KR20070118026A - 스테이지 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 적어도 일 실시예는, 서로 직교하는 제1 축 및 제2 축에 의해 규정되는 수평면에 대하여 이동 가능한 제1 스테이지와, 상기 제1 스테이지 위에서 적어도 축 방향 및 제3 축 둘레의 회전 방향으로 이동 가능한 제2 스테이지를 가지는 스테이지 장치로서, 상기 제2 스테이지의 가동부가 상기 제1 스테이지에 간격을 두고 대향하는 부위에, 상기 제2 스테이지의 가동 범위를 제한하는 규제 부재를 설치한 스테이지 장치를 실현한다.
스테이지, 노광, 디바이스, 반도체
Description
도 1a는, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 스테이지 장치의 평면도다.
도 1b는, 도 1a에 나타낸 본 실시예에 따른 스테이지 장치의 측단면도다.
도 2는, 도 1a 및 1b에 나타낸 전자기 액추에이터 둘레의 부분을 확대해서 나타낸 사시도다.
도 3a는, 도 1a의 실시예의 변형예에 따른 스테이지 장치의 평면도다.
도 3b는, 도 1a의 실시예의 변형예에 따른 스테이지 장치의 측단면도다.
도 4는, 도 1a의 실시예의 또 다른 변형예에 따른 스테이지 장치의 평면도다.
도 5a는, 도 1a의 실시예에 따른 규제 부재를 모식적으로 나타낸 평면도다.
도 5b는, 도 1a의 실시예에 따른 규제 부재를 모식적으로 나타낸 측면도다.
도 6a, 6b는, 도 1a의 실시예에 따른 규제 부재의 측면도로, 미동 스테이지가 Z축 방향으로 스트로크되는 경우에 Y축 둘레의 회전이 규제되는 상태를 도시한 측면도다.
도 7a, 7b는, 도 1a의 실시예에 따른 규제 부재의 평면도로, 미동 스테이지 의 Z축 둘레의 회전이 규제되는 상태를 도시한 평면도다.
도 8a는, 종래의 스테이지 장치의 분해 사시도다.
도 8b는, 종래의 스테이지 장치의 조립도다.
도 9a는, 도 8a, 8b에 나타낸 미동 스테이지 천판의 분해 사시도다.
도 9b는, 도 8a, 8b에 나타낸 미동 스테이지의 분해 사시도다.
도 9c는, 도 8a, 8b에 나타낸 미동 스테이지의 조립도다.
도 10은, 도 1a의 실시예에 따른 노광 장치의 개략적인 구성도다.
도 11은, 디바이스 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 12는, 웨이퍼 프로세스를 설명하는 도면이다.
본 발명은, 스테이지 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 노광 장치나 공작기계에 사용할 수 있는 스테이지 장치에 관한 것이다.
종래에는, 반도체 디바이스에 사용되는 노광 장치로서, 스테퍼라 불리는 장치와 스캐너라 불리는 장치가 알려져 있다. 스테퍼는, 스테이지 장치 위의 반도체 웨이퍼를 투영 렌즈 아래에서 스텝 이동시켜서, 레티클 위에 형성되어 있는 패턴상을 노광광으로 투영 렌즈를 통해서 웨이퍼 위에 축소 투영하고, 1장의 웨이퍼 위의 복수의 노광 위치에 차례로 노광한다. 한편, 스캐너는, 웨이퍼 스테이지 위의 웨이 퍼와 레티클 스테이지 위의 레티클을 투영 렌즈에 대하여 상대적으로 이동시키고, 주사 이동중에 슬릿형으로 노광광을 조사하여, 레티클 패턴을 웨이퍼에 투영한다.
현재는, 반도체 디바이스의 미세화 및 고집적화에 따라, 스테이지 장치에는 위치 결정 정밀도 증가 및 생산성 향상을 위한 속도 증가가 요구되고 있다.
도 8a, 8b는, 종래의 스테이지 장치의 분해 사시도 및 조립도다.
웨이퍼 스테이지의 주요 구성에는, 조동(coarse moving) 슬라이더(93)를 X축 방향 및 Y축 방향으로 길이 스트로크로 이동시키기 위한 X조동 리니어 모터(91) 및 Y조동 리니어 모터(92)를 구비한 조동 스테이지(90)와, 정밀한 위치 결정을 위한 미동 스테이지(100)가 포함된다. 미동(fine moving) 스테이지(100)는 조동 스테이지 천판(120)을 통해 조동 슬라이더(93) 위에 배치되고, 미동 스테이지 천판(101)은 6축 방향으로 직접적으로 리니어 모터로 제어된다.
도 9a 내지 9c는, 도 8a, 8b의 미동 스테이지 천판의 분해 사시도, 및 미동 스테이지의 분해 사시도 및 조립도다.
미동 스테이지 천판(101)은 사각형 판 형상의 외형을 가지고, 중앙에 웨이퍼를 올려놓기 위한 웨이퍼 척(102)이 설치된다.
미동 스테이지 천판(101)의 밑면에는, 그 밑면과 조동 스테이지 천판(120) 사이에 7개의 리니어 모터(106 ~ 112)가 설치되어 있다. 7개의 리니어 모터 중, 미동 스테이지 천판(101)의 외주 단부에 배치되는 3개의 리니어 모터(106 ~ 108)는 도면 중의 Z축 방향으로 추진력을 발생시키는 Z리니어 모터를 형성한다. 나머지 4개의 리니어 모터(109 ~ 112)는 미동 스테이지 천판(101)의 거의 중앙에 배치된다. 그 중에 2개의 리니어 모터(109, 110)는 도면 중의 X축 방향으로 추진력을 발생시키는 X리니어 모터를 형성하고, 나머지 2개의 리니어 모터(111, 112)는 Y축 방향의 추진력을 발생시키는 Y리니어 모터를 형성한다.
이러한 리니어 모터를 조합해서 구동함으로써, X, Y, Z, θx, θy, θz의 6축 방향으로 접촉 없이 구동력을 발생할 수 있다.
또한, 미동 스테이지 천판(101)의 측면에는 간섭계의 레이저를 반사하기 위한 미러(103 ~ 105)가 설치되어 웨이퍼 척(102)의 위치를 계측할 수 있게 되어 있다. 더욱 상세하게는, 미동 스테이지 천판(101)에는 도시하지 않은 총 6개의 광빔이 조사되어, 미동 스테이지 천판(101)의 6자유도의 위치를 계측한다. X축으로는 평행하지만 Z위치가 다른 2개의 간섭계 빔으로, X축 방향의 위치 및 θy방향의 회전량이 계측된다. Y축으로는 평행하지만 X위치 및 Z위치가 다른 3개의 간섭계 빔으로, Y축 방향의 위치 및 θx, θz방향의 회전량이 계측된다. 마찬가지로, 미러(104)의 표면부에 조사되는 빔으로, Z축 방향의 위치가 계측된다. 실제로 이 빔들의 측정치는 독립적이지 않고 서로 간섭하지만 강체로서의 좌표변화에 의해 대표 위치의 X, Y, Z, θx, θy, θz를 계측할 수 있다.
상기 리니어 모터와 계측계에 의해 미동 스테이지(100)를 6자유도의 원하는 자세로 제어할 수 있다.
또한 미동 스테이지와 조동 스테이지 사이에는, 조동 스테이지의 가감속에 따라 미동 스테이지에 가속력을 부여하는 전자기 액추에이터가 설치되어, 조동 스테이지의 가감속 구간에서, 미동 스테이지에 가속력을 부여하게 되어 있다.
전자기 액추에이터는 I코어(204)와 E형태 전자석(206)(E코어(207)와 코일(208))으로 이루어진다. E코어(207)와 I코어(204) 사이의 간격은 수십 미크론 정도로 작고, 일반적으로 리니어 모터에 비해 훨씬 작은 전류로 큰 힘을 발생할 수 있다. 전자기 액추에이터의 추진력 발생 방향은 E코어에 있어서 I코어와 대향하는 면의 법선방향이다. E형태 전자석(206)은 흡인력밖에 발생할 수 없으므로, X, Y축 방향에 대해 각각 양(+) 측으로 흡인력을 발생하는 전자석과 음(-) 측으로 흡인력을 발생하는 전자석을 설치한다.
또한, I코어(204)를 Z축 둘레의 원호형으로 하고 E코어(207)의 E 글자의 단면을 Z축 둘레의 원호형으로 함으로써, 4개의 I코어와 4개의 E코어가 서로 접촉하지 않고 Z축 둘레를 자유롭게 회전할 수 있게 된다. 이에 따라, 회전시에 간격의 변화가 없어, 동일 전류에 대하여 전자석이 발생하는 흡인력도 변화되지 않는다.
또한, I코어(204) 및 E코어(207)는, 층들이 전기적으로 절연된 얇은 판을 적층해서 형성함으로써, 자속 변화에 따라 요크 내에 와전류가 흐르는 것을 방지한다. 이에 따라, 흡인력을 높은 주파수까지 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 와전류에 의한 발열도 감소한다.
또한, 전자기 액추에이터에 의해 발생하는 힘의 작용선을, 미동 스테이지의 가동부 전체의 Z축 방향 및 X 또는 Y축 방향의 무게중심과 대략 일치하는 위치에 배치함으로써, 미동 스테이지에 불필요한 회전력을 가하지 않도록 한다. 이에 따라, 리니어 모터에서 불필요한 회전력을 보상할 필요가 없어져, 리니어 모터의 발열을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 전자기 액추에이터가 미동 스테이지의 가속력을 담당하고 고정밀도로 가속력을 발생함으로써, 리니어 모터의 발열을 억제할 수 있고, 발열에 의한 간섭계의 흔들림 오차나 열팽창 등의 스테이지 위치 결정 정밀도의 열화를 억제할 수 있다.
미동 스테이지와 조동 스테이지 사이에는 코일스프링(121)이 설치되어 있어, 웨이퍼 천판(101)의 자중을 지지한다. 따라서, 전술한 Z미동 리니어 모터는, 웨이퍼 천판(101)의 자중을 지지하기 위한 추진력을 발생할 필요가 없고, 목표 위치부터의 이탈을 보정하기 위한 약간의 힘을 발생하면 된다. 예를 들면, 일본국 공개특허공보 특개 2003-022960호 참조.
스테이지 장치에는, 장치로서 필요한 스트로크를 확보하고, 장치상의 제약에 의해 결정되는 과대한 운동량을 제한하도록 요구된다.
예를 들면, 노광 장치에 있어서의 미동 스테이지에 필요한 스트로크에는, 웨이퍼면 형상에 대하여 정상적인 패턴상을 전사하기 위해, 노광광이 웨이퍼와 직교하도록 하는 X, Y축 둘레의 미소 회전이 있다. 또한, 웨이퍼를 웨이퍼 척에 고정했을 때 초기의 회전 위치 이탈을 보정하기 위한 Z축 둘레의 미소 회전을 포함한 또 다른 회전이 있다.
한편, 운동량으로는 과대한 병진 운동량이 있다. 도 8a, 8b 및 도 9a 내지 9c의 예에서, 미동 스테이지와 조동 스테이지 사이의 간격은 가장 간격이 좁은 전 자기 액추에이터의 E코어(207)와 I코어(204) 사이의 간격이 되고, 수십 미크론 정도로 좁다. 이로 인해, 조립 단계나, 디버그시 등의 제어가 이루어지는 전단계나, 조정시에, I코어(204)와 E코어(207) 사이의 간격이 유지되기 어려워, 서로 접촉할 가능성이 있다. 이러한 접촉이 발생하면, I코어(204)와 E코어(207)에 굴곡이나 마모가 생길 수 있다. 이에 따라, I코어(204)와 E코어(207) 사이의 간격에 국소적인 변화가 발생하여, 정확한 가속력의 발생이 곤란해질 수 있어, 위치 결정 정밀도가 열화될 우려가 있다.
또한, 스테이지 장치에 예상 외의 혼란이 발생하여 제어 불능이 될 수도 있고, 긴급 정지로 인해 고정밀도로 제어된 상태의 스테이지 장치가 일시에 서보 오프 상태가 되는 경우도 있다. 이에 따라, 조동 스테이지와 미동 스테이지의 간격이 가장 작은 부분인 전자기 액추에이터의 I코어(204)와 E코어(207)가 충돌하여, 전자기 액추에이터를 파손될 우려가 있다. 따라서, 스테이지 장치를 안정되게 구동하기 위해서, 액추에이터의 손상이나 파손을 방지할 필요가 있다.
노광 장치와 스테이지 장치에는 모두 일반적으로 냉각용 냉매 배관, 전기 케이블, 센서 등의 다수의 설치 부품이 구비되어 있어, 그 설치 부품을 손상시킬 수 있는 과대한 병진 운동량 및 회전 운동량도 문제가 된다. 특히, 웨이퍼 스테이지에서는, 웨이퍼를 교환하기 위한 도시하지 않은 3핀을 미동 스테이지에 대하여 상대적으로 Z축 방향으로 스트로크 이동할 필요가 있고, 3핀이 고정되어 있는 경우에는, 미동 스테이지를 수밀리미터 오더로 Z축 방향으로 스트로크 이동할 수 있다. 따라서, Z축 방향의 스트로크를 확보하면서, 다른 축 방향의 과대한 병진 운동량 및 회전 운동량을 억제할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예는, 조동 스테이지에 대한 미동 스테이지의 축 방향 및 축 둘레의 회전 방향의 운동량을 제한할 수 있는 스테이지 장치를 지향한다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 스테이지 장치는, 서로 직교하는 제1 축 및 제2 축에 의해 규정되는 수평면에 대하여 이동 가능한 제1 스테이지와, 상기 제1 스테이지 위에서 적어도 축 방향 및 제3 축 둘레의 회전 방향으로 이동 가능한 제2 스테이지를 구비하고, 상기 제2 스테이지의 가동부가 상기 제1 스테이지에 간격을 두고 대향하는 부위에, 상기 제2 스테이지의 가동 범위를 제한하는 규제 부재를 설치한다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른, 레티클의 패턴 상을 투영 광학계를 통해 기판에 노광하는 노광 장치는, 상기 레티클을 조명해서 상기 패턴 상을 형성하는 조명부와, 상기 기재된 스테이지 장치를 구비하고, 상기 스테이지 장치에 의해 상기 기판 및/또는 상기 레티클을 상대적으로 이동해서 노광한다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 디바이스 제조방법은, 상기 기재된 노광 장치를 사용해서 레티클을 통해 기판을 노광하는 스텝과, 노광된 상기 기판을 현상하는 스텝과, 현상된 상기 기판을 가공해서 디바이스를 제조하는 스텝을 포함한다.
본 발명의 적어도 일 실시예는, 조동 스테이지(예를 들면, 제1 스테이지)에 대한 미동 스테이지(예를 들면, 제2 스테이지)의 축 방향 및 축 둘레의 회전 방향 의 가동 범위를 제한할 수 있다. 따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예는, 스테이지 장치에 필요한 스트로크를 확보하면서 과대한 운동량을 제한함으로써, 스테이지 장치에 대한 손상을 방지하거나 줄일 수 있다.
본 발명의 특징은 이하의 첨부된 도면을 참조한 실시예의 서술로부터 명확해진다.
[실시예]
이하에, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 적어도 일 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
이하에 설명하는 실시예는, 본 발명의 적어도 일 실시예를 실시하기 위한 일례이며, 본 실시예가 적용되는 장치의 구성이나 다른 조건에 따라 적절히 수정 또는 변경되어야 할 것이다.
[스테이지 장치의 설명]
우선, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 스테이지 장치에 관하여 설명한다.
도 1a 및 1b는, 본 실시예에 따른 스테이지 장치를 나타내며, 미동 스테이지 천판을 투시해서 나타내는 평면도 및 ZX평면의 측단면도다.
본 실시예에 따른 스테이지 장치는, 특히 반도체 노광 장치용 웨이퍼 스테이지로서 유용하다.
도 1a, 1b에 나타낸 바와 같이, 도시하지 않은 조동 리니어 모터(예를 들면, 도 8a, 8b 참조)에 의해 X-Y평면에 대해 길이 스트로크로 이동 가능한 조동 스테이 지 천판(120) 위에 6자유도로 미세한 스트로크로 이동 가능한 미동 스테이지 천판(101)이 탑재되어 있다.
미동 스테이지 천판(101)의 밑면에는, 그 밑면과 조동 스테이지 천판(120) 사이에, 7개의 리니어 모터(도 9a ~ 9c의 106 ~ 112 참조)가 설치되어 있다. 이 리니어 모터들 중, 미동 스테이지 천판(101)의 외주 단부에 배치되는 3개의 리니어 모터(106 ~ 108)는 도면 중의 Z축 방향으로 추진력을 발생시키는 Z미동 리니어 모터를 형성한다. 나머지 4개의 리니어 모터(109 ~ 112)는 미동 스테이지 천판(101)의 대략 중앙에 배치한다. 그 중에 2개의 리니어 모터(109, 110)는 도면 중의 X축 방향으로 추진력을 발생시키는 X미동 리니어 모터를 형성하고, 나머지의 2개의 리니어 모터(111, 112)는 Y축 방향으로 추진력을 발생시키는 Y미동 리니어 모터를 형성한다. 이 리니어 모터들을 조합해서 구동함으로써, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향, X축 둘레의 회전 방향 θx, Y축 둘레의 회전 방향 θy, Z축 둘레의 회전 방향 θz의 6축 방향으로 접촉 없이 구동력을 발생할 수 있다.
또한, 미동 스테이지 천판(101)과 조동 스테이지 천판(120) 사이에는, 조동 스테이지 천판(120)의 가감속에 따라 미동 스테이지 천판(101)에 가감속력을 부여하는 전자기 액추에이터(5)가 설치된다. 전자기 액추에이이터(5)는 조동 스테이지 천판(120)의 가감속 구간에서 미동 스테이지 천판(101)에 가감속력을 부여한다.
전자기 액추에이이터(5)는 I코어(4)와 E코어(2)와 코일(3)로 이루어진다. E코어(2)와 I코어(4)는 그들 사이에 간격(예를 들면, 수십 미크론)을 두고 대향 배치시켜, E코어(2)와 I코어(4) 사이에 흡인력을 발생한다. E코어(2)와 코일(3)은 지 지 부재(6)에 부착되어 있고, I코어(4)는 지지판(7)에 부착되어 있다. 도 1a, 1b에는 전자기 액추에이이터(5)가 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 2개씩 배치되어 있다. 즉, 그 4개가 X+측, X-측, Y+측, Y-측에 각각 하나씩 배치되어 있다. 이에 따라, X축 방향 및 Y축 방향의 ±측 모두에 흡인력을 발생하여, 조동 스테이지 천판(120)의 모든 가감속 방향에 대해, 미동 스테이지 천판(101)에 추진력을 부여할 수 있다.
[규제 부재의 설명]
다음으로, 본 실시예의 특징인 규제 부재에 관하여 설명한다.
도 2는 도 1a, 1b에 나타낸 전자기 액추에이터(5)의 주변 부분을 확대해서 나타낸 사시도다. 도 5a, 5b는, 본 실시예에 따른 규제 부재를 모식적으로 나타내는 평면도 및 측면도다. 도 6a, 6b는, 본 실시예에 따른 규제 부재의 측면도로, 미동 스테이지가 Z축 방향으로 스트로크된 경우에 Y축 둘레의 회전을 규제하는 상태를 도시한다. 도 7a, 7b는, 본 실시예에 따른 규제 부재의 평면도로, 미동 스테이지의 Z축 둘레의 회전을 규제하는 상태를 나타낸다.
도 2에 있어서, 규제 부재(1)는 조동 스테이지 천판(120)의 E코어 지지 부재(6)에 부착된다. 이것은 도 1a에 나타낸 X+측, X-측, Y+측, Y-측에 각각 배치되어 있다.
규제 부재(1)의 선단부(1a)는, 미동 스테이지 천판(101)에 I코어를 부착하기 위한 지지판(7)에 소정의 간격을 두고 대향하고 있다. 규제 부재(1)의 선단부(1a)와 지지판(7) 사이의 간격(도 5b에 나타내는 규제 간격 Gs)의 크기는 조동 스테이 지 천판(120)과 미동 스테이지 천판(101) 사이의 간격의 최소치를 규정하도록 설정된다.
상기 규제 간격은, 도 1a, 1b에 나타내는 규제 부재(1) 이외에 조동 스테이지와 미동 스테이지 사이의 간격이 가장 작아지는 E코어(2)와 I코어(4) 사이의 간격보다 작아지도록 설정된다. 이에 따라, E코어(2) 및 I코어(4)뿐만 아니라, 조동 스테이지와 미동 스테이지의 모든 요소에 대한 접촉 또는 충돌을 방지 및/또는 줄일 수 있다.
규제 부재(1)를 규제 간격을 사이에 두고 지지판(7)과 대향하도록 배치하는 것은, 미동 스테이지 천판(101)의 경량화나 강성의 관점에서 세라믹제 등인 경우에, 규제 부재(1)가 미동 스테이지 천판(101)에 직접 접촉해서 파손되는 것을 방지하기 위해서다.
규제 부재(1)는, X규제 부재(1x)와, Y규제 부재(1y)와, Z규제 부재(1z)를 가진다. X규제 부재(1x)는, 조동 스테이지 천판(120)과 미동 스테이지 천판(가동부)(101) 사이의 X축 방향의 규제 간격의 최소치를 규정한다. Y규제 부재(1y)는, 조동 스테이지 천판(120)과 미동 스테이지 천판(101) 사이의 Y축 방향의 규제 간격의 최소치를 규정한다. Z규제 부재(1z)는, 조동 스테이지 천판(120)과 미동 스테이지 천판(101) 사이의 Z축 방향의 규제 간격의 최소치를 규정한다. Z규제 부재(1z)는, 조동 스테이지 천판(120)의 외주 단부와 미동 스테이지 천판(101)의 측연부에 배치된다.
X규제 부재(1x) 및 Y규제 부재(1y)는, 미동 스테이지 천판(101)의 X축 방향 및 Y축 방향의 가동 범위와, X, Y, Z축의 각 축 둘레의 3개의 회전 방향 θx, θy, θz의 가동 범위를 규제한다.
또한, Z규제 부재(1z)는, 미동 스테이지 천판(101)의 Z축 방향의 가동 범위를 규제한다.
X규제 부재(1x)는, X축에 평행하고 가동부(미동 스테이지 천판(101)의 밑면으로부터 아래쪽으로 돌출하여 지지판(7)을 지지하는 사각형 입체부(8))가 그것들 사이에 개재되도록 대향 배치되어 있다. 또한, X규제 부재(1x)는 X축 방향의 규제 간격 Gs를 유지한 상태로 Z축 방향으로 소정의 거리(도 5b에 나타내는 Z스팬 Zx)만큼 연장되는 한 쌍의 빔형 부재로 이루어지고, 도 6a, 6b에 나타낸 바와 같이, 미동 스테이지 천판(101)의 Y축 둘레의 회전 방향 θy의 가동 범위를 규제한다.
Y규제 부재(1y)도 마찬가지로, Y축에 평행하고 미동 스테이지 천판(101)의 가동부가 그것들 사이에 개재되도록 대향 배치되어 있다. 그리고, Y규제 부재(1y)는, Y축 방향의 규제 간격 Gs를 유지한 상태로 Z축 방향으로 소정의 거리(Z스팬 Zy)만큼 연장되는 한 쌍의 빔형 부재로부터 이루어지고, 미동 스테이지 천판(101)의 X축 둘레의 회전 방향 θx의 가동 범위를 규제한다.
Z규제 부재(1z)는, 조동 스테이지 천판(120)의 윗면으로부터 Z축에 평행하게 돌출된 3개의 막대 형상 부재로 이루어지고, 미동 스테이지 천판(101)의 Z축 방향의 가동 범위를 규제한다.
미동 스테이지의 가동부에는 미동 스테이지 천판(101)과 미동 스테이지에 수반하는 액추에이터가 포함된다.
상기 X규제 부재(1x) 및 Y규제 부재(1y)로 회전 방향 θx, θy의 규제를 행함으로써, 이하의 장점을 얻을 수 있다. 우선, 미동 스테이지를 조동 스테이지에 조립할 때나 메인터넌스 시에, 다른 부품이 접촉해서 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다. 이는 미동 스테이지를 Z축 방향으로 상승, 하강시키는 경우에, X, Y규제 부재가 회전 방향 θx, θy으로의 회전을 제압하는 가이드의 역할을 하기 위해서다.
그 다음으로, 상기의 규제 간격이 극소 간격으로 충분하다는 효과가 있다. 이는, 미동 스테이지와 조동 스테이지가 X, Y방향으로 정렬되도록 제어되기 때문이다. 이에 반해, Z규제 부재에 X스팬 또는 Y스팬을 설치함으로써 회전 방향 θx, θy의 규제를 행하는 경우에는, 미동 스테이지가 조동 스테이지에 대하여 Z축 방향의 스트로크를 가지므로, Z규제 부재는 그 스트로크만큼의 큰 규제 간격을 확보해야 한다. Z규제 부재를 가지고, X, Y규제 부재로 행하는 회전 방향 θx, θy의 회전량의 규제와 동등한 규제를 실현하기 위해서는 매우 큰 스팬이 필요해진다.
계속해서, 서로 대향하는 X규제 부재(1x)의 한 쌍의 빔형 부재는 X축에 평행하고 Y축 방향으로 소정의 거리(도 7a에 나타내는 X스팬 Rx)만큼 이격되도록 배치되어 있다. 즉, 규제 부재(1x)의 한 쌍의 빔형 부재는 X축 방향으로 평행하지만 동일 직선상에 위치하지 않도록 배치되어 있다. 마찬가지로, 서로 대향하는 Y규제 부재(1y)의 한 쌍의 빔형 부재는 Y축에 평행하고 X축 방향으로 소정의 거리(도 7a에 나타내는 Y스팬 Ry)만큼 이격되도록 배치되어 있다. 규제 부재(1y)의 한 쌍의 빔형 부재는 Y축 방향으로 평행하지만 동일 직선상에 위치하지 않도록 배치되어 있다. X 규제 부재(1x)와 Y규제 부재(1y)는 협동하여, 미동 스테이지 천판(101)의 Z축 둘레의 회전 방향 θz의 가동 범위를 규제한다.
상기 규제 부재의 스팬은, 미동 스테이지 천판(101)의 축 둘레의 회전을 규제하는 한 쌍의 규제 부재의 유효 길이를 의미하는데, 예를 들면, 한 쌍의 규제 부재(1x) 사이의 Y축 방향에 따른 거리를 나타낸다. 한 쌍의 규제 부재(1x)의 X+측과 X-측의 각 부재의 Z축 방향의 높이가 Z스팬에 해당한다. 이 규제 부재(1x)의 Z스팬과 규제 간격으로 미동 스테이지 천판(101)의 Y축 둘레의 회전 방향 θy를 규제한다. 마찬가지로, 이 규제 부재(1y)의 Z스팬과 규제 간격으로 미동 스테이지 천판(101)의 X축 둘레의 회전 방향 θx를 규제한다.
상기한 바와 같이, X축 방향 및 Y축 방향과, 각 축 둘레의 회전 방향 θx, θy의 가동 범위를 규제하는 규제 부재(1x, 1y)의 배치(스팬)를 변환함으로써, 규제 부재의 수를 늘리지 않고 Z축 둘레의 회전 방향 θz의 가동 범위를 규제할 수 있다.
상기 규제 부재에 의한 회전 방향의 가동 범위는, 이하와 같이 산출할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의상, 한 쌍의 X규제 부재(1x) 및 한 쌍의 Y규제 부재(1y) 사이의 각 규제 간격을 같은 Gs로 설정하고, X규제 부재(1x)의 Z스팬을 Zx로 설정하고, Y규제 부재(1y)의 Z스팬을 Zy로 설정하고, X규제 부재(1x)의 Y스팬과 Y규제 부재(1y)의 X스팬을 동일하게 R로 설정한다.
상기 기호를 사용하면, X축 둘레의 회전 규제량은 θx≒atan(2Gs/Zy), Y축 둘레의 회전 규제량은 θy≒atan(2Gs/Zx), Z축 둘레의 회전 규제량은 θz≒atan(2Gs/R)로 각각 나타낼 수 있다. 다만, θx, θy, θz는 미소량이다.
스테이지 장치로서 필요한 병진 X, Y, Z축 방향 및 θx, θy, θz 회전 방향의 각 스트로크를 충족시키고, 소정의 병진 운동량 및 회전 운동량을 초과하지 않도록, 상기 식에 있어서의 각 파라미터 Gs, Zx, Zy, R를 결정하면 된다. 상기 규제 간격 Gs는 E코어(2) 및 I코어(4)의 간격(Ge)보다 작을 필요가 있으므로, Gs < Ge의 제약이 있다. 상기 설명에서는 간략화를 위해 많은 파라미터를 동일한 값으로 설정했지만, 각각 다른 값으로 해도 된다는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 도 7a, 7b에서는, 미동 스테이지의 Z축 둘레의 양의 회전 가능량 +θz 및 음의 회전 가능량 -θz는 각각, +θz≒atan(2Gs/Ry), -θz≒atan(2Gs/Rx)이 된다. 다만, θz는 극소량이다. 회전 방향이 각각 다른 회전 규제량을 설정할 경우에는, X규제 부재의 Y스팬 Ry, Y규제 부재의 X스팬 Ry를 다른 값으로 설정하면 된다.
상기 스팬은 도 5b의 Z스팬과 같이 규제 부재 자체의 길이로 규정할 수 있다. 한 쌍의 부재를 이격해서 배치하거나, 별도의 부재를 도입할 수도 있다. 스테이지 장치의 다른 구성부품과의 배치의 상황 등을 감안하여, 다른 방식으로 스팬을 구성해도 된다.
계속해서, 각각의 규제 부재의 파라미터의 설정 방법에 대해서 이하에 설명한다. 스테이지의 가동 범위는, 소정의 스트로크량을 충족시키고 소정의 규제량보다 작도록 설정할 수 있다.
예를 들면, 노광 장치에 있어서의 미동 스테이지의 소정의 스트로크의 예로서는, 웨이퍼면 형상에 대하여 정상적인 패턴상을 전사하기 위해서, 노광광과 웨이퍼를 직교로 하기 위한 X, Y축 둘레의 미소 회전이 있다. 또한 웨이퍼를 웨이퍼 척에 고정했을 때의 초기의 회전 위치 이탈을 보정하기 위한 Z축 둘레의 미소 회전 등이 있다.
한편, 소정의 규제량의 예로서는 우선 과대한 병진 운동량이 있다. 미동 스테이지와 조동 스테이지 사이의 간격은 도 8a, 8b 및 도 9a ~ 9c의 예에서는 가장 간격이 좁은 전자기 액추에이터의 E코어(207)와 I코어(204) 사이의 간격이 되고, 수십 미크론 정도로 작다. 이 때문에, 조립 단계나, 디버그시 등 제어가 이루어지는 전단계나, 조정시에 있어서, I코어(204)와 E코어(207) 사이의 간격을 유지할 수 없어 접촉할 가능성이 있다. 이러한 접촉이 발생하면, I코어(204)와 E코어(207)에 굴곡이나 마모가 생길 수 있다. 이에 따라, I코어(204)와 E코어(207) 사이의 간격에 국소적인 변화가 생기고, 정확한 가속력의 발생이 곤란해질 수 있어, 위치 결정 정밀도가 열화될 우려가 있다.
또한, 스테이지 장치에 예상 외의 혼란이 발생하여 제어 불능이 될 수도 있고, 긴급 정지로 인해 고정밀도로 제어된 상태의 스테이지 장치가 일시에 서보 오프 상태가 되는 경우도 있다. 이에 따라, 조동 스테이지와 미동 스테이지의 간격이 가장 작은 부분인 전자기 액추에이터의 I코어(204)와 E코어(207)가 충돌하여, 전자기 액추에이터를 파손될 우려가 있다. 따라서, 스테이지 장치를 안정되게 구동하기 위해서, 액추에이터의 손상이나 파손을 방지할 필요가 있다.
또한, 미동 스테이지의 위치 계측을 위해 전술한 레이저 간섭계를 사용한다. 따라서, 미동 스테이지 천판(101)이 과다하게 회전하면, 레이저를 반사하기 위한 미러(103 ~ 105)가 기울어져, 레이저가 수광부까지 되돌아오지 않게 되고, 이에 따라 계측 및 제어가 불가능해진다.
노광 장치와 스테이지 장치에는 모두 일반적으로 냉각용 냉매 배관, 전기 케이블, 센서 등의 다수의 설치 부품이 구비되어 있어, 그 설치 부품을 손상시킬 수 있는 과대한 병진 운동량 및 회전 운동량도 문제가 된다. 특히, 웨이퍼 스테이지에서는, 웨이퍼를 교환하기 위한 도시하지 않은 3핀을 미동 스테이지에 대하여 상대적으로 Z축 방향으로 스트로크 이동할 필요가 있고, 3핀이 고정되어 있는 경우에는, 미동 스테이지를 수밀리미터 오더로 Z축 방향으로 스트로크 이동할 수 있다. 따라서, Z축 방향의 스트로크를 확보하면서, 다른 축 방향의 과대한 병진 운동량 및 회전 운동량을 억제할 수 있다.
여기에서, 예를 들면, 특정 축의 회전 방향에 있어서, 스테이지 장치의 소정의 스트로크를 θs, 소정의 규제 스트로크를 θr이라고 하면, 스테이지의 회전 가능량 θ는 θs≤θ≤θr이 되도록 설정한다. 즉, 스테이지의 회전 가능량 θ의 파라미터인, 규제 간격이나 각 스팬은 상기 관계가 성립하도록 설정해야 한다.
이상의 구성에 의해, 미동 스테이지의 X, Y축 방향의 2축 및 θx, θy, θz 회전 방향의 3축의 가동 범위를 규제할 수 있다. 또한, Z규제 부재(1z)를 설치함으로써, 미동 스테이지의 Z축 방향의 가동 범위도 규제할 수 있다. 이로써, 총 6축 방향의 가동 범위를 규제할 수 있다. 따라서, 스테이지 장치에 대한 원하는 스트로 크량을 충족시키면서 과대한 운동량을 규제해서 스테이지 장치의 손상 등을 방지할 수 있다.
[변형예]
도 1a의 본 실시예를 변형한 예로서, 도 3a, 3b에 나타내는 구성을 적용해도 된다.
도 3a, 3b에는 도 1a, 1b의 구성에서 규제 부재(1x', 1y')를 추가하여, 규제 부재가 X+측, X-측, Y+측, Y-측에 각각 2개씩 배치되어 있다. 이러한 구성에서는, X, Y축 방향 및 회전 방향 θx, θy, θz에 있어서 불필요한 규제가 되지만, 각각의 규제량의 가장 작은 것이, 그 방향으로의 유효한 규제 부재로서 기능을 한다. 이 구성에 의해, 스페이스 등의 이유로 규제 부재에 제한이 가해졌을 때, 강성을 향상시키는 효과를 발휘한다는 장점이 있다. 그 외의 구성에 대해서는, 도 1a, 1b와 동일한 부호를 부착하고 설명을 생략한다.
또한, 도 4에 나타낸 형태에 본 발명을 적용할 수 있다.
도 4는 특히 반도체 노광 장치용 레티클 스테이지로서 유용한 형태이며, 전자기 액추에이터(5)가 Y축 방향으로 2개 배치되어 있는데, 구체적으로, 한 개는 Y+측에, 다른 한 개는 Y-측에 배치되어 있다. 이에 따라, Y축 방향의 ±측 모두에 흡인력을 발생하고, 조동 스테이지의 가감속도에 대응하여, 미동 스테이지에 추진력을 부여할 수 있다. 이렇게 전자기 액추에이터(5)가 1축 방향에만 설치된 경우에도, 도 4에 나타내는 X규제 부재(1x) 및 Y규제 부재(1y)를 설치해서 X축, Y축 방향을 규제할 수 있고, Z스팬을 형성함으로써 회전 방향 θx, θy의 규제가 가능하다. 또한, θz는 1y, 1y'에 설정된 X스팬에 의해 규제가 가능하다. 또한, Z규제 부재(1z)를 설치함으로써, 6축 방향의 규제가 가능해진다.
특히 액침 노광 장치라 불리는, 투영 렌즈와 웨이퍼 사이에 액체를 채워서 노광하는 장치에 있어서는, 종래의 노광 장치에 비해 투영 렌즈와 웨이퍼 사이의 간격이 작기 때문에, Z축 방향의 규제 부재가 중요하다. 이때에는, 스테이지가 Z방향의 최상부에서 θx이나 θy방향으로 회전한 경우에도, 스테이지 단부 등이 투영 렌즈에 접촉하지 않도록, Z규제 부재의 규제 간격을 엄밀히 설정할 필요가 있다.
또한, 도 1a, 1b 및 도 2와 같이, 규제 부재(1)를 E코어(2)를 지지하는 지지 부재(6)로 지지하여, E코어(2)에 상대적인 치수 정밀도를 유닛으로서 관리함으로써, 고정밀도 부품인 E코어(2)와 규제 부재(1)의 조동 스테이지 천판(120) 위에 있어서의 위치 결정을 일괄적으로 할 수 있다. I코어(4)와 지지판(7)도 마찬가지로 유닛화함으로써, E코어(2) 및 규제 부재(1)와의 관계를 용이하게 다룰 수 있다. 이렇게 유닛화해서 전자기 액추에이터(5)와 규제 부재(1)를 근접해서 배치할 경우에는, 규제 부재(1)를 비자성재로 함으로써 전자기 액추에이터의 추진력에 영향을 미치는 일이 없어진다.
[노광 장치의 설명]
도 10은, 본 실시예에 따른 스테이지 장치를 웨이퍼 스테이지 및 레티클 스테이지에 적용한 반도체 노광 장치의 개략적인 구성도다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 노광 장치는, 노광광을 조사하는 조명부(51), 레티클을 지지·이동시키는 레티클 스테이지(52), 투영 광학 계(53), 웨이퍼를 지지·이동시키는 웨이퍼 스테이지(54)를 구비한다. 노광 장치는, 레티클에 형성된 회로 패턴을 웨이퍼에 투영 노광하도록 구성할 수 있는데, 투영 노광 방식으로는, 스텝 앤드 리피트 방식이나 스텝 앤드 스캔 방식을 적용할 수 있다.
조명부(51)는, 회로 패턴이 형성된 레티클을 조명하고, 광원부와 조명 광학계를 가진다. 광원부에서는, 예를 들면, 광원으로서 레이저를 사용한다. 레이저로는, 파장 약 193nm의 ArF 엑시머 레이저, 파장 약 248nm의 KrF 엑시머 레이저, 또는 파장 약 153nm의 F2 엑시머 레이저 등을 사용할 수 있지만, 레이저의 종류는 엑시머 레이저에 한정되지 않고, 예를 들면 YaG 레이저를 사용해도 된다. 또한, 그 레이저의 개수도 한정되지 않는다. 광원으로서 레이저가 사용되는 경우, 레이저 광원으로부터의 평행광속을 원하는 빔 형상으로 성형하는 광속 성형 광학계, 코히런트한 레이저 광속을 인코히런트 레이저 광속으로 변환하는 인코히런트화 광학계를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 광원부에 사용 가능한 광원은 레이저에 한정되지 않고, 하나 또는 복수의 수은램프나 제논램프 등의 램프도 사용 가능하다. 조명 광학계는 레티클을 조명하는 광학계이며, 렌즈, 미러, 라이트 인티그레이터, 조리개 등을 포함한다.
투영 광학계(53)로는, 복수의 렌즈 소자만으로 이루어지는 광학계, 복수의 렌즈 소자와 적어도 1개의 오목거울을 가지는 광학계(카타디오프트릭(catadioptric) 광학계) 등을 사용할 수 있다. 이외에, 복수의 렌즈 소자와 적어도 1개의 키노폼 등의 회절광학소자를 가지는 광학계, 전미러형 광학계 등을 사용 할 수 있다.
이러한 노광 장치는, 반도체 집적회로 등의 반도체 디바이스, 마이크로머신, 박막 자기 헤드 등의 미세한 패턴이 형성된 디바이스의 제조에 이용될 수 있다.
[디바이스 제조방법]
다음으로, 전술한 노광 장치를 이용한 디바이스 제조방법의 적어도 일 실시예에 대해 설명한다.
도 11은 미소 디바이스(IC이나 LSI 등의 반도체칩, 액정 패널, CCD, 박막 자기 헤드, 마이크로머신 등)의 제조의 플로우 차트를 나타낸다. S1(회로 설계)에서는 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. S2(레티클 제조)에서는 설계한 회로 패턴에 따라 레티클을 제조한다. 한편, S3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 사용해서 웨이퍼를 제조한다. S4(웨이퍼 프로세스)는 전공정이라고 불리고, 상기 레티클과 웨이퍼를 사용하여, 상기의 노광 장치에 의해 리소그래피 기술을 이용해서 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 다음 S5(조립)는 후공정이라 불리고, S4에서 제조된 웨이퍼를 사용해서 반도체칩화하는 공정이며, 조립 공정(다이싱, 본딩), 패키징 공정(칩 봉입) 등의 공정을 포함한다. S6(검사)에서는 S5에서 제조된 반도체 디바이스의 동작 확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 행한다. 이러한 공정을 거친 후 반도체 디바이스가 완성되면, 이것이 출하(S7)된다.
도 12는 상기 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로우 차트다. S11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. S12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. S13(전극 형성)에서는 웨이퍼 위에 전극을 증착에 의해 형성한다. S14(이온 주입) 에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. S15(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. S16(노광)에서는 상기 설명한 노광 장치를 사용하여 레티클의 회로 패턴을 웨이퍼에 노광 인화한다. S17(현상)에서는 노광한 웨이퍼를 현상한다. S18(에칭)에서는 현상한 레지스트상 이외의 부분을 에칭 제거한다. S19(레지스트 박리)에서는 에칭 완료 후 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이 스텝들을 반복함으로써, 웨이퍼 위에 다층의 회로 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명은 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 기재된 실시예에 한정되지는 것은 아니다. 다음 청구항의 범위는 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 범위의 해석에 맞추어져야 한다.
본 발명에 따르면, 스테이지 장치에 필요한 스트로크를 확보하면서 과대한 운동량을 제한함으로써, 스테이지 장치에 대한 손상을 방지하거나 줄일 수 있다.
Claims (14)
- 서로 직교하는 제1 축 및 제2 축에 의해 규정되는 수평면에 대하여 이동 가능한 제1 스테이지와,상기 제1 스테이지 위에서 적어도 상기 축 방향 및 제3 축 둘레의 회전 방향으로 이동 가능한 제2 스테이지를 구비하고,상기 제2 스테이지의 가동부가 상기 제1 스테이지에 대하여 간격을 두고 대향하는 부위에, 상기 제2 스테이지의 가동 범위를 제한하는 규제 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 규제 부재는, 상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지의 가동부 사이의 제1 축 방향의 간격의 최소치를 규정하는 제1 규제 부재와, 상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지의 가동부 사이의 제2 축 방향의 간격의 최소치를 규정하는 제2 규제 부재를 구비하고,상기 제1 및 제2 규제 부재는, 상기 제2 스테이지의 상기 제1 축 방향 및 상기 제2 축 방향의 가동 범위와, 상기 제1 축, 상기 제2 축, 및 제3 축의 각 축 둘레의 3회전 방향의 가동 범위를 규제하고, 상기 제3 축은, 상기 제1 축 및 제2 축과 직교하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 2항에 있어서,상기 제1 규제 부재는, 상기 제1 축과 평행하게 배치되고, 상기 제2 스테이지의 가동부를 개재하도록 대향 배치되며, 상기 제1 축 방향의 간격을 두고 상기 제3 축 방향으로 연장되는, 한 쌍의 부재로 이루어지고, 상기 제2 스테이지의 가동부의 제2 축 둘레의 회전 방향의 가동 범위를 규제하고,상기 제2 규제 부재는, 상기 제2 축과 평행하게 배치되고, 상기 제2 스테이지의 가동부를 개재하도록 대향 배치되며, 상기 제2 축 방향의 간격을 두고 상기 제3 축 방향으로 연장되는, 한 쌍의 부재로 이루어지고, 상기 제2 스테이지의 가동부의 제1 축 둘레의 회전 방향의 가동 범위를 규제하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 제1 규제 부재의 한 쌍의 부재는 상기 제1 축과 평행하게 배치되고, 상기 제2 축 방향으로 소정의 거리만큼 이격해서 배치되며,상기 제2 규제 부재의 한 쌍의 부재는 상기 제2 축과 평행하게 배치되고, 상기 제1 축 방향으로 소정의 거리만큼 이격해서 배치되며,상기 제1 및 제2 규제 부재는 상기 제2 스테이지의 상기 제3 축 둘레를 회전 하는 방향의 가동 범위를 규제하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 2항에 있어서,상기 규제 부재는, 상기 제2 스테이지의 상기 제3 축 방향의 가동 범위를 규제하는 제3 규제 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 규제 부재는, 상기 제2 스테이지의 상기 제3 축 방향의 가동 범위를 규제하는 제3 규제 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 4항에 있어서,상기 규제 부재는, 상기 제2 스테이지의 상기 제3 축 방향의 가동 범위를 규제하는 제3 규제 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제2 스테이지의 가동 범위는, 상기 제2 스테이지의 소정의 스트로크량 을 충족시키고 소정의 규제량보다 작게 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 2항에 있어서,상기 제2 스테이지의 가동 범위는, 상기 제2 스테이지의 소정의 스트로크량을 충족시키고 소정의 규제량보다 작게 되도록 설정되는 것을 특징을 하는 스테이지 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 제2 스테이지의 가동 범위는, 상기 제2 스테이지의 소정의 스트로크량을 충족시키고 소정의 규제량보다 작게 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 4항에 있어서,상기 제2 스테이지의 가동 범위는, 상기 제2 스테이지의 소정의 스트로크량을 충족시키고 소정의 규제량보다 작게 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 제2 스테이지의 가동 범위는, 상기 제2 스테이지의 소정의 스트로크량을 충족시키고 소정의 규제량보다 작게 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
- 레티클의 패턴 상을 투영 광학계를 통해 기판에 노광하는 노광 장치로서,상기 레티클을 조명해서 상기 패턴 상을 형성하는 조명부와,제1 항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치를 구비하고,상기 스테이지 장치에 의해 상기 기판 및 상기 레티클의 적어도 하나를 상대적으로 이동해서 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
- 제 13항에 기재된 노광 장치를 사용해서 레티클을 통해 기판을 노광하는 스텝과,노광된 상기 기판을 현상하는 스텝과,현상된 상기 기판을 가공해서 디바이스를 제조하는 스텝을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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