가적인 회로를 포함할 수도 있고, 또는 생략될 수도 있어서 프로젝션 렌즈에 단지 하드웨어 로컬의 연결로 그리고 모든 액티브 컴포넌트들을 떨어지게 위치시킨다. 리소그래피 머신이 진공 환경에서 동작하기 때문에, 액티브 컴포넌트들을 센서들에 가깝게 그리고 진공으로 두는 것은 진공에서의 열 전달의 부족으로 인해 액티브 컴포넌트들로부터 열이 소실되는 문제점들을 발생시킬 수 있다. 그러나, 액티브 가딩을 위해 필요한 컴포넌트들을 가드 전극들에 가깝에 위치시키는 것은 시스템의 성능을 증가시킨다. 도시된 실시형태에서, 신호 처리 회로들(200)이 커넥터들(116) 옆에 위치되므로, 회로들에 의해 생성된 열이 커넥터들(116)을 통해 케이블들(210)로 보다 효과적으로 전도되어 센서 배열들로부터 나갈 수 있다.
도 18은 대안적인 연결 배열을 도시한다. 플렉스 인쇄 커넥터(110)는 일 단부에서는 장착 플레이트(112) 상의 센서(30)로 그리고 다른 단부에서는 신호 전처리 회로(200)로 연결 배선들 또는 핀들(201)을 경유하여 연결된다. 신호 처리 유닛(200)은 프레임 부재(131) 상에 장착될 수 있고, 바람직하게는 리세스 또는 격실내에 장착될 수 있다. 신호 처리 회로들(200)의 출력이 배선들 또는 핀들(202), 커넥터(204), 및 3축 케이블(210)을 경유하여 제어 시스템으로 전송된다.
도 19a 및 도 19b는 (도 17a 내지 도 17d에 도시된) 집적된 플렉서블 인쇄 회로 구조체(120)를 리소그래피 머신에 장착하기 위한 배열을 도시한다. 도 19a는 상기로부터 시각성을 개선하기 위해 제거된 프로젝션 렌즈 스택을 갖는 배열, 및 프레임 부재(136) 내의 우물에 위치된 플렉서블 인쇄 회로 구조체(120)를 도시한다. 원격 신호 처리 시스템과의 연결을 위해, 커넥터들(116)이 3축 케이블들(210)을 통해 케이블링 번들(212)로 연결되고 케이블링 번들(212)은 케이블들(214)로 차례차례 연결된다. 도 19b는 웨이퍼를 향하여 대면하는 센서들(30) 및 플렉서블 인쇄 회로 구조체(120)를 보여주는 저면도를 도시한다.
플렉스블 인쇄 회로 구조체(120)가 접착제 또는 다른 적절한 접착 방법을 이용하여 장착 플레이트, 예를 들어, 도 16a 및 도 16b에 도시된 장착 플레이트(112)의 하부면에 고정될 수 있다. 이것은 장착 플레이트(112) 및 하부 프로젝션 렌즈(104)와의 연관된 배선을 가진 센서 어레이의 집적을 발생시킨다, 즉, 단일 구조체 내에 모두 존재하게 한다. 이것에 의해 센서들이 프로젝션 렌즈에 아주 근접하고 그리고 프로젝션 렌즈에 대해 고정된 관계로 장착되어, 도 16a 및 도 16b의 실시형태에 대하여 상술된 바와 같은 이점들이 도출된다.
도 20a, 20b 및 20d는 리소그래피 머신 프로젝션 렌즈(104)를 둘러싸는, 장착 플레이트(112) 상의 용량성 센서들의 다양한 구성을 도시한다. 도 20a는 4개의 센서 쌍들이 장착 플레이트(112)의 4 사분면들에 분포되어 있고, 센서들이 차동 감지를 위해 둘씩 짝을 지어 배열된다. 장착 플레이트의 아래쪽에서, 각각의 센서는 감지 전극(31)을 포함하고 또한 사이드 가드 전극(32)을 포함할 수 있다. 이 배열은 특히 웨이퍼의 높이 및 기울기의 측정에 적합하다. 도 20b는 정사각형 매트릭스 내에 둘씩 짝을 지어 배열된 16개의 센서들의 배열을 도시하며, 프로젝션 렌즈(104)가 위치되는 정사각형의 가운데에는 센서들이 없다. 상술된 구성들 모두에 대하여, 백 가드 전극들이 센서 기판의 이면에 바람직하게 포함되고, 차폐 전극들이 또한 상술된 바와 같이 포함될 수 있다. 도 20c는 장착 플레이트(112) 및 센서들과 관련하여 다양한 위치들에 있는 웨이퍼들(9a, b, c, d)을 도시하며, 4개의 웨이퍼 위치들 사이에 중복되는 영역들은 프로젝션 렌즈(104)의 4개의 모서리들로부터 연장된, 플레이트(112) 상의 4개의 영역들(115)을 묘사한다. 도 20d는 이러한 4개의 영역들(115) 내에 배치된 4개의 센서 (차동) 쌍들을 도시한다.
영역들(115)의 이 배열은 적어도 하나의 센서 또는 센서 쌍을 이용하여 웨이퍼 표면에 대한 거리를 측정할 가능성을 극대화하도록 센서들을 분포시킨다. 단지 하나의 센서/쌍만이 웨이퍼 위에 위치되도록 웨이퍼가 위치되는 경우, 웨이퍼 표면에 대한 거리 측정은 이 센서/쌍 하나만을 기반으로 한다. 다른 센서/쌍이 웨이퍼 위에 위치되는 즉시, 이 센서/쌍으로부터 또한 측정이 이루어질 것이고, 웨이퍼 위의 2개의 센서들/쌍들로부터 평균 거리 값이 계산될 수 있다. 비슷하게, 제 3 및 제 4 센서/쌍이 웨이퍼 위에 위치될 경우, 이들이 고려될 것이다. 추가적인 센서/쌍들의 포함은 바람직하게는, 최종 측정 거리 값에서 갑작스런 움직임들(steps)을 방지하기 위해서 추가적인 센서들/쌍들의 기여를 점점 커지게 함으로써, 예를 들어, 점차적으로 포함시킴으로써, 평균 거리의 계산에 포함된다.
장착 플레이트(112)의 사이즈는 최소 타겟 사이즈, 통상적으로 약 60㎜를 결정한다. 300㎜ 웨이퍼들에 있어서, 웨이퍼 위치들(9a 내지 9d) 사이의 4개의 중복 영역들(115)은 센서들에 대한 적절한 배치를 나타낸다. 그러나, 리소그래피 머신의 광 또는 전자 빔들의 실제 프로젝션 영역에 가능한 한 가깝게 센서들이 장착되는 것이 바람직하다. 450㎜와 같은 더 큰 웨이퍼 사이즈들은 영역들(115)을 확장시키는 경향이 있는데, 영역들(115)을 한정하는 원형 섹션들이 직선들에 가까운 경향이 있기 때문이다.
도 21a 및 도 21b는 4개의 차동 센서 쌍들(30a, 30b)을 가진 플렉서블 인쇄 회로 구조체(120)의 실시형태를 도시한다. 구조체(120)는 도 17a 내지 도 17d의 실시형태와 비슷하게 캡톤 폴리이미드막 또는 이와 유사한 플렉서블 절연막과 같은 플렉서블 절연 기재로 형성될 수 있고 또한 하나 또는 그 초과의 집적된 플렉스 인쇄 커넥션들(110)을 포함할 수 있다. 도시된 실시형태들에서, 감지 전극들을 대면하여 아래로부터 보면(그리고 감지 전극들을 볼 수 있도록 센서들 위의 임의의 절연 보호층을 생략하면) 4개의 센서 쌍들이 하부 프로젝션 렌즈(104)를 중심으로 도 20d의 영역들(115)에 위치하게 배열된다. 센서 쌍들 대신에 단일의 센서들이 또한 사용될 수 있다. 센서들의 통합 및 배선 연결들은 매우 작은 센서들 및 배선들에 의해 도입된 커패시턴스들의 제어에 적용되도록 단순하고 강인한 연결들을 가능하게 한다. 도 21a는 원형 센서들을 갖는 실시형태를 도시한다. 도 21b는 영역(115)의 사용을 극대화하기 위해 사변형 형상의 센서들을 가진 실시형태를 도시한다(예를 들어, 도 9d에서 도시된 바와 같이 둥근 모서리들이 바람직하지만, 단순함을 위해 센서들이 날카로운 모서리들을 가진 것으로 도시된다).
도 21c는 센서들 뒤로부터의 각도에서 플렉서블 인쇄 회로 구조체(120)를 도시한다. 4개의 통합된 플렉스 커넥터들(110)이 폴딩되고 베이스층(120)으로부터 위쪽으로 연장된다. 원격 회로에 연결하기 위한 케이블들과의 연결을 위해, 전도성 트랙들이 각각의 센서의 센서 전극들로부터 플렉스 커넥터들(110)을 따라 연장되고, 이후 플렉서블 멤브레인들(122 및 123) 둘레로 연장된다. 위에서부터 베이스층이 보이고 플렉스 커넥터들(110)의 내면(110b) 상에 형성된 전도성 트랙들(114b)과 함께 센서들의 백 가드 전극들(35a, 35b)이 도시된다(백 가드 전극들이 보일 수 있도록 절연층들 및 임의의 차폐 전극들이 생략됨). 전도성 트랙들은 또한 플렉스 커넥터들(110)의 외면(110a) 상에도 형성될 수 있다. 전도성 트랙들은, 도 17a 내지 도 17d의 실시형태에서와 같이, 얇은 구리층 또는 다른 적절한 전도성 재료로 형성될 수 있고, 접착제를 이용하여 절연층에 고정될 수 있고, 무접착성 라미네이트로서 형성될 수 있고, 또는 절연층에 인쇄될 수 있다.
도 21d는 센서(30) 및 연관된 플렉스 커넥터(110)의 횡단면도이다. 센서를 원격 회로에 연결하기 위해 전도성 트랙들(114a-e)이 센서 전극들로부터 플렉스 커넥터(110)를 따라 연장된다. 이 실시형태에서, 전도성 트랙들(114a-e)은 동일한 재료로 형성되고 전극들의 연장으로서 센서 전극들에 통합된다. 전도성 트랙들은 센서의 전극들과 동일한 방식으로 층들로 배열된다. 절연층(34)은 플렉스 커넥터(110)에 대한 연장 부분을 포함한다. 전도성 트랙(114a)이 감지 전극(31)으로부터 연장되고, 둘 모두는 절연층(34) 상에 형성된다. 전도성 트랙(114b)은 백 가드 전극(35)으로부터 연장되고, 둘 모두는 절연층들(34 및 43) 사이에 형성되고, 전도성 트랙(114b)이 전도성 트랙(114a) 보다 폭이 더 넓어서 전도성 트랙(114b)은 전도성 트랙(114a)에 대해 사이드 가드 전극으로서 기능하는 주변부를 갖는다. 전도성 트랙(114a)은 감지 전극으로부터 신호를 반송하고 주위 환경에 있는 전도체들에 대하여 특정 커패시턴스를 가질 것이다. 전도성 트랙(114a)에 가까운 전도체들은, 이들이 센서의 감지 전극에 영향을 미치는 것과 동일한 방식으로 이 커패시턴스에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 전도성 트랙(114b)은 가까운 곳에 있는 전도체들로 인한 외란들을 감소시키기 위한 사이드 가드 전극으로서 역할을 하도록 설계된다.
센서가 차폐 전극을 포함하는 경우, 전도성 트랙(114d)이 차폐 전극(44)으로부터 연장되고, 둘 모두는 절연층들(43 및 38) 사이에 형성된다. 이 배열은, 감지 전극으로부터의 측정 신호를 반송하는 전도성 트랙(114a)의 길이 위로 차폐 전극의 효과를 확장시켜, 외부 영향들 및 거리 측정에 대한 외란들을 감소시킨다.
도 21c의 실시형태에서, 전도성 트랙들(114b 및 114d) 및 중간 절연층들이 플렉스 전도체들의 내면(110b)에 안쪽으로 연장된다. 유사한 배열이 플렉스 커넥터들의 외면(110a) 상에 복제될 수 있다. 절연 보호층(37)이 전도성 트랙(114a) 위로 플렉스 커넥터(110)를 따라 형성되어 연장될 수 있으며, 전도성 트랙(114c)은 이것의 양쪽에 연장되어 있는 주변부들과 함께 전도성 트랙(114a) 위로 플렉스 커넥터를 따라 연장된다. 이후, 전도성 트랙(114c)은 백 가드 전극에 연결되는 전도성 트랙(114b)에 전기적으로 연결될 수 있고, 따라서 전도성 트랙(114c)에 백 가드 전극과 동일한 전위가 제공된다. 전도성 트랙(114c)은 또한 백 가드 전극에 직접 연결되거나 몇몇 다른 수단에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
비슷하게, 다른 절연층(43a)이 전도성 트랙(114c) 위로 플렉스 커넥터를 따라 연장되어 형성될 수 있으며, 다른 전도성 트랙(114e)은 전도성 트랙(114c) 위로 플렉스 커넥터를 따라 연장된다. 전도성 트랙(114e)은 전도성 트랙(114d)에 또는 케이블 전도체에 전기적으로 연결되어 접지 전위, 바람직하게는 센서로부터 멀리 떨어져 있는 접지에 연결될 수 있다. 마지막으로, 보호층(38a)이 상부 위로 형성될 수 있다.
이 양면 배열에 의해, 감지 전극으로부터 신호를 반송하는 전도성 트랙(114a)이 백 가드 전극의 연장부들 사이에 효과적으로 샌드위치되고, 이 결합 구조체는 차폐 전극의 연장부들 사이에 샌드위치되므로, 외부 영향들 및 거리 측정에 대한 외란들을 크게 감소시킨다.
전도성 트랙들(114a-e)이 센서들로부터 멀리 떨어진 단부들에서 케이블로 연결되어 센서 신호들이 원격 회로들에 전송될 수 있다. 3축 케이블, 즉, 전도성 트랙(114a)에 연결된 중앙 케이블 전도체, 전도성 트랙들(114b 및 114c)에 연결된 중간 케이블 전도체, 및 전도성 트랙들(114d 및 114e)에 연결된 바깥쪽 케이블 전도체가 사용될 수 있다. 이러한 연결들은 위에 놓여있는 절연층들 내의 홀들을 통해 각각의 전도성 트랙의 금속의 콘택트 패드들을 노광시킴으로써 이루어질 수 있다.
도 21c에 도시된 센서 및 커넥터 구조체는 리소그래피 머신의 프로젝션 렌즈에 용량성 센서들의 어레이를 장착하고 용량성 센서들의 어레이를 연결하는 데에 적합하다. 이 배열은, 마지막 프로젝션 렌즈 엘리먼트가 탑재되고 프로젝션 렌즈의 초점 포인트와 매우 근접한 거리에 있는 동일한 마운팅 플레이트에 직접적으로 매우 작은 박막 용량성 센서들을 장착하기 위한 플렉서블 베이스층을 제공하는 것과 같이 몇 가지 목표들을 달성한다. 이 장착 방법은 감지 엘리먼트들과 프로젝션 렌즈 사이의 높이의 변화로 인한 센서 시스템의 교정 필요성을 제거한다. 센서 전극들로부터 연장되는 통합 커넥터들은 시스템의 커패시턴스의 최소 변화들을 도입하는 센서에 대해 견고한 전기 연결들을 생성하여, 센서에 대한 연결들에 있어서의 변화들로 인한 교정 필요성을 제거한다.
이것은 인-시츄 교정이 필요없는 매우 단순한 시스템을 제공한다. 센서들의 나머지 커패시턴스가 결정되고(무한대로 측정함으로써, 즉, 센서의 전면에 웨이퍼를 두지 않고 측정함으로써 단순하게 실시될 수 있음) 이후 오프셋될 수 있다. 센서들의 나머지 커패시턴스가 본질적으로 고정되어 있기 때문에 센서들의 추가적인 교정이 필요하지 않다. 고정된 연결 구조체 및 3축 케이블에 의해 연결들의 이동 및 변화가 크게 제거되기 때문에 (예를 들어, 배선의 작은 이동들로 인한)기생 커패시턴스들이 용이하게 낮게 유지된다. 결과적으로 얻어진 구조체는 리소그래피 머신 내에 용이하게 부착되고 길이의 재교정 없이 센서들 또는 결합된 프로젝션 렌즈 플러스 센서 구조체의 제거 및 교체를 용이하게 한다.
전기 회로들
도 22는, 하나 또는 그 초과의 센서 프로브들(30), 신호 처리 시스템(300) 및 신호들을 센서 프로브들로부터 신호 처리 시스템으로 전달하기 위한 연결 시스템(302)을 포함하는 센서 시스템(300)을 도시한다. 신호 처리 시스템(301)은 센서 프로브들을 구동하기 위한 전류원 또는 전압원 회로, 원시 센서 신호를 증폭하기 위한 증폭기/버퍼, 센서 가드 전극들을 바이어싱하고 케이블 전도체들을 연결하기 위한 회로, 프로브들로부터 수신된 신호들을 처리하고 처리된 신호들을 측정된 데이터로서 출력시키기 위한 신호 처리 회로, 및 시스템을 교정하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 연결 시스템(302)은 신호 처리 회로에 센서들을 연결하는 케이블들을 포함할 수 있다.
시스템의 각각의 부분은 측정 에러들 및 감도를 감소시키는 인자들의 다양한 타입들에 대한 소스일 수 있다. 센서 전극 및 기타 컴포넌트들의 기하학 구조에서의 불규칙성들 및 부정확성의 원인이 되는 제조 프로세스의 한계들 및 프로브들의 유한 기하학적 구조로 인해 센서 프로브들에 의해 에러들이 도입된다. 센서 프로브의 구조체로 인한 고유/기생 커패시턴스들, 및 프로브들 가까이에 있는 기타 컴포넌트들과의 상호작용은 센서들의 감도를 감소시킬 수 있다.
탑재 표면 또는 프로브들의 기울기 또는 비-평탄도, 위치에서의 허용 오차들 및 탑재와 관련된 다른 인자들의 결과로서, 프로브들의 탑재에 의해 에러들이 도입될 수 있다. 신호 처리 에러들, 컴포넌트 허용 오처들, 외부 또는 내부 간섭, 및 다른 인자들로 인하여, 처리 신호 처리 시스템에 의해 에러들이 도입될 수 있다. 또한, 연결 시스템에 의해 에러들이 도입될 수 있는데, 이를 테면, 연결 라인들, 콘택트 패드들, 연결 배션들 및 케이블링과 같은 연결 컴포넌트들에 의해 도입된 추가적인 커패시턴스들이다.
센서와 타겟 사이의 거리를 나타내는 센서들의 커패시턴스의 변화를 검출하기 위해서, 다양한 증폭기 구성이 사용될 수 있다. 도 23a는 기본 고-임피던스 증폭기 회로의 단순화된 회로도이다. 고 입력 임피던스 증폭기는 증폭기(305)의 통합 이득 비반전 구성을 사용한다. AC 전류원(306)이 센서 프로브(30)와 병렬로 증폭기의 입력으로서 연결된다. 회로는, 센서 브로브(30)와 타겟(9) 사이의 거리에 의해 변하는 커패시턴스의 변화에 비례하는 선형 출력(309)을 생성한다.
센서(30)는 증폭기의 입력과 접지 또는 가상 접지 사이에 연결된다, 즉, 측정되는 커패시턴스의 일 전극이 접지에 연결된다. 그러나, 웨이퍼에 대한 거리 측정치에 있어서, 센서의 감지 전극은 측정된 커패시턴스의 일 전극을 형성하는 반면 웨이퍼 내 전도성층은 다른 전극을 형성한다. 웨이퍼(9)의 전도성층은 통상적으로, 웨이퍼 테이블(134) 및 다른 리소그래피 머신 컴포넌트들을 통해 접지에 용량 결합된다. 웨이퍼와 접지 사이의 커패시턴스는 통상적으로 6pF 또는 70nF 사이에서 변하고, 센서 커패시턴스의 공칭 값은 통상적으로 0.1pF 내지 1pF 사이에 있다. 센서(30)와 웨이퍼(9) 사이의 거리의 작은 변화들을 정확하게 측정하기 위해서, 센서의 공칭 커패시턴스보다 적어도 1000 배 더 큰 웨이퍼 대 접지 커패시턴스를 가질 필요가 있다. 웨이퍼 대 접지 커패시턴스의 변화 범위가 상당히 크기 때문에, 이 커패시턴스에서의 작은 변화들이 거리 측정에 영향을 줄 수 있다. 웨이퍼 대 접지 커패시턴스가 센서의 공칭 커패시턴스보다 적어도 1000배 더 크지 않은 경우, 웨이퍼 대 접지 커패시턴스에서의 작은 변화들은 측정된 커패시턴스에서의 변화들을 그리고 거리 측정에서의 원하지 않는 변화들을 야기할 것이다.
차동 측정 원리에서, 도 23b에 도시된 바와 같이 차동 쌍의 2개의 센서들(30a, 30b)은 180도 이위상인 전류원들(306a, 306b)에 의해 구동된다. 하나의 프로브를 통과하는 전류는 타겟의 전도성층을 통해 경로를 찾는다. 가상 접지, 즉, 전류 경로에서의 최저 전위 또는 일정한 전위가 전류 경로의 중앙에서 생성된다. 센서들과 타겟의 전도성층 사이의 거리의 변화에 대응하는 전압 신호들을 측정하기 위해 고 임피던스 증폭기들(305a, 306b)이 사용된다. 이 차동 측정 원리는 웨이퍼 대 접지 임피던스의 변화와 무관하게 거리 측정을 하게 한다.
도 24a는 전압원과 함께 센서(30)를 바이어싱하기 위한 대안적인 회로를 도시한다. 2개의 고정 임피던스들(71 및 72), 가변 커패시턴스(73) 및 센서(30)(가변 커패신턴스로 도시됨)가 전압원(306)에 의해 동력을 공급받는 휘스톤 브리지 배열로 배열된다. 이 브리지는 병렬 회로로 배열된 2개의 레그들을 가지며, 임피던스(71) 및 가변 커패시턴스(73)가 제 1 노드에서 함께 연결되어 하나의 레그를 형성하고, 임피던스(72) 및 센서(30)가 제 2 노드에서 연결되어 다른 레그를 형성한다. 브리지의 각각의 레그의 중간 지점에 있는 두 개의 노드들이 차동 증폭기(75)의 2개의 입력들에 연결되고, 차동 증폭기(75)는 노드들 양단, 즉, 가변 커패시턴스(73)와 센서(30) 양단의 전압 차를 측정한다. 가변 커패시턴스는 차동 증폭기의 널(null) 값을 조정하기 위해 튜닝될 수 있고, 자동화된 교정 알고리즘에 의해 조정될 수 있다.
브리지 컴포넌트들 및 차동 증폭기가 센서에 위치될 수 있다. 도 17a 내지 도 17d에 도시된 바와 같이 플렉스 인쇄 구성과 함께 사용될 경우, 고정 임피던스들(71, 72)이 센서와 동일한 플렉서블 베이스층 상에 형성될 수 있다. 가변 커패시턴스(73)는 가변 커패시턴스 다이오드(가변용량(varicap)) 또는 다른 적절한 컴포넌트를 이용하여 형성될 수 있다. 가변 커패시턴스(73)는 또한 베이스층 상에 장착된 또는 형성된 컴포넌트로서 플렉서블 베이스층 상에 집적될 수 있고, 또는 구리 또는 절연층들을 이용하여 플렉서블 구조체 그 자체에 집적될 수 있다. 차동 증폭기가 베이스층 상에 형성될 수 있지만, 상술된 진공 환경의 액티브 컴포넌트에 관한 고려 사항들도 또한 적용한다. 차동 증폭기가 멀리 떨어져서 위치되고 센서 및 가변 커패시턴스에 대한 연결을 위해 동일한 케이블 길이가 사용되는 경우, 유효 케이블 커패시턴스가 제거될 수 있고 공통 모드 외란들이 소거될 수 있다.
도 24b는 차동 센서 쌍에 대해 구현된 도 24a의 회로를 도시한다. 이 쌍의 각각의 센서(30a, 30b)가 고정 임피던스(71, 72)에 연결되고, 전압원(306a, 306b)에 의해 바이어싱된다. 이제, 고정 커패시턴스들(71 및 72) 및 센서 쌍(30a 및 30b)(타겟 상의 전도성 웨이퍼 레지스트를 통해 연결됨)에 의해 휘스톤 브리지 배열이 형성된다.
도 25는 고 임피던스 증폭기 회로들을 구비하는, 차동 측정을 이용한 실시형태를 도시한다. 2개의 센서들(30a, 30b)이 차동 쌍으로 배열된다. 센서(30a)의 감지 전극(31a)은 AC 전류원(306a)에 의해 구동되고, 센서(30b)의 감지 전극(31b)은 AC 전류원(306b)에 의해 구동된다. 2개의 전류원들(306a, 306b)은 서로 180도 이위상이다. 2분의 1 사이클 동안, 전류(307)는 센서(30a) 및 센서-대-타겟 커패시턴스(16a)를 통과하고, 타겟(9)의 전도성층을 통과하고, 센서-대-타겟 커패시턴스(16b)를 통과하고 그리고 센서(30b)를 통과하여 일 방향으로 흐른다. 다음 하프 사이클 동안 전류는 역 방향으로 흐른다.
*증폭기/버퍼(305a)는 추가적인 처리를 위해 출력 신호(309a)를 생성하는 센서(30a)의 원시 출력 전압을 증폭한다. 출력(309a)은 또한 센서(30a)의 사이드 가드 전극(32a) 및/또는 백 가드 전극(35a)으로 피드백될 수 있다. 이는 감지 전극에 존재하는 것과 동일한 전압으로 가드 전극들에 동력을 공급함으로써 액티브 가딩을 구현하므로, 감지 전극과 가드 전극 사이에 형성된 전기장이 없고, 따라서, 감지 전극과 타겟 사이의 전기장이 최대한 균일하다. 유사하게, 증폭기/버퍼(305b)는 센서(30b)의 원시 출력 전압을 증폭하여 출력 신호(309b)를 생성하고, 액티브 바이어싱 신호를 센서(30b)의 가드 전극들에 제공한다. 출력 신호들(309a, 309b)은 각각 동기 검출기 회로들(330a, 330b)로 입력될 수 있다.
증폭기들(305a, 305b)은 바람직하게는, 특히, 가드 전극들의 액티브 바이어싱이 구현되는 경우 센서들(30a, 30b)에 가깝게 위치되어, 센서들로부터 신호 처리가 일어나는 원격 위치로 케이블링함으로써 도입된 추가적인 커패시턴스들에 의해 야기된 에러들의 도입을 방지한다. 진공에서 동작하는 리소그래피 머신에 대한 용량성 센서 적용들에 있어서, 액티브 컴포넌트들을 센서들에 가깝게 두는 것은 통상적으로 이러한 컴포넌트들을 진공 챔버에 놓을 것을 요구하는데, 이는 (전도에 의한 열 전달이 여전히 진공에서 일어나더라도) 진공 내 복사에 의한 열 전달의 부족으로 인한 열 소실 문제들을 발생시킬 수 있다. 이러한 이유 때문에, 전류원들(306a, 306b) 및 동기 검출기들(330a, 3030b)과 같은 추가적인 신호 처리 회로들이 진공 챔버 외부의 센서들로부터 멀리 떨어지게 위치될 수 있다. 그러나, 액티브 컴포넌트들로부터 열이 전도되어 사라지는 것을 허용하는 구성에서, 더 낮은 측정 에러를 달성하기 위해서 증폭기들(305a, 306b)이 센서들에 가깝게 진공 챔버에 위치되는 것이 바람직하다.
도 26은 동기 검출기 회로(330)의 일 실시형태를 도시한다. 레퍼런스 오실레이터(331)는 레퍼런스 주파수(f1)를 생성하는데, 이 레퍼런스 주파수(f1)는 센서를 구동하기 위한 교류 전류(332)를 생성하는 전류원(306)에 의해 사용되고, 레퍼런스 주파수와 관련하여 위상 시프트를 갖는 (또한 주파수 (f1)에서) 레퍼런스 신호(334)를 생성하는 위상 시프터(333)에 의해 사용된다. 동기 검출기 회로(330)와 센서 사이의 케이블링에서 그리고 감지 배열 내에서 발생하는 위상 시프트 때문에, 레퍼런스 신호(334)의 위상 시프트는 센서로부터의 신호(309)와 레퍼런스 주파수 사이의 위상 시프트와 동일하게 튜닝된다.
주파수(f2)에서 센서로부터의 출력(309)은 입력 버퍼(335)에 대한 입력이다. 승산기(337)는 주파수(f2)에서 버퍼링된 또는 증폭된 입력 신호(336)를 수신하고 주파수(f1)에서 레퍼런스 신호(334)를 수신한다. 승산기(337)로부터의 출력은 2개의 입력 주파수들의 합(f1+f2) 및 2개의 입력 주파수들 간의 차(f1-f2)의 컴포넌트들을 포함할 것이다. 승산기(337)로부터의 출력이 더 높은 주파수들을 필터링해 내는 저역 통과 필터(338)를 통해 통과되어 2개의 입력 주파수들 사이의 차(f1-f2)를 나타내는 저 주파수 컴포넌트를 남긴다. 이 신호는 증폭기(339)에 의해 증폭되어 측정 신호(340)가 생성된다. 이 측정 신호(340)는 센서에 의해 측정된 임피던스의 변화를 나타내는데, 이는 센서와 타겟 사이의 거리의 변화에 의존한다.
상기 언급된 바와 같이, 센서들 및 신호 처리 회로들을 구동하기 위한 전류원 회로들이 센서들로부터 멀리 떨어져서 위치될 수 있다. 그러나, 센서들을 원격 회로들에 연결하기 위해 사용되는 케이블링 연결은 시스템에서 추가적인 바람직하지 않은 커패시턴스들을 도입시킬 것이다. 도 27은 센서 시스템의 커패시턴스들을 도시하는 도면이다. 커패시턴스(Cin)는 케이블 커패시턴스 플러스 전류원(306)의 출력 커피시턴스를 나타내고, 커패시턴스(Cs)는 측정될 센서-대-타겟 커패시턴스 플러스 센서 및 센서 연결 라인들의 고유(기생) 커패시턴스를 나타내고, 커패시턴스(Cout)는 케이블 커패시턴스 플러스 버퍼(305)의 입력 커패시턴스를 나타낸다. 큰 스트레이(stray) 커패시턴스들은 센서의 감도를 감소시킬 것이기 때문에, 스트레이 커패시턴스들(Cin 및 Cout)은 Cs 및 측정될 센서-투-타겟 커패시턴스와 비교하여 작아야한다.
센서들을 신호 처리 회로들에 연결하는 케이블의 커패시턴스는 클 수 있고 센서의 감도에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 이 문제점을 감소시키거나 제거하기 위해서 케이블 전도체들을 위해 액티브 가딩이 사용될 수 있다. 도 28a는 센서(30)를 신호 처리 회로(330)에 연결하는 케이블(350)을 구비한 배열을 도시한다. 도시된 배열에서, 증폭기/버퍼(305)는 (수직 점선의 왼쪽으로) 센서(30) 가까이에 위치되고 전류원(306)은 (수직 점선의 오른쪽으로) 센서로부터 멀리 떨어져서 위치된다. 전류원(306)은 케이블의 중앙 전도체(351)를 경유하여 센서(30)로 전류를 전송한다. 버퍼(305)는 센서의 감지 전극들에 존재하는 것과 동일한 전압으로 동축 전도체(352)에 동력을 공급한다. 중앙 전도체(351) 및 동축 전도체(352)가 이들에 대한 동일한 전압을 가지고 있기 때문에, 전도체들 사이의 임의의 스트레이 커패시턴스의 영향을 효과적으로 무효화시킨다.
도 28b는 케이블(350)의 전도체들과 센서(30)의 전도성 전극들 사이의 연결들을 도시한다. 중앙 전도체(351)가 감지 전극(31)에 연결되고, 내부 동축 전도체(352)가 백 가드 전극(35)에 연결되고, 외부 동축 전도체(353)가 차폐 전극(44)에 연결된다.
이 실시형태의 케이블은 차폐로서 기능하는 제 3 동축 전도체(353)를 갖는 3축 케이블이다. 이 차폐는 바람직하게는, 케이블의 원격 단부에서, 예를 들어, 회로(330)에서 별개의 접지에 연결된다. 이 접지는 단지 차폐 접지일 뿐이고 바람직하게는 센서에서 어느 접지에도 연결되지 않는다.
이 배열에 대한 많은 대안들이 가능하다. 예를 들어, 비-동축 케이블도 또한 사용될 수 있고, 버퍼(305)가 센서로부터 멀리 떨어져서 위치되어 신호 처리 회로들(330) 가까이에 있는 케이블들(350)의 원단(far end)으로부터 전도체(352)에 동력이 공급될 수 있다.
센서 및 신호 처리 회로의 물리적 분리는 종래의 설계들에서는 회피되었는데, 종래의 설계들에서 센서들 및 회로는 하나의 제조자에 의해 함께 공급되었고 전자 회로들을 센서와 일치시키고 비-선형성을 방지하기 위해 일 세트로서 공장에서 함께 교정되었다. 여기에 기술된 시스템에서, 자동화된 스크립트는, 예를 들어, 웨이퍼 테이블을 알려진 위치들로 이동시키고 센서들로부터 측정치들을 획득함으로써, 웨이퍼 테이블 제어 시스템과 함께 사용되어 신속하게 감지 시스템을 교정할 수 있다. 이것은 센서 및 신호 처리 회로를 일치된 쌍으로서 다룰 필요성을 제거하고, 신호 처리 회로를 또한 교체하지 않고 센서를 교체할 수 있게 하고, 유지 보수를 크게 단순화시키고, 리소그래피 머신을 위한 비생산적인 시간을 감소시키므로 처리량을 증가시킨다.
도 29는 동기 회로(360)의 다른 실시형태를 도시한다. 디지털 레퍼런스 오실레이터(376)는 레퍼런스 주파수(f1)를 생성하고, 이 레퍼런스 주파수(f1)는 믹서(372)에 입력되는 레퍼런스 신호를 형성하고, 또한 디지털 위상 시프터(377)로 공급되어 위상 지연을 도입시킨다. 위상 지연 레퍼런스 주파수가 디지털-아날로그 변환기(378)에 의해 아날로그 신호로 변환되고, 이 아날로그 위상 지연 신호는 센서(30)에 동력을 공급하는 전류원(306)을 구동시킨다. 위상 지연은 감지 시스템 및 케이블(350)에서 발생하는 위상 시프트와 같게, 동기 검출기 회로에 대한 입력에서 레퍼런스 주파수(f1)와 센서 시스템 출력 신호(361) 사이의 위상차와 같게 튜닝된다. 위상 지연은, 최대 출력이 믹서(372)로부터 획득될 때까지 위상 시프터(377)를 조정함으로써 설정될 수 있다. 감지 시스템에서의 위상 시프트 및 케이블은 센서의 커패시턴스가 변경될 때조차도 일정하게 유지되어야 한다는 것을 주목한다.
입력 버퍼(362)는 센서 신호(361)를 수신하고, 버퍼링된 신호가 대역 통과 필터(363)로 입력되어 신호로부터 노이즈와 간섭이 제거된다. 필터링된 신호는 아날로그-디지털 변환기(364)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 이후, 디지털 처리가 사용되고, 따라서 회로(360)는 신호들의 아날로그 및 디지털 처리의 최상의 특징들을 사용하기 위해 신호들의 아날로그 및 디지털 처리를 결합한다. 이후, 디지털 필터링된 센서 신호가 2개의 차동 출력들을 갖는 싱글-입력 차동-출력, 차동 증폭기(또는 위상 스플리터)(371)로 입력되는데, 하나는 입력 신호와 동위상이고 다른 하나는 입력 신호와 180도 이위상이다. 믹서(372)는 (주파수 f2의) 차동 출력들 및 (주파수 f1의) 레퍼런스 신호를 수신한다. 입력 주파수들(f1(레퍼런스 주파수) 및 f2(센서 신호(361)의 주파수))이 믹서(372)에서 제거되고 믹서 출력은 입력 주파수들의 합과 차(즉, f1+f2 및 f1-f2)의 주파수들을 가진 컴포넌트들을 포함한다. 저역 통과 필터(373)는 레퍼런스 주파수와 센서 신호 주파수 간의 차(f1-f2)를 나타내는 저 주파수 컴포넌트를 남겨두고 주파수들의 합을 필터링한다. 주파수들(f1 및 f2)이 같고 동위상인 경우, 믹서는 센서 신호(361)의 진폭(센서 커패시턴스에 비례함)에 비례하고 센서와 타겟 사이의 거리에 비례하는 DC 값을 출력한다. 증폭기(374)는 저역 통과 필터로부터의 출력을 증폭하고 이후 이것이 제어 시스템으로 입력될 수 있다.
동기 검출기 회로를 센서 시스템에 대해 자동으로 교정하기 위해서 교정 알고리즘이 사용될 수 있다. 이 알고리즘은 위상 지연이 증가하거나 감소하는 단계들에서 디지털 위상 시프터(377)를 조정하고, 믹서(372)의 출력을 모니터링한다. 위상-시프터는, 믹서(372)의 출력에서 최대값이 달성될 때까지 조정되는데, 최대값 달성이란 레퍼런스 신호와 센서 신호가 동위상인 것을 나타낸다.
동기 검출 회로의 디지털 처리는, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)를 이용하여 구현될 수 있고, 또한, FPGA에서 또는 FPGA와 함께 작동하는 소프트웨어에서 교정 알고리즘이 구현될 수 있다.
자동화된 교정을 이용하는 이러한 설계는, 센서 또는 센서들로부터의 측정 신호들을 처리하는 신호 처리 회로를 또한 교체하거나 재교정할 필요없이 센서 또는 센서들의 어레이를 교체할 수 있게 한다. 종래의 센서 시스템 설계들은 일치된 세트로서 공장에서 함께 교정된 센서들 및 신호 처리 회로를 수반하므로, 센서의 교체는 신호 처리 회로의 교체를 또한 필요로 한다. 자동화된 교정 알고리즘은 센서들로 하여금 신호 처리 회로들과 무관하게 교체되고, 기존의 신호 처리 회로들에 의해 새로운 센서들이 신속하게 교정될 수 있게 하여, 리소그래피 머신에 대한 유지 보수를 크게 단순화시키고 비생산적인 시간을 감소시킨다. 이것은 리소그래피 머신의 작동하지 않는 시간을 적게 하고 결과적으로 리소그래피 머신의 더 높은 처리량을 가능하게 한다.
도 30은 센서들(30a, 30b)의 차동 쌍에 대한 처리 회로의 단순화된 도면이다. 센서들은 180도 이위상으로 동작하는 전류(또는 전압) 소스들(306a, 306b)에 의해 바이어싱된다. 각각의 센서(30a, 30b)의 출력은 각각 동기 검출기 회로들(360a, 360b)로 공급되고, 동기 검출기 회로들의 출력들은 가산 기능을 구현하는 회로(380)로 입력된다. 동기 검출기 회로 출력부들의 출력들은 180도 이위상이므로, 감산은 2개의 동기 검출기 회로 출력들로부터 공통 모드 간섭을 제거하는 한편 센서 신호들을 유지하도록 동작한다.
리소그래피 머신에 대한 웨이퍼의 위치선정의 제어를 위해 용량성 센서들이 사용될 수 있다. 도 31은 이러한 제어 시스템의 개략도이다. 센서들(30)은 리소그래피 머신의 프로젝션 렌즈(104)와 이동가능한 웨이퍼 테이블(134) 상에 놓인 웨이퍼(9) 사이의 거리와 관련된 거리를 측정한다. 이 배열에서, 센서들은 프로젝션 렌즈들에 고정된 관계로 장착되므로, 프로젝션 렌즈와 웨이퍼 사이의 거리는 센서들과 웨이퍼 사이의 측정된 거리로부터 결정될 수 있다. 센서 신호들이 신호 처리 유닛(301)으로 전송되고, 신호 처리 유닛에 의해 출력된 측정된 데이터가 제어 유닛(400)으로 전송된다. 제어 유닛(400)은 웨이퍼 테이블의 z-축(수직) 이동을 제어하여 리소그래피 머신의 프로젝션 렌즈의 초점 평면에서 웨이퍼를 유지하기 위해 사용될 수 있으므로, 머신에 의해 생성된 하전된 입자 빔렛들이, 웨이퍼가 x 및 y 축으로 이동함에 따라 웨이퍼의 표면에 초점이 맞게 유지된다.
웨이퍼가 이동됨에 따라 다양한 지점들에서 프로젝션 렌즈와 웨이퍼 사이의 거리를 정확하게 결정하기 위해서 제어 시스템과 함께 센서 시스템이 사용될 수 있다. 이것은 시스템으로 하여금 웨이퍼의 표면의 토폴로지를 결정할 수 있게 하는데, 즉, 웨이퍼퍼의 기울기 또는 보우의 존재 또는 웨이퍼의 표면 내 다른 불규칙성들을 검출할 수 있게 한다. 웨이퍼 표면은 대부분 결코 완전히 편평하지 않다. 통상적인 웨이퍼는 클램핑하지 않고 최대 50㎛의 웨이퍼의 보우를 가질 수 있다. 웨이퍼 보우 이외에도, 웨이퍼 표면은 그의 표면 위에 다른 불균일성들을 가질 수 있다. 웨이퍼 보우 및 다른 불균일성들은 웨이퍼의 높이 변화들을 발생시키는데, 웨이퍼의 높이 변화는 웨이퍼 표면이 프로젝션 렌즈의 초점 평면에 있지 않게 한다. 이 높이 변화를 수정하기 위해서 제어 시스템이 사용되어, 광학 또는 입자 노광 빔들을 웨이퍼에 초점을 맞추는데 사용된 프로젝션 렌즈의 초점 평면에 웨이퍼 표면이 있게 유지시킬 수 있다. 웨이퍼 테이블의 수직 위치는 이 센서들로부터 전송된 신호들을 이용하여 웨이퍼 표면의 이러한 높이 변화를 보상하도록 조정될 수 있다.
시스템은 미리 측정들을 수행하기 보다는 웨이퍼를 처리(예를 들어, 노광)하면서 웨이퍼의 토폴로지를 측정하도록 설계된다. 이는 전체 웨이퍼 처리 시간을 감소시키고 처리량을 감소시킨다.
일 실시형태에서, 배열에는, 도 32a에 도시된 바와 같이, 프로젝션 렌즈를 중심으로 정사각형 매트릭스로 8개의 센서들이 사용된다. 이 배열은 웨이퍼 기울기, 웨이퍼 보우 및 다른 불규칙성들의 측정을 가능하게 하고 웨이퍼의 노광이 웨이퍼의 단일 스캔으로 이루어지게 한다. 통상적인 배열에서, 웨이퍼는 기계 스캔 방향으로 이동되는 한편 리소그래피 머신의 광학 또는 하전된 입자 빔들이 웨이퍼의 표면 위로 스캔되어 노광 패턴에 따라서 웨이퍼를 노광시킨다.
도 32a의 실시형태에서, 웨이퍼가 기계 스캔 방향(405)으로 이동됨에 따라서, 센서들(A-C)의 제 1 열은, 센서들(A, B 및 C)에 대응하게, 웨이퍼의 표면 상에서 일 라인으로 있는 3개의 지점들에서 웨이퍼 표면에 대한 거리를 측정한다. 웨이퍼 위치의 기울기의 존재 및 규모, 웨이퍼의 보우, 또는 다른 표면 불규칙성들은 센서 B로부터의 측정치를 센서들(A 및 C)로부터의 측정치들과 비교함으로써 계산될 수 있다. 웨이퍼의 기울기, 보우 또는 상기 라인을 따라 있는 불규칙성의 계산된 값이 제어 시스템의 메모리에 저장된다. 웨이퍼가 일 방향(405)으로 진행함에 따라, 센서들(A-C)에 의해 미리 측정된 라인이 프로젝션 렌즈(104) 아래로 떨어지고 노광될 준비가 된다. 프로젝션 렌즈의 양쪽에 있는 센서들(D 및 E)은 센서들(A 및 C)에 의해 미리 측정된 라인 상의 지점들에 대해 거리를 측정한다. 이제, 프로젝션 렌즈 아래 지점에서의 웨이퍼의 높이가 센서들(D 및 E)로부터의 현재 측정치들 및 저장된 값에 기초하여 계산될 수 있다. 제어 시스템은 프로젝션 렌즈 아래 지점에서의 웨이퍼의 높이의 이 계산을 사용하여 웨이퍼 테이블의 높이를 조정하여 웨이퍼의 표면이 프로젝션 렌즈의 초점 평면에서 유지되게 보장할 수 있다. 이것은 웨이퍼의 표면에서의 기울기, 보우 또는 다른 불규칙성들에 대한 보상이 웨이퍼의 단일 스캔으로 측정되고 수정되게 할 수 있다.
상술된 동일한 프로세스가 기계 스캔 방향들 둘 모두(즉, 웨이퍼가 방향(405)으로 이동하고 있거나 방대 방향으로 이동하고 있는 경우)에서 사용될 수 있도록, 센서들(F-H)의 제 3 열이 제공된다. 도 32a는 8개의 센서들의 매트릭스를 도시하지만, 상술된 방법은 상이한 수의 센서들로 구현될 수 있다. 또한, 도 32a에 도시된 각각의 센서는 각각의 지점(A-H)에서 차동 측정을 하게 하는 센서들의 차동 쌍일 수 있다.
프로젝션 렌즈(104)의 8개의 센서들이 차동 쌍들을 이루어 4개의 모서리들에 있는 배열을 가진 다른 실시형태가 도 32b에 도시된다. 이 배열은, 예를 들어, 웨이퍼 보우를 수용가능한 값으로 감소시키기 위해 노광 동안 웨이퍼가 충분히 잘 클램핑되는 리소그래피 시스템들에 대하여 적합하다. 그러나, 심지어 매우 편평한 테이블 표면과 웨이퍼 테이블에 대하여 웨이퍼를 편평하게 홀딩하는 우수한 클램핑이 있더라도, 웨이퍼 및 웨이퍼 표면 상의 레지스트 층의 변화들로 인한 웨이퍼 표면의 변화는 여전히 존재할 것이다. 이 실시형태에서, 웨이퍼가 기계 스캔 방향(405)으로 이동됨에 따라, 센서 쌍들(A 및 B)을 포함하는 제 1 열은, 위치들(A 및 B)에 대응하여 웨이퍼의 표면 상의 일 라인에 있는 2개의 지점들에서 웨이퍼 표면에 대한 거리를 측정한다. 또한, 측정치들은 위치들(C 및 D)에서 센서 쌍들(C 및 D)에 의해 획득될 수 있다.
지점들(A, B, C 및 D)에서의 웨이퍼에 대한 거리, 웨이퍼에 대한 평균거리, 및 웨이퍼의 기울기의 존재 및 규모(예를 들어, 스캐닝 방향에서의 웨이퍼 기울기 및 다른 방향들에서 웨이퍼 기울기)가 계산되고, 제어 시스템의 메모리에 저장될 수 있다. 이러한 측정들로부터 프로젝션 렌즈(104)의 중심과 웨이퍼의 표면 사이의 거리가 계산될 수 있다.
도 32c는 프로젝션 렌즈와 웨이퍼의 표면 사이의 거리 및 웨이퍼의 표면에 걸친 기울기 값들을 결정하기 위한 측정 방법을 도시한다. 노광에 앞서, 몇 가지 미리결정된 위치들에서의 웨이퍼의 국부적인 경사도들이, 예를 들어, 도 32c에 도시된 바와 같이 중앙에서 그리고 웨이퍼에 대한 주변 둘레로 4개의 등거리 위치들에서 측정된다. 웨이퍼 테이블은, x 방향에서 웨이퍼 테이블의 기울기 Rx를 그리고 y 방향에서 웨이퍼 테이블의 기울기 Ry를 조정하도록 제어가능하다. 측정들 동안, 웨이퍼 테이블의 기울기(Rx 및 Ry)는 상수 값으로 유지된다.
측정 결과들을 이용하여, 웨이퍼의 가능한 최대 면적이 처리 유닛에 의해 노광되도록 높이 맵이 계산된다. 높이 맵으로부터, 노광 동안 웨이퍼 테이블을 작동시켜 웨이퍼 테이블을 기울어지게 하여 웨이퍼의 표면 위의 높이 변화들을 수정하기 위해 기울기 수정 값들(Rx(x,y) 및 Ry(x,y))이 계산된다. x 방향 및 y 방향에 대한 전체 노광을 위해 일정한 기울기 수정 값이 계산될 수 있는데, 즉, 노광에 대해 Rx(x,y)가 상수 값이고 Ry(x,y)는 (어쩌면 상이한) 상수 값이다. 또한, 웨이퍼의 상이한 영역들에 대하여 다수의 기울기 수정 값들(Rx 및 Ry)이 계산되고, 각각의 영역이 노광될 경우 웨이퍼 테이블이 그에 맞게 조정되는 경우 더욱 복잡한 계산이 수행될 수 있다.
노광 동안, x 방향 및 y 방향의 웨이퍼 테이블의 기울기는 계산된 기울기 수정 값들(Rx 및 Ry)에 따라서 제어된다. 이는, 예를 들어, 웨이퍼 테이블 위치 및 기울기의 피드백을 위한 간섭계 신호들을 이용하여 성취될 수 있다. 이후, 단지 z-방향 데이터, 즉, 프로젝션 렌즈와 웨이퍼 표면 사이의 거리만을 생성하기 위해 레벨 센서들이 사용될 수 있다.
이 절차는, 상술된 인-라인 측정 방법 및 웨이퍼에 대한 z 방향 거리가 다양한 위치들에서 측정되고 x 방향 및 y 방향에서의 웨이퍼 표면의 전체적인 기울기가 계산되는 사전 웨이퍼 맵핑 방법과 달라질 수 있다. 이후, 웨이퍼의 스캐닝 동안, 공칭적으로 평행하게 웨이퍼 표면을 리소그래피 컬럼의 광학 축을 가로질러 프로젝터 헤드에 위치시키기 위해서, 노광에 앞서 임의의 이러한 기울기를 최적으로 수정하기 위해 웨이퍼 테이블이 조정된다. z 방향의 변화, 즉, 프로젝션 렌즈와 웨이퍼 표면 사이의 거리의 변화에 적응하기 위해서 스캐닝 동안 웨이퍼 표면의 계산된 높이 맵이 사용될 수 있다. z 방향 값들은 사전에 결정된 높이 맵으로부터 또는 측정된 값들 사이에 내삽법을 이용함으로써 직접 발견될 수 있다.
상기 논의된 특정 실시형태들에 대한 참조로서 본 발명이 설명되었다. 당업자가 이해하게 되는 바와 같이, 여기에 설명된 실시형태들 중 임의의 실시형태와 함께 사용될 수 있는 다양한 구성들 및 대안들이 설명되었다는 것을 주목한다. 또한, 이러한 실시형태들은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 당업자에게 잘 알려진 여러 가지 변경들 및 대안적인 형태들이 되기 쉽다는 것을 인식하게 될 것이다. 따라서, 특정 실시형태들이 설명되었지만, 이들은 단지 예시들일 뿐이고 첨부된 청구항들에서 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.

Claims (29)

  1. 리소그래피 시스템으로서,
    최종 프로젝션 렌즈를 포함하는 프로젝션 렌즈 시스템; 및
    상기 최종 프로젝션 렌즈와 타겟 사이의 거리에 관하여 측정을 수행하기 위한 용량성 감지 시스템 ― 상기 용량성 감지 시스템은 적어도 하나의 용량성 센서를 포함함 ― 을 포함하며,
    상기 용량성 감지 시스템은 상기 적어도 하나의 센서와 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 포함하는 플렉서블 인쇄된 회로 구조를 포함하며 ― 상기 플렉서블 인쇄된 회로 구조는 상기 적어도 하나의 센서와 전도성 트랙들을 위한 전도성 전극들이 제공되는 플렉서블 베이스를 포함함 ― ; 그리고
    상기 전도성 트랙들은 상기 전극들로부터 상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 따라 연장되는,
    리소그래피 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터는 상기 플렉서블 베이스로부터 위쪽으로 연장되고 접히는,
    리소그래피 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터는 원격 회로에 연결하기 위한 플렉서블 멤브레인과 연결되며, 그리고 상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 따라 연장되는 상기 전도성 트랙들은 추가적으로 상기 플렉서블 멤브레인을 따라 연장되는,
    리소그래피 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터는 접히는,
    리소그래피 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 플렉서블 베이스는 바깥쪽 에지를 갖는 원형 링의 형태를 취하며, 그리고 둘 또는 그 초과의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터들은 상기 원형 링 형태의 플렉서블 베이스의 상기 바깥쪽 에지로부터 위쪽으로 연장되고 접히는,
    리소그래피 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플렉서블 멤브레인은 상기 원형 링 형태의 플렉서블 베이스로부터 위쪽으로 연장되는 상기 둘 또는 그 초과의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터들과 연결되는 ― 상기 플렉서블 멤브레인은 곡선의 구조를 형성함 ― ,
    리소그래피 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용량성 감지 시스템은 둘 또는 그 초과의 용량성 센서들을 포함하고, 각 용량성 센서는 플렉서블 베이스에 위치하고 감지 전극과 백 가드(back guard) 전극을 포함하는 박막 구조를 포함하는,
    리소그래피 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 박막 구조는,
    상기 감지 전극과 상기 전도성 트랙들 중 제1 전도성 트랙을 포함하는 제1 전도성 막;
    상기 백 가드 전극과 상기 전도성 트랙들 중 제2 전도성 트랙을 포함하는 제2 전도성 막을 포함하고,
    상기 제1 전도성 막과 상기 제2 전도성 막은 절연층에 의해 분리되는,
    리소그래피 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 트랙들 중 상기 제2 전도성 트랙은 상기 전도성 트랙들 중 제1 전도성 트랙을 위한 사이드 가드 전극으로서 기능하는 주변부를 가지도록 상기 전도성 트랙들 중 제2 전도성 트랙은 상기 전도성 트랙들 중 제1 전도성 트랙보다 넓은,
    리소그래피 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 박막 구조는 상기 전도성 트랙들 중 제3 전도성 트랙을 포함하는 제3 전도성 막을 더 포함하고, 상기 제1 전도성 막은 상기 제2 전도성 막과 상기 제3 전도성 막 사이에 배열되는 ― 상기 전도성 막들은 절연층들에 의해 분리됨 ― ,
    리소그래피 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전도성 트랙들 중 제3 전도성 트랙은 상기 전도성 트랙들 중 제2 전도성 트랙과 전기적으로 연결되는,
    리소그래피 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 박막 구조는 상기 전도성 트랙들 중 제4 전도성 트랙과 차폐 전극을 포함하는 제4 전도성 막을 더 포함하고, 상기 제2 전도성 막은 상기 제1 전도성 막과 상기 제4 전도성 막 사이에 배열되는 ― 상기 전도성 막들은 절연층들에 의해 분리됨 ― ,
    리소그래피 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 박막 구조는 상기 전도성 트랙들 중 제5 전도성 트랙을 포함하는 제5 전도성 막을 더 포함하고, 상기 제1 전도성 막은 상기 제2 전도성 막과 상기 제5 전도성 막 사이에 배열되는 ― 상기 전도성 막들은 절연층들에 의해 분리됨 ― ,
    리소그래피 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 상기 전도성 트랙들 중 상기 제5 전도성 트랙은 상기 전도성 트랙들 중 상기 제4 전도성 트랙과 전기적으로 연결되는,
    리소그래피 시스템.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 박막 구조는,
    상기 전도성 트랙들 중 제3 전도성 트랙을 포함하는 제3 전도성 막;
    차폐 전극과 상기 전도성 트랙들 중 제4 전도성 트랙을 포함하는 제4 전도성 막; 및
    상기 전도성 트랙들 중 제5 전도성 트랙을 포함하는 제5 전도성 막을 포함하고,
    상기 제1 전도성 막은 상기 제2 전도성 막과 상기 제3 전도성 막 사이에 배열되고,
    상기 제2 전도성 막은 상기 제1 전도성 막과 상기 제4 전도성 막 사이에 배열되고, 그리고
    상기 제3 전도성 막은 상기 제1 전도성 막과 상기 제5 전도성 막 사이에 배열되는 ― 상기 전도성 막들은 절연층들에 의해 분리됨 ― ,
    리소그래피 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 리소그래피 시스템은 적어도 하나의 케이블, 및 상기 통합된 플렉스 인쇄 커넥터와 상기 적어도 하나의 케이블을 연결하기 위한 적어도 하나의 추가의 커넥터를 더 포함하는,
    리소그래피 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 케이블은 3축 케이블인,
    리소그래피 시스템.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 제3 전도성 막은, 적어도 부분적으로, 상기 전도성 트랙들 중 제1 전도성 트랙을 덮으면서, 상기 감지 전극의 범위(coverage)를 피하는,
    리소그래피 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 리소그래피 시스템은 마운팅 플레이트를 더 포함하고, 그리고
    상기 프로젝션 렌즈 시스템, 상기 용량성 감지 시스템, 및 상기 마운팅 플레이트는 단일의 제거 가능하고 그리고 교체 가능한 구조를 형성하는,
    리소그래피 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 용량성 감지 시스템의 상기 용량성 센서들과 상기 프로젝션 렌즈 시스템의 상기 최종 프로젝션 렌즈는 상기 마운팅 플레이트상에 직접적으로 장착되는,
    리소그래피 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 용량성 감지 시스템은 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터과 둘 또는 그 초과의 용량성 센서들을 포함하는 플렉서블 인쇄된 회로 구조를 포함하는,
    리소그래피 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 플렉서블 인쇄된 회로 구조는 트랙들과 전도성 전극들이 제공되는 플렉서블 베이스를 포함하는,
    리소그래피 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터는 상기 플렉서블 베이스로부터 위쪽으로 연장되고 접히며, 그리고 전도성 트랙들은 상기 전극들로부터 상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 따라 연장되는,
    리소그래피 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 접혀진 플렉스 인쇄 커넥터는 원격 회로에 연결하기 위한 플렉서블 멤브레인과 연결되며, 그리고 상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 따라 연장되는 상기 전도성 트랙들은 추가적으로 상기 플렉서블 멤브레인을 따라 연장되는,
    리소그래피 시스템.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터는 플렉서블 멤브레인에 연결되며, 그리고 상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 따라 연장되는 상기 전도성 트랙들은 추가적으로 상기 플렉서블 멤브레인을 따라 연장되는 ― 상기 플렉서블 멤브레인은 원격 회로에 연결하기 위한 상기 제거 가능하고 교체 가능한 구조의 단일 면으로 연장됨 ― ,
    리소그래피 시스템.
  26. 리소그래피 시스템으로서,
    최종 프로젝션 렌즈를 포함하는 프로젝션 렌즈 시스템; 및
    상기 최종 프로젝션 렌즈와 타겟 사이의 거리에 관하여 측정을 수행하기 위한 용량성 감지 시스템을 포함하며;
    상기 용량성 감지 시스템은 트랙들과 전도성 전극들이 제공되는 플렉서블 베이스를 포함하는 플렉서블 인쇄된 회로 구조를 포함하며,
    상기 플렉서블 인쇄된 회로 구조는 상기 플렉서블 베이스에 위치한 용량성 센서를 포함하고 ― 상기 용량성 센서는 감지 전극과 백 가드(back guard) 전극을 포함하는 박막 구조를 포함함 ― ,
    상기 박막 구조는,
    상기 감지 전극과 상기 전도성 트랙들 중 제1 전도성 트랙을 포함하는 제1 전도성 막;
    상기 백 가드 전극과 상기 전도성 트랙들 중 제2 전도성 트랙을 포함하는 제2 전도성 막; 및
    상기 전도성 트랙들 중 제3 전도성 트랙을 포함하는 제3 전도성 막을 포함하며,
    상기 제1 전도성 막은 상기 제2 전도성 막과 상기 제3 전도성 막 사이에 배열되며 ― 상기 전도성 막들은 절연층들에 의해 분리됨 ― , 그리고
    상기 제3 전도성 막은, 적어도 부분적으로, 상기 전도성 트랙들 중 상기 제1 전도성 트랙을 덮으면서, 상기 감지 전극의 범위(coverage)를 피하는,
    리소그래피 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 용량성 감지 시스템은 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터는 상기 전도성 트랙들이 상기 전극들로부터 상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 따라 연장되도록 배열되며, 그리고
    상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터는 상기 플렉서블 베이스로부터 위쪽으로 연장되고 접히는,
    리소그래피 시스템.
  28. 두개의 물체들 사이의 거리에 관하여 측정을 수행하기 위한 용량성 감지 시스템으로서,
    상기 용량성 감지 시스템은 적어도 하나의 용량성 센서를 포함하며, 그리고
    상기 용량성 감지 시스템은 상기 적어도 하나의 센서와 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 포함하는 플렉서블 인쇄된 회로 구조를 포함하고 ― 상기 플렉서블 인쇄된 회로 구조는 전도성 트랙들과 상기 적어도 하나의 센서를 위한 전도성 전극들이 제공되는 플렉서블 베이스를 포함함 ― ,
    상기 플렉서블 인쇄된 회로 구조는 상기 플렉서블 베이스에 위치한 용량성 센서를 포함하며 ― 상기 용량성 센서는 감지 전극과 백 가드(back guard) 전극을 포함하는 박막 구조를 포함함 ― , 그리고
    상기 전도성 트랙들은 상기 전극들로부터 상기 적어도 하나의 통합된 플렉스 인쇄 커넥터를 따라 연장되는,
    용량성 감지 시스템.
  29. 두개의 물체들 사이의 거리에 관하여 측정을 수행하기 위한 용량성 감지 시스템으로서,
    상기 용량성 감지 시스템은 트랙들과 전도성 전극들이 제공되는 플렉서블 베이스를 포함하는 플렉서블 인쇄된 회로 구조를 포함하고,
    상기 플렉서블 인쇄된 회로 구조는 상기 플렉서블 베이스에 위치한 용량성 센서를 포함하며 ― 상기 용량성 센서는 감지 전극과 백 가드(back guard) 전극을 포함하는 박막 구조를 포함함 ― ,
    상기 박막 구조는,
    상기 감지 전극과 상기 전도성 트랙들 중 제1 전도성 트랙을 포함하는 제1 전도성 막;
    상기 백 가드 전극과 상기 전도성 트랙들 중 제2 전도성 트랙을 포함하는 제2 전도성 막; 및
    상기 전도성 트랙들 중 제3 전도성 트랙을 포함하는 제3 전도성 막을 포함하며,
    상기 제1 전도성 막은 상기 제2 전도성 막과 상기 제3 전도성 막 사이에 배열되며 ― 상기 전도성 막들은 절연층들에 의해 분리됨 ― , 그리고
    상기 제3 전도성 막은, 적어도 부분적으로, 상기 전도성 트랙들 중 상기 제1 전도성 트랙을 덮으면서, 상기 감지 전극의 범위(coverage)를 피하는,
    용량성 감지 시스템.
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