KR20010067456A - 전사 장치용 균형화 위치결정시스템 - Google Patents

Abstract

균형화 위치결정장치는 X- 및 Y-축에 대한 병진 운동과 Z-축에 대한 회전등의 3개의 자유도로 이동할 수 있도록 지지된 밸런스 매스를 포함한다. 이러한 자유도의 드라이브힘은 위치결정 본체와 밸런스 매스사이에서 직접적으로 작용한다. 밸런스 매스의 대응 운동으로 인한 위치 결정 운동에 기인한 반작용힘과 모든 반작용힘은 균형화 위치결정시스템 내부에서 유지된다. 밸런스 매스는 대향측상에 장착된 H-드라이브의 수직부를 형성하는 두 개의 선형 모터의 고정자를 포함하는 직각 균형 프레임이 될 수 있다. H-드라이브의 단면은 상기 프레임을 목측하여 상기 위치된 대상물이 상기 프레임의 중심 개구 내부에 위치된다.

Description

전사 장치용 균형화 위치결정시스템{BALANCED POSITIONING SYSTEM FOR USE IN LITHOGRAPHIC APPARATUS}

본 발명은 이동가능한 물체를 적어도 세 개의 자유도로 위치시키기 위해 사용될 수 있는 균형화 위치결정시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은,

방사 투영빔을 공급하는 투광 시스템;

소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정하는 제 1 대물 테이블;

기판을 고정하는 제 2 대물 테이블; 및

기판의 목표영역상에 패턴화된 빔을 결상하는 투영 시스템을 포함하는 전사 투영 장치에서의 균형 위치결정시스템의 사용에 관한 것이다.

"패터닝 수단" 이라는 용어는 상기 기판의 목표영역에 생성될 패턴에 대응하는 패턴화된 단면을 포함하는 입사 방사선빔을 제공하기 위해 사용될 수 있는 수단을 가리키는 것으로 널리 해석되어야 한다; "라이트 밸브" 라는 용어 역시 마찬가지 맥락으로 사용되었다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적 회로 또는 다른 장치(아래의 설명을 참조)등의 목표영역에 생성되는 디바이스내의 특정 기능 층에 대응할 것이다. 이러한 패터닝 수단의 예시는 다음과 같은 것을 포함한다.

- 마스크를 고정시키는 마스크 테이블. 마스크의 개념은 리소그래피 기술에 잘 알려져 있고, 다양한 하이브리드 마스크 형태 뿐만 아니라 이진, 교번 위상 시프트, 및 감쇠 위상 시프트등의 마스크 형태를 포함한다. 방사선빔내의 마스크 배치는 마스크상의 패턴에 따라 마스크상에 부딪히는 방사선의 선택적 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(굴절형 마스크인 경우)를 일으킨다. 상기 마스크 테이블은 상기 마스크가 입사 방사선빔내의 소정 위치에 고정될 수 있고 원한다면 상기 빔에 대하여 이동할 수 있는 것이 보장된다.

- 제 1 대물 테이블이라 지칭되는 구조체에 의해 지지되는 프로그램가능한 미러 어레이. 이러한 장치의 예시는 점탄성 제어층을 갖는 매트릭스-어드레서블 표면과 반사 표면이다. 상기 장치의 기본 원리는, (예를 들어) 반사 표면의 어드레스된 영역이 입사 광선을 회절된 광선으로서 반사시키는 반면, 비어드레스된 영역은 입사된 광선을 비회절된 광선으로서 반사한다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절된 광선은 회절된 광선을 남기고 반사된 빔으로부터 필터링될 수 있다. 이러한 방법으로 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 의해 상기 빔이 패턴화된다. 적당한 전자 수단을 사용하여 필요한 매트릭스 어드레싱이 실시될 수 있다. 상기 미러 어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 여기에 참고로 포함된 미합중국 특허 제 5,296,891호 및 제 5,523,193호로부터 얻어질 수 있다.

- 제 1 대물 테이블로 지칭되는 구조체에 의해 지지되는 프로그램가능한 LCD 어레이. 이러한 구성의 예시는 여기에 참고로 포함된 미합중국 특허 제 5,229,872호에 나타나있다.

간략화를 위해서, 본 명세서의 나머지 부분에서는 마스크 테이블과 마스크와 관련된 예시를 상세히 나타낼 것이다. 그러나, 본 예시에 나타난 일반적인 원리는, 상술된 바와 같은 패터닝 수단에 대한 더 폭넓은 것으로서 이해되어야 한다.

간략화를 위해서, 이하에서 투영 시스템은 "렌즈"로 칭한다; 그러나, 상기 용어는 예를 들어, 굴절 광학 요소, 반사 광학 요소, 및 반사 굴절 시스템을 포함하여 다양한 형태의 투영 시스템을 모두 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 상기 방사 시스템 역시, 방사 투영빔의 방향을 결정하거나 형상을 정하거나 또는 제어하도록 이들 설계 형태중 어느 것을 따라 작동하는 구성 요소를 포함하고, 이러한 구성 요소는 이하에서 집합적으로 또는 단독적으로 "렌즈"로 지칭될 것이다. 또한, 제 1 대물 테이블과 제 2 대물 테이블은 각각 "마스크 테이블" 과 기판 테이블"로 언급될 것이다.

전사 투영 장치는 예를 들어, 집적 회로(ICs)의 제조에서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 패터닝 수단은, 집적 회로의 각 층에 대응하는 회로 패턴을 발생시킬 수 있고, 이 패턴은, 감광 물질(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 목표영역(하나 이상의 다이를 포함)상으로 결상될 수 있다. 일반적으로 단일 웨이퍼는 투영 시스템을 통해 한번에 하나씩 연속적으로 조사되는 인접 목표영역들의 전체적인 연결망을 포함할 것이다. 마스크 테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 이용하는 현행의 장치에서 두 개의 상이한 형태의 기계는 서로 구별된다. 일 형태의 전사 투영 장치에 있어서, 목표영역상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광시킴으로써 각각의 목표영역이 조사된다. 상기 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼라 칭한다. 통상 스텝-앤드-스캔 장치로 칭하는 대안의 장치에 있어서, 각각의 목표영역은 투영빔하에서 소정의 기준 방향("스캔 방향")으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하면서 상기 스캔 방향에 평행하게 또는 팽행하지 않게 기판 테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 조사된다. 일반적으로 투영 시스템은, 배율 인자(M)(대개<1)를 가지므로, 기판 테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크 테이블이 스캐닝되는 속도의 M배가 된다. 여기서 설명된 전사 장치에 관한 더 많은 정보는 예를 들어 본 명세서에서 참조로 포함한 미합중국 특허 제 6,046,792호에서 얻을 수 있다.

일반적으로, 이런 형태의 장치는 단일 제 1 대물(마스크)테이블과 단일 제 2 대물(기판)테이블을 포함한다. 그러나, 적어도 두 개의 독립적으로 이동가능한 기판 테이블을 갖는 기계가 이용가능해지고 있다. 이에 관해서는 예를 들어, 본 명세서에 참조로 포함된 미합중국 특허 제 5,969,441호 및 1998년 2월 27일 출원된 미합중국 특허 제 09/180,011호 (WO98/40791)에 설명되어 있다. 이러한 다중 스테이지 장치에 대한 기본 작동 원리는, 그 테이블상에 위치된 제 1 기판을 노광시키기 위해 투영 시스템 하부에 제 1 대물 테이블을 위치시키는 동안 제 2 기판 테이블은 적재 위치로 이동시키고 노광된 기판을 내리고 새로운 기판을 올려 새로운 기판상에 어떤 초기 도량형 단계를 실시한 후, 제 1 기판의 노광이 완료되자마자 투영 시스템 하부의 노광 위치에 새로운 기판을 옮겨 세울 수 있고, 상기 싸이클은 반복된다. 이런 방식으로, 기계의 스루풋을 높여 기계의 소유로 인한 전체 비용을 개선할 수 있다.

공지의 전사 장치에서는, 기판 테이블용 위치 결정 장치의 드라이브 유닛이 Y-방향에 평행하게 연장하고 위치 결정 장치의 베이스에 고정된 고정자와 상기 고정자를 따라 이동할 수 있는 트랜스레이터(Y-슬라이더)로 이루어진 각각 두 개의 선형 Y-모터를 포함한다. 상기 베이스는 전사 장치의 프레임에 고정된다. 드라이브 유닛은 X-방향에 평행하게 연장하는 고정자와 상기 고정자를 따라 이동할 수 있는 트랜스레이터(X-슬라이더)로 이루어진 선형 X-모터를 더 포함한다. 상기 X-모터의 고정자는 그것의 각각의 끝단부 근처에서 선형 Y-모터의 트랜스레이터(Y-슬라이더)에 고정된 X-빔상에 장착된다. 따라서, 상기 구성은 수직부를 형성하는 두 개의 Y-모터와 가로대를 형성하는 X-모터를 갖는 H-형상이고, 상기 구성은 종종 H-드라이브라 칭한다.

구동된 대상물(상기의 경우는 기판 테이블)에는 소위 에어풋이 제공될 수 있다. 상기 에어풋은 베어링을 포함하고 이에 의해 상기 기판 테이블은 Z - 방향에 직각으로 연장하는 베이스의 안내 표면위로 이동할 수 있도록 안내된다.

전사 장치에서는, 마스크(레티클)와 기판(웨이퍼)을 나노미터의 정밀도로 위치시키기 위해 사용되는 가속도힘에 대한 기계 프레임의 반동이 진동의 주요 원인이 되어 장치의 정밀도를 손상시킨다. 진동에 대한 영향을 최소화하기 위해 별도의 도량형 프레임을 제공할 수 있고, 이 도량형 프레임상에는 모든 위치 감지 장치가 장착되어 모든 반작용힘을 상기 장치의 나머지로부터 분리된 힘 또는 반작용 프레임에 전달한다.

대안의 장치에서는, 구동력에 대한 반작용이 밸런스 매스에 전달되고, 상기 밸런스 매스는 일반적으로 상기 장치의 나머지에 대하여 자유롭게 이동하는 피동 매스(driven mass)보다 대개 더 무겁다. 상기 반작용힘은 밸런스 매스를 가속화하는데 사용되고 상기 장치의 나머지에 크게 영향을 미치지는 않는다. 평면내에서의 세 개의 자유도로 이동할 수 있는 밸런스 매스는 미국 특허 출원 제 5,815,246호 뿐만 아니라, 국제 특허 출원 제 98/40791호 및 국제 특허 출원 제 98/28665호에도 설명된다.

유럽 특허 출원 제 0,557,100호는 반작용힘이 동일하고 반대 방향이어서 상쇄되도록 두 매스를 반대 방향으로 능동적으로 구동시키는 시스템을 설명한다. 상기 시스템은 2차원에서 작동하지만, 밸런스 매스의 능동적인 위치 결정은 제 1 대상물을 구동시키기 위한 동일한 특성과 성능을 갖는 제 2 위치결정시스템을 필요로한다.

본 발명의 목적은 다수의 자유도로 쉽게 확장되고 또한 여러가지 다른 드라이브 기구와 사용될 수 있는 균형 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전사 투영 장치를 나타내고,

도 2는 도 1에 보인 장치의 기판 스테이지에 있는, 본 발명의 밸런스 매스를 나타내는 평면도이고,

도 3은 도 2와 유사한 도면이지만 기판 테이블용 드라이브 장치를 부가적으로 도시하는 도면이고,

도 4는 도 2의 균형 시스템의 서보 시스템의 도면이고,

도 5는 제 1 실시예의 균형 시스템의 제 1 변형예에 대한 드리프트 제어 장치를 나타내는 평면도이고,

도 6은 제 1 실시예의 균형 시스템의 제 2 변형예에 대한 드리프트 제어 장치를 나타내는 평면도이고,

도 7은 도 6의 드리프트 제어 장치의 드라이버에 대한 확대 측면도이고,

도 8은 도 7의 I-I선을 따르는 드라이버의 단면도이고,

도 9는 제 1 실시예의 균형 시스템의 제 3 변형예에 대한 드리프트 제어 장치의 평면도이고,

도 10은 도 9의 드리프트 제어 장치의 드라이버의 확대 평면도이고,

도 11은 제 1 실시예의 제 4 변형예에 대한 평면도로서, 스트로크 리미터를 보이는 도면이고,

도 12는 본 발명의 제 2 실시예의 기판 스테이지의 단면도이고,

도 13은 본 발명의 제 3 실시예의 기판 스테이지의 단면도이고,

도 14는 본 발명의 제 4 실시예의 기판 스테이지의 단면도이고,

도 15는 본 발명의 제 5 실시예의 기판 스테이지의 단면도이다.

본 발명에 따라 전사 투영 장치가 제공되고, 상기 전사투영장치는,

방사 투영빔을 공급하는 투광 시스템;

소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는제 1 대물 테이블;

기판을 고정시키는 제 2 대물 테이블;

상기 기판의 목표영역상에 패턴화된 빔을 결상하는 투영 시스템; 및

상기 대물 테이블중 적어도 하나를 3개 이상의 자유도로 위치결정할 수 있는 균형 위치결정시스템을 포함하고,

상기 위치결정시스템은,

적어도 하나의 밸런스 매스;

상기 밸런스 매스를 이동 가능하게 지지하는 베어링 수단;

제 1 및 제 2 방향에서의 병진 운동과 제 3 방향에서의 회전, 상기 제 1, 2, 및 3 방향은 실질적으로 서로 직각인 3개의 자유도로 상기 대물 테이블을 위치 결정시키는 대략적 위치결정수단;

실질적으로 제 1, 2 및 3 자유도에 수직인 적어도 제 4의 자유도로 상기 대물 테이블을 위치 결정시키는 미세 위치결정수단을 포함하며, 상기 대략적 및 미세 위치 결정 수단은 상기 대략적 및 미세 위치결정수단으로부터의 반작용힘이 상기 밸런스 매스에 전달되도록 구성되고,

상기 밸런스 매스는 적어도 상기 4개의 자유도를 갖고 실질적으로 이동하기 쉽도록 상기 베어링 수단에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.

전사 장치의 롱 스트로크(대략적) 위치결정시스템은 장치를 일반적으로 X,Y, 및 Rz 의 자유도로 위치시키도록 구성되는 반면, 숏 스트로크(미세) 위치결정시스템은 모두 6개의 자유도(즉, X, Y, Z, Rz, 및 Rx)를 갖는 고정밀도의 위치 결정을제공한다. 숏 스트로크 위치결정시스템의 위치결정운동은 상기 장치에서 바람직하지 못한 진동의 원인이 될 수 있다. 이 운동은 롱 스트로크 위치결정시스템의 운동보다 더 높은 빈도를 가지며, 또한 대단히 가속될 수 있어, 운동 매스가 좀 더 작을 때 조차도 반작용 힘이 커질 수 있다. 하나 이상의 자유도로 자유롭게 이동할 수 있는 밸런스 매스에 미세 위치결정수단의 반작용힘이 직접적으로 또는 대충 위치결정수단을 통해 전달되도록 구성함으로써, 본 발명은 모든 반작용힘이 균형 위치결정 시스템에에 제한되고 상기 장치의 나머지 부분에서의 진동이 최소화된다는 것을 보장한다.

상기 밸런스 매스는 적어도 4개의 자유도로 이동할 수 있는 단일체일 수도 있고, 하나 이상의 자유도로 각각 이동할 수 있는 여러 부분들로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 밸런스 매스의 제 1 부분은 제 1 내지 3 의 자유도(예를 들어 X ,Y 및 R_Z)로 이동할 수 있고 상기 대물 테이블을 둘러싸는 프레임인 반면, 밸런스 매스의 제 2 부분은 대물 테이블아래에 배치되고 적어도 제 4의 자유도(예를 들어 Z)로 이동할 수 있다.

본 발명의 또다른 형태에 따른 전사 투영 장치가 제공되고, 상기 전사 투영 장치는,

방사 투영빔을 공급하는 투광 시스템;

소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1 대물 테이블;

기판을 고정시키는 제 2 대물 테이블;

상기 기판의 목표영역상에 패턴화된 빔을 결상하는 투영 시스템; 및

상기 대물 테이블중 적어도 하나를 적어도 3개의 자유도로 위치 결정할 수 있는 균형 위치결정시스템을 포함하고,

상기 위치결정시스템은,

적어도 하나의 밸런스 매스;

상기 밸런스 매스를 이들이 상기 세 개의 자유도로 실질적으로 자유롭게 이동할 수 있도록 상기 밸런스 매스를 지지하는 베어링 수단;

상기 대물 테이블과 상기 밸런스 매스사이에 직접 작동하여 상기 세 개의 자유도로 상기 대물 테이블을 위치시키도록 하는 구동 수단을 포함하고,

상기 밸런스 매스는 일반적으로 상기 제 1 및 제 2 방향에 평행한 측변을 갖는 일반적으로 사각형인 프레임과, 상기 대물 테이블이 적어도 부분적으로 배치되는 중앙의 개구를 포함하는 것을 것을 특징으로 한다.

직사각형 프레임 형태의 밸런스 매스와 함께, 소위 H-드라이브 장치의 수직부를 형성하는 드라이브는 반작용힘 모두가 밸런스 매스와 구동 대물 테이블 사이에 직접 작용하는 것을 보장하도록 프레임측 내부로 용이하게 통합될 수 있다. 또한, 구동 대물 테이블이 균형 프레임의 중앙 개구 내부에 위치하기 때문에, Z-방향에서 균형 프레임의 무게 중심과 구동된 매스 사이의 거리는 감소된다.

상기 밸런스 매스의 왕복 운동과 상기 장치의 전체 풋프린트를 감소시키기 위해서, 밸런스 매스는 상기 위치된 물체의 질량보다 바람직하게는 5배 더 무거운것이 바람직하다. 이와 관련하여, 밸런스 매스와 함께 이동하는 모든 매스들은 밸런스 매스의 일부분으로 고려되고, 상기 위치된 물체와 이동하는 모든 매스는 그것의 일부분으로 고려된다.

본 발명의 상술한 실시예에 있어서, 다수의 대물(마스크 또는 기판)테이블이 제공될 수도 있고 두 개 이상의 대물 테이블의 드라이브 힘에 대한 반작용힘이 공통의 밸런스 매스 또는 질량에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 또다른 형태에 따른 전사 투영 장치가 제공되고 상기 전사 투영 장치는,

방사 투영빔을 공급하는 투광 시스템;

소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1 대물 테이블;

기판을 고정시키는 제 2 대물 테이블;

상기 기판의 목표영역상에 패턴화된 빔을 결상하는 투영 시스템; 및

상기 대물 테이블중 적어도 하나를 적어도 2 개의 자유도로 위치결정할 수 있는 균형 위치결정시스템을 포함하고,

상기 위치결정시스템은,

적어도 하나의 밸런스 매스;

상기 밸런스 매스를 이들이 상기 세 개의 자유도로 실질적으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지하는 베어링 수단;

적어도 제 1 및 제 2의 자유도로 상기 대물 테이블을 위치 결정시키는 위치결정수단을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2의 자유도는 실질적으로 서로 수직인 제 1 및 제 2 방향으로의 병진운동이며, 상기 위치결정수단은 대략적 및 미세 위치결정수단을 포함하고 상기 위치결정수단으로부터의 반작용힘이 상기 밸런스 매스에 전달되도록 배치되며,

상기 대략적 위치결정수단은, 상기 대물 테이블에 장착된 트랜스레이터와 상기 제 1 및 제 2 방향에 평행하게 연장하고 상기 밸런스 매스에 장착된 고정자를 갖는 플래너 전기 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

플래너 모터에 의해 발생되는 힘은 H-드라이브 장치와는 반대로 제 1 및 제 2 방향으로 밸런스 매스에 직접 전달될 것이다. H-드라이브 장치에 있어 힘은 밸런스 매스에 직접 전달될 수 있는데 이는 대물 테이블이 X-빔위의 X-슬라이더에 의해 X-방향으로 구동되고 상기 X-빔과 대물 테이블이 X-빔의 양 끝단부에 장착된 대응 슬라이더를 포함하는 두 개의 Y-방향의 선형 모터에 의해 Y-방향으로 구동되기 때문이다. Y-선형 모터의 빔만이 상기 밸런스 매스에 장착된다. X-모터에 의해 X-방향으로 가해지는 힘은 X-빔 및 Y-방향 선형 모터를 통해 상기 밸런스 매스에 간접적으로 전달될 수 있다. 플래너 모터가 사용되는 경우에는 X-방향과 Y-방향의 양 방향으로의 반작용력이 밸런스 매스에 직접 전달된다. 또한, 고정자(예를 들어, 자석 어레이)가 밸런스 매스에 장착되면, 상기 밸런스 매스의 질량이 증가하여 그것의 운동 범위를 감소시킨다.

진공 환경에서는 대물 테이블을 부상(leviate)시키는데 가스 베어링을 사용하는 것이 어렵기 때문에, 상기 대물 테이블을 부상시키는데에도 플래너 모터를 사용하는 것이 유리할 것이다.

플래너 모터의 자기 부상은 무마찰 베어링을 제공하여 밸런스 매스를 제 1 및 2 방향으로 자유롭게 이동시키고 제 3 방향 부근에서는 회전시킨다. 상기 밸런스 매스는 제 3 방향으로 움직일 수도 있고 및/또는 상기 제 1 및 제 2 방향중 어느 한쪽 혹은 양쪽으로 회전할 수도 있어, 3개 이상의 자유도로 균형을 제공한다. 이러한 목적을 위해 상기 밸런스 매스는 제 3 방향으로 낮은 강성을 갖는 지지체에 의해 지지될 수 있다. 상기 밸런스 매스에는 대물 테이블의 무게 중심과 동일한 수준으로 밸런스 매스의 무게 중심을 제 3 방향으로 올리는 수직벽이 제공될 수 있다.

본 발명의 또다른 형태에 따라 전사 투영 장치가 제공되고, 상기 전사 투영 장치는,

방사투영빔을 공급하는 투광 시스템;

소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1 대물 테이블;

기판을 고정시키는 제 2 대물 테이블; 및

상기 기판의 목표영역상에 패턴화된 빔을 결상하는 투영 시스템을 포함하는 상기 전사 투영 장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법으로서,

방사 감지층을 갖는 기판을 제 2 대물 테이블로 제공하는 단계;

투광 시스템을 사용하여 방사 투영빔을 제공하는 단계;

패터닝 수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계; 및

기판의 목표영역상에 방사 패턴 빔을 투영하는 단계를 포함하고,

상기 투영 단계동안 또는 그 전단계동안, 상기 대물 테이블중 적어도 하나가 대략적 위치결정수단에 의해 제 1 내지 제 3의 자유도로 이동하고 미세 위치결정수단에 의해 적어도 제 4의 자유도로 이동하며, 이러한 움직임동안, 제 1 내지 제 3의 자유도로 반작용힘이 밸런스 매스위에 작용하고,

상기 방법은, 반작용힘이 상기 제 4의 자유도로 상기 밸런스 매스에 전달되는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 전사 투영 장치를 사용하는 제조 공정에서, (예를 들어, 마스크)의 패턴은 에너지 감지 물질(레지스트)층이 부분적으로나마 도포된 기판상에 결상된다. 이 결상단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 도포 및 소프트 베이크와 같은 다양한 절차를 거친다. 노광후에, 기판은 후노광 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 결상된 형상의 측정/검사와 같은 또 다른 절차를 거칠 것이다. 이러한 일련의 절차는 예를 들어 IC 소자의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝화된 층은 에칭, 이온 주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 연마 등과 같이 개별 층을 마무리하기 위한 다양한 모든 공정을 거친다. 여러 층이 요구된다면, 전체 공정 또는 그 변형 공정은 새로운 층마다 반복되어질 것이다. 종국에는, 소자의 배열이 기판(웨이퍼)상에 존재할 것이다. 이들 소자는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의해 서로에 대해 분리되어, 각각의 소자가 필름에 연결된 운반 장치에 탑재될 수 있다. 그와 같은 공정에 관한 추가 정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing (3판,Peter van Zant 저, 맥그로힐출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)" 으로부터 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및 장치를 사용함에 있어 본 명세서에서는 집적회로의 제조에 대해서만 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 응용례를 가지고 있음은 명백히 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학 시스템, 자기영역 메모리용 유도 및 검출 패턴, 액정표시패널, 박막 자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 전술한 기타 응용분야들을 고려할 때, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 "마스크", "기판" 및 "목표영역" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 각각 대체될 수 있음이 이해될 것이다.

본 명세서에서, '투광 방사' 및 '투광빔' 이라는 용어는 자외선 방사(예를 들어, 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm 또는 126 nm 의 파장을 갖는), EUV, X-레이, 전자 및 이온에 한정되지 않고 전자기 방사 또는 입자 플러스의 모든 형태를 포함하여 사용된다.

본 발명은 X, Y, 및 Z 축을 기본으로 하는 수직 기준 시스템을 참조로 아래에서 설명될 것이다. 이하의 설명에서 상기 Z 방향은 수직 방향이라 불릴 수 있지만, 본 발명의 설명에서 요구되는 경우가 아니라면 상기 디바이스의 임의의 필요 방향을 의미한다.

첨부된 도면과 예시적인 실시예를 참고로 하여 본 발명이 후술될 것이다.

제 1실시예

도 1은 본 발명에 따른 전사투영장치의 개략적으로 나타낸다. 상기 장치는,

ㆍ방사(예를 들어, UV 또는 EUV 방사) 투영 빔(PB)을 공급하는 방사 시스템(LA, IL);

ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 고정하는 마스크 홀더가 제공되며, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제 1 위치결정 수단에 연결된 제 1대물테이블(마스크 테이블)(MT);

ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 도포된 실리콘 웨이퍼)을 고정하는 기판 홀더가 제공되며, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제 2위치결정 수단에 연결된 제 2대물테이블(기판 테이블)(WT); 및

ㆍ기판(W)의 목표영역(C) 상에 마스크(MA)의 방사부를 결상하는 투영 시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 굴절형 또는 카타디옵트릭 시스템, 거울 집단 또는 필드 디플렉터)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어 투과 마스크를 구비한) 투과형(transmissive type)이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 반사형일 수도 있다.

본 명세서에 도시된 예시에서, 방사 시스템은 방사 빔을 생성하는 소오스(LA)(예를 들어 Hg 램프, 엑시머 레이저, 스토리지 링(storage ring)이나 싱크로트론에서 전자빔의 경로 주위에 제공된 언듈레이터(undulator) 또는 전자나 이온 빔 소스)를 포함한다. 상기 빔은 투광 시스템(IL)에 포함된 다양한 광학기구(예를 들어, 빔 성형 광학기(Ex), 적분기(IN) 및 콘덴서(CO))를 따라 진행하여, 그 합성 빔(PB)은 소정 형상 및 강도분포를 갖는다.

상기 빔(PB)은 마스크 테이블(MT) 상의 마스크 홀더에 고정된 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 통과한 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하면서 집속되어 기판(W)의 목표영역(C)으로 향한다. 간섭계 변위 측정 수단(IF)의 도움을 받아, 기판 테이블(WT)은 제 2 위치결정 수단에 의해, 예를 들어 빔(PB)의 경로가 다른 목표영역(C)을 향하도록 정밀하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 가져온 후에, 간섭계 변위 측정 수단의 도움을 받아, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)가 정확히 위치되도록 제 1위치결정 수단이 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 롱 스트로크 모듈(대략적위치결정) 및 쇼트 스트로크 모듈(미세위치결정)의 도움을 받아 행해질 것이다.

상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝모드에 있어서, 마스크 테이블(MT)은 필히 고정상태로 유지되며, 전체 마스크 상은 한 번(즉, 단일 "섬광")에 목표영역(C)으로 투영된다. 이후 기판 테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 빔(PB)에 의해 다른 목표영역(C)이 방사될 수 있다.

2. 스캔 모드에 있어서, 주요 시나리오는 스텝 모드와 동일하나, 소정 목표영역(C)이 단일 "섬광"으로 노광되는 것은 아니다. 그 대신에, 마스크 테이블(MT)이ν의 속도로 소정 방향(소위 "스캐닝 방향", 예를 들어 x 방향)으로 이동 가능해서, 투영 빔(PB)이 마스크 상 위를 스캐닝하게 된다. 따라서, 기판 테이블(WT)은 속도(V=Mν; 여기서 M은 렌즈(PL)의 배율, 통상 M=1/4 또는 M=1/5)로 동일한 방향또는 그 반대 방향으로 동시에 이동한다. 이러한 방식으로, 해상도에 구애받지 않고도 상대적으로 넓은 목표영역(C)이 노광될 수 있다.

상기 장치는 또한 상기 장치의 성분을 지지하는 베이스 프레임(BP)(베이스 플레이트 또는 기계 프레임)과 상기 투영 시스템(PL)을 지지하는 베이스 프레임(BP)으로부터 기계적으로 분리된 기준 프레임(RF) 및 간섭 변위 측정 수단(IF)등의 위치 센서를 포함한다.

도 2는 세 개의 자유도를 갖고 균형을 이루기 위해 전사 장치의 기판 테이블(WT)를 포함하는 웨이퍼 스테이지에 사용되는 균형 시스템을 나타낸다. 아래에 설명된 장치는 적당한 변형을 가지고 전사 장치의 마스크 테이블(MT)를 포함하는 레티클에서도 사용될 수 있다.

제 1 실시예의 균형 시스템은 기계의 베이스 프레임상에 제공된 안내 표면(4)위로 이동할 수 있도록 사실상의 무마찰인 베어링(3)에 의해 지지되는 균형 프레임(2)(밸런스 매스)을 포함한다. 예를 들어, 상기 무마찰인 베어링(3)은 공기 정역학 베어링 또는 유체 정역학이거나 자기 베어링이 될 수 있다. 대안적으로, 운동에 필요한 범위가 비교적 작은 경우는, 만곡부 또는 평행 리프 스프링등의 탄성 유도 시스템이 사용될 수 있다. 상기 구성은 가역적이다. - 즉, 기계 프레임에 베어링이 제공되고 상기 균형 프레임 하측의 안내 표면에 대하여 작용할 수도 있다. 상기 안내 표면(4)은 상기 장치에서 정의된 XY평면에 평행하고 균형 프레임(2)은 X 및 Y 방향으로 자유롭게 병진운동 하고 Z 방향에 평행한 축에 대해 회전(Rz)한다.

도 3에 나타난 위치결정시스템(10)은 균형 프레임(2)의 내부 또는 위에 배치되고 X 및 Y 방향에서 비교적 큰 운동 범위를 갖는다. 위치결정시스템(10)의 무게 중심이 Z 방향으로 균형 프레임(2)의 질량 중심에 가능한 가까와지도록 하는 것이 중요하다. 특히, 두 개의 질량 중심에 대한 수직 분리는 실질적으로 100 mm 보다 작고 이상적으로는 0이 되는 것이 바람직하다.

탄성 포스트 또는 버퍼(5)는 균형 프레임(2)의 운동을 제한하여 그것이 안내표면(4)을 이탈하는 것을 막는다.

위치결정시스템은 구동 대상물위에 발생되는 구동력에 반대로 작용하는 반작용힘이 기계적 또는 전자기적 접속을 통해 균형 프레임으로 전달되도록 구성된다. 상기 접속부는 균형 프레임(2)과 위치결정시스템(10)이 결합된 시스템의 질량 중심을 포함하는 XY 평면에 또는 가깝게 위치된다. 상기 접속부는 예를 들어 XY 평면에 수직인 베어링 표면을 갖는 공기 정역학 베어링, 또는 예를 들어 균형 프레임(2)에 부착된 자석과 위치결정시스템에 부착된 코일 또는 전기자를 포함하여, 전자기힘의 작용선이 결합된 질량 중심과 동일한 XY 평면에 위치되는 전자기 선형 엑추에이터일 수 있다.

도 3은 위치 결정 시스템(10)이 소위 H-드라이브인 구성을 나타낸다. 상기 H-드라이브(10)는 각각의 슬라이더(12a, 12b)에서 그것의 끝단부 또는 근처에 장착된 X-빔(11)을 포함한다. 슬라이더(12a,12b)는 Y방향으로 X-빔(11)을 병진운동시키기 위해, 직각 균형 프레임(2)의 긴측(2a, 2b)에 장착된 자석 트랙(13a ,13b)과 함께 작동하는 선형 모터의 전기자를 운반한다. 이런 경우에 웨이퍼 테이블(WT)에 위치될 대상물은 X빔(11)상에 장착된 부가적인 슬라이더(14)에 의해 XY평면에서 구동된다. 슬라이더(12a,12b)와 마찬가지로, 슬라이더(14)는 X-빔을 따라 슬라이더(14)를 병진 운동시키기 위해, X-빔(11)에 장착된 자석 트랙(15)에 대하여 작동하는 선형 모터의 전기자를 운반하여, X방향에서 웨이퍼 테이블(WT)의 위치를 정한다. 상기 슬라이더(12a, 12b)의 위치에 대한 독립적인 제어는 X-빔(11)과 균형 프레임사이의 각도를 변화시킬 수 있게 하여, 웨이퍼 테이블(WT)의 Rz(Z축에 대한 회전)위치를 소정의 범위내로 제어하여 균형 프레임의 요운동(yaw movement)을 보상시킨다. 이런 이유로 또한 균형 프레임상의 합력에서 전단력 성분에 의한 균형 프레임의 변형으로 인해, 드라이버가 힘을 발생시키는 X 및 Y 방향이 정확히 직각이될 수 없음을 알 수 있다. 이러한 구성에 의해, Y 및 Rz 방향의 반작용힘은 균형 프레임으로 직접 전달된다. 슬라이더(12a,12b)는 에어 베어링(16a,16b)을 운반하며, 이는 균형 프레임 (2)상에 제공된 수직벽(21a,21b)에 대하여 작동하여 X 방향의 반작용힘을 균형 프레임(2)에 전달시킨다. X방향의 힘을 전달시키기 위해 한쌍의 스러스트 베어링 (16a,16b)을 사용하는 대신, 상기 두 개의 측들중 하나위에 예를 들어 단일의 프리-로드 베어링 또는 대향 패드 베어링이 사용될 수 있으며, X빔(11)이 균형 프레임에 수직이되지 않을 때 코사인이 축소되는(cosine foreshortning) 어려움을 피하기 위해 종종 바람직하다.

상술한 바와 같이 위치 결정 시스템은 균형 프레임에 의해 Z 방향 및 Rx, Ry 회전에 대하여 지지된다. 이 기능은 위치결정시스템(예를 들어, 웨이퍼 테이블 (WT))의 전체 또는 부분에 대한 안내 표면(4)에 의해, 또는 상기 베이스 프레임에 대하여 고정된 별도의 표면(들) 또는 이들의 결합에 의해 서로 수행될 수 있다.

만약 소유 플래너 모터가 사용된 경우에는, X 및 Y 방향에서의 반작용힘이 XY 평면에서의 자석(또는 코일)을 통해 균형 프레임에 전달된다. 자석(또는 코일)판은 XY평면에서 균형 프레임의 일부분을 형성할 수 있고, 바람직하게는 그것의 질량을 증가시켜 그것의 운동 범위를 감소시킨다. 또한, 자석(또는 코일)판은 제 2 밸런스 매스에 의해 또는 무마찰인 베어링등의 별도의 수단에 의해 Z, Rx 및 Ry 방향으로 지지된다.

구동된 대상물(이 경우는 웨이퍼 테이블(WT))상에 작용하는 드라이브힘은, 본 발명에 따라서 균형 프레임(밸런스 매스)상에 미치는, 크기는 같고 방향은 반대인 반작용힘을 일으킨다. 뉴튼 법칙으로부터, 구동된 대상물과 밸런스 매스의 변위 비율은 그것들의 질량에 반비례한다.

여기서,은 공통의 무게 중심에 대한 매스(i)의 변위이고 m_i는 매스(i)의 질량이다. 이러한 점에서 볼 때, 변위가 발생하는 방향에 따라 밸런스 매스 비율이 변할 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 실시예에서의 X-빔과 Y-슬라이더(12a,12b)는, Y방향으로의 변위를 위해 웨이퍼 테이블(WT)와 이동하는 반면, 웨이퍼 테이블은 X-방향으로의 변위를 위해 X-빔(11)에 대해 이동한다. 따라서, Y-방향에서의 변위를 위해 구동된 질량은, 웨이퍼 테이블(WT), X-슬라이더(14), X-빔(11) 및 Y-슬라이더(12a ,12b)의 결합된 질량이다. 한편, X-방향에서의 변위를 위해 구동된 질량은 단지 웨이퍼 테이블(WT) 및 X-슬라이더(14)의 질량이다; X-빔과 Y-슬라이더는그 대신 상기 밸런스 매스의 일부분을 형성한다. X-빔과 Y-슬라이더가 웨이퍼 테이블(WT)와 X-슬라이더(14)에 유사한 질량을 가지므로, 이것이 밸런스 매스 비율에 상당한 차이를 만들 수 있다.

균형 프레임을 위치 결정 시스템의 결합된 이동질량보다 5 내지 20배 더 무겁게 만듦으로써, 균형 프레임의 운동 범위가 제한될 수 있고 균형 시스템의 전체 풋 프린트가 원하는 바와 같이 한정될 수 있다.

위치 결정작업 동안 만약 균형 프레임의 질량 중심이 위치결정장치중 하나의 질량 중심과 X 또는 Y 방향으로 동일선상에 있지 않은 경우에는, 그 방향에서의 반응힘이 균형 프레임에 요운동을 일으킬 수 있다. 몇몇 경우, 예를 들어 한 점 주위의 구동된 대상물의 회전 운동이 균형 프레임의 질량 중심으로부터 오프셋된 경우에는 요운동이 야기되어 시간이 지남에 따라 상쇄되는 것이 아니라 누적될 수 있다. 과도한 요운동을 막기 위해서, 음의 피드백 서보 시스템이 제공된다. 이러한 제어 시스템은, 위치결정장치에서의 케이블링, 위치결정장치의 오정렬, 베어링(3)의 미세한 마찰등의 요인에 기인하는, 균형 프레임에 대한 장시간 누적된 병진운동(드리프트)을 바로잡도록 적용된다. 능동 드리프트 제어 시스템의 대안으로서는, 예를 들어 낮은 강성 스프링을 기반을 기초로하는 수동 시스템이 사용될 수 있다.

도 4는 상술한 바와 같은 서보 시스템(30)의 제어 루프를 나타낸다. 기계 프레임에 대한 밸런스 매스의 X,Y 및 R_Z설정점이 감산기(31)의 양의 입력에 공급되고, 그 출력은 서보 제어기(32)에 전달된다. 상기 서보 제어기는 3개의 자유도를 갖는 엑추에이터 시스템(33)을 제어하며, 이것은 필요한 보정을 균형 프레임(2)에 적용시킨다. 감산기(31)의 음의 입력에서의 피드백은, 균형 프레임과 구동된 질량의 위치를 측정하는 하나 이상의 다수의 자유도 측정 시스템(34)에 의해 제공된다. 균형 프레임과 구동된 질량의 위치는 기준의 고정 프레임에 대하여 측정될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 밸런스 매스의 위치는 기준 프레임과 상기 밸런스 매스에 대하여 측정된 구동 질량의 위치에 대하여 측정될 수 있다. 후자의 경우에 상대 위치 데이터는 소프트웨어 또는 하드웨어에 의해 절대 위치 데이터로 변환될 수 있다.

서보 시스템(30)의 설정점은, 위치결정장치의 결합된 질량 중심과 균형 프레임(2)이 XY 평면에서 변하지 않도록 결정된다. 이것은 다음식을 정의한다.

여기서,은 고정된 기준점에 대하여 시간 t에서의 X-Y 평면내 질량(i)의 벡터 변위이다. 연산된(방정식[2])를 사용)위치와 측정 위치 사이의 에러 신호는 작동 시스템(33)에 제공되면, 이것은 적절한 보정력을 균형 프레임(2)에 인가한다. 균형 프레임 및/또는 기계 베이스의 최하 공진 모드는 드리프트 제어 시스템의 서보 대역폭보다 적어도 5배 더 높은 인자이다.

균형 프레임의 누적된 요운동을 최소화시키기 위해, 제어 모드는 고정 세트점(예를 들어 0의 요)을 제외하고는 낮은 서보 대역폭으로 구성된다. 수동(예를 들어) 드리프트 제어와 유사하게, 요의 서보 대역폭은 저대역 통과 필터로서 사용되어, 요축선에 대하여 기계 베이스상의 과도 모멘트를 최소화시킨다. 즉, 긴 시간(저주파수)의 운동을 보정하는 작용힘만이 베이스 프레임에 전달된다.

도 5는 제 1 실시예의 제 1 변형에 따른 드리프트 제어 작동 시스템(33a)을 도시한다. 이 시스템은 3 개의 로렌쯔(힘)-형태의 선형 모터(예를 들어, 음성 코일 모터, 무철다위상 선형 모터등)(331,332,333)를 포함한다. 이들 모터중 두 개(331,332)는 일방향 예를 들어 X방향으로 작동하고, 다른 방향 예를 들어 Y방향으로 멀리 떨어져 배치된다. 제 3 모터(333)는 다른 방향 예를 들어 Y 방향으로 균형 프레임의 결합된 질량 중심을 통하여 또는 중심 근처에 작동한다. 바람직하게는 상기 드라이버들은 그들이 작동하는 방향에 수직인 방향으로 연장하는 자석 플레이트 또는 코일을 포함하는 로렌쯔힘 모터여서, 상기 방향에서 드라이버들은 수직 방향의 균형 프레임(2)의 위치에 관계 없이 주어진 방향에서 힘을 발생시키도록 작동한다.

3개의 드라이버를 사용하는 상기 구성은 가능한 가장 간략한 구성이 되는 점에서 유리하지만, 상기 균형 프레임(2)이 전단에 대한 제한된 저항을 포함하는 개방된 직사각형인 경우에는 4개의 모터가 사용되고, 각각의 모터는 프레임의 일측 부재의 중립 축선을 따라 또는 그에 가깝게 작동하도록 하여, 프레임 부재의 휨을 최소화시킬 수 있다. 상기 구성은 도 6에 나타나 있다. 본 명세서에서는, 4개의 드라이버들(334a ,334b,334c,334d)이 각 코너마다 하나씩 사용되었으며 이들 각각은 네 개의 빔(2a,2b,2c,2d)중 하나에 대하여 평행하게 일치하는 힘을 가하도록 구성된다. 상술한 바와 같이 각각 4 개의 드라이버들은 로렌쯔형 선형 모터가 될 수 있다. 또다른 대안은 X 및 Y 방향으로 각각 힘을 발생시키는 두 개의 플래너 모터를 사용하여, X, Y 및 R_Z에서 결합된 제어를 제공하는 것이다.

도 7에는 드라이버(334)의 대안적인 형태에 대한 측면도가 도시되어 있으며, 도 8은 도 7의 I-I를 따른 단면도이다. 드라이버(334)는 베이스 또는 기계 프레임(BP)상에 장착되고 회전 선형 운동 변환기(336)에 의해 균형 프레임(2)에 접속된 회전 로레쯔 모터(335)(비금속 코일 모터, DC 또는 AC 무브러쉬 모터등)를 구성한다. 회전-선형 운동 변환기(336)는, 모터(335)의 드라이브 샤프트(335a)에 단단히 부착되고 편심적으로 장착된 핀(336b)을 갖는 디스크(336a)를 포함한다. 핀(336b)은 균형 프레임(2)상에 장착된 커플링 프레임(336e)과 맞물리는 두 개의 휠(336c, 336d)에 대한 축을 형성한다. 커플링 프레임(336e)은 균형 프레임상에 발생될 힘의 작용 방향에 수직으로 연장되고 일반적으로 단면은 C-형상이다. 커플링 프레임(336e)은 휠(336c,336d)을 둘러싸서 각각이 대향 베어링 표면(336g,336f)중 각각 하나와 맞물린다. 베어링 표면 (336f)은 균형 프레임(2)쪽을 향하고 베어링 표면(336g)은 균형 프레임(2)쪽의 반대로 향한다. 따라서 도 8에서 모터가 디스크 (3 36g)를 오른쪽으로 회전시키도록 에너지를 가하면, 휠(336c)이 표면(336g)상에 견딜 수 있고 균형 프레임(2)상에 왼쪽으로 미는 힘을 가할 것이다. 이와 유사하게, 디스크(336a)의 왼쪽 회전은 균형 프레임(2)상에 오른쪽으로 미는 힘을 가할 것이다.

회전-선형 운동 변환기(336)는 사실상 마찰이 없도록 구성되고 유극(play)없이 역전되어 상기 드리프트 작동 제어가 위치 모드가 아닌 힘모드에서 수행될 수 있다. 균형 프레임(2)의 위치는 디스크(336a)상에 제공된 회전 인코더(도시 생략)를 통해 부가적으로 측정될 수 있다.

또다른 대안적인 드리프트 제어 시스템이 도 9에 나타나고, 도 9는 균형 프레임(2)의 평면도이고, 도 10은 이 대안에서 사용되는 드라이브 장치(337)중 하나의 확대도이다. 드라이브 장치(337)는 공통 피봇점에 연결된 두 개의 크랭크-콘 로드 장치로 구성된 소위 "이중 스카라 장치(double scara mechanism)"이다. 각각의 크랭크-콘 로드 장치는 로렌쯔형 토크 모터(337d)에 의해 구동되는 크랭크(337a)와 크랭크(337a)의 끝단부를 공통 피봇점(337d)에 접속하는 콘 로드(337c)로 구성된다. 토크 모터(337b)는 베이스 프레임(BP)에 장착되고 그 구동 샤프트가 병진운동에 대해 고정되어, 반작용힘이 베이스 프레임(BP)에 전달되도록 한다.

도 9 및 도 10의 상기 드리프트 가동 시스템은 세 개의 자유도를 갖는 균형 프레임을 제어하는데 단지 3개의 드라이브로도 충분하지만, 부가적인 모터를 사용하여도 도 6의 구성에서와 같은 동일한 영향을 제공한다.

균형 프레임(2)의 위치와 방향은, 모터의 드라이브 샤프트상에 제공된 회전 인코더에 의해 측정될 수 있는 크랭크 각도로부터 결정될 수 있다. 서보제어시스템에서, 두 개의 좌표 변환이 제공된다. 이들 중 하나는 크랭크(337a)의 각도 위치에 대한 정보를 밸런스 매스(2)의 위치 좌표 X, Y, R_Z로 변화시키는 좌표 변환이고;다른 하나는 제어기(33)에 의해 결정된 힘을 드라이브 모터(337b)의 토크로 변화시키는 좌표 변환이다.

앞에서 언급한 바와 같이, 상술된 드리프트 제어 장치는 선형 또는 회전 드라이브 장치내에 포함되는 선형 또는 회전 위치 센서를 포함할 수 있다. 대안적으로, 독립적인 위치 제어 시스템 예를 들어, 그리드 인코더 또는 2차원 위치 감지 검출기가 이용될 수도 있다. 이러한 시스템은 X,Y 및 R_Z좌표로 변환될 수 있는 다출력을 가지거나, 바람직하게는 대각선으로 반대 코너에서 균형 프레임상의 두 점들의 XY 위치에 대한 독립적인 측정을 제공할 수 있다.

균형 프레임(2)이 범위를 벗어나서 드리프트되는 것을 막기 위해, 예를 들어 에러 발생의 상황을 막기 위해, 균형 프레임 및 베이스 프레임 사이에 스트로크 제한 장치가 제공될 수 있다. 이러한 장치의 예시는 균형 프레임(2)의 하부를 관통하는 단면을 도시하는 도면인 도 11에 도시되어 있다. 이 장치에서, 세 개의 핀(40)이 베이스 프레임(BP)의 베어링 표면(4)으로부터 윗쪽으로 돌출하여 균형 프레임(2)내의 개구 끝단 슬롯(41)과 맞물린다. 슬롯(41)과 핀(40)은 균형 프레임(2)의 운동을 X, Y 및 R_Z의 미리 정해진 인벨로프로 제한하기 위한 크기로 만들어지고 구성된다. 상기 핀(40)은 충돌시에 균형 프레임(2)에 발생하는 임의의 충격을 완화시키기 위해, 탄성이 있거나 스프링 로드될 수 있다. 상기 스트로크 제한 장치는 운동학적으로 역전되어, 핀이 균형 프레임(2)으로부터 돌출하여 베이스 프레임(BP)상의 슬롯에 맞물릴 수도 있다.

여러가지 엑추에이터의 구동힘뿐만 아니라 위치결정장치 및 균형 프레임(2)의 질량 중심이 XY 평면에 동일하게 위치하지 못한다면, 오프셋에서 작용하는 구동힘은 경사 모멘트 T_X,T_Y즉, X, Y축 주위에서 균형 프레임(2)과 위치 결정 장치를 회전시키는 모멘트를 야기하게 될 것이다. 균형 프레임이 비교적 고강성을 갖는 Z, R_X및 R_Y방향으로 지지된다면, 상기 경사 모멘트(T_X,T_Y)는 베이스 프레임(BP)에 전달되어 진동을 일으킬 것이다. 또한, 비록 대략적위치결정은 통상 X,Y 및 R_Z방향만으로 실시되지만, 이동하는 대상물에 대한 기판 테이블(WT)에 포함된 미세 위치결정 엑추에이터는 통상 모두 6개의 자유도로 위치결정할 수 있다. Z, R_Y, R_X및 다른 자유도로 미세 위치 결정 시스템이 움직인 것으로부터의 반작용힘이 베이스 프레임(BP)에 전달되어도 진동을 일으킬 것이다.

따라서, 균형 프레임(2)은 베어링(3)을 포함하는 낮은 강성 지지체로 Z, R_X및 R_Y방향에서 지지된다. 이러한 지지체는 낮은 강성 무마찰인 베어링 또는 무마찰인 베어링과 결합하는 탄성 또는 가스 스프링이 될 것이다. 간극이 큰 에어 베어링이 사용될 수도 있다. X, Y 및 R_Z방향의 드리프트를 제어하는데 수동 요소들을 사용하면, 스프링 상수는 균형 프레임 매스-스프링 시스템의 아이젠 주파수(Eigen-frequency)가 예를 들어 위치결정장치의 최하 기본 운동 주파수보다 5 내지 10배 정도 낮아지도록 선택된다. 웨이퍼 테이블(WT)이 균형 프레임이 아닌 베이스 프레임에서 가이딩 표면(4)에 의해 Z, R_X및 R_Y로 지지된다면, 가이딩 표면(4)을 제공하는 베이스 프레임 부재는 Z, R_X및 R_Y용 제 2 밸런스 매스로 고려될 수 있고 상술한 바와 같이 수동적으로 지지될 수 있다.

제 2 실시예

본 발명의 제 2 실시예에서 기판 테이블(WT)을 포함하는 기판 스테이지는 도 12에 도시된 바와 같이 제 1 실시예와 동일하다.

제 2 실시예에서, 밸런스 매스(406)는, 웨이퍼 테이블(WT)용 안내 표면을 형성하는 플랫 내부 베이스(407)와 밸런스 매스(406)의 질량 중심을 올리기위해 사용하는 수직부벽(408)으로 이루어지는 개구 박스의 형태를 갖는다. 상기 기판 테이블(WT)은, 기판(W)에서 6개의 자유도로 작동하는 미세 위치결정 장치(417)와, 기판 테이블(WT)이 안내 표면(407)위로 이동할 수 있도록 사실상 무마찰인 베어링을 형성하는 소위 에어풋(air-foot)을 포함한다.

기판 테이블(WT)의 이동은 대략적 위치결정장치에 의해 수행된다. 상기 기구는 X-빔(415)을 포함하며, 이것에 대해 기판 테이블(WT)이 X-드라이버에 의해 구동되고, X- 드라이버(도시되지 않음)는 그 단부에, Y-방향 선형 모터의 트랜스레이터를 포함하여 X-빔을 구동하며 이에 따라 기판 테이블(WT)을 Y방향으로 구동하고, X-빔의 다른쪽 단부에 상이한 힘을 가함으로써 R_Z로 구동한다. Y-방향의 선형 모터의 고정자(409)는 밸런스 매스(406)의 어깨부에 제공된다. 따라서, 기판 테이블의 운동으로부터의 Y-방향 및 R_Z반작용힘이 밸런스 매스(406)에 직접 적용된다. X-방향의 반작용힘은 슬라이더(411)와 밸런스 매스(406)의 측벽(408)사이에서 베어링을통해 밸런스 매스(406)에 전달된다.

기판 테이블(WT)이 밸런스 매스(406)의 베이스위로 안내되기 때문에, 미세 위치결정 장치(417)에 의해 기판(WT)의 대응 운동으로부터 Z, R_Y, R_X반작용힘이 또한 밸런스 매스(406)에 직접 전달된다. X-및 Y-드라이브에 의해 가해진 힘의 라인 뿐만아니라 기판 테이블(WT)과 균형 프레임(406)의 무게 중심의 불완전한 조절에 기인한 어떠한 경사 모멘트(T_X,T_Y)도 에어 포트(419)와 Y-방향의 선형 모터의 강성을 통해 밸런스 매스(406)에 전달된다.

밸런스 매스(406)가 모든 6개의 자유도로 반작용힘을 흡수할 수 있도록 하기 위해서는 밸런스 매스가 모든 6개의 자유도로 자유롭게 이동되어야한다. 이것은 Z방향에서 낮은 강성을 갖는 복수의 지지체(403)에 의해, 그리고 밸런스 매스(405)의 하부 표면위에서 견딜 수 있는 실질적인 무마찰인 베어링(405)에 의해, 베이스 프레임(BP)로부터 밸런스 매스를 지지함으로써 달성된다. 밸런스 매스(406)의 하부 표면은 평평하거나 밸런스 매스(406)의 운동에 대한 최대 예상 또는 허용 범위를 수용할 수 있는 충분한 크기의 평탄한 영역을 갖는다. 밸런스 매스(406)가 기판 테이블(WT)보다 5 내지 10 배 정도 더 무겁기 때문에 밸런스 매스(406)의 운동 범위는 기판 테이블(WT)의 운동 범위보다 더 좁다.

실시예 3

도 13은 본 발명의 제 3 실시예의 기판 테이블(WT)을 포함하는 기판 스테이지를 나타내고 이는 상술한 제 1 또는 2 실시예와 동일할 수 있다.

제 3 실시예에서 밸런스 매스는 두 부분(506,507)으로 나누어진다. 밸런스 매스의 제 1 부분(506)은 기판 테이블(WT)를 둘러싸는 직사각형 프레임을 포함한다. 밸런스 매스의 제 1 부분(506)의 대향면에는 고정자, 예를 들어 Y-방향의 선형 모터의 자석 트랙이 장착된다. 예를 들어 Y-방향의 선형 모터의 코일등의 트랜스레이터는 X-빔(515)의 끝단의 슬라이더(511)에 장착된다. X-빔은 X-선형 모터의 고정자를 포함하고 트랜스레이터는 기판 테이블(WT)에 장착된다. X-선형 모터와 함께 대략적 위치결정 장치를 형성하는 Y 선형 모터로부터의 Y - 및 R_Z- 반작용힘은 밸런스 매스의 제 1 부분(506)에 직접 전달되고 X-방향힘은 스러스트 베어링(도시 생략)을 거쳐 전달된다. X- 및 Y- 반작용힘을 흡수하기 위해 밸런스 매스의 제 1 부분(506)는 실질적으로 무마찰인 베어링에 의해, 예를 들어 그것을 X, Y, 및 R_Z방향으로 이동시키는 에어 베어링(505)에 의해 지지된다.

밸런스 매스의 제 2부분(507)은 플레이트 형태를 갖고 기판 테이블(WT)의 하부에 위치된다. 그것의 상부 표면(508)은 평탄하고 기판 테이블(WT)이 에어풋(519)에 의해 이동되는 안내 표면을 형성한다. 이런 방식으로, 미세 위치결정장치(517)에 의한 웨이퍼(W)의 운동으로부터의 Z, R_X및 R_Y에서의 소정의 반작용힘은, Z-방향으로 낮은 강성을 포함하는 복수의 지지체(503)에 의해 베이스 프레임(BP)으로부터 지지되는 밸런스 매스의 제 2 부분(507)에 전달된다. 에를 들어, 이런 지지부들은 기계 또는 가스 스프링이다.

실시예4

본 발명의 제 4 실시예는 진공에서 사용하는 제 2 실시예의 수정예이다. 기판 테이블(WT)을 포함하는 기판 스테이지가 도 14에 도시된다.

제 2 실시예에서와 마찬가지로, 밸런스(606)는 개구 박스의 형태를 갖는다. 이런 실시예에서, 상기 박스의 베이스는 고정자(627), 예를 들어 트랜스레 이터 (635)가 웨이퍼 테이블(WT)상에 장착된 플래너 모터의 자석 배열을 포함한다. 플래너 모터에 대한 더 많은 정보는 본 명세서에서 참조로 포함하는 미합중국 특허 제 5,886,432호로부터 얻을 수 있다. 앞에서와 마찬가지로, 수직벽(625)은 밸런스 매스(606)의 무게 중심을 기판 테이블(WT)의 것과 동일한 수평면으로 올리기 위해 사용한다. 플래너 모터(627,635)는 기판 테이블을 부상시키고 병진시킬 수 있도록 구성되고 또는 부가적인 베어링도 제공될 수 있다. 플래너 모터의 X, Y 및 가능하게는 R_Z병진운동으로부터의 반작용힘이 밸런스 매스(606)에 전달된다.

실시예5

본 발명의 제 5 실시예는 도 15에 나타난 바와 같이 제 4 실시예의 수정예이다. 제 4 실시예에서와 같이 기판 테이블(WT)은 플래너 모터(즉, X 및 Y방향)의 고정자(627)의 평면에서 이동된다. 대략적 위치결정장치(플래너 모터)의 X,Y 및 R_Z이동에 의한 반작용힘은 밸런스 매스(606)에 직접 전달된다. 미세 위치결정장치(617)에 대한 모든 자유도의 반작용힘은, 플래너 모터의 강성 또는 기판 테이블에 제공된 부가적인 베어링을 거쳐서 밸런스 매스(606)에 전달된다. 상기 밸런스 매스는 제 2 실시예와 동일한 방식으로 베어링(605)과 낮은 강성 지지체(603)상에 장착된다.

지금까지 본 발명의 특정 실시예를 상술하였지만, 본 발명은 앞서 기술된 것과는 다르게도 실시될 수 있음을 이해할 수 있다. 본 명세서는 본 발명에 한정되는 것을 의도하지 않는다. 특히, 본 발명은 전사 장치의 레티클 또는 마스크 스테이지 와 바람직하게는 평면의 대상물을 빠르고 정확하게 위치결정시키는 다른 형태의 장치에서 사용될 수 있음을 이해할 수 있다.

본 발명에 따라서 다수의 자유도로 쉽게 확장되고 또한 여러가지 다른 드라이브 기구와 사용될 수 있는 균형 시스템이 제공될 수 있다.

Claims (19)

1. 전사 투영 장치로서,

   방사 투영빔을 공급하는 투광 시스템;

   소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1 대물 테이블;

   기판을 고정시키는 제 2 대물 테이블;

   상기 기판의 목표영역상에 패턴화된 빔을 결상하는 투영 시스템; 및

   상기 대물 테이블중 적어도 하나를 3개 이상의 자유도로 위치결정할 수 있는 균형 위치결정시스템을 포함하고,

   상기 위치결정시스템은,

   적어도 하나의 밸런스 매스;

   상기 밸런스 매스를 이동 가능하게 지지하는 베어링 수단;

   제 1 및 제 2 방향에서의 병진 운동과 제 3 방향에서의 회전, 상기 제 1, 2, 및 3 방향은 실질적으로 서로 직각인 3개의 자유도로 상기 대물 테이블을 위치 결정시키는 대략적 위치결정수단;

   실질적으로 제 1, 2 및 3 자유도에 수직인 적어도 제 4의 자유도로 상기 대물 테이블을 위치 결정시키는 미세 위치결정수단을 포함하며, 상기 대략적 및 미세 위치 결정 수단은 상기 대략적 및 미세 위치결정수단으로부터의 반작용힘이 상기 밸런스 매스에 전달되도록 구성되고,

   상기 밸런스 매스는 적어도 상기 4개의 자유도로 실질적으로 자유롭게 이동하도록 상기 베어링 수단에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 방향으로 평행하게 연장하는 안내 표면을 갖는 베이스 플레이트를 더 포함하고 상기 베어링 수단은 상기 안내 표면상에 실질적인 무마찰인 베어링을 복수개 포함하고 또한 상기 제 3 방향으로 낮은 강성을 갖는 지지체에 의해 상기 밸런스 매스에 연결되는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 베어링이, 공기 정역학 베어링, 유체 정역학 베어링 및 자기 베어링을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 지지체가 탄성 스프링과 가스 스프링을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 방향으로 평행하게 연장하는 안내 표면을 갖는 베이스 플레이트를 더 포함하고, 상기 베어링 수단은 상기 안내 표면위에 낮은 강성의 실질적으로 무마찰인 베어링을 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
6. 재 2항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 밸런스 매스는, 제 1 및 제 2 방향에 일반적으로 평행한 측변을 갖는 일반적으로 사각형인 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 일반적으로 사각형인 프레임은 중앙에 개구를 가지며, 상기 대물 테이블이 상기 중앙의 개구에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 대물 테이블은 상기 안내 표면에 걸쳐 상기 대물 테이블을 지지하는 낮은 강성 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 밸런스 매스는 상기 제 1 및 제 2 방향에 평행하게 연장하는 안내 표면을 포함하고, 상기 장치는, 상기 안내 표면에 대하여 실질적으로 무마찰인 베어링을 갖는 베이스를 더 포함하고, 상기 베어링은 상기 제 3 방향으로 낮은 강성을 갖는 지지체에 의해 상기 베이스로부터 지지되는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 밸런스 매스는 상기 안내 표면에 실질적으로 평행한 안내 표면을 부가적으로 포함하고, 상기 대물 테이블은 상기 부가적인 안내 표면위에는 실질적으로 무마찰인 베어링이 제공되는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 대략적위치결정 수단은, 상기 제 1방향에 일반적으로 평행하게 연장하는 빔과, 상기 빔에 대해 상기 제 1 방향으로 상기 대물 테이블을 구동시키는 제 1 드라이브 수단과, 상기 빔의 각 끝단에 연결되어 상기 밸런스 매스에 대해 상기 제 2 방향으로 상기 빔을 구동시키는 제 2 및 제 3드라이브 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 대략적 위치결정수단은 상기 밸런스 매스의 상기 안내 표면에 장착된 고정자와 상기 대물 테이블상에 장착된 트랜스레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 밸런스 매스는 밸런스 매스의 제 1 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 밸런스 매스의 제 1 부분은 상기 제 1 내지 제 3 자유도로 이동할 수 있고, 상기 밸런스 매스의 제 2 부분은 상기 제 4 자유도로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 전사투영장치는 베이스를 포함하고;

    상기 밸런스 매스의 제 1 부분은 상기 대물 테이블을 둘러싸는 일반적으로 사각형인 프레임을 포함하고, 상기 밸런스 매스의 제 1부분은 또한 상기 베이스로부터 실질적으로 무마찰인 베어링에 의해 지지되고, 상기 대략적 위치결정수단은 상기 밸런스 매스의 제 1 부분과 상기 대물 테이블 사이에서 작동하고;

    상기 밸런스 매스의 제 2 부분은 상기 제 1 및 제 2 방향에 실질적으로 평행하게 연장하는 안내 표면을 가지며, 제 3 방향으로 낮은 강성을 갖는 지지체에 의해 상기 베이스로부터 지지되고, 상기 대물 테이블은 실질적으로 무마찰인 베어링에 의해 상기 안내표면에 걸쳐 지지되는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
15. 전사투영장치로서,

    방사 투영빔을 공급하는 투광 시스템;

    소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1 대물 테이블;

    기판을 고정시키는 제 2 대물 테이블;

    상기 기판의 목표영역상에 패턴화된 빔을 결상하는 투영 시스템; 및

    상기 대물 테이블중 적어도 하나를 적어도 3개의 자유도로 위치 결정할 수 있는 균형 위치결정시스템을 포함하고,

    상기 위치결정시스템은,

    적어도 하나의 밸런스 매스;

    상기 밸런스 매스를 이들이 상기 세 개의 자유도로 실질적으로 자유롭게 이동할 수 있도록 상기 밸런스 매스를 지지하는 베어링 수단;

    상기 대물 테이블과 상기 밸런스 매스사이에 직접 작동하여 상기 세 개의 자유도로 상기 대물 테이블을 위치시키도록 하는 구동 수단을 포함하고,

    상기 밸런스 매스는 일반적으로 상기 제 1 및 제 2 방향에 평행한 측변을 갖는 일반적으로 사각형인 프레임과, 상기 대물 테이블이 적어도 부분적으로 배치되는 중앙의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
16. 전사투영장치로서,

    방사 투영빔을 공급하는 투광 시스템;

    소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1 대물 테이블;

    기판을 고정시키는 제 2 대물 테이블;

    상기 기판의 목표영역상에 패턴화된 빔을 결상하는 투영 시스템; 및

    상기 대물 테이블중 적어도하나를 적어도 2 개의 자유도로 위치결정할 수있는 균형 위치결정시스템을 포함하고,

    상기 위치결정시스템은,

    적어도 하나의 밸런스 매스;

    상기 밸런스 매스를 이들이 상기 세 개의 자유도로 실질적으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지하는 베어링 수단;

    적어도 제 1 및 제 2의 자유도로 상기 대물 테이블을 위치 결정시키는 위치결정수단을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2의 자유도는 실질적으로 서로 수직인 제 1 및 제 2 방향으로의 병진운동이며, 상기 위치결정수단은 대략적 및 미세 위치결정수단을 포함하고 상기 위치결정수단으로부터의 반작용힘이 상기 밸런스 매스에 전달되도록 배치되며,

    상기 대략적 위치결정수단은, 상기 대물 테이블에 장착된 트랜스레이터와 상기 제 1 및 제 2 방향에 평행하게 연장하고 상기 밸런스 매스에 장착된 고정자를 갖는 플래너 전기 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    하나 이상의 제 1 대물 테이블 및/또는 하나 이상의 제 2 대물 테이블을 포함하는 복수의 대물 테이블을 위치결정시키는 드라이브힘에 대한 반작용힘이 공통의 밸런스 매스들에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
18. 방사투영빔을 공급하는 투광 시스템;

    소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1 대물 테이블;

    기판을 고정시키는 제 2 대물 테이블; 및

    상기 기판의 목표영역상에 패턴화된 빔을 결상하는 투영 시스템을 포함하는 상기 전사 투영 장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법으로서,

    방사 감지층을 갖는 기판을 제 2 대물 테이블로 제공하는 단계;

    투광 시스템을 사용하여 방사 투영빔을 제공하는 단계;

    패터닝 수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계; 및

    기판의 목표영역상에 방사 패턴 빔을 투영하는 단계를 포함하고,

    상기 투영 단계동안 또는 그 전단계동안, 상기 대물 테이블중 적어도 하나가 대략적 위치결정수단에 의해 제 1 내지 제 3의 자유도로 이동하고 미세 위치결정수단에 의해 적어도 제 4의 자유도로 이동하며, 이러한 움직임동안, 제 1 내지 제 3의 자유도로 반작용힘이 밸런스 매스위에 작용하고,

    상기 방법은, 반작용힘이 상기 제 4의 자유도로 상기 밸런스 매스에 전달되는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
19. 제 18항의 방법에 따라 제조된 디바이스.