KR100852677B1 - 광학 소자 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치는, 변형 목표치에 따라 상기 광학 소자를 구동하는 제1 액추에이터와, 상기 광학 소자의 위치 및 자세를 계측하는 센서와, 위치 및 자세의 목표치 및 상기 센서의 출력에 따라 상기 광학 소자를 구동하는 제2 액추에이터와, 상기 광학 소자의 변형에 의해 생기는 상기 센서의 계측 오차를 보정하는 보정부를 구비한다.

광학 소자, 액추에이터, 노광장치, 센서

Description

광학 소자 구동장치{OPTICAL ELEMENT DRIVING APPARATUS}

도 1은 제1 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 개략도이다.

도 2a 및 도 2b는 광학 소자의 위치 계측을 설명하는 개략도이다.

도 3은 제1 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 제어계의 블럭도이다.

도 4는 제1 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 변형 모델 결정 순서의 플로차트이다.

도 5는 제1 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 제어계의 블럭도의 변형 예이다.

도 6은 제1 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 보정 테이블 결정 순서의 플로차트이다.

도 7은 제2 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 제어계의 블럭도이다.

도 8은 제3 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 개략도이다.

도 9는 제4 실시 예에 따른 cos2θ형상으로 변형된 광학 소자의 상면 개략도이며, cos2θ형상에 대응한 위치 센서의 계측점의 배치 예이다.

도 10은 제1 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 제어계의 블럭도의 변형 예이다.

도 11은 노광 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 12는 디바이스 제조 방법을 설명하기 위한 블럭도이다.

도 13은 웨이퍼 프로세스를 설명하기 위한 블럭도이다.

도 14는 종래 예에 있어서의 광학 소자 구동장치의 제어계의 블럭도이다.

본 발명은, 광학 소자 구동장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 노광 장치에 이용되는 광학 소자에 적용될 수 있다.

광학 소자를 구동하는 광학 소자 구동장치로서, 일본국 공개특허공보 특개 2003－203860호(대응특허: US6,788,386)에는 광학 소자를 액추에이터에 의해 6자유도로 위치 결정하는 기술이 개시되어 있다. 또, 일본국 공개특허공보 특개 2003－203860호에는 광학 소자 구동장치가, 국소적인 미러 표면 결함을 보정하기 위해서 센서와 액추에이터를 한층 더 포함하여 제어 루프를 구성하는 것이 개시되어 있다.

일본국 공개특허공보 특개 2004-64076호(대응특허: US6,842,277)에는 변형가능한 미러를 구동하는 포스(force) 액추에이터와, 포스 액추에이터와 변형가능한 미러와의 접촉 위치를 계측하는 위치 센서를 서보 컨트롤하는 것으로 변형가능한 미러의 위치를 조정하는 기술이 개시되어 있다.

도 14는 일본국 공개특허공보 특개 2004-64076호에 기재되어 있는 광학 소자 구동장치의 제어계(40)의 블럭도이다. 위치 센서(42)의 계측치로부터 결정되는 변 형가능한 미러의 위치는, 소정의 위치 목표치와 일치하도록 컨트롤러(45)에 의해 액추에이터에의 제어 지령이 결정된다. 이 제어지령에 따라, 위치 센서의 계측치로부터 결정된 미러의 위치가, 소정의 위치 목표치와 일치하도록 미러가 구동된다.

상술의 변형가능한 미러와 같은 광학 소자에 있어서, 광학 소자의 위치를 계측하는 위치 센서의 계측점의 배치에 의존해서, 광학 소자의 변형의 영향을 받는, 위치 센서의 계측치는, 광학 소자의 강체 변위와 변형량의 양쪽 모두를 포함할 가능성이 있다. 그 경우에는, 이 위치 센서 계측치를 이용해 광학 소자의 위치를 제어해도, 정확한 위치에는 광학 소자를 제어할 수가 없다.

본 발명의 적어도 하나의 예시한 실시 예는 광학 소자의 위치를 고 정밀하게 제어하기 위한 구동장치를 지향한다.

본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치는, 변형 목표치에 따라 광학 소자를 구동하도록 구성된 제1 액추에이터와, 상기 광학 소자의 위치 및 자세를 계측하도록 구성된 센서와, 위치 및 자세의 목표치 및 상기 센서의 출력에 따라 상기 광학 소자를 구동하도록 구성된 제2 액추에이터와, 상기 광학 소자의 변형에 의해 생긴 상기 센서의 계측 오차를 보정하도록 구성된 보정부를 구비한다.

본 발명의 적어도 하나의 다른 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치는, 변형 목표치에 따라 광학 소자를 구동하도록 구성된 제1 액추에이터와, 상기 광학 소자 의 위치 및 자세를 계측하도록 구성된 센서와, 위치 및 자세의 목표치 및 상기 센서의 출력에 따라 상기 광학 소자를 구동하도록 구성된 제2 액추에이터를 구비하고, 상기 센서는 미리 취득한 상기 광학 소자의 변형 형상에 의거해 배치된다.

본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치에 있어서는, 광학 소자의 변형 형상에 의존해서 상기 광학 소자의 위치 및 자세의 목표치 또는 위치 센서의 계측치를 보정하거나 또는 상기 광학 소자의 변형의 영향을 받지 않는 위치에 위치 센서를 배치함으로써, 광학 소자를 변형시켜도, 이 변형의 영향을 받는 일 없이 고정밀하게 소정의 위치 및 소정의 자세에 위치 결정될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 예시한 실시 예로부터 명확해질 것이다.

이하의 적어도 하나의 실시 예의 설명은 단지 예시에 지나지 않으며, 본 발명, 그것의 애플리케이션 또는 용도를 제한하도록 의도된 것은 아니다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 알려진 프로세스, 기술, 장치, 및 재료 등은 상세히 설명되지 않았지만, 예를 들면 액추에이터 및 광학 소자의 제조에 적합한 설명의 일부가 될 것이다.

이하의 도면에서 같은 참조번호 및 문자는 같은 항목을 언급하는 것이므로, 일단 한 항목이 하나의 도면에 정의되어 있으면, 이하의 도면에서는 그것에 대해 설명하지 않는다는 점에 유념한다.

여기에서는, 오차(예를 들면, 계측 오차)를 보정할 때, 오차가 감소하거나 오차가 보정될 것이라는 점에 유념한다.

(제1 실시 예)

도 1은 제1 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 광학 소자(1)를 구동하도록 구성된 구동장치는, 광학 소자(1)를 변형시키기 위한 복수의 액추에이터 2와, 광학 소자(1)의 위치 및 자세를 제어하기 위한 복수의 액추에이터 5와, 광학 소자(1)의 위치 및 자세를 계측하기 위한 위치 센서(6)를 구비한다. 액추에이터 2 및 5는 기준면을 가진 지지 부재(10)에 의해 지지된다. 기준면은 광학 소자(1)의 위치 및 자세를 계측할 때의 기준으로서 이용될 수 있다. 본 실시 예에 있어서, 위치 센서(6)는 광학 소자(1)의 위치 및 자세를 직접 계측하고 있지만, 광학 소자(1)의 위치 및 자세를, 광학 소자를 지지하는 부재를 계측함으로써 간접적으로 계측할 수도 있다.

광학 소자(1)로서, 본 실시 예에서는 구면 형상의 요면 반사 미러를 예로 들지만, 이 이용가능한 미러는 그러한 형상에 한정되는 것은 아니고, 미러 대신에 렌즈를 사용할 수도 있다.

광학 소자(1)는, 액추에이터 2에 의해 임의의 형상으로 변형될 수가 있다. 액추에이터 2로서는 전자석, 리니어 모터, 공기압 실린더, 피에조 소자 등의 여러 가지의 액추에이터와, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 알려진 어떤 다른 액추에이터도 사용할 수 있다.

액추에이터 2는 포스(force) 센서 혹은 변위 센서(미도시)의 측정 결과에 따라 제어될 수 있다. 전자석 또는 리니어 모터를 사용하는 경우에는, 드라이버의 전류가 일정하게 되도록 제어될 수 있다.

위치 센서(6)는 광학 소자(1)의 위치를 복수의 포인트의 각각에서 계측한다. 액추에이터 5는 이 위치 센서(6)의 각 계측치에 따라 광학 소자(1)를 위치 결정한다. 도 1에는, 위치 센서(6)의 계측 축이 2축밖에 나타나 있지 않지만, X, Y, Z, θx, θy, 및 θz의 6축 혹은 필요한 축만을 계측할 수 있도록 위치 센서(6)를 구성할 수 있다. 위치 센서(6)로서 정전 용량형 센서, 간섭계, 엔코더 등, 고정밀의 비접촉 센서를 이용하는 것이 가능하다.

액추에이터 5로서는, 전자석, 리니어 모터, 공기압 실린더, 피에조 소자 등의 여러 가지의 액추에이터를 사용할 수 있다. 액추에이터 5는 액추에이터 2와 동일한 종류일 수 있다.

구면 형상의 미러의 경우에는, 구면의 곡률 중심의 위치에 근거해, 미러의 위치와 자세를 나타낼 수가 있다. 그 이유는, 곡률 중심이 얼라인되어 있으면, 물리적인 자세에 관계없이 미러의 반사면이 동일하게 되고, 초점 위치 등의 광학적인 파라미터도 같게 되기 때문이다. 광축 방향을 Z축으로 하면, Z축 주위의 회전 θz의 각도가 변화해도, 곡률 중심 위치는 변화하지 않는다. 또, Z축에 대한 기울기 θx 및 θy와, Z축과 직교하는 X축 및 Y축의 방향으로의 이동은, 어느 쪽이나 광축에 직교하는 방향으로의 곡률 중심의 쉬프트로서 나타난다.

곡률 중심의 위치를 직접 계측할 수 있다면, X, Y, Z의 3자유도만으로 충분히 계측을 행한다. 그렇지만, 실제로는 미러 위의 몇 개의 포인트의 변위를 계측해야 한다. 이 때문에, θz을 제외하고는 5자유도의 계측을 하고, 좌표변화에 의해 곡률 중심 위치를 얻는다. 구면 미러 이외의 미러에 대해서도, 마찬가지로 광학적 기준이 되는 포인트의 위치 및 자세를, 위치 센서 계측치의 좌표 변화를 통해서 얻을 수가 있다.

도 2a 및 도 2b는 위치 센서(6)에 의한 광학 소자(1)의 위치 계측을 설명하기 위한 개략도이다. 간소화를 위해 위치 센서의 계측 점은 1개만 도면에 나타나 있지만, 복수의 센서를 이용하는 경우에도, 마찬가지로 이하의 설명이 적용된다.

도 2a는 광학 소자(1)가 변형되지 않고, 광학 소자(1)의 위치/자세만이 변화했을 경우를 나타내는 도면이다. 곡률 중심 A를 가진 광학 소자(1)(점선으로 가리킨다)의 위치는 계측점 P에서 계측된다. 변화 후의 광학 소자(실선으로 가리킨다)의 곡률 중심이 A'로 변위하고, 계측점은 P'로 변위한다. 이 경우, 위치 센서의 계측점의 변위와 곡률 중심의 변위는 1:1 관계로 서로 대응하기 때문에, 위치 센서(6)의 계측치로부터 곡률 중심의 위치를 정확하게 얻는 것이 가능하다.

한편, 도 2b는 광학 소자가 변형했을 경우를 나타낸다. 이 경우, 곡률 중심의 위치가 변화하지 않아도, 위치 센서의 계측점이 변위(P→P')하고, 위치 센서의 계측치가 변화할 가능성이 있다. 따라서, 광학 소자의 곡률 중심의 정확한 위치를 얻기 위해서, 위치 센서의 계측치로부터 변형에 의한 영향을 없앨 수 있다.

또, 변형에 의해 구면의 곡률 반경이 바뀌는 일도 있을 수 있다. 그 경우에는, 광학 소자의 위치 및 자세가 변화하지 않아도, 곡률 반경의 변화에 대응하는 곡률 중심의 위치가 변위하게 된다. 따라서, 위치 센서의 계측치로부터 변형의 영향을 없애는 것뿐만 아니라, 곡률 반경의 변화를 고려해, 곡률 중심의 위치를 얻는 것도 가능하다.

도 3은 광학 소자 구동장치의 제어계의 블럭도이다. 입력된 변형 목표치에 따라, 소정의 변형 형상을 취득하도록 액추에이터 2에 필요한 발생력(변위)의 지령이 분배된다. 액추에이터 2는 각 지령 값에 따라 힘(변위)을 발생시켜, 광학 소자(1)를 소정의 목표 형상으로 변형시킨다.

한편, 입력된 광학 소자(1)의 위치/자세 목표치에 대해서, 위치 센서의 계측치에 근거해 컨트롤러(7)가 결정하는 지령 값에 따라 각 변위 발생 액추에이터 5가 구동됨으로써, 광학 소자(1)가 소정의 위치 및 소정의 자세에 위치 결정된다. 이때, 상술한 것처럼, 위치 센서의 계측치를, 변형 형상에 의존해서 보정할 수 있다. 위치 센서의 계측치와 동시에 위치 센서의 계측점에서의 변형 형상을 계측할 수 있으면, 변형된 형상의 계측 결과를 이용해 위치 센서의 계측치를 보정할 수가 있다. 그렇지만, 통상 변형 형상만을 계측하는 것은 곤란하다.

이 점에 관해서, 본 실시 예는, 광학 소자(1)의 변형 모델과, 변형 목표치에 대해서 변형 모델에 근거해 센서 계측점의 변위를 산출하는 솔버(solver;8)(산출 부)를 포함한다. 솔버(8)를 이용해, 입력된 변형 형상에 대한 위치 센서의 계측점의 변위로부터, 위치 센서의 계측치의 보정량을 산출한다. 그 결과, 위치 센서의 계측치의 보정이 가능해져, 광학 소자(1)를 고정밀하게 소정의 위치/자세 목표치에 위치 결정할 수가 있다. 예를 들면, 변형 모델로서는 유한 요소 모델을 이용할 수가 있고, 솔버로서는 유한 요소 해석 솔버를 이용할 수가 있다. 이들 모델 및 솔버를 이용하면, 소정의 변형 형상에 대한 각 지령 값을 변형 액추에이터 2에 분배할 수도 있다.

상술한 제어계에 의해 실행되는 광학 소자의 구동방법은, 광학 소자의 변형에 의한 센서의 계측점의 변위량을, 변형 목표치에 근거해 산출하는 공정을 포함한다. 또, 광학 소자 구동방법은, 산출된 변위량에 의거해 위치 센서의 계측치를 보정하는 공정과, 보정한 값을 이용해 광학 소자를 위치 결정하는 구동기구를 제어하는 공정을 포함한다.

도 4는, 변형 모델 결정 순서를 나타내는 플로차트이다. 광학 소자를 고정밀하게 위치 결정하기 위해서는, 위치 센서의 계측치를 고정밀하게 보정할 필요가 있고, 또 변형 모델을 고정밀하게 결정할 필요가 있다. 변형 모델은 광학 소자(1) 등의 기구 설계 데이터로부터 형성될 수 있다(S100). 그러나, 설계 데이터와 실제로 제조된 광학 소자와의 사이에는 오차가 생기기 때문에, 변형 상태를 실제로 측정해서 오차를 보정한다. 우선, 광학 소자 구동장치에 소정의 변형 지령 값을 주어(S110), 광학 소자(1)를 변형시킨다. 이 상태에서 위치 센서의 계측치를 얻는다(S120). 그 다음, 변형 모델에 같은 변형 지령 값을 주어, 변형 상태를 시뮬레이션하고, 이 상태에서 위치 센서의 계측점을 얻는다(S130). 위치 센서의 실제 계측치와 시뮬레이션 값을 비교해(S140), 오차가 소정량 이하가 될 때까지 변형 모델을 반복해서 수정한다(S150). 또, 광학 소자를 변형시켰을 때의 형상을, 면 형상 측정 장치 혹은 파면 수차 측정장치를 이용해 계측하고(S125), 시뮬레이션된 형상과 계측된 형상을 비교하며, 오차가 소정의 양 이하가 될 때까지 그 비교를 반복함으로써 변형 모델을 수정할 수도 있다. 면 형상 측정장치 혹은 파면 수차 측정장치는, 별도의 검사장치로서 준비되거나, 혹은 광학 소자 구동장치가 설치된 노광 장치 내 에 장착된 비슷한 장치와 공통으로 사용될 수 있다. 상술한 공정을, 광학 소자를 변형시킬 예정의 모든 형상 패턴에 대해서 반복함으로써, 모든 변형 형상에 대해, 변형 모델을 이용한 시뮬레이션 결과와 실제로 계측한 값과의 오차가 소정의 허용치 이하가 되도록, 변형 모델을 수정한다. 변형 패턴에 대응하는 반복 회수에 대해서는, 필요한 변형 모델의 정밀도와 공정을 실행하는데 걸리는 시간을 고려하여, 필요한 반복 회수와 패턴을 결정한다.

도 5는 광학 소자 구동장치의 제어계의 블럭도의 변형 예이다. 본 변형 예에서는, 변형 모델과 솔버 대신에, 입력된 변형 목표치에 대해서 위치 센서의 계측치를 보정하는 보정 테이블 또는 보정 함수를 이용한다. 오프라인으로 변형 모델과 솔버를 이용해, 변형 목표치에 대한 위치 센서의 계측점의 변위를 사전에 취득함으로써, 보정 테이블 또는 보정 함수를 결정할 수가 있다. 여기에서 사용되는 보정 함수로서는, 예를 들면, 광학 소자의 유한 요소 모델을, 유한 요소 해석 솔버를 이용해서 풀어서 얻을 수 있으며, 변형 액추에이터에 의해 발생한 발생력으로부터 위치 센서의 계측점의 변위로의 변환을 나타내는, 강성 행렬이 있을 수 있다. 강성 행렬을 이용하면, 간단한 행렬 연산에 의해 보정량을 취득할 수가 있기 때문에, 솔버를 이용한 연산의 경우보다도 적은 연산량으로 위치 센서의 계측치를 보정하는 것이 가능하다.

또, 변형 상태에서의 광학 소자(1)의 면 형상 혹은 수차를 면 형상 측정 장치 혹은 파면 수차 측정 장치를 이용해 계측해 얻은 결과로부터 보정 테이블 혹은 보정 함수를 취득하는 것도 가능하다. 도 6은, 광학 소자 구동장치에서의 보정 테 이블 및 보정 함수 결정 순서의 플로차트를 나타낸다. 우선, 광학 소자 구동장치에 소정의 변형 목표치를 주고(S200), 그 상태에서의 광학 소자의 면 형상 혹은 수차를 면 형상 측정장치 혹은 파면 수차 측정장치를 이용해 계측한다(S210). 동시에, 위치 센서(6)를 이용해 위치 센서의 계측점의 변위를 계측한다(S220). 광학 소자의 면 형상 혹은 수차는, 통상 Zernike 다항식이라고 하는 직교 함수계를 이용해 평가된다. 특히, Zernike 다항식의 1~4항은, "피스톤", "틸트", "포커스"라고 불리고, 광학적인 변위 및 곡률 반경의 변화를 나타내고 있다. 따라서, 면 형상 혹은 파면 수차의 계측 결과로부터 얻은 광학적 변위와 위치 센서의 계측치로부터 얻은 변위를 비교함으로써(S230), 위치 센서의 계측치의 보정량을 얻는 것이 가능하다. 광학 소자의 예정된 변형에 대응하는 모든 형상 패턴에 대해서, 상기 공정을 반복함으로써, 모든 변형 패턴에 대하여, 보정 테이블 혹은 보정 함수를 결정할 수 있다(S240).

여기까지의 설명에서는, 변형 목표치에 근거해 위치 센서의 계측치를 보정해 왔지만, 변형 계측 센서로 계측한 변형량에 근거해, 위치 센서의 계측치를 보정하는 것도 가능하다. 도 10은, 이 경우의 제어계의 블럭도를 나타낸다. 변형 계측 센서는, 형상 측정 장치 혹은 파면 수차 측정 장치로 구성될 수 있다. 혹은, 정전 용량 센서, 간섭계, 또는 인코더 등의 다른 변위 센서를 이용해 광학 소자 위의 복수의 포인트에서의 변위를 계측하는 것도 가능하다. 변위 센서는 광학 소자의 광 빔 유효 범위 내를 피해 배치할 필요가 있다. 광학 소자가 미러이면, 변위 센서를 미러의 이면에 배치할 수가 있다.

또, 이러한 각 변형 계측 센서를 이용해 계측된 변형량은 변형량의 제어에 이용할 수도 있다. 이 경우, 변형 목표치와 계측된 변형량과의 차가 0이 되도록, 컨트롤러로 지령 값을 산출해 각 액추에이터에 분배한다.

이상 설명한 것처럼, 본 실시 예에 따르면, 위치 센서의 계측치를, 변형 상태에 의존해서 보정하기 때문에, 변형에 의한 오차를 위치 센서의 계측치로부터 제거하고, 광학 소자의 위치 결정을 고정밀하게 실현할 수 있다.

(제2 실시 예)

도 7은 제2 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 제어계의 블럭도이다. 본 제2 실시 예는, 변형의 영향의 보정을, 위치 센서의 계측치 대신에, 위치/자세 목표치에 대해서 실시하는 점이, 제1 실시 예와 다르다. 이하의 본 제2 실시 예의 설명 중에서 특히 언급하지 않은 구성 및 방법에 대해서는, 제1 실시 예와 같다. 예를 들면, 도 7은, 보정 테이블 혹은 보정 함수를 이용한 보정 방법을 나타내지만, 변형 모델과 솔버를 이용한 방법도, 똑같이 이용가능하다.

본 제2 실시 예에 있어서는, 위치/자세 목표치에 대해서 보정을 행하기 때문에, 위치/자세 목표치가 변경되었을 때, 혹은 변형 목표치가 변경되었을 때만, 보정 처리를 실행한다. 따라서, 위치 센서의 계측치를, 광학 소자가 변형될 때마다 보정할 필요가 있는 제1 실시 예보다 적은 연산량으로 보정을 행하는 것이 가능하다.

상술한 제어계에 의해 실행되는 광학 소자의 구동방법은, 광학 소자의 변형에 의한 센서의 계측점의 변위량을, 변형 목표치를 근거해 산출하는 공정을 포함한 다. 또, 광학 소자 구동방법은, 산출된 변위량에 의거해 광학 소자의 위치/자세 목표치를 보정하는 공정과, 보정한 값을 이용해 광학 소자를 위치 결정하는 구동 기구를 제어하는 공정을 더 포함한다.

(제3 실시 예)

도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광학 소자 구동장치의 개략도이다. 도 8을 참조하면, 액추에이터 2는 지지 부재(3)에 의해 지지되고, 액추에이터 2와 다른 액추에이터 5가 직렬로 구성되어 있다. 이하의 본 제3 실시 예의 설명 중에서 특히 언급하지 않는 구성 및 방법에 대해서는, 제1 실시 예와 같다. 또, 도 1과 동일 부품에는 동일한 번호를 교부하고 있다.

상기 구성에 있어서, 광학 소자(1)는 지지 부재(3)에 장착된 복수의 액추에이터 2에 의해 임의의 형상으로 비접촉으로 변형된다. 복수의 액추에이터 5는, 기준면을 갖는 지지 부재(10)에 의해 지지된다. 위치 센서(6)의 계측 결과에 근거해서 보정을 행한다. 도 8에서는, 위치 센서(6)는, 지지 부재(3)를 측정한다. 혹은, 광학 소자(1)를 직접 측정하는 것도 가능하다. 또, 광학 소자(1)는 도 8에 나타낸 바와 같이 지지 부재(3)의 지지부(3a)에 의해 임의의 점에서 지지될 수 있다. 그 외의 적당한 지지 기구를 이용하는 것도 가능하다. 적당한 지지 기구의 예로서는, 자력 부상 액추에이터, 약한 강성의 공기압 액추에이터 등을 들 수 있다.

제3 실시 예에 나타낸 바와 같이, 위치 센서(6)가 액추에이터 5에 의해 광학 소자(1)와 거의 일체로 구동되는 가동체를 계측할 수 있는 한, 위치 센서(6)는 반드시 광학 소자(1) 자신을 계측할 필요는 없다. 이 경우에서도, 제1 및 제2 실시 예와 같은 방법으로, 위치 센서의 계측치 혹은 위치/자세 목표치를 보정하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 광학 소자 주변에 위치 센서를 배치하는 스페이스와 광학 소자를 직접 계측할 수 없는 경우에도, 위치 센서(6)의 배치의 자유도를 향상시킬 수가 있다.

(제4 실시 예)

도 9는 제4 실시 예를 설명하기 위한 도면이다. 이하의 본 제4 실시 예의 설명 중에서 특히 언급하지 않은 구성 및 방법에 대해서는, 제1 및 제3 실시 예와 같다. 본 제4 실시 예에서는, 광학 소자의 변형의 영향이 적은 위치를 미리 결정하고, 그 위치 또는 그 위치의 근방에서 위치 센서의 계측점을 설정하고 있다. 여기서, 모든 변형 형상에 대해서, 변형의 영향이 적은 위치를 결정하는 것이 매우 곤란하기 때문에, 어느 정도, 변형 형상을 제한할 필요가 있다.

보다 구체적으로, 도 9는 광학 소자(1) 표면의 변형 형상을 나타내는 평면도다. 본 제4 실시 예에서는, Zernike 다항식에 있어서 cos2θ의 항을 갖는 Z5, Z12, Z21, Z32의 형상에 변형 형상을 제한한다. 이러한 Z5, Z12, Z21, Z32의 형상에 있어서, X축 위 혹은 Y축 위에서 변위가 최대가 된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, Z5항에서는, X축 위의 영역(+)이 볼록하게 변형되고, Y축 위의 영역(-)이 오목하게 변형된다. 한편, 45도에 대응하는 각 선 위에서는 변형을 일으키지 않는다. 또, cos2θ의 항을 갖는 Z5, Z12, Z21, Z32을 조합하여 얻은 형상에 있어서도, 45도에 대응한 각 선 위에서는 변형을 일으키지 않는다. 이들 선 위에 위치 센서의 계측점을 배치하면, 변형의 영향을 받는 일 없이, 광학 소자의 위치 및 자세를 계측하는 것이 가능하다. 또, 도 9에 나타낸 Zernike 다항식의 항에도, 변형을 일으키지 않는 장소가 있다. 이 때문에, 변형시키고 싶은, Zernike 다항식으로 표현되는 형상에 대해서, 위치 센서의 계측점의 배치를 결정하면, 변형의 영향을 받지 않고 광학 소자의 위치 및 자세를 계측하는 것이 가능해진다. 위치 센서를 다수 배치해, 변형 형상에 의존해서 변형의 영향을 받지 않는 장소에 배치되는 1개 이상의 위치 센서를 선택적으로 이용하는 것도 가능하다.

실제로 이용되는 광학 소자의 형상은 액추에이터 등을 포함하기 때문에, 단순한 형태는 아니다. 따라서, 제1 및 제2 실시 예에 나타낸 것과 같이, 변형 모델을 이용하거나 혹은 광학 소자의 면 형상이나 파면 수차를 계측해, 변형의 영향을 받지 않는 장소를 정확하게 결정하는 것이 가능하다.

본 제4 실시 예는 제1 및 제2 실시 예에 기재한 것과 같이, 위치 센서의 계측치 및/혹은 위치/자세 목표치를 보정하는 방법과 결합해 실행될 수도 있지만, 제4 실시 예는 측정치 및/또는 목표치를 보정하지 않고 실시하는 것도 가능하다. 본 제4 실시 예만을 실행할지 결합해 실행할지를, 예를 들면, 요구한 위치 결정 정밀도 등을 고려해 결정할 수 있다. 보정의 필요성을 없애기 위해서는, 위치 센서의 계측점에서의 변형의 영향이, 광학 소자의 위치/자세 정밀도에 요구된 값보다 충분히 작은 장소를 위치 센서의 계측점으로서 선택할 수가 있다. 예를 들면, 위치 결정 정밀도에 요구된 값이 1nm이면, 변형의 영향에 의한 위치 센서의 계측 오차는 0.5nm이하여야 한다.

본 제4 실시 예에 따르면, 변형 형상을 제한하고, 위치 센서의 계측점을 변 형 형상에 맞추어 배치할 수 있지만, 위치 센서의 계측치를 보정하는 일 없이, 간단한 구성으로 고정밀하게 광학 소자(1)를 소정의 위치/자세 목표치와 일치하게 위치 결정할 수가 있다.

(노광 장치에 적용한 실시 예)

이하, 본 발명의 광학 소자 구동장치가 적용되는 노광 장치의 예를 설명한다. 노광 장치는 도 11에 나타낸 바와 같이, 조명 장치(101), 레티클을 탑재한 레티클 스테이지(102), 투영 광학계(103), 및 웨이퍼를 탑재한 웨이퍼 스테이지(104)를 구비한다. 노광 장치는, 레티클에 형성된 회로 패턴을 웨이퍼에 투영 노광하는 것이다. 노광장치는, 스텝 앤드 리피트(step-and-repeat) 투영 및 노광 방식 또는 스텝 앤드 스캔 투영 및 노광 방식이어도 괜찮다.

조명 장치(101)는 회로 패턴이 형성된 레티클(20)을 조명한다. 조명 장치(10)는 광원부와 조명 광학계를 구비한다. 광원부에서, 예를 들면, 광은 레이저로 구성된다. 사용가능한 비발광 레이저의 예는, 파장 약 193nm의 ArF 엑시머 레이저, 파장 약 248nm의 KrF 엑시머 레이저, 및 파장 약 153nm의 F₂ 엑시머 레이저 등을 포함한다. 레이저의 종류는 엑시머 레이저에 한정되지 않고, YAG 레이저를 사용할 수도 있다. 또, 그 사용된 레이저의 개수도 특정한 수에 한정되지 않는다. 광원으로서 레이저가 사용되는 경우, 광원부는, 레이저 광원으로부터의 평행 광 빔을 소망한 빔 형상으로 정형하는 광 빔 정형 광학계와, 코히런트(coherent) 레이저 빔을 인코히런트(incoherent) 빔으로 변환하는 인코히런트 빔 생성 광학계를 포함할 수 있다. 또, 광원부에 사용 가능한 광원은 레이저에 한정되는 것은 아니고, 1 또는 복수의 수은 램프나 크세논 램프 등의 램프도 사용 가능하다.

조명 광학계(103)는 레티클(마스크)을 조명하는 광학계이며, 렌즈, 미러, 라이트 인테그레이터(light integrator), 조리개 등을 포함한다.

투영 광학계는, 복수의 렌즈 소자와 적어도 한 장의 요면경을 포함하는 광학계(즉, 카타디오프트릭크(catadioptric) 광학계), 혹은 전 미러형의 광학계로 구성될 수 있다. 이 요면경이나 다른 미러를 구동하는 장치로서 상술한 광학 소자 구동장치를 사용할 수 있다.

레티클 스테이지(102) 및 웨이퍼 스테이지(104)는, 예를 들면 리니어 모터에 의해 이동 가능하다. 스텝 앤드 스캔 투영 및 노광 방식의 노광장치에서, 스테이지 102 및 104는 동기해 이동한다. 또, 레티클 위의 회로 패턴을 웨이퍼에 대하여 위치 맞춤하기 위해서 웨이퍼 스테이지 및 레티클 스테이지의 적어도 어느 한편에 추가 액추에이터를 설치한다.

이러한 노광 장치는, 반도체 집적회로 등의 반도체 디바이스와, 마이크로머신 또는 박막 자기 헤드 등의 미세한 패턴이 형성된 디바이스의 제조에 이용될 수 있다.

다음에, 도 12 및 도 13을 참조해, 상술한 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법의 실시 예를 설명한다. 도 12는, 디바이스(예를 들면, IC나 LSI 등의 반도체 디바이스, LCD, CCD 등)의 제조를 설명하기 위한 플로차트이다. 여기에서는, 반도체 디바이스의 제조 방법을 예로 설명한다.

스텝 S1(회로설계)에서는, 반도체 디바이스의 회로 설계를 수행한다. 스텝 S2(마스크 제작)에서는, 설계한 회로 패턴에 따라 마스크를 제작한다. 스텝 S3(웨이퍼 제조)에서는, 실리콘 등의 적당한 재료를 이용해 웨이퍼를 제조한다. 전공정이라고 불리는 스텝 S4(웨이퍼 프로세스)에서는, 마스크와 웨이퍼를 이용해, 상기의 노광 장치에 의해 리소그래피 기술을 이용해 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 후속 공정이라고 불리는 스텝 S5(조립)에서는, 스텝 S4에서 제작된 웨이퍼를 이용해 반도체 칩을 제조한다. 이 후공정은 어셈블리 공정(다이싱, 본딩), 패키징 공정(칩 봉입) 등의 조립 공정을 포함한다. 스텝 S6(검사)에서는, 스텝 S5에서 제작된 반도체 디바이스의 동작 확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 행한다. 이러한 공정을 거쳐 반도체 디바이스가 완성되어, 출하(스텝 S7)된다.

도 13은, 스텝 4의 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로차트이다. 스텝 S11(산화)에서는, 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 S12(CVD)에서는, 웨이퍼의 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 S13(전극 형성)에서는, 웨이퍼 위에 전극을 증착에 의해 형성한다. 스텝 S14(이온 주입)에서는, 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 S15(레지스터 처리)에서는, 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 S16(노광)에서는, 노광 장치에 의해 마스크의 회로 패턴을 웨이퍼에 노광한다. 스텝 S17(현상)에서는, 노광한 웨이퍼를 현상한다. 스텝 S18(에칭)에서는, 현상한 레지스터 상 이외의 영역에서 웨이퍼를 에칭한다. 스텝 S19(레지스터 박리)에서는, 에칭 후에 불필요해진 레지스터를 제거한다. 이러한 스텝을 반복함으로써, 웨이퍼 위에 다중으로 회로 패턴이 형성된다.

본 발명에 대해서는 예시한 실시 예를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 이 예시한 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 이하의 특허청구범위는 그러한 모든 변형, 균등구조 및 기능들을 포함하도록 가장 넓게 해석될 것이다.

본 발명에 의하면, 광학 소자의 위치를 고 정밀하게 제어하기 위한 구동장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 광학 소자를 구동하도록 구성된 광학 소자 구동장치로서,

   변형 목표치에 따라 상기 광학 소자를 구동하도록 구성된 제1 액추에이터와,

   상기 광학 소자의 위치 및 자세를 계측하도록 구성된 센서와,

   위치 및 자세의 목표치 및 상기 센서의 출력에 따라 상기 광학 소자를 구동하도록 구성된 제2 액추에이터와,

   상기 광학 소자의 변형에 의해 생기는 상기 센서의 계측 오차를 보정하도록 구성된 보정부를 구비한 것을 특징으로 하는 광학 소자 구동장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보정부는, 상기 변형 목표치에 대응한 상기 센서의 계측점의 변위량을 산출하고, 상기 산출 결과를 상기 위치 목표치, 상기 자세 목표치, 및 상기 센서의 출력 중 적어도 하나에 가산하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 구동장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보정부는, 미리 준비된 상기 광학 소자의 변형 모델을 이용해 상기 변형 목표치에 대응한 상기 센서의 계측점의 변위량을 산출하고, 상기 산출한 변위량 에 의거해 상기 센서의 계측 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 구동장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 보정부는, 상기 변형 목표치와 상기 센서의 계측점의 변위량과의 관계를 나타내는 보정 테이블 및 보정 함수 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 보정 테이블 및 보정 함수 중 적어도 하나에 의거해 상기 센서의 계측 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 구동장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 보정 테이블 및 보정 함수 중 적어도 하나는, 상기 광학 소자의 변형 모델을 이용해 취득되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 구동장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 보정 테이블 및 보정 함수 중 적어도 하나는, 수차 측정 장치 및 면 형상 측정 장치 중 적어도 하나에 의해 상기 광학 소자의 계측 결과와 상기 센서의 계측 결과를 비교함으로써 취득되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 구동장치.
7. 광학 소자를 구동하도록 구성된 광학 소자 구동장치로서,

   변형 목표치에 따라 상기 광학 소자를 구동하도록 구성된 제1 액추에이터와,

   상기 광학 소자의 위치 및 자세를 계측하도록 구성된 센서와,

   위치 및 자세의 목표치 및 상기 센서의 출력에 따라 상기 광학 소자를 구동하도록 구성된 제2 액추에이터를 구비하고,

   상기 센서는 미리 취득된 상기 광학 소자의 변형 형상에 의거해 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 구동장치.
8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자 구동장치를 포함한 투영 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
9. 청구항 8에 기재된 노광 장치를 이용해 기판에 노광 처리를 행하는 공정과,

   노광 처리된 기판을 현상하는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.

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