KR101584827B1 - 이동체 장치 및 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

노광 동작 중에 웨이퍼 스테이지(WST)가 베이스(30) 위에서 가속 및 감속을 행하는 것에 기인하여, 베이스(30) 등을 포함하는 웨이퍼 구동계에 작용하는 토크를, 카운터 매스 장치(35)의 카운터 매스(35b)를 미리 결정된 가속도로 선형 가이드(35a)를 따라 Z축 방향으로 구동시킴으로써 웨이퍼 구동계에 작용하는 토크에 의해 상쇄한다. 이에 따라, 웨이퍼 구동계에 작용는 토크를 캔슬할 수 있어, 노광 장치(10)에서는 정밀도 좋게 웨이퍼(W)에 대한 노광을 행하는 것이 가능해진다.

Description

이동체 장치 및 노광 장치{MOVING DEVICE AND EXPOSURE DEVICE}
본 발명은 이동체 장치 및 노광 장치에 관한 것이며, 더 자세하게는, 가이드면을 갖는 베이스 위를 이동하는 이동체를 갖는 이동체 장치, 및 에너지 빔의 조사에 의해 물체를 노광하는 노광 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자(집적 회로 등), 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스(마이크로 디바이스)의 제조에서의 리소그래피 공정에서는, 주로, 스텝·앤드·리피트 방식의 투영 노광 장치(소위 스테퍼), 또는 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치(소위 스캐닝·스테퍼(스캐너라고도 불림)) 등이 이용되고 있다.
이 종류의 노광 장치에서는, 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 기판(이하, 웨이퍼를 총칭함)을 유지하여 2차원 평면 내를 이동하는 웨이퍼 스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지를 미리 결정된 속도로 구동시키는 구동계를 갖는 스테이지 장치가 일반적으로 이용되고 있다. 그리고, 스테이지 장치의 구동계로서는, 웨이퍼에 전사되는 패턴의 미세화에 따라, 제어 대상을 보다 고속으로, 또한 고정밀도로 위치 결정하는 것이 가능한 평면 모터 등이 이용되고 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 평면 모터를 이용한 스테이지 장치는, 회전형의 모터를 이용한 장치와 비교하여, 기계적인 마찰이 발생하는 부분이 적어지기 때문에 장치의 러닝 코스트를 억제할 수 있고, 또한 장치의 구성을 단순하게 할 수 있기 때문에, 금후 이용의 확대가 예상된다.
그러나, 평면 모터를 이용하여 웨이퍼 스테이지를 구동시키는 경우, 그 구동력의 반력이 평면 모터의 고정자에 작용하고, 이 반력에 기인하여 장치에 발생하는 진동이 노광 정밀도를 악화시킬 우려가 있다.
특허문헌 1: 국제 공개 제99/048192호
본 발명은 전술한 사정 하에서 이루어진 것으로, 제1 관점에서 보면, 가이드면을 갖는 베이스와; 상기 가이드면 위를 이동하는 이동체와; 상기 베이스에 설치된 제1 부재와 상기 이동체에 설치된 제2 부재를 포함하며, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 협동함으로써, 상기 베이스와 상기 이동체의 사이에 상기 이동체를 상기 가이드면을 따라 이동시키는 추력을 발생시키는 평면 모터와; 상기 평면 모터의 추력에 의해 상기 이동체가 이동할 때에 발생하는, 상기 베이스와 상기 이동체를 포함하는 계의 무게 중심을 중심으로 발생하는 회전력을 캔슬하는 방향의 힘을, 상기 베이스에 작용시키는 캔슬 장치를 구비하는 제1 이동체 장치이다.
또한, 본 발명은 제2 관점에서 보면, 가이드면을 갖는 베이스와; 상기 가이드면 위를 이동하는 이동체와; 상기 베이스와 상기 이동체의 사이에, 상기 이동체를 상기 가이드면을 따라 이동시키는 추력을 발생시키는 구동계와; 상기 이동체의 이동에 의해, 상기 베이스와 상기 이동체를 포함하는 계의 무게 중심을 중심으로 발생하는 회전력을 캔슬하는 방향의 힘을, 상기 베이스에 작용시키는 캔슬 장치를 구비하고, 상기 캔슬 장치는, 상기 가이드면에 직교하는 직교축 방향으로 이동하는 질량체와, 상기 베이스에 설치되어 상기 질량체를 상기 직교축 방향으로 안내하는 가이드와, 상기 이동체의 이동에 따라 상기 질량체를 상기 가이드에 대하여 이동시키는 액츄에이터를 갖는 제2 이동체 장치이다.
또한, 본 발명은 제3 관점에서 보면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체를 노광하는 노광 장치로서, 상기 물체가 상기 이동체에 유지되는 본 발명의 이동체 장치를 구비하는 노광 장치이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태의 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 방진 장치의 근방을 나타내는 도면이다.
도 3은 웨이퍼 스테이지를 나타내는 사시도이다.
도 4는 웨이퍼 스테이지의 일부 단면도(제1 도)이다.
도 5는 웨이퍼 스테이지의 일부 단면도(제2 도)이다.
도 6의 (A) 및 도 6의 (B)는 가이드(54)를 구성하는 고정자 코일을 나타내는 도면(제1 도, 제2 도)이다.
도 7의 (A) 및 도 7의 (B)는 고정자 코일의 각 권선과 자석 유닛의 영구 자석의 배치를 설명하기 위한 도면(제1 도, 제2 도)이다.
도 8의 (A) 및 도 8의 (B)는 고정자 코일과 자석 유닛의 작용을 설명하기 위한 도면(제1 도, 제2 도)이다.
도 9는 고정자 코일과 자석 유닛의 작용을 설명하기 위한 도면(제3 도)이다.
도 10은 노광 장치의 제어계의 블록도이다.
도 11은 카운터 매스 장치(35)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일실시형태를 도 1∼도 11에 기초하여 설명한다.
도 1에는, 본 실시형태에 따른 노광 장치(10)의 개략 구성이 나타나 있다. 이 노광 장치(10)는, 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 노광 장치(스캐닝·스테퍼)이다. 후술하는 바와 같이 본 실시형태에서는, 투영 광학계(PL)가 설치되어 있고, 이하 이 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과 평행한 방향을 Z축 방향, 이것에 직교하는 면 내에서 레티클(R)과 웨이퍼(W)가 상대 주사되는 방향을 Y축 방향, Z축 및 Y축에 직교하는 방향을 X축 방향으로 하며, X축, Y축 및 Z축에 평행한 축 둘레의 회전 방향을 각각 θx 방향, θy 방향, θz 방향으로 하여 설명을 행한다.
노광 장치(10)는, 광원 및 조명 광학계를 포함하여, 조명광(노광광)(IL)에 의해 레티클(R)을 조명하는 조명계(12), 레티클(R)을 유지하는 레티클 스테이지(RST), 투영 유닛(PU), 웨이퍼(W)가 배치되는 웨이퍼 스테이지(WST)를 포함하는 웨이퍼 스테이지 장치(100), 및 이것들의 제어계를 구비하고 있다.
조명계(12)는, 도시하지 않는 레티클 블라인드로 규정된 레티클(R) 위의 슬릿형의 조명 영역을 조명광(IL)에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 여기서, 조명광(IL)으로서는, 일례로서 ArF 엑시머 레이저광(파장 193 ㎚)이 이용되고 있다.
레티클 스테이지(RST)는, XY 평면을 따라 배치된 레티클 스테이지 베이스(20) 위에 배치되고, 레티클 스테이지 구동계(19)를 구성하는, 예컨대 자기 부상형 2차원 리니어 액츄에이터가 발생하는 자기 부상력에 의해 레티클 스테이지 베이스(20) 위에 부상 지지되어 있다. 그리고, 레티클 스테이지(RST) 위에는, 레티클(R)이, 예컨대 진공 흡착 또는 정전 흡착에 의해 고정되어 있다.
레티클 스테이지(RST)는, 레티클 스테이지 구동계(19)가 발생하는 구동력에 의해 Y축 방향으로 미리 결정된 스트로크로 구동되며, X축 방향 및 θz 방향으로도 미소 구동되고, 또한, 레티클 스테이지 구동계(19)가 복수 부분에서 발생하는 자기 부상력의 조정에 의해 Z축 방향 및 XY 평면에 대한 경사 방향(θ x 방향 및 θ y 방향)으로도 미소 구동 가능하다.
레티클 스테이지(RST)(레티클(R))의 XY 평면 내의 위치 정보(θz 방향의 회전 정보도 포함함)는, 레티클 스테이지(RST)에 고정된(또는 형성된) 반사면에 레이저 빔을 조사하는 레티클 레이저 간섭계(이하, 「레티클 간섭계」라고 함)(18R)에 의해, 예컨대 0.25∼1 ㎚ 정도의 분해능으로 상시 구하는 것이 가능하다. 그리고, 레티클(R)의 Z축 방향의 위치 정보는, 예컨대 미국 특허 제5,448,332호 명세서에 개시된 다점 초점 위치 검출계로 이루어지는 도시하지 않는 레티클 포커스 센서에 의해 구할 수 있다.
레티클 간섭계(18R) 및 레티클 포커스 센서의 계측값은, 주제어 장치(11)(도 10 참조)에 공급되고, 주제어 장치(11)는, 이들 계측값에 기초하여, 레티클 스테이지 구동계(19)를 통해 레티클 스테이지(RST)를 구동한다.
투영 유닛(PU)은, 레티클 스테이지(RST)의 도 1에서의 하측에 배치되어 있다. 투영 유닛(PU)은, 원통형의 경통(40)과, 상기 경통(40)에 유지된 복수의 광학 소자로 이루어지는 투영 광학계(PL)를 갖고 있다.
투영 광학계(PL)로서는, 예컨대, Z축과 평행한 광축(AX)을 따라 배열된 복수의 광학 소자(렌즈 엘리멘트)로 이루어지는 굴절 광학계가 이용되고 있다. 투영 광학계(PL)는, 예컨대 양측 텔리센트릭으로, 미리 결정된 투영 배율(예컨대 1/4배, 1/5배 또는 1/8배 등)을 갖는다. 이 때문에, 조명계(12)로부터의 조명광(IL)에 의해 조명 영역이 조명되면, 투영 광학계(PL)의 제1 면(물체면)과 패턴면이 거의 일치하여 배치되는 레티클(R)을 통과한 조명광(IL)에 의해, 투영 광학계(PL)를 통해 그 조명 영역 내의 레티클의 회로 패턴의 축소상(회로 패턴의 일부의 축소상)이, 투영 광학계(PL)의 제2 면(상(像)면)측에 배치되는, 표면에 레지스트(감광제)가 도포된 웨이퍼(W) 위의 상기 조명 영역에 공역인 영역(노광 영역)에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지(RST)와 웨이퍼 스테이지(WST)의 동기 이동에 의해, 조명 영역(조명광(IL))에 대하여 레티클을 주사 방향(Y축 방향)으로 상대 이동시키며, 노광 영역(조명광(IL))에 대하여 웨이퍼(W)를 주사 방향(Y축 방향)으로 상대 이동시킴으로써, 웨이퍼(W) 위의 하나의 쇼트 영역(구획 영역)의 주사 노광이 행해지고, 그 쇼트 영역에 레티클의 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는 조명계(12) 및 투영 광학계(PL)에 의해 웨이퍼(W) 위에 레티클(R)의 패턴이 생성되고, 조명광(IL)에 의한 웨이퍼(W) 위의 감응층(레지스트층)의 노광에 의해 웨이퍼(W) 위에 그 패턴이 형성된다.
웨이퍼 스테이지 장치(100)는, 베이스(30), 베이스(30)를 XY 평면 내에서 미소 이동시키는 XY 트림 모터(36), 베이스(30)의 상면(XY 평면)을 따라 이동하는 웨이퍼 스테이지(WST), 웨이퍼 스테이지(WST)를 구동하는 구동계, 및 웨이퍼 스테이지(WST)의 구동에 따라 베이스(30)에 작용하는 회전력을 캔슬하는 복수의 카운터 매스 장치(35) 등을 구비하고 있다.
베이스(30)는, 상면측에 자석 유닛(32)이 매립된 정사각형 판형의 부재이며, 바닥면(102)에 배치된 지지대(37)의 상측에, 복수의 회전체(88a)(예컨대, 볼, 굴림대 등)를 포함하는 지지 장치(88)를 각각 통하여 복수의 방진 장치(34)에 의해 거의 수평으로 지지되어 있다.
자석 유닛(32)은, Z축 방향의 자계를 발생시키는 복수의 영구 자석과, Y축 방향 또는 X축 방향의 자계를 발생시키는 보간 자석을 갖고 있다. 그리고, 각각의 영구 자석은, 인접하는 영구 자석 사이에서 자계의 방향이 서로 역방향이 되도록 매트릭스형으로 배치되어 있다. 또한, 각각의 보간 자석은, 보간 자석이 발생시키는 자계의 방향이, 인접하는 영구 자석 사이에 발생하는 자계의 방향과 일치한 상태로, 인접하는 영구 자석의 사이에 각각 배치되어 있다. 이에 따라, 자석 유닛(32)에서는, 인접하는 영구 자석 사이에, 보간 자석을 통해 자속이 순환하는 자기 회로가 형성되도록 되어 있다. 자석 유닛(32)은, 베이스(30)의 상면측으로부터 매립되고, 베이스(30)의 상면에는, 자석 유닛(32)을 덮도록, 비자성체로 이루어지는 보호 플레이트(31)가 고정되어 있다. 보호 플레이트(31)는, 웨이퍼 스테이지(WST)와, 자석 유닛(32)의 직접적인 접촉을 방지하며, 웨이퍼 스테이지(WST)의 이동 시의 가이드면으로 되어 있다.
도 2는 베이스(30)를 지지하는 방진 장치(34)를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 방진 장치(34)는, 지지대(37)의 상면에 고정된 에어 마운트(70)와, 베이스(30)를 수직 방향(Z축 방향)으로 고응답으로 미소 구동 가능한 보이스 코일 모터(78)를 구비하고 있다.
에어 마운트(70)는, 상부에 개구를 갖는 하우징(71)과, 하우징(71)의 개구를 막은 상태로 배치된 유지 부재(73)와, 하우징(71)과 유지 부재(73)에 접속되며, 하우징(71) 및 유지 부재(73)와 동시에 거의 기밀 상태의 기체실(74)을 형성하는 다이어프램(75)과, 기체실(74)의 내부에 충전된 기체, 예컨대 공기의 압력을 조정하는 전자 레귤레이터(이하, 적절하게 「레귤레이터」라고도 부름)(77)를 구비하고 있다.
보이스 코일 모터(78)는, 베이스(30)의 하면에 지지 장치(88)를 통해 부착된 가동자(78a), 및 상기 가동자(78a)에 Z축 방향의 전자력을 작용시키는 고정자(78b)를 갖고 있다.
방진 장치(34)에서는, 주제어 장치(11)(도 10 참조)에 의해 도시하지 않는 압력 센서의 계측값에 기초하여 전자 레귤레이터(77)가 제어되어, 기체실(74) 내부의 기체의 압력 제어가 행해진다. 이에 따라, 바닥면(102)(도 1 참조)으로부터 지지대(37)를 통해 전파되는, 예컨대 20 ㎐ 정도의 진동 성분이 제진(除振)된다. 또한, 기체실(74) 내의 기체의 제어만으로는, 20 ㎐ 정도의 진동 성분밖에 제거할 수 없기 때문에, 주제어 장치(11)는, 전자 레귤레이터(77)의 제어와 병행하여, 예컨대, 베이스(30)의 진동을 검출하는 도시하지 않는 가속도 센서 등으로부터의 출력에 따라 보이스 코일 모터(78)의 제어를 행한다. 이에 따라, 베이스(30)와 바닥면(102) 위에 배치된 지지대(37)의 사이는 진동적으로 마이크로 G 레벨로 절연된다.
또한, 베이스(30)는, 복수의 회전체(88a)를 포함하는 지지 장치(88)를 통해 방진 장치(34)에 지지되어 있기 때문에, 방진 장치(34)에 대하여 X축 방향 및 Y축 방향으로 상대 이동할 수 있다. 지지 장치(88)로서는, 예컨대 스러스트 베어링이나 에어 베어링을 이용할 수 있다. 그리고, 베이스(30)의 XY 평면 내의 위치(θz 회전도 포함함)는, 예컨대 베이스(30)의 측면에 레이저 빔을 조사하는 레이저 간섭계(이하, 「베이스 간섭계」라고 함)(18B)(도 1 참조)에 의해, 예컨대 0.25∼1 ㎚ 정도의 분해능으로 상시 검출된다. 또한, 베이스 간섭계(18B)는, X축 방향 위치 계측용의 것과 Y축 방향 위치 계측용의 것이 각각 배치되어 있지만, 도 1에서는 이것들이 대표적으로 베이스 간섭계(18B)로서 도시되어 있다.
XY 트림 모터(36)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 베이스(30)의 측면에 부착된 가동자(36a)와, 상기 가동자(36a)에 X축 방향 및 Y축 방향의 전자력을 작용시키는 고정자(36b)를 갖고 있다. 그리고, 웨이퍼 스테이지(WST)가 베이스(30) 위를 미리 결정된 가속도로 이동할 때에 발생하는 반력에 의해 베이스(30)가 XY 평면 내를 이동한 경우에는, 주제어 장치(11)(도 10 참조)가, 베이스 간섭계(18B)를 모니터하면서 XY 트림 모터(36)를 제어함으로써, 반력에 의해 이동한 베이스(30)를 반력의 방향과 반대의 방향으로 이동시킨다.
도 3은 웨이퍼 스테이지(WST)의 사시도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지(WST)는, 조동(粗動) 스테이지(WRS)와, 조동 스테이지(WRS) 위에 이동 가능하게 배치된 미동(微動) 스테이지(WFS)와, 미동 스테이지(WFS)에 지지되는 웨이퍼 테이블(42)을 갖고 있다.
도 4는 웨이퍼 스테이지(WST)를 +Y 방향을 향하여 본 단면도(일부 단면도)이며, 도 5는 웨이퍼 스테이지(WST)를 -X 방향을 향하여 본 단면도(일부 단면도)이다. 이들 도 4 및 도 5를 참조하면 알 수 있듯이, 조동 스테이지(WRS)는, 정사각형 판형의 베이스부(51), 및 베이스부(51) 상면의 +Y측 단부 및 -Y측 단부로부터 상측(+Z 방향)으로 연장하여 설치된 한쌍의 지지부(52)의 2부분으로 이루어지는 ZY 단면 U자형의 부재이다.
베이스부(51)의 하면측(-Z측의 면측)에는, 전기자 유닛(58)이 수용되어 있다. 전기자 유닛(58)은, 공급되는 전류의 크기에 따른 Z축 방향의 자계를 발생시키는 복수의 코일을 포함하고 있으며, 전술한 베이스(30)에 배치된 자석 유닛(32)과 함께, 조동 스테이지(WRS)를, 베이스(30)의 상면에 고정된 보호 플레이트(31)의 상면에서 구동하는 평면 모터(XY 구동계)를 구성하고 있다.
또한, 조동 스테이지(WRS)의 한쌍의 지지부(52)의 사이에는, 길이 방향을 Y축 방향으로 하는 4개의 가이드(54) 각각이, +Y측 단부 및 -Y측 단부를 한쌍의 지지부(52)에 의해 각각 지지됨으로써, Z축 방향 및 X축 방향에 각각 인접한 상태로 가설되어 있다.
도 6의 (A) 및 도 6의 (B)를 참조하면 알 수 있듯이, 가이드(54)의 내부의 -X측에는, 평면에서 보아(상측으로부터 보아) 정사각형의 상부 권선(55a)과 하부 권선(55b)이 상하 방향으로 포개어 배치된 복수의 고정자 코일(55)이, Y축을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 가이드(54)의 내부의 +X측에는, 평면에서 보아 직사각형의 고정자 코일(56)이, Y축 방향을 길이 방향으로 하여 배치되어 있다. 또한, 도 6의 (A) 및 도 6의 (B)는, 도 4 및 도 5에서 나타낸 4개의 가이드(54) 중 1개를 나타내는 것이다. 이하의 도 7의 (A) 및 도 7의 (B), 도 8의 (A) 및 도 8의 (B), 도 9를 이용한 설명에서는, 1개의 가이드(54)에 대해서 설명하지만, 예컨대 가이드(54)에 배치되는 고정자 코일(55, 56)의 구성이나 그 구성에 따른 힘의 발생 원리는 각 가이드(54)에 공통되는 것이다. 그리고, 4개의 가이드(54)는, 각각이 갖는 고정자 코일(55, 56)이, 미동 스테이지(WFS)의 중심(C)(도 4 참조, 무게 중심이어도 좋음)에 대하여 도 4에 나타내는 것과 같은 단면에서 점대칭이 되도록 배치되어 있다. 단, 이러한 배치에 한정되는 일은 없고, 4개의 가이드는, 예컨대, 도면 좌우 또는 상하의 가이드의 2조씩이 선대칭이 되도록 배치되어도 좋다. 또한, 도 7의 (A), 도 8의 (A), 및 도 8의 (B)에서는, 복수의 고정자 코일(55)에 대하여, -Y측으로부터 +Y측을 향하여 순서대로 551, 552, 553의 번호를 붙여 설명한다.
미동 스테이지(WFS)는, 도 4 및 도 5를 참조하면 알 수 있듯이, 길이 방향을 Y축 방향으로 하는 직육면체형의 부재이며, +Y측으로부터 -Y측으로 관통하는 4개의 개구부(60A, 60B, 60C, 60D)가 Z축 방향 및 X축 방향에 각각 인접한 상태로 형성되어 있다. 그리고, 개구부(60A∼60D) 각각의 상하에 대향하는 한쌍의 대향면 중, 상측의 면에는 길이 방향을 Y축 방향으로 하는 자석 유닛(61A, 63A)이 X축 방향에 인접하여 각각 고정되고, 하측의 면에는 길이 방향을 Y축 방향으로 하는 자석 유닛(61B, 63B)이 X축 방향에 인접하여 각각 고정되어 있다.
미동 스테이지(WFS)는, 4개의 개구부(60A∼60D) 각각에, 가이드(54)가 삽입된 상태로 조동 스테이지(WRS)에 대하여 장착되어 있다. 또한, 조동 스테이지(WRS)에 장착된 미동 스테이지(WFS)의 자기 중량은, 지지 장치(자기 중량 캔슬러)(60)에 의해 조동 스테이지(WRS)의 베이스부(51)의 상면에 지지되어 있다. 이에 따라, 4개의 가이드(54)와, 자석 유닛(61A, 61B, 63A, 63B) 각각이 기계적으로 간섭하지 않도록 되어 있다.
웨이퍼 테이블(42)은, 평면에서 보아 대략 정사각형의 판형 부재로 이루어지며, 하면이 미동 스테이지(WFS)의 상면에 고정되고, 상면에는, 예컨대 도시하지 않는 웨이퍼 홀더를 통해 웨이퍼(W)가 정전 흡착 또는 진공 흡착된다. 또한, 웨이퍼 테이블(42)의 상면에는, 도시하지 않는 기준 마크판이, 그 표면이 웨이퍼(W)와 동일 높이가 되는 상태로 고정되어 있다. 이 기준 마크판의 표면에는, 적어도 한쌍의 레티클 얼라인먼트용의 제1 기준 마크와, 이들 제1 기준 마크에 대하여 기지의 위치 관계에 있는 오프 액시스 얼라인먼트계의 베이스 라인 계측용의 제2 기준 마크 등이 형성되어 있다. 또한, 웨이퍼 테이블(42)의 +Y측의 측면, 및 -X측의 측면에는, 경면 가공에 의해 반사면이 각각 형성되어 있다.
전술한 바와 같이 조동 스테이지(WRS)에 미동 스테이지(WFS)가 장착되었을 때에는, 예컨대 도 4에 나타내는 바와 같이, 가이드(54)의 상측에 자석 유닛(61A, 63A)이 각각 위치하고, 가이드(54)의 하측에 자석 유닛(61B, 63B)이 각각 위치하고 있다. 또한, 이 상태일 때에는, 도 7의 (A) 및 도 7의 (B)에 나타내는 바와 같이, 자석 유닛(61A, 61B)은, 가이드(54)의 내부에 배치된 고정자 코일(55)을 개재하여 대향한 상태로 되어 있다. 그리고, 도 7의 (B)에 나타내는 바와 같이, 자석 유닛(63A, 63B)은, 가이드(54)의 내부에 배치된 고정자 코일(56)을 개재하여 대향한 상태로 되어 있다.
자석 유닛(61A, 61B) 각각은, 상면측(+Z측)이 N극인 복수의 영구 자석(62N), 및 하면측(-Z측)이 S극인 복수의 영구 자석(62S)을 갖고 있다. 자석 유닛(61A, 61B) 각각에서, 복수의 영구 자석(62N)과 영구 자석(62S)은, Y축 방향으로 교대로, 또한 등간격으로 배열되어 있다. 또한, 자석 유닛(61A)이 갖는 영구 자석(62N)은, 자석 유닛(61B)이 갖는 영구 자석(62S)에 대향하여 배치되며, 자석 유닛(61A)이 갖는 영구 자석(62S)은, 자석 유닛(61B)이 갖는 영구 자석(62N)에 대향하여 배치되어 있다. 이에 따라, 자석 유닛(61A)과 자석 유닛(61B)에 끼인 공간에는, Y축 방향으로 서로 방향이 반대인 자계가 Y축 방향으로 등간격으로 형성된다.
또한, 자석 유닛(61A)에서는, 도 7의 (A)에 나타내는 바와 같이, 예컨대 자석 유닛(61A)이 갖는 복수의 영구 자석 중 하나의 영구 자석(62N)의 바로 아래에 고정자 코일(552)의 중심이 배치된 상태로, 이 영구 자석(62N)에 대하여 +Y 방향에 인접하는 1조의 영구 자석(62N, 62S)이 각각 고정자 코일(551)의 상부 권선(55a)의 상측에 배치되고, 또한 -Y 방향에 인접하는 1조의 영구 자석(62S, 62N)이 각각 고정 코일(553)의 상부 권선(55a)의 상측에 배치되도록, 인접하는 영구 자석(62N, 62S)의 간격이 설정되어 있다. 자석 유닛(61B)이 갖는 복수의 영구 자석(62N, 62S)의 간격도, 자석 유닛(61A)이 갖는 복수의 영구 자석(62N, 62S)의 간격과 동일하게 설정되어 있다.
따라서, 일례로서 도 8의 (A)에 나타내는 고정자 코일(552)과 같이, 중심의 위치가 영구 자석(62N)의 바로 아래에 위치하는 고정자 코일(55)의 상부 권선(55a)에 -Z 방향에서 보아 오른쪽 방향의 전류가 공급되면, 고정자 코일(55)의 상측에 N극이 형성되고, 또한, 하부 권선(55b)에 -Z 방향에서 보아 왼쪽 방향의 전류가 공급되면 고정자 코일(55)의 하측에 N극이 형성된다. 이에 따라, 고정자 코일(55)과 자석 유닛(61A)의 사이에 흡인력이 발생하고, 고정자 코일(55)과 자석 유닛(61B)의 사이에 반발력(척력)이 발생한다. 이 힘은 미동 스테이지(WFS)에 대하여 하향의 추력으로서 작용하기 때문에, 미동 스테이지(WFS)를 조동 스테이지(WRS)에 대하여 하측(-Z 방향)으로 상대 이동시킬 수 있다.
마찬가지로 중심의 위치가 영구 자석(62N)의 바로 아래에 위치하는 고정자 코일(55)의 상부 권선(55a)에 -Z 방향에서 보아 왼쪽 방향의 전류가 공급되면, 고정자 코일(55)의 상측에 S극이 형성되고, 또한, 하부 권선(55b)에 -Z 방향에서 보아 오른쪽 방향의 전류가 공급되면, 고정자 코일(55)의 하측에 S극이 형성된다. 이에 따라, 고정자 코일(55)과 자석 유닛(61A)의 사이에 반발력이 발생하고, 고정자 코일(55)과 자석 유닛(61B)의 사이에 흡인력이 발생한다. 이 힘은 미동 스테이지(WFS)에 대하여 상향의 추력으로서 작용하기 때문에, 미동 스테이지(WFS)를 조동 스테이지(WRS)에 대하여 상측(+Z 방향)으로 상대 이동시킬 수 있다.
또한, 일례로서 도 8의 (B)에 나타내는 고정자 코일(551, 553)과 같이, 각 권선(55a, 55b) 각각이 영구 자석(62S, 62N)의 바로 아래에 위치하는 고정자 코일(55)의 각 권선(55a, 55b)에, 각각 -Z 방향에서 보아 오른쪽 방향의 전류가 공급되면, 각 권선(55a, 55b)에 -Y 방향의 힘(로렌츠 힘)이 작용하고, 그 반작용으로서 영구 자석(62)에 +Y 방향의 힘이 작용한다. 영구 자석(62)에 작용하는 힘은 미동 스테이지(WFS)에 대하여 +Y 방향의 추력으로서 작용하기 때문에, 미동 스테이지(WFS)를 조동 스테이지(WRS)에 대하여 +Y 방향으로 상대 이동시킬 수 있다.
마찬가지로 각 권선(55a, 55b) 각각이 영구 자석(62S, 62N)의 바로 아래에 위치하는 고정자 코일(55)의 각 권선(55a, 55b)에, 각각 -Z 방향에서 보아 왼쪽 방향의 전류가 공급되면, 각 권선(55a, 55b)에 +Y 방향의 힘이 작용하고, 그 반작용으로서 영구 자석(62)에 -Y 방향의 힘이 작용한다. 영구 자석(62)에 작용하는 힘은 미동 스테이지(WFS)에 대하여 -Y 방향의 추력으로서 작용하기 때문에, 미동 스테이지(WFS)를 조동 스테이지(WRS)에 대하여 -Y 방향으로 상대 이동시킬 수 있다.
또한, 자석 유닛(63A, 63B) 각각은, 도 7의 (B)를 참조하면 알 수 있듯이, X축 방향에 관하여 미리 결정된 간격으로 배치된 1조의 영구 자석(64)(64S, 64N)을 갖고 있다. 1조의 영구 자석(64) 각각 중, -X측의 영구 자석은, 각각 상면측(+Z측)이 S극으로 되어 있고, +X측의 영구 자석은, 각각 상면측(-Z측)이 N극으로 되어 있다. 이하, 상면측이 S극으로 된 영구 자석(64)을 영구 자석(64S)으로 표시하고, 상면측이 N극으로 된 영구 자석(64)을 영구 자석(64N)으로 표시한다. 이에 따라, 한쌍의 영구 자석(64S)에 끼인 공간에는, 하향의 자계가 형성되고, 한쌍의 영구 자석(64N)에 끼인 공간에는, 상향의 자계가 형성된다. 한쌍의 영구 자석(64S)은, 고정자 코일(56)의 -X측의 단부의 상측, 및 하측에 각각 배치되고, 한쌍의 영구 자석(64N)은, 고정자 코일(56)의 +X측의 단부의 상측, 및 하측에 각각 배치되어 있다.
따라서, 일례로서 도 9에 나타내는 바와 같이, 고정자 코일(56)에 -Z 방향에서 보아 오른쪽 방향의 전류가 공급되면, 고정자 코일(56)에 +X 방향의 힘(로렌츠 힘)이 작용하고, 그 반작용으로서 영구 자석(64)(64S, 64N)에 -X 방향의 힘이 작용한다. 영구 자석(64)에 작용하는 힘은 미동 스테이지(WFS)에 대하여 -X 방향의 추력으로서 작용하기 때문에, 미동 스테이지(WFS)를 조동 스테이지(WRS)에 대하여 -X 방향으로 상대 이동시킬 수 있다.
마찬가지로, 고정자 코일(56)에 -Z 방향에서 보아 왼쪽 방향의 전류가 공급되면, 고정자 코일(56)에 -X 방향의 힘이 작용하고, 그 반작용으로서 영구 자석(64)에 +X 방향의 힘이 작용한다. 영구 자석(64)에 작용하는 힘은 미동 스테이지(WFS)에 대하여 +X 방향의 추력으로서 작용하기 때문에, 미동 스테이지(WFS)를 조동 스테이지(WRS)에 대하여 +X 방향으로 상대 이동시킬 수 있다.
이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 실시형태의 웨이퍼 스테이지 장치(100)에서는, 베이스(30)에 고정된 자석 유닛(32)과, 조동 스테이지(WRS)에 고정된 전기자 유닛(58)으로, 웨이퍼 스테이지(WST)를 XY 평면 내에서 구동하는 XY 구동계(평면 모터)(XYM)(도 10 참조)가 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태의 웨이퍼 스테이지(WST)에서는, 미동 스테이지(WFS)의 개구부(60A∼60D) 각각에 삽입된 가이드(54)에 고정된 코일(55)과, 개구부(60A∼60D)를 규정하는 한쌍의 대향면 각각에 고정된 자석 유닛(61A, 61B)으로, 미동 스테이지(WFS)를 조동 스테이지(WRS)에 대하여 Y축 방향 및 Z축 방향으로 상대 이동하는 4개의 YZ 구동계(YZ1, YZ2, YZ3, YZ4)(각각도 10 참조)가 구성되어 있다. 또한, 미동 스테이지(WFS)의 개구부(60A∼60D) 각각에 삽입된 가이드(54)에 고정된 코일(56)과, 개구부(60A∼60D)를 규정하는 한쌍의 대향면 각각에 고정된 자석 유닛(63A, 63B)으로, 미동 스테이지(WFS)를 조동 스테이지(WRS)에 대하여 X축 방향으로 상대 이동하는 4개의 X 구동계(X1, X2, X3, X4)(각각도 10 참조)가 구성되어 있다.
이에 따라, 웨이퍼 스테이지 장치(100)에서는, YZ 구동계(YZ1∼YZ4) 중 일부와 타부에 상호 다른 추력을 발생시킴으로써, 미동 스테이지(WFS)를, Z축 및/또는 Y축 방향으로 회전시킬 수 있다. 구체적으로 설명하면, YZ 구동계(YZ1)(및/또는 YZ 구동계(YZ2))와, YZ 구동계(YZ3)(및/또는 YZ 구동계(YZ4))의 사이에서, 크기가 다른 Y축 방향의 추력을 미동 스테이지(WFS)에 작용시킴으로써, 미동 스테이지(WFS)를 Z축 방향으로 회전시킬 수 있다. 또한, YZ 구동계(YZ1)(및/또는 YZ 구동계(YZ3))와, YZ 구동계(YZ2)(및/또는 YZ 구동계(YZ4))의 사이에서, 크기가 다른 Y축 방향의 추력을 미동 스테이지(WFS)에 작용시킴으로써, 미동 스테이지(WFS)를 X축 방향으로 회전시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 장치(100)에서는, X 구동계(X1∼X4) 중 일부와 타부에 상호 다른 추력을 발생시킴으로써, 미동 스테이지(WFS)를, Y축 방향으로 회전시킬 수 있다. 구체적으로 설명하면, X 구동계(X1)(및/또는 X 구동계(X3))와, X 구동계(X2)(및/또는 X 구동계(X4))의 사이에서, 크기가 다른 X축 방향의 추력을 미동 스테이지(WFS)에 작용시킴으로써, 미동 스테이지(WFS)를 Y축 방향으로 회전시킬 수 있다.
도 1로 되돌아가서, 웨이퍼 스테이지(WST)의 XY 평면 내의 위치 정보(θz 방향의 회전 정보도 포함함)는, 웨이퍼 테이블(42)(도 3 참조)의 측면에 레이저 빔을 조사하는 웨이퍼 레이저 간섭계(이하, 「웨이퍼 간섭계」라고 함)(18W)에 의해, 예컨대 0.5∼1 ㎚ 정도의 분해능으로 상시 구하는 것이 가능하다. 또한, 웨이퍼 간섭계(18W)는, X축 방향 위치 계측용의 것과 Y축 방향 위치 계측용의 것을 포함하지만, 도 1에서는 이것들이 대표적으로 웨이퍼 간섭계(18W)로서 도시되어 있다. 또한, X축 방향 위치 계측용의 레이저 간섭계 및 Y축 방향 위치 계측용의 레이저 간섭계는, 함께 측장축(測長軸)을 복수 갖는 다축 간섭계이며, 웨이퍼 테이블(42)의 X, Y 위치 정보의 외에, 회전 정보(요우잉량 정보(θz 방향의 회전 정보), 피칭량 정보(θx 방향의 회전 정보), 롤링량 정보(θy 방향의 회전 정보))도 구할 수 있다.
웨이퍼 스테이지(WST)에 유지된 웨이퍼(W) 표면의 Z축 방향의 위치 정보 및 경사량은, 투영 유닛(PU)의 경통(40)에 도시하지 않는 유지 장치를 통해 부착된, 전술한 레티클 포커스 센서와 같은, 예컨대 미국 특허 제5,448,332호 명세서에 상세하게 개시되어 있는 웨이퍼 포커스 센서(WF)(도 10 참조)에 의해 구할 수 있다.
웨이퍼 테이블(42) 및 웨이퍼(W)에 관한 위치 정보(또는 속도 정보)는, 주제어 장치(11)에 전송되고, 주제어 장치(11)는, 이들 위치 정보(또는 속도 정보)에 기초하여, XY 구동계(XYM), 4개의 YZ 구동계(YZ1∼YZ4), 4개의 X 구동계(X1∼X4)를 통해 조동 스테이지(WRS) 및 미동 스테이지(WFS)의 위치(또는 속도) 제어를 행한다.
여기서, 웨이퍼 스테이지(WST)가 베이스(30)의 상면에서, XY 구동계(XYM)에 의해, 가속 및 감속될 때에는, 베이스(30)의 자석 유닛(32)과, 웨이퍼 스테이지(WST)의 전기자 유닛(58)의 사이에 전자력이 작용한다. 예컨대 도 11에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지(WST)에 +Y 방향의 추력(F)을 작용시킨 경우에는, 자석 유닛(32)에는 -Y 방향으로 추력(F)의 반력(F')이 작용한다. 그리고, 이 반력(F')에 의해, 웨이퍼 스테이지(WST), 베이스(30), 자석 유닛(32) 등을 포함하는 계(이하, 웨이퍼 구동계라고 약술함)에는, 예컨대, 그 계의 무게 중심을 지나 X축에 평행한 축(S) 방향으로, 반력(F')에 축(S)으로부터 반력(F')이 작용하는 점까지의 Z축 방향의 거리(D)를 곱한 크기의 토크(피칭 모멘트)가 작용한다.
복수의 카운터 매스 장치(35) 각각은, 베이스(30)와 웨이퍼 스테이지(WST)를 포함하는 계의 무게 중심을 중심으로 발생하는 토크를 캔슬하는 방향의 힘을, 베이스(30)에 작용시키기 위한 것이다. 카운터 매스 장치(35)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 예컨대 베이스(30) 하면의 -Y측 단부 및 +Y측 단부에 각각 배치되어 있고, 베이스(30) 하면에 길이 방향을 Z축 방향으로 하여 고정된 리니어 가이드(35a)와, 상기 리니어 가이드(35a)를 따라 Z축 방향으로 이동 가능한 환형의 카운터 매스(35b)를 갖고 있다.
리니어 가이드(35a)에는, 예컨대 그 내부에 복수의 전기자 코일이 Z축 방향으로 배치되어 있다. 또한, 환형의 카운터 매스(35b)는, 리니어 가이드(35a)가 삽입된 상태로 리니어 가이드(35a)에 부착되고, 카운터 매스(35b)에 배치된 영구 자석이 리니어 가이드(35a)에 대향하도록 되어 있다. 즉, 카운터 매스(35b)의 영구 자석과, 리니어 가이드(35a)의 전기자 코일로, 카운터 매스(35b)를 Z축 방향으로 이동시키는 리니어 모터가 구성되고, 주제어 장치(11)(도 10 참조)는, 리니어 가이드(35a)의 전기자 코일에 공급하는 전류를 제어함으로써, 카운터 매스(35b)를 리니어 가이드(35a)를 따라 승강시킬 수 있도록 되어 있다.
본 실시형태에서는, 주제어 장치(11)는, 웨이퍼 스테이지(WST)에 추력을 작용시킴으로써, 웨이퍼 스테이지(WST)의 가속 및 감속을 행할 때에, 전술한 바와 같이 웨이퍼 구동계에 작용하는 토크를 캔슬하도록, 카운터 매스 장치(35)의 카운터 매스(35b)를 리니어 가이드(35a)를 따라 이동시킨다. 구체적으로는, 주제어 장치(11)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 카운터 매스(35b)에 추력(f)을 작용시킴으로써, 리니어 가이드(35a)에 추력(f)의 반력(f')을 작용시킨다.
이에 따라, 웨이퍼 구동계에는, 반력(f')에 반력(f')의 작용점으로부터 축(S)까지의 Y축 방향의 거리(L)를 곱한 토크가 작동한다. 이 토크는, 웨이퍼 구동계의 축(S) 방향으로 작용하며, 카운터 매스(35b)의 질량을 M, 가속도를 a라고 하면, 다음 식 (1)로 나타내어진다.
f'·L=M·a·L…(1)
따라서, 주제어 장치(11)는, 다음 식 (2)로 나타내는 크기의 가속도(a)를 가지고, 카운터 매스(35b)를 리니어 가이드(35a)를 따라 이동시킨다. 이에 따라, 웨이퍼 스테이지(WST)의 구동 시에 축(S) 방향으로 발생하는 토크와, 카운터 매스(35b)의 구동 시에 발생하는 토크가 상쇄된다.
a=F'·D/(M·L)…(2)
추력(F)은, XY 구동계(XYM)에 전송되는 구동 신호 등에 그 정보를 포함시켜 두면 상기 구동계를 구동하기 전에 기지가 되기 때문에, 그 반력(F')을 예측하는 것도 가능하다. 따라서, 미리 결정된 추력(F)을 결정하면 상기 가속도(a)를 구할 수 있고, 카운터 매스(35b)의 구동을 피드포워드로 제어하는 것이 가능하다. 단, 이에 한정되는 것이 아니며, 예컨대, 반력(F')을 센서 등으로 직접 검출하여 상기 가속도(a)를 구함으로써, 카운터 매스(35b)의 구동을 피드백 제어하도록 하여도 좋다. 이에 따라, 추력(F)과 반력(F')의 대응이, 외란 등에 의해 미리 결정된 관계를 만족하지 않는 경우 등이어도 웨이퍼 구동계의 축(S) 방향으로 발생하는 토크를 상쇄하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 외란을 방진 장치(34)에 의해 억제하는 것도 가능하고, 주제어 장치(11)는, 방진 장치(34)와 카운터 매스 장치(35)를 적절하게 제어하여 상기 외란의 영향을 받지 않도록 웨이퍼 구동계의 축(S) 방향으로 발생하는 토크를 캔슬하도록 하여도 좋다.
또한, 여기서는 설명의 편의 상, 도 11에 나타내는 바와 같이, 하나의 카운터 매스 장치(35)를 이용하여, 웨이퍼 스테이지(WST)의 구동 시에 웨이퍼 구동계의 축(S) 방향으로 발생하는 토크를 캔슬하는 경우에 대해서 설명하였지만, 2개의 카운터 매스 장치(35)를 이용하여, 웨이퍼 구동계의 축(S) 방향으로 발생하는 토크를 캔슬하여도 좋다. 이 경우에는, 2개의 카운터 매스 장치(35)를 구동함으로써, 웨이퍼 구동계의 축(S) 방향으로 작용하는 토크의 크기가, 웨이퍼 스테이지(WST)의 구동 시에 축(S) 방향으로 발생하는 토크의 크기와 동일해지도록, 각 카운터 매스(35b)를 구동하면 좋다. 또한, 카운터 매스 장치(35)를 3개 이상 설치하도록 구성하여도 좋다.
본 실시형태에서는, 카운터 매스 장치(35)는, XY면 내에서 지지대(37)에 고정되어 있었지만, 그것에 한정되는 것도 아니다. 예컨대, 카운터 매스 장치(35)가 지지대(37)에 대하여 XY 방향으로 이동할 수 있도록 하여도 좋다. 그리고, XY 구동계(XYM)의 반력(F')이 지지대(37)에 작용하는 위치에 따라, 카운터 매스 장치(35)가 발생시키는 반력(f')이 지지대(37)에 작용하는 위치가 변하도록 하여도 좋다. 이 경우, 양 반력의 작용 위치가 되도록 근접하도록 카운터 매스 장치(35)의 위치를 제어할 수도 있다.
도 10은 본 실시형태의 노광 장치(10)의 스테이지 제어에 관련하는 제어계를 일부 생략하여 나타내는 블록도이다. 도 10에 나타내는 제어계는, CPU(중앙 연산 처리 장치), ROM(리드·온리·메모리), RAM(랜덤·액세스·메모리) 등으로 이루어지는, 소위 마이크로 컴퓨터(또는 워크스테이션)를 포함하며, 장치 전체를 통괄하여 제어하는 주제어 장치(11)를 중심으로 하여 구성되어 있다.
또한, 노광 장치(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 투영 유닛(PU)의 근방에, 오프 액시스 방식의 얼라인먼트계 ALG를 갖고 있다. 이 얼라인먼트계 ALG로서는, 예컨대, 웨이퍼 위의 레지스트를 감광시키지 않는 브로드밴드인 검출 광속을 대상 마크에 조사하여, 그 대상 마크로부터의 반사광에 의해 수광면에 결상된 대상 마크의 상과 도시하지 않는 지표의 상을 촬상 소자(CCD) 등을 이용하여 촬상하고, 이들의 촬상 신호를 출력하는 화상 처리 방식의 FIA(Field Image Alig㎚ent)계의 얼라인먼트 센서가 이용되고 있다. 이 얼라인먼트계 ALG는, 지표 중심을 기준으로 하는 마크의 위치 정보를 주제어 장치(11)에 공급한다. 주제어 장치(11)는, 이 공급된 정보와, 웨이퍼 간섭계(18W)의 계측값에 기초하여, 검출 대상의 마크, 구체적으로는 기준 마크판 위의 제2 기준 마크 또는 웨이퍼 위의 얼라인먼트 마크의 웨이퍼 간섭계(18W)의 측장축으로 규정되는 스테이지 좌표계 위에서의 위치 정보를 구하도록 되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 실시형태의 노광 장치(10)에서는, 우선, 웨이퍼(W) 및 레티클(R)이, 각각 웨이퍼 스테이지(WST) 및 레티클 스테이지(RST) 위에 로드되고, 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인 계측, 및 웨이퍼 얼라인먼트(예컨대 EGA(인핸스드·글로벌·얼라인먼트) 등) 등의 미리 결정된 준비 작업이 행해진다. 그 후, 주제어 장치(11)의 관리 하, 웨이퍼(W)의 제1 번째의 쇼트 영역에 대한 노광을 위한 가속 개시 위치에 웨이퍼 스테이지(WST)가 이동되며, 레티클(R)의 위치가 가속 개시 위치가 되도록, 레티클 스테이지(RST)가 이동된다. 그리고, 레티클 스테이지(RST)와, 웨이퍼 스테이지(WST)가 Y축 방향을 따라 동기 구동됨으로써, 웨이퍼(W) 위의 제1 번째의 쇼트 영역에 대한 노광이 행해진다. 이후, 레티클 위의 모든 쇼트 영역에 대한 노광이 행해짐으로써, 웨이퍼(W)의 노광이 완료한다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 노광 동작 중에 웨이퍼 스테이지(WST)가 베이스(30) 위에서 가속 및 감속을 행하는 것에 기인하여, 베이스(30) 등을 포함하는 웨이퍼 구동계에 작용하는 토크와, 카운터 매스 장치(35)의 카운터 매스(35b)가 미리 결정된 가속도로 리니어 가이드(35a)를 따라 구동됨으로써 웨이퍼 구동계에 작동하는 토크가 상쇄된다. 이에 따라, 웨이퍼 구동계에 작동하는 토크가 캔슬되어, 노광 장치(10)에서는 정밀도 좋게 웨이퍼(W)에 대한 노광을 행하는 것이 가능해진다.
또한, 베이스(30)는, 바닥면(102)에 배치된 지지대(37)에 대하여, 방진 장치(34)를 통해 지지되어 있다. 따라서, 웨이퍼 스테이지(WST) 및 카운터 매스 장치(35)의 카운터 매스(35b)의 이동에 기인하여 웨이퍼 구동계에 발생하는 진동은, 지지대(37)에 대하여 절연된다. 따라서, 노광 장치(10)를 구성하는 조명계(12), 레티클 스테이지(RST) 등에, 웨이퍼 구동계에서 생긴 진동이 전파하는 것을 회피하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 카운터 매스 장치(35)가, 베이스(30)의 +Y측 및 -Y측 단부에 배치되어 있는 경우에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 베이스(30)의 하면의 적어도 3곳 이상에 배치되어 있어도 좋다. 이에 따라, 웨이퍼 구동계에 대하여, 전술한 축(S)과는 다른 축 둘레의 토크를 작용시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 전기자 유닛(58)이 조동 스테이지(WRS)측에 배치되는 경우에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 베이스(30)측에 전기자 유닛이 배치되고, 조동 스테이지(WRS)측에 자석 유닛이 배치되는 것으로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지를 1개 갖는 웨이퍼 스테이지 장치에 본 발명을 적용한 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니고, 2개 이상의 웨이퍼 스테이지를 갖는 웨이퍼 스테이지 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시형태의 웨이퍼 포커스 센서(WF) 대신에, 웨이퍼(W)의 면형상을 검출하는 면형상 검출 장치를 이용하여도 좋다. 이 면형상 검출 장치로서는, 웨이퍼에 대하여, 예컨대 웨이퍼의 직경보다 긴 라인형의 빔을 경사 입사시키는 조사계와, 상기 조사계에 의해 조사된 빔의 반사광을 수광하는 검출기, 예컨대 1차원 CCD 센서 또는 라인 센서 등을 갖는 수광계를 포함하는 것이 생각된다. 따라서, 공지의 다점 AF계의 검출 원리와 동일한 원리로, 복수의 점형의 조사 영역을 계측점으로 하여, 각 계측점에서의 웨이퍼의 Z 위치(웨이퍼가 이동하는 미리 결정된 면(XY 평면)과 수직인 Z축 방향에 관한 위치 정보)를 구할 수 있다. 이 경우, 노광 개시 전에, 웨이퍼 표면의 Z 위치 정보의 분포를 산출하고, 노광 동작 시에는, 상기 산출 결과에 기초하여, 미동 스테이지의 Z축 방향에 관한 위치·자세를 제어할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 조동 스테이지(WRS)를 구동하는 구동 장치로서 평면 모터를 이용하는 것으로 하였지만, 이에 한정되지 않고, 리니어 모터를 이용하는 것으로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 웨이퍼 스테이지 장치에 본 발명의 이동체 장치가 채용된 경우에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 레티클 스테이지(RST)에 본 발명의 이동체 장치를 채용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 표면을 수평면(XY 평면)과 평행하게 유지하는 웨이퍼 스테이지 장치에 본 발명을 채용한 경우에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 웨이퍼 표면을 XY 평면과 직교하는 면에 거의 평행하게 유지하는 웨이퍼 스테이지(종형 스테이지)에 본 발명을 채용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시형태의 노광 장치에서의 투영 광학계의 배율은 축소계 뿐만 아니라 등배 및 확대계 중 어느 것이어도 좋고, 투영 광학계(PL)는 굴절계 뿐만 아니라, 반사계 및 반사 굴절계 중 어느 것이어도 좋으며, 그 투영상은 도립상 및 정립상 중 어느 것이어도 좋다.
또한, 국제 공개 제2004/53955호에 개시된 액침 노광 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 상기 실시형태의 노광 장치는, 예컨대 국제 공개 제2005/074014호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지와는 별도로 계측 스테이지를 구비하는 것이어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 스텝·앤드·스캔 방식 등의 주사형 노광 장치에 본 발명이 적용된 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 적용 범위가 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다. 즉 스텝·앤드·리피트 방식의 투영 노광 장치, 또한, 스텝·앤드·스티치 방식의 노광 장치, 또는 프록시미티 방식의 노광 장치, 미러프로젝션·얼라이너 등에도, 본 발명은 적용할 수 있다.
노광 장치의 용도로서는 반도체 제조용의 노광 장치에 한정되는 일 없이, 예컨대, 각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 액정용의 노광 장치나, 유기 EL, 박막 자기 헤드, 촬상 소자(CCD 등), 마이크로 머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스 뿐만 아니라, 광노광 장치, EUV 노광 장치, X선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 조명광(IL)은, ArF 엑시머 레이저광(파장 193 ㎚)에 한하지 않고, KrF 엑시머 레이저광(파장 248 ㎚) 등의 자외광이나, F2 레이저광(파장 157 ㎚) 등의 진공 자외광이어도 좋다. 예컨대 진공 자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외 영역, 또는 가시 영역의 단일 파장 레이저광을, 예컨대 에르븀(또는 에르븀과 이테르븀의 양방)이 도핑된 파이버 앰프로 증폭하고, 비선형 광학 결정을 이용하여 자외광으로 파장 변환한 고조파를 이용하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 노광 장치의 조명광(IL)으로서는 파장 100 ㎚ 이상의 광에 한하지 않고, 파장 100 ㎚ 미만의 광을 이용하여도 좋은 것은 물론이다. 예컨대, 최근, 70 ㎚ 이하의 패턴을 노광하기 위해, SOR이나 플라즈마 레이저를 광원으로 하여, 연(軟)X선 영역(예컨대 5∼15 ㎚의 파장 영역)의 EUV(Extreme Ultraviolet)광을 발생시키며, 그 노광 파장(예컨대 13.5 ㎚) 하에서 설계된 올 반사 축소 광학계, 및 반사형 마스크를 이용한 EUV 노광 장치의 개발이 행해지고 있다. 이 장치에서는, 원호 조명을 이용하여 마스크와 웨이퍼를 동기 주사하여 스캔 노광하는 구성이 생각되기 때문에, 이러한 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 외에, 전자선 또는 이온 빔 등의 하전 입자선을 이용하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 광 투과성의 기판 위에 미리 결정된 차광 패턴(또는 위상 패턴·감광 패턴)을 형성한 광 투과형 마스크(레티클)를 이용하였지만, 이 레티클 대신에, 예컨대 미국 특허 제6,778,257호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 노광하여야 하는 패턴의 전자 데이터에 기초하여, 투과 패턴 또는 반사 패턴, 혹은 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크(또는 가변 성형 마스크, 예컨대 비발광형 화상 표시 소자(공간 광변조기라고도 불림)의 일종인 DMD(Digital Micro-mirror Device) 등을 포함함)를 이용하여도 좋다. 이러한 가변 성형 마스크를 이용하는 경우에는, 전술한 얼라인먼트 마크의 검출 결과를 고려하여, 웨이퍼 위의 복수의 구획 영역 중, 얼라인먼트 마크 검출 시에 노광하고 있던 쇼트 영역보다 후에 노광이 행해지는 적어도 하나의 별도의 쇼트 영역의 노광 시에, 전자 데이터에 기초하여 형성하여야 하는, 투과 패턴 또는 반사 패턴을 변화시킴으로써, 웨이퍼와 패턴상의 상대 위치 제어를 행하여도 좋다.
또한, 반도체 디바이스는, 디바이스의 기능·성능 설계를 행하는 단계, 이 설계 단계에 기초한 레티클을 제작하는 단계, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 단계, 전술한 조정 방법에 따라 패턴의 전사 특성이 조정되는 상기 실시형태의 노광 장치로, 마스크에 형성된 패턴을 감광 물체 위에 전사하는 리소그래피 단계, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함함), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 리소그래피 단계에서, 패턴의 전사 특성이 조정되는 상기 실시형태의 노광 장치가 이용되기 때문에, 고집적도의 디바이스의 생산성을 향상시키는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 이동체 장치는, 가이드면을 갖는 베이스 위에서 이동체를 구동하는데 적합하다. 또한, 본 발명의 노광 장치는, 물체를 노광하여 패턴을 형성하는데 적합하다.

Claims (12)

  1. 이동체와;
    상기 이동체에 설치된 제1 부재 및 미리 결정된 면을 따라 상기 이동체를 이동시키는 추력(推力)을 발생시키기 위해 상기 제1 부재와 협동하는 제2 부재를 포함하는 평면 모터와;
    상기 제2 부재에 부착된 반력 부재로서, 상기 이동체를 이동가능하게 지지하면서 상기 제1 부재 및 상기 이동체가 이동하는 방향과 반대 방향으로 이동가능한 상기 반력 부재와;
    상기 추력에 의해 상기 이동체가 이동할 때에, 상기 반력 부재와 상기 이동체를 포함하는 계의 무게 중심을 중심으로 발생하는 회전력을 캔슬하는 힘을, 상기 반력 부재에 작용시키는 캔슬 장치
    를 구비하고,
    상기 캔슬 장치는 상기 이동체에 대한 상기 반력 부재 아래에 위치하는 것인, 이동체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캔슬 장치는, 상기 반력 부재에 대하여, 상기 미리 결정된 면에 직교하는 방향의 힘을, 상기 미리 결정된 면에 평행한 면 내에 관한 위치가 상이한 적어도 3개의 작용점에 작용시키는 것인 이동체 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미리 결정된 면에 직교하는 직교축 방향으로 이동하는 질량체와;
    상기 반력 부재에 설치되며, 상기 질량체를 상기 직교축 방향으로 안내하는 가이드와;
    상기 이동체의 이동에 따라, 상기 질량체를 상기 가이드에 대하여 이동시키는 액츄에이터
    를 갖는 것인 이동체 장치.
  4. 구동계와;
    상기 구동계에 의해 발생하는 추력에 의해 미리 결정된 면을 따라 이동가능한 이동체와;
    상기 이동체를 상기 미리 결정된 면을 따라 이동가능하게 지지하면서 상기 추력의 방향과 반대 방향으로 이동하는 반력 부재와;
    상기 이동체의 이동에 의해, 상기 반력 부재와 상기 이동체를 포함하는 계의 무게 중심을 중심으로 발생하는 회전력을 캔슬하는 힘을, 상기 반력 부재에 작용시키는 캔슬 장치
    를 구비하고,
    상기 캔슬 장치는, 상기 미리 결정된 면에 교차하는 방향으로 이동가능한 질량체와, 상기 반력 부재에 설치되어 상기 질량체를 상기 미리 결정된 면에 교차하는 방향으로 안내하는 가이드와, 상기 이동체의 이동에 따라 상기 질량체를 상기 가이드에 대하여 이동시키는 액츄에이터를 가지며, 상기 이동체에 대한 상기 반력 부재 아래에 위치하는 것인, 이동체 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동계는, 상기 이동체에 설치된 가동자와, 상기 반력 부재에 설치되고, 상기 가동자와의 사이에 상기 추력을 작용시키는 고정자를 갖는 평면 모터인, 이동체 장치.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 액츄에이터는, 상기 미리 결정된 면에 평행한 면 내의 상기 반력 부재와 상기 이동체를 포함하는 계의 무게 중심과, 작용점과의 거리에 따른 가속도로, 상기 질량체를 구동시키는 것인 이동체 장치.
  7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는, 상기 이동체의 가속도의 크기에 따른 가속도로, 상기 질량체를 구동시키는 것인 이동체 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동체는, 상기 반력 부재의 일면과 대향하는 대향면과, 상기 대향면보다 상부에 설치되어 물체를 유지하는 유지면을 가지고, 상기 추력은 상기 대향면과 상기 일면의 사이에 발생하는 것인, 이동체 장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반력 부재를 지지하고, 상기 추력 방향과 반대 방향으로 상기 반력 부재의 이동을 허용하는 복수의 방진 장치를 더 포함하는, 이동체 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반력 부재는, 상기 복수의 방진 장치의 각각에 의해 상기 미리 결정된 면에 직교하는 방향으로 미소 구동 가능하게 지지되어 있는 것인, 이동체 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동체와는 별도로 설치되고, 상기 반력 부재에 지지되어 상기 평면 모터의 추력에 의해 상기 미리 정해진 면을 따라 이동가능한 제2 이동체를 더 포함하며,
    상기 캔슬 장치는, 상기 추력에 의해 상기 제2 이동체를 이동할 때, 상기 반력 부재와 상기 제2 이동체와 0을 포함하는 계의 무게 중심을 중심으로 발생하는 회전력을 캔슬하는 힘을, 상기 반력 부재에 작용시키는 것인, 이동체 장치.
  12. 에너지 빔의 조사에 의해 물체를 노광하는 노광 장치로서,
    상기 물체가 이동체에 유지되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 장치를 구비하는 노광 장치.
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