(57)【要約】マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系（１２）は、瞳孔面と、瞳孔面を可変に照明するために、好ましくは個々に制御可能な実質的に平面状に配置されたビーム偏向素子（２８）とを有する。それぞれのビーム偏向素子（２８）によって、ビーム偏向素子（２８）に入射する投影光線（３２）の偏向を、ビーム偏向素子（２８）に印加された制御信号に関係して行うことができる。測定照明装置（５４，５６，５８，６０；８８；９０；９８）は、投影光線（３２）とは無関係な測定光線（３６）をビーム偏向素子（２８）に向ける。検出装置は、ビーム偏向素子（２８）における偏向後に測定光線（３８）を検出する。評価ユニットは、検出装置によって提供された測定信号から投影光線（３２）の偏向を測定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞳孔面と、有利には瞳孔面を可変に照明するための実質的に平面状に配置された個々に制御可能なビーム偏向素子（２８）とを備え、個々のビーム偏向素子（２８）により、該ビーム偏向素子（２８）に入射する投影光線（３２）の偏向が、前記ビーム偏向素子（２８）に印加された制御信号に関係して行われるマイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系（１２）において、
前記投影光線（３２）とは無関係な測定光線（３６）を前記ビーム偏向素子（２８）に向ける前記ことができる少なくとも１つの測定照明装置（５４，５６，５８，６０；８８；９０；９８）と、
前記ビーム偏向素子（２８）における偏向後に測定光線（３８）を検出することができる検出装置と、
該検出装置によって提供された測定信号から前記投影光線（３２）の偏向を測定するための評価ユニットとが設けられていることを特徴とする照明系。
【請求項２】
請求項１に記載の照明系において、
前記ビーム偏向素子（２８）に割り当てられた前記投影光線（３２）が前記ビーム偏向素子（２８）に入射する入射方向（４０）とは異なる入射方向（５０，５０′）で、前記測定光線（３６）を前記ビーム偏向素子（２８）に向けることができる照明系。
【請求項３】
請求項２に記載の照明系において、
前記ビーム偏向素子（２８）に向けられた前記測定光線（３６）の前記入射方向（５０，５０′）が、その入射角および／または方位角に関し、前記ビーム偏向素子（２８）に割り当てられた前記投影光線（３２）の前記入射方向（４０）とは異なっている照明系。
【請求項４】
請求項３に記載の照明系において、
前記ビーム偏向素子（２８）に向けられた前記測定光線（３６）の前記入射方向（５０）の方位角と、前記ビーム偏向素子（２８）に割り当てられた前記投影光線（３２）の入射方向（４０）の方位角とが、３０°よりも大きく、有利には６０°よりも大きく、特に９０°よりも大きく相互に異なっている照明系。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の照明系において、
前記測定光線（３６）が前記ビーム偏向素子（２８）により生じるビーム偏向とは無関係に瞳孔面に入射することができないように規定された入射角（５０，５０′）で、前記測定光線（３６）を前記ビーム偏向素子（２８）に向けることができる照明系。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の照明系において、
前記ビーム偏向素子（２８）が、反射ミラー表面（３０）を有する傾斜可能なミラーである照明系。
【請求項７】
請求項６に記載の照明系において、
前記ミラーが、２本の、好ましくは相互に直交して配置された傾斜軸線を中心として傾斜可能である照明系。
【請求項８】
請求項６または７に記載の照明系において、
前記評価ユニットにより、前記反射ミラー表面（３０）の曲率も検出可能である照明系。
【請求項９】
請求項８に記載の照明系において、
個々の前記ミラー表面（３０）に複数の前記測定光線（３６）を向けることができ、前記評価ユニットにより、湾曲したミラー表面（３０）で測定光線（３６）が受ける種々異なった偏向に基づいて曲率を検出することができる照明系。
【請求項１０】
請求項８に記載の照明系において、
前記検出装置により前記測定光線（３６）の横断面が記録可能であり、前記評価ユニットにより、検出された横断面に基づき曲率が検出可能である照明系。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の照明系において、
前記ビーム偏向素子（２８）が配置されるハウジング（８２）が設けられており、該ハウジング（８２）が、前記測定光線（３６）および前記投影光線（３２）のための透明な窓（８４）を有している照明系。
【請求項１２】
請求項１１に記載の照明系において、
測定照明装置（８８）により、ｐ偏光された前記測定光線（３６）を、ブルースター角で前記窓（８４）に向けることができる照明系。
【請求項１３】
請求項１２に記載の照明系において、
前記測定照明装置（８８）により、ｐ偏光された前記測定光線（３６）を生成することができるか、または異なるように偏光された前記測定光線（３６）を、ｐ偏光された測定光線（３６）に変換することができる照明系。
【請求項１４】
請求項１２に記載の照明系において、前記測定照明装置（８８）が、光源（５４；９８）と、ｐ偏光された前記測定光線（３６）に対してのみ透過性である偏光器（８８）とを含む照明系。
【請求項１５】
請求項１１から１４までのいずれか一項に記載の照明系において、
前記透明な窓（８４）が、入射する前記投影光（３２）のために最適化された反射防止層（８６）を備え、前記測定光線（３６）の波長が、前記反射防止層（８６）の厚さよりも大きい照明系。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか一項に記載の照明系において、
前記測定照明装置（５４，５６，５８，６０；８８；９８）と前記ビーム偏向素子（２８）との間に、入射側の光学系（５６，５８，６０）が配置されている照明系。
【請求項１７】
請求項１６に記載の照明系において、
前記入射側の光学系（５６，５８，６０）が、平行な光線束（６２）を生成するためのコリメータ（５６，５８，６０）を備える照明系。
【請求項１８】
請求項１７に記載の照明系において、
前記入射側の光学系（５６，５８，６０）が、収束レンズ（６０）の装置を有し、これらの収束レンズ（６０）がそれぞれ１つの前記ビーム偏向素子（２８）に割り当てられている照明系。
【請求項１９】
請求項１から１８までのいずれか一項に記載の照明系において、
前記ビーム偏向素子（２８）と前記検出装置との間に、出射側の光学系（６６；７０，７２，７４）が配置されている照明系。
【請求項２０】
請求項１９に記載の照明系において、
前記検出装置が、複数の位置解像型画像記録装置（６８）を有し、前記出射側の光学系（６６；７０，７２，７４）が少なくとも１つの収束レンズ（６６）を備え、該収束レンズの焦点面に、少なくとも１つの前記画像記録装置（６８）が配置されている照明系。
【請求項２１】
請求項２０に記載の照明系において、
前記出射側の光学系（６６；７０，７２，７４）が、前記収束レンズ（６６）の装置を有し、これらの収束レンズ（６６）がそれぞれ１つの前記ビーム偏向素子（２８）に割り当てられている照明系。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載の照明系において、
それぞれの前記収束レンズ（６６）が、それぞれ１つの前記位置解像型画像記録装置（６８）に割り当てられている照明系。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の照明系において、
前記ビーム偏向素子（２８）の配置を前記収束レンズ（６６）の配置に結像する対物レンズ（７０，７２，７４）が設けられている照明系。
【請求項２４】
請求項２３に記載の照明系において、
前記対物レンズ（７０，７２，７４）、ビーム偏向素子（２８）の配置および収束レンズ（６６）の配置が、シャインプルーフの条件を満たしている照明系。
【請求項２５】
請求項１から２４までのいずれか一項に記載の照明系において、
前記検出装置が、４分割検出器として形成された少なくとも１つの画像記録装置（６８）を備える照明系。
【請求項２６】
請求項１から１５までのいずれか一項に記載の照明系において、
少なくとも１つの測定照明装置（９０）が照明パターンを生成し、この照明パターンから測定光線が放出され、前記検出装置が、前記ビーム偏向素子（２８）における偏向後に前記パターンの部分を検出することができるカメラである照明系。
【請求項２７】
請求項２６に記載の照明系において、
前記パターンのいずれの２つの部分も同一ではない照明系。
【請求項２８】
請求項２６または２７に記載の照明系において、
前記パターンが、照明されたシールドにより生成される照明系。
【請求項２９】
請求項２６または２７に記載に記載の照明系において、
前記パターンが、透過照明されたシールドにより生成される照明系。
【請求項３０】
請求項２６から２９までのいずれか一項に記載の照明系において、
前記カメラが、複数のビーム偏向素子（２８）を記録する照明系。
【請求項３１】
請求項２６から３０までのいずれか一項に記載の照明系において、
該照明系が評価ユニットを有し、該評価ユニットが、パターン内で前記カメラによって記録されたパターン部分を見つけ出すことができる照明系。
【請求項３２】
請求項２６から３１までのいずれか一項に記載の照明系において、
前記評価ユニットが、パターン部分とパターンとの間の自己相関を行うことができる照明系。
【請求項３３】
好ましくは個々に制御可能な平面状に配置されたビーム偏向素子（２８）を測定または制御する場合に生じる測定値または調整値を較正するための装置であって、前記ビーム偏向素子（２８）によって、マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系（１２）の瞳孔面を可変に照明することができ、前記ビーム偏向素子（２８）に入射する投影光線（３２）の偏向を、前記ビーム偏向素子（２８）に印加された制御信号に関係して行うことができる装置において、
前記照明系（１２）の瞳孔面に、または前記照明系（１２）の瞳孔面の近傍に、較正マーク（１０２）を有する較正プレート（１０４）を配置することができ、前記較正マーク（１０２）の透過性が、前記較正マーク（１０２）を取り囲む領域の透過性とは異なっていることを特徴とする装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の装置において、
前記較正プレート（１０４）が投影動作中にビーム光路から除去可能である装置。
【請求項３５】
請求項３３に記載の装置において、
前記較正マーク（１０２）が、前記較正プレート（１０４）の場所で前記ビーム偏向素子（１０２）により生成される照明点の大きさおよび形状に対応した大きさおよび形状を有しており、前記較正マーク（１０２）が、較正マーク（１０２）を取り囲む領域の透過性に対して１／Ｎ倍だけ低減された透過性を有しており、Ｎは整数である装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の装置において、
投影動作中に、前記較正プレート（１０４）が光路に残されている装置。
【請求項３７】
請求項３３から３６までのいずれか一項に記載の装置において、
前記較正プレート（１０４）が、交換装置によって交換可能である装置。
【請求項３８】
好ましくは個々に制御可能な平面状に配置されたビーム偏向素子（２８）を測定または制御する場合に生じる測定値または調整値を較正するための装置であって、前記ビーム偏向素子（２８）によって、マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系（１２）の瞳孔面を可変に照明することができ、前記ビーム偏向素子（２８）に入射する投影光線（３２）の偏向を、前記ビーム偏向素子（２８）に印加された制御信号に関係して行うことができる装置において、
有効瞳孔開口の外部に、瞳孔面または瞳孔面の近傍に配置された投影光検出器（１００）と、
個々の前記ビーム偏向素子（２８）が順次に、または複数の前記ビーム偏向素子（２８）が同時に、ビーム偏向素子（２８）に入射する前記投影光線（３２）を投影光検出器（１００）に向けるように、前記ビーム偏向素子（２８）を制御することができる制御ユニットと、
前記ビーム偏向素子（２８）によって生じた偏向を、前記投影光検出器（１００）によって規定される場所と相関させることができる評価ユニットとが設けられていることを特徴とする装置。
【請求項３９】
請求項３８に記載の装置において、
前記投影光検出器（１００）が、有効瞳孔開口から、該有効瞳孔開口の直径の１／５よりも小さい間隔をおいて配置されている装置。
【請求項４０】
請求項３８または３９に記載の装置において、
前記投影光検出器（１００）が、位置解像センサを有している装置。
【請求項４１】
請求項３８から４０までのいずれか一項に記載の装置において、
前記瞳孔開口の周囲に沿って配置された複数の投影光検出器（１００）が設けられている装置。
【請求項４２】
請求項３８から４１までのいずれか一項に記載の装置において、
前記投影露光装置（１０）で実施される前記露光中にビーム偏向素子（２８）に入射する前記投影光線（３２）を投影光検出器（１００）に向けることができるように、個々の前記ビーム偏向素子（２８）を順次に、または複数のビーム偏向素子（２８）を同時に、前記制御ユニットによって制御することができる装置。
【請求項４３】
請求項３８から４１までのいずれか一項に記載の装置において、
前記投影露光装置（１０）により規定された露光停止中に前記ビーム偏向素子（２８）に入射する前記投影光線（３２）を前記投影光検出器（１００）に向けることができるように、個々のビーム偏向素子（２８）を順次に、または複数のビーム偏向素子（２８）を同時に、前記制御ユニットによって制御することができる装置。
【請求項４４】
好ましくは個々に制御可能な平面状に配置されたビーム偏向素子（２８）を制御するための制御装置であって、前記ビーム偏向素子（２８）により、マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系（１２）の瞳孔面を可変に照明することができ、それぞれの前記ビーム偏向素子（２８）によって、該ビーム偏向素子に入射する投影光線（３２）の偏向を、前記ビーム偏向素子（２８）に印加された制御信号に関係して行うことができる装置において、
（ａ）測定信号を生成することができる測定装置と、
（ｂ）測定信号を使用して、前記ビーム偏向素子（２８）によって生じた偏向および偏向の時間導関数を表す推定状態ベクトルを測定することができる、モデルベースの状態推定器と、
（ｃ）前記推定状態ベクトル、および、前記ビーム偏向素子（２８）によって生じた偏向および偏向の時間導関数のための目標値を供給することができ、ビーム偏向素子（２８）に印加された制御信号を調節値（ｓ）によって制御することができることを特徴とする制御器。
【請求項４５】
請求項４４に記載の制御装置において、
モデルベースの前記状態推定器によって、推定された状態ベクトルを、測定信号を発生することのできる時間周期よりも大きい時間周期で出力することができる装置。
【請求項４６】
請求項４４または４５に記載の制御装置において、
モデルベースの前記状態推定器が、カルマンフィルタである制御装置。
【請求項４７】
好ましくは個々に制御可能な平面状に配置されたビーム偏向素子（２８）を測定する場合に生じる測定信号を同時に記録するための測定装置であって、前記ビーム偏向素子（２８）によって、マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系（１２）の瞳孔面を可変に照明することができ、前記ビーム偏向素子に入射する投影光線（３２）の偏向を、前記ビーム偏向素子（２８）に印加された制御信号に関係して行うことができる測定装置において、
（ａ）複数の測定光線を同時に装置に向けることができ、測定光線の強度が異なる周波数により変調されている測定照明装置と、
（ｂ）測定信号を検出することができ、平面状に配置された前記ビーム偏向素子によって反射された複数の測定光線を同時に記録することができるセンサと、
（ｃ）異なる周波数に相当する測定信号部分を分離し、それぞれの測定光線に割り当てる評価ユニットとが設けられていることを特徴とする測定装置。
【請求項４８】
請求項４７に記載の装置において、
前記評価ユニットが、ロックイン原理に基づき作動する装置。
【請求項４９】
請求項４７または４８に記載の装置において、
異なる周波数が、いずれも別の周波数の整数倍とは異なる装置。
【請求項５０】
請求項４７から４９までのいずれか一項に記載の装置において、
測定照明装置によって、４本の測定光線を同時に平面状に配置された前記ビーム偏向素子に向けることができ、前記測定光線の強度が、周波数２ＭＨｚ、３ＭＨｚ、５ＭＨｚまたは７ＭＨｚにより変調されている装置。
【請求項５１】
請求項４７から４９までのいずれか一項に記載の装置において、
前記測定照明装置によって、８本の測定光線を同時に平面状に配置された前記ビーム偏向素子に向けることができ、前記測定光線の強度が、１ＭＨｚ、１．５ＭＨｚ、２．５ＭＨｚ、３．５ＭＨｚ、５．５ＭＨｚ、６．５ＭＨｚ、８．５ＭＨｚおよび９．５ＭＨｚにより変調されている装置。
【請求項５２】
請求項４７から５１までのいずれか一項に記載の装置において、
前記評価ユニットが測定間隔を有し、該測定間隔の間に測定信号を評価することができ、測定信号が、異なる全ての周波数のためにそれぞれ１つの整数を周期で測定することができるように選択されている装置。
【請求項５３】
請求項４７から５２までのいずれか一項に記載の装置において、
測定光線の個々の強度の和に等しい総強度が、異なる周波数により変調された測定光線強度間の相対的な位相を適宜に規定することによって最小化されている装置。
【請求項５４】
マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系で少なくとも１０００個の反射性または透過性のビーム偏向素子（２８）を制御するための装置において、
該ビーム偏向素子（２８）の全ての中立位置の平均値を１／６０００の精度で調節することができ、中立位置とは異なる位置を１／５００の精度で調節することができることを特徴とする装置。
【請求項５５】
請求項５４に記載の装置において、
前記全てのビーム偏向素子（２８）の全体を５０ｍｓ未満の時間内に、特に１０ｍｓ未満の時間内に調節することができる装置。
【請求項５６】
マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系（１２）で投影光線の偏向を測定するための方法であって、前記照明系（１２）が、瞳孔面と、瞳孔面を可変に照明するために、好ましくは個々に制御可能な実質的に平面状に配置されたビーム偏向素子（２８）を有し、個々のビーム偏向素子（２８）によって、該ビーム偏向素子に入射する投影光線（３２）の偏向を、ビーム偏向素子（２８）に印加された制御信号に関係して行うことができる方法において、
前記投影光線（３２）とは無関係な測定光線（３６）をビーム偏向素子（２８）に向け、
前記ビーム偏向素子（２８）の偏向後に測定光線（３８）を記録し、
該測定光線から、前記ビーム偏向素子（２８）に割り当てられた前記投影光線（３２）の偏向を測定することを特徴とする方法。
【請求項５７】
対物レンズ内の光学素子、特にマイクロリソグラフィの対物レンズ内の光学素子における表面変化を測定するための装置において、
被検査光学素子（２６）を少なくとも１本の測定光線（３６，６２）によって照明する少なくとも１つの測定照明装置（５４，５６，５８，９０）が設けられており、前記測定光線（３６，６２）の入射方向が、対物レンズ光線束（３２）の入射方向に対して異なっており、少なくとも１つの検出装置（６８）が設けられており、該検出装置（６８）が、被検査光学素子の表面との相互作用に基づき測定光線の変化を記録することを特徴とする装置。
【請求項５８】
請求項５７に記載の装置において、
該装置が、測定しようとする表面変化が、少なくとも１つの表面領域の表面法線の角度変化であるように構成されている装置。
【請求項５９】
請求項５７または５８に記載の装置において、
該装置が、被検査光学素子（２６）が単数または多数のミラー素子、特に多重ミラー装置（マルチミラーアレーアレイ：ＭＭＡ）であるように構成されている装置。
【請求項６０】
請求項５７から５９までのいずれか一項に記載の装置において、
前記測定光線（３６，６２）の入射方向が、入射角および／または方位角入射方に関し、単数または複数の対物レンズ光線束（３２）の入射方向とは異なっている装置。
【請求項６１】
請求項６０に記載の装置において、
方位角入射方向が、前記被検査光学素子の表面垂線を中心として３０°よりも大きい回転角、好ましくは６０°よりも大きい回転角、特に約９０°の回転角だけ異なっている装置。
【請求項６２】
請求項５７から６１までのいずれか一項に記載の装置において、
前記測定照明源（５４）と前記被検査光学素子（２６）との間および／または前記被検査光学素子（２６）と前記検出装置（６８）との間に、それぞれ１つの光学系が設けられている装置。
【請求項６３】
請求項６２に記載の装置において、
前記測定照明源（５４）の光学系（５６，６０）が、平行な光線束を生成するために少なくとも１つのコリメータ、特にマイクロレンズ視野（６０）を備える孔付薄板（５６）を有し、該孔付薄板（５６）がマイクロレンズの焦点面に配置されている装置。
【請求項６４】
請求項６２または６３に記載の装置において、
前記検出装置の光学系が、少なくとも１つの収束レンズ、好ましくはマイクロレンズ視野（６６）を有し、これにより、特に収束レンズの焦点面に、被検査表面の少なく一領域のフーリエ変換が生じ、少なくとも１つの位置センサ（６８）、好ましくは、特にマイクロレンズの数に相当する複数の位置センサ（６８）がレンズの焦点面に配置されている装置。
【請求項６５】
請求項６２から６４までのいずれか一項に記載の装置において、
前記検出装置の前記光学系が、光学系（７０）を有し、該光学系（７０）が、シャインプルーフの条件を保持しつつ、被検査表面の少なくとも１つの領域を少なくとも１つの収束レンズ（６６）、特にレンズ視野、特にマイクロレンズ視野に結像し、少なくとも１つの位置センサ（６８）、好ましくはレンズ視野のそれぞれの光学レンズに対して１つの位置センサ（６８）が光学レンズの焦点面に設けられている装置。
【請求項６６】
請求項６４または６５に記載の装置において、
前記検出装置の前記光学系が、光学系（７０）を有し、該光学系（７０）が、被検査表面の表面垂線の方向に関係して、割り当てられた表面領域で反射されたビームを所定の入射角で、検出装置の位置センサ（６８）に割り当てられた光学レンズ（６６）、特にレンズ視野のレンズに入射させる装置。
【請求項６７】
請求項６５または６６に記載の装置において、
前記光学系（７０）が、２つの収束レンズ（７２，７４）を有するリレー光学系である装置。
【請求項６８】
請求項５７から６７までのいずれか一項に記載の装置において、
前記検出装置が、４分割検出器および／または２次元位置感知型検出器の形態の少なくとも１つの位置センサ（６８）、有利には複数の位置センサ（６８）を有している装置。
【請求項６９】
対物レンズの光学素子、特にマイクロリソグラフィの対物レンズの光学素子における表面変化を測定するための方法において、
被検査光学素子を少なくとも１つの測定光線により照明し、測定光線の入射方向が、単数または複数の対物レンズ光線束の入射方向とは異なっている少なくとも１つの測定照明装置と、
被検査光学素子の表面との相互作用に基づき測定光線の変化を検出する少なくとも１つの検出装置とを設けることを特徴とする方法。
【請求項７０】
請求項６９に記載の方法において、
請求項１から１２までのいずれか一項に記載の装置を使用する方法。
【請求項７１】
請求項６９または７０に記載の方法において、
対物レンズの光学素子における表面変化の測定を、対物レンズの使用と同時に行う方法。
【請求項７２】
請求項６９から７１までのいずれか一項に記載の方法において、
対物レンズの光学素子における表面変化の測定を連続的に続けて行う方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面状に配置されたビーム偏向素子、例えばマイクロミラーアレイが用いて瞳孔（ピューピル）面を可変に照明するマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小構造化された半導体構成素子を作製する場合に使用されるマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系では、平面状に配置されたビーム偏向素子が使用されることが多く、これらのビーム偏向素子により投影光を極めて柔軟に操作してマイクロリソグラフィ投影露光装置の結像特性を改善する。この一例として、いわゆる「マルチミラーアレイ」（多重ミラー装置）が挙げられる。マルチミラーアレイでは、多数のマイクロミラーが、好ましくは列および行で視野に配置される。マイクロミラーは可動であり、特に互いに垂直な２本の軸線を中心として傾斜可能であり、これにより、表面法線は、中立位置を起点として任意の方向に傾斜可能である。
【０００３】
このことを利用して、照明系における照明位置を可変に変更することができる。このような例は、国際公開第２００５／０２６８４３号パンフレットおよび欧州特許出願公開第１２６２８３６号明細書に記載されている。さらに、マルチミラーアレイはマイクロリソグラフィ用露光装置の反射性レチクルとしても使用される（国際公開第２００５／０９６０９８号パンフレット）。
【０００４】
このような構成部材のためには個々のミラー素子の正確な傾斜位置を認識し、対応する結像特性に決定的な影響を与える正確な位置を設定できるようにすることが重要である。
【０００５】
例えば米国特許第６４２１５７３号明細書には、唯一のスキャナミラーの傾斜角を測定するために補助光源を用いる装置が開示されており、このスキャナミラーによってＵＶレーザの光を偏向してパターンを形成する。
【０００６】
米国特許第６９６５１１９号明細書により、マルチミラーアレーアレイの対応するミラー素子を調整するための方法が公知である。この方法では、露光ビーム、すなわち、投影光の一部が、強度測定によりミラー素子の調整を行うことができるように光路から分離される。しかしながら、この方法では、有効光が分離されることにより、露光時間をできるだけ短くするという観点からは不都合といえる強度損失が生じることが欠点である。
【０００７】
強度損失による妨害を防止するために、従来技術によれば、例えばマルチミラーアレイのミラー素子の配向が、対物レンズが使用されない時間に検査および調整される。当然ながらこの場合、ミラー素子を検査するために、場合によっては長い停止時間が必要となる。このような停止時間は不都合であり、対応する対物レンズの効率的な動作を妨害する。
【０００８】
マルチミラーアレイのミラー素子の回転角または傾斜角の測定を、ミラー素子を動かすためのアクチュエータに設けられた対応するセンサにより行うことは、多数のミラー素子が設けられているので手間がかかり、センサのために必要な構成スペースにより、マルチミラーアレイの形態のビーム偏向素子の装置は容積が極めて大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００５／０２６８４３号パンフレット
【特許文献２】欧州特許出願公開第１２６２８３６号明細書
【特許文献３】国際公開第２００５／０９６０９８号パンフレット
【特許文献４】米国特許第６４２１５７３号明細書
【特許文献５】米国特許第６９６５１１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、マルチミラーアレイのミラー素子の角度位置を効果的に検出することができる装置および方法を提供することである。特に一般に、平面状に配置された多数のビーム偏向素子に入射する投影光の偏向を検出可能および測定可能であり、これにより、これらの偏向を監視し、制御することのできる装置および方法が提供されることが望ましい。しかしながら、一般に、結像特性を監視し、場合によっては結像エラーを補正するためには、例えば熱負荷などによる光学素子の表面、特に表面領域の形状または配向の変化が、重要なので、このような方法および装置のためには多数の他の用途が考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する装置、および、請求項５６に記載の特徴を有する方法により解決される。有利な構成が従属請求項の対象となっている。
【００１２】
本発明の基本思想は、平面状に配置されたビーム偏向素子を照射する照明系の投影光に対して付加的に、測定照明装置からの少なくとも１本の測定光線を、被検査ビーム偏向素子に向け、検出装置によってビーム偏向素子による測定光線の偏向を検出することができるようにすることである。この場合、ビーム偏向素子による測定光線の偏向とビーム偏向素子に入射する投影光の偏向とが相関関連にあると仮定すると、最終的にこの独立した測定装置により、投影光の偏向または所定の設定に対する変化を検出することができる。対応した測定光線を生成する独立した測定照明装置を付加的に設けることにより、投影光から有効光を分離させなくてもすみ、同時に、被検査光学素子の偏向変化の検査および測定をマイクロリソグラフィ投影露光装置の使用中に連続的に進行させること可能となる。このためには、相互の妨害が生じないように測定光線の入射方向が、投影光線の入射方向とは異なっていることのみが必要である。
【００１３】
このような方法により、特に光学素子の被検査ミラー表面の表面法線の角度変化または対応するミラー表面の配向を監視し、検査することができる。
【００１４】
好ましくは、これらの方法および装置は、ミラー素子、特に上記のような多重ミラー装置（マルチミラーアレイ：ＭＭＡｓ）を検査するためを使用することができる。
【００１５】
測定光線の入射方向は、光学素子の被検査表面に関する入射角および方位角入射方向において異なっていてよい。この場合、方位角入射方向とは、対応するビームの入射平面が所定の平面、例えば、南北向きに配置された入射平面に対して回動された方向である。
【００１６】
測定光線の入射方向と投影光の入射方向とが方位角入射方向において異なっていない場合には、少なくとも入射角が異なっている必要があり、これにより相互の妨害が阻止され、ミラー表面によって反射された測定光線の検出が検出システムによって可能となる。
【００１７】
測定光線の入射方向と投影光線の入射方向とが方位角入射方向において異なっている場合に、付加的に、被検査光学素子の入射角が異なっていてもよい。しかしながら、これは不可欠ではない。
【００１８】
好ましくは、測定光線の入射方向と投影光線の入射方向とが方位角入射方向において異なっており、被検査光学素子の表面法線を中心として３０°を超える範囲、有利には６０°を超える範囲の回転角度、特に９０°の相互回転角度が可能である。測定光の入射平面と投影光の入射平面との間の９０°配置では、特に測定照明装置を配置するため、および対応して配置される検出装置のための特に大きい構成スペースが得られる。
【００１９】
被検査光学素子が測定光により規定どおりに照明されることを保証し、同様に光学素子の表面との相互作用による測定光の変化が規定どおりに検出されることを可能とするために、照明源と被検査光学素子との間に、かつ／または被検査光学素子と対応する検出装置との間にそれぞれ１つの光学系が設けられていてもよい。
【００２０】
測定光は、任意の適宜な波長を有していてよく、可視領域に位置していても不可視領域に位置していてもよい。一般に光とはあらゆる電磁光線のことである。
【００２１】
測定照明のための光学系は、特に前置されたマイクロレンズ視野を有する孔付薄板の形態の多数のコリメータを備えていてもよく、これにより、対応してコリメートされた測定光線が生成される。
【００２２】
これらのコリメートされた測定光線は、被検査表面で反射され、検出装置の位置センサの前方に対応して配置された収束レンズ、特にマイクロ収束レンズのレンズ照射野により遠視野回折像またはフーリエ変換像として、対応する収束レンズの焦点面に結像させることができる。焦点面には、対応する位置センサ、特に４分割検出器または２次元位置感知センサが設けられていてもよい。このセンサは、被検査光学素子表面の所定の配向に対応する中立位置と、センサに入射した光円錐との偏差を突き止める。
【００２３】
付加的な構成スペースを得るために、被検査光学素子と検出装置との間に付加的な光学系を設けることもでき、この光学系により、検出装置を、検査したい光学素子から遠く離間させて配置することが可能となる。さらに、被検査光学素子の表面領域が同時に鮮明に結像される場合に、検出装置の可変の配置を可能とする光学系を設けることもできる。このために、対応する結像光学系は、光学素子の被検査表面領域がシャインプルーフの条件を保持しつつ、位置センサに割り当てられた光学レンズに結像されるように構成される。
【００２４】
同時に、対応する光学系は、検出装置の検出器収束レンズに対する測定光線の入射方向が、光学素子の割り当てられた表面領域の配向またはマルチミラーアレーアレイのミラー素子の傾斜角度に対応していることを確保する必要がある。このことは、例えば２つの収束レンズを有するリレー光学系によって保証することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による装置および方法によれば、光学素子または光学素子が配置された照明系の使用中に光学素子のミラー表面の角度配向の測定を連続的に行うことができる。これにより、検出された値を、操作可能なビーム偏向素子、例えば、マルチミラーアレイのマイクロミラーを能動的に制御または調整するために利用することができる。
【００２６】
本発明のさらなる利点および特徴を、添付の図面に基づく以下の２つの実施例の詳細の説明により示す。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】マイクロリソグラフィ投影露光装置を著しく簡易化して示す斜視図である。
【図２】マルチミラーアレイ（多重ミラー装置）の形態で示す被検査光学素子の側面図である。
【図３】図１による被検査光学素子を測定装置と共に示す平面図である。
【図４】本発明による測定装置の斜視図である。
【図５】本発明による測定装置の第１実施例を示す側面図である。
【図６】本発明による測定装置の第２実施例を示す側面図である。
【図７】ハウジング内に密封されたマルチミラーアレイの側面図である。
【図８】カメラによってマルチミラーアレイの個々のミラー素子の傾斜を検出する実施例を示す斜視図である。
【図９】図８に示した実施例で使用するために適したパターンを示す図である。
【図１０】マルチミラーアレーアレイを有する照明系の側面図である。
【図１１】較正プレート、ミラー素子の動かす間の強度変化およびこれにより規定されるミラー素子角度とシステム角度との間の関係を示す較正装置の概略図である。
【図１２】ビーム偏向素子を監視および制御するために使用することのできる制御ループの概略図である。
【図１３】図１２に示す制御アルゴリズムの詳細図である。
【図１４】周波数複合方法を使用する測定装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
１．投影露光装置の構成
図１は、微小構造化された構成部材をリソグラフィにより作製するために適した投影露光装置１０を極めて簡略化して示している。この投影露光装置１０は、いわゆる「マスク平面」に配置されたマスク１４において、狭幅の、図示の実施例では長方形の照明視野１６を照明する照明系１２を含む。照明系１２は、投影光を生成することができる光源を含む。汎用の光源は、例えば、２４８ｎｍ、１９３ｎｍまたは１５７ｎｍの波長を有する投影光を生成することができるレーザ媒体ＫｒＦ、ＡｒＦまたはＦ２によるエキシマレーザである。
【００２９】
照明視野１６の内部に位置するマスク１４上のパターン１８が投影対物レンズ２０によって感光性の層２２に結像される。例えばフォトレジストであってもよい感光性の層２２はウェーハ２４または別の適宜な基板に塗布され、ウェーハ平面とも呼ばれる、投影対物レンズ２０の結像平面に位置している。投影対物レンズ２０は一般に結像度｜β｜＜１を有しているので、照明視野１６の内部に位置するパターン１８は、縮小されて１６′として結像される。
【００３０】
このような投影露光装置の性能は、投影対物レンズ２０によってのみならず、マスク１４を照明する照明系１２によっても決定される。マスク１４に入射する光線の強度の他に光線の照明角度分布も、マスク１４に含まれるパターンが感光性の層２２に結像される場合の質に影響を及ぼす。結像させようとするパターン１８の方向および大きさに応じて様々な照明角度分布も有利であることは明らかである。様々なマスク１４が投影露光装置１０により結像されるこのが望ましいので、様々な照明角度分布に簡単に設定することのできる照明系が理想的である。このためには、照明角度分布を適宜に規定する、照明系１２の瞳孔面を、制御可能な光学素子によってできるだけ可変に照明する必要がある。
【００３１】
２．本発明による測定原理
図２は、概略側面図で、監視および制御のために本発明による装置または本発明による方法を用いることのできる光学素子の実施例を示している。図１の光学素子は、多数の小型のミラー素子２８を備えるいわゆる「マルチミラーアレイ」（多重ミラー装置）２６である。これらのミラー素子２８は可動に、特に傾斜可能に配置されており、例えば列および行の形で互いに隣接して配置されたミラー素子２８のミラー面３０を様々に異なる向きに配向することができる。これにより、入射する投影光３２をミラー面３０で反射させて多数の反射投影光線３４に分割することができ、反射投影光線の伝搬方向は、ミラー面３０を所定範囲内で傾斜させることにより自由に選択することができる。この場合の傾斜とは、実質的にミラー素子２８の中央、ミラー素子２８の縁部またはミラー素子２８の外部に延在することさえもある軸線を中心とした回動であり、これにより、入射投影光３２に関してミラー表面３０の配向が変化する。後者２つの代替案は、「旋回」と呼ばれることも多い。ミラー素子２８の機械的な懸吊およびアクチュエータの実施形態に応じて、並進運動および回転運動を組み合わせた運動（以下には簡潔に「傾動」とも呼ぶ）が、ミラー素子２８の配向を変更し、その結果として反射された投影光線３４の伝搬方向をも変更するために用いられる。
【００３２】
多くのシステムでは、さらに入射投影光３２は、ミラー表面３０に入射する前にマイクロレンズアレイを使用して個々の光束に分割され、ミラー素子２８に収束される。
【００３３】
このようなマルチミラーアレイ２６は、マイクロリソグラフィ投影露光装置１０の照明系１２において、単に瞳孔照明とも呼ばれるように、瞳孔面を可変に照明するために用いられる。このために、入射投影光３２は、瞳孔面に望ましい光分布が生じるように十分に多数のミラー素子２８で偏向される。この場合、ミラーの数は、光強度の空間的な変動、および、重畳されて瞳孔照明を構成する投影光線３４の最小直径にも影響を及ぼす。光学設計のための計算により、瞳孔面において従来の屈折光学素子の強度分布特性に匹敵する強度分布特性を得るためには、少なくとも４０００個のミラーが不可欠であることが明らかとなっている。ミラー素子２８の傾斜角度の極わずかな変更でさえも瞳孔照明ひいてはマスク１４における照明角度分布に著しい影響を及ぼすので、本発明によれば、ミラー平面３０の正確な角度位置が測定技術を用いて検出される。
【００３４】
図３に見られるように、本発明によれば入射投影光３２、すなわち、マスク１４の照明に使用される照明系１２の有効光（対物レンズ光線束とも呼ぶ）にはさらに付加的な測定照明装置が設けられている。この測定照明装置は、例えば少なくとも１本の測定光線の形態の測定光３６をマルチミラーアレイ２６のミラー素子２８に向ける。実施例に応じて、さらに測定照明は１本以上の測定光線または測定光線束を生成し、これらは、走査式に、すなわち順次にミラー素子２８に向けるか、または、幾つかのミラー素子２８もしくは全てのミラー素子２８に同時に向けることができる。測定光線の入射方向はわかっているので、反射された測定光線の出射方向を測定することにより、反射されたミラー表面３０の配向を推定することができる。この場合、投影光３２の偏向と測定光３６の偏向とが相関関係にあるという事実が利用される。したがって、反射された測定光３８は傾斜状態に関する情報、ひいてはミラー素子２８の配向に関する情報を含んでいる。図３に示した測定装置では、測定光３６は、入射する投影光３２の入射面に対して、反射するミラー平面３０の表面法線を中心として９０°だけ回動された平面でミラー素子２８に向けられる。
【００３５】
これにより、照明系１２の作動中にもミラー素子２８の配向を連続的に測定することが可能である。したがって、ミラー素子２８の配向を測定するために投影露光装置１０が停止される時間は発生しない。ミラー素子２８の配向を測定するためには、入射投影光３２は全く使用されないので、投影露光装置１０の処理量を低下させる恐れのある光損失は生じない。
【００３６】
図４は、本発明による測定原理の詳細を斜視図で示している。図４にみることができるように、入射投影光３２は所定の入射角αで入射方向４０に沿ってミラー素子２８のミラー表面３０に入射する。この場合、入射する投影光３２の入射方向４０はミラー表面３０の表面法線４２と共に入射平面（ｘｚ平面）４４をなし、この入射平面には、反射法則に従って、反射された投影光線３４の出射方向４６も位置している。
【００３７】
図４によれば、投影光３２の入射平面４４に対して、表面法線４２を中心として９０°の回転角度θだけ回動されたｙｚ平面において、入射測定光３６は、入射方向５０に沿ってミラー表面２８に向けられ、ミラー表面２８における反射後に、反射された測定光３８として出射方向５２に沿って検出装置に向けて放出される。この解決方法では、測定光３６の入射方向５０は、少なくとも方位角入射方向、すなわち、入射平面では投影光３２の入射方向４０とは異なる。付加的または代替的に、測定光３６は投影光３２とは異なる入射角でミラー表面３０に入射してもよい。
【００３８】
このことは測定光３６の入射方向５０′についてもいえる。入射方向５０′は、例えば投影光３２がミラー素子２８に入射するのと同じ入射平面４４に位置しているが、表面法線４２に対して、投影光３２の入射方向４０の入射角αとは異なる入射角α′をなしている。それ故、反射された測定光３８は出射方向５２′に沿って投影光３２とは異なる角度でミラー素子２８から放出される。入射測定光３６の入射方向５０′および反射測定光３８の出射方向５２′を有するこの装置も本発明による解決方法である。
【００３９】
３．測定装置の実施例
図５は、測定装置の実施例を示す。この実施例では測定照明装置の光源５４が孔付プレート５６に向いている。この孔付きプレート５６により多数の点状光源５８が生成される。マイクロレンズ-アレイ（マイクロレンズ視野）の形で組み立てられているか、または組み立てられていてもよい、後置されたコリメータ-収束レンズ６０は、それぞれ１つのコリメータを形成しており、このようにして、割り当てられた点状光源５８によって生成された光から、コリメートされた測定光線６２を生成する。この場合、異なるコリメータ-収束レンズ６０により生成される測定光線６２は、好ましくは互いに平行に延びている。
【００４０】
代替的には、個々の測定光線６２は、２つの検流計スキャナ、または、ポリゴンスキャナと検流計スキャナとからなる複合機によってマルチミラーアレイ２６を走査することができる。この場合、光源、例えばＶＣＳＥＬ（以下参照）は、ミラー素子２８が入射された場合にのみ光源が照明するようにパルス動作させてもよい。これにより、ミラーとミラーとの間の領域は、時間分解式に検出装置により検出される信号には貢献しない。
【００４１】
コリメートされた測定光線６２は、マルチミラーアレイ２６の被検査ミラー表面２８に入射し、そこでミラー表面２８の配向に関係して異なった方向に偏向される。反射された測定光線６４はマイクロレンズアレイ（マイクロレンズ視野）に入射する。マイクロレンズアレイは多数の検出器−収束レンズ６６を含み、マイクロレンズアレイの後方の焦点面には、検出装置の位置センサ６８が配置されている。このような配置により、反射された測定光線６４が検出器−収束レンズ６６に入射する角度は、反射された測定光線６４が集束される位置センサ６８の焦点位置に対してフーリエ変換の関係にある。
【００４２】
反射された測定光線６４のこの角度は、上記の反射法則に対応して、マルチミラーアレイ２６のそれぞれに割り当てられたミラー素子２８の配向に関連しているので、位置センサ６８で焦点位置を検出することにより、ミラー素子２８の配向を測定することができる。位置センサ６８としては、例えば４分割検出器または２次元位置センサを用いることができる。このようにして、例えば、あらかじめ規定された表面配向に対するミラー素子２８の傾斜の±２〜±３°の角度領域を検出することができる。
【００４３】
ミラー素子２８のミラー表面３０が曲率を有している場合には、測定光線６２を同じミラー素子２８の異なる点に向けることができる。このことは、同時に、または順次に、走査方法で、しかも同じ測定光線６２を用いて行うことができる。ミラー表面３０の異なる点に対する測定光線６２の様々に異なる偏向により、曲率を測定することができる。曲率を測定するための別の方法は、例えば、入射する測定光３６の発散度がわかっている場合には、湾曲したミラー表面３０から来た測定光線６２の焦点直径を位置センサ６８において検出することにより、測定光線の発散度、ひいてはミラー表面３０の曲率を測定することである。
【００４４】
さらに、光源が一定の強度を有すると仮定した場合に、位置センサ６８における信号を統合し、時間的に比較することにより、ミラー表面３０の反射係数の可能な変化を測定し、ミラー層の劣化を推論することができる。
【００４５】
位置センサ６８を有する検出器ユニット、および、検出器−収束レンズ６６を有する前置されたマイクロレンズアレイを、マルチミラーアレイ２６から所定の距離をおいて配置することができるように、図６に示す別の実施例によれば、付加的なリレー光学系７０が設けられている。２つの収束レンズ７２および７４と共に単に概略的に示すこのリレー光学系７０は、マルチミラーアレイ２６を検出器−収束レンズ６６の装置に結像する。リレー光学系７０により、検査角度範囲が制限されることなしに、光学素子の１つ以上の被検査表面、この場合にはミラー表面３０までのより大きい間隔が可能となる。これにより、リレー光学系７０は、マルチミラーアレイ２６から位置センサ６８までの間隔と検出可能な傾斜角度範囲とを分離する。このようにして、測定装置は、十分な構成空間が提供されている、照明系１２の光路の外部に配置することができる。
【００４６】
図６に示す実施例では、位置センサ６８、および検出器−収束レンズ６６を有するマイクロアレイが、マルチミラーアレイ２６が配置された平面８０に関してシャインプルーフの条件を満たす平面７６および７８に配置されている。シャインプルーフの条件は、リレー光学系７０の主平面が、検出器−収束レンズ６６の平面７６、およびマルチミラーアレイ２６のミラー素子２８が延在する平面８０と１本の軸線で交わる場合に満たされる。この条件の保持により、２つの平面７６および８０が互いに傾斜して配置されていても、これらを互いに鮮明に結像させることができる。それゆえ、このような装置は、被検査光学素子の大きい表面領域または多数のミラー素子２８をマイクロレンズアレイの検出器−収束レンズ６６に同様に鮮明に結像させることができ、検出装置を対応して角度をつけて配置することを可能にする。このような装置では、光軸に対して傾斜して配置され、ミラー素子２８が延在する平面８０を、マイクロレンズアレイの検出器−収束レンズ６６に鮮明に結像させることができる。
【００４７】
図５に示す実施例の場合と同様に、位置センサ６８で生じる焦点の位置は、割り当てられた測定光線６４が検出器収束レンズ６６に入射する入射角に関連して変化する。しかしながら、この入射角は、リレー光学系７０による結像に基づき、割り当てられた配向を測定すべきミラー表面の傾斜角に比例している。これにより、ミラー表面３０のあらかじめ規定された配向に対応する中立位置からの焦点の偏差により、関連するミラー表面３０の傾斜角度を位置センサ６８で推論することができる。
【００４８】
本発明は、マルチミラーアレイ２６のミラー素子２８の配向を投影露光装置の作動中に測定することができる。測定された配向と目標配向とに偏差が生じた場合には、関連するミラー素子２８を望ましい目標配向が得られるまで後調整することができる。以下にさらに詳細に説明するように、このことは、ミラー素子２８の能動的な制御または調整のための前提となる。
【００４９】
４．マルチミラーアレイの密封
図７は、マルチミラーアレイ２６を極めて簡易化して示す図である。このマルチミラーアレイ２６は、外部の影響、特に圧力または温度変動に対する保護のために照明系１２の内部でハウジング８２に密封されている。この場合、ハウジング８２は透明な窓８４を有しており、この窓８４を通過して、入射する投影光３２および測定光３６はマルチミラーアレイ２６の個々のミラー素子２８に入射することができる。個々の光線束はミラー素子２８の配向に対応して偏向された後に、反対方向にハウジング８２の透明な窓８４を通過する。
【００５０】
不都合な反射、ひいてはこれに関連した強度損失を低減するために、透明な窓８４は、通例のように、通過する光の波長および生じる角度に適合された１つ以上の反射防止層８６を備えている。それ故、本実施例では、反射防止層８６は、角度αで入射する投影光３２ができるたけ小さい強度損失を伴い透明な窓８４を通過することができるように構成されている。
【００５１】
大抵は別の波長を有し、場合によっては上記のように別の角度βでマルチミラーアレイ２６に入射する入射測定光３６が、できるだけ妨害反射を生じさせることなしに、透明な窓８４を通過することができるように、偏光子８８が入射測定光３６の光路に挿入される。この場合に入射測定光３６の偏光方向は、測定光３６が、透明な窓８４への測定光３６の入射平面に関して実質的にｐ偏光されているように選択されている。
【００５２】
さらに測定照明装置は、入射測定光３６の入射角βがブルースター角に少なくともほぼ等しいように配置されている。すなわち、光がブルースター角で２つの光学媒体の境界面に入射した場合、反射光は入射光のｓ偏光成分しか含まない。入射光のｐ偏光成分は、この場合、屈折して別の光学媒体に完全に取り込まれる。本実施例では入射測定光３６は完全にｐ偏光されており、したがって反射させることのできるｓ偏光成分を含まないので、ブルースター角で入射した場合の反射光の強度はゼロであり、ひいては測定光３６は透明な窓８４で反射されない。ほぼブルースター角で入射した場合、すなわち、ブルースター角から前後５°の範囲で入射した場合、ｐ偏光成分が部分的に反射されることにより、反射強度は入射強度の約５％未満である。したがって、反射防止層８６が入射投影光３２のためにのみ最適化されており、入射測定光３６のためには最適化されていないにもかかわらず、入射測定光３６はほぼ損失なしに透明な窓８４を通過することができる。しかしながら、入射測定光３６の波長が、入射投影光３２のために最適化された反射防止層８６の厚さよりも大きい場合には有利である。なぜならば、この場合には反射防止層８６は入射測定光３６に影響を及ぼさないからである。
【００５３】
マルチミラーアレイ２６のミラー素子２８における反射後には、出射する光線束の角度はもはやブルースター角に相当しないが、しかしながら、ミラー素子２８の小さい傾斜角度±２〜３°により、ブルースター角に近く、これにより、出射する光線束においても不都合な反射が低減されることを確認することができる。
【００５４】
図７との関連で説明した密封されたマルチミラーアレイ２６は、さらにマルチミラーアレイ２６のミラー素子２８がハウジング８２内に存在する不活性ガスにより取り囲まれているように、気密に密封して実施されていてもよい。代替的には、不活性ガスを交換するためのガス接続部（図７には図示していない）がハウジング８２に設けられていてもよい。この場合、ガス交換は連続的に、すなわち、マルチミラーアレイ２６が測定光３６および／または投影光３２により照明されている間にも行うことができる。不活性ガスの交換は、代替的にマルチミラーアレイ２６が測定光３６および／または投影光３２により照明されない場合にも行うことができる。
【００５５】
不活性ガスとしては、マルチミラーアレイ２６のミラー素子２８のミラー表面３０における反応を妨げるか、またはミラー素子２８が規定された耐用寿命の間に反射特性を損なわれないように、または少なくとも著しくは損なわれないように、すなわち、反射特性（例えば反射係数）が耐用寿命の間は１０％以上変化しないように反応を遅延させる全てのガスまたはガス混合物が適している。ミラー表面３０またはミラー表面で使用される層で起こる可能性のある反応としては、特にマルチミラーアレイ２６が作動される場合の光波長および光強度を考慮に入れることができる。使用される不活性ガスは、光波長および光強度に関連している場合もある。
【００５６】
通常ミラー表面３０は反射率を高める被覆層を有しており、１つまたは複数の被覆層材料に関連して、空気中に、例えば空気中酸素との反応によりこのような被覆層に劣化が生じる場合があるので、マルチミラーアレイ２６をハウジング８２により密封し、ハウジング８２の内部に含まれる適宜な不活性ガスが劣化を防止する。さらにミラー面３０を被覆する場合には明らかにさらにより多数の材料を使用することができる。なぜなら、ミラー素子２８の密封および不活性ガスの使用により、場合によっては起こり得る被覆層材料と空気との反応が抑制されるからである。被覆材料またはミラー素子２８のための材料としては、例えば、アルミニウム、非晶質または結晶質のシリコン、クロム、イリジウム、モリブデン、パラジウム、ルテニウム、タンタル、タングステン、ロジウム、レニウム、ゲルマニウムなどを使用することができ、同様に被覆層をこれらの材料の混合物から形成することもできる。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウム、アルゴンまたはその他の希ガス、窒素またはこれらのガスの混合物を使用することができる。さらに使用されたガスは、マルチミラーアレイ２６を温度制御するために、例えば測定光３６および／または投影光３２による照明時にマルチミラーアレイ２６を冷却するために使用することもできる。マルチミラーアレイ２６を取り囲むハウジング８２の透明な窓８４は、使用される波長に応じて、また測定光３６および／または投影光３２の使用強度に応じて、非晶質または結晶質の石英、または例えば、フッ化カルシウムを含んでいてもよいし、またはこれらの材料からなっていてもよい。
【００５７】
マルチミラーアレイ２６を取り囲むハウジング８２の内部に上記のように不活性ガスを使用することに対して代替的に、ハウジングを排気することもでき、またはガスもしくはガス混合物を圧力または組成に関して変更することもできる。ハウジング８２の排気またはガス圧またはガス組成の変更により、ミラー素子２８のミラー表面３０における不都合な反応を同様に防止するか、または遅延させて、規定された耐用寿命の間に反射特性が著しく損なわれないようにすることができる。
【００５８】
５．パターン認識による配向の測定
図８は、マルチミラーアレイ２６のミラー素子２８の配向を測定するためのさらなる可能性を示している。この場合、パターン、例えば照明パターンがマルチミラーアレイ２６に反映され、カメラ９１に結像される。照明パターンは、例えば、パターンを有する部分反射スクリーン９０を照明することにより生成するか、または（写真スライドのように）透明なシートを透過照明することにより生成することができる。
【００５９】
図９は、本発明の目的に適したパターンを例示的に示している。このパターンでは、チェス盤のように明暗が交互に配列されており、この交互配列の頻度は両方のスクリーン軸線ｘおよびｙに沿って連続的に増大しており、したがって、スクリーン９０には同一のパターンを有する２つの領域はない。１つのミラー素子２８に対応したカメラ画像の一区画を観察した場合、ミラー素子２８の傾斜に応じて、この区画のパターンの別の領域を見ることができる。例えばカメラ画像の区画とスクリーン９０の既知のパターンとの間で自動相関を行う評価ユニットにより、ミラー素子２８の正確な傾斜を記録することができる。カメラは、複数のミラー素子２８を記録するように配置されていてもよく、個々のミラー素子２８は個々にスクリーンパターンの１つの領域を示すので、この装置により、複数のミラー素子２８の傾斜を同時に測定することができる。
【００６０】
できるだけ小さい自己相関関数を有しているのであれば、図９に示したような規則的なパターンの代わりに、偶発的なパターンを選択することもできる。
【００６１】
別の可能性は、両方のスクリーン軸線ｘおよびｙに沿って異なる配色を施してスクリーン上の様々な場所に色コードを設けることである。理論的には、これにより１ピクセルのみを備える感色性のカメラ９１またはその他の感色性のセンサがあれば、上術の方法によりミラー素子２８の傾斜角度を測定するにのは十分である。市販されているデジタルカラーカメラにおいては、色またはＲＧＢベクトルは既に直接に提供されているので、評価は極めて簡単であり、コンピュータにおける計算は単純である。
【００６２】
６．較正−第１実施例
図１０は、第１実施例による測定装置の較正を可能にする装置の概略図を示している。較正は、照明系１２の瞳孔面を望ましい強度分布で照明する反射投影光３４の実際の光線偏向と、測定装置によって検出される信号との間の関係を示している。ここで説明した較正は、ミラー素子２８の配向を示す信号が上記測定装置によってではなく、別のセンサまたは測定装置によって提供されている場合にも用いることができる。この関連では、例えばマルチミラーアレイ２６に配置され、傾斜角度をいわば「内側」から検出する電気機械式、圧電抵抗式、誘電式、容量式または光学式センサが考慮される。
【００６３】
図１０に極めて簡略化して示す瞳孔形成部９２では、投影光源、例えばエキシマ-レーザによって生成された投影光３２がマルチミラーアレイ２６に入射し、マルチミラーアレイ２６で反射された後に瞳孔光学系９４を介して照明系１２の瞳孔面９６に向けられる。このような目的に適したマルチミラーアレイ２６のためのパッキング密度は、通常は９０％〜９５％を超過せず、したがって個々のミラー素子２８の間には反射成分は存在しないかまたは不都合な程度には存在しないので、本実施例では、従来技術、例えば、国際公開第２００５／０２６８４３号パンフレットにより公知のように、入射する投影光３２はマイクロレンズアレイによってより小さい投影光線としてミラー素子２８に収束される。
【００６４】
独立した光路を介して、さらにコリメートされた測定光線６２がより大きい入射角α′でマルチミラーアレイ２６に向けられる。本実施例では、測定照明装置は、平坦な半導体平面から光を放出する複数の半導体レーザの装置を含む。このようないわゆる「ＶＣＳＥＬアレイ９８」（Vertical Cavity Surface Emitting Laser Array:垂直共振器面発光レーザアレイ）により、マルチミラーアレイ２６の個々のミラー素子２８を、コリメートされた測定光線６２により標的を定めて照明することができる。個々の切換可能性を視覚化するために、図１０には一時的にスイッチオフされた２本の測定光線６２′の光路が破線で示されている。マルチミラーアレイ２６で反射された後に、測定光線６２は反射測定光線６４として検出器収束レンズ６６を介して、検出器収束レンズ６６の焦点面に配置された位置センサ６８に入射する。検出器収束レンズ６６によって、反射測定光線６４の角度変化により、位置センサ６８において、反射測定光線６４が集束される焦点がシフトされる。
【００６５】
測定装置を較正するために、装置はさらに投影光検出器１００を有している。投影光検出器１００は、瞳孔面の正確に規定された位置に、しかしながら、有効な瞳孔開口に直接に隣接して、特に瞳孔開口の直径の１／５よりも小さい間隔をおいて配置されている。いま個々のミラー素子２８の傾斜角度の測定値を較正することが望ましい場合、対応したミラー素子２８のみが、このミラー素子２８によって反射された投影光線３４が瞳孔面で投影光検出器１００に入射するまでの間、傾斜される。同時に測定光線６２が較正しようとするミラー素子２８に向けられた場合、位置センサ６８で突き止められた焦点位置を較正値として評価ユニットに記憶させることができる。
【００６６】
例えば瞳孔光学系９４または湾曲したミラー表面３０により生じる場合のある非線形を検出するためには、瞳孔開口の周囲に複数の、特に４個の投影光検出器１００を配置すると有利である。投影光検出器１００は、４分割検出器として構成してもよい。
【００６７】
それぞれのミラー素子２８の傾斜角度が上記のようにして較正された場合、照明系１２の作動中にミラー素子２８の傾斜、ひいては瞳孔面の照明を監視し、ミラー素子２８を場合によっては後調整するために測定装置を用いることができる。このような後調整は一般に有意義である。なぜなら、例えば空気流動または音響波によるミラー素子２８の振動によって生じる場合があるような１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲の高周波妨害は、瞳孔面の照明に許容できないエラーをもたらす恐れがあるからである。
【００６８】
さらに上記較正方法によりマルチミラーアレイ２６のミラー素子２８と、投影光３２をミラー素子２８に集束するマイクロレンズアレイとの間のゆっくりとしたドリフト運動により生じる不正確な照明を検出することもできる。不正確な照明は他のドリフト運動にさらされるので、測定装置によって初期には検出されない。個々のミラー素子２８は照明系１２の作動中にも投影光検出器１００に向けることができ、このことにより、瞳孔面の照明が著しく影響を受けることはないので、作動中に個々のミラー素子２８のために所定の時間間隔をおいて順次に較正を繰り返すことができる。これにより、ゆっくりとしたドリフト運動が検出され、補正される。照明系１２の通常の光路から取り出された投影光部分の大きさに応じて、時間間隔を変化させるか、または、個々のミラー素子２８、同時に幾つかのミラー素子２８または全てのミラー素子２８をこの方法で較正することもできる。
【００６９】
７．較正−第２実施例
図１１は、詳細に上述した測定装置を較正するための別の方法を概略図で示している。この実施例による較正方法はこの測定装置とは無関係に用いることもできる。したがって、ミラー素子２８の配向に関する情報を含む信号が上記測定装置によってではなく、別のセンサまたは測定装置によって提供される場合にも使用することが考慮される。
【００７０】
特にこの実施例の較正方法は、マルチミラーアレイ２６のいわゆる「フィードフォワード運転」が選択され、必ずしも独立したセンサまたは測定装置がフィードバックのために設けられていない場合に、有利にはミラー素子２８を制御するための調節値を直接に較正するために使用することができる。以下の説明から明らかとなるように、これは、ドリフト、充電のように場合によって生じるゆっくりと進行するプロセスを後調整するために、上記較正方法は、とりわけわずかな手間で迅速に繰返し可能であり、露光装置１０の照明プロセスの間に個々のミラー素子のためにさえも実施可能であるという事実に基づいている。
【００７１】
この実施例によれば、瞳孔面の所定の箇所に透過率を５０％だけ低減された領域１０２が形成される。このために、例えば、透明な較正プレート１０４が瞳孔面に配置されているか、または瞳孔面の近傍に配置されていていてもよい。透過率を低減された領域１０２は、それぞれ反射された投影光線３４によって瞳孔面に生成された光点の大きさを有している。領域１０２は、照明系１２の光軸に関して、正確に規定された位置に角度に関して正確に配向して、堅固に配置されているか、または交換可能に配置されている。適宜な方法により、透過率を減じられた領域１０４は既に設けられている素子、例えば瞳孔光学系９４に配置することもできる。
【００７２】
ミラー素子２８を較正するために、視野平面、例えば投影対物レンズ２０の物体平面または像平面に強度センサが設けられる。個々のミラー素子２８が、割り当てられた反射投影光線３４によって、所定の経路に沿って、例えば、座標軸に沿って瞳孔面の様々な場所を照明する間に、強度センサは強度変化１０６（図１１の右上のグラフを参照）を記録する。このような強度変化１０６は、図１１では、例えばミラー素子２８の動きに関して示されており、この場合、光点はＸ軸線に沿って、中央を、すなわち、光軸を超えて、瞳孔面上を移動する。ミラー素子２８から来て反射された投影光線３４が透過率を減じられた領域１０４に入射した場合、このことは、強度センサによって強度の低下として記録される。
【００７３】
このようにして、適宜に配置された透過率を低減された領域１０２、および、強度変化１０６の最小値を検出し、領域１０４の配置を認識して瞳孔面内の所定位置に割り当てる評価ユニットによって、ミラー素子の配向を同時に測定する測定装置の測定信号を較正することができる。これにより、図１０の右下のグラフに示すように、測定装置によって規定されるミラー素子２８の傾斜角度は、投影光３２の照明角度の絶対角度位置に関連づけられる。
【００７４】
有利な改良形態では、通常の強度センサの代わりに、視野平面に角度分解式強度センサが用いられる。これにより、光が視野平面の一点に入射したか否かのみならず、光がどの方向からこの点に入射したのかをも突き止めることができる。瞳孔面の場所には視野平面の様々な方向が割り当てられているので、このような角度分解式強度センサによって複数のミラー素子２８を同時に較正することさえもできる。それぞれに照明される透過率を低減された領域１０２はできるだけ相互に離間して位置していることが望ましく、これにより、強度センサは視野平面で割り当てられた方向をさらに十分に正確に分解することができる。
【００７５】
投影露光装置１０の投影動作時に、瞳孔面における透過率を低減された領域１０２に局所的な強度低下が生じることを阻止するために、通常であれば供給されているように、照明しようとする領域１０２にそれぞれ２倍の反射投影光線３４が向けられる。この領域１０２の透過率は上記のように５０％なので、２倍数の投影光線３４が望ましい強度を生成する。このようにして、瞳孔面には較正プレート１０４が堅固に挿入されているにもかかわらず、一様な強度分布をもたらすことができる。
【００７６】
上記実施例では５０％の透過率低減が得られ、投影動作時にはこのようにして透過率を低減された領域１０２は２倍のミラー数、すなわち、２倍数の反射投影光線３４によって照明される。透過率を低減された領域１０２は、１／ｎに減じることもでき、ｎは２以上の整数である。この場合、投影動作中には、透過率を低減されたそれぞれの領域１０２はｎ倍の反射投影光線３４によって照明される。
【００７７】
これらの実施形態は、個々の反射された投影光線３４がほぼ等しい強度を有する場合に推奨される。しかしながら、反射された個々の投影光線３４が実質的に相互に異なる場合には、ｎも整数とは異なる数であってよい。この場合には、投影動作中に、透過率を低減された領域１０２は複数の反射投影光線３４によって照明され、これにより、透過率を低減された領域１０２に割り当てられた角度のために視野平面で望ましい強度が得られる。
【００７８】
これに対して代替的には、較正プレート１０４は通常の投影動作中に光路から離間してもよい。
【００７９】
８．制御−第１実施例
以上に、マルチミラーアレイ２６の個々のミラー素子２８の傾斜角度を測定するために適した装置および方法を説明した。いま傾斜角度に関する情報が提供されているので、制御システムにより傾斜角度のための所定の目標値ができるだけ正確に保持されるようにする必要がある。好ましくは、全てのミラー中立位置の平均値を少なくとも１／６０００の精度で調節することができる。この中立位置に関する相対的な設定を、さらに少なくとも１／５００の精度で調節することができる。
【００８０】
ミラー素子２８を配向するために必要とされる調節所要時間ｔｓｅｔは、マイクロリソグラフィ投影露光装置１０を有意義に作動させるために瞳孔照明が変更されるべき所要時間によって規定される。典型的には、所要時間は、１０ｍｓ〜５０ｍｓの範囲である。このことは調整システムの帯域、すなわち、ミラー素子２８の傾斜角度を測定し、調節すべき頻度に直接に影響を及ぼす。
【００８１】
隣接するミラー素子２８または外的影響により個々のミラー素子２８が振動させられることを除外することができるマルチミラーアレイ２６においては、マルチミラーアレイ２６の機械的特性が、いわゆる「フィードフォワード制御」のために十分に安定しているのであれば、場合によっては能動的な振動減衰を省略することもできる。
【００８２】
しかしながら、ミラー表面３０の法線ベクトルｎｖと印加された制御信号ｓｖとの関係は様々な影響により時間の経過に伴い変化する場合もあるので、個々のミラー素子２８を繰り返し較正することは有意義なことも多い。この関係は、等式ｎｖ＝Ｋ（ｔ）×ｓｖにより表すことができる。この場合、値Ｋ（ｔ）は最も一般的にはテンソルである。なぜなら、制御信号ｓｖは、例えば静電負荷によっても相互に影響を及ぼすことができるからである。テンソルＫの時間的関係自体が外部パラメータｐ、例えば温度などに関係している場合、これらの影響は、独立した測定器、例えば温度センサにより測定することができる。テンソルは、時間ｔの関数であるのみならず、パラメータｐ（すなわち、Ｋ＝Ｋ（ｔ，ｐ））の関数でもある。テンソルＫ（ｔ，ｐ）は、新たに較正を行う必要なしに、制御信号ｓｖを測定するために使用することができる。
【００８３】
しかしながら、一般に決定的でない影響を完全に抑制することはできないので、繰り返し較正を行うことが必要となる場合もある。したがって、１０ｍｓの調節所要時間の場合に有意義なフィードフォワード制御を行うためには、個々のミラー素子２８の傾斜角度を較正測定するために１ｋＨｚの較正率（すなわち、調節所要時間の１／１０）が必要となる場合もある。
【００８４】
内部または外部の妨害により励起される振動をもはや除外することのできないマルチミラーアレイ２６の場合には、むしろ閉ループ制御が適している。ミラー素子２８の傾斜振動における１〜２ｋＨｚの典型的な固有振動数では、個々のミラー素子２８のそれぞれの関連座標に対して１〜２ｋＨｚ、好ましくは１０〜２０ｋＨｚの測定および制御率が生じる。これにより、少なくとも４０００個のミラー素子２８を有するマルチミラーアレイ２６では、座標毎に４ＭＨｚを超える、例えば傾斜角度または並進量などの測定率が得られる。
【００８５】
このために、測定装置の検出されたセンサ信号に応じて、傾斜角度の目標値をできるだけ正確に保持するようにミラー素子２８の傾斜角度を制御するための調節値ｓに作用する制御ループを使用することもできる。通常このような目的のためには、いわゆる「ＰＩＤ制御器」が使用される。ＰＩＤ制御器は、入力信号として制御差ｅ、すなわち、ミラー角度の目標値と実際値との間の偏差を受信する。ＰＩＤ調整器の比例成分（Ｐ）、積分成分（Ｉ）および微分成分（Ｄ）の調節に応じて、調節値ｓが相応に設定され、この値はミラー角度の実際値に影響を及ぼす。この主の閉制御ループは、いわゆる制御周波数ｆで作動される。
【００８６】
しかしながら、この場合、マルチミラーアレイ２６のミラー素子２８の制御に関して以下の問題が生じる。一方では、測定装置のセンサ値には著しい不安定性が伴うので、センサ信号の微分が困難な場合が多い。それ故、微分成分（Ｄ）に対処する制御部における別個のフィルタを介した微分は、生じた制御信号が使いものにならなくなるほどの著しいノイズ増幅につながりかねない。他方では、制御差ｅは走査周波数によってしか計算することができず、この走査周波数によってミラー素子２８の傾斜角度のための測定値も提供される。多数の、例えば、数千個または数万個のミラー素子により、個々のミラー素子２８のための最大走査周波数が著しく制限されている。したがって、制御ループもこの小さい走査周波数に相当する制御周波数ｆによってしか作動させることができず、これにより、目標値からのより大きい偏差が生じる場合がある。
【００８７】
図１２は、モデルベースの状態推定器を使用しており、したがって上記欠点を有していない制御ループの制御概略図を示している。モデルベースの状態推定器は、モデル、および場合によって生じる（例えば測定方法によって生じる）不安定性を伴うセンサ信号を用いてミラー素子２８の実際の傾斜角度を推定する。このために、モデルベースの状態推定器は、内部モデルによって、不安定性を伴うセンサ信号から、推定された状態ベクトル、すなわち、例えば推定された傾斜角度ｘおよび傾斜角度の時間導関数ｘ点を計算する。状態ベクトルは、１つのミラー素子２８の複数の傾斜角度および／またはさらなる位置パラメータならびにこれらの動的挙動、例えば時間導関数などを含んでいてもよい。
【００８８】
推定された状態ベクトルは、次いでシステムの目標状態、すなわち、傾斜角度の本来の目標値および目標値の時間導関数と比較される。ここでも傾斜角度の時間導関数はミラー角度の目標値からの微分によって決定されるが、この微分は、傾斜角度の目標値に不安定性が付随していないので問題はない。制御差ｅの他にこの比較から制御差の時間導関数ｄｅが得られ、これらは制御差ベクトル（ｅ，ｄｅ）を形成する。
【００８９】
制御差ベクトル（ｅ，ｄｅ）は、いま制御アルゴリズムに伝達され、この制御アルゴリズムは、調節値ｓを計算し、ミラー素子２８の制御部に伝達する。この制御アルゴリズムの制御概略図を図１３に詳細に示す。図１３からわかるように、制御アルゴリズムは３つの比例部分を有し、これらの比例部分により、様々な制御成分の影響を測定することができる。第１の比例要素ＫＰはＰＩＤ制御器の比例成分（Ｐ）に相当し、ここでは制御差ｅは定数によってのみ掛け合わされる。第２の比例要素ＫＩは、制御差ｅを積分する積分器の出力信号を定数と掛け合わせ、したがってＰＩＤ制御器の積分成分（Ｉ）に相当する。第３の比例要素ＫＤは、ＰＩＤ制御器の微分部分（Ｄ）に相当し、ここでは、上述のように制御アルゴリズムに伝達される制御差ｅの時間導関数が定数と掛け合わされる。３つの制御成分は全て加算され、調整値ｓとして出力される。
【００９０】
このような制御回路は、モデルベースの状態推定器により、通常のＰＩＤ制御器の場合のようにより大きい不安定性を伴う測定信号を有するデジタル形式においても使用することができる。
【００９１】
モデルベースの状態推定器を実施する場合の出発点としては、推定時に測定信号の確率論的な不安定性を考慮するために特に適した文献により公知の状態推定器を使用し、このような状態推定器を特定の用途の要求に応じて適合させることが推奨される。このような状態推定器の例は、カルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）、無香カルマンフィルタ（ＵＫＦ）または粒子フィルタである。
【００９２】
このようなモデルベースの状態推定器は、推定された状態ベクトル（ｘ，ｘ点）を測定信号の走査周波数よりも高い率で出力することもできるので、多数のミラー素子２８、およびこれに結びついた個々のミラー素子２８の小さい走査周波数にもかかわらず、高い制御周波数ｆにより制御を行うことができる。これにより、ミラー素子２８の傾斜角度の十分な精度が得られる。
【００９３】
カルマンフィルタにおいては、実際の傾斜角度のテーラー展開に基づいた運動学的モデル形態と、測定値が提供されていない時間におけるシステムの挙動をより正確に模倣する動力学的なモデル形態とが区別される。
【００９４】
さらに全ての制御要素が複数のミラー素子２８を制御するために複数個またはユニット状に提供されていてもよい。それ故、全ての制御値、例えば調節値ｓを、ミラー素子２８の数に等しい数の成分を有するベクトルとして設けてもよい。
【００９５】
このような使用法のためには、ソフトウェアまたはＦＰＧＡチップに制御ループを実行することが適している。なぜなら、特にモデルベースの状態推定器はこの方法で柔軟に切り換えることができるからである。
【００９６】
９．制御−第２実施例
瞳孔面を照明するためのマルチミラーアレーアレイ２６を有する照明システム１２において重要な点は、個々のミラー素子２８を調整することのできる速度と精度である。ミラー素子２８の傾斜を検出する測定装置のためパラメータが、照明系１２の瞳孔形成部９２および照明系１２全般の設計に対する光学的および機械的要求により規定される。
【００９７】
一実施例では、マルチミラーアレーアレイ２６は全部で６４×６４＝４０９６個のミラー素子２８を有し、これらのミラー素子２８をそれぞれ２本の軸線で別個に制御し、これらのミラー素子２８の傾斜角度を個々に測定する必要がある。これまでの従来技術で公知の解決方法によれば、このように多数のミラー素子２８は、要求される精度をもって、しかも現在の投影露光装置１０に対する要請から生じる短時間内に調節することはできない。すなわち、それぞれのミラー素子２８は、両方の軸線において、所定の中立位置から少なくとも±２°、できれば±３°の傾斜角度に近づくことができることが望ましく、制御システムは、この角度範囲を約１１マイクロラジアンのシステム精度および約１４０マイクロラジアンの統計的不確実性により制御する必要がある。
【００９８】
それ故、ミラー位置を測定し、制御回路によって補正を行うことが不可欠である。４０９６個のミラー素子２８のセット全体を測定するために約１ｍｓの時間が提供されている。すなわち、個々のミラー素子２８の傾斜角度を約２５０ｎｓで、要求される精度をもって決定できなければならない。ミラー素子の傾斜角度は、さらにそれぞれ１つの測定光線６２によって測定され（図１０の実施例を参照のこと）、ミラー表面３０における反射後に反射された測定光線６４の伝搬方向は、傾斜角度に関する情報を提供する。したがって、反射された測定光線６４の傾斜角度を十分に迅速に測定することが課題である。
【００９９】
このためには、上記のようにフーリエ光学系、例えば検出器収束レンズ６６を使用することにより角度が位置に変換され、これらの位置が位置センサ６８により検出される。しかしながら、較正スペースが制限されていることにより、図５の実施例に関して示したように４０９６個の並行した検出装置を使用することは極めて困難である。したがって、図１０に示す実施例の場合のように、多大なコストをかけることなしに、位置センサ６８およびフーリエ光学系をそれぞれ１つずつのみ使用することもできる。かなりのコストをかけて、約４個の検出装置を設置することができるが、現在では４０９６個の検出装置を設置することはほぼ不可能である。そこで、１個のみの位置センサ６８と１個のみのフーリエ光学系とを備える測定および制御装置に対する要求を満たすことを目的としている。
【０１００】
このために、図１４は、１つのみの位置センサ６８により多数のミラー素子２８を並行して別個に測定する複合的方法を可能にする装置の概略的な構成を示している。
【０１０１】
図１０の実施例に関して述べたように、測定照明のための光源としてレーザダイオードの装置、いわゆるＶＣＳＥＬアレイ９８を使用することができる。６４×６４の正方形または六角形の格子を有するこのようなＶＣＳＥＬアレイ９８は、既に市販されている。アノードとカソードが、行または列で互いに接続されているマトリクス制御によって、６４個までのレーザダイオードを、例えば１つの列内で同時に別個に制御することが可能である。レーザダイオードの光は、ＶＣＳＥＬアレイ９８に堅固に取り付けられたマイクロレンズアレイのコリメータ収束レンズ６０によってマルチミラーアレイ２６に集束される。
【０１０２】
位置センサ６８としては、市販のさまざまな解決方法が考慮できる。約４ＭＨｚの帯域で、要求される測定精度を可能とする程度の雑音を伴うものとして、短縮してＰＳＤとも呼ばれる位置センサ６８が市販されている（例えばＳｉＴｅｋ社のタイプ２Ｌ４等）。しかしながら、測定時間は１つのミラー素子２８につきわずか約２５０ｎｓでなければならないので、この測定センサ６８は、測定速度に関しては既に性能の限界に達している。このため、要求される位置解像度を達成し、さらに短い測定時間を可能とする位置センサ６８の代替案が既に求められている。それ故、本発明はあらゆる種類の検出器に関するものであり、出発点としてＳｉＴｅｋ社の２Ｌ４ＰＳＤのデータを使用することができる。
【０１０３】
出版されているＰＳＤに関するデータ、増幅器回路およびアナログ-デジタル変換器から、理論的に達成可能な統計的な位置誤差を推定することができる。位置誤差は要求よりも幾分小さいので、時間的な多重化によりミラー素子２８を正確に測定することが可能となる。この場合、ＶＣＳＥＬアレイ９８のレーザダイオードは順番にスイッチオンされ、これにより、ミラー素子２８によって反射された測定光線６４のみが常に位置センサ６８に入射する。しかしながら、レーザダイオードおよび位置センサ６８の最終的な帯域により、測定のために使用可能な時間は１００ｎｓ未満に短縮される。光源は厳密に順番にスイッチオンされ、一度にそれぞれ１個のみが照明されるので、この方法を以下では「シーケンシャル」と呼ぶ。
【０１０４】
例えば、位置センサ６８の信号立ち上がり時間、ＤＣオフセットおよびドリフト、ならびに増幅器の１／ｆノイズなどの制限因子に対応するためには、レーザダイオードは順次にスイッチオン・オフされるのではなく、例えば４個または８個のレーザダイオードのグループで同時に作動される。１つのグループにおける個々のレーザダイオードの強度は、もちろん異なる周波数で正弦状に変調される。位置センサ６８の電極電流の位相感知式検出、すなわち位置センサ６８の出力信号により、反射された様々な測定光線６４の部分が位置センサ６８の異なった場所で、変調された周波数に対応して分離される。簡単に言えば、本発明による方法は、並行して作動されるロックイン型増幅器による測定に類似している。
【０１０５】
これにより、測定装置の性能の厳密な限界である位置センサ６８の信号立ち上がり時間による影響が減じられる。これにより、さらに帯域の範囲内で、かつ低減された振幅で複数のミラー素子２８の傾斜角度を測定することが可能である。さらに、あらゆるＤＣ効果の影響、すなわち、オフセット、ドリフトおよび１／ｆノイズは減衰される。したがって、例えば増幅器のＡＣ接続により、位置センサ６８のＰＳＤバイアスのために不可欠な差動増幅器を省略することが可能であり、これにより、ノイズがなくなる。さらにシステムが振動し、測定が不可能となる「デッドタイム」の影響が著しく減少する。
【０１０６】
ＡＣ接続のさらなる効果として、位置センサ６８のセンサ信号のデジタル化の質が改善される。なぜなら、使用される測定方法とは無関係に不可欠なより速いアナログ-デジタル変換器の最新世代は、ＡＣ接続時にのみ最高の解像度を達成するからである。
【０１０７】
公知のロックイン原理とは異なり、システムは１つの周波数によってではなく、複数の周波数によって同時に変調される。このような特性において、このシステムはフーリエ干渉計に幾分類似している。
【０１０８】
周波数およびデータ受信時間を特別に選択することにより、厳密に周期的な境界条件を利用することが可能となる。これにより、極めて短いデータシーケンスについてもエラーのないフーリエ分析が可能であり、例えばロックイン型増幅器の場合のように平滑化または乗法「窓」の使用は不可欠ではない。
【０１０９】
容易にわかる上記方法の利点には幾つかの欠点が付随しており、これらは簡単には克服できない。
【０１１０】
位置センサ６８が処理することのできる最大光強度は制限されている。それ故、複数の光源が同時に照明し、これにより、信号振幅とノイズとの比率が低下する場合には、個々の光源の光度を減じることが望ましい。提供されている測定時間がより長いことにより、この振幅損失は補償されるので、したがって、最大光強度を制限するだけでは付加的な測定誤差に結びつかない。
【０１１１】
周波数の選択（以下参照）により、４ＭＨｚよりも大きい帯域が必要となる。同時に変調される光源が多くなる程、必要とされる帯域は大きくなる。位置センサ６８の有限な帯域により、信号振幅はより高い周波数ではより小さくなり、これにより、統計的なエラーはより大きくなる。
【０１１２】
この技術を実施して成果を出すためには、測定周波数の選択は決定的である。フーリエ分析における窓の問題を回避するために、周波数は、測定間隔でそれぞれ１つの整数が各周波数の周期で測定されるように選択される。したがって、測定間隔の限界は全ての周波数にとって周期的な境界条件である。それ故窓は不要であり、測定信号は正確に直交し、これにより、フーリエ分析におけるチャンネル間クロストークが防止される。
【０１１３】
ＶＣＳＥＬアレイ９８およびその電子機構は、制御信号と光出力との間に線形の関係を示さない。したがって、光照射野は、測定周波数に対して付加的に高調波をも得る。一つのレーザダイオードのこのような高調波と別のレーザダイオード（すなわち、別のミラー素子２８）の測定周波数とが一致した場合、この別のレーザダイオードに割り当てられた測定結果は歪曲される。それ故、いずれの測定周波数も別の測定周波数の倍数であってはならない。このことを保証するために、素数値の周波数が帯域内に分布される。
【０１１４】
具体的な例では、ミラー毎に２５０ｎｓの測定周期を達成することが重要である。４個の光源が同時に作動された場合、４個のミラー素子２８を同時に測定するためには４つの周波数が必要とされる。それ故、このような測定には、（２００ｎｓ程度の立ち上がり時間を考慮に入れないで）１μｓを要する。すなわち、周期的な境界条件は、１ＭＨｚの倍数の周波数に適用される。１ＭＨｚの最初の４つの素数の倍数は、２ＭＨｚ、３ＭＨｚ、５ＭＨｚおよび７ＭＨｚである。同時に８個を測定する場合、間隔は２ｐｓの長さであり、測定周波数は１、１．５、２．５、３．５、５．５、６．５、８．５および９．５ＭＨｚである。周波数の数の最適な選択は、位置センサ６８の帯域に関係している。シミュレーションにより、Ｓｉｌｅｋ社の２Ｌ４の場合の最適条件および要求されるパラメータは４〜８周波数であることが示されており、正確な値を実験的に測定することもできる。素数の密度は値の増大に伴って減少するので、測定周波数の数の増大に伴って帯域も増大し、これにより、位置センサ６８の使用可能な信号振幅は低下し、このことも精度を損なうことになる。
【０１１５】
位置センサ６８で最大限検出することのできる限定的な総強度によって、位置センサ６８の限界を上回らないように光源の光出力を選択する必要もある。このために、個々の光源の平均出力をできるだけ高く設定することができるように、最大限の総強度ができるだけ小さくなるように光源を制御することは有意義である。周波数は素数分布により規定されており、それぞれの光源は等しい振幅を有しているので、最大総光出力は、相対位相を調整することにより最小限にすることができる。非線形の数値最小化により、最大強度の著しい低減は位相の適宜な選択によってのみ達成することができることが明らかとなった。個別最大強度の倍数で表した場合、最大値は、例えば４個の光源では、２．９３、６個の光源では４．３３、８個の光源では５．５７である。
【０１１６】
ミラー素子の冒頭で述べた（変調なしの）シーケンシャルな走査と比較した場合の上記方法の重要な利点は、位置センサ６８の速度が測定精度のために根本的な制約とはならないことである。原則的に任意の速さの測定が可能であるが、信号振幅の低下により測定精度は影響を受ける。しかしながら、これにより、命令により異なる速度および精度の間で切換を行うことも可能であり、計算ユニットで評価ソフトウェアを対応して設計することにより簡単に実施することができる。したがって、ミラーの能動的な振動減衰のために、例えば全てのミラーのために０．２ｍｓの走査時間を対応して大きい測定誤差で調整することができ、本来の調整プロセスでは、完全な精度で１ｍｓに戻すことができる。純粋に連続的な測定では、ＳｉＴｅｋ社の２Ｌ４によっては０．２ｍｓの測定周波数はもはや達成できないであろう。したがって、この方法は所定の条件下では（すなわち、能動的に振動緩衝するためにＳｉＴｅｋ社の２Ｌ４によって０．２ｍｓの走査時間を達成することが望ましい場合には）、有利であるばかりではなく、場合によっては唯一可能な解決方法である。
【０１１７】
測定方法を実施するためには以下の構成部分が必要である。
多数の光源を備え、４，６，８個などの光源のグループを同時に作動することができる適宜な数の駆動-増幅器が設けられた測定照明装置。
周波数および位相補正された正弦状信号を生成することができ、その数が同時に制御される光源の数に等しい信号発生器。このためには、ＤＤＳ原理（Direct Digital Synthesis）に基づく発生器が良く適している。
位置センサ６８のあらかじめ増幅された信号をデジタル化する４つのアナログ-デジタル変換器。この技術は同期的検出に基づいているので、この変換器のクロック源は、信号発生器のクロックと同じ基準から導出することができる。
アナログ−デジタル変換器のセンサ信号を評価することができる計算ユニット。タスクの種類によって、この場所にプログラム可能な論理ユニット、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array：フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ）を用いることもできる。計算ユニット（ＦＰＧＡ）は次の主要タスクを有する。
・４個のＮＤ変換器の測定データの収集。
・光源の周波数と同じ周波数の正弦状および余弦状信号の数値的生成。
・正弦状および余弦状信号とＡ／Ｄ変換器データとの乗算。これにより、使用される周波数毎に８個の積が生じる。
・測定間隔をおいた積の加算。この総和は、正規化されていない０°および９０°成分を生じ、そこから二次方程式の加法によりそれぞれの入力信号の振幅を測定することができる。
【０１１８】
振幅から単純な加法、減法および除法により、それぞれのミラーの２Ｄ角度位置が測定される。このような操作はミラー毎に２回だけ実施すればよいので、操作のために比較的長い時間が提供されている。
【０１１９】
最新のＦＰＧＡに提供されている計算ユニットを利用することにより、このタスクは、唯一のＦＰＧＡにおいて適度のコストをかけて実施することができる。
【０１２０】
ＦＰＧＡの主機能を含む電子的な装置のブロック図を図１４に示す。
【０１２１】
計算ユニット１０８には、計算を必要とする動作のみが示されている。「ＭＡＣユニット」は、８×ｎ倍の構成で提供されている乗算-加算ユニットであり、ｎは、異なる周波数で同時に変調される光源の数である。ＦＰＧＡの「ファームウェア」として実施され、ハードウェアに直接に搭載されない計算ユニット１０８を除いては、装置は従来の「シーケンシャル」測定方法に極めて類似しており、したがって安価に構成することができる。この図では、ＤＤＳユニットの機能が広範囲にＦＰＧＡ内に既に組み込まれている（右下のＤ／Ａ変換器）が、これは市販のＤＤＳ構成部品により実施することもできる。
【０１２２】
１０．結論
瞳孔面の照明に関連して前述した手段および装置は、さらに有利には、切換可能素子としてマイクロミラーの装置を備えるアクティブのマスクにおいても使用することができる。
【０１２３】
同様にマルチミラーアレイは、制御信号の印加により素子の異なる部分領域の入射光を異なる方向に偏向することを可能にする別の反射性または透過性素子により代替することもできる。このような代替的な構成は、例えば、適宜な材料に電界または超音波を印加することにより屈折率を変更させることができる電子光学素子または音響光学素子を含んでいてもよい。光の望ましい偏向を達成するために屈折率のこのような変化例を用いることもできる。
【０１２４】
本発明を上記実施例に基づき詳細に説明したが、添付の請求項の保護範囲から離れることなしに、個々の特徴を取り除いた、かつ／または上記特徴を様々に組み合わせた変化形態または改良形態が可能であることが当業者には明らかである。
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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