KR100625745B1 - 구동장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

구동장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물체를 X방향 및 Y방향으로 구동하기 위한 구동패턴에 대한 제한을 완화하면서 이 물체의 구동에 수반하는 반력을 상쇄하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공한다. 구동장치는 물체를 X방향 및 Y방향으로 구동하는 제 1액츄에이터, 이 제 1액츄에이터가 물체를 구동할 때에 발생하는 반력을 받는 반력카운터를 구동하는 제 2액츄에이터, 및 물체를 제 1액츄에이터로 구동할 때에 반력카운터가 받는 반력을 제 2액츄에이터에 의해서 상쇄하도록 물체의 X방향 및 Y방향의 위치에 근거해서 제 2액츄에이터를 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

구동장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법{DRIVING APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
명세서에 포함되고, 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시형태를 나타내고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 구동장치를 제어하는 제어부의 구성을 나타내는 블록도
도 2는 X방향, Y방향의 가감속을 서로 독립해서 행하는 구동패턴의 예를 나타내는 그래프
도3은 반력카운터프로파일생성기에 의해서 생성되는 가속도프로파일의 예를 나타내는 그래프
도 4A 및 도 4B는 본 발명의 바람직한 실시형태의 노광장치에 내장되는 구동장치(웨이퍼스테이지)의 개략 구성을 나타내는 도면
도 5는 일본특개 2003-318082호 공보에 기재된 장치에 의해서 완전한 반력상쇄가 가능한 스테이지 구동예를 나타내는 도면
도 6은 드루풋을 높일 수 있는 스테이지 구동예를 나타내는 도면
도 7은 모멘트 반력에 대한 설명도
도 8은 XY슬라이더와 반력카운터의 운동의 예를 나타내는 그래프
도 9는 노광장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
(기술 분야)
본 발명은 구동장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것으로, 즉 기판, 척, 스테이지(상판) 등과 같은 물체를 이동시키는 구동장치, 이 구동장치를 가지는 노광장치, 및 이 노광장치를 사용한 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
(배경 기술)
반도체디바이스 등의 디바이스의 제조에 사용되는 노광장치의 전형적인 예로서는, 기판(예를 들면, 웨이퍼나 유리기판)을 스텝 이동시키면서 기판 상의 복수의 노광영역에 원판(레티클이나 마스크)의 패턴을 투영광학계를 개재해서 차례로 노광하는 스텝ㆍ앤드ㆍ리피트형의 노광장치(스테퍼)나, 스텝 이동과 주사 노광을 반복함으로써, 기판 상의 복수의 영역에 노광 전사를 반복하는 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔형의 노광장치(스캐너)를 포함한다. 특히, 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔형의 노광장치는 슬릿에 의해서 노광광을 투영광학계의 광축에 비교적 가까운 부분에 제한해서 사용하고 있기 때문에, 보다 고정밀도로 광화각의 미세 패턴의 노광이 가능해지고 있다. 또, 광에 대신해서 전자선이나 이온선 등의 감전 입자선에 의해서 기판에 패턴을 그리는 노광장치도 있다.
이들 노광장치는, 웨이퍼나 레티클을 고속으로 이동시켜 위치결정하는 스테이지장치 혹은 구동장치(웨이퍼스테이지, 레티클스테이지)를 가지고 있다. 이러한 노광장치에 있어서, 스테이지를 구동하면 가감속에 수반하는 관성력의 반력이 생겨, 이것이 스테이지를 탑재하는 스테이지정반에 전해지면, 스테이지정반의 흔들림이나 진동을 일으킬 수 있다. 이러한 진동에 의해서 노광장치의 기구계의 고유진동이 여기되어 고주파진동이 발생해서, 고속, 고정밀도의 위치결정을 방해할 가능성이 있다.
이러한 반력에 관한 문제를 해결하기 위해서, 몇개의 제안이 이루어지고 있다. 예를 들면, 일본특개평 5-77126호 공보에 기재된 장치에서는, 스테이지를 구동하기 위한 리니어모터의 고정자를 스테이지정반과는 독립해서 플로어에서 지지함으로써, 반력에 의한 스테이지정반의 흔들림을 방지한다. 또, 일본특개평 5-121294호 공보에 기재된 장치에서는, 웨이퍼스테이지 및 투영렌즈를 지지하는 머신프레임에 대해서, 수평방향으로 힘을 발생하는 액츄에이터에 의해서, 스테이지의 구동에 수반하는 반력과 동등의 보상력을 부여함으로써, 반력에 의한 장치의 흔들림을 경감한다.
그러나, 상기 어느 종래예에 있어서도, 스테이지장치 자체의 흔들림은 경감할 수 있어도, 스테이지의 구동에 수반하는 반력은 직접 플로어에 전달되든지, 혹은 실질적으로 플로어와 일체로 간주할 수 있는 부재를 개재해서 플로어에 전달된다. 이에 의해서 플로어가 가진되어 노광장치의 주변에 설치된 장치에 대해서 진동을 주어 이 주변의 장치에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 통상, 노광장치를 설치하는 플로어는 20~40Hz 정도의 고유진동수를 가지고 있어, 노광장치의 동작에 수반해서 플로어의 고유진동수가 여기되면, 주변의 장치에의 악영향은 커지게 된다.
최근, 처리속도(드루풋)의 향상에 수반하는 스테이지 가속도는 더욱 더 증가하고, 예를 들면 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔형의 노광장치에서는, 스테이지의 최대 가속도는 레티클스테이지는 4G, 웨이퍼스테이지는 1G에 달한다. 또한 레티클이나 기판의 대형화에 수반해서 스테이지 질량도 증대하고 있다. 이 때문에, <이동체의 질량>ㆍ<가속도>로 정의되는 구동력은 매우 커져서, 그 반력은 팽대한 것이 된다. 이러한 반력의 증대에 수반해서, 반력에 의한 설치 플로어의 가진은 간과할 수 없는 문제가 되어 왔다.
또, 장치의 대형화도 현저해져서, 수많은 제조장치가 설치되는 제조공장 내에서의 점유 설치 면적의 증대가 문제로서 표면화하고 있다. 즉, 장치로부터 플로어에 전해지는 진동이 커지면, 그 진동의 영향을 다른 장치가 받지 않게 하기 위해서는 장치 간의 거리를 크게 할 필요가 있어, 결국, 각 장치가 사실상 점유하는 면적이 증대한다.
일본특개 2003-318082호 공보에는, 물체를 리니어모터로 구동하는 구동장치에 있어서, 리니어모터의 고정자를 반력카운터로서 사용하는 것이 개시되어 있다. 같은 문헌에 기재된 구동장치에서는, 제 1위치에 정지하고 있는 물체를 제 2위치에 이동시켜 정지시킬 때에, 제 1위치와 제 2위치를 연결하는 직선 상을 물체가 이동하도록 리니어모터를 제어함으로써, 물체의 가감속에 수반하는 모멘트 반력을 상쇄한다.
일본특개 2003-318082호 공보에 기재된 기술에 따르면, 웨이퍼스테이지를 직 선에 따라 이동시킬 필요가 있다. 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔형의 노광장치에 있어서, 만일 도 5에 표시한 바와 같이, 복수의 노광영역(S)을 차례로 노광하기 위한 웨이퍼스테이지의 이동경로를 모두 직선으로 형성했다고 하면, 각 직선의 종점에 있어서 웨이퍼스테이지를 정지시킬 필요가 있어, 드루풋의 향상을 방해할 수 있다. 그래서, 도 6에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼스테이지를 매끄러운 곡선을 따라 연속구동하면서 복수의 노광영역(S)을 차례로 노광하는 것이 바람직하다.
여기서, 웨이퍼스테이지를 매끄러운 곡선을 따라 연속 이동시키기 위해서는 X방향(Y방향)의 구동패턴(구동프로파일)에 의한 Y방향(X방향)의 구동패턴의 제한을 완화하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기의 과제 인식을 기초로 해서 이루어진 것으로, 물체를 X방향 및 Y방향으로 구동하기 위한 구동패턴에 대한 제한을 완화하면서 이 물체의 구동에 수반하는 반력을 상쇄하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 측면은, 물체를 이동시키는 구동장치에 관한 것으로, 이 구동장치는 상기 물체를 X방향 및 Y방향으로 구동하는 제 1액츄에이터, 상기 제 1액츄에이터가 상기 물체를 구동할 때에 발생하는 반력을 받는 반력카운터를 구동하는 제 2액츄에이터, 및 상기 물체를 상기 제 1액츄에이터로 구동할 때에 상기 반력카운터가 받는 반력을 상기 제 2액츄에이터에 의해서 상쇄하도록 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 위치에 근거해서 상기 제 2액츄에이터를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 제어부는, 예를 들면, 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 위치에 근거해서 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 가속도를 연산하고, 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 위치 및 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 가속도에 근거해서 상기 제 2액츄에이터를 제어한다. 혹은, 상기 구동장치는 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 가속도를 검출하는 가속도센서를 더 구비할 수 있고, 상기 제어부는 상기 가속도센서로부터의 상기 물체의 X방향 및 Y방향 가속도와 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 위치에 근거해서 상기 제 2액츄에이터를 제어할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 제어부는, 예를 들면, 상기 물체를 상기 제 1액츄에이터로 구동할 때에 상기 반력카운터가 받는 X방향 반력, Y방향 반력 및 모멘트 반력을 상기 제 2액츄에이터에 의해서 상쇄하도록 상기 제 2액츄에이터를 제어한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 제어부는, 예를 들면, 상기 물체를 상기 제 1액츄에이터로 구동할 때에 상기 반력카운터가 받는 X방향 반력, Y방향 반력 및 모멘트 반력을 연산하고, 상기 X방향 반력, 상기 Y방향 반력 및 상기 모멘트 반력에 근거해서 상기 반력카운터를 구동하기 위한 프로파일을 생성한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 제어부는, 예를 들면, 상기 물체의 중량을 m, X방향 위치를 x, Y방향 위치를 y, X방향 가속도를 AccX, Y방향 가속도를 AccY로 하고, 상기 반력카운터가 받는 X방향 반력을 Fx, Y방향 반력을 Fy, 모멘트 반력을 Fr로 했을 때에, Fx, Fy, Fr를,
Fx = mㆍAccX,
Fy = mㆍAccY,
Fr = yㆍFx - xㆍFy = m(yㆍAccX - xㆍAccY)
에 따라 연산한다. 여기서, 상기 제어부는 상기 제 2액츄에이터의 X방향 추력의 총화를 Σ(FMx), Y방향 추력의 총화를 Σ(FMy), 모멘트 추력의 총화를 Σ(FMr)로 했을 때에, Σ(FMx) = -Fx, Σ(FMy) = -Fy, Σ(FMr) = -Fr가 성립하도록 상기 반력카운터를 구동하기 위한 프로파일을 생성한다. 상기 프로파일은, 예를 들면, 추력지령치를 제공하는 프로파일로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 제어부는, 예를 들면, 상기 제 1액츄에이터가 상기 물체를 구동할 때에 발생하는 반력을 받는 복수의 반력카운터의 각각의 중량을 M(i), 각각의 X방향 가속도를 AccMX(i), 각각의 Y방향 가속도를 AccMY(i), 각각의 관성모멘트를 J(i), 각각의 각속도를 AccMJ(i)로 했을 때에, Σ(M(i)ㆍAccMX(i)) = -Fx, Σ(M(i)ㆍAccMY(i)) = -Fy, Σ(J(i)ㆍ AccMJ(i)) = -Fr가 성립하도록 상기 제 2액츄에이터를 구동하기 위한 프로파일을 생성한다. 상기 프로파일은, 예를 들면, 가속도지령치를 제공하는 프로파일로 할 수 있다. 상기 제어부는, 예를 들면, 상기 가속도지령치를 속도지령치로 변환하고, 상기 속도지령치에 의해서 상기 제 2액츄에이터를 제어할 수도 있고, 또는 상기 가속도지령치를 위치지령치로 변환하고, 상기 위치지령치에 의해서 상기 제 2액츄에이터를 제어할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 반력카운터는 상기 제 1액츄에 이터의 고정자를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 제어부는, 예를 들면, 상기 물체의 속도가 0이 된 상태에 있어서 상기반력카운터의 속도가 0이 아닌 경우에, 상기 반력카운터를 서서히 감속시키도록 상기 제 2액츄에이터를 제어한다.
본 발명의 제 2의 측면은, 척을 가지고, 상기 척 상에 고정된 기판에 패턴을 전사 또는 그리는 노광장치를 제공하고, 상기의 구동장치에 의해서 상기 척이 구동될 수 있다.
본 발명의 제 3의 측면은, 상기의 노광장치를 사용해서 디바이스를 제조하는 디바이스 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련한 다음 설명으로부터 명백해질 것이며, 이들 도면에서 동일한 참조부호는 전 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.
(바람직한 실시형태의 상세한 설명)
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
[제 1실시형태]
도 4A 및 도 4B는 본 발명의 바람직한 실시형태의 노광장치에 내장되는 구동장치(웨이퍼스테이지)의 개략 구성을 나타내는 도면이며, 도 4A는 평면도, 도 4B는 단면도이다.
도 4A 및 도 4B에 있어서, 상판(30)에는 웨이퍼척(31)과 위치계측용의 바미러(50), (51)가 설치되어 있다. 웨이퍼척(31)은 위치결정 대상물인 웨이퍼(기판)를 진공흡착 또는 정전흡착 등의 흡착법에 의해 흡착해서 유지한다. 바미러(50),(51)는 도시하지 않은 레이저간섭계로부터의 계측광을 반사한다. 상판(30)은 XY슬라이더(38)에 대해서 자석을 이용한 자중보상부(도시 생략)에 의해서 비접촉으로 부상해서, 6축 방향으로 이동할 수 있다. 또, 상판(30)은 상판(30)과 XY슬라이더(38) 사이에 구동력을 발생하는 액츄에이터에 의해서 6축 방향(X, Y, Z 방향 및 X-, Y-, Z-축 주위 방향)으로 미소구동된다. 6축 미동용의 액츄에이터로서는, X방향으로 2개, Y방향으로 1개, Z방향으로 3개의 리니어모터가 설치되어 있다. 2개의 X방향 미동 리니어모터를 역방향으로 구동하면, Z축 주위(θ방향)에 상판(30)을 구동할 수 있고, 3개의 Z방향 미동 리니어모터의 각각의 구동력을 조정하면, X축 주위(ωX방향) 및 Y축 주위(ωY방향)에 상판을 구동할 수 있다. 또, 미동용 리니어모터의 고정자가 되는 코일은 XY슬라이더(38)에 설치되고, 미동용 리니어모터의 가동자가 되는 영구자석은 상판(30)에 설치되어 있다.
XY슬라이더(38)는, X, Y방향에 관해서는, 에어베어링(정압베어링)(35a)을 개재해서 X가이드바(28)와 Y가이드바(29)에 의해서 가이드되어 있다. 또, XY슬라이더(38)는, Z방향에 관해서는, 에어베어링(정압베어링)(35b)을 개재해서 기준 구조체(4) 상면에 의해서 가이드되어 있다.
X가이드바(28)의 양단부와 Y가이드바(29)의 양단부 부근에는 리니어모터(제 1액츄에이터)의 가동자(마그넷)(26), (126), 및 (27), (127)가 장착되어 있고, 제어부(100)의 제어하에서, 2개의 X리니어모터(코일)(24), (124) 및 2개의 Y리니어모터(코일)(25), (125)에 전류를 공급함으로써 로렌츠힘을 발생시켜, X가이드바(28) 를 Y방향으로, Y가이드바(29)를 X방향으로 구동할 수 있는 구성으로 되어 있다. 2개의 X리니어모터(코일)(24), (124) 및 2개의 Y리니어모터(코일)(25), (125)는 Z방향에 관해서 에어베어링(정압베어링)(34)을 개재해서 기준구조체(4) 상면에 의해서 가이드되고 있어, X, Y방향(평면 방향)으로 이동할 수 있다. 이하에서는 리니어모터고정자(24), (124), (25), (125)를 각각 YR, YL, XB, XF라고도 부른다.
리니어모터고정자(24), (124)는, 제어부(100)의 제어하에서, 리니어모터 고정자제어용 리니어모터(제 2액츄에이터)(32), (132)에 의해서 Y방향으로 구동된다. 마찬가지로, 리니어모터고정자(25), (125)는 리니어모터고정자제어용 리니어모터 (제 2액츄에이터)(33), (133)에 의해서 X방향으로 구동된다.
도 4A 및 도 4B에 나타내는 구동장치에 있어서, 리니어모터의 고정자로 형성된 반력카운터는 XB(25), XF(125), YR(24), YL(124)의 4개로 나누어져 있다.
우선, XY슬라이더(38)를 X방향으로 구동할 때에 발생하는 구동반력에 있어서는, 반력카운터 XB(25), XF(125)에 의해서 상쇄할 수 있다. 즉, XY슬라이더(38)의 구동력 F(t)의 X방향 성분을 FX(t)로 하면, FX(t)는 X리니어모터의 가동자(27), (127)를 구동하는 구동력이며, 그 반력은 -FX(t)이다. X방향의 반력 -FX(t)는 X방향용 리니어모터의 고정자로 형성되는 반력카운터 XB(25), XF(125)가 받게 된다. 반력카운터 XF(125)에 걸리는 힘을 FXF(t), 반력카운터 XB(25)에 걸리는 힘을 FXB(t)로 할 때, 다음 식(1)이 성립되면, X방향 반력을 상쇄할 수 있다.
FX(t) = -(FXF(t) + FXB(t))··· (1)
마찬가지로, Y방향의 구동반력에 대해서는 반력카운터 YL(124), YR(24)에 의해서 상쇄할 수 있다. 즉, XY슬라이더(38)의 구동력 F(t)의 Y방향 성분을 FY(t)로 하면, FY(t)는 Y리니어모터의 가동자(26), (126)를 구동하는 구동력이며, 그 반력은 -FY(t)이다. Y방향의 반력 -FY(t)는 Y리니어모터의 고정자로 형성되는 반력카운터 YL(124), YR(24)가 받게 된다. 반력카운터 YL에 걸리는 힘을 FYL(t), 반력카운터 YR에 걸리는 힘을 FYR(t)로 할 때, 다음 식(2)이 성립되면, Y방향 반력을 상쇄할 수 있다.
FY(t) = -(FYL(t) + FYR(t))··· (2)
또한 모멘트방향의 반력(회전에 대한 반력)에 대해서 생각한다. 도 7은, 도 4A 및 도 4B에 나타내는 구동장치에 있어서의 모멘트방향의 반력을 나타내고 있다. 구동장치 전체의 중심(重心)을 중심(中心)으로 한 XY슬라이더(38)의 X방향 위치를 x(t), Y방향 위치를 y(t), XY슬라이더(38)의 중량을 m, XY슬라이더(38)의 X방향의 가속도를 AccX(t), Y방향의 가속도를 AccY(t)로 하면, XY슬라이더(38)로부터 X가이드바(28)에 걸리는 모멘트 반력 γX(t)는 다음 식(3)으로 표현된다.
γX(t) = y(t)ㆍmㆍAccX(t)··· (3)
또, XY슬라이더(38)로부터 Y가이드바(29)에 걸리는 모멘트 반력 γY(t)는 다음 식(4)로 표현된다.
γY(t) = -x(t)ㆍmㆍAccY(t)··· (4)
모멘트의 반력 γ(t)은 X가이드바(28)에 걸리는 모멘트 γX(t)와 Y가이드바(29)에 걸리는 모멘트 γY(t)와의 화이므로 다음 식(5)로 표현된다.
γ(t) = m(y(t)ㆍAccX(t) - x(t)ㆍAccY(t))··· (5)
또, X가이드바(28)의 길이를 2Lx, Y가이드바(29)의 길이를 2Ly로 하면, 카운터매스 XF, XB, YL, YR로부터 가이드바(28), (29)에 걸리는 모멘트 반력 γX(t), γY(t)는, 도 7로부터 명백한 바와 같이, 다음 식(6)으로 표현할 수 있다.
γX(t) = -(FYL(t) - FYR(t))LX
γY(t) = -(FXB(t) - FXF(t))LY ··· (6)
마찬가지로, 모멘트의 반력 γ(t)은, X가이드바(28)에 걸리는 모멘트 γX(t)와 Y가이드바(29)에 걸리는 모멘트 γY(t)의 화이므로, 다음 식(7)이 성립되면, 모멘트의 반력을 상쇄할 수 있다.
γ(t) = γX(t) + γY(t)
= -(FYL(t) - FYR(t))LX - (FXB(t) - FXF (t))LY ··· (7)
여기서, 이 구동장치에서는, 제어부(100)에 의한 제어하에서, XY슬라이더(38)를 구동하는 동시에, 리니어모터고정자로 형성되는 반력카운터 XF(125), XB (25), YL(124), YR(24)을 리니어모터고정자제어용 리니어모터(133), (33), (132), (32)에 의해서 다음 식(8)에서 나타나는 힘으로 구동한다.
FXF(t) = -(FX(t) - γ(t)α)/2
FXB(t) = -(FX(t) + γ(t)α)/2
FYL(t) = -(FY(t) - γ(t)β)/2
FYR(t) = -(FY(t) - γ(t)β)/2··· (8)
식(8)에 나타내는 힘으로 반력카운터 XF(125), XB(25), YL(124), YR(24)를 구동함으로써, 반력카운터 XF(125), XB(25)에 대해서 X방향으로 걸리는 힘에 대해서, 다음 식(9)에 표시한 바와 같이, 식(1)이 성립되므로, X방향의 반력을 완전하게 상쇄할 수 있다
-(FXF(t) + FXB(t)) = FX(t)··· (9)
마찬가지로, Y방향에 있어서도, 다음 식(10)에 표시한 바와 같이, 식(2)가 성립되므로, Y방향의 반력을 완전하게 상쇄할 수 있다.
-(FYL(t) + FYR(t)) = FY(t)··· (10)
또한 모멘트의 반력에 대해서는 다음 식(11)에 나타낸 바와 같이 된다.
-(FYL(t) - FYR(t))LX - (FXB(t) - FXF(t))LY
= (βLX + αLY)γ(t) ··· (11)
따라서, 다음 식(12)가 성립되는 α, β를 선택하면, 식(7)이 성립되어, 모멘트의 반력을 완전하게 상쇄할 수 있다.
βLX + αLY = 1 ··· (12)
예를 들면, 다음 식(13)에 따라 α, β를 결정하면, 모멘트 반력을 4개의 반력카운터 XF, XB, YL, YR에 배분할 수 있다.
α = 1/(2LY)
β = 1/(2LX) ··· (13)
리니어모터고정자제어용 리니어모터(133), (33), (132), (32)가 각각 반력카운터 XF(125), XB(25), YL(124), YR(24)를 구동할 때의 구동프로파일은 제어부(100)가 XY슬라이더(38)의 X방향 및 Y방향의 가속도와 위치에 근거해서 필요하면 리얼타임으로 연산할 수 있다.
여기서, 반력카운터 XF의 중량을 MXF, 가속도를 AccXF, 반력카운터 XB의 중량을 MXB, 가속도를 AccXB, 반력카운터 YL의 중량을 MYL, 가속도를 AccYL, 반력카운터 YR의 중량을 MYR, 가속도를 AccYR로 하면, 식(8)은 다음 식(14)과 같이 변형된다.
AccXF = -(mㆍAccX - γα)/(2MXF)
AccXB = -(mㆍAccX + γα)/(2MXB)
AccYL = -(mㆍAccY + γβ)/(2MYL)
AccYR = -(mㆍAccY - γβ)/(2MYR)
γ = m(yㆍAccX - xㆍAccY)
··· (14)
이와 같이, 반력카운터 XF, XB, YL, YR을 가속하기 위해서 리니어모터고정자제어용 리니어모터(133), (33), (132), (32)에게 공급할 수 있는 가속도지령치는 XY슬라이더(38)의 가속도 AccX, AccY와 위치 x, y에 근거해서 결정할 수 있다.
도 1은 제어부(100)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 있어서, X위치지령기(201)는 X방향의 위치프로파일에 따라 XY슬라이더(38)의 X방향의 목표 위치를 지령하는 지령치 REF-X를 발생하고, Y위치지령기(202)는 Y방향의 위치프로파일에 따라 XY슬라이더(38)의 Y방향의 목표위치를 지령하는 지령치 REF-Y를 발생한다. 도 1에 나타내는 제어부(100)는 XY슬라이더(38)를 X위치지령기(201), Y위치지령기(202)가 각각 발생하는 X, Y방향의 위치지령치 REF-X, REF-Y에 따라 이동시키는 위치피드백서보계를 형성한다.
XY슬라이더(38)는, Y가이드바(29)를 X방향으로 구동함으로써 X방향의 위치가 제어되고, X가이드바(28)를 Y방향으로 구동함으로써 Y방향의 위치가 제어된다. 여기서, Y가이드바(29)는 리니어모터 XB(25) 및 리니어모터 XF(125)에 의해서 구동된다. X가이드바(28)는 리니어모터 YL(124) 및 리니어모터 YR(24)에 의해서 구동된다.
X위치계측기(250)는 XY슬라이더(38)의 X방향의 위치를 계측하고, Y위치계측기(251)는 XY슬라이더(38)의 Y방향의 위치를 계측한다. X위치계측기(250) 및 Y위치계측기(251)는 도 4A 및 도 4B에 나타내는 X바미러(50) 및 Y바미러(51)의 위치를 각각 계측하는 레이저간섭계를 각각 포함할 수 있다.
감산기(205)는 X위치지령기(201)에 의해 제공되는 X방향의 목표위치지령치 REF-X로부터 X위치계측기(250)에 의해 제공되는 X방향의 계측위치를 감산해서 X방향에 대한 위치편차(제어편차)를 출력한다. 위치편차는 X축 보상기(Gx)(207)에 의해서 X축 추력지령치 Fx로 변환된다. 보상기(Gx)(207)는 PID보상기, 로우패스필터, 노치필터 등을 포함할 수 있다.
감산기(206)는 Y위치지령기(202)에 의해 제공되는 Y방향의 목표위치지령치 REF-Y로부터 Y위치계측기(251)에 의해 제공되는 Y방향의 계측위치를 감산해서 Y방향에 대한 위치편차(제어편차)를 출력한다. 위치편차는 Y축 보상기(Gy)(208)에 의해서 Y축 추력지령치 Fy로 변환된다. 보상기(Gy)(208)는 PID보상기, 로패스필터, 노치필터 등을 포함할 수 있다.
추력분배기(210)는 X, Y방향의 추력지령치 Fx, Fy와 위치지령기(201), (202)에 의해 제공되는 X, Y방향의 위치지령치 REF-X, REF-Y에 근거해서, 리니어모터의 고정자(반력카운터) XF(125), XB(25), YL(124), YR(24)에 대해서 추력을 분배한다. 추력분배기(210)에 의해서 연산된 추력 Fxb, Fxf, Fy1, Fyr는 각각 리니어모터의 고정자 XB(25), XF(125), YL(124), YR(24)에 드라이버(도시 생략)를 통해서 출력된다. 이에 의해서, X가이드바(28) 및 Y가이드바(29)가 구동되어 XY슬라이더(38)가 이동한다.
이상과 같이, XY슬라이더(38)는 위치피드백서보계에 의해서 제어할 수 있고, 또 X, Y방향에 대해서 서로 독립한 위치프로파일에 따라 구동할 수 있다.
도 1의 하부는 리니어모터의 고정자이기도 한 반력카운터 XF(125), XB(25), YL(124), YR(24)의 제어계이다. 반력카운터도 또 위치피드백서보계에 의해서 제어 될 수 있다. 반력카운터 XB(25)에 대해서 설명하면, 2계적분기(295)에 의해 제공되는 반력카운터 XB(25)의 위치지령치(위치프로파일)와 계측위치와의 위치편차를 감산기(259)로 연산하고, 이것을 보상기(255)에 의해서 리니어모터 고정자제어용 리니어모터(33)에의 추력지령치로 변환해서, 반력카운터 XB(25)를 구동한다. 반력카운터 XF(125), YL(124), YR(24)에 대해서도 마찬가지의 위치피드백서보계가 설치되어 있어, 2계적분기(296)~(298)에 의해 제공되는 위치지령치(위치프로파일)에 따라 구동된다.
이들 위치피드백서보계는 DSP(Digital Signal Processor) 같은 고속연산 신호처리프로세서 등을 포함할 수 있고, 예를 들면 일정한 샘플링레이트로 리얼타임으로 소프트웨어방식으로 제어될 수 있다.
반력카운터프로파일생성기(270)는 식(14)에 따라 XY슬라이더(38)의 가속도 AccX, AccY와 위치 x, y에 근거해서 각 반력카운터 XB(25), XF(125), YR(24), YL(124)를 제어하기 위한 가속도지령치를 생성한다. 반력카운터프로파일생성기(270)는 XY슬라이더(38)의 X위치지령치 REF-X (위치 x), Y위치지령치 REF-Y(위치 y), X가속도지령치 AccX, Y가속도지령치 AccY를 받아서, 각 반력카운터 XB(25), XF (125), YR(24), YL(124)에 공급될 가속도지령치 AccXB, AccXF, AccYL, AccYR을 출력한다.
가속도지령치 AccX, AccY는 X위치지령치 REF-X, Y위치지령치 REF-Y를 2계미분기(281), (282)에 의해서 순서대로 2계미분함으로써 생성될 수 있다. 혹은, 가속도지령치 AccX, AccY는 XY슬라이더(38)의 X방향, Y방향의 가속도를 가속도센서에 의해서 검출함으로써 얻을 수도 있다. 반력카운터프로파일생성기(270)는 DSP (Digital Signal Processor)와 같은 고속연산신호처리프로세서 등을 포함할 수 있고, 예를 들면 일정한 샘플링레이트로 리얼타임으로 소프트웨어방식으로 제어될 수 있다.
반력카운터프로파일생성기(270)로 생성되는 가속도지령치 AccXB, AccXF, AccYL, AccYR은 2계적분기(295)~(298)로 2계적분됨으로써 위치지령치가 되어, 반력카운터의 위치서보루프에 위치프로파일로서 공급된다. 각 반력카운터는, 전술한 바와 같이, 공급된 위치프로파일에 따라 위치서보루프에 의해서 구동된다.
이상의 구성에 의해서, XY슬라이더(38)의 구동위치프로파일이 X, Y방향에 대해서 서로 독립적으로 주어져도, 반력카운터에의 위치지령치(위치프로파일)가 식(14)에 따라 순차적으로 연산되어, X방향, Y방향, 및 모멘트의 반력이 완전하게 상쇄될 수 있다.
예를 들면, 도 2에 표시한 바와 같이, X축방향의 가속도(추력)뿐만 아니라 Y축방향의 가속도(추력)도 변화시키도록 XY슬라이더(38)를 연속적으로 구동하는 경우를 생각한다. 이 경우, 도 1에 나타내는 반력카운터프로파일생성기(270)에 의해서 식(14)에 따라 도 3과 같은 가속도프로파일이 생성된다. 이 가속도프로파일에 따라 리니어모터고정자위치제어용 리니어모터(133), (33), (132), (32)가 반력카운터 XF(125), XB(25), YL(124), YR(24)를 구동함으로써 XY슬라이더(38)의 구동에 수반하는 X방향, Y방향, 모멘트의 반력이 완전하게 상쇄된다.
다만, 모멘트 반력을 완전하게 상쇄할 수 있는 대신에, XY슬라이더(38)의 구 동프로파일에 따라서는, 도 8에 표시한 바와 같이, XY슬라이더(38)가 정지해서 속도가 0이 되어도 반력카운터 XF(125), XB(25), YL(124), YR(24)의 속도가 0이 되지 않고 일정 속도로 이동하게 될 가능성이 있다. 이와 같은 경우에, 제어부(100)는 반력카운터의 속도를 서서히 내려서 정지시키는 것이 바람직하다.
상기의 기술은 다음과 같이 일반화할 수 있다. 즉, XY스테이지의 중량, XY스테이지의 X방향의 위치, XY스테이지의 Y방향의 위치를 각각 m, x, y로 하고, XY스테이지의 X방향의 가속도, XY스테이지의 Y방향의 가속도를 각각 AccX, AccY로 했을 때에, X방향 반력 Fx = mㆍAccX, Y방향 반력 Fy = mㆍAccY, 모멘트 반력 Fr = yㆍFx - xㆍFy=mㆍ(yㆍAccX - xㆍAccY)을 순차적으로 계산하고, 또한 반력카운터를 X방향으로 구동하는 추력의 총화를 Σ(FMx), 반력카운터를 Y방향으로 구동하는 추력의 총화를 Σ(FMy), 반력카운터를 구동하는 모멘트 추력의 총화를 Σ(FMr)로 했을 때에, Σ(FMx) = -Fx, Σ(FMy) = -Fy, Σ(FMr) = -Fr이 성립되도록 반력카운터의 구동프로파일을 순차적으로 연산해서 반력카운터를 구동함으로써 X방향 반력, Y방향 반력 및 모멘트 반력의 모두를 완전하게 상쇄할 수 있다.
혹은, 상기의 기술은 다음과 같이 해석할 수도 있다. 즉, 복수의 반력카운터의 각각의 중량을 M(i), 각각의 X방향 가속도를 AccMX(i), 각각의 Y방향 가속도를 AccMY(i), 각각의 관성모멘트를 J(i), 각각의 각속도를 AccMJ(i)로 했을 때에, Σ(M(i)ㆍAccMX(i)) = -Fx, Σ(M(i)ㆍAccMY(i)) = -Fy, Σ(J(i)ㆍAccMJ(i)) = -Fr 이 성립하도록 반력카운터의 구동프로파일을 순차적으로 연산해서 반력카운터를 구동함으로써 X방향 반력, Y방향 반력 및 모멘트 반력의 모두를 완전하게 상쇄할 수 있 다.
[제 2실시형태]
반력카운터의 제어계는 속도서보루프를 포함할 수 있고, 제 1실시형태에 있어서의 반력카운터의 가속도지령치 AccXB, AccXF, AccYL, AccYR를 적분해서 속도지령치프로파일을 생성하고, 이것을 반력카운터의 제어용의 프로파일로서 사용할 수 있다.
[제 3실시형태]
반력카운터의 제어는 피드포워드제어계에 의해서 행할 수 있다. 예를 들면, 제 1실시형태에 있어서의 AccXB, AccXF, AccYL, AccYR로부터 추력지령치를 구해서, 그 추력지령치를 반력카운터를 구동하는 리니어모터(133), (33), (132), (32)의 드라이버에 직접(즉, 편차를 연산하는 일 없이) 공급해도 된다.
[응용예]
도 9는 도 4A 및 도 4B에 나타내는 구동장치가 웨이퍼스테이지로서 내장된 노광장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 노광장치에 있어서, 구동장치(200)는 웨이퍼척(31) 상에 웨이퍼(기판)(W)를 유지해서, 제어부(100)에 의한 제어하에서 웨이퍼(W)를 위치프로파일에 따라 이동시킨다.
레티클스테이지(220)에 유지된 레티클(원판)(R)은 조명광학계(210)에 의해서 조명되고, 그 패턴이 투영광학계(230)를 통해서 웨이퍼(W) 상에 투영되어 노광이 이루어진다. 노광장치는, 예를 들면 스텝ㆍ앤드ㆍ리피트형, 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔형으로서 구성될 수 있다.
이 노광장치에 의하면, 예를 들면, 도 6에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 스테이지(상판)(30)를 곡선에 따라 구동했을 경우에 있어서도, 그 구동에 수반해서 반력카운터에 걸리는 X방향, Y방향, 모멘트의 반력을 상쇄할 수 있다. 즉, 이 노광장치에 의하면, X방향, Y방향에 대해서 서로 독립한 구동프로파일에 따라 스테이지(30)를 구동했을 경우에 있어서도, 그 구동에 수반하는 X방향, Y방향, 모멘트의 반력을 상쇄할 수 있다.
따라서, 예를 들면, 도 6에 예시적으로 나타낸 곡선에 따라 스테이지(30)를 구동했을 경우에 있어서도, 그 구동에 수반하는 진동이나 흔들림을 저감할 수 있어, 드루풋을 향상시키면서, 동시에 오버레이 정밀도나 선폭 정밀도 등을 향상시킬 수 있다. 또, 스테이지의 가감속에 수반하는 반력의 영향을 저감해서, 동일 플로어에 설치되어 있는 다른 장치에 주는 영향을 저감할 수 있어, 실효적인 설치 면적을 축소할 수 있다.
상기와 같은 노광장치에 의하면, 뛰어난 디바이스를 제조할 수 있다. 이러한 제조방법은, 예를 들면, 웨이퍼나 유리기판 등의 기판 상에 감광제를 도포하는 공정, 이 기판에 상기의 노광장치를 사용해서 패턴을 전사 또는 그리는 공정, 및 그 패턴을 현상하는 공정을 포함한 리소그래피공정을 반복해서 반도체디바이스, 액정디바이스, MEMS디바이스 등의 디바이스를 제조한다.
본 발명의 정신 및 범위에서 일탈하는 일 없이 본 발명의 명백하고 광범위하게 서로 다른 수많은 실시형태를 만들 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에서 한정된 것을 제외하고는 특정 실시형태에 한정되지 않는다는 것을 알아야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 예를 들면, 물체를 X방향 및 Y방향으로 구동하기 위한 구동패턴에 대한 제한을 완화하면서 이 물체의 구동에 수반하는 반력을 상쇄할 수 있다.

Claims (16)

  1. 물체를 이동시키는 구동장치로서:
    상기 물체를 X방향 및 Y방향으로 구동하는 제 1액츄에이터;
    상기 제 1액츄에이터가 상기 물체를 구동할 때에 발생하는 반력을 받는 반력카운터를 구동하는 제 2액츄에이터; 및
    상기 물체를 상기 제 1액츄에이터로 구동할 때에 상기 반력카운터가 받는 반력을 상기 제 2액츄에이터에 의해서 상쇄하도록 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 위치에 근거해서 상기 제 2액츄에이터를 제어하는 제어부;
    를 구비한 것을 특징으로 하는 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 위치에 근거해서 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 가속도를 연산하고, 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 위치 및 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 가속도에 근거해서 상기 제 2액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 가속도를 검출하는 가속도센서를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 물체의 X방향 및 Y방향 가속도와 상기 물체의 X방향 및 Y방향의 위치에 근거해서 상기 제 2액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 물체를 상기 제 1액츄에이터로 구동할 때에 상기 반력카운터가 받는 X방향 반력, Y방향 반력 및 모멘트 반력을 상기 제 2액츄에이터에 의해서 상쇄하도록 상기 제 2액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 물체를 상기 제 1액츄에이터로 구동할 때에 상기반력카운터가 받는 X방향 반력, Y방향 반력 및 모멘트 반력을 연산하고, 상기 X방향 반력, 상기 Y방향 반력 및 상기 모멘트 반력에 근거해서 상기 반력카운터를 구동하기 위한 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제어부는 상기 물체의 중량을 m, X방향 위치를 x, Y방향 위치를 y, X방향 가속도를 AccX, Y방향 가속도를 AccY로 하고, 상기 반력카운터가 받는 X방향 반력을 Fx , Y방향 반력을 Fy, 모멘트 반력을 Fr로 했을 때에, Fx, Fy, Fr를
    Fx = mㆍAccX,
    Fy = mㆍAccY,
    Fr = yㆍFx - xㆍFy = m(yㆍAccX - xㆍAccY)
    에 따라 연산하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제 2액츄에이터의 X방향 추력의 총화를 Σ(FMx), Y방향 추력의 총화를 Σ(FMy), 모멘트 추력의 총화를 Σ(FMr)로 했을 때에, Σ(FMx) = -Fx, Σ(FMy) = -Fy, Σ(FMr) = -Fr가 성립하도록 상기반력카운터를 구동하기 위한 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 프로파일은 추력지령치를 제공하는 프로파일인 것을 특징으로 하는 구동장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제 1액츄에이터가 상기 물체를 구동할 때에 발생하는 반력을 받는 복수의 반력카운터의 각각의 중량을 M(i), 각각의 X방향 가속도를 AccMX(i), 각각의 Y방향 가속도를 AccMY(i), 각각의 관성 모멘트를 J(i), 각각의 각속도를 AccMJ(i)로 했을 때에, Σ(M(i)ㆍAccMX(i)) = -Fx , Σ(M(i)ㆍAccMY(i)) = -Fy, Σ(J(i)ㆍAccMJ(i)) = -Fr가 성립하도록 상기 제 2액츄에이터를 구동하기 위한 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 프로파일은 가속도지령치를 제공하는 프로파일인 것을 특징으로 하는 구동장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제어부는 상기 가속도지령치를 속도지령치로 변환하고, 상기 속도지령치에 의해서 상기 제 2액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하 는 구동장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 제어부는 상기 가속도지령치를 위치지령치로 변환하고, 상기 위치지령치에 의해서 상기 제 2액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 반력카운터는 상기 제 1액츄에이터의 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 물체의 속도가 0이 된 상태에 있어서 상기 반력카운터의 속도가 0이 아닌 경우에, 상기 반력카운터를 서서히 감속시키도록 상기 제 2액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  15. 척을 가지고, 상기 척 상에 고정된 기판에 패턴을 전사 또는 그리는 노광장치로서, 상기 척이 제 1항에 기재된 구동장치에 의해서 구동되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  16. 제 15항에 기재된 노광장치를 사용해서 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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