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KR20230112640A - 고출력 저전압 압전 마이크로미러 액추에이터 - Google Patents

고출력 저전압 압전 마이크로미러 액추에이터 Download PDF

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KR20230112640A
KR20230112640A KR1020237018266A KR20237018266A KR20230112640A KR 20230112640 A KR20230112640 A KR 20230112640A KR 1020237018266 A KR1020237018266 A KR 1020237018266A KR 20237018266 A KR20237018266 A KR 20237018266A KR 20230112640 A KR20230112640 A KR 20230112640A
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KR
South Korea
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mems
layer
layers
piezoelectric
mirror
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020237018266A
Other languages
English (en)
Inventor
루크 로저 시모네 해스페슬라
니테시 판데이
티에스 바우터 반 데르 우르드
할릴 고카이 예겐
짐 빈센트 오버캠프
길례르미 브론다니 토리
세바스티아누스 아드리아누스 구르덴
알렉산더 루드비히 클레인
에드거 알베르토 오소리오 올리버로스
Original Assignee
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. filed Critical 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

마이크로미러 어레이는 기판, 입사광을 반사하기 위한 복수의 미러 및 복수의 미러의 각각의 미러에 대해 미러를 변위시키기 위한 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터를 포함하며, 상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는 기판에 연결되고, 상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는 복수의 전극 층과 인터리빙되어 층의 스택을 형성하는 압전 재료의 복수의 압전 층을 포함한다. 또한, 이러한 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 마이크로미러 어레이는 프로그래밍 가능한 조명기에서 사용될 수 있다. 프로그래밍 가능한 조명기는 리소그래피 장치 및/또는 검사 및/또는 메트롤로지 장치에서 사용될 수 있다.

Description

고출력 저전압 압전 마이크로미러 액추에이터
본 출원은 2020년 11월 30일에 출원된 EP 출원 20210517.7 및 2020년 12월 14일에 출원된 EP 출원 20213659.4의 우선권을 주장하며, 그 전문은 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명은 마이크로미러 어레이와 같은 미세 전자 기계 시스템(MEMS)에 사용하기 위한 압전 액추에이터, 상기 압전 액추에이터를 포함하는 MEMS, 상기 MEMS를 형성하는 방법, 마이크로미러 어레이를 포함하는 프로그래밍 가능한 조명기, 상기 프로그래밍 가능한 조명기를 포함하는 리소그래피 장치 및 상기 프로그래밍 가능한 조명기를 포함하는 검사 및/또는 메트롤로지 장치에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판에 도포하기 위해 제작된 기계이다. 리소그래피 장치는 예를 들어 집적 회로(IC) 제조에 사용될 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 장치는 패터닝 디바이스에서 패턴을 기판에 제공된 방사선에 민감성 물질(레지스트)의 층에 투영할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하는 패턴 단면을 갖는 입사 방사선 빔을 부여하는 데 사용될 수 있는 장치를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, "라이트 밸브(light valve)"라는 용어도 이러한 맥락에서 사용될 수 있다. 일반적으로 패턴은 집적 회로 또는 기타 소자와 같이 타겟부에 생성되는 소자의 특정 기능 층에 대응한다. 이러한 패터닝 디바이스의 예로는 다음과 같은 것이 있다.
- 마스크(또는 레티클): 마스크의 개념은 리소그래피에서 잘 알려져 있으며, 바이너리, 교번 위상 변이(alternating phase-shift), 감쇠 위상 변이(attenuated phase-shift) 등의 마스크 유형과 다양한 하이브리드 마스크 유형이 이에 포함된다. 이러한 마스크를 방사선 빔에 배치하면 마스크의 패턴에 따라 마스크에 충돌하는 방사선이 선택적으로 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)된다. 마스크는 마스크 테이블 또는 마스크 클램프와 같은 지지 구조체에 의해 지지될 수 있다. 이 지지 구조체 마스크를 입사 방사선 빔에서 원하는 위치에 고정하고 원하는 경우 마스크가 빔에 대해 이동할 수 있도록 한다.
- 프로그래밍 가능한 미러 어레이: 이러한 장치의 한 예로는 점탄성(viscoelastic) 제어 층과 반사면을 갖는 매트릭스 어드레싱 가능한 표면이 있다. 이러한 장치의 기본 원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레싱된 영역은 입사광을 회절광으로 반사하는 반면 어드레싱되지 않은 영역은 입사광을 회절되지 않은 광으로 반사한다는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 회절된 광만 남기고 회절되지 않은 광은 반사된 빔에서 필터링될 수 있으며, 이러한 방식으로 빔은 매트릭스 어드레싱 가능한 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그래밍 가능한 미러 어레이의 다른 실시예는, 예를 들어 적절한 국부적 전기장을 적용하거나 정전기 또는 압전 작동 수단을 사용하여 축에 대해 개별적으로 기울어질 수 있는 소형 미러의 매트릭스 배열을 사용한다. 다시 한 번, 미러는 매트릭스 어드레싱이 가능하므로 어드레싱된 미러는 어드레싱되지 않은 미러와 다른 방향으로 들어오는 방사선 빔을 반사하며, 이러한 방식으로 반사된 빔은 매트릭스 어드레싱이 가능한 미러의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 필요한 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자 수단을 사용하여 수행할 수 있다. 전술한 두 가지 상황 모두에서, 패터닝 수단은 하나 이상의 프로그래밍 가능한 미러 어레이를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 언급된 미러 어레이에 대한 자세한 정보는, 예를 들어, 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 US 5,296,891, US 5,523,193 및 PCT 특허 출원 WO 98/38597 및 WO 98/33096에서 찾아볼 수 있다. 이러한 프로그래밍 가능한 미러 어레이는 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블과 같은 지지 구조체에 의해 지지될 수 있다.
- 프로그래밍 가능한 LCD 어레이: 이러한 구조의 예는 미국 특허 US 5,229,872에 나와 있으며, 이는 본 명세서에 참조로 포함되어 있다. 이러한 프로그래밍 가능한 LCD 어레이는 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블과 같은 지지 구조체에 의해 지지될 수 있다.
간결성을 위해, 본 명세서의 나머지 부분은 특정 위치에서 마스크 및 마스크 테이블과 관련된 실시예를 구체적으로 지시할 수 있지만, 그러한 실시예에서 논의되는 일반적인 원칙은 전술한 바와 같은 패터닝 수단의 보다 넓은 맥락에서 보아야 한다.
기판에 패턴을 투영하기 위해 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다(파장이 가시광선 범위에 속하지 않을 수 있지만 본원에서는 단순히 "광"이라고도 지칭함). 이 방사선의 파장에 따라 기판에 형성할 수 있는 피처의 최소 크기가 결정된다. 예를 들어 6.7nm 또는 13.5nm와 같이 4~20nm 범위 내의 파장을 갖는 극자외선(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는 193nm 파장의 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 위에 더 작은 피처를 형성하는 데 사용될 수 있다.
방사선의 파장(λ)과 투영 렌즈의 수치 조리개(NA) 외에도, 조명 소스의 형상 또는 더 일반적으로 각도 강도 분포는 리소그래피에서 높은 분해능을 구현하는 데 가장 중요한 매개변수 중 하나이다.
마이크로미러 어레이는 수백 또는 수천 개의 마이크로미러 어레이를 포함하는 유닛(아래에서는 간단히 "미러"라고 함)이며, 이는 리소그래피 장치의 조명 시스템에서 광의 단면 형상과 강도 분포를 제어하는 데 사용할 수 있다. 각 마이크로미러는 광의 한 점을 반사하며, 마이크로미러의 각도를 변경하면 점의 위치가 변경되어 방사선 빔의 모양이 달라진다.
마이크로미러를 일체형 유닛으로 제조하고 미러를 제어하기 위해 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 정전기 또는 압전 MEMS 시스템을 사용하여 미러의 각도를 조절할 수 있다.
현재 마이크로미러 어레이는 심자외선 스펙트럼(DUV)의 파장(예: λ = 193nm)을 갖는 광을 형성하기 위해 존재한다. 그러나 이러한 마이크로미러 어레이는 극자외선 스펙트럼(EUV)의 광(예: λ = 13.5nm)에 필요한 더 짧은 파장에서는 효과적으로 사용할 수 없다. EUV 방사선에 사용하기 위해서는 새로운 마이크로미러 어레이 기술이 필요하다. 또한, EUV 및/또는 비 EUV 방사선(예: 가시 광선 또는 DUV 방사선)과 함께 사용하기 위해, 이러한 새로운 마이크로미러 어레이 기술에 대해 유리하고 새로운 응용을 적용하는 것이 바람직하다.
본 출원의 우선일에는 공개되지 않은 PCT 특허 출원 PCT/EP2020/072005는 압전 액추에이터를 사용하여 마이크로미러 어레이에서 미러의 각도를 제어하는 마이크로미러 어레이를 공개한다. 액추에이터에는 두 전극 층 사이에 끼워진 압전 재료 층이 포함되어 있다. 압전 액추에이터가 전달할 수 있는 힘은 압전 계수 및 압전 층을 통과하는 전기장과 관련이 있으며, 이는 전극 층 사이의 전압차에 따라 달라진다. 더 큰 액추에이터 힘을 생성하려면 전극 층에 더 높은 전압차를 인가해야 한다. 그러나, 특히 진공 또는 저압 환경이나 플라즈마 환경에서 사용되는 마이크로미러 어레이의 경우, 전압을 매우 높은 값으로 높이는 것은 큰 단점을 가진다. 예를 들어, 진공 또는 저압 환경에서 높은 전압을 사용하면 방전이 발생할 수 있다. 반대로 가스 환경에서는 고전압이 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한 고전압을 적용하려면 고전압 전자 장치가 필요하며, 이러한 전자 장치는 전압에 따라 커지는 마이크로미러 어레이의 면적을 차지한다. 또한 전자 장치의 전력 소비도 전압에 따라 증가한다. 안정적인 작동을 위해서는 전압을 특정 임계 수준(예: 70V 미만) 이하로 유지하는 것이 유리하며, 전력 절감과 같은 실용적인 목적을 위해서는 더 낮은 전압(예: 50V 미만)을 사용하는 것이 유리하다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 예를 들어 방사선 빔을 조절하기 위한 리소그래피 장치 또는 검사 및/또는 메트롤로지 장치의 조명 시스템에서 사용될 수 있는 미세 전자 기계 시스템 내 다층 압전 액추에이터가 제공된다. 미세 전자 기계 시스템(MEMS)은 기판과 복수의 MEMS 소자로 구성되며, 각 소자는 입사광을 반사하기 위한 미러를 포함하거나 미러와 연관될 수 있다. 각 MEMS 소자에 대해, MEMS 소자를 변위하기 위한 적어도 하나의 압전 액추에이터가 존재한다. 압전 액추에이터의 일부가 기판에 연결되고 하나 이상의 기둥이 압전 액추에이터 또는 각각의 압전 액추에이터를 MEMS 소자에 연결한다. 압전 액추에이터는 복수의 전극 층과 인터리빙된 복수의 압전 층을 포함한다. 따라서, 압전 액추에이터는 "다층 압전 액추에이터"라고 불린다. 이는 인접한 각 전극 층 사이의 전압이 기결정된 한계 이하로 낮아져도 다층 압전 액추에이터에 의해 발생하는 총 힘이 증가한다는 장점이 있다. 즉, 복수의 압전 재료 층에 전기장을 인가함으로써 복수의 압전 재료 층이 각각 변형되어 다층 압전 액추에이터에 응력을 가하여 구부러지게 할 수 있다. 총 굽힘력은 각 압전 층에서 생성된 힘의 합이다. 예를 들어, 4개의 압전 층이 있는 경우, 각 압전 층 양쪽에 해당하는 전극 층 사이의 전압차는 4개의 압전 층과 전체 두께가 동일한 압전 재료의 단일 층을 끼워넣는 2개의 전극에 적용해야 하는 전압의 4분의 1만으로 동일한 힘을 얻을 수 있다.
실시예에서, 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는, 일 단부에서 기판에 연결되고 다른 단부에서 기둥들 중 하나에 연결된 가요성 재료의 스트립을 포함하며, 층의 스택은 가요성 재료의 스트립 상에 제공되고 사용 중에 스트립이 구부러지도록 구성된다. 유리하게, 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는 실질적으로 MEMS 소자 아래에 배치된다.
원칙적으로, 층의 스택은 압전성이 아닌 탄성 물질의 층과 같은 다른 층들을 포함할 수 있다. 그러나, 전극 층들이 압전 층들과 교대로 배치되어, 압전 층들 중 각각의 하나가 스택 내의 각 쌍의 인접한 전극 층들 사이에 위치하도록 배치함으로써, 다층 압전 액추에이터의 주어진 두께에 대해 다층 압전 액추에이터에 의해 발생되는 힘이 최대화될 수 있다. 일반적으로 스택의 두 외부 레이어는 전극 레이어이다.
미세 전자 기계 시스템은, 다층 압전 액추에이터를 제어하기 위한 전압 제어 시스템을 더 포함하여, 선택적으로[즉, 다층 압전 액추에이터의 휨(flexing)이 요구될 때] 전극의 상이한 전극들에 상이한 대응 전압을 인가함으로써 다층 압전 액추에이터를 제어할 수 있다. 가장 멀리 떨어진 두 전극 사이의 총 전압이 기결정된 한계보다 크지 않도록 전압 시스템은 스택의 두께 방향(즉, 층을 가로지르는 방향)에서 단조 증가하거나 감소하지 않는 전극 층에 각각의 전압을 인가할 수 있다. 따라서, 스택에서 인접한 전극 층 사이의 전기장 방향은 모든 인접 전극 쌍에 대해 동일하지 않다. 예를 들어, 전극 층은 제1 복수의 전극 층과 제2 복수의 전극 층으로 분할될 수 있다. 제1 복수의 전극 층은 제2 복수의 전극층 과 인터리빙될 수 있으며, 전압 제어 시스템은 제1 복수의 전극 층에 제1(예를 들어, 높은) 전압을 인가하고, 제2 복수의 전극층에 제2 (낮은) 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 인접한 각 연속적인 전극 쌍 사이의 전기장의 방향이 교대로 변화한다. 따라서, 스택 내의 인접한 전극 층들 사이의 전기장의 방향은 인접한 전극의 연속적인 쌍에 대해 교대로 변화한다. 선택적으로, 제1 전압과 제2 전압 중 하나는 접지 전압이 될 수 있다.
압전 층들 중 하나가 인접한 전극 층들의 각 쌍 사이에 위치하는 경우, 압전 재료의 압전 층들 중 연속적인 층들은 반대 극성(즉, 반대 방향)의 전기장을 경험한다. 각 압전 층의 압전 재료는 이 경우 각 압전 층이 동일한 방향으로 다층 압전 액추에이터가 구부러지도록 유도하는 경향의 굽힘력을 생성하도록 선택하는 것이 바람직하다(예: 다층 압전 액추에이터의 외부 전극 층 중 특정 하나의 외부 면이 오목해지는 방향으로 다층 압전 액추에이터가 구부러지도록 유도하는 것).
예를 들어, 복수의 압전 재료 층을 형성하기 위해 사용되는 압전 재료는, 적어도 전기장의 크기(강도)가 임계치 이상인 경우, 인가된 전기장에 대응하여 단극성 변형 응답을 나타내는 압전 재료일 수 있으며, 즉, 변형 응답은 전기장의 강도가 임계치 이상인 경우 전기장의 극성에 관계없이 동일할 것이다(즉, 변형 응답이 전기장 강도에 관계없이 수축하거나 변형 응답이 전기장 강도에 관계없이 팽창하는 경우). 예를 들어, 압전 재료는 임의의 강도의 전기장에 대해 단극성 변형 응답을 나타낼 수 있다. 즉, 전기장의 강도와 극성에 관계없이 변형 응답이 동일(즉, 항상 팽창 또는 항상 수축)하다(즉, 임계값이 0임). 대안적으로, 압전 재료는 충분히 작은 인가 전기장의 존재 하에서(즉, 인가 전기장의 극성에 따라 재료가 팽창/수축됨) 양극성 변형 응답을 나타내고, 전기장의 강도가 충분히 클 때(즉, 0이 아닌 임계값 이상) 인가 전기장에 반응하여 단극성 변형 응답을 나타내는 티르코네이트 티탄산염 납(tirconate titanate, PZT) 같은 재료일 수 있다. 실시예에서 전극에 인가되는 전압은 임계값 이상의 강도를 갖는 전기장을 생성하는 전압일 수 있다(예를 들어, 전극이 압전 층을 사이에 두고 마주보는 구성인 경우, 전기장의 강도는 전극 쌍 사이의 전압차를 전극의 간격으로 나눈 값임). 이는 일반적으로 전극이 전기장 강도가 임계값보다 높은지 또는 낮은지에 따라 압전 층이 반대 반응을 보이는 방향으로 전기장을 가하는 압전 층 중 적어도 하나에 해당하는 경우에 대응한다.
기둥(들)은 다층 압전 액추에이터(들)로부터 MEMS 소자를 지지하기 위해 작동될 수 있다. 전압 제어 시스템이 다층 압전 액추에이터에 적절한 전압을 인가할 때, 이는 액추에이터가 기둥을 움직이게 하고, 이에 따라 MEMS 소자의 각도를 변경하기 위해, 예를 들어 미러가 미러에 입사되는 방사선 빔을 반사하는 방향을 변경하기 위해, MEMS 소자를 변위시킨다. 바람직하게는, 미세 전자 기계 시스템은 MEMS 소자의 팁 및 틸팅 변위 제어를 가능하게 하도록 배열된 각 MEMS 소자에 대한 4개의 다층 압전 액추에이터를 포함한다.
각 다층 압전 액추에이터는 일 단부가 기판에 연결된 가요성 재료 스트립으로 구성될 수 있으며, 기둥은 가요성 재료 스트립의 타 단부에 위치할 수 있다. 다층 압전 액추에이터의 층 스택은 가요성 재료의 스트립에 배치될 수 있다. 따라서 스트립과 복수의 압전 재료 층은 캔틸레버(cantilever)를 형성할 수 있으며, (기판에 대해 고정된) 일 단부에서 기판에 고정되고 (움직이는) 타 단부에서 기둥을 통해 MEMS 소자에 연결될 수 있다.
각 다층 압전 액추에이터는 스트립의 단부와 기둥에 연결된 힌지를 포함할 수도 있다. 힌지는 스트립의 신장 방향(즉, 스트립의 길이에 수직인 단면)에서 스트립보다 작은 단면을 갖는다. 예를 들어, 힌지는 가요성 재료의 스트립과 동일한 소재(일반적으로 실리콘)로 형성될 수 있지만, 유연성을 높이기 위해 더 작은 단면을 갖도록 패터닝되어 스트립과 기둥 사이에서 힌지 역할을 하도록 할 수 있다. 단면적이 감소하면 가요성 재료의 스트립에 비해 힌지의 열 전도율이 감소할 수 있으므로 다층 압전 액추에이터의 가열을 방지하는 데 유리할 수 있다. 기둥은 MEMS 소자로부터 다층 압전 액추에이터로의 열 전달을 줄이거나 방지하기 위해 열 절연층(예: 산화물)을 포함할 수 있다. 기둥은 또한 MEMS 소자를 다층 압전 액추에이터로부터 전기적으로 분리하도록 구성될 수 있다. 이렇게 하면 MEMS 소자에 전하가 축적되어 다층 압전 액추에이터에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
미세 전자 기계 시스템은 또한 어레이 내의 각 MEMS 소자에 대해 MEMS 소자로부터 열을 확산시키기 위한 열 확산기를 포함할 수 있다. 사용 중에 미세 전자 기계 시스템은 입사광으로부터 일부 에너지를 흡수하여 장치의 온도를 높인다. 이러한 온도 상승은 디바이스 성능을 저하시킬 수 있다. 일반적으로 미세 전자 기계 시스템은 가스 압력이 1기압보다 훨씬 낮은 환경에서 작동하도록 설계되어 있으며, 실제로는 거의 진공 상태이므로 열 대류가 거의 발생하지 않는다. 대신, 열 확산기는 열이 기판 등으로 전도될 수 있도록 한다. 일반적으로 열 확산기는 MEMS 소자와 기판 사이에 연결되고 MEMS 소자가 움직일 때 구부러지도록 배열된 가요성 요소를 포함한다. 열 확산기의 유연성 향상과 열 확산기가 MEMS 소자로부터의 열 전도력 향상 사이에는 상충 관계가 있다는 점에 유의해야 한다. 다층 압전 액추에이터를 사용하면 가요성 요소에 더 많은 힘을 가할 수 있으므로 열 전도성이 개선된 열 확산기를 선택할 수 있다.
일 예에서, 열 확산기는 히트 싱크와 히트 싱크를 MEMS 소자에 연결하는 열 전도성 포스트를 포함할 수 있다. 히트 싱크는 가요성 멤브레인으로 구성될 수 있으며, 이는 MEMS 소자가 변위될 때 포스트가 회전할 수 있도록 한다. 가요성 멤브레인은 패터닝된 실리콘 층일 수 있으며, 이는 추가적인 마스크나 공정 단계 없이 CMOS 제조 공정에서 쉽게 사용할 수 있다는 이점이 있다. 가요성 멤브레인은 가요성 멤브레인을 관통하고 히트 싱크의 외부 에지에서 열 전도성 포스트를 향해 연장되는 홈을 포함할 수 있다. 곡선형 홈일 수 있는 홈은 멤브레인의 유연성을 증가시켜 MEMS 소자의 움직임을 방해하지 않도록 한다. 바람직한 실시예의 다층 압전 액추에이터는 일부 종래 시스템에서 사용되는 정전기 액추에이터보다 더 큰 수준의 힘을 제공하고, 종래의 미러 어레이에 제공되는 것보다 더 큰 열 확산을 제공하기에 충분한 단면적(예를 들어, 포스트의 축과 일치하는 축을 갖는 원형 원통형 표면과 가요성 부재의 교차점에서 측정된 것)을 갖더라도 가요성 부재를 변형시키기에 충분한 힘을 제공하도록 선택된다. 이를 통해 본 미세 전자 기계 시스템은 기존의 미러 어레이가 부적합한 애플리케이션에 사용할 수 있다.
히트 싱크는 실리콘에 비해 열 전도율이 높은 알루미늄과 같은 금속 층으로 구성될 수 있다. 금속 층은 또한 히트 싱크를 플라즈마로부터 보호할 수 있다. 열 전도성 포스트는 또한 전기 전도성이 있고 접지에 연결될 수 있으며, 이는 MEMS 소자의 변위 제어를 방해할 수 있는, MEMS 소자 내 전하 축적을 방지할 수 있다.
미세 전자 기계 시스템은 어레이 내의 각 MEMS 소자에 대해, MEMS 소자의 변위를 감지하기 위한 감지 요소를 더 포함할 수 있다. 감지 요소는 다층 압전 액추에이터에 피드백을 제공하는 데 중요할 수 있는 MEMS 소자 위치(예를 들어, 팁 및 틸팅 각도)의 정확한 결정을 가능하게 할 수 있다. 감지 요소는 다층 압전 액추에이터에 연결될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소는 MEMS 소자의 변위가 압전 저항기를 편향(즉, 변형)시키도록 배열된 압전 저항기를 포함할 수 있다. 압전 저항기는 기판에 연결된 (고정식) 일 단부 및 MEMS 소자, 기둥 및 다층 압전 액추에이터 중 하나에 연결된 (이동식) 타 단부를 가질 수 있다. 압전 저항기의 전압 출력은 MEMS 소자의 변위에 비례할 수 있다.
미세 전자 기계 시스템이 마이크로미러 어레이일 때, 어레이 내 미러는 약 13nm 범위(예: 실질적으로 13.5nm를 중심으로 하는 좁은 범위)의 파장을 갖는 광을 반사하는 데 적합한 것이 바람직하다. 이를 통해 마이크로미러는 극자외선(EUV) 스펙트럼에서 작동하는 리소그래피 장치와 함께 사용할 수 있다.
마이크로미러 어레이 외에도 미세 전자 기계 시스템인 MEMS는 리소그래피 장치 및/또는 검사 및/또는 메트롤로지 장치의 다른 부품에 사용될 수 있다. 예를 들어, MEMS는 복수의 MEMS 소자를 아래에 배치하고 미러 표면을 변형함으로써 단일(매크로) 미러와 함께 사용될 수 있다. 따라서, MEMS는 연속 반사층을 더 포함할 수 있으며, 여기서 MEMS 소자의 변위는 연속 반사층에 입사되는 광을 재지향하기 위해 연속 반사층을 변형시킨다. 반사층은 예를 들어 패터닝 디바이스 또는 일반 입사 미러에서 사용되는 경우 다층 반사판일 수 있으며, 또는 예를 들어 그레이징(grazing) 입사 미러에서 사용되는 경우 단일 금속 호일일 수 있다.
MEMS 소자는 경우에 따라 연속 반사층 또는 연속 반사층이 위치한 연속 기판에 직접 결합될 수 있다(예를 들어, 압전 액추에이터에 직접 부착된 기둥은 반사층의 후면에 직접 결합될 수 있음). 또는, 각 MEMS 소자는 연속 반사층을 지지하고 하나 이상의 압전 액추에이터의 변위를 연속 반사층으로 변환하기 위한 변위 구조체를 포함할 수 있다. 변위 구조체는 별도의 웨이퍼에 형성되어 MEMS의 다른 부분에 결합될 수 있다. 변위 구조체는 압전 액추에이터에 의해 변위될 때 팁(tipped) 및 틸팅되는 직사각형 레이어 또는 블록일 수 있다. 물론, 필요한 상부 구조의 변형 유형에 따라 다른 형태의 변위 구조(예: 수평면 내 육각형)도 가능하다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 방사선 빔을 조절하기 위한 본 발명의 제1 양태에 따른 미세 전자 기계 시스템인 마이크로미러 어레이를 포함하는 프로그래밍 가능한 조명기가 제공된다.
프로그래밍 가능한 조명기는 마이크로미러 어레이의 각 미러에 대해 미러의 위치를 결정하고, 결정된 위치에 기초하여 미러의 미리 정의된 타겟 위치에 기초하여 연관된 다층 압전 액추에이터에 적용되는 전압을 조정하도록 구성된 변위 제어 피드백 시스템을 더 포함할 수 있다. 다층 압전 액추에이터의 성능은 시간이 지남에 따라 변위와 인가 전압의 초기 보정이 더 이상 유효하지 않을 수 있으며, 변위 제어 피드백 시스템을 사용하여 측정된 미러 위치를 기반으로 인가 전압을 조정할 수 있다. 피드백 시스템은 미러 위치를 결정하기 위해 마이크로미러 어레이의 감지 요소를 포함하거나 사용할 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 패터닝 디바이스로부터 기판 상에 패턴을 투영하도록 배치된 리소그래피 장치가 제공된다. 리소그래피 장치는 패터닝 디바이스를 조명하는 데 사용되는 방사선 빔을 조절하거나 기판 상의 타겟 구조체를 측정하는 데 사용되는 방사선 빔을 조절하기 위한, 본 발명의 제2 양태에 따른 프로그래밍 가능한 조명기를 포함한다. 프로그래밍 가능한 조명기의 마이크로미러 어레이는 예를 들어 패터닝 디바이스를 조명하는 데 사용되는 광 또는 방사선 빔의 단면 형상 및/또는 강도 분포를 제어하거나 조절하기 위해 리소그래피 장치의 조명 시스템에서 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 프로그래밍 가능한 조명기의 마이크로미러 어레이는 각각 기판 상의 정렬 마크 또는 타겟 구조체의 위치를 측정하고/하거나 기판 상의 마크 또는 타겟 구조체의 오버레이 측정을 수행하는 데 사용되는 광 또는 방사선 빔의 스펙트럼 및/또는 공간 분포를 제어 또는 조절하기 위해 리소그래피 장치의 정렬 시스템 및/또는 오버레이 측정 시스템에서 사용될 수 있다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 기판 상의 타겟 구조체를 측정하기 위해 사용되는 방사선 빔을 조절하기 위해 본 발명의 제2 양태에 따른 프로그래밍 가능한 조명기를 포함하는 검사 및/또는 메트롤로지 장치가 제공된다. 예를 들어, 프로그래밍 가능한 조명기의 마이크로미러 어레이는 정렬 목적 및/또는 오버레이 측정을 수행하기 위해 기판 상의 타겟 구조체(예: 마크)를 측정하기 위해 검사 및/또는 메트롤로지 장치에 의해 사용되는 광 또는 방사선 빔의 스펙트럼 및/또는 공간 분포를 제어하거나 조절하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 패터닝 디바이스로부터 기판 상에 패턴을 투영할 때 암시야(dark-field) 이미징 모드에서 작동하도록 배치된 리소그래피 장치가 제공된다. 상기 장치는 본 발명의 제1 양태에 따른 제1 MEMS를 포함하는 패터닝 디바이스(마스크 또는 레티클이라고도 지칭될 수 있음)를 포함하며, 여기서 제1 MEMS는 입사 방사선 빔을 패터닝하기 위한 패턴이 제공되는 다층 반사판과 같은 연속 반사층을 포함한다. 장치는 패터닝 디바이스로부터 패턴을 투영하기 위한 미러를 더 포함하고, 제1 양태에 따른 제2 MEMS(예: 마이크로미러 어레이)를 포함하며, 여기서 미러는 패터닝 디바이스를 조명하는 데 사용되는 방사선 빔을 통과하도록 배치된 개구부를 포함한다. 상기 개구부는 방사선 빔이 패터닝 디바이스에서 수직 입사각을 갖도록 한다. 제1 MEMS는 개구부 내부로 발생할 수 있는 패터닝 디바이스에서 미러로 1차 회절을 재지향하도록 구성된다. 제2 MEMS는 투영된 패턴을 보정하기 위해 재지향을 보정하도록 구성된다. 패터닝 디바이스의 한 지점에서의 회절 각도는 해당 지점에서의 패터닝 디바이스 피처의 밀도 또는 피치에 따라 달라진다. 피치가 클수록 회절 각도가 작아지며, 1차 회절을 미러로 재지향하려면 패터닝 디바이스 표면의 변형이 더 커져야 한다. 제1 MEMS는 패터닝 디바이스 전체에 적절한 국부적 변형을 제공하도록 사전 설정할 수 있으며 패터닝/스캐닝 프로세스 내내 고정된 상태로 유지될 수 있다. 제2 MEMS(즉, 투영 미러의 MEMS)는 방사선 빔이 입사되는 패터닝 디바이스의 국부적 변형을 올바르게 보정하기 위해 방사선 빔이 패터닝 디바이스를 가로질러 스캔될 때 MEMS 소자의 변위를 동적으로 업데이트해야 한다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 패터닝 디바이스의 표면을 오염으로부터 보호하도록 배치된 펠리클(박막)과, 펠리클을 지지하도록 구성되고 펠리클을 패터닝 디바이스에 대해 고정하도록 구성된 펠리클 프레임을 포함하는 마스크 어셈블리가 제공된다. 프레임은 본 발명의 제1 양태에 따른 MEMS를 포함하며, MEMS는 펠리클에 응력을 가하기 위해 펠리클의 일부를 변위하도록 구성된다. MEMS는 펠리클의 경계 영역/부분을 변위시켜 응력을 증가시킬 수 있으며, 이는 필름이 느슨해져 교체가 필요해지는 것을 방지하여 펠리클 및 마스크 어셈블리의 수명을 연장할 수 있다. MEMS 소자의 센서를 사용하여 펠리클의 응력을 측정할 수 있으며, 펠리클의 여러 섹션에 국부적으로 응력을 가하도록 MEMS 소자를 개별적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 제7 양태에 따르면, 패터닝 디바이스로부터 패턴을 기판 상에 투영하도록 배치된 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 리소그래피 장치는 본 발명의 제6 양태에 따른 마스크 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 제8 양태에 따르면, 약 75° 내지 89° 범위의 입사각을 갖는 광을 반사하기 위한 그레이징 입사 미러가 제공된다. 상기 미러는 본 발명의 제1 양태에 따른 MEMS를 포함한다. MEMS는 마이크로미러 또는 바람직하게는 금속 호일과 같은 연속 반사층을 포함할 수 있다. 연속 층은 입사 방사선이 마이크로미러의 가장자리에서 산란되는 것을 방지하고 마이크로미러의 틈새와 아래에 플라즈마가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제9 양태에 따르면, 광원으로부터 광을 수집하여 방사선 빔을 형성하기 위한 컬렉터가 제공된다. 본 발명의 제8 양태에 따르면, 컬렉터는 복수의 그레이징 입사 미러를 포함한다.
본 발명의 제10 양태에 따르면, 본 발명의 제8 양태에 따른 그레이징 입사 미러를 포함하는 검사 및/또는 메트롤로지 장치가 제공되며, 상기 그레이징 입사 미러는 웨이퍼와 같은 기판 상에서 방사선 빔의 초점을 조정할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 제11 양태에 따르면, 미세 전자 기계 시스템을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 본 발명의 제1 양태에 따라 미세 전자 기계 시스템을 형성하는 데 사용될 수 있다. 미세 전자 기계 시스템을 형성하는 방법은 기판을 제공하고, 복수의 MEMS 소자를 형성하고, 어레이의 각 MEMS 소자에 대해, MEMS 소자를 변위시키기 위한 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터를 형성하는 단계를 포함한다. 다층 압전 액추에이터는 기판에 연결되고 복수의 전극 층과 인터리빙된 복수의 압전 층을 포함한다. 상기 방법은 MEMS 소자를 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터에 연결하기 위한 하나 이상의 기둥을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법은 히트 싱크와 열 전도성 포스트를 형성하여 MEMS 소자로부터 열을 확산시키기 위한 열 확산기를 형성하고, 상기 본딩 단계는 열 전도성 포스트를 히트 싱크에 연결시키는 것을 포함할 수 있다. 히트 싱크를 형성하는 단계는 가요성 멤브레인을 형성하는 것을 포함할 수 있으며, 이는 MEMS 소자가 변위될 때 열 전도성 포스트가 피벗될 수 있도록 한다. 가요성 멤브레인은 실리콘 층을 패터닝하여 형성할 수 있다. 실리콘 층을 패터닝하는 단계는 열 확산기의 외부 에지에서 열 전도성 포스트를 향해 연장되는 실리콘 층을 통해 홈을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 홈은 곡선형 홈일 수 있다.
다층 압전 액추에이터를 형성하는 단계는, 일 단부가 기판에 연결된 가요성 재료의 스트립을 형성하고, 가요성 재료의 스트립 상에 압전 재료의 층과 전극 층을 교대로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
기둥을 형성하는 단계는, MEMS 소자로부터 다층 압전 액추에이터로의 열 전달을 감소시키거나 방지하기 위해 기둥에 열 절연 층을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 어레이 내의 각 MEMS 소자에 대해, MEMS 소자의 변위를 감지하기 위해 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터에 연결된 적어도 하나의 감지 요소를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 감지 요소를 형성하는 단계는, MEMS 소자의 변위가 압전 저항기를 편향시키도록 배열된 압전 저항기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
각 MEMS 소자에 대해 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터를 형성하는 단계는 4개의 다층 압전 액추에이터를 형성하는 것을 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 기둥을 형성하는 단계는, 상기 본딩 단계에 의해 4개의 기둥 각각이 4개의 다층 압전 액추에이터의 각 다층 압전 액추에이터에 연결되도록 하는, MEMS 소자에 연결된 4개의 기둥을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이제, 첨부된 개략도를 참조하여 본 발명의 실시예들을 예시적으로만 설명한다.
도 1은 (프로그래밍 가능한) 조명기와 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 장치로 구성된 리소그래피 시스템을 도시한다.
도 1a는 리소그래피 장치의 일부를 도시한다.
도 1b는 암시야 이미징을 위해 구성된 리소그래피 장치의 일부를 도시한다.
도 1c는 공지된 검사 및/또는 메트롤로지 장치를 도시한다.
도 1d는 도 1c의 검사 및/또는 메트롤로지 장치에서 사용하기 위한 프로그래밍 가능한 조명기를 도시한다.
도 2는 미러 및 4개의 다층 압전 액추에이터를 포함하는 본 발명의 실시예인 마이크로미러 어레이의 일부를 도시한다.
도 2a는 도 2의 마이크로미러 어레이의 다층 압전 액추에이터를 도시한다.
도 3은 압전 재료의 단일 층을 포함하는 비교 예의 압전 액추에이터의 층 스택을 도시한다.
도 3a는 복수의 압전 재료 층 및 복수의 전극 층을 포함하는 도 2의 실시예의 다층 압전 액추에이터의 일부를 형성하는 층 스택의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 3b는 2개의 압전 재료 층을 포함하는 도 2의 실시예에서 사용 가능한 제1 층 스택을 도시한다.
도 3c는 3개의 압전 재료 층을 포함하는 도 2의 실시예에서 사용 가능한 제2 층 스택을 도시한다.
도 3d는 4개의 압전 재료 층을 포함하는 도 2의 실시예에서 사용 가능한 제3 층 스택을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 마이크로미러 어레이의 일부의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5는 미러 변위를 감지하기 위한 다수의 상이한 감지 요소를 갖는 다른 실시예에 따른 마이크로미러 어레이의 일부를 도시한다.
도 6은 압전 저항기를 갖는 감지 요소의 일부를 도시한다.
도 7은 휘트스톤(Wheatstone) 브리지의 회로도를 도시한다.
도 8a는 감지 요소의 저항 구성을 도시한다.
도 8b는 감지 요소의 다른 저항 구성을 도시한다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예인 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제1 단계를 도시한다.
도 9b는 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제2 단계를 도시한다.
도 9c는 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제3 단계를 도시한다.
도 9d는 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제4 단계를 도시한다.
도 9e는 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제5 단계를 도시한다.
도 9f는 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제6 단계를 도시한다.
도 9g는 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제7 단계를 도시한다.
도 9h는 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제8 단계를 도시한다.
도 9i는 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제9 단계를 도시한다.
도 9j는 마이크로미러 어레이를 형성하는 방법의 제10 단계를 도시한다.
도 10a는 마이크로미러 어레이인 그레이징 입사 미러를 도시한다.
도 10b는 다른 실시예에 따른 그레이징 입사 미러를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 그레이징 입사 컬렉터를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 따른 그레이징 입사 미러를 포함하는 검사 및/또는 메트롤로지 장치의 일부를 도시한다.
도 13a는 일 실시예에 따른 펠리클 및 펠리클 프레임의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 13b는 펠리클 및 프레임의 측단면도를 도시한다.
도 1은 방사선 소스(SO) 및 리소그래피 장치(LA)를 포함하는 리소그래피 시스템을 도시한다. 방사선 소스(SO)는 EUV 방사선 빔(B)을 생성하고 EUV 방사선 빔(B)을 리소그래피 장치(LA)에 공급하도록 구성된다. 리소그래피 장치(LA)는 조명 시스템(IL), 패터닝 디바이스(MA)를 포함하는 마스크 어셈블리(15)를 지지하도록 구성된 지지 구조체 또는 마스크 테이블(MT), 투영 시스템(PS) 및 기판(W)을 지지하도록 구성된 기판 테이블(WT)을 포함한다.
조명 시스템(IL)은 EUV 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)에 입사되기 전에 EUV 방사선 빔(B)을 조절하도록 구성된다. 이에 따라, 조명 시스템(IL)은 패싯 필드 미러 디바이스(facetted field mirror device)(10) 및 패싯 퓨필 미러 디바이스(facetted pupil mirror device)(11)를 포함할 수 있다. 방사선 빔(B)은 조명 시스템(IL)을 통과하여 지지 구조체(MT)에 의해 홀딩되는 마스크 어셈블리(15)에 입사된다. 마스크 어셈블리(15)는 패터닝 디바이스(MA) 및 선택적으로 펠리클 프레임(17)에 의해 제자리에 고정되는 펠리클(19)을 포함한다. 패터닝 디바이스(MA)는 방사선 빔(B')을 반사하고 패터닝한다. 조명 시스템(IL)은 패싯 필드 미러 디바이스(10) 및/또는 패싯 퓨필 미러 디바이스(11) 이외에, 또는 그 대신에 다른 미러 또는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 바와 같은 마이크로미러 어레이는, 본 명세서 전체에 참조로 포함된 US 8,294,877 B2에 개시된 패싯 필드 미러 디바이스(10) 및 패싯 퓨필 미러 디바이스(11) 이외에 조명 시스템(IL)에 추가될 수도 있고, 또는 본 명세서 전체에 참조로 포함된 US 10,254,654 B2에 개시된 패싯 필드 미러 디바이스(10) 및 패싯 퓨필 미러 디바이스(11) 중 하나 또는 모두를 대체하도록 사용될 수도 있다. 이 경우, 본원에 개시된 바와 같이 적어도 하나의 마이크로미러 어레이를 포함하는 조명 시스템(IL)은 프로그래밍 가능한 조명기(IL)이다. 이러한 프로그래밍 가능한 조명기(IL)는 패터닝 디바이스를 조명하기 위해 사용되는 방사선 빔을 조절하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로그래밍 가능한 조명기(IL)는 원하는 단면 형상 및/또는 원하는 강도 분포를 제공함으로써 EUV 방사선 빔(B)을 제어하거나 조절하는 데 사용될 수 있다.
이렇게 조절된 후, EUV 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(MA)를 조명하고 상호 작용한다. 이러한 상호 작용의 결과로, 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')이 생성된다. 투영 시스템(PS)은 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')을 기판(W)에 투영하도록 구성된다. 이를 위해, 투영 시스템(PS)은 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')을 기판 테이블(WT)에 의해 보유된 기판(W) 상에 투영하도록 구성되는 복수의 미러(13,14)를 포함할 수 있다. 투영 시스템(PS)은 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')에 감소 계수를 적용하여 패터닝 디바이스(MA)의 대응하는 피처보다 작은 피처를 갖는 이미지를 형성할 수 있다. 예를 들어, 4 또는 8의 감소 계수가 적용될 수 있다. 도 1에서 투영 시스템(PS)은 2개의 미러(13,14)만을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 투영 시스템(PS)은 다른 수의 미러(예를 들어, 6 또는 8개의 미러)를 포함할 수 있다.
기판(W)은 이전에 형성된 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우, 리소그래피 장치(LA)는 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')에 의해 형성된 이미지를 기판(W) 상에 이전에 형성된 패턴과 정렬한다.
상대 진공, 즉 대기압보다 훨씬 낮은 압력의 소량의 기체(예: 수소)가 방사선 소스(SO), 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS)에 제공될 수 있다.
방사선 소스(SO)는 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스, 방전 생성 플라즈마(DPP) 소스, 자유 전자 레이저(FEL) 또는 EUV 방사선을 생성할 수 있는 다른 모든 방사선 소스일 수 있다.
조명 시스템(IL)의 광학 장치(즉, 패터닝 디바이스(MA) 이전의 광학 장치)와 투영 시스템(PS)의 광학 장치(즉, 패터닝 디바이스(MA) 이후의 광학 장치)를 분리하기 위해, 소위 광학의 주 광선 각도(CRAO)가 사용되어, 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)에 비스듬히 입사되도록 할 수 있다.
도 1a는 도 1의 리소그래피 장치(LA)와 같은 리소그래피 장치의 일부를 도시한 것으로, 여기서 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(MA)에 입사된다. 패터닝 디바이스는 일반적으로 다층 반사판 상의 마스크(예: 바이너리, 교번 위상 편이 또는 감쇠 위상 편이 마스크)이다. 다층 반사판은 일반적으로 Mo 또는 Ru와 Si의 교대 레이어로 구성된다. 레이어 두께는 해당 파장에서 반사율을 최대화하여 전체 처리량을 최적화하기 위해 타겟 파장(예: EUV의 경우 13.5nm)에 따라 결정된다. 다층 반사판의 반사율은 각도에 따라 달라지므로 리소그래피에 사용할 때 이를 고려해야 한다.
방사선 빔은 일반적으로 조명 시스템(IL)의 광학 장치[예: 도 1의 미러(10 및 11)]에 의해 조절된 방사선 빔(B)이다. 방사선 빔(B)은 CRAO를 중심으로 한 수치 조리개(NA) 내의 각도로 패터닝 디바이스(MA)에 입사된다. 패터닝 디바이스(MA)는 NA를 지원하기 위해 넓은 각도 대역폭에 걸쳐 반사되어야 한다. 입사각이 너무 크면 패터닝 디바이스(MA)가 방사 빔(B)을 정확하게 반사하지 못할 수 있다. 따라서 패터닝 디바이스의 각도 대역폭은 패터닝 디바이스(MA)에서 달성할 수 있는 최대 NA를 제한한다.
도 1b는 암시야 이미징을 사용하여 조명 시스템(IL)의 광학 장치와 투영 시스템(PS)의 광학 장치를 분리하기 위한 대안적 구성을 가진 도 1의 리소그래피 장치(예: 리소그래피 장치 LA)와 같은 리소그래피 장치의 일부를 도시한다. 이 구성에서, 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(MA)에 대해 실질적으로 수직인 입사각을 가지며, 따라서 CRAO에 비해 패터닝 디바이스(MA)의 각도 대역폭에 대한 요구 사항을 줄일 수 있다. 투영 광학 장치의 제1 미러(101)는 방사선 빔(B)을 통과시키기 위한 개구부(102)를 포함한다. 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(MA)에 의해 회절되며, 0차 회절은 개구부(102)를 통해 조명기로 다시 전송된다(도시되지 않음). +1 및 -1 회절 차수와 같은 더 높은 차수의 회절은 개구부(102) 외부의 미러(101)에 입사되며 투영 시스템(PS)을 통해 웨이퍼(도시되지 않음)에 투영될 수 있다.
위에서 간략히 설명한 바와 같이, 마스크 어셈블리(15)는 패터닝 디바이스(MA)에 인접하여 제공되는 펠리클(19)을 포함할 수 있다. 펠리클(19)이 존재하는 경우, 펠리클(19)은 방사선 빔(B)의 경로에 제공되어, 방사선 빔(B)이 조명 시스템(IL)으로부터 패터닝 디바이스(MA)에 접근할 때와 패터닝 디바이스(MA)에 의해 투영 시스템(PS)을 향해 반사될 때 모두 펠리클(19)을 통과하도록 한다. 펠리클(19)은 EUV 방사선에 대해 실질적으로 투명한 박막으로 구성될 수 있다(소량의 EUV 방사선이 흡수될 수 있음). 본 명세서에서 EUV 투명 펠리클 또는 EUV 방사선에 대해 실질적으로 투명한 필름이란, 펠리클(19)이 적어도 65%, 바람직하게는 적어도 80%, 더 바람직하게는 적어도 90%의 EUV 방사선을 투과할 수 있음을 의미한다. 펠리클(19)은 입자 오염으로부터 패터닝 디바이스(MA)를 보호하는 역할을 한다.
리소그래피 장치(LA) 내부의 무결한 환경을 유지하기 위해 노력하더라도, 입자는 여전히 리소그래피 장치(LA) 내부에 존재할 수 있다. 펠리클(19)이 없는 경우, 입자는 패터닝 디바이스(MA) 상에 증착될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 상의 입자는 방사선 빔(B)에 부여되는 패턴, 따라서 기판(W)에 전사되는 패턴에 불리하게 영향을 미칠 수 있다. 펠리클(19)은 패터닝 디바이스(MA)에 입자가 증착되는 것을 방지하기 위해, 패터닝 디바이스(MA)와 리소그래피 장치(LA) 내의 환경 사이에 장벽을 제공하는 것이 유리하다.
펠리클(19)은, 펠리클(19)의 표면에 입사되는 입자들이 리소그래피 장치(LA)의 전계 평면에 있지 않을 정도로 충분한 거리에 패터닝 디바이스(MA)로부터 배치된다. 펠리클(19)과 패터닝 디바이스(MA) 사이의 이러한 분리는, 펠리클(19)의 표면상의 임의의 입자가 기판(W) 상에 이미징되는 방사선 빔(B)에 패턴을 부여하는 정도를 감소시키는 역할을 한다. 입자가 방사선 빔(B)에 존재하지만 방사선 빔(B)의 필드 평면에 있지 않은 위치[즉, 패터닝 디바이스(MA)의 표면이 아닌 위치]에 있는 경우, 입자의 임의의 이미지는 기판(W)의 표면에서 초점이 맞지 않을 것임을 알 수 있을 것이다. 다른 고려사항이 없는 경우, 펠리클(19)을 패터닝 디바이스(MA)로부터 상당한 거리에 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나 실제로, 펠리클을 수용하기 위해 리소그래피 장치(LA)에서 이용 가능한 공간은 다른 구성요소들의 존재로 인해 제한된다. 일부 실시예에서, 펠리클(19)과 패터닝 디바이스(MA) 사이의 이격은 예를 들어, 대략 1㎜ 내지 10㎜ 사이, 예를 들어 1㎜ 내지 5㎜ 사이, 더 바람직하게는 2㎜ 내지 2.5㎜ 사이일 수 있다.
도 1c는 US 9,946,167 B2에 공지된 검사 및/또는 메트롤로지 장치를 보여주며, 그 전문은 본 명세서에 참조로서 포함된다. 도 1c는 US 9,946,167 B2의 도 3a에 대응한다. 검사 및/또는 메트롤로지 장치는 예를 들어 오버레이 및/또는 정렬을 측정하기 위한 암시야 메트롤로지 장치이다.
리소그래피 공정에서는 공정 제어 및 검증을 위해 생성된 구조물을 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 위한 다양한 도구가 알려져 있는데, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 자주 사용되는 주사 전자 현미경과 오버레이, 장치 내 두 레이어의 정렬 정확도 및 정렬, 즉 기판의 정렬 마크 위치를 측정하는 특수 도구가 있다. 리소그래피 분야에서 사용하기 위해 다양한 형태의 스캐터로미터(scatterometer)가 개발되었다. 이러한 장치는 격자 또는 마크와 같은 타겟 구조체에 방사선 빔을 조사하고 산란된 방사선의 하나 이상의 특성(예: 파장의 함수로서 단일 반사각에서의 강도, 반사각의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 강도 또는 반사각의 함수로서 편광)을 측정하여 타겟의 관심 속성을 결정할 수 있는 "스펙트럼"을 얻는다. 관심 속성의 결정은 RCWA(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소법과 같은 반복적 접근법을 통한 대상 구조의 재구성, 라이브러리 검색, 주성분 분석 등 다양한 기법을 통해 수행될 수 있다.
도 1c에 도시된 암시야 메트롤로지 장치는 독립형 장치/시스템일 수도 있고, 정렬 시스템 및/또는 오버레이 측정 시스템(도시되지 않음)으로서 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수도 있다. 장치 전체에 걸쳐 여러 분기를 갖는 광축은 점선 O로 표시된다. 이 장치에서, 방사선 소스(111)(예를 들어, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 렌즈(112, 114) 및 대물 렌즈(116)를 포함하는 광학 시스템에 의해 빔 분할기(115)를 통해 기판(W)으로 향하게 된다. 이러한 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배열된다. 따라서 방사선이 기판에 입사되는 각도 분포는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면, 여기서는 (공액) 퓨필 평면이라고 하는 평면에서 공간 강도 분포를 정의하여 선택할 수 있다. 특히, 대물 렌즈 퓨필 평면의 후방 투영 이미지인 평면에, 렌즈 112와 114 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(113)를 삽입하여 이 작업을 수행할 수 있다. 예시된 예에서, 어퍼처 플레이트(113)는 서로 다른 조명 모드를 선택할 수 있도록 113N 및 113S로 표시된 서로 다른 형태를 갖는다. 본 실시예의 조명 시스템은 오프-액시스(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서 어퍼처 플레이트(113N)는 설명의 편의를 위해 '북쪽'으로 지정된 방향에서 축을 벗어난 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서는 어퍼처 플레이트(113S)를 사용하여 유사한 조명을 제공하지만 '남쪽'으로 표시된 반대 방향에서 조명을 제공한다. 다른 어퍼처를 사용하여 다른 조명 모드를 사용할 수 있다. 원하는 조명 모드 이외의 불필요한 광은 원하는 측정 신호를 방해하므로 퓨필 평면의 나머지 부분은 어둡게 하는 것이 바람직하다.
기판(W) 상의 타겟 구조(예: 격자 또는 마크)는 대물 렌즈(116)의 광축(O)에 대해 수직으로 배치된다(도시되지 않음). 축(O)에서 벗어난 각도에서 타겟 구조물에 충돌하는 광선은 0차 회절 차수 광선과 두 개의 1차 회절 차수 광선을 발생시킨다. 플레이트(113)의 어퍼처는 (유용한 양의 광을 받아들이는 데 필요한) 유한한 폭을 가지므로, 입사광선은 실제로 다양한 각도를 가지고 회절 광선 0과 +1/-1은 다소 분산될 것이다. 작은 타겟의 점 확산 함수에 따르면, 각 차수 +1과 -1은 하나의 이상적인 광선이 아니라 다양한 각도에 걸쳐 더 확산된다. 대물 렌즈로 입사하는 1차 광선이 중앙 광축에 밀접하게 정렬되도록 격자 피치와 조명 각도를 설계하거나 조정할 수 있다.
기판(W)의 타겟에 의해 회절된 적어도 0차 및 +1차 회절은 대물 렌즈(116)에 의해 수집되어 빔 분할기(115)를 통해 다시 향하게 된다. 제1 및 제2 조명 모드는 모두 북쪽(N) 및 남쪽(S)으로 표시된 직경이 정반대인 조리개를 지정하여 예시된다. 입사광선이 광축의 북쪽에서 오는 경우, 즉 어퍼처 플레이트 113N을 사용하여 제1 조명 모드가 적용되는 경우, +1(N)으로 표시된 +1 회절 광선이 대물 렌즈(116)로 입사한다. 반대로, 어퍼처 플레이트(113S)를 사용하여 제2 조명 모드가 적용되면 -1(S)로 표시된 -1 회절 광선이 렌즈(116)로 입사한다.
제2 빔 분할기(117)는 회절된 빔을 두 개의 측정 분기로 나눈다. 제1 측정 분기에서 광학 시스템(118)은 0차 및 1차 회절 빔을 사용하여 제1 센서(예: CCD 또는 CMOS 센서) 상에 대상의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각 회절 순서는 센서의 다른 지점에 도달하므로 이미지 처리가 순서를 비교하고 대조할 수 있다. 센서(119)에 의해 캡처된 퓨필 평면 이미지는 검사 및/또는 메트롤로지 장치의 초점을 맞추고/맞추거나 제1 차 빔의 강도 측정을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 퓨필 평면 이미지는 또한 재구성과 같은 많은 측정 목적에 사용될 수 있다.
제2 측정 분기에서, 렌즈(120, 122)를 포함하는 광학 시스템은 센서(123) (예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)의 기판(W) 상에 타겟의 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기에서, 필드 스톱(121)으로 지칭되는 어퍼처 플레이트는 퓨필 평면에 접합된 평면에 제공된다. 이 평면은 본 발명을 설명할 때 '중간 퓨필 평면'으로 지칭될 것이다. 필드 스톱(121)은 0차 회절 빔을 차단하여 센서(123)에 형성된 대상의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로만 형성되도록 하는 기능을 한다. 센서(119) 및 센서(123)에 의해 캡처된 이미지는 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)로 출력되며, 그 기능은 수행되는 특정 측정 유형에 따라 달라진다. 여기서 '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 점에 유의해야 한다. 격자 선의 이미지는 -1 및 +1 차수 중 하나만 존재하는 경우 형성되지 않는다.
검사 및/또는 메트롤로지 장치의 조명 시스템은 조명기(110)를 포함한다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 이 조명기(110)는 렌즈(112)와 어퍼처 플레이트(113)를 포함한다. 검사 및/또는 메트롤로지 장치에 대한 더 자세한 내용은 US 9,946,167 B2에서 확인할 수 있다.
도 1d는 도 1c의 검사 및/또는 메트롤로지 장치에서 사용하기 위한 프로그래밍 가능한 조명기(140)를 도시한다. 이 프로그래밍 가능한 조명기(140)는 조명기(110) 대신에 도 1c의 검사 및/또는 메트롤로지 장치에서 사용될 수 있다. 프로그래밍 가능한 조명기(140)는 본 발명에 따른 마이크로미러 어레이(133)와 한 쌍의 렌즈를 포함하는 낮은 NA 릴레이 4F 시스템(low NA relay 4F system)(135)을 포함한다. [프로그래밍 가능한 조명기(140)의 일부가 아닌] 방사선 소스(130)로부터의 방사선 또는 광, 예를 들어 광대역 방사선 소스 또는 백색 광원은 선택적 광섬유(131) 및 선택적 콜리메이팅(collimating) 렌즈 시스템(132)을 통해 마이크로미러 어레이(133)로 향하게 할 수 있다. 처리 유닛(PU)은 마이크로미러 어레이(133) 내의 마이크로미러들(134), 또는 보다 정확하게는 마이크로미러들(134) 내의 미러들이 개별적으로 기울어지도록 마이크로미러 어레이(133)를 제어할 수 있다. 각 개별 미러의 틸팅 각도를 독립적으로 조정함으로써, 낮은 NA 릴레이 시스템(135)에서 출력되는 광의 공간 분포를 제어할 수 있고 어퍼처 플레이트를 사용하지 않고도 원하는 대로 다양한 조명 모드를 만들 수 있다. 프로그래밍 가능한 조명기(140)가 도 1c의 검사 및/또는 메트롤로지 장치에서 사용되는 경우, 이는 렌즈(114)와 인터페이스하며, 이는 낮은 NA 릴레이 시스템(135)에 의해 출력되는 광이 도 1c의 렌즈(114)에 의해 수신됨을 의미한다.
낮은 NA 릴레이 시스템(135)에 의해 출력되는 광의 스펙트럼 분포를 제어하기 위해, 마이크로미러 어레이(133) 내의 미러의 적어도 일부가 미러 표면 상부에 격자를 포함할 수 있다(도시되지 않음). 격자는 모든 미러에 대해 동일할 수도 있고, 다른 격자(예를 들어, 다른 피치를 갖는 격자)가 사용될 수도 있다. 마이크로미러 어레이(133)의 적절한 제어에 의해, 낮은 NA 릴레이 시스템(135)에 의해 출력되는 광은 단일 파장 또는 단일(좁은) 범위의 파장을 포함한다. 그러나, 낮은 NA 릴레이 시스템(135)에 의해 출력되는 광이 다수의 상이한 파장 또는 다수의 상이한(좁은) 파장 범위를 포함하도록 마이크로미러 어레이(133)를 제어하는 것도 가능하다. 격자는 미러 표면에 리소그래피로 패터닝될 수 있다. 격자가 있는 각 미러는 관련 격자 방정식에 따라 상이한 파장의 광을 상이한 방향으로 회절시킨다. 회절된 광의 일부가 낮은 NA 릴레이 시스템(135)에 의해 캡처되고 이미지가 형성된다. 각 미러의 각도를 독립적으로 조정함으로써, 특정 회절 순서가 낮은 NA 릴레이 시스템(135)에 의해 포착되고 다른 회절 순서는 포착되지 않으므로 출력에서의 광 분포는 공간적 및 스펙트럼적으로 모두 제어될 수 있다. 이러한 공간 및 스펙트럼 광 분포는 예를 들어 기판 상의 오버레이 타겟 구조를 조명 및 측정하거나 기판 상의 정렬 마크의 위치를 측정하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 이 문장들에서 타겟 구조, 타겟, 마크, 마커 및 격자라는 용어는 문맥상 허용되는 경우 모두 서로 동의어이다.
낮은 NA 릴레이 시스템(135)에 의해 포착될 수 있는 회절 빔의 스펙트럼 대역폭은 dλ=P.NA이며, 여기서 P는 격자의 피치이고 NA는 낮은 NA 릴레이 시스템(135)의 수치 조리개이다. P=500nm 및 NA=0.02에서 스펙트럼 대역폭은 10nm이며, 이는 격자의 회절 순서가 10nm의 파장 범위 또는 대역으로 구성됨을 의미한다.
낮은 NA 릴레이 시스템(135)의 공간 분해능은 ~ λ/NA이다. λ=850nm, NA=0.02의 경우 공간 분해능은 42.5마이크로미터이다. 미러의 크기가 42.5마이크로미터보다 크면 각 미러를 분해할 수 있다. 미러의 적절한 크기는 100x100 마이크로미터이다.
개별 축을 중심으로 미러를 회전/틸팅하면 다른 중심 파장 대역이 낮은 NA 릴레이 시스템(135)으로 향할 수 있다. 가시 파장 범위에서 작동하는 데 필요한 각 미러의 회전 범위는 Δλ/2P여야 하며, 여기서 Δλ는 450nm-850nm의 작동 파장 범위에서 Δλ=400nm이다. 즉, 각 미러는 0.4 라디안씩 회전할 수 있어야 한다.
도 2에 도시된 MEMS 시스템은 미러(20)와 미러(20)를 변위하기 위한 4개의 다층 압전 액추에이터(21)를 갖는 마이크로미러이다. 다른 실시예들(도시되지 않음)에서, 마이크로미러는 미러(20)를 변위시키기 위한 다른 수의 다층 압전 액추에이터(21)를 가질 수 있다. 이러한 모든 실시예에서, 마이크로미러는 미러(20)를 변위시키기 위한 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터(21)를 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 마이크로미러를 어레이로 배열하여 마이크로미러 어레이를 형성할 수 있다.
도 2는 실시예에 따라 마이크로미러 어레이의 일부일 수 있는 미러(20)를 포함하는 MEMS 시스템을 도시한다. MEMS 시스템은 축을 중심으로 4배 회전 대칭을 갖는다. 특히, 4개의 다층 압전 액추에이터(21)는 미러(20) 아래에 대칭으로 배열되어 미러(20)의 팁 및 틸팅 변위를 가능하게 한다. 미러(20)는 일반적으로 각 변이 0.5mm 내지 2.5mm 범위에 있는 직사각형(본 명세서에서는 정사각형을 포함함)이다. 예를 들어, 표면적이 1mm2인 정사각형일 수 있다. 다른 실시예에서 미러는 육각형과 같은 다른 모양일 수 있다. 도 2a는 도 2의 MEMS 시스템의 압전 액추에이터(21)를 도시하며, MEMS 시스템의 다른 요소는 생략한다.
각 다층 압전 액추에이터(21)는 일 단부에서 기본 기판(도시되지 않음)에 고정되고 타 단부에서 힌지(23)를 통해 기둥(24)에 연결된 가요성 재료(22)의 곡선 스트립을 갖는다. 가요성 재료 스트립(22)은 신장 방향이 미러(20)의 전면 표면 평면과 실질적으로 평행하게 놓여 있다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 가요성 재료 스트립(22)에는 복수의 층의 압전 재료가 제공되며, 다층 압전 액추에이터(21)를 활성화하기 위해 전압을 인가하는 복수의 전극 층이 제공된다. 압전 재료는 임계값 이상의 강도를 갖는 인가된 전기장의 존재 하에서 양극성 변형 응답을 나타내는 것(예: PZT)이다. 전압은 임계값 이상의 강도를 갖는 전기장을 유발하기에 충분할 수 있다. 이는 모든 압전 층의 전기장에 해당하거나, 적어도 전압이 압전 층의 팽창/수축 응답이 임계값 초과 및 미만인 전기장 강도에 대해 다른 방향으로 전기장을 생성하는 압전 층에서 해당할 수 있다.
다층 압전 액추에이터(21)를 활성화하면 스트립(22)이 구부러져 캔틸레버 역할을 하여 기둥(24)을 통해 미러(20)을 변위시킨다. 변위의 크기는 인가 전압 및 다층 압전 액추에이터의 층 개수의 함수이며 다층 압전 액추에이터의 기하학적 구조와 같은 다른 매개변수의 함수이기도 한다. 힌지(23)는 스트립(22)의 일 단부를 좁혀서 형성되므로, 스트립(22)의 신장 방향을 가로지르는 힌지(23)의 단면적이 스트립(22)의 단면적보다 작게 형성된다. 따라서 힌지(23)는 스트립(22)보다 덜 뻣뻣하여 힌지 역할을 할 수 있다. 힌지는 일반적으로 축 방향에 횡방향인 평면에서 구부러져야 하며, 그 자체는 스트립(22)의 신장 방향에 횡방향이다.
도시된 실시예에서, 스트립(22) 상에 배치되는 다층 액추에이터(21)는 미러(20), 일반적으로 변위되는 MEMS 소자 아래에 실질적으로 배치되는 것을 알 수 있다. 따라서 위에서 볼 때, 즉 표시된 Z 방향을 따라 볼 때, 미러(20)는 액추에이션 시스템, 즉 스트립(22)과 액추에이터(21)를 실질적으로 커버한다. 다층 액추에이터를 변위된 MEMS 소자[예: 미러(20)] 아래에 실질적으로 배치함으로써 인접한 미러를 서로 가깝게 배열하여 입사광 또는 방사선 빔의 많은 부분을 반사할 수 있는 다중 미러 어레이를 구현할 수 있다.
미러(20)를 변위시키는 데 사용되는 미세 전자 기계 시스템(MEMS)은 리소그래피 장치 및/또는 검사 및/또는 메트롤로지 장치의 다른 부품에 유리하게 통합될 수 있다. 도 2를 보면, 각 MEMS 소자의 미러(20)는 MEMS 소자 위에 맞고 압전 액추에이터(21)로부터 변위를 변환하는 임의의 형태의 비반사 물체인 변위 구조로 대체될 수 있다. 이러한 변위 구조는 미러와 동일한 모양 및 치수를 가질 수 있지만(예: 도 2에서와 같이 정사각형), 반사되는 상단 표면이 필요하지 않다. 입사광을 직접 반사하는 대신 변위 구조는 미러의 연속 반사층과 같은 상부 구조를 변형하는 데 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, MEMS는 패터닝 디바이스에 통합되어 다층 반사기를 변형시켜 입사광을 재지향할 수 있다. 또는, 미러(20)을 변위 구조로 대체하는 대신, 압전 액추에이터(21)에 연결된 기둥(24)을 상부 구조에 직접 결합할 수도 있다. 즉, 기둥(24)은 압전 액추에이터(21)로 해당 구조를 변형시키기 위해 상부 구조의 밑면(예: 다층 반사판의 밑면)에 직접 결합될 수 있다.
도 3은 단일 층 압전 재료(307)를 포함하는, PCT/EP2020/072005 시스템에서의 압전 액추에이터의 비교 예시를 도시한다. 액추에이터는 가요성 재료(305)의 스트립 상에 형성되며, 실리콘 산화물 및 알루미늄 산화물(310)의 절연 층을 포함한다. 압전 액추에이터는 또한 압전 재료(307) 층의 각 표면에 각각의 전극 층(308)을 포함한다. 압전 액추에이터를 구부리려면 압전 재료(307)에 전기장이 유도되어야 한다. 이는 제1 전극에 높은 전압을, 제2 전극에 낮은 전압을 가하여 두 전극(308) 사이에 전위차를 생성함으로써 이루어진다. 압전 재료(307)의 층에 의해 생성되는 힘은 인가된 전압과 압전 계수에 비례한다. 압전 액추에이터가 구부러지는 양을 늘리려면 두 전극(308) 사이의 전위차를 늘려야 하는데, 이를 위해서는 제1 전극에 더 높은 전압을 인가해야 한다. 전극 사이에 높은 전압을 적용하면 심각한 단점이 발생할 수 있다. 예를 들어, 진공 또는 저압 환경에서 고전압을 사용하면 방전이 발생할 수 있다. 또한, 고전압은 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한, 고전압을 사용하면 전력 소비가 증가하고 마이크로미러의 상당한 면적을 차지하는 액추에이터를 구동하기 위해 고전압 전자 장치가 필요하다.
도 3a는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 다층 압전 액추에이터의 일 예를 개략적으로 도시한다. 이는 압전 층들(307a, 307b)을 가로질러 인가된 전기장에 반응하여 단극성 변형 응답을 나타내는(적어도 전기장의 크기가 임계치 이상인 경우) 압전 재료의 복수의 실질적으로 평평한 압전 층들(307a, 307b)을 포함한다. 압전 층들(307a, 307b)은 서로 적층되어 있고, 실질적으로 평평한 전극 층들(308a, 308b)에 의해 분리되어 있다. 압전 층들(307a, 307b) 및 전극 층들(308a, 308b)은 집합적으로 층의 스택을 형성한다. 적층 방향(즉, 모든 층을 가로지르는, 도 3a의 수직 방향)으로 적층된 층 스택의 제1 및 마지막 층은 전극 층(308a)이다. 전극 층(308a, 308b)은 백금(Pt) 및 LaNiO3(LNO)로 제조된다. 전극 층(308a, 308b)은 제1 전극 층(308a) 세트와 제2 전극 층(308b) 세트로 나뉘어져 있다. 제1 전압은 제1 전극 층 세트(308b)의 각 전극 층에 인가된다. 구체적으로, 이 예에서, 50V의 제1 전압이 제1 전극 층(308a)의 제1 세트에 인가된다. 제2 전극 층 세트(308b)의 전극 층은 접지된다. 이 예에서, 전극 층들(308a, 308b)은 전극 층 스택의 한 전극 층이 제1 전극 층 세트(308a)의 일부인 경우, 층 스택의 적층 방향에 있는 다음 전극 층이 제2 전극 층 세트(308b)의 일부가 되도록 교대로 배치된다. 이러한 방식으로 전극 층을 교대로 배치함으로써, 두 개의 연속된 전극 층(308) 사이에 전기장이 유도되고, 유도된 전기장의 방향은 화살표로 표시된 바와 같이 압전 재료(307a, 307b)의 연속된 층을 가로질러 교대로 나타난다. 이는 층(307a)의 경우 아래쪽으로, 층(307b)의 경우 위쪽으로 표시된다. 이는 사실상 압전 재료의 어느 한 층에서의 압전 효과가 다른 층에서의 압전 효과와 무관하다는 것을 의미한다. 이 전기장은 압전 층(307A, 307B)에 작용하여 팽창/수축을 생성하고, 이는 다층 압전 액추에이터의 구성으로 인해 스택의 상단을 향한 층이 스택의 하단에 있는 층과 다른 양만큼 팽창할 때 굽힘력(기계적 변형)을 발생시킨다. 압전 층들(307a, 307b)은 인가된 전기장(적어도 전기장의 크기가 임계치 이상인 경우)에 반응하여 단극성 변형 응답을 나타내는 압전 재료(예를 들어, PZT)로 만들어지기 때문에, 각 압전 층들은 전기장의 방향에 관계없이 동일한 방향으로 굽힘력을 발생시킨다(예를 들어, 스택 내 상단 전극(308a)의 외부(상단) 표면을 오목하게 하는 방향으로). 전기장이 각각의 압전 층(307a, 307b)에 걸쳐 동일한 진폭을 갖는 경우, 그리고 이들 압전 층이 실질적으로 동일한 경우, 이 힘은 각각의 압전 층(307a, 307a)에서 실질적으로 동일한 진폭을 가질 수 있다.
요약하면, 다층 압전 액추에이터가 각각 별도의 전기장이 인가되는 압전 재료의 복수의 층(307a, 307b)을 포함할 때, 액추에이터에 가해지는 총 힘은 압전 재료의 층 수에 각 개별 층에 의해 발생되는 힘을 곱한 값과 같을 것이다(각 층에 의해 동일한 힘이 발생한다고 가정함).
도 3b는, 도 3a의 개략적인 구조에 따른 일 실시예를 나타낸다. 이는 도 2의 실시예에서 사용될 수 있는 다층 압전 액추에이터의 일부로서, 압전 재료(307, 307b)의 두 층 및 세 개의 전극 층(308a, 308b)을 포함한다. 도 3a에서 아래쪽 방향으로 이동하면, 층 스택의 제1 층은 전극 층(308a)(제1 전극 층 세트 중 하나), 제2 층은 제1 압전 층(307a), 제3 층은 전극 층(308b)(제2 전극 층 세트 중 하나), 제4 층은 제2 압전 층(307b) 및 제5 층은 전극 층(308a)[제1 전극 층(308a)의 제1 세트 중 하나]이다. 다층 압전 액추에이터는 또한 실리콘 산화물 및 알루미늄 산화물 층인 제6 층(310)과 가요성 재료의 스트립인 제7 층(305)을 포함한다. 제1 압전 층(307a)과 제2 압전 층(307b)을 가로질러 유도되는 전기장은 서로 반대 방향에 있다. 그러나, 두 압전 층은 인가된 전기장에 반응하여 단극성 변형 응답을 나타내는 압전 재료로 구성되므로(적어도 전기장의 크기가 임계값 이상인 경우), 두 층은 동일한 방향으로 구부러지게 된다. 다수의 압전 층(307A, 307B)을 갖는 다층 압전 액추에이터의 현재 구성은 단일 층의 압전 재료(307)를 포함하는 도 3의 다층 압전 액추에이터에 비해 주목할 만한 이점을 갖는다. 예를 들어, 층(307a, 307b)이 압전 층(307)과 동일한 총 두께를 갖는다고 가정하면, 전극(308) 사이에 100V의 전압이 인가될 때 층(307a, 307a)에 각각 50V의 전압이 반대 방향으로 인가되면 층(307)에서 발생하는 것과 동일한 힘이 발생하게 된다. 이는 실시예에서 두 지점 사이의 전압차가 50V 이하임에도 도 3b의 배열에서 달성된다. 더 낮은 전압을 사용하면 진공 또는 저압 환경에서 방전이 시작될 위험이 감소(또는 제거)되고, 기체 환경에서는 플라즈마가 시작될 위험이 감소(또는 제거)된다.
도 3c 및 도 3b는 도 3a의 개략적인 구조에 따른 제2 및 제3 구체적인 실시예를 도시한다. 각각은 도 2의 실시예에서 사용될 수 있는 다층 압전 액추에이터의 일부이다. 도 3C의 액추에이터에는 인가된 전기장에 반응하여 단극성 변형 응답을 나타내는(적어도 전기장의 크기가 임계값 이상인 경우) 압전 재료의 세 개의 압전 층(307a, 307b)이 있다. 도 3의 액추에이터에는 인가된 전기장에 반응하여(적어도 전기장의 크기가 임계값 이상인 경우) 단극성 변형 응답을 나타내는 압전 재료의 압전 층(307a, 307b) 4개가 있다. 이 두 도면에서, 제1 압전 층(307a)을 가로질러 유도되는 전기장은 제2 압전 층(307b)을 가로질러 유도되는 전기장과 반대 방향에 있다. 제1 압전 층(307a) 및 제2 압전 층(307b)은 모두 인가된 전기장(적어도 전기장의 크기가 임계값 이상인 경우)에 대응하여 단극성 변형 응답을 나타내는 압전 재료로 구성(또는 실질적으로 구성)되므로, 제1 압전 층(307a) 및 제2 압전 층(307b)은 각각 전극(308a, 308b)에 제1 및 제2 전압이 인가되면 동일한 방향으로 구부러지게 된다.
도 3c의 구성은, 도 3의 층들(307a, 307b)이 도 3의 층들(307)과 동일한 총 두께를 갖는다고 가정할 때, 액추에이터 내의 임의의 두 지점 사이의 동일한 최대 전압차에 대해 도 3의 액추에이터에서 생성된 힘의 3배의 강한 힘을 생성할 수 있도록 한다. 다른 관점에서, 도 3의 액추에이터와 동일한 힘을 발생시키기 위해서, 전극 층(308a)과 전극 층(308b) 사이의 전압차는 도 3의 전극 층(308) 사이의 전압차의 1/3만이 필요하다.
도 3d의 구성은, 도 3의 층(307a, 307a)이 도 3의 층(307)과 동일한 총 두께를 갖는다고 가정할 때, 액추에이터 내의 임의의 두 지점 사이의 동일한 최대 전압차에 대해 도 3의 액추에이터에서 생성된 힘보다 4배 강한 힘을 생성할 수 있도록 한다. 다른 관점에서, 도 3의 액추에이터와 동일한 힘을 발생시키기 위해서는 전극 층(308a)과 전극 층(308b) 사이의 전압차가 도 3의 전극 층(308) 사이의 전압차의 1/4이면 충분하다.
도 2를 다시 참조하면, 미러(20)는 또한 열 확산기에 연결되는데, 열 확산기는 미러(20)의 뒷면 중앙에 연결된 열 전도성 포스트(25)와 포스트(25)의 다른 쪽 끝에 연결된 히트 싱크(26)로 구성된다. 휴지(rest) 상태에서, 포스트(25)의 길이 방향은 MEMS 시스템의 4배 회전 대칭 축이다. 열 전도성 포스트(25)는 미러(20)로부터 히트 싱크(26)으로 열을 전달하도록 배치되어 상대적으로 넓은 표면적에 걸쳐 열을 확산시킨다. 히트 싱크(26)은 원형 패턴의 실리콘 층인 가요성 멤브레인으로 구성된다. 가요성 멤브레인은 복수의 층을 가질 수도 있는데, 이 경우, 하나 이상의 층(예를 들어, 전부)은 실리콘일 수 있고, 하나 이상의 층은 실리콘이 아닌 다른 재료일 수 있다. 가요성 멤브레인에는 가요성 멤브레인의 유연성을 증가시키는 곡선 홈(27)이 형성되어 있다. 사용 시, 미러(20)가 변위되면, 열 전도성 포스트(25)가 회전하여 가요성 멤브레인을 탄성 변형시킨다.
각 다층 압전 액추에이터(21)는 감지 요소(28)와 연결되며, 일 단부는 기둥(24)에, 타 단부는 기본 기판에 고정된 압전 저항기이다. 기둥(24)이 변위됨에 따라 압전 저항기는 응력/변형을 받고, 이로 인해 압전 저항기의 전기적 특성이 변경되어 변위가 결정될 수 있다. 예를 들어, 압전 저항기는 브리지의 출력 전압이 미러(20)의 변위에 대한 함수가 되도록 구성된 휘트스톤(Wheatstone) 브리지에 연결될 수 있다. 압전 저항기의 출력은 온도에 민감하며 온도 보정을 사용하여 변위 측정의 정확도를 높일 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 마이크로미러 어레이(300)의 일부의 단면의 개략도를 도시한다. 실시예의 특정 바람직한 치수는 도 4에 미크론 단위로 표시되어 있다("u"로 표시됨). 미러(301)는 기둥(303)을 통해 다층 압전 액추에이터(302)에 연결된다. 기둥(303)은 실리콘, 게르마늄, 알루미늄 및 산화물 층으로 구성되며 두께는 151μm이다. 또한 두께가 1μm인 산화물 층 형태의 열 절연 층(304)을 더 포함한다. 이 층(304)은 다층 압전 액추에이터(302)를 보호하기 위해 열 절연 및 전기 절연을 모두 제공한다. 특히 미러(301)로부터 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터(302)로의 열 전달을 줄이거나 방지할 수 있다.
다층 압전 액추에이터(302)는, 기둥(303)의 반대쪽 끝에 있는 기판(306)에 연결된, 5㎛ 두께의 실리콘 스트립인, 가요성 재료(305)의 스트립을 포함한다. 다층 압전 액추에이터(302)는 또한 압전 재료(307a, 307b)의 복수의 층을 포함하며, 이는 각각 500nm 내지 2μm 범위의 두께를 갖는 PZT 층이다. 압전 층(307a, 307b)은 전극 층(308b)에 의해 이격되고, 두 개의 전극 층(308a)에 의해 집합적으로 끼워진다. 가요성 재료(305)의 스트립에 가장 가까운 전극 층(308a)은 약 100nm 두께의 질화물(SiN) 층(309)에 의해 가요성 재료(305)의 스트립에 결합되어 있다. SiN/Pt/LNO/PZT/Pt/LNO의 스택은 실리콘 산화물 및 알루미늄 산화물 층(310)으로 덮여 있다. 전극(308)에 전압을 인가하면 압전 재료(307a, 307b)의 복수의 층이 팽창 또는 수축하지만, 복수의 층이 가요성 재료(305)의 스트립과의 경계면에서 구속되기 때문에, 압전 재료(307a, 307b)의 복수의 층과 가요성 재료(305)의 스트립의 결합 시스템이 구부러진다. 다층 압전 액추에이터(302)의 이러한 굽힘 동작은 기둥(303)을 변위시키고, 이에 따라 미러(301)도 변위시킨다.
도시된 실시예에서, 다층 액추에이터(302)는 미러(301) 아래에 실질적으로 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 다층 액추에이터(302)를 미러(301) 아래에 실질적으로 배치함으로써, 인접한 미러를 서로 가깝게 배치할 수 있는 다중 미러 어레이를 실현할 수 있고, 그 결과 입사광 또는 방사선 빔의 많은 부분을 반사할 수 있는 다중 미러를 실현할 수 있다.
압전 저항기를 포함하는 감지 요소(311)는 가요성 재료(305)의 스트립에 내장되고 산화물로 덮여 있다. 감지 요소(311)는 다층 압전 액추에이터(302)의 굴절을 감지하도록 배치된다.
다층 압전 액추에이터(302)는 실리콘 관통 비아(TSV)(312)에 의해 기판(306)에 전기적으로 연결된다. 마이크로미러 어레이는 응용예의 특정한 집적 회로(ASIC)(313)를 더 포함한다. 이들은 도 3a에 도시된 전압을 다층 압전 액추에이터(302)의 전극(308a, 308b)에 인가하고 감지 요소(310)로부터 출력 전압을 도출하는 전압 제어 시스템으로 기능한다. ASIC이 전극 층에 인가하는 전압은 마이크로미러 어레이용 컨트롤러(도시되지 않음)에 의해 생성된 제어 신호를 사용하여 제어되고 TSV(312)를 통해 ASIC(313)으로 전송된다.
미러(301)는 열 전도성 포스트(315)에 의해 히트 싱크(314)에 연결된다. 히트 싱크(314)와 열 전도성 포스트(315)는 함께 미러(301)의 열을 방출하기 위한 열 확산기를 형성한다. 포스트(315)는 실리콘, 게르마늄 및 알루미늄 층으로 구성된다. 히트 싱크(314)는 가요성 요소, 특히 이 예에서는 가요성 실리콘 멤브레인을 포함하며, 이는 미러(301)가 변위됨에 따라 포스트(315)가 움직일 수 있도록 한다. 히트 싱크(314)는 기판(306)에 전기적으로 연결되며, 미러(301)에 전하가 축적되는 것을 방지하기 위해 접지될 수 있다. 히트 싱크(314)와 가요성 재료 스트립(305)은 동일한 평면에 있으며 동일한 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있다. 미러(301)의 하부 표면과 히트 싱크(314) 및/또는 가요성 재료 스트립(305)의 상부 표면 사이의 간격은 50㎛-120㎛ 범위(예: 약 80㎛)일 수 있다. 일반적으로, 공지된 마이크로미러 어레이는 이보다 더 작은 간격, 예를 들어 수 미크론의 간격을 갖는다. 본 실시예에서 더 큰 간격이 달성되는 것은, (압전) 작동력이, 예를 들어, 미러 자체에 장착된 정전기 액추에이터에 의해 생성되는 것이 아니라, 가요성 재료(305)의 스트립에 생성되기 때문에, 일반적으로 미러의 이동 범위가 정전기 액추에이터의 구성요소의 상대적 이동 범위로 제한되기 때문이다.
히트 싱크(314) 및/또는 가요성 재료(305)의 스트립의 하부 표면과 기판의 상부 표면 사이의 간격은 50㎛-120㎛ 범위, 예를 들어 약 80㎛일 수 있다.
각 미러는 수신된 제어 신호에서 미러에 대응하는 어드레스를 인식하고, 어드레스를 인식하면 제어 신호에 부가적으로 포함된 제어 정보에 기초하여 미러의 하나 이상의 다층 압전 액추에이터에 대한 제어 전압을 생성하도록 동작하는 하나 이상의 제어 유닛을 구비할 수 있다. 따라서, 제어 장치는 전압 제어 시스템으로서 작동한다. 제어 유닛은 비아(312)를 이용하여 제어 신호를 수신하고 이를 기반으로 해당 다층 압전 액추에이터(302)를 제어하는 ASIC(313)으로 구현될 수 있으며, 이 경우 제어 신호의 어드레스는 미러뿐만 아니라 주어진 다층 압전 액추에이터(302)에 대한 ASIC(313)도 지정할 수 있다. 제어 유닛들을 사용하여, 외부 제어 시스템은 미러 어레이의 모든 미러들을 개별적으로 제어할 수 있는데, 이는 모든 미러들의 제어 유닛들에 동일한 제어 신호를 전송하여, 각 제어 유닛들이 자신에게 전달된 제어 신호를 인식하고 그에 따라 대응하는 다층 압전 액추에이터를 제어하도록 함으로써 가능하다. 구조 내에, 예를 들어 기판(306) 위에 지지되고, 가요성 재료 스트립(305)에 근접한(예를 들어, 실질적으로 평면에 있는) ASIC(313)을 배치하는 것은, 이하에서 설명하는 바와 같이, 실시예가 MEMS 공정에 의해 복수의 층으로 형성될 수 있기에 달성 가능하다.
도 5는 실시예에 따른 마이크로미러 어레이의 미러(도시되지 않음)를 제어하기 위한 MEMS 시스템(40)의 평면도를 도시한 개략도이다. 시스템(40)은 각각의 기둥(42)에 의해 미러에 연결된 4개의 다층 압전 액추에이터(41)를 포함한다. 각각의 다층 압전 액추에이터(41)는 가요성 재료의 스트립(43)과 힌지(44)를 포함하며, 여기서 기둥(42)은 스트립(43)의 한쪽 끝에서 힌지(44)에 연결되고 스트립(43)의 다른 쪽 끝은 기판에 연결된다(즉, 실질적으로 고정된 위치 관계에 있음)(도시되지 않음). 시스템(40)은 또한 사용 시 미러로부터 열을 확산시키기 위한 열 확산기(45)를 포함한다. 열 확산기(45)는 실리콘 층의 외부 에지를 따라 기판에 고정된 원형 실리콘 층과 실리콘 층의 중앙에 연결된 열 전도성 포스트를 포함한다.
시스템(40)은 미러의 변위를 감지하기 위해 도 5에 도시된 5가지 유형의 감지 요소(46a-46e) 중 하나 이상을 포함한다. 각 감지 요소(46a-46e)는 미러의 변위가 압전 저항기에 응력을 유도하도록 배열된 압전 저항기를 포함한다. 바람직하게는, 각각의 액추에이터에는 이러한 5가지 유형의 감지 요소(46a-46e) 중 하나만 제공되고, 동일한 유형의 감지 요소가 4개의 액추에이터 각각에 사용된다.
제1 유형의 감지 요소(46a)는 열 확산기(45)와 압전 액추에이터(41) 사이의 환형 공간에 위치하며 일 단부의 기판과 타 단부의 기둥(42)에 고정되는 곡선 빔을 포함한다. 빔에는 하나 이상의 다층 압전 저항기가 형성될 수 있다.
제2 유형의 감지 요소(46b)는 각각의 압전 저항을 포함하는 두 개의 폴드(folded) 빔을 포함하며, 각각은 열 확산기(45)와 다층 압전 액추에이터(41) 사이의 환형 공간에 위치한다. 폴드 빔 중 하나는 기판과 기둥(42)에 연결되고, 다른 폴드 빔은 기준값을 제공하기 위해 기판의 서로 다른 두 지점에 연결된다.
제3 유형의 감지 요소(46c)는 일 단부에서 기둥(42)에 연결되고 타 단부에서 기판에 연결된 압전 저항기를 포함하는 직선 빔을 포함한다.
제4 유형의 감지 요소(46d)는 압전 액추에이터(41)의 외부에 위치하는 다층 압전 저항기를 포함하는 곡선 빔을 포함한다. 빔은 일 단부에서 기판에 연결되고 타 단부에서 기둥(42)에 연결된다.
제5 유형의 감지 요소(46e)는 열 확산기(45)에 고정된 4개의 압전 저항기로 구성된다. 제5 감지 요소(46e)는 미러의 변위로 인한 열 확산기의 변형을 감지하기 위한 것이다.
도 6은 감지 요소(50)의 일부에 대한 평면도의 개략도를 도시한 것으로, 도 5의 제1 감지 요소(46a)일 수 있지만 다른 감지 요소는 유사한 구조를 갖는다. 감지 요소(50)는 다층 압전 액추에이터(54)와 열 확산기(55) 사이의 환형 공간(53) 내에 곡선형 빔(51)과 폴드 압전 저항기(52)를 포함한다. 온도 센서(56)는 압전 저항기(52)의 온도를 측정하기 위해 제공될 수 있다. 온도 센서는 예를 들어 바이폴라 트랜지스터 또는 다이오드로 구현될 수 있는데, 이러한 디바이스의 경우 전류가 온도의 함수이기 때문이다.
도 7은 공급 전압(Vs), 저항기(R1, R2, R3 및 R4), 및 출력 전압(Vo)를 갖는 휘트스톤 브리지의 회로도를 도시한다. 회로는 마이크로미러 어레이에서 미러의 변위를 감지하기 위한 감지 요소의 일부일 수 있다. 저항기(R1-R4) 중 하나 이상은 감지 요소의 압전 저항기일 수 있다.
도 8a는 곡선형 빔(71)을 포함하는 감지 요소(70)에서 휘트스톤 브리지의 저항기(R1-R4)의 특정 구성의 개략도를 도시한다. R1은 빔(71)의 신장 방향을 따라 빔의 이동식 단부를 향해 연장되는 압전 저항기이다. R2 내지 R4는 기판에 고정된 감지 요소(70)의 단부에 위치한다. 미러의 변위로 인해 빔(71)이 편향/응력을 받기 때문에 R1의 저항은 변하는 반면 R2 내지 R4의 저항은 실질적으로 일정하게 유지된다.
도 8b는 곡선 빔(71)을 포함하는 감지 요소(70)에서 휘트스톤 브리지의 저항기들(R1 내지 R4)의 대안적 구성의 개략도를 도시한다. 이 구성에서 두 개의 압전 저항기(R1 및 R4)는 빔(71)의 신장 방향을 따라 연장되는 반면, R2 및 R3은 기판에 고정된 감지 요소의 단부에 위치한다. 빔(71)이 미러의 변위에 의해 편향/응력을 받으면, R1 및 R4의 저항은 변하는 반면, R2 및 R3의 저항은 실질적으로 일정하게 유지된다.
상술한 바와 같이, 압전 저항기(R1 내지 R4) 중 하나 이상에 온도 센서가 구비될 수 있다. 이 경우, 온도 센서(들)에 의해 출력되는 온도 값은 (도시되지 않은 회로를 사용하여) 압전 저항기의 온도 변화를 보정하기 위해, 즉 저항기들(R1 내지 R4)의 저항과 편향/응력 사이의 관계에서 온도 변화를 보정하기 위해 감지 요소의 동작을 수정하는 데 사용될 수 있다.
마이크로미러 어레이의 실시예는 팁 및 틸팅 변위 범위가 +/- 120mrad이고 미러 정확도가 약 100μrad로 제공될 수 있다. 마이크로미러 어레이의 실시예는 EUV에 필요한 높은 광도에서 작동할 수 있으며, 40~60kW/m2의 흡수 열 전력 밀도(이는 미러 표면의 입사광 출력 밀도가 훨씬 더 크다는 것을 의미함)에서 작동할 수 있다. 이는 다른 응용예에 사용되는 마이크로미러 어레이의 흡수 열 전력 밀도보다 몇 배나 높은 수치이다. 이는 다층 압전 액추에이터(41)가 상대적으로 낮은 액추에이터 전압(예를 들어, 약 100V 미만)에서도 가요성 요소[가요성 재료(314)]를 변형시킬 수 있을 정도로 강한 힘을 제공하도록 작동하기 때문에 가능하며, 가요성 요소가 기판에 높은 열 전도성을 제공할 만큼 충분히 두껍더라도 가능하다. 높은 열 전도율로 인해, 사용 중인 마이크로미러 어레이는 섭씨 약 100도 이하의 온도를 가질 수 있다.
마이크로미러 어레이를 형성하는 방법도 본 명세서에 설명되어 있다. 도 9a 내지 9j는 그러한 방법의 실시예의 일부 단계를 예시한다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 이 방법은 압전 액추에이터 및 감지 요소를 형성하기 위한 제1 실리콘 웨이퍼(800)를 제공하는 단계를 포함한다. 제1 웨이퍼(800)는 "액추에이터 웨이퍼"로 지칭될 수 있다. 액추에이터 웨이퍼는 4㎛ 실리콘 필름(801)을 갖는 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator)(SOI) 웨이퍼일 수 있다. 액추에이터 웨이퍼(800)는 다층 압전 액추에이터의 층 스택을 형성하기 위해 나중에 에칭될 압전 층 및 도전층(미도시)을 포함한다. 감지 요소와 같은 저전압 능동 소자(low voltage active device)는 CMOS FEOL(Front End of Line) 공정을 사용하여 웨이퍼(800)에 형성될 수 있다. 이후, 저전압 소자를 다른 회로에 연결하기 위한 금속 상호 연결 층을 형성하기 위해 CMOS BEOL(Back End of Line) 공정을 사용할 수 있다. 이후, 화학적 기계적 연마/평면화(CMP)를 사용하여 평평한 산화물 층(802)으로 매끄러운 표면을 형성할 수 있다. Cu 다마신(damascene) 공정은 다른 웨이퍼에 대한 후속 Cu-Ox 하이브리드 본딩을 위해 CU 패드(804)로 Cu 본딩 매트릭스(803)를 형성하는 데 사용될 수 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 이 방법은 마이크로미러 어레이가 고정되는 기판이 될 제2 실리콘 웨이퍼(805)를 제공하는 것을 더 포함한다. 제2 웨이퍼(805)는 "인터포저 웨이퍼(interposer wafer)"로 지칭될 수 있다. 인터포저 웨이퍼(805)는 도 9b에 도시된 바와 같이 100㎛ 실리콘 필름을 갖는 SOI 웨이퍼일 수 있다. 웨이퍼에 HV 드라이버를 형성하기 위해 고전압(HV) CMOS 공정(FEOL 및 BEOL 모두)이 사용될 수 있다. TSV 공정은 제2 웨이퍼(805)의 실리콘 필름(807)을 통해 전기적 연결부(806)를 형성하는 데 사용될 수 있다. TSV 공정은 평탄화(예: CMP 또는 습식 에칭) 및 Cu 패드 형성으로 이어질 수 있다. Cu 패드(808)는 제1 웨이퍼(800)의 Cu 본딩 매트릭스(803)에 연결되도록 배열된다.
도 9c는 제1 및 제2 웨이퍼(800 및 805)가 어떻게 결합되는지[예를 들어, Cu/산화물 하이브리드 본드(809)를 사용하여]를 도시한다.
도 9d에 도시된 바와 같이, 제1 웨이퍼(800)를 핸들링하는 데 사용되는 "핸들 웨이퍼"는 제1 웨이퍼(800)를 노광시키기 위해 제거될 수 있다. 그런 다음, 선택적 박스 제거를 사용하여 제1 웨이퍼(800)의 실리콘(810)의 박막 층(예를 들어, 5㎛)을 제2 웨이퍼(805)에 결합된 상태로 남겨둘 수 있다. 후속적으로 미러에 연결하기 위해 제1 웨이퍼(800)에 알루미늄(Al)을 증착하고 패터닝할 수 있다. 제1 웨이퍼(800)는 다층 압전 액추에이터(811)를 형성하도록 패터닝될 수 있다. EUV 방사선 및 플라즈마로부터 보호하기 위해 Al2O3 및/또는 TiN이 제1 웨이퍼에 증착될 수 있다.
도 9e에 도시된 바와 같이, 이 방법은 미러를 형성하기 위한 제3 실리콘 웨이퍼(812)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 제3 웨이퍼(812)는 "미러 웨이퍼"(812)로 지칭될 수 있다. 미러 웨이퍼(812)는 250㎛ 실리콘 필름을 갖는 SOI 웨이퍼일 수 있다. 이 방법은 열 장벽(예를 들어, 1㎛ 내지 2㎛)을 허용하기 위해 미러 웨이퍼(812) 상에 캐비티 에칭(cavity etch)을 수행한 후, 제1 웨이퍼(800)에의 후속 결합을 위해 Ge 증착을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 하드 마스크(예: 질화물) 및 레지스트 마스크를 사용하여 미러 웨이퍼(812)를 에칭하여 다층 압전 액추에이터에 연결하기 위한 기둥(813)("빔 커넥터")을 형성하고 열 확산기를 형성하기 위해 히트 싱크에 연결하기 위한 열 전도성 포스트(814)("중심 포스트")를 형성한다. 미러 릴리스 트렌치(mirror release trench)(815)는 미러의 주변부에 에칭되어 있다.
도 9f에 도시된 바와 같이, 제3 웨이퍼(812)는 미러를 다층 압전 액추에이터에 연결하기 위해 제1 웨이퍼(800)에 본딩된다. 본딩 단계는 정렬된 Ge/Al 공융 본딩(eutectic bonding)을 포함할 수 있다. Al/Ge 본딩 층(816)은 열 전도성 및 전기 전도성을 모두 가지므로, 열 전도성 포스트를 통해 미러로부터 히트 싱크로의 효율적인 열 전달을 가능하게 할 수 있다. 다층 압전 액추에이터에 연결된 기둥과 같은 일부 본딩 위치에서 열 및 전기 전도를 감소시키기 위해 일부 박스 산화물이 제1 웨이퍼(800)에 남아있을 수 있다.
도 9g에서, "디바이스 웨이퍼"로 통칭될 수 있는 결합 웨이퍼[웨이퍼 1: "액추에이터 웨이퍼"(800), 웨이퍼 2: "인터포저 웨이퍼"(805) 및 웨이퍼 3: "미러 웨이퍼"(812)]의 스택이 거꾸로 뒤집혀서, 미러 웨이퍼(812)의 핸들 웨이퍼(817)가 지지 웨이퍼가 되도록 구성되어 있다. 제2 웨이퍼(805)의 핸들 웨이퍼는 제2 웨이퍼(805)로부터 제거될 수 있고, 박스 제거는 제2 웨이퍼(805) 내의 TSV(806)를 드러내기 위해 사용될 수 있다. 그 다음 유전체 증착, 패터닝 및 범프 형성이 이어질 수 있다.
도 9h에서, 리소그래피 및 실리콘 에칭은 다층 압전 액추에이터 및 히트 싱크 아래의 제2 웨이퍼(805)에 캐비티(818)를 형성하는 데 사용된다. 사용 시 가요성 멤브레인(314)의 외부 부분(예: 홈의 방사상 바깥쪽 부분)이 벽(819)과 접촉한다는 점에 유의해야 한다. 벽(819)은 히트 싱크와 대응하는 캐비티(818a)와 다층 압전 액추에이터와 대응하는 캐비티(818b) 사이에 있다. 벽(819)은 가요성 멤브레인(314)으로부터 기판으로 열을 전도할 수 있다. 이후 상기 방법은 유전체 층을 에칭하여 다층 압전 액추에이터(즉, 가요성 재료 스트립을 해제하기 위해), 감지 요소 및 다이싱 스크라이브(dicing scribes)를 드러내는 것으로 구성된다.
도 9i에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 제2 웨이퍼(805)를 밀봉하기 위한 제4 실리콘 웨이퍼(820)를 제공하는 것을 더 포함한다. 제4 웨이퍼(820)는 "지지 웨이퍼"(820)로 지칭될 수 있으며, 제2 웨이퍼(805)에 연결하기 위한 TSV(821)를 포함한다. 범프 본딩은 제4 웨이퍼(820)를 제2 웨이퍼(805)에 본딩하는 데 사용될 수 있다. 제4 웨이퍼(820)의 후면에 알루미늄 재분배 층(Al redistribution layer)(RDL) 및 연결 패드가 형성될 수 있다.
도 9j에서, 미러(822)는 전면 핸들 웨이퍼(817)를 제거함으로써 해제된다. 컨트롤러 칩은 제4 웨이퍼(820)의 후면에 접착 및 와이어 본딩될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 도 1b에 도시된 바와 같이 암시야 이미징을 위해 구성된, 도 1의 리소그래피 장치(LA)와 같은 리소그래피 장치(LA)를 포함한다. 이러한 암시야 이미징 구성의 잠재적인 문제는 큰 패턴(즉, 피처 사이의 피치가 큰 패턴)의 경우 회절 각도가 작고, 1차 회절(+1 및 -1)도 개구부(102) 내에 들어올 수 있어 웨이퍼 레벨에서의 이미징이 어려울 수 있다는 것이다.
이 문제를 해결하기 위해 패터닝 디바이스는 패터닝 디바이스의 표면을 변위시켜 개구부(102)에서 미러(101)로 일차 회절을 유도하는 데 사용할 수 있는 제1 MEMS를 포함한다. MEMS는 패터닝 디바이스(MA)의 다층 반사기 아래에 배치된 복수의 MEMS 소자를 포함한다. 각 MEMS 소자는 다층 반사기를 지지하는 변위 구조(예: 틸팅을 위한 실리콘의 직사각형)를 포함하거나 다층 반사기의 밑면에 직접 결합될 수 있다.
회절된 방사선을 재지향하면 이미지가 왜곡될 수 있으므로, 미러(101)는 패터닝된 빔의 각도를 보정하여 재지향을 보정하기 위한 제2 MEMS(예를 들어, 마이크로미러 어레이)를 포함한다. 제2 MEMS는 피드백 시스템을 통해 제어될 수 있는데, 피드백 시스템은 패터닝 디바이스(MA)의 위치(입사 방사선 빔에 대해)를 사용하여 미러(101)의 필요한 보정을 결정하고 그에 따라 제2 MEMS에 제어 신호를 제공한다. 따라서, 제2 MEMS는 스캐닝 내내 동적으로 업데이트된다. 패터닝 디바이스(MA)의 주어진 위치에 대해 필요한 보정은 특정 패터닝 디바이스의 시뮬레이션을 통해 미리 결정할 수 있다.
다층 반사판의 마스크는 피치가 큰 피처(예를 들어, 100nm 이상의 피처)와 피치가 작은 피처(예를 들어, 10nm 미만의 피처)를 모두 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 MEMS는 피치가 큰 피처에만 사용되도록 구성된다. 다른 피처의 경우, 회절 각도는 미러(101)의 개구부(102)를 피할 수 있을 정도로 충분히 크다.
패터닝 디바이스의 피처가 고정되어 있기 때문에 패터닝 디바이스의 특정 영역에 필요한 국부적 변형은 제1 MEMS에서 미리 설정될 수 있다. 패터닝 디바이스는 필요한 국부적 변형을 결정하기 위해 시뮬레이션될 수 있으며, 이는 제1 MEMS의 MEMS 소자의 변위/위치를 설정하는 데 사용될 수 있다.
도 10a 및 10b는 그레이징 입사 미러에 사용되는 MEMS의 실시예를 도시한다. 일반 입사에서는 일반적으로 충분한 EUV를 반사하기 위해 다층 반사판이 필요하지만, 그레이징 입사에서는 단일 반사층 또는 코팅이 사용될 수 있다.
도 10a에서 마이크로미러 어레이(900)는 그레이징 입사 시 광을 반사하는 데 사용된다. 그러나, 어레이(900) 내의 개별 미러(901) 사이의 간격은 에지 반사에 의한 플레어(902) 및 플라즈마(903)를 형성할 수 있다.
도 10b는 그레이징 입사 미러의 또 다른 실시예를 보여주는데, 여기서 연속 반사층은 금속 호일(904)로서 MEMS의 변위 구조물(906) 위에 위치한다. 변위 구조(906)를 변위시킴으로써, 호일(904)은 입사광을 재지향하도록 변형될 수 있다.
도 11은 소스(1002)로부터 광(1001)을 수집하여 방사선 빔(B)을 형성하기 위한 그레이징 입사 수집기(1000)를 도시한다. 수집기(1000)는 소스(1002)로부터 입사광(1001)을 중간 초점 포인트(IF)를 향해 포커싱하기 위한 복수의 원통형 그레이징 입사 미러(1003)를 포함한다. 그레이징 입사 미러는 방사선 빔(B)의 초점 지점을 제어하기 위해 본 명세서에 기술된 바와 같은 MEMS를 포함할 수 있다.
도 12는 검사 및/또는 메트롤로지 장치 내의 초점 미러인 그레이징 입사 미러(1100)의 다른 실시예를 예시한다. 미러(1100)는 웨이퍼 또는 다른 기판(1102)에 입사하는 광(1101)의 초점 지점을 변경하기 위해 MEMS를 사용할 수 있다. 웨이퍼 또는 다른 기판(1102)으로부터 회절된 광(1103)은 웨이퍼 또는 다른 기판(1102)의 특징을 결정하기 위해 수신 및 분석될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 명세서에 기술된 MEMS는 시간에 따른 펠리클의 응력을 제어하기 위해 펠리클 프레임에 사용된다. 도 13a는 프레임(1202)에 의해 지지되는 경계(1201)를 갖는 펠리클(1200)의 평면도를 나타낸다. 프레임은 경계(1201) 아래의 점선 영역에 위치한 MEMS 소자 어레이가 있는 MEMS(1203)로 구성된다. 도 13a는 경계(1201)의 일부 아래로 연장되는 MEMS(1203)를 도시하지만, 다른 실시예에서, MEMS(1203)는 펠리클(1200)의 전체 경계(1201) 또는 다른 부분을 덮을 수 있다. 도 13b는 펠리클(1200)의 측면 단면을 도시한다. MEMS(1203)는 펠리클(1200)의 경계(1201)와 접촉하도록 프레임의 상부에 위치한다. 펠리클(1200)은 도 1의 마스크 어셈블리(15)와 같은 마스크 어셈블리의 일부일 수 있다. 펠리클(1200)에 응력을 가하기 위해, MEMS 소자로부터의 능동 기계적 작동이 경계의 변형을 제공하는 데 사용된다. MEMS를 사용하면 펠리클 경계 굴곡을 지속적으로 제어할 수 있다. MEMS 장치의 장점은 마스크 어셈블리를 제거하거나 분해할 필요 없이 작동 중에 제어할 수 있다는 것이다. 즉, 펠리클 필름이 열화 과정으로 인해 사전 응력을 잃거나 얻는 경우 MEMS 소자의 기울기를 높이거나 낮추어 이를 보정할 수 있다. 예를 들어, 펠리클(1200)의 응력(장력이라고 지칭될 수 있음) 감소를 위한 보정은 펠리클의 일 측면 또는 양 측면에서 MEMS(1203)를 작동시킴으로써 적용될 수 있다. 작동은 MEMS(1203)를 바깥쪽으로(즉, 펠리클 프레임의 내부로부터 멀리) 이동시킬 수 있다. 응력 감소를 위한 보정은 펠리클(1200)의 모든 면에서 MEMS(1203)를 작동시킴으로써 적용될 수 있다(예를 들어, MEMS를 바깥쪽으로 이동시킴). 다른 예에서, 펠리클(1200)에서 응력의 국부적인 감소가 발생할 수 있다(예를 들어, 펠리클의 절반에 대해). 이러한 국부적인 응력 감소에 대한 보정은 국부적인 응력 감소 영역의 반대편(또는 국부적인 응력 감소 영역의 일 측)에서 MEMS(1203)를 작동시킴으로써 적용될 수 있다. 일반적으로, MEMS는 펠리클의 응력의 국부적 또는 전역적 변화를 보정하기 위해 작동될 수 있다. 이는 펠리클의 수명을 유리하게 증가시킬 수 있다.
또한, MEMS(1203)을 사용하여 펠리클의 여러 영역에 대한 펠리클의 응력 레벨을 결정할 수 있다. 피드백 시스템은 응력의 변화를 국부적으로 보상하기 위해 MEMS 소자를 제어하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 펠리클(1200)의 응력을 자동으로 제어할 수 있다.
MEMS는 펠리클에 응력을 가하는 데에만 사용되기 때문에, 펠리클에 전체 팁 및 틸팅 변위가 필요하지 않을 수 있다. 따라서, 펠리클 프레임에는 하나의 범위에서만 틸팅 제어가 가능한 MEMS 소자가 사용될 수 있다. 이를 통해 MEMS의 제작 및 제어 시스템을 단순화할 수 있다.
본 문서에서는 IC 제조에 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해 구체적으로 언급할 수 있지만, 본 문서에 설명된 리소그래피 장치는 다른 용도로도 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 가능한 다른 응용 분야로는 집적 광학 시스템, 자기 영역 메모리, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등을 위한 유도 및 감지 패턴의 제조 등이 있다.
본 발명의 구체적인 실시예가 상술되었지만, 본 발명은 상술된 바와는 다르게 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상기의 설명은 예시적인 것이지 제한적인 것이 아니다. 따라서 당업자에게는 이하에 기재된 청구범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 대한 수정이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다.
본 발명의 대안적인 실시예들에 따르면, 전압 제어 시스템은 50볼트와 상이한, 예를 들어 70볼트와 상이한 제1 전압을 제1 전극 층(308a)의 각 세트에 선택적으로 인가하도록 구성될 수 있다. 제2 전극 층(308b)은 접지되지 않을 수 있지만, 전압 제어 시스템은 제2 전극 층(308b) 각각에 인가되는 전압이 제1 전극 층(308) 각각에 인가되는 전압과 상이한 경우, 접지 전압과 다른 제2 전압을 제2 전극 층(308b)에 선택적으로 공급하도록 구성될 수 있다. 제1 전압과 제2 전압 사이의 전압차는 적어도 40V 및/또는 70V 이하일 수 있다.
또한, 전술한 실시예들에서, 압전 층(307a, 307b)은 모두 인가된 전기장(적어도 전기장의 크기가 임계치 이상인 경우)에 반응하여 단극성 변형 반응을 나타내는 압전 재료를 포함(또는 실질적으로 구성됨)하지만, 압전 재료의 모든 압전 층이 다층 압전 액추에이터가 동일한 방향으로 구부러지도록 하는 특성을 공유하는 다른 가능성(대부분 효율이 낮음)이 존재한다. 이러한 가능성에서, 복수의 압전 층(307a, 307b)은 인가된 전기장에 반응하여 단극성 변형 반응을 나타내는 압전 재료(적어도 전기장의 크기가 임계치 이상인 경우), 인가된 전기장에 반응하여 양극성 변형 반응을 나타내는 압전 재료, 또는 다른 형태의 압전 재료 또는 심지어 비압전 재료로 이루어진 층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일부 대안적인 실시예들에서, 층들의 스택은 탄성이 있지만 압전성이 아닌 재료의 적어도 하나의 층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3a의 배열의 일 변형에서, 층들의 스택 내의 층(307a, 307a)은 압전 층(307a)과 비압전 층(307b) 사이에서 교대로 배치될 수 있다. 이 경우, 전극 층(308a, 308b)의 전압이 교대하더라도 압전 층(307a)은 모두 동일한 방향으로 전기장을 경험하게 된다. 이 경우, 압전 재료가 인가된 전기장에 대해 단극성 변형 응답을 나타내는 압전 재료인지 여부는 중요하지 않다. 압전 층(307a)은 모두 같은 의미에서 굽힘력을 생성할 것이다.
다른 가능성에서, 전극 층(308) 사이의 층들의 스택 내의 층(307a, 307b)은, 인가된 전기장에 반응하여 양극성 변형 반응을 나타내는 층(307a) 내의 제1 압전 재료와, 인가된 전기장에 반응하여 반대 양극성 변형 반응을 나타내는 층(307b) 내의 제2 압전 재료 사이에서 교대로 배치될 수 있으므로, 제1 및 제2 압전 재료는 도 3에 도시된 전압이 인가되고 층(307a)이 층(307b)에 인가되는 전기장과 반대 방향의 전기장이 인가될 때 동일한 방향으로 구부러지게 된다.

Claims (42)

  1. 미세 전자 기계 시스템(MEMS)으로서,
    기판;
    복수의 MEMS 소자;
    상기 복수의 MEMS 소자의 각각의 MEMS 소자에 대해, 상기 MEMS 소자를 변위시키고 상기 기판에 연결되는 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터; 및
    상기 MEMS 소자를 상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터에 연결하는 하나 이상의 기둥을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는 복수의 전극 층과 인터리빙(interleaved)되어 층의 스택을 형성하는 압전 재료의 복수의 압전 층을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는 일 단부가 상기 기판에 연결되고 타 단부가 상기 기둥의 각각의 하나에 연결되는 가요성 재료의 스트립을 포함하고, 상기 층의 스택은 상기 가요성 재료의 스트립 상에 제공되고 사용 중 상기 스트립이 구부러지게 하도록 구성되며,
    상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는 실질적으로 상기 MEMS 소자 아래에 배열되는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 층의 스택에서 전극 층은 압전 층과 교대로 배열되고, 각 쌍의 이웃하는 전극 층 사이에는 압전 층이 존재하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 전극 층 중 하나에 인가된 전압의 결과로서 복수의 압전 재료 층의 상이한 층들에 걸쳐 각각 상이한 방향으로 각각의 전기장이 유도될 때, 상기 복수의 압전 재료 층이 모두 동일한 방향으로 구부러지게 되는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 압전 재료 층 각각은 임계값 이상의 크기로 인가된 전기장에 응답하여 단극성 변형 응답(unipolar strain response)을 나타내는 압전 재료를 포함하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 압전 액추에이터를 제어하기 위한 전압 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 전압 제어 시스템은 상이한 전극에 상이한 대응 전압을 인가하여 상기 압전 층의 각각의 상이한 층들에 상이한 방향으로 각각의 전기장을 유도하도록 구성되는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 전극 층은 제1 세트의 전극 층 및 제2 세트의 전극 층을 포함하고, 상기 제1 세트의 전극 층은 상기 제2 세트의 전극 층과 인터리빙되며, 상기 전압 제어 시스템은 (i) 상기 제1 세트의 전극 층 각각에 제1 전압을 인가하고 (ii) 상기 제2 세트의 전극 층 각각에 제2 전압을 인가하도록 구성되고, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 낮은,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 제2 전압과 30 내지 70볼트 범위의 전압만큼 상이한,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는 상기 가요성 재료의 스트립의 단부 및 상기 각각의 기둥에 연결된 힌지(hinge)를 더 포함하고, 상기 힌지는 상기 스트립의 신장 방향에서 상기 가요성 재료의 스트립보다 더 작은 단면을 갖는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 MEMS 소자의 각각의 MEMS 소자에 대해, 상기 MEMS 소자의 변위를 감지하기 위해 상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터에 연결된 적어도 하나의 감지 요소를 포함하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 감지 요소는 상기 MEMS 소자의 변위로 인해 편향되도록 배열된 압전 저항기(piezoresistor)를 포함하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지 요소는 상기 압전 저항기의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 더 포함하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 MEMS 소자에 대해 상기 MEMS 소자의 팁 및 틸트(tilt) 변위 제어를 가능하게 하도록 배열된 4개의 상기 다층 압전 액추에이터를 포함하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 MEMS 소자 중 각각의 MEMS 소자에 대해, 상기 MEMS 소자로부터 열을 확산시키기 위한 열 확산기 - 상기 열 확산기는 히트 싱크(heat sink) 및 상기 히트 싱크와 상기 MEMS 소자를 연결하는 열 전도성 포스트(thermally conductive post)를 포함함 - 를 더 포함하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 상기 MEMS 소자가 변위될 때 상기 열 전도성 포스트가 피벗 가능하도록 하는 가요성 멤브레인(flexible membrane)을 포함하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가요성 멤브레인은 패터닝된 실리콘 층을 포함하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MEMS는 마이크로미러 어레이이고, 상기 복수의 MEMS 소자의 각각의 MEMS 소자는 입사광을 반사하기 위한 미러와 연관되는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  17. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속 반사층을 더 포함하며, 상기 MEMS 소자의 변위는 상기 연속 반사 층에 입사하는 광을 재지향시키도록 상기 연속 반사층을 변형시키는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  18. 제 17 항에 있어서,
    각 MEMS 소자는, 상기 연속 반사층을 지지하고 상기 하나 이상의 압전 액추에이터의 변위를 상기 연속 반사층으로 변환하기 위한 변위 구조체를 포함하는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  19. 제 17 항에 있어서,
    각 MEMS 소자는 상기 연속 반사층 또는 상기 연속 반사층이 위치하는 기판에 직접 본딩되는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연속 반사층은 다층 반사기인,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  21. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 연속 반사층은 금속 호일인,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS).
  22. 방사선 빔을 조절하기 위한, 제 16 항에 따른 미세 전자 기계 시스템(MEMS)을 포함하는,
    프로그래밍 가능한 조명기.
  23. 제 22 항에 있어서,
    복수의 미러의 각 미러에 대해 상기 미러의 위치를 결정하고, 상기 결정된 위치 및 상기 미러의 기정의된 타겟 위치에 기반하여 상기 하나 이상의 다층 압전 액추에이터에 인가되는 전압을 조정하도록 구성된 변위 제어 피드백 시스템을 포함하는,
    프로그래밍 가능한 조명기.
  24. 패터닝 디바이스로부터 기판 상에 패턴을 투영하도록 배열된 리소그래피 장치로서,
    상기 패터닝 디바이스를 조명하는 데 사용되는 방사선 빔을 조절하고/조절하거나 상기 기판 상의 타겟 구조체를 측정하는 데 사용되는 방사선 빔을 조절하기 위한, 제 22 항 또는 제 23 항에 따른 프로그래밍 가능한 조명기를 포함하는,
    리소그래피 장치.
  25. 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 투영하도록 배열된 리소그래피 장치로서,
    제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 제1 미세 전자 기계 시스템을 포함하는 패터닝 디바이스; 및
    제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 제2 미세 전자 기계 시스템을 포함하고, 상기 패터닝 디바이스로부터 패턴을 투영하기 위한 미러 - 상기 미러는 상기 패터닝 디바이스를 조명하는 데 사용되는 방사선 빔을 통과시키도록 배열된 개구부를 포함함 - 를 포함하며,
    상기 제1 미세 전자 기계 시스템은 상기 개구부 내부로 발생하는 상기 패터닝 디바이스로부터의 1차 회절을 상기 미러로 재지향하도록 구성되고, 상기 제2 미세 전자 기계 시스템은 상기 투영된 패턴을 수정하기 위해 상기 재지향을 보상하도록 구성되는,
    리소그래피 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스는 마스크를 포함하고, 상기 마스크는 상기 제1 미세 전자 기계 시스템의 상기 연속 반사면 상에 배열되는,
    리소그래피 장치.
  27. 마스크 어셈블리로서,
    오염으로부터 패터닝 디바이스의 표면을 보호하도록 배열된 펠리클; 및
    상기 펠리클을 지지하고 상기 패터닝 디바이스에 대해 상기 펠리클을 고정하기 위한 펠리클 프레임을 포함하고,
    상기 프레임은 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 미세 전자 기계 시스템을 포함하고, 상기 미세 전자 기계 시스템은 상기 펠리클에 응력을 가하기 위해 상기 펠리클의 적어도 일부를 변위시키도록 구성되는,
    마스크 어셈블리.
  28. 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 투영하도록 배열된 리소그래피 장치로서, 제 27 항에 따른 마스크 어셈블리를 포함하는,
    리소그래피 장치.
  29. 75° 내지 89° 범위의 입사각을 갖는 광을 반사하기 위한, 제 17 항, 제 18 항 또는 제 21 항에 따른 미세 전자 기계 시스템을 포함하는,
    그레이징(grazing) 입사 미러.
  30. 방사선 빔을 형성하기 위해 광원으로부터 광을 수집하기 위한, 제 29 항에 따른 복수의 그레이징 입사 미러를 포함하는,
    컬렉터.
  31. 제 29 항에 따른 그레이징 입사 미러를 포함하는 검사 및/또는 메트롤로지 장치로서, 상기 그레이징 입사 미러는 기판 상의 방사선 빔의 초점의 조정을 가능하게 하도록 구성되는,
    검사 및/또는 메트롤로지 장치.
  32. 기판 상의 타겟 구조체를 측정하는 데 사용되는 방사선 빔을 조절하기 위한, 제 22 항 또는 제 23 항에 따른 프로그래밍 가능한 조명기를 포함하는,
    검사 및/또는 메트롤로지 장치.
  33. 미세 전자 기계 시스템(MEMS)을 형성하는 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계;
    입사광을 반사하는 복수의 MEMS 소자를 형성하는 단계;
    상기 복수의 MEMS 소자의 각 MEMS 소자에 대해, 상기 MEMS 소자를 변위하고 상기 기판에 연결되기 위해, 복수의 전극 층과 인터리빙되어 층의 스택을 형성하는 압전 재료의 복수의 압전 층을 포함하는, 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터를 형성하는 단계; 및
    상기 MEMS 소자를 상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터에 연결하는 하나 이상의 기둥을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는 일 단부가 상기 기판에 연결되고 타 단부가 상기 기둥의 각각의 하나에 연결되는 가요성 재료의 스트립을 포함하고, 상기 층의 스택은 상기 가요성 재료의 스트립 상에 제공되고 사용 중 상기 스트립이 구부러지게 하도록 구성되며,
    상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터는 실질적으로 상기 MEMS 소자 아래에 배열되는, 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 복수의 압전 재료 층은 임계값 이상의 크기로 인가된 전기장에 응답하여 단극성 변형 응답(unipolar strain response)을 나타내는 압전 재료를 포함하는, 방법.
  35. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
    상기 층의 스택에서 전극 층과 압전 층이 교대로 배열되고, 스택 방향의 상기 층의 스택의 첫 번째 층 및 마지막 층은 전극 층인, 방법.
  36. 제 33 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터를 형성하는 단계는:
    일 단부가 상기 기판에 연결되고 타 단부가 상기 기둥에 연결되는 가요성 재료의 곡선형 스트립을 형성하는 것 - 상기 층 스택은 상기 기둥 상에 형성됨 - ; 및
    상기 곡선형 스트립의 단부 및 상기 기둥에 연결되는 힌지 - 상기 힌지는 상기 스트립보다 얇음 - 를 형성하는 것을 포함하는, 방법.
  37. 제 33 항 내지 제 36 항 중 어느 하나에 따른 방법으로서,
    상기 복수의 MEMS 소자 중 각각의 MEMS 소자에 대해, 히트 싱크와 상기 MEMS 소자에 연결된 열 전도성 포스트를 형성하여 상기 MEMS 소자로부터 열을 확산시키기 위한 열 확산기를 형성하는 것을 포함하는, 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 상기 MEMS 소자가 변위될 때 상기 열 전도성 포스트가 피벗 가능하도록 하는 가요성 멤브레인(flexible membrane)을 포함하는, 방법.
  39. 제 33 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 기둥을 형성하는 단계는, 상기 MEMS 소자로부터 상기 적어도 하나의 다층 압전 액추에이터로의 열 전달을 감소시키거나 방지하기 위해 상기 기둥들 또는 각각의 기둥에 단열층을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  40. 제 33 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 MEMS 소자의 각각의 MEMS 소자에 대해, 상기 MEMS 소자의 변위를 감지하기 위한 적어도 하나의 감지 요소를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  41. 제 33 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 전자 기계 시스템은 마이크로미러 어레이이고, 각각의 MEMS 소자는 미러와 연관되는, 방법.
  42. 제 33 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 MEMS 소자 상에 연속 반사층을 제공하여, 상기 MEMS 소자의 변위가 상기 연속 반사층에 입사되는 광을 재지향시키도록 상기 연속 반사층을 변형시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
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