KR100880618B1 - 스테이지 장치 - Google Patents

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KR100880618B1
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신지 오이시
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 따른 스테이지 장치는, 제1 방향으로 이동 가능한 스테이지와, 상기 스테이지를 제1 방향으로 구동하도록 구성된 리니어 모터와, 같은 극이 서로 대향하도록 상기 스테이지 위에 배치된 제1 자석들과 상기 스테이지의 스트로크의 양단에 배치된 제2 자석들을 갖는 자석 유닛과, 상기 제2 자석들을 지지하는 지지부재를 구비한다. 상기 지지부재는 제1 방향으로 이동 가능하게 지지를 받는다.
스테이지장치, 리니어 모터, 자석, 지지부재

Description

스테이지 장치{STAGE APPARATUS}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스테이지 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 이용될 수 있는 반발 자석 유닛의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1a의 스테이지 장치를 X방향에서 본 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 지지 부재를 구동하는 구동 유닛의 도면이다.
도 5a 내지 5i는 제1 실시 예에 있어서의 스테이지 동작을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스테이지 장치의 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스테이지 장치의 도면이다.
도 8a 내지 8i는 본 발명의 제4 실시 예에 있어서의 스테이지 동작을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 따른 스테이지 장치를 포함한 노광 장치의 개략도이다.
도 10은 노광 장치를 사용한 디바이스의 제조공정의 플로차트이다.
도 11은 도 10의 플로차트의 스텝 S4의 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로차트이다.
도 12a 및 도 12b는 반발 가속 유닛을 포함한 종래의 스테이지 장치의 도면이다.
본 발명은 대상물을 스테이지에 탑재해 위치 결정하기 위한 스테이지 장치에 관한 것으로, 특히 노광 장치용 레티클 스테이지로서 사용될 수 있는 스테이지 장치에 관한 것이다.
노광 장치에 있어서, 기판 또는 원판(이하, 기판이라고 총칭한다)의 위치 결정에 스테이지 장치가 이용된다. 기판을 탑재하는 스테이지를 가감속하기 위해서 영구자석의 반발력을 이용하는 스테이지 장치가 일본국 공개특허공보 특개2004-079639에 개시되어 있다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면서 일본국 공개특허공보 특개 2004-079639호에 기재된 스테이지 장치에 대해 설명한다. 기판(103)을 탑재한 스테이지(104)는, 가이드(102)를 따라 Y방향으로 이동 가능하다. 스테이지(104)는 리니어 모터 가동자(105)를 갖고, 이 리니어 모터 가동자(105)와 베이스(미도시)에 장착된 리니어 모터 고정자(106)와의 사이에 발생한 힘에 의해 Y방향으로 구동된다.
스테이지(104)는 스테이지(104)의 이동방향 전후에 한 쌍의 영구자석(109)을 갖는다. 가이드(102)는 소정의 거리만 떨어진 한 쌍의 상하 영구자석(112)을 갖는다. 영구자석 109 및 112는 Z방향으로 자화되어, 서로 대향하는 면이 같은 극을 갖는다. 스테이지(104)의 스트로크의 양단에서, 이 영구자석 112 사이에 영구자석 109를 삽입하면, 양 자석 사이에 반발력이 발생하여 스테이지(104)를 가감속한다.
스테이지(104)는 영구자석 109 및 112의 반발력을 이용해 구동되었을 경우, 구동 반력을 일으킨다. 이 구동 반력은 전자 장치를 진동시킨다. 이러한 진동은 스테이지(104)의 위치 결정 제어에 대해 외란이 되어, 위치 결정 정밀도의 악화 혹은 위치 결정 시간의 증대로 연결되어 버린다. 
본 발명은, 스테이지 반력 억제에 적합한 기구를 가지며, 영구자석의 반발력을 이용한 스테이지 장치를 지향한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 따른 스테이지 장치는, 제1 방향으로 이동 가능한 스테이지와, 상기 스테이지를 제1 방향으로 구동하도록 구성된 리니어 모터와, 같은 극이 서로 대향하도록 상기 스테이지에 배치된 제1 자석들과 상기 스테이지의 스트로크의 양단에 배치된 제2 자석들을 갖는 자석 유닛과, 상기 제2 자석을 지지하는 지지부재를 구비한다. 상기 지지부재는 제1 방향으로 이동가능하게 지지된다.
본 발명의 또 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 이하 예시한 실시 예로부터 명확해질 것이다.
이하의 적어도 하나의 실시 예의 설명은 단지 예시에 지나지 않으며, 본 발명, 그것의 애플리케이션 또는 용도를 제한하도록 의도된 것은 아니다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 알려진 프로세스, 기술, 장치, 및 재료 등은 상세히 설명되지 않았지만, 예를 들면 자석의 제조 및 그들의 재료에 적합한 설명의 일부가 될 것이다.
여기서 예시한 모든 예에 있어서, 어떤 특정 값은 단지 예시에 지나지 않으며, 한정하는 것이 아니다. 따라서, 예시한 실시 예의 다른 예들은 다른 값을 갖는다.
이하의 도면에서 같은 참조번호 및 문자는 같은 항목을 언급하는 것이므로, 일단 한 항목이 하나의 도면에 정의되어 있으면, 이하의 도면에서는 그것에 대해 설명하지 않는다는 점에 유념한다.
여기에서는, 오차(예를 들면, 위치결정 오차)를 보정하거나 힘을 제거할 때, 오차 또는 힘의 감소 및/또는 오차의 보정 또는 힘의 제거를 계획한다는 점에 유념한다.
(제1 실시 예)
도 1a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스테이지 장치의 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 화살표 IB의 방향에서 본 스테이지 장치의 측면도이다.
스테이지 장치는, 기판(3)을 탑재해 이동하는 스테이지(4)와, 베어링(14)을 개입시켜 스테이지(4)를 안내하는 베이스(1)와, 스테이지(4)를 Y방향으로 구동하는 리니어 모터와, 스테이지(4)를 Y방향으로 가감속하기 위한 반발 자석 유닛을 포함 한다. 이후에 사용된 "이동 방향"이란 Y방향을 가리킨다. 베이스(1)는 XY평면과 평행한 안내면을 갖는다. 베어링(14)은, 스테이지(4)에 요구되는 정밀도에 따라 다른 종류의 베어링과 교체될 수 있다. 기판(3)은 예를 들면, 스테이지(4)에 고정된 척(chuck;미도시)에 의해 홀딩된다. 사용되는 척은 예를 들면 클램프, 진공 흡착 유닛, 정전 흡착 유닛 또는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 알려진 다른 잠금 디바이스일 수도 있다.
또, 스테이지(4) 위에 설치된 별도 정밀(precision) 스테이지 위에 기판(3)을 탑재할 수도 있다. 스테이지(4)에 대해서 정밀 스테이지를 짧은 스트로크(stroke)로 구동해 기판(3)을 고정밀하게 위치 결정할 수 있다. 정밀 스테이지의 구동 방향은, 어떤 특정 방향에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 정밀 스테이지는 X, Y, 혹은 Z 방향으로 구동될 수 있거나 또는 각 축에 대하여 회전될 수도 있다.
리니어 모터는, 스테이지(4)의 양측에 고정된 영구자석을 갖는 가동자(5)와, 스테이지(4)의 이동방향으로 복수의 코일이 배치된 고정자(6)를 포함한다. 이들 코일은 지지부(7)를 개입시켜 베이스(1)에 고정된다. 가동자(5)의 영구자석은 코일과 비접촉으로 대향하도록 배치될 수 있다. 스테이지(4)는, 영구자석의 자속이 통과하는 코일에 전류를 흘려보냄으로써 생긴 로렌츠의 힘에 의해 Y방향으로 비접촉으로 구동될 수 있다. 이러한 리니어 모터의 구성에 대해서는 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 통합되어 있는 일본국 공개특허공보 특개 2004-079639호에 개시되어 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 또, 리니어 모터의 구성은 이 구성에 한정하는 것은 아니고, 다른 종류의 리니어 모터 구성을 이용할 수 있다.
스테이지(4)의 위치는 레이저 간섭계(30)를 이용해서 계측될 수 있다. 이 간섭계(30)는 스테이지(4)에 설치된 반사 미러(27)에, 스테이지(4) 외부에 설치된 광원으로부터 사출된 계측 광을 조사하여, 반사광과 참조광의 간섭에 따라 스테이지(4)의 위치를 계측한다. 위치 계측은 Y방향의 스테이지(4)의 위치에 한정되지 않는다. 예를 들면, 복수의 계측 축을 이용해 X축 혹은 Z축 주위의 회전 방향으로 스테이지(4)의 위치를 계측할 수 있다. 계측된 스테이지(4)의 위치에 따라 상술한 리니어 모터가 제어될 수 있다. 스테이지(14)의 위치를 계측하는데 사용되는 수단은 레이저 간섭계에 한정하지 않고, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 알려져 있는 다른 종류의 수단을 이용할 수 있다.
다음에, 스테이지(4)를 가감속하기 위한 반발 자석 유닛에 대해 도 2를 참조하면서 설명한다. 반발 자석 유닛은 가동 자석부 28a 및 28b와 고정 자석부 10a, 10b를 포함한다. 도 2를 이용해 가동 자석부 28a와 고정 자석부 10a에 대해 설명하지만, 가동 자석부 28b와 고정 자석부 10b는 같은 구성을 가질 수 있다.
가동 자석부 28a는 영구 자석(9)과, 영구 자석(9)을 스테이지(4)에 지지하는 지지부(8)를 포함한다. 영구 자석(9)은 판 모양이며, 수직으로 자화된다. 본 실시 예에서는, 영구 자석(9)은 그 위쪽 표면이 N극이고, 그것의 아래쪽 면이 S극인 단극 영구자석일 수 있다.
고정 자석부 10a는, 서로 분리되어 있는 한 쌍의 상하 영구자석 12a, 12b과, 이러한 영구자석으로부터 발생한 자속을 순환시키기 위한 요크 11a, 11b, 13을 포함한다. 영구자석 12a, 12b는 각각 요크 11a, 11b에 고정되어 있다. 고정 자석부 10a는 2개의 자석 12a 및 12b를 한 쌍의 자석으로서 포함하고 있지만, 2개 이상의 영구자석의 쌍을 포함할 수도 있다. 영구자석 12a, 12b는 판 모양이며, 수직으로 자화된다. 영구자석 12a, 12b는, 영구자석(9)과 영구자석 12a 및 12b의 같은 극이 서로 대향하도록 자화될 수 있다. 즉, 위쪽의 영구자석 12a는 아래쪽 면이 N극인 단극 영구자석이고, 아래쪽의 영구자석 12b는 위쪽 표면이 S극인 단극 영구자석이다.
영구자석 12a 및 12b 사이의 간격은 영구자석(9)의 두께보다 크다. 영구자석 12a, 12b의 양측에 있는 한 쌍의 요크 13 사이의 간격은 영구자석(9)의 폭보다 클 수 있다.
가동 자석부 28a, 28b는 스테이지(4)의 이동 방향 전후에 설치될 수 있다. 고정 자석부 10a, 10b는 스테이지(4)로부터 이동 방향으로 멀리 떨어진 위치에 배치될 수 있고, 즉 스테이지의 스트로크 양단에 설치될 수 있다. 스테이지(4)를 Y방향으로 구동하면, 스테이지(4)의 스트로크 양단의 근방에서 영구자석(9)은 한 쌍의 영구자석 12a, 12b 사이에 비접촉으로 삽입될 수 있다(도 2에 있어서의 점선으로 표시).
이러한 구성에서, 영구 자석 9와 영구자석 12a, 12b 사이에 발생한 자기 반발력이 스테이지(4)를 그것의 이동 방향으로 가감속할 수가 있다. 가감속 방향(도 2의 화살표의 방향)은 영구자석 9와 영구자석 12a, 12b의 자화 방향과 직교하기 때문에, 반발 자석 유닛은, 스테이지(4)가 Y방향으로 이동했다고 해도 오랫동안 반발력을 유지할 수가 있다. 또, 영구자석 12a, 12b 사이에 영구 자석 9가 삽입되어 있 기 때문에, 반발 자석 유닛은, Z방향으로 발생하는 반발력을 상쇄할 수가 있다. 이러한 반발 자석 유닛의 배치는, 왕복 이동하는 스테이지를 포함한 스테이지 장치에 이용될 수 있다. 
반발 자석 유닛을 이용해 스테이지(4)를 구동할 때에, 고정 자석부 10a, 10b는 구동 반력을 받게 된다. 이 구동 반력이 베이스(1)에 전해지면, 장치 전체를 진동시킬 수 있다. 이러한 진동은 스테이지의 위치 결정 제어에 대해 외란이 되어, 위치 결정 정밀도의 감소 혹은 위치 결정 시간의 증대로 연결되어 버린다. 이 때문에, 본 실시 예에 따른 스테이지 장치는 반력 상쇄 기구를 갖는다.
도 1a 및 1b를 참조하여 반력 상쇄 기구에 대해 설명한다. 한 쌍의 고정 자석부 10a, 10b는 다른 베어링(14)을 개입시켜 베이스(1) 위에 이동 가능하게 지지된 지지 부재(19)에 고정된다. 베어링(14)은, 스테이지(4)에 요구되는 정밀도에 따라 그 외의 종류의 베어링으로 교체될 수 있다.
반발 자석 유닛이, 스테이지(4)에 가감속력을 부여하면, 고정 자석부 10a, 10b는 그 힘과 반대 방향의 반력을 받는다. 상술한 바와 같이, 지지 부재(19)는 이동 가능하고, 고정 자석부 10a, 10b는 지지 부재(19)에 고정되어 있으므로, 고정 자석부 10a, 10b 및 지지 부재(19)는 반력의 방향으로 이동한다. 이와 같이 함으로써, 지지 부재(19)가 카운터 매스(mass)로서 기능해 반력을 상쇄할 수가 있다. 지지 부재(19)의 매스를 증가시키는 것이 용이하여, 반력을 상쇄하기 위해서 카운터 매스가 이동하는 거리를 줄일 수 있다. 이것에 의해 장치의 풋프린트(footprint)를 줄일 수가 있다.
 도 3은 스테이지(4)의 중력의 중심 G1와, 지지 부재(19) 및 고정 자석부 10a, 10b의 중력의 중심 G2와, 반발 자석 유닛에 의해 생긴 힘의 작용선 F를 나타내는 측면도이다. 중력의 중심 G1 및 G2가 서로 다른 높이로 위치되어 있으면, 구동시에 회전 방향의 힘이 발생한다. 이러한 회전 방향의 힘은 스테이지 장치에 진동을 일으킬 수 있다. 도 3에 나타낸 것처럼 스테이지(4)의 중력의 중심 G1의 높이가 지지 부재(19) 및 고정 자석부 10a 및 10b의 중력의 중심 G2의 높이와 얼라인될 수 있다. 특히, 중력의 중심 G1 및 G2의 높이는 반발 자석 유닛에 의해 발생한 힘의 작용선 F의 높이와도 얼라인될 수 있다.
반력 상쇄 기구는, 지지 부재(19)를 구동하도록 구성된 구동 유닛(15)과, 구동 유닛(15)과 지지 부재(19)를 연결하도록 구성된 연결 부재(16)와, 지지 부재(19)를 베이스(1)에 대하여 홀딩해 그것을 적소에 두도록 구성된 홀딩 유닛(17)을 더 포함한다.
도 4a 및 도 4b는 구동 유닛(15)의 상세를 나타내는 도면이다. 구동 유닛(15)은, 지지 부재(19)에 연결된 연결 부재(16)에 고정된 영구자석 23과 베이스(1)에 고정된 코일 22를 포함한다. 영구자석 23은 코일 22과 대향하도록 배치되고, 코일 22를 통전시키는 것에 의해 Y방향으로 구동될 수가 있어, 영구자석 23에 연결된 지지 부재(19)는 Y방향으로 구동된다. 사용되는 구동 유닛(15)은 상기 유닛에 한정되는 것은 아니고, 지지 부재(19)를 구동할 수 있는 유닛이면 어떤 유닛도 사용할 수 있다.
지지 부재(19)의 위치는 다른 레이저 간섭계(32)에 의해 계측될 수가 있다. 이 간섭계(32)는 지지 부재(19)에 고정된 반사경(31)에 계측 광을 조사해서, 반사광과 참조광의 간섭에 따라 지지 부재(19)의 위치를 계측한다. 위치 계측은 Y방향의 지지부재(19)의 위치에 한정되지 않는다. 예를 들면, 복수의 계측광의 빔을 이용해 X축 주위나 Z축 주위의 회전 방향의 지지부재(19)의 위치를 계측할 수 있다. 지지부재(19)의 위치를 계측하는데 이용되는 기구는, 레이저 간섭계에 한정되지 않고, 다른 종류의 기구를 이용할 수 있다. 이와 같이, 구동 유닛(15)을 레이저 간섭계(31)와 결합해 이용함으로써 지지 부재(19)의 위치 결정을 용이하게 할 수가 있다.
 홀딩 유닛(17)은, 접촉부(21)와, 접촉부(21)를 구동하는 액추에이터(미도시)를 포함한다. 사용된 액추에이터는 예를 들면, 에어 실린더나 전자석 솔레노이드 등의 빠른 응답이 가능한 유닛 또는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 알려진 어떤 다른 종류의 액추에이터일 수도 있다. 홀딩 유닛(17)은 베이스(1)에 고정된다. 액추에이터는, 접촉부(21)를 이동시키셔, 연결 부재(16)에 접촉시키는 것에 의해 마찰력으로 연결 부재(16)를 베이스(1)에 대해서 홀딩할 수가 있다. 즉, 접촉부(21)는 지지 부재(19)를 베이스(1)에 대해서 홀딩할 수가 있다. 사용된 홀딩 유닛(17)은, 상기 구성에 한정되는 것은 아니고, 베이스(1)에 대해서 지지 부재(19)를 홀딩할 수가 있는 유닛이면 어떤 유닛도 사용할 수 있다.
 도 5a~5i는 스테이지 장치를 X방향에서 본 측면도이며, 일부 구성이 생략 되어 있다. 도 5a~5i를 참조하여 시계열의 순서로 배치되어 있는 스테이지(4)의 동작에 대해서 설명한다. 본 실시 예에 따른 스테이지 장치를 이용해 주사할 때, 일정 속도로 소정의 거리만큼 스테이지(4)를 반복해서 시프트한다. 이러한 스테이지 장치로서는 예를 들면 노광 장치의 레티클 스테이지를 들 수 있지만, 이것에 대해서는 후술한다.
도 5a를 참조하면, 스테이지 장치는 전원이 온으로 된 상태이며, 스테이지(4) 및 지지 부재(19)는 정지하고 있다. 우선, 구동 유닛(15)을 이용해 지지 부재(19)를 위치 P1로부터 초기 위치 P0까지 이동시킨다(도 5b). 초기 위치 P0는 주사를 위한 가속을 개시할 때의 지지 부재(19)가 위치되는 위치이다. 이 초기 위치 P0는 적당히 설정될 수가 있다. 지지 부재(19)가 이동하고 있는 동안은, 홀딩 유닛(17)은 지지 부재(19)를 홀딩하지 않는다. 지지 부재(19)가 초기 위치 P0에 도달했을 때, 홀딩 유닛(17)은 지지 부재(19)를 홀딩한다(도 5c). 지지 부재(19)가 홀딩된 상태로, 리니어 모터를 이용해 스테이지(4)를 -Y방향으로 이동시킨다. 스테이지(4)는, 가동 자석부 28b가 고정 자석부 10b의 틈 내에 소정 길이만큼 삽입될 때까지 이동하고, 예를 들면 스테이지(4)에 요구되는 속도 등에 의존한다. 덧붙여, 가동 자석부 28a와 고정 자석부 10a를 이용할 수 있다.
가동 자석부 28b가 고정 자석부 10b에 삽입될 때, 가동 자석부 28b와 고정 자석부 10b와의 사이에 자기 반발력이 발생한다. 홀딩 유닛(17)은 지지 부재(19)를 홀딩하고 있으므로, 홀딩 유닛(17)은 반발력에 의해 지지 부재(19)가 이동하는 것 을 방지할 수가 있다. 또, 한 번의 스트로크로 가동 자석부 28b를 소정 길이만큼 삽입하기 위해서는 리니어 모터가 반발력에 대향할 만큼의 힘을 생성할 수 있다. 본 실시 예에서는, 리니어 모터에 의해 스테이지(4)를 왕복 구동시켜, 서서히 스테이지(4)를 가속해, 소정 길이만큼 가동 자석부 28a를 삽입한다. 이 왕복 이동에 의해, 리니어 모터의 부하를 줄여서 발열량을 억제할 수가 있다.
홀딩 유닛(17)은 가동 자석부 28a가 소정 길이만큼 삽입되어, 반발력에 의해 스테이지(4)의 속도가 제로로 감속될 때 해제된다(도 5d). 이때 반발력에 의해 스테이지(4)는 +Y방향으로 가속되고, 이 반력에 의해 지지 부재(19)는 -Y방향으로 이동한다. 스테이지(4)가 이동함에 따라 반발력은 감소하고, 스테이지(4)가 고정 자석부 10b로부터 충분히 떨어지면 반발력은 제로가 된다. 이때, 스테이지(4)는 최대 속도까지 가속되어, 정속으로 고정 자석부 10a가 배치되는 스트로크단 근방까지 이동한다(도 5e). 공기 저항 및 베어링(14)에 의한 감속 작용에 대항해, 리니어 모터를 이용해 속도를 유지할 수가 있다.
스테이지(4)가 스트로크단 근방까지 이동하면, 고정 자석부 10a와 가동 자석부 28a와의 사이에 생긴 반발력에 의해 스테이지(4)가 감속한다(도 5f). 스테이지(4)의 운동 에너지는 보존되기 때문에, 속도가 제로로 감속되기 전에, 가동 자석부 28b와 같은 길이만큼 가동 자석부 28a가 고정 자석부 10a의 틈에 삽입된다.
반발력은 다시 스테이지(4)를 -Y방향으로 가속화하고(도 5g), 이 반발력은 지지 부재(19)에 +Y방향으로 작용한다. 그 후, 스테이지(4)는 정속으로 이동하고(도 5h), 반발력에 의해 감속된다(도 5i). 이 처리는 도 5i의 상태로부터 다시 도 5d의 상태가 되어, 스테이지(4)는 왕복 이동한다.
상기 실시 예에 의하면, 스테이지(4)는 영구자석(9)과 영구자석 12a 및 12b와의 사이에 생긴 반발력을 이용해 가감속됨으로써, 리니어 모터의 부하를 경감할 수가 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 스테이지 장치의 전력 절약, 저발열, 소형화 등을 실현할 수가 있다. 또, 고정 자석부 10a 및 10b를 지지하는 지지 부재(19)를, 카운터 매스로서 작용시키기 위해 스테이지(4)의 이동방향과 반대 방향으로 이동시킨다. 지지부재(19)는 구동 반력을 베이스에 전하지 않고 구동 반력을 상쇄할 수가 있기 때문에, 장치 전체의 진동을 억제할 수가 있다.
(제2 실시 예)
도 6a 및 도 6b는 제2 실시 예에 따른 스테이지 장치를 나타내는 도면이다. 특히 언급하지 않는 스테이지 장치의 개소에 대해서는 제1 실시 예에 따른 스테이지 장치와 같다.
도 6a에 있어서, 스테이지 장치는, 고정 자석부 10a 및 10b를 Y방향으로 구동하기 위한 구동 유닛 20a 및 20b를 구비한다. 도 6b는 구동 유닛 20a의 상세를 나타내는 도면이다. 여기에서는 구동 유닛 20a에 대해서만 초점을 맞추어 설명하지만, 다른 구동 유닛 20b도 같은 구성을 갖는다. 구동 유닛 20a는, 고정 자석부 10a에 고정된 너트(26)와, 피드(feed) 나사(25)와, 피드 나사(25)를 지지하는 지지부(29)와, 피드 나사(25)를 회전시키는 모터(24) 등을 포함한다. 피드 나사(25)는 모터(24)의 회전축과 같은 축을 가지고 지지부(29)에 의해 지지 부재(19) 위에 지지된다. 고정 자석부 10a의 위치는 모터에 내장되는 인코더에 의해 검출될 수가 있 다.
구동 유닛 20a 및 20b는 각각 고정 자석부 10a 및 10b를 Y방향으로 이동 가능하게 하여, 가속 개시 위치를 변경할 수가 있다. 따라서, 구동 유닛 20a 및 20b는 스테이지(4)의 스트로크단에서, 가동 자석부 28a 및 28b가 고정 자석부 10a 및 10b에 삽입되는 길이를 바꿈으로써 스테이지(4)의 최대 속도를 바꿀 수가 있다.
특히, 노광 장치의 레티클 스테이지에 본 실시 예를 적용했을 경우에는, 삽입 길이를 변경하는 것으로 도스량(dosage)을 조정할 수가 있다. 또, 가속 개시 위치를 조정하는 것으로, 레티클 패턴을 부분적으로 노광할 수 있다.
(제3 실시 예)
도 7a는 제3 실시 예에 따른 스테이지 장치를 나타내는 도면이다. 특히 언급하지 않는 스테이지 장치의 개소에 대해서는 제1 실시 예 1에 따른 스테이지의 장치와 같다.
제3 실시 예는, 리니어 모터 고정자(6)가 베이스(1)에 대해서 이동 가능한 점이 제1 실시 예와 다르다. 도 7b는 스테이지 장치를 도 7a의 화살표 VIIB의 방향에서 본 측면도이다. 지지 부재(19)는, 고정 자석부 10a 및 10b를 지지하고, 또 리니어 모터 고정자(6)를 지지한다.
제1 실시 예에서 설명한 것처럼, 스테이지(4)가 정속으로 이동중에 예를 들면 공기 저항 등에 의해 감속하지 않도록 리니어 모터가 힘을 발생한다. 리니어 모터 고정자(6)를 베이스(1)에 고정하면, 적지만 반력에 의해 진동이 발생한다. 본 실시 예에 따른 스테이지 장치는, 리니어 모터 고정자(6)가 베이스(1)에 대해서 이 동 가능하기 때문에, 반력의 영향을 상쇄할 수가 있다.
리니어 모터 고정자(6)를 단독으로 카운터 매스로서 이용하는 것도 가능하지만, 위에서 설명한 바와 같이 지지 부재(19)를 카운터 매스로서 이용하는 것도 가능하다. 카운터 매스가 반력을 상쇄하기 위해서 이동하는 거리는 카운터 매스와 스테이지(4)와의 중량비에 의존한다. 따라서, 카운터 매스의 중량을 증가시킴으로써 이동거리가 짧아질 수 있다. 결과적으로 장치를 소형화할 수가 있다.
(제4 실시 예)
도 8a 내지 도 8i는, 제4 실시 예에 있어서의 스테이지(4)의 동작을 나타내는 도면이다. 제1 실시 예에서는 홀딩 유닛(17)을 이용해 지지 부재(19)를 홀딩하고 있지만, 본 실시 예에 따른 스테이지 장치는 홀딩 유닛(17)을 포함하지 않는다. 본 실시 예에 있어서의 스테이지(4) 동작에 대해 설명한다.
도 8a에서, 스테이지 장치는 전원이 온된 상태이며, 스테이지(4) 및 지지 부재(19)는 정지하고 있다. 우선, 스테이지(4)를 +Y방향으로 이동시키기 전에, 구동 유닛(15)을 이용해 지지부재(19)를 초기 위치 P0로부터 -Y방향의 위치 P2까지 이동시켜 정지시킨다(도 8b). 가동 자석부 28a가 고정 자석부 10a의 틈에 삽입되면, 스테이지(4)는 -Y방향으로 가속되고, 지지부재(19)는 반력에 의해 +Y방향으로 이동한다. 도 8c를 참조하면, 가동 자석부 28b가 고정 자석부 10b의 틈에 소정 길이만큼 삽입된다. 여기서, 1회의 스트로크로 소정 길이만큼 가동 자석부 28b가 삽입될 수가 없는 경우에는, 제1 실시 예에서 설명한 것처럼, 스테이지(4)는 왕복운동에 의 해 서서히 가속화될 수 있다. 다음 스텝은 제1 실시 예와 같기 때문에 그 상세한 설명은 생략한다.
이상과 같이, 제4 실시 예에 따른 스테이지 장치는, 홀딩 유닛(17)을 포함하지 않고, 지지 부재(19)를 초기 위치 P0까지 이동하기 위한 가속 구간을 가지고 있다. 이 확장된 가속 구간은, 예를 들면 위치 P2를 지지 부재(19)의 스트로크단으로 설정함으로써 규정될 수 있다.
제1 실시 예에 따른 스테이지 장치는, 연결 부재(16)와 접촉부(21)를 접촉시켜서 마찰력에 의해 연결 부재(16)를 홀딩하기 때문에 많은 양의 먼지를 발생시킬 수 있다. 한편, 본 제4 실시 예에 따른 스테이지 장치는, 홀딩 유닛(17)을 포함하지 않기 때문에, 먼지를 발생시키지 않는다. 따라서, 스테이지 장치는, 먼지 발생을 억제하여 깨끗한 환경을 유지할 수가 있기 때문에, 메인트넌스(maintenance)가 용이하게 된다.
(노광 장치에 적용한 예)
이하, 본 발명에 따른 스테이지 장치를 포함한 노광 장치의 예를 설명한다. 도 9를 참조하면, 노광 장치는 조명부(501), 레티클을 홀딩한 레티클 스테이지(502), 투영 광학계(503), 및 웨이퍼를 홀딩한 웨이퍼 스테이지(504) 등을 포함한다. 이 노광 장치는, 레티클의 회로 패턴을 웨이퍼에 투영해서 웨이퍼를 노광하는 스텝 앤드 스캔 투영 노광 장치이다. 상술한 실시 예에 따른 스테이지 장치는, 레티클 스테이지로서 사용될 수 있다.
조명부(501)는 회로 패턴이 형성된 레티클을 조명하기 위해서, 광원과 조명 광학계를 포함한다. 사용된 광원은, 예를 들면, (파장: 약 193nm) ArF 엑시머 레이저, (파장: 약 248nm) KrF 엑시머 레이저, 또는 (파장: 약 153nm) F2 엑시머 레이저 등의 레이저이다. 사용된 레이저의 종류는 엑시머 레이저에 한정되지 않고, 예를 들면, YAG 레이저여도 괜찮다. 또한, 사용된 레이저의 개수도 한정되지 않는다. 그러한 레이저는 레이저로부터 사출된 평행 빔을 정형하기 위한 빔 정형 광학계와, 코히런트 레이저 빔을 인코히런트 광으로 변환하기 위한 인코히런트 광학계와 결합해서 광원으로서 사용될 수 있다. 사용된 광원은 레이저에 한정되는 것은 아니고, 1 또는 복수의 수은 램프나 크세논 램프 등의 램프도 사용 가능하다.
조명 광학계는 마스크를 조명하기 위해 사용되고, 렌즈, 미러, 라이트 인테그레이터(light integrator), 개구 조리개 등의 구성소자를 포함한다. 조명 광학계는 레티클에 슬릿 형상의 빛을 조사한다. 슬릿 형상의 빛의 길이 방향은 X방향이고, 그것의 측면 방향은 Y방향이다. 레티클 스테이지(502)는 주사시 슬릿 형상의 광의 측면 방향, 즉 Y방향으로 이동한다. 레티클을 투과한 빛은 투영 광학계(503)에 입사된다.
사용된 투영 광학계(503)는, 예를 들면 복수의 렌즈 소자만을 포함하는 광학계, 복수의 렌즈 소자와 적어도 한 장의 요면경을 포함하는 광학계(카타디오프트릭크 광학계), 복수의 렌즈 소자와 적어도 한 장의 키노폼(kinoform) 등의 회절 광학 소자를 포함하는 광학계, 또는 전 미러형의 광학계 등일 수가 있다. 투영 광학계(503)는, 축소된 레티클의 패턴을 투영해서 웨이퍼 스테이지(504)에 탑재된 웨이 퍼를 노광한다.
이러한 노광 장치는, 반도체 집적회로 등의 반도체 디바이스나, 마이크로머신, 박막 자기 헤드 등의 미세한 패턴을 가진 디바이스의 제조에 이용될 수 있다.
다음에, 프로세스의 플로차트인 도 10 및 도 11을 참조해, 상술한 노광 장치를 이용한 디바이스(예를 들면, IC나 LSI 등의 반도체 칩, LCD, 또는 CCD)의 제조 프로세스의 예를 설명한다. 이 예에서는, 반도체 칩의 제조 프로세스를 설명한다.
스텝 S1(회로설계)에서는, 반도체 칩의 회로를 설계한다. 스텝 S2(마스크 제작)에서는, 설계한 회로 패턴에 근거해 마스크를 제작한다. 스텝 S3(웨이퍼 제조)에서는, 실리콘 등의 재료를 이용해 웨이퍼를 제조한다. 전공정이라고 불리는 스텝 S4(웨이퍼 프로세스)에서는, 마스크와 상기 노광 장치를 이용해 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 후속 공정이라고 불리는 스텝 S5(조립)에서는, 스텝 S4 의해 제작된 웨이퍼를 반도체 칩화한다. 이 조립 공정은, 예를 들면, 어셈블리 공정(다이싱 및 본딩)과, 패키징 공정(칩 봉입) 등을 포함한다. 스텝 S6(검사)에서는, 스텝 S5에서 제작된 반도체 디바이스의 동작 확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 한다. 이러한 공정을 거쳐 반도체 디바이스가 완성되고, 출하(스텝 S7)된다.
도 11은, 스텝 S4의 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로차트이다. 스텝 S11(산화)에서는, 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 S12(CVD)에서는, 웨이퍼의 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 S13(전극 형성)에서는, 웨이퍼 상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 스텝 S14(이온 주입)에서는, 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 S15(레지 스트 처리)에서는, 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 S16(노광)에서는, 노광 장치에 의해 마스크의 회로 패턴을 노광에 의해 웨이퍼에 형성한다. 스텝 S17(현상)에서는, 노광한 웨이퍼에 형성된 상을 현상한다. 스텝 S18(에칭)에서는, 현상한 상 이외의 레지스트의 부분을 에칭한다. 스텝 S19(레지스트 박리)에서는, 에칭 후에 남은 불필요한 레지스트를 제거한다. 이러한 스텝을 반복함으로써 웨이퍼 상에 회로 패턴이 형성된다.
본 발명에 대해서는 예시한 실시 예를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 이 예시한 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 이하의 특허청구범위는 그러한 모든 변형, 균등구조 및 기능들을 포함하도록 가장 넓게 해석될 것이다.
본 발명에 의하면, 스테이지 반력 억제에 적합한 기구를 가지며, 영구자석의 반발력을 이용한 스테이지 장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1 방향으로 이동 가능한 스테이지와,
    상기 스테이지를 제1 방향으로 구동하도록 구성된 리니어 모터와,
    같은 극이 서로 대향하도록 상기 스테이지 위에 배치된 제1 자석들과, 상기 스테이지의 스트로크의 양단에 배치된 제2 자석들을 갖는 자석 유닛과,
    상기 제2 자석들을 지지하고, 상기 제1 방향으로 이동 가능하게 지지되는 지지부재를 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 자석들은, 상기 제1 방향과 수직으로 간격을 두고 배치되고,
    상기 제1 자석들은, 상기 제2 자석들 사이에 삽입가능한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자석들은 상기 제1 방향에 있어서의 상기 스테이지의 전후 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 부재를 구동하도록 구성된 구동 유닛과,
    상기 지지 부재를 홀딩하도록 구성된 홀딩 유닛을 더 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 방향에 있어서의 상기 지지부재에 대해서 상기 제2 자석들을 이동시키도록 구성된 제2 자석 구동 유닛을 더 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리니어 모터는, 상기 지지부재에 의해 지지되는 고정자와, 가동자를 포함한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석 유닛이 발생하는 힘의 작용점과, 상기 스테이지의 중력의 중심과, 상기 지지 부재의 중력의 중심이 같은 높이로 위치 결정되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  8. 원판의 패턴을 노광에 의해 기판에 형성하는 노광 장치로서, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치를 구비해 상기 원판을 위치 결정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 청구항 8에 기재된 노광 장치를 이용해 기판을 노광하는 공정과,
    상기 노광된 기판을 현상하는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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