KR20040014219A - 지지장치와 그 제조방법 및 스테이지장치, 그리고 노광장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 장치의 대형화를 초래하지 않고 저강성의 공기 스프링으로서 기능시킨다.

(해결수단) 소정 압력의 기체가 충전되어 기체에 의해 물체(PL)를 지지하는 제 1 기체실(61) 및 제 1 기체실(61)을 지지하는 지지 프레임(8d)을 구비한다. 지지 프레임(8d) 내에 설치되며 제 1 기체실(61)과 연통되는 제 2 기체실(63)을 구비한다.

Description

지지장치와 그 제조방법 및 스테이지장치, 그리고 노광장치{SUPPORT DEVICE AND PRODUCTION METHOD THEREOF, STAGE DEVICE, AND EXPOSURE APPARATUS}

본 발명은 기체에 의해 물체를 지지하는 기체실이 지지 프레임에 지지되는 지지장치와 그 제조방법 및 스테이지장치 그리고 반도체 집적회로나 액정디스플레이 등의 제조에 사용되는 노광장치에 관한 것이다.

종래부터 반도체 디바이스 제조공정의 하나인 리소그래피 공정에서는, 마스크 또는 레티클(이하, 레티클이라고 함)에 형성된 회로 패턴을 레지스트(감광제)가 도포된 웨이퍼 또는 유리판 등의 기판 상에 전사하는 각종 노광장치가 사용되어 왔다.

예컨대, 반도체 디바이스용 노광장치로는, 최근에 집적회로의 고집적화에 따른 패턴의 최소 선폭(디바이스 룰)의 미세화에 따라 레티클의 패턴을 투영광학계를사용하여 웨이퍼 상에 축소 전사하는 축소투영 노광장치가 주로 사용되고 있다.

이 축소투영 노광장치로는, 레티클의 패턴을 웨이퍼 상의 복수 개의 쇼트영역(노광영역)에 순차적으로 전사하는 스텝 앤드 리피트 방식의 정지노광형 축소투영 노광장치(소위 스테퍼)나 이 스테퍼를 개량한 것으로, 일본 공개특허공보 평8-166043호 등에 개시된 바와 같은 레티클과 웨이퍼를 1 차원 방향으로 동기 이동시켜 레티클 패턴을 웨이퍼 상의 각 쇼트영역에 전사하는 스텝 앤드 스캔 방식의 주사노광형 노광장치(소위 스캐닝 스테퍼)가 알려져 있다.

이들 축소투영 노광장치에서는, 스테이지장치로서 바닥면에 먼저 장치의 기준이 되는 베이스 플레이트가 설치되고, 그 위에 바닥 진동을 차단하기 위한 방진대를 통해 레티클 스테이지, 웨이퍼 스테이지, 및 투영광학계(투영렌즈) 등을 지지하는 본체 칼럼이 탑재된 것이 많이 사용되고 있다. 최근 스테이지장치에서는, 상기 방진대로서 내압을 제어할 수 있는 에어 마운트나 보이스코일모터 등의 액츄에이터(추력 부여장치)를 구비하고, 본체 칼럼(메인 프레임)에 장착된 예컨대 6 개의 가속도계의 계측값에 따라 상기 보이스코일모터 등의 추진력을 제어함으로써 본체 칼럼의 진동을 제어하는 액티브 방진대가 채택되고 있다.

도 15에 에어 마운트를 갖는 지지장치의 1 실시예를 도시한다.

이 도면에 나타낸 지지장치는 공기 스프링으로서의 에어 마운트(81)가 지지 프레임(82) 상에 지지되고 있다. 에어 마운트(81)에는 내부 공간(83)의 압력을 검출하는 압력센서(84)가 형성되어 있고, 압력센서(84)의 검출 결과에 따라 서보밸브(85)를 통해 소정 압력의 에어가 충전 또는 배기된다. 에어 마운트(81)에는다이어프램(86)에 의해 자유롭게 이동할 수 있도록 지지된 피스톤(87)이 형성되어 있고, 내부 공간(83)의 에어에 의해 피스톤(87)이 투영렌즈나 스테이지 등을 지지하는 물체(88)를 지지하고 있다. 이와 같이 물체(88)와 지지 프레임(82) 사이에 에어 마운트(81)가 공기 스프링으로서 개재됨으로써, 지지 프레임(82)으로부터 물체(88)를 통해 투영렌즈나 스테이지 등에 전달되는 진동을 억제하고 있다.

또한, 일본 공개특허공보 평5-340444호에는 에어 마운트 내에 보이스코일모터를 형성한 방진장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기 기술한 바와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제가 있다. 진동 억제에 관해서는 공기 스프링의 강성이 낮을수록 유리하지만, 공기 스프링의 강성과 용적은 반비례 관계에 있기 때문에, 저강성의 공기 스프링을 얻기 위해서는 큰 용적이 필요하다. 그래서, 에어 마운트의 내부 공간의 용적을 크게 하거나 에어 마운트에 에어탱크를 부설하는 것이 고려되고 있지만, 어느 경우에도 장치의 대형화에 직결되므로 장치의 풋 프린트(설치 면적)의 제한 때문에 큰 용적을 확보하기는 어렵다.

특히, 최근에는 반도체 디바이스의 미세화나 노광처리의 고속화에 대한 요청이 점점 높아져 가고, 이 요청에 응하기 위해서 노광장치가 설치되어 있는 공장 등의 바닥으로부터의 진동이나 노광장치 내의 스테이지 동작에 따른 진동을 투영렌즈에 전달시키지 않는 방법이 여러 가지 검토되고 있는데, 상기 기술한 바와 같이 노광장치 내의 스페이스의 제한 때문에 공기 스프링의 용적을 크게 하는 데에는 한계가 있어, 앞으로 점점 엄격해지는 노광장치의 방진성능을 만족시킬 수 없게 될 우려가 있다.

또한, 일본 공개특허공보 평5-340444호의 기재만으로는, 일본 공개특허공보 평5-340444호에 기재된 방진장치를 그대로 노광장치 등의 정밀장치에 적용할 수는 없었다.

본 발명은 이상과 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 장치의 대형화를 초래하지 않고 저강성의 공기 스프링으로서 기능하는 지지장치와 그 제조방법 및 스테이지장치 그리고 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태를 나타내는 도면으로, 방진유닛을 구비한 노광장치의 개략 구성도이다.

도 2는 상기 노광장치를 구성하는 레티클 스테이지의 외관 사시도이다.

도 3은 상기 노광장치를 구성하는 웨이퍼 스테이지의 외관 사시도이다.

도 4는 상기 웨이퍼 스테이지의 개략 정면도이다.

도 5는 상기 웨이퍼 스테이지의 개략 평면도이다.

도 6은 본 발명에 관한 방진유닛의 개략 구성도이다.

도 7은 상기 방진유닛의 제 1 에어실을 지지하는 하부 지지 프레임의 외관 사시도이다.

도 8은 제 1 에어실의 용적에 대한 제 2 에어실의 용적비와 스프링 상수의 관계를 나타내는 도면이다.

도 9는 제 1 에어실과 제 2 에어실의 접속 배관에 형성된 진동 흡수판의 외관 사시도이다.

도 10은 하부 지지 프레임을 제조하는 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 11은 하부 지지 프레임의 제조에 사용되는 주형의 부분 단면도이다.

도 12는 본 발명의 노광장치의 개략 구성도이다.

도 13은 본 발명의 실시형태를 나타내는 도면으로, 방진유닛의 개략 구성도이다.

도 14는 반도체 디바이스의 제조공정의 일례를 나타내는 흐름도이다.

도 15는 종래 기술에 의한 에어 마운트의 일례를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

PL: 투영광학계(물체)

R: 레티클(마스크)

W: 웨이퍼(기판, 감광기판)

1: 노광장치

2: 레티클 스테이지(마스크 스테이지)

5: 웨이퍼 스테이지(기판 스테이지)

8d: 하부 지지 프레임(지지 프레임)

24: 방진유닛 (지지장치)

27: 보이스코일모터(구동장치)

61: 제 1 에어실(제 1 기체실)

62: 배관(접속부)

63: 제 2 에어실(제 2 기체실)

63a: 오목부

63b: 관통부

66: 진동 흡수판(진동 흡수장치)

70: 공동부

71: 주형(형)

72: 중자(제 1 중자)

73: 중자(제 2 중자)

74: 중자(제 3 중자)

80: 제어장치

84: 압력센서(검출장치)

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 실시형태를 나타내는 도 1 내지 도 13에 대응된 다음과 같은 구성을 채택하고 있다.

본 발명의 지지장치는, 소정 압력의 기체가 충전되어 기체에 의해 물체(PL)를 지지하는 제 1 기체실(61) 및 제 1 기체실(61)을 지지하는 지지 프레임(8d)을 구비한 지지장치(24)로서, 지지 프레임(8d) 내에 형성되며 제 1 기체실(61)과 연통되는 제 2 기체실(63)을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 지지장치에서는, 제 1 기체실(61) 용적에 추가로 제 2 기체실(63) 용적도 공기 스프링의 용적이 되므로, 공기 스프링으로서의 강성을 낮게 할 수 있다. 그리고, 이 제 2 기체실(63)은 지지 프레임(8d) 내에 형성되므로, 제 1 기체실(61) 용적을 크게 하거나 에어탱크를 부설시키는 경우와 같이 장치가대형화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 스테이지장치는, 정반(3, 6) 상을 스테이지 본체(2, 5)가 이동하는 스테이지장치로서, 정반(3, 6)을 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 지지장치(24)에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 스테이지장치에서는, 저강성의 공기 스프링에 의해 스테이지 본체(2, 5)의 이동에 따른 정반(3, 6)의 하중 변동을 지지하거나 정반(3, 6)에 전달되는 바닥 진동을 차단할 수 있다.

그리고, 본 발명의 노광장치는, 마스크 스테이지(2)에 유지된 마스크(R)의 패턴을 기판 스테이지(5)에 유지된 감광기판(W)에 투영광학계(PL)에 의해 노광하는 노광장치(1)에서, 마스크 스테이지(2)와 투영광학계(PL)와 기판 스테이지(5)의 적어도 하나를, 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 지지장치(24)에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 노광장치에서는, 저강성의 공기 스프링에 의해 마스크 스테이지(2)나 기판 스테이지(5)의 이동에 따른 정반(3, 6)의 하중 변동을 지지하거나 이들 정반(3, 6)이나 투영광학계(PL)에 전달되는 바닥 진동을 차단할 수 있다.

또, 본 발명의 지지장치의 제조방법은, 소정 압력의 기체가 충전되어 기체에 의해 물체를 지지하는 제 1 기체실(61) 및 제 1 기체실(61)을 지지하는 지지 프레임(8d)을 구비한 지지장치(24)의 제조방법으로서, 공동부(70)를 갖는 형(型: 71) 내에 제 1 중자(72)를 설치하는 동시에, 제 1 중자(72)와 형(71)에 맞닿는 제 2 중자(73)를 설치하고 지지 프레임(8d)의 주형(71)을 형성하는 단계, 형(71) 내에 용해시킨 재료를 주탕(注湯)하는 단계 및, 주탕된 재료를 냉각시킨 후에 형(71) 및 제 1 중자(72) 및 제 2 중자(73)를 제거하고 제 1 기체실(61)과 연통 가능한 제 2 기체실(63)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 지지장치의 제조방법에서는, 제 1 기체실(61) 용적에 추가로 공기 스프링의 용적이 되는 제 2 기체실(63)을 지지 프레임(8d) 내에 형성할 수 있기 때문에, 공기 스프링으로서의 강성을 낮게 할 수 있다. 이 제 2 기체실(63)은 지지 프레임(8d) 내에 형성되므로, 제 1 기체실(61) 용적을 크게 하거나 에어탱크를 부설시키는 경우와 같이 장치가 대형화되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 지지장치는, 물체(6)를 지지하는 지지면(68a)을 갖는 지지장치(29)로서, 소정 압력의 기체가 충전되어 물체(6)를 기체에 의해 지지면(68a)과 직교하는 제 1 방향으로 지지하는 기체실(30), 기체실(30)에 배치되며 전자력에 의해 물체(6)를 제 1 방향으로 구동시키는 구동장치(31) 및, 구동장치(31)의 온도를 조정하는 온도조정장치(103)를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 지지장치에서는, 구동장치(31)가 기체실(30)에 배치됨으로써 장치의 대형화를 방지할 수 있게 된다. 또, 기체실(30)에 의해 물체(6)를 지지하는 방향과 구동장치(31)에 의해 물체(6)를 구동시키는 방향을 동축으로 할 수 있게 되어, 물체(6)에 비틀림이 가해지지 않고 변형 등이 생기는 것도 방지할 수 있게 된다. 또한, 온도조정장치(103)가 구동장치(31)의 온도를 조정하고 있으므로, 물체(6)가 구동장치(31)의 구동에 따른 발열 영향을 받는 일이 없다.

또한, 본 발명의 스테이지장치는, 정반(6) 상을 스테이지 본체(5)가 이동하는 스테이지장치(7)로서, 정반(6)을 청구항 16에 기재된 지지장치(29)에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 스테이지장치에서는, 스테이지 본체(5)의 이동에 따른 정반(6)의 하중 변동을 기체실(30) 및 구동장치(31)에 의해 지지하거나 바닥 진동을 차단하는 경우에도, 장치의 대형화를 방지할 수 있게 되는 동시에 정반(6)에 비틀림이 가해지지 않고 변형 등이 생기는 것도 방지할 수 있게 된다. 또한, 스테이지 본체(5)가 구동장치(31)의 구동에 따른 발열 영향을 받는 일이 없다.

그리고, 본 발명의 노광장치는, 마스크 스테이지(2)에 유지된 마스크(R)의 패턴을 기판 스테이지(5)에 유지된 감광기판(W)에 투영광학계(PL)에 의해 노광하는 노광장치(1)에서, 마스크 스테이지(2)와 투영광학계(PL)와 기판 스테이지(5)의 적어도 하나를, 청구항 16에 기재된 지지장치(29)에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 노광장치에서는, 마스크 스테이지(2)나 기판 스테이지(5)를 이동시키는 경우에도, 마스크 스테이지(2)나 기판 스테이지(5), 투영광학계(PL)에 비틀림이 가해지지 않고 변형 등이 생기는 것도 방지할 수 있게 된다. 또한, 마스크 스테이지(2)나 기판 스테이지(5)가 구동장치(31)의 구동에 따른 발열 영향을 받는 일이 없다. 그래서, 장치를 대형화하지 않고 노광 정밀도의 저하를 방지할 수 있게 되어 디바이스의 미세화에도 쉽게 대응할 수 있다.

발명의 실시형태

다음에, 본 발명의 지지장치와 그 제조방법 및 스테이지장치 그리고 노광장치의 실시형태를, 도 1 내지 도 14를 참조하면서 설명한다.

여기서는, 예컨대 노광장치로서 레티클과 웨이퍼를 동기 이동시키면서 레티클에 형성된 반도체 디바이스의 회로 패턴을 웨이퍼 상에 전사하는 스캐닝 스테퍼를 사용하는 경우의 예를 이용하여 설명한다. 또한, 이 노광장치에서는 본 발명의 지지장치를, 경통 정반을 통해 투영광학계를 지지하는 방진유닛에 적용하는 것으로 한다. 이들 도면에서, 종래예로서 나타낸 도 15와 동일한 구성요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

도 1에 나타낸 노광장치(1)는, 광원(도시 생략)으로부터의 노광용 조명광에 의해 레티클(마스크: R) 상의 직사각형 형상(또는 원호 형상)의 조명영역을 균일한 조도로 조명하는 조명광학계(IU), 레티클(R)을 유지하며 이동하는 레티클 스테이지(마스크 스테이지: 2) 및 이 레티클 스테이지(2)를 지지하는 레티클 정반(3)을 포함하는 스테이지장치(4), 레티클(R)에서 사출되는 조명광을 웨이퍼(기판, 감광기판: W) 상에 투영하는 투영광학계(PL), 웨이퍼(W)를 유지하며 이동하는 웨이퍼 스테이지(기판 스테이지: 5) 및 이 웨이퍼 스테이지(5)를 유지하는 웨이퍼 정반(6)을 포함하는 스테이지장치(7) 및, 상기 스테이지장치(4) 및 물체로서의 투영광학계(PL)를 지지하는 리액션 프레임(8)으로 개략 구성되어 있다. 또, 여기서 투영광학계(PL)의 광축 방향을 Z 방향으로 하고, 이 Z 방향과 직교하는 방향에서 레티클(R)과 웨이퍼(W)의 동기 이동 방향을 Y 방향으로 하며, 비동기 이동 방향을 X 방향으로 한다. 또한, 각각의 축 둘레의 회전방향을 θZ, θY, θX로 한다.

조명광학계(IU)는 리액션 프레임(8)의 상면에 고정된 지지칼럼(9)에 의해 지지된다. 또, 노광용 조명광으로는 예컨대 초고압 수은램프에서 사출되는 자외영역의 광선(g선, i선) 및 KrF 엑시머레이저광(파장 248㎚) 등의 원자외광(DUV 광)이나 ArF 엑시머레이저광(파장 193㎚) 및 F2 레이저광(파장 157㎚) 등의 진공자외광(VUV) 등이 사용된다.

리액션 프레임(8)은 바닥면에 수평하게 탑재된 베이스 플레이트(10) 상에 설치되어 있고, 그 상부측 및 하부측에는 내측으로 돌출된 단부(8a 및 8b)가 각각 형성되어 있다. 이 리액션 프레임(8)은 일체물로 형성되어도 상관없지만, 제조상 간편함 때문에 상부 지지 프레임(8c)과 하부 지지 프레임(지지 프레임: 8d)으로 분할 형성한 후에 일체화된다.

스테이지장치(4) 중 레티클 정반(3)은 각 코너에서 리액션 프레임(8)의 단부(8a)에 방진유닛(11)을 통해 거의 수평하게 지지되고 있고(또, 지면 안쪽의 방진유닛에 대해서는 도시하지 않음), 그 중앙부에는 레티클(R)에 형성된 패턴 이미지가 통과하는 개구(3a)가 형성되어 있다. 또, 레티클 정반(3)의 재료로서는 금속이나 세라믹스를 사용할 수 있다. 방진유닛(11)은 내압을 조정할 수 있는 에어 마운트(12)와 보이스코일모터(13)가 단부(8a) 상에 직렬로 배치된 구성으로 되어 있다. 이들 방진유닛(11)에 의해 베이스 플레이트(10) 및 리액션 프레임(8)을 통해 레티클 정반(3)에 전달되는 미소 진동이 마이크로 G 수준에서 절연되도록 되어 있다(G는 중력가속도).

레티클 정반(3) 상에는 레티클 스테이지(2)가 이 레티클 정반(3)을 따라 2 차원적으로 이동할 수 있게 지지되고 있다. 레티클 스테이지(2)의 저면에는 복수 개의 에어 베어링(에어 패드: 14)이 고정되어 있고, 이들 에어 베어링(14)에 의해 레티클 스테이지(2)가 레티클 정반(3) 상에 수 마이크론 정도의 클리어런스를 통해 부상 지지되고 있다. 또한, 레티클 스테이지(2)의 중앙부에는, 레티클 정반(3)의 개구(3a)와 연통되고 레티클(R)의 패턴 이미지가 통과하는 개구(2a)가 형성되어 있다.

레티클 스테이지(2)에 대해서 상세하게 설명하면, 도 2에 나타낸 바와 같이 레티클 스테이지(2)는, 레티클 정반(3) 상을 한 쌍의 Y 리니어모터(15, 15)에 의해 Y축 방향으로 소정 스트로크로 구동되는 레티클 조동(粗動) 스테이지(16)와 이 레티클 조동 스테이지(16) 상을 한 쌍의 X 보이스코일모터(17X)와 한 쌍의 Y 보이스코일모터(17Y)에 의해 X, Y, θZ 방향으로 미소 구동되는 레티클 미동 스테이지(18)를 구비한 구성으로 되어 있다(한편, 도 1에서는 이들을 하나의 스테이지로 도시하고 있음).

각 Y 리니어모터(15)는, 레티클 정반(3) 상에 비접촉 베어링인 복수 개의 에어 베어링(에어 패드: 19)에 의해 부상 지지되며 Y축 방향으로 연장되는 고정자(20) 및 이 고정자(20)에 대응하여 형성되며 연결부재(22)를 통해 레티클 조동 스테이지(16)에 고정된 가동자(21)로 구성되어 있다. 그래서, 운동량 보존의 법칙에 따라 레티클 조동 스테이지(16)의 +Y 방향 이동에 따라서 고정자(20)는 -Y 방향으로 이동한다. 이 고정자(20)의 이동에 따라 레티클 조동스테이지(16)의 이동에 따른 반력을 상쇄시키는 동시에 중심 위치의 변화를 방지할 수 있다.

또, 고정자(20)는 레티클 정반(3) 위 대신에 리액션 프레임(8)에 형성할 수도 있다. 고정자(20)를 리액션 프레임(8)에 형성하는 경우에는, 에어 베어링(19)을 생략하고 고정자(20)를 리액션 프레임(8)에 고정시켜 레티클 조동 스테이지(16)의 이동에 따라 고정자(20)에 작용하는 반력을 리액션 프레임(8)을 통해 바닥으로 도피시킬 수도 있고, 상기 기술한 운동량 보존의 법칙을 이용할 수도 있다.

레티클 조동 스테이지(16)는 레티클 정반(3)의 중앙부에 형성된 상부 돌출부(3b)의 상면에 고정되며 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 도시하지 않은 에어 베어링에 의해 비접촉으로 지지되고 있다.

레티클 미동 스테이지(18)에는 버큠 척(18a)을 통해 레티클(R)이 흡착 유지되도록 되어 있다. 레티클 미동 스테이지(18)의 -Y 방향의 단부에는 코너 큐브로 이루어진 한 쌍의 Y 이동경(52a, 52b)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 측장 빔을 조사하는 3 개의 레이저 간섭계(모두 도시 생략)가 각 이동경과의 거리를 계측함으로써, 레티클 스테이지(2)의 X, Y, θZ(Z축 둘레의 회전) 방향 위치가고정밀도로 계측된다. 또, 레티클 미동 스테이지(18)의 재질로서 금속이나 코제라이트 또는 SiC로 이루어진 세라믹스를 사용할 수 있다.

도 1로 되돌아가 투영광학계(PL)로서 여기서는 물체면(레티클(R))측과 이미지면(웨이퍼(W))측 양쪽이 텔레센트릭이며 원형의 투영 시야를 가지고, 석영이나 형석을 광학 초재(硝材)로 한 굴절광학소자(렌즈소자)로 이루어진 1/4(또는 1/5) 축소 배율의 굴절광학계가 사용되고 있다. 그래서, 레티클(R)에 조명광이 조사되면, 레티클(R) 상의 회로 패턴 중 조명광으로 조명된 부분으로부터의 결상 광속이 투영광학계(PL)에 입사되고, 그 회로 패턴의 부분 도립 이미지가 투영광학계(PL)의 이미지면측의 원형 시야의 중앙에 슬릿 형상으로 제한되어 결상된다. 그럼으로써, 투영된 회로 패턴의 부분 도립 이미지는 투영광학계(PL)의 결상면에 배치된 웨이퍼(W) 상의 복수 개의 쇼트영역 중 1 개의 쇼트영역 표면의 레지스트층에 축소 전사된다.

투영광학계(PL)의 경통부의 외부 둘레에는 이 경통부에 일체화된 플랜지(23)가 형성되어 있다. 그리고, 투영광학계(PL)는 리액션 프레임(8)의 단부(8b)에 지지장치로서의 방진유닛(24)을 통해 거의 수평하게 지지된 주물 등으로 구성된 경통 정반(25)에 광축 방향을 Z 방향으로 하여 상측에서 삽입되는 동시에 플랜지(23)가 걸어맞춰져 있다. 또, 경통 정반(25)으로서 고강성ㆍ저열팽창의 세라믹스재를 사용할 수도 있다.

플랜지(23)의 소재로는, 저열팽창의 재질, 예컨대 인버(Inver; 니켈 36%, 망간 0.25% 및 미량의 탄소와 다른 원소를 함유하는 철로 이루어진 저팽창의 합금)가사용되고 있다. 이 플랜지(23)는 투영광학계(PL)를 경통 정반(25)에 대하여 점과 면과 V자형 홈을 통해 3 점에서 지지하는, 이른바 키네마틱 지지 마운트를 구성하고 있다. 이와 같은 키네마틱 지지구조를 채택하면, 투영광학계(PL)의 경통 정반(25)에 대한 부착이 쉽고, 또한 부착 후의 경통 정반(25) 및 투영광학계(PL)의 진동, 온도 변화 등에서 기인하는 응력을 가장 효과적으로 경감할 수 있는 이점이 있다.

방진유닛(24)은 삼각형의 정점 부분에 배치되고(한편, 지면 안쪽의 방진유닛에 대해서는 도시하지 않음), 내압을 조정할 수 있는 에어 마운트(26)와 보이스코일모터(27)가 단부(8b) 상에 직렬로 배치된 구성으로 되어 있다. 이들 방진유닛(24)에 의해 베이스 플레이트(10) 및 리액션 프레임(8)을 통해 경통 정반(25: 나아가서는 투영광학계(PL))에 전달되는 미소 진동이 마이크로 G(G는 중력가속도) 수준에서 절연되도록 되어 있다. 또, 방진유닛(24)의 상세한 내용에 대해서는 후술한다.

스테이지장치(7)는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 스테이지장치(4)와 투영광학계(PL)에서 분리되어 베이스 플레이트(10) 상에 형성되어 있다. 스테이지장치(7)는 웨이퍼 스테이지(5), 이 웨이퍼 스테이지(5)를 XY 평면을 따른 2 차원방향으로 이동시킬 수 있게 지지하는 웨이퍼 정반(6), 웨이퍼 스테이지(5)와 일체적으로 형성되며 웨이퍼(W)를 흡착 유지하는 시료대(ST), 이들 웨이퍼 스테이지(5) 및 시료대(ST)를 자유롭게 상대 이동할 수 있도록 지지하는 X 가이드 바(XG)를 주체로 구성되어 있다. 웨이퍼 스테이지(5)의 저면에는 비접촉 베어링인 복수 개의 에어 베어링(에어 패드: 28)이 고정되어 있고, 이들 에어 베어링(28)에 의해 웨이퍼 스테이지(5)가 웨이퍼 정반(6) 상에 예컨대 수 마이크론 정도의 클리어런스를 통해 부상 지지되고 있다.

웨이퍼 정반(6)은 베이스 플레이트(10)의 상측에 삼각형의 정점에 배치된 방진유닛(29: 한편, 지면 안쪽의 방진유닛에 대해서는 도시하지 않음)을 통해 거의 수평하게 지지되고 있다. 방진유닛(29)은 내압을 조정할 수 있는 에어 마운트(30)와 웨이퍼 정반(6)에 대하여 추진력을 부여하는 보이스코일모터(31)가 베이스 플레이트(10) 상에 병렬로 배치된 구성으로 되어 있다. 이들 방진유닛(29)에 의해 베이스 플레이트(10)를 통해 웨이퍼 정반(6)에 전달되는 미소 진동이 마이크로 G 수준(G은 중력가속도)에서 절연되도록 되어 있다

웨이퍼 스테이지(5)의 상면에는 웨이퍼홀더(41)를 통해 웨이퍼(W)가 진공 흡착 등에 의해 고정된다(도 1 참조, 도 3에서는 도시 생략). 또한, 웨이퍼 스테이지(5)의 X 방향 위치는, 투영광학계(PL)의 경통 하단에 고정된 참조경(42)을 기준으로 하여 웨이퍼 스테이지(5)의 일부에 고정된 이동경(43)의 위치 변화를 계측하는 레이저 간섭계(44)에 의해 소정의 분해능, 예컨대 0.5∼1㎚ 정도의 분해능으로 리얼 타임으로 계측된다. 또, 상기 참조경(42), 이동경(43), 레이저 간섭계(44)와 거의 직교하도록 배치된 도시하지 않은 참조경, 레이저 간섭계 및 이동경(48: 도 3 참조)에 의해 웨이퍼 스테이지(5)의 Y 방향 위치가 계측된다. 또, 이들 레이저 간섭계 중 적어도 한쪽은 측장 축을 2 축 이상 갖는 다축 간섭계로, 이들 레이저 간섭계의 계측값에 따라 웨이퍼 스테이지(5: 나아가서는웨이퍼(W))의 XY 위치 뿐만 아니라, θ 회전량 또는 이것들에 추가로 레벨링량까지 구할 수 있게 되어 있다.

투영광학계(PL)의 플랜지(23)에는, 다른 3 군데에 3 개의 레이저 간섭계(45)가 웨이퍼 정반(6)과의 Z 방향의 상대 위치를 검출하기 위한 검출장치로서 고정되어 있다(단, 도 1 및 후술하는 도 12에서는 이들 레이저 간섭계 중 1 개가 대표적으로 도시되어 있음). 각 레이저 간섭계(45)에 대향하는 경통 정반(25)의 부분에는, 개구(25a)가 각각 형성되어 있고, 이들 개구(25a)를 통해 각 레이저 간섭계(45)로부터 Z 방향의 레이저 빔(측장 빔)이 웨이퍼 정반(6)으로 조사된다. 웨이퍼 정반(6)의 상면의 각 측장 빔의 대향 위치에는 반사면이 형성되어 있다. 그래서, 상기 3 개의 레이저 간섭계(45)에 의해 웨이퍼 정반(6)의 다른 3 점의 Z 위치가 플랜지(23)를 기준으로 하여 각각 계측된다(도 12에서는 측장 빔이 웨이퍼 스테이지(5) 바로 앞을 통과하는 상태를 나타내고 있음). 또, 웨이퍼 스테이지(5)의 상면에 반사면을 형성하고, 이 반사면 상의 다른 3 점의 Z 방향위치를 투영광학계(PL) 또는 플랜지(23)를 기준으로 하여 계측하는 간섭계를 형성할 수도 있다.

또한, 상기 레티클 정반(3), 웨이퍼 정반(6), 경통 정반(25)에는, 각 정반의 Z 방향의 진동을 계측하는 3 개의 진동센서(예컨대, 가속도계; 도시 생략) 및 XY 면내 방향의 진동을 계측하는 3 개의 진동센서(예컨대, 가속도계; 도시 생략)가 각각 장착되어 있다. 후자의 진동센서 중 2 개는 각 정반의 Y 방향의 진동을 계측하고, 나머지 진동센서는 X 방향의 진동을 계측하는 것이다(이하, 편의상 이들진동센서를 진동센서군이라고 함). 그리고, 이들 진동센서군의 계측값에 따라 레티클 정반(3), 웨이퍼 정반(6), 경통 정반(25)의 6 자유도(X, Y, Z, θX, θY, θZ)의 진동을 각각 구할 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이 X 가이드 바(XG)는 X 방향을 따른 장척 형상을 하고 있고, 그 길이 방향 양단에는 전기자유닛으로 이루어진 가동자(36, 36: 도 3에서는 하나만 도시함)가 각각 형성되어 있다. 이들 가동자(36, 36)에 대응하는 자석유닛을 갖는 고정자(37, 37)는 베이스 플레이트(10)에 돌출 형성된 사이드 정반(32, 32) 상에 에어 패드(54)를 통해 형성되어 있다. 그리고, 이들 가동자(36) 및 고정자(37)에 의해 무빙 코일형 리니어모터(33, 33)가 구성되어 있고, 가동자(36)가 고정자(37)와의 사이의 전자기적 상호작용에 의해 구동됨으로써, X 가이드 바(XG)는 Y 방향으로 이동하는 동시에 리니어모터(33, 33)의 구동을 조정 함으로써 θZ 방향으로 회전 이동한다.

즉, 이 리니어모터(33)에 의해 X 가이드 바(XG)와 거의 일체적으로 웨이퍼 스테이지(5: 및 시료대(ST), 이하, 단순히 웨이퍼 스테이지(5)라고 함)가 Y 방향 및 θZ 방향으로 구동되도록 되어 있다. 또, 웨이퍼 스테이지(5)는 Y 방향 이동에는 가이드부재를 갖지 않는 가이드리스 스테이지로 되어 있는데, 웨이퍼 스테이지(5)의 X 방향 이동에 관해서도 적절하게 가이드리스 스테이지로 할 수 있다.

고정자(37, 37)는, 웨이퍼 정반(6)의 X 방향 양측에 웨이퍼 정반(6)과는 (진동적으로) 독립적으로 형성된 사이드 정반(32, 32) 상에, Y 방향으로의 가이드기구를 갖는 에어 패드(54)를 통해 각각 Y 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 각각부양 지지되고 있다. 그래서, 운동량 보존의 법칙에 따라 웨이퍼 스테이지(5)의 예컨대 +Y 방향 이동에 따라 고정자(37)는 -Y 방향으로 이동한다. 바꿔 말하면, 고정자(37)는 카운터매스로서 기능하고 있고, 그 이동에 따라 웨이퍼 스테이지(5)의 이동에 따른 반력을 상쇄시키는 동시에 중심 위치의 변화를 방지할 수 있다.

또, +X 측(도 3에서 좌측)에 배치되는 고정자(37)에는, X 가이드 바(XG)나 가동자(36)에 접속되는 에어용 배관, 냉매용 배관, 전력 배선 및 신호 공급용 시스템배선 등의 각종 용력 공급케이블 등에 응력 집중을 발생시키지 않고(완화시켜) 안내하기 위한 경사면이 형성되어 있다(단, 도 1에서는 편의상 동일 형상으로 도시함).

웨이퍼 스테이지(5)는 X 가이드 바(XG)와의 사이에 Z 방향으로 소정량의 갭을 유지하는 자석 및 액츄에이터로 이루어진 자기 가이드를 통해 X 가이드 바(XG)에 X 방향으로 자유롭게 상대 이동할 수 있도록 비접촉으로 지지ㆍ유지되고 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지(5)는 X 가이드 바(XG)에 매설된 고정자(35a)를 갖는 X 리니어모터(35)에 의한 전자기적 상호작용에 의해 X 방향으로 구동된다. 또, X 리니어모터의 가동자는 도시되어 있지 않지만, 웨이퍼 스테이지(5)에 장착되어 있다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이 X 가이드 바(XG)의 -X 방향측에는, 보이스코일모터로 구성된 X 트림모터(34)의 가동자(34a)가 장착되어 있다. X 트림모터(34)는 X 리니어모터(35)의 고정자로서의 X 가이드 바(XG)와 리액션 프레임(8) 사이에 개재되어 있고, 그 고정자(34b)는 리액션 프레임(8)에 형성되어 있다. 그래서, 웨이퍼 스테이지(5)를 X 방향으로 구동시킬 때의 반력은 X 트림모터(34)에 의해 리액션 프레임(8)에 전달되고, 또한 리액션 프레임(8)을 통해 베이스 플레이트(10)에 전달됨으로써, 웨이퍼 정반(6)에 진동이 전달되는 것을 방지할 수 있다. 또, 실제로는 X 트림모터(34)는 리니어모터(33)를 사이에 둔 Z 방향 양측에 배치되어 있는데, 도 4에서는 편의상 +Z측의 X 트림모터(34)만 도시하고 있다.

또, 고정자(37)에는 웨이퍼 스테이지(5)가 이동할 때의 운동량에 따라 이 고정자의 운동량을 보정하는 트림모터(도시 생략)가 구비되어 있다. 이 트림모터는 예컨대 고정자(37)의 Y 측 단부에 Y 방향에 따라 연이어 형성된 원주 형상의 이동자와 이동자를 Y 방향으로 구동시키는 고정자로 이루어진 샤프트모터로 구성된다. 그리고, 도 5에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 스테이지(5)가 X 방향 및 Y 방향 쌍방으로 이동하는 경우, 또는 X 가이드 바(XG)의 중앙부에서 치우쳐진 위치에서 이동하는 경우에 좌우의 고정자(37)가 그 추진력 배분에 따라 각각 다른 변위가 생기거나 가동자(36)와 고정자(37)의 커플링에 의해 이들이 상대 이동했을 때에 원래 위치에 멈추고자 하는 힘이 작용한 경우에는, 고정자(37)가 이동해야 할 위치와는 다른 위치로 이동한다. 그래서, 웨이퍼 스테이지(5)가 이동할 때의 운동량에 따라 트림모터를 구동시킴으로써, 고정자(37)가 소정 위치에 도달하도록 그 이동량(운동량)을 보정할 수 있는 구성으로 되어 있다.

도 6에 방진유닛(24)의 개략 구성도를 나타낸다. 방진유닛(24)은 소정 압력의 에어(기체)가 충전되어 이 에어(의 압력)에 의해 경통 정반(25)을 통해 투영광학계(PL)를 지지하는 에어 마운트(26) 및 에어 마운트(26)가 투영광학계(PL)를 지지하는 Z 방향으로 전자력으로 투영광학계(PL)를 구동시키는 보이스코일모터(구동장치: 27)를 주체로 구성되어 있다.

에어 마운트(26)는, 하부 지지 프레임(8d) 상에 지지된 제 1 에어실(제 1 기체실: 61), 제 1 에어실(61)에 배관(접속부: 62)으로 접속되어 연통되는 제 2 에어실(제 2 기체실: 63), 제 1 에어실(61)의 내부 공간(83)의 에어압을 검출하는 압력센서(검출장치: 84), 내부 공간(83)을 가압ㆍ감압하는 에어압 조정장치(도시 생략)에 접속되어 그 가압ㆍ감압을 전환하는 서보밸브(85) 및, 압력센서(84)의 검출 결과에 따라 서보밸브(85)를 제어하는 제어장치(80)로 개략 구성된다.

제 1 에어실(61)은 내부 공간(83)의 에어압에 따라 경통 정반(25)에 수직으로 형성된 가대(架臺: 25a)를 통해 경통 정반(25: 투영광학계(PL))을 Z 방향으로 지지하는 피스톤(87) 및 제 1 에어실(61)에 대하여 피스톤(87)을 Z 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지하는 다이어프램(86)을 구비하고 있다.

제 2 에어실(63)은 하부 지지 프레임(8d)에 형성된 오목부(63a, 63a)와 이들 오목부(63a, 63a) 사이를 관통하는 관통부(63b)로 형성되어 있다. 이 제 2 에어실(63)은 하부 지지 프레임(8d)에 형성된 도입구(63d) 및 배관(62)을 통해 제 1 에어실(61)의 내부 공간(83)과 연통되어 있다.

여기서, 하부 지지 프레임(8d)에 대해서 설명한다.

이 하부 지지 프레임(8d)은 주조에 의한 주물로서 도 7에 나타낸 바와 같이 프레임부(65a) 및 레그부(65b)로 이루어진 사각 식탁(고타츠(kotatsu)) 형상으로형성된 것으로, 프레임부(65a) 및 레그부(65b)에는 경량화를 도모하기 위한 경감부(오목부: 65c)가 강도 저하를 초래하지 않는 범위에서 복수개 형성되어 있다. 하부 지지 프레임(8d)의 재료로는, 상기 기술한 인버나 그레이 주철(FC), 닥타일 주철(FCD) 등과 같은 주철, 스테인리스 등을 사용할 수 있다.

그리고, 제 2 에어실(63)은 이들 경감부(65c) 중 에어 마운트(26)의 배치에 따른 것이 오목부(63a)로서 적절하게 선택되는 동시에, 제 1 에어실(61)의 내부 공간(83)의 용적과의 비에 따른 수가 선택되고, 또한 선택된 오목부(63a) 사이에 관통부(63b)가 형성되어 이루어진 것이다.

또한, 하부 지지 프레임(8d)에는 주조 성형에 따라 블로홀(이른바, 기포)이 발생할 가능성이 있기 때문에, 본 실시형태에서는 제 2 에어실(63)로서 선택된 오목부(63a: 경감부(65c)) 및 관통부(63b)의 표면에는 블로홀을 메워 에어 누출을 방지하는 표면처리재(63e)가 베이킹 등과 같은 수법으로 도포되어 있다.

여기서, 에어 마운트(26)의 공기 스프링으로서의 스프링 상수 K는 다음식으로 표시된다.

K=(γ×Pa×A2)/(V+Vs) ‥‥(1)

γ: 폴리트로픽 지수, Pa: 내압, A: 유효 수압 면적

V: 제 1 에어실 용적, Vs: 제 2 에어실 용적

식(1)에서 알 수 있듯이 공기 스프링의 스프링 상수 K는 용적에 반비례하고 있어, 큰 용적을 가짐으로써 저강성의 스프링이 된다. 또한, 제 1 에어실(61) 용적을 일정하게 하면, 스프링 상수 K는 제 1 에어실(61) 용적에 대한 제 2에어실(63) 용적의 비에 반비례하게 된다.

도 8에 제 1 에어실(61) 용적에 대한 제 2 에어실(63) 용적의 비와 스프링 상수의 관계를 나타낸다. 이 도면에서 알 수 있듯이 용적비가 커짐에 따라 스프링 상수도 작아지고 공기 스프링으로서의 강성이 낮아지지만, 용적비가 5를 넘으면 제 2 에어실(63) 용적 증가분과 비교하여 스프링 상수의 감소분이 미소해져 강성 저하에 대한 효과가 적어진다. 반대로, 용적비가 작은 범위에서는 제 2 에어실(63) 용적 증가분과 비교하여 스프링 상수의 감소분이 커 강성 저하에 대한 효과는 크지만, 용적비가 1미만인 경우에는 스프링 상수의 절대치가 커져 공기 스프링으로서 허용되는 강성을 넘게 된다. 그래서, 본 실시형태에서는 제 2 에어실(63) 용적을 제 1 에어실(61) 용적의 1∼5배의 범위로 설정해 둔다.

한편, 배관(62)에는 이 배관(62)의 에어 진동을 흡수하는 진동 흡수판(진동 흡수장치: 66)이 설치되어 있다. 진동 흡수판(66)은 도 9에 나타낸 바와 같이 원판에 복수 개의 관통구멍(66a)이 형성되어 이루어진 것이다. 여기서, 배관(62)의 에어의 진동 주파수 f는 다음식으로 표시된다.

‥‥(2)

c: 음속, S: 배관 단면적, L: 배관 길이, V: 공기 스프링 용적

그리고, 진동 흡수판(66)의 관통구멍(66a)은 식 (2)에 따라 배관(62)의 진동의 피크 주파수 대역을 구하고, 이 주파수 대역을 댐핑할 수 있는 구멍직경으로 설정됨으로써 오리피스부로서 기능한다.

도 6으로 되돌아가 보이스코일모터(27)는 전자력에 의해 투영광학계(PL)를 Z 방향으로 구동시키는 것으로, 하부 지지 프레임(8d)에 돌출 형성된 가대(8e)와 경통 정반(25) 사이에 에어 마운트(26)과는 독립적으로 병렬로 배치되어 있다.

다음에, 상기 하부 지지 프레임(8d)을 제조하는 순서를 도 10에 나타낸 흐름도를 사용하여 설명한다.

먼저, 단계 S1에서는, 목재나 금속 등을 사용하여 하부 지지 프레임(8d)과 동등한 형상을 갖는 모형을 제작한다. 이 때, 모형의 크기는 주물의 수축을 고려하여 다소 크게 제작하는 것이 바람직하다.

다음으로, 단계 S2에서는, 제작한 모형 둘레를 모래 등으로 채운 후에 모형을 제거함으로써, 도 11에 나타낸 바와 같이 모형(즉, 하부 지지 프레임(8d))의 주물이 되는 부분이 공동부(70)가 되는 주형(형: 71)을 조형한다.

그리고, 단계 S3에서는, 주형(71)에 대하여 경감부(65c: 즉 오목부(63a))를 형성하기 위한 중자(제 1 중자: 72)를 설치하는 동시에, 주조 후에 중자(72)를 제거할 때에 사용되는 구멍부를 형성하기 위한 중자(제 2 중자: 73)를, 중자(72)와 주형(71)과 맞닿게 설치한다. 또, 다음 설명에서는 복수 개의 경감부(65c) 중 제 2 에어실(63)로서 사용되는 것에 대해서만 언급한다.

이들 중자(72, 73)는 쌍으로 설치하지만, 주물로서의 강도를 확보하기 위해 서로 소정 폭의 간극을 두고 배치된다. 그리고, 제 2 에어실(63) 용적 설정에 의해 제 2 에어실(63)로서 사용하는 복수 개의 오목부(63a)에는, 관통부(63b)를 형성하기 위한 중자(제 3 중자: 74)를, 인접하는 중자(72, 72) 사이의 간극에 설치한다.

한편, 단계 S4에서는, 주형 조형과 병행하여(또는 주형 조형 후에), 주물이 되는 재료(주철 등)를 용해시키고, 단계 S5에서, 주형(71)의 탕구(도시 생략)를 통해 용탕을 주형(71) 내의 공동부(70)에 주탕한다. 그리고, 주형(71)을 냉각시켜(단계 S6) 주물을 고화시킨 후에, 주형(71) 및 중자(72∼74)를 제거한다(단계 S7). 이 때, 중자(72)는 중자(73)를 제거함으로써 주물에 형성된 구멍부를 통해 제거되고, 중자(74)는 중자(72, 73)를 제거함으로써 주물에 형성된 구멍부를 통해 제거된다. 그럼으로써, 오목부(63a) 및 관통부(63b)를 갖는 하부 지지 프레임(8d)이 얻어진다.

단, 이 상태의 하부 지지 프레임(8d)의 주물은 중자(73)로 형성된 구멍부의 존재에 따라 모든 오목부(63a)가 외부에 대하여 개방되어 있다. 그래서, 복수 개의 구멍부 중 배관(62)과 접속되는 도입구(63d)가 되는 구멍부(도 11에서 좌단의 중자(73)로 형성된 구멍부) 하나를 빼고 나머지를 폐색시킨다(단계 S8). 이 폐색수단으로는, 예컨대 주물의 외면에 덮개체를 장착하는 방법 등을 채택할 수 있다. 계속해서, 단계 S9에서, 제 2 에어실(63)로서 사용하는 오목부(63a) 및 관통부(63b)의 표면에 표면처리재(63e: 도 6 참조)를 도포한다. 그럼으로써, 제 2 에어실(63)을 갖는 하부 지지 프레임(8d)이 형성된다.

그리고, 이 하부 지지 프레임(8d)과 상부 지지 프레임(8c)을 결합시킴으로써 리액션 프레임(8)을 형성할 수 있다. 또한, 에어 마운트(26)에서는, 하부 지지프레임(8d) 상에 제 1 에어실(61)을 설치하는 동시에, 배관(62)에 의해 제 1 에어실(61)과 제 2 에어실(63)을 접속시킴으로써, 제 1 에어실(61)의 내부 공간(83)과 제 2 에어실(63)의 오목부(63a)가 연통되어 쌍방의 용적을 합계한 용적의 공기 스프링을 얻을 수 있다.

다음에, 방진유닛(24)의 동작에 관해서 설명한다.

레티클 스테이지(2)나 웨이퍼 스테이지(5)가 이동했을 때에는, 각 스테이지의 이동에 수반되는 중심 변화에 따른 영향을 없애는 카운터 포스를 방진유닛(11, 29)에 대하여 피드 포워드로 부여하고, 그 힘을 발생시키도록 에어 마운트(12, 30) 및 보이스코일모터(13, 31)를 구동시킨다. 또한, 각 스테이지(2, 5)와 정반(3, 6)의 마찰이 영이 아니라는 등의 이유에서, 정반(3, 6)의 6 자유도 방향의 미소한 진동이 잔류한 경우에도, 상기 잔류 진동을 제거하기 위해 에어 마운트(12, 30) 및 보이스코일모터(13, 31)를 피드백 제어한다. 그리고, 상기 스테이지(2, 5)의 이동이나 방진유닛(11, 29)의 구동에 따라 하부 지지 프레임(8d) 에 대해서도 편하중이나 잔류 진동이 작용한 경우에는 방진유닛(24)을 제어ㆍ구동시킨다.

구체적으로는 방진유닛(24)이 부담해야 할 중량이 늘어났을 때에는, 에어 마운트(26)에서 제어장치(80)가 압력센서(84)의 검출 결과를 모니터하면서 서보밸브(85)를 에어 공급측으로 전환한다. 그럼으로써, 에어압 조정장치로부터 소정 압력(예컨대 10kPa)의 에어가 서보밸브(85)를 통해 제 1 에어실(61)의 내부 공간(83)에 충전되어 피스톤(87) 및 가대(25a)를 통해 경통 정반(25: 투영광학계(PL))을 지지할 때의 지지력을 늘릴 수 있다.

또한, 에어 마운트(26)의 지지력으로 부족한 중량 증가에 대해서는 보이스코일모터(27)를 구동시켜 경통 정반(25)에 추진력을 부여함으로써, 부족한 지지력을 부담하게 된다. 또한, 경통 정반(25)의 잔류 진동에 관해서는 진동센서군의 검출 결과에 따라, 중심 변화 때와 마찬가지로 에어 마운트(26) 및 보이스코일모터(27)를 구동시킴으로써, 잔류 진동을 액티브하게 감폭시켜 하부 지지 프레임(8d)을 통해 경통 정반(25: 투영광학계(PL))에 전달되는 미소 진동을 마이크로 G (G는 중력가속도) 수준에서 절연한다. 그리고, 방진유닛(24)이 부담해야 할 중량이 줄어 에어 마운트(26) 내의 압력을 감압시킬 때에는, 서보밸브(85)를 에어배출측으로 전환하여 내부 공간(83)으로부터 에어를 배출한다.

상기 기술한 잔류 진동을 감폭시킬 때에는, 에어 마운트(26)의 공기 스프링으로서의 용적이 제 1 에어실(61) 용적 및 제 2 에어실(63) 용적으로 형성됨으로써, 스프링 상수가 작아지기 때문에 저강성의 공기 스프링으로서 기능하게 된다. 또, 에어 마운트(26)의 진동 흡수판(66)에서는 관통구멍(66a)이 오리피스부로서 기능하기 때문에, 배관(62)에 있어서의 에어의 진동 피크를 댐핑하여 그 악영향을 한없이 작게 한다.

계속해서, 노광장치(1)의 노광동작에 대해서 설명한다.

여기서는, 미리 웨이퍼(W) 상의 쇼트영역을 적정 노광량(목표 노광량)으로 주사 노광하기 위한 각종 노광조건이 설정되어 있는 것으로 한다. 그리고, 모두 도시하지 않은 레티클 현미경 및 오프액시스 얼라인먼트센서 등을 사용한 레티클 얼라인먼트, 베이스 라인 계측 등의 준비 작업이 실행되고, 그 이후 얼라인먼트센서를 사용한 웨이퍼(W)의 파인 얼라인먼트(EGA; 인핸스트 글로벌 얼라인먼트 등)가 종료되어 웨이퍼(W) 상의 복수 개의 쇼트영역의 배열 좌표가 요구된다.

이와 같이 하여 웨이퍼(W)의 노광을 위한 준비 동작이 완료되면, 얼라인먼트결과에 따라 레이저 간섭계(44)의 계측값를 모니터하면서, 리니어모터(33, 35)를 제어하여 웨이퍼(W)의 제 1 쇼트의 노광을 위한 주사 개시 위치로 웨이퍼 스테이지(5)를 이동시킨다. 그리고, 리니어모터(15, 33)를 통해 레티클 스테이지(2)와 웨이퍼 스테이지(5)의 Y 방향의 주사를 개시하여, 두 스테이지(2, 5)가 각각의 목표 주사 속도에 도달하면, 조명광학계(IU)로부터의 노광용 조명광에 의해 레티클(R) 상의 소정의 직사각형 형상의 조명영역이 균일한 조도로 조명된다. 이 조명영역에 대하여 레티클(R)이 Y 방향으로 주사되는 데에 동기하고, 이 조명영역과 투영광학계(PL)에 관해서 공액의 노광영역에 대하여 웨이퍼(W)를 주사한다.

그리고, 레티클(R)의 패턴영역을 투과한 조명광이 투영광학계(PL)에 의해 1/5배 또는 1/4배로 축소되어 레지스트가 도포된 웨이퍼(W) 상에 조사된다. 그리고, 웨이퍼(W) 상의 노광영역에는 레티클(R)의 패턴이 점차 전사되고, 1회의 주사에서 레티클(R) 상의 패턴영역의 전체면이 웨이퍼(W) 상의 쇼트영역에 전사된다. 이 주사 노광시에는 레티클 스테이지(2)의 Y 방향 이동속도와 웨이퍼 스테이지(5)의 Y 방향 이동속도가 투영광학계(PL)의 투영배율(1/5배 또는 1/4배)에 따른 속도비로 유지되도록 리니어모터(15, 33)를 통해 레티클 스테이지(2) 및 웨이퍼 스테이지(5)가 동기 제어된다.

레티클 스테이지(2)의 주사방향의 가감속시의 반력은 고정자(20)의 이동에따라 흡수되어 스테이지장치(4)의 중심 위치가 Y 방향에서 실질적으로 고정된다. 또한, 레티클 스테이지(2)와 고정자(20)와 레티클 정반(3)의 3자 사이의 마찰이 0이 아니거나 레티클 스테이지(2)와 고정자(20)의 이동 방향이 약간 다르다는 등의 이유에서, 레티클 정반(3)의 6 자유도 방향의 미소한 진동이 잔류한 경우에는, 상기 잔류 진동을 제거하기 위해 에어 마운트(12) 및 보이스코일모터(13)를 피드백제어한다. 또한, 경통 정반(25)에서는 상기 기술한 바와 같이 레티클 스테이지(2), 웨이퍼 스테이지(5)의 이동에 따른 미소 진동이 발생해도, 6 자유도 방향의 진동을 구하여 에어 마운트(26) 및 보이스코일모터(27)를 피드백 제어함으로써, 이 미소 진동을 제거하여 경통 정반(25: 투영광학계(PL))을 정상적으로 안정된 위치로 유지할 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 제 1 에어실(61)에 접속된 제 2 에어실(63)이 하부 지지 프레임(8d)에 형성되어 있으므로, 장치를 대형화하지 않고 용적이 큰 저강성의 공기 스프링을 얻을 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 1 에어실(61) 용적에 따라 제 2 에어실(63) 용적을 설정함으로써, 공기 스프링으로서 허용되는 강성이며 또한 용적 증가에 적합한 강성 저하가 얻어지는 적절한 용적 설정을 할 수 있게 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 오리피스부를 갖는 진동 흡수판(66)을 설치하고 있으므로, 배관(62)의 에어의 진동을 쉽게 댐핑할 수 있어 공진 등 에어의 진동에서 기인하는 악영향을 억제할 수도 있다.

또한, 본 실시형태의 형태에서는, 하부 지지 프레임(8d)에 형성된 경감부를 제 2 에어실(63)로서 사용하므로, 제 2 에어실(63)을 형성하기 위한 공정수를 저감할 수 있다. 더구나, 복수 개의 오목부(63a) 사이에 관통부(63b)를 형성함으로써 제 2 에어실(63) 용적을 조정할 수 있기 때문에, 공기 스프링으로서 최적의 용적 형성을 쉽게 실시할 수 있다. 그리고, 본 실시형태에서는, 제 2 에어실(63)의 표면에 표면처리재(63e)가 도포되어 있기 때문에, 제 2 에어실(63)에서 에어가 누출되는 것을 방지할 수 있어 공기 스프링으로서의 기능 저하를 방지할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는 제 2 에어실(63)로서 프레임의 오목부로 하는 구성으로 했는데, 제 2 에어실을 형성하는 보조탱크를 프레임 내에 매설하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 주조에 따른 블로홀을 고려할 필요가 없기 때문에, 에어 누출 방지용의 표면 처리가 불필요해져 프레임 제조에 관한 공정수를 저감할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는, 제 1 에어실(61)에만 압력센서(84) 및 서보밸브(85)를 설치하는 구성으로 했는데, 이에 한정되지 않고 예컨대 제 2 에어실(63)에만 설치하는 구성 또는 제 1, 제 2 에어실의 쌍방에 설치하는 구성으로 할 수도 있다.

그리고, 상기 실시형태에서는, 본 발명의 지지장치를 경통 정반(25)을 통해 투영광학계(PL)를 지지하는 방진유닛(24)에 적용하는 것으로 설명했는데, 이에 한정되지 않고 레티클 스테이지(2)를 지지하는 방진유닛(11)이나 웨이퍼 스테이지(5)를 지지하는 방진유닛(29)에도 적용할 수 있고, 이 경우 저강성의 공기 스프링을 갖는 소형 스테이지장치를 얻을 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 본 발명의 지지장치를 노광장치(1)에 적용한 구성으로 했는데, 노광장치 이외에도 전사 마스크의 묘화장치, 마스크 패턴의 위치좌표 측정장치 등의 정밀측정기기에도 적용할수 있다.

다음에, 본 발명의 지지장치 및 스테이지장치 그리고 노광장치의 제 2 실시예를 도 12를 참조하면서 설명한다. 또, 제 2 실시예의 노광장치에서는, 본 발명의 스테이지장치를 웨이퍼 스테이지에 적용하고, 또한 본 발명의 지지장치를 웨이퍼 스테이지의 정반을 지지하는 방진유닛에 적용하는 것으로 한다.

도 12의 노광장치의 방진유닛(29)이 도 13에 나타낸 바와 같이 에어 마운트(30) 내에 보이스코일모터(31)가 설치되어 있는 점을 제외하고는 도 12의 노광장치(1)는 도 1의 노광장치(1)와 대략 동일한 구성으로, 이 동일한 구성부분에 대해서는 설명을 생략한다.

웨이퍼 정반(6)은 베이스 플레이트(10)의 상측에 삼각형의 정점에 배치된 3 개의 방진유닛(지지장치: 29)을 통해 거의 수평하게 지지되고 있다. 도 13에 방진유닛의 개략 구성도를 나타낸다. 방진유닛(29)은 소정 압력의 에어(기체)가 충전되어 이 에어에 의해 웨이퍼 정반(6)을 지지하는 에어 마운트(기체실: 30)와 이 에어 마운트(30) 내에 배치된 보이스코일모터(구동장치: 31)를 주체로 구성되어 있다.

에어 마운트(30)는, 베이스 플레이트(10) 상에 설치되며 알루미늄, 스테인리스 등과 같은 케미컬 클린 대응재로 형성된 베이스(벽부재: 91), 장착 나사 등에 의해 베이스(91)에 분리할 수 있게 고정되며 또한 베이스(91)와의 사이에 O 링(시일부재: 95)이 개재되어 내부 공간(96)을 기밀하게 유지하는 본체부(92), 내부 공간(96)의 에어압을 검출하는 압력센서(93), 내부 공간(96)을 가압ㆍ감압하는 에어압 조정장치(도시 생략)에 접속되어 그 가압ㆍ감압을 전환하는 서보밸브(94) 및, 압력센서(93)의 검출 결과에 따라 서보밸브(94)를 제어하는 제어장치(107)로 개략 구성된다. 본체부(92)는 베이스(91) 상에 수직 형성된 외벽(97)과, 웨이퍼 정반(6)을 지지하는 지지면(98a)를 가지며 이 지지면(98a)과 직교하는 Z 방향(제 1 방향)으로 웨이퍼 정반(6)을 지지하는 가동자(98)와, 외벽(97)과 가동자(98) 사이에 개재되며 가동자(98)를 외벽(97)에 대하여 Z 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지하는 다이어프램(지지부재: 99)으로 구성되어 있다.

보이스코일모터(31)는 전자력에 의해 웨이퍼 정반(6)을 Z 방향으로 구동시키는 것으로, 베이스(91)에 돌출 형성된 코일로 구성된 고정자(100)와, 고정자(100)에 대하여 Z 방향으로 이동하는 스테인리스 등으로 형성된 가동자(101)로 구성되어 있다. 이 가동자(101)는 에어 마운트(30)의 가동자(98)와 장착 나사 등의 체결수단(102)으로 일체적으로 구성(형성)되어 있고, 본 제 2 실시예에서는 영구자석으로 구성되어 있다. 또, 체결수단(102)의 헤드부는 가동자(101)에 걸어맞춰지고 나사부는 가동자(98)에 나선 접착되는데, 가동자(98)에서 나사부와 나선 접착되는 암나사부는 내부 공간(96)의 에어가 흘러나오지 않도록 상부측(웨이퍼 정반(6)측)에 관통하지 않고 형성되어 있다. 또한, 내부 공간(96)의 용적은 보이스코일모터(31)를 내장하기 위해서 이 보이스코일모터(31)의 체적을 고려하여 설정되어 있다.

또한, 보이스코일모터(31)는 구동에 따라 발열되기 때문에 온도 조정용으로 냉매(온도조정용 매체)의 유동에 따라 보이스코일모터(31)의 온도를 조정하는 온도조정장치(103)가 부설되어 있다. 그리고, 베이스(91)에는 냉매를 유동시키기 위한 유로(104)가 형성되고 있고, 이 냉매는 외벽(97)과 이간된 베이스(91)의 측면(91a)으로부터 유로(104)에 도입ㆍ배출된다. 또, 냉각매체로는 HFE(히드로 플루오로 에테르)나 플로리나아트를 사용할 수 있는데, 본 실시형태에서는 지구 온난화 계수가 낮고 오존 파괴 계수가 0이기 때문에, 지구 환경 보호 관점에서 HFE를 사용하고 있다.

또한, 베이스(91)에는 보이스코일모터(31)에 전력, 구동신호 등의 용력을 공급하기 위한 용력 공급선(용력 공급로: 105)이 형성되고 있다. 그리고, 베이스(91)의 측면(91a)에는 이들 용력 공급선(105)을 외부선과 접속시키기 위한 단자대(106)가 장착되어 있다.

다음에, 상기와 같이 구성된 노광장치 중 먼저 스테이지장치(7)의 동작에 대해서 설명한다.

리니어모터(33, 35)의 구동에 따라 웨이퍼 스테이지(5)가 이동했을 때에는, 레이저 간섭계(44) 등의 계측값에 따라 웨이퍼 스테이지(5)의 이동에 따른 중심 변화에 의한 영향을 없애는 카운터 포스를 방진유닛(29)에 대하여 피드 포워드에 가하여 이 힘을 발생시키도록 에어 마운트(30) 및 보이스코일모터(31)를 구동시킨다. 또한, 웨이퍼 스테이지(5)와 웨이퍼 정반(6)의 마찰이 0이 아니라는 등의 이유에서, 웨이퍼 정반(6)의 6 자유도 방향의 미소한 진동이 잔류한 경우에도, 상기 잔류 진동을 제거하기 위해 에어 마운트(30) 및 보이스코일모터(31)를 피드백제어한다.

구체적으로는 웨이퍼 스테이지(5)의 이동에 따라 방진유닛(29)이 부담해야할 중량이 늘어났을 때에는, 에어 마운트(30)에서는 제어장치(107)가 압력센서(93)의 검출 결과를 모니터하면서 서보밸브(94)를 에어 공급측으로 전환한다. 그럼으로써, 에어압 조정장치로부터 소정 압력(예컨대 1OkPa)의 에어가 서보밸브(94)를 통해 내부 공간(96)에 충전되어, 가동자(98)를 통해 웨이퍼 정반(6)을 지지할 때의 지지력을 늘릴 수 있다. 또한, 에어 마운트(30)의 지지력으로 부족한 중량 증가에 대해서는 보이스코일모터(31)를 구동시키고 가동자(101: 및 가동자(98))를 통해 웨이퍼 정반(6)에 추진력을 부여함으로써, 부족한 지지력을 부담하게 된다. 또한, 웨이퍼 정반(6)의 잔류 진동에 관해서는 진동센서군의 검출 결과에 따라, 중심 변화때와 마찬가지로 에어 마운트(30) 및 보이스코일모터(31)를 구동시킴으로써, 잔류 진동을 액티브하게 감폭시켜 베이스 플레이트(BP)를 통해 웨이퍼 정반(6)에 전달되는 미소 진동을 마이크로 G(G는 중력가속도) 수준에서 절연한다.

또, 에어 마운트(30)의 구동 및 보이스코일모터(31)의 구동에 따라 웨이퍼 정반(6)에 부여되는 힘은 일체적으로 형성된 가동자(98) 및 가동자(101)로부터 부여되기 때문에, 복수 개의 부분에 걸쳐 웨이퍼 정반(6)에 힘을 부여하는 경우와 비교하여 안정된 추진력 부여 및 지지를 실시할 수 있는 동시에 제어 성능의 향상도 실현시킬 수 있다.

또한, 상기 보이스코일모터(31)를 구동시켰을 때에는 열이 발생하지만, 온도조정장치(103)에 의해 온도 조정된 냉매가 코일로 구성된 고정자(100)의 유로(104)를 유동함으로써 열 교환에 의해 열이 흡수된다. 또한, 보이스코일모터(31)에서 발생된 열은 내부 공간(96)에 밀봉되기 때문에 방진유닛(29)에서 발생되는 발열을 작게 할 수 있다. 그리고, 웨이퍼 스테이지(5)의 이동에 따라 방진유닛(29)이 부담해야 할 중량이 줄어, 에어 마운트(30) 내의 압력을 감압시킬 때에는 서보밸브(94)를 에어 배출측으로 전환하여 내부 공간(96)에서 에어를 배출하는데, 이는 보이스코일모터(31)의 구동에서 발생된 열에 의해 온도가 상승된 에어를 배출하게 되어 보이스코일모터(31)의 냉각에 일익을 담당하게 된다.

또, 냉매 유동용의 유로(104)는 에어 마운트 본체부(92)의 외벽(97)과 이간된 측면(91a)에 개구되어 있으므로, 외벽(97)에 시일 처리할 필요가 없어진다. 동시에, 용력 공급선(106)도 측면(91a)에서 베이스(91)에 도입되기 때문에, 외벽(97)을 관통시키는 경우와 같이 에어 유출 방지용의 시일 처리가 불필요해진다. 또한, 용력 공급선(106)과 접속시키기 위한 단자대(106)도 측면(91a)에 외부로 노출시켜 장착시킴으로써, 메인터넌스나 용력 공급선(106)과 외부 장치의 접속 작업을 쉽게 실시할 수 있다.

이와 같이 본 실시형태에서는 보이스코일모터(31)가 에어 마운트(30) 내에 배치되어 있으므로, 웨이퍼 정반(6)에 대한 지지방향 및 구동방향을 동일한 축으로 하여, 웨이퍼 정반(6)에 비틀림이 가해지지 않고 변형시키지 않는 상태를 유지하면서 노광장치의 대형화를 방지할 수 있다. 그래서, 본 실시형태에서는 장치의 대형화를 회피하면서 노광정밀도의 저하도 방지하여 디바이스의 미세화에 대응할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 보이스코일모터(31)를 에어 마운트(30) 내에 배치함으로써, 보이스코일모터(31)에서 발생된 열을 내부 공간(96)에 밀봉하므로, 방진유닛(29)의 외부에 부여되는 열의 악영향을 억제할 수 있는 동시에, 내부공간(96)의 에어를 배출했을 때에 보이스코일모터(31)의 구동에 따라 발생된 열도 함께 배출할 수 있어 냉각효율의 향상도 실현시킨다.

그리고, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 정반(6)을 지지하는 가동자(98)와 추진력을 부여하는 가동자(101)가 일체적으로 형성되어 있으므로, 외란 등의 요인이 되지 않고 안정된 지지 및 추진력 부여를 실현시킬 수 있는 동시에 제어성의 향상도 실현시키고 있다.

또, 본 실시형태에서는, 에어 마운트 본체부(92)가 베이스(91)에 대하여 자유롭게 분리할 수 있으므로, 메인터넌스나 부품 교환 등을 쉽게 실시할 수 있고 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 에어 마운트 본체부(92)와 베이스(91) 사이에 O 링(95)을 개재시킴으로써, 이들 사이에서 에어가 흘러나오는 것도 방지할 수 있다. 더구나, 본 실시형태에서는 보이스코일모터(31: 및 내부 공간(96)의 에어)의 온도를 조정하기 위한 냉매용 유로(104)나 용력 공급선(106)을 베이스(91)에 형성함으로써, 에어 마운트 본체부(92)에 형성하는 경우에 필요한 시일 처리가 불필요해져 시일 미비에서 기인하는 장해를 회피할 수 있는 동시에 장치의 비용 저감에 기여할 수 있다. 또한, 단자대(106)를 베이스(91)의 측면(91a)으로 노출 장착시킴으로써, 메인터넌스나 용력 공급선(106)과 외부장치의 접속 작업도 용이화시킬 수 있다.

또, 상기 실시형태에서, 웨이퍼 정반(6)을 통해 웨이퍼 스테이지(5)를 지지ㆍ구동시키는 방진유닛(29)에 본 발명의 지지장치를 적용하는 구성으로 했는데, 이에 한정되지 않고, 예컨대 레티클 정반(3)을 통해 레티클 스테이지(2)를 지지ㆍ구동시키는 방진유닛(11)이나 경통 정반(25)을 통해 투영광학계(PL)를 지지ㆍ구동시키는 방진유닛(24)에도 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 본 발명의 스테이지장치를 노광장치의 스테이지장치(7)에 적용한 구성으로 했는데, 노광장치 이외에도 전사 마스크의 묘화장치, 마스크 패턴의 위치좌표 측정장치 등의 정밀측정기기에도 적용할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 제 1 실시예와 제 2 실시예는 적절하게 조합하여 사용할 수있다. 예컨대, 제 1 실시예의 보이스코일모터(31)를 에어 마운트(30) 내에 이 보이스코일모터(31)와 에어 마운트(30)를 동축으로 할 수도 있다. 또한, 제 2 실시예의 에어 마운트(30)와 제 1 실시예의 제 2 에어실(63)을 접속시킬 수도 있다.

또, 본 실시형태의 기판으로는 반도체 디바이스용 반도체 웨이퍼(W) 뿐만 아니라, 액정디스플레이 디바이스용 유리기판이나 박막자기헤드용 세라믹 웨이퍼 또는 노광장치에서 사용되는 마스크 또는 레티클의 원판(합성석영, 실리콘웨이퍼) 등이 적용된다.

노광장치(1)로는 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 동기 이동시켜 레티클(R)의 패턴을 주사노광하는 스텝 앤드 스캔 방식의 주사형 노광장치(스캐닝 스테퍼; USP5,473,410) 이외에 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 정지시킨 상태에서 레티클(R)의 패턴을 노광하여, 웨이퍼(W)를 순차적으로 단계 이동시키는 스텝 앤드 리피트 방식의 투영 노광장치(스테퍼)에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 웨이퍼(W) 상에서 적어도 2 개의 패턴을 부분적으로 겹쳐 전사하는 스텝 앤드 스티치방식의 노광장치에도 적용할 수 있다.

노광장치(1)의 종류로는 웨이퍼(W)에 반도체소자 패턴을 노광하는 반도체소자 제조용의 노광장치에 한정되지 않고, 액정표시소자 제조용 또는 디스플레이 제조용의 노광장치나 박막자기헤드, 촬상소자(CCD) 또는 레티클 또는 마스크 등을 제조하기 위한 노광장치 등에도 널리 적용할 수 있다.

또한, 도시하지 않은 노광용 광원으로서 초고압 수은램프에서 발생되는 휘선(g선(436㎚), h선(404㎚), i선(395㎚)), KrF 엑시머레이저(248㎚), ArF 엑시머레이저(193㎚), F2 레이저(157㎚), Ar2 레이저(126㎚) 뿐만 아니라, 전자선이나 이온 빔 등의 하전 입자선을 사용할 수 있다. 예컨대, 전자선을 사용하는 경우에는 전자총으로 열전자 방사형의 란탄헥사보라이트(LaB6), 탄탈(Ta)을 사용할 수 있다. 또한, YAG 레이저나 반도체 레이저 등의 고조파 등을 사용할 수도 있다.

예컨대, DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저에서 발진되는 적외영역 또는 가시영역의 단일 파장 레이저를, 예컨대 에르븀(또는 에르븀과 이테르븀의 양쪽)이 도핑된 파이버 증폭기에서 증폭시키고, 또한 비선형 광학결정을 사용하여 자외광으로 파장 변환된 고조파를 노광광으로 사용할 수도 있다. 또, 단일 파장 레이저의 발진파장을 1.544∼1.553㎛ 범위 내로 하면, 193∼194㎚ 범위 내의 8배 고조파, 즉 ArF 엑시머레이저와 거의 동일한 파장이 되는 자외광이 얻어지고, 발진파장을 1.57∼1.58㎛ 범위 내로 하면, 157∼158㎚ 범위 내의 10배 고조파, 즉 F2 레이저와 거의 동일한 파장이 되는 자외광이 얻어진다.

또한, 레이저 플라스마 광원 또는 SOR에서 발생되는 파장 5∼50㎚ 정도의 연X선 영역, 예컨대 파장 13.4㎚ 또는 11.5㎚의 EUV(Extreme Ultra Violet)광을 노광광으로 사용할 수도 있고, EUV 노광장치에서는 반사형 레티클이 사용되고, 또한 투영광학계가 복수개(예컨대 3∼6 개 정도)의 반사광학소자(미러)만으로 이루어진 축소계로 되어 있다.

투영광학계(PL)의 배율은 축소계 뿐만 아니라 등배계 및 확대계 어느 것이어도 된다. 또한, 투영광학계(PL)로는 엑시머 레이저 등의 원자외선을 사용하는 경우에는 초재로서 석영이나 형석 등과 같은 원자외선을 투과하는 재료를 사용하고, F2 레이저나 X선을 사용하는 경우에는 반사굴절계 또는 굴절계의 광학계로 하고(레티클(R)도 반사형타입의 것을 사용함), 또한 전자선을 사용하는 경우에는 광학계로서 전자렌즈 및 편향기로 이루어진 전자 광학계를 사용하면 된다. 또, 전자선이 통과하는 광로는 진공상태로 하는 것은 말할 필요도 없다.

웨이퍼 스테이지(5)나 레티클 스테이지(2)에 리니어모터(USP5,923,853 또는 USP5,528,118 참조)를 사용하는 경우에는, 에어 베어링을 사용한 에어부상형 및 로렌츠 힘 또는 리액턴스 힘을 사용한 자기부상형 어느 것을 사용해도 된다. 또한, 각 스테이지(2, 5)는 가이드를 따라 이동하는 타입이거나, 가이드를 형성하지 않은 가이드리스 타입일 수도 있다.

각 스테이지(2, 5)의 구동기구로는 2 차원으로 자석을 배치한 자석유닛(영구자석)과 2 차원으로 코일을 배치한 전기자유닛을 대향시켜 전자력에 의해 각 스테이지(2, 5)를 구동시키는 평면모터를 사용할 수도 있다. 이 경우, 자석유닛과 전기자유닛 어느 하나를 스테이지(2, 5)에 접속시켜 자석유닛과 전기자유닛의 타측을 스테이지(2, 5)의 이동면측(베이스)에 형성하면 된다.

이상과 같이 본원 실시형태의 노광장치(1)는 본원 특허청구 범위에 든 각 구성요소를 포함하는 각종 서브시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해서, 이 조립 전후에는 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브시스템에서 노광장치로의 조립 공정은 각종 서브시스템 상호의, 기계적 접속, 전기회로의 배선 접속, 기압회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브시스템에서 노광장치로의 조립 공정 전에 각 서브시스템 각각의 조립 공정이 있는 것은 말할 필요도 없다. 각종 서브시스템의 노광장치로의 조립 공정이 종료되면, 종합 조정이 이루어져 노광장치 전체적인 각종 정밀도가 확보된다. 또, 노광장치의 제조는 온도 및 청정도 등이 관리된 청정실에서 행하는 것이 바람직하다.

반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스는 도 14에 나타낸 바와 같이 마이크로 디바이스의 기능ㆍ성능을 설계하는 단계 201, 이 설계 단계에 기초한 마스크(레티클)를 제작하는 단계 202, 실리콘 재료로 웨이퍼를 제조하는 단계 203, 상기 기술한 실시형태의 노광장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 노광처리 단계 204, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함함) 205, 검사 단계 206 등을 거쳐서 제조된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는 장치를 대형화하지 않고 용적이 큰 저강성의 공기 스프링을 얻을 수 있는 동시에, 허용되는 강성이며 또한 용적 증가에 적합한 강성 저하가 얻어지는 공기 스프링의 적절한 용적 설정을 할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 접속부의 기체의 진동에서 기인하는 악영향을 억제할 수도 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 장치의 대형화를 회피하면서 노광 정밀도의 저하도 방지하여, 디바이스의 미세화에 대응할 수 있는 동시에 제어성 향상 및 비용 저감도 실현시킬 수 있다.

Claims (24)

1. 소정 압력의 기체가 충전되어 상기 기체에 의해 물체를 지지하는 제 1 기체실 및 제 1 기체실을 지지하는 지지 프레임을 구비한 지지장치로서,

   상기 지지 프레임 내에 형성되며 상기 제 1 기체실과 연통되는 제 2 기체실을 구비하는 것을 특징으로 하는 지지장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기체실은 상기 지지 프레임에 형성된 복수개의 오목부와 이 복수 개의 오목부 사이를 관통하는 관통부로 형성되는 것을 특징으로 하는 지지장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기체실 용적은 상기 제 1 기체실 용적에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 지지장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 기체실 용적은 상기 제 1 기체실 용적의 1∼5배인 것을 특징으로 하는 지지장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기체실과 상기 제 2 기체실의 적어도 한쪽의 내압을 검출하는 검출장치와 이 검출장치의 검출 결과에 따라 상기 내압을 제어하는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 지지장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기체실과 상기 제 2 기체실의 접속부에는 진동 흡수장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 지지장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 진동 흡수장치는 소정 주파수 대역의 진동을 흡수하는 오리피스부를 갖는 것을 특징으로 하는 지지장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기체실의 내면에는 상기 기체 누출을 방지하는 표면 처리가 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 지지장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 지지 프레임은 주물인 것을 특징으로 하는 지지장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기체실이 상기 물체를 지지하는 방향으로 전자력으로 상기 물체를 구동시키는 구동장치를 갖는 것을 특징으로 하는 지지장치.
11. 정반 상을 스테이지 본체가 이동하는 스테이지장치로서, 상기 정반을 제 1 항에 기재된 지지장치에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
12. 마스크 스테이지에 유지된 마스크의 패턴을 기판 스테이지에 유지된 감광기판에 투영광학계에 의해 노광하는 노광장치에서,

    상기 마스크 스테이지와 상기 투영광학계와 상기 기판 스테이지의 적어도 하나를 제 1 항에 기재된 지지장치에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
13. 소정 압력의 기체가 충전되어 상기 기체에 의해 물체를 지지하는 제 1 기체실 및 상기 제 1 기체실을 지지하는 지지 프레임을 구비한 지지장치의 제조방법으로서,

    공동부를 갖는 형 내에 제 1 중자를 설치하는 동시에, 상기 제 1 중자와 상기 형에 맞닿는 제 2 중자를 설치하고 상기 지지 프레임의 주형을 형성하는 단계,

    상기 형 내에 용해된 재료를 주탕하는 단계, 및

    상기 주탕된 재료를 냉각시킨 후에 상기 형 및 상기 제 1 중자 및 상기 제 2 중자를 제거하고 상기 제 1 기체실과 연통 가능한 제 2 기체실을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지장치의 제조방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 중자 및 상기 제 2 중자를 쌍으로 서로 간극을 두고 복수개 설치하는 동시에, 인접하는 상기 제 1 중자 사이의 간극에 제 3 중자를 설치하는 단계, 및

    상기 지지 프레임에 상기 제 2 중자로 형성된 복수개의 구멍부를, 하나 빼고 폐색시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지장치의 제조방법.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 기체실의 내면에 기체 누출을 방지하는 표면 처리를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지장치의 제조방법.
16. 물체를 지지하는 지지면을 갖는 지지장치로서,

    소정 압력의 기체가 충전되어 상기 물체를 상기 기체에 의해 상기 지지면과 직교하는 제 1 방향으로 지지하는 기체실,

    상기 기체실에 배치되며 전자력에 의해 상기 물체를 상기 제 1 방향으로 구동시키는 구동장치, 및

    상기 구동장치의 온도를 조정하는 온도조정장치를 구비한 것을 특징으로 하는 지지장치.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 기체실은 상기 지지면을 갖는 본체부와 이 본체부로부터 분리할 수 있는 벽부재를 구비하고,

    상기 구동장치는 상기 벽부재에 형성된 고정자와 이 고정자에 대하여 이동하는 가동자를 구비하는 것을 특징으로 하는 지지장치.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 본체부와 상기 벽부재 사이에는 시일 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 지지장치.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 벽부재에는 온도조정용 매체를 흐르게 하는 유로가형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지지장치.
20. 제 17 항에 있어서, 상기 벽부재에는 상기 구동장치에 용력을 공급하는 용력 공급로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지지장치.
21. 제 16 항에 있어서, 상기 구동장치의 가동자는 상기 지지면과 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지지장치.
22. 제 16 항에 있어서, 상기 지지면을 상기 제 1 방향으로 이동시킬 수 있게 지지하는 지지부재를 구비한 것을 특징으로 하는 지지장치.
23. 정반 상을 스테이지 본체가 이동하는 스테이지장치로서,

    상기 정반을 제 16 항에 기재된 지지장치에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
24. 마스크 스테이지에 유지된 마스크의 패턴을 기판 스테이지에 유지된 감광기판에 투영광학계에 의해 노광하는 노광장치에서,

    상기 마스크 스테이지와 상기 투영광학계와 상기 기판 스테이지의 적어도 하나를 제 16 항에 기재된 지지장치에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 노광장치.