KR101181684B1 - 노광 방법 및 노광 장치, 스테이지 장치, 그리고 디바이스제조 방법 - Google Patents

노광 방법 및 노광 장치, 스테이지 장치, 그리고 디바이스제조 방법 Download PDF

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Abstract

일방의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 웨이퍼에 대한 노광 동작이 실시되는 것과 병행하여 양 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 교체하기 위해 타방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 일방의 웨이퍼 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 공정을 포함함으로써, 일방의 웨이퍼 스테이지 상의 웨이퍼에 대한 노광 동작과 병행하여, 타방의 웨이퍼 스테이지를 그 일방의 웨이퍼 스테이지의 하방에 일시적으로 위치시키는 순서에 따른 양 웨이퍼 스테이지의 교체 동작 (교환 동작) 의 일부를 행할 수 있다. 이것에 의해, 일방의 웨이퍼 스테이지 상의 웨이퍼에 대한 노광 동작이 종료된 시점에서 양 웨이퍼 스테이지의 교체 동작이 시작되는 경우와 비교하여 그 교체를 단시간에 행할 수 있다.
Figure R1020067002484
리소그래피, 노광 장치, 스테이지 장치, 웨이퍼 얼라인먼트, 상하동 가이드

Description

노광 방법 및 노광 장치, 스테이지 장치, 그리고 디바이스 제조 방법{EXPOSURE METHOD AND EXPOSURE APPARATUS, STAGE UNIT, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
기술분야
본 발명은, 노광 방법 및 노광 장치, 스테이지 장치, 그리고 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 2개의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 처리를 교대로 행하는 노광 방법 및 노광 장치, 상기 노광 장치에 사용하기에 적합한 스테이지 장치, 그리고 상기 노광 장치를 사용하여 노광하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
종래부터 반도체 소자 (집적 회로) 또는 액정 표시 소자 등을 제조할 때에 있어서, 리소그래피 공정에서는 여러 가지 노광 장치가 사용되고 있다. 최근에는, 반도체 소자의 고집적화에 수반하여 스텝·앤드·리피트 방식의 축소 투영 노광 장치 (소위 스테퍼) 나, 이 스테퍼를 개량한 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 투영 노광 장치 (소위 스캐닝·스테퍼 (스캐너라고도 불린다)) 등의 축차 (逐次) 이동형 투영 노광 장치가 주류로 되어 있다.
예를 들어, 반도체 소자의 제조에 사용되는 투영 노광 장치에서는, 웨이퍼 스테이지 상의 웨이퍼를 교환하는 웨이퍼 교환 공정, 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역의 위치를 정확하게 구하기 위한 웨이퍼 얼라인먼트 공정, 및 그 웨이퍼 얼라인먼트의 결과에 기초하여 웨이퍼 스테이지의 위치를 제어하고 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 레티클 (또는 마스크) 에 형성된 패턴을 전사하는 노광 공정의 3 가지 공정의 처리가, 하나의 웨이퍼 스테이지를 사용하여 순차적으로 반복되어 행해지고 있다.
그런데, 노광 장치는 반도체 소자 등의 양산에 사용되는 것이기 때문에 스루풋의 향상은 노광 정밀도의 향상과 함께 가장 중요한 과제의 하나이고, 실제로 노광 장치에 대한 스루풋 향상 요구가 그치지 않고 있다.
그래서, 최근에는 스루풋을 더욱 향상시키려는 관점에서 웨이퍼 스테이지를 2개 배치하고, 이 2개의 웨이퍼 스테이지를 사용하여, 예를 들어 웨이퍼 교환 동작 및 얼라인먼트 동작과 노광 동작을 병행하여 실시하는 트윈 웨이퍼 스테이지 타입의 노광 장치도 여러 가지 형태로 제안되어 있다 (예를 들어 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
확실히, 특허문헌 1 에 기재된 노광 장치에 의하면, 2개의 웨이퍼 스테이지 상의 전술한 동시 병행 처리에 의해 스루풋을 현저히 향상시킬 수 있다. 그러나, 이 특허문헌 1 에 기재된 노광 장치에서는, 얼라인먼트 센서를 갖는 웨이퍼 얼라인먼트계가 투영 광학계의 일측과 타측에 배치되고, 각각의 얼라인먼트 센서를 사용하여 웨이퍼의 얼라인먼트가 교대로 행해지기 때문에, 얼라인먼트 결과에 오차가 최대한 생기지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위한 대책으로서, 2개의 웨이퍼 얼라인먼트계 각각에 대하여 얼라인먼트 센서에 기인하는 계측 오차를 사전 계측하고, 그 계측 결과에 기초하여 웨이퍼 얼라인먼트 결과를 보정하는 작업이 필요하여, 결과적으로, 상기한 얼라인먼트 센서에 기인한 계측 오차의 사전 계측 작업이 스루풋을 저하시키는 요인으로 될 수도 있다. 또한, 이 경우 2개의 웨이퍼 얼라인먼트계의 얼라인먼트 센서 상호간에 계측 오차가 전혀 생기지 않도록 조정하기란 매우 어렵다.
한편, 특허문헌 2 에 기재된 장치에서는 특성화 유닛 (웨이퍼 얼라인먼트계에 상당) 이 1개 형성되어 있을 뿐이기 때문에, 상기 서술한 얼라인먼트 센서에 기인하는 계측 오차의 사전 계측을 실시한다고 해도, 1개의 특성화 유닛에 관해서만 사전 계측하면 되기 때문에 스루풋 저하는 거의 일어나지 않는다. 그러나, 이 특허문헌 2 에 기재된 장치에서는 특성화 유닛이 1개이므로, 2개의 기재 홀더 각각을, 그 특성화 유닛 하방에 위치시키기 때문에 이들 2개의 기재 홀더를 교체할 필요가 있다. 그 교체 방법으로서, 상기 특허문헌 2 에 기재된 장치에서는, 각 기재 홀더를 2개의 리니어 X 모터 (X 축 리니어 모터) 의 제 1 부분 (고정자) 을 따라서 이동하는 제 2 부분 (가동자에 상당) 에 각각 형성된 이음매 부재와, 2개의 기재 홀더에 각각 형성된 이음매 부재와의 결합 (기계적 또는 전자 기계적 결합) 에 의해 옮겨 잡는 방식이 채용되어 있다. 즉, 각 기재 홀더 (웨이퍼 스테이지) 를 리니어 X 모터의 가동자에 접속하기 위한 강성의 (rigid) 접속 기구가 채용되어 있다. 이 때문에, 상기 특허문헌 2 에 기재된 장치에 있어서는, 기재 홀더의 교체시에 기계적으로 잡는다는 불확실성을 동반하는 동작이 포함되어, 그 동작에 시간이 걸림과 함께, 그 동작을 확실하게 수행하기 위해서는 기재 홀더와 리니어 X 모터의 제 2 부분을 정확하게 위치 맞춤해야 한다는 문제가 있었다. 또한, 이음매 부재끼리의 결합시에 충격에 의해 기재 홀더 상의 기재 (웨이퍼 등) 의 위치가 어긋날 가능성도 있었다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평10-163098호
특허문헌 2: 일본 특허공표공보 2000-511704호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은, 전술한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 제 1 목적은, 특히 2개의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 처리를 교대로 실시하는 노광 처리 공정에 있어서, 노광 정밀도를 저하시키지 않고, 스루풋의 향상을 꾀할 수 있는 노광 방법 및 노광 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은, 마이크로디바이스의 생산성을 향상시킬 수 있는 디바이스 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은 제 1 관점에서 보아, 2개의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 처리를 교대로 실시하는 노광 방법으로서, 일방의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 동작이 실시되는 것과 병행하여 양 기판 스테이지를 교체하기 위해 타방의 기판 스테이지가 상기 일방의 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 공정을 포함하는 노광 방법이다.
이것에 의하면, 일방의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 동작이 실시되는 것과 병행하여 양 기판 스테이지를 교체하기 위해 타방의 기판 스테이지가 상기 일방의 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 공정을 포함하기 때문에, 예를 들어, 일방의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 동작과 병행하여, 타방의 기판 스테이지를 그 일방의 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치시키는 순서에 따른 양 기판 스테이지의 교체 동작 (교환 동작) 의 일부가 수행된다. 따라서, 일방의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 동작이 종료된 시점에서 양 기판 스테이지의 교체 동작이 시작되는 경우와 비교하여, 그 교체를 단시간에 처리할 수 있고, 이것에 의해 2개의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 처리를 교대로 실시하는 노광 처리 공정의 스루풋 향상을 꾀할 수 있게 된다. 또한, 기판 스테이지의 교체는 각각의 기판 스테이지를 미리 정해진 경로를 따라서 이동시키는 것뿐이므로, 전술한 기계적으로 잡는다고 하는 불확실성을 동반하는 동작을 하지 않고서도 실현할 수 있기 때문에, 이를 위한 위치 맞춤이 불필요함과 함께, 기판의 위치 어긋남 등도 일어나지 않으므로, 특별히 노광 정밀도가 저하되는 일도 없다.
이 경우에 있어서, 상기 공정은, 상기 타방의 기판 스테이지가, 상기 일방의 기판 스테이지의 하방에서 일시적으로 대기하는 공정인 것으로 할 수도 있고, 또는, 상기 공정은, 상기 타방의 기판 스테이지가, 기판에 대한 얼라인먼트 기간과 노광 기간 사이에서 이동하는 이동 공정의 일부인 것으로 할 수도 있다.
본 발명은, 제 2 관점에서 보아, 2개의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 처리를 교대로 행하는 노광 장치로서, 소정의 제 1 위치 근방에 위치하는 상기 각 기판 스테이지 상의 기판을 노광하는 노광 광학계; 상기 제 1 위치와는 다른 제 2 위치 근방에 위치하는 상기 각 기판 스테이지 상의 기판에 형성된 마크를 검출하는 마크 검출계; 및 상기 2개의 기판 스테이지 중 적어도 일방의 기판 스테이지인 특정 스테이지가 나머지 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 순서로, 상기 노광 광학계에 의한 기판의 노광 동작과 상기 마크 검출계에 의한 기판 상의 마크 검출 동작의 사이에 상기 양 스테이지를 교환하는 교환 장치를 구비하는 제 1 노광 장치이다.
이것에 의하면, 2개의 기판 스테이지 중 적어도 일방의 기판 스테이지인 특정 스테이지가 나머지 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 순서로, 노광 광학계에 의한 기판의 노광 동작과 마크 검출계에 의한 기판 상의 마크 검출 동작 사이에 양 스테이지를 교환하는 교환 장치를 구비하고 있다. 이 때문에, 이 교환 장치에 의해, 예를 들어, 제 1 위치 근방에 위치하는 일방의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 광학계에 의한 노광 동작과 병행하여, 제 2 위치 근방에서 마크 검출계에 의한 기판 상의 마크 검출 동작이 종료된 타방의 기판 스테이지가 그 일방의 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 순서에 따른 양 기판 스테이지의 교체 동작 (교환 동작) 의 일부를 수행하는 것이 가능해진다. 따라서, 일방의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 동작이 종료된 시점에서 양 기판 스테이지의 교체 동작이 시작되는 경우와 비교하여 그 교체를 단시간에 처리할 수 있고, 이것에 의해 2개의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 처리를 교대로 실시하는 노광 처리 공정의 스루풋 향상을 꾀할 수 있게 된다. 또한, 기판 스테이지의 교체는 각각의 기판 스테이지를 미리 정해진 경로를 따라서 이동시키는 것뿐이므로, 전술한 기계적으로 잡는다고 하는 불확실성을 동반하는 동작을 하지 않고 서도 실현할 수 있기 때문에, 이를 위해 위치를 맞출 필요가 없어진다. 또, 기판의 위치 어긋남 등도 일어나지 않으므로, 특별히 노광 정밀도가 저하되는 일도 없다. 그리고, 마크 검출계는 1개만으로 충분하기 때문에, 마크 검출계가 복수 존재하는 것에 기인하는 전술한 문제도 해소된다.
이 경우에 있어서, 상기 교환 장치는, 상기 특정 스테이지를 나머지 기판 스테이지의 하방에서 일시적으로 대기시키는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 특정 스테이지가, 상기 2개의 기판 스테이지 중 일방의 기판 스테이지인 경우에는, 상기 교환 장치는, 상기 특정 스테이지를 상기 타방의 스테이지의 하방을 경유하여 이동시키는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 교환 장치는, 상기 특정 스테이지를, 상기 제 2 위치와 그 하방의 제 3 위치 사이에서 상하동 (上下動) 시키는 제 1 상하동 기구와, 상기 특정 스테이지를, 상기 제 1 위치에 대하여 상기 제 2 위치와 반대측인 제 4 위치와 그 하방의 제 5 위치 사이에서 상하동시키는 제 2 상하동 기구를 포함하는 구성으로 할 수 있다.
본 발명은, 제 3 관점에서 보아, 소정의 면을 따라서 이동 가능한 스테이지에 유지된 기판에 대하여 노광 처리하는 노광 장치로서, 상기 스테이지에 접속되고, 그 스테이지를 상기 소정의 면을 따라서 이동시키는 구동 장치; 및 상기 스테이지와 상기 구동 장치의 적어도 일부를, 상기 소정의 면과 교차하는 방향으로 이동시키는 상하동 기구를 구비하는 제 2 노광 장치이다.
이 경우에 있어서, 노광 광학계를 추가로 구비하고, 상기 노광 광학계의 결 상면은, 상기 스테이지가 상기 소정의 면을 따라서 이동할 때에, 그 스테이지에 유지된 상기 기판 상에 위치할 수 있는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 구동 장치는, 상기 상하동 기구와는 독립적으로 상기 스테이지를 상기 소정의 면과 교차하는 방향으로 이동시키는 것이 가능한 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 스테이지에 유지된 상기 기판에 대하여 노광 처리하는 소정의 제 1 위치와, 상기 기판에 대하여 상기 노광 처리와는 다른 처리를 실시하는 제 2 위치가 설정되고, 상기 상하동 기구는, 상기 제 2 위치 근방에서 상기 스테이지와 상기 구동 장치의 적어도 일부를, 상기 소정의 면과 교차하는 방향으로 이동시키는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 제 2 위치는, 상기 기판의 로딩 포지션을 포함하는 것으로 할 수도 있고, 또는, 상기 제 2 위치 근방에 배치되어, 상기 기판에 형성된 마크를 검출하는 마크 검출계를 추가로 구비하는 것으로 할 수도 있다.
본 발명의 제 2 노광 장치에서는, 상기 소정의 면을 따라서 상기 스테이지가 이동할 때에, 그 스테이지를 지지하는 제 1 가이드면과, 상기 상하동 기구에 의해 상기 소정의 면과 교차하는 방향으로 이동한 상기 스테이지를 지지하는 제 2 가이드면을 추가로 구비하는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 상하동 기구는, 상기 제 2 가이드면을 상기 소정의 면과 교차하는 방향으로 이동시키는 것으로 할 수 있다.
본 발명은 제 4 관점에서 보아, 소정의 면을 따라서 이동 가능한 스테이지; 상기 스테이지에 접속되고, 그 스테이지를 상기 소정의 면을 따라서 이동시키는 구동 장치; 및 상기 스테이지와 상기 구동 장치의 적어도 일부를, 상기 소정의 면과 교차하는 방향으로 이동시키는 상하동 기구를 구비하는 제 1 스테이지 장치이다.
이 경우에 있어서, 상기 소정의 면을 따라서 상기 스테이지가 이동할 때에, 그 스테이지를 지지하는 제 1 가이드면과, 상기 상하동 기구에 의해 상기 소정의 면과 교차하는 방향으로 이동한 상기 스테이지를 지지하기 위한 제 2 가이드면과, 상기 제 2 가이드면에 의해 지지된 상기 스테이지를 구동하는 제 2 구동 장치를 추가로 구비하는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 상하동 기구는, 상기 제 2 가이드면을 상기 소정의 면과 교차하는 방향으로 이동시키는 것으로 할 수 있다.
본 발명은 제 5 관점에서 보아, 2개의 스테이지를 소정 처리하기 위한 제 1 위치에 대하여 교대로 이동시키는 스테이지 장치로서, 상기 2개의 스테이지 중 일방의 스테이지만을, 타방의 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하도록 이동시키는 교환 장치를 구비하는 제 2 스테이지 장치이다.
이 경우에 있어서, 상기 교환 장치는, 상기 일방의 스테이지를 타방의 스테이지의 이동면보다 하방이 되도록 상하로 이동시키는 상하동 기구를 포함하는 것으로 할 수 있다.
또한, 리소그래피 공정에 있어서, 본 발명의 제 1, 제 2 노광 장치 중 어느 하나를 사용하여 노광함으로써 기판 상에 패턴을 높은 정밀도로 형성할 수 있고, 이것에 의해, 보다 고집적도의 마이크로디바이스를 양호한 수율로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 별도의 관점에서 보아, 본 발명의 제 1, 제 2 노광 장치 중 어느 하나를 사용하는 디바이스 제조 방법이라고도 할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 노광 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 웨이퍼 스테이지 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3 은 도 2 의 웨이퍼 스테이지 장치의 분해 사시도이다.
도 4(a) 는 Y 축 리니어 모터의 가동자를 나타내는 제 1 도면이다.
도 4(b) 는 Y 축 리니어 모터의 가동자를 나타내는 제 2 도면이다.
도 5 는 가이드 기구의 제 1 사시도이다.
도 6 은 가이드 기구의 제 2 사시도이다.
도 7(a) 는 이동 유닛 (MUT1) 의 프레임을 일부 파쇄한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7(b) 는 웨이퍼 스테이지를 나타내는 사시도이다.
도 8(a) 는 노광 처리 시퀀스를 설명하기 위한 제 1 도면이다.
도 8(b) 는 노광 처리 시퀀스를 설명하기 위한 제 2 도면이다.
도 8(c) 는 노광 처리 시퀀스를 설명하기 위한 제 3 도면이다.
도 9(a) 는 노광 처리 시퀀스를 설명하기 위한 제 4 도면이다.
도 9(b) 는 노광 처리 시퀀스를 설명하기 위한 제 5 도면이다.
도 9(c) 는 노광 처리 시퀀스를 설명하기 위한 제 6 도면이다.
도 10(a) 는 노광 처리 시퀀스를 설명하기 위한 제 7 도면이다.
도 10(b) 는 노광 처리 시퀀스를 설명하기 위한 제 8 도면이다.
도 10(c) 는 노광 처리 시퀀스를 설명하기 위한 제 9 도면이다.
도 11 은 본 발명에 관련된 디바이스 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 12 는 도 11 의 단계 204 의 구체예를 나타내는 플로우차트이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도 1～도 10(c) 에 기초하여 설명한다. 도 1 에는, 일 실시형태의 노광 장치 (10) 가 개략적으로 나타나 있다.
이 노광 장치 (10) 는, 마스크로서의 레티클 (R) 과 감광 물체로서의 웨이퍼 (W1 (또는 W2)) 를 일차원방향 (여기서는, 도 1 에서의 지면내 좌우방향인 Y 축 방향으로 한다) 으로 동기 이동시키면서, 레티클 (R) 에 형성된 회로 패턴을 노광 광학계로서의 투영 광학계 (PL) 를 통해서 웨이퍼 (W1 (또는 W2)) 상의 복수의 쇼트 영역에 각각 전사하는, 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 노광 장치, 즉 소위 스캐닝·스테퍼 (스캐너라고도 불린다) 이다.
노광 장치 (10) 는, 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 을 조명하는 조명계 (12), 레티클 (R) 이 재치 (載置) 되는 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 로부터 사출되는 조명광 (IL) 을 웨이퍼 (W1 (또는 W2)) 상에 투사하는 투영 광학계 (PL), 웨이퍼 (W1, W2) 가 각각 재치되는 2개의 기판 스테이지, 즉 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 포함하는 스테이지 장치 (20), 마크 검출계로서의 얼라인먼트계 (ALG), 및 장치 전체를 통괄 제어하는 주제어 장치 (50) 등이 구비되어 있다.
상기 조명계 (12) 는, 광원 및 조명 광학계를 포함하고, 그 내부에 배치된 시야 조리개 (마스킹 블레이드 또는 레티클 블라인드라고도 불린다) 에 의해 규정되는 직사각형 또는 원호형상의 조명 영역 (IAR) 에 조명광 (IL) 을 조사하여, 회로 패턴이 형성된 레티클 (R) 을 균일한 조도로 조명한다. 조명계 (12) 와 동일한 조명계는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평6-349701호 및 이에 대응하는 미국 특허 제5,534,970호 등에 개시되어 있다. 여기서, 조명광 (IL) 으로는, KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚) 또는 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 등의 원자외광, 또는 F2 레이저광 (파장 157㎚) 등의 진공자외광 등이 사용된다. 조명광 (IL) 으로는, 초고압 수은 램프로부터의 자외역의 휘선 (g 선, i 선 등) 을 사용할 수도 있다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허용하는 한도 내에서, 상기 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
상기 레티클 스테이지 (RST) 상에는, 레티클 (R) 이 예를 들어 진공 흡착 또는 정전 흡착 등에 의해 고정되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 레티클 스테이지 구동부 (22) 에 의해 조명계 (12) 의 광축 (후술하는 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 일치) 에 수직인 XY 평면 내에서 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향 (Z 축 둘레의 회전 방향) 으로 미소 구동이 가능함과 함께, 도시하지 않은 레티클 스테이지 베이스의 상면을 따라서 소정의 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 지정된 주사 속도에 의해 구동 가능하게 되어 있다. 또, 레티클 스테이지 구동부 (22) 는, 리니어 모터, 보이스 코일 모터 등을 구동원으로 하는 기구이지만, 도 1 에서는 도시의 편의상 단순한 블록으로서 나타내고 있다. 또, 레티클 스테이지 (RST) 로는, Y 축 방향으로 일차원 구동하는 조동 (粗動) 스테이지와, 그 조동 스테이지에 대하여 레티클 (R) 을 적어도 3자유도 방향 (X 축 방향, Y 축 방향, 및 θz 방향) 으로 미소 구동 가능한 미동 (微動) 스테이지를 갖는 조미동 (粗微動) 구조의 스테이지를 채용해도 물론 상관없다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 면내의 위치 (θz 회전을 포함) 는, 레티클 레이저 간섭계 (16: 이하, 「레티클 간섭계」라고 한다) 에 의해 레티클 스테이지 (RST) 단부에 형성된 (또는 배치된) 반사면을 통해, 예를 들어 0.5～1㎚ 정도의 분해능으로 상시 검출된다. 레티클 간섭계 (16) 로부터의 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보 (θz 회전량 (요잉량) 등의 회전 정보를 포함) 는 주제어 장치 (50) 에 공급된다. 주제어 장치 (50) 에서는, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보에 기초하여 레티클 스테이지 구동부 (22) 를 통해 레티클 스테이지 (RST) 를 구동 제어한다.
상기 투영 광학계 (PL) 로는, 물체면측 (레티클측) 과 이미지면측 (웨이퍼측) 의 양쪽이 텔레센트릭하고 그 투영 배율이 1/4 (또는 1/5) 인 축소계가 사용되고 있다. 이 때문에, 레티클 (R) 에 조명계 (12) 로부터 조명광 (IL: 자외 펄스광) 이 조사되면, 레티클 (R) 상에 형성된 회로 패턴 영역 중 자외 펄스광에 의해 조명된 부분으로부터의 결상 광속이 투영 광학계 (PL) 에 입사되고, 그 조명광 (IL) 의 조사 영역 (전술한 조명 영역 (IAR)) 내의 회로 패턴의 이미지 (부분 도립상) 가 자외 펄스광의 각 펄스 조사시마다 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측의 시야 중앙에 X 축 방향으로 가늘고 긴 슬릿형상 (또는 직사각형상 (다각형)) 으로 제한되어 결상된다. 이것에 의해, 투영된 회로 패턴의 부분 도립상은, 투영 광학계 (PL) 의 결상면에 배치된 웨이퍼 (W1 (또는 W2)) 상의 복수의 쇼트 영역 중 1개의 쇼트 영역 표면의 레지스트층으로 축소 전사된다.
투영 광학계 (PL) 로는, 조명광 (IL) 으로서 KrF 엑시머 레이저광 또는 ArF 엑시머 레이저광 등을 사용하는 경우에는 굴절 광학 소자 (렌즈 소자) 만으로 이루어지는 굴절계가 주로 사용되지만, 조명광 (IL) 으로서 F2 레이저광을 사용하는 경우에는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평3-282527호 및 이에 대응하는 미국 특허 제5,220,454호 등에 개시된, 굴절 광학 소자와 반사 광학 소자 (오목면경이나 빔 스플리터 등) 를 조합한 소위 카타디옵트릭계 (반사 굴절계) 또는 반사 광학 소자만으로 이루어지는 반사계가 주로 사용된다. 단, F2 레이저광을 사용하는 경우에, 굴절계를 사용하는 것은 가능하다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내 법령이 허용하는 한도 내에서, 상기 공보 및 이에 대응하는 상기 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
상기 스테이지 장치 (20) 는, 투영 광학계 (PL) 의 도 1 에 있어서의 하방에 배치되어 있다. 이 스테이지 장치 (20) 는, 웨이퍼 (W1, W2) 를 유지하는 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2), 및 그 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 구동하는 구동계 등을 구비하고 있다.
도 2 에는 스테이지 장치 (20) 가 투영 광학계 (PL), 얼라인먼트계 (ALG) 등과 함께, 사시도로써 개략적으로 도시되어 있고, 도 3 은, 스테이지 장치 (20) 의 분해 사시도를 나타내고 있다. 스테이지 장치 (20) 의 구성 등에 관해서, 이들 도 2 및 도 3 을 중심으로, 그리고 그 밖의 도면을 적절히 참조하면서 설명한다.
일방의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 이동 유닛 (MUT1) 을 구성하는 평면에서 보아 (상방에서 보아) 직사각형의 프레임 (23) 내에 장착되어 있다. 마찬가지로, 타방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 이동 유닛 (MUT2) 을 구성하는 평면에서 보아 (상방에서 보아) 직사각형의 프레임 (123) 내에 장착되어 있다.
일방의 이동 유닛 (MUT1) 은, 후술하는 구동계에 의해, 도 2 에 나타낸 XY 면에 평행한 면 (제 1 면) 내에서 Y 축 방향을 따라서, 투영 광학계 (PL) 하방의 제 1 위치와 얼라인먼트계 (ALG) 하방의 제 2 위치 사이에서 왕복 구동된다. 또한, 타방의 이동 유닛 (MUT2) 은, 후술하는 구동계에 의해서 이동 유닛 (MUT1) 과 마찬가지로 제 1 면내에서 Y 축 방향을 따라 왕복 구동되는 것 외에, 상기 제 2 위치와 그 하방의 제 3 위치의 사이, 및 상기 제 1 위치에 대하여 상기 제 2 위치와 반대측인 제 4 위치와 그 하방의 제 5 위치 사이에서 각각 상하동되고, 또, 제 1 면 하방의 제 2 면 (즉, 도 2 중에서 이동 유닛 (MUT2) 이 위치하고 있는 면) 을 따라서 제 3 위치와 제 5 위치 사이에서 Y 축 방향으로 왕복 구동되도록 되어 있다.
상기 일방의 이동 유닛 (MUT1) 은, 도 2 에서 알 수 있듯이, 평면에서 보아 (상방에서 보아) 직사각형의 테두리형상인 프레임 (23) 과, 그 프레임 (23) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 측벽 상호간에 가설 (架設) 된 X 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 고정자군을 포함하는 고정자 유닛 (27) 과, 그 고정자 유닛 (27) 을 구성하는 고정자군 등에 걸어 맞춰져 상대 이동 가능한 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 포함하여 구성되어 있다.
마찬가지로, 타방의 이동 유닛 (MUT2) 은, 도 2 에서 알 수 있듯이 평면에서 보아 (상방에서 보아) 직사각형의 테두리형상인 프레임 (123) 과, 그 프레임 (123) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 측벽 상호간에 가설된 X 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 고정자군을 포함하는 고정자 유닛 (127) 과, 그 고정자 유닛 (127) 을 구성하는 고정자군 등에 걸어 맞춰져 상대 이동 가능한 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 포함하여 구성되어 있다.
상기 프레임 (23, 123) 으로, 경량의 카본 모노콕 프레임이 사용되고 있다.
상기 프레임 (23) 의 X 축 방향 일측 (＋X 측), 타측 (－X 측) 의 측벽의 외면에는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 Y 가동자 (33A, 33B) 가 각각 설치되어 있다. 마찬가지로, 프레임 (123) 의 X 축 방향 일측 (＋X 측), 타측(－X 측) 의 측벽의 외면에는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 Y 가동자 (133A, 133B) 가 각각 설치되어 있다.
상기 프레임 (23) 에 설치된 일방의 Y 가동자 (33A) 는, 도 4(a) 에서 분리시켜 나타내는 바와 같이, XZ 단면이 대략 H 자형의 형상을 갖는 가동자 본체 (39) 와, 그 가동자 본체 (39) 의 상하 2조의 X 축 방향 대향면 중 상측의 대향면에 Y 축 방향을 따라 소정 간격으로 각각 배치 형성된 복수의 계자석 (界磁石; 93) 과, 하측의 대향면에 Y 축 방향을 따라 소정 간격으로 각각 배치 형성된 복수의 계자석 (95) 을 갖는 자석 유닛이다.
이들 복수의 계자석 (93, 95) 은, Y 축 방향으로 인접하는 계자석끼리, X 축 방향에서 마주 보는 계자석끼리가 서로 역극성으로 되어 있다. 이 때문에, 가동자 본체 (39) 의 상하 공간의 내부에는, Y 축 방향에 관하여 교번 자계 (자속의 방향이 ＋X 방향 또는 －X 방향) 가 각각 형성되어 있다. 또한, 가동자 본체 (39) 의 ＋X 측면의 Z 축 방향 대략 중앙에는 기체 정압 베어링 (41) 이 고정되어 있다. 이 기체 정압 베어링 (41) 에는, 그 하면 (－Z 측의 면) 에 가압 기체의 분사구가 형성되어 있다.
상기 프레임 (23) 에 설치된 타방의 Y 가동자 (33B) 로는, 도 4(b) 에서 분리시켜 나타낸 바와 같이 상기 Y 가동자 (33A) 와 거의 동일하게 구성된 자석 유닛이 사용되고 있지만, －X 측의 면에 설치된 기체 정압 베어링 (141) 과 상기 Y 가동자 (33A) 에 설치된 기체 정압 베어링 (41) 과는 서로 다르다. 즉, 기체 정압 베어링 (141) 은, －Z 측의 면 (하면) 뿐만 아니라 －X 측의 면 (측면) 에도 가압 기체의 분사구가 형성되어 있다.
프레임 (123) 에 설치된 일방의 Y 가동자 (133A) 는, 전술한 Y 가동자 (33A) 와 동일하게 구성되고, 타방의 Y 가동자 (133B) 는, 전술한 Y 가동자 (33B) 와 동일하게 구성되어 있다.
상기 구동계는, 도 3 의 분해 사시도에 나타낸 바와 같이, 상기 Y 가동자 (33A, 33B) 및 Y 가동자 (133A, 133B) 와 걸어 맞춰지는 1조의 고정자 유닛 (35A, 35B) 과, 이들 고정자 유닛 (35A, 35B) 의 외측에 배치된 복수의 부재에 의해 주로 구성되는 가이드 기구 (51) 를 구비하고 있다.
상기 고정자 유닛 (35A) 은, 도 2 및 도 3 을 종합하면 알 수 있듯이, 바닥면 (F) 상에 Y 축 방향으로 소정 거리만큼 떨어져 배치되고, 각각 상하 방향으로 연장되는 한 쌍의 지지기둥 (43A, 43B) 과, 그 지지기둥 (43A, 43B) 상호간에 각각 가설되고, 상하로 소정 간격으로 배치 형성된 Y 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 2개의 Y 고정자 (45A, 45B) 를 갖고 있다.
Y 고정자 (45A, 45B) 는, 각각이, XZ 단면이 Z 축 방향으로 가늘고 긴 직사각형의 케이스체와, 그 케이스체 내에 Y 축 방향을 따라서 소정 간격으로 배치 형성된 도시하지 않은 복수의 전기자 코일을 갖는 전기자 유닛이다.
상측의 Y 고정자 (45A) 는, Y 가동자 (33A, 133A) 의 상측 공간 (즉, 계자석 (93) 이 설치된 공간) 에 걸어 맞출 수 있는 형상을 갖고 있고, 하측의 Y 고정자 (45B) 는, Y 가동자 (33A, 133A) 의 하측 공간 (즉, 계자석 (95) 이 설치된 공간) 에 걸어 맞출 수 있는 형상을 갖고 있다. 단, 본 실시형태에서는, 장치 구성 상 Y 가동자 (33A) 와 Y 고정자 (45B) 가 실제로 걸어 맞춰지는 일은 없다.
상기 고정자 유닛 (35B) 은, 도 2 및 도 3 을 종합하면 알 수 있듯이, 바닥면 (F) 상에 Y 축 방향으로 소정 거리만큼 떨어져 배치되고, 각각 상하 방향으로 연장되는 한 쌍의 지지기둥 (143A, 143B) 과, 그 지지기둥 (143A, 143B) 상호간에 각각 가설되고, 상하로 소정 간격으로 배치 형성된 Y 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 2개의 Y 고정자 (145A, 145B) 를 갖고 있다.
각각의 Y 고정자 (145A, 145B) 는, XZ 단면이 Z 축 방향으로 가늘고 긴 직사각형의 케이스체와, 그 케이스체 내에 Y 축 방향을 따라 소정 간격으로 배치 형성된 도시하지 않은 복수의 전기자 코일을 갖는 전기자 유닛이다.
상측의 Y 고정자 (145A) 는, Y 가동자 (33B, 133B) 의 상측 공간에 걸어 맞출 수 있는 형상을 갖고 있고, 하측의 Y 고정자 (145B) 는, Y 가동자 (33B, 133B) 의 하측 공간에 걸어 맞출 수 있는 형상을 갖고 있다. 단, 본 실시형태에서는, 장치 구성상, Y 가동자 (33B) 와 Y 고정자 (145B) 가 실제로 걸어 맞춰지는 일은 없다.
본 실시형태에서는, 이동 유닛 (MUT1) 이 도 3 에 나타내는 높이의 면 (전술한 제 1 면) 상에 있고, Y 가동자 (33A) 와 Y 고정자 (45A) 가 걸어 맞춰지고, 또한 Y 가동자 (33B) 와 Y 고정자 (145A) 가 걸어 맞춰져 있다. 그리고, Y 고정자 (45A) 를 구성하는 전기자 코일에 흐르는 전류와, Y 가동자 (33A) 에 형성된 계자석 (93: 상측의 계자석) 의 발생하는 교번 자계와의 사이의 전자 (電磁) 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력의 반력 (反力) 이 Y 가동자 (33A) 에 대하여 Y 축 방향의 구동력으로서 작용하고, 또한, Y 고정자 (145A) 를 구성하는 전기자 코일에 흐르는 전류와, Y 가동자 (33B) 에 형성된 계자석 (93) 의 발생하는 교번 자계와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력의 반력이 Y 가동자 (33B) 에 대하여 Y 축 방향의 구동력으로서 작용한다.
즉, Y 가동자 (33A) 와 Y 고정자 (45A) 에 의해 무빙 마그네트형의 Y 축 리니어 모터가 구성되고, Y 가동자 (33B) 와 Y 고정자 (145A) 에 의해 무빙 마그네트형의 Y 축 리니어 모터가 구성되어, 이 1조의 Y 축 리니어 모터에 의해 이동 유닛 (MUT1) 이 Y 축 방향으로 소정의 스트로크로 왕복 구동되도록 되어 있다. 이하의 설명에서는, 이 1조의 Y 축 리니어 모터 각각을, 각각의 가동자와 동일한 부호를 사용하여 Y 축 리니어 모터 (33A, 33B) 라고 부르기로 한다.
또한, 이동 유닛 (MUT2) 이 도 3 및 도 2 등에 나타낸 높이에 있을 때, Y 가동자 (133A) 가 하측의 Y 고정자 (45B) 와 걸어 맞춰지고, Y 가동자 (133B) 가 하측의 Y 고정자 (145B) 와 걸어 맞춰지게 되어 있다. 그리고, 이 상태에서는, Y 가동자 (133A) 와 Y 고정자 (45B) 에 의해 전자력 구동 방식의 무빙 마그네트형 Y 축 리니어 모터가 구성되고, Y 가동자 (133B) 와 Y 고정자 (145B) 에 의해 전자력 구동 방식의 무빙 마그네트형 Y 축 리니어 모터가 구성되어, 이 1조의 Y 축 리니어 모터에 의해, 도 3 및 도 2 등에 나타낸 높이에 있는 이동 유닛 (MUT2) 이 전술한 제 2 면 위를 Y 축 방향으로 소정 스트로크로 왕복 구동되도록 되어 있다. 이하의 설명에서는, 이 1조의 Y 축 리니어 모터 각각을, 각각의 고정자와 동일한 부호를 사용하여 Y 축 리니어 모터 (45B, 145B) 로 부르기로 한다.
본 실시형태에서는, 이동 유닛 (MUT2) 은, 후술하는 제 1, 제 2 상하동 기구에 의해 상승 구동되어 도 3 및 도 2 중의 이동 유닛 (MUT1) 과 동일한 높이 위치에도 위치하도록 되어 있고, 이 위치에서는, Y 가동자 (133A) 가 상측의 Y 고정자 (45A) 에 걸어 맞춰지고, Y 가동자 (133B) 가 상측의 Y 고정자 (145A) 에 걸어 맞춰지게 되어 있다. 그리고, 이 상태에서는, Y 가동자 (133A) 와 Y 고정자 (45A) 에 의해 전자력 구동 방식의 무빙 마그네트형 Y 축 리니어 모터가 구성되고, Y 가동자 (133B) 와 Y 고정자 (145A) 에 의해 전자력 구동 방식의 무빙 마그네트형의 Y 축 리니어 모터가 구성되어, 이 1조의 Y 축 리니어 모터에 의해, 도 3 및 도 2 등에 나타낸 중의 이동 유닛 (MUT1) 과 동일 높이에 있는 이동 유닛 (MUT2) 이, 전술한 제 1 면 위를 Y 축 방향으로 소정의 스트로크로 왕복 구동되도록 되어 있다. 이하의 설명에서는, 이 1조의 Y 축 리니어 모터 각각을, 각각의 고정자와 동일한 부호를 사용하여 Y 축 리니어 모터 (45A, 145A) 라고 부르기로 한다.
상기 가이드 기구 (51) 는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, X 축 방향으로 소정 간격을 두고 배치된 제 1 가이드부 (52A), 제 2 가이드부 (52B) 와, 이들의 일부끼리를 연결하는 연결 플레이트 (61) 를 구비하고 있다.
여기서, 가이드 기구 (51) 의 구성 각 부에 관해서 더욱 상세하게 설명한다. 제 1 가이드부 (52A) 는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 전술한 고정자 유닛 (35A) 의 ＋X 측에 배치되고, 제 2 가이드부 (52B) 는, 전술한 고정자 유닛 (35B) 의 －X 측에 배치되어 있다.
상기 제 1 가이드부 (52A) 는, 도 2 및 도 3 을 종합하면 알 수 있듯이, 고정자 유닛 (35A) 을 구성하는 Y 고정자 (45B) 의 길이가 긴 방향의 대략 중앙부에 대향하여 바닥면 (F) 상에 설치된 고정 가이드 (53A) 와, 그 고정 가이드 (53A) 의 Y 축 방향의 일측 (＋Y 측), 타측 (－Y 측) 에 각각 설치된 엘리베이터 유닛 (EU1, EU2) 의 3부분으로 구성되어 있다.
상기 고정 가이드 (53A) 는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, －X 측의 면에 단면 이 대략 コ 자형상 (U 자형) 인 오목홈이 형성된 Y 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 전체적으로 직육면체의 부재로 이루어지고, 그 상단면이 도 5 에 나타내는 제 1 가이드면 (153a) 으로 되어 있다. 또한, 이 고정 가이드 (53A) 의 －X 측의 높이 방향 중간부에 형성된 오목홈의 한 쌍의 대향면 중 하측의 면이, 도 3, 도 5 에 나타내는 제 2 가이드면 (153b) 으로 되어 있다. 제 1 가이드면 (153a) 에는, 전술한 Y 가동자 (33A) 또는 Y 가동자 (133A) 에 설치된 기체 정압 베어링 (41) 으로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (41) 과 가이드면 (153a) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스 (clearance) 를 사이에 두고 이동 유닛 (MUT1) 또는 이동 유닛 (MUT2) 이 비접촉식으로 부상 지지되도록 되어 있다. 또한, 제 2 가이드면 (153b) 에는, 도 3 등에 나타내는 높이 위치에 있는 이동 유닛 (MUT2) 에 설치된 기체 정압 베어링 (41) 으로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (41) 과 가이드면 (153b) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 사이에 두고 이동 유닛 (MUT2) 이 비접촉식으로 부상 지지되도록 되어 있다.
상기 엘리베이터 유닛 (EU1) 은, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 고정 가이드 (53A) 의 ＋Y 측이면서 ＋X 측 위치에, 그 고정 가이드 (53A) 에 대하여 대각 배치된 직육면체의 부재로 이루어지는 고정 블록 (65A) 과, 그 고정 블록 (65A) 의 －X 측에 배치되고 그 ＋X 측의 면에 도 3 에 나타낸 것과 같은 상하 방향의 가이드홈 (155b) 이 형성된 Y 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 사각기둥형상의 상하동 가이드 (55A) 를 갖고 있다.
이 경우, 상하동 가이드 (55A) 의 가이드홈 (155b) 의 내부에는 도시하지 않은 가동자가 매립되고, 이것에 대향하여 고정 블록 (65A) 의 －X 측의 면에는 상기 가동자와 함께 샤프트 모터 (또는 리니어 모터) 를 구성하는 고정자 (66A) 가 설치되어 있다 (도 3 참조).
본 실시형태에서는, 상기 샤프트 모터에 의해 상하동 가이드 (55A) 가, 고정 블록 (65A) 에 대하여 상하 방향 (Z 축 방향) 으로 구동된다. 이하의 설명에서는, 상기 샤프트 모터를 그 고정자와 동일한 부호를 사용하여 샤프트 모터 (66A) 로 부르기로 한다.
여기서, 상하동 가이드 (55A) 는, 그 상면 (155a) 이 Y 가동자 (133A) 에 설치된 기체 정압 베어링 (41) 으로부터 가압 기체가 분사되는 가이드면 (155a) 으로 되어 있다. 이 상하동 가이드 (55A) 는, 샤프트 모터 (66A) 에 의해, 가이드면 (155a) 이 전술한 제 2 가이드면 (153b) 과 동일면이 되는 도 5 에 나타낸 하측 이동 한계 위치와, 전술한 제 1 가이드면 (153a) 과 동일면이 되는 도 6 에 나타낸 상측 이동 한계 위치 사이에서 구동된다.
상기 엘리베이터 유닛 (EU2) 은, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 고정 가이드 (53A) 의 －Y 측이면서 ＋X 측 위치에, 그 고정 가이드 (53A) 에 대하여 대각 배치된 직육면체의 부재로 이루어지는 고정 블록 (67A) 과, 그 고정 블록 (67A) 의 －X 측에 배치되고 그 ＋X 측의 면에 도 3 에 나타낸 것과 같은 상하 방향의 가이드홈 (157b) 이 형성된 Y 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 사각기둥형상의 상하동 가이드 (57A) 를 갖고 있다.
이 경우, 상하동 가이드 (57A) 의 가이드홈 (157b) 내부에는 도시하지 않은 가동자가 매립되고, 이것에 대향하여 고정 블록 (67A) 의 －X 측의 면에는 상기 가동자와 함께 샤프트 모터 (또는 리니어 모터) 를 구성하는 고정자 (68A) 가 설치되어 있다 (도 3 참조).
본 실시형태에서는, 상기 샤프트 모터에 의해 상하동 가이드 (57A) 가 고정 블록 (67A) 에 대하여 상하 방향 (Z 축 방향) 으로 구동된다. 이하의 설명에서는, 상기 샤프트 모터를 그 고정자와 동일한 부호를 사용하여 샤프트 모터 (68A) 로 부르기로 한다.
여기서, 상하동 가이드 (57A) 는, 그 상면이 Y 가동자 (133A) 에 설치된 기체 정압 베어링 (41) 으로부터 가압 기체가 분사되는 가이드면 (157a) 으로 되어 있다. 이 상하동 가이드 (57A) 는, 샤프트 모터 (68A) 에 의해, 가이드면 (157a) 이 전술한 제 2 가이드면 (153b) 과 동일면이 되는 도 5 에 나타내는 하측 이동 한계 위치와, 전술한 제 1 가이드면 (153a) 과 동일면이 되는 도 6 에 나타내는 상측 이동 한계 위치 사이에서 구동된다.
상기 제 2 가이드부 (52B) 는, 도 2 및 도 3 을 종합하면 알 수 있듯이, 고정자 유닛 (35B) 을 구성하는 Y 고정자 (145B) 의 길이가 긴 방향의 대략 중앙부에 대향하여 바닥면 (F) 상에 설치된 고정 가이드 (53B) 와, 그 고정 가이드 (53B) 의 Y 축 방향의 일측 (＋Y 측), 타측 (－Y 측) 에 각각 설치된 엘리베이터 유닛 (EU3, EU4) 의 3부분으로 구성되어 있다.
상기 고정 가이드 (53B) 는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, ＋X 측의 면의 상단부 (上段部) 에, 단면이 L 자형상인 단부가 형성됨과 함께, 그 하방으로 단면이 대략 コ 자형상 (U 자형) 인 오목홈이 형성된 Y 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 전체적으로 직육면체형상의 부재로 이루어진다. 이 고정 가이드 (53B) 의 상기 단면이 L 자형상인 단부의 상면은 가이드면 (253a) 으로 되고, 측면은 가이드면 (253b) 으로 되어 있다. 또한, 이 고정 가이드 (53B) 의 상기 오목홈의 한 쌍의 대향면 중 하측의 면이 도 5 에 나타내는 가이드면 (253c) 으로 되고, 오목홈의 내부 바닥면 (＋X 측의 면) 이 가이드면 (253d) 으로 되어 있다. 또, 이 고정 가이드 (53B) 는, 전술한 고정 가이드 (53A) 에 대향한 상태로 바닥면 상에 배치되고, 연결 플레이트 (61) 를 통해 고정 가이드 (53A) 에 연결되어 있다.
상기 가이드면 (253a) 에는, 전술한 Y 가동자 (33B 또는 133B) 에 설치된 기체 정압 베어링 (141) 의 하면의 분사구로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (253a) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 사이에 두고 이동 유닛 (MUT1 또는 MUT2) 이 비접촉식으로 부상 지지되도록 되어 있다. 또한, 상기 가이드면 (253b) 에는, 상기 기체 정압 베어링 (141) 의 측면의 분사구로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (253b) 사이에 수㎛ 정도의 클리어런스가 유지되게 되어 있다. 즉, 가이드면 (253b) 은, 이동 유닛 (MUT1 또는 MUT2) 에 대한 요잉 가이드의 역할을 하고 있다.
상기 가이드면 (253c) 에는, 도 3 등에 나타내는 높이 위치에 있는 이동 유닛 (MUT2) 에 설치된 기체 정압 베어링 (141) 의 하면의 분사구로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (253c) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 사이에 두고 이동 유닛 (MUT2) 이 비접촉식으로 부상 지지되도록 되어 있다. 또한, 상기 가이드면 (253d) 에는, 상기 기체 정압 베어링 (141) 의 측면의 분사구으로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (253d) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스가 유지되게 되어 있다. 즉, 가이드면 (253d) 은, 이동 유닛 (MUT2) 에 대한 요잉 가이드의 역할을 하고 있다.
상기 엘리베이터 유닛 (EU3) 은, 도 5 등에 나타낸 바와 같이, 고정 가이드 (53B) 의 ＋Y 측이면서 －X 측 위치에, 그 고정 가이드 (53B) 에 대하여 대각 배치된 직육면체의 부재로 이루어지는 고정 블록 (65B) 과, 그 고정 블록 (65B) 의 ＋X 측에 배치된 Y 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 사각기둥형상의 상하동 가이드 (55B) 를 갖고 있다.
이 경우, 상하동 가이드 (55B) 의 ＋X 측의 면에는, 그 내부에 도시하지 않은 가동자가 매립된 상하 방향의 가이드홈이 형성되고, 이것에 대향하여 고정 블록 (65B) 의 ＋X 측의 면에는 상기 가동자와 함께 샤프트 모터 (또는 리니어 모터) 를 구성하는 고정자 (66B) 가 설치되어 있다.
본 실시형태에서는, 상기 샤프트 모터에 의해 상하동 가이드 (55B) 가, 고정 블록 (65B) 에 대하여 상하 방향 (Z 축 방향) 으로 구동된다. 이하의 설명에서는, 상기 샤프트 모터를 그 고정자와 동일한 부호를 사용하여 샤프트 모터 (66B) 로 부르기로 한다.
여기서, 상하동 가이드 (55B) 에는, 도 5 의 상태에서, 전술한 가이드면 (253c, 253d) 에 각각 면일 (面一) 해지는 가이드면 (255a, 255b) 이 각각 형성되어 있다. 이 경우, 상기 가이드면 (255a) 에는, 도 3 등에 나타내는 높이 위치에 있는 이동 유닛 (MUT2) 의 Y 가동자 (133B) 에 설치된 기체 정압 베어링 (141) 의 하면의 분사구로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (255a) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 사이에 두고 이동 유닛 (MUT2) 이 비접촉식으로 부상 지지되도록 되어 있다. 또한, 상기 가이드면 (255b) 에는, 상기 기체 정압 베어링 (141) 의 측면의 분사구로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (255b) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스가 유지되게 되어 있다. 즉, 이 경우, 가이드면 (255b) 은, 이동 유닛 (MUT2) 에 대한 요잉 가이드의 역할을 하고 있다.
이 상하동 가이드 (55B) 는, 샤프트 모터 (66B) 에 의해, 가이드면 (255a) 이 전술한 가이드면 (253c) 과 동일면이 되는 도 5 에 나타내는 하측 이동 한계 위치와, 전술한 가이드면 (253a) 과 동일면이 되는 도 6 에 나타내는 상측 이동 한계 위치 사이에서 구동된다.
또, 상측 이동 한계 위치에 상하동 가이드 (55B) 가 있고, 이동 유닛 (MUT1) 이 이 상하동 가이드 (55B) 상에 있을 때, 가이드면 (255a) 에는, 전술한 이동 유닛 (MUT1) 의 Y 가동자 (33B) 에 설치된 기체 정압 베어링 (141) 의 하면의 분사구로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (255a) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 사이에 두고 이동 유닛 (MUT1) 이 비접촉식으로 부상 지지되면서, 또한 가이드면 (255b) 에, 상기 기체 정압 베어링 (141) 의 측면의 분사구로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (255b) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스가 유지된다. 즉, 가이드면 (255b) 은, 이동 유닛 (MUT1) 에 대한 요잉 가이드의 역할을 하고 있다.
상기 엘리베이터 유닛 (EU4) 은, 도 5 등에 나타낸 바와 같이, 고정 가이드 (53B) 의 －Y 측이면서 －X 측 위치에, 그 고정 가이드 (53B) 에 대하여 대각 배치된 직육면체의 부재로 이루어지는 고정 블록 (67B), 그 고정 블록 (67B) 의 ＋X 측에 배치된 Y 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 사각기둥형상의 상하동 가이드 (57B) 및 샤프트 모터 (68B) 등을 가지고, 상기 서술한 엘리베이터 유닛 (EU3) 과 동일하게 구성되어 있다.
여기서, 상하동 가이드 (57B) 에는, 도 5 의 상태에서, 전술한 가이드면 (253c, 253d) 에 각각 면일해지는 가이드면 (257a, 257b) 이 각각 형성되어 있다. 이 경우, 상기 가이드면 (257a) 에는, 도 3 등에 나타내는 높이 위치에 있는 이동 유닛 (MUT2) 의 Y 가동자 (133B) 에 설치된 기체 정압 베어링 (141) 의 하면의 분사구로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (257a) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 사이에 두고 이동 유닛 (MUT2) 이 비접촉식으로 부상 지지되도록 되어 있다. 또한, 상기 가이드면 (257b) 에는, 상기 기체 정압 베어링 (141) 의 측면의 분사구로부터 가압 기체가 분사되고, 그 가압 기체의 정압에 의해 기체 정압 베어링 (141) 과 가이드면 (257b) 사이에 수 ㎛ 정도의 클리어런스가 유지되게 되어 있다. 즉, 이 경우, 가이드면 (257b) 은, 이동 유닛 (MUT2) 에 대한 요잉 가이드의 역할을 하고 있다.
상하동 가이드 (57B) 는, 샤프트 모터 (68B) 에 의해, 가이드면 (257a) 이, 전술한 가이드면 (253c) 과 동일면이 되는 도 5 에 나타내는 하측 이동 한계 위치와, 전술한 가이드면 (253a) 과 동일면이 되는 도 6 에 나타내는 상측 이동 한계 위치 사이에서 구동된다.
지금까지의 설명에서 알 수 있듯이, 본 실시형태에서는, 상하동 가이드 (55A, 57A, 55B, 57B) 가 모두 하측 이동 한계 위치에 있는, 도 5 에 나타내는 상태에서는, 상하동 가이드 (55A) 의 가이드면 (155a) 과, 상하동 가이드 (57A) 의 가이드면 (157a) 과, 고정 가이드 (53A) 의 제 2 가이드면 (153b) 의 높이가 각각 일치하고, 또한, 상하동 가이드 (55B) 의 가이드면 (255a) 과, 상하동 가이드 (57B) 의 가이드면 (257a) 과, 고정 가이드 (53B) 의 가이드면 (253c) 의 높이가 각각 일치하도록 되어 있다. 이것에 의해, 이동 유닛 (MUT2) 은, 상하동 가이드 (55A, 57A) 상의 ＋Y 측 이동 한계 위치로부터 상하동 가이드 (55B, 57B) 상의 －Y 측 이동 한계 위치까지 Y 축 방향을 따라서 왕복 이동할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상하동 가이드 (55A, 57A, 55B, 57B) 가 모두 상측 이동 한계 위치에 있는, 도 6 에 나타내는 상태에서는, 상하동 가이드 (55A) 의 가이드면 (155a) 과, 상하동 가이드 (57A) 의 가이드면 (157a) 과, 고정 가이드 (53A) 의 제 1 가이드면 (153a) 의 높이가 각각 일치하고, 또한, 상하동 가이드 (55B) 의 가이드면 (255a) 과, 상하동 가이드 (57B) 의 가이드면 (257a) 과, 고정 가이드 (53B) 의 가이드면 (253a) 의 높이가 각각 일치하도록 되어 있다.
또, 상하동 가이드 (55A) 의 ＋X 측면, －Y 측면, 상하동 가이드 (57A) 의 ＋X 측면, ＋Y 측면, 상하동 가이드 (55B) 의 －X 측면, －Y 측면, 및 상하동 가이드 (57B) 의 －X 측면, ＋Y 측면에는, 각각 도시하지 않은 기체 정압 베어링이 설치되어 있고, 이 기체 정압 베어링으로부터 대향하고 있는 면에 대해 기체가 분사됨으로써, 각 상하동 가이드가 대응하는 샤프트 모터에 의해 고정 가이드 (53A 또는 53B) 에 대하여 비접촉식에 의해 상하 방향으로 구동되도록 되어 있다.
상기 일방의 이동 유닛 (MUT1) 을 구성하는 고정자 유닛 (27) 은, 그 고정자 유닛 (27) 을 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 함께 나타내는 도 7(a) 에 나타낸 바와 같이, X 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 6개의 고정자 (46A, 46B, 46C, 46D, 46E, 46F) 와, X 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 지지판 (29) 으로 구성되어 있다.
상기 고정자 (46A) 는, X 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하고, 대략 XZ 평면에 평행해지도록 그 길이가 긴 방향의 일단과 타단이 프레임 (23) 에 고정된 케이스체와, 그 케이스체 내부에 X 축 방향으로 소정 간격을 두고 배치된 도시하지 않은 복수의 전기자 코일을 갖는다.
상기 고정자 (46B, 46D, 46C) 는 모두 X 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하고, 고정자 (46A) 로부터 ＋Y 측으로 소정 거리만큼 떨어진 위치에 위에서부터 아래로 순차 소정 간격을 두고 또 XY 면에 평행하게 되도록 각각의 일단과 타단이 프 레임 (23) 에 고정되어 있다. 이 중, 고정자 (46B) 는, 그 길이가 긴 방향의 일단과 타단이 프레임 (23) 에 고정된 케이스체와, 그 케이스체 내에 X 축 방향으로 소정 간격을 두고 배치된 도시하지 않은 복수의 전기자 코일을 갖는다. 또한, 고정자 (46D) 는, 고정자 (46B) 의 하방에 대략 평행하게 배치된 X 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 케이스체와, 그 케이스체 내에 배치된 하나 또는 복수의 전기자 코일, 예를 들어 Y 축 방향으로 소정 간격을 두고 배치된 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형상의 한 쌍의 전기자 코일을 갖는다. 또한, 고정자 (46C) 는, 상기 고정자 (46B) 와 동일하게 구성되고, 고정자 (46D) 의 하방에 거의 평행하게 배치되어 있다. 이 경우, 고정자 (46D) 를 중심으로 하여, 고정자 (46B) 와 고정자 (46C) 는 상하 대칭의 위치에 배치되어 있다.
상기 고정자 (46E) 는, 고정자 (46A) 의 －Y 측으로 소정 간격을 두고 평행하게 배치된 X 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 케이스체와, 그 케이스체 내부에 배치된 하나 또는 복수의 전기자 코일, 예를 들어 Z 축 방향으로 소정 간격을 두고 배치된 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형상의 한 쌍의 전기자 코일을 갖는다. 또한, 고정자 (46F) 는, 고정자 (46B～46D) 의 ＋Y 측에, XZ 면에 평행하게 배치된 X 축 방향을 길이가 긴 방향으로 하는 케이스체와, 그 케이스체 내부에 배치된 하나 또는 복수의 전기자 코일, 예를 들어 Z 축 방향으로 소정 간격을 두고 배치된 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형상의 한 쌍의 전기자 코일을 갖는다.
상기 지지판 (29) 은, 상기 프레임 (23) 에 그 길이가 긴 방향의 일단과 타단이 고정된 XY 평면에 대략 평행하고 또 X 축 방향으로 연장되어 설치된 평판형 부재로 이루어진다. 이 지지판 (29) 은 고강성의 판형상 부재로 구성되어 있고, 후술하는 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 자중 (自重) 을 지지하기 (웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 Z 위치를 유지하기) 위해서 사용된다.
도 2 로 되돌아가, 타방의 고정자 유닛 (127) 은, 상기 서술한 고정자 유닛 (27) 과 동일하게 구성되어 있다.
상기 일방의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 는, 도 7(b) 에 나타낸 바와 같이, 직육면체의 웨이퍼 스테이지 본체 (31) 와, 그 웨이퍼 스테이지 본체 (31) 에 소정의 위치 관계를 가지면서 일체적으로 고정된 가동자군을 구비하고, 전체적으로 대략 직육면체의 형상을 갖고 있다. 이 중, 웨이퍼 스테이지 본체 (31) 는 경량이면서 고강성인 소재, 예를 들어 금속기 복합재 (금속과 세라믹스의 복합체 (알루미늄 합금 또는 금속 규소를 매트릭스재로 하여, 그 안에 각종 세라믹스 강화재를 복합화시킨 소재)) 에 의해 구성되어 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 구성하는 상기 가동자군은, 도 7(b) 에 나타낸 바와 같이 6개의 가동자 (44A, 44B, 44C, 44D, 44E 및 44F) 를 포함한다.
상기 가동자 (44A) 는, 도 7(b) 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 본체 (31) 의 －Y 측의 측면에 고정되어 있고, YZ 단면이 직사각형이고 전체적으로 통형상인 요크 (52) 와, 그 요크 (52) 내부의 좌우 대향면에 X 축 방향을 따라서 소정 간격으로 각각 배치 형성된 복수의 계자석 (54) 을 갖고 있다. 이 경우, X 축 방향에 인접하는 계자석 (54) 끼리와, Z 축 방향에서 마주보는 계자석 (54) 끼리가 서로 역극성으로 되어 있다. 이 때문에, 요크 (52) 의 내부 공간에는, X 축 방향에 관하여 교번 자계 (＋Y 방향 및 －Y 방향을 자계의 방향으로 한다) 가 형성되어 있다.
그리고, 도 2 에 나타낸, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 고정자 유닛 (27) 의 고정자군 및 지지판 (29) 이 걸어 맞춰진 상태에서는 전술한 고정자 (46A) 가 요크 (52) 의 내부 공간에 삽입되도록 되어 있어, 고정자 (46A) 를 구성하는 복수의 전기자 코일에 흐르는 전류와, 가동자 (44A) 의 요크 (52) 의 내부 공간의 교번 자계와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력에 의해, 가동자 (44A) 에는 X 축 방향의 구동력이 작용하여, 가동자 (44A) 가 고정자 (46A) 를 따라서 X 축 방향으로 구동되도록 되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 고정자 (46A) 와 가동자 (44A) 에 의해, 무빙 마그네트형 리니어 모터로 이루어지는 X 축 리니어 모터 (LX1) 가 구성되어 있다 (도 7(a) 참조).
상기 가동자 (44B, 44D, 44C) 는 각각 전술한 고정자 (46B, 46D, 46C) 에 대응하는 것으로, 이들 고정자의 배치에 대응하여 가동자 (44B, 44D, 44C) 의 순서로 상하로 적층된 상태에서, 웨이퍼 스테이지 본체 (31) 의 ＋Y 측의 측면에 고정되어 있다.
이것을 더욱 상세히 설명하면, 상기 가동자 (44B) 는, 요크 내부 공간에 형성되는 교번 자계의 자속의 방향이 ＋Z 또는 －Z 방향으로 되어는 있지만, 그 구성 등은 기본적으로는 전술한 가동자 (44A) 와 동일하게 되어 있다. 따라서, 도 2 에 나타내는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 고정자 유닛 (27) 의 고정자군 및 지지판 (29) 이 걸어 맞춰진 상태에서는 가동자 (44B) 에 X 축 방향의 구동력이 작용하여, 가동자 (44B) 가 고정자 (46B) 를 따라서 X 축 방향으로 구동된다. 즉, 본 실시형태에서는, 고정자 (46B) 와 가동자 (44B) 에 의해, 무빙 마그네트형의 리니어 모터로 이루어지는 X 축 리니어 모터 (LX2) 가 구성되어 있다 (도 7(a) 참조).
상기 가동자 (44C) 는, 요크 내부 공간에 형성되는 교번 자계의 자속의 방향이 ＋Z 또는 －Z 방향으로 되어는 있지만, 그 구성 등은 기본적으로는 전술한 가동자 (44A) 와 동일하게 되어 있다. 따라서, 도 2 에 나타내는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 고정자 유닛 (27) 의 고정자군 및 지지판 (29) 이 걸어 맞춰진 상태에서는 가동자 (44C) 에 X 축 방향의 구동력이 작용하여, 가동자 (44C) 가 고정자 (46C) 를 따라서 X 축 방향으로 구동된다. 즉, 본 실시형태에서는, 고정자 (46C) 와 가동자 (44C) 에 의해, 무빙 마그네트형 리니어 모터로 이루어지는 X 축 리니어 모터 (LX3) 가 구성되어 있다 (도 7(a) 참조).
본 실시형태에서는, X 축 리니어 모터 (LX2, LX3) 각각의 구동력을 f, X 축 리니어 모터 (LX1) 의 구동력을 2×f 로 함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 고정자 유닛 (27) 의 고정자군 및 지지판 (29) 에 대하여 X 축 방향으로 구동 (대략 무게 중심 구동) 시킬 수 있다. 또한, X 축 리니어 모터 (LX2, LX3) 가 발생하는 구동력을 다르게 함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Y 축 둘레의 회전 방향 (롤링방향) 으로 미소 구동하는 것이 가능해짐과 함께, X 축 리니어 모터 (LX2, LX3) 가 발생하는 구동력의 합력과 X 축 리니어 모터 (LX1) 가 발생하는 구동력을 다르게 함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Z 축 둘레의 회전 방향 (요잉방향) 으로 미소 구동시킬 수 있다.
상기 가동자 (44D) 는, 도 7(b) 에 나타낸 바와 같이, XZ 단면이 직사각형 테두리형상의 자성체로 이루어지는 프레임형 부재 (56) 와, 그 프레임형 부재 (56) 내측의 상하 대향면 (상면 및 하면) 에 각각 고정된 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 한 쌍의 영구자석 (58A, 58B) 을 구비하고 있다. 영구자석 (58A) 과 영구자석 (58B) 은 서로 역극성으로 되어 있다. 따라서, 영구자석 (58A) 과 영구자석 (58B) 사이에는, 자속의 방향이 ＋Z 방향 (또는 －Z 방향) 인 자계가 발생되어 있다. 그리고, 도 2 에 나타내는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 고정자 유닛 (27) 의 고정자군 및 지지판 (29) 이 걸어 맞춰진 상태에서는, 고정자 (46D) 가 영구자석 (58A, 58B) 사이로 삽입되게 되어 있어, 고정자 (46D) 를 구성하는 한 쌍의 전기자 코일 각각의 대략 내측의 절반 부분이 상기 영구자석 (58A) 과 영구자석 (58B) 사이의 자계 중에 포함되도록 되어 있다. 따라서, 그 한 쌍의 전기자 코일 각각에 상호 역방향의 전류를 흐르게 함으로써, 상기 자계 중에서는, 각각의 전기자 코일에 흐르는 전류의 방향이 모두 ＋X 방향 (또는 －X 방향) 이 되도록 되어 있고, 각 전기자 코일에 흐르는 전류와, 영구자석 (58A) 과 영구자석 (58B) 사이의 자계와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력에 의해, 가동자 (44D) (및 웨이퍼 스테이지 (WST1)) 가 고정자 (46D) 에 대하여 Y 축 방향으로 미소 구동되도록 되어 있다. 즉, 고정자 (46D) 와 가동자 (44D) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Y 축 방향으로 미소 구동하는 Y 축 미동 모터 (VY) 가 구성되어 있다 (도 7(a) 참조).
상기 가동자 (44E) 는, 전술한 고정자 (46E) 에 대응하는 것으로, 가동자 (44A) 의 －Y 측면에 고정된 YZ 단면이 직사각형 테두리형상의 자성체로 이루어지는 프레임형 부재 (60) 와, 그 프레임형 부재 (60) 내측의 한 쌍의 대향면 (±Y 측의 면) 에 각각 설치된 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 한 쌍의 영구자석 (62A, 62B) 을 구비하고 있다. 영구자석 (62A) 과 영구자석 (62B) 은 서로 역극성으로 되어 있다. 따라서, 영구자석 (62A) 과 영구자석 (62B) 사이에는, 자속의 방향이 ＋Y 방향 (또는 －Y 방향) 인 자계가 발생되어 있다. 그리고, 도 2 에 나타내는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 고정자 유닛 (27) 의 고정자군 및 지지판 (29) 이 걸어 맞춰진 상태에서는, 고정자 (46E) 가 영구자석 (62A, 62B) 의 사이로 삽입되게 되어 있어, 고정자 (46E) 를 구성하는 한 쌍의 전기자 코일 각각의 대략 내측의 절반 부분이 상기 영구자석 (62A) 과 영구자석 (62B) 사이의 자계 중에 포함되도록 되어 있다. 따라서, 그 한 쌍의 전기자 코일 각각에 서로 역방향의 전류를 흐르게 함으로써, 상기 자계 중에서는, 각각의 전기자 코일에 흐르는 전류의 방향이 모두 ＋X 방향 (또는 －X 방향) 이 되도록 되어 있어, 각 전기자 코일에 흐르는 전류와, 영구자석 (62A) 과 영구자석 (62B) 사이의 자계와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력에 의해, 가동자 (44E) (및 웨이퍼 스테이지 (WST1)) 가 고정자 (46E) 에 대하여 Z 축 방향으로 미소 구동되도록 되어 있다.
즉, 본 실시형태에서는, 가동자 (44E) 와 고정자 (46E) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Z 축 방향으로 미소 구동하는 제 1 의 Z 축 미동 모터 (VZ1) 가 구성되어 있다 (도 7(a) 참조).
상기 가동자 (44F) 는, 도 7(b) 에 나타낸 바와 같이 가동자 (44B, 44D, 44C) 의 ＋Y 측에 설치되어 있고, 그 구성은, 상기 가동자 (44E) 와 동일하게 되어 있다. 그리고, 도 2 에 나타내는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 고정자 유닛 (27) 의 고정자군 및 지지판 (29) 이 걸어 맞춰진 상태에서는, 가동자 (44F) 와 고정자 (46F) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) (및 가동자 (44F)) 를 고정자 (46F) 에 대하여 Z 축 방향으로 미소 구동하는 제 2 의 Z 축 미동 모터 (VZ2) 가 구성된다 (도 7(a) 참조).
본 실시형태의 경우, 상기 제 1, 제 2 의 Z 축 미동 모터 (VZ1, VZ2) 가 발생하는 구동력을 동일하게 함으로써 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Z 축 방향으로 미소 구동시킬 수 있음과 함께, 각 Z 축 미동 모터의 구동력을 다르게 함으로써 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 X 축 둘레의 회전 방향 (피칭 방향) 으로 미소 구동시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, Y 축 미동 모터 (VY), X 축 리니어 모터 (LX1～LX3), 및 제 1, 제 2 의 Z 축 미동 모터 (VZ1, VZ2) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 고정자 유닛 (27) 에 대하여 6자유도 방향으로 구동하는 6자유도 구동 기구가 구성되어 있다.
또, 설명 순서가 뒤바뀌었지만, 웨이퍼 스테이지 본체 (31) 에는, 도 7(b) 에 나타낸 바와 같이, X 축 방향을 따라서 관통공 (31a) 이 형성되어 있고, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 가 고정자 유닛 (27) 의 고정자군 및 지지판 (29) 에 걸어 맞춰진 도 2 의 상태에서는, 지지판 (29) 이 관통공 (31a) 에 삽입된 상태가 된다. 관통공 (31a) 의 내부에는, 도시하지 않은 자중 캔슬러가 설치되어 있다. 이 자중 캔슬러는 실린더부와 피스톤부를 갖고 있고, 실린더부의 내부에 기체가 공급됨으로써 양압으로 설정되어 있다. 그리고, 이 실린더부 내부의 양압에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST1) 전체가 지지판 (29) 에 대하여 상대 이동 가능한 상태로 지지되도록 되어 있다.
또, 지지판 (29) 및 자중 캔슬러를 반드시 설치할 필요는 없고, 지지판 (29) 및 자중 캔슬러를 설치하지 않은 경우에는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 자중에 걸맞는 Z 축 방향의 힘을, 제 1, 제 2의 Z 축 미동 모터 (VZ1, VZ2) 에 발생시킴으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 자중을 지지하도록 하면 된다.
상기 타방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 는, 상기 서술한 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 동일하게 구성되어 있다. 따라서, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 와 고정자 유닛 (127) 의 고정자군 및 지지판이 걸어 맞춰진 상태에서는, 전술한 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 경우와 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 가동자군과 고정자 유닛 (127) 의 고정자군에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 6자유도 방향으로 구동될 수 있게 되어 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 구성하는 웨이퍼 스테이지 본체에도, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측의 웨이퍼 스테이지 본체 (31) 와 마찬가지로 지지판에 대응하여 관통공이 형성되어 있고, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 와 고정자 유닛 (127) 의 고정자군 및 지지판이 걸어 맞춰진 상태에서는, 그 관통공 부분에 설치된 자중 캔슬러에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST2) 전체가 지지판에 대하여 상대 이동이 가능한 상태로 지지된다.
상기 일방의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 상면 (＋Z 측면) 에는, 도 7(b) 에 나타낸 바와 같이, X 축 방향의 일단 (＋X 측의 단부) 에 Y 축 방향으로 연장되는 X 이동경 (MX1) 이 설치되고, Y 축 방향의 일단 (＋Y 측의 단부) 에는 X 축 방향으로 연장되는 Y 이동경 (MY1a) 이 설치되고, Y 축 방향의 타단 (－Y 측의 단부) 에는 X 축 방향으로 연장되는 Y 이동경 (MY1b) 이 설치되어 있다. 이들 이동경 (MX1, MY1a, MY1b) 의 각 반사면에는 후술하는 간섭계 시스템을 구성하는 각 측장축의 간섭계로부터 간섭계 빔 (측장빔) 이 투사되고, 그 반사광을 각 간섭계에서 수광함으로써 각 이동경 반사면의 기준 위치 (일반적으로는 투영 광학계 측면이나 얼라인먼트계의 측면에 고정 미러를 배치하여, 그 곳을 기준면으로 한다) 로부터의 변위가 계측되고, 이것에 의해, 이동 유닛 (MUT1) (웨이퍼 스테이지 (WST1)) 의 2차원 위치가 계측되도록 되어 있다. 또, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 상면에는, 도시하지 않은 웨이퍼 홀더를 통해서 웨이퍼 (W1) 가 정전 흡착 또는 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 또, 도 1 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측의 이동경으로서 Y 축 방향의 위치를 계측하기 위한 이동경 (MY1a, MY1b) 만이 도시되어 있다.
상기 타방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 상면 (＋Z 측면) 에는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, X 축 방향의 일단 (＋X 측의 단부) 에 Y 축 방향으로 연장되는 X 이동경 (MX2) 이 설치되고, Y 축 방향의 일단 (＋Y 측의 단부) 에는 X 축 방향으로 연장되는 Y 이동경 (MY2a) 이 설치되고, Y 축 방향의 타단 (－Y 측의 단부) 에는 X 축 방향으로 연장되는 Y 이동경 (MY2b) 이 설치되어 있다. 이들 이동경 (MX2, MY2a, MY2b) 의 각 반사면에는 후술하는 간섭계 시스템을 구성하는 각 측장축의 간섭계로부터 간섭계 빔 (측장빔) 이 투사되고, 그 반사광을 각 간섭계에서 수광함으로써 각 이동경 반사면의 기준 위치로부터의 변위가 계측되고, 이것에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 2차원 위치가 계측되도록 되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 상면에는, 도시하지 않은 웨이퍼 홀더를 통해 웨이퍼 (W2) 가 정전 흡착 또는 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 또, 도 1 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 측의 이동경으로서 Y 축 방향의 위치를 계측하기 위한 이동경 (MY2a, MY2b) 만이 도시되어 있다.
본 실시형태에서는, 스테이지 장치 (20) 를 구성하는, 상기 서술한 각 모터를 구성하는 각 전기자 코일에 공급되는 전류의 크기 및 방향이, 도 1 의 주제어 장치 (50) 에 의해 제어되도록 되어 있고, 이것에 의해, 각각의 모터에서 발생하는 구동력의 크기 및 방향이 임의로 제어되게 되어 있다.
상기 얼라인먼트계 (ALG) 는, 도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 ＋Y 측이면서 －X 측으로 소정 거리만큼 떨어진 위치 (즉, 경사져 떨어진 위치) 에 형성되어 있다. 이 얼라인먼트계 (ALG) 로는, 일례로서 화상 처리 방식의 결상식 얼라인먼트 센서의 일종인 FIA (Field Image Alignment) 계의 얼라인먼트 센서가 사용되고 있다. 이 얼라인먼트계 (ALG) 는, 광원 (예를 들어, 할로겐 램프) 및 결상 광학계, 검출 기준이 되는 지표 마크가 형성된 지표판, 및 촬상 소자 (CCD) 등을 포함하여 구성되어 있다. 이 얼라인먼트계 (ALG) 에서는, 광원으로부터의 브로드밴드 (광대역) 광에 의해 검출 대상인 마크를 조명하고, 이 마크 근방으로부터의 반사광을 결상 광학계를 통해 지표로부터의 광과 함께 CCD 에서 수광한다. 이 때, 마크의 이미지가 지표의 이미지와 함께 CCD 의 촬상면에 결상된다. 그리고, CCD 로부터의 화상 신호 (촬상 신호) 에 소정의 신호 처리를 실시함으로써, 검출 중심인 지표 마크의 중심을 기준으로 하는 마크의 위치를 계측한다.
본 실시형태에서는, 얼라인먼트계 (ALG) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 상의 도시하지 않은 기준 마크판 상에 형성된 기준 마크 및 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 상에 유지된 웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크의 위치 정보의 계측 등에 사용된다. 얼라인먼트계 (ALG) 로부터의 화상 신호는, 도시하지 않은 얼라인먼트 제어 장치에 의해 A/D 변환되고, 디지탈화된 파형 신호를 연산 처리하여 지표 중심을 기준으로 하는 마크의 위치가 검출된다. 이 마크 위치의 정보가 도시하지 않은 얼라인먼트 제어 장치로부터 주제어 장치 (50) 로 보내지도록 되어 있다.
다음으로, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 위치를 계측하는 간섭계 시스템에 대해서 간단히 설명한다.
도 1 에서, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 이동경 (MY1b) 의 반사면에는, Y 축 간섭계 (116) 로부터 투영 광학계 (PL) 의 광축을 통과하는 Y 축에 평행한 방향의 간섭계 빔 (측장빔) 이 조사되고 있다. 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 이동경 (MY2a) 의 반사면에는, Y 축 간섭계 (118) 로부터 얼라인먼트계 (ALG) 의 검출 중심 (지표 마크의 중심) 을 통과하는 Y 축에 평행한 방향의 간섭계 빔이 조사되고 있다. 그리고, Y 축 간섭계 (116, 118) 에서는 이동경 (MY1b, MY2a) 으로부터의 반사광을 각각 수광함으로써, 각 반사면의 기준 위치로부터의 상대 변위를 계측하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 Y 축 방향 위치를 계측한다.
여기서, Y 축 간섭계 (116, 118) 는 모두 다축 간섭계로, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 Y 축 방향의 위치 정보를 계측하는 것 이외에, 피칭 (X 축 둘레의 회전 (θx 회전)) 및 요잉 (θz 방향의 회전) 의 계측이 가능하도록 되어 있다. 각 측장축의 출력치는 독립적으로 계측할 수 있도록 되어 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 이동경 (MX1) 의 반사면에는, 도시하지 않은 X 축 간섭계로부터 투영 광학계 (PL) 의 광축을 통하여, Y 축 간섭계 (116) 의 간섭계 빔과 수직으로 교차하는 간섭계 빔 (측장빔) 이 조사되고 있다. 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 이동경 (MX2) 의 반사면에는, 도시하지 않은 X 축 간섭계로부터 얼라인먼트계 (ALG) 의 검출 중심 (지표 마크의 중심) 을 통하여, Y 축 간섭계 (118) 의 간섭계 빔과 수직으로 교차하는 간섭계 빔 (측장빔) 이 조사되고 있다. 그리고, 상기 각 X 축 간섭계에서는 이동경 (MX1, MX2) 으 로부터의 반사광을 각각 수광함으로써, 각 반사면의 기준 위치로부터의 상대 변위를 계측하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 X 축 방향 위치를 계측하도록 되어 있다. 여기서, X 축 간섭계는 다축 간섭계로, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 X 축 방향의 위치 정보를 계측하는 것 이외에, 롤링 (Y 축 둘레의 회전 (θy 회전)) 및 요잉 (θz 방향의 회전) 의 계측이 가능하도록 되어 있다. 각 광축의 출력치는 독립적으로 계측할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 2개의 X 축 간섭계 및 Y 축 간섭계 (116, 118) 의 합계 4개의 간섭계에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 XY 2 차원 좌표 위치를 관리하는 웨이퍼 간섭계 시스템이 구성되어 있다. 이 웨이퍼 간섭계 시스템을 구성하는 각 간섭계의 계측치는, 주제어 장치 (50) 로 보내지도록 되어 있다.
또, 이하에 있어서는, 상기 서술한 얼라인먼트계 (ALG) 의 검출 중심 (지표 마크의 중심) 을 통하고, Y 축 간섭계 (118) 의 간섭계 빔과 수직으로 교차하는 간섭계 빔을 사출하는 X 축 간섭계를 얼라인먼트용 X 축 간섭계라고 부르고, 투영 광학계 (PL) 의 광축을 통하고, Y 축 간섭계 (116) 의 간섭계 빔과 수직으로 교차하는 간섭계 빔을 사출하는 X 축 간섭계를 노광용 X 축 간섭계로 부르기로 한다.
주제어 장치 (50) 에서는, 후술하는 노광시에는, 노광용 X 축 간섭계 및 Y 축 간섭계 (116) 의 계측치에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 XY 면내의 위치를 소위 아베 오차없이 고정밀도로 관리하고, 후술하는 웨이퍼 얼라인먼트시에는, 얼라인먼트용 X 축 간섭계 및 Y 축 간섭계 (118) 의 계측치에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 XY 면내의 위치를 소위 아베 오차없이 고정밀도로 관리한다.
단, 본 실시형태에서는, 이동 유닛 (MUT1, MUT2) 이 항상 도 1, 도 2 등의 위치 관계를 유지하는 것은 아니고, 후술하는 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 가 교체 (및 이동 유닛 (MUT1, MUT2) 이 교체) 되어, 이 때, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 이동경에 간섭계 빔이 도달되지 않게 되는 경우가 있다. 이러한 점을 고려하여, 이동 유닛 (MUT2) 의 Y 축 방향의 위치 정보를 항상 계측 가능한 도시하지 않은 리니어 인코더가 소정 위치에 각각 설치되어 있다.
그리고, 주제어 장치 (50) 가, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 교체시에 Y 축 간섭계에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 위치 계측이 불가능해질 때에는, 리니어 인코더에 의해 계측되는 그 Y 축 방향의 위치 정보에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST2) (이동 유닛 (MUT2)) 의 Y 위치를 관리한다.
또한, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 가 Y 축 방향의 이동 중에 X 축 간섭계로부터의 간섭계 빔이 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 상의 이동경에 도달되지 않게 되는 경우가 있다.
그래서, 주제어 장치 (50) 는, 어떠한 이유에 의해 간섭계 빔이 이동경으로부터 벗어나 있기 때문에 그때까지 계측 불능이었던 임의의 간섭계로부터의 간섭계 빔이, 다시 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 이동경에 도달되게 되었을 때에는, 그때까지 계측 불능이었던 그 간섭계의 계측치를 리셋 (또는 프리셋) 하도록 되어 있다.
다음으로, 전술한 바와 같이 하여 구성되는 노광 장치를 사용한 일련의 노광 시퀀스에 관해서, 도 8(a)～도 10(c) 에 기초하여 설명한다.
도 8(a) 에는, 주제어 장치 (50) 의 관리하에, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 웨이퍼 (W1) 에 대하여 투영 광학계 (PL) 를 통한 노광 동작이 실시되는 것과 병행하여, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 웨이퍼 (W2) 에 대하여 얼라인먼트계 (ALG) 를 사용한 웨이퍼 얼라인먼트 동작이 실시되고 있는 상태가 도시되어 있다 (이 도 8(a) 는 도 1 의 상태에 대응한다).
이 도 8(a) 의 상태에 앞서, 소정의 로딩 포지션 (얼라인먼트 위치 근방) 에 웨이퍼 스테이지 (WST2) (및 이동 유닛 (MUT2)) 가 있을 때, 도시하지 않은 웨이퍼 로더에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상에 재치된 노광이 끝난 웨이퍼의 언로딩 및 새로운 웨이퍼 (W2) 의 로딩 (즉, 웨이퍼 교환) 이 이루어지고 있다.
상기 웨이퍼 얼라인먼트 동작시에 있어서, 주제어 장치 (50) 는, 전술한 Y 축 간섭계 (118) 및 얼라인먼트용 X 축 간섭계의 계측치에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 XY 면내의 위치를 관리하면서, 얼라인먼트계 (ALG) 를 사용하여, 웨이퍼 (W2) 상의 특정한 복수의 쇼트 영역 (샘플 쇼트 영역) 에 부설된 얼라인먼트 마크 (샘플 마크) 의 위치 정보를 검출한다. 이 웨이퍼 얼라인먼트 (및 전술한 웨이퍼 교환) 시에, 주제어 장치 (50) 는, 전술한 Y 축 리니어 모터 (45A, 145A) 를 사용하여 이동 유닛 (MUT2) (웨이퍼 스테이지 (WST2)) 을 Y 축 방향으로 긴 스트로크로 구동함과 함께, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 이동 유닛 (MUT2) 을 구성하는 전술한 6자유도 구동 기구를 통해 X, Y, Z, θx, θy, θz 방향에 관하여 미소 구동한다. 또한, 주제어 장치 (50) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 X 축 방향으로 긴 스트로크로 구동시킬 때에는, 이동 유닛 (MUT2) 의 6자유도 구동 기구를 구성하는 3개의 X 축 리니어 모터를 사용한다.
이어서, 주제어 장치 (50) 는, 상기 위치 정보의 검출 결과와 그 특정 쇼트 영역 (또는 샘플 마크) 의 설계상 위치 좌표에 기초하여, 예를 들어 일본 공개특허공보 소61-44429호 및 이에 대응하는 미국 특허 제4,780,617호 등에 개시되는 최소 자승법을 사용한 통계 연산에 의해 웨이퍼 (W2) 상의 모든 쇼트 영역의 배열 좌표를 구하는 EGA (Enhanced·Global·Alignment) 방식 등의 웨이퍼 얼라인먼트를 실행한다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내 법령이 허용하는 한도 내에서, 상기 공보 및 이에 대응하는 상기 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
또한, 이 경우, 주제어 장치 (50) 는, 샘플 마크의 위치 정보의 검출에 전후하여, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 도시하지 않은 기준 마크판 상의 제 1 기준 마크의 위치 정보를 검출하고 있다. 그리고, 주제어 장치 (50) 는, 먼저 구한 웨이퍼 (W2) 상의 모든 쇼트 영역의 배열 좌표를, 제 1 기준 마크의 위치를 원점으로 하는 위치 좌표로 변환한다.
전술한 바와 같이하여, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 측에서 웨이퍼 교환, 웨이퍼 얼라인먼트가 실행된다. 이 웨이퍼 교환, 웨이퍼 얼라인먼트와 병행하여, 이동 유닛 (MUT1) 측에서는, 이미 실시된 웨이퍼 얼라인먼트 결과에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에 재치된 웨이퍼 (W1) 상의 각 쇼트 영역의 노광을 위한 가속 개시 위치로 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 이동시키는 쇼트간 스테핑 동작과, 레티클 (R) (레티클 스테이지 (RST)) 과 웨이퍼 (W1) (웨이퍼 스테이지 (WST1)) 를, Y 축 방향으로 상대 주사하여 레티클 (R) 에 형성된 패턴을 웨이퍼 (W1) 상의 노광 대상의 쇼트 영역에 투영 광학계 (PL) 를 통해 전사하는 주사 노광 동작을 반복하는, 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작이 주제어 장치 (50) 의 관리하에 실시된다.
상기 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작의 개시에 앞서서, 주제어 장치 (50) 는, Y 축 간섭계 (116) 및 노광용 X 축 간섭계의 계측치에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 위치를 관리하면서, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 도시하지 않은 기준 마크판 상의 한 쌍의 제 2 기준 마크와 레티클 (R) 상의 한 쌍의 레티클 얼라인먼트 마크를 도시하지 않은 레티클 얼라인먼트계를 사용하여 계측하고 있다. 그리고, 주제어 장치 (50) 에서는, 그 계측 결과 (레티클 패턴의 투영 중심과 기준 마크판 상의 한 쌍의 제 2 기준 마크 (이 제 2 기준 마크와 전술한 제 1 기준 마크의 위치 관계는 미리 알려져 있다) 의 위치 관계) 와 먼저 실시되어 있는 웨이퍼 얼라인먼트의 결과 (제 1 기준 마크를 기준으로 하는 웨이퍼 (W1) 상의 각 쇼트 영역의 위치 좌표) 에 기초하여, 웨이퍼 (W1) 상의 각 쇼트 영역의 노광을 위한 가속 개시 위치로 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 이동시킨다.
이와 같이 노광 동작의 개시에 앞서, 레티클 얼라인먼트계를 사용하여 레티클 패턴의 투영 중심과 기준 마크판 상의 한 쌍의 제 2 기준 마크와의 위치 관계를 계측하기 때문에, 웨이퍼 얼라인먼트 후 노광이 시작되기까지의 동안에 간섭계에 의해 웨이퍼 스테이지의 위치를 계측할 수 없는 사태가 생기더라도 특별히 문제가 생기지는 않는다.
상기 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작시, 주제어 장치 (50) 는, 전술한 Y 축 리니어 모터 (33A, 33B) 를 사용하여 이동 유닛 (MUT1) (웨이퍼 스테이지 (WST1)) 을 Y 축 방향으로 긴 스트로크로 구동함과 함께, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 이동 유닛 (MUT1) 을 구성하는 전술한 6자유도 구동 기구를 통해 X, Y, Z, θx, θy, θz 방향에 관하여 미소 구동한다. 또한, 주제어 장치 (50) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 X 축 방향으로 긴 스트로크로 구동시킬 때에는, 이동 유닛 (MUT1) 의 6자유도 구동 기구를 구성하는 3개의 X 축 리니어 모터 (LX1～LX3) 를 사용한다.
또, 이 노광 동작의 자체 순서 등은, 통상적인 스캐닝·스테퍼와 동일하기 때문에 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기 서술한 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 웨이퍼에 대한 웨이퍼 얼라인먼트 동작과 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 웨이퍼에 대한 노광 동작에서는, 통상, 웨이퍼 얼라인먼트 동작이 먼저 종료된다. 그래서, 주제어 장치 (50) 는, 웨이퍼 얼라인먼트의 종료 후, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 웨이퍼에 대한 노광 동작이 속행되고 있는 동안, 이것과 병행하여 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 갖는 이동 유닛 (MUT2) 을, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 갖는 이동 유닛 (MUT1) 의 하방을 경유하여 이동 유닛 (MUT1) 의 －Y 측으로 이동시키는 웨이퍼 스테이지의 교체를 실행한다.
구체적으로는, 주제어 장치 (50) 는, 전술한 샤프트 모터 (66A, 66B) 를 통해 상하동 가이드 (55A, 55B) 를, 도 8(a) 에 나타내는 상단 이동 위치로부터 도 8(b) 에 나타내는 하단 이동 위치까지 하강 구동시킨다. 이 상하동 가이드 (55A, 55B) 의 하강 구동에 의해 이동 유닛 (MUT2) 이 하강 구동되어, 이동 유닛 (MUT2) 에 배치된 한 쌍의 Y 가동자 (133A, 133B) 가 Y 고정자 (45B, 145B) 에 걸어 맞춰지게 된다.
또한, 상기 이동 유닛 (MUT2) 의 하강에 의해, 그때까지 이동경 (MX2 및 MY2) 에 도달되고 있던 간섭계 빔이 이들 이동경에 도달되지 않게 된다. 그래서, 이동 유닛 (MUT2) 의 하강이 종료되는 것과 동시에, 이동 유닛 (MUT2) 의 Y 축 방향의 위치가 전술한 인코더에 의해 계측되도록 되어 있다.
이와 같이 상하동 가이드 (55A, 55B) 가 하단 이동 위치까지 하강하였을 때, 상하동 가이드 (57A, 57B) 도 도 8(b) 에 나타낸 바와 같이 하단 이동 위치에 있는 것으로 한다. 이 때, 고정 가이드 (53A) 의 가이드면 (153b) 과 상하동 가이드 (55A, 57A) 의 가이드면 (155a, 157a) 의 높이 위치가 일치함과 함께, 고정 가이드 (53B) 의 가이드면 (253a) 과 상하동 가이드 (55B, 57B) 의 가이드면 (255a, 257a) 의 높이 위치가 일치하고 있다 (도 5 참조).
그래서, 주제어 장치 (50) 는, 전술한 인코더의 계측치를 모니터하면서 Y 축 리니어 모터 (45B, 145B) 를 구동하여, 이동 유닛 (MUT2) 을, 도 8(b) 에 나타내는 상하동 가이드 (55A, 55B) 상의 위치로부터, 도 8(c) 에 나타내는 고정 가이드 (53A, 53B) 상의 위치 (이동 유닛 (MUT1) 의 하방 위치) 를 경유하여 도 9(a) 에 나타내는 상하동 가이드 (57A, 57B) 상의 위치까지 구동시킨다.
이어서, 주제어 장치 (50) 는, 전술한 샤프트 모터 (68A, 68B) 를 통해서 상하동 가이드 (57A, 57B) 를, 도 9(b) 에 나타내는 상단 이동 위치를 향하여 상승 구동시킨다. 단, 이 때, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측에서는 웨이퍼 (W1) 에 대한 노광이 속행되고 있어, 그 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 위치가 Y 축 간섭계 (116) 및 노광용 X 축 간섭계에 의해 계측되고 있다. 이 때문에, 상하동 가이드 (57A, 57B) 의 상승 구동에 수반되는 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 위치 변화에 의해 간섭계 (116) 로부터의 간섭계 빔이 차단되는 일이 없도록, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측의 노광 동작이 종료할 때까지는, 주제어 장치 (50) 는, 상하동 가이드 (57A, 57B) 를 도 9(b) 보다 약간 하방의 위치까지 상승 구동하여 그 위치에서 대기시킨다.
그리고, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측의 노광 동작이 종료되면, 주제어 장치 (50) 는, 샤프트 모터 (68A, 68B) 를 통해서 상하동 가이드 (57A, 57B) 를 도 9(b) 에 나타내는 상단 이동 위치까지 더욱 상승 구동시킨다. 이것에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 도 9(b) 에 나타내는 높이 위치까지 상승하지만, 이 도중에, Y 축 간섭계 (116) 로부터의 간섭계 빔이 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 이동경 (MY1b) 에 도달되지 않게 되는 것과 동시에, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 이동경 (MY2b) 에 도달되게 된다.
그래서, 주제어 장치 (50) 는, 상기 Y 축 간섭계 (116) 로부터의 간섭 빔이 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 이동경 (MY1b) 에 도달되지 않게 되기 전에, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 Y 축 방향의 위치를 계측하는 간섭계를, 그 때 간섭계 빔이 이동경 (MY1a) 에 조사되고 있는 Y 축 간섭계 (118) 로 전환한다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST2) (이동 유닛 (MUT2)) 의 Y 축 방향의 위치 계측에 사용되는 계측 장치를, 인코더로부터 Y 축 간섭계 (116) 로 전환한다.
상기 간섭계의 전환이 완료된 시점에서는, 도 9(b) 에 나타낸 바와 같이, 상하동 가이드 (55A, 55B) 는, 샤프트 모터 (66A, 66B) 에 의해 상단 이동 위치까지 구동되어 있다.
다음으로, 주제어 장치 (50) 는, Y 축 리니어 모터 (45A, 145A), 및 Y 축 리니어 모터 (33A, 33B) 를 각각 구동하여, 웨이퍼 스테이지 (WST2) (이동 유닛 (MUT2)) 와 웨이퍼 스테이지 (WST1) (이동 유닛 (MUT1)) 를 도 9(c) 에 나타낸 바와 같이 ＋Y 방향을 향하여 각각 이동시킨다. 구체적으로는, 주제어 장치 (50) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 기준 마크판이 투영 광학계 (PL) 의 하방에 위치하게 되는 위치까지 이동시키고, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 웨이퍼 교환 위치까지 이동시킨다.
그리고, 주제어 장치 (50) 는, 기준 마크판이 투영 광학계 (PL) 의 하방에 위치하게 되는 위치까지 이동한 웨이퍼 스테이지 (WST2) 측에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 기준 마크판 상의 한 쌍의 제 2 기준 마크와 레티클 (R) 상의 한 쌍의 레티클 얼라인먼트 마크를 전술한 레티클 얼라인먼트계를 사용하여 계측한 후, 그 계측 결과와 전술한 웨이퍼 얼라인먼트의 결과에 기초하여, 웨이퍼 (W2) 상의 각 쇼트 영역에 대하여 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작을 시작한다 (도 9(c) 참조).
상기 웨이퍼 스테이지 (WST2) 측의 웨이퍼 (W2) 의 노광 동작과 병행하여, 웨이퍼 교환 위치로 이동한 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에서는, 주제어 장치 (50) 의 지시하에, 웨이퍼 (W1) 가 도시하지 않은 웨이퍼 반송 장치에 의해 언로딩되고, 다음 웨이퍼 (여기서는 웨이퍼 (W3) 로 한다) 가 웨이퍼 반송 장치에 의해 로딩된다. 이 웨이퍼 교환 후, 주제어 장치 (50) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 웨이퍼 (W3) 에 대한 웨이퍼 얼라인먼트를 실행한다.
이렇게 해서, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 측의 노광 동작 및 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측의 얼라인먼트 동작 모두가 종료된 단계에서, 주제어 장치 (50) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST2) (이동 유닛 (MUT2)) 와 웨이퍼 스테이지 (WST1) (이동 유닛 (MUT1)) 를 －Y 방향으로 평행 이동시킨다 (도 10(a) 참조).
그리고, 도 10(a) 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 상단 이동 위치에 있는 상하동 가이드 (57A, 57B) 상에 위치한 단계에서, 주제어 장치 (50) 는, 도 10(b) 에 나타낸 바와 같이 상하동 가이드 (57A, 57B) 를 하강 구동시킨다. 이 하강 구동에 의해, 그때까지 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 이동경 (MY2b) 에 도달되고 있던 Y 축 간섭계 (116) 로부터의 간섭계 빔이 그 이동경 (MY2b) 으로부터 벗어나 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 이동경 (MY1b) 에 도달되게 되므로, 주제어 장치 (50) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 Y 위치를 계측하는 간섭계를 Y 축 간섭계 (116) 로 전환한다. 이에 앞서, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 이동경 (MX1) 에는 노광용 X 축 간섭계로부터의 간섭계 빔이 도달되도록 되어 있어, 그 노광용 X 축 간섭계에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 X 위치가 계측되고 있다.
따라서, 상기 Y 축 간섭계의 전환 이후, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 XY 면내의 위치는 노광용 X 축 간섭계 및 Y 축 간섭계 (116) 에 의해 계측된다.
그 후 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측에서는, 전술한 것과 동일한 방법으로 웨이퍼 (W3) 에 대한 노광 동작이 시작된다.
이 한편, 도 10(b) 에 나타내는 하단 이동 위치까지 상하동 가이드 (57A, 57B) 를 하강 구동한 후, 주제어 장치 (50) 는, 이동 유닛 (MUT2) 의 Y 축 방향의 위치 계측에 인코더를 사용한다. 여기서, 상기 상하동 가이드 (57A, 57B) 의 하강 구동에 수반하여, 이동 유닛 (MUT2) 의 Y 가동자 (133A, 133B) 는 Y 고정자 (45B, 145B) 에 걸어 맞춰진다.
주제어 장치 (50) 는, 상하동 가이드 (57A, 57B) 의 상기 하강 구동과 거의 동시에 상하동 가이드 (55A, 55B) 도 도 10(a) 의 상단 이동 위치로부터 도 10(b) 의 하단 이동 위치까지 하강 구동시킨다.
그리고, 상하동 가이드 (57A, 55A) 및 상하동 가이드 (57B, 55B) 가 하단 이동 위치까지 하강 구동된 단계에서, 주제어 장치 (50) 는, Y 축 리니어 모터 (45B, 145B) 를 사용하여 이동 유닛 (MUT2) (웨이퍼 스테이지 (WST2)) 을 ＋Y 방향으로 구동하여, 이동 유닛 (MUT1) (웨이퍼 스테이지 (WST1)) 의 하방 위치를 경유하여 도 10(c) 에 나타내는 위치까지 이동시킨다. 그리고, 주제어 장치 (50) 는, 도 10(c) 의 상태로부터 상하동 가이드 (55A, 55B) 를 상승 구동시킨다. 이것에 의해, 도 8(a) 와 같은 상태로 복귀된다. 이 경우에 있어서도, 인코더에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 위치 계측으로부터 간섭계에 의한 위치 계측으로 전환된다.
이후, 도 8(a)～도 10(c) 를 사용하여 설명한, 상기의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 사용한 병행 처리 동작이 반복하여 실시된다.
지금까지의 설명에서 알 수 있듯이, 본 실시형태의 노광 장치 (10) 에서는, 전술한 구동계 (33A, 33B, 133A, 133B, 35A, 35B, 51) 및 주제어 장치 (50) 에 의해 교환 장치가 구성되어 있다. 또한, 전술한 엘리베이터 유닛 (EU1, EU3) 에 의해 제 1 상하동 기구가 구성되고, 엘리베이터 유닛 (EU2, EU4) 에 의해 제 2 상하동 기구가 구성되어 있다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 노광 장치 (10) 에 의하면, 2개의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 중 일방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) (특정 스테이지) 가 나머지 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 하방에 일시적으로 위치하는 순서로, 투영 광학계 (PL) 에 의한 웨이퍼의 노광 동작과 얼라인먼트계 (ALG) 에 의한 웨이퍼 상의 마크 검출 동작 (웨이퍼 얼라인먼트 동작) 사이에서 양 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 교환하는 교환 장치 (33A, 33B, 133A, 133B, 35A, 35B, 51, 50) 를 구비하고 있다. 그리고, 본 실시형태에서는, 이 교환 장치에 의해, 전술한 바와 같이, 제 1 위치 (투영 광학계 (PL) 가 설치된 위치) 근방에 위치하는 일방의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 웨이퍼에 대한 투영 광학계 (PL) 에 의한 노광 동작과 병행하여, 제 2 위치 (얼라인먼트계 (ALG) 가 형성된 위치) 근방에서 얼라인먼트계 (ALG) 에 의한 웨이퍼 상의 마크의 검출 동작이 종료된 타방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가, 그 일방의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 하방에 일시적으로 위치하는 순서에 따른 양 웨이퍼 스테이지의 교체 동작 (교환 동작) 의 일부를 수행하는 것이 가능하게 되어 있다.
따라서, 일방의 웨이퍼 스테이지 상의 웨이퍼에 대한 노광 동작이 종료된 시점에서 양 웨이퍼 스테이지의 교체 동작이 시작되는 경우와 비교하여 그 교체를 단시간에 수행할 수 있어, 이것에 의해 2개의 웨이퍼 스테이지 상의 웨이퍼에 대한 노광 처리를 교대로 실시하는 노광 처리 공정의 스루풋 향상을 꾀하는 것이 가능해진다. 또한, 웨이퍼 스테이지의 교체는, 각각의 웨이퍼 스테이지를 미리 정해진 경로를 따라서 이동시키는 것뿐이므로, 전술한 기계적으로 잡는다고 하는 불확실성을 동반하는 동작을 하지 않고서도 실현할 수 있다. 이 때문에, 기계적으로 잡을 때에 있어서 전술한 위치 맞춤이 불필요해짐과 함께, 웨이퍼의 위치 어긋남 등도 일어나지 않으므로, 특별히 노광 정밀도가 저하되는 일도 없다. 또한, 얼라인먼트계 (ALG) 는 1개만으로 충분하기 때문에, 얼라인먼트계가 복수 존재하는 것에 기인하는 전술한 문제도 해소된다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (10) 에 의하면, 도 8(a)～도 10(c) 를 사용하여 설명한 바와 같이, 상기 서술한 교환 장치에 의해, 투영 광학계 (PL) 하방의 제 1 위치 (소정 위치) 에 대하여 2개의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 교대로 이동시킬 때에, 2개의 웨이퍼 스테이지 중 일방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 만이 타방의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 하방에 일시적으로 위치하도록 이동된다. 즉, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 는 소정의 면 (전술한 제 1 면) 내에서 이동하고, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 만이 상하동 및 상기 제 1 면내에서의 이동을 함으로써 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 교대로 제 1 위치로 이동시킬 수 있게 되어 있다. 따라서, 예를 들어, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 에 접속되어 있는 배선 등이 얽히는 일 없이, 2개의 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 제 1 위치로 교대로 이동시킬 수 있도록 되어 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 소정의 일방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 특정 스테이지이고, 이 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 타방의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 하방을 경유하여 이동하는 양 웨이퍼 스테이지의 교환 순서를 채용한 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 즉, 특정 스테이지가, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 양자인 것으로 해도 된다. 이러한 경우에는, 교환 장치는, 웨이퍼 얼라인먼트가 종료된 웨이퍼를 유지하는 특정 스테이지인 웨이퍼 스테이지를, 웨이퍼의 노광이 실시되고 있는, 나머지 웨이퍼 스테이지의 하방에서 일시적으로 대기시키는 순서에 따라서 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 교환 (교체) 하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 순환시키는 구성을 채용해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 조명광 (IL) 으로서 KrF 엑시머 레이저광 등의 원자외광, F2 레이저, ArF 엑시머 레이저 등의 진공자외역광, 또는 초고압 수은 램프로부터의 자외역의 휘선 (g 선, i 선 등) 을 사용하는 것으로 하였지만, 여기에 한정되지 않고 Ar2 레이저광 (파장 126㎚) 등의 다른 진공자외광을 사용해도 된다. 또, 예를 들어, 진공자외광으로서 상기 각 광원에서 출력되는 레이저광에 한정되지 않고, DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어 에르븀 (Er) (또는 에르븀과 이테르븀 (Yb) 의 양쪽) 이 도프된 파이버 증폭기에 의해 증폭하고, 비선형 광학 결정을 사용하여 자외광으로 파장 변환한 고조파를 사용해도 된다.
또, 조명광 (IL) 으로서 EUV 광, X 선, 또는 전자선이나 이온 빔 등의 하전 입자선을 사용하는 노광 장치에 본 발명을 적용해도 된다. 예를 들어 하전 입자선을 사용하는 노광 장치의 경우, 전자 광학계 등의 하전 입자선 광학계가 노광용 광학계를 구성하게 된다. 그 외에, 예를 들어 국제 공개 WO 99/49504호 등에 개시되는, 투영 광학계 (PL) 와 웨이퍼 사이에 액체가 채워지는 액침형 노광 장치 등에도 본 발명을 적용해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 스텝·앤드·스캔 방식 등의 주사형 노광 장치에 본 발명이 적용된 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명의 적용 범위가 이것에 한정되지 않음은 물론이다. 즉 스텝·앤드·리피트 방식의 축소 투영 노광 장치에도 본 발명을 바람직하게 적용할 수 있다.
또, 복수의 렌즈로 구성되는 조명 광학계, 투영 광학계를 노광 장치 본체에 장착하여 광학 조정함과 함께, 다수의 기계 부품으로 이루어지는 레티클 스테이지나 웨이퍼 스테이지를 노광 장치 본체에 장착하고 배선이나 배관을 접속하여, 다시 종합 조정 (전기 조정, 동작 확인 등) 함으로써, 상기 실시형태의 노광 장치를 제조할 수 있다. 또, 노광 장치는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 제조 하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명은, 반도체 제조용의 노광 장치에 한정되지 않고, 액정 표시 소자 등을 포함하는 디스플레이의 제조에 사용되는 디바이스 패턴을 유리 플레이트 상에 전사하는 노광 장치, 박막 자기 헤드의 제조에 사용되는 디바이스 패턴을 세라믹 웨이퍼 상에 전사하는 노광 장치, 및 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로 머신, 유기 EL, DNA 칩 등의 제조에 사용되는 노광 장치 등에도 적용할 수 있다. 또한, 반도체 소자 등의 마이크로디바이스뿐만 아니라, 광노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해, 유리 기판 또는 규소 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 여기서, DUV (원자외) 광이나 VUV (진공 자외) 광 등을 사용하는 노광 장치에서는 일반적으로 투과형 레티클이 사용되고, 레티클 기판으로는 석영 유리, 불소가 도프된 석영 유리, 형석, 불화마그네슘, 또는 수정 등이 사용된다. 또한, 프록시미티 방식의 X 선 노광 장치, 또는 전자선 노광 장치 등에서는 투과형 마스크 (스텐실 마스크, 멤브렌 마스크) 가 사용되고, 마스크 기판으로는 규소 웨이퍼 등이 사용된다.
<<디바이스 제조 방법>>
다음으로 상기 서술한 노광 장치를 리소그래피 공정에서 사용하는 디바이스 제조 방법의 실시형태에 대해 설명한다.
도 11 에는, 디바이스 (IC 나 LSI 등의 반도체 칩, 액정 패널, CCD, 박막 자기 헤드, 마이크로머신 등) 제조예의 플로우차트가 나타나 있다. 도 11 에 나 타낸 바와 같이, 먼저 단계 201 (설계 단계) 에 있어서 디바이스의 기능ㆍ성능을 설계 (예를 들어, 반도체 디바이스의 회로 설계 등) 하고, 그 기능을 실현하기 위한 패턴 설계를 한다. 계속해서, 단계 202 (마스크 제작 단계) 에 있어서, 설계한 회로 패턴이 형성된 마스크를 제작한다. 한편, 단계 203 (웨이퍼 제조 단계) 에 있어서 규소 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조한다.
다음으로, 단계 204 (웨이퍼 처리 단계) 에 있어서 단계 201～단계 203 에서 준비한 마스크와 웨이퍼를 사용하여, 후술하는 바와 같이 리소그래피 기술 등에 의하여 웨이퍼 상에 실제 회로 등을 형성한다. 이어서, 단계 205 (디바이스 조립 단계) 에 있어서, 단계 204 에서 처리된 웨이퍼를 사용하여 디바이스를 조립한다. 이 단계 205 에는 다이싱 공정, 본딩 공정 및 패키징 공정 (칩 봉입) 등의 공정이 필요에 따라 포함된다.
마지막으로 단계 206 (검사단계) 에 있어서, 단계 205 에서 제작된 디바이스의 동작 확인 테스트, 내구 테스트 등의 검사를 실시한다. 이러한 공정을 거친 후에 디바이스가 완성되어 이것이 출하된다.
도 12 에는, 반도체 디바이스에서의 상기 단계 204 의 상세한 플로우예가 나타나 있다. 도 12 에 있어서, 단계 211 (산화 단계) 에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 단계 212 (CVD 단계) 에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 단계 213 (전극 형성 단계) 에서는 웨이퍼 상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 단계 214 (이온 주입 단계) 에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 이상의 단계 211～단계 214 각각은 웨이퍼 처리의 각 단계의 전처리 공정을 구성하고 있으며, 각 단계에 있어서 필요한 처리에 따라서 선택되어 실행된다.
웨이퍼 프로세스의 각 단계에서, 상기 서술한 전처리 공정이 종료되면 다음과 같이 하여 후처리 공정이 실행된다. 이 후처리 공정에서는, 먼저 단계 215 (레지스트 형성 단계) 에 있어서 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 계속해서, 단계 216 (노광 단계) 에 있어서 위에서 설명한 리소그래피 시스템 (노광 장치) 및 노광 방법에 의해 마스크의 회로 패턴을 웨이퍼로 전사한다. 다음에, 단계 217 (현상 단계) 에서는 노광된 웨이퍼를 현상하고, 단계 218 (에칭 단계) 에서 레지스트가 잔존해 있는 부분 이외 부분의 노출 부재를 에칭에 의해 제거한다. 그리고, 단계 219 (레지스트 제거 단계) 에 있어서, 에칭이 끝나 불필요해진 레지스트를 제거한다.
이들 전처리 공정과 후처리 공정을 반복하여 실시함으로써 웨이퍼 상에 다중으로 회로 패턴이 형성된다.
이상 설명한 본 실시형태의 디바이스 제조 방법을 사용하면, 노광 공정 (단계 216) 에 있어서 상기 실시형태의 노광 장치가 사용되기 때문에, 노광 정밀도를 저하시키지 않고 높은 스루풋의 노광을 실시할 수 있다. 따라서, 미세 패턴이 형성된 고집적도의 마이크로디바이스의 생산성을 향상시킬 수 있다.
산업상이용가능성
본 발명의 노광 방법 및 노광 장치는, 2개의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 처리를 교대로 실시하는 데에 있어서 적합하다. 또한, 본 발명의 스테이지 장치는, 본 발명의 노광 장치에 사용하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 디바이스 제조 방법은, 마이크로디바이스의 제조에 적합하다.

Claims (21)

  1. 2개의 기판 스테이지에 각각 유지된 기판에 대하여 노광 처리를 교대로 실시하는 노광 방법으로서,
    일방의 기판 스테이지 상의 기판에 노광 동작을 실시한 후에 타방의 기판 스테이지 상의 기판에 노광 동작을 실시할 때에, 상기 노광 동작을 종료한 기판이 유지된 상기 일방의 기판 스테이지를, 다음으로 노광 동작이 실시되는 기판이 유지된 상기 타방의 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치시키는 것과,
    제 1 부재와, 상기 일방의 기판 스테이지에 형성되고 상기 제 1 부재에 대하여 이동 가능한 제 2 부재와, 상기 타방의 기판 스테이지에 형성되고 상기 제 1 부재에 대하여 이동 가능한 제 3 부재를 구비한 구동 장치를 사용하여, 상기 일방의 기판 스테이지를 소정의 면을 따라서 이동시키는 것과,
    상기 구동 장치를 사용하여, 상기 타방의 기판 스테이지를 상기 소정의 면을 따라서 이동시키는 것을 포함하고,
    상기 일방의 기판 스테이지는, 상기 제 2 부재와 함께 상기 타방의 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방의 기판 스테이지가 상기 타방의 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 것은, 상기 일방의 기판 스테이지가, 상기 타방의 기판 스테이지의 하방에서 일시적으로 대기하는 공정인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방의 기판 스테이지가 상기 타방의 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 것은, 상기 타방의 기판 스테이지가, 기판에 대한 얼라인먼트 기간과 노광 기간의 사이에 이동하는 이동 공정의 일부인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  4. 2개의 기판 스테이지 상의 기판에 대한 노광 처리를 교대로 실시하는 노광 장치로서,
    소정의 제 1 위치 근방에 위치하는 상기 각 기판 스테이지 상의 기판을 노광하는 노광 광학계;
    상기 제 1 위치와는 다른 제 2 위치 근방에 위치하는 상기 각 기판 스테이지 상의 기판에 형성된 마크를 검출하는 마크 검출계;
    상기 2개의 기판 스테이지 중 적어도 일방의 기판 스테이지인 특정 스테이지가 나머지 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하는 순서로, 상기 노광 광학계에 의한 노광 동작이 실시된 기판을 유지한 상기 특정 스테이지와 상기 마크 검출계에 의한 마크 검출 동작이 실시된 기판을 유지하는 상기 나머지 기판 스테이지의 위치를 교체하는 교환 장치;
    제 1 부재와, 상기 특정 스테이지에 형성된 제 2 부재와, 상기 나머지 기판 스테이지에 형성된 제 3 부재를 갖고, 상기 특정 스테이지를 소정의 면을 따라서 상기 제 1 부재에 대하여 이동시키고, 상기 나머지 기판 스테이지를 상기 소정의 면을 따라서 상기 제 1 부재에 대하여 이동시키는 구동 장치를 구비하고,
    상기 교환 장치는, 상기 제 1 부재와 함께, 상기 특정 스테이지를 상기 나머지 기판 스테이지의 하방에 일시적으로 위치시키는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 교환 장치는, 상기 특정 스테이지를 나머지 기판 스테이지의 하방에서 일시적으로 대기시키는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 특정 스테이지는, 상기 2개의 기판 스테이지 중 일방의 기판 스테이지이고,
    상기 교환 장치는, 상기 특정 스테이지를, 상기 나머지 기판 스테이지의 하방을 경유하여 이동시키는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 교환 장치는, 상기 특정 스테이지를, 상기 제 2 위치와 그 하방의 제 3 위치 사이에서 상하동 (上下動) 시키는 제 1 상하동 기구와, 상기 특정 스테이지 를, 상기 제 1 위치에 대하여 상기 제 2 위치와 반대측인 제 4 위치와 그 하방의 제 5 위치 사이에서 상하동시키는 제 2 상하동 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
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  16. 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 리소그래피 공정에서, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 사용하여 노광하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 2개의 스테이지를 소정 처리를 실시하기 위해 소정면 상에 있는 제 1 위치로부터 상기 소정면 상에 있는 제 2 위치에 대하여 교대로 이동시키는 스테이지 장치로서,
    상기 제 1 위치에서 제 2 위치에 이르는 경로를 상기 2개의 스테이지에서 다르도록 설정하고, 상기 2개의 스테이지 중 일방의 스테이지만을, 상기 소정면에 대하여 상하시킴으로써 타방의 스테이지의 하방에 일시적으로 위치하도록 이동시키는 교환 장치를 구비하는 스테이지 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 교환 장치는, 상기 일방의 스테이지를 타방의 스테이지의 이동면보다도 하방이 되도록 상하로 이동시키는 상하동 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
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