TWI444606B - 關於監控在微影蝕刻投影曝光設備之照明系統中的複數個反射鏡排置情形的程序與裝置 - Google Patents

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Description

關於監控在微影蝕刻投影曝光設備之照明系統中的複數個反射鏡排置情形的程序與裝置
本發明關聯於微影蝕刻投影曝光設施之照射系統，其中光束偏移元件，例如微反射鏡陣列，之平面配置被使用供於一光瞳面上可變化之照射。
該微影蝕刻投影曝光設施之照射系統其使用於精細結構半導體元件之量產，其中光束偏移元件之平面配置的使用正在增加當中，藉助該元件投影物鏡可非常有彈性的操控以增進微影蝕刻投影曝光設施之成像特性。該元件之一範例為所謂的複數個反射鏡陣列(multi－mirror arrays)，其較佳為以列(rows)及行(columns)之方式。該些微反射鏡為可移動的，且特別是對於彼此垂直之兩軸為可傾斜的，使得該些微反射鏡之鏡面的法線可從中立位置(neutral position)開始，傾斜至任何方向。
複數個反射鏡陣列被使用以使得照射系統中之照射設定為可變化的改變。其範例在WO 2005/026 843 A2及EP 12 628 36 A1中被提供。複數個反射鏡陣列更被使用為微影蝕刻曝光設施之反射式光罩(reticle)(WO 2005/096 098 A2)。
對於該些元件而言，為可調整其顯著地影響相關影像特性之確實的位置，知悉個別反射鏡元件之確實的傾斜設定是必要的。
例如US 6 421 573 B1揭露一裝置其輔助光源被使用於決定一個別掃描機之反射鏡的傾斜角。為刻出圖案，一UV雷射之光源被該掃描機之反射鏡所偏折。
從US 6 965 119已知調整複數個反射鏡陣列之相關的反射鏡元件的一方法，其中曝光光束之一部分，亦即投射光線從光束路徑中被取出以藉由光強度之測量進行該些反射鏡元件之調整。然而此過程具有的缺點在於：因有用之光線的取出所導致的光強度耗損，該耗損在對於曝光時間儘可能縮短的觀點下為不期望的。
為避免光強度耗損的問題，依照先前技術因而例如可在不使用物鏡期間，進行檢驗及調整複數個反射鏡陣列之反射鏡元件的排列(alignment)。然而在此情形下，在某種環境下需要延長停工時間以檢驗反射鏡元件；這是不期望的且損害相關的一物鏡其有效的運作。
由於反射鏡元件的數量多的緣故，藉由用以移動一複數個反射鏡陣列之反射鏡元件的致動器上相關的感測器，以決定該反射鏡元件之旋轉及傾斜角度是非常複雜的，且由於所需要的感測器的安裝空間，將導致複數個反射鏡陣列形式之光束偏折元件其配置是非常龐大的。
因而本發明之一目的為提供一裝置及一方法，以有效地確定一複數個反射鏡陣列之反射鏡元件的角度設定。特別為本發明提供方法及裝置使得照射於多數量之平面配置光束偏折元件上的投射光線其偏移可被偵測及測量，且該些偏移因而可被監視及調整。而因光學元件之表面的變化，例如由於熱負載(thermal loads)或類似的原因所造成，特別是表面區域之形狀或排列通常是用以監視成像特性的關注之處，且可能用以校正成像錯誤。有許多其他的應用可被設想用在此方法及裝置上。
本目的係藉由具有申請專利範圍第1項之特徵的一裝置及具有申請專利範圍第33項之特徵的一方法達成。有利的組態係附屬項之內容。
本發明之基本觀念係除了對平面配置光束偏折元件曝光之照射系統的投射光線外，至少另有來自一量測照射儀器的一量測光束其被導引至將被檢視之光束偏折元件上，使得因光束偏折元件所造成的量測光束之偏移可被一偵測儀器所紀錄。
若假設由光束偏折元件造成之量測光束之偏移與入射於其上之投射光線的偏移彼此相關，則投射光線的偏移或其相對於一特定的設定之改變最終可藉由該分離的量測儀器之手段所確定。藉由額外供應的一分離的量測儀器係可免除從投射光線中取出有用之光線，而被檢視之光學元件其偏移改變的檢驗及決定可進一步在使用微影蝕刻曝光設施期間連續地進行。為此僅須使量測光線束(ray bundle)或複數個量測光束(bundle)之抵達方向不同於投射光束(light beam)或複數個投射光束之抵達方向，使得彼此交互干涉不會發生。
特別為待檢驗之一光學元件之反射鏡表面其鏡面法線之一角變異(angle variation)，或相關一反射鏡表面之排列可藉此一過程被監視及檢驗。
該方法及該裝置可較佳為被使用在反射鏡元件之檢驗，特別為前面所提之複數個反射鏡陣列(MMAs)。
量測光線束之抵達方向可在兩者上不同：相對於待檢驗之一光學元件之鏡面量測光線束的入射角，及一方位入射方向。名詞”方位入射方向”在此意指相關光線的入射面相對於預定之一平面的旋轉，例如以南北排列(north-south alignment)所配置之一入射面。
若量測光線束與投射光線束或複數個投射光束之入射方向在方位入射方向沒有不同時，則其至少在入射角上不相同以避免交互干涉且俾使從反射鏡鏡面反射之量測光線束，以一偵測系統紀錄成為可行。
若量測光線束與投射光線束或複數個投射光束之入射方向在方位角入射方向不同時，則也可在待檢驗之一光學元件的入射角上有一差異。然而此並非強制的。
量測光線束之抵達方向與投射光線束或複數個投射光束在方位入射(azimuth angle)方向之一差異係期望的，其中兩者間旋轉角度超過30°的範圍，較佳為超過60°、且於沿著待檢驗之一光學元件的鏡面法線，特別為90°的互相旋轉角係可行的。在量測光線之入射面與投射光線之入射面之間的90°的一配置的情形下，特別大的一安裝空間將被提供，配置量測照射儀器與相關地配置一偵測儀器。
為確保以量測光線所檢驗之光學元件其定義的照射，且同樣允許因與光學元件其鏡面交互作用所造成之量測光線改變其定義的記錄，一方面一光學系統可個別地被提供在照射光源與待檢驗之光學元件之間，且/或另一方面被提供在待檢驗之光學元件與相關的偵測儀器之間。
該量測光線可具有任何適合的波長，且可位於可見光或不可見光範圍中。通常光線可意指為任何電磁輻射。
該量測照射光源之光學系統包含一準直儀(collimator)或多數的準直儀，其形式特別為以具有一個上游微透鏡陣列之一多孔板(perforated plate)，使相關之準直量測光線束可被產生。
該些準直量測光線束被待檢驗之鏡面所反射，且相同地藉由會聚透鏡(converging lenses)配置於偵測儀器之位置感測器前方，特別為會聚微透鏡之一透鏡陣列，則該些準直量測光線束可以遠場繞射之一影像或傅立葉轉換，被成像至相關之會聚透鏡的焦平面。相關的位置感測器可在焦平面被提供，例如4-象限(4-quadrant)偵測器或二維位置感測器(position-sensitive sensors)，在位置感測器上建立照射至偵測器之光錐(light cone)對中立位置之一偏移，該中立位置對應於待檢驗之光學元件的鏡面之一已定的排列。
為獲得更多的安裝空間，額外的光學元件可被提供在待檢驗之光學元件與偵測儀器之間，使得遠離待檢驗之光學元件以安置該偵測儀器為可行。光學元件可進一步被提供以允許該偵測儀器各種安置，且以使待檢驗之光學元件的一鏡面區域同時的清晰的成像。為此相關的成像光學元件將被組態使得待檢驗之光學元件鏡面區域，被成像在指派給位置感測器、且滿足Scheimpflug條件之複數個光學透鏡上。
同時對應的光學元件須確保，量測光線束在偵測儀器的複數個會聚偵測器透鏡上之入射方向對應到相關光學元件的鏡面區域的排列，或一複數個反射鏡陣列的複數個反射鏡元件的傾斜角。如此可，例如藉由具有兩會聚透鏡之重放光學元件(relay optics)作為確定。
依照本發明之裝置及方法，一光學元件之反射鏡面其角度的排列可在該光學元件使用期間，或照射系統光學元件被配置時連續地被決定。該確定的值因而可使用為主動控制或可操控光束偏移元件，例如一複數個反射鏡陣列的複數個微反射鏡，的調整。
 1.一投影曝光設施之結構
圖1顯示適用於微結構元件之光蝕刻術生產的一投影曝光設施10之高度示意性的一透視代表圖。該投影曝光設施10包含照射一狹窄照射光場16之一照射系統12，照射光場16在示範性實施例代表圖中為長方形，且被照射於位於所謂的光罩面上之一光罩14上。該照射系統12包含一光源，藉其產生投射光線。習知光源例如具有雷射媒介KrF、ArF或F2 之準分子雷射，藉其個別產生波長為248nm、193nm及157nm之投射光線。
在光罩14上位於照射光場16內之結構18，藉助一投影物鏡20被成像至一光敏層22上。該光敏層22，例如可為一光阻，被施加於一晶圓24或其他適合的基底上，且位於投影物鏡20之像面內，該像面亦可稱之為晶圓面。因投影物鏡20通常具有一成像比例|β|<1，位於照射光場16內之該結構18以一縮小比例被成像為16’。
此一投影曝光設施之效能不僅由投影物鏡20，亦由照射該光罩14之照射系統12所決定。除了入射該光罩14之光線束的光強度外，對於包含於該光罩14內之該結構18其被成像於該光敏層22上之品質，其照射角分布(illumination angle distribution)亦具有一影響。由被成像之該結構18的方向及尺寸所決定，已被發現不同之照射角分布為有利的。因各種光罩14將由投影曝光設施10所成像，具有可即時調整為不同照射角分布的一照射系統是理想的。為此，對於照射系統12之關鍵性決定照射角分布的一光瞳面，光瞳面必須藉由一可驅動的光學元件之手段以儘可能可變地方式照 射。
2.依照本發明之量測原理
圖2顯示此一光學元件之一範例的示意性一側視圖，為監視與控制該元件，依照本發明之裝置或依照本發明之方法可被使用。圖1中之光學元件為所謂的一複數個反射鏡陣列，其包含多數的微小之反射鏡元件28，該小反射鏡元件以可移動式地被配置，特別為可傾斜式地被配置，使得反射鏡元件28之反射鏡鏡面30，例如以列與行的方式彼此相鄰地被配置，而可相異地排列。因而入射投射光線32藉由反射鏡鏡面30之反射，分散成為多數的反射投射光線34，其行進方向可藉由反射鏡鏡面30在預定限制範圍內傾斜而自由地選取。該名詞”傾斜”在本文中被理解為沿一軸之一旋動，該軸本質上可在中心地延展穿越一反射鏡元件28，在其邊緣延展或甚至在反射鏡元件28外部，使得反射鏡鏡面30之排列相對於入射投射光線32而改變。後兩選項亦經常被稱之為”旋轉(swivelling)”。由反射鏡元件28之機械懸吊(mechanical suspensions)與致動器的實施例所決定，位移與旋轉運動之組合亦被使用作為達成反射鏡元件28之排列的一改變及因而亦造成反射投射光束34其行進方向的一改變。為簡化起見，位移與旋動之組合在之後同樣地被稱之為”傾斜運動(tilting movements)”。
在多數系統中，該入射投射光線32在入射至反射鏡鏡面30前，更進一步藉由微透鏡陣列被子分割成為個別光束，且被聚焦於該反射鏡元件28上。
此一複數個反射鏡陣列26之後可被使用於一微影蝕刻曝光設施10之一照射系統12中作為光瞳面之可變的照射，亦縮寫為光瞳照射(pupil illumination)。為此該入射投射光線32藉由足夠多數量的 反射鏡元件28被偏移，使得期望的一光線分布產生於光瞳面上。反射鏡的數量對於反射投射光束34的光強度之空間的變動(spatial fluctuation)與其最小直徑兩者具有本質上的一影響，由反射投射光束34的疊加形成該光瞳照射。為得到在光瞳面上一光強度分布，可與習知一繞射光學元件產生之光強度分布在相關的特性上彼此相似，光學設計計算已顯示至少4000面反射鏡是必要的。因反射鏡元件28其傾斜角之非常小的變異在光瞳照射上具有很大的效果，及因而對光罩14之照射角分布具有很大的影響，本發明藉由量測科技以提出確定反射鏡鏡面30精確的角度位置。
依照本發明，如圖3可看出除了入射投射光線32之外，亦即來自照射系統12之用於照射該光罩14的有用的光線(亦參照為物鏡光線束(objective ray bundle))，額外的一量測照射裝置被提供以導引量測光線36至該複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件28上，其中該量測光線36例如為至少一量測光線束(measurement ray bundle)的形式。依據示範性實施例，為此該量測照射對某些或所有反射鏡元件28，可產生一或多個量測光束(light beams)或量測光線束(ray bundles)，以一掃描方式，亦即接續地，或同時地被導引至該反射鏡元件28上。因量測光束之入射方向為已知，關於由測量反射量測光束之出現的方向所得之反射鏡鏡面30的排列的結果可被繪製。此乃使用到投射光線32之偏差相關於量測光線36之偏差的事實。該反射量測光束38因而包含關於該反射鏡元件28之傾斜狀態的資訊，因而包含其排列(alignment)的資訊。圖3中量測配置代表圖中，該量測光線36被導引至位於一平面內之反射鏡元件28上，相對於入射投射光線32之入射面，該平面環繞(about)該反射鏡鏡面之鏡面法線面而旋轉90°。
因而在照射系統12運作期間反射鏡元件28的排列之連續量測是可行的。如此，決定反射鏡元件28的排列，將不須承擔該投影曝光設施10的停工時間。因為部分入射投射光線並無使用在決定反射鏡元件28的排列，所以不會導致降低該投影曝光設施10產出光線之損耗。
圖4顯示依照本發明之量測原理細節之一透視代表圖。如圖4所顯示，該入射投射光線32以一特別的入射角α，沿著一入射方向40照射於一光學元件28之反射鏡鏡面30。連同反射鏡鏡面30之鏡面法線42，該入射投射光線32之入射方向40跨越(span)該入射面44(xz平面)，其中反射投射光線束34之出射方向46(emergence direction)也依照反射定律位於該入射面44中。
依照圖3之代表圖，沿鏡面法線42，相對於該投射光線32之入射面44以數量級為90°之一旋轉角度Θ作方位角上的旋轉的一yz平面48，其中入射量測光線36沿著一入射方向50被導引在該反射鏡元件28之鏡面上，且在被反射鏡元件28之鏡面反射後成為反射量測光線38沿著在一偵測儀器上之一出射方向52輻射。在此解決方案下，該量測光線36之入射方向50因而至少在方位入射方向上與該投射光線32之入射方向40不同，亦即在入射面上的不同。作為額外或替代方案，該量測光線36亦可從該入射投射光線32以不同一入射角照射於反射鏡鏡面30上。
此藉由範例方式來表示，對於該量測光線36之一入射方向50’，其位於與該投射光線32入射至反射鏡元件28之同樣的入射面44，但與鏡面法線42有一入射角α’，不同於投射光線32之入射方向40的入射角α。該反射量測光線38因而亦藉由反射鏡元件28，沿著一出射方向52’以與投射光線32不同之角度輻射。以入 射量測光線36之入射方向50’及反射量測光線38之出射方向52’的此種配置，亦構成本發明之一解決方案。
3.量測儀器之範例性實施例
圖5顯示一量測儀器之一實施例，其中量測照射儀器之一光源54導引光線至一多孔板56上。多量的點光源58由該多孔板所產生。可由複數個微透鏡陣列方式組合而得之下游會聚準直透鏡60，其個別地形成一準直儀(collimator)，且因而從藉由相關的點光源58所製造之光線而產生一準直量測光束62。由各個會聚準直透鏡60產生之量測光束62較佳為彼此平行前進。
此外另一方式為，藉由兩個電流計掃描器(galvanometer scanner)，或由一多邊掃描器與一電流計掃描器之組合，一單一量測光線36可被掃瞄於該複數個反射鏡陣列26之上。該光源，例如一VCSEL(參考後文)，亦可被脈衝化，使得當發現一反射鏡元件28之時，該光源才照射。介於該些反射鏡之間的區域因而在訊號上並無貢獻，該訊號藉由偵測儀器以一時間解析(time-resolved)方式被記錄。
該準直量測光束62入射於待檢測之反射鏡鏡面28上，其位於複數個反射鏡陣列26中，該準直量測光束62以該反射鏡元件28鏡面之排列的一函數在不同方向被偏折。該反射量測光束64入射於包含多數量之會聚偵測器透鏡66的一微透鏡陣列，在會聚偵測器透鏡66其後方置放一偵測儀器之焦平面位置感測器68。由於此置放，在該角度反射量測光束64入射於會聚偵測器透鏡66，其與在位置感測器68上之該些焦點的位置為一傅立葉關係，該反射量測光束64被聚焦在位置感測器68上。
因該反射量測光束64之該些角度決定於依照前面所提之關於該複數個反射鏡陣列26之個別地相關的反射鏡元件28排列之反射定律，因而藉由記錄在位置感測器68上之焦點位置，以決定該反射鏡元件28之排列為可行的。例如，4象限偵測器或二維位置感測器可被用於作為位置感測器68。在此方式下，例如對於該反射鏡元件28相對於一預定之鏡面排列而言，從±2°到±3°之一傾斜角範圍可被確定。
若該反射鏡元件28之反射鏡鏡面30具有一曲率，則該量測光束62可被導引至相同的反射鏡元件28的不同點上。甚至對於相同的量測光束62時，此情形可被同時地或接續地以一掃瞄方法的方式達成。該曲率可由該量測光束62對於該反射鏡鏡面30上各個點的不同偏折所決定。另外若假設該入射量測光線36的發散度(divergence)為已知，則決定該曲率的可能方式為包含決定該光束之發散度及因此該反射鏡鏡面30之曲率，例如藉由決定來自一曲面反射鏡鏡面30的一量測光束62於位置感測器68上焦點直徑(focal point diameter)。
在具有常數光強度的一光源的假設之下，藉由位於位置感測器68上之一訊號的整合與時間上之比較(temporal comparison)，該反射鏡鏡面30之反射係數的可能的一改變可進一步被量測且該反射鏡膜層的退化可被推論出來。
為了可與該複數個反射鏡陣列26有某些距離，以安置具有位置感測器68之偵測器單元與具有會聚偵測器透鏡66之上游微透鏡陣列，依照圖6所示的另一示範例，提供額外的重放光學元件70(relay optics)。該重放光學元件70藉由兩片會聚透鏡72及74作為純示意性代表圖，其將該複數個反射鏡陣列26成像至會聚偵測器透鏡 66之配置上。該重放光學元件70允許對於待檢驗之光學元件其表面(複數個表面)有一較大的距離而不限制待檢驗之角度範圍，在此示範例中待檢驗之光學元件為反射鏡鏡面30。因而該重放光學元件70解耦合(decouple)該傾斜之偵測到的角度、及位置感測器68與複數個反射鏡陣列26之間的距離。在此方式下，該量測儀器可被置放於該照射系統12之光束路徑之外，其中可得到足夠的安裝空間。
顯示於圖6之示範實施例中，該位置感測器68與具有會聚偵測器透鏡66之微透鏡陣列被置放於平面76及78，該些平面對於置放複數個反射鏡陣列26之一平面80滿足Scheimpflug條件。在重放光學元件70之主平面與會聚偵測器透鏡66之平面76及平面80交會在一軸時，Scheimpflug條件可被滿足，其中該平面80為複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件28所延展之平面。僅管平面76與平面80彼此傾斜的被置放，在順應這樣的條件下將使得該兩平面彼此銳利地成像成為可行。此一安置因而可將待檢測之光學元件或該反射鏡元件28鏡面的一廣大區域，同等銳利地成像至微透鏡陣列之會聚偵測器透鏡66上，且其允許該偵測儀器之一對應的角度配置。在此一安置下該反射鏡元件28所延展的該平面80對於該光軸傾斜，反射鏡元件28可被銳利地成像至微透鏡陣列之會聚偵測器透鏡66上。
類似圖5之示範實施例中，形成在位置感測器68上之該焦點的位置，隨相關的量測光束64入射於會聚偵測器透鏡66上之入射角的一函數而改變。然而，由於藉由重放光學元件70的成像，此入射角乃與相關反射鏡鏡面的傾斜角成一比例，相關反射鏡鏡面的是否排列即為待量測的。此處再次經由位置感測器68上之焦點與 中立位置(neutral position)的偏移，因而可得出關於相關反射鏡鏡面30傾斜角的結論，該中立位置對應於反射鏡鏡面30之一預定的排列。
本發明使得在投影曝光設施運作期間決定複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件28之排列成為可行。若與一設定方向量測排列有一偏差，相關反射鏡元件28可被重新調整，直到達成所期望之設定排列。對於反射鏡元件28之主動控制或調節此為必要條件，如同之後的詳細解釋。
4.複數個反射鏡陣列的封裝
圖7顯示複數個反射鏡陣列26之一高度簡化代表圖，為保護其對抗外在的影響，例如壓力或溫度的變化，複數個反射鏡陣列26被封裝於照射系統12內之一外殼82中。該外殼82具有一透明窗口84，經由該窗口，入射投射光線32及量測光線36可入射於複數個反射鏡陣列26之個別的反射鏡元件28上。在個別的光線束依照反射鏡元件28之排列被偏折後，該光線束以相反之方向穿越該外殼82的透明窗口84。
為降低非期望的反射及伴隨之光強度衰減，該透明窗口84具有一或多層抗反射鍍膜86(antireflection coating)，抗反射鍍膜86習知上被調適於通過該鍍膜光束之波長與發生於其上之角度。在示範性實施例中，該抗反射鍍膜86被設計為使得以角度α到達之入射投射光線32，以最小之可能的光強度損耗穿越透明窗口84。
因此經常具有一不同波長且在如上解釋的某種環境下以一不同角度β入射複數個反射鏡陣列26之量測光線36，亦可穿越透明窗口84而不引起干擾反射，一極化器(polariser)88被插置於量測光線36之光路中。入射的量測光線36之極化方向在本示範例中被選定 使得量測光線36本質上在透明窗口84上，相對於量測光線36之入射面為p極化。
該量測照射儀器進一步被配置，使得入射的量測光線36之入射角β至少約等同於布魯斯特角(Brewster angle)。此因若光線以布魯斯特角入射兩光學媒介間的介面，則反射的光線將僅包含入射光線的s極化的部份。該入射光線的p極化的部份接著完全折射進入其他的光學媒介。因入射的量測光線36在現在的示範例中全為p極化，且因而其不包含會被反射的一s極化部份，以布魯斯特角入射後，反射光束之光強度為零且因而量測光線36在透明窗口84上將無反射。在近似於布魯斯特角入射下，亦即在布魯斯特角大約5°的範圍之內，由於p極化成份的部份反射，該反射光強度略小於入射光強度的5%。縱使在抗反射鍍膜86僅對投射光線32而非入射的量測光線36做最佳化的情形下，該入射的量測光線36因而可實質上無損耗的穿越透明窗口84。然而對於入射的量測光線36的波長，其大於已經對投射光線32進行最佳化之抗反射鍍膜86的厚度，是有利的，因在此示範例中抗反射鍍膜86對於入射的量測光線36不具有影響。
雖然在藉由複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件28反射後，該出射光線束之角度不再對應至布魯斯特角，然而由於反射鏡元件28之±2－3°的微小傾斜角度，該出射光線束之角度接近於布魯斯特角，使得非期望之反射的減少亦可在出射光線束中被觀察到。
該封裝之複數個反射鏡陣列26在相關於圖7中之描述可進一步以氣密封裝組態，使得複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件28被包含於外殼82中之一惰性氣體(inert gas)所包圍。作為一替代方案，該外殼82可被提供具有氣體連接(gas connection)(未顯示於圖7) 以交換該惰性氣體。該氣體交換可連續地發生，亦即以量測光線36及/或投射光線32照射於複數個反射鏡陣列26之期間發生。作為一替代，該惰性氣體交換亦可於複數個反射鏡陣列26不被量測光線36及/或投射光線32照射時進行。
可防止或延遲複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件28其反射鏡鏡面30上的一反應，使得反射鏡元件28其反射特性在耐用年限期間不被損害或至少本質上不被損害，亦即使其反射特性(例如反射係數)不超過10%的改變的所有氣體或氣體混合物，都適用於作為一惰性氣體。對於發生在反射鏡鏡面30或使用於其上之鍍膜的可能的反應，亦應特別考量在複數個反射鏡陣列26上所運作之光線波長及光線強度。該惰性氣體的使用亦受限於光線波長及光線強度。
因該反射鏡鏡面30通常具有鍍膜以增加反射率，而此一鍍膜在空氣中之退化的發生決定於鍍膜材料或複數個鍍膜材料，例如與空氣中之氧氣所發生之反應，可藉由以該外殼82及包含於其內之適合的一惰性氣體的手段以封裝複數個反射鏡陣列26，來防止其退化。更進一步因反射鏡鏡面30之鍍膜與空氣的任何反應可由於反射鏡元件28之封裝與惰性氣體的使用而被抑止，許多材料可被採用作為反射鏡鏡面30之鍍膜。例如鋁、非晶系或晶系的矽、鉻、銥、鉬、鈀、釕、鉭、鎢、銠、錸、鍺可被使用為鍍膜材料或作為反射鏡元件28之一材料，且該些材料的混合物之鍍膜可更進一步被製造。例如氦、氬或其他鈍氣(noble gas)、氫或該些氣體之混合物可被使用為惰性氣體。該些氣體可進一步被採用作為複數個反射鏡陣列26之溫度控制，例如為曝光於量測光線36及/或投射光線32之期間的冷卻。由量測光線36及/或投射光線32之波長及 光強度所決定，包圍複數個反射鏡陣列26之外殼82的透明窗口84可包含非晶系或晶系的石英或例如氟化鈣、或由該些材料所組合之材料。
作為上述在外殼82中包圍複數個反射鏡陣列26之一惰性氣體使用上的一替代，該惰性氣體亦可被抽空或該氣體或該氣體混合物可相關於其壓力或其組合成分被改變。藉由抽空外殼82或藉由改變氣體壓力或氣體組合成分，同樣地可防止或延遲複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件28反射鏡鏡面30上一干擾的反應，使得反射鏡元件28其反射特性，在其耐用年限期間不被明顯地損害。
5.藉由圖案辨識決定排列(alignment)
圖8顯示決定複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件的排列的另一可能方法。在此示範例中一圖案，例如一發光圖案其藉由複數個反射鏡陣列26被反射且成像在攝影機91中。該發光圖示範例如可由照射承載該圖案之一半反射式螢幕90，或藉由照射通過一透明薄片(類似於一照相幻燈片)。
圖9以範例顯示適用於本發明之目的的一圖案。該圖案具有亮暗交替之一西洋跳棋棋盤圖案，該亮暗交替之頻率沿著兩螢幕軸x＿螢幕及y＿螢幕連續地增加，使得該螢幕90中不存在具有一相同的圖案之兩區域。若觀察到對應於一反射鏡元件28之攝影機影像的一細節，則決定於該反射鏡元件28之傾斜角度的圖案之一不同區域之細節將成為可見的。藉助一評估單元，例如對該攝影機影像之細節與該螢幕90之已知圖案之間進行一自相關(autocorrelation)運算，因此該反射鏡元件28之確實的傾斜可被記錄。因該攝影機可被配置使其記錄複數個反射鏡元件28且每個反射鏡元件28個別地顯示該螢幕圖案的一區域，複數個反射鏡元件28之傾斜可藉 由該儀器被決定。
除了顯示於圖9之一有序的圖案，亦可選擇一隨機圖案，只要其具有盡量狹窄之一自相關函數。
另一可能性包含沿著兩螢幕軸x＿螢幕及y＿螢幕提供不同的顏色輪廓，且因而達到螢幕之不同位置的顏色編碼。理論上，為了以先前解釋的方法之手段以決定反射鏡元件28之傾斜角，僅具有一畫素之一色敏攝影機91或另外的色敏感測器將足夠。因顏色向量或RGB向量已直接提供在商業上可取得之數位彩色攝影機，該評估亦將變為極為簡單且不需要密集的計算(computation－intensive)。
6.校正－第一示範實施例
圖10顯示允許依照一第一示範實施例之量測儀器的校正之一簡化代表圖。該校正構成該反射投射光線34之實際上光束偏移與藉由量測儀器之手段所記錄的訊號之間的一比較，其中該反射投射光線34被使用於以所期望之光強度分布照明照射系統12之光瞳面。然而在此所提出之校正，亦可在描述反射鏡元件28排列狀態的訊號，不由上述之量測儀器而由其他感測器或量測儀器所提供時，被使用。在本文中，可設想例如以機電、壓電、電感、電容或光學感測器，舉例，可置放於複數個反射鏡陣列26上，即所謂的從”內部”記錄該傾斜角度。
在一照射系統12中之一光瞳形塑部分92，其在圖10中以一非常簡化的方式代表，藉由一投影光源，例如一準分子雷射所產生之投射光線32，入射於一複數個反射鏡陣列26且於其上反射後被導引穿越光瞳光學元件94至照射系統12上之光瞳面96。因適用於此目的之一複數個反射鏡陣列26其封裝密度習知上不超過90%－95%，使得在個別反射鏡元件28間並無片段部分或無非期望之反 射片段部份，在此示範實施例中該入射的投射光線32藉由微透鏡陣列的手段聚焦成複數個較小的投射光束，在先前技藝中就其本身而言為已知的，例如WO 2005/026843 A2。
經由一分開的光路，一準直量測光束62進一步以較大角度α’被導引至複數個反射鏡陣列26上。在現有之示範實施例中，該量測照射儀器包含從其平坦之半導體面發射出光線的複數個半導體雷射之一配置。在此所謂的一VCSEL陣列98(垂直共振腔面射型雷射陣列)下，複數個反射鏡陣列26之每個個別反射鏡元件28以一準直量測光束62刻意地被照射。為說明個別的可交換性(switchability)，兩個暫時消失的量測光束62’在圖10中以虛線代表。由複數個反射鏡陣列26反射後，當反射的量測光束64經由一會聚偵測器透鏡66，該量測光束62入射於置放在會聚偵測器透鏡66焦平面的一位置感測器68上。由於該會聚偵測器透鏡66，反射的量測光束64之一角度的改變，會造成其聚焦於位置感測器68上之複數個焦點的一位移。
為校正該量測儀器，該配置進一步具有置放於光瞳面內一精確預定位置之一投射光線偵測器100，其位置十分接近可使用光瞳孔徑，特別位在小於五分之一光瞳孔徑直徑的一距離。若一個別反射鏡元件28之傾斜角的量測被校正時，則僅對應的反射鏡元件28被傾斜，直到被其反射投射光束34入射於光瞳面內之投射光線偵測器100。若一量測光束62同時被導引至被校正的反射鏡元件28時，則在位置感測器68上所建立之焦點位置，可在儲存於一評估單元中成一校正值。
為記錄例如可由光瞳光學元件94或曲面反射鏡鏡面30所造成之非線性，在光瞳孔徑周圍配置複數個投射光線偵測器100，特別為 4個投射光線偵測器100是有益處的。該投射光線偵測器100亦被設計為4－象限偵測器。
一旦每個反射鏡元件28已經以上述方式校正，為在適當需要時重新調整反射鏡元件28，該量測儀器可使用於監控反射鏡元件28之傾斜，因而在照射系統12運作期間監控光瞳面的照射。因在100Hz到1000Hz範圍內的高頻干擾，例如由氣流與聲波造成反射鏡元件28之震動將導致光瞳面之照射上不可容許的誤差，通常該重新調整是合宜的。
由複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件28及聚焦投射光線32至反射鏡元件28上之微透鏡陣列之間的緩慢漂移運動所導致的不正確的照射，可進一步藉由所述的校正方法之手段記錄。因遭受到其他的漂移運動，該些訊號初始時不被量測儀器所紀錄。因一個別反射鏡元件28甚至在照射系統12運作期間可對準至投射光線偵測器100，因此實質上不影響光瞳面之照射，該校正可在特定一間隔時間對每個反射鏡元件28逐步的重覆進行。該緩慢漂移運動因此而被紀錄及校正。相依於由照射系統12所取出之投射光線的部分可以到多大，該時間間隔可被改變、或個別反射鏡元件28、某些反射鏡元件28或所有反射鏡元件28可以此方式同時被校正。
7.校正一第二示範實施例
圖11顯示校正上述以細節敘述之量測儀器的另外的方法之一概要代表圖。依照本示範實施例之校正方法亦可獨立被使用於量測儀器。因而可設想之用法為當包含關於反射鏡元件28排列之訊息不由上述量測儀器所提供時，而是由其他感測器或量測儀器所提供之時。
若一所謂的複數個反射鏡陣列26之前授(feed forward)運作被選 定，其中分開的感測器或量測儀器不必要地被提供作回授(feed back)之用，為了直接校正控制變數以驅動反射鏡元件28，特別的是可有利地使用所示實施例之校正方法。在以下解釋將清楚知道，該提出之校正方法可用少量費用快速地重覆，為可能的緩慢動作過程，例如漂移、電荷等，重新校正、且甚至在投影曝光設施10的一曝光過程期間可對個別反射鏡元件進行可對個別反射鏡元件。
依照該示範實施例，具有一降低為50%透射比之區域102在光瞳面的特定位置產生。為此，例如一透明的校正片104可被安置於光瞳面上或光瞳面附近。該降低透射比之區域102個別地具有藉由一反射投射光束34在光瞳面上產生之一光點的尺寸。該些光點形成一種校正尺(scale)，相對於照射系統12之光軸，被固定地或可置換地置放於精確建立的位置，且在角度上精確地排列。藉由適當方法，該降低透射比之區域102亦可安置於現有的光學元件上或其內，例如在光瞳光學元件94。
為校正一反射鏡元件28，一光強度感測器被適當地納入一光場面，例如投影物鏡20之物面或像面。當一個別的反射鏡元件28藉由指定之反射投射光束34以照射該光瞳面的不同位置時，該光強度感測器記錄光強度波形106，其中反射投射光束34沿著預定路徑，例如沿著一座標軸(如圖11右上方之圖形)，以照射該光瞳面的不同位置。在圖11中以範例方式，光強度波形106代表反射鏡元件28之動作，於其中，光點沿著x軸中央地遷移經過光瞳面，亦即該光點越過該光軸。若由該反射鏡元件28而來之反射投射光束34入射於一降低透射比之區域102上，則將由該光強度感測器將光強度的一下降現象記錄下來。
藉助降低－透射比區域102與對應之一評估單元適當的配置，同時量測該反射鏡元件之排列的量測儀器的量測訊號可因此被校正，其中該評估單元記錄光強度波形106之極小值，以降低－透射比區域102的配置的知識，評估單元並將該些極小值指派於光瞳面的特定位置。因而介於該反射鏡元件28之傾斜角度與該投射光線32之照射角度的絕對角度位置之間將發現到一關係，其中該反射鏡元件28之傾斜角度由量測儀器所決定，而該投射光線32之照射角度的絕對角度位置由圖11中右下方的圖所指示。
在一有利的精細改良中，一角度－解析(angle－resolving)光強度感測器將取代在一光場面中之一正常光強度感測器的使用。在此方式下，不僅建立光線是否真實的入射於光場面的一點是可行的，亦可建立光線入射該點之方向。因光場面上不同的方向相關於光瞳面內的位置，複數個反射鏡元件28可藉由一角度－解析光強度感測器同時地被校正。個別被照射地降低－透射比區域102應位於彼此遠離之處，使得該光強度感測器仍可以足夠的精確度解析光場面中相關的方向。
在投影曝光設施10的投影運作時，為防止發生在光瞳面上降低－透射比區域102局部光強度下降，比起其他情形下將提供兩倍數量之反射投射光線34，其被導引至被照射的降低－透射比區域102上。因如上述所指出，該降低－透射比區域102之透射比為50%，兩倍數量之反射投射光線34將因此而產生所期望之光強度。在此方式下，儘管靜態地使用校正片104，可在光瞳面中產生一均勻的光強度分布。
一透射比50%的下降發生在上述的示範實施例中，該降低－透射比區域102將在投影運作中以兩倍數量之反射鏡照射，亦即以兩倍 數量之反射投射光線34照射。該降低－透射比區域102亦可降低成1/n，其中n為大於或等於2的一整數。在此情形下，個別的降低－透射比區域102將在投影運作時以n個反射投射光線34照射。
當個別反射投射光線34具有大約相同之光強度時，該些實施例是可推薦的。然而若個別反射投射光線34其光強度本質上彼此不相同，則n亦可為非整數的一數字。在此情形下，在投影運作時，將以複數個反射投射光線34照射該降低－透射比區域102，使得對於指派至降低－透射比區域102的複數個角度，達成在光場面中所期望之光強度。
作為一替代，在正常投影運作時，該校正片104可從正常光路中移開。
8.調節－第一示範實施例
到目前為止，適用於決定一複數個反射鏡陣列26之個別的反射鏡元件28其傾斜角度的裝置及方法已被敘述。一旦關於傾斜角度之資訊為可獲取時，則必須藉由一調節系統之手段確保：對於該傾斜角度而言其特定的一設定值是儘可能的精確地被遵守。該光束偏移元件之所有中立設定的平均值可以1/6000的精確度依需要而調整。相關於該中立設定之相對設定應進一步以至少1/500的一精確度調整。
反射鏡元件28需被排列的調整時間tset ，被建立於對投影曝光設施10之可使用運作而意圖修改光瞳面照射所需的時間。該時間典型地位在10ms－50ms範圍內。此將在調節系統頻寬有一直接的影響，亦即反射鏡元件28意圖被量測與調整的頻率。
對於可排除個別反射鏡元件28被鄰近反射鏡元件28或外在效應所激發以致於震動情形之複數個反射鏡陣列26，若複數個反射鏡 陣列26之機械特性穩定到足以使用前授(forward－feed)控制，在某種情形下主動衰減可被排除。
因該反射鏡鏡面30之法線向量nv與施加的控制訊號sv可因不同效應隨時間改變，因而反射鏡元件28之重覆校正經常是合宜的。此種關係以方程式nv＝K(t)＊sv作為表達。因控制訊號sv亦可彼此影響，例如被靜電電荷，該K(t)最普遍的情形下為一張量。若張量K本身之時間相依性決定於外在參數p，例如溫度，則該些效應可藉由一分開的量測收集(例如一溫度計)。則該張量不僅為時間t的一函數，亦為參數p的函數(亦即K＝K(t,p))。該張量K(t,p)可被採用以決定控制訊號sv，而不需要操作其他的校正。
然而因通常非確定性效應不可能完全被壓制，因而需要重覆的校正。在10ms的一調整時間下，對於可用的前授控制之一個別的反射鏡元件28傾斜角度的校正量測，1kHz之一校正速率(亦即調整時間的十分之一)是必需的。
對於一複數個反射鏡陣列26，由於受到內部或外部之干擾所造成不能排除之震動時，一閉路控制迴圈為可推薦的替代方式。對於該反射鏡元件28之傾斜震盪的1－2KHz之典型自然頻率，對一個別的反射鏡元件28之每個相關標量(coordinate)，意涵量測及調節速率為1－2KHz，較佳為10－20KHz。在具有至少4000面反射鏡元件28之一複數個反射鏡陣列26中，將導致每個標量，例如傾斜角度或位移，具有超過4MHz的量測速率。
為此可使用相依於接收到的量測裝置感測器訊號之一控制迴圈，其直接作用於控制該反射鏡元件28傾斜角度的控制變數s，使得該傾斜角度設定值盡可能的精確。為此目的，一所謂的PID調節器傳統上被使用，該PID調節器接收調節差異e作為一輸入訊號， 亦即介於該反射鏡角度設定值與實際值之間的偏移。由PID調節器之比例(P)、積分(I)及微分(D)分量之設定值所決定，該控制變數s因而被設定，而接著影響反射鏡角度的實際值。此一封閉控制迴圈以所謂的調節頻率f運作。
然而相關於一複數個反射鏡陣列26之反射鏡元件28的調節，以下問題將浮現。在一方面，因量測儀器之感測器值強烈地受到不精確性之影響，感測器訊號的微分通常是困難的。藉由在調節元件中離散濾波器之手段以微分，因而導致強烈的雜訊放大，使得結果之調節訊號無法使用，其中調節元件作為微分元件(D)。在另一方面，調節差異e可僅以該取樣頻率被計算，其中在該取樣頻率下該複數個反射鏡陣列26之傾斜角的測量值被提供。由於數量龐大之反射鏡元件28，例如數千個或甚至數萬個反射鏡元件28，對一個別的反射鏡元件28之最大取樣頻率大幅地被限制。此外控制迴圈同樣僅以一調節頻率f運作，其中調節頻率對應於導致與設定值有大偏差的低取樣頻率。
圖12顯示使用一模型－為基礎的狀態估計器(model－based state estimator)之一控制迴圈的調節方案，且其因而不存在上述之缺點。該模型－為基礎的狀態估計器以基於一模型及藉助受可能的不精確性(例如由於量測方法)影響之感測器訊號，估計反射鏡元件28現有的傾斜角度。為此該模型－為基礎的狀態估計器從感測器訊號(受不精確性影響)而來之一內部模型之手段計算估計的狀態向量，亦即例如估計的傾斜角度x及其時間導數x_point。該狀態向量亦可包含一反射鏡元件28之複數個傾斜角度及/或其他位置參數，亦包含其動態行為，例如傾斜角度之時間導數。
接著該估計的狀態向量與系統之設定點狀態相比較，亦即該傾斜 角度之實際設定值及其時間導數。儘管該傾斜角度時間導數在此亦由與反射鏡角度設定值的微分所決定，此微分因該傾斜角度不受不精確性所影響而不出現問題。如同調節差異e，其時間導數de亦由該比較獲得，且集合形成調節差異向量(e,de)。
該調節差異向量(e,de)現在被送至計算控制變數s之一調節演算法及反射鏡元件28之控制器。該調節演算法之調節方案詳細地顯示於圖13中。如在圖13中可看出，調節演算法具有三個比例元素，決定不同的調節元件之效用。一第一比例元素KP對應至一PID調節器之比例元件(P)，其中調節差異e僅以一常數相乘。一第二比例元素KI將一積分器的輸出訊號乘以一常數，因而其對應至一PID調節器之積分元件(I)，其中該積分器對調節差異e作積分。一第三比例元素KD對應至一PID調節器之微分元件(D)，其中調節差異e之時間導數de乘以一常數且送至如上解釋之調節演算法。所有三個調節器組件被累加且輸出成為一控制變數s。
由於該模型－為基礎的狀態估計器，此一控制迴圈甚至可以用於強烈受到不精確性影響之量測訊號的數位形式，如同具有一習知的PID調節器的示範例。
作為製作模型－為基礎的狀態估計器之一出發點，可推薦使用從已知文獻中所得之狀態估計器，該狀態估計器特別適用於將量測訊號之隨機(stochastic)非精確性納入考量於該估計中，且將其調適於依照特殊應用上的需求之該些狀態估計器。其範例為卡門濾波器(Kalman filter)，擴展卡門濾波器(Extended Kalman filter)(EKF)，無味型卡門濾波器(Unscented Kalman filter)(UKF)或粒子濾波器(particle filter)。
因此模型－為基礎的狀態估計器甚至可以高於量測訊號之取樣頻率 的一速率輸出估計狀態向量(x,x_point)，儘管在大數量的反射鏡元件28及伴隨的每個個別的反射鏡元件28的低取樣頻率下，調節可以一高的調節頻率f下進行。反射鏡元件28傾斜角度之足夠的精確度可因而達到。
在一卡門濾波器的示範例中，一運動模型變異(kinematic model variant)及一動態模型變異(dynamic model variant)之間有區別(distinction)，其中運動模型變異為基於現有之傾斜角度的泰勒展開式(Taylor expansion)，而動態模型變異特別地能在無量測值提供的時間區段中更精確地複製系統的行為。
所有調節元素可進一步以多數量或相同地提供給複數個反射鏡元件28。所有調節變數，例如控制變數s，做為一向量其分量之數量相同於反射鏡元件28之數量。
藉由軟體或一FPGA晶片之手段實現控制迴圈亦適合於此一應用，因特別之處在於該模型－基底狀態估計器可因此彈性地被組態。
9.調節－第二示範實施例
具有一複數個反射鏡陣列26以照射光瞳面之一照射系統12的一重要面向為個別反射鏡元件28被調整之速度與精確度。在此示範例中對於記錄反射鏡元件28傾斜角度之量測儀器的關鍵數據，由照射系統12之光瞳形塑部分92及照射系統12整體的設計所支配。在一示範實施例中，具有總共64×64＝4096面反射鏡元件28之複數個反射鏡陣列26其個別地在兩軸上被分開驅動，且其傾斜角度需被個別地量測。在目前已知的先前工藝之解決方案中，如此大數量之反射鏡元件28無法以必需的精確度及在現代投影曝光設施10的需求所支配的時間內被調整。此因每面反射鏡元件28需可在沿一給定中立位置的兩軸採至少±2°之傾斜角度，如可能為±3°， 控制系統需要可以大約為11微弳度(microradians)之一系統精確度及大約140微弳度之一統計上不精確性下支配該角度範圍。
因而需要量測反射鏡位置及藉由一控制迴圈施加一校正。在此示範例中可獲得大約1ms的一時間，以量測整組4096面反射鏡元件28，亦即以所需之精確度以大約在250ns內決定每個個別反射鏡元件28之傾斜角度必須是可行的。該反射鏡元件應藉助量測光束62進一步個別地量測(參看圖10之示範實施例)，在由反射鏡鏡面30反射後之反射量測光束64提供關於傾斜角度的資訊。因而足夠快速地決定反射量測光束64之傾斜角度為一目標。
為此，如上所解釋，藉由傅利葉光學元件，例如會聚偵測器透鏡66，角度轉換成位置。然而由於安裝空間上的限制，如圖五之示範實施例所顯示使用4096個平行偵測儀器在可行性上會有困難。因此在無可觀的費用下，如同圖10中的示範例中，僅以一位置感測器68及傅利葉光學元件個別地被使用。在可觀的費用下安裝大約四具偵測儀器是可行的，但4096個偵測儀器於現有情形下，幾乎不能被安裝。因而，以僅一位置感測器68及傅利葉光學元件滿足量測及控制儀器的需求為目標。
為此，圖14顯示一裝置允許一多工方法，其允許以一位置感測器68以平行且獨立地量測複數個反射鏡元件28。
如圖10所述之示範實施例，雷射二極體之配置，即所謂的VCSEL陣列98可使用在量測照射用之光源。此具有64×64格點之一正方形或六方形格狀物的VCSEL陣列98在商業上已可獲得。藉由一矩陣驅動之手段，其中陽極與陰極以行與列個別地彼此連結，同時獨立控制64個雷射二極體為可行的，例如以一列控制。接著藉由固定於VCSEL陣列98上一微透鏡陣列之會聚準直透鏡60，來 自雷射二極體之光線聚焦於複數個反射鏡陣列26上。
對於位置感測器68，可想出各種商業上解決方案。位置感測器68亦簡稱為PSDs，其已可在商業上獲得大約4MHz頻寬及雜訊程度允許所需要之量測精確度(例如來自SiTek之2L4型)，然而每個反射鏡元件28量測時間僅約250ns，該位置感測器68關於量測速度已在效能極限。因而以作出尋找位置感測器68之替代的嘗試，該替代方案達成所需的空間解析度及允許甚至更短的量測時間。因而本發明相關於所有偵測器類型；來自SiTek之2L4型PSDs的數據可被使用為一起始點。
從PSDs、放大電路及類比-數位轉換器所發表之數據，理論上可達成的統計上位置誤差得以減低。因其多少小於要求值，因而理論上以時間分割多工(time division multiplexing)方式分析反射鏡元件28是可行的。該VCSEL陣列98之雷射二極體依序開啟，使得被一反射鏡元件28反射之反射量測光束64僅個別地入射於位置感測器68。然而由於雷射二極體及位置感測器68之有限頻寬，該量測之可用的時間長度被減少至小於100ns。該方法在之後被稱為”序列式(sequential)”，因該光源可嚴格地依序地開啟且個別地在某一時間僅一個光源照射。
為抵銷限制因素，例如位置感測器68之訊號上升時間、直流偏移(DC offset)及漂移、以及放大器之1/f雜訊，雷射二極體將不一個接一個開啟及關閉，而是以例如4到8個雷射二極體的群組方式同時運作。然而一群組之個別雷射二極體的光強度以不同頻率正弦地調變。由於位置感測器68之電極電流的相位敏感偵測，亦即其輸出訊號，在位置感測器68不同位置之個別反射量測光束64之組成則依照其調變頻率被分開。簡言之，依照本發明之方法類 似於使用平行運作之多個鎖相放大器之量測。
此降低位置感測器68之訊號上升時間的影響，此影響為量測儀器效能的一嚴格限制。此外在頻寬的範圍及降低的振幅下，複數個反射鏡元件28其傾斜角度的量測是可行的。所有DC效應的影響，亦即偏移、漂移及1/f雜訊，可進一步被濾除。放大器的AC耦合，例如，使排除需用於位置感測器68PSD偏壓的差分放大器，成為可行，使得位置感測器68之雜訊可消除。在系統穩定化過程中及不可進行量測之”死時(dead time)”之影響，亦可觀地降低。
因無關於使用的量測方法的所需之最新世代之類比－數位轉換器，僅在與AC耦合時，達成其最高解析度，作為AC耦合之一副影響，位置感測器68之感測訊號數位化的品質亦被增進。
不同於習知鎖相(lock－in)原理本身，系統並非以單一頻率調變，而是以複數個頻率同時調變。觀察此特徵，系統有些類似於一傅利葉干涉儀(Fourier interferometer)。
該些頻率的一特別的選擇及資料擷取時間，使得使用嚴格週期性邊界條件成為可行。甚至非常短資料流之無誤差傅利葉分析因而成為可行，且不需如鎖相放大器(lock－in amplifier)示範例中使用”平滑化(smoothing)”或一相乘的”窗口”。
儘管所述之方法有立即明顯的優點，其亦遭遇到少數可輕易克服之缺點：一位置感測器68可使用的最大光強度是有限制的。因而當複數個光源同時閃耀時，每個個別光源其光度(luminance)應降低，使得訊號振幅對雜訊之比值下降。然而此振幅耗損可藉由可用的較長量測時間補償，使得在位置感測器68上之最大光強度之限制不致引起任何額外的量測誤差。
基於所選取的頻率(參閱下文)，需要大於4MHz之一頻寬。若更多光源同時被調變，則所需之頻寬越大。由於位置感測器68之有限的頻寬，在高頻時訊號振幅較低且因而統計誤差變為更大。
正確的選擇量測頻率對於技術成功的實現是非常關鍵的。為避免在傅利葉分析中之窗口問題，選定該些頻率使得每個頻率之週期的一全部數目在量測時段內個別地被量測。因而量測時段之極限對所有頻率而言是週期的邊界條件。因而不需要一窗口且量測訊號實際為正交，避免傅利葉分析中之頻道串音(channel crosstalk)。VCSEL陣列98及其電子電路在驅動訊號及光度間並不展現出一線性關係。除量測頻率外，該光場因而亦包含其諧波(harmonics)。若一雷射二極體之該諧波與另外雷射二極體(亦即另外的反射鏡元件28)之量測頻率一致時，則該另外雷射二極體被分派的量測結果將受到汙染。因而量測頻率不應為另外量測頻率的倍數。為確保此一條件，在頻寬內該些頻率以複數個質數分佈。
在特定範例中，每面反射鏡之量測時脈(clock)為250ns的達成是必要的。在4個同時主動光源的示範例中，需4個頻率以達成同時分析四面反射鏡元件28。因而此一量測持續1μs(忽略數量級為200ns的暫態時間(transient time))。針對1MHz倍數的複數個頻率，將週期的邊界條件施加。1MHz開始的4個質數倍數為2MHz，3MHz，5MHz及7MHz。在8個同時量測的示範例中，間隔為2ps且量測頻率為1，1.5，2.5，3.5，5.5，6.5，8.5及9.5MHz。該些頻率數字的最佳選擇決定於位置感測器68的頻寬。模擬後顯示，對SiTek之2L4型的最佳值及所需的關鍵資料位於4到8個頻率間；確實的數值亦可由實驗所決定。因質數密度隨著數字增加而減少，頻寬亦隨量測頻率數目的增加而增加，以至於位置感測器 68之可評估的訊號振幅之下降，進而損害到精確度。
由於在位置感測器68上最多地被偵測到之有限的總光強度，光源之光度亦必需被選定，使得位置感測器68飽和極限不被超過。為使每個個別光源之平均功率被盡可能高地被設定，為此，驅動光源產生盡可能低之最大總光強度是適當的。因頻率以質數分佈所建立，且每個光源具有相同的振幅，可藉由調整相對的相位使最大總光強度最小化。一非線性數值最小化顯示，僅藉由相位適當選擇，可達成最大光強度的一顯著的降低。在以個別最大光強度倍數表示，例如，對4個光源言，最大值為2.93，對6個光源言為4.33、而對8個光源言最大值為5.87。
所提方法之一顯著優點，與引言中敘述的反射鏡元件之序列式取樣(無調變)相比，位置感測器68的速度不代表量測精確度的一基本限制。原則上任意快速的量測為可行的，儘管量測精確度因減小的訊號振幅而受損。
然而，於指令下達後，於不同速度及精確度之間切換(switch over)是可被完成(且藉由在計算單元中評估軟體之相關組態可立即達成)。例如，對反射鏡具有一對應大的量測誤差的主動衰減，對所有反射鏡得設定0.2ms的一取樣頻率，且針對真實的調整過程，再轉換成具完全精確度的1ms為可行的。藉純序列量測，以SiTek之2L4，0.2ms的量測頻率將不可達成。在給定條件下(亦即為了主動地衰減，當意圖以SiTek之2L4達成0.2ms的取樣頻率)，此方法因而不僅為一有利的解決方案，亦可能為僅有的解決方案。
下列之組件為實現量測方法所需要：●具有多數量光源之一量測照射儀器，其被提供而具適當數量之驅動放大器，使得4，6，8等光源的群組可同時地運作。
●可產生頻率相關及相位相關的正弦波訊號之訊號產生器，該訊號的數量等同於同時被驅動之光源的數量。依照DDS(直接數位合成)原理之產生器非常地適用於此處。
●供數位化位置感測器68之前置放大訊號的4個類比－數位轉換器。因本技術基於同時偵測，是參照訊號產生器時脈以導出轉換器之時脈源。
●評估類比－數位轉換器之感測器訊號的一計算單元。由於此任務之本質，使用可編程邏輯單元於其處是有利的，例如一FPGA(元件可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array))。該計算單元(FPGA)因而具有下列任務：。蒐集4個ND轉換器之量測資料。
。以相同於該些光源之頻率的正弦與餘弦訊號的數值產生。
。對正弦與餘弦訊號乘以A/D轉換器資料。此對每個使用頻率給出8個乘積。
。在量測時段累加該些乘積。此些累加值給出非歸一化(non－normalized)的0°及90°分量，從其可由二次相加(quadratic addition)決定個別輸入訊號振幅。
個別反射鏡之2D角度位置由振幅之簡單加法、減法及除法決定。對於該些運算，相較較長的時間是可用的，因該些運算僅需對每片反射鏡進行兩次。
藉由使用現代FPGAs可獲得之計算單元，此任務可在單一FPGA中以適當費用完成。
電子儀器之區塊圖，包含FPGA之主功能，可見於圖14。
僅計算－密集性運作在計算單元108中被指明。”MAC”單元為乘法 －加法單元，其以一8＊n－褶(n－fold)組態被提供，其中n為以不同頻率同時調變之光源的數量。除了以一FPGA之”韌體(firmware)”實現且不直接以硬體中顯現之計算單元108外，該配置非常類似於一習知”序列式”量測方法且因而可經濟地被建立。在此圖中，DDS單元之功能已實質地被整合至FPGA中(D/A轉換器，右下方)，儘管亦可以習知的DDS組件實現。
10.結論
上述關於一光瞳面之照射的量測與裝置亦可立即有利地使用於主動光罩，於其中微反射鏡的配置同樣以可切換元件方式提供。
複數個－反射鏡陣列同樣可以其他反射式或穿透式元件替換，該元件藉由施加一控制訊號，以不同方向偏折入射光到元件不同次區域為可行。此替代結構可包含例如電－光或聲－光元件，其中折射率可藉由將適當一材料曝露於電場或超聲波中改變。此折射率之改變可被使用以達成所期望之光線的偏折。
儘管本發明藉助附加的示範例以細節敘述，對熟知此技藝的人士立即明顯的是在不偏離附加請求項之保護範圍下，相關於某個敘述的特徵及/或提出特徵之不同組合的省略所得之替代或修改亦為可行。
10‧‧‧微影光蝕刻投影曝光設施
12‧‧‧照射系統
14‧‧‧光罩
16‧‧‧照射光場
16’‧‧‧照射光場
18‧‧‧結構
20‧‧‧投影物鏡
22‧‧‧光敏層
24‧‧‧晶圓
26‧‧‧多重反射鏡陣列
28‧‧‧光束偏移元件
30‧‧‧反射鏡鏡面
32‧‧‧投射光束
34‧‧‧反射投射光線
36‧‧‧量測光束
38‧‧‧量測光束
40‧‧‧入射方向
42‧‧‧鏡面法線
44‧‧‧入射面
46‧‧‧出射方向
48‧‧‧yz平面
50‧‧‧入射方向
50’‧‧‧入射方向
52‧‧‧出射方向
52’‧‧‧出射方向
54‧‧‧量測照射光源
56‧‧‧多孔板
58‧‧‧點光源
60‧‧‧會聚準直透鏡
62‧‧‧量測光束
62’‧‧‧量測光束
64‧‧‧反射量測光束
66‧‧‧會聚偵測透鏡
68‧‧‧位置感測器
70‧‧‧重放光學元件
72‧‧‧會聚透鏡
74‧‧‧會聚透鏡
76‧‧‧平面
78‧‧‧平面
80‧‧‧平面
82‧‧‧外殼
84‧‧‧窗口
86‧‧‧抗反射鍍膜
88‧‧‧極化器
90‧‧‧半反射式螢幕
92‧‧‧光瞳形塑部分
94‧‧‧光瞳光學元件
96‧‧‧光瞳面
98‧‧‧VCSEL陣列
100‧‧‧投影光線偵測器
102‧‧‧降低－透射比區域
104‧‧‧校正片
106‧‧‧光強度波形
108‧‧‧計算單元
本發明更進一步之優點與特徵，從兩個範例性實施例且藉助其附圖的詳細說明將變為清楚。在該圖中為純示意性：圖1顯示一微影蝕刻投影曝光設施之高度簡化一透視代表圖；圖2顯示以一複數個反射鏡陣列形式之待檢驗一光學元件的 側視圖；圖3顯示圖1中待檢驗之光學元件的一平面圖，其以量測時之配置的一代表圖；圖4顯示依照本發明之量測時之配置的一透視圖；圖5顯示依照本發明之量測儀器的一第一示範例之一側視圖；圖6顯示依照本發明之量測儀器的一第二示範例之一側視圖；圖7顯示封裝在一外殼之一複數個反射鏡陣列的一側視圖；圖8顯示一示範性實施例之一透視代表圖，其中藉助一相機記錄一複數個反射鏡陣列之個別反射鏡元件的傾斜；圖9顯示適合使用在代表圖8中之示範性實施例的一圖案之一代表圖；圖10顯示具有一複數個反射鏡陣列之一照射系統的一側視圖；圖11顯示一校正儀器之一簡圖，其中一側為一校正板且另一側為一反射鏡移動期間之光強度數據圖表，及從其決定之反射鏡元件角度與系統角度間的關係；圖12顯示為監視與控制光束偏移元件之一控制迴圈的一圖示；圖13顯示圖12中所示之控制演算法的一詳細圖示；圖14顯示採用一頻率多工制(frequency multiplex)方法的一量測儀器的一結構圖示。
12‧‧‧照射系統
28‧‧‧光束偏移元件
32‧‧‧投射光束
38‧‧‧量測光束
54‧‧‧量測照射儀器

Claims (33)

  1. 一種微影光蝕刻投影曝光設施(10)之一照射系統(12)，其具有一光瞳面及實質上平面排置之較佳為個別地可驅動的複數個光束偏移元件(28)，其適用於光瞳面之可變化的照射形式，各該光束偏移元件(28)允許入射於其上之一投射光束(32)的偏移係作為施加於對應之該光束偏移元件(28)之一控制訊號之一函數，其中：至少一量測照射儀器(54、56、58、60；88；90；98)，獨立於該投射光束(32)的一量測光束(36)藉由該量測照射儀器(54、56、58、60；88；90；98)被導向對應之該光束偏移元件(28)；一偵測儀器，該量測光束(36)在由對應之該光束偏移元件(28)偏移之後藉由該偵測儀器被記錄；及一評估單元，用於由該偵測儀器提供之複數個量測訊號，以決定該投射光束(32)之偏移。
  2. 依照申請專利範圍第1項之照射系統，其中該量測光束(36)是以一入射方向(50、50')被導向至對應之該光束偏移元件(28)上，被導向至對應之該光束偏移元件(28)上的該量測光束(36)的該入射方向(50、50')是不同於指派至對應之該光束偏移元件(28)之該投射光束(32)入射於對應之該光束偏移元件(28)的一入射方向(40)。
  3. 依照申請專利範圍第2項之照射系統，其中導向至對應之該光束偏移元件(28)之該量測光束(36)的該入射方向(50、50')，在入射角度及/或方位角度(azumith angle)不同於指派至對應之該光束偏移元件(28)之該投射光束(32)的該入射方向(40)。
  4. 依照申請專利範圍第3項之照射系統，其中導向至對應之該光束偏移元件(28)之該量測光束(36)的該入射方向(50)之該方位角度，與指派至對應之該光束偏移元件(28)之該投射光束(32)的該入射方向(40)之該方位角度，彼此相差超過約30°，較佳為超過約60°，特別為約90°。
  5. 依照申請專利範圍第1至4項其中任何一項所述之照射系統，其中該量測光束(36)是以一入射方向(50、50’)被導向至對應之該光束偏移元件(28)上，被被導向至對應之該光束偏移元件(28)上的該量測光束(36)的該入射方向(50、50’)被建立為使得該量測光束(36)無法獨立於對應之該光束偏移元件(28)所造成的其它光束偏移而入射該光瞳面。
  6. 依照申請專利範圍第1至4項其中任何一項所述之照射系統，其中各該光束偏移元件(28)為具有一反射鏡鏡面(30)之一可傾斜式(tiltable)反射鏡。
  7. 依照申請專利範圍第6項之照射系統，其中各該反射鏡為對於兩傾斜軸是可傾斜式，且該兩傾斜軸較佳為彼此正交的排置。
  8. 依照申請專利範圍第6項之照射系統，其中各該反射鏡鏡面(30)之一曲率是由該評估單元確定。
  9. 依照申請專利範圍第8項之照射系統，其中複數個量測光束(36)被導向至該些反射鏡鏡面(30)其中之個別一者，且個別之該反射鏡鏡面的該曲率藉由該評估單元以該些量測光束(36)在個別之該反射鏡鏡面(30)上所經歷到的不同偏移為基礎而確定。
  10. 依照申請專利範圍第8項之照射系統，其中該量測光束(36) 之該截面部份由該偵測儀器所記錄，且其中基於已確定之該截面部份，由該評估單元確定身為具有該反射鏡鏡面之該反射鏡的對應之該光束偏移元件(28)的該曲率。
  11. 依照申請專利範圍第1至4項其中任何一項所述之照射系統，其中一外殼(82)內置放該些光束偏移元件(28)，該外殼(82)具有對於該量測光束(36)及該投射光束(32)為透明之一窗口(84)。
  12. 依照申請專利範圍第11項之照射系統，其中已p極化之該量測光束(36)藉由該量測照射儀器(88)以一布魯斯特角被導引至該窗口(84)上。
  13. 依照申請專利範圍第12項之照射系統，其中該量測照射儀器(88)產生已p極化之該量測光束(36)，或可轉換不同偏極化之該量測光束(36)成為已p極化之該量測光束(36)。
  14. 依照申請專利範圍第12項之照射系統，其中該量測照射儀器(88)包含一光源(54；98)及僅對於已p極化之該量測光束(36)為可穿透的一極化器(88)。
  15. 依照申請專利範圍第11項所述之照射系統，其中該窗口(84)具有對於入射之該投射光束(32)為最佳化之一抗反射(antireflection)鍍膜(86)，且該量測光束(36)之波長大於該抗反射鍍膜(86)之厚度。
  16. 依照申請專利範圍第1至4項其中任何一項所述之照射系統，其中一入射端光學系統(56、58、60)被排置於該量測照射儀器(54、56、58、60；88；98)及對應之該光束偏移元件(28)之間。
  17. 依照申請專利範圍第16項之照射系統，其中該入射端光學系統(56、58、60)包含至少一準直器(56、58、60)以產生複數個平行光束(62)。
  18. 依照申請專利範圍第17項之照射系統，其中該入射端光學系統(56、58、60)包含複數個會聚透鏡(60)之一排置，其中各該會聚透鏡精確的被指派至該些光束偏移元件(28)之一。
  19. 依照申請專利範圍第1至4項其中任何一項所述之照射系統，其中一出射端光學系統(66；70、72、74)被排置於對應之該光束偏移元件(28)與該偵測儀器之間。
  20. 依照申請專利範圍第19項之照射系統，其中該偵測儀器包含複數個位置-解析(position-resolving)之位置感測器(68)且其中該出射端光學系統(66；70、72、74)包含至少一會聚透鏡(66)，在該會聚透鏡(66)之一焦平面該些位置感測器(68)其中之至少一被置放。
  21. 依照申請專利範圍第20項之照射系統，其中該出射端光學系統(66；70、72、74)包含複數個會聚透鏡(66)之一排置，其中各該會聚透鏡(66)被精確地指派至該些光束偏移元件(28)之一。
  22. 依照申請專利範圍第20項所述之照射系統，其中各該會聚透鏡(66)被精確地指派至該些位置-解析之位置感測器(68)之一。
  23. 依照申請專利範圍第21項所述之照射系統，其中該出射端光學系統包含一物鏡(70、72、74)，該物鏡(70、72、74)將該些光束偏移元件(28)之排置成像至該些會聚透鏡(66)之排置上。
  24. 依照申請專利範圍第23項之照射系統，其中該物鏡(70、72、 74)，該些光束偏移元件(28)之排置及該些會聚透鏡(66)之排置滿足Scheimpflug條件。
  25. 依照申請專利範圍第1至4項其中任何一項所述之照射系統，其中該偵測儀器包含設計成一4-象限(4-quadrant)偵測器的至少一位置感測器(68)。
  26. 依照申請專利範圍第1至4項其中任何一項所述之照射系統，其中該至少一量測照射儀器(90)產生一發光圖案(luminous pattern)，該量測光束從該發光圖案出射，且其中該偵測儀器為一攝影機，該圖案的一細節在由對應之該光束偏移元件(28)偏移後藉由該攝影機記錄下來。
  27. 依照申請專利範圍第26項之照射系統，其中該圖案不包含任何兩個相同之細節。
  28. 依照申請專利範圍第26項所述之照射系統，其中該圖案由被照射之一螢幕所產生。
  29. 依照申請專利範圍第26項所述之照射系統，其中該圖案藉由被穿透式(transmission)照射之一螢幕所產生。
  30. 依照前述申請專利範圍第26項所述之照射系統，其中該攝影機記錄該複數個光束偏移元件(28)。
  31. 依照申請專利範圍第26項所述之照射系統，其中該圖案由該攝影機記錄之該細節藉由該評估單元而在該圖案中發現。
  32. 依照申請專利範圍第26項所述之照射系統，其中該評估單元在該圖案之該細節與該圖案之間執行一自相關(autocorrelation)。
  33. 一種方法，其用於決定一微影光蝕刻投影曝光設施(10)之一照 射系統(12)中投射光束的偏移，該照射系統(12)具有一光瞳面及較佳為個別可驅動之複數個光束偏移元件(28)的一平坦安置，用於該光瞳面之可變的照射，各該光束偏移元件(28)允許入射於其上之一投射光束(32)的偏移係作為施加於對應之該光束偏移元件(28)之一控制訊號的一函數，其中：獨立於該投射光束(32)之一量測光束(36)被導引至對應之該光束偏移元件(28)上，其中該量測光束(38)由對應之該光束偏移元件(28)偏移後被記錄，且其中被指派至對應之該光束偏移元件(28)的該投射光束(32)之偏移被決定。
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