KR101968432B1 - 투영 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

투영 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

물체의 상을 상 면에 투영하는 투영 광학계가 제공된다. 이 투영 광학계는 제1 오목 미러, 볼록 미러 및 제2 오목 미러를 포함하는 결상 광학계; 각각이 광로를 절곡하는 제1 반사면 및 제2 반사면을 갖는 광학 부재; 및 볼록 미러를 지지하는 지지 부재를 포함한다. 물체면으로부터의 광의 진행 방향으로, 제1 반사면, 상기 제1 오목 미러, 볼록 미러, 제2 오목 미러 및 제2 반사면이 이 순서대로 제공된다. 광학 부재는 볼록 미러 측에 개구를 갖는 관통 구멍을 구비한다. 지지 부재는 관통 구멍을 통해 개구로부터 볼록 미러로 연장된다.

Description

투영 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{PROJECTION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 투영 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
FPD(flat panel display)의 액정 패널의 제조에는 노광 장치가 사용되고 있다. 노광 장치는, 마스크에 그려진 패턴의 상(image)을 포토레지스트가 도포된 유리 기판에 투영하고, 유리 기판을 노광한다. 이러한 노광 장치는 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 도 9는 종래 기술에 따른 노광 장치의 개략도이다. 노광 장치는 마스크(18)을 조명하는 조명 광학계 IL와, 마스크(18)에 그려진 패턴을 기판(14)에 투영하는 투영 광학계를 포함한다. 투영 광학계는 제1 반사면(1a)과 제2 반사면(1b)을 갖는 다면 광학 부재(1), 제1 오목 반사면(17a)과 제2 오목 반사면(17b)을 갖는 오목 미러(17) 및 볼록 미러(2)를 포함한다. 또한, 투영 광학계는 이들의 미러를 수납하는 렌즈 베럴(3)을 포함한다. 조명 광학계 IL로부터 -z 방향으로 조사된 광은 마스크(18)을 투과하고, 마스크(18) 하부에 있는 다면 광학 부재(1)의 제1 반사면(1a)에 의해 +y 방향으로 절곡된다. 다면 광학 부재(1)의 제1 반사면(1a)에 의해 절곡된 광은 제1 오목 반사면(17a), 볼록 미러(2), 제2 오목 반사면(17b), 및 제2 반사면(1b)의 순서대로 반사되어, 기판(14)에 조사된다.
볼록 미러(2)에는 볼록 미러(2)를 지지하는 지지 부재(15)가 제공된다. 도 10은 xy면을 따라 취해진 투영 광학계의 단면도이다. 지지 부재(15)는 다면 광학 부재(1)와 오목 미러(17) 사이에 제공되며, 볼록 미러(2)와 오목 미러(17)의 광축 방향과 수직한 x방향으로 연장되는 빔형 부재이다. 지지 부재(15)는 볼록 미러(2)의 반사면에 대향하는 볼록 미러(2)의 일측을 지지한다. 지지 부재(15)의 양 단부는 렌즈 베럴(3)의 각각의 지지면에 의해 지지된다.
조명 광학계 IL는 단면이 미리 결정된 폭의 원호 형상을 갖는 조명광의 빔을 조사하고, 마스크(18)를 원호 형상의 조명 영역 내에서 조명한다. 따라서, 제1 반사면(1a), 제1 오목 반사면(17a), 볼록 미러(2), 제2 오목 반사면(17b), 및 제2 반사면(1b)을 조명하는 영역도, 미리 결정된 크기의 원호 형상을 갖는다. 도 11은 오목 미러(17) 측으로부터 본 투영 광학계의 평면도이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 볼록 미러(2)의 주위에는 원호 형상의 광선 영역(16)이 존재한다. 지지 부재(15)는 상측의 광선 영역(16)과 하측의 광선 영역(16) 사이에 배치된다.
해상도 또는 스루풋을 향상시키기 위해서, 마스크(18)의 조명 영역을 확대시키거나, 투영 광학계에서 입사 각도가 큰 광을 도입할 경우, 투영 광학계에서의 광선의 경로도 확대시킨다. 이러한 경우의 광선의 경로는 도 9에 점선으로 도시되어 있다. 도 9에 점선으로 도시된 바와 같이, 다면 광학 부재(1)에 의해 반사된 광선이 볼록 미러(2)를 지지하는 지지 부재(15)에 중첩하고, 지지 부재(15)의 상면부 A에 의해 광선의 중첩된 부분을 차광시키거나 반사시킨다. 따라서, 양호한 결상 성능이 제공될 수 없다.
지지 부재(15)에 의해 광선이 가려지는 것을 회피하기 위해서, 다면 광학 부재(1), 볼록 미러(2), 렌즈 베럴(3)을 포함하는 투영 광학계를 대형화할 수 있다. 그러나, 투영 광학계를 대형화하면 제조 비용이 높아지고 설치 공간이 커진다. 또한, 다면 광학 부재(1) 및 볼록 미러(2)가 대형화되고, 그에 따라 다면 광학 부재(1) 및 볼록 미러(2)의 중량이 증가한다. 따라서, 다면 광학 부재(1) 및 볼록 미러(2)의 고유값(고유 진동수)가 저하된다. 고유값이 저하되면, 외란에 의한 진동의 진폭은, 있다면, 커지게 된다. 따라서, 투영 광학계의 상 면의 위치 변화가 커지고, 기판을 노광할 때에 결상 성능이 주기적으로 크게 변화하고, 기판에 투영되는 패턴이 왜곡된다. 따라서, 기판 상에 형성되는 패턴에 결함이 발생하거나, 선 폭이 불균일한 패턴이 형성될 수 있다.
일본 특허 공개 제2014-103171호
본 발명의 양태에 따르면, 물체의 상을 상 면에 투영하는 투영 광학계가 제공된다. 이 투영 광학계는 제1 오목 미러, 볼록 미러 및 제2 오목 미러를 포함하는 결상 광학계; 각각이 광로를 절곡하는 제1 반사면 및 제2 반사면을 갖는 광학 부재; 및 볼록 미러를 지지하는 지지 부재를 포함한다. 물체면으로부터의 광의 진행 방향으로, 제1 반사면, 상기 제1 오목 미러, 볼록 미러, 제2 오목 미러 및 제2 반사면이 이 순서대로 제공된다. 광학 부재는 볼록 미러 측에 개구를 갖는 관통 구멍을 구비한다. 지지 부재는 관통 구멍을 통해 개구로부터 볼록 미러로 연장된다.
첨부 도면들을 참조하여 예시적 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 본 발명의 추가적 특징을 명백히 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 노광 장치의 개략도이다.
도 2는 다면 광학 부재, 볼록 미러, 및 주변 요소를 도시한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다.
도 3은 xy면을 따라 취해진 도 2에 도시된 투영 광학계의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다.
도 5는 다면 광학 부재, 볼록 미러, 및 주변 요소를 도시한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다.
도 6은 xy면을 따라 취해진 도 5에 도시된 투영 광학계의 단면도이다.
도 7은 다면 광학 부재, 볼록 미러, 및 주변 요소를 도시한, 본 발명의 제5 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다.
도 8은 다면 광학 부재, 볼록 미러, 및 주변 요소를 도시한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다.
도 9는 종래 기술에 따른 노광 장치의 개략도이다.
도 10은 종래 기술에 따른 투영 광학계의 단면도이다.
도 11은 오목 미러 측에서 본 종래 기술에 따른 투영 광학계의 평면도이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다.
제1 실시예
도 1은 투영 광학계를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 노광 장치의 개략도이다. 제1 실시예에 따른 노광 장치는 마스크 M과 기판 S를 y 방향으로 이동시키면서, 마스크 M에 그려진 패턴의 상을, 포토레지스트가 도포된 유리 기판 S에 투영하여, 유리 기판 S를 노광한다. 노광 장치는 마스크 M을 조명하는 조명 광학계 IL1과, 마스크 M에 그려진 패턴을 기판 S에 투영하는 투영 광학계를 포함한다. 투영 광학계는 제1 반사면(11a)과 제2 반사면(11b)을 갖는 다면 광학 부재(11)(광학 부재), 제1 오목 반사면(117a)과 제2 오목 반사면(117b)을 갖는 오목 미러(117) 및 볼록 미러(12)를 포함한다. 제1 오목 반사면(117a), 제2 오목 반사면(117b) 및 볼록 미러(12)는 마스크 M(물체면)에 그려진 패턴을 기판 S(상 면) 위에 결상하는 결상 광학계를 구성한다. 제1 오목 미러(117) 및 볼록 미러(12)의 광축은 공통이며, y 방향으로 연장되는 1점 쇄선으로 도시되어 있다. 또한, 투영 광학계는 이들의 미러를 수납하는 렌즈 베럴(13)을 포함한다.
다면 광학 부재(11)는 yz 단면이 삼각 형상 또는 사다리꼴 형상의 부재이다. 다면 광학 부재(11)는 제1 반사면(11a), 제2 반사면(11b) 및 면(11c)을 포함하는 복수의 평면을 갖는 광학 부재이다. 다면 광학 부재(11)의 제1 반사면(11a) 및 제2 반사면(11b)에는 각각 반사막이 제공되고, 각기 입사광을 반사시키고, 광의 광로를 절곡하는 기능을 갖는다. 또한, 제1 실시예에 따른 다면 광학 부재(11)는 관통 구멍(11d)을 갖는다. 관통 구멍(11d)은 y 방향으로 연장되고, 볼록 미러(12) 측에 형성된 개구(11e)와 볼록 미러(12) 측과는 반대 측의 렌즈 베럴(13) 측에 형성된 개구(11f)를 갖는다.
조명 광학계 IL1로부터 -z 방향으로 조사된 광은, 마스크 M을 투과하고, 마스크 M 하부에 있는 다면 광학 부재(11)의 제1 반사면(11a)에 의해 +y 방향으로 절곡된다. 다면 광학 부재(11)의 제1 반사면(11a)에 의해 절곡된 광은, 제1 오목 반사면(117a), 볼록 미러(12), 제2 오목 반사면(117b), 및 제2 반사면(11b)의 순서대로 반사되어, 기판 S에 조사된다. 즉, 물체면으로부터의 광 진행 방향으로, 제1 반사면(11a), 제1 오목 반사면(117a), 볼록 미러(12), 제2 오목 반사면(117b), 및 제2 반사면(11b)의 순서대로 제공된다.
볼록 미러(12)에는 볼록 미러(12)를 지지하는 지지 부재(101)가 제공된다. 지지 부재(101)는 결상 광학계의 광축에 평행한 y 방향으로 연장되는 빔 형상의 부재이다. 지지 부재(101)는 다면 광학 부재(11)의 관통 구멍(11d)을 통해 연장된다. 다면 광학 부재(11)의 관통 구멍(11d)의 내경이 지지 부재(101)의 외경보다 크다. 따라서, 지지 부재(101)는 다면 광학 부재(11)과 접촉하지 않는다. 지지 부재(101)는 적어도 다면 광학 부재(11)와 볼록 미러(12) 사이에서, 볼록 미러(12) 측에 제공된 개구(11e)로부터 볼록 미러(12)로 연장된다. 지지 부재(101)는 한쪽 단부의 지지면(101a)에 의해 볼록 미러(12) 또는 볼록 미러(12)의 보유 지지 부재를 지지하고, 다른쪽 단부의 지지면(101b)은 렌즈 베럴(13)에 의해 지지된다. 따러서, 지지 부재(101)는 그 지지면(101b)만으로 지지도는 캔틸레버를 형성한다. 지지 부재(101)는 볼록 미러(12)의 반사면에 대향하는 볼록 미러(12) 측을 지지한다.
상술한 바와 같이, 지지 부재(101)는 제1 반사면(11a)으로부터 제1 오목 반사면(117a)까지 연장되는 광로 및 제2 오목 반사면(117b)으로부터 제2 반사면(11b)까지 연장되는 광로 외측에 그리고 지지 부재(101)가 광로와 중첩하지 않도록 볼록 미러(12)의 반사면에 대향하는 볼록 미러(12) 측에 제공된다. 따라서, 투영 광학계 내의 광선 영역(광선 통과 영역)이 커진다고 할지라도, 지지 부재(101)는 광선을 차단하거나 반사시키지 않는다. 따라서, 투영 광학계를 대형화하지 않고, 투영 광학계 내의 광선 영역을 확대해도, 투영 광학계가 양호한 결상 성능을 유지할 수 있다.
또한, 제1 실시예에서는, 종래 기술에서 채택된 지지 부재(15)를 채택하지 않기 때문에, 도 11에 도시한 원호 형상의 광선 영역(16) 사이에 간극을 제공할 필요가 없다. 즉, 원호 형상의 광선 영역(16) 사이에 간극을 제공한다는 것은 설계상의 제약조건에 포함되지 않는다. 따라서, 제1 실시예는 투영 광학계의 설계면에서 유리하다. 따라서, 다면 광학 부재(11) 및 볼록 미러(12)가 종래 기술에서 채택된 것과 동일한 크기인 경우에도, 투영 광학계에 입사 각도(개구수 또는 NA)보다 큰 광선을 도입할 수 있거나, 투영 광학계의 광선 영역이 넓어질 수 있다.
볼록 미러(12)와 다면 광학 부재(11) 사이에서 연장되는 지지 부재(101)의 부분은, 투영 광학계가 오목 미러(117)(제1 오목 반사면(117a) 또는 제2 오목 반사면(117b)) 측으로부터 보았을 때, 그 부분의 외주가 볼록 미러(12) 또는 볼록 미러(12)의 보유 지지 부재의 외주의 내측에 있도록 성형될 수 있다. 이러한 구성에서, 지지 부재(101)는 투영 광학계 내의 광로를 차단하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
볼록 미러(12)와 지지 부재(101)는 접착제, 압축 스프링 등에 의해 서로 고정될 수 있다. 접착제에 의한 고정은 볼록 미러(12)의 반사면의 형상을 유지한 상태에서 접착제가 경화되기 때문에, 볼록 미러(12)의 반사면의 형상이 왜곡되기 어렵다라는 점에서 우수하다. 압축 스프링에 의한 고정은, 접착제가 경화되기를 기다릴 필요가 없기 때문에, 단시간에 고정 작업을 행할 수 있고 고정 작업이 용이하다는 점에서 우수하다.
지지 부재(101)는 강(steel), FRP(fiber-reinforced plastic) 등으로 제조될 수 있다. 강은 FRP에 비해 저렴하고 처리가 용이하는 점에서 우수하다. FRP는 강과 비교해서 중량당의 강성이 높고, 지지 부재(101)의 고유값(고유 진동수)을 높일 수 있고, 그에 따라 볼록 미러(12)의 진동의 진폭을 줄일 수 있다는 점에서 우수하다.
지지 부재(101)는 중공체(hollow body)일 수 있다. 지지 부재(101)가 중공체인 경우, 지지 부재(101)의 중량이 가벼워지고, 동적 강성이 높아질 수 있다. 또한, 지지 부재(101)의 중공에 온도 조절된 공기를 공급할 경우, 볼록 미러(12)의 온도를 제어할 수 있게 된다. 따라서, 투영 광학계의 결상 성능을 향상시킬 수 있다.
다면 광학 부재(11)의 관통 구멍(11d)은 다면 광학 부재(11)의, 광선이 조사되는 영역을 제외한 위치에 제공된다. 관통 구멍(11d)의 직경의 크기는, 광선의 조사 영역을 제외한 위치에 가능한한 크게 형성될 수 있다는 점에 유의한다. 관통 구멍(11d)의 직경을 크게 하면, 관통 구멍(11d) 내에 삽입될 지지 부재(101)의 직경을 크게 할 수 있다. 따라서, 지지 부재(101)의 강성을 크게 할 수 있다.
제2 실시예
도 2는 다면 광학 부재(11), 볼록 미러(12) 및 주변 요소를 도시한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다. 도 3은 xy면을 따라 취해진 도 2에 도시된 투영 광학계의 단면도이다. 제2 실시예에 따른 투영 광학계는 제1 실시예의 것과 동일한 다면 광학 부재(11), 다면 광학 부재(11)를 지지하는 지지 프레임(25), 지지 부재(101)를 지지하는 지지 프레임(26), 다면 광학 부재(11)를 보유 지지하는 보유 지지 부재(27) 및 지지 부재(101)를 지지하는 지지 축(28)을 포함한다.
다면 광학 부재(11)를 보유 지지하는 보유 지지 부재(27)는 다면 광학 부재(11) 내에 제공된 관통 구멍(11d)의 내주와 접촉하고 지지 부재(101)의 외주를 둘러싼다. 보유 지지 부재(27)의 내경이 지지 부재(101)의 외경보다 크다. 따라서, 보유 지지 부재(27)는 지지 부재(101)와 접촉하지 않는다. 보유 지지 부재(27)는 지지 프레임(25)에 접속된다. 지지 프레임(25)은 렌즈 베럴(13)에 접속된다. 따라서, 다면 광학 부재(11)는 보유 지지 부재(27)와 지지 프레임(25)의 도움으로 렌즈 베럴(13)에 의해 지지된다.
지지 부재(101)는 지지 프레임(26)에 접속된다. 지지 프레임(26)은 렌즈 베럴(13)에 접속된다. 따라서, 볼록 미러(12)는 지지 부재(101)와 지지 프레임(26)의 도움으로 렌즈 베럴(13)에 의해 지지된다.
지지 축(28)은 다면 광학 부재(11)의 측면에 제공된 관통 구멍, 지지 프레임(25)에 제공된 관통 구멍, 및 보유 지지 부재(27)에 제공된 관통 구멍을 통해 연장된다. 따라서, 지지 축(28)은 지지 부재(101)와 지지 프레임(26)을 서로 접속한다. 즉, 지지 축(28)은 지지 부재(101)의 양 단부 사이를 지지점으로 하여, 지지 부재(101)를 지지하는 별도의 지지 부재의 역할을 한다.
지지 축(28)이 제공되지 않는다면, 지지 부재(101)는 선단에 볼록 미러(12)를 부착한 캔틸레버를 형성한다. 이러한 구성에서는, 지지 부재(101)의 고유 진동수가 저하된다. 지지 축(28)을 제공함으로써, 지지 부재(101)를 볼록 미러(12)에 가까운 위치에서 지지하는 것이 가능하게 된다. 이러한 구성에서, 지지 부재(101)는 양 단부에서 지지되는 빔을 형성한다. 따라서, 지지 부재(101)의 고유 진동수가 커진다. 또한, 지지 축(28)이 다면 광학 부재(11)의 측면에 제공된 개구를 통해 연장되기 때문에, 지지 축(28)이 투영 광학계 내의 광선과 간섭하는 일은 없다.
제3 실시예
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다. 제3 실시예에 따른 투영 광학계는 제1 실시예에서의 것과 동일한 다면 광학 부재(11), 지지 부재(101) 대신에 제공되어 볼록 미러(12)를 지지하는 지지 부재(401) 및 지지 부재(401)를 지지하는 지지 부재(46)를 포함한다.
지지 부재(401)는, 제1 실시예에서와 같이, 다면 광학 부재(11)에 제공된 관통 구멍을 통해 y 방향으로 연장되고 그 선단에서 볼록 미러(12)를 지지한다. 다면 광학 부재(11) 내에 제공된 관통 구멍의 내경은 지지 부재(401)의 외경보다 크다. 따라서, 지지 부재(401)는 다면 광학 부재(11)와 접촉하지 않는다. 제1 실시예에 따른 지지 부재(101)와는 달리, 지지 부재(401)는 볼록 미러(12)의 반사면의 곡률의 중심(40) 근방에서 저 강성부(49)를 포함한다. 구체적으로, 저 강성부(49)는 직경이 감소된 링 형상의 오목부이다.
지지 부재(401)는 한쪽 단부가 지지 부재(46)에 고정된 캔틸레버를 형성한다. 지지 부재(46)는 강성의 작은 재료로 제조된다. 저 강성부(49)를 포함하는 지지 부재(401)는 볼록 미러(12)의 반사면의 곡률 중심(40)에서의 강성이 곡률 중심(40)을 제외한 다른 위치에서의 강성보다 작다.
한편, 노광 장치는 각각 마스크 M 및 기판 S을 이동시키는 스테이지를 포함한다. 스테이지가 구동될 때 발생하는 반력 및 노광 장치가 설치되어 있는 바닥으로부터 전달되는 진동과 같은 외란은 지지 부재(401)를 진동시킬 수 있다. 캔틸레버의 형태로 제공된 지지 부재(401)의 진동은 곡률 중심(40)을 회전 중심으로 한 ωX 및 ωZ 방향의 회전 진동이다. 즉, 볼록 미러(12)는 곡률 중심(40)을 중심으로 하여 진동한다. 따라서, 볼록 미러(12)의 반사면은 반사면의 연장 내에 배치될 뿐이고, 반사면의 법선 방향으로의 볼록 미러(12)의 변위가 감소된다. 따라서, 종래 기술에 따른 투영 광학계보다, 볼록 미러(12)의 반사면 변위에 의한 투영 광학계의 결상 성능의 열화를 저감할 수 있다. 제3 실시예에 따르면, 예를 들어 기판 S에 투영된 상의 시프트가 저감되고, 그에 따라 기판 S에 투영된 패턴의 상의 왜곡이 저감한다. 따라서, 기판 S 상에 형성되는 패턴의 결함, 패턴의 선 폭의 균일성이 저감된다.
저 강성부(49)는 강성을 낮게 할 필요가 있다. 따라서, 저 강성부(49)는 오목부 대신에, 탄성 힌지 부재 또는 강성이 작은 탄성 부재 등의 구조일 수 있다. 탄성 힌지 부재는 힌지부에 지지 부재(401)의 회전 진동의 중심을 쉽게 설정한다는 점에서 우수하다. 강성이 작은 탄성 부재의 예는 알루미늄 합금 등을 포함한다. 이러한 강성이 작은 탄성 부재는 탄성 힌지 부재에 비해, 강성이 작은 탄성 부재가 충격에 대한 소성 변형에 강하다는 점에서 우수하다.
제4 실시예
이제 본 발명의 제4 실시예에 따른 투영 광학계에 대해서 도 5 및 도 6을 참조하여 설명할 것이다. 도 5는 다면 광학 부재(11), 볼록 미러(12), 및 주변 요소를 도시한, 제4 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다. 도 6은 xy면을 따라 취해진 도 5에 도시된 투영 광학계의 단면도이다. 제4 실시예에 따른 투영 광학계는 제2 실시예에서 채택된 요소들, 다면 광학 부재(11)를 이동시키기 위한 구동 메커니즘(52), 볼록 미러(12)를 이동시키기 위한 구동 메커니즘(53)을 포함한다. 또한, 제4 실시예에 따른 투영 광학계는 제2 실시예에서 채택된 지지 축(28) 대신에 지지 축(58)을 포함한다.
구동 메커니즘(52, 53)은 각기 액추에이터 등의 구동원을 포함한다. 액추에이터는 스테핑 모터, 리니어 모터 등일 수 있다. 스테핑 모터는 범용 액추에이터이기 때문에 비교적 저렴하고, 또한 구동 펄스 수에 기초하여 움직이는 물체의 위치를 제어할 수 있기 때문에, 위치 조정이 용이하다는 점에서 우수하다. 리니어 모터는 직선 구동 액추에이터이기 때문에 스테핑 모터와 같은 회전 구동 액추에이터를 채택하는 경우에 필요한, 회전 운동을 직진 운동으로 변환하는 메커니즘이 불필요하게 된다. 따라서, 리니어 모터는 구조가 간소하게 된다는 점에서 우수하다.
광학 부재(11)를 보유 지지하는 보유 지지 부재(27)는 원통 형상이며 다면 광학 부재(11)의 관통 구멍에 고정된다. 따라서, 다면 광학 부재(11)와 보유 지지 부재(27)는 서로 통합된다. 또한, 지지 부재(101)는 보유 지지 부재(27)의 내경(bore)을 통해 지지 부재(27)와 접촉되지 않도록 연장된다. 또한, 다면 광학 부재(11)와 다면 광학 부재(11)를 지지하는 지지 프레임(25)은 각각 그 좌우 측면에 관통 구멍을 구비하고, 보유 지지 부재(27)에 접속된 지지 축(58)은 관통 구멍을 통해 연장된다. 지지 축(58)은 다면 광학 부재(11)와 지지 프레임(25)을 통해 이들과 함께 접촉하지 않도록 연장되는데, 이들 사이에는 간극이 제공된다.
투영 광학계에서, 포커스 위치를 조정하고 비점 수차 등의 결상 성능을 조정하기 위해서는, 다면 광학 부재(11) 및 볼록 미러(12)의 위치를 조정할 필요가 있다. 예를 들어, 포커스 위치를 조정하기 위해서는, 다면 광학 부재(11)의 위치만을 조정할 필요가 있다. 비점 수차를 조정하기 위해서는, 볼록 미러(12)의 위치를 조정할 필요가 있다. 즉, 다면 광학 부재(11)와 볼록 미러(12)는 각각 독립적으로 위치를 조정할 수 있도록 구성될 필요가 있다. 따라서, 제4 실시예는 각각 다면 광학 부재(11)와 볼록 미러(12)에 제공된 구동 메커니즘(52, 53)을 채택한다.
구동 메커니즘(52)은 지지 프레임(25)과 지지 축(58) 사이에 제공된다. 구동 메커니즘(52)이 동작함으로써, 렌즈 베럴(13)에 접속된 지지 프레임(25)을 고정시킨 상태에서, 지지 축(58)의 위치를 조정할 수 있다. 지지 축(58)은 보유 지지 부재(27)를 개재하여 다면 광학 부재(11)에 접속되어 일체화된다. 따라서, 구동 메커니즘(52)에 의해, 다면 광학 부재(11)의 위치를 조정할 수 있다.
구동 메커니즘(52)은 지지 프레임(25)의 좌우 측면에 각각 제공된 2개의 구동 메커니즘(52)을 포함한다. 좌우 각각의 구동 메커니즘(52)은 y 및 z의 구동축을 가지고 있다. 따라서, 다면 광학 부재(11)는 y축과 z축을 따른 2개의 방향으로 직선 구동 가능하다. 또한, 좌우 각각의 구동 메커니즘(52)이 y축을 따라, 역방향으로 구동될 경우, 다면 광학 부재(11)는 z축 주위로 회전 구동된다. 또한, 좌우 각각의 구동 메커니즘(52)이 z축을 따라, 역방향으로 구동될 경우, 다면 광학 부재(11)는 y축 주위로 회전 구동된다.
구동 메커니즘(53)은 렌즈 베럴(13)과 지지 프레임(26) 사이에 제공된다. 구동 메커니즘(53)이 동작함으로써, 렌즈 베럴(13)이 고정된 상태에서, 지지 프레임(26)의 위치를 조정할 수 있다. 따라서, 구동 메커니즘(53)은, 지지 프레임(26)과 지지 부재(101)의 도움으로 볼록 미러(12)의 위치를 조정할 수 있다. 구동 메커니즘(53)은 지지 프레임(26)의 좌우 하부에 제공되는 2개의 구동 메커니즘(53)을 포함한다. 좌우 각각의 구동 메커니즘(53)은 x, y 및 z의 구동축을 가지고 있다. 따라서, 볼록 미러(12)는 x축, y축 및 z축을 따른 3개의 방향으로 직선 구동 가능하다.
구동 메커니즘(53)은 볼록 미러(12)와 지지 부재(101) 사이에 제공될 수도 있다. 이 경우에는, 구동 메커니즘(53)이 동작함으로써, 지지 부재(101)를 고정시킨 상태에서, 볼록 미러(12)의 위치를 조정할 수 있다. 구동 메커니즘(53)은 x, y 및 z의 구동축을 가지고 있다. 따라서, 볼록 미러(12)는 x축, y축, 및 z축을 따른 3개의 방향으로 직선 구동 가능하다. 구동 메커니즘(53)이 렌즈 베럴(13)과 지지 프레임(26) 사이에 제공되는 경우, 구동 메커니즘(53)은 볼록 미러(12), 지지 부재(101), 및 지지 프레임(26)의 3개의 요소를 구동할 필요가 있다. 대조적으로, 구동 메커니즘(53)이 볼록 미러(12)와 지지 부재(101) 사이에 제공되는 경우, 구동 메커니즘(53)은 볼록 미러(12)만을 구동시킬 필요가 있다. 따라서, 구동할 물체의 전체 중량이 감소하고, 그에 따라 구동 메커니즘(53)의 크기가 감소한다는 점에서 유익하다. 또한, 구동할 물체, 즉 볼록 미러(12)를 바로 구동하기 때문에, 구동 정밀도가 향상된다는 점에서 유익하다.
그러나, 구동 메커니즘(53)을 볼록 미러(12)와 지지 부재(101) 사이에 제공하는 경우, 볼록 미러(12) 주위에 제공된 요소들의 전체 중량이 증가한다. 따라서, 지지 부재(101)의 고유값이 저하된다. 따라서, 구동 메커니즘(53)을 렌즈 베럴(13)과 지지 프레임(26) 사이에 제공하는 경우는 볼록 미러(12) 주위에 제공된 요소들의 전체 중량의 증가가 억제되고 지지 부재(101)의 고유값의 감소가 방지된다는 점에서 우수하다.
구동 메커니즘(52, 53)은 각각 수동으로 이동할 수 있는 수동으로 이동 가능한 메커니즘일 수 있다. 수동으로 이동 가능한 구동 메커니즘(52, 53)은 간소하고 저렴하다는 점에서 우수하다. 또한, 이러한 수동으로 이동 가능한 구동 메커니즘(52, 53)은 액추에이터 등의 발열원이 없기 때문에, 발열에 의한 투영 광학계의 결상 성능의 열화가 없다는 점에서 우수하다.
구동 메커니즘(52, 53)은 모두 투영 광학계내의 광선으로부터 이격된 위치에 제공된다. 따라서, 구동 메커니즘(52, 53)이 광선과 간섭할 일은 없다.
제5 실시예
도 7은 다면 광학 부재(11), 볼록 미러(12), 및 주변 요소를 도시한, 본 발명의 제5 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다. 제5 실시예에 따른 투영 광학계는 제2 실시예에 따른 요소들과 제4 실시예에 따른 요소들의 조합을 채택한다. 제5 실시예에 따른 투영 광학계는 다면 광학 부재(11), 다면 광학 부재(11)를 지지하는 지지 프레임(25), 지지 부재(101)를 지지하는 지지 프레임(26), 다면 광학 부재(11)를 보유 지지하는 보유 지지 부재(27), 지지 부재(101)를 지지하는 지지 축(28), 다면 광학 부재(11)를 이동시키기 위한 구동 메커니즘(52), 볼록 미러(12)를 이동시키기 위한 구동 메커니즘(53), 및 지지 축(58)을 포함한다.
지지 축(28, 58)은 각각 다면 광학 부재(11)의 측면에 제공된 관통 구멍을 통해 다면 광학 부재(11)와 접촉하지 않도록 연장되며, 그 사이에 간극이 있다. 다면 광학 부재(11)와 볼록 미러(12)는 각각의 구동 메커니즘(52, 53)에 의해 서로 독립하여 상대적으로 이동된다. 따라서, 지지 축(28)과 다면 광학 부재(11) 사이의 간극은 다면 광학 부재(11)와 볼록 미러(12)의 상대적 움직임의 길이보다 크거나 동일한 크기로 설정된다.
지지 축(28, 58)은 각각 다면 광학 부재(11)의 측면에 제공된 관통 구멍을 통해 연장된다. 따라서, 지지 축(28, 58)이 투영 광학계 내의 광선과 간섭하는 일은 없다.
제6 실시예
도 8은 다면 광학 부재(11), 볼록 미러(12), 및 주변 요소를 도시한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 투영 광학계의 개략도이다. 제6 실시예에 따른 투영 광학계는 제4 실시예에 따른 요소들과 제3 실시예에 따른 저 강성부(49)의 조합을 채택한다. 제6 실시예에 따른 투영 광학계는 다면 광학 부재(11), 다면 광학 부재(11)를 지지하는 지지 프레임(25), 지지 부재(101)를 지지하는 지지 프레임(26), 다면 광학 부재(11)를 보유 지지하는 보유 지지 부재(27), 다면 광학 부재(11)를 이동시키기 위한 구동 메커니즘(52), 지지 축(58), 볼록 미러(12)를 이동시키기 위한 구동 메커니즘(53), 및 저 강성부(49)를 포함한다. 저 강성부(49)는 직경이 감소된 링 형상의 오목부의 형태로 제공된다.
지지 부재(101)는 보유 지지 부재(27)의 내경을 통해 지지 부재(27)와 접촉되지 않도록 연장되고 그 사이에 간극이 있다. 따라서, 외란에 의한 진동은 지지 부재(101)가 볼록 미러(12)의 곡률 중심을 회전 중심하여 진동하게 할 수 있다. 이러한 구성은 볼록 미러(12)의 반사면의 변위를 감소시키고 그에 따라 기판 S에 투영된 상의 시프트를 감소시키는 효과를 얻을 수 있게 한다.
상술한 바와 같이, 각 실시예에 따르면, 투영 광학계를 대형화하지 않고, 투영 광학계내의 광선의 영역을 확대해도, 볼록 미러(12)를 지지하는 지지 부재(101 또는 401)에 의해 광선이 가려지는 것을 방지한다. 따라서, 양호한 결상 성능을 유지하는 투영 광학계가 제공된다.
본 발명의 몇가지 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들어, 오목 미러(117)는 제1 오목 반사면(117a)과 제2 오목 반사면(117b)을 갖는 단일 부재이지만, 오목 미러(117)는 제1 오목 반사면(117a)를 갖는 오목 미러와 제2 오목 반사면(117b)를 갖는 오목 미러인, 서로 독립적인 2개의 부재로 변경될 수 있다. 볼록 미러(12)를 지지하는 지지 부재(101 또는 401)의 구성은 상술한 실시예에서 설명된 것들에 한정되지 않는다. 지지 부재(101 또는 401)는 투영 광학계내의 광선의 영역을 확대해도, 투영 광학계내의 광선을 차광 또는 반사하지 않는 부재일 필요가 있다. 예를 들어, 볼록 미러(12)를 지지하는 지지 부재(101 또는 401)는 굽은 빔, T자형 부재 등일 수 있다.
제7 실시예
이제 상술한 노광 장치를 이용한 디바이스(반도체 IC 디바이스, 액정 표시 디바이스 등)의 제조 방법에 대해 설명할 것이다. 디바이스는 전술한 노광 장치를 사용하여 감광제가 도포된 기판(웨이퍼, 유리 기판 등)을 노광하는 단계, 기판(감광제)을 현상하는 단계, 및 다른 주지의 단계를 통해 제조된다. 다른 주지의 단계는 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등을 포함한다. 제7 실시예에 따른 디바이스 제조 방법에 의하면, 종래 기술보다 고품질의 디바이스를 제조할 수 있다.
예시적 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적 실시예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 다음의 청구 범위는 이러한 모든 수정 및 균등 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.
본원은 2014년 12월 2일자로 출원된 일본 특허 출원 제2014-244333호의 이익을 주장하며, 본 명세서에서 그 전문이 참조로서 포함된다.

Claims (15)

  1. 물체의 상을 상 면에 투영하는 투영 광학계로서,
    오목 미러 및 볼록 미러를 포함하는 결상 광학계 -상기 오목 미러는 제1 오목 반사면과 제2 오목 반사면을 가짐- ;
    각각이 광로를 절곡하는 제1 반사면 및 제2 반사면을 갖는 광학 부재; 및
    상기 볼록 미러를 지지하는 지지 부재를 포함하고,
    물체면으로부터의 광의 진행 방향으로, 상기 제1 반사면, 상기 제1 오목 반사면, 상기 볼록 미러, 상기 제2 오목 반사면, 및 상기 제2 반사면이 이 순서대로 제공되고,
    상기 지지 부재는 상기 광학 부재의 상기 볼록 미러 측의 개구를 통해 연장되고,
    상기 개구는 관통 구멍인, 투영 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구는 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에 위치하는, 투영 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재는 상기 개구로부터 상기 볼록 미러의 반사면과 대향하는 볼록 미러 측으로 연장되는, 투영 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 볼록 미러와 상기 광학 부재 사이에서 연장되는 상기 지지 부재의 부분은, 상기 볼록 미러의 반사면과 대향하는 볼록 미러 측으로부터 상기 볼록 미러의 광축에 평행한 방향으로 연장되는, 투영 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 볼록 미러와 상기 광학 부재 사이에서 연장되는 상기 지지 부재의 부분은, 상기 투영 광학계를 상기 제1 오목 반사면 또는 상기 제2 오목 반사면 측으로부터 보았을 때, 상기 부분의 외주가 상기 볼록 미러의 외주의 내측에 있도록 성형되는, 투영 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재는 캔틸레버(cantilever)인, 투영 광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재의 양 단부 사이의 지점을 지지점으로 하여 상기 지지 부재를 지지하는 별도의 지지 부재를 더 포함하는, 투영 광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재는 상기 볼록 미러의 곡률 중심에 대응하는 위치의 강성이 상기 곡률 중심을 제외한 다른 위치의 강성보다 작은, 투영 광학계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재를 구동하는 구동 메커니즘을 더 포함하는, 투영 광학계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 볼록 미러를 구동하는 구동 메커니즘을 더 포함하는, 투영 광학계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 오목 미러는 상기 제1 오목 반사면을 갖는 제1 오목 미러와 상기 제2 오목 반사면을 갖는 제2 오목 미러를 포함하는, 투영 광학계.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재는 상기 광학 부재의 상기 볼록 미러 측의 반대측으로 연장되고 상기 투영 광학계의 렌즈 배럴에 대해 상기 광학 부재를 지지하는, 투영 광학계.
  13. 삭제
  14. 노광 장치로서,
    마스크를 조명하는 조명 광학계; 및
    상기 마스크에 그려진 패턴을 기판에 투영하는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 투영 광학계를 포함하는, 노광 장치.
  15. 디바이스 제조 방법으로서,
    제14항에 따른 노광 장치에 포함된 투영 광학계를 사용하여, 마스크에 그려진 패턴을 기판에 투영하여 상기 기판을 노광하는 단계;
    노광된 기판을 현상하는 단계; 및
    현상된 기판을 디바이스로 가공하는 단계
    를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
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