KR100911600B1

KR100911600B1 - 스테이지 장치

Info

Publication number: KR100911600B1
Application number: KR1020050120121A
Authority: KR
Inventors: 나오토 사노
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2009-08-07
Also published as: JP2006194672A; TWI338121B; JP4513574B2; TW200624766A; CN1808625B; CN1808625A; KR20060082394A

Abstract

레이저 측장기의 측정 결과에 의거하여 위치 제어를 행하는 스테이지 장치에 있어서, Abbe 오차가 적은 스테이지 장치를 실현하는 것이다.

이동 스테이지(10) 상에는 워크 유지 스테이지(22)가 설치되고 워크(30)가 재치된다. 이동 스테이지(10)에는 레이저 측장기(42)가 내장되고, 또한, 이동 스테이지(10)의 측면에 레이저광 반사 유닛(44)이 부착되며, 레이저광 출사 입사구(43)로부터 출사 입사하는 레이저 광의 광축을, 워크 유지 스테이지(22)의 표면의 위치까지 이동시킨다. 미러(41)는 워크 유지 스테이지(22)에 대향하는 위치에 설치되고, 레이저 광은 전반사 미러(45a) 및 전반사 미러(45b)에서 반사하여 전반사 미러(45b)에 대향하는 위치에 설치된 미러(41)에 입사한다. 미러(41)에서 반사한 레이저 광은 전반사 미러(45b) 및 전반사 미러(45a)에서 반사하여 레이저 측장기(42)에 입사한다.

Description

스테이지 장치{STAGE DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 도시한 도면이다.

도 2는 도 1에 도시한 스테이지 장치를 위에서 본 평면도이다.

도 3은 도 1의 스테이지 장치에서 Z 이동 기구에 의해 워크 유지 스테이지가 상하 이동한 경우를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예를 도시한 도면이다.

도 5는 도 4의 스테이지 장치에서 Z 이동 기구에 의해 워크 유지 스테이지가 상하 이동한 경우를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예를 도시한 도면이다.

도 7은 이동체가 이동할 때의 회전의 자유도를 도시한 도면이다.

도 8은 아베 오차를 설명하는 도면이다.

도 9는 스테이지 장치에서 생기는 아베 오차를 설명하는 도면이다.

도 10은 볼 나사를 이용하지 않은 평면 스테이지(소야 스테이지)에서 생기는 아베 오차를 설명하는 도면이다.

도 11은 도 10의 스테이지 장치에서, 플라텐의 표면에 기복이 있는 경우에 생기는 아베 오차를 설명하는 도면이다.

도 12는 레이저 측장기를 워크 스테이지 밖에 설치하고, 워크 스테이지에 미 러를 설치한 종래의 스테이지 장치의 구성예를 도시한 도면이다.

도 13은 도 12의 스테이지 장치를 위에서 본 평면도이다.

도 14는 이동 스테이지에 레이저 측장기를 설치한 스테이지 장치의 구성예를 도시한 도면이다.

도 15는 도 14의 스테이지 장치에서 생기는 아베 오차를 설명하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 이동 스테이지

10a : Y 스테이지

10b : X 스테이지

11a, 11b : 볼 나사

16a, 16b : 가이드

20 : 워크 스테이지

21 : Z 이동 기구

22 : 워크 유지 스테이지

30 : 워크

41 : 미러

42 : 레이저 측장기

43 : 레이저광 출사 입사구

44 : 레이저광 반사 유닛

45a, 45b : 전반사 미러

50 : 제어부

본 발명은 레이저 측장기에 의해 이동 거리가 제어되는 스테이지 장치에 관한 것으로, 특히, Abbe(아베) 오차라 불리는 오차를 적게 할 수 있는 스테이지에 관한 것이다.

위치(거리)를 측정하는 점과, 실제로 위치(거리)를 제어하고자 하는 점의, 위치가 상이함으로써 생기는 위치 결정 오차를 Abbe(아베) 오차라 한다.

도 7, 도 8을 이용하여 Abbe 오차에 관해서 설명한다.

도 7에, 이동체(100)가 이동할 때의 회전의 자유도를 도시한다. 회전의 자유도에는 도면에 도시한 바와 같이, 이동 방향을 회전축으로 하는 롤링, 이동 방향을 포함하는 평면 내에서 이동 방향에 직교하는 축을 회전축으로 하는 피칭, 이동 방향에 직교하는 평면 내에서 이동 방향에 직교하는 축을 회전축으로 하는 요잉이 있다. Abbe 오차는 피칭을 원인으로 하여 발생하는 오차이다.

도 8은 Abbe 오차를 간단히 설명하기 위한 도면이다.

이동체(100)는 볼 나사의 이동자(101)에 부착되어 있고, 볼 나사(102)가 회전함으로써 이동체(100)는 도면 좌우로 이동한다.

이동체(100)의 이동 거리는 볼 나사(102)의 이동자에 부착된 센서 헤드(103)가 리니어 스케일(104) 상을 이동함으로써 검출된다. 위치를 제어하고자 하는 물 체(워크 : 110)는 이동체(100)의 상부에 놓여지는 것으로 한다.

워크(110)를 도 8a의 위치로부터 화살표로 도시한 위치까지 도면 우측 방향으로 이동시키는 경우를 생각한다.

볼 나사(102)는 현재의 위치로부터 화살표 위치까지의 거리에 해당하는 분만큼 회전하고 이동체(100)는 우측 방향으로 이동한다.

이때, 센서 헤드(103)는 이동 거리를 검출하고, 이동 기구의 제어부(도시하지 않음)에 이동 거리 신호를 전송한다. 제어부는 그 신호에 의거하여 소정의 거리에 도달하면 볼 나사(102)의 회전을 멈추고 이동체(100)의 이동을 정지한다.

그런데, 도 8b에 도시한 바와 같이, 이동체(100)에 피칭이 생기면, 센서 헤드(103)는 이동 거리를 정확하게 검출하고 있음에도, 워크(110)가 재치되어 있는 이동체(100)(워크 스테이지)의 상부는 측장(測長) 방향에 관해서 원하는 위치로부터 어긋난다. 그러나, 센서 헤드(103)의 위치는 정확한 것이기 때문에 이 어긋남은 센서 헤드(103)에는 검지되지 않아 수정할 수 없다.

상기와 같은 위치 어긋남은, 위치를 측정하는 점(즉, 위치 센서가 있는 위치)과 위치를 제어하고자 하는 점(워크가 있는 위치)이 상이하기 때문에 생기는 것으로, 상기 오차가 생기면 워크(110)의 위치를 정확하게 제어할 수 없다.

이러한 측장점과 제어점이 상이하기 때문에 생기는, 측장 방향의 제어를 할 수 없는 오차를 Abbe(아베) 오차라고 한다.

원래는, 워크를 원하는 위치에 이동시키기 위해서 이동체를 이동시키는 것이기 때문에, 이동체의 이동 위치가 아무리 정확해도, 중요한 워크의 위치에 어긋남 이 생기면 워크의 불량 발생 등의 문제를 야기하는 경우가 있다.

도 9는 Abbe 오차가, 예컨대 노광 장치에 사용되는 스테이지 장치에서 생기는 태양을 도시한 도면이다. 동 도면에 의해, 스테이지 장치의 개략의 구성과 동작을 간단히 설명한다. 기본적으로는 도 8과 마찬가지이다.

베이스 플레이트(기대)(15)에 볼 나사(11)가 부착되어 있고, 이동 스테이지(10)는 볼 나사(11)의 이동자(12)에 부착되어 도면 좌우로 이동한다. 이동 스테이지(10) 상에는, Z 이동 기구(21)를 통해 워크(30)를 유지하는 워크 유지 스테이지(22)가 설치된다. 워크 유지 스테이지(22)의 표면에는 진공 흡착홈이나 구멍 등(도시하지 않음)이 설치되고, 재치된 워크(30)를 유지한다.

워크(30)는 본 스테이지가 노광 장치에 사용되는 경우에는, 레지스트가 도포된 웨이퍼나 프린트 기판 등이다.

Z 이동 기구(21)는 워크 유지 스테이지(22)를 도면 상하 방향(Z 방향)으로 이동시키고, 워크(30)의 높이 방향이나 수평 방향의 위치를 조절한다. 한편, 상기이동 스테이지(10), Z 이동 기구(21), 워크 유지 스테이지(22)를 함께 한 것을 이하에서는 워크 스테이지(20)라고 한다.

이동 스테이지(10)의 도면 좌우 방향의 이동 거리는, 볼 나사(11)의 이동자(12)에 부착된 센서 헤드(13)가 리니어 스케일(14) 상을 이동함으로써 검출된다.

이동 스테이지(10)를, 도 9a로부터 도 9b로 이동할 때 피칭이 일어나면, 상기 도 8에서 설명한 경우와 마찬가지로, 원래 위치 제어를 행하고자 하는 워크의 위치에는 Abbe 오차가 발생한다.

노광 장치에 사용하는 이동 스테이지에서 Abbe 오차가 생기면, 이동 스테이지를 미리 설정된 거리만큼 이동시키고 워크를 복수의 노광 영역으로 분할하여 순차 노광하는 경우, 소정의 위치에 노광할 수 없어 제품 불량의 원인이 된다.

한편, 도 9에서는 이동 스테이지(10)의 이동 방향을 도면 좌우 방향에서만 설명했지만, 노광 장치에 사용하는 경우 등은 그것에 직교하는 도면 안쪽 방향으로 이동하는 기구도 설치되기 때문에, 그 방향에도 마찬가지로 Abbe 오차가 발생한다.

도 10, 도 11은 스테이지의 이동 수단으로서 볼 나사를 이용하지 않은, 평면 스테이지 장치에서의 Abbe 오차를 설명하는 도면이다. 이러한 스테이지 장치에서도 Abbe 오차는 발생한다. 이하에 설명한다.

평면 스테이지 장치로서는, 예컨대, 특허문헌 1에 나타낸 바와 같은, 평면형의 플라텐(platen)의 위를 에어에 의해 부상한 이동 스테이지가 X,Y 방향으로 이동하는 소야 스테이지라 불리는 스테이지 장치를 들 수 있다.

도 10a는 소야 스테이지의 개략 구성을 도시한 도면이다.

플라텐(15)의 표면에는 바둑판 눈금형으로 강자성체의 돌극이 설치되어 있다. 이동 스테이지(10)는 에어를 분출(에어 분출구는 도시하지 않음)함으로써 플라텐(15)으로부터 부상한다. 이동 스테이지(10)의 플라텐(15)에 대향하는 측에는 이동자(16)가 설치된다. 이동자(16)는 플라텐(15)의 돌극의 간격에 대하여 소정의 간격으로 설치되고, 자계의 강도를 변화시킬 수 있는 복수의 자극으로 구성되며, 이동자(16)와 플라텐(15)의 돌극 사이의 자력을 변화시킴으로써 이동 스테이지(10)가 이동한다.

이동 스테이지(10)의 위에는 도 9와 마찬가지로, Z 이동 기구(21)를 통하여 워크(30)를 유지하는 워크 유지 스테이지(22)가 설치되고, 워크(30)는 워크 유지 스테이지(22)에 의해 유지된다.

이러한 스테이지에서, 이동 스테이지(10)의 하면에 설치한 이동자(16)와 플라텐(15)의 돌극의 관계(이동자의 자극의 자계의 강도를 변화시킨 횟수)만으로 이동 스테이지(10)의 위치를 제어하고자 하면, 주로, 플라텐(15)의 표면 정밀도를 원인으로 하여, 상기한 Abbe 오차의 문제가 생긴다.

예컨대, 도 10b에 도시한 바와 같이, 플라텐(15)에 미소한 단차가 있는 경우, 이동 스테이지(10)는 플라텐(15)에 대하여 소정의 간격으로 에어 부상하기 때문에, 플라텐의 단차에 맞추어 기울고, 워크(30)의 표면 위치에서 Abbe 오차를 일으킨다.

또한, 이동 스테이지(10)는 플라텐(15)의 표면에 대하여 평행하게 이동하기 때문에, 도 11에 도시한 바와 같이 플라텐(15)의 표면에 기복이 있는 경우, 기준면에 대하여 제어 위치가 원하는 위치에 있었다고 해도, 워크의 표면 위치는 S1에서는 기준면으로부터의 거리가 짧아지고 S2에서는 길어진다.

상기와 같은 Abbe 오차는 워크를 복수의 노광 영역으로 분할하여 순차 노광하는 스텝 앤드 리피트의 노광 장치의 워크 스테이지에서 특히 문제가 된다.

스텝 앤드 리피트로 워크를 노광하는 노광 장치에서는, 워크는 복수의 노광 영역으로 분할되고, 워크를 재치한 워크 스테이지가 상기 노광 영역의 크기에 따라서 스텝 이동을 되풀이함으로써 패턴이 노광되어 간다. 따라서, Abbe 오차가 생기 면 패턴에 노광 위치가 소정의 위치로부터 어긋나, 제품의 불량을 야기하는 원인이 된다.

따라서, Abbe 오차를 방지하기 위해서, 노광 장치에서의 종래의 스테이지는, 도 12와 같이 구성된다. 한편, 동 도면은 도 11에 도시한 바와 같이, 플라텐 위를 에어 부상한 이동 스테이지가 이동하는 평면 스테이지를 예로 하여 도시한다.

워크 스테이지의 이동 스테이지(10)의 상부에 설치된 워크 유지 스테이지(22)의 표면에, 평면 미러(41)를 벽과 같이 설치한다. 상기 평면 미러(41)는 워크 유지 스테이지(22)의 평면 2방향(X,Y 방향)에 대해서 설치한다.

워크 스테이지 밖의 기준 위치에 레이저 측장기(42)를 고정하여 설치하고, 상기 레이저 측장기(42)로부터 상기 워크 유지 스테이지(22)의 미러(41)를 향하여 측장 레이저를 출사한다. 미러(41)로부터의 반사광을 레이저 측장기(42)에 입사하여 거리를 측정한다.

도 13은 도 12의 스테이지 장치를 위에서 본 평면도이다.

레이저 측장기(42)는 거기에서 출사하는 레이저 광과, 대상물로부터 반사하여 되돌아와 재입사하는 레이저 광의 위상의 어긋남에 의해 대상물까지의 거리를 측정하는 것으로, 일반에 시판되고 있다. 이용되는 레이저 광원은 주로 He-Ne 레이저이다.

측장 레이저를 반사하는 미러(41)가 워크 유지 스테이지(22)의 표면에 설치되어 있기 때문에, 측장 위치와, 실제로 제어를 행하고자 하는 워크(30)의 위치가 거의 일치한다. 따라서, Abbe 오차를 방지할 수 있다.

예컨대, 특허문헌 2에는, 도 12, 도 13에 도시한 바와 같은, 워크 스테이지에 미러가 부착되고, 워크 스테이지와는 독립한 위치로부터 측장용 레이저 광이 상기 미러에 대하여 출사되는 스테이지가 도시되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 공보 평9-23689호

[특허문헌 2] 일본 특허 공개 공보 평7-226354호

[비특허문헌 1] 하시다 시게루, 카이호 후미오, 코이즈미 유타카, 타무라 테츠지 「평면 서보 모터 PLANE SERV와 그 요소 기술」「요코가와 기호우」 Vol.45 No.2(2001), p83-86

그런데, 이러한 워크 유지 스테이지 상에 미러를 설치하는 방식에서는, 다음과 같은 문제가 있다.

워크 유지 스테이지 상에 설치하는 미러의 길이는 이동 스테이지의 스트로크(이동하는 거리)분만큼 길게 할 필요가 있다.

한편, 예컨대 노광 처리를 행하는 워크가, 대형의 프린트 기판이나 액정 패널의 경우, 웨이퍼에 비교해서 크고, 이것을 스텝 앤드 리피트로 노광하는 경우, 워크 유지 스테이지는 커지고 이동 스테이지의 이동 거리도 길어진다.

따라서, 대형의 워크를 스텝 앤드 리피트로 노광하는 장치의 워크 유지 스테이지에 미러를 설치하게 되면, 미러는 그만큼 길어져 무거워지고, 그 때문에 워크 스테이지 전체도 무거워진다.

워크 스테이지의 무게가 무거워지면, 워크 스테이지는 스텝 앤드 리피트를 위한 민첩한 이동이나, 민첩한 위치 결정이 불리해진다. 또한 대형의 이동 기구나 이동 제어 장치가 필요해진다.

상기 대책으로서, 레이저 측장기와 미러가 설치되는 위치를 역으로 하여, 워크 유지 스테이지의 표면에 레이저 측장기를 부착하고, 워크 스테이지 밖에 미러를 설치하는 것도 생각된다. 그러한 구성으로 해도 동일하게 거리의 측정을 행할 수 있다.

그러나, 종래 레이저 측장기용으로 이용되어 온 He-Ne 레이저의 레이저 헤드는 크고 무겁기 때문에, 이것을 이동체측(워크 스테이지측)에 부착하는 것은 행할 수 없었다.

그런데, 최근, 레이저 측장기용 광원으로서 반도체 레이저가 사용되게 되었다. 반도체 레이저는 He-Ne 레이저에 비교하여 매우 가볍기 때문에, 이동체측에 설치해도 중량의 증가는 적다. 그 때문에, 이동 스테이지에 반도체 레이저 를 광원으로 하는 레이저 측장기를 구비한 스테이지 장치가 개발되게 되었다.

예컨대, 비특허문헌 1의 도 4에는, 반도체 레이저를 광원으로 하는 레이저 측장기를 이동체측에 설치한 스테이지의 구성이 나타나 있다.

도 14에 노광 장치의 워크 스테이지로서, 이동 스테이지에 반도체 레이저를 광원으로 하는 레이저 측장기를 구비한 스테이지 장치를 사용한 경우의 구성예를 도시한다. 동 도면은 스테이지 장치를 측면으로부터 본 도면이다.

이동 스테이지(10)는 에어에 의해 부상하고, 이동 스테이지(10)의 하면에 설치된 이동 기구(도시하지 않음)에 의해, 제어부(50)로부터의 신호에 의거하여 플라 텐(15) 위를 XY(θ) 방향으로 이동한다.

이동 스테이지(10) 상에는 Z 이동 기구(21)를 통해 워크 유지 스테이지(22)가 설치되고, 워크(30)는 이 워크 유지 스테이지(22) 상에 재치되어 흡착 유지된다.

반도체 레이저를 광원으로 하는 레이저 측장기(42)는 이동 스테이지(10)의 내부에 설치되고, 이동 스테이지(10)의 측면에 설치된 레이저광 출사 입사구(43)로부터 측장용 레이저 광이 워크 스테이지(20)와는 독립하여 설치되어 있는 미러(41)에 대하여 출사된다.

출사된 레이저 광은 미러(41)에 의해서 반사되고, 레이저광 출사 입사구(43)로부터 레이저 측장기(42)에 재입사한다. 레이저 측장기(42)는 출사 레이저 광과 입사 레이저 광의 위상의 어긋남을 측정하고 미러(41)까지의 거리를 측정한다.

측정된 거리 데이터는 장치의 제어부(50)에 전송된다.

한편, 도 14에서는 레이저 측장기(42)는 도면 좌우 방향의 거리를 측정하는 것밖에 도시하고 있지 않지만, 실제는 도면 안쪽 방향의 거리를 측정하는 것도 설치되고, XY의 2방향의 거리를 측정한다.

상기와 같은 스테이지 장치를 이용하면, 반사 미러(41)는 워크 스테이지(20) 밖에 설치되기 때문에, 워크 스테이지(20)가 긴 미러(41)에 의해 무거워진다는 문제는 없어진다. 상기한 바와 같이, 반도체 레이저는 경량이기 때문에 레이저 측장기도 종래에 비교해서 경량이고, 워크 스테이지(20)의 중량 증가는 미러(41)를 설치하는 경우에 비교해서 적다.

그러나, 레이저광 출사 입사구(43)는 이동 스테이지(10)의 측면에 설치되어 있기 때문에, 레이저 광에 의해 측장되는 위치와, 원래 제어를 행하고자 하는 워크 유지 스테이지(22)의 표면의 위치(워크(30)의 위치)가, 높이 방향에서 상이하다. 따라서, 상기한 Abbe 오차가 발생한다.

도 15, 도 14와 같은 스테이지 장치에서 생기는 Abbe 오차의 예를 도시한다.

플라텐(15) 표면으로부터 워크 유지 스테이지(22)에 유지되는 워크(30) 표면까지의 높이가 150㎜, 플라텐(15)으로부터 측장용 레이저광 출사 입사구(43)까지의 높이가 75㎜, 레이저광 출사 입사구(43)로부터 워크 표면까지의 높이가 75㎜인 도 15a에 도시한 평면 스테이지를 제작하였다.

워크 스테이지(20)의 피칭을 측정한 바, 도 15b에 도시한 바와 같이 그 각도는 6각도초(6/3600°)가 되고, 워크 표면에서는 약 2㎛의 Abbe 오차가 생겼다.

현재, 고정밀도 기판의 노광 장치에서는 ±1㎛ 이하의 중합 정밀도가 요구된다. Abbe 오차 이외의 오차가 생기는 것도 생각하면, Abbe 오차는 현재의 1/10 정도로까지 적게 하는 것이 요구된다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 반도체 레이저를 광원으로 하는 레이저 측장기가 이동 스테이지에 설치되고, 레이저 측장기의 측정 결과에 의거하여 위치 제어를 행하는 스테이지 장치에서, Abbe 오차가 적은 스테이지 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 본 발명에서는 이하와 같이 하여 해결한다.

평면 내를 이동하는 이동 스테이지에 측장용 레이저 광을 출사 입사하는 레이저 측장기를 설치한 스테이지 장치에 있어서, 상기 이동 스테이지 상에 설치된 워크 유지 스테이지에 대향하는 위치에 레이저 측장기로부터 출사하는 레이저 광을 반사하는 반사면을 설치하고, 상기 이동 스테이지 혹은 워크 유지 스테이지에, 상기 레이저 측장기의 레이저광 출사 입사구의 높이를 상기 반사면에 맞추는 광학 부재를 부착한다.

상기 광학 부재는 2장의 미러를 구비하고, 상기 2장의 미러에 의해 레이저 측장기에 출사 입사하는 레이저 광을 반사하여 되꺾고(折り返し), 레이저 광 출사 입사구(43)의 높이를 상기 워크 유지 스테이지의 위치에 맞추어 상기 반사면에 대향시킨다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 도시한 도면으로, 본 실시예의 스테이지 장치를 측면으로부터 본 도면을 도시하고 있다.

이동 스테이지(10)는, 상기 도 14에 도시한 것과 마찬가지로, 에어에 의해 부상하고 이동 스테이지(10)의 하면에 설치된 이동 기구(도시하지 않음)에 의해, 제어부(50)로부터의 신호에 의거하여 플라텐(15) 위를 XY(θ) 방향(X방향은 예컨대 동 도면의 좌우 방향, Y방향은 동 도면의 전후 방향, θ은 XY 평면에 수직인 축을 중심으로 한 회전)으로 이동한다. 이동 스테이지(10) 상에는 Z 이동 기구(21)를 통하여 워크 유지 스테이지(22)가 설치되고, 워크(30)는 이 워크 유지 스테이지(22) 상에 재치되어 흡착 유지된다.

이동 스테이지(10)에는 반도체 레이저를 광원으로 하는 레이저 측장기(42)가 내장되어 있고, 이동 스테이지(10)의 측면에 설치된 레이저광 출사 입사구(43)로부터 측장용 레이저 광이 출사 입사된다.

본 실시예에서는 이동 스테이지(10)의 측면에 레이저광 반사 유닛(44)이 부착되어 있다. 레이저광 반사 유닛(44)은 2장의 전반사 미러(45a, 45b)를 조합한 잠망경과 같은 구조로서, 레이저광 출사 입사구(43)에 출사 입사하는 레이저 광의 광축을 워크 유지 스테이지(22)의 표면의 위치에까지 이동시킨다.

또한, 레이저 광을 반사하기 위해서 워크 스테이지 외측의 기준 위치에 설치된 미러(41)는 워크 유지 스테이지(22)의 표면의 위치의 높이와 이동 방향에 맞추어 워크 유지 스테이지(22)에 대향하는 위치에 설치되어 있다.

레이저광 반사 유닛(44)은 2장의 전반사 미러(45a, 45b)로 구성되고, 레이저 측장기(42)로부터 출사되는 레이저 광은 전반사 미러(45a) 및 전반사 미러(45b)에서 반사하며, 레이저 광의 광축은 상기 전반사 미러(45a, 45b)의 간격에 상당한 높이만큼 위쪽으로 이동하고, 전반사 미러(45b)에 대향하는 위치에 설치된 미러(41)에 입사한다. 그리고, 미러(41)에서 반사한 레이저 광은 전반사 미러(45b) 및 전반사 미러(45a)에서 반사하여 레이저 측장기(42)에 입사한다.

즉, 레이저광 반사 유닛(44)은 레이저 측장기(42)의 레이저광 출사 입사구(43)의 높이를 워크 유지 스테이지(22)에 대향하는 위치에 설치한 미러(41)의 높이에 맞추는 작용을 한다.

레이저광 반사 유닛(44)에 의해, 레이저 광의 광로 길이는 길어지지만, 워크 스테이지(20)로부터 출사하는 높이 방향의 위치가 변할 뿐이기 때문에, 종래와 마 찬가지로 거리를 측정할 수 있다.

한편, 워크 스테이지(20)는 레이저광 반사 유닛(44)의 분만큼 무거워지지만, 레이저광 출사 입사구(43)에 대응시켜 각각 하나 설치하면 좋고, 이동 거리에 따라서 긴 미러를 설치하는 경우에 비해 중량 증가는 적다.

도 2에 도 1에 도시한 스테이지 장치를 위에서 본 평면도를 도시한다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 레이저 광을 반사하는 미러(41)는 워크 스테이지(20) 외측의 기준 위치에 설치되고, 워크 스테이지(20)의 이동 거리에 따른 길이로 한다.

또한, X방향, Y방향의 위치를 측정하기 위해서 레이저광 출사 입사구(43)는 2방향에 설치되고, 미러(41)도 X방향, Y방향의 2방향에 설치된다.

한편, 워크 유지 스테이지(22)는 Z 이동 기구(21)에 의해 Z 방향으로 상하 이동하는 경우가 있고, 그 때문에 워크의 높이 방향의 위치가 변화한다.

Z 이동 기구(21)에 의해 워크의 높이 방향의 위치가 변화하면, 도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 워크(30)의 표면의 위치와 측장용 레이저 광이 출사 입사하는 위치가 상이하다.

그러나, 워크(30)의 높이 방향의 변화는 노광 투영상의 결상(結像) 위치 조정 등에 의한 것으로, 크더라도 1∼2㎜ 정도이고, 도 15에 도시한, 예컨대 75㎜에 비교하면 매우 작기 때문에 Abbe 오차에 영향은 작다고 생각된다.

다음에, 도 1로 되돌아가 본 실시예의 워크 스테이지의 동작에 관해서 설명한다.

제어부(50)는 이동 스테이지(10)를 원점 위치에 이동시킨다. 이에 따라 워 크 스테이지(20) 전체가 원점 위치에 이동한다.

이동 스테이지(10)의 측면의 레이저광 출사 입사구(43)로부터, 측장용 레이저를 출사시킨다. 레이저광 출사 입사구(43)로부터의 레이저 광은 레이저광 반사 유닛(44)의 미러(45a)에 의해 반사되고, 워크 스테이지(20)의 표면의 높이, 즉, 워크 스테이지(20)의 높이에 맞추어 설치된 미러(41)의 높이까지 상승되고, 미러(45b)에 의해 워크 스테이지(20)로부터 출사한다.

출사한 레이저 광은 워크 스테이지(20) 외측에 고정된 미러(41)에 의해 반사되고, 다시 레이저광 반사 유닛(44)에 되돌아가 미러(45a)와 미러(45b)에서 반사되어 레이저 측장기(42)로 되돌아간다.

레이저 측장기(42)는 출사 레이저 광과 입사 레이저 광의 위상의 어긋남에 의거하여 미러(41)까지의 거리를 계산하고, 거리 신호가 제어부(50)에 전송된다. 제어부(50)는 그 거리 데이터를 원점 위치에서 미러(41)까지의 거리로서 기억한다.

제어부(50)에 워크 스테이지(20)를 이동시키고자 하는 거리가 입력된다. 제어부(50)는 입력된 거리에 의거하여 이동 스테이지(10)를 이동시킨다. 이에 따라 워크 스테이지(20)가 이동한다. 그리고, 이동 후 원점 위치에서의 경우와 마찬가지로, 레이저 측장기(42)에 의해 미러(41)까지의 측장을 행한다.

제어부(50)는 현재의 미러(41)까지의 거리로부터, 기억하고 있던 원점 위치에서 미러(41)까지의 거리를 빼고, 워크 스테이지(20)가 실제로 이동한 거리를 구한다.

그리고 실제로 이동한 거리와, 입력된 이동시키고자 하는 거리를 비교하여, 차가 있으면 피드백 제어를 행하고, 워크 스테이지(20)를 이동시키고자 하는 거리에 가까이 한다.

이러한 워크 스테이지를 스텝 앤드 리피트에 의해 노광하는 장치의 워크 스테이지로서 이용하는 경우에는, 워크 유지 스테이지(22) 상에 워크(30)를 재치하여 유지하고, 상기와 같은 이동과 거리의 제어를 반복하여 행함으로써 워크(30)의 전체 면을 순차 노광해 간다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예를 도시한 도면으로, 동 도면은 본 실시예의 스테이지 장치를 측면으로부터 본 도면을 도시한다.

본 실시예는 레이저광 반사 유닛(44)을 워크 유지 스테이지(22)에 부착한 것으로, 그 밖의 구성은 상기 도 1에 도시한 것과 동일하다.

상기한 바와 같이, 이동 스테이지(10)에는 반도체 레이저를 광원으로 하는 레이저 측장기(42)가 내장되고, 이동 스테이지(10)의 측면에 설치된 레이저광 출사 입사구(43)로부터 측장용 레이저 광이 출사 입사된다.

레이저광 반사 유닛(44)은 2장의 전반사 미러(45a, 45b)를 구비하고, 상기한 바와 같이 레이저광 출사 입사구(43)로부터 출사한 레이저 광의 광축을 워크 유지 스테이지(22)의 표면의 위치에까지 이동시킨다. 또한, 레이저 광을 반사하기 위한 미러(41)는 상기 레이저광 반사 유닛(44)으로부터 출사하는 레이저 광의 위치에 대향하는 위치에 설치된다.

본 실시예의 스테이지 장치의 동작은, 상기 제1 실시예와 동일하고, 이동 스테이지(10)의 측면의 레이저광 출사 입사구(43)로부터 출사한 측장용 레이저 광은 레이저광 반사 유닛(44)의 미러(45a)에 의해 반사되며, 워크 스테이지(20)의 표면의 높이, 즉, 워크 스테이지(20)의 높이에 맞추어 설치된 미러(41)의 높이에까지 상승하여 미러(45b)에 의해 워크 스테이지(20)로부터 출사한다.

레이저 측장기(42)는 출사 레이저 광과 입사 레이저 광의 위상의 어긋남에 의거하여 미러(41)까지의 거리를 계산하고, 제어부(50)는 그 거리 데이터에 의거하여 워크 스테이지(20)의 위치를 제어한다.

본 실시예에서도, 워크 유지 스테이지(22)는 Z 이동 기구(21)에 의해 Z 방향으로 상하 이동하고 워크 유지 스테이지(22)의 높이는 변화한다.

워크 유지 스테이지(22)(워크(30))의 높이 방향의 위치가 변화하면, 도 5a, 도 5b에 도시한 바와 같이 워크(30)의 표면의 위치와, 측장용 레이저 광이 출사 입사하는 위치가 상이하다. 그러나, 상기한 바와 같이, 워크(30)의 높이 방향의 변화는 노광 투영 상(像)의 결상 위치 조정 등에 의한 것으로, 크더라도 1∼2㎜ 정도이고, Abbe 오차에 영향은 작다고 생각된다.

한편, 상기 실시예에서는 워크 유지 스테이지(22)를 상하 방향으로 이동시키는 Z 이동 기구(21)를 설치하는 경우에 관해서 설명했지만, 상기 Z 이동 기구 대신에, 상기 워크 유지 스테이지(22)의 기울기를 변화시키기 위한 Z/틸트 기구를 설치하는 경우도 있다.

이 경우는, 레이저광 반사 유닛(44)을 워크 유지 스테이지(22)에 설치하면, 워크 유지 스테이지(22)를 기울였을 때 레이저광 반사 유닛(44)도 기울고, 미러(41)까지의 거리가 조금이나마 변화한다. 이 오차를 무시할 수 없는 경우에는, 상기 제1 실시예와 같이 레이저광 반사 유닛(44)을 이동 스테이지에 설치하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예를 도시한 도면이다. 동 도면은 본 실시예의 스테이지 장치를 측면으로부터 본 도면을 도시하고 있고, 본 실시예는 상기 도 9에 도시한 바와 같은, 볼 나사로 스테이지를 이동시키는 경우의 구성을 도시하고 있다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(기대)(15)에 대하여, 볼 나사(11a)와 가이드(16a)에 의해 도면 안쪽 방향으로 이동하는 Y 스테이지(10b)가 설치된다.

상기 Y 스테이지(10b)의 위에 볼 나사(11b)와 가이드(도시하지 않음)에 의해 도면 좌우 방향으로 이동하는 X 스테이지(10a)가 설치된다.

상기 X 스테이지(10a)에 X방향 측장용과 Y방향 측장용의 2대의 상기한 반도체 레이저를 광원으로 하는 레이저 측장기를 설치한다(동 도면에서는 레이저 측장기는 도시되어 있지 않음).

또한, X 스테이지(10a)의 위에 Z 이동 기구(21)를 통해 워크 유지 스테이지(22)가 설치된다.

X 스테이지(10a)의 측면에는 레이저광 출사 입사구(43)와 X방향 측장용 및 Y 방향 측장용의 2개의 레이저광 반사 유닛(44)이 설치되고, 레이저광 반사 유닛(44)은 상기한 바와 같이 측장용 레이저 광의 출사 입사 위치를, 워크 유지 스테이지(22)에 유지되는 워크(30)의 위치 즉, 워크 유지 스테이지(22)의 높이에 맞추어 설치된 미러(41)의 위치에까지 이동시킨다.

그 밖의 구성은, 상기 도 1에 도시한 것과 동일하고, 레이저 측장기로부터의 측장용 레이저 광은 상기한 바와 같이, 워크 스테이지(20)의 표면의 높이에까지 상승되며, 미러(41)에 의해 반사되고, 다시 레이저광 반사 유닛(44)에 되돌아가 미러(45a)와 미러(45b)에서 반사되어 레이저 측장기에 되돌아간다.

레이저 측장기는 출사 레이저 광과 입사 레이저 광의 위상의 어긋남에 의거하여 미러(41)까지의 거리를 계산하고, 제어부(도시하지 않음)는 그 거리 데이터에 의거하여 워크 스테이지(20)의 위치를 제어한다.

한편, 도 6에서는, 레이저광 반사 유닛(44)을 X 스테이지(10a)에 부착한 경우에 관해서 도시했지만, 상기 도 4에 도시한 바와 같이 레이저광 반사 유닛(44)을 워크 유지 스테이지(22)에 부착해도 좋다.

또한, 이상의 실시예에서는 레이저광 반사 유닛에 2장의 전반사 미러를 설치하는 경우에 관해서 설명했지만, 2장의 전반사 미러 대신에 프리즘 등, 광을 반사하는 광학 부재를 이용해도 마찬가지로 실현할 수 있다.

본 발명에서는, 이동 스테이지에 레이저 측장기를 설치하고, 이동 스테이지 혹은 워크 유지 스테이지에 광학 부재를 부착하여 레이저 측장기의 레이저광 출사 입사구의 높이를, 상기 레이저 광을 반사하는 반사면에 맞추도록 했기 때문에, Abbe 오차를 방지할 수 있고, 워크 유지 스테이지를 정밀하게 위치 결정할 수 있다.

Claims

측장용 레이저 광을 출사 입사하는 레이저 측장기를 구비하고, 평면 내를 이동하는 이동 스테이지와,

상기 이동 스테이지 상에 설치되어 워크를 유지하는 워크 유지 스테이지와,

상기 워크 유지 스테이지에 대향하는 위치에 설치되어 상기 이동 스테이지 의 레이저 측장기로부터 출사하는 레이저 광을 반사하는 반사면과,

상기 반사면에 의해 반사된 레이저 광이 상기 레이저 측장기에 입사됨으로써 측장되는, 레이저 측장기로부터 반사면까지의 거리에 의거하여 상기 이동 스테이지 를 이동시키는 스테이지 이동 제어부를 구비한 스테이지 장치에 있어서,

상기 이동 스테이지에는,

상기 레이저 측장기의 레이저광 출사 입사구의 높이를 상기 반사면에 맞추는 광학 부재가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
측장용 레이저 광을 출사 입사하는 레이저 측장기를 구비하고, 평면 내를 이동하는 이동 스테이지와,

상기 이동 스테이지 상에 설치되어 워크를 유지하는 워크 유지 스테이지와,

상기 워크 유지 스테이지에 대향하는 위치에 설치되어 상기 이동 스테이지 의 레이저 측장기로부터 출사하는 레이저 광을 반사하는 반사면과,

상기 반사면에 의해 반사된 레이저 광이 상기 레이저 측장기에 입사됨으로써 측장되는, 레이저 측장기로부터 반사면까지의 거리에 의거하여 상기 이동 스테이지를 이동시키는 스테이지 이동 제어부를 구비한 스테이지 장치에 있어서,

상기 워크 유지 스테이지에는,

상기 레이저 측장기의 레이저광 출사 입사구의 높이를 상기 반사면에 맞추는 광학 부재가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.