KR102373820B1 - 스테이지 구동 장치, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법 - Google Patents

스테이지 구동 장치, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테이지를 구동하는 스테이지 구동 장치로서, 제1 상 코일 및 제2 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 코일 어레이를 포함하는 고정자와, 상기 스테이지에 배치되는 가동자를 포함하는 리니어 모터; 및 상기 코일 어레이의 통전 상태를 제어함으로써 상기 리니어 모터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하고, 제어 유닛은, 스테이지가 소정 위치에 정지해 있는 정지 기간에, 코일 어레이 중 제1 상 코일을 턴온함으로써 스테이지의 위치를 소정 위치에 유지하며, 코일 어레이 중 가동자에 추력이 부여되지 않는 위치에 배치된 제2 상 코일을 턴온함으로써 열을 발생시키는 스테이지 구동 장치를 제공한다.

Description

스테이지 구동 장치, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법{STAGE DRIVING APPARATUS, LITHOGRAPHY APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING ARTICLE}
본 발명은, 스테이지 구동 장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 제조에 사용되는 일부 리소그래피 장치는, 원판, 기판 등을 유지하는 스테이지를 구동하는 기구로서, 가동자의 위치에 따라서 턴온해야 할 코일을 선택적으로 전환하는 다상 리니어 모터를 사용한다. 일본 특허 제3501559호는, 이러한 다상 리니어 모터의 구동 전류를 제어하는 방법으로서, sin2(x) + cos2(x) = 1의 원리를 이용하는 다상 여자 정현파 구동 방법을 제안하고 있다. 다상 여자 정현파 구동 방법에서 스테이지를 구동할 때, 90°의 자속 밀도 위상각에서 서로 이격되어 위치되는 2상 코일의 자속 밀도에 상당하는 전류를 이들 코일에 동시에 공급한다(즉, 2상 여자가 수행된다). 결과적으로, 추력 불균등을 감소시킴으로써 소정 추력을 얻을 수 있다.
리소그래피 장치에서는, 반도체 디바이스의 미세패턴화 및 집적화가 진행됨에 따라, 스테이지 위치의 계측 오차 및 장치 내의 부품 및 기판의 형상 오차를 관리하고, 기판 상에 패턴을 정밀하게 형성하는 것이 요구된다. 그러므로, 이러한 오차의 1개의 요인인 장치의 내부 온도를 정밀하게 제어하여, 온도의 변동을 저감하는 것이 바람직하다. 그러나, 스테이지 구동 기간 동안 스테이지를 구동하는 리니어 모터에 의해 발생되는 열은 스테이지 정지 기간 동안 발생되는 열과 크게 상이하다. 이는 장치에서의 온도 변동을 저감하는 것을 어렵게 만든다.
본 발명은, 예를 들어 리니어 모터로부터의 열의 발생을 제어하는데 유리한 기술을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 스테이지를 구동하는 스테이지 구동 장치로서, 제1 상 코일과 제2 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 코일 어레이를 포함하는 고정자와, 상기 스테이지에 배치되는 가동자를 포함하는 리니어 모터; 및 상기 코일 어레이의 통전 상태를 제어함으로써 상기 리니어 모터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛은, 상기 스테이지를 소정 위치에 정지시키고 있는 정지 기간에, 상기 코일 어레이 중 상기 제1 상 코일을 턴온함으로써 상기 스테이지의 위치를 상기 소정 위치에 유지하며, 상기 코일 어레이 중 상기 가동자에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 상기 제2 상 코일을 턴온함으로써 열을 발생시키는 스테이지 구동 장치가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기판 상에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치로서, 상기 기판을 유지하도록 구성되는 스테이지; 및 상기 스테이지를 구동하도록 구성되는 스테이지 구동 장치를 포함하고, 상기 스테이지 구동 장치는, 제1 상 코일과 제2 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 코일 어레이를 포함하는 고정자와, 상기 스테이지에 배치되는 가동자를 포함하는 리니어 모터; 및 상기 코일 어레이의 통전 상태를 제어함으로써 상기 리니어 모터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛은, 상기 스테이지를 소정 위치에 정지시키고 있는 정지 기간에, 상기 코일 어레이 중 상기 제1 상 코일을 턴온함으로써 상기 스테이지의 위치를 상기 소정 위치에 유지하며, 상기 코일 어레이 중 상기 가동자에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 상기 제2 상 코일을 턴온함으로써 열을 발생시키는 리소그래피 장치가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 물품 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은, 리소그래피 장치를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴이 형성된 상기 기판을 가공하여 상기 물품을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 리소그래피 장치는, 상기 기판을 유지하도록 구성되는 스테이지; 및 상기 스테이지를 구동하도록 구성되는 스테이지 구동 장치를 포함하고, 상기 스테이지 구동 장치는, 제1 상 코일과 제2 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 코일 어레이를 포함하는 고정자와, 상기 스테이지에 배치되는 가동자를 포함하는 리니어 모터; 및 상기 코일 어레이의 통전 상태를 제어함으로써 상기 리니어 모터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛은, 상기 스테이지를 소정 위치에 정지시키고 있는 정지 기간에, 상기 코일 어레이 중 상기 제1 상 코일을 턴온함으로써 상기 스테이지의 위치를 상기 소정 위치에 유지하며, 상기 코일 어레이 중 상기 가동자에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 상기 제2 상 코일을 턴온함으로써 열을 발생시킨다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 노광 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 2a 내지 도 2f는 다상 여자 리니어 모터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 노광 장치의 동작 시퀀스를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 노광 장치의 동작과 리니어 모터의 열 발생 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 5는 제1 실시형태의 스테이지 구동 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 6은 전류 드라이버로부터의 전류의 출력 타이밍과 전환 유닛에서의 전환 타이밍을 도시하는 타이밍 차트이다.
도 7은 제3 실시형태의 스테이지 구동 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은 소정 위치 설정예를 도시하는 도면이다.
본 발명의 예시적인 실시형태를 첨부의 도면을 참조하여 이하에서 설명한다. 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 반복적인 설명은 주어지지 않는다는 것에 유의한다. 또한, 이하의 실시형태에서는, 마스크(원판) 패턴을 기판에 전사하는 노광 장치에 본 발명의 스테이지 구동 장치를 적용하는 예를 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 스테이지 구동 장치는, 몰드를 사용해서 기판 상에 임프린트재 패턴을 형성하는 임프린트 장치, 및 하전 입자 빔을 기판에 조사해서 당해 기판에 패턴을 형성하는 묘화 장치 등의 다른 리소그래피 장치에도 적용될 수 있다.
<제1 실시형태>
제1 실시형태의 노광 장치(100)에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 노광 장치(100)의 구성예를 도시하는 개략도이다. 본 실시형태의 노광 장치(100)는, 조명 광학계(11), 마스크(M)를 유지하는 마스크 스테이지(12), 투영 광학계(13), 기판(W)을 유지하는 기판 스테이지(14), 기판 스테이지(14)를 구동하는 리니어 모터(20)(구동 유닛), 및 제어 유닛(30)을 포함할 수 있다. 제어 유닛(30)은, CPU, 메모리 등을 포함하고, 노광 장치(100)의 각 유닛을 제어한다(기판(W)의 노광 처리를 제어한다). 본 실시형태에서는, 기판 스테이지(14)를 구동하는 스테이지 구동 장치가, 리니어 모터(20)와 제어 유닛(30)에 의해 구성될 수 있다.
조명 광학계(11)는, 광원으로부터 사출된 광을 사용하여, 마스크 스테이지(12)에 의해 유지된 마스크(M)를 조명한다. 투영 광학계(13)는, 소정의 배율을 갖고, 마스크(M)에 형성된 패턴을 기판(W) 위에 투영한다. 마스크(M) 및 기판(W)은, 마스크 스테이지(12) 및 기판 스테이지(14)에 의해 각각 유지되고, 투영 광학계(13)를 통해서 광학적으로 거의 공액인 위치(투영 광학계(13)의 물체면 및 상면)에 배치된다. 마스크 스테이지(12)는, 진공 흡착력 등에 의해 마스크(M)를 유지하고, 예를 들어 XY 방향으로 이동할 수 있다. 기판 스테이지(14)는, 진공 흡착력 등에 의해 기판(W)을 유지하고, 리니어 모터(20)에 의해 예를 들어 XY 방향(도 1에 도시하는 본 구성예에서는 X 방향)으로 구동된다. 리니어 모터(20)는, 복수의 코일(코일 어레이)(21a)를 포함하는 고정자(21), 및 기판 스테이지(14)를 위해 형성된 가동자(22)를 포함한다.
노광 장치(100)는, 기판 스테이지(14)의 위치를 계측하는 계측 디바이스(16), 및 리니어 모터(20)의 고정자(21)의 온도를 규제하는 온도 규제부(17)를 더 포함할 수 있다. 계측 디바이스(16)는, 예를 들어 레이저 간섭계, 인코더 등을 포함하고, 기판 스테이지(14)(가동자(22))의 현재 위치를 계측한다. 도 1에 도시하는 계측 디바이스(16)는, 레이저 간섭계를 포함하고, 기판 스테이지(14)에 형성된 미러(22a)에 레이저 빔을 조사하며, 해당 미러(22a)에 의해 반사된 레이저 빔을 사용해서 기판 스테이지(14)(가동자(22))의 현재 위치를 계측한다. 또한, 온도 규제부(17)는, 리니어 모터(20)의 고정자(21)에 형성된 유로에 유체를 공급함으로써 고정자(21)의 온도를 규제할 수 있다. 도 1에 도시하는 온도 규제부(17)는, 고정자(21)의 유로로부터 회수 파이프(17a)를 통해서 유체를 회수하고, 회수된 유체의 온도를 온도 센서에 의한 유체의 온도의 검출 결과에 기초하여 목표 온도로 규제한다. 그리고, 온도 규제부(17)는 온도 규제된 유체를 공급 파이프(17b)를 통해서 고정자(21)의 유로에 공급함으로써 고정자(21)의 온도를 규제한다.
이어서, 본 실시형태의 리니어 모터(20)에 대해서 설명한다. 본 실시형태의 리니어 모터(20)는, 제1 상 코일과 제2 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 복수의 코일(21a)을 고정자(21)에 포함하고, 가동자(22)의 위치에 따라서 턴온해야 할 코일(21a)을 선택적으로 전환할 수 있는 다상 리니어 모터로서 구성된다. 또한, 본 실시형태는, 리니어 모터(20)의 구동 전류를 제어하는 방법(즉, 코일 어레이(21a)의 통전 상태를 제어하는 방법)으로서, 다상 여자 정현파 구동 방법(이하에서는, 간단히 "다상 여자 방법"이라고 칭하는 경우가 있음)을 사용한다. 상술한 바와 같이 구성된 리니어 모터(20)에서는, 예를 들어 복수의 코일(21a) 중, 가동자(22)의 위치에 따라서 선택된 한 쌍의 제1 상 코일 및 제2 상 코일을 턴온함으로써, 가동자(22)의 위치를 제어할 수 있다. 이하의 설명에서, 제1 상 코일은 A 상 코일이며, 제2 상 코일은 B 상 코일이다. 그러나, 이들 관계는 전환될 수도 있다(즉, 제1 상 코일이 B 상 코일일 수 있으며, 제2 상 코일이 A 상 코일일 수 있다).
도 2a 내지 도 2f는 본 실시형태에 따른 다상 여자 리니어 모터(20)의 동작을 설명하는 도면이다. 도 2a 내지 도 2e는, 화살표 R의 방향으로 가동자를 이동시킬 때의 리니어 모터(20)의 상태 천이를 시계열로 도시하는 도면이다. 도 2a 내지 도 2e는, A 상 코일과 B 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 복수의 코일(21a)을 포함하는 고정자(21)와, 복수의 자석을 포함하는 가동자(22)를 포함하는 리니어 모터(20)를 도시한다. 도 2a 내지 도 2e에서, 고정자(21)에서의 복수의 코일(21a) 중, A 상 코일에 A1 내지 A3의 번호가 부여되고, B 상 코일에 B1 내지 B3의 번호가 부여된다. 상술한 바와 같은 구성을 갖는 리니어 모터(20)에서는, 계측 디바이스(16)에 의해 계측된 가동자(22)의 위치 정보에 기초하여 선택된 A 상 코일과 B 상 코일을 턴온함으로써, 가동자(22)에 추력을 계속적으로 부여해서 가동자(22)를 이동시킬 수 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 계측 디바이스(16)에 의해 계측된 가동자(22)의 위치 정보에 기초하여, 턴온해야 할 코일(21a)로서, A 상 코일(A1) 및 B 상 코일(B1)이 선택된다. 도 2c 내지 도 2e를 참조하면, B 상 코일(B1) 및 A 상 코일(A2)은 동일한 방식으로 선택된다.
도 2f는, 각 코일(21a)을 통과하는 자속 밀도의 상태를 나타내는 자속 밀도 분포의 일례를 나타낸다. 도 2f에서, 횡축은 가동자(22)의 위치를 나타내고, 종축은 각 코일을 통과하는 자속 밀도를 나타낸다. A 상 코일의 자속 밀도 분포는, 복수의 A 상 코일 중, 가동자(22)의 위치에 따라서 선택되어 턴온되는 A 상 코일의 자속 밀도를 연속적으로 연결함으로써 획득된다. 마찬가지로, B 상 코일의 자속 밀도 분포는, 복수의 B 상 코일 중, 가동자(22)의 위치에 따라서 선택되어 턴온된 B 상 코일의 자속 밀도를 연속적으로 연결함으로써 획득된다. 도 2f에 도시된 자속 밀도 분포는 화살표 R의 방향으로 가동자(22)를 이동시키는 예이다. 실제로 가동자(22)의 위치를 제어하는 때에는, 가동자(22)의 이동 속도, 리니어 모터(20)에 의해 발생되는 추력 등에 따라 위상 및 강도(진폭)가 변경될 수 있다.
도 2a 내지 도 2f를 참조하면, 가동자(22)를 구동하는 경우, 가동자(22)의 위치 x에 대하여 자속 밀도가 sin(x)이 되도록, 가동자(22)의 위치에 따라서 선택된 A 상 코일에, sin(x)에 비례하는 전류를 공급한다. 90°의 자속 밀도 위상각으로 A 상 코일로부터 이격된 B 상 코일에 대해서는, 자속 밀도가 cos(x)이 되도록, 가동자(22)의 위치에 따라서 선택된 B 상 코일에, cos(x)에 비례하는 전류를 공급한다. 이렇게 함으로써, A 상 코일 및 B 상 코일의 각각에서 자속과 전류에 의해 결정되는 추력이, sin2(x) + cos2(x) = 1의 관계를 갖고, 그래서 추력 불균등을 저감함으로써 소정 추력이 발생될 수 있다.
이하에서, 노광 장치(100)의 동작 시퀀스에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은, 노광 장치(100)의 동작 시퀀스를 나타내는 흐름도이다. 도 3의 흐름도는, 1개의 로트에 포함되는 복수의 기판(W)의 각각에 대하여 노광 처리를 행할 때의 노광 장치(100)의 동작 시퀀스를 나타내며, 동작 시퀀스는 로트를 변경하면서 반복적으로 행해질 수 있다. 도 3에 도시된 흐름도는, 기판 스테이지(14)(가동자(22))의 이동을 설명하며, 노광 처리의 구체적인 설명에 대해서는 생략하고 있다는 것에 유의한다.
단계 S11에서는, 제어 유닛(30)은, 기판 스테이지(14)(가동자(22))를 소정 위치에 이동시키고, 기판 스테이지(14)를 당해 소정 위치에 유지(보유)하도록 리니어 모터(20)를 제어한다. 이 단계에서, 로트 교체(교환) 등이 행해질 수 있다. 단계 S12에서는, 제어 유닛(30)은, 1개의 로트에 포함되는 복수의 기판(W) 중, 노광 처리의 대상으로서의 기판(W)(대상 기판(W))을 기판 스테이지(14) 위로 반송하도록 기판 반송 기구를 제어하고, 대상 기판(W)을 유지하도록 기판 스테이지(14)를 제어한다. 단계 S11 및 S12는 노광 처리를 개시하기 전에 행해지며, 기판 스테이지(14)는 정지 상태(아이들링 상태)에 있다.
단계 S13에서는, 제어 유닛(30)은, 대상 기판(W)을 투영 광학계(13)의 하방에 배치하도록 리니어 모터(20)를 제어한다. 단계 S14에서는, 제어 유닛(30)은, 스텝 이동을 삽입하면서, 대상 기판(W)에서의 복수의 샷 영역의 각각에 노광 처리를 반복한다. 이 단계에서의 노광 방법은 스텝-앤드-리피트 방법 또는 스텝-앤드-스캔 방법일 수 있다. 단계 S15에서는, 제어 유닛(30)은, 기판 스테이지(14)(가동자(22))를 소정 위치에 이동시키고, 기판 스테이지(14)를 당해 소정 위치에 유지(보유)시키도록 리니어 모터(20)를 제어한다. 단계 S16에서는, 제어 유닛(30)은, 기판 스테이지(14)로부터 대상 기판(W)을 회수하도록 기판 반송 기구를 제어한다. 단계 S17에서는, 제어 유닛(30)은, 로트 내의 모든 기판(W)에 대한 노광 처리가 완료되었는지의 여부를 결정한다. 노광 처리를 행해지지 않은 기판(W)이 존재하는 경우에는, 처리는 단계 S12로 진행한다. 한편, 모든 기판(W)에 대한 노광 처리가 완료된 경우에는, 처리는 종료된다.
이러한 동작 시퀀스에서, 단계 S13 내지 S15에서와 같이 기판 스테이지(14)를 자주 이동시키는 단계에서는, 고정자(21)의 코일(21a)을 턴온함으로써 리니어 모터에서 추력이 발생되기 때문에, 고정자(21)가 줄 열을 발생시킨다. 발열량은 일반적으로 단위 시간당에 코일(21a)에 공급된 전류값의 2승과 해당 코일(21a)의 DC 저항의 곱이다. 최근의 노광 장치에서는, 높은 생산성을 달성하기 위해서 기판 스테이지(14)의 가속도가 높아지고 있고, 이러한 높은 가속도에서의 반복 구동은 고정자(21)의 발열량을 약 수백 W로 증가시킬 수 있다. 한편, 단계 S11 및 S12에서와 같이, 로트 내의 모든 기판(W)에 대한 노광 처리가 완료된 후, 다음 로트의 기판(W)에 대한 노광 처리를 개시하기 전의 기간에서는, 기판 스테이지(14)는 정지 상태(아이들링 상태)에 있다. 이 경우, 리니어 모터(20)는 정지 상태를 유지하는 힘을 발생시키기만 하면 된다. 그러므로, 코일(21a)에 공급되는 전류값은, 기판 스테이지(14)를 이동시킬 때에 비하여 매우 작아진다(거의 0이 된다).
도 4는, 노광 장치(100)의 동작과 리니어 모터(20)의 열 발생(단위 시간당의 발열량) 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 4에 도시한 바와 같은 노광 장치(100)에서는, 기판 스테이지(14)를 소정 위치에 정지시키는 정지 기간에서의 리니어 모터(20)의 열 발생은, 노광 처리가 행해지는 기간, 즉 기판 스테이지(14)의 이동 빈도가 높은 가동 기간에서의 리니어 모터의 열 발생과 크게 상이하다. (가동 기간은 기판 스테이지(14)의 위치를 소정 위치와 다른 위치에서 제어하는 기간으로서 간주될 수도 있다). 이와 같이, 리니어 모터(20)의 열 발생이 변동하면, 그것에 수반하여 장치의 내부 온도도 변동한다. 결과적으로, 기판 스테이지(14)의 위치 계측 오차 및 장치 내의 부품, 기판 등의 형상 오차가 변화하고, 이는 기판 상에 패턴을 정밀하게 전사하는 것을 어렵게 만든다. 또한, 고정자(21)의 온도를 규제하는 온도 규제부(17)가 설치되어 있는 경우에도, 정지 기간과 가동 기간의 변경시(전환시)에 온도 규제 제어 지연이 발생하는 경우가 있다.
그러므로, 노광 장치(100)에서는, 정지 기간에서의 리니어 모터(20)의 열 발생이 가동 기간에서의 리니어 모터(20)의 열 발생에 근접하도록, 정지 기간에서의 고정자(21)의 각 코일(21a)에의 전류 공급을 제어하는 것이 바람직하다. 상술한 다상 여자 방법에서는, 정지 기간에서, 기판 스테이지(14)의 위치가 유지되고 리니어 모터의 열 발생이 가동 기간에서의 리니어 모터의 열 발생에 근접하도록, A 상 코일과 B 상 코일에서 역방향의 추력을 발생시키는 것이 가능하다. 그러나, 이 경우, A 상 코일 및 B 상 코일에서 발생된 추력에 의해, 기판 스테이지(14)에 의도하지 않은 응력이 가해질 수 있고, 기판 스테이지(14) 및 기판(W)에 스트레인 변형(strain deformation)이 발생할 수 있다.
그러므로, 본 실시형태의 정지 기간에서, 제1 상 코일을 턴온함으로써 기판 스테이지(14)의 위치가 유지되며, 가동자(22)에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 제2 상 코일이 턴온된다. 즉, 기판 스테이지(14)의 위치를 유지하는 제어를 제1 상 코일이 행하고, 리니어 모터(20)의 열 발생 제어를 제2 상 코일이 행하도록, 리니어 모터(20)를 제어한다. 그러므로, 다상 여자 방법을 사용하는 경우에, 리니어 모터(20)의 열 발생 변동과, 기판 스테이지(14)에의 의도하지 않는 응력을 저감할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 상 코일은 A 상 코일 및 B 상 코일 중 하나이며, 제2 상 코일은 A 상 코일 및 B 상 코일 중 다른 하나이다.
도 5는 본 실시형태의 스테이지 구동 장치의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 스테이지 구동 장치는, 기판(W)을 유지하는 기판 스테이지(14), 기판 스테이지(14)를 구동하는 리니어 모터(20), 기판 스테이지(14)의 위치를 계측하는 계측 디바이스(16)(레이저 간섭계), 및 제어 유닛(30)을 포함한다. 리니어 모터(20)의 고정자(21)는, A 상 코일과 B 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 복수의 코일을 포함한다. 도면을 간략화하기 위해서, 도 5에 도시하는 이 예는 3개의 A 상 코일(A1 내지 A3) 및 3개의 B 상 코일(B1 내지 B3)을 나타낸다. 그러나, A 상 코일 또는 B 상 코일의 수는 3개로 한정되지 않고, 4개 이상일 수도 있다. 제어 유닛(30)은, 예를 들어 감산기(31), 위치 보상기(32), 전류 드라이버(33a, 33b), 전환 유닛(34a, 34b), 선택기(35), 및 온도 보상기(36)를 포함한다.
감산기(31)는, 계측 디바이스(16)에 의해 계측된 가동자(22)의 현재 위치와 목표 위치 사이의 편차를 산출하고, 산출된 편차 정보를 위치 보상기(32)에 공급한다. 위치 보상기(32)는, PID 보상기 등이며, 감산기(31)로부터의 편차 정보에 기초하여, 당해 편차가 허용 범위에 들어가도록(예를 들어, 편차가 0이 되도록), 기판 스테이지(14)(가동자(22))를 구동하기 위한 커맨드 값을 결정한다. 전류 드라이버(33a)는, 위치 보상기(32)로부터의 커맨드 값에 기초하여, A 상 코일에 공급해야 할 전류를 출력한다. 전류 드라이버(33b)는, 위치 보상기(32)로부터의 커맨드 값에 기초하여, B 상 코일에 공급해야 할 전류를 출력한다. 전류 드라이버(33a, 33b)는, A 상 코일에 공급되는 전류와 B 상 코일에 공급되는 전류가 90°의 위상각 차를 갖도록 전류를 출력한다.
전환 유닛(34a)은, 선택기(35)로부터의 신호에 기초하여, 전류 드라이버(33a)가 전류를 공급하는 A 상 코일을 전환한다. 전환 유닛(34b)은, 선택기(35)로부터의 신호에 기초하여, 전류 드라이버(33b)가 전류를 공급하는 B 상 코일을 전환한다. 전환 유닛(34a, 34b)은, 전류 공급처를 기계적으로 전환할 수 있고, 또한 소프트웨어에 의해 전류 공급처를 전환할 수도 있다. 선택기(35)는, 계측 디바이스(16)에 의해 계측된 가동자(22)의 현재 위치에 기초하여, 복수의 코일(21a) 중에서, 턴온되어야 할 한 쌍의 A 상 코일 및 B 상 코일을 선택한다. 그리고, 선택기(35)는 선택한 A 상 코일 및 B 상 코일로 전류 공급처를 전환하도록 전환 유닛(34a, 34b)을 제어한다.
선택기(35)는, 리니어 모터(20)를 제어하기 위한 제어 모드로서, 기판 스테이지(14)의 위치를 소정 위치에 유지하는 정지 모드(제1 모드)와, 소정 위치와 다른 위치에서 기판 스테이지(14)의 위치를 제어하는 가동 모드(제2 모드)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 단계 S14에 도시된 바와 같이 노광 처리 동안에는, 가동 모드가 적용된다. 가동 모드에서, 선택기(35)는, 계측 디바이스(16)에 의해 계측된 가동자(22)의 현재 위치에 기초하여, 가동자(22)에 추력을 부여해서 기판 스테이지(14)를 이동시키도록 턴온되어야 할 한 쌍(예를 들어, 1개씩)의 A 상 코일 및 B 상 코일을 선택한다. 그리고, 선택기(35)는 선택된 A 상 코일 및 B 상 코일이 전류 공급처가 되도록 전환 유닛(34a, 34b)을 제어한다.
한편, 도 3의 단계 S11에서와 같이 소정 위치에 기판 스테이지(14)를 유지시킬 경우에는, 정지 모드가 적용된다. 가동 모드는, 계측 디바이스(16)에 의해 계측된 기판 스테이지(14)의 위치에 기초하여, 기판 스테이지(14)가 소정 위치에 배치되었다고 결정된 경우에 정지 모드로 변경된다.
소정 위치는, A 상 코일 및 B 상 코일 중 하나만을 턴온함으로써 기판 스테이지(14)의 위치를 유지할 수 있는 위치, 즉 A 상 코일의 전류값 대 B 상 코일의 전류값의 비가 대략 100 대 0 또는 대략 0 대 100인 위치이며, 사전에 설정될 수 있다. 소정 위치를 상술한 바와 같이 설정하는 것은, 이하에서 설명되는 바와 같이, A 상 코일 및 B 상 코일의 양쪽 모두를 사용해서 기판 스테이지(14)의 위치를 유지하고 있을 때, 이들 중 하나를 추력을 발생시키지 않으면서 열을 발생시키기 위해 사용하는 것은 불가능하기 때문이다. 도 5에 도시된 예에서는, B 상 코일(B1)을 턴온함으로써 기판 스테이지(14)의 위치를 유지할 수 있는 위치가 소정 위치로서 설정된다. 소정 위치는, 기판 스테이지 상으로 기판(W)을 반송할 때 및 기판 스테이지로부터 기판을 회수할 때의 기판 스테이지(14)의 위치를 포함하며, 또한 로트를 변경할 때 기판 스테이지(14)가 대기하는 위치도 포함할 수 있다. 즉, 소정 위치는 1개의 위치로 한정되지 않고 복수의 위치로 설정될 수 있다.
정지 모드에서, 선택기(35)는, 전류 드라이버(33b)로부터의 전류 공급처로서 B 상 코일(B1)을 선택하고, B 상 코일(B1)로 전류 공급처를 전환하도록 전환 유닛(34b)을 제어한다. 이 상태에서, 전류 드라이버(33b)는, 기판 스테이지(14)가 소정 위치를 유지하도록 위치 보상기(32)에 의해 결정된 커맨드 값에 기초하여, B 상 코일(B1)에 공급해야 할 전류를 출력한다. 또한, 선택기(35)는, 전류 드라이버(33a)로부터의 전류 공급처로서, 복수의 A 상 코일(A1 내지 A3) 중, 가동자(22)에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 A 상 코일을 선택하고, 선택된 A 상 코일로 전류 공급처를 전환하도록 전환 유닛(34a)을 제어한다. 예를 들어, 선택기(35)는, 복수의 A 상 코일 중, 소정 위치에서 정지하고 있는 기판 스테이지(14)(가동자(22))로부터 가장 먼 A 상 코일을, 전류 공급처로서 선택할 수 있다. 전류 공급처로서 선택되는 A 상 코일은 소정 위치마다 사전에 설정될 수도 있다. 도 5에 도시된 예에서, A 상 코일(A3)이 선택될 수 있다. 이 경우, 전류 드라이버(33a)는, 온도 보상기(36)에 의해 결정된 커맨드 값에 기초하여, A 상 코일에 공급해야 할 전류를 출력한다.
이하에서, 온도 보상기(36)에 대해서 설명한다. 정지 모드에서는, 기판 스테이지(14)의 위치를 유지하도록 코일(21a)(B 상 코일(B1))에 공급되는 전류는, 가동 모드 시의 전류에 비해 매우 작다(거의 0이다). 그러므로, 온도 보상기(36)는, 가동 모드에서의 고정자(21)의 열 발생을 추정(산출)하고, 정지 모드에서의 고정자(21)의 열 발생이 가동 모드에서의 추정 열 발생에 근접하도록, 코일(21a)에 공급해야 할 전류 커맨드 값을 결정한다. 예를 들어, 온도 보상기(36)는, 가동 모드에서의 제어 기간(가동 기간)에서의 기판 스테이지(14)의 가속/감속시에 코일(21a)에 인가되는 전류(i)와 해당 코일(21a)의 저항값(R)으로부터, 리니어 모터(20)의 열 발생을 i2×R에 의해 산출한다. 그리고, 가동 기간에서의 기판 스테이지(14)의 가속/감속 시간의 비율(t%)(즉, 실제로 코일(21a)이 턴온되는 시간의 비율)을 i2×R에 곱함으로써, 가동 기간에서의 리니어 모터의 평균 열 발생(i2×R×t)을 산출할 수 있다. 온도 보상기(36)는, 정지 모드에서도, 산출한 평균 열 발생(i2×R×t)에 상당하는 열을 코일(21a)이 발생시키도록, 코일(21a)에 공급해야 할 전류 커맨드 값을 결정한다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 노광 장치(100)는, 다상 여자 리니어 모터(20)를 포함하는 스테이지 구동 장치를 채용한다. 상술한 바와 같은 스테이지 구동 장치는, 정지 모드에서, 리니어 모터(20)(고정자(21))의 제1 상 코일을 턴온함으로써 기판 스테이지(14)의 위치를 소정 위치에 유지하며, 가동자(22)에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 제2 상 코일을 턴온한다. 이에 의해, 리니어 모터(20)로부터의 열 발생의 변동을 저감하고, 기판 상에 패턴을 정밀하게 형성할 수 있다. 본 실시형태의 스테이지 구동 장치는, 기판 스테이지(14)를 구동하는 것에 한정되지 않고, 마스크 스테이지(12) 등의, 물체를 탑재하는 스테이지의 구동에도 작용될 수 있다.
<제2 실시형태>
본 발명에 따른 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 제2 실시형태는, 기본적으로 제1 실시형태를 이어 받기 때문에, 이하에서는 제1 실시형태와의 차이에 대해서 설명한다.
스테이지 구동 장치에서 리니어 모터(20)의 제어 모드를 가동 모드와 정지 모드 사이에서 변경하는 경우, 전환 유닛(34a 또는 34b)이 전류 공급처를 전환하는 타이밍과, 전류 드라이버(33a 또는 33b)가 전류값을 전환하는 타이밍을 동기시킬 필요는 없다. 그러나, 이들 전환 타이밍이 서로 어긋나는 경우, 코일(21a)에 과전류가 가해지거나, 역기전력이 발생하거나 하고, 이는 기판 스테이지(14)의 위치를 제어하는 것을 어렵게 만든다. 그러므로, 본 실시형태에서는, 가동 모드와 정지 모드 사이에서의 제어 모드의 변경을, 추력을 발생시키지 않으면서 열을 발생시키기 위해서 사용하는 제2 상 코일에의 전류 공급을 중지한 상태에서 행한다.
도 6은, 가동 모드와 정지 모드를 전환할 때의, 전류 드라이버(33a 또는 33b)로부터의 전류의 출력 타이밍과 전환 유닛(34a 또는 34b)의 전환 타이밍을 도시하는 도면이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 가동 모드를 정지 모드로 변경하는 경우, 위치 보상기(32)로부터의 커맨드 값에 기초한 전류 드라이버(33a)로부터의 전류 출력을 중지하고, 이 상태에서 전환 유닛(34a)이 전류 공급처로서의 A 상 코일을 A1로부터 A3로 전환한다. 그리고, 전환 유닛(34a)이 A 상 코일을 전환한 후에, 전류 드라이버(33a)는 온도 보상기(36)로부터의 커맨드 값에 기초한 전류 출력을 개시한다. 이는 정지 모드가 가동 모드로 변경되는 경우에 적용된다. 이와 같은 제어는, 모드를 전환할 때에, 코일(21a)에의 과전류의 인가, 역기전력의 발생 등을 방지할 수 있다.
<제3 실시형태>
본 발명에 따른 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 제3 실시형태는 기본적으로 제1 실시형태를 이어 받기 때문에, 이하에서는 제1 실시형태와의 차이에 대해서 설명한다. 도 7은 제3 실시형태의 스테이지 구동 장치의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 제1 실시형태의 스테이지 구동 장치와의 제3 실시형태의 스테이지 구동 장치와의 차이는 고정자(21)의 구성 및 전환 유닛(34a, 34b)의 구성이다. 본 실시형태의 고정자(21)는, 복수의 A 상 코일(A1 내지 A5)과 복수의 B 상 코일(B1 내지 B5)을 포함하고, 전환 유닛(34a, 34b)은 A 상 코일 및 B 상 코일의 수에 대응하도록 구성된다. 도면을 간략화하기 위해서, 도 7은 계측 디바이스(16), 감산기(31), 위치 보상기(32) 및 온도 보상기(36)를 도시하지 않는다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 고정자(21)가 공간적으로 확대되는 경우, 1개의 코일(21a)에 의해 열을 발생시키는 것이 아니고, 복수의 코일(21a)에 의해 분산해서 열을 발생시키는 것이, 공간적인 열 분포의 균일성의 관점에서 바람직하다. 그러므로, 본 실시형태의 정지 모드에서는, 선택기(35)는, 전류 드라이버(33a)로부터의 전류 공급처로서, 복수의 A 상 코일(A1 내지 A5) 중, 가동자(22)에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 A 상 코일(A3 내지 A5)을 선택한다. 상술한 바와 같이, 가동자(22)에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 복수의 A 상 코일(A3 내지 A5)이 존재하는 경우, 선택기(35)는, 전류 드라이버(33a)가 전류를 공급하는 A 상 코일을 경시적으로(소정 시간마다) 전환하도록 전환 유닛(34a)을 제어한다. 이 상태에서, 전류 드라이버(33a)는, 온도 보상기(36)에 의해 결정된 커맨드 값에 기초하여, A 상 코일에 공급해야 할 전류를 출력한다.
<제4 실시형태>
본 발명에 따른 제4 실시형태에 대해서 설명한다. 제4 실시형태는 기본적으로 제1 실시형태를 이어받는다. 본 실시형태에서는, 정지 모드에서 리니어 모터(20)를 가동시키는 소정 위치의 설정에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 소정 위치의 설정예를 도시하는 도면이다. 예를 들어, 도 8에 도시하는 바와 같이, 기판 반송 기구(18)(로봇)를 사용하여 기판(W)을 반송할 때의 기판 스테이지(14)의 위치는, A 상 코일의 전류값 대 B 상 코일의 전류값의 비가 대략 100 대 0 또는 대략 0 대 100이 되는 복수의 위치 후보(41) 중에서 선택될 수 있다. 도 8에 나타내는 본 예에서는, 복수의 위치 후보(41) 중, 기판 반송 기구(18)가 기판 스테이지(14) 위로 기판(W)을 반송하는데 적합한 위치, 예를 들어 기판 반송 기구(18)가 기판(W)을 반송하는데 요구되는 시간이 가장 단축되는 위치(42)에 소정 위치가 설정될 수 있다.
<물품 제조 방법의 실시형태>
본 발명의 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 예를 들어 반도체 디바이스 등의 마이크로디바이스나 미세구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하기에 적합하다. 본 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 상술한 리소그래피 장치(노광 장치)를 사용해서 기판 상에 패턴을 형성하는 단계와, 상기 단계에서 패턴이 형성된 기판을 가공하는 단계를 포함한다. 이 제조 방법은 다른 주지의 단계(예를 들어, 산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩 및 패키징)을 더 포함한다. 본 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 종래의 방법에 비하여, 물품의 성능, 품질, 생산성, 및 생산 비용 중 적어도 하나에서 유리하다.
<다른 실시형태>
본 발명의 실시형태(들)는, 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 저장 매체(보다 완전하게는 '비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체'라 칭할수도 있음)에 기록된 컴퓨터 실행가능 명령어(예를 들어, 하나 이상의 프로그램)를 판독 및 실행하고 그리고/또는 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하는 하나 이상의 회로(예를 들어, 주문형 집적 회로(ASIC))를 포함하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해, 그리고 예를 들어 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 저장 매체로부터 컴퓨터 실행가능 명령어를 판독 및 실행함으로써 그리고/또는 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 하나 이상의 회로를 제어함으로써 상기 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 실행되는 방법에 의해 실현될 수도 있다. 컴퓨터는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 중앙 처리 유닛(CPU), 마이크로 처리 유닛(MPU))를 포함할 수 있고 컴퓨터 실행가능 명령어를 판독 및 실행하기 위한 별도의 컴퓨터 또는 별도의 프로세서의 네트워크를 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행가능 명령어는 예를 들어 네트워크 또는 저장 매체로부터 컴퓨터에 제공될 수 있다. 저장 매체는, 예를 들어 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 분산형 컴퓨팅 시스템의 스토리지, 광디스크(예를 들어, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 블루레이 디스크(BD)TM), 플래시 메모리 디바이스, 메모리 카드 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
(기타의 실시예)
본 발명은, 상기의 실시형태의 1개 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억 매체를 개입하여 시스템 혹은 장치에 공급하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터에 있어서 1개 이상의 프로세서가 프로그램을 읽어 실행하는 처리에서도 실현가능하다.
또한, 1개 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들어, ASIC)에 의해서도 실행가능하다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 스테이지를 구동하는 스테이지 구동 장치이며,
    제1 상 코일과 제2 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 코일 어레이를 포함하는 고정자와, 상기 스테이지에 배치되는 가동자를 포함하는 리니어 모터; 및
    상기 코일 어레이의 통전 상태를 제어함으로써 상기 리니어 모터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 스테이지를 미리 정해진 위치에 정지시키고 있는 정지 기간에, 상기 코일 어레이 중 상기 제1 상 코일을 턴온함으로써 상기 스테이지의 위치를 상기 미리 정해진 위치에 유지하며, 상기 코일 어레이 중 상기 가동자에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 상기 제2 상 코일을 턴온함으로써 열을 발생시키는, 스테이지 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미리 정해진 위치는, 제2 상 코일을 사용하지 않고, 상기 제1 상 코일에 의해서만 상기 스테이지의 상기 위치가 유지될 수 있는 위치인, 스테이지 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 미리 정해진 위치는, 상기 코일 어레이 중, 1개의 상기 제1 상 코일에 의해서만 상기 스테이지의 상기 위치가 유지될 수 있는 위치인, 스테이지 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미리 정해진 위치는, 상기 스테이지 위로 물체가 반송되는 위치 및 상기 스테이지로부터 물체가 회수되는 위치 중 하나 이상을 포함하는, 스테이지 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 정지 기간에, 상기 코일 어레이 중 상기 가동자로부터 가장 먼 제2 상 코일을, 턴온될 제2 상 코일로서 결정하는, 스테이지 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 정지 기간에, 상기 가동자에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 복수의 제2 상 코일이 존재하는 경우, 상기 복수의 제2 상 코일 중 턴온될 제2 상 코일을 경시적으로 전환하는, 스테이지 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 정지 기간에 상기 제2 상 코일에 공급되는 전류값을, 상기 제2 상 코일의 열 발생이 상기 스테이지가 이동되는 가동 기간에서의 상기 고정자의 열 발생에 근접하도록 결정하는, 스테이지 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 리니어 모터의 제어 모드로서 제1 모드와 제2 모드를 포함하고,
    상기 제1 모드는, 상기 제1 상 코일을 턴온함으로써 상기 스테이지의 상기 위치를 유지하며, 상기 가동자에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 상기 제2 상 코일을 턴온함으로써 열을 발생시키는 모드이며,
    상기 제2 모드는, 상기 코일 어레이 중, 상기 가동자에 추력을 부여하기 위해서 턴온되는 상기 제1 상 코일과 상기 제2 상 코일의 쌍을 전환함으로써 상기 스테이지의 상기 위치를 제어하는 모드인, 스테이지 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 제2 상 코일에의 전류 공급이 중지된 상태에서, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드를 전환하는, 스테이지 구동 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 상 코일에 공급되는 전류와 상기 제2 상 코일에 공급되는 전류는 90°의 위상각 차를 갖는, 스테이지 구동 장치.
  11. 기판 상에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치이며,
    상기 기판을 유지하도록 구성되는 스테이지; 및
    상기 스테이지를 구동하도록 구성되는 스테이지 구동 장치를 포함하고,
    상기 스테이지 구동 장치는,
    제1 상 코일과 제2 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 코일 어레이를 포함하는 고정자와, 상기 스테이지에 배치되는 가동자를 포함하는 리니어 모터; 및
    상기 코일 어레이의 통전 상태를 제어함으로써 상기 리니어 모터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 스테이지를 미리 정해진 위치에 정지시키고 있는 정지 기간에, 상기 코일 어레이 중 상기 제1 상 코일을 턴온함으로써 상기 스테이지의 위치를 상기 미리 정해진 위치에 유지하며, 상기 코일 어레이 중 상기 가동자에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 상기 제2 상 코일을 턴온함으로써 열을 발생시키는, 리소그래피 장치.
  12. 물품 제조 방법이며,
    리소그래피 장치를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴이 형성된 상기 기판을 가공하여 상기 물품을 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 리소그래피 장치는,
    상기 기판을 유지하도록 구성되는 스테이지; 및
    상기 스테이지를 구동하도록 구성되는 스테이지 구동 장치를 포함하고,
    상기 스테이지 구동 장치는,
    제1 상 코일과 제2 상 코일을 교대로 배열함으로써 획득되는 코일 어레이를 포함하는 고정자와, 상기 스테이지에 배치되는 가동자를 포함하는 리니어 모터; 및
    상기 코일 어레이의 통전 상태를 제어함으로써 상기 리니어 모터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 스테이지를 미리 정해진 위치에 정지시키고 있는 정지 기간에, 상기 코일 어레이 중 상기 제1 상 코일을 턴온함으로써 상기 스테이지의 위치를 상기 미리 정해진 위치에 유지하며, 상기 코일 어레이 중 상기 가동자에 추력을 부여하지 않는 위치에 배치된 상기 제2 상 코일을 턴온함으로써 열을 발생시키는, 물품 제조 방법.
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