KR20150075361A - 광학장치, 투영 광학계, 노광장치, 및 물품의 제조방법 - Google Patents

광학장치, 투영 광학계, 노광장치, 및 물품의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 미러의 반사면을 변형시키는 광학장치로서, 베이스 플레이트와, 상기 미러의 중심을 포함하는 상기 미러의 일부를 상기 베이스 플레이트에 고정하도록 구성된 고정부재와, 상기 미러에 접속되는 제1단부와 상기 베이스 플레이트에 접속되는 제2단부를 각각 갖고, 상기 미러의 이면에 힘을 가하도록 구성된 복수의 액추에이터를 구비하고, 상기 복수의 액추에이터는, 복수의 제1 액추에이터와 복수의 제2 액추에이터를 구비하고, 상기 복수의 제1 액추에이터는, 각 제1 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리가, 상기 중심과 상기 미러의 외주의 거리의 절반보다 길어지도록 배치되어 있는 광학장치를 제공한다.

Description

광학장치, 투영 광학계, 노광장치, 및 물품의 제조방법{OPTICAL APPARATUS, PROJECTION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING ARTICLE}
본 발명은, 미러의 반사면을 변형시키는 광학장치, 이 노광장치를 사용한 투영 광학계 및 노광장치와, 물품의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등에 사용되는 노광장치의 해상도를 향상시키기 위해, 노광장치에 있어서 투영 광학계의 광학수차를 보정하는 것이 요구되어 왔다. 일본국 특개 2005-4146호 공보에는, 투영 광학계에 포함되는 미러의 반사면을 변형시킴으로써 투영 광학계의 광학수차를 보정하는 광학장치가 제안되어 있다.
일본국 특개 2005-4146호 공보에 기재된 광학장치에서는, 미러는 그것의 가장자리부에 있어서 지지부재에 의해 지지되어 있고, 미러의 이면(반사면의 반대측의 면)에 힘을 가하는 복수의 패시브 액추에이터와 복수의 액티브 액추에이터가 설치되어 있다. 복수의 패시브 액추에이터는, 미러의 가공이나 조립에 기인하는 오차 등, 시간의 경과에 대한 형상 변동이 작은 미러의 형상오차를 보정하기 위해서 사용된다. 한편, 복수의 액티브 액추에이터는, 1매의 기판을 노광하는 기간에 생기는 오차 등, 시간의 경과에 대한 형상변동이 큰 미러의 형상오차를 보정하기 위해서 사용된다.
노광장치가 투영 광학계의 광학수차를 실시간으로 고정밀도로 보정하는 것이 요구되고 있기 때문에, 광학장치는, 투영 광학계에 사용되는 미러의 반사면을 고속으로 또한 고정밀도로 변형할 필요가 있다. 이것을 실현하기 위해서는, 액추에이터의 구동에 대한 미러의 반사면의 변형량(미러의 민감도)이 작고, 구동제어를 간단히 행할 수 있다. 본 발명자는, 미러의 중심부를 고정부재에 의해 베이스 플레이트에 고정하는 광학장치에서는, 단위량의 외력을 받았을 때의 변형이 작은(강성이 높은) 액추에이터를 미러의 중심으로부터 먼 위치에 배치함으로써 미러의 민감도를 작게 할 수 있다는 것을 발견하였다. 이와 같이 미러의 민감도를 작게 하는 착상에 대해서는, 일본국 특개 2005-4146호 공보에 기재되어 있지 않다.
본 발명은, 예를 들면, 미러의 반사면을 고속으로 또한 고정밀도로 변형시키는데 유리한 광학장치를 제공한다.
본 발명의 일면에 따르면, 미러의 반사면을 변형시키는 광학장치로서, 베이스 플레이트와, 상기 미러의 중심을 포함하는 상기 미러의 일부를 상기 베이스 플레이트에 고정하도록 구성된 고정부재와, 상기 미러에 접속되는 제1단부와 상기 베이스 플레이트에 접속되는 제2단부를 각각 갖고, 상기 반사면의 반대측의 이면에 힘을 가하도록 구성된 복수의 액추에이터를 구비하고, 상기 복수의 액추에이터는, 복수의 제1 액추에이터와 복수의 제2 액추에이터를 구비하고, 단위량의 외력을 받았을 때에 각 제2 액추에이터의 상기 제1단부와 상기 제2단부의 거리의 변화가 각 제1 액추에이터의 그것보다 크고, 상기 복수의 제1 액추에이터는, 각 제1 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리가, 상기 미러의 중심과 상기 미러의 외주의 거리의 절반보다 길어지도록 배치되어 있는 광학장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징은 첨부된 도면을 참조하여 주어지는 이하의 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a는, 제1실시형태의 광학장치의 구성예를 도시한 개략도다.
도 1b는, 제1실시형태의 광학장치에 있어서의 복수의 액추에이터의 배치예를 도시한 도면이다.
도 2는, 제1 액추에이터를 힌지부재를 개재하여 미러 및 베이스 플레이트에 접속하는 구성을 도시한 개략도다.
도 3은, 제1실시형태의 광학장치의 구성예를 도시한 개략도다.
도 4a는, 제1 액추에이터들과 제2 액추에이터들의 배치에 관한 해석모델 1을 도시한 도면이다.
도 4b는, 제1 액추에이터들과 제2 액추에이터들의 배치에 관한 해석모델 1을 도시한 도면이다.
도 5a는, 제1 액추에이터들과 제2 액추에이터들의 배치에 관한 해석모델 2를 도시한 도면이다.
도 5b는, 제1 액추에이터들과 제2 액추에이터들의 배치에 관한 해석모델 2를 도시한 도면이다.
도 6a는, 제1 액추에이터들과 제2 액추에이터들의 배치에 관한 해석모델 3을 도시한 도면이다.
도 6b는, 제1 액추에이터들과 제2 액추에이터들의 배치에 관한 해석모델 3을 도시한 도면이다.
도 7a는, 해석모델 1에 있어서의 미러의 민감도의 해석 결과를 도시한 도면이다.
도 7b는, 해석모델 2에 있어서의 미러의 민감도의 해석 결과를 도시한 도면이다.
도 7c는, 해석모델 3에 있어서의 미러의 민감도의 해석 결과를 도시한 도면이다.
도 7d는, 각 해석모델 1 내지 3과 반사면의 변형량의 관계를 도시한 도면이다.
도 8은, 제1실시형태의 광학장치의 구성예를 도시한 개략도다.
도 9는, 노광장치의 구성예를 도시한 개략도다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 더욱 상세히 설명한다. 이때, 동일한 참조번호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성요소를 나타내며, 그것의 반복 설명을 생략한다.
제1실시형태
제1실시형태의 광학장치(100)에 대해 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1a는, 제1실시형태의 광학장치(100)를 나타낸 단면도다. 제1실시형태의 광학장치(100)는, 예를 들면, 노광장치의 투영 광학계에 포함되는 미러(1)의 반사면(1a)을 변형시킴으로써 투영 광학계의 광학수차를 보정한다. 제1실시형태의 광학장치(100)는, 베이스 플레이트(6)와, 고정부재(7)와, 복수의 액추에이터와, 복수의 변위 센서(3)와, 제어부(10)를 포함할 수 있다.
미러(1)는, 빛을 반사하는 반사면(1a)과, 반사면(1a)의 반대측의 면인 이면(1b)을 갖고, 미러(1)의 중심을 포함하는 미러(1)의 일부(이하, 중심부)가 고정부재(7)에 의해 베이스 플레이트(6)에 고정되어 있다. 이와 같이 미러(1)의 중심부를 베이스 플레이트(6)에 고정하는 것은, 노광장치의 투영 광학계에 사용된 미러(1)의 중심부는 빛이 조사되지 않는 일이 많아, 미러(1)의 중심부를 변형시킬 필요성이 거의 없기 때문이다.
복수의 액추에이터의 각각은, 미러(1)에 접속되는 제1단부와 베이스 플레이트(6)에 접속되는 제2단부를 갖고, 미러(1)의 이면(1b)에 힘을 가한다. 복수의 액추에이터는, 복수의 제1 액추에이터(2)와 복수의 제2 액추에이터(4)를 포함하고, 단위량의 외력을 받았을 때에 각 제2 액추에이터(4)의 제1단부와 제2단부의 거리의 변화가 각 제1 액추에이터(2)의 그것보다 크다. 이하에서는, 단위 량의 외력을 받았을 때에 제1단부와 제2단부의 거리의 변화를 "강성"으로 부른다.
제1 액추에이터(2)들은, 미러(1)와 베이스 플레이트(6) 사이에 배치되고, 미러(1)의 중심과 미러(1)의 외주 사이의 중간 위치의 외측에 있는 영역(이하, 외측 영역)에 힘을 가한다. 각 제1 액추에이터(2)는, 미러(1)의 이면(1b)에 접속하는 제1단부(2a)와 베이스 플레이트(6)에 접속하는 제2단부(2b)를 갖고, 제1단부(2a)와 제2단부(2b)의 거리를 변화시키도록 변형한다. 이에 따라, 제1단부(2a)가 접속된 이면(1b)의 개소에 힘을 가할 수 있다. 제1 액추에이터(2)로서는, 예를 들면, 피에조 액추에이터, 자왜 액추에이터, 전동의 스크류부재 등, 높은 강성을 갖는 액추에이터가 사용될 수 있다. 여기에서, 도 1에서는, 각 제1 액추에이터(2)의 제1단부(2a)와 미러(1)의 이면(1b)이 직접적으로 접속되고, 제2단부(2b)와 베이스 플레이트(6)가 직접적으로 접속되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 각 제1 액추에이터(2)의 제1단부(2a)와 미러(1)의 이면(1b)이 탄성체나 강체 등을 개재하여 접속되고, 제2단부(2b)와 베이스 플레이트(6)가 탄성체나 강체 등을 개재하여 접속되어도 된다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 것과 같이, 각 제1 액추에이터(2)의 제1단부(2a)와 미러(1)의 이면(1b)이 힌지부재(8)를 개재하여 접속되어도 된다. 또한, 각 제1 액추에이터(2)의 제2단부(2b)와 베이스 플레이트(6)가 힌지부재(8)를 개재하여 접속되어도 된다. 이와 같이 힌지부재(8)를 사용한 결과, 제1 액추에이터(2)의 구동력을, 미러(1)의 형상오차를 일으키는 다른 성분을 거의 발생시키지 않고, 미러(1)의 이면(1b)에 효율적으로 전달시킬 수 있다.
복수의 변위 센서(3)의 각각은, 대응하는 제1 액추에이터(2)의 근방에 설치되어 있고, 제1 액추에이터(2)에 있어서의 제1단부(2a)와 제2단부(2b) 사이의 변위를 검출한다. 이하에서는, 각 제1 액추에이터(2)의 제1단부(2a)와 제2단부(2b) 사이의 변위를 "구동변위"로 부른다. 이와 같이 복수의 변위 센서(3)를 설치한 결과, 각 변위 센서(3)에서 검출된 제1 액추에이터(2)의 구동변위에 근거하여 각 제1 액추에이터(2)의 피드백 제어를 행할 수 있다. 예를 들면, 제1 액추에이터(2)로서 피에조 액추에이터를 사용한 경우, 피에조 액추에이터에는 히스테리시스가 생기므로, 피에조 액추에이터에서 지령값(전압)에 해당하는 구동변위를 얻을 수 없는 일이 있다. 그 때문에, 광학장치(100)에는, 복수의 제1 액추에이터의 각각의 구동상태를 나타내는 정보를 검출하는 센서를 설치하여도 된다. 제1실시형태에서는 해당 센서로서 변위 센서(3)가 사용되고, 구동상태를 나타내는 정보로서 제1 액추에이터(2)의 구동변위가 검출된다. 제1 액추에이터(2)로서 피에조 액추에이터를 사용한 경우, 각 피에조 액추에이터는, 변위 센서(3)에 의해 검출된 구동변위(즉, 변위 센서(3)의 출력)와 목표변위의 차이에 근거한 지령값을 사용하여 피드백 제어된다.
여기에서, 제1실시형태의 광학장치(100)에는, 제1 액추에이터(2)의 구동상태를 나타내는 정보를 검출하는 센서로서 변위 센서(3)가 설치되어 있지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 변위 센서(3) 대신에, 제1 액추에이터의 구동력을 검출하는 힘 센서를 설치해도 된다. 힘 센서는, 각 제1 액추에이터(2)의 제1단부(2a)와 미러(1)의 이면(1b) 사이, 혹은 제2단부(2b)와 베이스 플레이트(6) 사이에 배치될 수 있다. 힘 센서는, 제1 액추에이터(2)의 구동상태를 나타내는 정보로서, 제1 액추에이터(2)가 미러(1)의 이면(1b)에 가하는 힘, 즉, 제1 액추에이터(2)의 구동력을 검출한다. 이와 같이 힘 센서를 설치하는 경우에서는, 힘 센서에 의해 검출된 구동력에 근거하여, 제1 액추에이터(2)가 피드백 제어된다.
이와 같이, 제1 액추에이터(2)에는, 그것의 구동상태를 나타내는 정보를 검출하는 센서를 설치할 필요가 있고, 이들 센서로부터의 출력에 근거하여 제1 액추에이터(2)의 제어가 행해진다. 그 때문에, 미러(1)의 반사면(1a)을 변형할 때의 액추에이터의 코스트와 제어의 복잡함의 관점에서, 제1 액추에이터(2)의 수를 가능한 한 적게 할 수 있다. 제1실시형태의 광학장치(100)에서는, 복수의 제1 액추에이터(2) 이외에, 제1 액추에이터보다 강성이 낮고, 또한 제1 액추에이터(2)보다 수가 많은 복수의 제2 액추에이터(4)가 사용된다.
제2 액추에이터(4)는, 미러(1)와 베이스 플레이트(6) 사이에 배치되고, 미러(1)의 이면(1b)에 힘을 가한다. 제2 액추에이터(4)로서는, 제1 액추에이터(2)보다 강성이 낮은 액추에이터가 사용된다. 예를 들면, 서로 접촉하지 않는 가동부재(4a)와 고정자(4b)를 각각 포함하는 비접촉형의 액추에이터(리니어 모터, 정전 액추에이터, 전자석 등)를 제2 액추에이터(4)로서 사용하면 된다. 가동부재(4a)와 고정자(4b) 중 한쪽(제1단부를 포함한다)이 베이스 플레이트(6)에 고정되고, 다른쪽(제2단부를 포함한다)이 미러(1)의 이면(1b)에 고정된다. 제1실시형태에서는, 가동부재(4a)가 미러(1)의 이면에 고정되고, 고정자(4b)가 부재(5)를 개재하여 베이스 플레이트(6)에 고정되어 있다. 이에 따라, 각 제2 액추에이터(4)는, 미러(1)의 이면(1b)에 힘을 가해서 미러(1)와 베이스 플레이트(6) 사이의 거리를 변경할 수 있다. 여기에서, 제2 액추에이터(4)에는, 제1 액추에이터(2)와 달리, 제2 액추에이터(4)의 구동상태를 나타내는 정보를 검출하는 센서(예를 들면, 변위 센서)를 설치할 필요가 없다. 이것은, 제2 액추에이터(4)로서 사용되는 비접촉형의 액추에이터에는 히스테리시스가 생기기 어려워, 제2 액추에이터(4)에의 지령값(전류 또는 전압)에 해당하는 구동변위를 얻을 수 있기 때문이다. 즉, 제2 액추에이터(4)에 대해서는, 변위 센서의 검출 결과를 사용해서 피드백 제어할 필요가 생기지 않기 때문이다. 또한, 제2 액추에이터(4)는, 제1 액추에이터(2)에 사용되는 것과 같은 강성이 높은 액추에이터와, 거기에 직렬로 접속된 탄성체(코일 스프링, 판 스프링 등)를 포함하도록 구성되어도 된다.
제어부(10)는, CPU, 메모리 등을 갖고, 미러(1)의 반사면(1a)의 형상과 목표 형상의 편차에 근거하여, 제1 액추에이터(2)의 구동과 각 제2 액추에이터(4)의 구동을 피드백 제어한다. 예를 들면, 미러(1)의 반사면(1a)의 형상은, 각 제1 액추에이터(2)에 설치된 변위 센서(3)의 검출 결과에 근거하여 산출되어도 되고, 도 3에 나타낸 것과 같이, 미러(1)의 반사면(1a)의 형상을 계측하는 계측부(30)를 사용하여, 그 계측 결과로부터 미러(1)의 반사면(1a)의 형상을 취득하여도 된다. 계측부(30)는, 예를 들면, 간섭계, 샥-하트만(Shack-Hartmann) 센서일 수 있다. 계측부(30)를 사용하는 경우에는, 변위 센서(3)를 설치하지 않아도 된다. 목표 형상은, 광학장치(100)를 포함하는 투영 광학계의 광학수차가 허용범위 내에 존재하도록 결정될 수 있다.
다음에, 제1실시형태의 광학장치(100)에 있어서 제1 액추에이터(2)와 제2 액추에이터(4)의 배치에 대해 도 1b를 참조하면서 설명한다. 도 1b는, 제1실시형태의 광학장치(100)에 있어서의 액추에이터의 배치예를 도시한 도면이다. 도 1b에 있어서, 검은 원은 제1 액추에이터(2)를 나타내고, 흰 원은 제2 액추에이터(4)를 나타낸다.
노광장치에 있어서는, 투영 광학계의 광학수차를 실시간으로 고정밀도로 보정하는 것이 요구되고 있기 때문에, 광학장치에서는 미러(1)의 반사면(1a)을 고속으로 또한 고정밀도로 변형시킬 수 있다. 제1실시형태의 광학장치(100)에서는, 제1 액추에이터(2)로서, 피에조 액추에이터나 자왜 액추에이터 등 응답 속도가 비교적 높은 액추에이터가 사용된다. 또한, 제2 액추에이터(4)로서도, 리니어 모터, 정전 액추에이터, 전자석 등 응답 속도가 비교적 높은 액추에이터가 사용된다. 제1 액추에이터(2) 및 제2 액추에이터(4)는, 미러(1)의 반사면(1a)의 형상이 목표 형상에 근접하도록 제어부(10)에 의해 제어된다. 이에 따라, 미러(1)의 반사면(1a)을 고속으로 변형시키는 것을 실현할 수 있다.
한편, 미러(1)의 반사면(1a)을 고정밀도로 변형시키기 위해서는, 액추에이터(제1 액추에이터(2)나 제2 액추에이터(4))의 구동에 대한 미러(1)의 반사면(1a)의 민감도(이하, 미러(1)의 민감도)를 작게 할 수 있다. 미러(1)의 민감도는, 예를 들면, 액추에이터를 소정량만큼 구동했을 때에 미러(1)의 반사면(1a)이 겪는 변형량이며, 미러(1)로서 대구경을 갖는 초박형의 미러가 사용되는 경우, 장치가 대구경화되고 초박형으로 됨에 따라 미러(1)의 민감도가 커질 수 있다. 그 때문에, 미러(1)를 고정밀도로 변형시키기 위해서는 매우 높은 구동분해능이 요구되어, 구동제어가 어려워진다. 더구나, 액추에이터의 구동범위와 구동분해능의 비(통상, 다이나믹 레인지로 불린다)가 매우 큰 액추에이터가 요구되고, 이와 같은 넓은 다이나믹 레인지를 갖는 액추에이터를 제조할 수 없다는 것을 생각할 수 있다. 따라서, 특히 대구경을 갖는 초박형의 미러를 미러(1)로서 사용하는 경우에는, 미러(1)의 민감도를 작게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 미러(1)의 민감도를 작게 함으로써, 예를 들면, 미러(1)의 반사면(1a)에 약간의 변형을 생기게 할 때에 제1 액추에이터(2) 및 제2 액추에이터(4)의 제어를 용이하게 할 수 있다. 또한, 미러(1)의 민감도를 작게 함으로써, 액추에이터의 구동력에 오차가 생기는 경우에도, 이 구동력의 오차에 대한 미러(1)의 반사면(1a)의 변형을 작게 할 수 있다. 따라서, 제1실시형태의 광학장치(100)에서는, 미러(1)의 민감도가 작아지도록 제1 액추에이터(2)와 제2 액추에이터(4)가 배치되어 있다. 여기에서, 제1 액추에이터(2)와 제2 액추에이터(4)의 배치에 대한 미러(1)의 민감도를 해석한 결과에 대해, 도 4a∼도 7d를 참조하면서 설명한다.
이하에서, 제1 액추에이터(2)와 제2 액추에이터(4)의 배치가 서로 다른 3개의 해석모델 1 내지 3을 사용하여, 미러(1)의 민감도를 해석한 결과에 대해 설명한다. 미러(1)의 민감도의 해석에 있어서 사용된 미러(1) 및 광학장치(100)의 각 부의 제원은 표 1에 나타낸 것과 같다. 표 1에 있어서, 피에조 액추에이터는 제1 액추에이터(2)로서 사용되고, 리니어 모터는 가동부재(4a)의 자석과, 자석에 갭을 개재하여 대향하도록 배치되는 고정자(4b)의 코일로 각각 이루어지고, 제2 액추에이터(4)로서 사용된다. 미러(1)의 민감도의 해석에서는, 액추에이터(제1 액추에이터(2) 또는 제2 액추에이터(4))를 배치하는 위치는 3개의 해석모델 1 내지 3에서 동일하다. 해석모델 1 내지 3에서는, 표 2에 나타낸 것과 같이, 미러(1)의 중심으로부터 D3/2의 거리만큼 떨어진 제1위치에 8개의 액추에이터가 배치되고, D4/2의 거리만큼 떨어진 제2위치에 16개의 액추에이터가 배치되고, D5/2의 거리만큼 떨어진 제3위치에 16개의 액추에이터가 배치된다.
재료 직경 두께 또는 높이
미러 석영 D2=300mm t1=3mm
고정부재 IC-362A D1=30mm t2=20mm
베이스 플레이트 IC-362A D2=300mm t3=10mm
자석 네오디뮴 d=10mm t4=6mm
피에조 액추에이터 정전 세라믹 d=10mm t2=20mm
제1 위치 D3=60mm 8
제2 위치 D4=170mm 16
제3 위치 D5=280mm 16
우선, 3개의 해석모델 1 내지 3에 대해서, 도 4a 내지 도 6b를 참조하면서 설명한다. 도 4a 및 도 4b는, 제1 액추에이터(2)를 사용하지 않고, 제2 액추에이터(4)만을 배치한 해석모델 1을 도시한 도면이다. 도 4a는, 해석모델 1을 옆(Y 방향)에서 보았을 때의 도면을 나타내고, 도 4b는, 해석모델 1에 있어서의 제2 액추에이터(4)의 배치를 도시한 도면이다. 도 5a 및 도 5b는, 8개의 제1 액추에이터(2)를 제2위치에 동일한 간격으로 배치한 해석모델 2를 도시한 도면이다. 도 5a는, 해석모델 2를 옆(Y방향)에서 보았을 때의 도면을 나타내고, 도 5b는, 해석모델 2에 있어서의 제1 액추에이터(2) 및 제2 액추에이터(4)의 배치를 도시한 도면이다. 도 6a 및 도 6b는, 8개의 제1 액추에이터(2)를 제3위치에 동일한 간격으로 배치한 해석모델 3을 도시한 도면이다. 도 6a는, 해석모델 3을 옆(Y방향)에서 보았을 때의 도면을 나타내고, 도 6b는, 해석모델 3에 있어서의 제1 액추에이터(2) 및 제2 액추에이터(4)의 배치를 도시한 도면이다.
다음에, 해석모델 1 내지 3에 있어서의 미러(1)의 민감도의 해석 결과에 대해, 도 7a 내지 도 7d를 참조하면서 설명한다. 도 7a 내지 도 7d는, 각 액추에이터(제1 액추에이터(2) 또는 제2 액추에이터(4))의 구동력에 1mN의 오차가 생긴 경우에 있어서 미러(1)의 반사면(1a)의 변형량을, 미러(1)의 민감도로서 해석한 결과를 도시한 도면이다. 도 7a는, 해석모델 1에 있어서의 반사면(1a)의 변형량을 나타낸 도면이고, 도 7b는, 해석모델 2에 있어서의 반사면(1a)의 변형량을 나타낸 도면이고, 도 7c는, 해석모델 3에 있어서의 반사면(1a)의 변형량을 도시한 도면이다. 도 7d는, 각 해석모델 1 내지 3과 반사면(1a)의 변형량의 관계를 도시한 도면이다. 도 7a 내지 도 7d에 나타낸 것과 같이, 해석모델 1에서는 반사면(1a)의 변형량이 0.84nmRMS인 반면에, 해석모델 2에서는 반사면(1a)의 변형량이 0.19nmRMS로 작아지고, 해석모델 3에서는 반사면(1a)의 변형량이 0.03nmRMS로 더욱 더 작아진다. 즉, 해석모델 3에서는, 반사면(1a)의 변형량을, 해석모델 1의 변형량의 3.6%로 작게 할 수 있다. 이것은, 미러(1)의 중심부를 고정부재(7)에 의해 베이스 플레이트(6)에 고정하는 광학장치(100)에서는, 미러(1)의 외주에 더 근접하는 개소에서 미러(1)의 강성이 낮아지고, 액추에이터의 구동력에 있어서의 작은 오차에 응답하여 미러(1)가 민감하게 변형할 수 있다는 것을 의미한다.
상기한 해석 결과에 따르면, 미러(1)의 중심부를 고정하는 제1실시형태의 광학장치(100)에서는, 높은 강성을 갖는 제1 액추에이터(2)가, 미러(1)의 이면(1b))에 있어서의 외측 영역에 힘을 가하도록 배치될 수 있다. 즉, 각 제1 액추에이터(2)와 미러(1)의 중심의 거리가 미러(1)의 중심과 미러(1)의 외주의 거리의 절반보다 길어지도록 제1 액추에이터(2)를 배치할 수 있다. 이때, 제1 액추에이터(2)를, 액추에이터의 구동력에 대한 민감도가 가장 커지는 미러(1)의 외주에 가깝게 해서 배치할 수 있다. 예를 들면, 미러(1)의 중심과 미러(1)의 외주 사이의 거리에 대한, 각 제1 액추에이터(2)와 미러(1)의 중심 사이의 거리의 비율이 90% 이상이 되도록, 복수의 제1 액추에이터(2)를 배치하면 된다. 또한, 각 제1 액추에이터(2)와 미러(1)의 중심의 거리가 각 제2 액추에이터(4)와 미러(1)의 중심의 거리 중에서 최대값 이상으로 되도록 제1 액추에이터(2)를 배치되면 된다. 예를 들면, 기판을 노광하기 위한 빛이 조사되는 미러(1)의 반사면(1a)의 부분이 제2 액추에이터(4)에 의해 변형되도록, 제2 액추에이터(4)를 제1 액추에이터(2)의 내측(미러(1)의 중심측)에 배치해도 된다.
여기에서, 미러(1)의 반사면(1a)에 빈번하게 생길 수 있는 2θ 성분을 포함하는 오차를 보정하기 위해, 제1 액추에이터(2) 중 4개의 제1 액추에이터 2a 내지 2d를, 도 1b에 나타낸 것과 같이, 미러(1)의 중심에 대해 같은 각도 간격으로 배치하면 된다. 즉, 4개의 제1 액추에이터 2a 내지 2d를, 인접하는 2개의 제1 액추에이터(2)와 미러(1)의 중심이 이루는 각도가 90도가 되도록 배치하면 된다. 또한, 각 제1 액추에이터(2)와 미러(1)의 중심의 거리가 서로 같아지도록 제1 액추에이터(2)를 배치하면 된다. 이에 따라 각 제1 액추에이터(2)가 유지하는 미러(1)의 질량을 서로 거의 균등하게 할 수 있기 때문에, 미러(1)의 반사면(1a)의 형상이 목표 형상에 근접하도록 제1 액추에이터(2)의 구동 및 각 제2 액추에이터(4)의 구동을 제어하는 것이 더욱 용이해진다. 한편, 미러(1)의 중심과 미러(1)의 외주 사이의 거리에 대한 각 제1 액추에이터(2)와 미러(1)의 중심의 거리의 비율이 같아지도록, 제1 액추에이터(2)를 배치해도 된다. 이것은, 미러(1)의 형상이, 예를 들면, 사각 형상 등과 같이 원형이 아닌 경우에 유효하다.
상기한 것과 같이, 제1실시형태의 광학장치(100)는, 중심부가 고정부재(7)에 의해 베이스 플레이트(6)에 고정된 미러(1)의 이면(1b)에 힘을 가하기 위해, 복수의 제1 액추에이터(2)와 복수의 제2 액추에이터(4)를 포함한다. 제1 액추에이터(2)는, 제2 액추에이터(4)보다 높은 강성을 갖고, 각 제1 액추에이터(2)와 미러(1)의 중심의 거리가 각 제2 액추에이터의 미러(1)의 중심의 거리 중에서 최대값 이상이 되도록 배치된다. 더구나, 각 제1 액추에이터(2)는, 미러(1)의 이면(1b)의 외주 영역에 힘을 가하도록 배치되면 된다. 제어부(10)가, 미러(1)의 반사면(1a)의 형상과 목표 형상의 편차에 근거하여, 제1 액추에이터(2) 및 제2 액추에이터(4)를 제어한다. 이에 따라, 광학장치(100)는, 미러(1)의 반사면(1a)의 형상을 고속으로 또한 고정밀도로 변형시킬 수 있다.
여기에서, 제1실시형태의 광학장치(100)에서는 제1 액추에이터(2)로서 피에조 액추에이터나 자왜 액추에이터 등, 제2 액추에이터(4)보다 높은 강성을 갖는 액추에이터가 사용되었지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 8에 나타낸 것과 같이, 제1 액추에이터(2)는, 제2 액추에이터(4), 즉 리니어 모터, 정전 액추에이터, 전자석 등, 서로 접촉하지 않는 가동부재(20a)와 고정자(20b)를 갖는 액추에이터와 동일한 종류의 액추에이터(20)이어도 된다. 이 경우, 제1 액추에이터(2)로서 기능하는 액추에이터(20)의 근방에 설치된 변위 센서(3)로부터의 출력에 근거하여, 각 액추에이터(20)의 변위량에 대해 서보제어가 행해진다. 이에 따라, 제1 액추에이터(2)에 서보 강성이 가해져, 제1 액추에이터(2)가 마치 그것의 기계적 강성이 증가되는 것과 같은 특성을 나타낸다. 이와 같이 하여 제1 액추에이터(2)의 강성을 제2 액추에이터(4)의 강성보다 높게 할 수 있고, 제1 액추에이터로서 피에조 액추에이터나 자왜 액추에이터 등을 사용한 경우와 유사한 효과를 얻을 수 있다.
노광장치의 실시형태
본 실시형태의 노광장치에 대해, 도 9를 참조하면서 설명한다. 본 실시형태의 노광장치(50)는, 조명 광학계 IL과, 투영 광학계 PO와, 마스크(55)를 유지해서 이동가능한 마스크 스테이지 MS와, 기판(56)을 유지해서 이동가능한 기판 스테이지 WS를 포함할 수 있다. 또한, 노광장치(50)는, 기판(56)을 노광하는 처리를 제어하는 제어부(51)를 포함할 수 있다.
조명 광학계 IL에 포함되는 광원(미도시)으로부터 출사된 빛은, 조명 광학계 IL에 포함되는 슬릿(미도시)을 사용하여, 예를 들면, Y방향으로 긴 원호형의 조명 영역을 마스크(55) 위에 형성할 수 있다. 마스크(55) 및 기판(56)은, 마스크 스테이지 MS 및 기판 스테이지 WS에 의해 각각 유지되어 있고, 투영 광학계 PO를 거쳐 광학적으로 거의 공역인 위치(투영 광학계 PO의 물체면 및 상면의 위치)에 배치된다. 투영 광학계 PO는, 소정의 투영 배율(예를 들면, 1/2배)을 갖고, 마스크(55)에 형성된 패턴을 기판(56)에 투영한다. 마스크 스테이지 MS 및 기판 스테이지 WS를, 투영 광학계 PO의 물체면과 평행한 방향(예를 들면, X방향)으로, 투영 광학계 PO의 투영 배율에 대응하는 속도비로 주사시킨다. 이에 따라, 마스크(55)에 형성된 패턴을 기판(56)에 전사할 수 있다.
투영 광학계 PO는, 예를 들면, 도 9에 나타낸 것과 같이, 평면거울(52)과, 오목 거울(53)과, 볼록거울(54)을 포함하도록 구성될 수 있다. 조명 광학계 IL로부터 출사하여 마스크(55)를 투과한 노광광은, 평면거울(52)의 제1면(52a)에 의해 광로가 절곡되어, 오목 거울(53)의 제1면(53a)에 입사한다. 오목 거울(53)의 제1면(53a)에서 반사한 노광광은 볼록거울(54)에서 반사하여, 오목 거울(53)의 제2면(53b)에 입사한다. 오목 거울(53)의 제2면(53b)에서 반사한 노광광은, 평면거울(52)의 제2면(52b)에 의해 광로가 절곡되어, 기판 위에 결상한다. 이와 같이 구성된 투영 광학계 PO에서는, 볼록거울(54)의 표면이 광학적인 동공으로 된다.
전술한 노광장치(50)의 구성에 있어서, 제1실시형태의 광학장치(100)는, 예를 들면, 미러(1)로서 기능하는 오목 거울(53)의 반사면을 변형하는 장치로서 사용될 수 있다. 제1실시형태의 광학장치(100)를 노광장치(50)에 사용한 결과, 오목 거울(53)의 반사면(제1면(53a) 및 제2면(53b))을 고속으로 또한 고정밀도로 변형시킬 수 있고, 투영 광학계 PO에 있어서의 광학수차를 실시간으로 고정밀도로 보정할 수 있다. 여기에서, 노광장치(50)에 있어서의 제어부(51)는, 광학장치(100)에 있어서의 액추에이터를 제어하기 위한 제어부(10)를 포함하도록 구성되어도 된다.
<물품의 제조방법의 실시형태>
본 발명의 실시형태에 따른 물품의 제조방법은, 예를 들면, 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 본 실시형태의 물품의 제조방법은, 기판에 도포된 감광제에 상기한 노광장치를 사용해서 잠상 패턴을 형성하는 공정(즉, 기판을 노광하는 공정)과, 이와 같은 공정에서 잠상 패턴이 형성된 기판을 현상하는 공정을 포함한다. 또한, 이와 같은 제조방법은, 다른 주지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함한다. 본 실시형태의 물품의 제조방법은, 종래의 방법에 비해, 물품의 성능, 품질, 생산성 및 생산 코스트의 적어도 1개에 있어서 유리하다.
예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.

Claims (16)

  1. 미러의 반사면을 변형시키는 광학장치로서,
    베이스 플레이트와,
    상기 미러의 중심을 포함하는 상기 미러의 일부를 상기 베이스 플레이트에 고정하도록 구성된 고정부재와,
    상기 미러에 접속되는 제1단부와 상기 베이스 플레이트에 접속되는 제2단부를 각각 갖고, 상기 반사면의 반대측의 이면에 힘을 가하도록 구성된 복수의 액추에이터를 구비하고,
    상기 복수의 액추에이터는, 복수의 제1 액추에이터와 복수의 제2 액추에이터를 구비하고,
    단위량의 외력을 받았을 때에 각 제2 액추에이터의 상기 제1단부와 상기 제2단부의 거리의 변화가 각 제1 액추에이터의 그것보다 크고,
    상기 복수의 제1 액추에이터는, 각 제1 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리가, 상기 미러의 중심과 상기 미러의 외주의 거리의 절반보다 길어지도록 배치되어 있는 광학장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 액추에이터 및 상기 복수의 제2 액추에이터는, 각 제1 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리가 각 제2 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리 중에서 최대값 이상이 되도록 배치되어 있는 광학장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 액추에이터는, 각 제1 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리가 서로 같아지도록 배치되어 있는 광학장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 액추에이터는, 상기 미러의 중심과 상기 미러의 외주의 거리에 대한 각 제1 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리의 비율이 서로 같아지도록 배치되어 있는 광학장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 액추에이터들의 수는 상기 제2 액추에이터들의 수보다 적은 광학장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 액추에이터는, 상기 미러의 중심에 대해 같은 각도 간격으로 배치된 4개의 제1 액추에이터들을 포함하는 광학장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 반사면의 형상을 계측하도록 구성된 계측부와,
    상기 계측부에 의해 계측된 상기 반사면의 형상과 목표 형상의 편차에 근거하여, 제1 액추에이터들 및 각 제2 액추에이터들의 구동을 제어하도록 구성된 제어부를 더 구비한 광학장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 액추에이터의 각각의 구동상태를 나타내는 정보를 검출하도록 구성된 센서와,
    상기 센서로부터의 출력에 근거하여, 제1 액추에이터들 및 각 제2 액추에이터들의 구동을 제어하도록 구성된 제어부를 더 구비한 광학장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    각 제1 액추에이터는, 상기 제1단부와 상기 제2단부의 거리를 변화시키도록 변형함으로써 상기 이면에 힘을 가하는 광학장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    각 제1 액추에이터는, 피에조 액추에이터, 자왜 액추에이터 및 스크류부재 중 적어도 1개를 포함하는 광학장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    각 제2 액추에이터는, 서로 접촉하지 않는 고정자와 가동부재를 갖고,
    상기 고정자 및 상기 가동부재 중 한쪽은 상기 이면에 접속되고, 다른 쪽은 상기 베이스 플레이트에 접속되어 있는 광학장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    각 제2 액추에이터는, 리니어 모터, 정전 액추에이터 및 전자석 중 적어도 1개를 포함하는 광학장치.
  13. 미러의 반사면을 변형시키는 광학장치로서,
    베이스 플레이트와,
    상기 미러의 중심을 포함하는 상기 미러의 일부를 상기 베이스 플레이트에 고정하도록 구성된 고정부재와,
    상기 미러에 접속되는 제1단부와 상기 베이스 플레이트에 접속되는 제2단부를 각각 갖고, 상기 반사면의 반대측의 이면에 각각 힘을 가하도록 구성된 복수의 액추에이터를 구비하고,
    상기 복수의 액추에이터는, 복수의 제1 액추에이터와 복수의 제 2 액추에이터를 구비하고,
    단위량의 외력을 받았을 때에 각 제2 액추에이터의 상기 제1단부와 상기 제2단부의 거리의 변화가 각 제1 액추에이터의 그것보다 크고,
    상기 복수의 제1 액추에이터 및 상기 복수의 제2 액추에이터는, 각 제1 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리가 각 제2 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리 중에서 최대값 이상이 되도록 배치되어 있는 광학장치.
  14. 마스크 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계로서, 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 광학장치를 포함하는 투영 광학계.
  15. 기판을 노광하는 노광장치로서, 청구항 14에 기재된 투영 광학계를 포함하는 노광장치.
  16. 물품의 제조방법으로서,
    노광장치를 사용하여 기판 위에 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하여 상기 물품을 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 노광장치는, 상기 기판을 노광하고, 상기 광학장치를 포함하는 투영 광학계를 구비하고,
    상기 광학장치는, 미러의 반사면을 변형시키고,
    베이스 플레이트와,
    상기 미러의 중심을 포함하는 상기 미러의 일부를 상기 베이스 플레이트에 고정하도록 구성된 고정부재와,
    상기 미러에 접속되는 제1단부와 상기 베이스 플레이트에 접속되는 제2단부를 각각 갖고, 상기 반사면의 반대측의 이면에 힘을 가하도록 구성된 복수의 액추에이터를 구비하고,
    상기 복수의 액추에이터는, 복수의 제1 액추에이터와 복수의 제2 액추에이터를 구비하고,
    단위량의 외력을 받았을 때에 각 제2 액추에이터의 상기 제1단부와 상기 제2단부의 거리의 변화가 각 제1 액추에이터의 그것보다 크고,
    상기 복수의 제1 액추에이터는, 각 제1 액추에이터와 상기 미러의 중심의 거리가, 상기 미러의 중심과 상기 미러의 외주의 거리의 절반보다 길어지도록 배치되어 있는, 물품의 제조방법.
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