KR20020009483A - 스테이지 장치 및 노광장치 - Google Patents

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KR20020009483A
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다나까게이이찌
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시마무라 테루오
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Abstract

[과제] 스테이지 본체가 이동된 때에도, 용력공급부재에 기인하는 외란을 저감시킨다.
[해결수단] 용력을 공급하는 용력공급부재 (129) 가 접속되며, 제 1 고정자를 따라 정반 (12) 상을 이동하는 스테이지 본체 WS1 을 구비한다. 제 1 고정자와 분리되어 배치된 제 2 고정자 (111)와, 용력공급부재 (129) 를 중계함과 동시에 제 2 고정자 (111) 를 따라 스테이지 본체 WS1 과 동기이동하는 용력공급 스테이지 (115) 를 구비한다.

Description

스테이지 장치 및 노광장치{STAGE APPARATUS AND EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 스테이지 본체가 고정자를 따라 정반 상을 이동하는 스테이지 장치 및 이 스테이지 장치에 지지된 마스크와 기판을 사용하여 마스크의 패턴을 기판에 노광시키는 노광장치에 관한 것으로서, 특히 액정표시소자나 반도체 소자 등의 디바이스를 제조할 때에 리소그래피 공정에서 사용하기에 적합한 스테이지 장치 및 노광장치에 관한 것이다.
종래부터 반도체 디바이스의 제조 공정의 하나인 리소그래피 공정에 있어서는 마스크 또는 레티클 (이하, 레티클이라 한다) 에 형성된 회로패턴을 레지스트(감광제)가 도포된 웨이퍼 또는 글래스 플레이트 등의 기판 상에 전사하는 각 종의 노광장치가 사용되고 있다. 예를 들어, 반도체 디바이스용의 노광장치로서는최근에 있어서의 집적회로의 고집적화에 수반하는 패턴의 최소선폭 (디바이스 룰) 의 미세화에 따라 레티클의 패턴을 투영광학계를 사용하여 웨이퍼 상에 축소전사하는 축소투영노광장치가 주로 사용되고 있다.
이 축소투영노광장치로서는 레티클의 패턴을 웨이퍼 상의 복수의 쇼트영역(노광영역)에 순차적으로 전사하는 스텝 앤드 리피트 방식의 정지노광형의 축소투영노광장치 (소위 스테퍼) 나 이 스테퍼를 개량한 것으로서, 일본 공개특허공보 평8-166043 호 등에 개시된 바와 같은 레티클과 웨이퍼를 1 차원 방향으로 동기이동시켜 레티클 패턴을 웨이퍼 상의 각 쇼트영역에 전사하는 스텝 앤드 스캔 방식의 주사 노광형의 노광장치 (소위 스캐닝 스테퍼) 가 알려져 있다.
이 같은 스테퍼나 스캐닝 스테퍼에서는 초점 위치 조정을 위하여 광축방향으로의 이동이나 레벨링 조정가능하고 부압 흡인 등의 흡착 수단에 의해 웨이퍼를 지지하는 테이블 (스테이지 본체) 을 스테이지 상에 설치하고, 이들 테이블 및 스테이지를 비접촉 베어링인 에어 베어링에 의해 부양시킨 상태에서 리니어 모터 등의 구동장치에 의해 정반 상을 이동시키고 있다. 그리고, 테이블 상에는 검출광을 반사하는 이동경을 배치하고, 이동경에 대향 배치된 레이저 간섭계 등의 위치검출장치로부터 검출광을 조사하고 이동경으로부터의 반사광에 근거하여 스테이지와의 사이의 거리를 계측함으로써, 웨이퍼의 위치를 고정밀도로 검출하고 있다. 레티클에서도 동일하게 레티클을 흡착 지지하는 레티클 스테이지 (스테이지 본체) 상에 이동경을 설치하고 위치검출장치로부터 검출광을 조사하여 레티클 스테이지와의 거리를 계측함으로써 레티클의 위치를 고정밀도로 검출하고 있다.
상기 테이블, 레티클 스테이지 등의 스테이지 본체에는 각종 용력(用力)이 공급되는 용력공급부재로서의 배관ㆍ배선이 접속되어 있다. 구체적으로는 에어 베어링용의 에어를 용력으로서 공급하는 배관, 흡착 수단용의 부압을 용력으로서 공급하는 배관, 플로리네이트 등의 온도 조정용 매체를 용력으로서 공급하는 배관, 또한 레벨링 센서 등으로 용력으로서 전력을 공급하는 배선, 각종 제어 신호를 용력으로서 공급하는 시스템 배선 등이 스테이지 본체에는 접속되어 있다.
그런데, 이들 용력공급부재는 스테이지 본체의 이동에 수반하여 인장력을 부여하거나 그 반력으로 미진동을 발생시켜 스테이지 본체의 동기 정밀도에 오차를 미칠 가능성이 있다. 종래, 이 미진동에 기인하는 동기 오차는 무시되었지만, 최근 패턴의 미세화에 수반하는 노광 정밀도의 고도화가 진행됨에 따라 이 오차에 대해서도 대책을 세울 필요가 있었다. 따라서, 이 문제에 대해서는 도 8 에 나타내는 스테이지 장치가 제공되고 있다.
이 도면에 나타낸 스테이지 장치 (91) 는, X 방향으로 신장되는 고정자 (92, 92) 를 따라 가동자 (93, 93) 가 X 방향으로 이동하고, 가동자 (93, 93) 사이에 걸쳐져 Y 방향으로 신장되는 장척의 가이드바 (94) 에 설치된 고정자 (95) 를 따라 가동자로서의 스테이지 본체 (96) 가 Y 방향으로 이동하는 것으로서, 스테이지 본체 (96) 의 X 측에는 배관 트레이 (97) 가 배치되어 있다. 배관 트레이 (97) 는 가동자 (93, 93) (또는 가이드바 (94)) 에 연결되고, X 방향에 관해서는 스테이지 본체 (96) 와 일체적으로 이동하는 구성으로 되어 있다. 용력공급부재 (98) 로부터 공급되는 공기는 가이드바 (94) 에 대향하여 스테이지 본체 (96) 에 설치된에어 베어링으로 공급되고 있다. 이 배관 트레이 (97) 에는 스테이지 본체 (96) 에 접속되는 상기 각 종 용력공급부재 (98) 및 일방의 가동자 (93) 에 접속되는 용력공급부재 (99) 가 수용ㆍ지지된다. 그리고, 이 스테이지 장치는 스테이지 본체 (96) 의 X 방향으로 이동에 대하여 배관 트레이 (97) 가 추종 이동함으로써 용력공급부재 (98) 가 스테이지 본체 (96) 에 작용하는 인장력이나 진동을 저감시키고 있다.
동일하게 용력공급부재 (98) 가 스테이지 본체 (96) 에 작용하는 인장력이나 진동을 저감시키는 스테이지 장치로서는 일본 공개특허공보 평8-63231 호에 기재된 것이 제공되고 있다. 이 스테이지 장치는 스테이지 본체에 설치된 가동자와, 용력공급부재로서의 케이블이 접속된 캐리어/종동자(從動子)에 설치된 가동자가 고정자로서 동일한 자기 궤도로부터 동시에 자속을 가져오게 함으로써 스테이지 본체의 이동에 대하여 캐리어/종동자가 추종 이동하여 케이블이 스테이지 본체에 부여하는 인장력을 제거하고 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 스테이지 장치 및 노광장치에는 이하와 같은 문제가 존재한다.
스테이지 본체 (96) 의 Y 방향의 이동에 관해서는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 스테이지 본체 (96) 와 배관 트레이 (97) 가 상대 이동하기 때문에, 스테이지 본체 (96) 에는 용력공급부재 (98) 를 통해 각종 외란(外亂)이 전달된다. 외란 중, 동적인 것으로서는, 예를 들어, 스테이지 본체 (96) 가 -Y 방향으로 이동함으로써, 용력공급부재 (98) 의 배관 트레이 (97) 로의 접촉이나, 복수의 용력공급부재 (98) 끼리의 스침, 두드림, 또한 용력공급부재 (98) 내의 유체 내부 압력 변동, 바닥 진동 전달 등에 기인하여 발생하는 미진동을 들 수 있으며, 이 미진동이 스테이지 본체 (96) 에 전달될 우려가 있다.
또, 외란 중, 정적인 것으로서는, 용력공급부재 (98) 의 변형에 수반하는 항력(抗力)을 들 수 있으며, 이 항력이 스테이지 본체 (96) 에 전달될 우려가 있다. 특히 최근 용력공급부재 (98) 에 대한 케미컬 클린의 요구가 높아 내부 유체의 투과 방지, 배어나옴 방지의 관점에서 용력공급부재 (98) 로서는 두께가 두꺼운 것이나 이중구조를 갖는 경화제가 채용되고 있다. 이 때문에, 용력공급부재 (98) 의 항력이 더욱 더 커지는 경향에 있어, 스테이지 본체 (96) 에 주는 영향도 커진다고 우려되고 있다.
한편, 캐리어/종동자와 스테이지 본체가 동일한 고정자를 사용하여 구동되는 경우, 캐리어/종동자의 이동에 수반하는 미진동이 고정자를 통해 스테이지 본체에 외란으로서 전달되어 스테이지 본체의 이동 제어에 지장을 초래한다는 문제가 있었다. 특히, 고정자가 정반 상에 설치되는 경우에는, 캐리어/종동자의 이동에 수반하는 진동이 정반에도 전달된다는 문제가 있었다.
그리고, 이와 같은 스테이지 장치를 사용하여 마스크의 패턴을 웨이퍼 등의 기판에 노광시키는 노광장치에 있어서는, 외란에 의해 스테이지 본체의 이동 제어에 지장을 초래하면, 패턴을 기판 상에 고정밀도에 노광시킬 수 없다는 문제가 발생하게 된다. 또, 스테이지 본체 (96) 에 설치된 에어 베어링으로부터 가이드바 (94) 에 분사되는 에어에 의해 가이드바 (94) 가 진동한다는 문제가 있었다. 에어의 동점성(動粘性) 계수는 15.75 ×10-6으로 낮기 때문에, 가이드바 (94) 가 미진동하였을 때의 감쇠성을 향상시키는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 점을 고려하여 이루어진 것으로서, 스테이지 본체가 이동하였을 때에도, 용력공급부재나 기체 베어링에 기인하는 외란 (진동) 을 저감시킬 수 있는 스테이지 장치 및 이 스테이지 장치를 사용하여 마스크의 패턴을 고정밀도로 기판에 노광시킬 수 있는 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명의 실시형태를 나타내는 도면으로서, 투영노광장치의 개략 구성도이다.
도 2 는 2 개의 웨이퍼 스테이지, 레티클 스테이지, 투영광학계 및 얼라인먼트계의 위치 관계를 나타내는 외관 사시도이다.
도 3 은 웨이퍼 스테이지 및 동기 스테이지가 배치된 스테이지 장치의 외관 사시도이다.
도 4 는 웨이퍼 스테이지를 X 방향으로 구동하는 리니어 모터 부분의 단면도이다.
도 5 는 고정자 블록이 지지 부재로 지지된 정면도이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태를 나타내는 도면으로서 동기 스테이지 장치의 외관 사시도이다.
도 7 은 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로 차트도이다.
도 8 은 종래기술의 스테이지 장치의 일례를 나타내는 외관 사시도이다.
도 9 는 스테이지 본체의 이동과 용력공급부재의 관계를 나타내는 개략 정면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
R : 레티클 RST : 레티클 스테이지
WS1, WS2 :웨이퍼 스테이지 W, W1, W2 : 웨이퍼
1 : 기판 스테이지 2 : 마스크 스테이지
4 : 챔버 10 : 투영노광장치
12 : 정반 38 : 스테이지 제어장치
83 : 제 1 고정자 86, 88, 102 : 기체 베어링
111 : 제 2 고정자 115 : 용력공급 스테이지
129 : 용력공급부재 (Y 튜브) 150 : 챔버 제어장치
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실시형태를 나타내는 도 1 내지 도 6 에 대응하는 이하의 구성을 채용하고 있다.
본 발명의 스테이지 장치는, 용력을 공급하는 용력공급부재 (129) 가 접속되고 제 1 고정자 (83) 를 따라 정반 (12) 상을 이동하는 스테이지 본체 (WS1, WS2) 를 구비한 스테이지 장치 (1) 에 있어서, 제 1 고정자 (83) 와 분리되어 설치된 제 2 고정자 (111) 와, 용력공급부재 (129) 를 중계함과 동시에 제 2 고정자 (111) 를 따라 스테이지 본체 (WS1, WS2) 와 동기이동하는 용력공급 스테이지 (115) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 스테이지 장치에서는, 용력공급 스테이지 (115) 가 스테이지 본체 (WS1, WS2) 와 동기이동하고, 이들 사이의 상대 위치 관계가 유지되기 때문에, 용력공급부재 (129) 의 변형에 수반하는 미진동이나 항력의 발생을 억지할수 있으며, 스테이지 본체 (WS1, WS2) 로 외란으로서 전달되는 것을 방지할 수 있다. 또, 본 발명의 스테이지 장치에서는 용력공급 스테이지 (115) 가 따르는 제 2 고정자 (111) 가 제 1 고정자 (83) 에 대하여 분리되고 있기 때문에, 용력공급 스테이지 (115) 의 이동에 수반하는 미진동이 제 1 고정자 (83) 를 통해 스테이지 본체 (WS1, WS2) 로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 용력공급 스테이지 (115) 의 이동에 수반하는 미진동이 정반 (12) 으로 전달되지 않도록 제 2 고정자 (111) 는 정반 (12) 과는 진동적으로 독립하여 설치되는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 스테이지 장치는, 이동면을 따라 스테이지 본체 (WS1, WS2) 를 이동시키는 스테이지 장치 (1) 에 있어서, 이동면과 스테이지 본체 (WS1, WS2) 와의 사이에 이동면과 스테이지 본체 (WS1, WS2) 를 비접촉으로 대향시키는 기체 베어링을 설치하여 스테이지 장치 (1) 를 밀봉 가능하게 포위하는 챔버 (4) 와, 기체 베어링과 챔버 (4) 에 헬륨을 공급하는 공급 장치 (150) 를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 스테이지 장치에서는 챔버 (4) 내의 분위기를 헬륨으로 형성할 수 있다. 또한, 스테이지 장치가 복수의 스테이지 본체 (WS1, WS2) 를 갖는 구성도 선택할 수 있다. 이 경우, 기체 베어링으로 헬륨을 공급하고 있기 때문에, 일방의 스테이지 본체의 진동이 타방의 스테이지 본체에 악영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
또, 본 발명의 노광장치는, 마스크 스테이지 (RST) 에 지지된 마스크 (R) 의패턴을 기판 스테이지 (1) 에 지지된 기판 (W) 에 노광하는 노광장치 (10) 에 있어서, 마스크 스테이지 (RST) 와 기판 스테이지 (1) 중 적어도 일방의 스테이지로서 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 노광장치에서는 용력공급 스테이지 (115) 의 이동에 수반하는 외란이 마스크 (R) 나 기판 (W) 에 전달되는 것을 억지할 수 있다. 이로써, 마스크 (R) 와 기판 (W) 의 위치 제어를 고정밀도로 실행하는 것이 가능해지며, 마스크 (R) 의 패턴을 기판 (W) 에 고정밀도로 노광 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 노광장치는 마스크 (R) 를 이동시키는 마스크 스테이지 (RST) 와, 기판 (W) 을 이동시키는 기판 스테이지 (1) 를 구비하고, 마스크 (R) 의 패턴을 기판 (W) 에 노광시키는 노광장치 (10) 에 있어서, 마스크 스테이지 (RST) 와 기판 스테이지 (1) 중 적어도 일방에 청구항 9 또는 청구항 10 에 기재된 스테이지 장치를 사용한 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 노광장치에서는 챔버 (4) 내에 헬륨 분위기를 유지할 수 있으며, 또한 기체 베어링으로 헬륨을 공급함으로써 스테이지 본체 (WS1, WS2) 의 진동이 노광에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 스테이지 장치 및 노광장치의 실시형태를 도 1 내지 도 6 을 참조하여 설명한다. 여기에서는, 예를 들어 노광장치로서 마스크로서의 레티클과 웨이퍼를 동기이동하면서 레티클에 형성된 반도체 디바이스의 회로 패턴을 웨이퍼 상에 전사하는 주사형 노광장치 (스캐닝 스테퍼) 를 사용하는 경우의 예를 사용하여 설명한다. 또, 이 노광장치에 있어서는 본 발명의 스테이지 장치를웨이퍼 스테이지에 적용하는 것으로 한다. 이들 도면에 있어서, 종래예로서 나타낸 도 8 및 도 9 와 동일한 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
도 1 에는 1 실시형태에 따른 투영노광장치 (10) 의 개략 구성이 나타나 있다. 이 투영노광장치 (10) 는 소위 스텝 앤드 스캔 방식의 주사 노광형의 투영노광장치이다.
투영노광장치 (10) 는 웨이퍼 테이블 (TB1, TB2) 을 통해 정반 (12) 상을 기판으로서의 웨이퍼 (W1, W2) (적당히 부호 W 와 병용한다) 를 각각 지지하고 독립하여 X축 방향 및 Y축 방향의 2차원 방향으로 이동하는 웨이퍼 스테이지 (스테이지 본체) (WS1, WS2) 를 구비한 스테이지 장치 (기판 스테이지) (1), 이 스테이지 장치 (1) 의 상방에 배치된 투영광학계 (PL), 투영광학계 (PL) 의 상방에서 마스크로서의 레티클 (R) 을 주로 하여 소정의 주사 방향, 여기에서는 Y축 방향 (도 1 에 있어서의 지면 직교 방향) 으로 구동하는 레티클 스테이지 (RST) 를 구비한 스테이지 장치 (마스크 스테이지) (2), 레티클 (R) 을 상방으로부터 조명하는 조명계 (3) 및 이들 각 부를 제어하는 제어계 등을 구비하고 있으며, 이들은 온도 제어 및 습도 제어가 실시된 챔버 (4) 내에 격납되어 있다.
또, 챔버 (4) 내는, 챔버 (5 내지 8) 로 구획되어 있으며, 각 챔버 (5 내지 8) 에는 스테이지 장치 (1), 투영광학계 (PL), 스테이지 장치 (2), 조명계 (3) 가 각각 격납되어 있다. 챔버 (4 내지 7) 내는, 주제어장치 (90) 에 접속된 챔버 제어장치 (150) 에 의해 소정의 온도 범위에 들어가도록 온도 제어가 실시되고 있다. 온도 제어 방법으로서는, 예를 들어, 각 챔버 내에 광화학 반응적으로 불활성인 가스를 온도 제어한 상태로 유통시키는 방법이 채용된다. 본 실시형태에서는 불활성 가스로서 헬륨을 사용하고 있다. 또한, 챔버 사이의 격벽에는 노광광의 광로 상에 위치하여 투광창 (도시 하지 않음) 이 설치되어 있으며, 노광광이 지장없이 투과할 수 있게 되어 있다.
또, 챔버 제어장치 (150) 는 후술하는 헬륨 베어링 (기체 베어링) (88, 102) 에도 헬륨을 공급하고 있다. 에어의 열전도율이 26.14 ×10-3(W/(m/k)) 인 거에 대하여, 헬륨의 열전도율은 15.5 ×10-2(W/(m/k)) 이기 때문에, 챔버 (4) 내를 헬륨 분위기로 함으로써, 챔버 (4) 내의 흔들림을 저감시킬 수 있다. 이로써, 후술하는 레이저 간섭계에 의한 스테이지 장치 (1, 2) 의 위치 측정 정밀도의 향상을 기대할 수 있다.
조명계 (3) 는 도 1 에 도시되는 바와 같이 광원부 (40), 셔터 (42), 미러 (44), 빔 익스팬더 (46, 48), 제 1 플라이아이렌즈 (50), 렌즈 (52), 진동 미러 (54), 렌즈 (56), 제 2 플라이아이렌즈 (58), 렌즈 (60), 고정 블라인드 (62), 가동 블라인드 (64), 릴레이 렌즈 (66, 68) 등으로 구성되어 있다.
여기에서 이 조명계의 상기 구성 각 부에 관하여 그 작용과 함께 설명한다.
광원인 KrF 엑시머 레이저와 감광 시스템 (감광판, 개구 조리개 등) 으로 이루어지는 광원부 (40) 로부터 사출된 레이저광은 셔터 (42) 를 투과한 후, 미러 (44) 에 의해 편광되고, 빔 익스팬더 (46, 48) 에 의해 적당한 빔 직경으로 정형되고, 제 1 플라이아이렌즈 (50) 로 입사된다. 이 제 1 플라이아이렌즈 (50) 에 입사된 광속은 2 차원적으로 배열된 플라이아이렌즈의 엘리먼트에 의해 복수의 광속으로 분할되며 렌즈 (52), 진동 미러 (54), 렌즈 (56) 에 의해 다시 각 광속이, 다른 각도로부터 제 2 플라이아이렌즈 (58) 에 입사된다.
이 제 2 플라이아이렌즈 (58) 로부터 사출된 광속은 렌즈 (60) 에 의해, 레티클 (R) 과 공액인 위치에 설치된 고정 블라인드 (62) 에 도달하고, 여기에서 소정 형상으로 그 단면 형상이 규정된 후, 레티클 (R) 의 공액면으로부터 아주 조금 디포커스된 위치에 배치된 가동 블라인드 (64) 를 통과하고, 릴레이 렌즈 (66, 68) 를 경유하여 균일한 조명광으로서 레티클 (R) 상의 상기 고정 블라인드 (62) 에 의해 규정된 소정 형상, 여기에서는 직사각형 슬릿 형상의 조명 영역 (IA) (도 2 참조) 을 조명한다.
이어서, 스테이지 장치 (2) 에 관하여 설명한다. 이 스테이지 장치 (2) 는 레티클 정반 (32) 상을 기판으로서의 레티클 (R) 을 지지하여 XY 의 2 차원 방향으로 이동 가능한 레티클 스테이지 (RST) 와, 이 레티클 스테이지 (RST) 를 구동하는 도시하지 않은 리니어 모터와, 이 레티클 스테이지 (RST) 의 위치를 관리하는 레티클 간섭계 시스템 (11) 을 구비하고 있다.
레티클 스테이지 (RST) 에는 도 2 에 나타나는 바와 같이 2 장 (복수) 의 레티클 (R1, R2) 이 스캔 방향 (Y축 방향) 으로 직렬로 설치된다. 이 레티클 스테이지 (RST) 는 도시하지 않은 헬륨 베어링 등을 통해 레티클 정반 (32) 상에 부상 지지되고, 도시하지 않은 리니어 모터 등으로 이루어지는 구동 기구 (30) (도 1참조) 에 의해 X축 방향의 미소 구동, θ 방향의 미소 회전 및 Y축 방향의 주사 구동이 이루어지게 되어 있다.
또한, 구동 기구 (30) 는 후술하는 스테이지 장치 (1) 와 동일한 리니어 모터를 구동원으로 하는 기구이지만, 도 1 에서는 도시의 편의상 및 설명의 편의상에서 단순한 블록으로서 나타내고 있는 것이다. 이로써, 레티클 스테이지 (RST) 상의 레티클 (R1, R2) 이 예를 들어 이중 노광 때에 선택적으로 사용되며, 어느 레티클에 관해서도 웨이퍼측과 동기 스캔할 수 있는 구성으로 되어 있다.
이 레티클 스테이지 (RST) 상에는 도시하지 않지만, 레티클 (R) 의 패턴 영역 밖을 흡착 지지하는 레티클 홀더가 지지됨과 동시에 +X 측의 단부에 위치하여 이동경 (34) 이 Y축 방향으로 연장 설치되며, -Y 측의 단부에 위치하여 2 개의 이동경 (35, 37) 이 배치되어 있다. 여기에서는 152.4 mm (6 인치) 의 크기의 레티클 (R1, R2) 을 Y 방향으로 간격을 두고 배치하고 있다. 또한, 이들 레티클 스테이지 (RST), 레티클 홀더 및 이동경 (34, 35, 37) 은 저열 팽창의 소재 (세라믹) 로 설치되어 있다.
이동경 (34) 의 +X축측의 면 및 이동경 (35, 37) 의 -Y축측의 면은 알루미늄 증착 등에 의해 반사면이 형성되어 있다. 이 이동경 (34) 의 반사면을 향하여 측장축 (BI6X) 으로 표시되는 간섭계 (36) 로부터의 간섭계 빔이 조사되며, 간섭계 (36) 에서는 그 반사광을 수광하여 기준면에 대한 상대 변위를 계측함으로써, 레티클 스테이지 (RST) 의 X 방향의 위치를 계측하고 있다. 여기에서, 이 측장축 (BI6X) 을 갖는 간섭계는 실제로는 독립적으로 계측 가능한 2 개의 간섭계 광축을갖고 있으며, 레티클 스테이지 (RST) 의 X축 방향의 위치 계측과 요잉량의 계측이 가능하게 되어 있다.
이동경 (35, 37) 에는 도시하지 않는 1 쌍의 더블 패스 간섭계로부터 측장축 (BI7Y, BI8Y) 으로 표시되는 간섭계 빔이 조사되고, 그 곳에서 반사한 각각의 반사광이 각각의 더블 패스 간섭계에서 수광된다. 그리고, 이들의 더블 패스 간섭계의 계측치가 도 1 의 스테이지 제어장치 (제어장치) (38) 로 공급되며, 그 평균치에 근거하여 레티클 스테이지 (RST) 의 Y축 방향의 위치가 계측된다. 이 Y축 방향 위치의 정보는 웨이퍼측의 측장축 (BI3Y) (후술) 을 갖는 간섭계의 계측치에 근거하는 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WS1 또는 WS2) 의 상대 위치의 산출 및 이에 근거하는 주사 노광시의 주사 방향 (Y축 방향) 의 레티클과 웨이퍼의 동기 제어에 사용된다. 즉, 본 실시형태에서는 이동경 (34, 35, 37), 간섭계 (36) 및 측장축 (BI7Y, BI8Y) 으로 표시되는 1 쌍의 더블 패스 간섭계에 의해 레티클 간섭계 시스템 (11) 이 구성되어 있다.
계속해서 스테이지 장치 (1) 에 관하여 설명한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이 스테이지 장치 (2) 는 XY 평면을 따르는 평판부 (13a) 및 평판부 (13a) 의 X 방향 양측에 +Z 방향으로 돌출되어 형성된 돌출부 (13b, 13b) 를 갖는 측면시 ㄷ 자형의 베이스 플레이트 (13) 와, 베이스 플레이트 (13) 의 돌출부 (13b, 13b) 에 공기식 댐퍼나 피에조 댐퍼 등의 방진ㆍ제진 장치를 개재함으로써, 진동적으로 독립하여 걸쳐진 정반 (12) 과, 정반의 상면 (이동면) 에 도시 하지 않은 비접촉 베어링 (본 실시형태에서는 헬륨 베어링) 을 개재하여 부상 지지되고, 리니어 모터등에 의해 독립하여 정반 (12) 의 상면을 따라 2 차원 이동 가능한 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 와, 이들의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 를 구동하는 스테이지 구동계 (14) 와, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 를 통해 웨이퍼 (W1, W2) 의 위치를 계측하는 간섭계 시스템 (9) 을 구비하고 있다. 스테이지 구동계 (14) 는 제어장치 (38) 에 의해 제어되고 있다.
이것을 더욱 상세하게 설명하면, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 저면에는 도시하지 않은 헬륨 베어링 (예를 들어, 진공 예압형 헬륨 베어링) 이 복수 개소에 설치되어 있으며, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 는 이 헬륨 베어링의 헬륨 분출력과 진공 예압력의 밸런스에 의해, 예를 들어 수 미크론의 간격을 유지한 상태로 정반 (12) 의 상면에 대향하여 부상 지지되고 있다. 헬륨 분위기의 챔버 내에서 기체 베어링으로서 에어 베어링을 사용하는 경우에는 에어 베어링으로 공급되는 에어를 배기 장치 등을 사용하여 회수하여 헬륨 분위기를 유지하지 않으면 안된다. 이에 비하여 헬륨 베어링을 사용하면 상술한 배기 장치 등이 필요없어지며 장치 구성을 간단하게 할 수 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 상에는 도시 하지 않은 Zㆍθ구동 기구에 의해 XY 평면에 직교하는 Z 축 방향 및 θ방향 (Z 축 주위의 회전 방향) 으로 미소 구동되며, 초점 위치 조정을 위하여 광축방향 (Z 방향) 으로의 이동이나 레벨링 조정을 실시하는 웨이퍼 테이블 (TB1, TB2) 이 각각 설치되어 있다. 웨이퍼 테이블 (TB1, TB2) 상에는 웨이퍼 (W1, W2) 를 각각 부압 흡착에 의해 지지하는 웨이퍼 홀더 (WH1, WH2) 가 진공 흡착이나 키네마틱 커플링등에 의해 착탈 자유롭게 탑재되어 있다. 또, 웨이퍼 테이블 (TB1, TB2) 에는 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도 조정 기구가 설치되어 있다. 이 온도 조정 기구로서는 플로리네이트 등의 냉매를 공급하는 냉매 공급원 (도시 하지 않음) 과, 공급된 냉매를 유통시키는 유로 등으로 구성된다.
또, 웨이퍼 테이블 (TB1, TB2) 의 상면에는 각종의 가준 마크가 형성된 기준 마크판 (FM1, FM2) 이 웨이퍼 (W1, W2) 와 각각 거의 동일한 높이가 되도록 설치되어 있다. 이들의 기준 마크판 (FM1, FM2) 은 예를 들어 각 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 기준 위치를 검출할 때에 사용된다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 에 관해서는 거의 동일한 구성이기 때문에, 이하에 있어서는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 주로 설명한다.
스테이지 구동계 (14) 는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 Y 방향으로 구동하는 리니어 모터인 Y 모터 (YM) 와, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 X 방향으로 구동하는 리니어 모터인 X 모터 (XM) 로 구성되어 있다. 이들 모터 (YM, XM) 는 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 구동하는 것이다.
Y 모터 (YM) 는 Y 방향으로 연재하는 장척의 가이드바 (GB) 의 상면 (+Z) 측에 설치된 고정자 (81) 와, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에 설치된 도시하지 않은 가동자로 구성되어 있다. 그리고, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 는 도시하지 않은 헬륨 베어링에 의해 가이드바 (GB) 에 대하여 미소 클리어런스를 가지고 Y 방향으로 이동 자유롭게 가이드되고 있다. 또한, 여기에서는 Y 모터 (YM) 로서 무빙 코일형의 리니어 모터가 사용되지만, 무빙 마그네트형의 리니어 모터라도 된다.
도 4 에 나타내는 바와 같이 X 모터 (XM) 는 가이드바 (GB) 의 Z 방향 양측에 서로 소정 간격을 두고 배치된 가동자 (82, 82) 와, X 방향으로 연재하여 배치된 (도 3 참조) 고정자 블록 (제 1 고정자) (83) 에 가동자 (82, 82) 의 각각을 끼워넣도록 배치된 고정자 (84) 로 구성되어 있다. 또한, 도 4 에서는 도시하고 있지 않지만, 가이드바 (GB) 의 Z 방향 양측에 배치된 고정자 (84) 의 쌍은, 도 3 에 나타내는 바와 같이 고정자 블록 (83) 의 양단에 형성된 연결부 (83a, 83a) 에 의해 일체적으로 연결되어 있다. 또, 가동자 (82, 82) 및 고정자 블록 (83) (고정자 (84)) 등은 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 사이에 두고 Y 방향의 양측에 설치되지만, 도 1 에서는 편의상 +Y 방향만 도시하고 있다.
가동자 (82, 82) 는 보이스 코일 모터 등의 Y 모터 (87) 의 Z 방향 양측에 장착되어 있다. Y 모터 (87) 사이에는 가이드바 (GB) 의 선단에 설치된 코어 (89) 가 삽입되며, 상기 로렌츠력에 의해 가이드바 (GB) 를 Y 방향으로 구동시킨다. 또, Y 모터 (87) 에는 가이드바 (GB) 에 대향시켜 헬륨 베어링 (88) 이 배치되며, 가이드바 (GB) 의 이동을 비접촉으로, 또한 원활하게 지지하고 있다. 그리고, 이들 가동자 (82, 82), Y 모터 (87), 코어 (89) 는 지지판 (100, 101) 에 일체적으로 지지됨과 동시에 X 모터 (XM) 의 구동에 의해 지지판 (100, 101) 에 대향하도록 고정자 블록 (83) 에 설치된 헬륨 베어링에 의해 가이드바 (GB) 를 수반하여 X 방향으로 비접촉으로 원활하게 이동하는 구성으로 되어 있다. 헬륨의동점성 계수는 12.24 ×10-5(㎡/sec) 로 에어에 비하여 8 배 가까이 높다. 이로써, 헬륨 베어링 (88, 102) 으로부터 가이드바 (GB) 로 헬륨을 분사하였을 때에 가이드바 (GB) 가 진동한다고 해도 감쇠성이 높거나 또는 진동 자체가 작아지기 때문에 노광 정밀도를 저하시키지 않는다.
고정자 블록 (83) 은 베이스 플레이트 (13) 의 돌출부 (13b) 상에 각각 형성되어 ㄷ 자형을 나타내는 지지 부재 (85, 85) 에 양측면 및 하면이 이동 자유롭게 지지되고 있다. 또, 지지 부재 (85) 에는 고정자 블록 (83) 의 양측면 및 하면에 대향하여 헬륨 베어링 (86) 이 배치되며, 고정자 블록 (83) 의 이동을 비접촉으로, 또한 원활하게 지지하고 있다.
또, 고정자 블록 (83) 의 +X 측 단부의 상측 및 하측에는 도 5 에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 측을 향하여 개구하는 가동자 (130 및 103) 가 각각 배치되어 있다. 그리고 가동자 (130) 과 함께 보이스 코일 모터를 구성하는 고정자 (105) 가 베이스 플레이트 (13) 의 돌출부 (13b) 상에 고정된 지지대 (104) 에 지지되고 있다. 동일하게 가동자 (103) 와 함께 보이스 코일 모터를 구성하는 고정자 (106) 가 베이스 플레이트 (13) 의 평판부 (13a) 상에 고정된 지지대 (107) 에 지지되고 있다. 이들 가동자 (130, 103), 고정자 (105, 106) 로 이루어지는 보이스 코일 모터에 의해 고정자 블록 (83) 은 X 방향으로 구동된다.
한편, 이 스테이지 장치 (1) 에 대해서는 각종 배선ㆍ배관이 접속된다. 구체적으로는 온도 조정용 냉매를 공급ㆍ배출하는 배관, 헬륨 베어링에 사용되는헬륨을 공급하는 배관, 웨이퍼 (W1) 를 부압 흡인하기 위한 부압 (진공) 을 공급하는 배관, 각종의 센서로 전력을 공급하는 배선, 각종 제어 신호ㆍ검출 신호를 공급하기 위한 시스템 배선 등이 각종의 구동 기기, 제어 기기에 대하여 배치된다. 예를 들어, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에 대해서는 온도 조정용 배관, 웨이퍼 (W1) 를 흡착하기 위한 배관, 헬륨 베어링용의 헬륨 배관, 레벨링 센서나 후술하는 거리 센서 등으로 전력을 공급하는 전력 배선, 이들 센서의 검출 신호나 리니어 모터 구동용의 시스템 배선 등이 접속된다. 또한, 이하의 설명에서는 이들의 각종의 용력이 용력공급부재로서 대표적인 띠형상의 튜브를 통해 공급되는 것으로서 설명한다.
이 튜브로서는 케미컬 클린에 대한 요구를 만족시키기 위하여 두께가 두꺼운 것이나 이중 구조를 갖는 경화재이며, 또한 가요성을 갖는 것이 사용되고 있다. 또, 이 튜브는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상의 웨이퍼 테이블 (TB1) 의 -X 측 단면 ( 웨이퍼 테이블 (TB2) 에서는 +X 측 단면) 에 설치된 집중 단자 (커넥터) (119) (도 6 참조) 에 접속된다. 그리고, 본 실시형태의 스테이지 장치 (1) 에는 웨이퍼 테이블 (TB1) 에 접속된 튜브를 중계하여 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 에 각각 대응하여 동기이동하는 동기 스테이지 장치 (DS1, DS2) 가 설치되어 있다. 또한, 동기 스테이지 장치 (DS1) 는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 -X 측에서 튜브를 중계하고, 동기 스테이지 장치 (DS2) 는 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 +X 측에서 튜브를 중계하고 있지만, 이하의 설명에서는 주로 동기 스테이지 장치 (DS1) 에 관하여 설명한다.
도 6 에 나타내는 바와 같이 동기 스테이지 장치 (DS1) 는 X 방향으로 연재하여 설치된 X 가이드 (108, 108) 와 X 가이드 (108, 108) 에 이동 자유롭게 끼워 맞춰지는 이동체 (109, 109) (-Y 측의 이동체는 도시하지 않음) 와, 각 X 가이드 (108) 의 외측에 평행하게 각각 설치된 고정자 (제 2 고정자) (111, 111) 와, 고정자 (111, 111) 와 함께 리니어 모터인 X 모터 (120) 를 구성하는 가동자 (112, 112) (-Y 측의 가동자는 도시하지 않음) 와, 정반 (12) 상의 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 -X 측에, Y 방향을 따라 배치된 고정자 (113) 및 집중 단자 지지 부재 (114) 와, 고정자 (113) 와 함께 리니어 모터인 Y 모터 (121) 를 구성하는 가동자로서의 동기 스테이지 (용력공급 스테이지) (115) 를 주체로 하여 구성되어 있다.
X 가이드 (108, 108) 는 베이스 플레이트 (13) 의 평판부 (13a) 상에 정반 (12) 을 사이에 둔 Y 방향 양측에 배치되고 있다. 이동체 (109, 109) 의 상부에는 +Y 측 (도시하지 않은 이동체로부터는 -Y 측) 으로 연출하는 연출부 (110, 110) 가 각각 고착되어 있으며, 가동자 (112, 112) 는 각 연출부 (110, 110) 로부터 하방을 향하여 매달려 설치되어 있다. 또, 각 연출부 (110, 110) 에는 고정자 (111, 111) 의 외측에 위치하여 집중 단자 (116, 116) 가 매달려 설치됨과 동시에 기단부가 연출부 (110, 110) 에 고정되며, 선단부가 기단부보다도 -X 측이며, 또한 정반 (12) 으로부터 +Z 방향으로 돌출되는 지지 프레임 (117, 117) 이 정반 (12) 을 사이에 두고 서로 대향하도록 세워 형성되어 있다.
그리고, 이 고정자 (113) 는 지지 프레임 (117, 117) 의 선단부 사이에 걸쳐지고, 집중 단자 지지 부재 (114) 는 지지판 (118, 118) 을 통해 지지 프레임(117, 117) 의 선단부에 고정자 (113) 의 -X 측에서 고정되어 있다.
또한, 동기 스테이지 장치 (DS2) 는 도 6 에는 도시하지 않지만, 동기 스테이지 장치 (DS1) 와 동일한 구성을 가지고 있으며, 동기 스테이지 장치 (DS2) 의 고정자 (113) 는 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 +X 측에 배치되며, 집중 단자 지지 부재 (114) 는 이 고정자 (113) 의 더욱 X 측에 배치된다. 또, 동기 스테이지 장치 (DS2) 의 이동체 (109, 109) 및 가동자 (112, 112) 는 동기 스테이지 장치 (DS1) 의 이동체 (109, 109) 및 가동자 (112, 112) 와 동일한 X 가이드 (108) 및 고정자 (111) 를 따라 서로 독립하여 이동하는 구성으로 되어 있다.
이 가동자 (112, 112) 의 X 방향의 위치, 즉 동기 스테이지 (115) 의 X 방향의 위치는 도시하지 않은 리니어 인코더로 검출되어 스테이지 제어장치 (38) 로 출력된다. 또, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 동기 스테이지 (115) 의 사이의 거리는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에 설치된 정전 용량형 센서나 포토 센서 등으로 구성되는 도시하지 않은 거리 센서 (검출 센서) 에 의해 검출되며, 스테이지 제어장치 (38) 로 출력된다.
또한, X 모터 (120), Y 모터 (121) 로서는 무빙 코일형의 리니어 모터, 무빙 마그네트형의 리니어 모터 중 어느 것이라도 된다. 또, 상기 Y 모터 (YM, 121), X 모터 (XM, 120) 의 구동은 스테이지 제어장치 (38) 에 의해 제어된다.
집중 단자 (116, 116) 에는 X 모터 (120) 의 구동에 사용되는 각종 용력을 공급하는 X 튜브 (122, 122) 가 각각 접속된다. 또, +Y 측에 위치하는 집중 단자 (116) 에는 웨이퍼 스테이지 (WS1) (및 웨이퍼 테이블 (TB1)) 의 구동 등에 사용되는 각종 용력을 공급하는 Y 튜브 (123) 가 접속된다. 이들 X 튜브 (122), Y 튜브 (123) 는 집중 단자 (116) 가 X 모터 (120) 에 의해 X 방향으로 이동하였을 때에도 지장을 초래하지 않을 정도로 충분한 휨을 가지게 하여 접속되어 있다.
또한, Y 튜브 (123) 에 의해 공급되는 용력은 집중 단자 지지 부재 (114) 에 지지된 집중 단자 (124, 124), 동기 스테이지 (115) 에 설치된 집중 단자 (125) 에 각각 접속된 Y 튜브 (126 내지 128) 와, 집중 단자 (125), 웨이퍼 테이블 (TB1) 에 설치된 집중 단자 (119) 에 접속된 Y 튜브 (용력공급부재) (129) 를 중계하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) (웨이퍼 테이블 (TB1)) 로 공급된다. 또한, Y 튜브 (128) 는 집중 단자 (125) 가 Y 모터 (121) 에 의해 Y 방향으로 이동하였을 때에도 지장을 초래하지 않을 정도로 충분한 휨을 가지게 하여 접속되어 있다. 또, Y 튜브 (129) 도 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 동기 스테이지 (115) 가 시간차를 가지고 구동되었을 때에도 지장을 초래하지 않을 정도로 충분한 휨을 가지게 하여 접속되어 있다.
간섭계 시스템 (9) 은 웨이퍼 홀더 (WH1) 와 공통의 테이블 (TB1) 로 지지되어 웨이퍼 홀더 (WH1) 와 소정의 위치 관계로 배치된 이동경 (20, 21) 과, 웨이퍼 홀더 (WH2) 와 공통의 테이블 (TB2) 로 지지되어 웨이퍼 홀더 (WH2) 와 소정의 위치 관계로 배치된 이동경 (22, 23) 과 (도 2 참조), 도 1 에 나타내는 바와 같이, 측장축 (BI1X) 으로 표시되는 간섭계 빔을 조사하는 간섭계 (16) 와, 측장축 (BI2X) 으로 표시되는 간섭계 빔을 조사하는 간섭계 (18) 와, 도 2 에 나타내는 바와 같이 측장축 (BI3Y 내지 BI5Y) 으로 표시되는 간섭계 빔을 각각 조사하는 간섭계 (모두 도시하지 않음) 로 구성되어 있다.
이동경 (20) 은 테이블 (TB1) 상의 -X 측단 가장자리에 Y축 방향으로 연재하여 배치되어 있으며, 그 -X 측의 면은 세라믹의 모재에 알루미늄 증착이 실시되어 간섭계 (16) 로부터 조사되는 간섭계 빔을 반사하는 반사면으로 되어 있다. 이동경 (22) 은 테이블 (TB2) 상의 +X 측단 가장자리에 Y축 방향으로 연재하여 배치되어 있으며, 그 +X 측의 면도 세라믹의 모재에 알루미늄 증착이 실시되어 간섭계 (18) 로부터 조사되는 간섭계 빔을 반사하는 반사면으로 되어 있다. 그리고, 간섭계 (16, 18) 는 이동경 (20, 22) 으로부터의 반사광을 각각 수광함으로써, 각 반사면의 기준 위치로부터의 상대 변위를 계측하고, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) (나아가서는 웨이퍼 (W1, W2)) 의 X축 방향 위치를 계측하게 되어 있다. 여기에서, 간섭계 (16, 18) 는 도 2 에 표시되는 바와 같이 각 3 개의 광축을 갖는 3 축 간섭계로서, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 X축 방향의 계측 이외에 틸트 계측 및 θ계측이 가능하게 되어 있다. 각 광축의 출력치는 독립적으로 계측할 수 있게 되어 있다. 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 θ회전 및 Z 축 방향의 미소 구동 및 경사 구동을 실시하는 테이블 (TB1, TB2) 은 반사면의 아래에 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지의 틸트 제어시의 구동량은 전부 이들의 간섭계 (16, 18) 에 의해 모니터할 수 있다.
동일하게, 이동경 (21) 은 테이블 (TB1) 상의 +Y 측단 가장자리에 X축 방향으로 연재하여 배치되고, 이동경 (23) 은 테이블 (TB2) 상의 +Y 측단 가장자리에 X축 방향으로 연재하여 배치되며, 각각의 +Y 측의 면은 세라믹의 모재에 알루미늄증착이 실시되며, 측장축 (BI3Y 내지 BI5Y) 을 갖는 간섭계로부터 조사되는 간섭계 빔을 반사하는 반사면으로 되어 있다. 여기에서, 측장축 (BI3Y) 은 투영광학계 (PL) 의 투영 중심에서 X축과 수직으로 교차하며, 측장축 (BI4Y, BI5Y) 은 얼라인먼트계 (24a, 24b) 의 각각의 검출 중심에서 X축과 각각 수직으로 교차하고 있다.
본 실시형태의 경우, 투영광학계 (PL) 를 사용한 노광시의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 Y 방향 위치 계측에는 투영광학계의 투영 중심, 즉 광축 (AX) 을 투과하는 측장축 (BI3Y) 의 간섭계의 계측치가 사용되며, 얼라인먼트계 (24a) 의 사용시의 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 Y 방향 위치 계측에는 얼라인먼트계 (24a) 의 검출 중심, 즉 광축 (SX) 을 통과하는 측장축 (BI4Y) 의 간섭계의 계측치가 사용되며, 얼라인먼트계 (24b) 의 사용시의 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 Y 방향 위치 계측에는 얼라인먼트계 (24b) 의 검출 중심, 즉 광축 (SX) 을 통과하는 측장축 (BI5Y) 의 간섭계의 계측치가 사용된다. 또한, 상기 Y 계측용의 측장축 (BI3Y, BI4Y, BI5Y) 의 각 간섭계는 각 2 개의 광축을 갖는 2 축 간섭계로서, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 Y축 방향의 계측 이외에 틸트 계측이 가능하게 되어 있다. 각 광축의 출력치는 독립적으로 계측할 수 있게 되어 있다.
또, 본 실시형태에서는 후술하는 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 중의 일방이 노광 시퀀스를 실행하고 있는 동안, 타방은 웨이퍼 교환, 웨이퍼 얼라인먼트 시퀀스를 실행하는데, 이 때에 양 스테이지의 간섭이 없도록 각 간섭계의 출력치에 근거하여 주제어장치 (90) 의 지령에 따라 스테이지 제어장치 (38) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 이동이 관리되고 있다.
계속해서, 투영광학계 (PL) 에 관하여 설명한다. 투영광학계 (PL) 로서는 여기에서는 Z 축 방향의 공통의 광축을 갖는 복수장의 렌즈 엘리먼트로 이루어지며, 양측 텔레센트릭에서 소정의 축소배율, 예를 들어 1/4 를 갖는 굴절광학계가 사용되고 있다. 이로써, 스텝 앤드 스캔 방식의 주사 노광시에 있어서의 웨이퍼 스테이지의 주사 방향의 이동 속도는 레티클 스테이지의 이동 속도의 1/4 이 된다.
이 투영광학계 (PL) 의 X축 방향의 양측에는 도 1 에 표시되는 바와 같이 동일한 기능을 갖는 오프 액시스 (off-axis) 방식의 얼라인먼트계 (24a, 24b) 가 투영 광학계 (PL) 의 광축 중심 (레티클 패턴 이미지의 투영 중심과 일치) 으로부터 각각 동일 거리만큼 떨어진 위치에 설치되어 있다. 이들의 얼라인먼트계 (24a, 24b) 는 LSA (Laser Step Alignment) 계, FIA (Filed Image Alignment) 계, LIA (Laser Interferometric Alignment) 계의 3 종류의 얼라인먼트 센서를 가지고 있으며, 기준 마크판 (FM1, FM2) 상의 기준 마크 및 웨이퍼 (W1, W2) 상의 얼라인먼트 마크의 X, Y 2 차원 방향의 위치 계측을 실시하는 것이 가능하다.
이들의 얼라인먼트계 (24a, 24b) 를 구성하는 각 얼라인먼트 센서로부터의 정보는 얼라인먼트 제어장치 (80) 에 의해 A/D 변환되며, 디지털화된 파형 신호를 연산 처리하여 마크 위치가 검출된다. 이 결과가 주제어장치 (90) 에 보내지고, 주제어장치 (90) 로부터 그 결과에 따라 스테이지 제어장치 (38) 에 대하여 노광시의 동기 위치 보정 등이 지시되는 구성으로 되어 있다.
또한, 본 실시형태의 노광장치 (10) 에서는, 도 1 에서는 도시를 생략하였지만 레티클 (R) 의 상방에, 투영광학계 (PL) 를 통해 레티클 (R) 상의 레티클 마크 (도시 생략) 와 기준 마크판 (FM1, FM2) 상의 마크를 동시에 관찰하기 위한 노광 파장을 사용한 TTR (Through The Reticle) 얼라인먼트 광학계로 이루어진 1 쌍의 레티클 얼라인먼트 현미경이 설치되어 있다. 이들의 레티클 얼라인먼트 현미경의 검출 신호는 주제어장치 (90) 로 공급된다. 또한, 레티클 얼라인먼트 현미경과 동등한 구성은 예를 들어 일본 공개특허공보 평7-176468 호 등에 개시되어 있다.
이어서, 제어계에 관하여 도 1 에 근거하여 설명한다. 이 제어계는 장치 전체를 통괄적으로 제어하는 주제어장치 (90) 를 중심으로 이 주제어장치 (90) 의 아래에 배치된 노광량 제어장치 (70) 및 스테이지 제어장치 (38) 등으로 구성되어 있다. 여기에서, 제어계의 상기 구성 각부의 동작을 중심으로 본 실시형태에 따른 투영노광장치 (10) 의 노광시의 동작에 관하여 설명한다.
노광량 제어장치 (70) 는 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W1 또는 W2) 의 동기 주사가 개시되기에 앞서, 셔터 구동장치 (72) 에 지시하여 셔터 구동부 (74) 를 구동시켜 셔터 (42) 를 오픈한다. 이 후, 주제어장치 (90) 의 지시에 따라, 스테이지 제어장치 (38) 를 통해 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W1 또는 W2), 즉 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WS1 또는 WS2) 의 동기 주사 (스캔 제어) 가 개시된다. 이 동기 주사는 상술한 간섭계 시스템의 측장축 (BI3Y) 과 측장축 (BI1X 또는 BI2X) 및 레티클 간섭계 시스템의 측장축 (BI7Y, BI8Y) 과 측장축 (BI6X) 의 계측치를 모니터하면서, 스테이지 제어장치 (38) 에 의해 레티클 구동부 (30) 및 웨이퍼 스테이지의 구동계를 구성하는 각 리니어 모터를 제어함으로써 실시된다.
그리고 양 스테이지가 소정의 허용 오차 이내로 등속도 제어된 시점에서, 노광량 제어장치 (70) 에서는 레이저 제어장치 (76) 에 지시하여 펄스 발광을 개시시킨다. 이로써, 조명계 (3) 로부터의 조명광에 의해 그 하면에 패턴이 크롬 증착된 레티클 (R) 의 상기 직사각형의 조명 영역 (IA) 이 조명되며, 그 조명 영역 내의 패턴의 이미지가 투영 광학계 (PL) 에 의해 1/4 배로 축소되고, 그 표면에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 (W1 또는 W2) 상에 투영 노광된다. 여기에서 도 2 에서도 확실한 바와 같이, 레티클 상의 패턴 영역에 비하여 조명 영역 (IA) 의 주사 방향의 슬릿폭은 좁고, 상기와 같이 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W1 또는 W2) 를 동기 주사함으로써, 패턴의 전면의 이미지가 웨이퍼 상의 쇼트영역에 순차적으로 형성된다.
계속해서, 스테이지 장치 (1) 의 동작에 관하여 설명한다.
스테이지 제어장치 (38) 의 지시에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 X 방향으로 이동할 때에는 X 모터 (XM) 의 가동자 (82, 82) 가 고정자 (84, 84) 에 대하여 X 방향으로 상대 이동함으로써 가이드바 (GB) 가 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 따라 X 방향으로 이동한다. 여기에서, 가이드바 (GB) 의 이동시에는 가동자 (82, 82) 를 일체적으로 지지하는 지지판 (100, 101) 도 이동하지만, 에어 베어링 (102) 의 존재에 의해 원활하게 작동한다.
또, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 예를 들어 +X 방향으로의 이동시에는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 이동에 수반하여 발생하는 반력에 의해, 고정자 블록 (83) 이지지 부재 (85, 85) 에 대하여 역방향 (-X 방향) 으로 이동한다. 이로써, 운동량 보존의 법칙이 작용하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 가감속시의 반력은 고정자 블록 (83) 의 이동에 의해 흡수되어 스테이지 장치 (1) 에 있어서의 중심의 위치가 X 방향에서 실질적으로 고정된다.
또한, 가동자 (82, 82) 와 고정자 (84, 84) 의 커플링에 의해 가동자측 (웨이퍼 스테이지 (WS1), 가이드바 (GB), 가동자 (82, 82), 지지판 (100, 101) 등) 과 고정자측 (고정자 블록 (83), 고정자 (84, 84)) 의 중량비에 근거한 위치로 고정자 블록 (83) 이 이동하지 않으면, 운동량 보존의 법칙이 유지되지 않고 스테이지 장치 (1) 에 있어서의 중심 위치가 변동하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시형태에서는 반력에 의해 고정자 블록 (83) 이 이동할 때에는 고정자 블록 (83) 의 위치를 모니터하면서 보이스 코일 모터를 구동함으로써, 가동자 (130, 103) 를 통해 고정자 블록 (83) 의 위치를 조정하여, 스테이지 장치 (1) 의 중심 위치를 유지한다.
동일하게, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 는 Y 모터 (YM) 의 가동자가 가이드바 (GB) 를 따라 고정자 (81) 에 대하여 Y 방향으로 상대 이동함으로써 Y 방향으로 이동한다. 또, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 예를 들어 +Y 방향으로 이동시에는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 이동에 수반하여 반생하는 반력에 의해 가이드바 (GB) 가 Y 모터 (87) 에 대하여 역방향 (-Y 방향) 으로 이동한다. 이로써, 운동량 보존의 법칙이 작용하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 가감속시의 반력은 가이드바 (GB) 의 이동에 의해 흡수되며 스테이지 장치 (1) 에 있어서의 중심의 위치가 Y 방향에서도 실질적으로 고정된다.
또한, 가동자와 고정자 (81) 의 커플링에 의해 가동자측 (웨이퍼 스테이지 (WS1) 등) 과 고정자측 (가이드바 (GB) 등) 의 중량비에 근거한 위치로 가이드바 (GB) 가 이동하기 위하여 가이드바 (GB) 의 위치를 모니터하면서 보이스 코일 모터를 구동함으로써 가이드바 (GB) 의 위치를 조정하고, 스테이지 장치 (1) 의 중심 위치를 유지한다.
또, 본 실시형태에서는 상기와 같이 Y 모터 (YM), X 모터 (XM) 의 구동에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 이동할 때에는 동기 스테이지 (115) 가 동기하여 추종 이동한다. 즉, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 X 방향으로의 이동시에는 스테이지 제어장치 (38) 의 지시로 X 모터 (120) 가 구동함으로써, 연출부 (110), 지지프레임 (117), 고정자 (113) 와 함께 동기 스테이지 (115) 가 X 가이드 (108) 를 따라 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 동일한 속도로 X 방향으로 이동한다.
동일하게, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 Y 방향으로의 이동시에는 스테이지 제어장치 (38) 의 지시로 Y 모터 (121) 가 구동함으로써, 동기 스테이지 (115) 가 고정자 (113) 를 따라 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 동일한 속도로 Y 방향으로 이동한다. 따라서, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 XY 평면을 따라 2 차원 이동하였을 때에는 동기 스테이지 (115) 가 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 사이에 일정한 거리를 유지한 상태로 동기이동할 수 있다. 이로써, 웨이퍼 스테이지 (WS1) (웨이퍼 테이블 (TB1)) 와 동기 스테이지 (115) 사이에 팽팽하게 설치된 Y 튜브 (129) 는 인장 가중이나 압축 가중이 가해지지 않고 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 함께 선회하게 된다. 이 때, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 동기 스테이지 (115) 사이의 거리는거리 센서로 모니터되어 스테이지 (WS1, 115) 끼리의 간섭이나 거리가 너무 떨어져 Y 튜브 (129) 에 의해 당겨지는 일을 미연에 방지할 수 있다.
동기 스테이지 (115) 의 이동에 관하여 스테이지 제어장치 (38) 는 동기 스테이지 (115) 를 웨이퍼 스테이지 (WS1) 보다도 약간의 시간차를 가지고 먼저 시동시킨다. 이로써, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 먼저 시동하였을 때와 같이 Y 튜브 (129) 의 인장력이나 항력이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 또, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 동기 스테이지 (115) 를 동시에 시동시키는 것도 생각되지만, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 시동시에 Y 튜브 (129) 의 항력이 작용할 우려가 있다. 이 때문에, 동기 스테이지 (115) 를 먼저 시동시킴으로써 Y 튜브 (129) 의 항력이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에 미치는 것을 방지하고 있다.
또한, 동기 스테이지 (115) 의 이동에 수반하여 발생하는 진동, 예를 들어 X 모터 (120) 의 가동자의 구동에 수반하는 반력이나 동기 스테이지 (115) 의 Y 방향 이동에 의한 Y 튜브 (128) 의 변형에 기인하는 진동은 Y 튜브 (129) 나 베이스 플레이트 (13) 를 통해 웨이퍼 스테이지 (WS1) 로 미소량 전달되지만, 이 진동은 저주파 진동이며, 튜브의 스침과 두드림에 의해 발생하고, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 이동에 악영향을 미치는 고주파의 진동이 아니기 때문에 스테이지의 이동 제어에 지장을 초래하는 것은 아니다.
계속해서 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 에 의한 병행 처리에 관하여 설명한다. 본 실시형태에서는 웨이퍼 스테이지 (WS2) 상에 웨이퍼 (W2) 를 투영광학계 (PL) 를 통해 노광 동작을 실시하고 있는 동안에 웨이퍼 스테이지 (WS1)에서 웨이퍼 교환이 실시되며, 웨이퍼 교환에 이어서 얼라인먼트 동작 및 오토 포커스 / 오토 레벨링이 실시된다. 또한, 노광 동작 중의 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치 제어는 간섭계 시스템의 측장축 (BI2X, BI3Y) 의 계측치에 근거하여 실시되며, 웨이퍼 교환과 얼라인먼트 동작이 실시되는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치 제어는 간섭계 시스템의 측장축 (BI1X, BI4Y) 의 계측치에 근거하여 실시된다.
웨이퍼 스테이지 (WS1) 측에서 상기의 웨이퍼 교환, 얼라인먼트 동작이 실시되고 있는 동안에 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측에서는 2 장의 레티클 (R1, R2) 을 사용하여 노광 조건을 변화시키면서 연속하여 스텝 앤드 스캔 방식에 의해 이중 노광이 실시된다. 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 상에서 병행하여 실시되는 노광 시퀀스와 웨이퍼 교환ㆍ얼라인먼트 시퀀스는 앞서 종료된 웨이퍼 스테이지가 대기 상태가 되며, 양방의 동작이 종료된 시점에서 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 가 이동 제어된다. 그리고, 노광 시퀀스가 종료된 웨이퍼 스테이지 (WS2) 상의 웨이퍼 (W2) 는 로딩 포지션에서 웨이퍼 교환이 이루어지며, 얼라인먼트 시퀀스가 종료된 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상의 웨이퍼 (W1) 는 투영광학계 (PL) 하에서 노광 시퀀스가 실시된다.
이 같이 일방의 웨이퍼 스테이지에서 웨이퍼 교환과 얼라인먼트 동작을 실행하는 동안에 타방의 웨이퍼 스테이지에서 노광 동작을 실행하게 하고, 양방의 동작이 종료된 시점에서 서로의 동작을 전환시키게 함으로써 스루풋을 대폭적으로 향상시킨다는 것이 가능해진다.
본 실시형태의 스테이지 장치에서는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 이동에 추종하여 동기 스테이지 (115) 가 동기이동하기 때문에 Y 튜브 (129) 에 스침이나 두드림 등의 외란이 발생하지 않고 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에 대한 이동 제어를 고정밀도로 유지할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는 동기 스테이지 (115) 가 이동할 때에 구동되는 고정자 (111) 가 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 이동할 때에 구동되는 고정자 (84) (고정자 블록 (83)) 와 분리되어 설치되어 있기 때문에, 동기 스테이지 (115) 의 이동에 수반하는 미진동 (특히, 고주파의 진동) 이 고정자를 통해 웨이퍼 스테이지 (WS1) 로 전달되는 것을 방지할 수 있으며, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 이동 제어를 고정밀도로 실시할 수 있다.
특히, 본 실시형태에서는 고정자 (111) 를 정반 (12) 에 대하여 진동적으로 독립하여 설치하고 있기 때문에 동기 스테이지 (115) 의 이동에 수반하는 미진동이 정반 (12) 으로 전달되어 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 이동 제어에 지장을 초래하는 것도 방지하고 있다. 따라서, 본 실시형태의 노광장치에서는 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 를 동기이동하여 레티클 (R) 의 패턴을 웨이퍼 (W) 상에 노광시킬 때에도 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 위치 제어 및 이동 제어를 고정밀도로 실시할 수 있으며, 패턴을 웨이퍼 상에 고정밀도로 형성할 수 있다.
또, 본 실시형태의 스테이지 장치 및 노광장치에서는 동기 스테이지 (115) 가 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에 대하여 시간차를 가지고 시동하고 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 시동시에 Y 튜브 (129) 의 인장력이나 항력이 외란으로서 가해지는 것을 방지할 수 있다. 또, 본 실시형태와 같이 복수의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 를 갖고 있던 경우, 예를 들어 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 이동에 의해가이드바 (GB) 가 미진동하여 웨이퍼 스테이지에 미진동이 전달될 우려가 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 본 실시형태에서는 비접촉 베어링 (기체 베어링) 으로서 동점성 계수가 높은 헬륨을 사용한 헬륨 베어링을 채용하고 있다. 이로써, 가이드바 (GB) 가 진동하였을 때라도 감쇠성이 높기 때문에 웨이퍼 스테이지 (WS2) 에 가이드바 (GB) 의 진동에 의한 악영향을 주지 않는다.
그리고, 본 실시형태에서는 동기 스테이지 (115) 가 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에 대하여 XY 평면의 2 차원으로 동기이동하기 때문에 스텝 앤드 스캔 방식이나 스텝 앤드 리피트 방식과 같이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 2 차원 이동하는 경우에도 대응할 수 있으며, 범용성을 높일 수 있다. 또한, 더블 스테이지 방식과 같이 웨이퍼 스테이지가 복수 설치되는 경우에는 스테이지마다 동기 스테이지를 설치함으로써 어느 스테이지에서도 Y 튜브 (129) 의 변형 등에 기인하는 외란이 작용하는 것을 방지 (저감) 할 수 있으며, 보다 범용성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 복수 (2 개) 의 동기 스테이지 (115) 가 동일한 X 가이드 (108) 및 고정자 (111) 를 사용하고 있기 때문에 장치의 소형화 및 저가격화에 기여하고 있다.
또한, 본 실시형태에서는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 동기 스테이지 (115) 사이의 거리를 거리 센서로 모니터하고 있기 때문에, 양 스테이지 (WS1, 115) 끼리가 간섭하거나 너무 떨어져 Y 튜브 (129) 의 인장력이 가해지는 것을 미연에 방지할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는 웨이퍼 스테이지가 2 기 설치된 더블 스테이지형의 예를 사용하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 웨이퍼 스테이지가 1 기나 3 기 이상 설치된 구성이라도 된다. 또, 상기 실시형태에서는 스테이지 장치 (1) (웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2)) 에만 동기 스테이지 (115) (동기 스테이지 장치 (DS1, DS2)) 가 설치되는 구성으로 하였지만, 이에 한정되지 않으며 스테이지 장치 (2) (레티클 스테이지 (RST)) 에도 스테이지 장치 (1) 와 동일한 구성을 갖는 동기 스테이지를 설치해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는 본 발명의 스테이지 장치를 투영노광장치 (10) 의 웨이퍼 스테이지에 적용한 구성으로 하였지만, 투영노광장치 (10) 이외에도 전사 마스크의 묘화 장치, 마스크 패턴의 위치 좌표 측정 장치 등의 정밀 측정 기기에도 적용 가능하다.
또한, 본 실시형태의 기판으로서는 반도체 디바이스용의 반도체 웨이퍼 (W1, W2) 뿐만 아니라 액정 디스플레이 디바이스용의 글래스 기판이나 박막 자기 헤드용의 세라믹 웨이퍼 또는 노광장치에서 사용되는 마스크 또는 레티클의 원판 (합성 석영, 실리콘 웨이퍼) 등이 적용된다.
투영노광장치 (10) 로서는 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 를 동기이동하여 레티클 (R) 의 패턴을 주사 노관하는 스텝 앤드 스캔 방식의 주사형 노광장치 (스캐닝ㆍ스테퍼 ; USP 5,473,410) 외에 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 를 정지시킨 상태에서 레티클 (R) 의 패턴을 노광하고, 웨이퍼 (W) 를 순차적으로 스텝 이동시키는 스텝 앤드 리피트 방식의 투영노광장치 (스테퍼) 에도 적용할 수 있다.
투영노광장치 (10) 의 종류로서는 웨이퍼 (W) 에 반도체 디바이스 패턴을 노광하는 반도체 디바이스 제조용의 노광장치에 한정되지 않으며, 액정 표시 소자 제조용의 노광장치나 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD) 또는 레티클 등을 제조하기 위한 노광장치 등에도 널리 적용할 수 있다.
투영광학계 (PL) 의 배율은 축소계 뿐만 아니라 등배계 및 확대계 중 어느 것이라도 된다. 또, 투영광학계 (PL) 로서는 엑시머 레이저 등의 원자외선을 사용하는 경우는 초석재로서 석영이나 형석 등의 원자외선을 투과하는 재료를 사용하며, F2레이저나 X 선을 사용하는 경우는 반사 굴절계 또는 굴절계의 광학계로 하고 (레티클 (R) 도 반사형 타입의 것을 사용한다), 또 전자선을 사용하는 경우에는 광학계로서 전자 렌즈 및 편향기로 이루어진 전자광학계를 사용하면 된다. 또한, 전자선이 통과하는 광로는 진공 상태로 하는 것은 말할 나위도 없다.
웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 나 레티클 스테이지 (RST) 에 리니어 모터 (USP 5,623,853 또는 USP 5,528,118 참조) 를 사용하는 경우는 에어 베어링을 사용한 에어 부상형 및 로렌츠력 또는 리액턴스력을 사용한 자기 부상형 중 어느 것을 사용해도 된다. 또, 각 스테이지 (WS1, WS2, RST) 는 가이드를 따라 이동하는 타입이라도 되며, 가이드를 설치하지 않는 가이드리스 타입이라도 된다. 또, 동기 스테이지 장치 (DS1, DS2) 에 있어서도 동기 스테이지 (115) 가 X 가이드 (108, 108) 를 안내로 하여 X 방향으로 이동하는 구성으로 하였지만, 반드시 필요하지는 않으며, 가이드를 설치하지 않는 구성이라도 된다.
각 스테이지 (WS1, WS2, RST) 의 구동 기구로서는 2 차원으로 자석을 배치한 자석 유닛 (영구 자석) 과, 2 차원으로 코일을 배치한 전기자 유닛을 대향시켜 전자력에 의해 각 스테이지 (WS1, WS2, RST) 를 구동하는 평면 모터를 사용해도 된다. 이 경우, 자석 유닛과 전기자 유닛 중 어느 일방을 스테이지 (WS1, WS2, RST) 에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛의 타방을 스테이지 (WS1, WS2, RST) 의 이동면측 (베이스) 에 설치하면 된다.
웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 이동에 의해 발생하는 반력은 투영광학계 (PL) 로 전달되지 않도록, 일본 공개특허공보 평8-166475 호 (USP 5,528,118) 에 기재되어 있는 바와 같이, 프레임 부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 에 흘려보내도 된다. 본 발명은 이 같은 구조를 구비한 노광장치에서도 적용 가능하다.
레티클 스테이지 (RST) 의 이동에 의해 발생하는 반력은 투영광학계 (PL) 로 전달되지 않도록, 일본 공개특허공보 평8-330224 호 (USP 6,020,710) 에 기재되어 있는 바와 같이, 프레임 부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 에 흘려보내도 된다. 본 발명은 이 같은 구조를 구비한 노광장치에서도 적용 가능하다.
이상과 같이 본원 실시형태의 투영노광장치 (10) 는 본원 특허 청구 범위에 예시된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브 시스템을 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위하여 이 조립의 전후에는 각종 광학계에 관해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 관해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 관해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정 등이 실시된다. 각종 서브 시스템으로부터 노광장치로의 조립 공정은 각종 서브 시스템 상호의 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광장치로의 조립 공정 전에 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 말할 나위도 없다. 각종 서브 시스템의 노광장치로의 조립 공정이 종료되면, 종합 조정이 실시되며, 노광장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또한, 노광장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 실시하는 것이 바람직하다.
반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스는 도 7 에 나타내는 바와 같이 마이크로 디바이스의 기능ㆍ성능 설계를 실시하는 스텝 201, 이 설계 스텝에 근거한 마스크 (레티클) 를 제작하는 스텝 202, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제조하는 스텝 203, 상술한 실시형태의 투영노광장치 (10) 에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 노광 처리 스텝 204, 디바이스 조립 스텝 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다) 205, 검사 스텝 206 등을 거쳐 제조된다.
이상 설명한 바와 같이 청구항 1 에 따른 스테이지 장치는, 용력공급부재를 중계하는 용력공급 스테이지가 제 1 고정자와 분리되어 설치된 제 2 고정자를 따라 스테이지 본체와 동기이동하는 구성으로 되어 있다.
이로써, 이 스테이지 장치에서는 용력공급부재에 스침이나 두드림 등의 외란이 발생하지 않고, 또 용력공급 스테이지의 이동에 수반하는 미진동 (특히, 고주파의 진동) 이 고정자를 통해 스테이지 본체에 전달되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 스테이지 본체에 대한 이동 제어를 고정밀도로 유지할 수 있다는 효과를 얻을수 있다.
청구항 2 에 따른 스테이지 장치는, 제 2 고정자가 정반과는 진동적으로 독립하여 설치되는 구성으로 되어 있다.
이로써, 이 스테이지 장치에서는 용력공급 스테이지의 이동에 수반하는 미진동이 정반에 전달되어 스테이지 본체의 이동 제어에 지장을 초래하는 것을 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
청구항 3 에 따른 스테이지 장치는, 스테이지 본체 및 용력공급 스테이지가 2 차원 이동하는 구성으로 되어 있다.
이로써, 이 스테이지 장치에서는 스텝 앤드 스캔 방식이나 스텝 앤드 리피트 방식과 같이 스테이지 본체가 2 차원 이동하는 경우에도 대응할 수 있으며, 범용성을 높일 수 있다는 효과를 나타낸다.
청구항 4 에 따른 스테이지 장치는, 용력공급 스테이지가 복수의 스테이지 본체의 각각에 대응하여 복수 설치된 구성으로 되어 있다.
이로써, 이 스테이지 장치에서는 어느 스테이지에서도 용력공급부재의 변형 등에 기인하는 외란이 작용하는 것을 방지 (저감) 할 수 있으며, 보다 범용성을 높일 수 있다는 효과를 나타낸다.
청구항 5 에 따른 스테이지 장치는, 복수의 용력공급 스테이지가 동일한 제 2 고정자를 따라 이동하는 구성으로 되어 있다.
이로써 이 스테이지 장치에서는 장치의 소형화 및 저가격화에 기여할 수 있다는 효과를 나타낸다.
청구항 6 에 따른 스테이지 장치는, 제어장치가 용력공급 스테이지를 스테이지 본체에 대하여 시간차를 가지고 시동시키는 구성으로 되어 있다.
이로써 이 스테이지 장치에서는 스테이지 본체의 시동시에 용력공급부재의 인장력이나 항력이 외란으로서 가해지는 것을 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
청구항 7 에 따른 스테이지 장치는, 검출 장치가 스테이지 본체와 용력공급 스테이지 사이의 거리를 검출하는 구성으로 되어 있다.
이로써 이 스테이지 장치에서는 양 스테이지 끼리가 간섭하거나 너무 떨어짐에 의한 인장력이 가해지는 것을 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
청구항 8 에 따른 노광장치는, 마스크 스테이지와 기판 스테이지의 일방 이상의 스테이지로서 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치가 사용되는 구성으로 되어 있다.
이로써 이 노광장치에서는 마스크 또는 기판의 위치 제어 및 이동 제어를 고정밀도로 실시할 수 있으며, 패턴을 기판 상에 고정밀도로 형성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
청구항 9 에 따른 스테이지 장치는, 기체 베어링과 챔버에 헬륨을 공급하는 공급 장치를 갖고 있기 때문에 간단한 구성으로 챔버 내의 헬륨 분위기를 유지할 수 있다.
청구항 10 에 따른 스테이지 장치는, 기체 베어링에 헬륨을 공급하고 있기 때문에 일방의 스테이지 본체의 진동이 타방의 스테이지 본체에 악영향을 미치지않는다.
청구항 11 에 따른 노광장치는, 간단한 구성으로 챔버 내의 헬륨 분위기를 유지할 수 있으며, 또한 기체 베어링에 헬륨을 공급함으로써 스테이지 본체의 진동이 노광에 악영향을 미치지 않는다. 이로써, 정밀도가 높은 노광장치를 실현할 수 있다.

Claims (11)

  1. 용력을 공급하는 용력공급부재가 접속되며 제 1 고정자를 따라 정반 상을 이동하는 스테이지 본체를 구비한 스테이지 장치에 있어서,
    상기 제 1 고정자와 분리하여 설치된 제 2 고정자; 및
    상기 용력공급부재를 중계함과 동시에 상기 제 2 고정자를 따라 상기 스테이지 본체와 동기이동하는 용력공급 스테이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 고정자는, 상기 정반과는 진동적으로 독립하여 설치되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스테이지 본체 및 상기 용력공급 스테이지는 2 차원 이동하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이지 본체는 서로 독립적으로 이동가능하게 복수 설치되며,
    상기 용력공급 스테이지는 상기 복수의 스테이지 본체 각각에 대응하여 복수설치되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 용력공급 스테이지는 동일한 상기 제 2 고정자를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용력공급 스테이지를 상기 스테이지 본체에 대하여 시간차를 두고 시동시키는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이지 본체와 상기 용력공급 스테이지와의 사이의 거리를 검출하는 검출장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  8. 마스크 스테이지에 지지된 마스크의 패턴을 기판 스테이지에 지지된 기판에 노광시키는 노광장치에 있어서,
    상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 스테이지로서 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 이동면을 따라 스테이지 본체를 이동시키는 스테이지 장치에 있어서,
    상기 이동면과 상기 스테이지 본체와의 사이에, 상기 이동면과 상기 스테이지 본체를 비접촉으로 대향시키는 기체 베어링을 설치하고,
    상기 스테이지 장치를 밀봉 가능하게 포위하는 챔버; 및
    상기 기체 베어링과 상기 챔버에 헬륨을 공급하는 공급 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스테이지 장치는 복수의 스테이지 본체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  11. 마스크를 이동시키는 마스크 스테이지와, 기판을 이동시키는 기판 스테이지를 구비하며, 상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 노광시키는 노광장치에 있어서,
    상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방에, 제 9 항 또는 제 10 항에 기재된 스테이지 장치를 사용한 것을 특징으로 하는 노광장치.
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