KR101004857B1 - 제진 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

Abstract

제진 장치는 3개의 제1 액튜에이터, 적어도 1개의 제2 액튜에이터, 검출기들 및 제어기를 구비한다. 제1 액튜에이터들 및 제2 액튜에이터는 구조체에 연직 방향 또는 수평 방향으로 힘을 작용시켜서 구조체를 지지하고, 서로 동일 직선 상에는 위치하지 않는다. 검출기들은 구조체의 기준 위치에 대한 위치와 진동 중 적어도 하나를 검출한다. 제어기는 검출기들의 출럭에 기초하여 제1 액튜에이터들이 구조체에 작용시키는 힘을 제어한다. 제2 액튜에이터는 구조체에 연직 방향 또는 수평 방향으로 작용시키는 힘이 일정하게 유지되도록 제어된다.

제진 장치, 액튜에이터, 검출기, 제어기, 진동

Description

제진 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법{VIBRATION SUPPRESSION APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING DEVICE}

본 발명은 제진 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다．

노광 장치의 고정밀도화에 따라, 노광에 악영향을 미치는 진동이, 노광 장치의 본체를 구성하는 구조체나 투영 렌즈 등에 발생하지 않도록 하기 위해서, 보다 고성능의 제진 기술이 요구되고 있다. 이를 달성하기 위해서, 노광 장치가 설치되는 베이스(base) 등으로부터 전달되는 외부 진동으로부터 노광 장치의 본체를 최대한 절연하는 것이 요구되고 있다. 또한, 노광 장치의 본체에 탑재된 스테이지 장치 등의 구동 기구를 구비한 기기의 동작시에 발생하는 진동을 신속하게 저감하는 것이 요구되고 있다.

이들 요구를 만족시키기 위해서, 노광 장치에서는, 능동 제진 장치가 널리 적용되고 있다. 능동 제진 장치는 장치 본체를 탑재하는 정반(surface plate)의 위치 및 진동을 센서에 의해 검출하고, 검출 결과에 기초하여, 정반에 제어력을 가하는 액튜에이터를 구동한다. 더욱이, 이러한 종류의 장치에서는, 정반에 탑재된 스테이지 장치 등의 구동 기구를 구비한 기기로부터의 신호를 보상하고, 보상 신호 를 해당 액튜에이터에 피드-포워드(feed-forward)함으로써, 보다 효과적으로 진동을 억제하는 기술이 적용되고 있다.

일본 특개평11-294520호 공보는, 정반을 지지하는 공기 스프링(air spring)을 공기압 구동식(air pressure) 액튜에이터로서 사용하는 동시에, 공기 스프링에 역학적으로 병렬 배치된 전자기 구동식(electromagnetic) 리니어 모터를 사용하여, 정반의 진동을 저감 또는 억제하도록 구성된 능동 제진 장치를 개시하고 있다. 이 능동 제진 장치는, 센서를 이용해서 정반의 위치 또는 가속도 등을 검출하고, 검출 결과에 대한 보상 연산에 의해 얻은 신호에 기초하여 각각의 액튜에이터를 제어하고 있다. 또한, 이 능동 제진 장치는, 정반에 탑재된 스테이지 장치로부터의 신호를 보상해서 얻은 신호를 이용하여 각각의 액튜에이터를 제어함으로써, 보다 효과적으로 진동을 제어한다.

제진 장치가 정반이나 정반에 탑재된 진동에 약한 기기를 지지하는 것으로 한다. 이 경우, 제진 장치는 때로는 기기 배치 설계의 제약이나 정반의 지지 구조에 따라서 제진 기능을 갖는 4대 이상의 지지 기구에 의해 정반을 지지한다. 종래, 이러한 제진 기능을 갖는 4대 이상의 지지 기구를 구비한 제진 장치는, 강체 6 자유도의 위치 또는 진동에 대한 제어 신호를, 연직 방향 및 수평 방향의 각각에 4대 이상의 액튜에이터를 이용하여 제어한다.

도 7은 정반(1)의 진동을 억제하면서 정반을 연직 방향으로 지지하는 제진 기능을 갖는 4대의 지지 기구를 구비한 종래 기술의 제진 장치를 도시한다. 도 7에 도시된 장치는, 제진 기능을 갖는 4대의 지지 기구(2a∼2d)에 의해 정반(1)을 지지한다. 도시하지는 않았지만, 제진 기능을 갖는 지지 기구(2a∼2d)의 각각은 스프링 요소와 댐퍼(damper) 요소를 포함한다. 공기 스프링을 제진 기능을 갖는 지지 기구로서 이용하는 경우, 그 내부 압력을 제어하는 제어 밸브(control valve)를 액튜에이터로서 이용하는 일이 많다. 도 7에 도시된 장치는, 공기 스프링을 제진 기능을 갖는 지지 기구와 공기압 구동식 액튜에이터로서 사용한다.

이 제진 장치는, 기준 위치에 대한 정반(1)의 위치를 검출하는 위치 검출기(3a∼3c)와, 정반(1)의 진동을 검출하는 진동 센서(4a∼4c)를 포함한다. 이들 검출기 및 센서로부터의 검출 신호는 제어기(40)의 보상 연산부(41)에 보내진다. 보상 연산부(41)는 위치 검출 신호와 그 목표값 간의 차신호, 및 진동 검출 신호에 대해 적절한 보상 연산을 행한다. 보상 연산의 결과로서 얻은 신호는 구동 회로(6a∼6d)에 보내져서, 제진 기능을 갖는 지지 기구(2a∼2d)의 액튜에이터를 구동한다.

그러한 제진 기능을 갖는 4대 이상의 지지 기구(2a∼2d)와 4대 이상의 액튜에이터를 이용하는 제진 장치의 경우, 제어에 이용하는 액튜에이터가 장치의 강체 운동의 자유도에 대하여 용장(redundant)이 될 수 있어, 정반과 같은 구조체의 변형을 초래할 가능성이 있다. 이러한 상황을 피하기 위해서, 구조체의 변형을 억제하도록, 이하와 같은 방법들이 제안되어 왔다.

제1 방법은, 구조체의 변형을 검지해서 그것을 억제하도록 제어하거나, 또는, 구조체의 변형을 방지할 수 있는 힘 밸런스로 각 액튜에이터를 제어하는 것이다. 이 방법은 일본 특개평7-83276호 공보, 특개평7-139582호 공보 등에 개시되어 있다. 이러한 종류의 장치는, 제진 기능을 갖는 4대의 지지 기구의 지지 밸런스에 따라 발생할 수 있는 변형 모드를 고려함으로써, 강체 운동 모드 및 일부의 변형 모드에 상당하는 신호를 좌표 변환에 의해 추출하고, 각 모드에 대해 제어계를 구성한다. 정반에 제어력을 가하는 액튜에이터의 기하 배치 및 특성을 고려함으로써, 제어 연산의 결과로서 얻어진 각 모드에 대한 제어 명령이, 정반에 작용하도록 액튜에이터에 분배된다. 물론, 변형 모드를 나타내는 어떠한 신호도 추출하지 않고, 제어력을 분배하는 연산에 있어서, 구조체를 변형시키지 않도록 엑튜에이터에 추진력을 분배하는 것도 유효하다.

그러나, 전술한 제1 방법에 의해서는, 공기압 제어계는 충분히 구조체의 변형을 억제할 수 없다. 많은 경우에 있어서, 공기압 제어계에 널리 이용되고 있는 서보 밸브는, 일반적으로는 히스테리시스를 갖는 입출력 특성을 나타낸다. 이러한 이유로, 서보 밸브가 큰 범위로 동작되는 경우, 그것은 입력 신호에 따른 제어력을 높은 정밀도로 생성할 수 없다. 정반의 지지 밸런스는 용장 액튜에이터에 의해 과잉으로 구속되기 때문에, 액튜에이터의 제어력의 편차가 때때로 지지 밸런스를 변동시켜, 구조체의 동적인 변형을 초래한다.

제2 방법은, 각 액튜에이터의 제어력을 그것에의 입력 신호에 피드백하는 제어계를 구성해서 작용력의 제어 정밀도를 향상시키는 것이다. 구체적으로는, 힘 센서에 의해 검출된 제어력, 공기압 구동식 액튜에이터의 제어 압력, 또는 전자기 구동식 액튜에이터의 구동 전류 또는 전류값 등을 피드백하는 방법이 널리 알려져 있다.

일본 특개평10-256141호 공보, 특개평11-141599호 공보 등은, 제2 방법을 제진 장치에 적용하는 기술을 개시하고 있다. 제2 방법은, 입력 신호가 명령하는 제어력과 실제의 액튜에이터의 발생력 사이의 편차를 저감시켜, 입력 신호에 대한 제어력의 추종성을 크게 개선한다. 그 때문에, 액튜에이터들에의 입력 신호들을 적절하게 분배하는 것에 의해, 구조체의 변형을 유발하는 힘을 저감하는 것이 가능해서, 결과적으로 구조체의 변형을 억제한다. 공기압 제어계에 있어서의 서보 밸브의 동작 범위가 비교적 큰 경우에도, 장치 본체의 변형이 억제될 것으로 기대된다.

제3 방법은, 제진 기능을 갖는 복수의 지지 기구를 동일한 제어력에 의해 동작시키는 것이다. 일본 특허 제3337906호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 이 방법은, 예를 들면, 제진 기능을 갖는 4대의 지지 기구를 포함하는 제진 장치에 있어서, 2개의 공기 스프링 또는 거기에 연통하는 탱크간을 배관을 통해 접속함으로써 구현된다. 이러한 장치에서는, 4대의 공기 스프링 중 2대의 공기 스프링이 동일한 내부 압력을 갖기 때문에, 4대의 공기 스프링은 3개의 압력값을 갖고, 구조체의 탑재 하중 및 그 중심에 의해 결정되는 일정한 지지 밸런스가 된다. 이 방법은, 탑재 하중의 지지 밸런스를 달성하는 힘들의 하나의 조합을 결정한다. 이것은 구조체의 지지 밸런스가 변동하는 일없이, 구조체의 변형 상태가 변동하는 것을 방지할 수 있다.

이상과 같이, 종래의 제진 장치는, 장치 구조의 제약 등으로 용장 액튜에이 터에 의한 구조체의 지지 밸런스의 과잉 구속이 부득이한 경우에도, 다양한 연구에 의해 구조체의 변형을 억제한다.

그러나, 최근에 제진 장치에 탑재되는 기기가 고정밀화됨에 따라, 구조체의 변형을 더욱 억제하는 것이 요구되고 있다. 제진 장치의 지지 밸런스가 변동하면, 탑재되는 정반의 변형이 유발된다. 그 결과, 정반에 탑재된 기기에도 변형의 악영향이 생기고, 개선이 요구되는 계측 성능 및 노광 성능에 악영향을 미친다.

그러한 상황에서, 구조체의 변형을 억제하는 것이, 이전보다 중요한 과제가 되고 있기 때문에, 종래는 무시할 수 있었던 레벨의 지지 밸런스의 변동도 문제가 되고 있다.

또한, 노광 장치의 고정밀도화를 달성하기 위해서는 진동 억제가 필수적이다. 따라서, 노광 장치를 구성하는 구조체의 강성을 증가시킴으로써, 노광 장치에 유해한 국소 진동을 억제할 필요가 있다. 그러나, 구조체의 강성을 높이면, 구조체의 중량이 증대한다. 이러한 충돌 때문에, 구조체의 경량화를 우선하는 설계가 요구되는 일이 많다. 따라서, 구조체의 강성을 충분히 확보할 수 없는 경우가 있다. 이렇게 구조체의 강성을 충분히 확보할 수 없는 상황에서 제진 기능을 갖는 4대 이상의 지지 기구를 이용할 때에는, 구조체의 변형을 억제하는 것이 더욱 엄격해진다.

본 발명은, 구조체에 힘을 작용시키는 액튜에이터를 4개 이상 구비하고, 동시에 구조체의 변형을 억제하면서 구조체의 진동을 억제하는 제진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 구조체에 연직 방향으로 힘을 작용시켜서 상기 구조체를 지지하고, 서로 동일 직선 상에는 위치하지 않도록 구성되는 3개의 제1 액튜에이터 및 적어도 1개의 제2 액튜에이터와, 상기 구조체의 기준 위치에 대한 위치와 진동 중 적어도 하나를 검출하는 검출기와, 상기 검출기의 출력에 기초하여 상기 3개의 제1 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘을 제어하는 제어기를 포함하는 제진 장치로서, 상기 제2 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 제2 액튜에이터를 제어하는 제진 장치가 제공된다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 구조체에 수평 방향으로 힘을 작용시켜서 상기 구조체를 지지하고, 서로 동일 직선 상에는 위치하지 않도록 구성되는 3개의 제1 액튜에이터 및 적어도 1개의 제2 액튜에이터와, 상기 구조체의 기준 위치에 대한 위치와 진동 중 적어도 하나를 검출하는 검출기와, 상기 검출기의 출력에 기초하여 상기 3개의 제1 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘을 제어하는 제어기를 포함하는 제진 장치로서, 상기 제2 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 제2 액튜에이터를 제어하는 제진 장치가 제공된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 조명계와, 투영 광학계와, 기판 스테이지와, 레티클 스테이지 중 적어도 하나를 탑재하는 정반을 3개의 능동 제진 기구에 의해 지지하는 노광 장치로서, 상기 3개의 능동 제진 기구 이외에, 상기 정반을 지지하고, 액튜에이터를 포함하는 지지 기구를 포함하며, 상기 액튜에이터가 상기 정반에 작용시키는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 액튜에이터를 제어하는 노광 장치가 제 공된다.

본 발명에 따르면, 예를 들어, 구조체에 힘을 작용시키는 액튜에이터를 4개 이상 구비하고, 동시에 구조체의 변형을 억제하면서 구조체의 진동을 억제하는 제진 장치를 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조한 다음의 예시적인 실시예들의 설명으로부터 본 발명의 다른 특징들이 명백해질 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 제진 장치의 실시예들을 설명한다. 본 발명에 따른 제진 장치는, 노광 장치, 전자 현미경, 공작 기계 등에서 사용될 수 있다. 그러나, 이하의 실시예들에서는, 노광 장치에서 사용되는 제진 장치를 예로 들어 설명한다.

이하, 본 발명의 제1 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 제진 장치는, 제진 기능을 갖는 지지 기구(2)(이하, 지지 기구라 함)를 구비한다. 지지 기구(2)는 조명계, 투영 광학계, 각종 계측 기기, 기판 스테이지(웨이퍼 스테이지) 등, 노광 장치 본체에서 진동에 취약한 기기를 탑재하는 구조체로서 기능하는 정반(1)을 지지하면서 구조체의 진동을 억제한다. 도 1에서는, 정반(1)에 탑재된 조명계, 투영 광학계, 각종 계측 기기, 기판 스테이지 등은 생략되어 있다.

지지 기구(2)는 예를 들어 스프링 요소 및 댐퍼 요소를 포함한다. 정밀한 제진을 요구하는 기술 분야에서는, 지지 기구(2)에 공기 스프링이 널리 이용된다. 특히, 능동 제진의 분야에서는, 이하의 구성이 채택되는 경우가 많다. 즉, 공기가 저장된 기체실(공기실)의 내부 압력을 제어하는 서보 밸브 등의 제어 밸브를 공기 스프링에 접속해서 공기압 구동식 액튜에이터를 구성하고, 그 액튜에이터를 이용하여, 지지 대상의 구조체의 위치 및 진동을 제어하는 구성이다. 이 경우, 공기압 구동식 액튜에이터는, 공기 스프링에 적절한 용량의 탱크를 접속함으로써, 용이하게 스프링 강성을 갖도록 설계될 수 있기 때문에, 종종 지지 기구(2)의 스프링 요소로서의 기능도 한다. 여기에서, 액튜에이터에 이용되는 기체는 공기에 한정되지 않는 것은 물론이고, 본원에서 사용되는 공기 스프링 및 공기압 구동식 액튜에이터는, 보다 일반적으로는, 기체 스프링 및 기압 구동식 액튜에이터로 해석된다. 이하, 기체의 일례로서 공기를 이용한 경우에 대해서 설명한다.

본 실시예에 따른 지지 기구(2)는, 공기압 구동식 액튜에이터(20)를 포함한다. 각각의 지지 기구(2a∼2d)는 공기압 구동식 액튜에이터를 포함한다. 물론, 공기 스프링 대신, 예를 들어 공기 실린더를 이용한 공기압 구동식 액튜에이터를 이용할 수 있다. 또한, 액튜에이터로서의 기능을 갖지 않는 스프링 기구와 공기압 구동식 액튜에이터, 전자기 구동식 액튜에이터 등을 함께 이용할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본원에서는, 액튜에이터(20)를 구성하는 4개의 지지 기구(2a∼2d)가 제공되는 것으로 가정한다. 장치 설계의 제약에 따라서 지지 기구(2)를 5대 이상 포함한 장치도 본 발명에 포함되는 것은 물론이다.

지지 기구(2)는, 도 2에 도시한 바와 같은 것이 바람직할 수 있다. 도 2는 지지 기구(2)의 내부 구성을 상세하게 나타낸 것이다. 지지 기구(2)는, 공기압 구 동식 액튜에이터(20)를 구비한다. 공기압 구동식 액튜에이터(20)는 공기 스프링(21), 그것에 접속된 공기 탱크(22), 공기실을 구성하는 공기 스프링(21) 및 공기 탱크(22)에의 급배기를 제어하는 제어 밸브(24), 및 공기 배관(23)을 포함한다. 공기 배관(23)은 공기 스프링(21) 및 공기 탱크(22)를 제어 밸브(24)에 접속시킨다. 제어 밸브(24)는, 압축 공기를 공급하는 급기계 Ps 및 배기계 Pr에 접속된다. 제어 밸브(24)는 전기적 명령 신호에 기초하여, 공기 스프링(21) 및 공기 탱크(22)에의 급배기를 조정함으로써, 그 내부 압력을 제어한다.

공기 스프링(21)은, 지지 기구(2)를 구성하는 스프링 기구로서도 기능한다. 공기 스프링(21)의 스프링 강성은, 예를 들어, 공기 스프링(21)의 수압 면적과, 공기 스프링(21) 및 공기 탱크(22)의 용적 및 내부 압력에 의해 결정된다. 원하는 사양에 따라 이들 설계 값이 결정된다.

도 2에 기재된 장치는, 공기 스프링(21) 및 공기 탱크(22)의 내부 압력을 측정하는 압력 검출기(9)를 포함하고 있다. 이 구성은, 후술하는 실시예에서도 사용할 수 있으며, 공기압 구동식 액튜에이터에 의해 발생한 제어력의 제어 정밀도 및 응답성을 높이기 위해서 유효하다.

본 실시예에서는, 설명의 편의상, 공기압 구동식 액튜에이터(20)는, 연직 방향으로 작용하는 것으로서 가정한다. 물론, 수평 방향으로 작용하는 공기압 구동식 액튜에이터(20)를 이용하는 것에 의해서도, 이하에서 설명하는 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

복수의 지지 기구(2) 및 액튜에이터(20)는, 이들의 3 세트가 동일 직선 상에 배치되지 않도록, 베이스(7) 위에 탑재되어 고정된다.

종래부터, 노광 장치에서는, 회로의 원판인 레티클을 탑재해서 이동하는 레티클 스테이지와, 기판(웨이퍼)을 탑재해서 정밀하게 위치 결정을 행하는 기판 스테이지가 제진 장치 위에 탑재되어 왔다. 본 발명에 개시된 제진 장치에 있어서도, 그러한 스테이지들을 탑재할 수 있다. 그러나, 최근에는, 스테이지의 고성능화에 따라, 지지 기구(2)를 이용하지 않고 베이스(7) 위에 직접 스테이지들을 탑재하는 경우도 있다.

본 실시예에 따른 제진 장치는, 또한 정반(1)의 기준 위치에 대한 변위를 검출하는 복수의 위치 검출기(3a~3c), 가속도와 같은 진동을 검출하는 복수의 진동 센서(4a~4c), 이것들의 검출 신호에 대한 보상 연산을 실시하는 보상 연산부(5)를 포함한다.

복수의 위치 검출기(3a~3c)는, 그 검출 축이 서로 일치하지 않도록 배치되어 있다. 마찬가지로, 복수의 진동 센서(4a~4c)는, 그 검출 축이 서로 일치하지 않도록 배치되어 있다.

보상 연산부(5)는, 제어기(50)에 구비되어, 정반(1)의 목표 위치 신호와 위치 검출 신호와의 차 신호, 또는, 그의 진동 검출 신호에 대한 적절한 보상 연산을 실시한다. 보상 연산부(5)로부터 출력되는 보상 신호는, 구동 회로(6a~6c)에 보내져, 이 신호에 따라 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20)을 구동한다.

보상 연산부(5)로부터 출력된 보상 신호에 따라 구동되는 제1 액튜에이터들은, 3대의 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20a~20c)만이다. 지지 기구(2d)의 제 2 액튜에이터(20)는 보상 연산부(5)에서 얻은 신호들에 따라서는 구동되지 않는다.

제어기(50)는 일정값을 나타내는 일정 신호를 발생하는 신호 발생기(8)를 포함한다. 신호 발생기(8)에 의해 제공된 신호는, 구동 회로(6d)를 통해 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)에 보내진다. 이 일정값은, 제어 장치를 탑재한 장치(예를 들면 노광 장치)를 설치해서 정반(1)을 원하는 상태에 위치 결정했을 때에 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)에 입력된 신호의 값으로 설정할 수 있다.

다음으로, 본 실시예에 따른 제진 장치의 동작을 설명한다. 우선, 정반(1)의 기준 위치에 대한 위치를 위치 검출기(3a~3c)에서 검출한다. 또한, 정반(1)의 가속도와 같은 진동을 진동 센서(4a~4c)에서 검출한다. 이들의 검출 신호는 보상 연산부(5)에 보내진다.

보상 연산부(5)는, 이들의 검출 신호에 대한 적절한 보상 연산을 실시한다. 위치 검출 신호에 대해서는, 일반적으로는, 정반(1)의 위치에 관한 목표값 신호와 그 위치 검출 신호와의 차(편차)를 산출하고, 산출한 차에 대해 보상 연산을 실시한다. 정반(1)의 위치를 목표 위치에 대하여 편차없이 위치 결정하기 위해서는, 통상적으로, 적분 보상을 포함하는 보상 연산, 예를 들면, PI 보상 또는 PID 보상 등의 연산을 적용한다.

진동 검출 신호에 대해서는, 진동 센서(4)의 검출 특성, 및 정반(1)에 제어력을 가하는 3대의 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20)의 응답성에 따른 보상 연산을 실시한다. 예를 들어, 진동 센서(4) 및 3대의 지지 기구(2a~2c)의 공기압 구동식 액튜에이터(20)에 각각 가속도계 및 공기압 구동식 액튜에이터들이 적용될 경 우, 게인 보상, 적분 보상, 또는 그것들을 조합한 보상이 적절히 사용될 수 있다. 3대의 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20)의 응답 주파수가, 지지 기구(2)와 정반(1)을 포함하는 기구계의 고유 주파수보다 충분히 낮을 경우, 3대의 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20)의 특성은 적분계에 의해 근사될 수 있다. 그 때문에, 예를 들면, 게인 보상을 실시했을 경우에는, 정반(1)의 속도에 비례한 제어력을 발생시킬 수가 있어, 감쇠 특성을 제어할 수 있다. 적분 보상을 적용한 경우에는, 정반(1)의 변위에 비례한 제어력을 발생시킬 수가 있어, 지지 강성을 조정할 수 있다.

보상 연산부(5)에서는, 위치 또는 진동의 검출 신호를, 정반(1)의 병진 및 회전 모드로 좌표 변환한 후에, 상기한 바와 같은 보상 연산을 적용하는 것이 바람직하다. 각 운동 모드에 대해 얻어진 보상 신호는, 3대의 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20)의 기하 배치에 기초해서 정식화된 추진력을 분배하는 연산을 거치고, 그 결과 신호들이 3대의 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20)에 분배된다.

보상 연산부(5)로부터 출력되는 보상 신호는, 구동 회로(6a~6c)를 통해 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20)에 보내져, 3대의 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20)을 구동한다.

이상과 같은 구성에 의해, 정반(1)의 위치 및 진동은, 3대의 지지 기구(2a~2c)의 액튜에이터들(20)을 이용해서 제어된다.

상기한 위치 및 진동의 제어에 이용되지 않은 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)는, 일정 신호를 발생하는 신호 발생기(8)에 의해 제공되는 신호에 따라 구 동된다. 신호 발생기(8)는 제진 장치의 동작 조건에 따라서 일정값을 나타내는 신호를 발생한다. 이 신호는, 항상 발생되는 것일 수 있거나, 또는 제진 장치의 동작 조건에 따라서 ON/OFF되는 것일 수 있다.

신호 발생기(8)로부터 출력된 신호는, 구동 회로(6d)에 보내져, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)를 구동한다. 이 결과, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)의 제어력은, 신호 발생기(8)로부터 출력된 신호에 따른 일정한 힘으로 유지되게 된다.

구조체의 강체 운동은, 병진 자유도 3 및 회전 자유도 3의 운동 자유도 6에 의해 정의되는 운동계에 기초한다. 예를 들면, 연직 방향으로 작용하는 공기압 구동식 액튜에이터(20)의 운동 자유도는, 연직 방향의 병진 Z, 및, 병진 Z와 직교하는 수평 방향의 병진 X, Y의 각 축 주위의 회전 θx, θy에 의해 정의된다. 즉, 공기압 구동식 액튜에이터(20)는 자유도 3을 가지므로, 이론적으로는 3대의 공기압 구동식 액튜에이터(20)가 강체의 위치 및 진동을 제어할 수 있다. 3대의 공기압 구동식 액튜에이터(20)가 적용될 경우, 운동 Z, θx, θy의 지지 밸런스를 실현하는 힘들의 하나의 조합만이 존재한다.

그러나, 4대 이상의 액튜에이터(20)가 있을 경우, 동일한 운동 Z, θx, θy에 의해 정의되는 자세(orientation)를 유지하는 공기압 구동식 액튜에이터들(20)의 제어력들의 조합은, 무한히 존재한다. 이것은 공기압 구동식 액튜에이터들(20)이 용장이기 때문이다.

이와 같은 경우에서도, 본 발명에 개시된 제진 장치와 같이, 3대의 지지 기 구(2a~2c)의 3대의 액튜에이터 이외의 지지 기구(2d)의 액튜에이터(20)에 의한 발생력을 일정하게 유지하면, 운동 Z, θx, θy에 의해 정의되는 자세를 유지하기 위한 액튜에이터들의 제어력들의 조합은 하나만 존재한다. 즉, 정반(1)의 지지 밸런스를 일정하게 하는 것이 가능하게 된다.

이상과 같이 제진 장치를 구성함으로써, 액튜에이터들(20)의 지지 밸런스를 달성하는 힘들의 하나의 정상적인 조합이 획득된다. 탑재 하중 또는 그 중심이 변화하지 않으면, 구조체의 지지 밸런스를 달성하는 힘들의 조합은 하나만 존재한다. 그 때문에, 구조체의 지지 밸런스는 기본적으로는 변동하지 않는다. 발생력을 일정하게 유지하는 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)에 의한 발생력을 적절하게 설정하면, 지지해야 할 구조체의 변형을 억제하는 것이 가능하게 된다.

액튜에이터의 수가 4대임을 가정하여 구조체의 위치 및 진동의 제어를 설명하였으나, 5대 이상의 공기압 구동식 액튜에이터(20)가 설치되는 경우에도 마찬가지로 적용된다. 즉, 강체 운동을 제어하기 위해서 필요한 액튜에이터의 최소한의 수, 즉 연직 방향용에 3대의 액튜에이터, 수평 방향용에 3대의 액튜에이터가 구조체의 위치 및 진동을 제어하고, 그것을 초과하는 수의 액튜에이터들은 일정한 힘을 발생하도록 하면 된다.

또한, 정반(surface plate)(1)의 위치 및 진동의 제어는, 여기에서 설명한 형태에 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 일본 특개평11-294520호 공보는, 위치 제어가 본 실시예와 같은 공기압 구동식 액튜에이터에 의해 행해지고, 가속도 신호에 기초하는 진동 제어는 그것과 병렬로 배치한 전자기 구동의 리니어 모터에 의해 행해지는 경우를 예시하고 있다. 물론, 이러한 제어계를 갖는 제진 장치에서도, 3대를 초과하는 액튜에이터들을 본 실시예와 같이 일정한 제어력들을 발생시키도록 동작시킴으로써, 마찬가지의 효과를 기대할 수 있는 것은 물론이다. 당연히, 이러한 구성도 본 발명에 포함된다.

다음으로, 본 발명에 따른 제진 장치의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 제1 실시예와 본 실시예와의 차이는, 일정한 힘을 발생시키는 액튜에이터의 제어 방법에 있다.

도 3은 제2 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시한 제2 실시예에 따른 제진 장치는, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)에 압력 검출기(9d)를 구비하고, 압력 검출기(9d)의 검출 신호를 이용하여, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)에 의한 발생력을 제어한다. 압력 검출기(9d)는, 지지 기구(2d)의 공기압 구동식 제2 액튜에이터(20)의 공기 스프링 및 공기 탱크의 내부 압력을 실시간으로 검출한다.

또한, 본 실시예에 있어서의 제진 장치는, 일정한 힘을 발생시키는 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)로의 제어 명령 신호의 생성 방법이, 제1 실시예와 상이하다. 구체적인 상이점은, 일정 신호를 발생하는 신호 발생기(8b)의 신호와 압력 검출기(9d)의 검출 신호와의 차 신호에 보상 연산을 실시하는 압력 보상 연산부(10)를 구비하고, 구동 회로(6d)가 압력 보상 연산부(10)로부터의 출력을 수신하는 것이다. 즉, 본 실시예에서, 제어기(50b)는, 기준 압력과 압력 검출기(9d)로부터의 출력과의 차에 기초하여 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)의 제어 밸브를 제어한다.

신호 발생기(8b)는, 지지 기구(2d)의 공기압 구동식 제2 액튜에이터(20)의 공기 스프링 및 공기 탱크의 내부 압력에 대해 설정된 목표값을 발생시키는 역할을 발휘한다. 압력 보상 연산부(10)는, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)의 공기 스프링 및 공기 탱크의 내부 압력을, 신호 발생기(8b)에 의해 설정된 목표값에 편차없이 추종하도록 제어하기 위해서, PI 보상, PID 보상 등의 적분 보상을 포함하는 보상 연산을 활용하는 보상 연산 기구를 적절히 이용할 수 있다.

본 실시예에 있어서의 제어기는, 상기한 바와 같은 점에서, 제1 실시예의 것과 상이하므로, 도 3에서는, 참조 번호 50b로 하여, 도 1의 제어기(50)와는 다르게 표기된다. 압력 보상 연산부(10)로부터 출력된 보상 신호는, 구동 회로(6d)로 보내져, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)를 구동한다.

이상과 같은 구성에 의해, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)에 의한 발생력을 일정하게 유지함으로써, 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예에 개시된 제진 장치는, 압력 검출기(9d)가 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)에 의한 발생력을 검출하고, 이 검출 신호를 피드백하도록 구성된다. 그 때문에, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)의 공급 공기압의 변동 등의 외란이 생긴 경우라도, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)에 의한 발생력을 일정하게 유지할 수 있는 점이, 본 실시예의 제진 장치가 더 겸비한 장점이다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시예를 설명한다. 본 실시예에 개시된 제진 장치는, 발생력을 일정하게 유지하는 액튜에이터의 구성이 상술된 실시예들의 것과 상이하다. 도 4는 본 실시예에 개시된 제2 액튜에이터(25)의 구성을 나타낸다.

이 제2 액튜에이터(25)는, 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20)에서와 같은 요소들, 즉 공기 스프링(26), 공기 탱크(27) 및 공기 배관(28)을 포함하지만, 제어 밸브(24)는 포함하지 않는다. 제2 액튜에이터(25)는 공기 스프링(26) 및 공기 탱크(27)의 내부 압력을 조절하여 설정하는 기구로서, 정밀 공기압 레귤레이터(11)를 포함한다.

정밀 공기압 레귤레이터(11)는, 정밀 감압 밸브라고도 불리며, 공기압 원과 제2 액튜에이터(25) 사이에 삽입된다. 정밀 공기압 레귤레이터(11)는, 제2 액튜에이터(25)의 공기 스프링(26) 및 공기 탱크(27)의 내부 압력을, 미리 설정된 일정 압력으로 조절하는 기능을 한다. 또한, 정밀 공기압 레귤레이터(11)는, 간단히, 감압 밸브, 감압 레귤레이터, 압력(공기압) 레귤레이터라고도 한다. 여기에 사용된 정밀 공기압 레귤레이터(11)는, 전기 명령에 따라서 설정 압력을 조절할 수 있는 것이거나, 수동 조작에 의해 설정 압력을 조절할 수 있는 것일 수 있다. 정밀 공기압 레귤레이터(11)의 사용 목적은, 공기 스프링(26) 및 공기 탱크(27)의 내부 압력을 일정하게 유지하는 것이므로, 수동 타입의 정밀 공기압 레귤레이터(11)이라도 충분히 족하다.

도 5는 본 실시예에 개시된 장치의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 본 실시예와, 제1 및 제2의 실시예와의 상이점은, 지지 기구(2d)가 지지 기구(2d)의 제2 액튜에이터(20) 대신에 제2 액튜에이터(25)를 포함하고, 제2 액튜에이터(25)의 내부 압력은 그것에 접속된 정밀 공기압 레귤레이터(11)에 의해 조절된다는 점이다.

도 5는 수동 타입의 정밀 공기압 레귤레이터(11)를 포함하는 장치를 가정한다. 이러한 가정으로, 제2 액튜에이터(25)의 내부 압력을 조정하기 위한 전기적인 기구는 불필요하다, 즉 압력 검출기(9), 구동 회로(6d), 일정 신호를 발생시키는 신호 발생기(8 또는 8b)가 불필요하다. 본 실시예에 있어서의 제어기(50c)는, 지지 기구(2d)를 제외한 3대의 지지 기구(2a∼2c)의 제1 액튜에이터(20)를 이용한 제어 동작에 필요한 보상 연산부(5)만을 포함한다.

전술한 구성에 의해, 제1 및 제2 실시예와 동일한 효과를 제2 액튜에이터(25)에 의한 발생력을 유지함으로써 얻을 수 있다. 더욱이, 본 실시예에 개시된 제진 장치는 제2 액튜에이터(25)의 내부 압력을 조정하기 위한 전기적인 기구를 필요로 하지 않는다. 이로써 장치의 구성을 더욱 간략화하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 제4 실시예를 설명한다. 제1 내지 제3 실시예는 4대의 지지 기구(2)가 있다고 가정하고 설명해왔다.

도 6은 제3 실시예에 따른 제진 장치가 5대의 지지 기구(2)를 포함하는 장치로 전개한 예를 도시하는 도면이다. 제4 실시예에 따른 제진 장치는 5대의 지지 기구(2a~2e)를 포함하고, 지지 기구들(2d 및 2e)의 제2 액튜에이터들을 동작시켜 일정한 제어력을 생성한다. 도 6에 도시된 장치는 정밀 공기압 레귤레이터를 사용하며, 그것은 제3 실시예에서 지지 기구들(2d 및 2e)의 제2 액튜에이터들에 의한 발생력을 일정하게 유지시키는 기구로서 개시된다.

본 실시예의 장치는 일정한 힘을 생성하는 제2 액튜에이터의 지지 기구(2e)를 추가한 점에서 도 5에 도시된 제3 실시예의 장치와는 다르다. 본 실시예의 장 치의 다른 구성들 및 동작들은 도 5에 도시된 장치와 동일하다.

이러한 방식으로, 더 많은 수의 액튜에이터를 포함하는 제진 장치에서도 제1 내지 제3 실시예에 따른 제진 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 6은 진동 센서(4) 및 그로부터의 검출 신호에 기초한 제어계가 생략된 구성을 도시한다. 제진 장치가 안정적으로 동작할 수 있는 감쇠 특성을 확보할 수 있는 한, 도 6에 도시한 것과 같이, 진동 센서(4) 및 그로부터의 검출 신호에 기초한 제어계는 생략될 수 있다.

[노광 장치]

본 발명에 따른 제진 장치가 적용되는 예시적인 노광 장치를 이하 설명한다. 노광 장치는, 도 8에 도시한 바와 같이, 조명계(101), 레티클을 탑재하는 레티클 스테이지(102), 투영 광학계(103), 웨이퍼를 탑재하는 웨이퍼 스테이지(104) 등의 노광 유닛들을 포함한다. 노광 장치는 또한 노광 유닛들을 지지하는 정반, 정반의 진동을 억제하면서 정반을 지지하는 제1 내지 제4 실시예 중 임의의 실시예에 도시된 제진 장치를 포함한다. 노광 장치는 레티클에 형성된 회로 패턴을 노광에 의해 웨이퍼에 투영 및 전사하며, 스텝&리피트 투영 노광 방식 또는 스텝&스캔 투영 노광 방식일 수 있다.

조명계(101)는 회로 패턴이 형성된 레티클을 조명하고, 광원 유닛과 조명 광학계를 포함한다. 광원 유닛은 예를 들면, 광원으로서 레이저를 사용한다. 예를 들면, 레이저는 파장이 약 193nm인 ArF 엑시머 레이저, 파장이 약 248nm인 KrF 엑 시머 레이저, 또는 파장이 약 153nm인 F₂ 엑시머 레이저일 수 있다. 그러나, 레이저의 유형은 엑시머 레이저로 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 YAG 레이저일 수 있고, 레이저들의 수도 특별히 제한되지 않는다. 레이저가 광원으로 사용될 경우, 레이저 광원으로부터의 시준된(collimated) 광 빔을 원하는 빔 형상으로 정형하기 위한 광학계, 및 코히어런트한 레이저 빔을 인코히어런트한 레이저 빔으로 전환하는 광학계가 적절히 사용된다. 또한, 광원 유닛에 사용가능한 광원은 레이저로 특별히 제한되지 않고, 하나 또는 복수의 수은 램프 또는 크세논 램프가 사용될 수 있다.

조명 광학계는 마스크를 조명하고, 예를 들면, 렌즈, 미러, 라이트 인테그레이터, 및 스톱(stop)을 포함할 수 있다.

투영 광학계(103)는 예를 들면, 복수의 렌즈 소자들만을 포함하는 광학계, 복수의 렌즈 소자들 및 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 광학계, 복수의 렌즈 소자들 및 적어도 하나의 회절 광학 소자를 포함하는 광학계, 또는 미러들만을 포함하는 광학계일 수 있다.

레티클 스테이지(102) 및 웨이퍼 스테이지(104)는, 예를 들면, 리니어 모터에 의해 이동가능하다. 스텝&스캔 투영 노광 방식에서, 스테이지들(102 및 104)은 동기하여 이동한다. 레티클 패턴을 웨이퍼 상에 정렬시키기 위해 웨이퍼 스테이지(104)와 레티클 스테이지(102) 중 적어도 하나에 액튜에이터가 별도로 제공된다.

전술된 노광 장치는 반도체 집적 회로 등의 반도체 디바이스나, 마이크로머 신, 박막 자기 헤드 등의 미세한 패턴이 형성된 디바이스들의 제조에 사용될 수 있다.

[디바이스 제조 방법]

전술된 노광 장치를 이용하여 디바이스를 제조하는 방법의 실시예를 이하 설명한다. 디바이스들(예를 들면, 반도체 집적 회로 소자 및 액정 표시 소자)은, 전술된 실시예 중 임의의 실시예에 따른 노광 장치를 이용하여 감광제가 도포된 기판(예를 들면, 웨이퍼 또는 글래스 플레이트)을 노광하는 공정, 노광 공정에서 노광된 기판을 현상하는 공정, 및 다른 주지의 공정들(예를 들면, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 및 패키징 공정들)에 의하여 제조된다.

본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되어 왔지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시예들로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구범위들의 범위는 모든 그러한 수정들 및 동등한 구조물들 및 기능들을 포함하도록 가장 넒은 해석에 따라야 한다.

도 1은 제1 실시예에 따른 제진 장치를 나타내는 도면.

도 2는 제1 실시예에 따른 액튜에이터를 나타내는 도면.

도 3은 제2 실시예에 따른 제진 장치를 나타내는 도면.

도 4는 제3 실시예 따른 액튜에이터를 나타내는 도면.

도 5는 제3 실시예에 따른 제진 장치를 나타내는 도면.

도 6은 제4 실시예에 따른 제진 장치를 나타내는 도면.

도 7은 종래의 제진 장치를 나타내는 도면.

도 8은 노광 장치를 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 정반

2 : 지지 기구

3 : 위치 검출기

4 : 진동 센서

5 : 보상 연산부

6 : 구동 회로

7 : 베이스

8 : 신호 발생기

9 : 압력 검출기

10 : 압력 보상 연산부

Claims (12)

1. 제진 장치(vibration suppression apparatus)로서,

   구조체에 연직 방향으로 힘을 작용시켜서 상기 구조체를 지지하고, 서로 동일 직선 상에는 위치하지 않도록 구성되는 3개의 제1 액튜에이터 및 적어도 1개의 제2 액튜에이터와,

   상기 구조체의 기준 위치에 대한 위치와 진동 중 적어도 하나를 검출하도록 구성되는 검출기와,

   상기 검출기의 출력에 기초하여 상기 3개의 제1 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘을 제어하는 제어기

   를 포함하며,

   상기 제2 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 제2 액튜에이터를 제어하는 제진 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어기는, 상기 제2 액튜에이터에 일정값을 나타내는 신호를 제공함으로써 상기 제2 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 제2 액튜에이터를 제어하는 제진 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2 액튜에이터는, 기체실을 갖고, 상기 기체실의 내부 압력을 조정함으로써 제어되는 힘을 상기 구조체에 작용시키며,

   상기 제진 장치는, 상기 제2 액튜에이터의 기체실의 내부 압력을 검출하도록 구성되는 압력 검출기를 더 포함하고,

   상기 제어기는, 상기 압력 검출기의 출력에 기초하여 상기 제2 액튜에이터의 제어 밸브를 제어하는 제진 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2 액튜에이터는, 기체실을 갖고, 상기 기체실의 내부 압력을 미리 설정된 압력으로 제어하는 감압 밸브를 포함하는 제진 장치.
5. 제진 장치로서,

   구조체에 수평 방향으로 힘을 작용시켜서 상기 구조체를 지지하고, 서로 동일 직선 상에는 위치하지 않도록 구성되는 3개의 제1 액튜에이터 및 적어도 1개의 제2 액튜에이터와,

   상기 구조체의 기준 위치에 대한 위치와 진동 중 적어도 하나를 검출하도록 구성되는 검출기와,

   상기 검출기의 출력에 기초하여 상기 3개의 제1 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘을 제어하는 제어기

   를 포함하며,

   상기 제2 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 제2 액튜에이터를 제어하는 제진 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제어기는, 상기 제2 액튜에이터에 일정값을 나타내는 신호를 제공함으로써 상기 제2 액튜에이터가 상기 구조체에 작용시키는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 제2 액튜에이터를 제어하는 제진 장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 제2 액튜에이터는, 기체실을 갖고, 상기 기체실의 내부 압력을 조정함으로써 제어되는 힘을 상기 구조체에 작용시키며,

   상기 제진 장치는, 상기 제2 액튜에이터의 기체실의 내부 압력을 검출하도록 구성되는 압력 검출기를 더 포함하고,

   상기 제어기는, 상기 압력 검출기의 출력에 기초하여 상기 제2 액튜에이터의 제어 밸브를 제어하는 제진 장치.
8. 제5항에 있어서,

   상기 제2 액튜에이터는, 기체실을 갖고, 상기 기체실의 내부 압력을 미리 설정된 압력으로 제어하는 감압 밸브를 포함하는 제진 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 제진 장치와,

   상기 제진 장치에 의해 지지되는 정반(surface plate)과,

   상기 정반에 의해 지지되고, 기판을 노광하도록 구성되는 노광 유닛

   을 포함하는 노광 장치.
10. 제9항에 기재된 노광 장치를 이용하여 기판을 노광하는 단계와,

    노광된 상기 기판을 현상하는 단계와,

    현상된 상기 기판을 처리하여 디바이스를 제조하는 단계

    를 포함하는 디바이스 제조 방법.
11. 조명계와, 투영 광학계와, 기판 스테이지와, 레티클 스테이지 중 적어도 하나를 탑재하는 정반을 3개의 능동 제진 기구에 의해 지지하는 노광 장치로서,

    상기 3개의 능동 제진 기구 이외에, 상기 정반을 지지하고, 액튜에이터를 포함하는 지지 기구

    를 포함하며,

    상기 액튜에이터가 상기 정반에 작용시키는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 액튜에이터를 제어하는 노광 장치.
12. 제11항에 기재된 노광 장치를 이용하여 기판을 노광하는 단계와,

    노광된 상기 기판을 현상하는 단계와,

    현상된 상기 기판을 처리하여 디바이스를 제조하는 단계

    를 포함하는 디바이스 제조 방법.

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