KR100578140B1 - 변위 측정을 위한 간섭계 시스템 및 이를 이용한 노광 장치 - Google Patents

변위 측정을 위한 간섭계 시스템 및 이를 이용한 노광 장치 Download PDF

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Abstract

변위 측정을 위한 간섭계 시스템 및 이를 이용한 노광 장치를 제공한다. 이 간섭계는 광선을 발생시키는 광원, 광선을 기준 광선과 측정 광선으로 나누는 광분배기, 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 기준 거울, 측정 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 변위 변환기 및 방향 변경된 기준 광선과 측정 광선을 측정하기 위한 검출기를 구비한다. 변위 변환기는 측정 광선의 진행 방향에 수직한 변위를 측정 광선의 경로 차이로 변환시키기 위해 투과형 격자 또는 반사형 격자를 이용한다.

Description

변위 측정을 위한 간섭계 시스템 및 이를 이용한 노광 장치{Interferometer System For Measuring Displacement And Exposure System Using The Same}
도 1은 마이켈슨 간섭계의 기본 구조를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 통상적인 X-Y 스테이지 시스템 및 이 스테이지 시스템의 위치를 측정하기 위한 변위 간섭계를 설명하기 위한 장치 구성도이다.
도 3a 내지 도 3c는 투과형 격자를 사용하는 변위 간섭계를 구비하는 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 장치 구성도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 반사형 격자를 사용하는 변위 간섭계를 구비하는 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 장치 구성도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 회절 격자에서 발생하는 회절 현상을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 변위 간섭계들에서 변위가 광경로차이로 변환되는 원리를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 변위 간섭계를 구비하는 변위 간섭계 시스템의 실시예들을 설명하기 위한 장치 구성도들이다.
도 10a 및 도 10b는 z 방향의 변위를 측정하기 위한 변위 간섭계의 변위 변환기들을 설명하기 위한 장치도들이다.
도 11은 본 발명에 따른 변위 간섭계를 구비하는 스캔형 노광 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 레티클이 y 방향으로 운동함에 따라 유발되는 x 방향의 변위를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 광학 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 변위 측정을 위한 간섭계 시스템 및 이를 이용한 노광 장치에 관한 것이다.
에테르의 존재를 확인하기 위한 1887년의 마이켈슨-몰리의 실험(Michelson-Moley's experiment)에서 마이켈슨 간섭계가 사용된 이래로, 간섭계(interferometer)는 정밀한 측정이 요구되는 다양한 분야에서 사용되고 있다. 상기 간섭계는 계측 대상을 1nm 수준의 정밀도로 측정할 수 있기 때문에, 반도체 장치의 노광 공정, 다이아몬드 연마 공정(diamond turning), 정밀 기계 가공(precision processing) 등과 같은 정밀 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 1960년에 레이저가 개발된 이후, 상기 레이저를 간섭계의 광원으로 이용하는 레이저 간섭계는 더욱 다양한 분야에서 더욱 정밀한 측정을 가능하게 만들었다.
원리적으로, 상기 간섭계는 기준 광선의 고정된 경로 길이(a fixed optical path length of reference beam)에 대해 계측 대상(target object)을 경유하는 측정 광선(measuring beam)의 광경로 길이(optical path length)가 달라질 경우 나타 나는 간섭 현상이라는 물리적 현상(the physical phenomenon of interference of light)을 이용하는 광학 장치이다. 도 1은 상기 마이켈슨 간섭계의 기본 구조를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 광원(light source, S)에서 나온 광파(lightwave)는 광분배기(beam splitter, BS)에 의해 각각 기준 거울(reference mirror, M1)과 운동 거울(moving mirror, M2)을 향해 진행하는 기준 광선(reference beam, RB) 과 측정 광선(measuring beam, MB)으로 나누어진다. 상기 기준 광선(RB)과 상기 측정 광선(MB)은 각각 상기 기준 거울(M1)과 상기 운동 거울(M2)에 의해 반사되어 상기 광분배기(BS)로 다시 돌아온다. 이후, 상기 기준 광선(RB)의 일부는 상기 광분배기(BS)를 통과하여 검출기(D)로 입사되고, 상기 측정 광선(MB)의 일부도 상기 광분배기(BS)에서 반사되어 상기 검출기(D)로 입사된다. 상기 검출기(D)로 입사된 상기 기준 광선(RB)과 상기 측정 광선(MB)은 서로 중첩(superpose)되어 간섭 무늬(interference fringe)를 형성한다.
알려진 것처럼, 이러한 간섭 현상은 아래 식 (1)에 의해 수학적으로 기술될 수 있다. 식(1)에서, I, I1 및 I2는 각각 상기 간섭 무늬, 상기 기준 광선 및 상기 측정 광선의 세기들(intensities)이고, δ는 상기 기준 광선(RB)과 상기 측정 광선(MB) 사이의 상대적인 위상차이다.
(식 1)
Figure 112004045605367-pat00001
상기 간섭 무늬의 세기의 변화는 상기 위상차(δ)에 의해 유발된다. 따라서, 상기 검출기(D)에서 측정되는 간섭 무늬가 이동하는 수를 측정하면, 상기 운동 거울(M2)의 위치는 아래 식 (2)에 의해 계산될 수 있다.
(식 2)
Figure 112004045605367-pat00002
이때, X는 상기 운동 거울(M2)의 변위(displacement)이고, X0는 초기 위치(initial position)이고, N은 간섭 무늬의 개수(fringe number)이고, λ는 사용된 광파의 파장(wavelength)이다.
도 2는 통상적인 종래 기술에 따른 X-Y 스테이지 시스템 및 이 스테이지 시스템의 위치를 측정하기 위한 변위 간섭계(displacement interferometer)를 설명하기 위한 장치 구성도이다.
도 2를 참조하면, X-Y 스테이지 시스템(10)은 고정된 스테이지 베이스(12), 상기 스테이지 베이스(12)의 상부에 배치된 하부 스테이지(14) 및 상기 하부 스테이지(14)의 상부에 배치된 상부 스테이지(16)를 구비한다.
상기 하부 스테이지(14)는 상기 스테이지 베이스(12)에 대해 x 방향으로 움직일 수 있고, 상기 상부 스테이지(16)는 상기 하부 스테이지(14)에 대해 y 방향으로 움직일 수 있다. 이에 따라, 상기 상부 스테이지(16)는 상기 스테이지 베이스(12)에 대해 x 및 y 방향으로의 2차원적 운동이 가능하다.
상기 X-Y 스테이지 시스템(10)의 주위에는 상기 상부 스테이지(16)의 x 위 치, y 위치 및 좌우요동(yaw)을 측정하기 위한 간섭 광학 시스템이 배치된다. 상기 간섭 광학 시스템은 소정 파장의 레이저를 생성시키는 광원(50), 상기 광원(50)에서 방출되는 레이저 광선(55)을 분배하는 광분배기들(1, 2, 3, 4), 상기 광분배기들(1, 2, 3, 4)에 의해 분리된 레이저 광선들(55)을 이용하여 상기 상부 스테이지(16)의 x 위치, y 위치 및 좌우요동(yaw)을 각각 측정하는 x, y 및 yaw 간섭계들(20, 30, 36)을 포함한다. 이에 더하여, 상기 X-Y 스테이지 시스템(10)의 주위에는 온도 및 압력 등과 같은 환경적 변화를 모니터링하기 위해, 공기의 굴절률(refractive index)을 측정하는 파장 추적기(wavelength tracker, 40)가 배치될 수도 있다.
상기 x-간섭계(20)는 x-측정 거울(21), x-광분배기(22) 및 x-검출기(23)로 구성되고, 상기 y-간섭계(30)는 y-측정 거울(31), y-광분배기(32) 및 y-검출기(33)로 구성되고, 상기 yaw 간섭계(36)는 상기 y-측정 거울(31), yaw-광분배기(34) 및 yaw-검출기(35)로 구성된다. 상기 x-측정 거울(21) 및 상기 y-측정 거울(31)은 상기 상부 스테이지(16)의 위치 변화에 따른 광경로 차이(optical path difference)를 만들 수 있도록, 상기 상부 스테이지(16)의 측벽들에 부착되며, 이들의 방향은 각각 x 및 y 방향에 평행하다. 또한, 상기 x-광분배기(22), 상기 y-광분배기(32) 및 상기 yaw-광분배기(34)는 각각 기준 광선을 형성할 수 있도록, 내부에 기준 거울들을 구비한다.
상기 x-측정 거울(21) 및 상기 y-측정 거울(31)을 제외한 상기 간섭 광학 시스템의 다른 구성 요소들은 상기 스테이지 베이스(12)에 대해 고정된다. 이에 따 라, 상기 상부 스테이지(16)는 상기 광원(50)에 대하여 2차원적 상대 운동이 가능하다. 한편, 상기 상부 스테이지(16)의 상대 운동을 측정하기 위해서는, 상기 x 및 y 측정 거울들(21, 31)로 입사되는 레이저 광선(55)이 정상적으로 반사될 수 있어야 한다. 이를 위해, 상기 측정 거울들은 정상적인 반사를 보장할 수 있는 크기로 제작되어야 한다. 예를 들어, 상기 x-측정 거울(21)의 크기가 충분하지 않을 경우, 상기 상부 스테이지(16)의 y-방향 운동에 의해 상기 x-측정 광선(55x)은 상기 x-측정 거울(21)을 벗어날 수 있다. 이러한 벗어남을 예방하기 위해, 상기 x-측정 거울(21)은 상기 x-광분배기(22)에 대한 상기 상부 스테이지(16)의 y 방향 최대 변위보다 큰 크기로 제작되어야 한다. 이러한 측정 거울의 크기와 관련된 요구는 상기 y 측정 거울(31)에서도 동일하다.
한편, 반도체 제조 공정과 같은 정밀 산업 분야에서 사용되는 스테이지의 경우, 상기 스테이지의 움직임은 매우 높은 정밀도로 제어되어야 한다. 이러한 정밀한 제어를 위해서는, 변위 측정을 위해 사용되는 간섭계의 측정 거울들 역시 매우 높은 균일도를 갖도록 가공되어야 한다. 특히, 노광 장치의 경우, 상기 측정 거울의 표면 균일도는 웨이퍼로 전사된 패턴의 변형(distortion) 및 중첩정밀도(overlay)에 직접적인 영향을 미친다는 점에서, 수 nm 수준의 균일도가 요구되고 있다.
하지만, 상술한 것처럼, 측정 거울의 크기는 측정 광선의 벗어남을 방지할 수 있는 큰 크기로 제작되어야 한다는 점에서, 상기 측정 거울을 수 nm 수준의 높은 균일도로 제작하는 것은 매우 어렵고 비용이 많이 소요되는 과정이다. 이에 더 하여, 측정 거울의 표면 균일도는 중력, 온도 변화, 운동에 따른 가속 등에 의해 감소될 수 있기 때문에, 상기 측정 거울의 균일도를 같은 수준으로 유지하기 위해서는 고비용이 소요되는 유지/보수 과정을 지속적으로 수행해야 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제작 및 유지 보수가 용이한 변위 간섭계를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 운동체의 변위를 개선된 정밀도로 측정할 수 있는 변위 간섭계를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개선된 정밀도로 레티클 스테이지의 변위를 측정할 수 있는 변위 간섭계를 구비하는 스캔형 노광 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제 1 방향으로 배치되는 측정 거울없이 운동체의 제 1 방향 변위를 측정할 수 있는 변위 간섭계를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명은 운동체의 x 방향의 변위를 y 방향으로 진행하는 측정 광선의 경로 차이로 변환시키는 변위 변환기를 구비하는 변위 간섭계를 제공한다. 이 변위 간섭계는 광선을 발생시키는 광원(light source), 상기 광선을 기준 광선(reference beam)과 측정 광선(measurement beam)으로 나누는 광분배기(beam splitter), 상기 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 기준 거울(reference mirror), 상기 측정 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 변 위 변환기(displacement converter) 및 상기 방향 변경된 기준 광선과 측정 광선을 측정하기 위한 검출기(detector)를 구비한다.
이때, 상기 측정 광선의 진행 방향에 수직한 변위(displacement, ΔD)는 상기 변위 변환기에 의해 상기 측정 광선의 경로 차이(path difference, ΔP)로 변환된다. 이를 위해, 상기 변위 변환기는 투과형 격자 또는 반사형 격자를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 변위 변환기는 상기 투과형 회절격자(transmission grating) 및 상기 투과형 회절격자에 대해 소정의 경사각(β)을 형성하면서 상기 투과형 회절격자로부터 이격되어 배치되는 변위 거울(displacement mirror)을 구비한다. 이 경우, 상기 투과형 회절격자 및 상기 변위 거울은 상기 경로 차이(ΔP), 상기 경사각(β) 및 상기 변위(ΔD) 사이에 ΔP=2·ΔD·sinβ의 관계가 성립하도록 배치된다. 이때, 상기 투과형 회절격자는 상기 측정 광선의 진행 방향에 수직하게 배치되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 변위 거울은 상기 투과형 회절 격자에 의해 회절되는 상기 측정 광선의 1차 회절광을 반사시킬 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 투과형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고, 상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 측정 광선의 진행 방향이 이루는 각도가 α이고, 상기 광선의 파장이 λ인 경우, 상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 변위 거울의 경사각 β는 상기 측정 광선의 1차 회절광의 회절 각도를 기술하는 arcsin(λ/d - sinα)인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 변위 변환기는 상기 측정 광선의 진행 방향에 대해 소정의 경사각(β)을 형성하면서 배치되는 반사형 회절격자(reflection grating)를 구비한다. 이 경우, 상기 반사형 회절격자는 상기 경로 차이(ΔP), 상기 경사각(β) 및 상기 변위(ΔD) 사이에 ΔP=2·ΔD·sinβ의 관계가 성립하도록 배치된다.
앞서의 실시예와 유사하게, 상기 반사형 회절 격자로부터 상기 광분배기로 되돌아가는 광선은 1차 회절 광선인 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 반사형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고, 상기 광선의 파장이 λ인 경우, 상기 측정 광선의 진행 방향에 대한 상기 반사형 회절격자의 경사각 β는 상기 측정 광선의 1차 회절 광선의 회절 각도를 기술하는 arcsin(λ/d)인 것이 바람직하다.
한편, 상술한 변위 변환기의 구조와는 별개로, 상기 광분배기, 상기 검출기, 상기 기준 거울 및 상기 변위 변환기 사이의 위치적 가변성에 따른 변형된 실시예들이 가능하다.
예를 들면, 상기 광분배기, 상기 검출기, 상기 기준 거울 및 상기 변위 변환기 사이의 상대적 위치가 고정되는 실시예가 가능하다. 이러한 실시예에 따르면, 상기 고정된 광원에 대해, 상기 광분배기, 상기 검출기, 상기 기준 거울 및 상기 변위 변환기가 함께 운동한다(co-moving). 도 3a 및 도 4a는 이 실시예와 관련된 기술적 내용을 포함하는 변위 간섭계를 설명하기 위한 도면들이다. 이 실시예에 따르면, 상기 검출기에서 측정되는 결과는 상기 측정 광선의 진행 방향에 대해 수직 한 방향으로 운동하는 변위 변환기의 변위가 독립적으로 측정될 수 있다.
또한, 상기 광분배기, 상기 기준 거울 및 상기 변위 변환기 사이의 상대적 위치가 고정되는 변형된 실시예가 가능하다. 이러한 변형된 실시예에 따르면, 상기 고정된 광원 및 검출기에 대해 상기 광분배기, 상기 기준 거울 및 상기 변위 변환기는 함께 운동한다. 도 3b 및 도 4b는 이 실시예와 관련된 기술적 내용을 포함하는 변위 간섭계를 설명하기 위한 도면들이다. 이 변형된 실시예의 경우 역시, 상기 검출기에서 측정되는 결과는 상기 측정 광선의 진행 방향에 대해 수직한 방향으로 운동하는 변위 변환기의 변위가 독립적으로 측정된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 광분배기, 상기 검출기 및 상기 기준 거울 사이의 상대적 위치는 고정되지만, 상기 변위 변환기는 상기 광분배기, 상기 검출기 및 상기 기준 거울에 대해 상대적 위치가 변할 수 있다. 도 3c 및 도 4c는 이 실시예와 관련된 기술적 내용을 포함하는 변위 간섭계를 설명하기 위한 도면들이다. 이 실시예에 따르면, 상기 검출기에서 측정되는 변위는 상기 측정 광선의 진행 방향에 수직한 변위 및 평행한 변위가 더하여진 결과이다. 이 경우, 상기 수직한 변위를 결정하기 위해서는, 상기 측정 광선의 진행 방향에 평행한 변위가 독립적으로 측정되어야 한다.
상기 측정 광선의 진행 방향에 수직한 변위를 결정하기 위하여, 상기 평행한 변위를 측정하는 제 2 변위 간섭계를 더 구비하는 시스템들은 도 7 내지 도 9에 도시된 도면들을 통해 설명될 수 있다. 이 시스템들은 상기 측정 광선의 진행 방향에 평행한 변위 및 수직한 변위를 결정하기 위하여, 상기 검출기들에 연결되는 제어기 를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 회절 격자를 사용하는 변위 간섭계는 x-y 스테이지의 z 변위를 측정하기 위해 사용될 수도 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 회절 격자를 사용하는 변위 간섭계는 적어도 2개 필요하다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 변위 간섭계 시스템은 x-y 스테이지의 x 좌표, y 좌표 및 좌우요동(yaw)을 결정하기 위해, 한 개의 회절 격자를 사용하는 변위 간섭계와 두 개의 일반적인 변위 간섭계들로 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 변위 간섭계 시스템들은 노광 장치의 스테이지 위치 측정 시스템으로 사용될 수 있다. 특히, 스캔형 노광 장치의 경우, 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 변위 간섭계 시스템들은 레티클 스테이지의 위치 측정을 위해 사용될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예들에 따른 변위 간섭계를 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 변위 간섭계는 광원(light source, 100), 광분배기(beam splitter, 111), 기준 거울(reference mirror, 141), 검출기(detector, 131) 및 변위 변환기(displacement converter, 121)를 구비한다.
상기 광원(100)은 측정 과정에서 사용될 소정 파장의 광선을 발생시킨다. 상기 광선은 단일 주파수 레이저, 2중 주파수 레이저, 다중 주파수 레이저, 램(Lamb) 레이저, 지만(Zeeman) 레이저, 인버티드 램 레이저 및 스펙트랄 광선 중의 한가지를 사용할 수 있다. 상기 광원(100)에서 생성된 광선은 상기 광분배기(111)에서 각각 상기 기준 거울(141) 및 상기 변위 변환기(121)를 향해 진행하는 기준 광선(211)과 측정 광선(201)으로 나누어진다. 이를 위해, 상기 광분배기(111)는 입사된 빛의 일부분은 반사시키고 다른 일부분은 투과시킬 수 있는 반투명 거울(half mirror)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 기준 거울(141)은 입사된 기준 광선(211)을 상기 광분배기(111)로 반사시킨다. 바람직하게는, 상기 기준 거울(141)에서 반사되는 기준 광선(211)의 방향은 상기 기준 거울(141)로 입사되는 기준 광선(211)의 방향에 정반대이다. 이를 위해, 상기 기준 거울(141)은 평면 거울(plane mirror), 코너 큐브(corner cube), 각 반사경(angular reflector) 및 재귀 반사경(retro-reflector) 중의 한가지일 수 있다.
상기 변위 변환기(121)는 입사된 측정 광선(201)을 상기 광분배기(111)로 반사시킨다. 이때, 상기 변위 변환기(121)는 상기 측정 광선(201)의 진행 방향(즉, y 방향)에 수직한 변위(ΔD)를 상기 측정 광선(201)의 경로 차이(ΔP)로 변환시키도록 구성된 광학 장치이다. 이를 위해, 상기 변위 변환기(121)는 회절격자 (diffraction grating)를 포함할 수 있다.
상기 회절 격자(diffraction grating)는 사용되는 빛의 파장과 유사한 길이로 이격된 반사체들 또는 투과체들의 집합이다. 다시 말해, 상기 회절 격자는 투명한 스크린 내에 형성된 투명한 슬릿(slits) 패턴들이거나, 기판 상에 형성된 반사형 홈들(reflecting grooves)의 집합을 의미한다. 반사형 격자(reflection grating)는 반사 표면 상에 형성된(superimposed) 격자로 구성되는 반면, 투과형 격자(transmission grating)는 투명 표면 상에 형성된 격자로 구성된다. 또한, 상기 회절 격자로 입사되는 전자기파는 회절에 의해 위상 또는 진폭이 소정의 방식으로 바뀐다. 본 발명에 따르면, 상기 변위 변환기(121)가 투과형 격자를 이용하는 실시예들(도 3a 내지 도 3c 참고) 및 반사형 격자를 이용하는 실시예들(도 4a 내지 도 4c 참조)이 모두 가능하다.
도 5a 내지 도 5c는 회절 현상을 설명하기 위한 도면들이다. 도 5a 및 도 5b는 각각 소정의 입사광(incident light)이 반사형 격자 및 투과형 격자로 입사될 때 발생하는 회절 현상을 도시하는 도면들이다. 상기 반사형 격자는 입사광과 회절광이 격자의 같은 쪽에 놓이고(도 5a 참조), 상기 투과형 격자는 입사광과 반사광이 격자의 반대편에 놓이는 특징을 갖는다(도 5b 참조). 도 5c는 회절을 기하학적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 파장이 λ인 광선이 홈간격(groove spacing 또는 피치(pitch))이 d인 격자에 대해 각도 α로 입사된 후, 각도 βm으로 회절된다. 상기 입사각 α과 회절각 βm은 모두 (도면들의 중앙에, 격자 표면에서 수직한 점선으로 그려진) 격자 법선(grating normal)으로부터 측정된다. 이러한 각도의 부호 표기(the sign convention for these angles)는 광선이 입사광과 비교할 때 격자에 대해 같은 쪽인가 다른 쪽인가에 따라 결정된다. 예를 들어, 도 5a에서, 각도 α 및 β1은 양수이고 각도 β0 및 β-1은 음수이다.
한편, 도 5c에 도시된 것처럼, 인접하는 홈들을 지나는 광선의 경로 차이는 d sinα + d sinβ이다. 간섭 원리(interference principle)에 따르면, 이러한 경로 차이가 빛의 파장 λ 또는 그 정수배와 같을 때, 인접하는 홈들을 지나는 광선은 같은 위상을 갖게 되어, 보강 간섭(constructive interference)을 일으킨다. 다른 모든 β에서는 얼마간의 상쇄 간섭이 나타난다. 이러한 보강 간섭 조건에 의해, 입사각 α, 회절각 βm, 피치 d 및 파장 λ 사이에는 아래와 같은 격자 방정식(grating equation)이 성립한다.
(식 3)
mλ=d(sinα + sinβ)
위 식 (3)에서, m은 회절 차수(diffraction order or spectral order)를 나타내는 정수이다. 식 (3)에 따르면, 소정의 회절 차수(m)에 상응하는 회절각(βm)은 아래 식 4에 의해 구해질 수 있다.
(식 4)
βm(λ)=arcsin(mλ/d - sinα)
다시 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상기 변위 변환기(121)는 투과형 격자(transmission grating, TG) 및 변위 거울(displacement mirror, DM)로 구성된다. 상기 측정 광선(201)이 상기 투과형 격자(TG)에 수직하게 입사될 수 있도록, 상기 투과형 격자(TG)의 법선(normal)과 상기 측정 광선(201)의 진행 방향은 평행한 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따르면, 상기 변위 거울(DM)은 상기 투과형 격자(TG)와 소정의 각도를 이루면서 배치된다. 바람직하게는, 상기 변위 거울(DM)은 상기 투과형 격자(TG)에서 방출되는 1차 회절광을 정반대 방향으로 반사시킬 수 있도록 배치된다. 이를 위해, 상기 변위 거울(DM)의 면방향은 상기 1차 회절광의 방향에 평행하도록, 상기 투과형 격자(TG)의 법선에 대해 아래 식 5에 의해 기술되는 각도 β1로 배치된다.
(식 5)
β1(λ)=arcsin(λ/d)
도 6a 및 도 6b는 상기 변위 변환기(121)가 상기 회절 격자를 이용하여 상기 변위(ΔD)를 광경로차이(optical path difference, OPD)로 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 도 6a 및 도 6b는 각각 상기 변위변환기(121)로 투과형 격자(TG) 및 반사형 격자(RG)가 사용되는 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a를 참조하면, 제 1 측정광(L1) 및 제 2 측정광(L2)이 투과형 격자(TG)의 표면에 수직하게 입사된다고 하자. 상기 제 1 및 제 2 측정광들(L1, L2)은 동일 한 파장 λ을 가지면서 거리 ΔDx만큼 이격되어 상기 투과형 격자(TG)에 입사되고, 상기 투과형 격자(TG)에 형성된 홈들(grooves)의 피치는 d이다. 이 경우, 상기 제 1 및 제 2 측정광들의 일차 회절광들(LF1, LF2)은 상기 투과형 격자(TG)의 법선에 대해 위 식 5에 의해 결정되는 각도 β1로 진행한다.
변위 거울(DM)이 상기 투과형 격자(TG)에 대해 경사지게 배치될 경우, 상기 변위 거울(DM)까지 진행된 상기 제 1 및 제 2 측정광들의 일차 회절광들(LF1, LF2)의 경로 길이는 서로 달라진다. 도시된 것처럼, 상기 변위 거울(DM)이 상기 일차 회절광들(LF1, LF2)의 방향에 수직한 방향으로 배치되는 경우, 상기 일차 회절광들(LF1, LF2)이 상기 투과형 격자(TG)와 상기 변위 거울(DM) 사이를 왕복하는 동안 발생하는 총경로 길이의 차이(ΔP)는 아래 식 6과 같이 기술될 수 있다.
(식 6)
ΔP= 2·ΔDx·sin β1
식 6은 일차 회절광의 회절각을 규정하는 위 식 5에 의해 아래 식 7과 같이 표현될 수 있다.
(식 7)
ΔP= 2·ΔDx λ/d
도 6b를 참조하면, 피치가 d인 홈들을 갖는 반사형 격자(RG)가 상기 변위변환기(121)로서 사용될 수있다. 이 경우, 상기 반사형 격자(RG)를 거리 ΔDx만큼 이격된 상기 제 1 및 제 2 측정광들(L1, L2)의 진행 방향에 대해 식 5에 의해 기술되 는 각도(β1)로 배치한다면, 상기 반사형 격자(RG)에서 방출되는 1차 회절광들(LF1, LF2)은 상기 측정광들(L1, L2)의 진행 방향의 정반대 방향으로 진행한다. 이 경우, 상기 제 1 및 제 2 측정광들(L1, L2) 사이에는, 위 식 6 및 7에 의해 기술되는 경로 길이의 차이가 발생한다.
다시 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상기 기준 거울(141) 및 상기 변위 변환기(121)로부터 반사된 상기 기준 광선(211)과 상기 측정 광선(201)은 상기 광분배기(111)로부터 상기 검출기(131)로 입사된다. 상기 검출기(131)는 상기 기준 광선(211)과 상기 측정 광선(201)의 중첩에 의해 형성되는 간섭 무늬(interference fringe)를 센싱한다. 이때, 센싱되는 간섭 무늬의 변화는 위 식 6 및 7에 의해 기술되는 광경로 차이에 의해 결정된다.
도 3a에 도시된 실시예에 따르면, 상기 광분배기(111), 상기 기준 거울(141), 상기 변위 변환기(121) 및 상기 검출기(131)는 소정의 운동체(150)에 고정되어 설치된다. 이에 따라, 상기 운동체(150)의 위치가 변하더라도, 상기 광분배기(111)와 상기 기준 거울(141) 사이의 거리 및 상기 광분배기(111)와 상기 변위 변환기(121) 사이의 거리는 변하지 않는다. 따라서, 상기 운동체(150)가 상기 측정 광선(201)의 진행 방향(즉, y 방향)으로 운동하는 경우, 상기 측정 광선(201)과 상기 기준 광선(211) 사이의 위상은 동일하게 유지된다.
하지만, 상기 운동체(150)가 상기 측정 광선(201)의 진행 방향에 수직한 방향(즉, x 방향)으로 운동하는 경우, 상기 변위 변환기(121)에서 반사되는 측정 광 선(201)의 경로 길이는 바뀐다. 그 결과, 상기 측정 광선(201)과 상기 기준 광선(211) 사이의 위상차는 상기 측정 광선(201)의 경로 길이 변화(ΔP)에 상응하여 변하고, 이러한 위상차의 변화는 상기 검출기(131)에서 센싱하는 간섭 무늬의 변화로 관찰된다. 상기 경로 길이의 변화에 따른 간섭 무늬의 변화는 종래 기술에서 설명한 식 (1)에 의해 기술될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 검출기(131)는 상기 운동체(150)와 함께 운동하지 않고, 상기 광원(100)에 대한 위치가 고정될 수도 있다(도 3b 참조). 이를 위해, 상기 검출기(131)는 상기 측정 광선(201) 및 상기 기준 광선(211)을 수신할 수 있도록, 상기 변위 변환기(121)와 상기 광분배기(111)을 연결하는 연장선 상에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 광분배기(111)와 상기 검출기(131) 사이에는, 상기 광원(100)에서 나오는 광선과 상기 검출기(131)로 진행하는 광선을 나누기 위한 또다른 광분배기(169)가 배치될 수 있다.
도 3c에 도시된 실시예에 따르면, 상기 광분배기(111), 상기 기준 거울(141) 및 상기 검출기(131)는 상기 광원(100)에 대해 고정되고, 상기 변위 변환기(121)는 상기 운동체(150)에 고정되어 함께 운동한다. 이에 따라, 상기 광분배기(111)와 상기 기준 거울(141) 사이의 거리는 상기 운동체(150)의 어떠한 운동에도 변하지 않는다.
하지만, 상기 측정 광선(201)의 진행 경로 길이는 상기 운동체(150)의 운동에 따라 항상 변한다. 즉, 상기 운동체(150)가 상기 측정 광선(201)의 진행 방향(즉, y 방향)으로 운동하는 경우에는, 상기 광분배기(111)와 상기 변위 변환기(121) 사이의 거리(즉, y 변위)가 변한다. 반면, 상기 운동체(150)가 상기 측정 광선(201)의 진행 방향에 수직한 방향(즉, x 방향)으로 운동하는 경우, 상기 측정 광선(201)이 상기 변위 거울(DM)까지 왕복하는 경로 길이가 변한다.
결과적으로, 상기 검출기(131)에서 센싱되는 간섭 무늬의 변화는, 일반적으로, 상기 운동체(150)의 x 위치뿐만이 아니라 y 위치의 변화에 의한 영향까지 반영된 결과이다. 따라서, x 방향의 실제 변위를 알기 위해서는 측정된 간섭 무늬의 변화로부터 계산된 총변위(total displacement)에서 y 방향의 변위를 빼주어야 한다.
도 4a 내지 도 4c는 상기 변위 변환기(121)가 반사형 격자(RG)만으로 구성된 실시예를 설명하기 위한 도면들이다. 도 4a 내지 도 4c는 각각 도 3a 내지 도 3c에서, 상기 변위 변환기(121) 대신에 반사형 격자(RG)가 사용되는 실시예들에 해당한다. 상기 반사형 격자(RG)는 상기 측정 광선(201)의 진행 방향에 대해 위 식 5에 의해 기술되는 각도 β1를 형성하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 측정 광선(201)에 대한 상기 운동체(150)의 x 방향의 위치가 ΔDx만큼 변할 경우, 도 6과 관련하여 설명한 것처럼, 식 6 및 7에 의해 기술되는 경로 길이의 차이가 발생한다. 이러한 경로 길이의 차이는 상기 검출기(131)에서 간섭 무늬의 변화로 측정된다.
도 7은 x 방향의 실제 변위를 알아내기 위한 변위 간섭계 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 이 실시예에 따른 변위 간섭계 시스템은 광원(100), 운동 체(150), 제 1 변위 간섭계(101), 제 2 변위 간섭계(102), 제어기(500) 및 광전달계(160)를 구비한다. 상기 제 1 변위 간섭계(101) 및 상기 제 2 변위 간섭계(102)는 각각 상기 운동체(150)의 제 1 방향(즉, x 방향) 및 제 2 방향(즉, y 방향)의 변위를 측정한다. 이를 위하여, 상기 제 1 및 제 2 변위 간섭계들(101, 102)은 상기 광원(100)에 방출되는 광선을 이용한다.
상기 제 1 변위 간섭계(101)는 제 1 광분배기(111), 제 1 기준 거울(141), 제 1 변위 변환기(121) 및 제 1 검출기(131)로 구성된다. 바람직하게는, 상기 제 1 변위 간섭계(101)로는 도 3c 및 도 4c에서 설명한 변위 간섭계가 사용된다. 즉, 상기 제 1 변위 변환기(121)는 상기 운동체(150)에 부착되고, 상기 제 1 광분배기(111), 상기 제 1 기준 거울(141) 및 상기 제 1 검출기(131)는 상기 광원(100)에 대해 고정된 위치에 설치된다. 이때, 상기 제 1 변위 변환기(121)는 상기 제 1 측정 광선(201)의 진행 방향(즉, y 방향)에 수직한 변위(ΔDx)를 상기 제 1 측정 광선(201)의 경로 길이의 변화(ΔP1)로 변환시킨다. 이를 위하여, 도 6a 및 도 6b에서 설명된 회절 격자를 포함하는 광학 장치들이 상기 제 1 변위 변환기(121)로 사용될 수 있다.
상기 제 2 변위 간섭계(102)는 제 2 광분배기(112), 제 2 기준 거울(142), 제 2 변위 변환기(122) 및 제 2 검출기(132)로 구성된다. 상기 광선은 상기 제 2 광분배기(112)에서 각각 상기 제 2 기준 거울(142) 및 상기 제 2 변위 변환기(122)를 향해 진행하는 제 2 기준 광선(212) 및 제 2 측정 광선(202)으로 나누어진다. 상기 제 2 기준 거울(142) 및 상기 제 2 변위 변환기(122)는 각각 상기 제 2 기준 광선(212) 및 상기 제 2 측정 광선(202)을 상기 제 2 광분배기(112)로 반사시킨다.
한편, 상기 제 2 변위 변환기(122)는 상기 운동체(150)의 y 방향 변위(ΔDy)를 상기 제 2 측정 광선(202)의 경로 길이의 변화(ΔP2)로 변환시킨다. 또한, 상기 제 2 기준 거울(142) 및 상기 제 2 변위 변환기(122)는 각각 상기 제 2 기준 광선(212) 및 상기 제 2 측정 광선(202)을 입사되는 방향의 정반대 방향으로 반사시킬 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 제 2 기준 거울(142) 및 상기 제 2 변위 변환기(122)는 평면 거울, 코너 튜브, 각반사경 및 재귀 반사경 중의 한가지일 수 있다. 결과적으로, 상기 제 2 변위 간섭계(102)는 종래 기술에서 사용되는 변위 간섭계들 중의 한가지일 수도 있다.
상기 제어기(500)는 상기 제 1 및 제 2 검출기들(131, 132)에서 측정되는 광학적 결과를 이용하여, 상기 운동체(150)의 각 방향에서의 변위들을 계산한다. 이때, 상기 제 2 검출기(132)에서 측정되는 간섭 무늬의 변화는 상기 운동체(150)의 y 방향 변위(ΔDy)에 의한 결과이다. 이에 비해, 상기 제 1 검출기(131)에서 측정되는 간섭 무늬의 변화는, 도 3c 및 도 4c에서 설명한 것처럼, 상기 운동체(150)의 x 방향 변위(ΔDx)에 y 방향 변위(ΔDy)가 더하여진 총변위값(ΔD_tot)에 의한 결과이다. 따라서, 상기 제어기(500)는 상기 운동체(150)의 x 방향 변위(ΔDx)를 구하기 위해, 상기 제 1 검출기(131)에서 측정한 결과로부터 얻어지는 변위값(ΔD_tot)에서 상기 제 2 검출기(132)에서 측정한 결과로부터 얻어지는 y 방향 변위(ΔDy)를 빼는 과정을 수행한다.
상기 광전달계(160)는 상기 광원(100)과 상기 제 1 및 제 2 변위 간섭계들 (101, 102) 사이에는 배치되어, 상기 광선을 상기 변위 간섭계들(101, 102)로 전달한다. 이 실시예에 따르면, 상기 광전달계(160)는 상기 광원(100)에서 방출되는 광선을 상기 제 1 광분배기(111) 및 제 2 광분배기(112)로 진행하는 제 1 광선 및 제 2 광선으로 나누기 위한 광분배기(161) 및 상기 제 1 광선을 상기 제 1 광분배기(111)로 반사시키는 반사경(162)을 포함한다.
도 8은 본 발명에 따른 변위 간섭계를 구비하는 x-y 스테이지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 이 실시예에 따른 변위 간섭계 시스템은 광원(100), 운동체(150), 제 1 변위 간섭계(101), 제 2 변위 간섭계(102) 및 광전달계(160)를 구비한다. 상기 제 1 변위 간섭계(101) 및 상기 제 2 변위 간섭계(102)는 각각 상기 운동체(150)의 x 변위 및 y 변위를 측정하기 위한 장치로서, 상기 광원(100)에 방출되는 광선을 이용한다.
상기 제 1 변위 간섭계(101)는 제 1 광분배기(111), 제 1 기준 거울(141), 제 1 변위 변환기(121) 및 제 1 검출기(131)로 구성된다. 바람직하게는, 도 3b 및 도 4b에서 설명한 변위 간섭계가 상기 제 1 변위 간섭계(101)로 사용된다. 즉, 상기 제 1 변위 변환기(121), 상기 제 1 광분배기(111) 및 상기 제 1 기준 거울(141)은 상기 운동체(150)에 부착되고, 상기 제 1 검출기(131)는 상기 광원(100)에 대해 고정된 위치에 설치된다. 이때, 상기 제 1 변위 변환기(121)는 상기 제 1 측정 광선(201)의 진행 방향(즉, y 방향)에 수직한 변위(ΔDx)를 상기 제 1 측정 광선(201)의 경로 길이의 변화(ΔPx)로 변환시킨다. 이를 위하여, 도 6a 및 도 6b에서 설명된 회절 격자를 포함하는 광학 장치들이 상기 제 1 변위 변환기(121)로 사용될 수 있다.
한편, 도 7에서 설명한 제 2 변위 간섭계(102) 및 광전달계(160)는 이 실시예에서도 동일하므로, 중복되지 않는 내용에 대해서만 설명한다. 이 실시예에서, 상기 광전달계(160)를 구성하는 상기 반사경(162)은 도 3b 및 도 4b에서 설명된 또다른 광분배기(169)로 대체되는 것이 바람직하다.
이 실시예에 따르면, 상기 운동체(150)의 x 변위 및 y 변위는 각각 상기 제 1 변위 간섭계(101) 및 상기 제 2 변위 간섭계(102)를 사용하여 독립적으로 측정될 수 있다. 특히, x 변위를 측정하기 위하여 사용된 상기 제 1 변위 간섭계(101)는 회절 격자를 사용하기 때문에, y 방향의 최대 변위에 상응하는 크기의 거울을 가질 필요가 없다는 장점이 있다.
도 9는 본 발명에 따른 변위 간섭계를 구비하는 스테이지 위치 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 이 실시예에 따른 변위 간섭계 시스템은 광원(100), 운동체(150), 제 1 변위 간섭계(101), 제 2 변위 간섭계(102), 제 3 변위 간섭계(103), 광전달계(160) 및 제어기(500)를 구비한다. 이때, 상기 광원(100) 및 상기 운동체(150)는 도 3a에서 설명한 실시예와 동일하다.
상기 제 1 변위 간섭계(101)는 도 3c 및 도 4c에서 설명한 변위 간섭계, 즉 도 7에서 설명된 제 1 변위 간섭계(101)가 사용될 수 있다. 즉, 상기 제 1 변위 간섭계(101)를 구성하는 상기 제 1 변위 변환기(121)는 상기 운동체(150)에 부착되 고, 상기 제 1 광분배기(111), 상기 제 1 기준 거울(141) 및 상기 제 1 검출기(131)는 상기 광원(100)에 대해 고정된 위치에 설치된다. 이때, 상기 제 1 변위 변환기(121)는 상기 제 1 측정 광선(201)의 진행 방향(즉, y 방향)에 수직한 변위(ΔDx)를 상기 제 1 측정 광선(201)의 경로 길이의 변화(ΔP1)로 변환시킨다. 이를 위하여, 도 6a 및 도 6b에서 설명된 회절 격자를 포함하는 광학 장치들이 상기 제 1 변위 변환기(121)로 사용될 수 있다.
상기 제 2 변위 간섭계(102)는 도 7에서 설명한 제 2 변위 간섭계(102)가 사용될 수 있다. 즉, 상기 제 2 변위 변환기(122)는 상기 운동체(150)의 y 방향 변위(ΔDy)를 상기 제 2 광분배기(112)에서 상기 제 2 변위 변환기(122)를 향해 진행하는 제 2 측정 광선(202)의 경로 길이의 변화(ΔP2)로 변환시킨다.
상기 제 3 변위 간섭계(103)는 제 3 광분배기(113), 제 3 기준 거울(143), 제 3 변위 변환기(123) 및 제 3 검출기(133)로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 3 변위 간섭계(103)는 도 7에서 설명된 상기 제 1 변위 간섭계(101)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 도 10a에 도시한 것처럼, 상기 제 3 변위 변환기(123)가 투과형 격자(TG) 및 변위 거울(DM)로 구성되는 경우, 상기 제 3 변위 변환기(123)는 상기 투과형 격자(TG)에서 방출되는 1차 회절광이 x-y 평면에 대해 식 5에 의해 기술되는 각도로 진행하도록 설치된다. 이 실시예의 변형예에 따르면, 도 10b에 도시한 것처럼, 상기 제 3 변위 변환기(123)가 반사형 격자(RG)로 구성되는 경우, 상기 제 3 변위 변환기(123)는 1차 회절광이 상기 반사형 격자(RG)에서 제 3 측정광선(203)의 방향에 정반대 방향으로 회절될 수 있도록 설치된다.
상술한 실시예들에서, 상기 제 3 변위 간섭계(123)는 상기 운동체(150)의 z 변위(ΔDz)를 상기 제 3 측정 광선(203)의 경로 길이의 변화(ΔP3)로 변환시킨다. 상기 제 3 측정 광선(203)의 경로 길이의 변화(ΔP3)는 상기 운동체(150)의 z 방향의 변위 (ΔDz)를 결정하기 위해 이용된다.
한편, 제 1 및 제 3 검출기들(131, 133)에서 측정되는 간섭 무늬의 변화는 상기 운동체(150)의 y 방향의 변위에 의한 영향이 포함된다. 따라서, 상기 x 변위 및 z 변위를 결정하기 위해서는, 도 7에서 설명한 것처럼, 상기 제 1 및 제 3 검출기들(131, 133)에서 측정한 결과로부터 얻어지는 변위값들(ΔDx_tot, ΔDz_tot)에서 상기 제 2 검출기(132)에서 측정한 결과로부터 얻어지는 y 방향 변위(ΔDy)를 빼는 과정이 필요하다. 이처럼 실제 x 및 z 변위를 결정하기 위해 y 방향의 변위를 빼는 과정은 상기 제어기(500)에서 수행된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 제 3 변위 간섭계(103)는 도 7에서 설명된 상기 제 2 변위 간섭계(102)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 제 2 변위 간섭계(102)와 상기 제 3 변위 간섭계(103)는 모두 상기 운동체(150)의 y방향 변위를 측정함으로써, 상기 운동체(150)의 좌우 요동(yaw)을 모니터링할 수 있다. 이를 위해, 측정 결과를 분석한 후, 상기 운동체(150)의 운동을 제어하는 상기 제어기(500)가 상기 제 2 검출기(132) 및 상기 제 3 검출기(133)에 전자적으로 연결된다.
상기 광전달계(160)는 상기 광원(100)에서 방출되는 광선을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 변위 간섭계들(101, 102, 103)로 전달하도록, 광분배기들(161, 163) 및 반사경들(162, 164)을 구비한다. 상기 광전달계(160)의 배치 및 구조를 다양하게 변경할 수 있음은 당업자들에게 있어 자명하다. 또한, 상기 변위 간섭계들은 기준 광선에 대한 측정 광선의 광경로 차이를 보상하기 위해, 상기 광분배기와 변위 변환기들 사이에 배치되는 소정의 보상판(도시하지 않음)을 구비할 수도 있다.
도 11은 본 발명에 따른 변위 간섭계를 구비하는 스캔형 노광 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 레티클(304) 상에 그려진 회로 패턴들은 조명광학계(340)로부터 입사되는 노광광(exposure light, 300)을 이용하여 웨이퍼(314) 상에 형성된 포토레지스트막으로 전사된다. 통상적으로, 상기 회로 패턴들은 상기 포토레지스트막으로 축소 노광된다. 예를 들면, 상기 포토레지스트막에 형성되는 회로 패턴의 크기는 상기 레티클(304)에 그려진 상응하는 회로 패턴의 크기에 비해 1/4배일 수 있다. 상기 노광광(300)에 대해 상기 레티클(304)은 일 방향(예를 들면, y 방향)으로 속력 v로 이동하고, 상기 웨이퍼(314)는 상기 레티클(304)의 운동 방향의 반대 방향(즉, -y 방향)으로 속력 v/m로 이동한다. 이때, m은 상기 축소 노광 배율을 의미한다.
상기 레티클(304)은 레티클 상부 스테이지(303) 상에 배치되고, 상기 레티클 상부 스테이지(303)는 레티클 하부 스테이지(302) 상에 배치되고, 상기 레티클 하부 스테이지(302)는 레티클 지지대(301) 상에 설치된다. 상기 레티클 상부 스테이지(303) 및 상기 레티클 하부 스테이지(302)는 레티클 스테이지 시스템(309)을 구 성한다. 상기 레티클 지지대(301)는 고정되고, 상기 레티클 하부 스테이지(302)는 상기 레티클 지지대(301)에 대해 y 방향으로 이동할 수 있고, 상기 레티클 상부 스테이지(303)는 상기 레티클 하부 스테이지(302)의 상부에서 미세한 범위 내에서만 이동할 수 있다.
상기 레티클 스테이지 시스템(309)의 일 측에는 상기 레티클 상부 스테이지(303)의 위치를 측정하기 위한 복수개의 레티클 변위 간섭계들(305)가 배치된다. 상기 레티클 변위 간섭계(305)에서 측정된 상기 레티클(304)의 위치 정보는 제어기(500)로 전달된다. 상기 제어기(500)는 상기 레티클(304)이 올바른 운동을 할 수 있도록, 상기 레티클 스테이지 시스템(309)의 동작은 제어한다.
이 실시예에 따르면, 상기 레티클 변위 간섭계들(305)은 간섭 광학계(306) 및 변위 변환기(307)를 구비한다. 상기 간섭 광학계(306)는 도 3a에서 설명한, 상기 광분배기(111), 상기 기준 거울(141) 및 상기 검출기(131)로 구성된다. 상기 변위 변환기(307)는 도 7에서 설명된 상기 제 1 변위 변환기(121) 또는 상기 제 2 변위 변환기(122) 중의 한가지일 수 있다.
스캔형 노광 장치를 사용하는 경우, 상기 레티클(304)은 노광 공정이 진행되는 동안 완전한 직선 운동을 해야 한다. 하지만, 도 12에 도시된 것처럼, 상기 레티클(304)이 y 방향으로 운동하는 동안, y의 위치에 따라 상기 레티클(304)의 x 방향의 위치가 변할 수 있다. 즉, 상기 레티클(304)의 x 방향 변위(ΔDx)는 상기 레티클의 y 좌표의 함수이다. 이 경우, 상기 레티클(304)이 y 방향으로 완벽한 직선 운동을 할 수 있도록 만들기 위해서는, 상기 레티클(304)의 x 변위(ΔDx)를 모니터 링한 후, 이를 보정해주는 과정이 필요하다.
상기 레티클 변위 간섭계들(305) 중의 하나는 상기 x방향의 변위(ΔDx)를 모니터링하기 위해 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 변위 변환기(307)는 상기 레티클(304)의 x방향 변위를 y방향으로 진행하는 측정 광선의 경로 길이의 차이(ΔP)로 변환시키는 상기 제 1 변위 변환기(121)인 것이 바람직하다.
종래 기술에 따르면, 상기 x 변위(ΔDx)를 모니터링할 수 있는 간섭계를 구성하기 위해서는, 상기 레티클(304)의 운동 방향의 최대 변위(Ly)보다 큰 크기의 측정 거울이 필요하였다. 하지만, 본 발명에 따르면, 상기 레티클(304)의 운동 방향에 수직한 방향의 최대 변위에 상응하는 크기의 회절 격자(및 변위 거울)를 사용하여 상기 x 방향의 변위(ΔDx)를 모니터링할 수 있다. 상기 수직한 변위(ΔDx)는 상기 운동 방향의 최대 변위(Ly)에 비해 훨씬 작기 때문에, 본 발명에서 사용되는 회절 격자는 저렴한 비용으로 제작될 수 있다.
한편, 상술한 것처럼, 스캔형 노광 장치의 축소 노광 방식에 의해, 상기 웨이퍼(314)의 운동 길이에 비해 상기 레티클(304)의 운동 길이가 상기 축소 노광 배율 m배 만큼 더 크다. 따라서, 상기 레티클 스테이지 시스템(309)에서 요구되는 측정 거울은 웨이퍼 스테이지 시스템(319)에서 요구되는 측정 거울보다 크기에서 m배 더 커야한다. 이러한 점을 고려할 때, 상술한 것처럼, 상기 레티클 변위 간섭계(305)는 적어도 한 개의 상기 제 1 변위 변환기(121)를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 변위 변환기(121)는 도 6a 및 도 6b에서 설명한 투과형 격자(TG) 및 반사형 격자(RG)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 y 방향의 변위(ΔDy)를 모니터 링하기 위해서는 상기 제 2 변위 변환기(122)를 사용하는, 도 7 내지 도 9에서 설명한, 상기 제 2 변위 간섭계(102)가 사용될 수 있다.
상기 웨이퍼(314)는 웨이퍼 지지대(310) 상에 차례로 적층된 제 1 웨이퍼 스테이지(311), 제 2 웨이퍼 스테이지(312) 및 제 3 웨이퍼 스테이지(313)로 구성되는 웨이퍼 스테이지 시스템(319)의 상부에 진공 흡착된다. 상기 제 1 웨이퍼 스테이지(311)는 상기 웨이퍼 지지대(310)에 대해 y방향으로 운동할 수 있고, 상기 제 2 웨이퍼 스테이지(312)는 상기 웨이퍼 지지대(310)에 대해 x 방향으로 운동할 수 있고, 상기 제 3 웨이퍼 스테이지(313)는 상기 웨이퍼 지지대(310)에 대해 z 방향으로의 운동 및 회전 운동을 할 수 있다.
상기 웨이퍼 스테이지 시스템(319)의 일 측에는 상기 제 3 웨이퍼 스테이지(313)의 위치를 측정하기 위한 복수개의 웨이퍼 스테이지 간섭계들(315)이 배치된다. 상기 웨이퍼 스테이지 간섭계들(315)은 간섭 광학계(316) 및 변위 변환기(317)를 구비한다. 상기 간섭 광학계(316)는 도 3a에서 설명한, 상기 광분배기(111), 상기 기준 거울(141) 및 상기 검출기(131)로 구성된다. 상기 변위 변환기(317)는 도 7에서 설명된 상기 제 1 변위 변환기(121) 또는 상기 제 2 변위 변환기(122) 중의 한가지일 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 변위 변환기(317)는 상기 제 2 변위 변환기(122)인 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼 스테이지 간섭계(315)에서 측정된 상기 웨이퍼(314)의 위치 정보는 상기 제어기(500)로 전달된다. 또한, 상기 웨이퍼(314)가 올바른 운동을 할 수 있도록, 상기 웨이퍼 스테이지 시스템(319)에는 상기 제어기(500)에 의해 제어 되는 웨이퍼 구동 장치(320)가 연결된다. 또한, 상기 레티클 스테이지 시스템(309)과 상기 웨이퍼 스테이지 시스템(319) 사이에는, 상기 레티클(304)에 그려진 회로 패턴에 대한 정보를 포함하는 노광광(300)을 상기 웨이퍼(314)로 전달하는 소정의 렌즈 시스템(330)이 배치된다.
본 발명에 따르면, 회절 격자를 이용하는 변위 변환기를 구비하는 변위 간섭계를 제공한다. 상기 변위 변환기는 상기 회절 격자를 이용하여 측정 광선의 진행 방향(예를 들면, y 방향)에 수직한 변위(ΔDx)를 측정 광선의 진행 경로 차이(ΔP)로 변환시킨다. 이때, 상기 회절 격자는, 측정 대상의 x 방향에서의 최대 변위에 상응하는 크기를 갖는 것으로 충분하다. 이에 따라, 종래 기술에서 요구되는 큰 크기의 거울없이, 측정 대상의 변위들을 측정할 수 있다. 그 결과, 큰 크기의 거울이 이용되는 간섭계에서 요구되는 과도한 제작/유지/보수 비용을 절감할 수 있다.
이에 더하여, 상기 회절 격자는 상술한 것처럼 큰 크기를 가질 필요가 없기 때문에, 균일한 광학적 특성을 갖도록 유지하는 것이 용이하다. 이에 따라, 측정 거울의 표면 균일도 감소에 따른, 측정 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 특히, 스캔형 노광 장치의 레티클 스테이지는 정밀한 직선 왕복 운동이 요구된다는 점에서, 상기 레티클 스테이지의 위치 제어 시스템에 상기 회절 격자를 변위 변환기로 이용하는 변위 간섭계를 사용할 경우, 상기 스캔형 노광 장치의 제조/유지/보수 비용이 절감 및 측정 정밀도의 향상을 기대할 수 있다.

Claims (52)

  1. 광선을 발생시키는 광원(light source);
    상기 광선을 기준 광선(reference beam)과 측정 광선(measurement beam)으로 나누는 광분배기(beam splitter);
    상기 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 기준 거울(reference mirror);
    상기 측정 광선의 진행 방향을 변경하되, 상기 측정 광선의 진행 방향에 수직한 변위(displacement, ΔD)를 상기 측정광선의 경로 차이(path difference, ΔP)로 변환시키는 변위 변환기(displacement converter); 및
    상기 방향 변경된 기준 광선과 측정 광선을 측정하기 위한 검출기(detector)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계(displacement interferometer).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광분배기, 상기 기준 거울 및 상기 변위 변환기는 서로에 대한 상대 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광분배기, 상기 검출기, 상기 기준 거울 및 상기 변위 변환기는 서로에 대한 상대 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광분배기, 상기 검출기 및 상기 기준 거울은 서로에 대한 상대 위치가 고정되고,
    상기 변위 변환기는 상기 광분배기, 상기 검출기 및 상기 기준 거울에 대한 상대 위치가 변할 수 있는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 변환기는
    투과형 회절격자(transmission grating); 및
    상기 투과형 회절격자에 대해 소정의 경사각(β)을 형성하면서 상기 투과형 회절격자로부터 이격되어 배치되는 변위 거울(displacement mirror)을 구비하되,
    상기 투과형 회절격자 및 상기 변위 거울은 상기 경로 차이(ΔP), 상기 경사각(β) 및 상기 변위(ΔD) 사이에 ΔP=2·ΔD·sinβ의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자는 상기 측정 광선의 진행 방향에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 변위 간섭계.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 측정 광선의 진행 방향이 이루는 각도가 α이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 변위 거울의 경사각 β는 arcsin(λ/d - sinα)인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 변환기는 상기 측정 광선의 진행 방향에 대해 소정의 경사각(β)을 형성하면서 배치되는 반사형 회절격자(reflection grating)를 구비하되,
    상기 반사형 회절격자는 상기 경로 차이(ΔP), 상기 경사각(β) 및 상기 변위(ΔD) 사이에 ΔP=2·ΔD·sinβ의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 측정 광선의 진행 방향에 대한 상기 반사형 회절격자의 경사각 β는 arcsin(λ/d)인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광선은 단일 주파수 레이저, 2중 주파수 레이저, 다중 주파수 레이저, 램(Lamb) 레이저, 지만(Zeeman) 레이저, 인버티드 램 레이저 및 스펙트랄 광선 중의 한가지인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계.
  11. 광선을 발생시키는 광원;
    상기 광원에 대해 운동할 수 있는 운동체;
    상기 운동체의 제 1 방향 변위를 측정하기 위하여, 상기 광선을 이용하는 제 1 변위 간섭계; 및
    상기 운동체의 제 2 방향 변위를 측정하기 위하여, 상기 광선을 이용하는 제 2 변위 간섭계를 구비하되,
    상기 제 1 변위 간섭계는 상기 운동체의 상기 제 1 방향 변위를 상기 제 2 방향에서 상기 제 1 변위간섭계로 입사되는 광선의 경로 차이로 변환시키는 제 1 변위 변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 변위 간섭계는
    상기 광선을 제 1 기준 광선과 상기 제 2 방향으로 진행하는 제 1 측정 광선으로 나누는 제 1 광분배기;
    상기 제 1 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 1 기준 거울;
    상기 제 1 측정 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 상기 제 1 변위 변환기; 및
    상기 방향 변경된 제 1 기준 광선과 제 1 측정 광선을 측정하기 위한 제 1 검출기를 구비하되,
    상기 제 1 변위 변환기는 상기 운동체의 상기 제 1 방향의 변위(ΔD1)를 상기 제 1 측정광선의 경로 차이(ΔP1)로 변환시키는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 변위 간섭계는
    상기 광선을 제 2 기준 광선과 상기 제 2 방향으로 진행하는 제 2 측정 광선으로 나누는 제 2 광분배기;
    상기 제 2 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 2 기준 거울;
    상기 제 2 측정 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 2 변위 변환기; 및
    상기 방향 변경된 제 2 기준 광선과 제 2 측정 광선을 측정하기 위한 제 2 검출기를 구비하되,
    상기 운동체의 제 2 방향의 변위는 상기 제 2 측정 광선의 경로 길이의 변화의 절반인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 광분배기, 상기 제 1 기준 거울 및 상기 제 1 변위 변환기는 상기 운동체에 고정되어, 상기 운동체와 함께 운동하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 광분배기, 상기 제 1 검출기 및 상기 제 1 기준 거울은 상기 광원에 대해 고정된 위치에 배치되고,
    상기 제 1 변위 변환기는 상기 운동체에 고정되어 상기 운동체와 함께 운동하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 광분배기, 상기 제 2 검출기 및 상기 제 2 기준 거울은 상기 광원에 대해 고정된 위치에 배치되고,
    상기 제 2 변위 변환기는 상기 운동체에 고정되어 상기 운동체와 함께 운동하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 변위 변환기는
    투과형 회절격자(transmission grating); 및
    상기 투과형 회절격자에 대해 소정의 제 1 경사각(β1)을 형성하면서 상기 투과형 회절격자로부터 이격되어 배치되는 변위 거울(displacement mirror)을 구비하되,
    상기 투과형 회절격자 및 상기 변위 거울은 상기 제 1 측정광선의 경로 차이(ΔP1), 상기 제 1 경사각(β1) 및 상기 제 1 방향의 변위(ΔD1) 사이에 ΔP1=2·ΔD1·sinβ1의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자는 상기 제 1 측정 광선의 진행 방향에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 변위 간섭계 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 측정 광선의 진행 방향이 이루는 각도가 α이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 변위 거울의 경사각 β1는 arcsin(λ/d - sinα)인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 변위 변환기는 상기 제 1 측정 광선의 진행 방향에 대해 소정의 제 1 경사각(β1)을 형성하면서 배치되는 반사형 회절격자(reflection grating)를 구비하되,
    상기 반사형 회절격자는 상기 제 1 측정광선의 경로 차이(ΔP1), 상기 제 1 경사각(β1) 및 상기 제 1방향의 변위(ΔD1) 사이에 ΔP1=2·ΔD1·sinβ1의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 반사형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 측정 광선의 진행 방향에 대한 상기 반사형 회절격자의 경사각 β는 arcsin(λ/d)인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  22. 제 11 항에 있어서,
    상기 광선은 단일 주파수 레이저, 2중 주파수 레이저, 다중 주파수 레이저, 램(Lamb) 레이저, 지만(Zeeman) 레이저, 인버티드 램 레이저 및 스펙트랄 광선 중의 한가지인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  23. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  24. 제 11 항에 있어서,
    상기 운동체의 제 3 방향의 위치를 측정하기 위하여, 상기 광선을 이용하는 제 3 변위 간섭계를 더 구비하되,
    상기 제 3 변위 간섭계는
    상기 광선을 제 3 기준 광선과 상기 제 2 방향으로 진행하는 제 2 측정 광선으로 나누는 제 3 광분배기;
    상기 제 3 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 3 기준 거울;
    상기 제 3 측정 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 3 변위 변환기; 및
    상기 방향 변경된 제 3 기준 광선과 제 3 측정 광선을 측정하기 위한 제 3 검출기를 구비하되,
    상기 제 3 변위 변환기는 상기 운동체의 상기 제 3 방향의 변위(ΔD3)를 상기 제 3 측정광선의 경로 차이(ΔP3)로 변환시키는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 3 광분배기, 상기 제 3 기준 거울 및 상기 제 3 변위 변환기는 상기 운동체에 고정되어, 상기 운동체와 함께 운동하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 3 광분배기, 상기 제 3 검출기 및 상기 제 3 기준 거울은 상기 광원에 대해 고정된 위치에 배치되고,
    상기 제 3 변위 변환기는 상기 운동체에 고정되어 상기 운동체와 함께 운동하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 3 변위 변환기는
    투과형 회절격자(transmission grating); 및
    상기 투과형 회절격자에 대해 소정의 제 2 경사각(β2)을 형성하면서 상기 투과형 회절격자로부터 이격되어 배치되는 변위 거울(displacement mirror)을 구비하되,
    상기 투과형 회절격자 및 상기 변위 거울은 상기 제 3 측정 광선의 경로 차이(ΔP3), 상기 제 2 경사각(β2) 및 상기 제 3 방향의 변위(ΔD3) 사이에 ΔP3=2·ΔD3·sinβ2의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 측정 광선의 진행 방향이 이루는 각도가 α이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 변위 거울의 제 2 경사각 β2는 arcsin(λ/d - sinα)인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자는 상기 제 3 측정 광선의 진행 방향에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 변위 간섭계 시스템.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 3 변위 변환기는 상기 제 3 측정 광선의 진행 방향에 대해 소정의 제 2 경사각(β2)을 형성하면서 배치되는 반사형 회절격자(reflection grating)를 구비하되,
    상기 반사형 회절격자는 상기 제 3 측정 광선의 경로 차이(ΔP3), 상기 제 2 경사각(β) 및 상기 제 3방향의 변위(ΔD3) 사이에 ΔP3=2·ΔD3·sinβ2의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 반사형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 측정 광선의 진행 방향에 대한 상기 반사형 회절격자의 제 2 경사각 β2는 arcsin(λ/d)인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  32. 광선을 발생시키는 광원;
    상기 광원에 대해 y 방향으로 운동할 수 있는 레티클 스테이지;
    상기 레티클 스테이지의 x 방향 변위를 측정하기 위하여, 상기 광선을 이용하는 제 1 변위 간섭계; 및
    상기 레티클 스테이지의 y 방향 변위를 측정하기 위하여, 상기 광선을 이용하는 제 2 변위 간섭계를 구비하되,
    상기 제 1 변위 간섭계는 상기 레티클 스테이지의 x 방향 변위를 y 방향에서 상기 제 1 변위 간섭계로 입사되는 광선의 경로 차이로 변환시키는 제 1 변위 변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 1 변위 간섭계는
    상기 광선을 x 방향으로 진행하는 제 1 측정 광선과 y 방향으로 진행하는 제 1 기준 광선으로 나누는 제 1 광분배기;
    상기 제 1 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 1 기준 거울;
    상기 제 1 측정 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 상기 제 1 변위 변환기; 및
    상기 방향 변경된 제 1 기준 광선과 제 1 측정 광선을 측정하기 위한 제 1 검출기를 구비하되,
    상기 제 1 변위 변환기는 상기 레티클 스테이지의 x 방향의 변위(ΔDx)를 상기 제 1 측정광선의 경로 차이(ΔP)로 변환시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 2 변위 간섭계는
    상기 광선을 x 방향으로 진행하는 제 2 측정 광선과 y 방향으로 진행하는 제 2 기준 광선으로 나누는 제 2 광분배기;
    상기 제 2 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 2 기준 거울;
    상기 제 2 측정 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 2 측정 거울; 및
    상기 방향 변경된 제 2 기준 광선과 제 2 측정 광선을 측정하기 위한 제 2 검출기를 구비하되,
    상기 레티클 스테이지의 y 방향 변위는 상기 제 2 측정 광선의 경로 길이의 변화의 절반인 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 광분배기, 상기 제 1 기준 거울 및 상기 제 1 변위 변환기는 상기 레티클 스테이지에 고정되어, 상기 레티클 스테이지와 함께 운동하는 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 광분배기, 상기 제 1 검출기 및 상기 제 1 기준 거울은 상기 광원에 대해 고정된 위치에 배치되고,
    상기 제 1 변위 변환기는 상기 레티클 스테이지에 고정되어 상기 레티클 스테이지와 함께 운동하는 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 2 광분배기, 상기 제 2 검출기 및 상기 제 2 기준 거울은 상기 광원에 대해 고정된 위치에 배치되고,
    상기 제 2 측정 거울은 상기 레티클 스테이지에 고정되어 상기 레티클 스테이지와 함께 운동하는 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  38. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 변위 변환기는
    투과형 회절격자(transmission grating); 및
    상기 투과형 회절격자에 대해 소정의 경사각(β)을 형성하면서 상기 투과형 회절격자로부터 이격되어 배치되는 변위 거울(displacement mirror)을 구비하되,
    상기 투과형 회절격자 및 상기 변위 거울은 상기 제 1 측정광선의 경로 차이(ΔP), 상기 경사각(β) 및 상기 레티클 스테이지의 x 방향 변위(ΔDx) 사이에 ΔP=2·ΔDx·sinβ의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 측정 광선의 진행 방향이 이루는 각도가 α이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 변위 거울의 경사각 β는 arcsin(λ/d - sinα)인 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자는 상기 제 1 측정 광선의 진행 방향에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 스캔형 노광 장치.
  41. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 변위 변환기는 상기 제 1 측정 광선의 진행 방향에 대해 소정의 경사각(β)을 형성하면서 배치되는 반사형 회절격자(reflection grating)를 구비하 되,
    상기 반사형 회절격자는 상기 제 1 측정광선의 경로 차이(ΔP), 상기 경사각(β) 및 상기 레티클 스테이지의 x 방향 변위(ΔDx) 사이에 ΔP=2·ΔDx·sinβ의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 반사형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 측정 광선의 진행 방향에 대한 상기 반사형 회절격자의 경사각 β는 arcsin(λ/d)인 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  43. 제 32 항에 있어서,
    상기 광선은 단일 주파수 레이저, 2중 주파수 레이저, 다중 주파수 레이저, 램(Lamb) 레이저, 지만(Zeeman) 레이저, 인버티드 램 레이저 및 스펙트랄 광선 중의 한가지인 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  44. 제 32 항에 있어서,
    상기 레티클 스테이지의 아래에 배치되는 렌즈 시스템;
    상기 렌즈 시스템의 아래에 배치되는 웨이퍼 스테이지; 및
    상기 레티클 스테이지 및 상기 렌즈 시스템을 통과하는 노광 광선을 발생시 키는 노광 광원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스캔형 노광 장치.
  45. 광선을 발생시키는 광원;
    상기 광원에 대해 운동할 수 있는 운동체;
    상기 광선을 제 1 기준 광선과 제 2 방향으로 진행하는 제 1 측정 광선으로 나누는 제 1 광분배기, 상기 제 1 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 1 기준 거울, 상기 제 1 측정 광선의 진행 방향을 변경하면서 상기 운동체의 상기 제 1 방향의 변위(ΔD1)를 상기 제 1 측정광선의 경로 차이(ΔP1)로 변환시키는 제 1 변위 변환기 및 상기 방향 변경된 제 1 기준 광선과 제 1 측정 광선을 측정하기 위한 제 1 검출기를 구비하는 제 1 변위 간섭계;
    상기 광선을 제 2 기준 광선과 상기 제 2 방향으로 진행하는 제 2 측정 광선으로 나누는 제 2 광분배기, 상기 제 2 기준 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 2 기준 거울, 상기 제 2 측정 광선의 진행 방향을 변경하기 위한 제 2 변위 변환기 및 상기 방향 변경된 제 2 기준 광선과 제 2 측정 광선을 측정하기 위한 제 2 검출기를 구비하는 제 2 변위 간섭계; 및
    상기 제 1 및 제 2 변위 간섭계들에서 측정된 결과를 이용하여, 상기 운동체의 제 1 방향 변위 및 제 2 방향 변위를 계산하는 제어기를 구비하되,
    상기 제 1 광분배기, 상기 제 1 검출기 및 상기 제 1 기준 거울은 상기 광원에 대해 고정된 위치에 설치되고, 상기 제 1 변위 변환기는 상기 운동체에 고정된 위치에 설치되고,
    상기 제어기는 상기 제 1 변위 간섭계에서 측정된 결과를 이용하여 계산된 변위로부터 상기 제 2 변위 간섭계에서 측정된 결과를 이용하여 계산된 변위를 빼는 과정을 통해 상기 운동체의 실제(real) 제 1 방향 변위를 결정하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 제 2 광분배기, 상기 제 2 검출기 및 상기 제 2 기준 거울은 상기 광원에 대해 고정된 위치에 배치되고,
    상기 제 2 변위 변환기는 상기 운동체에 고정되어 상기 운동체와 함께 운동하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  47. 제 45 항에 있어서,
    상기 제 1 변위 변환기는
    투과형 회절격자(transmission grating); 및
    상기 투과형 회절격자에 대해 소정의 경사각(β)을 형성하면서 상기 투과형 회절격자로부터 이격되어 배치되는 변위 거울(displacement mirror)을 구비하되,
    상기 투과형 회절격자 및 상기 변위 거울은 상기 제 1 측정광선의 경로 차이(ΔP), 상기 경사각(β) 및 상기 운동체의 제 1 방향 변위(ΔD1) 사이에 ΔP=2·ΔD1·sinβ의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자는 상기 제 1 측정 광선의 진행 방향에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 변위 간섭계 시스템.
  49. 제 47 항에 있어서,
    상기 투과형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 측정 광선의 진행 방향이 이루는 각도가 α이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 투과형 회절격자의 법선에 대한 상기 변위 거울의 경사각 β는 arcsin(λ/d - sinα)인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  50. 제 45 항에 있어서,
    상기 제 1 변위 변환기는 상기 제 1 측정 광선의 진행 방향에 대해 소정의 경사각(β)을 형성하면서 배치되는 반사형 회절격자(reflection grating)를 구비하되,
    상기 반사형 회절격자는 상기 제 1 측정광선의 경로 차이(ΔP), 상기 경사각(β) 및 상기 운동체의 제 1 방향 변위(ΔD1) 사이에 ΔP=2·ΔD1·sinβ의 관계가 성립하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 반사형 회절격자를 구성하는 격자 무늬들의 피치가 d이고,
    상기 광선의 파장이 λ인 경우,
    상기 측정 광선의 진행 방향에 대한 상기 반사형 회절격자의 경사각 β는 arcsin(λ/d)인 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
  52. 제 45 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 변위 간섭계 시스템.
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