KR20040065287A - 투영 노광 장치의 결상 장치 - Google Patents

Abstract

마이크로 리소그래피용 투영 노광 장치(1)의 결상 장치(7)는 적어도 하나의 광학소자(10,33,34) 및 상기 광학소자(10,33,34)의 위치를 조작하기 위한 선형 드라이브(11)를 갖는 적어도 하나의 조작기(9,36,41)를 구비한다. 선형 드라이브(11)는 이동축(17) 방향으로 서로 이동 가능한 구동 서브영역(14)과 비구동 서브영역(15)을 갖는다. 서브영역들(14,15)은 이동축(17)을 갖는 기능 소자(18)를 통해, 그리고 이동축(17)에 적어도 대략 평행한 이동 방향을 갖는 기능 소자(19)를 통해 적어도 일시적으로 상호 연결된다.

Description

투영 노광 장치의 결상 장치{Imaging device in a projection exposure facility}

짧게는 리소그래피 광학계(lithographic optics)로도 불리는 리소그래피에서의 투영 노광 장치용 결상 장치들의 경우, 특정한 결상 특성(imaging property) 및 수차를 정확하게 설정하기 위하여, 조절하는 동안 및/또는 동작하는 동안 개별적인 광학소자들(optical elements)이 능동적으로 위치할 수 있다면 유리하다. 그러므로, 예컨대, 회전 방향으로 대칭인 결상 시스템에서, 회전 방향의 대칭성을 유지하면서 광학 소자들을 조절하는 것(초점, 축소비, 3차 왜곡(3rd order distortion), 상면만곡(field curvature), 선형 코마 수차(linear coma) 및 일정한 구면 수차에 영향을 주는 것)은, 예컨대, 회전 방향으로 대칭인 굴절 대물렌즈의 경우에, 광 진행 방향(z-축 방향으로 정의됨)으로 렌즈들을 변위시키는 것을 허용한다. 더욱이, 회전 방향으로 대칭인 성질의 환경 영향, 예컨대, 대기압에 있어서, 내압(internal pressure)에 있어서, 대기 습도(atmospheric humidity)에 있어서, 그리고 렌즈 가열의 회전 대칭 성분들 뿐만 아니라 종방향의 온도 구배(gradient)를 포함하는 온도에 있어서의 변화는, US 4,961,001 및 DE 37 33 823 에서 공지된 바와 같이, 보정될 수 있다.

회전 방향으로 대칭인 결상 시스템의 경우에 있어서, 예컨대, 회전 방향으로 대칭인 굴절 대물렌즈의 경우에, 회전 대칭의 제거 및 단색성 대칭(monochromatic symmetry)의 생성과 함께 광학 소자들을 조절하는 것(렌즈의 편심(decentering)이나 광 진행 방향에 수직인 축을 중심으로 렌즈의 경사(tilting), 그리고 동공 및 필드에 관한 전반적인 단색성 대칭의 비회전 대칭 수차 프로파일로 표현되는 센터링 오차에 대한 영향을 주는 것)은 렌즈가 z-축에 수직한 방향(특히, x-y 평면)으로 변위되는 것을 허용한다. 영상 오프셋, 새지털(sagittal) 및 접선(tangential) 방향 2차 왜곡(2nd order distortion), 선형 영상 표면 경사 및 일정한 코마 수차가 이에 포함된다. 더욱이, 예컨대, 광 진행 방향에 수직으로 대기압, 내압, 공기 습도 및 온도의 구배와 같은 단색성 대칭의 환경 영향은 보정될 수 있다.

더욱이, 편향 미러나 빔 스플리터 표면의 위치와 경사각을 조절할 수 있는 평면 편향 미러(plane deflecting mirror) 또는 빔 스플리터 입방체(beam splitter cube)를 갖는 반사 굴절 리소그래피 광학계(catadioptric lithographic optics)에서 매우 유리하다. 반사 굴절(catadioptric) 또는 반사(catoptric) 리소그래피 광학계의 오목 및 볼록 반사 표면의 경우, 회전 대칭 수차 및 센터링 오차를 정확하게 설정할 수 있도록 하기 위해, 평행 이동(translation) 및 기울임(tilting)에 있어서 자유도를 조절하는 것 또한 적절하다.

이러한 경우에 대해 조작기를 갖는 그러한 결상 장치들이 종래의 기술로부터 공지되어 있다.

예컨대, US 5,822,133 에서 기술된 설계 목적을 갖는 그러한 조작기에 대한 상세한 설명이 여기에서 주어질 수 있다. US 5,822,133 의 조작기는 기술된 출원의 경우들에서는 순수한 z-조작기로서 설계되어 있다. 이는, 일반적으로 "z"로 표시되는 광축 방향으로 조절이 수행됨을 의미한다. 그 설계는, 하나가 다른 하나 내에 배치되어 있고 실시예의 범위에 걸쳐 액추에이터에 의해 서로에 대해 이동될 수 있는 두 개의 고리 모양(annular)의 소자를 포함한다. 서로에 대해 부품들을 안내하기 위해 판 스프링(leaf spring)이 제공되거나, 또는 보다 미세한 조절에 따라, 서로에 대한 두 개의 부품들의 평행 이동을 보장하기 위한 조리개(diaphragm)가 제공된다.

그러나, 그러한 설계는 실시예에 따라, 특히, 기술된 다양한 액추에이터의 실시예에 따라, 결정적인 단점을 갖는다. 그러므로, 예컨대, 공압 액추에이터(pneumatic actuator)가 사용되는 경우, 설계상 상대적으로 낮은 견고성(rigidity)만을 얻는 것이 가능하다. 그에 대응하여 진동이 나타나는 경우, 그리고 매우 무거운 광학 소자들(예컨대, 마이크로 리소그래피 또는 천문학용 장치에서 사용되는 매우 무거운 렌즈들)에 사용되는 경우, 조작기의 이러한 낮은 견고성은, 달성될 영상 품질에 매우 부정적인 영향을 주는 심각한 단점이 된다.

수압 액추에이터(hydraulic actuator)의 사용은 보다 미세한 조절에 제안된다. 그러한 액추에이터로는 앞서 기술된 공압 액추에이터로 보다 더 높은 견고성을얻는 것이 가능하다. 그러나, 수압 액추에이터는, 누출된 수압용 유체(일반적으로 오일)에 의해 오염된 채 구성요소가 조작될 위험이 잠복해 있다. 그러한 수압용 유체에 의한 오염은, 예컨대, 마이크로 리소그래피에서 사용되는 고성능 대물렌즈들의 경우에 특히 심각한 단점으로서 간주된다. 그러한 대물렌즈들은 일반적으로 한정된 가스 혼합체로 채워지거나, 또는 적당한 경우에는 진공 상태에 있다. 이러한 대단히 청결한 내부로 수압용 유체, 특히 오일이 들어가면, 상기 유체가 광학소자의 영역 내에 액체 또는 증기로서 지나가면서 광학소자의 표면에 증착될 수 있다. 그러면, 결상 품질은 심각하게 낮아질 것이다. 가능한 어떠한 세척 비용도 대단히 높아질 것이다.

또한, 압전소자(piezoelectric element) 및 레버 기어(lever gear)로 구성된 적당한 액추에이터들이 상술된 문서의 대안적인 실시예에 기재되어 있다. 이 경우에, 기어의 레버들은 견고한 조인트를 통해 하나하나 상호 연결될 수 있다. 이러한 종류의 액추에이터들은 상술된 두 개의 단점을 피할 수 있다. 이 경우에, 이들 액추에이터로 매우 양호한 해상도를 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 액추에이터들은 매우 작은 이동만이 허용된다는 심각한 단점을 가진다. 응용에 따라, 특히 사용하는 도중에, 이미 반복적으로 언급된 바와 같이, 마이크로 리소그래피용 결상 장치에서, 매우 양호한 해상도를 위한 요구사항은 대부분 가능한 해상도에 관하여 매우 큰 이동을 위한 요구사항을 추가적으로 수반한다. 매우 양호한 결상 품질을 얻을 목적을 위해서 종종 회피될 수 없는 이들 요구사항들은, 상술한 US 특허에서 기술된 설계에 의해서는 얻을 수 없으며, 따라서 상기 설계는 불리하게도 소망하는 결상 품질을 얻는데 실패한다.

동일하거나 매우 유사한 단점들을 갖는 추가적인 조작기들이, 예컨대, DE 199 10 947 A1 에 기술되어 있다. 이 문서는, 광축에 따른 광학소자의 이동이, 예컨대, 압전소자, 및 견고한 조인트를 통해 연결된 레버들로 이루어진 대응하는 기어와 같은 액추에이터들에 의해 얻어지는 설계를 개시한다.

광축에 수직인 평면에서 광학소자들을 조작하는 장치는, 예컨대, DE 1999 10 295 A1 에 명시되어 있다. 이 경우에, 액추에이터로 얻을 이동의 정확도 때문에, 광학소자를 운반하는 마운트의 내부 링 상의 비싸고 복잡한 레버 장치들을 통해 작용하는 적어도 두 개의 액추에이터들이 요구된다. 이동의 적당한 해상도를 보장하기 위해서 뿐만 아니라, 레버 장치들의 균일하고 적당한 견고성, 즉 서로에 대한 마운트의 두 부품들의 조인팅의 균일하고 적당한 견고성을 보장하기 위해서는, 생산의 관점에서, 특히, 매우 좁은 제조 공차의 관점에서 상당한 비용이 필요하다.

또한, JP 3064372 는, 제 1 그룹의 광학소자와 제 2 그룹의 광학소자가 조작기에 의해 광축을 따라 변위될 수 있도록 배치되어 있는 광학소자를 조작하는 장치를 개시한다. 이들 두 광학소자 그룹은 또한 조작기 장치의 목적상 광축에 대해 기울어진 이동을 수행할 수 있다. 전왜(electrostrictive) 또는 자왜(magnetostrictive) 소자가 상기 장치에 사용될 수 있다. 회전 액추에이터의 설계는 이 문서에서 명백한 방식으로 직접적으로 개시되어 있지 않다.

전기공학, 통신공학 및 자동제어 분야를 위한 선형 드라이브를 개시하는 미국 특허 제6,150,750호에 대한 추가적인 종래기술도 또한 참조가 될 수 있다. 선형드라이브는 이동축의 방향으로 서로에 대해 움직일 수 있는 피구동(driven) 서브영역과 비피구동(nondriven) 서브영역을 갖는다. 상기 서브영역들은, 부분적으로는 승강(lifting) 압전소자들로서 그리고 부분적으로는 전단(shearing) 압전소자들로서 설계된 압전소자를 통해 적어도 일시적으로 서로 연결되어 있다. 각각의 경우에 승강 및 전단 압전소자들을 포함하는 개별적인 압전소자 스택들은 승강 압전소자들을 통해 구동 서브영역에 관한 마찰 그립(grip) 내로 이송될 수 있으며, 또는 그럼으로써 상승될 수 있다. 그러면, 실제의 이동은 마찰 맞물림(engagement) 내에 있는 스택들 중 전단 압전소자들을 통해 실현될 수 있다. 그런 후, 매우 큰 이동 범위를 실현하기 위해 다른 스택들 위로의 이동을 시도하는 것이 가능하다.

이러한 설계의 선형 드라이브는 실제로, 그의 압전소자들을 통해, 홀딩력(holding force) 및 선형 드라이브의 두 부품상의 이동축 방향으로의 힘을 발휘할 수 있는 액추에이터가 된다. 그럼으로써, 압전소자의 선택에 따라, 매우 양호한 해상도를 가지며, 이동의 가능성을 기초로, 매우 큰 이동 허용성을 가지는 선형 스테퍼(stepper)를 구현하는 것이 가능하다.

본 발명은, 적어도 하나의 광학소자 및 상기 광학소자의 위치를 조작하기 위한 선형 드라이브를 갖는 적어도 하나의 조작기(manipulator)를 구비하는, 마이크로 리소그래피용 투영 노광 장치의 결상 장치에 관한 것이다.

도 1은 감광성 재료들로 코팅된 웨이퍼 위에 있는 구조들을 노출시키는데 사용될 수 있는 마이크로 리소그래피용 투영 노광 장치의 원리를 도시한다.

도 2는 선형 드라이브의 원리를 도시한다.

도 3a 내지 도 3f는 도 3에 따른 선형 드라이브의 기능적인 원리를 도시한다.

도 4는 광축 방향으로 광학소자를 조작하기 위한 조작기의 원리를 도시한다.

도 5는 도 4에 따른 조작기의 평면도를 도시한다.

도 6은 광축에 수직한 평면에서 광학소자를 조작하기 위한 조작기의 원리를 도시한다.

도 7은 두 개의 축을 중심으로 미러를 조작하기 위한 가능한 장치의 원리를 평면도로 도시한다.

도 8은 도 7에서 선분 Ⅷ-Ⅷ을 따른 단면도를 도시한다.

도 9a는 보정되지 않은 코마 수차의 경우에 두 개의 렌즈를 가진 광학 시스템을 도시한다.

도 9b는 도 9a에서 도시된 코마 수차의 확대된 단면을 도시한다.

도 10a는 적절하게 보정된 코마 수차의 경우에, 도 9a로부터 알려진 광학 시스템을 도시한다.

도 10b는 도 10a에 도시된 적절하게 보정된 코마 수차의 확대된 단면을 도시한다.

본 발명의 목적은, 조작기에 의해 수행되는 이동을 위한 리프트(lift)에 대해 매우 양호한 해상도 및 매우 단단한 구성을 허용하는 조작기를 포함하는 마이크로 리소그래피의 투영 노광 장치용 결상 장치를 생산하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이동축 방향으로 서로에 대해 이동 가능한 구동 서브영역과 비구동 서브영역(상기 서브영역들은 이동축에 적어도 대략 수직한 활동 방향을갖는 기능소자들(functional elements)을 통해, 그리고 이동축에 적어도 대략 평행한 활동 방향을 갖는 기능소자들을 통해 적어도 일시적으로 서로 연결된다)을 갖는 선형 드라이브(linear drive)의 마이크로 리소그래피용 투영 노광 장치의 결상 장치에서 조작기가 사용된다는 사실로부터 상기 목적이 성취된다.

상술한 선형 드라이브를 갖는 조작기의 설계는 마이크로 리소그래피용의 이상적인 조작기가 된다. 이 경우에, 조작이 수행되는 방향 및 조작기에서 사용되는 선형 드라이브의 수는 중요하지 않다. 유리한 특성은 선형 드라이브 자체의 종류로부터 나온다.

그러므로, 사용되는 기능소자들에 따라, 예컨대, 나노미터의 수 분의 1 이하의 매우 높은 해상도를 계획하는 것이 본 설계의 도움으로 가능하며, 또한, 선형 드라이브가 이동하는 동안 이동의 가능성을 통해 이동 범위의 매우 큰 확장을 실현하는 것이 가능하다. 1:75000 또는 그 이상의 크기 정도 범위의 해상도는 이 경우에 계획이 가능하다.

이들 이상적인 특성들은 100N 이상의 매우 높은 가능한 조절력(adjusting force)과 함께 5㎛/s 이상의 매우 높은 조절속도와 결합된다.

선형 드라이브 그 자체의 설계는 이미 매우 높은 견고성을 허용한다. 대개 기어를 사용하지 않는 것이 가능하다는 사실 때문에, 견고성은 종종 더욱 증가될 수 있다.

이 경우에, 전체적으로 기능은 실질적으로 선형 드라이브에 의한 열의 발생이 없이(Q < 10mW) 일어난다. 이는 마이크로 리소그래피용 결상 장치의 분야에서사용되는 경우에 특별한 이점을 준다. 왜냐하면, 열의 발생 및 그와 관련한 열 팽창은 얻어야 할 정확도에 관한 큰 문제를 일으킬 수 있기 때문이다.

더욱이, 선형 드라이브는 매우 긴 서비스 수명과 주어진 공지의 경계 조건에서 매우 짧은 구성 공간을 갖는다.

특히 이로운 본 발명의 발전에 따르면, 기능소자들은 압전소자들로서 설계된다.

이 경우에, 그러한 압전 선형 드라이브는, 서두에서 언급된 리소그래피 광학계에 의해 설정된 매우 높고 복잡한 요구사항들을 이상적으로 만족시킬 수 있다.

전단 압전소자들로서 그리고 승강 압전소자들로서의 기능소자들의 설계는, 원리적으로 높은 전단 압전소자들의 해상도를 통해 승강 압전소자들을 홀딩하는 경우에 매우 정확한 투입(infeed)을 허용한다. 그럼으로써, 수백에서 수 나노미터의 범위에서 통상적으로 요구되는 위치설정 정확도를 얻을 수 있다. 십 수㎛에서 100㎛의 크기 정도의 통상적인 광학소자의 이동 또한, 스텝 모드에서 선형 드라이브를 동작시키는 가능성을 통해 문제 없이 성취될 수 있다. 이동된 전체 경로의 정확성은 또한 상술된 정확도를 가지고 개개의 부품들로부터 이동된 전체 경로의 조합 때문에 상술한 정도의 크기가 된다. 그러므로, 압전 선형 드라이브는, 설정될 수차의 범위 및 요구된 설정 정확도에 기인하는, 10⁵내지 10⁷크기 정도의 요구된 기계적 위치설정 정확도에 대해 최대의 이동 비율을 성취한다.

10 내지 100N 정도 크기의 요구된 위치설정력(positioning force), 및 더 높은 정도의 크기로 상승할 수도 있는, 예컨대, 이송의 경우에서, 충격하중(shock loading) 이하의 홀딩력은 조작될 광학소자 및 그들의 마운트(mount)의 질량들에 기인한다. 압전 선형 드라이브는 이들 홀딩력 및 위치설정력을 마찬가지로 생성할 수 있으며, 또한, 조절 방향으로 매우 높은 견고성을 생성할 수 있다. 사용 목적에 따라, 수 N/㎛ 내지 수백 N/㎛ 의 범위에 있는 이러한 높은 견고성은, 특히 유리한 방법으로 얻게 될 수백 헤르쯔의 광학소자들의 기계적인 자연 주파수 [sic] 를 허용한다.

압전 선형 드라이브의 요구된 기계적 위치설정 정확도에 대한 최대 이동의 매우 높은 비율 때문에, 위치설정 정확도를 위한 특히 선호도 있는 방법으로 무기어(gearless) 설계가 가능하다. 그럼으로써, 복귀 작용(return game)이 회피되거나 적어도 최소화될 수 있으며, 소망하는 이동 방향에 수직인 방향으로의 기생 이동(parasitic movement)이 억제될 수 있다.

이상적인 방법으로 이를 실현할 수 있기 위해서, 드라이브는 광학소자에 가능한 가까이 배치되어야 하며, 이는 확보할 수 있는 구성 공간을 실질적으로 제한한다. 그러므로, 예컨대, 굴절 시스템의 경우에, 드라이브가 대물렌즈의 원통형의 바깥쪽 윤곽 내에 완전하게 통합되는 것이 유리하다. 원리적으로 가능한 압전 선형 드라이브의 매우 작은 설계로 인해, 각각의 방향으로 각각의 개별적인 드라이브의 크기는 겨우 수 센티미터이다. 그러므로, 통합은 특정한 선호도 있는 방법으로 쉽게 가능하다.

렌즈 마운트 내에 압전 선형 드라이브를 통합시키는 것은 또한 낮은 열 발생에 대한 요구사항에 기인하는데, 왜냐하면 광학소자들의 영역에서 열팽창 및 장력(stress)은, 마이크로 리소그래피 분야에서 요구되는 적절히 높은 결상 품질을 성취하기 위해서는, 무슨 수를 써서라도 피해야 하기 때문이다. 압전소자들이 낮은 열 발생을 갖는 것으로 알려져 있기 때문에, 압전 선형 드라이브들의 각각에서 10mW 이하의 열 발생을 구현하는 것이 가능하다. 그러므로, 광학소자들의 영역 내의 결상 장치에 압전 선형 드라이브를 통합하는 것은 또한 이러한 관점으로부터 발생하는 문제를 야기하지 않는다.

개별적인 노광들 사이에서 수 ㎛/s 의 속도를 조절하는 것은 리소그래피 광학계의 분야에서 통상적으로 요구된다. 전단 압전소자들이 매우 빠르게 반응하기 때문에, 이들 요구들을 충족하는 것이 가능하다. 왜냐하면, 압전 선형 드라이브들의 아날로그 모드(즉, 전단 압전소자들을 통한, 또는 승강 압전소자들의 상승이나 하강을 통한 순수한 조절을 의미)가 상기 목적을 충족하는 그러한 작은 조절 경로들을 가지고 일반적으로 조절이 수행되기 때문이다.

대조에 의해, 전체적인 이동 범위는 10년 이상의 시스템의 전체적인 서비스 수명을 통해 요구된다. 이는 압전 선형 드라이브들의 도움으로 성취될 수 있는데, 왜냐하면, 압전 선형 드라이브들은, 유리하게도, 상기 목적을 위해 전기적 힘 아래서 일시적으로 이동 범위의 한쪽 끝에서 그들의 위치를 고정시킬 수 있기 때문이다. 또한, 서비스 수명 동안 존재하는 압전 선형 드라이브들을 통한 평균 전기 전압은, 상기 압전 선형 드라이브들의 동작 모드를 크게 손상시키는 일 없이 낮게 선택될 수 있다. 이는 또한 서비스 수명과 장기간의 신뢰성에 매우 유리한 영향을 준다.

더욱이, 압전 선형 드라이브가 자동잠금(self-locking) 설계이고 또한 후술될 응용예에 따라 설계되는 것(즉, 전압의 존재 없이 자신의 위치를 유지할 수 있는 것)이 이송에 유리하다.

상술된 압전 선형 드라이브의 특성들은, 마이크로 리소그래피용 투영 노광 장치에서 조작 작업을 위하여 충족되어야 하는 요구사항들을 이상적으로 충족한다. 여기서, 이들 요구사항들은, 실제의 조작 작업 및 그와 관련된 이동 방향에 관계 없이 기본적으로 항상 동일하다. 그러므로, 본 발명의 압전 선형 드라이브에 따른 사용은, 그러한 결상 장치들에서 발생할 수 있는 실질적으로 모든 조작 작업들에서의 상술된 모든 요구사항들에 관하여, 특히, 세 개의 수직한 x-방향, y-방향, 및 z-방향을 중심으로 한 경사 및/또는 회전의 예에 관하여 뿐만 아니라, 이들 방향에서 광학소자들의 조작에 관하여 장점을 갖는다.

본 발명의 유리한 유리한 개발 및 미세한 사항은 도면을 참조하여 청구항 및 예시적인 실시예로서 후술될 것이다.

마이크로 리소그래피용 투영 노광 장치(1)는 도 1에 도시되어 있다. 상기 장치는, 예컨대, 컴퓨터 칩들과 같은 반도체 성분들을 생산하기 위해, 일반적으로 대부분 실리콘으로 구성되며 웨이퍼(2)로 불리는 감광성 재료들로 코팅된 기판 위에 있는 구조들을 노광시키는 역할을 한다.

이 경우에, 투영 노광 장치(1)는, 조명 시스템(illumination system)(3), 회절 격자 형태(grating-type)의 구조가 제공되며, 소위 레티클(reticle)(5)로 불리는 마스크(상기 마스크에 의해 웨이퍼(2) 상의 후속 구조들이 결정된다)를 고정시키고 정확하게 위치시키기 위한 장치(4), 바로 이 웨이퍼(2)를 고정시키고, 이동시키고 정확하게 위치시키기 위한 장치(6), 및 결상 장치(7)를 포함한다.

이 경우에, 기본적인 기능상의 원리는, 레티클(5) 내에 도입된 구조들이 원래 크기의 1/3 또는 그 이하로 그 구조가 축소된 채 웨이퍼(2) 상에 노광되는 것을 제공한다는 것이다. 투영 노광 장치(1) 상에, 특히 결상 장치(7) 상에 주어져야 할 요구사항들은, 해상도의 관점에서, 이 경우에 서브-㎛ 범위에 있다.

노광이 수행된 후, 상기 웨이퍼(2)는 이동되어, 각각이 레티클(5)에 의해 규정된 구조를 갖는 다수의 개별적인 필드들이 동일한 웨이퍼(2) 상에 노광되도록 한다. 일단 웨이퍼(2)의 전체 표면이 노광되었으면, 노광된 웨이퍼는 투영 노광 장치(1)로부터 제거되어 다수의 화학적 처리 단계(일반적으로 에칭에 의한 재료의 제거)들을 거친다. 적당하다면, 다수의 이러한 노광 및 처리 단계들은, 다수의 컴퓨터 칩들이 웨이퍼(2) 상에서 생산될 때까지 차례차례 진행된다. 투영 노광 장치(1) 내의 웨이퍼(2)의 단계적인 급송(feed movement) 때문에, 투영 노광 장치(1)는 종종 스테퍼(stepper)로도 불리기도 한다. 반면에, 웨이퍼 스캐너의 경우에, 레티클 구조를 전체적으로 결상시킬 수 있도록 레티클(5)이 웨이퍼(2)에 대해 상대적으로 이동되어야 한다.

조명 시스템(3)은 웨이퍼(2) 상에 레티클(5)을 결상시키기 위해 요구되는 투영 광선(projection radiation)을 제공한다. 여기서는 원리를 위해, 예컨대,광(light) 또는 이와 유사한 전자기 광선(electromagnetic radiation)과 같은 단지 하나의 투영 빔(8)이 도시되어 있다. 레이저 등은 이러한 광선을 위한 소스로서 사용될 수 있다. 상기 광선은, 레티클(5) 상에 부딪칠 때 투영 광선이 텔레센트릭성(telecentrism), 균일한 편광, 필드와 각도에 대한 균일한 투과, 서로에 대한 빔들의 가장 낮은 가능성의 간섭성(coherence) 등과 같은 소망하는 특성들을 갖도록, 광학소자들을 통해 조명 시스템(3) 내에서 모양이 형성된다.

레티클(5)의 영상은 투영 빔(8)을 통해 생성되고, 이미 위에서 설명된 바와 같이, 결상 장치(7)에 의해 적당히 축소되어 웨이퍼(2) 위로 전달된다. 이 경우에, 대물렌즈로도 불릴 수 있는 결상 장치(7)는, 예컨대, 렌즈, 미러, 프리즘, 평판 등과 같은 다수의 개별적인 반사, 굴절 및/또는 회절 광학소자들을 포함한다.

또한, 결상 장치(7)의 부품은 여기서는 단지 개략적으로만 도시되어 있는 적어도 하나의 조작기(manipulator)(9)이다. 조작기는, 성취할 수 있는 결상 품질을 향상시키기 위하여, 상기 조작기에 연결된 광학소자(10)의 위치를 조작하는 역할을 한다. 이 경우에 조작기(9)는, 상기 광학소자에 영구적으로 연결되며 결상 장치(7)에 대해 상대적으로 이동 가능한 조작기(9)의 부품(12)이 결상 장치(7)에 영구적으로 연결된 부품(13)에 대해 상대적으로 이동될 수 있도록 하기 위한 선형 드라이브(linear drive)(11)를 포함한다.

도 2에 개략적으로 도시되어 있는 선형 드라이브(11)는, 구동 서브영역(driven subregion)(14)과 비구동 서브영역(nondrive subregion)(15)을 포함한다. 비구동 서브영역(15)은 여기서 개략적으로 도시된 바와 같이, 고정부품(13)에 영구적으로 연결되어 있다. 구동 서브영역(14)은 이동 가능한 부품(12)에 연결되어 있다. 이동 가능한 부품(12)과 구동 서브영역(14)의 연결은, 이 경우에, 선형 드라이브(11)의 이동축(17)에 수직한 이동에 의하여 연결이 해체되도록, 내강(bore) 내에 위치한 핀(16)을 통해 실현된다.

구동 서브영역(14)과 비구동 서브영역(15)의 결합은, 여기에 도시된 실시예에서의 선형 드라이브(11)의 경우에, 8개의 서로 다른 기능소자들을 통해 수행되는데, 상기 기능소자들 중 적어도 4개는 마찰 그립에 의해 두 서브영역(14,15)을 일시적으로 상호 연결한다. 각 경우에, 기능소자들 중 네 개는, 그들이 이동축(17)에 수직한 활동 방향을 갖도록 설계된다. 이들 기능소자들은 도 6에서 참조번호 18로 표시되어 있다. 활동 방향이 이동축(17)의 방향인 추가적인 기능소자들은 비구동 서브영역(15) 뿐만 아니라 구동 서브영역(14)과 기능소자들(18) 사이에 위치한다. 이들 추가적인 기능소자들은 참조번호 19로 표시되어 있다.

특히 바람직한 실시예에 따라, 기능소자들(18,19)은 압전소자들로서 설계될 수 있다. 참조번호 18로 표시된 기능소자들은 승강 압전소자들(lifting piezoelectric elements)(18)로서 설계될 수 있는 반면, 참조번호 19로 표시된 기능소자들은 전단 압전소자들(shearing piezoelectric elements)(19)로서 구현된다. 이는, 도 3a 내지 도 3f의 내용에서 나중에 더 설명될 것이지만, 이동 사이클(movement cycle)의 가능성에 기인한다.

여기서 설명된 예시적인 실시예에서 도시되었듯이, 비구동 서브영역(20)에 대한 구동 서브영역(19)의 이동축(17)의 방향으로 평행 이동을 성취하기 위하여 두개의 서브영역(14,15) 사이의 평행 유도부(parallel guidance)를 회피하는 것이 가능하다. 여기서 도시된 실시예에 따르면, 평행 유도부는, 조인트, 특히 견고한 조인트를 통해 구동 서브영역(14)과 비구동 서브영역(15)에 각각 연결되는 두 개의 바(bar)(20)를 포함한다. 이는, 구동 서브영역(14)이 비구동 서브영역(15)에 대해 평행한 방식으로 이동되는 것, 즉, 이동축(17)의 방향으로 이동을 수행하는 것을 보장한다.

선형 드라이브(11)의 이동 사이클은 다음의 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.

도 3a는 기능소자(18,19)와 함께 구동 서브영역(14)과 비구동 서브영역(15)을 도시한다. 구동 서브영역(14)은 4 개의 승강 압전소자(18)를 통해 비구동 서브영역(15)에 대하여 클램핑 된다. 이동 사이클에서 다음 단계는 도 3b에 도시되어 있는데, 도 3b에서 승강 압전소자(18) 중 2개가 개방되어(즉, 더 이상 맞물려 있지 않다), 여전히 클램핑 되어 있는 승강 압전소자(18)의 영역 내에 배치된 두 개의 전단 압전소자(19)를 통해 비구동 서브영역(15)에 대하여 구동 서브영역(14)을 이동시키는 것이 가능하도록 한다. 이러한 이동은 도 3c에 개략적으로 도시되어 있다. 비구동 서브영역(15)에 대한 구동 서브영역(14)의 매우 큰 이동이 요구된다면, 도 3d가 다음 단계를 도시한다. 구동 서브영역(14)은 승강 압전소자(18)의 재개된 작용에 의해 다시 확실하게 클램핑 된다. 도 3e로부터 알 수 있듯이, 다른 두 개의 승강 압전소자(18)를 통한 클램핑은 이제 해제된다. 그런 후, 도 3f는 다음 단계를 도시하는데, 도 3f에서 구동 서브영역(14)은 전단 압전소자(19)의 작용을 통해 이동된다.

이동 사이클의 이러한 원리는 소망하는 바에 따라 반복될 수 있으며, 어떠한 소망하는 방향으로도 실행될 수 있다. 크램핑 된 상태에서, 이 경우의 선형 드라이브(11)는 각각 매우 높은 이동 정확성을 갖는데, 이는 전단 압전소자(19)의 정확성에 기인한다. 이러한 매우 높은 정확성에 더하여, 이동 범위에 대한 해상도의 이상적인 비율을 구현하는 것이 가능하도록, 승강 압전소자(18)에 의한 이동의 가능성을 통해 매우 큰 이동 범위를 실현하는 것 또한 가능하다.

이 경우에, 위에서 기술된 종류의 선형 드라이브(11)와 상이한 타입의 작용을 구상하는 것이 근본적으로 가능하다. 선형 드라이브(11)의 자동 잠금이 요구된다면, 기능소자(18,19)들이 스프링 수단(도시되지 않음)을 통해 구동 서브영역(14)에 대항하여 초기응력(prestress)을 받도록 선형 드라이브가 설계될 수 있다. 이는, 기능소자들(18,19)이 항상 마찰 맞물림 상태(즉, 비구동 상태)에 있는 것을 보장하며, 그러므로 기능소자들(18,19)이 클램핑에 의해 비구동 서브영역(15)에 대한 구동 서브영역(14)의 위치를 고정시키는 것을 보장한다. 그런 후, 승강 압전소자(18)를 구동(actuating)시킴으로써, 구동 서브영역(14)과 비구동 서브영역(15) 사이의 마찰 연결이 존재하지 않을 정도로, 상기 구동된 승강 압전소자(18)의 영역 내에서 이러한 클램핑이 해제될 수 있다. 그런 다음, 추가적인 사이클들은 이미 앞서 설명한 바와 같이 구현될 수 있다. 이러한 설계는, 압전 기능소자들(18,19)의 서비스 수명이 상기 압전소자들에 인가될 수 있는 초기응력에 의해 길어지기 때문에, 특히 바람직하다. 그러나, 구동 서브영역(14)과 비구동서브영역(15) 사이의 클램핑이 승강 압전소자(18)의 주어진 인가 전압에 의해서만 구현되는 또 다른 설계 역시 원칙적으로 구상 가능할 것이다.

그러한 선형 드라이브(11)는, 광축에 수직한 조작이든지, 기울임 조작이든지, 또는 광축에 수직한 평면 내에서의 조작이든지에 관계 없이, 결상 장치(7)의 영역 내에서의 조작 작업에 요구되는, 상세한 설명의 도입부에서 이미 언급되었던, 높은 요구사항들에 적당하다. 포토리소그래피 공정에 참여하는 소자들의 위치가 조절되어야 하는 마이크로 리소그래피의 실질적으로 모든 영역에 대한 적절한 작용을 갖는 상술한 선형 드라이브(11)의 이러한 매우 일반적인 응용성을 기초로, 이후의 도면들의 목적은, 마이크로 리소그래피용 결상 장치(7)의 분야로부터 특정한 조작 작업에 대한 선형 드라이브(11)의 적용을 제한하려는 의도 없이, 세 가지 예의 원리를 시험하는 것이다.

도 4에 도시된 것은, 여기서 선택된 예시적인 실시예에서 광축(21)을 따라 광학소자(즉, 렌즈)(10)를 조작하는데 사용될 수 있는, 조작기(9)를 관통하는 단면도이다. 일반적으로 "z"로 표시되는 광축(21) 방향으로의 순수한 이동에 추가하여, 광학소자(10)의 기울임 역시 구상될 수 있다.

조작의 목적상, 이동가능 부품(12)(여기서는 광학소자(10)를 운송하는 이동가능한 내부 링)은, 예컨대, 세 개의 선형 드라이브(11)(여기서는 두 개가 개략적으로 보인다)를 통해, 결상 장치(7)에 연결된 고정 부품(13)(여기서는 고정된 외부 링(13))에 더 가까이 이동된다.

고정 부품(13)에 대하여 이동가능 부품(12)을 안내하기 위하여, 여기서 도시된 예시적인 실시예에서는, 견고한 조인트(23)를 통해 고정 부품(13)과 이동가능 부품(12) 모두에 연결된 고리 모양의 디스크(annular disk)(22)가 제공된다. 이동가능 부품(12)은 선형 드라이브(11)에 의해 고정 부품(13)에 대해 이동 가능한데, 상기 선형 드라이브(11)의 이동축(17)은 광축(21)에 적어도 대략 평행하게 달린다. 고리 모양의 디스크(22)는, 이동가능 부품이 이동축(17)에 수직한 평면 내에서 벗어나지 않도록, 이동가능 부품(13)의 안내를 달성한다.

안내부의 정확한 설계는 여기서 제공되는 설명에 관하여 단지 부차적인 역할만을 수행하므로, 고리 모양의 디스크(22) 자체는 상대적으로 큰 벽 두께를 갖도록 설계되었다는 점만을 여기서 언급한다. 그 결과, 고리 모양의 디스크(22)에서는 실질적으로 어떤 종류의 변형도 발생하지 않는다. 그러한 안내소자(guide element)의 영역에서 발생하는 모든 변형들이 견고한 조인트(23)의 영역에서 발생할 것이다. 이들 견고한 조인트(23)가 매우 정확하게 한정된 위치에 배치되어 있기 때문에, 그러한 안내소자의 행동은 고리 모양의 디스크(22)로부터 미리 정확하게 그리고 매우 쉽게 판단될 수 있다. 더욱이, 매우 높은 견고성의 설계를 구현하는 것이 가능하며, 그러므로 매우 높은 자연 주파수를 구현하는 것이 가능하다.

설계된 조작기(9)의 평면도가 도 5에 도시되어 있다. 광학소자(10)를 갖는 이동가능 부품(12)과 고정 부품(13)을 볼 수 있다. 이동가능 부품(12)과 고정 부품(13)의 안내는 고리 모양의 디스크(22)를 통해 수행된다. 여기서 삼각형의 형태로 표시된 세 개의 선형 드라이브(11)는 고리 모양의 디스크(22) 아래의 영역에 위치한다. 타원형의 구조를 통해 여기에서 개략적으로 표시되는 세 개의 센서(24)가 여기에 추가하여 보인다. 상기 센서(24)는 서로에 대해 120°의 각도로 각각 배치되어 있으며, 선형 드라이브(11)에 대해 각각 60°의 각도로 배치되어 있다. 고정 부품(13)에 대한 이동가능 부품(12)의 정확한 위치는 상기 센서(24)를 통해 검출될 수 있다. 센서(24)는, 예컨대, 유리 측정 눈금을 통해 위치에 있어서의 변화를 점증적으로 또는 절대적인 간격으로 검출할 수 있는 광학 센서(24)로서 설계될 수 있다. 그러한 센서(24)는 상업적으로 입수 가능한 요소이며, 그러한 이유로 센서의 동작 모드는 여기서 상세하게 설명하지 않는다.

조작기(9)의 매우 견고한 설계와 함께, 안내부로서 세 개의 센서(24), 세 개의 선형 드라이브(11) 및 고리 모양의 디스크(22)의 조합은 광축(21) 방향으로의 광학소자(10)의 위치 및/또는 광축(21)에 대한 기울기를 정확하게 제어 가능하게 한다. 광축(11)에 수직한 평면에서 광학소자(10)의 위치는 이 경우에, 자연 주파수의 영역에서 진동 및/또는 여기(excitation)에 대해 매우 견고하고 민감하지 않은 설계의 결과, 안내부에 의해 보장된다.

상술된 방법으로 설계된 조작기(9)는 마이크로 리소그래피용 투영 노광 장치(1)의 영역에서, 여기서는 특히, 결상 장치(7)에서 발생하는 매우 높은 요구사항들을 충족할 수 있다. 그러한 설계에 대한 이상적인 보완은, 이 경우에, 한편으로는 매우 높은 정확성을 가지며, 또 한편으로는 매우 큰 범위, 즉 매우 큰 이동 거리를 허용하는 선형 드라이브(11)이다. 마이크로 리소그래피에서의 사용을 위한 그러한 z-방향 및/또는 경사 조작기(9)의 경우에, 해상도에 관해 주어지는 필수 요구사항들은 ±80 내지 200㎛의 이동에 대해 대략 0.3 내지 0.8nm 정도이다. 여기에서 달성되어야 할 견고성은 어떠한 경우에도 12-18N/㎛ 보다 커야 한다. 요구되는 조절력(adjusting force)은 이 경우에 대략 100N 이상이지만, 이는 선형 드라이브(11)에 대한 문제는 아니다. 선형 드라이브(11)의 설계는 이러한 경우의 사용을 위해 자동잠김을 반드시 허용해야 하는데, 이미 상술된 바와 같이, 이는 적절한 초기응력의 압전소자(18,19)를 갖는 이상적인 경우에 문제 없이 가능하다. 자동잠김은 또한, 예컨대, 충격하중(shock loading)의 경우에, 조절력의 6 내지 8 배 정도 크기의 힘을 보유해야 한다.

이러한 모든 전제조건들은 상술된 설계에 따른 조합에 의해 이상적으로 성취된다.

광학소자(10)로서 상기 예시적인 실시예에서 기술된 렌즈에 추가하여, 예컨대, 미러와 같은 또 다른 광학소자(10)를 갖는 유사한 설계도 물론 생각할 수 있다. 다소 더 거친 해상도와 더 큰 이동 범위의 경우에, 일반적으로 유사한 경계 조건들이 그러한 사용 목적을 위해 얻어진다. 그러나, 요구되는 견고성은 여전히 여기에서는 더 높아야 한다. 그러나, 대략 8-12nm의 더 거친 해상도와 함께, 이는 블랭크(blank)(20)의 영역에 있는 견고한 조인트의 적절한 설계에 의해 달성될 수 있다.

도 6은 광축(21)에 수직인 평면에서 광학소자(10)를 조절할 목적을 위한 조작기(9)의 다른 실시예의 평면도를 도시한다. 광학소자(10), 예컨대 여기서는 렌즈는, 내부 링(즉, 조작기(9)의 이동가능 부품(12))에 있어서의 변형으로부터의 충격을 흡수하는 공지된 방법으로 러그(lug)들을 통해 지지된다. 고정 부품(13)(즉, 여기서는 외부 링) 및 상기 내부 링(12)은 여기서 도시된 예에서는 하나의 부품으로 설계된다. 내부 링(12)과 외부 링(13) 사이의 유연한 연결은, L 모양으로 개재된 연결소자(26)들을 갖는 내부 링(12)과 외부 링(13) 사이의 둘레 슬롯(25)들의 시스템을 통해 이루어진다. L 모양의 연결소자(26)들은 견고한 조인트로서 설계된다. 개략적으로 도시된 피봇 조인트(pivot joint)(27)와 두 개의 선형 드라이브(11)에 추가하여, 상기 연결소자는 내부 링(12)과 외부 링(13) 사이의 유일한 연결을 구성한다.

분리된 조각들을 통해 단일한 조각의 기본적인 형태 내에 끼워지는 둘레 슬롯(25)들은, L 모양으로 약간의 간격으로 차례차례 배치된 두 개의 분리된 조각들에 의해 일정한 간격으로 삽입되고, 그 결과 L 모양의 조각들 사이의 망(web)으로서 연결 소자(26)들을 형성한다. 더욱이, 피봇 조인트(27)는 상기 둘레 슬롯(25)들과 오프세팅하고 겹침으로써 마찬가지로 형성된다. 상기 피봇 조인트(27)는 둘레 슬롯(25)들 사이에 망(web)을 갖는데, 이 영역에서 서로 겹친다. 그러나, 여기에 도시된 하나의 부분인 내부 링(12)과 외부 링(13) 대신에, 용접되거나 본딩되거나 또는 납땜된 구성요소의 형태의 조인트를 통해 연결이 이루어지는 것도 또한 가능하다.

둘레 슬롯(25)들은 외부 링(13)과 내부 링(12) 사이의 상대적으로 큰 절단부(여기서는 도시되지 않음)의 형태를 갖는 두 개의 대향하는 지점에 삽입된다. 선형 드라이브(11) 중 하나는 각각의 경우에 상기 두 절단부 내에 배치된다. 여기서, 각각의 경우에, 구동 서브영역(14)은 외부 링(13)에 연결되며, 비구동 서브영역(15)은 내부 링(12)에 연결된다. 도 6에 따른 원리의 도면에서 상세히 도시되지 않은 이러한 설계는, 또한 조작기(9)의 동작 모드를 변경함 없이 정확히 반대되는 방법으로 설계될 수도 있다. 조작기(9)는 최적화된 힘 보호 및 안전 장치를 갖는 구성으로서 설계된다.

다음의 조건 및/또는 할당은 x-평면/y-평면에서 외부 링(13)에 대한 내부 링(12)의 소망하는 소정의 변위(displacement)를 성취하기 위해 지켜져야 한다.

피봇 조인트(27)는, 내부 링(12)을 변위시키기 위한 선형 드라이브(11)의 이동축(17)의 작용점에 있는 접선 T₁과 T₂가 피봇 조인트(27)에 접하는 접선 T₃과 교차하도록, 상기 선형 드라이브(11)의 두 개의 작용점 사이에 배치되어야 한다. 이 경우에, 두 개의 교점은, 먼저 x-방향으로 내부 링(12)을 변위시키는 선형 드라이브(11) 중 하나를 위한 회전 중심(28)을 형성하고, 다음으로, 다른 하나의 선형 드라이브(11)에 의해 y-방향으로 내부 링(12)을 변위시키기 위한 회전 중심(29)을 형성한다. 회전 중심(28) 및 회전 중심(29)으로부터 중심점까지 또는 광축(21)까지의 각각 두 개의 방사선(30,31)이 서로에 대해 직각을 이룬다는 것이 동시에 보장되어야 한다. 그러므로, 적어도 광축(21) 주변의 작은 영역(32)(도 6에 점선으로 표시된 부분)에서, 두 개의 방사선(30,31)은 두 개의 조절축을 형성하는데, 방사선(31)은 x-축을 정의하고 방사선(30)은 y-축을 정의한다.

그러므로, 제 1 선형 드라이브(11)의 작용이 주어지는 경우, 내부 링(12)은 회전 중심(28)을 중심으로 회전하고, 제 2 선형 드라이브(11)의 작용이 주어지는경우, 내부 링(12)은 회전 중심(29)을 중심으로 회전한다. 이는, 엄격하게 말해서, 어떠한 선형 x-이동 또는 y-이동도 일어나지 않지만, 방사선(30,31)의 반경이 조절 거리 보다 실질적으로 더 크기 때문에, 내부 링(12)의 진행 영역에 대응하는 이미 언급되었던 영역(32)에서 x-y 평면에서의 준-선형 이동이 일어난다는 것을 의미한다. 이동을 조절하는 것을 재설정하기 위하여, 그리고 추가적이고 특별한 하중을 위해 견고성을 증가시키기 위하여, 적당하다면, 판 스프링(도시되지 않음)들이, 외부 링(13) 상의 상기 판 스프링들의 한쪽 단부들에 의해 지지되는 내부 링(12)에 각각 작용하도록 하는 것이 가능하다.

둘레 슬롯(25)과 연결소자(26)의 배치와 구성은 광축(21)(z-축)에 수직한 평면(x-y 평면)에서 높은 탄성력을 가져온다. 더욱이, 높은 견고성이 z-방향으로 제공된다. 이는, 특히, z-방향으로 적당한 길이를 가질 수 있으며 그 결과 z-방향으로 높은 견고성을 보장하는 L 모양의 연결 소자(26)에 근거한다. 연결 소자(26)와 마찬가지로, 피봇 조인트(27)는 예시적인 실시예에서 견고한 조인트를 구성한다. 그러나, 물론, 다른 종류의 조인트가 외부 링(13)에 대한 내부 링(12)의 변위를 구현하는 것 또한 가능하다. 특히, 여기서 피봇 조인트 대신에 제 3 선형 드라이브(11)를 사용하는 것을 구상할 수 있다. 그럼으로써, 그들에 의해 정의되는 평면에서 x-축 및 y-축의 두 축의 각 위치는 변경될 수 있다.

만약 직각으로 진행하는 능력을 원하지 않는다면, 회전 중심(28,29) 및 피봇 조인트(27) 뿐만 아니라 적당하다면 제 3 선형 드라이브(11)에 대한 상술된 할당은 또한 다른 방법으로 이루어질 수도 있다.

상술된 방법으로 설계된 조작기(9)는, 마이크로 리소그래피용 투영 노광 장치(1)의 영역에서, 여기서 특히, 결상 장치(7)에서 발생하는 매우 높은 요구사항들을 충족시킬 수 있다. 그러한 설계에 대한 이상적인 보완은, 이 경우에, 한편으로는 매우 높은 정확성을 가지며, 또 한편으로는 매우 큰 범위, 즉 매우 큰 이동 거리의 가능성을 허용하는 선형 드라이브(11)이다. 마이크로 리소그래피에서의 사용을 위한 그러한 x/y 조작기(9)의 경우에, 해상도에 관해 주어지는 필수 요구사항들은 ±1 내지 2mm의 이동에 대해 대략 15 내지 25nm 정도이다. 여기에서 달성되어야 할 견고성은 어떠한 경우에도 5 N/㎛ 보다 커야 한다. 요구되는 조절력(adjusting force)은 이 경우에 30 N 이상이지만, 이는 선형 드라이브(11)에 대한 문제는 아니다. 선형 드라이브(11)의 설계는 이러한 경우의 사용을 위해 자동잠김을 반드시 허용해야 하는데, 이미 상술된 바와 같이, 이는 적절한 초기응력의 압전소자(18,19)를 갖는 이상적인 경우에 문제 없이 가능하다. 자동잠김은 또한, 예컨대, 충격하중(shock loading)의 경우에, 조절력의 6 내지 8 배 정도 크기의 힘을 보유해야 한다.

이러한 모든 전제조건들은 상술된 설계에 따른 조합에 의해 이상적으로 성취된다.

광학소자(10)(본 경우에 있어서는 미러)를 조작하는 역할을 하는 추가적인 조작기(9)가 도 7에 도시되어 있다. 이 경우에, 조작기(9)의 설계는 기본적인 특성까지 상당히 단순화되었으며, 여기서 도시된 예시적인 실시예에서 광학소자(10)의 카단식 현가부(cardanic suspension)를 포함한다. 상기 조작기(9)에서광학소자(10)의 카단식 현가부는 단지, 이 경우에, 선형 드라이브(11)가 고정 베어링 점을 중심으로 광학소자를 이동시키는, 그러므로 일반적으로 광학소자(10)의 경사를 이동시키는, 모든 종류의 조작기(9)에 대한 원리의 예로서 의도된 것이다.

더욱이, 여기서 도시된 평면 미러에 추가하여, 광학소자(10)는 또한 오목 미러, 프리즘, 빔 스플리터 입방체 등일 수도 있는데, 이들의 조작, 특히 경사 조작은 투영 노광 장치(1)의 결상 장치(7)의 동작 모드를 최적화하도록 요구된다.

도 7 및 도 8에 도시된 예시적인 실시예에 따른 조작기(9)는, 이 경우에, 베어링 및 피봇점(33)을 통해 이동가능 중간 프레임(34)에 연결된 이동가능 부품(12)에 광학소자(10)가 영구적으로 연결되도록 설계된다. 이러한 중간 프레임(34)은 두 개의 추가적인 베어링 및 피봇점(35)을 통해 조작기(9)의 고정 부품(13)에 연결된다. 각각의 베어링 점(33,35)의 서로에 대한 연결 라인들의, 도 7에 도시된, 수직 배치는, 도 8에 도시된 광축(21)에 대한 광학소자(10)의 경사를 허용하는 그 자체로 공지되어 있는 카단식 현가부가 된다. 이 경우에, 요구되는 선형 드라이브(11)는 이전의 도면들에서와 마찬가지로 삼각형들을 통해 도 7에 개략적으로 도시되어 있다.

도 8에 따른 단면도의 원리에서, 이동축(17)을 구비하는 선형 드라이브들(11)이 보다 상세하게 도시되어 있다. 상기 선형 드라이브들 중 하나를 통해 베어링 점(35)에 의해 형성된 회전축을 중심으로 이동가능 중간 프레임(34)이 조작될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 여기서 개략적으로 도시된 예시적인 실시예에서, 상기 선형 드라이브(11)에 의해 상기 중간 프레임(31)을 압박하고, 그리하여, 선형 드라이브(11)와 중간 프레임(34) 사이의 연속 재설정(continuous resetting) 및 무-역회전(zero-backlash) 연결을 가능하게 하는 스프링 장치(36)가 도시되어 있다. 상기 중간 프레임(34)과 이동가능 부품(12) 사이에 도시된 선형 드라이브(11)도 또한 유사한 방법으로 작용한다. 물론, 다른 수단으로 복원력(restoring force)을 구현하는 것도 구상 가능하다. 예컨대, 회전축의 이심적인(eccentric) 배치의 경우에 재설정을 위해 중력이 사용될 수도 있다.

이 경우에, 도 7 및 도 8에 의해 도시된 설계는 단지 개략적으로 선형 드라이브(11)의 사용 가능성을 나타내기 위한 것이다. 즉, 앞선 도면들에서 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 선형 드라이브(11)가 베어링 점들로 작용을 하는 경우에, 또는, 하나 또는 그 이상의 고정 받침점(fulcrum) 또는 베어링 점(33,35)을 중심으로 광학소자(10)를 조작하는데 선형 드라이브(11)들이 사용되는 경우에, 어떠한 다른 설계를 구상하는 것도 역시 물론 가능하다.

다음의 도 9a 내지 도 10b는 결상 장치(7)의 영역에서 더 높은 결상 품질을 성취하기 위한 추가적인 가능성을 도시한다.

렌즈 가열로 인한 수차들의, 발명자에 의해 수행된 분석은, 축에서 벗어난 필드를 가진 광학 시스템의 경우에, 예컨대, 새지털(sagittal) 및 접선 방향 왜곡과 일정한 코마 수차(constant coma)와 같은 단색 수차(monochromatic aberration)들을 제외하고, 예컨대, 스퀘어 필드 프로파일(square field profile)을 갖는 비점수차(astigmatism)나 상면만곡(field curvature)과 같은 회전 대칭 오차들 다음의 가장 큰 오차의 요소를 제공하는 것은 아나모픽(anamorphic) 왜곡과 같은 이색성수차(dichromatic aberration)가 아니다라는 것을 보여준다. 다음의 논의는 코마 수차에 관련된 것이다.

도 9a는 두 개의 렌즈(10,10')들로 형성된 광학 시스템을 도시한다. 렌즈(10,10')들을 통과하는 빔 경로는 물체점(O)로부터 시작하는 것으로 도시되어 있다. 광 다발의 범위를 결정하기 위하여 조리개(diaphram)(37)가 제공된다. 이러한 예에서, 렌즈(10')는 광축(21)에 수직한 축을 중심으로 대략 12°만큼 기울어져 있다. 광빔들이 두 개의 렌즈(10,10')들을 통과한 후에, 상기 광빔들은 영상점(O')에서 다시 교차하여야 한다. 다른 수차들에 추가하여, 렌즈(10')의 경사는 축상의 점(O')에 대한 코마 수차를 유발한다.

영상점(O')에 관한 보다 확대된 도면이 도 9b에 도시되어 있다. 렌즈(10')의 경사와 함께 두 개의 렌즈(10,10')들에 의해 물체점(O)이 점상태(punctiform)의 방식으로 결상될 수 없다는 것을 명확하게 알 수 있다. 주빔(38)과 주변빔(edge beam)(39)은 초점 또는 영상점(O')에서 만나지 않는다. 그 결과는 혜성의 꼬리를 닮았으며 코마 수차로도 불리는 물체점(O')의 비대칭적이고 예리하지 않은 영상이다.

가로 방향의 왜곡 뿐만 아니라 이들 수차들을 보정하기 위해, 본 발명에 따라 새로이 개발된 Z-조작기(9)를 기울일 가능성을 이용하는 것이 가능하다. 이는 도 10a에서 구현되는데, 여기서 렌즈(10)는 Z-조작기로서 설계된다. 빔 경로의 도시를 단순화할 목적으로 본 예시적인 실시예에서는 렌즈(10)과 함께 하는 Z-조작기(9)는 도시되지 않았다. 상기 렌즈(10)는 현재 0.75°만큼 기울어져 있다.도 10b에 도시된 바와 같이, 광학 시스템의 이러한 설계는 렌즈(10')의 기울어짐에 의해 광축(21) 상에 유발되는 큰 범위의 코마 수차를 보정한다. 도 10b에 따른 확대된 상세한 도면은, 영상점(O')에서 주빔(38)과 주변빔(39)이 교차하기 때문에, 실질적으로 보정된 코마 수차를 보여준다. 이러한 시스템에 대해 예상되는 바와 같이, 두 개의 렌즈(10,10')의 강력한 기울어짐으로 인해 다른 수차들도 발생한다. 그러나, 이는 광학 컴퓨터 프로그램의 도움으로 미리 수행된 시뮬레이션 계산을 통해 회피될 수 있다.

특히, 일정한 코마 수차나 가로 방향의 왜곡과 같이 비대칭적 렌즈 가열으로 인한 수차는, 광축(21)에 수직한 렌즈(10)를 변위시킴으로써 또는 렌즈(10)를 기울임으로써 보정될 수 있다.

응용 상의 목적에 따라, 조작될 렌즈들은 특정한 설계를 위해 특별하게 제조될 수 있다. 감도 분석을 수행한 경우, 그 결과의 도움으로, Z-조작기(9)로서 적당하고, 동시에 기울임으로써 단색 오차(코마 수차, 왜곡)를 보정하기에 적당한 렌즈들을 선택하는 것이 가능하다. 그러한 렌즈들의 사용은 실질적으로 향상된 결상 품질을 가져온다.

본 발명에 따른 Z-조작기(9)는 또한 종래의 조작기의 불완전한 동작에 의해 시스템으로 불가피하게 도입되는 오차의 보정을 가능하게 한다.

그러므로, 이러한 종류의 조작기(9)의 도움으로 심지어 단색 수차들을 보정하는 것이 마찬가지로 가능하다.

렌즈들의 조작은 광축(21)을 따른 렌즈(10)들의 z-변위에 의해 또는 렌즈(10)들을 기울임으로써 개별적으로 또는 조합하여 수행될 수 있다. 그러므로, 렌즈 가열에 의해 발생하는 비대칭 수차들을 보정하는 것 역시 이제 가능하다.

Claims (8)

1. 적어도 하나의 광학소자, 및 선형 드라이브를 구비하며 상기 광학소자의 위치를 조작하는 적어도 하나의 조작기를 포함하는 마이크로 리소그래피용 투영 노광 장치의 결상 장치에 있어서,

   상기 선형 드라이브(11)는 이동축(17) 방향으로 서로에 대해 상대적으로 이동이 가능한 구동 서브영역(14)과 비구동 서브영역(15)을 구비하며, 상기 서브영역들(14,15)은 상기 이동축(17)에 적어도 대략 수직한 활동 방향을 갖는 기능소자들(18)을 통해 그리고 상기 이동축(17)에 적어도 대략 평행한 활동 방향을 갖는 기능소자들(19)을 통해 적어도 일시적으로 상호연결되는 것을 특징으로 하는 결상 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기능소자들(18,19)은 압전소자들로서 설계되는 것을 특징으로 하는 결상 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 두 개의 서브영역들(14,15)은 안내수단(바(bar)(20))을 통해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 결상 장치.
4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 광학소자(10)의 조작은, 결상 장치(7)에 영구적으로 연결된 고정부(13)에 상기 선형 드라이브들(11) 중 적어도 하나를 통해 연결된 이동부(12)에 상기 광학소자(10)가 영구적으로 연결되어 있다는 사실에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 결상 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조작기(9)는 상기 광학소자(10)의 광축(21)에 적어도 대략 평행한 이동축(17)을 갖는 세 개의 선형 드라이브들(11)을 구비하며, 상기 광학소자(10)의 위치는 적어도 세 개의 센서(24)에 의해 검출되고, 상기 광축(21) 방향으로의 순수한 이동으로서 조작을 제어하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 결상 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조작기(9)는 상기 광학소자(10)의 광축(21)에 적어도 대략 평행한 이동축(17)을 갖는 세 개의 선형 드라이브들(11)을 구비하며, 상기 광학소자(10)의 위치는 적어도 세 개의 센서(24)에 의해 검출되고, 기울임(tilting) 이동으로서 조작을 제어하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 결상 장치.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광학소자(10)의 조작(9)은 상기 광학소자(10)의 광축(21)에 수직한 평면 내에 놓여 있는 이동축(17)을 가지는 적어도 두 개의 선형 드라이브들(11)에 의해 수행되며, 상기 광학소자(10)의 조작은 상기 광축(21)에 수직한 평면과 동일한 평면 또는 그 평면에 평행한 평면 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 결상 장치.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광학소자(10)는, 상기 광학소자(10)가 탑재된 한 점 또는 축(베어링 점(33 또는 35))을 중심으로 적어도 하나의 선형 드라이브(11)를 통해 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 결상 장치.