KR101788898B1 - 위치 계측 장치 및 패턴 형성 장치 - Google Patents

Abstract

격자 패턴을 포함한 판 형상의 스케일을 이용하여 피계측물의 위치를 계측하도록 구성된 위치 계측 장치로서, 구조체와 상기 스케일 사이에 배치되어 상기 스케일을 지지하도록 구성된 지지 유닛을 포함하고, 상기 지지 유닛은 판 두께 방향으로 상기 구조체로부터 상기 스케일로 전달되는 진동을 저감시키는 스프링 요소를 포함한다.

Description

위치 계측 장치 및 패턴 형성 장치{POSITION MEASURING APPARATUS AND PATTERN FORMING APPARATUS}

본 발명은 피계측물의 위치를 계측하기 위해 격자 패턴을 가진 판 형상의 스케일을 이용하는 위치 계측 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 위치 계측 장치를 이용한 패턴 전사 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 패턴 전사 장치를 이용한 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

원판에 형성된 회로 패턴을 투영 광학계를 통해 기판에 전사하는 투영 노광 장치가 종래부터 사용되었다. 최근에는 더 높은 해상도와 더 저렴한 노광 장치에 대한 요구가 점차 증가하고 있다. 노광 장치의 중요한 성능 중 하나에는 회로 패턴을 기판에 전사할 때의 중첩 정밀도가 포함될 수 있다. 일반적으로, 기판에 복수의 회로 패턴이 다층으로 형성되지만, 복수의 회로 패턴이 소정의 정밀도로 서로 정렬되지 않으면, 전자 회로가 구현될 수 없다.

따라서, 노광시 기판을 정확하게 정렬시키는 기술이 중요하다. 기판을 정렬시키는 기술들 중 하나로서, 격자 패턴을 가진 판 형상의 스케일을 이용하여 기판이 탑재된 이동 스테이지의 위치를 계측하는 위치 계측 장치가 제안되고 있다.

일본 특허 공개 제2009-004737호는 경통 정반에 고정된 스케일과 스테이지에 고정된 센서를 포함하는 위치 계측 장치를 개시하고 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2009-004737호는 스케일이 편향 요소를 통해 경통 정반 스케일과 커플링 되는 것이 기재되어 있다.

이 위치 계측 장치에서는 경통의 중심축을 중심으로 한 가상의 원에 복수의 편향 요소가 배치된다. 각각의 편향 요소는 직경 방향으로 가요성을 가짐으로써, 온도 변화로 인해 경통이 변형하여도, 스케일이 변위되지 않도록 한다.

종래의 노광 장치에서는 경통 정반이 에어 마운트 등의 제진 장치를 통해 바닥에 지지될 수 있으며, 이에 따라 바닥에서 경통 정반으로 전달되는 진동을 무시할 수 있었다. 그러나, 근년에는 노광 장치에 대해 요구되는 정밀도가 높아졌고, 에어 마운트에 의해 완전히 제거하지 못하고 경통 정반에 전달되는 진동이 우려되고 있다.

특히, 스케일을 이용한 위치 계측 장치에서는 스케일이 경통 정반과 같은 구조체에 탑재됨으로써, 구조체에서 스케일로 진동이 전달될 수 있음이 우려된다. 특히, 스케일은 판 두께 방향으로 쉽게 변형되는 구조이기 때문에, 이 방향으로 진동이 전달되면 변형량이 커질 수 있다. 이 경우, 진동 주파수가 스케일의 고유 진동수보다 충분히 작아도 스케일에서 발생되는 가속도에 따른 관성력이 스케일에 인가될 수 있으므로, 스케일의 변형이 커지게 될 우려가 있다.

일본 특허 공개 제2009-004737호에 개시된 위치 계측 장치는, 편향 요소가 직경 방향으로 가요성을 갖고 있기는 하지만, 스케일의 판 두께 방향에 대해서는 고려하지 않고, 편향 요소를 통해 경통 정반에서 스케일로 진동이 쉽게 전달되는 구조를 갖고 있다.

본 발명은 격자 패턴을 가진 판 형상의 스케일을 이용하는 위치 계측 장치에서 스케일의 판 두께 방향으로의 변형을 감소시킴으로써 계측 정밀도를 향상시키는 것에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 격자 패턴을 포함한 판 형상의 스케일을 이용하여 피계측물의 위치를 계측하도록 구성된 위치 계측 장치는, 구조체와 상기 스케일 사이에 배치되어 상기 스케일을 지지하도록 구성된 지지 유닛을 포함하고, 상기 지지 유닛은 판 두께 방향으로 상기 구조체에서 상기 스케일로 전달되는 진동을 저감시키는 스프링 요소를 포함한다.

첨부 도면들을 참조하여 이하의 예시적인 실시예들에 대한 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 특징들과 양태들이 명백해질 것이다.

본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들, 특징들 및 양태들을 도시하고 있으며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명을 적용한 액침(液浸) 노광 장치의 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 스케일의 하면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 스케일의 상면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 지지 장치의 개략도이다.
도 4는 스케일 변형의 일 예이다.
도 5는 본 발명에 따른 스케일의 상면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 지지 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 지지 장치의 개략도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 지지 장치의 다른 예를 각각 나타내는 도면들이다.
도 9는 지지 장치를 통해 경통 정반에서 스케일로 전달되는 진동을 주파수 별로 나타낸 도면이다.
도 10은 지지 장치의 포지티브 스프링 특성과 네거티브 스프링 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 스케일의 위치 결정 제어의 서보 제어 주파수와 스케일에 인가되는 진동 에너지의 관계를 나타내는 도면이다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들, 특징들 및 양태들에 대해 상세하게 설명한다.

이하, 예시적인 제1 실시예에 대해 설명한다. 도면을 참조하며 예시적인 제1 실시예에 따른 노광 장치에 대해 설명한다. 또한, 도면에서, 알파벳이 병기된 참조 번호로 표시된 구성 요소는 알파벳이 병기되지 않은 동일한 참조 번호로 표시된 구성 요소의 일부이다. 또한, 노광 장치의 노광 광의 광축 방향을 Z 방향이라 하고, Z 방향에 대해 직교하며 서로 직교하는 방향들을 X 방향과 Y 방향이라 한다. 도 1은 예시적인 제1 실시예에 따른 액침 노광 장치(80)를 나타낸 도면이다. 원판(도시되지 않음)에 형성된 패턴은 투영 광학계(10)를 통해 기판(30)상에 결상(노광)된다. 액침 노광 장치에서는 투영 광학계(10)와 기판(30) 사이의 공간이 액체로 충진된 상태에서 노광이 실시된다.

원판은 패턴이 형성된 부재를 총칭하며, 예를 들어, 마스크 또는 레티클을 의미한다. 기판은 노광되는 부재를 총칭하며, 예를 들어, 웨이퍼 또는 유리 기판을 의미한다. 기판(30)은 기판 스테이지(이동체)에 탑재되며, 기판 스테이지는 후술하는 구동 장치 및 위치 계측 장치에 의해 위치 결정된다. 투영 광학계(10)는 복수의 광학 요소와 광학 요소를 포위하는 경통을 포함하며, 제진 장치(22)를 통해 경통 정반(9)(구조체) 상에 지지된다. 경통 정반은 투영 광학계를 지지하는 지지체로 불리는 경우도 있다. 복수의 광학 요소로서, 예를 들면, 렌즈 또는 미러 또는 이들의 조합이 적용될 수 있다. 경통 정반(9)은 기둥 형상 부재(44) 및 제진 장치(20)를 통해 바닥에 설치된다. 제진 장치(20, 22)는 진동 또는 변형의 전달을 억제하기 위해 설치된다. 예를 들어, 공기압을 이용한 마운트, 전기 또는 자기를 이용하여 힘을 발생시키는 장비, 탄성 부재 등이 적용될 수 있다. 또한, 제진 장치는 수동형이거나 능동형일 수 있다.

본 예시적인 실시예에서, 기판 스테이지는 베이스 정반(42)에 대해 긴 스트로크로 XY 방향으로 이동할 수 있는 조동(粗動) 스테이지(41)를 포함한다. 또한, 기판 스테이지는 조동 스테이지(41)에 대해 짧은 스트로크로 X, Y 및 Z 방향과 각각의 X, Y 및 Z 방향과 평행한 축을 중심으로 한 회전 방향(ωx, ωy, ωz 방향)(이하, '6축 방향'이라 함)으로 이동할 수 있는 미동(微動) 스테이지(40)를 또한 포함한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 기판 스테이지가 조동 스테이지와 미동 스테이지로서 겸용되는 하나의 스테이지로 구성될 수 있다. 또한, (도면에 조동 스테이지용과 미동 스테이지용으로 각각 도시되어 있는) 구동 장치(45)(구동 유닛)가 기판 스테이지를 구동하기 위해 설치되며, 예를 들어, 리니어 모터가 유리하게 사용될 수 있다. 구동 장치(45)는 제어 유닛(100)에 의해 제어된다. 제어 유닛(100)은 중앙처리유닛(CPU) 또는 마이크로 처리 유닛(MPU), 리드-온리 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 기록 유닛, 드라이버 등을 포함할 수 있으며, 그 구성은 특별히 한정되지 않는다.

기판 스테이지의 6축 방향의 위치는 위치 계측 장치에 의해 계측된다. 즉, 기판 스테이지가 피계측물이다.

위치 계측 장치는 기판 스테이지에 탑재된 센서(7)(제1 위치 센서)와 경통 정반(9) 상에 지지된 판 형상의 스케일(1)을 포함한다. 센서(7)를 인코더 헤드 또는 센서 헤드라 칭할 수 있다. 스케일(1)로서, 공지된 위치 계측 장치의 다양한 스케일들이 적용될 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 스케일(1)은 회절 격자(2)(격자 패턴)를 포함한다. 회절 격자(2)가 판 형상의 부재에 형성될 수 있고, 회절 격자가 형성되어 있는 부재가 판 형상의 부재에 부착될 수도 있다. 센서(7)는 기판 스테이지와 스케일(1) 간의 상대 위치를 계측하며, 구동 장치(45)는 센서(7)로부터의 출력에 기초하여 기판 스테이지를 구동하도록 제어된다. 예를 들어, 공지된 PID 보상을 이용한 피드백 제어 등이 적용될 수 있다.

또한, 위치 계측 장치는 스케일을 지지하는 지지 장치(3)(지지 유닛)와 스케일(1)을 경통 정반(9)에 대해 6축 방향으로 구동하는 구동 장치(4)(구동 유닛)를 포함한다. 경통 정반(9)과 스케일(1) 사이에 지지 장치(3)가 배치된다. 또한, 위치 계측 장치는 투영 광학계(10)의 경통에 대한 스케일(1)의 6축 방향에서의 상대 위치를 계측하는 위치 센서(5)(제2 위치 센서)를 포함한다. 위치 센서(5)는 지지 장치(3)에 의해 지지되는 물체에 탑재되어, 기판 스테이지의 위치를 계측할 때 기준이 되는 기준 물체(여기에서는, 경통)와 스케일(1) 간의 상대 위치를 계측할 수 있으면 족하다. 또한, 도면들에는 위치 센서(5), 센서(7)의 일부 및 이들의 계측 광축(6, 8)이 예시적으로 도시되어 있다.

지지 장치(3)는, 스케일(1)의 판 두께 방향(Z)과, 스케일(1)의 판면과 평행하면서 서로 직교하는 두 방향(X, Y)들과, 각각의 방향과 평행한 축을 회전축으로 하는 회전 방향(θx, θy, θz)으로, 경통 정반(9)에서 스케일(1)로의 진동 전달을 저감하도록 구성된다.

도 2a는 스케일(1)의 하면도(-Z 방향에서 본 도면)이다. 본 예시적인 실시예에서, 스케일(1)은 회절 격자가 형성된 4개의 판(2a, 2b, 2c, 2d)(도 1에는 참조 번호 2로 표시됨)과, 이 판들이 부착된 판 형상의 부재를 포함한다. 센서(7)로부터의 광이 회절 격자에 조사됨으로써, 회절된 광에 따른 기판 스테이지의 위치를 수광 요소(도시되지 않음)가 계측하게 된다.

도 2b는 스케일(1)의 평면도(+Z 방향에서 본 도면)이다. 스케일(1) 상에 위치 센서(5a 내지 5d)(도 1에는 참조번호 5로 표시됨)가 탑재된다. 위치 센서(5a 내지 5d)로서, 예를 들어, 정전 용량 센서, 간섭계 및 리니어 엔코더가 사용될 수 있다. 위치 센서(5a, 5b)는 각각 투영 광학계(10)에 대한 스케일(1)의 X 방향과 Z 방향의 위치를 계측할 수 있으며, 위치 센서(5c, 5d)는 각각 투영 광학계(10)의 경통에 대한 스케일(1)의 Y 방향과 Z 방향의 위치를 계측할 수 있다. 회전 방향(θx, θy, θz 방향)은 위치 센서로부터의 두 출력들 간의 차이로부터 구할 수 있다. 또한, 여분으로 설치된 위치 센서로부터의 출력의 평균값을 계측값으로 설정할 수도 있다. 위치 센서의 개수와 배치는 이에 한정되지 않고, 투영 광학계(10)의 경통에 대한 스케일(1)의 6축 방향의 위치를 계측할 수 있기만 하면 충분하다. 또한, 스케일(1)의 위치 계측이 일본 특허 공개 제2009-27141호에 개시되어 있다.

또한, 스케일(1) 및 경통 정반(9)에는 구동 장치(4a 내지 4h)(도 1에는 참조번호 4로 표시됨)와 지지 장치(3a 내지 3d)(도 1에는 참조번호 3으로 표시됨)가 설치된다. 구동 장치(4a 내지 4h)로서, 제진 효과를 가진 비접촉식 구동 장치가 유리하게 적용된다. 이러한 구동 장치의 예로서, 로렌츠 타입 리니어 모터, 전자석 액추에이터 등이 포함될 수 있다. 또한, 구동 장치(4a 내지 4h)는 제어 유닛(100)에 의해 제어된다. 구동 장치(4a 내지 4h)의 제어에 대해서는 후술한다. 또한, 구동 장치를 냉각하는 냉각 유닛이 제공될 수도 있다.

도 3a는 지지 장치(3a)의 상세(詳細)를 나타내는 도면이고, 도 3b는 그 사시도이다. 지지 장치(3b, 3c, 3d)의 구성은 지지 장치(3a)의 구성과 동일하므로 그 설명은 생략한다.

지지 장치(3a)는 지지 부재(31)를 통해 경통 정반(9)에 고정된 한 쌍의 자석(32)(제1 자석)과 지지 부재(33)를 통해 스케일(1)에 고정된 자석(34)(제2 자석)을 포함한다. 한 쌍의 자석(32)은 그들 사이의 간극을 통해 서로 대향하도록 배치되고, 자석(34)은 한 쌍의 자석(32) 사이에 비접촉식으로 삽입되어 배치된다. 본 예시적인 실시예에서는 자석(32)이 경통 정반(9) 측(구조체 측)에 배치되고 자석(34)은 스케일(1) 측에 배치될 수 있지만, 반대로 할 수도 있다. 각각의 자석은 영구 자석이며 자석의 판 두께 방향으로, 즉 X 방향으로 착자되고, 자석(32)과 자석(34)은 그 동일한 극이 대향하도록 배치된다.

지지 장치(3a)는, 유리하게는, 자석(32)에 의해 형성되는 자기 회로의 자속을 강화하기 위한 요크(35, 36)를 포함한다. 요크의 재료의 예로서, 예를 들어, 철과 같은 연자성 부재가 포함될 수 있다.

한 쌍의 자석(32)들과 자석(34) 간의 자기적인 반발력에 의해 자석(34)에는 +Z 방향으로 부상력이 가해진다. 자석(32, 34)들은 스프링 요소로서 기능하여, 경통 정반(9)에서 스케일(1)로 전달되는 진동을 감소시킨다. 또한, 자석(32)들 중 하나의 자석과 자석(34) 사이에 가해지는 X 방향의 반발력은 다른 자석과 자석(34) 사이에 가해지는 반발력에 의해 상쇄된다.

지지 장치와 구동 장치의 개수와 배치는 도시된 형태에 한정되지는 않는다. 본 예시적인 실시예에서는 X 방향으로 구동될 수 있는 리니어 모터(4e, 4f)가 스케일(1)의 무게 중심을 통과하는 Y-축선에 대해 선대칭으로 배치되어 있다. 또한, Y 방향으로 구동될 수 있는 리니어 모터(4g, 4h)가 스케일(1)의 무게 중심을 통과하는 X-축선에 대해 선대칭으로 배치되어 있다. Z 방향으로 구동될 수 있는 리니어 모터(4a 내지 4d)가 스케일(1)의 4개의 코너에 배치되어 있다. 또한, 스케일(1)에 대칭적인 힘을 가하기 위해, 지지 장치와 구동 장치가 대칭성을 갖는 것이 바람직하다. 장치들이 대칭성을 갖게 함으로써, 변형의 억제 또는 변형의 예측 및 보정이 쉬워진다.

이하, 본 예시적인 실시예에 따른 지지 장치의 특성에 대해 설명한다. 도 10은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 지지 장치(3a)(지지 장치(3b 내지 3d)도 동일함)를 사용하여 스케일(1)을 지지하는 경우, 스케일(1)의 판 두께 방향(Z 방향)의 위치와 지지 장치(3a)가 스케일(1)에 가하는 판 두께 방향의 힘 사이의 관계를 나타내는 도면이다. FG는 지지 장치(3a)에 의해 지지되는 스케일(1)에 가해지는 중력이다. 지지 장치(3a)는 스케일(1)의 판 두께 방향의 위치에 따라 네거티브 스프링 특성과 포지티브 스프링 특성을 갖는다. 여기서, "네거티브 스프링 특성"은, 물체를 지지했을 때 물체가 균형 위치에서 벗어나면, 균형 위치로부터 먼 방향으로 힘을 발생시키는 특성이다. 이와 달리, "포지티브 스프링 특성"은, 물체를 지지했을 때 물체가 균형 위치에서 벗어나면, 균형 위치로 물체를 되돌리려고 하는 힘을 발생시키는 특성이다.

예시적인 제1 실시예에서는 포지티브 스프링 특성을 가진 지지 장치를 스프링 정수의 절대값이 작은 위치에서 사용하고 있다. 또한, 지지 장치(3a)는 스케일의 판 두께 방향(Z 방향) 뿐만 아니라 6축 방향으로도 스프링 정수의 절대값이 작아지도록 구성되어 있다. 즉, 스케일(1)은 제진 상태로 지지되어 있다.

스케일(1)은 판 형상이기 때문에, 재료 역학적 특성상 스케일(1)의 판 두께 방향으로 가해지는 관성력에 의해 주로 쉽게 변형될 수 있다. 도 4는, 스케일(1)이 판 두께 방향으로 견고하게 지지(고정)된 지지 장치에서, 경통 정반에서 진동이 전달되었을 때의 스케일(1)의 형상을 나타내고 있다. 스케일(1)의 지지부(108a 내지 108d)에 힘(F1 내지 F4)이 가해지고, 그 힘에 의해 전체 스케일(1)에서 가속도가 발생하여 관성력(F5)이 생긴다. 그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이 변형이 발생한다.

또한, 스케일(1)에 생기는 관성력(F5)은 [스케일의 질량] × [진동 진폭] × [진동의 각 진동수]² 로 표현된다. 즉, 관성력은 진동 진폭에 비례하는 반면, 관성력은 진동의 각 진동수(rad/s) 또는 각 진동수에 비례하는 진동 주파수(㎐)의 제곱에 대해서도 비례 관계가 있다. 따라서, 스케일(1)로 전달되는 고주파수의 진동을 저감시키는 것이 스케일(1)의 변형을 줄이는데 효과적이다.

최근의 노광 장치에서는 기판 스테이지의 위치 계측을 위해 약 0.1㎚의 정밀도를 요구하고 있기 때문에, 스케일(1)의 변형을 0.1㎚ 이하로 설정할 필요가 있다. 분석 결과에 따르면, 스케일(1)의 판 두께가 수십 ㎜인 경우, 판 두께 방향의 진동으로 인한 스케일(1)의 변형을 0.1㎚ 이하로 억제하기 위해서는 지지 장치(3)의 판 두께 방향의 고유 진동수를 10㎐ 이하로 설정하기만 하면 된다. 여기서, 스케일(1)이 판 두께 방향으로 견고하게 지지되는 구성인 경우, 고유 진동수가 100㎐ 이상이 되기 때문에, 이는 바람직하지 않다. 본 예시적인 실시예에서는 자석의 반발력을 이용한 지지 장치(3)에 의해 스케일(1)이 지지되어 스프링 정수를 작게 하므로, 10㎐ 이하의 고유 진동수를 실현하고 있다. 그 결과, 경통 정반에서 스케일(1)로의 진동 전달로 인한 스케일(1)의 변형을 크게 줄일 수 있다.

다음으로, 본 예시적인 실시예에서, 구동 장치(4)를 이용한 스케일(1)의 위치 결정 제어에 대해 설명한다. 본 예시적인 실시예에 따른 지지 장치(3)는 스프링 정수의 절대값이 작아서 스케일(1)에서 가속도를 거의 발생시키지 않는 반면, 스케일(1)의 위치 안정성이 나쁘다. 예를 들어, 기판 스테이지의 이동에 따른 풍압의 영향에 의해서도 스케일(1)이 변위될 가능성이 있다. 따라서, 본 예시적인 실시예에 따른 구동 장치(4)에서는 스케일(1)의 위치 안정성과 스케일(1)에서 발생하는 가속도의 억제를 모두 구현할 수 있다.

본 예시적인 실시예에 따른 위치 결정 제어를 상세하게 설명하기 위해, 지지 장치(3)와 위치 제어의 관계에 대해 먼저 설명한다.

본 예시적인 실시예에서, 투영 광학계(10)의 경통에 대한 스케일(1)의 6축 방향의 상대 위치가 위치 센서(5)로 계측되고, 계측 결과에 기초하여 구동 장치(4)가 6축 방향으로 제어됨으로써, 이들 간의 상대 위치가 소정의 관계를 갖게 된다. 구체적으로, PID 보상을 이용한 피드백 제어가 적용된다.

그러나, 스케일(1)의 위치 결정 제어를 실시함으로써, 스케일(1)이 투영 광학계(10)의 경통을 추종하는 경우, 스케일(1)의 위치 결정 제어가 진동을 증폭시킬 우려가 있다.

도 9는 경통 정반(9)에서 스케일(1)로 전달되는 진동 전달률을 나타내고 있다. 가로 축은 주파수를 나타내고, 세로 축은 진동으로 인한 스케일(1)의 진폭을 나타내며, 두 축은 로그 스케일로 표현되어 있다. 도면에서, 지지 장치(3)의 고유 진동수가 fc로 설정되어 있다.

지지 장치(3)의 고유 진동수는 지지 장치(3)의 스프링 정수와 스케일(1)의 질량에 의해 결정된 주파수(㎐)이며, 본 예시적인 실시예에서는 2㎐로 설정되어 있다.

경통 정반(9)의 진동 주파수가 고유 진동수(fc)보다 충분히 낮은 영역(예컨대, 0.5㎐ 이하)에서는 경통 정반(9)과 스케일(1)이 일체화된 구조인 것처럼 진동함으로써, 경통 정반(9)과 스케일(1) 모두의 진동은 거의 동일한 진폭과 위상을 갖게 된다. 또한, 투영 광학계(10)가 지지 장치(3)의 고유 진동수보다 충분히 높은 고유 진동수(예컨대, 10㎐)를 가진 스프링 요소에 의해 경통 정반(9)에 지지되는 경우, 투영 광학계(10)와 경통 정반(9)은 일체화된 구조처럼 진동하게 된다. 즉, 투영 광학계(10), 경통 정반(9) 및 스케일(1) 모두가 일체화된 구조처럼 진동하게 된다.

경통 정반(9)의 진동 주파수가 fc 근처인 영역(예컨대, 0.5㎐ 내지 3㎐)에서는 경통 정반(9)의 진동이 지지 장치(3)의 감쇠비에 비례하는 양만큼 증폭되어 스케일(1)로 전달된다.

경통 정반(9)의 진동 주파수가 고유 진동수(fc)보다 충분히 높은 영역(예컨대, 3㎐ 이상)에서는 경통 정반(9)의 진동이 스케일(1)로 전달되기 어렵다.

이와 같이 고유 진동수(fc) 근처의 영역에서는 진동이 쉽게 증폭되기(즉, 쉽게 공진하기) 때문에, 스케일의 위치 결정 제어에서 고유 진동수(fc)보다 충분히 낮은 서보 제어 주파수로 진동을 설정할 필요가 있다. 따라서, 본 예시적인 실시예에서는, 예를 들어, 지지 장치(3)의 고유 진동수(fc)를 6축 방향에서 약 2㎐로 설정하고, 서보 제어 주파수를 고유 진동수(fc)의 1/2 이하로 설정하여 공진을 회피한다. 유리하게는, 서보 제어 주파수를 고유 진동수(fc)의 1/4 이하(예컨대, 0.5㎐)로 설정할 수도 있다.

"서보 제어 주파수('서보 제어 대역'이라고도 함)"은 오픈(open) 특성의 제로 크로스 주파수에 의해 정의되고, 추종 제어가 충분히 기능하는지의 여부에 대한 경계를 나타내는 지표가 된다. 구체적으로, 서보 제어 주파수를 0.5㎐로 설정하면, 0.5㎐ 이상인 주파수의 움직임에 대해서는 추종 제어가 실시되지 않지만, 0.5㎐ 미만의 주파수의 움직임에 대해서는 추종 제어가 실시되어 스케일(1)의 위치에서 저주파수 대역의 드리프트를 방지한다.

서보 제어 주파수를 지지 장치(3)의 고유 진동수인 2㎐보다 낮게 설정(0.5㎐)함으로써, 원래 투영 광학계(10)와 경통 정반(9)과 스케일(1)이 일체로 진동하는 주파수 영역에 대해서만 위치 결정 제어가 실시된다. 이러한 이유 때문에, 위치 결정 제어가 실시되지 않아도, 스케일(1)은 원래 투영 광학계(10)의 움직임을 추종하므로, 위치 결정 제어는 의미가 없다. 스케일(1)에 가해지는 힘이 지지 장치(3)에 의해서만 발생되는 이상적인 경우에서, 위치 결정 제어는 의미가 없다. 그러나, 실제로는 스케일(1) 상에 탑재된 센서와 같은 케이블에서 전달되는 힘 또는 스케일(1) 아래의 스테이지(40)의 운동으로 인한 스케일(1) 주변의 불균일한 압력 변화에 의해 발생되는 힘이 스케일(1)에 가해진다. 이 힘들로 인하여 스케일(1)과 투영 광학계(10)의 위치 관계가 서서히 어긋나게 된다. 즉, 매우 낮은 주파수(예컨대, 0.1㎐ 이하)에서 스케일(1)이 변위되는 드리프트 현상이 발생할 수 있다. 예를 들어, 위치 센서(5)와 투영 광학계(10) 사이의 간격을 약 0.3 내지 0.5㎜로 설정한 경우, 위치 센서(5)의 계측 정밀도를 높게 유지 위해 간격 변화를 0.1㎜ 이하로 유지할 필요가 있으며, 상술한 제어가 간격 변화를 줄이는데 효과적이다.

전술한 바와 같이, 본 예시적인 실시예에 따른 지지 장치는 스케일(1)의 판 두께 방향에서 경통 정반(9)으로부터의 진동 전달을 감소시키도록 구성된다. 또한, 유리한 예로서, 스케일(1)의 판 두께 방향에서 지지 장치(3)의 고유 진동수를 fc로 설정하는 경우, 스케일(1)에 대해 위치 결정 제어를 실시할 때, 서보 제어 주파수를 고유 진동수(fc)의 1/2 이하로 설정한다. 이에 따라, 스케일(1)의 위치 결정 제어에 의해 스케일(1)에 발생되는 관성력을 억제할 수 있고, 진동으로 인한 스케일(1)의 판 두께 방향의 변형을 현저히 줄일 수 있다.

또한, 본 예시적인 실시예에서는 스케일(1)이 경통 정반(9)에 대해 비접촉식으로 지지된다. 따라서, 경통 정반(9)의 온도 변화가 스케일(1)로 거의 전달되지 않기 때문에, 온도 변화로 인한 스케일(1)의 변형을 줄일 수 있다. 노광 장치에 사용되는 경통 정반은 스케일보다 훨씬 큰 표면적을 갖고 있기 때문에, 주위 환경의 온도 변화로 인해 약 100mK의 온도 변화가 발생할 수 있다. 위치 계측 장치의 계측 오차를 0.1㎚ 이하로 유지하고자 한다면, 스케일(1)의 온도 변화를 약 1 내지 10mK로 억제해야 하기 때문에, 스케일(1)을 비접촉식으로 만들어 열 전달량을 줄이는 것이 계측 정밀도 면에서 유리하다. 또한, 본 예시적인 실시예에서는 유리한 예로서 6축 방향의 위치 계측과, 6축 방향의 구동을 설명하고 있지만, 스케일의 판 두께 방향의 위치 계측만, 그리고 판 두께 방향의 구동만 할 수도 있다. 또한, 본 예시적인 실시예에서, 위치 센서(5)는 투영 광학계(10)에 대한 스케일(1)의 위치를 계측하고 있지만, 그 대신, 경통 정반(9)(구조체)에 대한 스케일(1)의 위치를 계측할 수도 있다.

또한, 본 예시적인 실시예에서는 스케일(1)이 경통 정반(9)에 의해 지지되지만, 경통 정반(9) 이외의 구조체에 의해 지지될 수도 있다. 그러한 경우에도, 구조체는 제진 장치를 통해 지지된다.

본 예시적인 실시예에서, 노광 장치(80)의 구성은 일 예이며, 노광 장치(80)는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 다르게 구성될 수도 있다. 노광 장치(80)는 기판에 패턴을 전사하는 패턴 전사 장치에 유리하게 적용될 수 있다. 패턴 전사 장치의 예로서, 노광 장치, 하전 입자선 묘화 장치 및 임프린트 장치가 포함될 수 있다. 또한, 본 예시적인 실시예에 따른 위치 계측 장치는, 패턴 전사 장치 이외에, 디지털 현미경과, 공작 기기에 사용되는 위치 계측 장치에도 적용될 수 있다.

하전 입자선 묘화 장치에 전술한 위치 계측 장치가 적용되는 경우, 투영 광학계 대신, 하전 입자선을 편향 및 성형하는 전자 광학계가 적용될 수 있다.

임프린트 장치에 전술한 위치 계측 장치가 적용되는 경우, 투영 광학계 대신, 패턴이 형성된 몰드 또는 몰드를 지지하는 지지체가 적용될 수 있다.

디지털 현미경에 전술한 위치 계측 장치를 적용되는 경우, 투영 광학계 대신, 현미경을 구성하는 광학계가 적용될 수 있다.

이하, 예시적인 제2 실시예에 대해 설명한다. 예시적인 제2 실시예에 따른 위치 계측 장치에 대해 설명한다. 예시적인 제1 실시예의 구성에 추가하여, 스케일(1)에 가속도 센서(60)(가속도 계측 유닛)가 추가되며, 가속도 센서(60)로부터의 출력이 구동 장치(4)의 제어에 이용된다. 이하의 설명에서, 예시적인 제1 실시예와 다른 부분에 대해서는 설명을 하고, 예시적인 제1 실시예와 동일한 기능을 가진 부분에 대한 설명은 생략한다. 또한, 가속도 센서(60)는 지지 장치(3)에 의해 지지된 물체 상에 탑재되기만 하면 된다. 도 5는 예시적인 제2 실시예에 따른 스케일(1)의 상면도이다. 도면에서, 예시적인 제1 실시예와 동일한 기능을 가진 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 있다.

스케일(1) 상에는 스케일(1)의 판 두께 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서(60a 내지 60d)가 배치된다. 제어 유닛은 가속도 센서(60a 내지 60d)에 의해 검출된 가속도에 기초하여 스케일(1)에서 발생되는 가속도를 소거하도록 구동 장치(4a 내지 4h)를 제어한다. 즉, 구동 장치는 가속도 센서(60a 내지 60d)로부터의 출력이 0이 되도록 제어된다.

본 예시적인 실시예에서 가속도 센서는 스케일(1)의 판 두께 방향의 가속도를 검출하고 있지만, 그 이외의 방향(예를 들면, 6축 방향)의 가속도를 검출할 수도 있다. 그 경우, 스케일(1)에서 발생되는 판 두께 방향 이외의 가속도를 소거할 수 있다.

예시적인 제2 실시예에서의 전술한 가속도 제어는 예시적인 제1 실시예에서 드리프트를 방지하기 위한 위치 제어와 함께 실시된다. 가속도 제어의 서보 제어 주파수는 위치 제어와 같은 제한이 없기 때문에, 서보 제어 주파수를 가능한 한 높게 설정하여 스케일(1)의 변형을 더 저감할 수 있다.

또한, 구동 장치(4a 내지 4d)는 지지 장치(3a 내지 3d) 근처에 배치될 수 있다. 또한, 가속도 센서(60a 내지 60d)는 지지 장치(3a 내지 3d)와 판 두께 방향으로 구동되는 구동 장치(4a 내지 4d) 근처에 배치될 수 있다. 이러한 배치에 의하면, 지지 장치(3a 내지 3d)에서 스케일(1)로 전달되는 힘이 구동 장치(4a 내지 4d)로부터 발생되는 힘에 의해 상쇄되는 경우, 각각의 힘의 작용점의 차이에 의해 발생하는 스케일(1)의 국소적인 변형을 줄일 수 있다.

지지 장치(3)의 고유 진동수(fc)가 2㎐인 경우, 경통 정반(9)의 진동시 약 3㎐(2㎐ × √2) 이상의 진동이 감쇠되어 스케일(1)로 전달된다. 본 예시적인 실시예에 따르면, 스케일(1)로 전달되는 주파수가 3㎐ 이하인 진동도 저감할 수 있기 때문에, 예시적인 제1 실시예의 구성에 비해 스케일(1)의 변형을 더 줄일 수 있다.

이하, 예시적인 제3 실시예에 대해 설명한다. 예시적인 제3 실시예에 따른 위치 계측 시스템에 대해 설명한다. 예시적인 제1 실시예에 따른 지지 장치는 서보 제어 주파수를 고유 진동수(fc)의 1/2 이하로 설정하는 반면, 본 예시적인 실시예는 서보 제어 주파수를 고유 진동수(fc)의 √2배 이상 내지 10배 미만으로 설정한다. 이하의 설명에서, 예시적인 제1 실시예와 다른 부분에 대해서는 설명을 하고, 예시적인 제1 실시예와 동일한 기능을 가진 부분에 대한 설명은 생략한다.

서보 제어 주파수를 고유 진동수(fc)보다 높은 주파수로 설정하면, 지지 장치(3)가 진동을 전달하기 어려운 주파수 영역(도 9에서 fc의 √2배 이상의 영역)에서 진동이 전달된다. 그러나, 예를 들어, 고유 진동수(fc) 근처(예를 들면, 1 내지 3㎐)를 피하여 5 내지 10㎐로 서보 제어 주파수를 설정함으로써, 공진으로 인한 스케일(1)의 진동을 저감하여 스케일(1)의 변형을 억제할 수 있다.

예를 들어, 서보 제어 주파수를 10㎐로 설정하면, 경통(19)의 10㎐까지의 진동이 전달되지만, 약 1 내지 3㎐의 스케일(1)의 공진이 억제되기 때문에, 스케일(1)에서 발생되는 관성력을 억제할 수 있다.

서보 제어 주파수는 지지 장치(3)의 고유 진동수(fc)의 √2배 이상, 더 바람직하게는 고유 진동수(fc)의 2배 이상으로 설정될 수 있다. 서보 제어 주파수가 고유 진동수(fc)에 과다하게 접근하면, 제어가 불안정하게 된다. 또한, 지지 장치(3)의 감쇠비가 작으면, 고유 진동수(fc) 근처의 진동 증폭 비율이 크기 때문에, 본 예시적인 실시예를 실시할 경우 제진 효과가 더 현저해진다. 스케일(1)의 서보 제어 주파수가 지지 장치(3)의 고유 진동수(fc)의 10배 이하이면, 충분한 제진 효과를 얻게 된다.

이하, 예시적인 제4 실시예에 대해 설명한다. 예시적인 제4 실시예에 따른 위치 계측 시스템에 대해 설명한다. 지지 장치의 구성이 예시적인 제1 실시예와 다르다. 구체적으로, 예시적인 제1 실시예에 따른 지지 장치는 비접촉식인 반면, 본 예시적인 실시예에 따른 지지 장치는 접촉식이다. 예시적인 제1 실시예와 마찬가지로, 지지 장치는 스케일(1)의 판 두께 방향의 지지 강성(스프링 정수)을 저감하도록 구성되어 있다. 이하의 설명에서, 예시적인 제1 실시예와 다른 부분에 대해서는 설명을 하고, 예시적인 제1 실시예와 동일한 기능을 가진 부분에 대한 설명은 생략한다.

도 6의 지지 장치는 코일 스프링(71)으로 스케일(1)을 지지한다. 코일 스프링(71)은 코일 스프링(71)의 일단에서 스케일(1) 측에 장착되고 그 타단에서 경통 정반(9) 측에 장착된다. 코일 스프링(71)은 스케일(1)의 판 두께 방향(Z 방향)의 지지 강성이 낮을 뿐만 아니라(즉, 가요성 지지를 실시함), XY 방향의 강성도 낮다. 또한, 코일 스프링의 지지 강성이 낮으면, 초기 상태에서 스케일(1)의 질량으로 인한 코일 스프링의 신장량이 과다하게 커지지 않도록 제어를 실시할 필요가 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 도 6의 코일 스프링(71) 대신, 판 스프링(73)으로 스케일(1)을 지지할 수도 있다.

이하, 예시적인 제5 실시예에 대해 설명한다. 예시적인 제5 실시예에 따른 위치 계측 시스템에 대해 설명한다. 예시적인 제5 실시예에 따른 지지 장치는 접촉식인 반면, 예시적인 제1 실시예에 따른 지지 장치는 비접촉식이라는 점에서, 예시적인 제5 실시예에 따른 위측 계측 시스템은 예시적인 제1 실시예에 따른 위치 계측 시스템과 다르다. 지지 장치가 예시적인 제1 실시예의 제1 특징을 포함하고 있지 않기 때문에, 예시적인 제1 실시예의 구성에 비해 스케일(1)의 온도 변화가 쉽게 발생하지만, 지지 장치가 제2 특징을 포함하고 있기 때문에, 스케일(1)의 변형을 줄일 수 있다. 이하의 설명에서, 예시적인 제1 실시예와 다른 부분에 대해서는 설명을 하고, 예시적인 제1 실시예와 동일한 기능을 가진 부분에 대한 설명은 생략한다.

도 8a는 예시적인 제5 실시예에 따른 지지 장치를 나타낸다. 도 8a는 하나의 지지 장치를 도시하고 있지만, 예시적인 제1 실시예와 마찬가지로, 위치 계측 시스템은 복수의 지지 장치를 포함하며, (도시되지 않은) 다른 지지 장치도 동일한 구성을 갖는다.

지지 장치는 경통 정반(9)에 고정된 자석(72a)과, 자석(72a)에 대향하도록 스케일(1)에 고정된 자석(72b)과, 경통 정반(9)을 스케일(1)과 연결하는 코일 스프링(71)을 포함한다. 자석(72a, 72b)은 각각 영구 자석이다. 코일 스프링(71) 대신, 스프링 요소로 작용하는 구성이라면, 다른 구성을 사용할 수도 있다.

스케일(1)은 자석(72a)과 자석(72b) 사이에 가해지는 자기 반발력과, 코일 스프링(71)의 복원력에 의해 결정되는 지지력에 의해 지지된다. 자석(72a)과 자석(72b)은 스케일(1)의 변위에 대해 비선형적인 스프링력을 발생시키고, 코일 스프링(71)은 스케일에 대해 선형적인 스프링력을 발생시키도록 구성되어 있다.

또한, 스프링력과 스케일(1)의 지지 위치를 제어함으로써, 스케일(1)을 지지하는 지지력을 얻는 것과 동시에, 균형 위치 근처에서 변위에 대한 코일 스프링(71)의 신장량을 억제할 수 있다. 이는 스케일(1)과 경통 정반(9) 사이의 거리를 줄여 공간 절감으로 이어진다. 또한, 제어에 의해 균형 위치에서 스프링 정수의 절대값을 줄일 수도 있다.

도 8b는 도 8a의 변형예이다. 도 8b에 도시된 지지 장치는 코일 스프링(71) 대신 공기 스프링(벨로프렘(bellofram))(73)을 이용한다. 또한, 자석(72a, 72b) 대신, 자석(72c 내지 72f)을 이용한다. 지지 장치는, 자석(72c 내지 72f)이 자기 흡인력을 이용한다는 점에서도 도 8a의 지지 장치와 다르다.

이하, 예시적인 제6 실시예에 대해 설명한다. 본 예시적인 실시예는 예시적인 제1 실시예 내지 예시적인 제5 실시예와 동일한 구성을 갖지만, 예시적인 제1 실시예 내지 예시적인 제5 실시예와 특성이 다르다. 예시적인 제6 실시예에서, 지지 장치는 네거티브 스프링 특성을 가지며, 스프링 정수의 절대값이 작은 위치에서 사용된다.

일본 특허 공개 제2009-004737호에 개시된 지지 장치는 편향 요소를 사용하므로, 편향 요소(스프링 요소) 자체의 질량과 스프링 정수에 의한 공진이 문제가 된다. 종래의 예에서 편향 요소의 스프링 정수가 극히 작아도, 편향 요소 자체의 질량에 따라 수 10㎐ 근처로부터 복수의 고유 진동수(공진 주파수)가 존재하고, 경통 정반(9)에서 전달되는 판 두께 방향의 진동이 증폭된다. 이러한 진동은 스케일(1)의 변형을 유발한다.

예시적인 제1 실시예에서 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 경통 정반(9)의 진동 주파수가 고유 진동수(fc) 근처에 있는 영역(예컨대, 0.5㎐ 내지 3㎐)에서, 경통 정반(9)의 진동이 지지 장치(3)의 감쇠비에 비례하는 양만큼 증폭되어 스케일(1)로 전달된다. 이러한 증폭은 포지티브 스프링 특성에서 발생되며, 본 예시적인 실시예에서는 지지 장치가 네거티브 스프링 특성을 갖기 때문에, 증폭으로 인한 공진의 문제가 없다. 따라서, 예시적인 제1 실시예에 비해, 스케일(1)의 변형을 줄일 수 있다.

네거티브 스프링 특성을 가진 지지 장치는, 스프링 정수가 네거티브로 정의되므로, 일반적인 고유 진동수를 갖지 않는다. 따라서, 고유 진동수에 상당하는 진동수로서, 이하의 진동수(fc)를 정의한다.

(1)

식 (1)은 일반적인 고유 진동수를 나타내는 변형식이며, 여기서, 스프링 정수(k)는 고유 진동수를 나타내는 식에서의 절대값으로 설정되고, m은 스케일(1)의 질량 또는 스케일(1)과 스케일(1)에 탑재되는 물체의 총 질량이다. 네거티브 스프링 특성의 경우, 공진 현상이 발생하지 않기 때문에, 진동수(fc)가 공진을 유발하는 진동수라는 의미를 갖지는 않는다. 그러나, 식 (1)은 지지하는 물체에 가해지는 관성력의 효과로 인해 어느 정도 진동이 전달되기 어렵게 될지 또는 지지하는 물체에 어느 정도의 스프링력이 가해질지를 결정하는 기준이 될 수 있다.

여기서, 스프링 정수가 네거티브라 하더라도, 스프링 정수의 절대값이 작기 때문에 경통 정반(9)의 진동이 스케일(1)로 전달되기 어렵다는 특성은 스프링 정수가 포지티브인 경우와 다르지 않다. 이하, 본 예시적인 실시예에서 스케일(1)의 위치 결정 제어에 대해 설명한다. 본 예시적인 실시예에 따른 지지 장치(3)는 네거티브 스프링 정수를 가지며 스프링 정수의 절대값이 작기 때문에, 스케일(1)에서 가속도가 거의 발생하지 않지만, 스케일(1)의 위치 안정성이 악화된다. 예를 들어, 기판 스테이지의 이동에 따른 풍압의 영향에 의해서도 스케일(1)이 변위될 가능성이 있다.

따라서, 예시적인 제1 실시예와 동일한 구성으로 스케일의 위치 결정 제어를 실시한다. 지지 장치가 포지티브 스프링 특성을 가진 경우, 스케일(1)의 위치 결정 제어의 진동이 증폭될 우려가 있다. 일반적으로, 고유 진동수의 1/2 내지 √2배의 영역에서는 위치 결정 제어를 실시하기가 어렵다. 반면에, 지지 장치가 네거티브 스프링 특성을 가진 경우에는, 고유 진동수에 상당하는 진동수에서 공진 현상이 발생하지 않고, 스케일(1)의 위치 결정 제어의 서보 제어 주파수가 진동수(fc) 근처로 설정되어도, 위치 결정 제어에서의 불안정이 발생하지 않을 수 없다. 그러나, 네거티브 스프링 특성에서는 균형 위치에서 멀어지는 방향으로 힘이 가해지기 때문에, 이 힘을 적어도 충분히 초과하는 제어 구동력을 확보할 수 있도록 서보 제어 주파수를 제어할 필요가 있다. 위치 결정 제어는 상정하는 스케일(1)과 경통 정반(9) 간의 상대 변위량에 따라 다르지만, 고유 진동수에 상당하는 진동수(fc)의 1배 이상으로 서보 제어 주파수를 설정하면, 일반적으로 실시될 수 있다. 반면에, 진동수(fc)의 1배 미만인 서보 제어 주파수에서 위치 결정 제어를 실시하는 경우, 네거티브 스프링에 의해 발생되는 힘이 제어 구동력을 초과할 수 있으므로, 위치 결정 제어가 쉽게 불안정해질 수 있다.

한편, 스케일(1)의 위치 결정 제어는 스케일(1)을 투영 광학계(10)의 움직임에 추종하도록 하는 기능을 갖기 때문에, 높은 서보 제어 주파수로 스케일(1)의 위치 결정 제어를 실시하면, 투영 광학계(10)의 진동이 과도하게 전달된다.

도 11a 및 도 11b는 스케일(1)의 위치 결정 제어의 서보 제어 주파수와 스케일(1)에 가해지는 진동 에너지의 관계를 나타내는 도면이다. 도 11a는 지지 장치(3)가 포지티브 스프링 특성을 가진 경우를 도시하고, 도 11b는 지지 장치(3)가 네거티브 스프링 특성을 가진 경우를 도시하고 있다. 가로 축은 주파수 비를 나타내며, 이 주파수 비는 서보 제어 주파수에 대한 고유 진동수 또는 진동수(fc)의 비율이다.

세로 축은 진동 에너지 비를 나타내며, 지지 장치(3)에서 전달되는 힘 또는 제어 구동력에 의해 스케일(1)이 진동할 때의 진폭의 제곱이, 고유 진동수가 2㎐인 포지티브 스프링 특성을 가진 지지 장치에 의해 지지되면서 서보 제어가 실시되지 않는 경우에서 얻은 값으로 정규화된다. 정규화가 실시되기 때문에, 서보 제어 주파수가 0인 경우(서보 제어를 실시하지 않는 경우), 진동 에너지 비는 1.0이 된다. 이 그래프는, 각각의 서보 제어 주파수에서 위치 결정 제어를 실시하는 경우에, 스케일(1)에 가해지는 진동 에너지를 정규화하는 그래프를 나타내는 것으로 해석될 수 있다.

도 11a로부터, 포지티브 스프링 특성을 가진 지지 장치가 고유 진동수의 약 2 내지 4배로 서보 제어 주파수를 설정하면, 스케일(1)에 가해지는 진동 에너지가 감소되는 것, 즉, 제진 효과가 최대화되는 것을 알 수 있다. 또한, 고유 진동수의 10배 이상으로 서보 제어 주파수를 설정하면, 고유 진동수 근처의 서보 제어 주파수에서의 위치 결정 제어에 비해 스케일(1)에 가해지는 진동 에너지가 더 증가함으로써, 제진 효과가 악화된다는 것을 알 수 있다.

도 11b로부터, 네거티브 스프링 특성을 가진 지지 장치에서는 서보 제어 주파수가 높아질수록 스케일(1)에 가해지는 진동 에너지가 증가함으로써 제진 효과가 악화된다는 것을 알 수 있다. 또한, 서보 제어 주파수를 진동수(fc)의 약 1 내지 3배로 설정하면, 제진 효과가 매우 높다는 것을 알 수 있다. 서보 제어 주파수를 fc의 10배 이상으로 설정하면, 포지티브 스프링 특성의 지지 장치의 경우와 제진 효과가 다르지 않다.

이상의 설명을 요약하면, 네거티브 스프링 특성을 가진 지지 장치(3)에서는, 스케일(1)의 위치 결정 제어의 서보 제어 주파수를 진동수(fc)의 1배 이상 내지 10배 이하로 설정하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 또한, 서보 제어 주파수를 진동수(fc)의 1배 이상 내지 3배 이하로 설정하는 것이 더 바람직하다. 본 예시적인 실시예에서는, 일 예로서, 지지 장치의 진동수(fc)를 6축 방향 모두에서 약 2㎐로 설정하고, 서보 제어 주파수를 약 3 내지 5㎐로 설정한다.

"서보 제어 주파수('서보 제어 대역'이라고도 함)"은 오픈 특성의 제로 크로스 주파수에 의해 정의되고, 추종 제어가 충분히 기능하는지의 여부에 대한 경계를 나타내는 지표가 된다. 구체적으로, 서보 제어 주파수를 5㎐로 설정하면, 5㎐ 이상인 주파수의 움직임에 대해서는 추종 제어가 실시되지 않지만, 5㎐ 미만의 주파수에서 경통의 움직임에 대해서는 추종 제어가 실시되어 스케일(1)의 위치에서 저주파수 대역의 드리프트를 방지한다.

본 예시적인 실시예에 따른 지지 장치(3)는 스케일(1)의 판 두께 방향에서 네거티브 스프링 특성을 가지며, 스케일(1)에 대해 위치 결정 제어를 실시하기 위한 서보 제어 주파수를 진동수(fc)의 1배 이상 내지 10배 이하로 설정한다. 이에 따라, 스케일(1)의 위치 결정 제어로 스케일(1)에 의해 발생되는 관성력을 억제하여, 진동으로 인한 스케일(1)의 판 두께 방향의 변형을 대폭 줄일 수 있다.

디바이스 제조 방법

다음으로, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디바이스(반도체 디바이스, 액정 디바이스 등)의 제조 방법에 대해 설명한다. 반도체 디바이스는 웨이퍼 상에 집적 회로를 만드는 전-공정과, 전-공정에서 만들어진 웨이퍼 상에 집적 회로 칩을 제품으로서 완성하는 후-공정을 실시함으로써 제조된다. 전-공정은 상술한 노광 장치를 사용하여 감광제가 도포된 웨이퍼를 노광시키는 공정과 상기 웨이퍼를 현상하는 공정을 포함한다. 후-공정은 조립 공정(다이싱, 본딩)과 패키징 공정(봉입)을 포함한다. 액정 디바이스는 투명 전극을 형성하는 공정을 실시함으로써 제조된다. 투명 전극을 형성하는 공정은 투명 도전막이 증착된 유리 기판에 감광제를 도포하는 공정과, 상술한 노광 장치를 사용하여 감광제가 도포된 유리 기판을 노광시키는 공정과, 상기 유리 기판을 현상하는 공정을 포함한다. 본 예시적인 실시예에 따른 디바이스 제조 방법에 의하면, 종래 기술보다 고품질의 디바이스를 제조할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다.

본 발명에 따르면, 스케일과 센서를 포함한 위치 결정 제어 장치에서, 스케일의 판 두께 방향의 변형을 감소시킴으로써, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.

예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 개시된 예시적인 실시예들에 한정되지 않음을 또한 이해할 것이다. 이하의 특허청구범위는 모든 변형들, 등가의 구조들 및 기능들을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (14)

1. 피계측물의 위치를 계측하는 위치 계측 장치이며,
   상기 피계측물 상에 구비된 센서 헤드와,
   상기 센서 헤드로부터의 광으로 조사되고, 중력의 방향으로의 두께를 갖는 스케일과,
   바닥으로부터 전달되는 진동을 저감시키는 제진 장치를 통해 바닥에 의해 지지되는 구조체와,
   상기 구조체 상에 배치되고 상기 방향으로 상기 스케일을 지지하도록 구성된 지지 유닛을 포함하고,
   상기 지지 유닛은 상기 제진 장치 및 상기 구조체를 통해 상기 바닥으로부터 상기 스케일로 전달되는, 상기 방향의 진동을 저감시키는 스프링 정수를 갖는 스프링 요소를 포함하고,
   상기 스케일을 포함하고 상기 지지 유닛에 의해 지지되는 물체의 질량이 m으로 설정되고, 상기 지지 유닛의 상기 스프링 정수가 k로 설정되는 경우, 이하의 식으로 나타내지는, 상기 방향에서의 진동수 fc가 0 초과 10㎐ 이하의 값으로 설정되며,
   

   

   
   상기 위치 계측 장치는, 상기 구조체 또는 상기 구조체에 설치되는 기준 물체와 상기 스케일 간의 상기 방향에서의 상대 위치를 계측하도록 구성된 위치 센서를 포함하고,
   상기 위치 계측 장치는, 상기 위치 센서로부터의 출력에 기초하여 상기 스케일을 포함하는 상기 물체를 상기 방향으로 구동하도록 구성된 구동 유닛을 포함하며,
   상기 지지 유닛은 네거티브 스프링 정수를 갖고,
   상기 구동 유닛과 상기 위치 센서에 의해 상기 스케일을 포함하는 상기 물체를 상기 방향으로 위치 결정하기 위한 서보 제어 주파수가 상기 fc의 1배 이상 및 10배 이하의 값으로 설정되는, 위치 계측 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지 유닛은 상기 스케일을 비접촉식으로 지지하도록 구성되는, 위치 계측 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지 유닛은 상기 구조체와 상기 스케일 중 하나에 설치되는 한 쌍의 자석을 포함하는 제1 자석과, 다른 하나에 설치되며 상기 한 쌍의 자석 사이에 배치되는 제2 자석을 포함하는, 위치 계측 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 센서 헤드로부터의 출력과 상기 위치 센서로부터의 출력에 기초하여 상기 피계측물과 상기 구조체 또는 상기 기준 물체 간의 상기 방향에서의 상대 위치가 계측되는, 위치 계측 장치.
8. 삭제
9. 피계측물의 위치를 계측하는 위치 계측 장치이며,
   상기 피계측물 상에 구비된 센서 헤드와,
   상기 센서 헤드로부터의 광으로 조사되고, 중력의 방향으로의 두께를 갖는 스케일과,
   바닥으로부터 전달되는 진동을 저감시키는 제진 장치를 통해 바닥에 의해 지지되는 구조체와,
   상기 구조체 상에 배치되고 상기 방향으로 상기 스케일을 지지하도록 구성된 지지 유닛을 포함하고,
   상기 지지 유닛은 상기 제진 장치 및 상기 구조체를 통해 상기 바닥으로부터 상기 스케일로 전달되는, 상기 방향의 진동을 저감시키는 스프링 정수를 갖는 스프링 요소를 포함하고,
   상기 스케일을 포함하고 상기 지지 유닛에 의해 지지되는 물체의 질량이 m으로 설정되고, 상기 지지 유닛의 상기 스프링 정수가 k로 설정되는 경우, 이하의 식으로 나타내지는, 상기 방향에서의 진동수 fc가 0 초과 10㎐ 이하의 값으로 설정되며,
   

   

   
   상기 위치 계측 장치는, 상기 구조체 또는 상기 구조체에 설치되는 기준 물체와 상기 스케일 간의 상기 방향에서의 상대 위치를 계측하도록 구성된 위치 센서를 포함하고,
   상기 위치 계측 장치는, 상기 위치 센서로부터의 출력에 기초하여 상기 스케일을 포함하는 상기 물체를 상기 방향으로 구동하도록 구성된 구동 유닛을 포함하며,
   상기 지지 유닛은 포지티브 스프링 정수를 갖고,
   상기 구동 유닛과 상기 위치 센서에 의해 상기 스케일을 포함하는 상기 물체를 상기 방향으로 위치 결정하기 위한 서보 제어 주파수가 상기 fc의 1/2 이하 또는 √2배 이상 및 10배 이하의 값으로 설정되는, 위치 계측 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 방향에서의 상기 스케일의 가속도를 검출하도록 구성된 가속도 센서를 더 포함하고,
    상기 구동 유닛은 상기 가속도 센서로부터의 출력에 추가로 기초하여 상기 스케일을 포함하는 상기 물체를 구동시키도록 구성되는, 위치 계측 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 요소는 6축 방향으로 상기 구조체로부터 상기 스케일로 전달되는 진동을 저감시키도록 구성되는, 위치 계측 장치.
12. 기판 상에 패턴을 형성하도록 구성된 패턴 형성 장치이며,
    이동 가능하고 상기 기판을 보유지지하도록 구성된 스테이지; 및
    상기 스테이지의 위치를 계측하도록 구성된 위치 계측 장치를 포함하며,
    상기 위치 계측 장치는,
    상기 스테이지 상에 구비된 센서 헤드와,
    상기 센서 헤드로부터의 광으로 조사되고, 중력의 방향으로의 두께를 갖는 스케일과,
    바닥으로부터 전달되는 진동을 저감시키는 제진 장치를 통해 바닥에 의해 지지되는 구조체와,
    상기 구조체 상에 배치되고 상기 방향으로 상기 스케일을 지지하도록 구성된 지지 유닛을 포함하고,
    상기 지지 유닛은 상기 제진 장치 및 상기 구조체를 통해 상기 바닥으로부터 상기 스케일로 전달되는, 상기 방향의 진동을 저감시키는 스프링 정수를 갖는 스프링 요소를 포함하고,
    상기 스케일을 포함하고 상기 지지 유닛에 의해 지지되는 물체의 질량이 m으로 설정되고, 상기 지지 유닛의 상기 스프링 정수가 k로 설정되는 경우, 이하의 식으로 나타내지는, 상기 방향에서의 진동수 fc가 0 초과 10㎐ 이하의 값으로 설정되며,
    

    

    
    상기 위치 계측 장치는, 상기 구조체 또는 상기 구조체에 설치되는 기준 물체와 상기 스케일 간의 상기 방향에서의 상대 위치를 계측하도록 구성된 위치 센서를 포함하고,
    상기 위치 계측 장치는, 상기 위치 센서로부터의 출력에 기초하여 상기 스케일을 포함하는 상기 물체를 상기 방향으로 구동하도록 구성된 구동 유닛을 포함하며,
    상기 지지 유닛은 네거티브 스프링 정수를 갖고,
    상기 구동 유닛과 상기 위치 센서에 의해 상기 스케일을 포함하는 상기 물체를 상기 방향으로 위치 결정하기 위한 서보 제어 주파수가 상기 fc의 1배 이상 및 10배 이하의 값으로 설정되는, 패턴 형성 장치.
13. 삭제
14. 피계측물의 위치를 계측하는 위치 계측 장치이며,
    상기 피계측물에 구비된 센서 헤드와,
    상기 센서 헤드로부터의 광으로 조사되고, 중력의 방향으로의 두께를 갖는 스케일과,
    바닥으로부터 전달되는 진동을 저감시키는 제진 장치를 통해 바닥에 의해 지지되는 구조체와,
    스프링 정수를 갖는 지지 수단으로서, 상기 제진 장치 및 상기 구조체를 통해 상기 바닥으로부터 상기 스케일로 전달되는, 상기 방향의 진동이 상기 지지 수단을 통해 저감되도록 상기 방향으로 상기 스케일을 지지하는, 지지 수단을 포함하고,
    상기 스케일을 포함하고 상기 지지 수단에 의해 지지되는 물체의 질량이 m으로 설정되고, 상기 지지 수단의 상기 스프링 정수가 k로 설정되는 경우, 이하의 식으로 나타내지는, 상기 방향에서의 진동수 fc가 0 초과 10㎐ 이하의 값으로 설정되며,
    

    

    
    상기 위치 계측 장치는, 상기 구조체 또는 상기 구조체에 설치되는 기준 물체와 상기 스케일 간의 상기 방향에서의 상대 위치를 계측하도록 구성된 위치 센서를 포함하고,
    상기 위치 계측 장치는, 상기 위치 센서로부터의 출력에 기초하여 상기 스케일을 포함하는 상기 물체를 상기 방향으로 구동하도록 구성된 구동 유닛을 포함하며,
    상기 지지 수단은 네거티브 스프링 정수를 갖고,
    상기 구동 유닛과 상기 위치 센서에 의해 상기 스케일을 포함하는 상기 물체를 상기 방향으로 위치 결정하기 위한 서보 제어 주파수가 상기 fc의 1배 이상 및 10배 이하의 값으로 설정되는, 위치 계측 장치.

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