KR20050111572A - 스테이지 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

스테이지 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

스테이지 (WST1) 에 접속된 복수의 가동자 (44A∼44F) 와 소정의 1 축 방향을 따라서 배치된 복수의 고정자 (46A∼46F) 를 갖는 구동 장치 (DA) 에 의해, 스테이지에 2 차원 면에 평행한 구동력을 작용시켜, 스테이지를 2 차원 면내 방향 및 그 2 차원 면에 대한 경사 방향으로 구동한다. 이것에 의해, 종래와 같이, 2 차원 이동 스테이지와, 그 스테이지 상에서 상기 경사 방향으로 이동 가능한 테이블을 갖는 구성을 채용하지 않아도, 스테이지를 2 차원 면내 방향 및 경사 방향으로 이동시킬 수 있기 때문에, 스테이지를 간소한 일체물로 구성할 수 있다. 따라서, 2 차원 이동 스테이지와 테이블의 조합에 기인하는 테이블의 위치 제어성의 저하 현상과 동일한 요인에 의해 스테이지의 위치 제어성이 저하될 우려가 없다.

Description

스테이지 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{STAGE DEVICE, EXPOSURE DEICE, AND METHOD OF PRODUCING DEVICE}
기술분야
본 발명은, 스테이지 장치 및 노광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 물체를 유지하여 이동하는 스테이지를 구비하는 스테이지 장치 및 그 스테이지 장치를 구비하는 노광 장치, 그리고 그 노광 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
반도체 소자, 액정 표시 소자 등을 제조하기 위한 리소그래피 공정에서는, 마스크 또는 레티클 (이하 「레티클」이라고 총칭한다) 에 형성된 패턴을 투영광학계를 통하여 레지스트 등이 도포된 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 감광 물체 (이하, 「웨이퍼」라고 총칭한다) 상에 전사하는 스텝 앤드 리피트 방식의 축소 투영 노광 장치 (이른바 스테퍼) 나, 이 스테퍼를 개량한 스텝 앤드 스캔 방식의 주사형 투영 노광 장치 (이른바 스캐닝ㆍ스테퍼) 등이 주로 사용되고 있다.
스테퍼 등의 투영 노광 장치에서는, 피노광 물체인 웨이퍼를 유지하는 테이블과, 그 테이블을 유지하여 2 차원 이동하는 스테이지와, 이 스테이지를 구동하는 구동 기구를 구비한 스테이지 장치가 사용되고 있다. 최근, 스테이지 장치로는, 리니어 모터를 구동원으로 하는 리니어 모터 방식의 스테이지 장치가 주류로 되어 있다. 이 리니어 모터 방식의 스테이지 장치로는, 스테이지를 제 1 축 방향으로 구동하는 제 1 축 리니어 모터와, 그 제 1 축 리니어 모터와 스테이지를 일체적으로, 제 1 축에 직교하는 제 2 축 방향으로 구동하는 한 쌍의 제 2 축 리니어 모터를 구비한, 2 축 구동 리니어 모터 방식의 스테이지 장치가 비교적 많이 사용되고 있다.
이 종류의 스테이지 장치에서는, 예를 들어 국제 공개 제02/080185호 팜플렛 등에 개시된 바와 같이, 테이블은 스테이지에 대하여, 예를 들어 3 개의 보이스 코일 모터 또는 3 개의 EI 코어 등의 미동 기구를 통하여 접속되어 있고, 그 미동 기구에 의해 테이블이 스테이지 상에서 제 1 축 둘레의 회전 방향, 제 2 축 둘레의 회전 방향 및 제 1 축, 제 2 축 각각에 직교하는 제 3 축 방향에 대한 미동이 가능하도록 되어 있다. 이들 미동 기구와 상기 리니어 모터에 의해 테이블의 6 자유도 방향으로의 구동이 실현되어 있다.
상기 국제 공개 제02/080185호 팜플렛에 기재된 스테이지 장치에서는, 스테이지를 이동 기준면에 대하여 비접촉으로 지지하기 때문에, 스테이지와 이동 기준면 사이에 소정의 클리어런스를 형성하는 에어 패드를 구비하고 있다. 그러나, 이 에어 패드는 고강성이기 때문에, 도 11a 에 나타내는 바와 같이, 이동 기준면 (BS) 의 요철에 따라서 스테이지 (ST) 가 기울어지는 (피칭 진동한다) 경우가 있어, 이러한 경우에, 스테이지의 경사에 기인하여 테이블 (TB) 이 슬라이딩할 (시프트 진동할) 우려가 있었다.
또한, 테이블 (TB) 과 스테이지 (ST) 의 사이를 판 스프링에 의해 결합하는 경우에는, 판 스프링에 의한 결합부분이 고강성인 것에 기인하여, 도 11b 에 나타내는 바와 같이, 테이블에 시프트 진동이 생길 우려가 있었다.
또한, 도 11C 에 나타나는 바와 같이, 보이스 코일 모터 또는 EI 코어 등을 사용한 테이블의 레벨링 제어에 있어서, 테이블에 시프트 외란이 발생할 우려도 있었다.
상기 테이블의 시프트 진동이나 시프트 외란 등은, 테이블이 판모양인 것에 기인하는, 고유 진동수나 강성 등의 영향이 스테이지의 제어에 대한 악영향으로서 나타난 결과라고 생각된다.
발명의 개시
본 발명은, 상기 서술한 사정하에 이루어진 것으로, 제 1 관점에서 보면, 물체를 유지하고, 적어도 중력 방향에 직교하는 2 차원 면내 방향 및 그 2 차원 면에 대한 경사 방향으로 이동 가능한 스테이지; 및 상기 스테이지에 접속된 복수의 가동자와, 상기 2 차원 면내의 소정의 1 축 방향을 따라서 배치된 복수의 고정자를 갖고, 상기 2 차원 면에 평행한 방향의 구동력에 의해 상기 스테이지를 구동하는 구동 장치를 구비하는 제 1 스테이지 장치이다.
이것에 의하면, 스테이지에 접속된 복수의 가동자와 소정의 1 축 방향을 따라서 배치된 복수의 고정자를 갖는 구동 장치에 의해, 스테이지에 2 차원 면에 평행한 구동력을 작용시켜, 스테이지를 적어도 중력 방향에 직교하는 2 차원 면의 면내 방향 및 그 2 차원 면에 대한 경사 방향으로 구동한다. 이와 같이 함으로써, 종래와 같이, 2 차원 면내에서 이동 가능한 이동체와, 그 이동체 상에서 상기 경사 방향으로 이동 가능한 테이블을 갖는 복잡한 구조의 스테이지를 채용하지 않더라도, 스테이지, 나아가서는 그 스테이지에 유지된 물체를, 2 차원 면의 면내 방향의 적어도 1 자유도 방향 및 2 차원 면에 대한 경사 방향 (1 자유도 방향 또는 2 자유도 방향) 으로 이동시키는 것이 가능해진다. 이 경우, 스테이지를 일체물로 제작할 수 있기 때문에 스테이지의 구조를 간소화할 수 있는 것과 함께, 종래 문제로 되어 있던 2 차원 이동 스테이지와 테이블의 조합에 기인하는 전술하는 테이블의 위치 제어성의 저하 현상과 동일한 요인에 의한 스테이지의 위치 제어성의 저하가 생길 우려가 전혀 없다. 따라서, 심플한 구조로, 스테이지에 유지되는 물체의 고정밀도 위치 제어를 실현하는 것이 가능해진다.
이 경우에 있어서, 상기 구동 장치는, 상기 스테이지를 상기 2 차원 면내의 회전 방향으로도 구동하는 것으로 할 수 있다. 이러한 경우에는, 최대 5 자유도 방향으로 스테이지를 구동하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 1 스테이지 장치에서는, 상기 구동 장치는, 상기 스테이지를 상기 중력 방향으로도 구동하는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 스테이지를 상기 중력 방향으로 구동하는 고정자는, 상기 스테이지를 상기 2 차원 면의 면내 방향으로 구동하는 복수의 고정자 사이에 배치되어 있는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 1 스테이지 장치에서는, 상기 구동 장치는, 상기 스테이지를 상기 2 차원 면내의 3 자유도 방향, 및 상기 2 차원 면에 대한 경사 방향의 2 자유도 방향, 그리고 상기 중력 방향의 6 자유도 방향으로 구동하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 1 스테이지 장치에서는, 상기 스테이지는, 상자모양의 형상을 갖는 것으로 할 수 있다. 이러한 경우에는, 판형상의 스테이지에 비해 높은 강성을 확보할 수 있다.
본 발명의 제 1 스테이지 장치에서는, 상기 스테이지의 바닥부에 설치된 실린더부와, 그 실린더부의 내부에 삽입되고 그 실린더부에 대하여 상대 이동이 가능한 피스톤부를 갖고, 상기 피스톤부를 중력 방향 하방으로 탄성지지하는 상기 실린더부 내부의 기체의 양압 (陽壓) 에 의해, 상기 스테이지의 자중 (自重) 을 소정의 지지면의 상방에서 지지하는 자중 지지 기구를 추가로 구비하는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 자중 지지 기구의 근방에 배치되고, 상기 스테이지의 위치를 검출하는 위치 검출 장치를 추가로 구비하는 것으로 할 수 있다.
본 발명은, 제 2 관점에서 보면, 물체를 유지하고, 중력 방향에 직교하는 면내를 이동 가능한 스테이지; 및 상기 스테이지에 설치된 실린더부와, 그 실린더부의 내부에 삽입되고 그 실린더부에 대하여 상대 이동이 가능한 피스톤부를 갖고, 상기 피스톤부를 중력 방향 하방으로 탄성지지하는 상기 실린더부 내부의 기체의 양압에 의해, 상기 스테이지의 자중을 소정의 지지면의 상방에서 지지하는 자중 지지 기구를 구비하는 제 2 스테이지 장치이다.
이것에 의하면, 물체를 유지하고 중력 방향에 직교하는 면내를 이동 가능한 스테이지에, 실린더부와, 그 실린더부의 내부에 삽입되고 그 실린더부에 대하여 상대 이동이 가능한 피스톤부를 갖고, 피스톤부를 중력 방향 하방으로 탄성지지하는 상기 실린더부 내부의 기체의 양압에 의해, 스테이지의 자중을 소정의 지지면의 상방에서 지지하는 자중 지지 기구가 설치되어 있다. 따라서, 자중 지지 기구에 의해, 스테이지의 자중을 기체의 양압에 의해 지지하는 점에서, 종래의 에어 베어링에 비해 강성을 낮게 할 수 있다. 이것에 의해, 지지면이 형성된 지지부재 (스테이지 베이스) 의 진동 등이 스테이지에 전달되는 것이 최대한 억제되어, 결과적으로 스테이지, 나아가서는 그 스테이지에 유지되는 물체의 고정밀도 위치 제어를 실현하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 1, 제 2 스테이지 장치 각각에서는, 상기 자중 지지 기구는, 상기 지지면과의 사이에 소정의 클리어런스를 형성하는 제 1 베어링 기구를 갖는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 제 1 베어링 기구는, 상기 피스톤부의 상기 지지면에 대향하는 측의 면에 형성된 기체 분출구와, 상기 피스톤부에 형성되고, 상기 기체 분출구와 상기 실린더 내부의 양압 공간을 연결하여 통하게 하는 급기 (給氣) 통로를 포함하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 1, 제 2 스테이지 장치 각각에서는, 상기 자중 지지 기구는, 상기 제 1 베어링 기구를 갖는 경우에, 상기 실린더부의 내주면과 상기 피스톤부의 외주면 사이에 소정의 클리어런스를 형성하는 제 2 베어링 기구를 추가로 갖는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 제 2 베어링 기구는, 상기 피스톤부의 외주면에 형성된 기체 분출구와, 상기 피스톤부에 형성되고, 상기 기체 분출구와 상기 실린더 내부의 양압 공간을 연결하여 통하게 하는 급기 통로를 포함하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 1, 제 2 스테이지 장치 각각에서는, 상기 자중 지지 기구는, 일직선 상에 없는 적어도 3 군데에 설치되어 있는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 1, 제 2 스테이지 장치 각각에서는, 상기 지지면이 형성된 스테이지 베이스를 추가로 구비하는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 스테이지 베이스는, 상기 스테이지의 상기 2 차원 면내 방향의 이동시에, 그 이동을 발생시키는 구동력의 반력의 작용에 의해 운동량 보존칙에 따라서 이동 가능하게 구성되어 있는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 스테이지 베이스를 상기 2 차원 면내에서 구동하는 구동 기구를 추가로 구비하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 1, 제 2 스테이지 장치 각각에서는, 상기 스테이지에 형성된 반사면에 측장 (測長) 빔을 조사하고, 그 측장 빔의 상기 반사면에서의 반사광을 수광하여, 상기 스테이지의 중력 방향의 위치를 계측하는 광파 간섭식 측장기를 추가로 구비하는 것으로 할 수 있다.
본 발명은, 제 3 관점에서 보면, 물체를 각각 유지하는 복수의 스테이지; 및 상기 각 스테이지를, 적어도 중력 방향에 직교하는 2 차원 면내 방향 및 그 2 차원 면에 대한 경사 방향으로, 상기 2 차원 면에 평행한 방향의 구동력을 사용하여 개별적으로 구동하는 구동 시스템을 구비하는 제 3 스테이지 장치이다.
이것에 의하면, 구동 시스템은, 물체를 각각 유지하는 복수의 스테이지를 적어도 중력 방향에 직교하는 2 차원 면내 방향 및 그 2 차원 면에 대한 경사 방향으로, 상기 2 차원 면에 평행한 방향의 구동력을 사용하여 개별적으로 구동하기 때문에, 일체물인 스테이지를 각 스테이지로서 채용하는 것이 가능해진다. 따라서, 전술한 바와 같이, 각 스테이지에 유지된 물체의 고정밀도 위치 제어를 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 스테이지를 복수 구비하고 있기 때문에, 복수 스테이지를 사용한 병행 처리에 의해 스루풋의 향상도 기대할 수 있다.
본 발명은, 제 4 관점에서 보면, 에너지 빔에 의해 마스크를 조명하여, 상기 마스크에 형성된 패턴을 감광 물체에 전사하는 노광 장치로서, 상기 마스크와 상기 감광 물체 중 적어도 일방의 구동계로서, 본 발명의 제 1∼제 3 스테이지 장치 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치이다.
이것에 의하면, 위치 제어성이 높은 본 발명의 제 1∼제 3 스테이지 장치 중 어느 하나를, 상기 마스크와 상기 감광 물체의 적어도 일방의 구동계로서 구비하기 때문에, 마스크에 형성된 패턴을 감광 물체에 고정밀도로 전사하는 것이 가능해진다.
또한, 리소그래피 공정에 있어서, 본 발명의 노광 장치를 사용하여 노광함으로써 감광 물체 상에 패턴을 양호한 정밀도로 형성할 수 있고, 이것에 의해, 보다 고집적도의 마이크로디바이스를 고수율로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 별도의 관점에서는, 본 발명의 노광 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법이라고도 할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 도 1 의 스테이지 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3a 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 및 구동 장치를 꺼내어 나타내는 사시도이고, 도 3b 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 꺼내어 나타내는 사시도이다.
도 4a 는, 웨이퍼 스테이지를 하면측에서 본 상태를 나타내는 사시도이고, 도 4b 는, 도 4a 의 평면 미러를 떼어낸 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5 는, 자중 캔슬러(canceller)의 내부 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6 은, 자중 캔슬러를 종단면하여 나타내는 사시도이다.
도 7 은, 자중 캔슬러의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은, Z 축 간섭계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 는, 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 은, 본 발명의 스테이지 장치를 레티클의 구동계로 채용한 경우의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11a ∼ 도 11c 는, 배경기술을 설명하기 위한 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 일 실시형태를 도 1∼도 8 에 기초하여 설명한다. 도 1 에는, 일 실시형태의 노광 장치 (10) 가 개략적으로 나타나 있다.
이 노광 장치 (10) 는, 마스크로서의 레티클 (R) 과 물체 (및 감광 물체) 로서의 웨이퍼 (W1) (또는 W2) 를 일차원 방향 (여기서는, 도 1 에서의 지면 내 좌우 방향인 Y 축 방향으로 한다) 으로 동기 이동시키면서, 레티클 (R) 에 형성된 회로 패턴을 투영광학계 (PL) 을 통하여 웨이퍼 (W1) (또는 W2) 상의 복수의 쇼트 영역에 각각 전사하는 스텝 앤드 스캔 방식의 주사형 노광 장치, 즉 이른바 스캐닝ㆍ스테퍼이다.
노광 장치 (10) 는, 에너지 빔으로서의 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 을 조명하는 조명계 (12), 레티클 (R) 이 탑재되는 마스크 스테이지로서의 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 에서 출사되는 조명광 (IL) 을 웨이퍼 (W1) (또는 W2) 상에 투사하는 투영광학계 (PL), 웨이퍼 (W1) (또는 W2) 가 탑재되는 스테이지 장치 (20), 및 이들의 제어계 등을 구비하고 있다.
상기 조명계 (12) 는, 광원 및 조명광학계를 포함하고, 그 내부에 배치된 시야 조리개 (마스킹 블레이드 또는 레티클 블라인드라고도 불린다) 에 의해 규정되는 직사각형 또는 원호형상의 조명 영역 (IAR) 에 조명광 (IL) 을 조사하여, 회로 패턴이 형성된 레티클 (R) 을 균일한 조도로 조명한다. 조명계 (12) 와 동일한 조명계는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평6-349701호 및 이것에 대응하는 미국 특허 제5,534,970호 등에 개시되어 있다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
여기서, 조명광 (IL) 으로는, KrF 엑시머레이저광 (파장 248㎚), ArF 엑시머레이저광 (파장 193㎚) 등의 원자외광, 또는 F2 레이저광 (파장 157㎚) 등의 진공 자외광 등이 사용된다. 조명광 (IL) 으로서, 초고압 수은 램프로부터의 자외역의 휘선 (g 선, i 선 등) 을 사용하는 것도 가능하다.
상기 레티클 스테이지 (RST) 상에는, 레티클 (R) 이, 예를 들어 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 레티클 스테이지 구동부 (22) 에 의해서, 조명계 (12) 의 광축 (투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 일치) 에 수직인 XY 평면 내에서 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향 (Z 축 둘레의 회전 방향) 으로 미소 구동이 가능한 것과 함께, 도시하지 않은 레티클 스테이지 베이스의 상면을 따라서 소정의 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 지정된 주사 속도에 의해 구동 가능하도록 되어 있다. 또한, 레티클 스테이지 구동부 (22) 는, 리니어 모터, 보이스 코일 모터 등을 구동원으로 하는 기구이지만, 도 1 에서는 도시의 편의상 단순한 블록으로서 나타내고 있다. 또한, 레티클 스테이지 (RST) 로는, Y 축 방향으로 1 차원 구동하는 조동 (粗動) 스테이지와, 그 조동 스테이지에 대하여 레티클 (R) 를 적어도 3 자유도 방향 (X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향) 으로 미소 구동 가능한 미동 스테이지를 갖는 조미동 구조의 스테이지도 물론 채용할 수 있다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 면 내의 위치 (θz 회전을 포함한다) 는, 레티클 레이저 간섭계 (16: 이하, 「레티클 간섭계」라고 한다) 에 의해, 레티클 스테이지 (RST) 단부에 형성된 (또는 설치된) 반사면을 통하여, 예를 들어 0.5∼1㎚ 정도의 분해능으로 상시 검출된다. 레티클 간섭계 (16) 로부터의 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보 (θz 회전량 (요잉량) 등의 회전 정보를 포함한다) 는 주제어 장치 (50) 에 공급된다. 주제어 장치 (50) 에서는, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보에 근거하여 레티클 스테이지 구동부 (22) 를 통하여 레티클 스테이지 (RST) 를 구동 제어한다.
상기 투영광학계 (PL) 로는, 물체면측 (레티클측) 과 이미지면측 (웨이퍼측) 의 양쪽이 텔레센트릭하고 그 투영 배율이 1/4 (또는 1/5) 인 축소계가 사용되고 있다. 이 때문에, 레티클 (R) 에 조명계 (12) 로부터 조명광 (자외 펄스광: IL) 이 조사되면, 레티클 (R) 상에 형성된 회로 패턴 영역 중의 자외 펄스광에 의해 조명된 부분으로부터의 결상 광속이 투영광학계 (PL) 에 입사되고, 그 조명광 (IL) 이 조사된 영역 (전술한 조명 영역 (IAR)) 내의 회로 패턴의 이미지 (부분 도립 이미지) 가 자외 펄스광의 각 펄스 조사시마다 투영광학계 (PL) 의 이미지면측의 시야의 중앙에 X 축 방향으로 가늘고 긴 슬릿형상 (또는 직사각형상 (다각형)) 으로 제한되어 결상된다. 이것에 의해, 투영된 회로 패턴의 부분 도립 이미지는, 투영광학계 (PL) 의 결상면에 배치된 웨이퍼 (W1) 또는 (W2) 상의 복수의 쇼트 영역 중의 하나의 쇼트 영역 표면의 레지스트층에 축소 전사된다.
투영광학계 (PL) 로는, 조명광 (IL) 으로서 KrF 엑시머레이저광 또는 ArF 엑시머레이저광 등을 사용하는 경우에는, 굴절 광학 소자 (렌즈 소자) 만으로 이루어지는 굴절계가 주로 사용되지만, 조명광 (IL) 으로서 F2 레이저광을 사용하는 경우에는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평3-282527호 및 이것에 대응하는 미국 특허 제5,220,454호 등에 개시된 것과 같이, 굴절 광학 소자와 반사 광학 소자 (오목면경이나 빔 스플리터 등) 를 조합한 이른바 캐터디옵트릭 (catadioptric) 계 (반사 굴절계), 또는 반사 광학 소자만으로 이루어지는 반사계가 주로 사용된다. 또한, 본 국제 출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다. 단, F2 레이저광을 사용하는 경우에, 굴절계를 사용하는 것은 가능하다.
상기 스테이지 장치 (20) 는, 투영광학계 (PL) 의 도 1 에서의 하방에 배치되고, 웨이퍼 (W1, W2) 를 각각 유지하는 스테이지로서의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 와, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를, X 축 (제 1 축) 방향, Y 축 (제 2 축) 방향, Z 축 (제 3 축) 방향, 및 X, Y, Z 축 둘레의 회전 방향 (θx, θy, θz 방향) 의 6 자유도 방향으로 개별적으로 구동하는 구동 시스템을 구비하고 있다.
각각의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 는, 구동 시스템에 의해서, X 축 방향 및 Y 축 방향으로 소정 스트로크로 구동되는 것과 함께, 그 밖의 방향으로 미소 구동된다.
이하, 스테이지 장치 (20) 의 구성 각 부에 대해서, 스테이지 장치 (20) 를 사시도로 나타내는 도 2 를 중심으로 하고, 적절히 기타 도면을 참조하면서 설명한다.
상기 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 클린룸의 마루면 (F) 상에서 복수 (예를 들어 3 개) 의 방진 (防振) 유닛 (도시 생략) 에 의해 대략 수평으로 지지된 스테이지 베이스 (SB) 의 상방에 배치되어 있다.
상기 복수의 방진 유닛은, 마루면 (F) 으로부터 스테이지 베이스 (SB) 에 전달되는 미진동 (암(暗)진동) 을 마이크로 G 레벨로 절연한다. 또한, 복수의 방진 유닛으로서, 스테이지 베이스 (SB) 의 소정 지점에 각각 고정된 반도체 가속도계 등의 진동 센서의 출력에 근거하여 스테이지 베이스 (SB) 를 각각 적극적으로 진동 제어하는, 이른바 액티브 방진 장치를 사용하는 것은 물론 가능하다.
상기 일방의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 는, 경량이면서 고강성의 소재, 예를 들어 MMC (금속기 복합재: 금속과 세라믹스의 복합체 (알루미늄 합금 또는 금속 규소를 매트릭스재로 하고, 그 중에 각종 세라믹스 강화재를 복합화시킨 소재)) 에 의해 구성되고, 개략 상자모양의 형상을 갖고 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 상면 (＋Z 측면) 에는, 도 2 에서의 X 축 방향의 일단부 (＋X 측의 단부) 에 Y 축 방향으로 연장되는 X 이동경 (MX1) 이 설치되고, Y 축 방향의 일단부 (－Y 측의 단부) 에는, X 축 방향으로 연장되는 Y 이동경 (MY1) 이 설치되어 있다. 이들 이동경 (MX1, MY1) 의 각 반사면에는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 후술하는 간섭계 시스템을 구성하는 각 측장축의 간섭계로부터의 간섭계 빔 (측장 빔) 이 투사되고, 그 반사광을 각 간섭계에서 수광함으로써, 각 이동경 반사면의 기준 위치 (일반적으로는 투영광학계 측면이나, 얼라인먼트계의 측면에 고정 미러를 배치하고, 거기를 기준면으로 한다) 로부터의 변위가 계측되고, 이것에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 2 차원 위치가 계측되도록 되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 상면에는, 웨이퍼 홀더 (H1) 를 통하여 웨이퍼 (W1) 가 정전 흡착 또는 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 또한, 도 1 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측의 이동경으로서 이동경 (MY1) 만이 도시되어 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST1) 는, 구동 장치 (DA) 에 의해 X 축 방향으로 소정 스트로크로 구동되는 것과 함께, 나머지의 5 자유도 방향으로 미소 구동된다. 즉, 구동 장치 (DA) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 는 6 자유도 방향으로 구동된다. 또한, 이 구동 장치 (DA) 는, 한 쌍의 Y 축 리니어 모터 (LY1, LY2) 에 의하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 일체적으로 Y 축 방향으로 긴 스트로크로 구동된다.
여기서, 상기 구동 장치 (DA) 에 관해서 상세히 설명한다.
도 3a 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 및 구동 장치 (DA) 를 꺼내어 나타내는 사시도이고, 도 3b 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 포함하는 가동부를 꺼내어 나타내는 사시도이다.
구동 장치 (DA) 는, 도 3a 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 Y 축 방향 양 측면에 고정된 5 개의 가동자 (44A∼44E) 및 웨이퍼 스테이지 (WST1) 에 매립된 1 개의 가동자 (44F) 의 합계 6 개의 가동자 (44A∼44F) 와, 이들 가동자 (44A∼44F) 각각의 내부 (중공부) 에 도 3a 에 나타낸 것처럼 하여 삽입된, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 고정자 (46A∼46F) 를 구비하고 있다. 고정자 (46A∼46F) 는, 각각의 길이 방향 양 단부에 있어서 단면이 약 T 자형상인 Y 축 가동자 (48A, 48B) (이것에 관해서는 후술한다) 에 고정되고, 이것에 의해 고정자 (46A∼46F) 상호간의 위치 관계가 소정 위치 관계로 유지되고 있다.
상기 가동자 (44A) 는, 도 3b 에 나타낸 바와 같이, YZ 단면이 직사각형이고 전체적으로 통모양의 형상을 갖는 요크 (52) 와, 그 요크 (52) 내측의 상하 대향면에 X 축 방향을 따라 소정 간격으로 각각 배치된 복수의 계자석 (界磁石)(54) 을 갖고 있다. 이 경우, X 축 방향으로 이웃하는 계자석 (54) 끼리, Z 축 방향에서 마주 보는 계자석 (54) 끼리가 서로 역극성으로 되어 있다. 이 때문에, 요크 (52) 의 내부 공간에는, X 축 방향에 관하여 교번(交番) 자계가 형성되어 있다.
이에 대하여, 가동자 (44A) 에 삽입된 상태의 상기 고정자 (46A) 는, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 내부가 중공인 케이스체와, 그 케이스체 내에 X 축 방향을 따라서 소정 간격으로 배치된 도시하지 않은 복수의 전기자 코일을 포함하는, 전기자 유닛에 의해 구성되어 있다.
즉, 고정자 (46A) 를 구성하는 전기자 코일에 흐르는 전류와, 가동자 (44A) 를 구성하는 계자석이 발생하는 자계 (교번 자계) 와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력에 의해, 가동자 (44A) 에는 X 축 방향의 구동력이 작용하여, 가동자 (44A) 가 고정자 (46A) 를 따라서 X 축 방향으로 구동된다. 즉, 본 실시형태에서는, 고정자 (46A) 와 가동자 (44A) 에 의해, 무빙 마그네트형의 리니어 모터로 이루어지는 제 1 X 축 리니어 모터 (LX1) 가 구성되어 있다 (도 3a 참조).
상기 가동자 (44B) 는, 상기 서술한 가동자 (44A) 의 하측 (－Z 측) 에 설치되어 있다. 이 가동자 (44B) 는, 가동자 (44A) 와 동일한 구성으로 되어 있다. 또한, 이 가동자 (44B) 의 내부 (중공부) 에 삽입된 상태의 상기 고정자 (46B) 는, 상기 고정자 (46A) 와 동일한 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 고정자 (46B) 를 구성하는 전기자 코일에 흐르는 전류와, 가동자 (44B) 를 구성하는 계자석이 발생하는 자계 (교번 자계) 와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력에 의해, 가동자 (44B) 에 X 축 방향의 구동력이 작용하여, 가동자 (44B) 가 고정자 (46B) 를 따라서 X 축 방향으로 구동된다. 즉, 본 실시형태에서는, 고정자 (46B) 와 가동자 (44B) 에 의해, 무빙 마그네트형의 리니어 모터로 이루어지는 제 2 X 축 리니어 모터 (LX2) 가 구성되어 있다 (도 3a 참조).
상기 가동자 (44C) 는 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 ＋Y 측면의 Z 축 방향 중앙부에 고정되고, 크기는 다르지만, 전술한 가동자 (44A, 44B) 와 동일한 구성으로 되어 있다. 또한, 가동자 (44C) 의 내부 (중공부) 에 삽입된 상태의 상기 고정자 (46C) 는, 상기 고정자 (46A, 46B) 와 동일한 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 고정자 (46C) 를 구성하는 전기자 코일에 흐르는 전류와, 가동자 (44C) 를 구성하는 계자석이 발생하는 자계 (교번 자계) 와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력에 의해서, 가동자 (44C) 에는 X 축 방향의 구동력이 작용하여, 고정자 (46C) 를 따라서 X 축 방향으로 구동된다. 즉, 본 실시형태에서는, 고정자 (46C) 와 가동자 (44C) 에 의해, 무빙 마그넷트형의 리니어 모터로 이루어지는 제 3 X 축 리니어 모터 (LX3) 가 구성되어 있다 (도 3a 참조). 또한, 제 3 X 축 리니어 모터 (LX3) 는, 도 3a, 도 3b 에서 알 수 있듯이, 제 1, 제 2 X 축 리니어 모터 (LX1, LX2) 보다 대형의 리니어 모터로, 여기서는, 제 3 X 축 리니어 모터 (LX3) 는, 제 1, 제 2 X 축 리니어 모터 (LX1, LX2) 에 비하여 2 배의 추력을 발생하는 것이 가능하도록 되어 있다. 또한, 가동자 (44C) 의 상하면에는, 비자성체로 이루어지는 판형상 부재 (81A, 81B) 가 접착되어 있다 (도 3b 참조).
상기 제 1∼제 3 X 축 리니어 모터 (LX1∼LX3) 에 의하면, 제 1, 제 2 X 축 리니어 모터 (LX1, LX2) 각각에 추력 (M: 推力) 이, 제 3 X 축 리니어 모터 (LX3) 에 추력 (2×M) 이 발생하도록, 각 리니어 모터를 구성하는 고정자 (전기자 유닛) 내의 전기자 코일에 공급되는 전류의 크기, 방향 등이 도 1 의 주제어 장치 (50) 에 의해 제어됨으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 X 축 방향으로 구동하는 것이 가능하다. 또한, 제 1, 제 2 X 축 리니어 모터 (LX1, LX2) 에 의해 발생하는 합계 추력과, 제 3 X 축 리니어 모터 (LX3) 의 발생 추력이 미소하게 다르도록 주제어 장치 (50) 에 의해 각 리니어 모터를 구성하는 전기자 유닛 내의 전기자 코일에 공급되는 전류가 제어됨으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Z 축 둘레의 회전 방향 (θz 방향) 으로 미소 구동하는 것이 가능하다. 또한, 제 1 X 축 리니어 모터 (LX1) 의 발생 추력과 제 2 X 축 리니어 모터 (LX2) 의 발생 추력이 미소하게 다르도록 주제어 장치 (50) 에 의해 이들 리니어 모터를 구성하는 전기자 유닛 내의 전기자 코일에 공급되는 전류가 제어됨으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Y 축 둘레의 회전 방향 (θy 방향) 으로 미소 구동하는 것이 가능하다. 즉, 제 1∼제 3 X 축 리니어 모터 (LX1∼LX3) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 요잉을 제어하는 것이 가능하고, 제 1, 제 2 X 축 리니어 모터 (LX1, LX2) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 롤링을 제어하는 것이 가능하도록 되어 있다.
상기 제 3 X 축 리니어 모터 (LX3) 를 구성하는 가동자 (44C) 의 상측 (＋Z 측) 에 판형상 부재 (81A) 를 사이에 두고 가동자 (44D) 가 설치되어 있다. 이 가동자 (44D) 는, YZ 단면이 직사각형인 자성체로 이루어지는 프레임형상 부재 (56) 와, 그 프레임형상 부재 (56) 의 내측의 한 쌍의 대향면 (상면 및 하면) 에 각각 설치된 한 쌍의 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 영구자석 (58A, 58B) 을 구비하고 있다. 영구자석 (58A) 과 영구자석 (58B) 은 서로 역극성으로 되어 있다. 따라서, 영구자석 (58A) 과 영구자석 (58B) 사이에는, 자속의 방향이 ＋Z 방향 (또는 -Z 방향) 인 자계가 발생되어 있다. 또한, 이 영구자석 (58A, 58B) 과 프레임형상 부재 (56) 에 의해 형성되는 공간 내에 삽입된 상태의 고정자 (46D) 는, 케이스체와, 그 케이스체 내부에, 예를 들어 가동자 (44D) 내에 형성된 Z 축 방향의 자계 중에서 ＋X 방향으로만 또는 -X 방향으로만 전류를 흐르게 할 수 있는 배치로 배치된 1 개 또는 복수의 전기자 코일을 구비하고 있다. 이 경우, 전기자 코일로는, 예를 들어 Y 축 방향으로 소정 간격으로 배치된 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형상의 한 쌍의 코일을 사용할 수 있다.
본 실시형태에서는, 이 고정자 (46D) 를 구성하는 전기자 코일에 공급되는 전류의 크기 및 방향이 주제어 장치 (50) 에 의해 제어되도록 되어 있고, 이것에 의해, 가동자 (44D) 를 Y 축 방향으로 구동하는 구동력 (로렌츠력) 의 크기 및 방향이 임의로 제어된다. 즉, 가동자 (44D) 와, 고정자 (46D) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Y 축 방향으로 미소 구동하는 제 1 Y 축 미동 모터 (VY1) 가 구성되어 있다 (도 3a 참조).
상기 제 3 X 축 리니어 모터 (LX3) 를 구성하는 가동자 (44C) 의 하측에 판형상 부재 (81B) 를 사이에 두고 상기 가동자 (44E) 가 설치되어 있다. 이 가동자 (44E) 는, 가동자 (44C) 를 중심으로 하여 전술한 가동자 (44D) 와 대략 상하 대칭되는 배치로 되어 있다. 가동자 (44E) 는, 가동자 (44D) 와 동일한 구성으로 되어 있고, 가동자 (44E) 의 내부에는 ＋Z 방향 (또는 －Z 방향) 의 자계가 발생되어 있다. 또한, 가동자 (44E) 의 중공부에는, 도 3a 에 나타내는 바와 같이 고정자 (46E) 가 삽입되어 있다. 이 고정자 (46E) 는, 상기 고정자 (46D) 와 동일한 구성으로 되어 있다.
본 실시형태에서는, 고정자 (46E) 를 구성하는 전기자 코일에 공급되는 전류의 크기 및 방향이 주제어 장치 (50) 에 의해 제어되도록 되어 있고, 이것에 의해, 가동자 (44E) 를 고정자 (46E) 에 대하여 Y 축 방향으로 구동하는 구동력 (로렌츠력) 의 크기 및 방향이 임의로 제어된다. 즉, 가동자 (44E) 와, 고정자 (46E) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Y 축 방향으로 미소 구동하는 제 2 Y 축 미동 모터 (VY2) 가 구성되어 있다 (도 3a 참조).
따라서, 제 1, 제 2 Y 축 미동 모터 (VY1, VY2) 에 의하면, 각 Y 축 미동 모터 (VY1, VY2) 에 동일한 추력을 발생시킴으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Y 축 방향으로 미소 구동할 수 있는 것과 함께, 각 Y 축 미동 모터 (VY1, VY2) 의 발생 추력을 상이하게 함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 X 축 둘레의 회전 방향 (θx 방향) 으로 미소 구동하는 것이 가능하다. 즉, 제 1, 제 2 Y 축 미동 모터 (VY1, VY2) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 피칭을 제어하는 것이 가능하도록 되어 있다.
상기 가동자 (44F) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 거의 중앙부에 있어서, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 X 축 방향으로 관통하는 상태로 매립되어 있다. 이 가동자 (44F) 는, YZ 단면이 직사각형인 자성체로 이루어지는 프레임형상 부재 (60) 와, 그 프레임형상 부재 (60) 의 내측의 한 쌍의 대향면 (±Y 측의 면) 에 각각 형성된 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 한 쌍의 영구자석 (62A, 62B) 을 구비하고 있다. 영구자석 (62A) 과 영구자석 (62B) 은 서로 역극성으로 되어 있다. 따라서, 영구자석 (62A) 과 영구자석 (62B) 사이에는, 자속의 방향이 ＋Y 방향 (또는 －Y 방향) 인 자계가 발생되어 있다. 이들 영구자석 (62A, 62B) 과 프레임형상 부재 (60) 에 의해 형성되는 공간 내에 삽입된 상태의 상기 고정자 (46F) 는, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 케이스체와, 그 케이스체의 내부에, 예를 들어 가동자 (44F) 내에 형성된 Y 축 방향의 자계 중에서 ＋X 방향으로만 또는 －X 방향으로만 전류를 흐르게 할 수 있는 배치로 배치된 1 개 또는 복수의 전기자 코일을 구비하고 있다. 이 경우, 전기자 코일로는, 예를 들어 Z 축 방향으로 소정 간격으로 배치된 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형의 한 쌍의 코일을 사용할 수 있다.
본 실시형태에서는, 고정자 (46F) 를 구성하는 전기자 코일에 공급되는 전류의 크기 및 방향이 주제어 장치 (50) 에 의해 제어되도록 되어 있고, 이것에 의해, 가동자 (44F) 를 고정자 (46F) 에 대하여 Z 축 방향으로 구동하는 구동력 (로렌츠력) 의 크기 및 방향이 임의로 제어된다. 즉, 가동자 (44F) 와, 고정자 (46F) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Z 축 방향으로 미소 구동하는 Z 축 미동 모터 (VZ) 가 구성되어 있다 (도 3a 참조).
이와 같이, 구동 장치 (DA) 에 의하면, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 는, 제 1∼제 3 X 축 리니어 모터 (LX1∼LX3) 에 의해, X 축 방향의 조동과 Z 축 둘레의 회전 방향 (θz 방향), Y 축 둘레의 회전 방향 (θy 방향) 으로 미동되고, 제 1, 제 2 Y 축 미동 모터 (VY1, VY2) 에 의해, Y 축 방향, X 축 둘레의 회전 방향 (θx 방향) 으로 미동되고, Z 축 미동 모터 (VZ) 에 의해 Z 축 방향으로 미동된다.
다음에, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 구동 장치 (DA) 와 함께 Y 축 방향으로 긴 스트로크로 구동하는 한 쌍의 Y 축 리니어 모터 (LY1, LY2) 에 대해서 설명한다.
일방의 Y 축 리니어 모터 (LY1) 는, 도 2 에 나타내는 스테이지 베이스 (SB) 의 ＋X 측 단부에 Y 축 방향을 따라서 연장 설치된 고정자 (64A) 와, 그 고정자 (64A) 와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 Y 축 방향으로 구동되는 가동자 (48A) 를 구비하고 있다.
상기 고정자 (64A) 는, 단면이 U 자형상인 요크와, 그 요크의 한 쌍의 대향면 (상하의 대향면) 에 Y 축 방향을 따라 소정 간격으로 각각 배치된 복수의 계자석을 가지고 있다. 이 경우, Y 축 방향으로 이웃하는 계자석 끼리, Z 축 방향에서 마주 보는 계자석끼리가 역극성으로 되어 있다. 이 때문에, 요크의 내부 공간에는, Y 축 방향에 관해서 교번 자계가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 고정자 (64A) 는, 실제로는 마루면 (F) 상에 형성된 도시하지 않은 지지부재에 의해, 스테이지 베이스 (SB) 의 상면과의 사이에 소정 간격을 두고 대략 수평으로 지지되어 있다.
상기 가동자 (48A) 는, 전술한 구동 장치 (DA) 를 구성하는 고정자 (46A∼46F) 의 일단부에 설치되고 (도 3a 참조), 내부가 중공으로 된 XZ 단면 T 자형상의 케이스체와, 그 케이스체 내에 Y 축 방향을 따라 소정 간격으로 배치된 도시하지 않은 복수의 전기자 코일에 의해 구성되어 있다.
이 경우, 가동자 (48A) 를 구성하는 전기자 코일에 흐르는 전류와, 고정자 (64A) 를 구성하는 계자석이 발생하는 자계 (교번 자계) 와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력에 의해서, 가동자 (48A) 가 고정자 (64A) 를 따라 Y 축 방향으로 구동된다. 가동자 (48A) 를 구성하는 전기자 코일에 흐르는 전류의 크기 및 방향이, 주제어 장치 (50) 에 의해 제어되도록 되어 있다.
타방의 Y 축 리니어 모터 (LY2) 도, 상기 일방의 Y 축 리니어 모터 (LY1) 와 Y 축 방향에서 보아 좌우 대칭이기는 하지만 동일하게 구성되어 있다. 즉, Y 축 리니어 모터 (LY2) 는, 스테이지 베이스 (SB) 의 －X 측 단부에 Y 축 방향으로 연장 설치된 고정자 (64B) 와, 그 고정자 (64B) 와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 Y 축 방향으로 구동되는 가동자 (48B) 를 구비하고 있다. 고정자 (64B) 는, 실제로는, 마루면 (F) 상에 설치된 도시하지 않은 지지부재에 의해서, 스테이지 베이스 (SB) 의 상면과의 사이에 소정 간격을 두고 대략 수평으로 지지되어 있다.
이 경우도, 가동자 (48B) 를 구성하는 전기자 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향이 주제어 장치 (50) 에 의해 제어되고, 그 전류와 고정자 (64B) 를 구성하는 계자석이 발생하는 자계 (교번 자계) 와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 발생하는 로렌츠력에 의해, 가동자 (48B) 가 고정자 (64B) 를 따라 Y 축 방향으로 구동된다.
상기 서술한 바와 같이 구성된 한 쌍의 Y 축 리니어 모터 (LY1, LY2) 에 의해서 구동 장치 (DA) 와 함께 웨이퍼 스테이지 (WST1) 가, Y 축 방향으로 긴 스트로크로 구동되도록 되어 있다. 이 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 Y 축 방향의 구동시에 고정자 (64A, 64B) 에 그 구동력의 반력이 작용하지만, 그 반력은, 고정자 (64A, 64B) 를 각각 지지하는 도시하지 않은 지지부재를 통하여 마루면 (F) 에 전달되도록 (빠져나가도록) 되어 있다.
또한, 지금까지의 설명에서 알 수 있듯이, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 는, 주사 방향 (스캔방향) 인 Y 축 방향에 관하여, 구동 장치 (DA) 를 구성하는 제 1, 제 2 Y 축 미동 모터 (VY1, VY2) 에 의해 미소 구동되는 것과 함께, 한 쌍의 Y 축 리니어 모터 (LY1, LY2) 에 의해 소정 스트로크 범위로 구동되도록 되어 있다.
타방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 는, 상기 서술한 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 동일하게 구성되어 있다. 즉, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 는, 예를 들어, MMC 등의 경량이면서 고강성의 부재로 구성되고, 대략 상자모양의 형상을 가지며, 그 상면 (＋Z 측면) 에는, 도 2 에서의 X 축 방향의 일단부 (＋X 측의 단부) 에 Y 축 방향으로 연장되는 X 이동경 (MX2) 이 설치되고, Y 축 방향의 일단부 (＋Y 측의 단부) 에는, X 축 방향으로 연장되는 Y 이동경 (MY2) 이 설치되어 있다. 이들 이동경 (MX2, MY2) 의 각 반사면에는, 후술하는 간섭계 시스템을 구성하는 각 측장축의 간섭계로부터의 간섭계 빔이 투사되어, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 2 차원 위치가 상기 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 동일한 방법으로 계측되도록 되어 있다. 또한, 도 1 에서는, 이동경 (MY2) 만이 도시되어 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 상면에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 홀더 (H2) 를 통하여 웨이퍼 (W2) 가 정전 흡착 또는 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 웨이퍼 스테이지 (WST2) 는, 전술한 구동 장치 (DA) 와 동일하게 구성된 구동 장치 (DB) 에 의해 X 축 방향으로 소정 스트로크로 구동되는 것과 함께, 나머지의 5 자유도 방향으로 미소 구동된다. 또한, 이 구동 장치 (DB) 를 구성하는 각 모터의 고정자의 길이 방향의 일단부와 타단부에는 한 쌍의 가동자 (48C, 48D) 가 각각 설치되고, 이들 각각의 가동자 (48C, 48D) 와 전술한 한 쌍의 고정자 (64A, 64B) 에 의해 한 쌍의 Y 축 리니어 모터 (LY3, LY4) 가 구성되어 있다. 이들 Y 축 리니어 모터 (LY3, LY4) 에 의해서, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 와 일체적으로 구동 장치 (DB) 가, Y 축 방향으로 긴 스트로크로 구동되도록 되어 있다. 구동 장치 (DB) 를 구성하는 각 모터 및 Y 축 리니어 모터 (LY3, LY4) 의 각 전기자 코일에 공급되는 전류의 크기 및 방향이 주제어 장치 (50) 에 의해 제어된다.
지금까지의 설명에서 알 수 있듯이, 본 실시형태에서는, Y 축 리니어 모터 (LY1) 와 Y 축 리니어 모터 (LY3) 는 고정자 (64A) 가 공통되어 있고, Y 축 리니어 모터 (LY2) 와 Y 축 리니어 모터 (LY4) 는 고정자 (64B) 가 공통되어 있다. 단, 각 고정자를 따로따로 설치하는 것은 가능하다.
본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이 하여, 구동 장치 (DA, DB) 및 Y 축 리니어 모터 (LY1∼LY4) 를 포함하고, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 개별적으로 6 자유도 방향으로 구동하는 구동 시스템이 구성되어 있다.
도 4a 에는, 도 3b 의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측의 가동부가 상하 반전되어 사시도로서 나타나 있고, 도 4b 에는, 도 4a 의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 바닥면에 장착된 평면 미러 (MZ1: 이것에 관해서는 후술한다) 를 떼어낸 상태가 사시도로서 나타나 있다. 이 도 4b 에서 알 수 있듯이, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 내부는 그 바닥면측에서부터 그 일부가 제거되고, 그것에 의해 형성된 빈 곳 내에 3 개의 자중 지지 기구로서의 자중 캔슬러 (70A, 70B, 70C) 가 배치되어 있다.
이하, 3 개의 자중 캔슬러 (70A∼70C) 중의 하나인 자중 캔슬러 (70A) 에 관해서, 도 5∼도 7 에 기초하여 상세히 설명한다.
도 5 는, 자중 캔슬러 (70A) 를 나타내는 종단면도이고, 도 6 은, 자중 캔슬러 (70A) 하단부 근방을 단면하여 나타내는 사시도이다.
도 5 에 나타낸 바와 같이, 자중 캔슬러 (70A) 는, 하단부 (－Z 측 단부) 가 개구되고, 상단부 (＋Z 측단부) 가 폐색된 원통모양의 실린더부 (170A) 와, 그 실린더부 (170A) 내부에 상기 개구를 통하여 삽입되고, 그 실린더부에 대하여 상대 이동이 가능한 피스톤부 (170B) 를 구비하고 있다. 실린더부 (170A) 의 천장벽 (상벽) 은, 그 외경이 다른 부분보다 약간 크게 형성되어 있다. 이 경우, 실린더부 (170A) 는 일체 성형되어 있지만, 상기 천장벽 부분을 나머지 부분과 별도로 성형하여, 양자를 고정해도 된다.
상기 실린더부 (170A) 에는, 그 하단부 (－Z 측 단부) 근방에 그 내주면의 전체 둘레에 걸쳐 고리형의 제 1 고리형 볼록부 (72a) 가 형성되어 있다. 또한, 제 1 고리형 볼록부 (72a) 의 하측 (－Z 측) 에는 소정 간격을 두고 제 2 고리형 볼록부 (72b) 가 형성되어 있다. 그리고, 실린더부 (170A) 의 제 1 고리형 볼록부 (72a) 와 제 2 고리형 볼록부 (72b) 사이에 형성된 소정 깊이의 고리형 오목홈 (72d) 의 내부 바닥면에는, 실린더부 (170A) 의 내부 공간과 외부를 연결하여 통하게 하는 관통구멍 (72c) 이 소정 간격으로 복수 지점에 형성되어 있다.
상기 피스톤부 (170B) 는, 그 외주면과 상기 제 1, 제 2 고리형 볼록부 (72a, 72b) 사이에 소정의 클리어런스가 형성된 상태로, 실린더부 (170A) 내에 삽입되어 있다.
피스톤부 (170B) 는, 제 1 직경의 원기둥부와, 그 －Z 측에 설치되고 원기둥부와 동심인 제 2 직경 (>제 1 직경) 의 원판부의 2 부분으로 이루어지는 단(段)이 형성된 원기둥모양의 형상을 가지고 있다. 이 피스톤부 (170B) 에는, 상단면의 중앙부로부터 바닥면까지 도달하는 Z 축 방향의 급기관로로서의 통기관로 (74a) 가 형성되어 있다. 통기관로 (74a) 는, 피스톤부 (170B) 의 하단면 (－Z 측단면) 에 형성된 홈 (74b) 에 연이어 통하고, 피스톤부 (170B) 의 하단면 근방에서는, 그 하단면에 가까이 갈수록 좁아지도록 가공되어 있다. 즉, 통기관로 (74a) 의 하단부는, 1 종의 노즐 (선단이 가는 노즐) 의 역할을 하도록 형성되어 있다. 또한, 홈 (74b) 은, 도 4a 에 나타낸 바와 같이, 원과 십자를 조합한 형상을 가지고 있다.
또한, 피스톤부 (170B) 의 상단면의 둘레가장자리 근방에는, 중심각 90°의 간격으로 급기관로로서의 4 개의 통기관로 (76a∼76d) (단, 도 5 에서는 통기관로 (76a, 76c), 도 6 에서는 통기관로 (76a∼76c) 만을 도시하고, 통기관로 (76d) 에 대해서는 도시하지 않음) 가, 피스톤부 (170B) 의 높이 방향 중앙부의 약간 상측 위치까지 파내려간 상태로 형성되어 있다. 이들 통기관로 (76a∼76d) 의 하단부 근방에는 피스톤부 (170B) 의 외주면의 외측으로 연결되어 통하는 기체 분출구로서의 조리개 구멍 (78) 이 관통 형성되어 있다.
이 경우, 실린더부 (170A) 의 내부의 피스톤부 (170B) 보다 상방에는, 거의 기밀상태의 공간 (80) 이 형성되어 있다. 이 공간 (80) 에는, 실린더부 (170A) 의 일부에 형성된 도시하지 않은 개구를 통하여 급기관의 일단이 접속되어 있고, 이 급기관의 타단은 도시하지 않은 기체 공급 장치에 접속되어 있다. 이 기체 공급 장치로부터, 예를 들어 헬 등의 희가스 또는 질소 등이 급기관을 통하여 공간 (80) 내에 공급되어, 그 공간 (80) 은 실린더 (170A) 의 외부에 비하여 기압이 높은 양압 공간으로 되어 있다. 따라서, 이하에서는, 공간 (80) 을 「양압 공간 80」이라고도 부르기로 한다.
도 7 에는, 상기 자중 캔슬러 (70A) 의 작용을 설명하기 위한 모식도가 나타나 있다.
이 도 7 에 나타나는 바와 같이, 자중 캔슬러 (70A) 에서는, 공간 (80) 이 양압 공간으로 됨으로써 통기관로 (74a) 내에는 화살표 A1 로 나타내는 가스의 흐름 (이하, 적당히 「흐름 (A1)」이라고도 한다) 이 발생한다. 이 흐름 (A1) 으로 나타내는 가스가, 전술한 통기관로 (74a) 하단의 선단이 가는 노즐부로부터 분출되어, 홈 (74b) 내에 화살표 A2 로 나타내는 가스의 흐름이 발생한다. 이 가스가, 홈 (74b) 의 전역에 널리 퍼져, 홈 전체로부터 지지면 (SBa: 여기서는, 스테이지 베이스 (SB) 의 상면) 을 향하여 분출된다. 이것에 의해, 피스톤부 (170B) 의 바닥면과 지지면 사이의 가스의 정압 (간극내 압력) 에 의해, 피스톤부 (170B) 의 바닥면과 스테이지 베이스 (SB) 의 지지면 (SBa) 사이에 소정의 클리어런스 (△L1) 가 형성되게 되어 있다. 즉, 피스톤부 (170B) 의 바닥면에는, 실질적으로, 1 종의 기체 정압 베어링이 형성되어 있고, 피스톤부 (170B) 가 지지면 (SBa) 의 상방에 비접촉 상태로 부상 지지되어 있다. 이하에서는, 이 기체 정압 베어링을 「스러스트 베어링」이라고도 부르기로 한다.
통기관로 (74a) 와 마찬가지로, 통기관로 (76a∼76d) 에도 화살표 B1 로 나타내는 가스의 흐름이 발생되게 되고, 이것에 동반하여 조리개 구멍 (78) 에는, 피스톤부 (170B) 내부로부터 외부로 향한, 화살표 B2 로 나타내는 가스의 흐름이 발생하며, 조리개 구멍 (78) 으로부터 분출된 가스는 제 2 고리형 볼록부 (72b) 에 대하여 분사되게 된다. 이 때, 제 2 고리형 볼록부 (72b) 와 피스톤부 (170B) 외주면 사이의 가스의 정압 (간극내 압력) 에 의해, 피스톤부 (170B) 의 외주면과 제 1, 제 2 고리형 볼록부 (72a, 72b) 사이에는 소정의 클리어런스 (△L2) 가 형성되게 되어 있다. 즉, 피스톤부 (170B) 의 둘레벽에는, 실질적으로, 기체 정압 베어링이 형성되어 있고, 피스톤부 (170B) 와 실린더부 (170A) 사이는 비접촉으로 되어 있다. 이하에서는, 이 기체 정압 베어링을 「래이디얼 베어링」이라고도 부르기로 한다.
또한, 실린더부 (170A) 의 고리형 오목홈 (72d) 에 소정 간격으로 형성된 복수의 관통구멍 (72c) 에는 화살표 C1 로 나타내는 가스의 흐름이 발생되어 있고, 이것에 의해, 제 2 고리형 볼록부 (72b) 에 분사된 가스, 양압 공간 (80) 내의 가스 등, 클리어런스 (△L2) 내의 가스가 외부로 배출되도록 되어 있다.
그 밖의 자중 캔슬러 (70B, 70C) 는, 상기 서술한 자중 캔슬러 (70A) 와 동일하게 구성되어 있다.
이들 자중 캔슬러 (70A∼70C) 에 의하면, 그 상단부에서 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 지지할 때, 그 자중은, 양압 공간 (80) 의 양압에 의해 지지되는 것과 함께, 스테이지 베이스 (SB) 의 상면, 즉 지지면 (SBa) 과의 사이에는, 스러스트 베어링의 작용에 의해 항상 클리어런스 (△L1) 를 유지하는 것이 가능하도록 되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 에 경사 방향 (θx, θy 방향) 으로 기울고자 하는 힘이 생긴 경우라도, 래이디얼 베어링의 작용에 의해 클리어런스 (△L2) 를 유지하고자 하기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 경사가 흡수되게 된다. 따라서, 자중 캔슬러 (70A∼70C) 에 의하면, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 양압에 의해 저강성으로 지지하는 것과 함께, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 경사를 흡수하는 것이 가능하도록 되어 있다.
지금까지의 설명에서 알 수 있듯이, 홈 (74b) 과 통기관로 (74a) 에 의해 제 1 베어링 기구로서의 스러스트 베어링이 구성되고, 조리개 구멍 (78) 과 통기관로 (76a∼76d) 에 의해 제 2 베어링 기구로서의 래이디얼 베어링이 구성되어 있다.
전술한 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 바닥면 (－Z 측 면) 에는, 자중 캔슬러 (70A∼70C) 가 배치되는 부분을 제외한 전역에 걸쳐 평면 미러 (MZ1) 가 부착되어 있다 (도 4a 참조). 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 바닥면이 평면인 경우에는, 평면 미러 (MZ1) 를 대신하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 바닥면을 경면 가공하는 것으로 해도 된다.
도 8 에는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 모식적으로 나타내는 측면도가 나타나 있다. 이 도 8 에서 알 수 있듯이, 스테이지 베이스 (SB) 내에는 광파 간섭식 측장기로서의 Z 축 간섭계 (150), 스테이지 베이스 (SB) 내에 형성된 통로 (SBb) 내에 설치되고, Z 축 간섭계 (150) 로부터의 측장 빔을 －X 방향과 ＋Y 방향으로 분기하는 프리즘 등으로 이루어지는 빔 스플리터 (83A), 및 빔 스플리터 (83A) 의 －X 측에 설치되고, 빔 스플리터 (83A) 를 투과한 측장 빔을 반사하여 ＋Z 방향으로 절곡시키는 프리즘 (83B) 등을 구비하고 있다. 또한, 빔 스플리터 (83A) 에서 반사된 측장 빔은 다시 도시하지 않은 빔 스플리터에서 분기되고, 각각의 분기 광속 (측장 빔) 은, 별도의 프리즘 등에 의해서 ＋Z 방향을 향하여 반사되도록 되어 있다.
즉, 이러한 구성에 의해, Z 축 간섭계 (150) 로부터의 측장 빔은, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 바닥면에 설치된 평면 미러 (MZ1) 의 3 점에 대하여 조사된다. 그리고, 평면 미러 (MZ1) 에서 반사된 각각의 측장 빔의 복귀광이 동일한 경로로 Z 축 간섭계 (150) 내부에 되돌아가, 내부에서 각각 분기되고, 각각 참조 빔과 동축으로 합성되며, 그 간섭 광속이 별도의 디텍터에서 수광됨으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 Z 축 방향의 위치 및 경사 (θx, θy 방향의 회전량) 가 계측되도록 되어 있다. 즉, Z 축 간섭계 (150) 와 빔 스플리터 (83A), 프리즘 (83B) 등을 포함하는 광학계에 의해 위치 검출 장치가 구성되어 있다. 물론, Z 축 간섭계를 3 개 형성해도 되고, Z 축 간섭계에 의해 평면 미러 (MZ1) 의 1 점만의 Z 위치를 계측해도 된다. Z 축 간섭계 (150) 의 계측치는, 주제어 장치 (50) 에 공급되어 있다.
이 경우, 자중 캔슬러 (70A∼70C) 가, Z 축 간섭계 (150) 로부터의 측장 빔의 평면 미러 (MZ1) 에 대한 조사를 방해하는 것을 최대한 억제하기 위해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 가 자중 캔슬러를 1 개만 갖는 구성을 채용해도 된다.
여기서, Z 축 간섭계 (150) 및 빔 스플리터 (83A), 프리즘 (83B) 등의 배치로는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 이동 범위 내에서 상시 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 높이 방향의 위치 및 회전을 계측할 수 있는 배치를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 타방의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 에 있어서도, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 에 설치된 자중 캔슬러 (70A∼70C) 와 동일한 3 개의 자중 캔슬러가 설치되고, 이들 3 개의 자중 캔슬러에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 양압에 의해 저강성으로 지지하는 것과 함께, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 경사를 흡수하는 것이 가능하도록 되어 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 바닥면 (－Z 측의 면) 에도, 자중 캔슬러가 배치되는 부분을 제외한 전역에 걸쳐 평면 미러가 부착되어 있고, 이 평면 미러의 적어도 3 점에 대하여, 스테이지 베이스 (SB) 에 설치된 빔 스플리터, 프리즘 등을 통하여 Z 축 간섭계로부터의 측장 빔이 조사되어, 전술한 것과 동일하게, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 Z 축 방향의 위치 및 경사 방향 (θx, θy 방향의) 회전량을 계측하는 것이 가능하도록 되어 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 가, 각 3 개의 자중 캔슬러 (70A∼70C) 에 의해 지지면 (SBa) 의 상방에 부상 지지되고, 또한 그 Z 위치와 경사 (θx, θy 방향의 회전량) 가 Z 축 간섭계에 의해 계측되도록 되어 있다. 이 때문에, 스테이지 베이스 (SB) 의 상면 (SBa) 을 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 이동 기준면으로 할 필요가 없기 때문에, 종래의 스테이지 정반과 같이 그 평탄도를 높게 할 필요가 없어, 그 가공이 용이함과 아울러 제조 비용의 저감이 가능하도록 되어 있다.
도 1 로 되돌아가, 상기 투영광학계 (PL) 의 X 축 방향의 양측에는, 동일한 기능을 가진 오프액시스 (off-axis) 방식의 마크 검출계로서의 한 쌍의 얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 가 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) (레티클 패턴 이미지의 투영 중심과 거의 일치) 으로부터 각각 동일 거리만큼 떨어진 위치에 설치되어 있다.
상기 얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 로는, 본 실시형태에서는, 화상 처리 방식의 결상식 얼라인먼트 센서의 일종인 FIA (Field Image Alignment) 계의 얼라인먼트 센서가 사용되고 있다. 이들 얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 는, 광원 (예를 들어 할로겐 램프) 및 결상광학계, 검출 기준이 되는 지표 마크가 형성된 지표판, 및 촬상 소자 (CCD) 등을 포함하여 구성되어 있다. 이들 얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 에서는, 광원으로부터의 브로드밴드 (광대역) 광에 의해 검출 대상인 마크를 조명하고, 이 마크 근방으로부터의 반사광을 결상광학계 및 지표를 통하여 CCD 에서 수광한다. 이 때, 마크의 이미지가 지표의 이미지와 함께 CCD 의 촬상면에 결상된다. 그리고, CCD 로부터의 화상 신호 (촬상 신호) 에 소정의 신호 처리를 실시함으로써, 검출 기준점인 지표 마크의 중심을 기준으로 하는 마크의 위치를 계측한다. 얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 와 같은 FIA 계의 얼라인먼트 센서는, 알루미늄층이나 웨이퍼 표면의 비대칭 마크의 검출에 특히 유효하다.
본 실시형태에서는, 얼라인먼트계 (ALG1) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에 유지된 웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크 및 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에 고정된 도시하지 않은 기준 마크판 상에 형성된 기준 마크의 위치 계측 등에 사용된다. 또한, 얼라인먼트계 (ALG2) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상에 유지된 웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크 및 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상에 고정된 도시하지 않은 기준 마크판 상에 형성된 기준 마크의 위치 계측 등에 사용된다.
얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 로부터의 화상 신호는, 도시하지 않은 얼라인먼트 제어 장치에 의해 A/D 변환되고, 디지탈화된 파형 신호를 연산 처리하여 지표 중심을 기준으로 하는 마크의 위치가 검출된다. 이 마크 위치의 정보가 도시하지 않은 얼라인먼트 제어 장치로부터 주제어 장치 (50) 에 보내지도록 되어 있다.
다음에, 각 웨이퍼 스테이지의 2 차원 위치를 계측하는 상기 간섭계 시스템에 대해서, 도 2 를 참조하면서 설명한다.
도 2 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 이동경 (MY1) 의 반사면에는, 투영광학계 (PL) 의 광축과 얼라인먼트계 (ALG1) 의 광축을 통과하는 Y 축을 따라서, Y 축 간섭계 (116) 로부터의 측장축 (BI1Y) 으로 나타내는 간섭계 빔이 조사되고 있다. 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 Y 이동경 (MY2)) 의 반사면에는, 투영광학계 (PL) 의 광축과 얼라인먼트계 (ALG2) 의 광축을 통과하는 Y 축을 따라서, Y 축 간섭계 (118) 로부터의 측장축 (BI2Y) 으로 나타내는 간섭계 빔이 조사되고 있다. 그리고, Y 축 간섭계 (116, 118) 에서는 이동경 (MY1, MY2) 으로부터의 반사광을 각각 수광함으로써, 각 이동경의 반사면의 기준 위치로부터의 상대 변위를 계측하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 Y 축 방향 위치를 계측하도록 되어 있다. 여기서, Y 축 간섭계 (116, 118) 는, 각 3 개의 광축을 갖는 3 축 간섭계로, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 Y 축 방향의 계측 이외에, 피칭 (X 축 둘레의 회전 (θx 회전)) 및 요잉 (θz 방향의 회전) 의 계측이 가능하도록 되어 있다. 각 광축의 출력치는 독립적으로 계측할 수 있도록 되어 있다. 단, 전술한 Z 축 간섭계에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 피칭 계측이 가능하기 때문에, Y 축 간섭계 (116, 118) 는, 피칭 계측이 반드시 가능하지 않아도 된다.
또한, 측장축 (BI1Y), 측장축 (BI2Y) 의 각 간섭계 빔은, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 이동 범위의 전역에서 항상 이동경 (MY1, MY2) 에 닿도록 되어 있고, 따라서, Y 축 방향에 대해서는, 투영광학계 (PL) 를 사용한 노광시, 얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 의 사용시 등의 어떠한 때에도 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 위치는 측장축 (BI1Y), 측장축 (BI2Y) 의 계측치에 기초하여 관리된다.
또한, 본 실시형태에서는, 투영광학계 (PL) 의 광축에서 측장축 (BI1Y, BI2Y) 과 수직으로 교차하는 측장축 (BI2X) 를 갖는 X 축 간섭계 (146) 와, 얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 의 광축에서 측장축 (BI1Y, BI2Y) 과 각각 수직으로 교차하는 측장축 (BI1X, BI3X) 을 각각 갖는 X 축 간섭계 (144, 148) 가 형성되어 있다.
본 실시형태의 경우, 투영광학계 (PL) 를 사용한 노광시의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 X 방향 위치 계측에는, 투영광학계 (PL) 의 광축을 통과하는 측장축 (BI2X) 을 갖는 X 축 간섭계 (146) 의 계측치가 사용되고, 얼라인먼트계 (ALG1) 의 사용시 등의 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 X 방향 위치 계측에는, 얼라인먼트계 (ALG1) 의 광축을 통과하는 측장축 (BI1X) 을 갖는 X 축 간섭계 (144) 의 계측치가 사용되며, 얼라인먼트계 (ALG2) 사용시 등의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 X 방향 위치 계측에는, 얼라인먼트계 (ALG2) 의 광축을 통과하는 측장축 (BI3X) 을 갖는 X 축 간섭계 (148) 의 계측치가 사용된다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, Y 축 간섭계 (116, 118) 및 X 축 간섭계 (144, 146, 148) 의 합계 5 개의 간섭계에 의하여 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 XY 2 차원 좌표 위치를 관리하는 웨이퍼 간섭계 시스템이 구성되어 있다.
본 실시형태에서는, X 축 간섭계 (144, 146, 148) 의 측장 빔간 거리가 이동경 (MX1, MX2) 의 길이 방향의 길이보다도 크기 때문에, 상황에 따라서는, X 축 간섭계의 측장축이 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 반사면으로부터 벗어나게 된다. 즉, 얼라인먼트 위치로부터 노광 위치로의 이동, 또는 노광 위치로부터 웨이퍼 교환 위치로의 이동 등을 할 때에, X 축 방향의 간섭계 빔이 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 이동경에 닿지 않게 되는 상태가 발생하여, 제어에 사용하는 간섭계의 전환이 필수적으로 된다. 이러한 점을 고려하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 X 축 방향의 위치를 계측하는 도시하지 않은 리니어 인코더가 설치되어 있다.
즉, 본 실시형태에서는, 주제어 장치 (50) 가, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 상기 얼라인먼트 위치로부터 노광 위치로의 이동, 또는 노광 위치로부터 웨이퍼 교환 위치로의 이동 등을 할 때에, Y 축 간섭계에 의해 계측되는 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 Y 위치 정보와 리니어 인코더에 의해 계측되는 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 X 위치 정보에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 Y 위치, X 위치의 이동을 제어한다.
물론, 주제어 장치 (50) 에서는, 그때까지 제어에 사용되고 있지 않았던 측장축의 X 축 간섭계로부터의 간섭계 빔이 다시 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 이동경에 닿았을 때에는, 그 X 축 간섭계를 리셋 (또는 프리셋) 하고, 이후, 간섭계 시스템을 구성하는 X 축 간섭계, Y 축 간섭계의 계측치에만 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 이동을 제어한다.
또한, 상기 X 축 간섭계 (144, 146, 148) 는, 각 2 개의 광축을 갖는 2 축 간섭계로, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 X 축 방향의 계측 이외에, 롤링 (Y 축 둘레의 회전 (θy 회전)) 의 계측이 가능하도록 되어 있다. 또한, 각 광축의 출력치는 독립적으로 계측할 수 있도록 되어 있다. 이 경우도, 전술한 것과 동일한 이유에서 롤링 계측이 반드시 가능하지 않아도 되지만, Z 축 간섭계로부터의 측장 빔이 3 점 중 적어도 1 점에 조사되지 않게 되는 경우가 발생하는 구성인 경우에는, 롤링 계측을 할 수 있는 것이 바람직하다. 이 점은, 전술한 피칭 계측에 대해서도 동일하다.
상기 서술한 바와 같이 하여 구성된 간섭계 시스템을 구성하는 각 간섭계의 계측치는, 주제어 장치 (50) 로 보내지도록 되어 있다. 주제어 장치 (50) 에서는, 각 간섭계의 출력치에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 전술한 구동 장치 (DA, DB) 및 Y 축 리니어 모터 (LY1∼LY4) 를 통하여 독립적으로 제어한다.
그리고, 본 실시형태에서는, 도시는 생략되어 있지만, 레티클 (R) 의 상방에, 투영광학계 (PL) 를 통하여 레티클 (R) 상의 레티클 마크와 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 상의 도시하지 않은 기준 마크판 상의 마크를 동시에 관찰하기 위한 노광 파장을 사용한 TTR (Though The Reticle) 방식의 레티클 얼라인먼트계가 형성되어 있다. 이들 레티클 얼라인먼트계의 검출 신호는, 도시하지 않은 얼라인먼트 제어 장치를 통하여 주제어 장치 (50) 에 공급되도록 되어 있다. 또한, 레티클 얼라인먼트계의 구성은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평7-176468호 및 이것에 대응하는 미국 특허 제5,646,413호 등에 상세히 개시되어 있다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 이것에 대응하는 상기 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
또한, 도시는 생략되어 있지만, 투영광학계 (PL), 얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 각각에는, 합초 위치를 조사하기 위한 오토포커스/오토레벨링 계측 기구 (이하, 「AF/AL 계」라고 한다) 가 각각 설치되어 있다. 이와 같이, 투영광학계 (PL) 및 한 쌍의 얼라인먼트계 (ALG1, ALG2) 의 각각에 AF/AL 계를 설치한 노광 장치의 구성은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-214783호 및 이에 대응하는 미국 특허 제6,341,007호 등에 상세히 개시되어 있고, 본 국제 출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허용하는 한, 상기 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
전술한 바와 같이하여 구성된 본 실시형태의 노광 장치 (10) 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 가 투영광학계 (PL) 의 바로 아래에서 노광 동작을 행하고 있는 동안, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 측에서는 웨이퍼 교환과 얼라인먼트계 (ALG2) 바로 아래에서의 웨이퍼 얼라인먼트 동작이 이루어진다 (도 1,도 2 의 상태). 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 투영광학계 (PL) 의 바로 아래에서 노광 동작을 행하고 있는 동안, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측에서는 웨이퍼 교환, 얼라인먼트계 (ALG1) 바로 아래에서의 웨이퍼 얼라인먼트 동작이 이루어진다. 즉, 본 실시형태의 노광 장치 (10) 에서는, 이렇게 해서 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 상에서 병행 처리 동작함으로써 스루풋의 향상이 꾀해진다.
상기 노광 동작시에는, 웨이퍼의 Z 축 방향의 위치에 대하여, 상기 Z 축 간섭계 (150) 를 통하여 계측하고, 이 계측 결과에 따라서, 주제어 장치 (50) 는 웨이퍼 스테이지 (WST1) (또는 WST2) 를 구동 장치 (DA) (또는 DB) 를 통하여 구동한다. 또한, Z 축 간섭계 (150) 로부터의 측장 빔이 평면 미러에 닿지 않는 경우 등에 있어서는, 상기 AF/AL 계를 사용하여 웨이퍼의 Z 방향의 위치에 대하여 계측하는 것으로 해도 된다. 또한, Z 축 간섭계 (150) 와 AF/AL 계에 의한 웨이퍼의 Z 위치 계측을 동시에 실시하고, 양 계측 결과에 근거하여 웨이퍼 스테이지의 Z 축 방향 위치를 제어하는 것으로 해도 된다.
상기 웨이퍼 교환에서는, 도시하지 않은 웨이퍼 로더에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST1) (또는 웨이퍼 스테이지 (WST2)) 상에 탑재된 노광을 마친 웨이퍼의 언로딩 및 새로운 웨이퍼의 로딩이 이루어진다.
또한, 웨이퍼 얼라인먼트 동작에서는, 얼라인먼트계 (ALG1 또는 ALG2) 를 사용하여 예를 들어 일본 공개특허공보 소61-44429호 및 이에 대응하는 미국 특허 제4,780,617호 등에 개시되는 EGA (EnhancedㆍGlobalㆍAlignment) 방식 등의 웨이퍼 얼라인먼트가 실행된다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 이것에 대응하는 상기 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
이러한 웨이퍼 얼라인먼트의 종료 후, 웨이퍼 (W1) (또는 웨이퍼 (W2)) 상의 각 쇼트 영역의 노광을 위한 가속 개시 위치에 웨이퍼 스테이지 (WST1) (또는 웨이퍼 스테이지 (WST2)) 를 이동시키는 쇼트간 스테핑 동작과, 전술한 주사 노광에 의해 그 노광 대상의 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴을 전사하는 노광 동작을 반복하는, 스텝 앤드 스캔 방식의 노광 동작이 이루어진다. 또한, 이 노광 동작은, 통상적인 스캐닝ㆍ스테퍼와 동일한 방법으로 이루어지기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
상기 노광 동작에 있어서, 주제어 장치 (50) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) (또는 WST2) 를 Y 축 방향 (스캔방향) 으로 한 쌍의 Y 축 리니어 모터 (LY1, LY2 (또는 LY3, LY4) 를 통하여 긴 스트로크로 구동하면서, 구동 장치 (DA) (또는 DB) 를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WST1) (또는 WST2) 를 6 자유도 방향으로 미소 구동한다. 특히, 스캔방향에 대해서는, 한 쌍의 Y 축 리니어 모터의 구동에 의한 웨이퍼 스테이지의 레티클 스테이지 (RST) 와의 동기 오차를 흡수하도록 Y 축 미동 모터 (VY1, VY2) 에 의해 웨이퍼 스테이지를 미소 구동할 수 있다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 스테이지 장치 (20) 에 의하면, 웨이퍼 스테이지 (WST1) (또는 WST2) 에 형성된 가동자 (44A∼44F) 와 X 축 방향을 따라 배치된 고정자 (46A∼46F) 를 갖는 구동 장치 (DA) (또는 DB) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST1) (또는 WST2) 에 XY 면에 평행한 구동력을 작용시켜, 웨이퍼 스테이지 (WST1) (또는 WST2) 를 중력 방향 (Z 축 방향) 에 직교하는 2 차원 면 (XY 면) 내 방향 (X 축, Y 축 및 θz 방향), XY 면에 대한 경사 방향 (θx, θy 방향), 및 Z 축 방향으로 구동한다. 이렇게 함으로써, 종래와 같이, 2 차원 면 내에서 이동 가능한 이동체와, 그 이동체 상에서 상기 경사 방향으로 이동 가능한 테이블을 갖는 복잡한 구조의 스테이지를 채용하지 않더라도, 웨이퍼 스테이지, 나아가서는 그 웨이퍼 스테이지에 유지된 웨이퍼를 상기 6 자유도 방향으로 이동시키는 것이 가능해진다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지를 일체물로 제작할 수 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지의 구조를 간소화할 수 있는 것과 함께, 종래 문제가 되었던 2 차원 이동 스테이지와 테이블의 조합에 기인하는 전술한 테이블의 위치 제어성의 저하 현상과 동일한 요인에 의한 스테이지의 위치 제어성 저하가 발생할 우려가 전혀 없다. 따라서, 심플한 구조로, 웨이퍼 스테이지에 유지되는 웨이퍼의 고정밀도 위치 제어의 실현이 가능해진다.
또한, 본 실시형태의 스테이지 장치 (20) 에서는, 웨이퍼 스테이지가 상자모양의 형상을 가지고 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지의 고강성을 실현할 수 있고, 이것에 의해, 웨이퍼 스테이지를 안정적으로 구동하는 것이 가능해진다. 즉, 웨이퍼의 고정밀도 위치 결정을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 웨이퍼를 유지하여 XY 면 내를 이동 가능한 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 에, 실린더부 (170A) 와, 그 실린더부 (170A) 내부에 삽입되고 그 실린더부에 대하여 상대 이동이 가능한 피스톤부 (170B) 를 갖고, 피스톤부를 중력 방향 하방으로 탄성지지하는 상기 실린더부 내부의 기체의 양압에 의해, 웨이퍼 스테이지의 자중을 스테이지 베이스 (SB) 의 상방에서 지지하는 자중 캔슬러 (70A∼70C) 가 설치되어 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 자중을 기체의 양압에 의해 지지함으로써, 종래 웨이퍼 스테이지를 Z 축 방향에 관하여 지지하고 있던 에어 베어링 구조에 비해 강성을 낮게 할 수 있다. 이것에 의해, 스테이지 베이스 (SB) 의 진동 등이 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 에 전달되는 것을 최대한 억제할 수 있기 때문에, 이 점에서도 스테이지의 고정밀도 위치 제어를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 Z 축 방향 위치를 계측하는 Z 축 간섭계가 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 높이 방향의 위치를 상시 검출할 수 있다. 이 경우, 노광 정밀도를 향상시키기 위해서 웨이퍼 스테이지 상방에 다운 플로우의 공조계 분출구가 형성되는 경우에는, 웨이퍼 스테이지 하측의 가스 환경이 안정된 공간에 Z 축 간섭계가 배치되기 때문에, 간섭계 빔의 요동 등의 발생이 최대한 억제되어, 웨이퍼 스테이지의 높이 방향의 위치를 고정밀도로 검출하는 것이 가능하도록 되어 있다.
또한, 자중 캔슬러 (70A∼70C) 는, 스테이지 베이스 (SB) 의 상면 (지지면) 과의 사이에 소정의 클리어런스를 형성하는 스러스트 베어링을 가지고 있기 때문에, 스테이지 베이스 (SB) 에 대하여 비접촉 상태로 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 지지하는 것이 가능하다.
또한, 스러스트 베어링이, 피스톤부 (170B) 의 스테이지 베이스 (SB) 의 상면에 대향하는 측의 면에 형성된 홈 (74b: 기체 분출구) 과, 피스톤부 (170B) 에 형성되고, 홈 (74b) 과 실린더 (170A) 내부의 양압 공간을 연결하여 통하게 하는 급기 통로 (74a) 를 포함하여 구성되어 있기 때문에, 배관 등을 필요로 하는 베어링 기구를 별도로 설치하지 않고, 자중 캔슬러와 스테이지 베이스 사이의 비접촉을 실현할 수 있다.
그리고, 자중 캔슬러 (70A∼70C) 는, 실린더부 (170A) 의 내주면과 피스톤부 (170B) 의 외주면 사이에 소정의 클리어런스를 형성하는 래이디얼 베어링을 구비하고 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지의 경사를 흡수할 수 있어, 이것에 의해 웨이퍼 스테이지의 진동을 억제할 수 있다. 이 경우에 있어서도, 래이디얼 베어링을, 피스톤부 (170B) 의 외주면에 형성된 기체 분출구 (78: 조리개 구멍) 와, 피스톤부 (170B) 에 형성되고, 기체 분출구 (78: 조리개 구멍) 와 실린더 (170A) 내부의 양압 공간을 연결하여 통하게 하는 급기 통로 (통기관로: 76a∼76d) 를 포함하는 구성으로 함으로써, 별도 배관 등을 필요로 하는 베어링 기구를 설치하지 않아도 되므로, 배관을 질질 끄는 등의 우려가 없고, 고정밀도로 웨이퍼 스테이지의 구동 제어가 가능하다.
또한, 자중 캔슬러는, 일직선 상에 없는 3 군데에 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지를 Z 축 방향에 관하여 안정적으로 지지하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (10) 에 의하면, 고정밀도의 위치 제어가 가능한 스테이지 장치 (20) 를 구비하고 있기 때문에, 레티클에 형성된 패턴을 웨이퍼 상에 고정밀도로 전사하는 것이 가능하다. 그리고, 본 실시형태에서는, 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 구비하고 있기 때문에, 노광 동작, 얼라인먼트 동작 등을 2 개의 웨이퍼 스테이지 상에서 병행 처리할 수 있어, 스루풋의 향상을 꾀하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 6 자유도 방향으로 구동하는 것으로 했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 스테이지 장치에서는, 스테이지, 나아가서는 그 스테이지에 유지된 물체를, 2 차원 면 내 방향의 적어도 1 자유도 방향 및 2 차원 면에 대한 경사 방향 (1 자유도 방향 또는 2 자유도 방향) 으로 구동 가능하면 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지를 2 개 구비하는 트윈 스테이지 타입의 스테이지 장치에 본 발명의 웨이퍼 스테이지를 채용한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니고, 웨이퍼 스테이지를 1 개 구비하는 싱글 스테이지 타입의 웨이퍼 스테이지 장치에 채용할 수도 있다. 또한, 3 개 이상의 웨이퍼 스테이지를 구비하는 멀티 타입의 웨이퍼 스테이지 장치를 채용할 수도 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 고정자로부터 착탈 가능한 구성으로 하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 서로 교환하는 구성을 추가하여 스위칭 타입의 트윈 스테이지로 하면, 얼라인먼트계를 1 개로 할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지의 Z 축 방향의 위치를 Z 축 간섭계를 사용하여 계측하는 것으로 했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니고, Z 축 간섭계를 형성하지 않고서 AF 기구를 사용하여 웨이퍼 스테이지의 Z 축 방향 위치를 계측하는 것으로 해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지가 상자모양인 것으로서 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것이 아니라, 소정의 1 축 방향을 따라 배치된 복수의 고정자에 대응하여 전술한 각 모터의 가동자를 웨이퍼 스테이지측에 설치할 수 있는 것이면, 웨이퍼 스테이지는 어떠한 형상이라도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 스테이지 베이스 (SB) 를 도시하지 않은 방진 유닛을 통하여 마루면 상에서 대략 수평으로 지지하는 경우에 관해서 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 9 에 나타내는 바와 같이, Y 축 리니어 모터 (LY1, LY3) 의 고정자 (64A), 및 Y 축 리니어 모터 (LY2, LY4) 의 고정자 (64B) 를 스테이지 베이스 (SB) 에 고정하고, 이 스테이지 베이스 (SB) 의 바닥면에 복수의 에어 패드 (AP) 를 설치하여, 이들 에어 패드 (AP) 에 의해 별도의 스테이지 베이스 (45) 상면의 상방에 스테이지 베이스 (SB) 보다 위의 전술한 구성 각부를 비접촉 상태로 부상 지지해도 된다. 이러한 구성을 채용하면, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 가 XY 면 내에서 이동하면, 그 이동을 발생시키는 구동력의 반력이 고정자 (64A, 64B) 에 작용하고, 이것에 의해 운동량 보존칙에 따라서, 반력을 상쇄하는 방향으로 스테이지 베이스 (SB) 가 이동한다. 따라서, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 XY 면 내에서의 이동에 기인하는 진동의 발생을 대략 확실하게 방지할 수 있는 것과 함께, 스테이지 베이스 (SB) 를 포함하는 계의 중심 위치의 이동도 발생하지 않기 때문에, 편하중이 발생하는 것도 방지할 수 있다. 또한, 이 경우, 스테이지 베이스 (SB) 는, 필연적으로 질량 (중량) 이 커지기 때문에, 스테이지 베이스 (SB) 의 이동 스트로크를 그다지 크게 확보해 둘 필요는 없다. 또한, 스테이지 베이스 (SB) 를 XY 면 내에서 구동 가능한 구동 기구 (트림 모터) 를 구비하는 것으로 해도 된다. 이러한 경우에는, 노광에 영향을 주지 않을 때 등에, 트림 모터에 의해 스테이지 베이스 (SB) 의 위치를 소정 위치로 복귀시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지가 자중 캔슬러를 구비하는 구성을 채용하는 것으로 했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니고, Z 축 방향의 구동력을 발생하는 Z 축 미동 모터 (VZ) 에 의해 웨이퍼 스테이지의 자중을 지지하는 구성 등을 채용해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명의 스테이지 장치가 웨이퍼의 구동계에 적용된 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니고, 레티클의 구동계로서 본 발명의 스테이지 장치를 적용하는 것도 가능하다. 도 10 에는, 레티클의 구동계에 본 발명의 스테이지 장치를 적용한 경우의 일례가 나타나 있다.
이 도 10 에 나타내는 레티클측의 스테이지 장치 (101) 는, 레티클 (R) 을 유지하는 대략 평판모양의 스테이지로서의 레티클 스테이지 (RST') 와, 그 레티클 스테이지 (RST') 를 Y 축 방향으로 긴 스트로크로 구동하는 것과 함께, X 축 방향 및 Z 축 방향 그리고 θx, θy, θz 방향으로 미소 구동하는 구동 장치를 구비하고 있다.
상기 구동 장치는, 레티클 스테이지 (RST') 에 Y 축 방향의 구동력을 작용시키는 Y 축 리니어 모터 (1031∼1034) 와, 레티클 스테이지 (RST') 에 대하여 X 축 방향의 구동력을 작용시키는 X 축 미동 모터 (105) 와, 레티클 스테이지 (RST') 에 대하여 Z 축 방향의 구동력을 작용시키는 Z 축 미소 구동 구동 모터 (1071, 1072) 를 구비하고 있다.
상기 Y 축 리니어 모터 (1031) 는, 레티클 스테이지 (RST') 에 매립된 상태의 자극 유닛 (113A) 과, 그 자극 유닛 (113A) 에 대향하여 배치된 전기자 유닛 (113B) 을 구비하고 있고, 자극 유닛 (113A) 에 의해 형성되는 Y 축 방향의 교번 자계와, 전기자 유닛 (113B) 내에 설치된 복수의 전기자 코일에 흐르는 전류와의 사이의 전자 상호 작용에 의해 Y 축 방향의 구동력이 발생한다. 그 밖의 Y 축 리니어 모터 (1032∼1034) 에 대해서도 동일하게 구성되어 있다.
상기 X 축 미동 모터 (105) 는, 보이스 코일 모터에 의해 구성되고, 레티클 스테이지 (RST') 의 －X 측 단부에 설치된 Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 영구자석 (115A) 과, 정반 (99) 상에 장착 부재 (97) 에 의해 설치된, Y 축 방향을 길이 방향으로 하고, XZ 단면이 U 자형상인 전기자 유닛 (115B) 을 구비하고 있다. 전기자 유닛 (115B) 내에는, 영구자석 (115A) 에 의해 형성되는 자계 중을 전류가 Y 축 방향으로 흐르도록 전기자 코일이 설치되어 있고, 이 Y 축 방향의 전류와 영구자석에 의한 Z 축 방향의 자계와의 사이의 전자 상호 작용에 의해, 레티클 스테이지 (RST') 에 작용하는 X 축 방향의 구동력이 발생한다.
상기 Z 축 구동 모터 (1071, 1072) 도, 상기 X 축 미동 모터 (105) 와 동일하게 보이스 코일 모터에 의해 구성되고, 레티클 스테이지 (RST') 의 하단면에 설치된 영구자석과, 정반 (99) 상에 설치된 단면이 U 자형상인 자극 유닛을 구비하고 있다. 이것에 의해, 레티클 스테이지 (RST') 에 Z 축 방향의 구동력이 작용하도록 되어 있다.
상기한 바와 같이 하여 구성되는 구동 장치에 의하면, 레티클 스테이지 (RST') 가 X, Y, Z 축 방향으로 구동되는 것은 물론, Y 축 리니어 모터 (1031∼1034) 중 상측에 위치하는 리니어 모터 (1031, 1033) 와 하측에 위치하는 리니어 모터 (1032, 1034) 의 구동력을 다르게 함으로써, 레티클 스테이지 (RST') 를 X 축 둘레의 회전 방향 (피칭방향) 으로 미소 구동하는 것이 가능하고, 레티클 (R) 보다도 －X 측에 위치하는 리니어 모터 (1031, 1032) 와, 레티클 (R) 보다도 ＋X 측에 위치하는 리니어 모터 (1033, 1034) 의 구동력을 다르게 함으로써, 레티클 스테이지 (RST') 를 Z 축 둘레의 회전 방향 (요잉방향) 으로 미소 구동하는 것이 가능하다. 또한, 2 개의 Z 축 구동 모터 (1071, 1072) 의 구동력을 다르게 함으로써, 레티클 스테이지 (RST') 를 Y 축 둘레의 회전 방향 (롤링방향) 으로 미소 구동하는 것이 가능하다.
이와 같이, 레티클측의 스테이지 장치로서 전술한 바와 동일한 구성을 채용함으로써, 조미동 (粗微動) 구조의 레티클 스테이지를 채용하지 않고 레티클 스테이지 (RST') 를 6 자유도 방향으로 구동하는 것이 가능해져, 이것에 의해, 레티클의 고정밀도 위치 제어가 가능하게 되는 것과 함께, 레티클 스테이지의 소형, 경량화를 꾀하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 10 의 구성에 있어서, X 축 미동 모터 (105) 를 대신하여, 상하 2 단으로 배치된 한 쌍의 X 축 미동 모터를 채용해도 된다. 이와 같이 하면, 이 한 쌍의 X 축 미동 모터가 각각 발생하는 X 축 방향의 구동력을 다르게 함으로써, 레티클 스테이지 (RST') 를 Y 축 둘레의 회전 방향 (롤링방향) 으로 미소 구동하는 것이 가능해진다.
따라서, 이 도 10 에 나타내는 레티클측의 스테이지 장치를, 전술한 도 1 의 레티클 스테이지 (RST) 를 포함하는 레티클측의 각 구성 요소로 치환함으로써, 상기 실시형태의 노광 장치 (10) 와 동등한 작용 효과를 나타내는 것 외에, 레티클 (R) 의 위치 제어성의 향상, 나아가서는 레티클과 웨이퍼의 동기 정밀도의 향상에 의한, 노광 정밀도의 향상이 가능해진다.
물론, 레티클의 구동계에만 본 발명의 스테이지 장치를 적용해도 상관없다.
또한, 도 10 의 구성에 있어서, 레티클 스테이지 (RST') 를 Y 축 방향으로 구동하는 Y 축 리니어 모터의 고정자를, 정반 (99) 상에서 레티클 스테이지를 둘러싼 상태로 부상 지지되는 직사각형 프레임형상 부재에 고정하는 것으로 해도 된다. 이것에 의해, 레티클 스테이지의 구동에 의한 반력에 의해 프레임형상 부재가 Y 축 방향으로 이동하기 때문에, 상기 반력을 캔슬하는 것이 가능해진다. 이 경우도, 직사각형 프레임형상 부재를 구동하는 트림 모터를 형성해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 스텝 앤드 스캔 방식 등의 주사형 노광 장치에 본 발명이 적용된 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명의 적용 범위가 이것에 한정되지 않음은 물론이다. 즉 스텝 앤드 리피트 방식의 투영 노광 장치, 스텝 앤드 스티치 방식의 투영 노광 장치 등에도 본 발명은 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 조명광 (IL) 으로서 KrF 엑시머레이저광 등의 원자외광, F2 레이저, ArF 엑시머레이저 등의 진공 자외역광, 또는 초고압 수은 램프로부터의 자외역의 휘선 (g 선, i 선 등) 등을 사용하는 것으로 했지만, 이것에 한하지 않고 Ar2 레이저광 (파장 126㎚) 등의 다른 진공 자외광을 사용해도 된다. 또한, 예를 들어, 진공 자외광으로서 상기 각 광원으로부터 출력되는 레이저광에 한정되지 않고, DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어 에르븀 (Er) (또는 에르븀과 이트륨 (Yb) 의 양쪽) 이 도프된 파이버 앰프에 의해 증폭하고, 비선형 광학 결정을 사용하여 자외광으로 파장 변환한 고조파를 사용해도 된다.
또한, 조명광 (IL) 으로서 EUV 광, X 선, 또는 전자선이나 이온 빔 등의 하전 입자선을 사용하는 노광 장치, 투영광학계를 사용하지 않는, 예를 들어 프록시미티 방식의 노광 장치, 미러 프로젝션ㆍ얼라이너, 및 예를 들어 국제 공개 WO 99/49504호 등에 개시되는, 투영광학계 (PL) 와 웨이퍼 사이에 액체가 채워지는 액침형 노광 장치 등에도 본 발명을 적용해도 된다. 액침 노광 장치는, 반사 굴절형의 투영광학계를 사용하는 주사 노광 방식이어도 되고, 또는 투영 배율이 1/8 인 투영광학계를 사용하는 정지 노광 방식이어도 된다. 후자의 액침형 노광 장치에서는, 웨이퍼 등의 물체 상에 커다란 패턴을 형성하기 위해, 전술한 스텝 앤드 스티치 방식을 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 복수의 렌즈로 구성되는 조명광학계, 투영광학계를 노광 장치 본체에 장착하여 광학 조정하는 것과 함께, 다수의 기계 부품으로 이루어지는 레티클 스테이지나 웨이퍼 스테이지를 노광 장치 본체에 장착하고 배선이나 배관을 접속하여, 다시 종합 조정 (전기 조정, 동작 확인 등) 함으로써, 상기 실시형태의 노광 장치를 제조할 수 있다. 또한, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 반도체 제조용의 노광 장치에 한정되지 않고, 액정 표시 소자 등을 포함하는 디스플레이의 제조에 사용되는, 디바이스 패턴을 유리 플레이트 상에 전사하는 노광 장치, 박막 자기 헤드의 제조에 사용되는 디바이스 패턴을 세라믹 웨이퍼 상에 전사하는 노광 장치, 및 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로 머신, 유기 EL, DNA 칩 등의 제조에 사용되는 노광 장치 등에도 적용할 수 있다. 또한, 반도체 소자 등의 마이크로디바이스뿐만 아니라, 광노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해, 유리 기판 또는 규소 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 여기서, DUV (원자외) 광이나 VUV (진공 자외) 광 등을 사용하는 노광 장치에서는 일반적으로 투과형 레티클이 사용되고, 레티클 기판으로는 석영 유리, 불소가 도프된 석영 유리, 형석, 불화마그네슘, 또는 수정 등이 사용된다. 또한, 프록시미티 방식의 X 선 노광 장치, 또는 전자선 노광 장치 등에서는 투과형 마스크 (스텐실 마스크, 멤브렌 마스크) 가 사용되고, 마스크 기판으로는 규소 웨이퍼 등이 사용된다.
반도체 디바이스는, 디바이스의 기능 및 성능을 설계하는 단계, 이 설계 단계에 기초한 레티클을 제작하는 단계, 규소 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 단계, 전술한 실시형태의 노광 장치를 사용하여 전술한 방법에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 단계 (노광 단계), 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 노광 단계에 있어서 상기 실시형태의 노광 장치 및 그 노광 방법이 사용되기 때문에, 웨이퍼 상에 레티클의 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있고, 결과적으로 고집적도의 디바이스의 생산성 (수율을 포함한다) 을 향상시키는 것이 가능해진다.
산업상이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 스테이지 장치는, 물체의 위치 결정 스테이지에 적합하다. 또한, 본 발명의 노광 장치는, 감광 물체 상에 패턴을 전사하는 데에 적합하다. 또한, 본 발명의 디바이스 제조 방법은, 마이크로디바이스의 제조에 적합하다.

Claims (34)

  1. 물체를 유지하고, 적어도 중력 방향에 직교하는 2 차원 면내 방향 및 그 2 차원 면에 대한 경사 방향으로 이동 가능한 스테이지; 및
    상기 스테이지에 접속된 복수의 가동자와, 상기 2 차원 면내의 소정의 1 축 방향을 따라서 배치된 복수의 고정자를 갖고, 상기 2 차원 면에 평행한 방향의 구동력에 의해 상기 스테이지를 구동하는 구동 장치를 구비하는 스테이지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 스테이지를 상기 2 차원 면내의 회전 방향으로도 구동하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 스테이지를 상기 중력 방향으로도 구동하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스테이지를 상기 중력 방향으로 구동하는 고정자는, 상기 스테이지를 상기 2 차원 면의 면내 방향으로 구동하는 복수의 고정자 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 스테이지를 상기 2 차원 면내의 3 자유도 방향, 및 상기 2 차원 면에 대한 경사 방향의 2 자유도 방향, 그리고 상기 중력 방향의 6 자유도 방향으로 구동하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지는, 상자모양의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지의 바닥부에 설치된 실린더부와, 그 실린더부의 내부에 삽입되고 그 실린더부에 대하여 상대 이동이 가능한 피스톤부를 갖고, 상기 피스톤부를 중력 방향 하방으로 탄성지지하는 상기 실린더부 내부의 기체의 양압에 의해, 상기 스테이지의 자중을 소정의 지지면의 상방에서 지지하는 자중 지지 기구를 더 구비하는 스테이지 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 자중 지지 기구의 근방에 배치되고, 상기 스테이지의 위치를 검출하는 위치 검출 장치를 더 구비하는 스테이지 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 자중 지지 기구는, 상기 지지면과의 사이에 소정의 클리어런스를 형성하는 제 1 베어링 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 베어링 기구는, 상기 피스톤부의 상기 지지면에 대향하는 측의 면에 형성된 기체 분출구와, 상기 피스톤부에 형성되고, 상기 기체 분출구와 상기 실린더 내부의 양압 공간을 연결하여 통하게 하는 급기 (給氣) 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 자중 지지 기구는, 상기 실린더부의 내주면과 상기 피스톤부의 외주면 사이에 소정의 클리어런스를 형성하는 제 2 베어링 기구를 더 갖는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 베어링 기구는, 상기 피스톤부의 외주면에 형성된 기체 분출구와, 상기 피스톤부에 형성되고, 상기 기체 분출구와 상기 실린더 내부의 양압 공간을 연결하여 통하게 하는 급기 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 자중 지지 기구는, 일직선 상에 없는 적어도 3 군데에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 지지면이 형성된 스테이지 베이스를 더 구비하는 스테이지 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스테이지 베이스는, 상기 스테이지의 상기 2 차원 면내 방향의 이동시에, 그 이동을 발생시키는 구동력의 반력의 작용에 의해 운동량 보존칙에 따라서 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스테이지 베이스를 상기 2 차원 면내에서 구동하는 구동 기구를 더 구비하는 스테이지 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지에 형성된 반사면에 측장 (測長) 빔을 조사하고, 그 측장 빔의 상기 반사면에서의 반사광을 수광하여, 상기 스테이지의 중력 방향의 위치를 계측하는 광파 간섭식 측장기를 더 구비하는 스테이지 장치.
  18. 물체를 유지하고, 중력 방향에 직교하는 면내를 이동할 수 있는 스테이지; 및
    상기 스테이지에 설치된 실린더부와, 그 실린더부의 내부에 삽입되고 그 실린더부에 대하여 상대 이동이 가능한 피스톤부를 갖고, 상기 피스톤부를 중력 방향 하방으로 탄성지지하는 상기 실린더부 내부의 기체의 양압에 의해, 상기 스테이지의 자중을 소정의 지지면의 상방에서 지지하는 자중 지지 기구를 구비하는 스테이지 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 자중 지지 기구는, 상기 지지면과의 사이에 소정의 클리어런스를 형성하는 제 1 베어링 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 베어링 기구는, 상기 피스톤부의 상기 지지면에 대향하는 측의 면에 형성된 기체 분출구와, 상기 피스톤부에 형성되고, 상기 기체 분출구와 상기 실린더 내부의 양압 공간을 연결하여 통하게 하는 급기 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 자중 지지 기구는, 상기 실린더부의 내주면과 상기 피스톤부의 외주면 사이에 소정의 클리어런스를 형성하는 제 2 베어링 기구를 더 갖는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 베어링 기구는, 상기 피스톤부의 외주면에 형성된 기체 분출구와, 상기 피스톤부에 형성되고, 상기 기체 분출구와 상기 실린더 내부의 양압 공간을 연결하여 통하게 하는 급기 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 자중 지지 기구는, 일직선 상에 없는 적어도 3 군데에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 지지면이 형성된 스테이지 베이스를 더 구비하는 스테이지 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 스테이지 베이스는, 상기 스테이지의 상기 2 차원 면내 방향의 이동시에, 그 이동을 발생시키는 구동력의 반력의 작용에 의해 운동량 보존칙에 따라서 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 스테이지 베이스를 상기 2 차원 면내에서 구동하는 구동 기구를 더 구비하는 스테이지 장치.
  27. 제 18 항에 있어서,
    상기 스테이지에 형성된 반사면에 측장 빔을 조사하고, 그 측장 빔의 상기 반사면에서의 반사광을 수광하여, 상기 스테이지의 중력 방향의 위치를 계측하는 광파 간섭식 측장기를 더 구비하는 스테이지 장치.
  28. 물체를 각각 유지하는 복수의 스테이지; 및
    상기 각 스테이지를, 적어도 중력 방향에 직교하는 2 차원 면내 방향 및 그 2 차원 면에 대한 경사 방향으로, 상기 2 차원 면에 평행한 방향의 구동력을 사용하여 개별적으로 구동하는 구동 시스템을 구비하는 스테이지 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 구동 시스템은, 상기 각 스테이지에 개별적으로 대응하여 형성되고, 대응하는 스테이지를, 상기 2 차원 면에 평행한 방향의 구동력을 사용하여, 적어도 중력 방향에 직교하는 2 차원 면내 방향 및 그 2 차원 면에 대한 경사 방향으로 구동시키는, 복수의 구동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 각 구동 장치는, 상기 2 차원 면내의 소정의 1 축 방향을 따라서 배치된 복수의 고정자와, 상기 스테이지에 접속되고 상기 각 고정자에 대응하는 복수의 가동자를 갖는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 각 구동 장치는, 상기 스테이지를 상기 2 차원 면내의 회전 방향으로도 구동하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 각 구동 장치는, 상기 스테이지를 상기 중력 방향으로도 구동하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  33. 에너지 빔에 의해 마스크를 조명하여, 상기 마스크에 형성된 패턴을 감광 물체에 전사하는 노광 장치로서,
    상기 마스크와 상기 감광 물체 중 적어도 일방의 구동계로서, 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  34. 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 리소그래피 공정에서는, 제 33 항에 기재된 노광 장치를 사용하여, 상기 마스크에 형성된 패턴을 감광 물체에 전사하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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