KR20020036698A - 스테이지 장치 및 노광 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구성으로 용이하게 정반(定盤)의 진동을 제어하는 것을 목적으로 한다.

스테이지 본체가 정반(6) 위를 이동한다. 정반(6)에 정반(6)의 진동에 의해 연성(連成) 진동하는 연성 장치(46)를 설치한다.

Description

스테이지 장치 및 노광 장치{STAGE APPARATUS AND EXPOSURE APPARATUS}

본 발명은 마스크나 기판 등의 시료(試料)를 유지하는 스테이지 본체가 이동하는 스테이지 장치 및 이 스테이지 장치에 유지된 마스크와 기판을 이용하여 노광 처리를 행하는 노광 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 집적 회로나 액정 모니터 등의 디바이스를 제조할 때에, 리소그래피 공정으로 이용하기에 적합한 스테이지 장치 및 노광 장치에 관한 것이다.

종래, 반도체 디바이스의 제조 공정의 하나인 리소그래피 공정에 있어서는 마스크 또는 레티클(reticle)에 형성된 회로 패턴을 레지스트(감광제)가 도포된 웨이퍼 또는 유리판 등의 기판상에 전사(轉寫)하는 여러 가지 노광 장치가 이용되고 있다.

예를 들면, 반도체 디바이스용 노광 장치로는, 최근의 집적 회로의 고집적화에 따른 패턴의 최소 선폭[디바이스 룰(device rule)]의 미세화에 따라, 레티클의 패턴을 투영 광학계를 이용하여 웨이퍼상에 축소 전사하는 축소 투영 노광 장치가 주로 이용되고 있다.

이 축소 투영 노광 장치로는, 레티클의 패턴을 웨이퍼상의 복수의 숏(shot) 영역(노광 영역)에 순차 전사하는 스텝·앤드·리피트 방식(step and repeat type)의 정지 노광형의 축소 투영 노광 장치[소위, 스테퍼(stepper)]나, 이 스테퍼를 개량한 것으로 일본 특허 공개 평성 제8-166043호 공보 등에 개시된 것과 같은 레티클과 웨이퍼를 1차원 방향으로 동기(同期) 이동하여 레티클 패턴을 웨이퍼상의 각 숏 영역에 전사하는 스텝·앤드·스캔 방식(step and scan type)의 주사 노광형의 노광 장치[소위, 스캐닝·스테퍼(scanning stepper)]가 알려져 있다.

이들 축소 투영 노광 장치에 있어서는, 스테이지 장치로서, 바닥면에 우선, 장치의 기준이 되는 베이스 플레이트(base plate)가 설치되고, 그 위에 바닥 진동을 차단하기 위한 방진대(防振臺)를 통해 레티클 스테이지, 웨이퍼 스테이지 및 투영 광학계(투영 렌즈) 등을 지지하는 본체 컬럼(column)이 적재된 것이 많이 이용되고 있다. 최근의 스테이지 장치에서는, 상기 방진대로서, 내압(內壓)을 제어할 수 있는 에어 마운트(air mount) 및 보이스 코일 모터(vicecoil motor) 등의 액츄에이터를 구비하고, 본체 컬럼(메인 프레임)에 부착된, 예를 들어 6개의 가속도계(加速度計)의 계측값에 기초하여 상기 보이스 코일 모터 등을 제어함으로써, 본체 컬럼의 진동을 제어하는 액티브(active) 방진대가 채용되고 있다.

그런데, 상기 스테퍼 등은 웨이퍼상의 어느 숏 영역에 대한 노광 후에, 다른숏 영역에 대하여 순차 노광을 반복하는 것이기 때문에, 웨이퍼 스테이지(스테퍼의 경우), 혹은 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지(스캐닝·스테퍼의 경우)의 가속 및 감속 운동에 의해 생기는 반력(反力)이 본체 컬럼의 진동 요인이 되고, 투영 광학계와 웨이퍼 등과의 상대 위치 오차를 생기게 하여, 웨이퍼상에서 설계값과 상이한 위치에 패턴이 전사되거나 그 위치 오차에 진동 성분을 포함하는 경우에는 상 흐림(패턴 선 폭의 증대)을 초래하는 원인이 된다고 하는 문제가 있었다.

그래서, 종래, 상기와 같은 액티브 방진대에서는 정반 위를 스테이지 본체가 이동할 때에 정반에 가해지는 반력에 의한 진동을 미리 계산된 장치의 파라미터, 예를 들어, 몸체부(body)의 중심, 관성 주축, 서보 게인(servo gain) 및 비간섭화 블록 등을 이용하여 몸체부의 동특성(動特性)을 제어함으로써 상기한 문제점을 억제하고 있었다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 스테이지 장치 및 노광 장치에는 이하와 같은 문제가 존재한다.

최근에는 반도체 디바이스의 미세화나 노광 처리 고속화의 요청이 점점 고조되고 있고, 이 요청에 대응할 수 있는 스테이지 장치 및 노광 장치가 강하게 요망되고 있다. 그런데, 사전에 컴퓨터 등에 의해 계산된 파라미터를 이용하여 제어하여도 실물의 기계와 계산값에는 약간의 차이가 있기 때문에, 아무리 해도 몸체부 진동의 잔류 진동이 계산값보다도 나빠지게 된다.

일례로서, 종래에는 투영 광학계와 웨이퍼의 광축 방향에 있어서의 상대 관계를 유지하기 위해서, 레이저 간섭계 등을 이용하여 투영 광학계와 정반과의 상대 거리를 계측하고, 계측 결과에 기초하여 액츄에이터를 구동함으로써 투영 광학계에 대하여 정반을 추종(追從)시키고 있다(예컨대, 광축 방향에서는 1 ㎛, 광축 주위에서는 1 μrad). 구체적으로는, 스테이지가 이동했을 때에 진동하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 정반(J)은 도면 중 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 비틀려 휜다. 그리고, 투영 광학계(또는 투영 광학계를 지지하는 경통 정반)에 설치한, 예를 들어 3개의 레이저 간섭계로 정반 상면의 위치간의 거리를 각각 계측하여 액츄에이터를 구동함으로써, 정반(J)이 Z 방향(광축 방향), 피칭(pitching) 방향(예컨대, X축 주위의 회전 방향), 롤링(rolling) 방향(예컨대, Y축 주위의 회전 방향)에 대해서 소정의 상대 위치 관계가 되도록 제어하고 있다.

이 제어에 있어서, 정반은, 예를 들어 적어도 10 Hz 내지 30 Hz 정도의 주파수로 투영 광학계에 추종시키기 위한 서보(servo) 강성이 필요하다. 도 9는 투영 광학계와 정반 사이의 위치의 주파수 특성을 나타낸다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 정반을 구동하면, 고주파 영역에서 정반의 고유 진동수에 따른 주파수(f)로 공진한다. 그 때문에, 10 Hz 내지 30 Hz 정도의 저주파 영역에서 투영 광학계에 대하여 정반을 추종시키는 제어를 행하여도 고주파로 피크(잔류 진동)가 생기게 되고, 충분한 서보 강성을 얻을 수 없으며, 소정의 제어를 실시할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

특히, 종래에는 투영 광학계와 정반이 일체화된 구성이 채용되어 있고, 이들이 거의 추종하는 구성이었지만, 최근에는 이들을 독립적으로 설치하여 별도로 진동을 제어하는 방식이 검토되고 있다. 이 경우, 투영 광학계와 웨이퍼 등의 상대 위치 오차를 억제하기 위해서는 투영 광학계와 정반의 추종 제어를 엄밀히 행할 필요가 있다.

한편, 고주파 영역에서도 서보 강성을 얻기 위해 고주파 진동에도 대응할 수 있는 액츄에이터를 설치하는 등의 대책을 생각할 수 있지만, 구성 부품이 많아지면, 장치의 대형화 및 비용 상승을 초래하는 동시에, 그 중 하나에 고장을 비롯한 사고가 발생했을 경우에도, 사고 원인을 특정하기 위해 많은 시간을 요한다고 하는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 간단한 구성으로 용이하게 정반의 진동을 제어할 수 있는 스테이지 장치 및 정반의 진동에 기인하는 투영 광학계와 정반과의 상대 위치 오차를 억제하여 노광 정밀도의 향상에 기여하는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태를 도시한 도면으로, 다이나믹 댐퍼를 구비한 노광 장치의 개략 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 노광 장치를 구성하는 레티클 스테이지의 외관 사시도.

도 3은 웨이퍼 정반에 있어서의 방진 유닛의 배치를 도시한 부분 확대도.

도 4는 다이나믹 댐퍼가 설치된 웨이퍼 정반의 외관 사시도.

도 5는 브래킷상에 다이나믹 댐퍼가 부착된 웨이퍼 정반의 부분 확대도.

도 6은 다이나믹 댐퍼의 다른 부착 형태를 도시한 정면도.

도 7은 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 도시한 흐름도.

도 8은 웨이퍼 정반의 외관 사시도.

도 9는 투영 광학계와 웨이퍼 정반간의 위치의 주파수 특성도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

PL : 투영 광학계

R : 레티클(마스크)

W : 웨이퍼(기판)

1 : 노광 장치

2 : 레티클 스테이지(마스크 스테이지)

5 : 웨이퍼 스테이지(스테이지 본체, 기판 스테이지)

6 : 웨이퍼 정반(정반)

7 : 스테이지 장치

46 : 다이나믹 댐퍼(연성 장치)

47 : 탄성체

48 : 질량체

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 실시 형태를 도시한 도 1 내지 도 6에 대응시킨 이하의 구성을 채용하고 있다.

본 발명의 스테이지 장치는 스테이지 본체(5)가 정반(6) 위를 이동하는 스테이지 장치(7)로서, 정반(6)에 정반(6)의 진동에 의해 연성(連成) 진동하는 연성 장치(41)가 설치되는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 스테이지 장치에서는, 스테이지 본체(5)의 이동에 의해 정반(6)에 진동이 발생했을 경우, 연성 장치(41)의 진동계가 여진(勵振)됨으로써정반(6)의 진동 에너지가 연성 장치(41)에 흡수된 상태가 된다. 그 때문에, 정반(6)은 진동 에너지가 감소함으로써 진동이 억제된다. 이 연성 장치(41)로는, 정반(6)에 부착되는 탄성체(42)와, 탄성체(42)에 연결되는 질량체(43)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 연성 장치(41)의 진동 특성으로는, 진동계의 고유 진동수를 정반(6)의 고유 진동수에 기초하여 이들을 거의 동일하게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 정반(6)에 발생하는 진동의 복부(腹部)가 되는 지점 근방에 설치함으로써 보다 효과적으로 정반(6)의 진동을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 노광 장치는 마스크 스테이지(2)에 유지된 마스크(R)의 패턴을 기판 스테이지(5)에 유지된 기판(W)에 투영 광학계(PL)를 통해 노광하는 노광 장치에 있어서, 마스크 스테이지(2)와 기판 스테이지(5) 중 적어도 한쪽 스테이지로서, 청구항 제1항 내지 청구항 제5항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치(7)가 이용되는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 노광 장치에서는, 정반(6)의 진동을 억제함으로써 투영 광학계(PL)에 대하여 마스크(R)나 기판(W)을 용이하게 추종시킬 수 있다. 그 때문에, 투영 광학계(PL)와 마스크(R)나 기판(W)간의 상대 위치 오차를 억제한 상태로 고정밀도의 노광 처리를 실시할 수 있어, 투영 광학계(PL)를 통해 투영된 패턴의 포커싱 상태를 향상시킬 수 있다.

(실시 형태)

이하, 본 발명의 스테이지 장치 및 노광 장치의 실시 형태를 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 여기서는, 예를 들어 노광 장치로서, 레티클과 웨이퍼를 동기 이동하면서 레티클에 형성된 반도체 디바이스의 회로 패턴을 웨이퍼상에 전사하는 스캐닝·스테퍼를 사용하는 경우의 예를 이용하여 설명한다. 또한, 이 노광 장치에 있어서는, 본 발명의 스테이지 장치를 웨이퍼 스테이지에 적용하는 것으로 한다. 또, 이들 도면에 있어서, 종래예로서 도시한 도 8과 동일한 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

도 1에 도시된 노광 장치(1)는 광원(도시되지 않음)으로부터의 노광용 조명광에 의해 레티클(R: 마스크)상의 직사각 형상(혹은 원호형)의 조명 영역을 균일한 조도로 조명하는 조명 광학계(IU), 시료인 레티클(R)을 유지하는 마스크 스테이지로서의 레티클 스테이지(2) 및 그 레티클 스테이지(2)를 지지하는 레티클 정반(3)을 포함하는 스테이지 장치(4), 레티클(R)로부터 방사되는 조명광을 웨이퍼(W: 기판)상에 투영하는 투영 광학계(PL), 웨이퍼(W)를 유지하는 기판 스테이지로서의 웨이퍼 스테이지(5: 스테이지 본체) 및 그 웨이퍼 스테이지(5)를 지지하는 웨이퍼 정반(6: 정반)을 포함하는 스테이지 장치(7) 및 상기 스테이지 장치(4)와 투영 광학계(PL)를 지지하는 리액션 프레임(8)(reaction frame)으로 개략 구성되어 있다. 또, 여기서 투영 광학계(PL)의 광축 방향을 Z 방향으로 하고, 이 Z 방향과 직교하는 방향으로 레티클(R)과 웨이퍼(W)의 동기 이동 방향을 Y 방향으로 하며, 비동기 이동 방향을 X 방향으로 한다. 또한, 각각의 축 주위의 회전 방향을 θZ, θY 및 θX로 한다.

조명 광학계(IU)는 리액션 프레임(8)의 상면에 고정된 지지 컬럼(9)에 의해 지지된다. 또, 노광용 조명광으로는, 예를 들어 초고압 수은 램프로부터 방사되는자외 영역의 휘선(g선, i선) 및 KrF 엑시머 레이저광(파장 248 nm) 등의 원자외광(DUV광)이나 ArF 엑시머 레이저광(파장 193 nm) 및 F₂레이저광(파장 157 nm) 등의 진공 자외광(VUV) 등이 이용된다.

리액션 프레임(8)은 바닥면에 수평으로 적재된 베이스 플레이트(10)상에 설치되어 있고, 그 상부측 및 하부측에는, 내측으로 향하여 돌출하는 단부(8a, 8b)가 각각 형성되어 있다.

스테이지 장치(4) 중 레티클 정반(3)은 각 코너에 있어서 리액션 프레임(8)의 단부(8a)에 방진 유닛(11)을 통해 거의 수평으로 지지되어 있고[또, 지면(紙面) 내측의 방진 유닛에 대해서는 도시하지 않음], 그 중앙부에는 레티클(R)에 형성된 패턴상이 통과하는 개구(3a)가 형성되어 있다. 또, 레티클 정반(3)의 재료로서 금속이나 세라믹스를 이용할 수 있다. 방진 유닛(11)은 내압을 조정할 수 있는 에어 마운트(12)와 보이스 코일 모터(13)가 단부(8a)상에 직렬로 배치된 구성으로 되어 있다. 이들 방진 유닛(11)에 의해 베이스 플레이트(10) 및 리액션 프레임(8)을 통해 레티클 정반(3)으로 전해지는 미진동(微振動)이 마이크로 G 레벨로 절연되도록 되어 있다(G는 중력 가속도).

레티클 정반(3)상에는 레티클 스테이지(2)가 그 레티클 정반(3)을 따라 2차원적으로 이동할 수 있도록 지지되어 있다. 레티클 스테이지(2)의 저면(底面)에는 복수의 에어 베어링(14: 에어 패드)이 고정되어 있고, 이들 에어 베어링(14)에 의해 레티클 스테이지(2)가 레티클 정반(3)상에 수 마이크로 정도의 클리어런스(clearance)를 통해 부상(浮上) 지지되어 있다. 또한, 레티클스테이지(2)의 중앙부에는 레티클 정반(3)의 개구(3a)와 연결되어 통하고, 레티클(R)의 패턴상(像)이 통과하는 개구(2a)가 형성되어 있다.

레티클 스테이지(2)에 대해서 상세히 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 레티클 스테이지(2)는 레티클 정반(3) 위를 한 쌍의 Y 리니어 모터(15, 15)에 의해 Y축 방향으로 소정 스트로크(stroke)로 구동되는 레티클 조동 스테이지(16)와, 이 레티클 조동 스테이지(16) 위를 한 쌍의 X 보이스 코일 모터(17X)와 한 쌍의 Y 보이스 코일 모터(17Y)에 의해 X, Y 및 θZ 방향으로 미소(微小) 구동되는 레티클 미동(微動) 스테이지(18)를 구비한 구성으로 되어 있다(또, 도 1에서는 이들을 1개의 스테이지로서 도시하고 있음).

각 Y 리니어 모터(15)는 레티클 정반(3)상에 비접촉 베어링인 복수의 에어 베어링(19: 에어 패드)(air bearing)에 의해 부상 지지되며 Y축 방향으로 연장되는 고정자(20)와, 이 고정자(20)에 대응하여 설치되며 연결 부재(22)를 통해 레티클 조동(粗動) 스테이지(16)에 고정된 가동자(21)로 구성되어 있다. 이 때문에, 운동량 보존의 법칙에 의해 레티클 조동 스테이지(16)의 +Y 방향의 이동에 따라 고정자(20)는 -Y 방향으로 이동한다. 이 고정자(20)의 이동에 의해 레티클 조동 스테이지(16)의 이동에 따른 반력을 상쇄시키는 동시에, 중심의 위치 변화를 막을 수 있다.

또한, 고정자(20)는 레티클 정반(3)위 대신에 리액션 프레임(8)에 설치하여도 좋다. 고정자(20)를 리액션 프레임(8)에 설치하는 경우에는, 에어 베어링(19)을 생략하고 고정자(20)를 리액션 프레임(8)에 고정하여, 레티클 조동 스테이지(16)의이동에 의해 고정자(20)에 작용하는 반력을 리액션 프레임(8)을 통해 바닥부로 보내도 좋다.

레티클 조동 스테이지(16)는 레티클 정반(3)의 중앙부에 형성된 상부 돌출부(3b)의 상면에 고정되어 Y축 방향으로 연장되는 한 쌍의 Y 가이드(51, 51)에 의해 Y축 방향으로 안내되도록 되어 있다. 또한, 레티클 조동 스테이지(16)는 이들 Y 가이드(51, 51)에 대하여 도시되지 않은 에어 베어링에 의해 비접촉으로 지지되어 있다.

레티클 미동 스테이지(18)에는 도시되지 않은 진공 척을 통해 레티클(R)이 흡착 유지되도록 되어 있다. 레티클 미동 스테이지(18)의 -Y 방향의 단부에는 코너 큐브(corner cube)로 이루어진 한 쌍의 Y 이동경(52a, 52b: 移動鏡)이 고정되고, 또한 레티클 미동 스테이지(18)의 +X 방향의 단부에는 Y축 방향으로 연장되는 평면 미러로 이루어진 X 이동경(53)이 고정되어 있다. 그리고, 이들 이동경(52a, 52b, 53)에 대하여 측장빔(measuring beam)을 조사하는 3개의 레이저 간섭계(모두 도시되지 않음)가 각 이동경과의 거리를 계측함으로써 레티클 스테이지(2)의 X, Y 및 θZ(Z축 주위의 회전) 방향의 위치가 고정밀도로 계측된다. 또, 레티클 미동 스테이지(18)의 재질로서 금속이나 코데라이트(cordierite) 또는 SiC로 이루어진 세라믹스를 이용할 수 있다.

도 1로 되돌아가, 투영 광학계(PL)로서, 여기서는 물체면[레티클(R)]측과 상면[웨이퍼(W)]측 양쪽 모두가 텔리센트릭(telecentric)하게 원형의 투영 시야를 가지며, 석영이나 형석을 광학 초재(硝材)로 한 굴절 광학 소자(렌즈 소자)로 이루어진 1/4(또는 1/5) 축소 배율의 굴절 광학계가 사용되고 있다. 이 때문에, 레티클(R)에 조명광이 조사되면, 레티클(R)상의 회로 패턴 중, 조명광으로 조명된 부분으로부터의 결상(結像) 광속이 투영 광학계(PL)에 입사하고, 그 회로 패턴의 부분 역상이 투영 광학계(PL)의 상면측 원형 시야의 중앙에 슬릿형으로 제한되어 결상된다. 이에 따라, 투영된 회로 패턴의 부분 역상은 투영 광학계(PL)의 결상면에 배치된 웨이퍼(W)상의 복수의 숏 영역 중, 하나의 숏 영역 표면의 레지스트층에 축소 전사된다.

투영 광학계(PL)의 경통부의 외주에는 그 경통부에 일체화된 플랜지(23: flange)가 설치되어 있다. 그리고, 투영 광학계(PL)는 리액션 프레임(8)의 단부(8b)에 방진 유닛(24)을 통해 거의 수평으로 지지된 주물 등으로 구성된 경통 정반(25)에 광축 방향을 Z 방향으로 하여 상측으로부터 삽입되는 동시에 플랜지(23)가 걸어 맞춰져 있다. 또, 경통 정반(25)으로는, 고강성·저열팽창의 세라믹스재를 이용하여도 좋다.

플랜지(23)의 소재로는, 저열팽창의 재질, 예를 들어 인바[invar; 니켈 36%, 망간 0.25% 및 미량의 탄소와 다른 원소를 포함한 철로 이루어진 저팽창의 합금]이 이용되고 있다. 이 플랜지(23)는 투영 광학계(PL)를 경통 정반(25)에 대하여 점과 면과 V홈을 통해 3점으로 지지하는, 소위 키네마틱(kinematic) 지지 마운트를 구성하고 있다. 이러한 운동학적 지지 구조를 채용하면, 투영 광학계(PL)의 경통 정반(25)에 대한 부착이 용이하고, 또한 조립 후 경통 정반(25) 및 투영 광학계(PL)의 진동과 온도 변화 등에 기인하는 응력을 가장 효과적으로 경감할 수있다고 하는 이점이 있다.

방진 유닛(24)은 경통 정반(25)의 각 코너에 배치되고(또, 지면 내측의 방진 유닛에 대해서는 도시하지 않음), 내압을 조정할 수 있는 에어 마운트(26)와 보이스 코일 모터(27)가 단부(8b)상에 직렬로 배치된 구성으로 되어 있다. 이들 방진 유닛(24)에 의해 베이스 플레이트(10) 및 리액션 프레임(8)을 통해 경통 정반[25: 나아가서는 투영 광학계(PL)]으로 전해지는 미진동이 마이크로 G 레벨로 절연되도록 되어 있다.

스테이지 장치(7)는 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 스테이지(5)와, 이 웨이퍼 스테이지(5)를 XY 평면을 따른 2차원 방향으로 이동할 수 있도록 지지하는 웨이퍼 정반(6)을 주체로 구성되어 있다. 웨이퍼 스테이지(5)의 저면에는 비접촉 베어링인 복수의 에어 베어링(28: 에어 패드)이 고정되어 있고, 이들 에어 베어링(28)에 의해 웨이퍼 스테이지(5)가 웨이퍼 정반(6)상에, 예를 들어 수 마이크로 정도의 클리어런스를 통해 부상 지지되어 있다.

웨이퍼 스테이지(5)는 그 웨이퍼 스테이지(5)를 X 방향으로 구동하는 한 쌍의 리니어 모터[32: 웨이퍼 스테이지(5)보다도 지면 전방의 리니어 모터는 도시하지 않음]와, 웨이퍼 스테이지(5)를 Y 방향으로 구동하는 한 쌍의 리니어 모터(33)에 의해 웨이퍼 정반(6) 위를 XY 2차원 방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 리니어 모터(32)의 고정자는 웨이퍼 스테이지(5)의 Y 방향 양(兩) 외측에 X 방향을 따라 연장되어 설치되어 있고, 한 쌍의 연결 부재(34)에 의해 양 단부 상호간이 연결되어 직사각형의 프레임(35)이 구성되어 있다. 리니어 모터(32)의 가동자는 웨이퍼 스테이지(5)의 Y 방향 양 측면에 고정자에 대향하도록 돌출 설치되어 있다.

또한, 프레임(35)을 구성하는 한 쌍의 연결 부재(34) 또는 리니어 모터(32)의 하단면에는 전기자 유닛으로 이루어진 가동자(36, 36)가 각각 설치되어 있고, 이들 가동자(36, 36)에 대응하는 자석 유닛을 갖는 고정자(37, 37)가 Y 방향으로 연장되어 설치되고 베이스 플레이트(10)에 돌출 설치되어 있다. 그리고, 이들 가동자(36) 및 고정자(37)에 의해 이동 코일형 리니어 모터(33)가 구성되어 있고, 가동자(36)는 고정자(37)간의 전자기적 상호 작용에 의해 Y 방향으로 구동되도록 되어 있다. 즉, 이 리니어 모터(33)에 의해 프레임(35)과 일체적으로 웨이퍼 스테이지(5)가 Y 방향으로 구동되도록 되어 있다.

또, 고정자(37)를 에어 베어링 등에 의해 베이스 플레이트(10)상으로 자유롭게 이동하도록 부양(浮揚)시키는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 운동량 보존의 법칙에 의해 웨이퍼 스테이지(5)의, 예를 들어 +Y 방향의 이동에 따른 반력으로 고정자(37)가 -Y 방향으로 이동한다. 이 고정자(37)의 이동에 의해 웨이퍼 스테이지(5)의 이동에 따른 반력을 상쇄시키는 동시에, 무게 중심 위치의 변화를 막을 수 있다.

웨이퍼 스테이지(5)의 상면에는 웨이퍼 홀더(41)를 통해 웨이퍼(W)가 진공 흡착 등에 의해 고정된다. 또한, 웨이퍼 스테이지(5)의 X 방향의 위치는 투영 광학계(PL)의 경통 하단에 고정된 참조경(42: 參照鏡)을 기준으로 하여 웨이퍼 스테이지(5)의 일부에 고정된 이동경(43)의 위치 변화를 계측하는 레이저 간섭계(44)에 의해 소정의 분해능, 예를 들어 0.5 mm 내지 1 nm 정도의 분해능에 의해실시간(realtime)으로 계측된다. 또, 상기 참조경(42), 이동경(43), 레이저 간섭계(44)와 거의 직교하도록 배치된 도시되지 않은 참조경, 이동경 및 레이저 간섭계에 의해 웨이퍼 스테이지(5)의 Y 방향의 위치가 계측된다. 또, 이들 레이저 간섭계 중, 적어도 한쪽은 측장축(測長軸)을 2축 이상 갖는 다축 간섭계로서, 이들 레이저 간섭계의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지[5: 나아가서는 웨이퍼(W)]의 XY 위치뿐만 아니라 θ회전량 혹은 이들에 덧붙여 레벨링량도 구할 수 있도록 되어 있다.

웨이퍼 정반(6)은 베이스 플레이트(10)의 상측에 방진 유닛(29)을 통해 거의 수평으로 지지되어 있다. 방진 유닛(29)은 내압을 조정할 수 있는 에어 마운트(30)와 보이스 코일 모터(31)가 베이스 플레이트(10)상에 병렬로 쌍으로 배치된 구성으로 되어 있다. 또, 도 1에서는 편의상, 에어 마운트(30) 및 보이스 코일 모터(31) 쌍방이 웨이퍼 정반(6)의 바로 아래에 배치되는 구성으로 하고 있지만, 실제로는 도 3에 도시된 바와 같이, 에어 마운트(30)는 웨이퍼 정반(6)의 양단부 근방의 바로 아래에 배치되고, 보이스 코일 모터(31)는 웨이퍼 정반(6)의 단부 가장자리로부터 연장되어 나오는 브래킷(40)의 바로 아래에 배치된다.

그리고, 평면적으로는 도 4에 도시된 바와 같이, 에어 마운트(30)는 웨이퍼 정반(6)의 -Y측 단부 가장자리를 따른 X 방향의 양단 근방과, +Y측 단부 가장자리의 X 방향 중앙 근방 3 지점에 거의 등(等)간격으로 배치되어 있다. 마찬가지로 브래킷(40)은 각 에어 마운트(30)의 근방에 위치하도록 웨이퍼 정반(6)의 -Y측 단부 가장자리를 따른 X 방향의 양단부 근방으로부터 각각 -Y측으로 향하여 연장되어 나오는 동시에, +Y측 단부 가장자리의 X 방향 중앙 근방으로부터 +Y측으로 향하여 연장되어 나오도록 배치되어 있다. 그리고, 이들 방진 유닛(29)에 의해 베이스 플레이트(10)를 통해 웨이퍼 정반(6)으로 전해지는 미진동이 마이크로 G 레벨로 절연되도록 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 상기 웨이퍼 정반(6)에 다이나믹 댐퍼(46: 연성 장치)(dynamic damper)가 설치되어 있다. 다이나믹 댐퍼(46)는 웨이퍼 정반(6)의 진동에 의해 연성 진동하는 것으로서, 소르보(sorbo) 섬유 등의 점성 감쇠 계수가 비교적 큰 고무재로 형성된 탄성체(47)와, 예를 들어 텅스텐이나 납 등의 비교적 비중이 큰 금속으로 형성되며, 탄성체(47)에 연결된 질량체(48)로 구성되어 있고, 웨이퍼 정반(6)의 -Y측에 있어서는 브래킷(40)상에 2 지점 설치되며, 웨이퍼 정반(6)의 +Y측에 있어서는 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 정반(6)의 측면에 X 방향의 양단부 근방에 고정 설치된 L자형의 브래킷(49)상에 2 지점 설치되어 있다.

즉, 다이나믹 댐퍼(46)는 웨이퍼 정반(6)이 진동했을 때의 진동의 복부가 되는 지점인 코너 근방에 배치되어 있다. 그리고, 각 다이나믹 댐퍼(46)에서는 탄성체(47)가 브래킷(40) 또는 브래킷(49)을 통해 웨이퍼 정반(6)에 부착되는 동시에, 이 탄성체(47)의 +Z측[즉, 웨이퍼 스테이지(5)의 이동면과 거의 직교하는 방향]에 질량체(48)가 소정의 강성을 갖고 연결되어 있다.

질량체(48)의 질량은 웨이퍼 정반(6)의 진동 모드에 대응하는 모드 질량에 기초하여 설정되어 있다. 구체적으로는, 웨이퍼 정반(6)의 모드 질량의 5% 내지 10%를 선택함으로써 효과적인 감쇠를 얻을 수 있는 것이 진동 공학적으로 알려져있지만, 여기서는 모드 질량의 10%로 설정되어 있다. 그리고, 예를 들어 텅스텐이나 납 등과 같은 비중이 큰 재질을 이용함으로써 질량체(48)의 소형화를 실현하고 있다. 또한, 탄성체(47) 및 질량체(48)를 합친 다이나믹 댐퍼(46)의 진동계로서의 고유 진동수는 웨이퍼 정반(6)의 고유 진동수와 거의 일치하도록 설정되어 있다.

또한, 본 노광 장치(1)에는 상기 레티클 정반(3), 웨이퍼 정반(6), 경통 정반(25)의 Z 방향의 진동을 계측하는 3개의 진동 센서(예컨대, 가속도계; 도시되지 않음) 및 XY면내 방향의 진동을 계측하는 3개의 진동 센서(예컨대, 가속도계; 도시되지 않음)가 각각 설치되어 있다. 후자의 진동 센서 중 2개는 각 정반의 Y 방향의 진동을 계측하고, 나머지 진동 센서는 X 방향의 진동을 계측하는 것이다(이하, 편의상 이들 진동 센서를 진동 센서군이라 칭함). 그리고, 이들 진동 센서군의 계측값에 기초하여 레티클 정반(3), 웨이퍼 정반(6), 경통 정반(25)의 6 자유도(X, Y, Z, θX, θY, θZ)의 진동을 각각 구할 수 있다.

또한, 투영 광학계(PL)의 플랜지(23)에는 다른 3 지점, 구체적으로는 에어 마운트(30)의 배치에 대응한 3 지점에 3개의 레이저 간섭계(45)가 고정되어 있다(단, 도 1에 있어서는 이들 레이저 간섭계 중 하나가 대표적으로 표시되어 있음). 각 레이저 간섭계(45)에 대향하는 경통 정반(25) 부분에는 개구(25a)가 각각 형성되어 있고, 이들 개구(25a)를 통해 각 레이저 간섭계(45)로부터 Z 방향의 측장빔이 웨이퍼 정반(6)으로 향하여 조사된다. 웨이퍼 정반(6)의 상면의 각 측장빔의 대향 위치에는 반사면이 각각 형성되어 있다.

이 때문에, 상기 3개의 레이저 간섭계(45)에 의해 웨이퍼 정반(6)의 다른 3점의 Z 위치가 플랜지(23)를 기준으로 하여 각각 계측된다[단, 도 1에 있어서는, 웨이퍼 스테이지(5)상의 웨이퍼(W) 중앙의 숏 영역이 투영 광학계(PL)의 광축 바로 아래에 있는 상태가 표시되어 있기 때문에, 측장빔이 웨이퍼 스테이지(5)로 차단된 상태로 되어 있음]. 또, 웨이퍼 스테이지(5)의 상면에 반사면을 형성하고, 이 반사면상의 다른 3점의 Z 방향 위치를 투영 광학계(PL) 또는 플랜지(23)를 기준으로 하여 계측하는 간섭계를 설치하여도 좋다.

또, 상기 조명 광학계(IU)나 투영 광학계(PL) 등은 도시되지 않은 제어 장치에 의해 통괄적으로 제어된다. 또한, 이 제어 장치는 레티클용 레이저 간섭계, 웨이퍼용 레이저 간섭계(44) 및 웨이퍼 정반용 레이저 간섭계(45)의 계측값을 모니터하면서, 레티클 스테이지(2) 및 웨이퍼 스테이지(5)를 소정 위치에 소정의 속도로 주사하도록 제어한다. 또한, 제어 장치는 진동 센서군의 계측 결과에 기초하여 방진 유닛(11, 24, 29)을 구동함으로써 레티클 정반(3), 웨이퍼 정반(6) 및 경통 정반(25)의 진동을 액티브하게 제어하는 구성으로 되어 있다.

다음에, 상기한 바와 같이 구성된 스테이지 장치 및 노광 장치 중, 먼저 스테이지 장치(7)의 동작에 대해서 설명한다.

웨이퍼 스테이지(5)가 리니어 모터(15)의 구동에 의해 이동하면, 방진 유닛(29)에서는 레이저 간섭계(44) 등의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지(5)의 이동에 따른 무게 중심의 변화에 따른 영향을 없애는 힘[카운터 포스(counter force)]이 제어 장치에 의해 피드 포워드(feed forward)로 부여되고, 이 힘을 발생하도록 에어 마운트(30) 및 보이스 코일 모터(31)가 구동된다. 또한, 웨이퍼 스테이지(5)와 리니어 모터(32, 33)의 고정자와 웨이퍼 정반(6)과의 3자간 마찰이 0이 아니거나 웨이퍼 스테이지(5)와 고정자(37)와의 이동 방향이 약간 상이하다는 것 등의 이유로 웨이퍼 정반(6)의 6 자유도 방향의 미소한 진동이 잔류한 경우에도, 진동 센서군의 계측값에 기초하여 상기 잔류 진동을 제거하도록 에어 마운트(30) 및 보이스 코일 모터(31)를 피드백 제어한다.

또한, 경통 정반(25)에 있어서는 레티클 스테이지(2) 및 웨이퍼 스테이지(5)의 이동에 의한 반력으로 고정자(17, 37)가 이동하여 리액션 프레임(8)에 미진동이 발생하여도, 리액션 프레임(8) 사이에 방진 유닛(24)이 개재되어 진동에 관해서 독립되어 있다. 또한, 경통 정반(25)에 미진동이 발생하여도 경통 정반(25)에 설치된 진동 센서군의 계측값에 기초하여 6 자유도 방향의 진동을 구하고, 에어 마운트(26) 및 보이스 코일 모터(27)를 피드백 제어함으로써, 이 미진동을 없애 경통 정반(25)을 정상적으로 안정된 위치에 유지할 수 있다. 따라서, 경통 정반(25)에 지지된 투영 광학계(PL)를 안정된 위치에 유지할 수 있고, 투영 광학계(PL)의 진동에 기인하는 패턴 전사 위치의 어긋남이나 상 흐림 등의 발생을 효과적으로 방지하여 노광 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

여기서, 제어 장치는 경통 정반[25: 즉, 투영 광학계(PL)]과 웨이퍼 정반(6)과의 상대 위치 관계를 동기시키도록 레이저 간섭계(45)의 계측 결과에 기초하여 투영 광학계(PL)와 웨이퍼 정반(6)의 광축 방향(Z 방향) 및 광축 직교면에 대한 경사 방향의 3 자유도(Z, θX, θY)의 위치 관계를 구하고, 각 방향에 있어서의 상대 관계가 소정 범위(예컨대, Z 방향에서는 1 ㎛, θX, θY에서는 1 μrad)에 들어가도록 방진 유닛(24, 29)의 구동을 제어하여 웨이퍼 정반(6)을 투영 광학계(PL)에 대하여 추종시킨다.

이 때, 웨이퍼 정반(6)은 도 8에 도시된 바와 같이, 진동에 의해 비틀려 휘지만, 웨이퍼 정반(6)의 진동에 따라 다이나믹 댐퍼(46)의 진동계가 여진되어 Z 방향으로 연성 진동한다. 이 연성 진동 중, 탄성체(47)의 큰 점성에 의해 웨이퍼 정반(6)의 진동이 감쇠되어 그 진폭이 작아진다. 또한, 질량체(48)의 질량이 웨이퍼 정반(6)의 모드 질량의 10%인 동시에, 다이나믹 댐퍼(46)의 고유 진동수가 웨이퍼 정반(6)의 고유 진동수와 거의 일치하고 있기 때문에, 다이나믹 댐퍼(46)의 연성 진동에 의해 도 9에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 정반(6)의 고유 진동수에 있어서의 공진 피크가 작아진다. 이 결과, 웨이퍼 정반(6)을 10 Hz 내지 30 Hz 정도의 저주파 영역에서 투영 광학계(PL)에 대하여 추종시키는 제어를 행했을 때에 발생하는 잔류 진동이 작아진다.

계속해서, 상기 구성의 노광 장치(1)에 있어서의 노광 동작에 대해서 이하에 설명한다. 모두 도시되지 않은 레티클 현미경 및 오프액시스·얼라이먼트 센서(off-axis alignment sensor) 등을 이용한 레티클 얼라이먼트(reticle alignment) 및 베이스 라인(base line) 계측 등의 준비 작업이 행해지고, 그 후 얼라이먼트 센서를 이용한 웨이퍼(W)의 파인 얼라이먼트[EGA; 인핸스트·글로벌·얼라이먼트(enhanced global alignment) 등](fine alignment)가 종료되며, 웨이퍼(W)상의 복수의 숏 영역의 배열 좌표가 구해진다. 그리고, 얼라이먼트 결과에 기초하여 레이저 간섭계(44)의 계측값을 모니터하면서, 리니어 모터(32, 33)를 제어하여웨이퍼(W)의 제1 숏의 노광을 위한 주사 개시 위치로 웨이퍼 스테이지(5)를 이동한다. 그리고, 리니어 모터(15, 33)를 통해 레티클 스테이지(2)와 웨이퍼 스테이지(5)와의 Y 방향의 주사를 개시하고, 양 스테이지(2, 5)가 각각의 목표 주사 속도에 도달하면, 노광용 조명광에 의해 레티클(R)의 패턴 영역이 조명되고, 주사 노광이 개시된다.

이 주사 노광시에는 레티클 스테이지(2)의 Y 방향의 이동 속도와, 웨이퍼 스테이지(5)의 Y 방향의 이동 속도가 투영 광학계(PL)의 투영 배율(1/5배 혹은 1/4배)에 따른 속도비로 유지되도록 리니어 모터(15, 33)를 통해 레티클 스테이지(2) 및 웨이퍼 스테이지(5)를 동기 제어한다. 그리고, 레티클(R)의 패턴 영역의 상이한 영역이 조명광으로 순차 조명되고 패턴 영역 전면(全面)에 대한 조명이 완료됨으로써, 웨이퍼(W)상의 제1 숏의 주사 노광이 완료된다. 이에 따라, 레티클(R)의 패턴이 투영 광학계(PL)를 통해 웨이퍼(W)상의 제1 숏 영역에 축소 전사된다.

이와 같이 하여, 제1 숏의 주사 노광이 종료되면, 리니어 모터(32, 33)를 통해 웨이퍼 스테이지(5)가 X 방향 및 Y 방향으로 스텝 이동되고, 제2 숏의 노광을 위해 주사 개시 위치로 이동된다. 이 스텝 이동시에 웨이퍼 스테이지(5)의 위치[웨이퍼(W)의 위치]를 검출하는 레이저 간섭계(44)의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지(5)의 X 방향, Y 방향 및 θZ 방향의 위치를 실시간으로 계측한다. 그리고, 이 계측 결과에 기초하여 리니어 모터(32, 33)를 제어하여 웨이퍼 스테이지(5)의 XY 위치 변위가 소정 상태가 되도록 웨이퍼 스테이지(5)의 위치를 제어한다. 또한, 웨이퍼 스테이지(5)의 θZ 방향의 변위에 관해서는, 이 변위의 정보에 기초하여 웨이퍼(W)측의 회전 변위의 오차를 보정하도록 레티클 스테이지(2)를 회전 제어한다. 이 후, 상기 제1 숏 영역과 마찬가지로 제2 숏 영역에 대하여 주사 노광을 행한다. 그리고, 웨이퍼(W)상의 숏 영역의 주사 노광과 다음 숏 노광을 위한 스텝 이동이 반복하여 행해지고, 웨이퍼(W)상의 노광 대상 숏 영역 전부에 레티클(R)의 패턴이 순차 전사된다.

본 실시 형태의 스테이지 장치에서는, 웨이퍼 정반(6)의 진동에 의해 다이나믹 댐퍼(46)가 연성 진동하여 웨이퍼 정반(6)의 진동 에너지를 흡수하기 때문에, 웨이퍼 정반(6)에 있어서의 Z 방향의 진동을 감소시키도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에서는, 다이나믹 댐퍼(46)의 진동계에 있어서의 고유 진동수를 웨이퍼 정반(6)의 고유 진동수와 거의 일치시키고 있기 때문에, 웨이퍼 정반(6)을 투영 광학계(PL)에 추종시킬 때에 발생하는 공진 피크가 작아지도록 진동을 제어할 수 있고, 저주파 영역에서의 충분한 서보 강성을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 이들 다이나믹 댐퍼(46)를 웨이퍼 정반(6)에 발생시키는 진동의 루프가 되는 지점 근방에 부착하고 있기 때문에, 웨이퍼 정반(6)의 진동을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 탄성체(47) 및 질량체(48)로 이루어진 다이나믹 댐퍼(46)를 웨이퍼 정반(6)에 브래킷(40, 49)을 통해 부착한다고 하는 간단한 구성으로 웨이퍼 정반(6)의 진동을 제어하고 있기 때문에, 장치의 소형화 및 저가격화에 기여할 수 있는 동시에, 만일, 다이나믹 댐퍼(46)에 관한 고장이 발생했을 경우에도 용이하게 그 원인을 특정할 수 있고, 복구 작업에 요하는 시간을 줄일 수 있다.

그리고, 이와 같이 웨이퍼 정반(6)의 Z 방향의 진동을 억제·제어하고 있기 때문에, 본 실시 형태의 노광 장치에서는, 웨이퍼 정반(6)에 잔류 진동이 있어도 웨이퍼(W)를 투영 광학계(PL)에 용이하게 추종시킬 수 있고, 광축 방향에 있어서 웨이퍼(W)와 투영 광학계(PL)의 상대 위치 오차를 억제할 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태의 노광 장치에서는, 상 흐림 등의 발생 요인을 배제하면서 고정밀도의 노광 처리를 실시할 수 있다. 특히, 투영 광학(PL)과 웨이퍼 정반(6)이 진동적으로 독립되어 설치된 노광 장치라도 이들의 상대 위치 오차를 억제하여 노광 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 상기 실시 형태에 있어서는, 다이나믹 댐퍼(46)에 의해 웨이퍼 정반(6)에 발생하는 Z 방향의 진동을 억제·제어하는 구성으로 하였지만, X 방향이나 Y 방향 등, 광축 방향과 직교하는 방향의 진동을 제어하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, Y 방향(수평 방향)으로 간격을 두고 배치된 벽부(55, 55) 사이에 질량체(48)의 Y 방향 양측에 탄성체(47, 47)가 연결된 다이나믹 댐퍼(46)를 설치한 브래킷(56)을 웨이퍼 정반(6)의 측면에 부착하는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 질량체(48)의 Y 방향으로의 이동을 원활하게 하는 회전자나 에어 슬라이더를 설치하는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 웨이퍼 정반(6)의 Y 방향의 진동에 대해서도 다이나믹 댐퍼(46)가 연성 진동하기 때문에, 상기와 같이, 웨이퍼 정반(6)의 진동 에너지를 흡수하여 진동을 제어할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 본 발명의 스테이지 장치를 웨이퍼(W)측의 스테이지 장치(7)에 이용하는 구성으로 하였지만, 레티클(R)측의 스테이지 장치(4)에 대해서도 레티클 정반(3)에 다이나믹 댐퍼(46)와 동일한 구성의 것을 부착하여도 좋다. 이 경우, 레티클 정반(3)에 발생하는 진동을 억제·제어할 수 있기 때문에, 레티클(R)과 투영 광학계(PL)와의 상대 위치 오차를 억제할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 본 발명의 스테이지 장치를 노광 장치(1)에 적용하는 구성으로 하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니라 노광 장치(1) 이외에도 전사 마스크의 묘화 장치 및 마스크 패턴의 위치 좌표 측정 장치 등의 정밀 측정 기기에도 적용할 수 있다.

또, 상기 실시 형태에서 나타낸 탄성체(47) 및 질량체(48)의 재질은 일례이며, 웨이퍼 정반(6)의 모드 질량에 따른 질량을 갖는 질량체 및 점성 계수가 큰 탄성체라면, 다른 재질도 적절하게 채용할 수 있다.

또, 본 실시 형태의 기판으로는 반도체 디바이스용 반도체 웨이퍼(W) 뿐만 아니라 액정 디스플레이 디바이스용 유리 기판이나 박막 자기 헤드용 세라믹 웨이퍼, 혹은 노광 장치로 이용되는 마스크 또는 레티클의 원판(합성 석영, 실리콘 웨이퍼) 등이 적용된다.

노광 장치(1)로는 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 동기 이동하여 레티클(R)의 패턴을 주사 노광하는 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 노광 장치(스캐닝·스테퍼; 미국 특허 제5,473,410호 참조) 이외에 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 정지한 상태로 레티클(R)의 패턴을 노광하고, 웨이퍼(W)를 순차 스텝 이동시키는 스텝·앤드·리피트 방식의 투영 노광 장치(스테퍼)에도 적용할 수 있다.

노광 장치(1)의 종류로는 웨이퍼(W)에 반도체 디바이스 패턴을 노광하는 반도체 디바이스 제조용 노광 장치에 한정되지 않고, 액정 표시 소자 제조용 노광 장치나 박막 자기 헤드, 촬상 소자(CCD) 혹은 레티클 등을 제조하기 위한 노광 장치 등에도 널리 적용할 수 있다.

또한, 노광용 조명광의 광원으로는 초고압 수은 램프로부터 발생하는 휘선[g선(436 nm), h선(404.7 nm), i선(365 nm)], KrF 엑시머 레이저(248 nm), ArF 엑시머 레이저(193 nm) 및 F₂레이저(157 nm) 뿐만 아니라 X선이나 전자선 등의 하전 입자선을 이용할 수 있다. 예를 들면, 전자선을 이용하는 경우에는 전자총으로서, 열전자 방사형 란탄헥사보라이트(LaB₆), 탄탈(Ta)을 이용할 수 있다. 또한, 전자선을 이용하는 경우에는, 레티클(R)을 이용하는 구성으로 하여도 좋고, 레티클(R)을 이용하지 않고서 직접 웨이퍼상에 패턴을 형성하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, YAG 레이저나 반도체 레이저 등의 고주파 등을 이용하여도 좋다.

투영 광학계(PL)의 배율은 축소계뿐만 아니라 등배계 및 확대계 중 어느 것이라도 좋다. 또한, 투영 광학계(PL)로는, 엑시머 레이저 등의 원자외선을 이용하는 경우에는 초재로서 석영이나 형석 등의 원자외선을 투과하는 재료를 이용하고, F₂레이저나 X선을 이용하는 경우에는 반사 굴절계 또는 굴절계의 광학계로 하며[레티클(R)도 반사형 타입인 것을 이용함], 또한 전자선을 이용하는 경우에는 광학계로서 전자 렌즈 및 편향기로 이루어진 전자 광학계를 이용하면 좋다. 또, 전자선이 통과하는 광로는 물론 진공 상태로 한다. 또한, 투영 광학계(PL)를 이용하는 일이없이 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 밀접시켜 레티클(R)의 패턴을 노광하는 프록시미티(proximity) 노광 장치에도 적용할 수 있다.

웨이퍼 스테이지(5)나 레티클 스테이지(2)에 리니어 모터(미국 특허 제5,623,853호 또는 미국 특허 제5,528,118호 참조)를 이용하는 경우에는 에어 베어링을 이용한 에어 부상형 및 로렌츠력(rolentz's force) 또는 리액턴스력(reactance force)을 이용한 자기 부상형 중 어느 쪽을 이용하여도 좋다. 또한, 각 스테이지(2, 5)는 가이드를 따라 이동하는 타입이어도 좋고, 가이드를 설치하지 않은 가이드리스 타입이어도 좋다.

각 스테이지(2, 5)의 구동 장치로는, 2차원으로 자석을 배치한 자석 유닛(영구자석)과, 2차원으로 코일을 배치한 전기자(電機子) 유닛을 대향시켜 전자력(電磁力)에 의해 각 스테이지(2, 5)를 구동하는 평면 모터를 이용하여도 좋다. 이 경우, 자석 유닛과 전기자 유닛 중 어느 한쪽을 스테이지(2, 5)에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛 중 다른 쪽을 스테이지(2, 5)의 이동면측(베이스)에 설치하면 좋다.

이상과 같이, 본원 실시 형태의 노광 장치(1)는 본원 특허청구범위에 예시된각 구성 요소를 포함한 각종 서브 시스템을 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도 및 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해, 이 조립의 전후에는 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정 및 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은 각종 서브 시스템 상호의 기계적 접속,전기 회로의 배선 접속 및 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정 전에 각 서브 시스템의 조립 공정이 있는 것은 물론이다. 각종 서브 시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료하면, 종합 조정이 행해지고, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또, 노광 장치의 제조는 온도 및 청정도(cleaness) 등이 관리된 청정실(clean room)에서 행하는 것이 바람직하다.

반도체 디바이스는 도 7에 도시된 바와 같이, 디바이스의 기능·성능 설계를 행하는 단계(201), 이 설계 단계에 기초한 마스크(레티클)를 제작하는 단계(202), 실리콘 재료로 웨이퍼를 제조하는 단계(203), 상기한 실시 형태의 노광 장치(1)에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 웨이퍼 처리 단계(204), 디바이스 조립 단계[205: 다이싱(dicing) 공정, 본딩 공정, 패키징 공정을 포함함] 및 검사 단계(206) 등을 거쳐 제조된다.

이상 설명한 바와 같이, 청구항 제1항에 관한 스테이지 장치는 정반에, 정반의 진동에 의해 연성 진동하는 연성 장치가 설치되는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 스테이지 장치에서는, 정반의 진동 에너지를 흡수하여 정반의 진동을 제어할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

청구항 제2항에 관한 스테이지 장치는 연성 장치가 정반에 부착되는 탄성체와, 탄성체에 연결되는 질량체를 갖는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 스테이지 장치에서는, 간단한 구성으로 정반의 진동을 제어할수 있게 되고, 장치의 소형화 및 저가격화에 기여할 수 있는 동시에, 만일, 고장이 발생했을 경우라도 용이하게 그 원인을 특정할 수 있으며, 복구 작업에 요하는 시간을 줄일 수 있게 된다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

청구항 제3항에 관한 스테이지 장치는 탄성체와 질량체가 스테이지 본체의 이동면과 거의 직교하는 방향으로 소정 강성을 가지고 연결되는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 스테이지 장치에서는, 정반의 진동 에너지를 흡수하여 스테이지 본체의 이동면과 거의 직교하는 방향의 정반의 진동을 용이하게 제어할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

청구항 제4항에 관한 스테이지 장치는 연성 장치가 정반에 발생하는 진동의 루프가 되는 지점 근방에 부착되는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 스테이지 장치에서는 정반의 진동을 효과적으로 억제할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

청구항 제5항에 관한 스테이지 장치는 연성 장치의 진동 특성이 정반의 고유 진동수에 기초하여 설정되는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 스테이지 장치에서는 정반을 추종시킬 때에 발생하는 공진 피크가 작아지도록 진동을 제어할 수 있고, 저주파 영역에 있어서의 충분한 서보 강성을 용이하게 얻을 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

청구항 제6항에 관한 노광 장치는 마스크 스테이지와 기판 스테이지 중 적어도 한쪽 스테이지로서, 청구항 제1항 내지 청구항 제5항 중 어느 한 항에 기재된스테이지 장치가 이용되는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 노광 장치에서는 정반에 잔류 진동이 있더라도 기판을 투영 광학계에 용이하게 추종시킬 수 있고, 광축 방향에 있어서 기판과 투영 광학계와의 상대 위치 오차를 억제할 수 있다. 이 때문에, 상 흐림 등의 발생 요인을 배제하면서 고정밀도의 노광 처리를 실시할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

청구항 제7항에 관한 노광 장치는 스테이지 장치와 투영 광학계가 진동적으로 독립되어 설치되는 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 이 노광 장치에서는, 스테이지 장치와 투영 광학계가 진동적으로 독립되어 설치된 경우에도, 이들 상대 위치 오차를 억제하여 노광 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 스테이지 본체가 정반 위를 이동하는 스테이지 장치에 있어서,

   상기 정반에, 이 정반의 진동에 의해 연성(連成) 진동하는 연성 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 연성 장치는 상기 정반에 부착되는 탄성체와, 이 탄성체에 연결되는 질량체를 갖는 것인 스테이지 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 탄성체와 상기 질량체는 상기 스테이지 본체의 이동면과 거의 직교하는 방향으로 소정 강성(剛性)을 가지며 연결되어 있는 것인 스테이지 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연성 장치는 상기 정반에 발생하는 진동의 복부(腹部)가 되는 지점 근방에 부착되는 것인 스테이지 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연성 장치의 진동 특성은 상기 정반의 고유 진동수에 기초하여 설정되는 것인 스테이지 장치.
6. 마스크 스테이지에 유지된 마스크의 패턴을 기판 스테이지에 유지된 기판에투영 광학계를 통하여 노광하는 노광 장치에 있어서,

   상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 한쪽 스테이지로서, 청구항 제1항 내지 청구항 제5항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치가 이용되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 스테이지 장치와 상기 투영 광학계는 진동적으로 독립되어 설치되는 것인 노광 장치.