KR20120125187A - 위치 결정 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

위치 결정 장치는 제1 부재와 제2 부재 사이의 상대 위치를 제어한다. 상기 장치는 제1 부재에 고정되는 전자석과, 전자석에 의해 흡인되도록 제2 부재에 고정되는 흡인 타겟과, 전자석에 의해 발생되는 자속값을 검출하는 자속 센서와, 전자석과 흡인 타켓 사이의 갭의 크기에 따라서 자속 명령값을 보정함으로써 얻어지는 보정 자속 명령값과 자속 센서에 의해 검출되는 자속값 사이의 편차에 따라서 전자석을 구동시키는 구동 유닛을 포함한다.

Description

위치 결정 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 {POSITIONING APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING DEVICE}
본 발명은 위치 결정 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스와 같은 디바이스를 제조하는 노광 장치에 있어서, 기판 스테이지 기구 및 원판 스테이지 기구에는, 고가속 및 고속으로 스테이지를 이동시키고 고정밀도로 스테이지를 위치 결정하는 성능이 요구된다. 일반적으로는, 위치 결정 정밀도는 떨어지지만 큰 스트로크 및 큰 추력 특성을 갖는 조동 스테이지(coarse moving stage) 위에, 작은 스트로크이기는 하지만 위치 결정 정밀도가 높은 미동 스테이지(fine moving stage)를 배치하는 조/미동 스테이지 기구를 채용하고 있다. 미동 스테이지를 구동시키는 액츄에이터로서는, 로렌츠 힘을 이용하는 리니어 모터 또는 흡인력을 이용하는 전자석이 채용될 수 있다. 전자는 힘 명령이 발행되는 때로부터 추력이 생성될 때까지의 시퀀스를 형성하는 특성이 높은 선형성을 갖기 때문에 쉽게 사용되는 반면, 후자는 액츄에이터에 의해 발생되는 열을 감소시킨다는 점에서 유리하다. 따라서, 리니어 모터를 이용하여 위치 결정 제어를 행하고, 전자석을 이용하여 가속/감속을 행하는 방법이 사용가능하다. 위치 결정 정밀도를 높이기 위해서는, 가속/감속에 있어 전자석에 의해 발생되는 힘의 정밀도를 향상시켜, 가속/감속 동안의 위치 편차를 감소시킬 필요가 있고, 발생되는 힘을 정밀하게 제어하는 것이 요구된다. 일본 특허공개공보 제3-43766호 및 일본 특허 제3977086호는 전자석에 의해 발생되는 힘의 비선형성으로 인한 문제점을 해결하는 제어 방법을 설명하고 있다.
일본 특허공개공보 제3-43766호에서 설명된 제어 방법에서는, 전자석에 의해 발생되는 힘이 코일 전류의 제곱에 근사하게 비례하고, 힘 명령값의 절대값의 평방근을 산출하고, 이 평방근에 게인을 곱해서, 코일 전류 명령값을 발생시킨다. 전자석과 흡인 타겟 사이의 갭의 크기의 변화에 따라 자속값이 변하기 때문에, 이 갭의 측정값에 기초하여 전류 명령이 보정된다는 점에 주목해야 한다. 그러나, 이러한 제어 방법에서는, 코일 전류값이 동일하게 유지되더라도, 전자석 코어의 자기 히스테리시스의 영향으로 인해, 전류값을 증가/감소시키는 과정에서 힘이 변동한다. 일본 특허 제3977086호에서 설명된 제어 방법에서는, 전류값 대신에 자속값을 검출하고, 자속값에 기초하여 힘을 제어한다. 일본 특허 제3977086호에서 설명된 제어 방법은 검출된 자속값이 갭과 자기 히스테리시스의 영향을 포함하고 있어서, 이 자속값을 제어함으로써 이러한 영향을 받지 않고 힘을 제어할 수 있다는 생각에 기초하는 것이다.
자속값을 제어해서 전자석의 힘을 제어하는 경우에, 갭의 크기의 변화에 따라 검출된 자속값과 전자석에 의해 발생되는 힘 사이의 관계가 변화하는 것이 문제가 된다. 즉, 자속값이 명령값에 따라 제어되더라도, 갭의 크기의 변화에 의해 전자석에 의해 발생되는 힘이 변동해버리면, 목표로 하는 힘을 얻을 수 없다.
본 발명은 전자석과 흡인 타겟 사이의 갭의 크기의 변동으로 인한 위치 결정 정밀도의 저하를 방지하는데 유리한 기술을 제공한다.
본 발명의 일 양태는 제1 부재와 제2 부재 사이의 상대 위치를 제어하는 위치 결정 장치이며, 제1 부재에 고정되는 전자석과, 전자석에 의해 흡인되도록 제2 부재에 고정되는 흡인 타겟과, 전자석에 의해 발생되는 자속값을 검출하는 자속 센서와, 전자석과 흡인 타켓 사이의 갭의 크기에 따라서 자속 명령값을 보정함으로써 얻어지는 보정 자속 명령값과 자속 센서에 의해 검출되는 자속값 사이의 편차에 따라서 전자석을 구동시키는 구동 유닛을 포함하는 위치 결정 장치를 제공한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시형태들에 대한 이하의 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 위치 결정 장치의 피드포워드 제어계를 설명하는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 위치 결정 장치의 피드백 제어계를 설명하는 블록도.
도 3은 전자기 액츄에이터의 특성을 측정하는 측정 장치의 개략도.
도 4는 갭과 보정값 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 위치 결정 장치의 피드포워드 제어계를 설명하는 블록도.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 노광 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 1 및 도 2을 참조하여 본 발명의 실시형태에 따른 위치 결정 장치(50)의 구성 및 동작을 설명하기로 한다. 위치 결정 장치(50)는 위치 결정 대상물인 미동 스테이지(1)에 부여되는 힘의 피드포워드 제어를 행하는 피드포워드 제어계와, 미동 스테이지(1)의 위치의 피드백 제어를 행하는 피드백 제어계를 포함한다. 도 1은 위치 결정 장치(50)의 피드포워드 제어계를 도시하는 블록도이고, 도 2는 위치 결정 장치(50)의 피드백 제어계를 도시하는 블록도이다. 위치 결정 장치(50)는 예를 들어, 원판의 패턴을 기판에 전사하는 노광 장치에 있어서, 원판을 위치 결정하는 원판 스테이지 기구 및 기판을 위치 결정하는 기판 위치 결정 기구 중 적어도 하나에 적용될 수 있다.
위치 결정 장치(50)는 조동 스테이지(제1 부재)(2)와, 미동 스테이지(제2 부재)(1)를 포함할 수 있다. 미동 스테이지(1)는 조동 스테이지(2) 위에, 예를 들어 에어 스프링 또는 영구 자석을 사용하는 지지 기구(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 우선, 도 2를 참조하여, 위치 결정 장치(50)의 피드백 제어계에 대해 설명한다. 미동 스테이지(1)에 설치된 반사경(31)에 의해 레이저 간섭계(위치 측정기)(32)로부터의 레이저광(33)을 반사하여, 레이저 간섭계(32)에 의해 미동 스테이지(1)의 위치가 측정된다. 감산기(36)는 주 제어기 MC로부터 발행된 미동 스테이지(1)의 위치 명령값(35)으로부터, 레이저 간섭계(32)로부터 출력된 미동 스테이지(1)의 위치 측정값(34)[미동 스테이지(1)의 위치의 측정 결과]을 감산하여, 미동 스테이지(1)의 위치 편차(37)를 생성한다.
피드백 제어부(38)는 위치 편차(37)에 기초하여, 예를 들면 PID 연산에 의해, 위치 편차(37)를 저감하기 위한 피드백 제어 명령값(이하, FB 제어 명령값)(39)을 산출한다. 주 제어기 MC, 감산기(36) 및 피드백 제어부(38)는 디지털 처리 회로로 형성되고, FB 제어 명령값(39)은 D/A 변환기(도시되지 않음)에 의해 아날로그 신호로 변환되어서 전류 드라이버(40)로 송신될 수 있음에 주목해야 한다. 전류 드라이버(40)는 FB 제어 명령값(39)에 대응하는 전류(41)를 미동 리니어 모터(42)에 공급한다. 전류(41)에 따라서, 미동 리니어 모터(42)는 조동 스테이지(제1 부재)(2)와, 미동 스테이지(제2 부재)(1) 사이에 추력을 발생시켜서, 이 추력을 이용하여 미동 스테이지(1)의 위치 결정 제어를 행한다.
조동 스테이지(2)는 스테이지 기부(3) 위에 놓여져, 예를 들면 정압 가이드에 의해 형성된 조동 가이드(4)를 사용하여, 미동 스테이지(1)와 함께 이동가능하다. 조동 스테이지(2)의 이동은 적어도 1축의 자유도를 가질 수 있음에 주목해야 한다. 또한, 미동 스테이지(1)의 이동은 적어도 1축의 자유도를 가질 수 있다. 조동 스테이지(2)는 미동 스테이지(1)와 마찬가지로, 레이저 간섭계(도시되지 않음)와 같은 위치 측정기에 의해 위치가 측정되어, 조동 액츄에이터(도시되지 않음)에 의해 구동될 수 있다.
다음으로, 도 1을 참조하여 위치 결정 장치(50)의 피드포워드 제어계에 대해서 설명한다. 조동 스테이지(2)에는 미동 스테이지(1)를 구동 방향으로 개재시키도록 전자석(5a, 5b)이 고정되어 있다. 도 1에 도시된 예에서는, 전자석(5a, 5b)은 조동 스테이지(2)에 고정되어 있다. 미동 스테이지(1)에는 전자석(5a, 5b)에 의해 각각 흡인되도록 흡인 타겟(6a, 6b)이 고정되어 있다. 전자석(5a, 5b)을 미동 스테이지(1)에 고정시키고, 흡인 타겟(6a, 6b)을 조동 스테이지(2)에 고정시킬 수도 있다는 점에 주목해야 한다.
전자석(5a, 5b)과 흡인 타겟(6a, 6b) 사이에는 각각 갭이 형성되어 있다. 전자석(5a)과 이에 대향하는 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기가 전자석(5b)과 이에 대향하는 흡인 타겟(6b) 사이의 갭의 크기와 동일한 값이 되도록 전자석(5a, 5b)이 제어될 수 있다.
피드포워드 제어계는 전자석(5a, 5b)의 각각에 개별적으로 설치된다. 그러나, 도 1에서는, 도시의 간략화를 위해, 전자석(5a)에 대한 피드백 제어계만이 도시되어 있다. 이하에서는, 대표적으로, 전자석(5a)에 관한 피드백 제어계에 대해서 설명하지만, 전자석(5b)에 관한 피드백 제어계도 동일한 구성을 갖는다. 위치 결정 장치(50)는, 전자석(5a)에 의해 발생되는 자속값을 검출하는 자속 센서 MFS를 포함할 수 있다. 자속 센서 MFS는, 예를 들어 서치 코일(7a)과 적분기(8)를 포함할 수 있다. 서치 코일(7a)은, 구동 코일(12a)을 포함하는 전자석(5a)에 조립된다. 서치 코일(7a)은, 전자석(5a)에 의해 발생되는 자속값의 시간 변화를 검출하고, 이 변화를 나타내는 자속 변화 신호(21)를 출력한다. 적분기(8)는, 서치 코일(7a)에 의해 검출된 자속 변화 신호(21)를 시간 적분해서, 자속 검출값[전자석(5a)에 의해 발생되는 자속의 검출 결과를 나타내는 신호](22)을 출력한다.
위치 결정 장치(50)는, 갭 센서(14)와 구동 유닛 DU도 포함한다. 갭 센서(14)는, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기를 검출하고, 그 검출 결과를 갭 신호(28)로서 출력한다. 갭 센서(14)는, 이 실시 형태에서는, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기를 나타내는 디지털 신호를 갭 신호(28)로서 출력한다. 구동 유닛 DU은, 갭 센서(14)에 의해 검출된 갭의 크기에 따라서 기본 자속 명령값(24)을 보정함으로써, 보정 자속 명령값(25)을 얻는다. 또한, 구동 유닛 DU은, 보정 자속 명령값(25)과 자속 센서 MFS에 의해 검출된 자속 검출값(자속값)(22) 사이의 편차에 따라서 전자석(5a)을 구동시킨다.
이 실시 형태에서는, 구동 유닛 DU는, 보정값 연산기(15), 승산기(보정기)(16), DA 변환기(17), 감산기(9), 증폭기(보상기)(10) 및 전류 드라이버(11)를 포함한다. 주 제어기 MC에 의해 발행된 힘 명령값(23)은, 자속 명령 연산기(13)에 의해 기본 자속 명령값(24)으로 변환된다. 본 실시 형태에서는, 기본 자속 명령값(24)은 디지털 신호이다. 승산기(16)는, 기본 자속 명령값(24)에 대하여 보정값 연산기(15)로부터의 보정값(29)을 곱하는 것에 의해 보정 자속 명령값(25)을 생성한다. "기본 자속 명령값" 및 "보정 자속 명령값"은, 서로 구별하기 위해서 사용된 명칭이며, 양자 모두 자속 명령값이다. DA 변환기(17)는, 보정 자속 명령값(25)을 아날로그 신호로 변환하여, 아날로그 보정 자속 명령값(26)을 발생시킨다. 감산기(9)는, 아날로그 보정 자속 명령값(26)으로부터 아날로그 자속 검출값(22)을 감산하여 자속 편차(27)를 발생시킨다. 증폭기(10)는 자속 편차(27)에 게인을 곱해서 증폭 자속 편차(30)를 발생시키고, 이를 전류 드라이버(11)로 보낸다. 전류 드라이버(11)는 증폭 자속 편차(30)에 따라 전자석(5a)의 구동 코일(12a)을 구동시킨다. 이에 의해, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이에 흡인력이 발생한다.
자속 센서 MFS, 감속기(9), 증폭기(보상기)(10), 전류 드라이버(11) 및 전자석(5a)[구동 코일(12a)]에 의해, 자속을 제어하는 피드백 루프(이하, 간단히, 자속 피드백 루프라 함)가 형성된다는 점에 주목해야 한다. 자속 피드백 루프에 의해, 구동 코일(12a)에 의해 발생되는 자속이 자속 피드백 루프에 대한 명령값인 보정 자속 명령값(26)을 따르게 된다. 전자석(5a) 및 흡인 타겟(6a) 사이에 발생하는 흡인력은, 구동 코일(12a)에 의해 발생되는 자속의 값과, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기에 기초하여 결정된다.
전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기의 기준값을 이하에서는 표준 갭이라 한다. 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기의 표준 갭으로부터의 변동량(이하, 간단히 갭 변동량이라 함)에 의한 흡인력의 변동은, 보정값 연산기(15)에 의해 갭 신호(28)에 따라서 발생되는 보정값(29)에 따라서 승산기(16)가 기본 자속 명령값(24)을 보정함으로써 감소된다. 또한, 구동 코일(12a)에 의해 발생되는 자속의 값은, 상술한 바와 같이, 보정 자속 명령값(26)을 따른다. 이러한 작동 시, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이에서 발생되는 흡인력은 도 1에 도시되는 피드포워드 제어계에 대한 명령값인 힘 명령값(23)을 따르게 된다.
전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이에서 발생되는 흡인력의 제어 정밀도를 향상시키기 위해서, 자기 피드백 루프는, 대략 킬로헤르쯔 이상의 높은 대역에서 동작하는 것이 바람직하다. 디지털 제어계에서는 샘플링 시간에 의한 시간 지연의 문제가 있어, 증폭기(보상기)(10)의 게인을 크게 하는 것이 어렵고, 그 때문에 고대역화의 실현이 어렵다. 따라서, 감산기(9)와 증폭기(10)를 아날로그 연산 증폭기(OP 증폭기)를 이용해서 형성하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 적분기(8)도 아날로그 연산 증폭기(OP 증폭기)로 구성되는 것이 바람직하다. 자속 명령 연산기(13)에 있어서의 연산은, 일반적으로 비선형 연산이므로, 아날로그 회로를 사용하여 자속 명령 연산기(13)를 형성하는 것은 곤란하다. 따라서, 자속 명령 연산기(13)는 전형적으로는, 디지털 처리 회로를 사용하여 형성될 수 있다.
전자석(5a)과 이에 대향하는 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기의 변화는, 후술하는 바와 같이 조동 스테이지(2)의 응답에 의한 것이고, 최대 약 1 kHz 정도이므로, 보정값 연산기(15)는 아날로그 회로를 사용하여 형성될 필요가 없다. 또한, 승산기(16)에 의해 자속 명령 연산기(13)의 출력 값과 보정값 연산기(15)의 출력 값을 승산한다. 이로써, 자속 명령 연산기(13)가 디지털 처리 회로를 사용하여 형성되는 경우에는, 보정값 연산기(15)도 디지털 처리 회로를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
조동 스테이지(2) 및 이에 의해 지지되는 미동 스테이지(1)를, 도 1의 우측으로 가속시키는 동작에 대해 이하에서 설명한다. 조동 스테이지(2)를 구동시키는 조동 액츄에이터(도시되지 않음)는 조동 스테이지(2)와 이에 의해 지지되는 미동 스테이지(1) 양자 모두를 구동시키는 구동력을 발생시켜 조동 스테이지(2)를 구동시킨다. 조동 액츄에이터에 의해 발생되는 구동력은 전자석(5a)과 미동 리니어 모터(42)를 통해 미동 스테이지(1)로 전달된다. 따라서, 조동 액츄에이터에 의해 조동 스테이지(2)를 구동시킴에 있어서, 미동 리니어 모터(42)와, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a)에 의해 형성되는 전자석 액츄에이터 중 적어도 하나는 힘을 발생시켜야 한다. 그러나, 미동 리니어 모터(42)는 발열량이 크다. 따라서, 도 1에 도시된 피드포워드 제어계는 큰 추력 및 저 발열을 얻는 전자석(5a)이 가속을 위한 구동력을 발생시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 도 2에 도시된 피드백 제어계는 미동 리니어 모터(42)가 미동 스테이지(1)의 위치 결정 제어를 위한 구동력만을 발생시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
조동 스테이지(2)와 미동 스테이지(1) 사이의 상대적인 위치가 조동 스테이지(2)와 미동 스테이지(1)의 가속 시 변동하는 경우, 미동 스테이지(1)의 위치 결정 정밀도는 악화된다. 따라서, 미동 스테이지(1)의 위치 결정 정밀도를 향상시키기 위해, 도 1에 도시된 피드포워드 제어계의 제어 정밀도가 향상되어야만 한다. 전자석(5a)이 발생시키는 힘의 제어는, 구동 유닛 DU를 이용하여 전자석(5a)이 발생시키는 자속의 값을 제어하여 이루어지므로, 자속 명령값과, 자속 명력값에 따라 발생하는 힘 사이의 관계를 미리 구해 놓아야 한다.
도 3에는, 전자석 및 흡인 타겟에 의해 형성되는 전자기 액츄에이터의 특성을 측정하는 측정 장치의 구성이 예시되어 있다. 전자석(5a) 및 흡인 타겟(6a)으로 형성되는 전자기 액츄에이터의 특성을 측정하기 위해서, 이 전자기 액츄에이터는 도 3에 예시되는 측정 장치로 조립될 수 있다. 이 측정 장치를 이용하여, 갭의 크기가 표준 갭일 때의 자속 명령값[예를 들면, 기본 자속 명령값(24)]과 자속 명령값에 따라서 발생하는 힘 사이의 관계가 측정될 수 있다. 전자석(5b) 및 흡인 타겟(6b)으로 형성되는 전자기 액츄에이터에 대해서도 마찬가지이다.
전자석(5a)은, 기부(51)에 의해 지지된 전자석 부착판(52)에 고정될 수 있다. 흡인 타겟(6a)은 리프 스프링(54)을 통해서 기부(51)에 의해 지지되는 타겟 부착판(53)에 고정될 수 있다. 리프 스프링(54)의 작용에 의해, 흡인 타겟(6a)은 전자석(5a)에 흡인되는 방향으로 이동할 수 있다. 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이에 작용하는 흡인력은, 기부(51)와 타겟 부착판(53) 사이에 배치된 로드 셀(55)에 의해 측정될 수 있다. 전자석 부착판(52)에는 갭 센서(56)가 설치되어 있어, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기가 측정될 수 있다. 전자석 부착판(52)은 이 갭을 조정할 수 있는 기구를 포함할 수 있다.
전자석(5a)에는 도 1에 나타내는 피드포워드 제어계가 접속되어 있다. 전자석 부착판(52)을 조정함으로써, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기가 표준 갭의 크기로 설정될 수 있다. 이 상태에서, 자속 명령값[예를 들면, 기본 자석 명령값(24)]을 변경하면서 로드 셀(55)로 흡인력을 측정함으로써, 자속(자속 명령값)과 자속에 따라 발생하는 힘 사이의 관계를 구할 수 있다. 자속과 힘 사이의 관계는, 자속을 인수로 하는 이차 함수에 의해 근사할 수 있다. 자속 명령 연산기(13)에는 이 이차 함수의 역함수가 설정되어, 이 역함수에 따라 힘 명령값(23)으로부터 기본 자속 명령값(24)을 결정한다.
전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기는 표준 갭의 크기로부터 변화하지 않는 것이 바람직하지만, 실제로는 조동 스테이지(2) 및 미동 스테이지(1)의 구동 시에 변화할 수 있다. 이것은 주로 조동 스테이지(2)의 위치 편차 때문에 발생할 수 있다. 조동 스테이지(2)는 조동 가이드(4)의 저항, 전기계 및 급/배기계의 배관이 외부 장치에 접속되어 있는 것에 의한 스프링성에 의해 생성되는 저항 등의 외란에 의해 미동 스테이지(1)보다도 위치 편차가 커질 수도 있다. 조동 스테이지(2) 및 미동 스테이지(1)의 초기화 시에도, 갭의 크기가 표준 갭의 크기으로부터 어긋날 경우도 있을 수 있다.
전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기가 변동할지라도, 이 변동에 의한 자속값의 변화는, 서치 코일(7a)을 포함하는 자속 피드백 루프에 의해 상쇄된다. 그러나, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 흡인력을 생성하는 데에 관여하지 않고, 전자석(5a)에만 흐르는 자속 성분이 있으며, 서치 코일(7a)에 의해 또한 검출된다. 이 자속 성분은 갭의 크기에 의존하므로, 갭의 크기가 변동하면, 자속값이 일정하게 제어되어 있어도, 흡인력이 변화할 수 있다.
따라서, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기의 변동량(이하, 간단히 갭 변동량이라 함) d와, 그 갭 변동량 d에 의한 자속값의 변화를 상쇄하기 위한 자속 명령값 사이의 관계를 구해 두면, 이 관계에 기초해서 기본 자속 명령값(24)을 보정할 수 있다. 보정값 연산기(15)가 보정값(29)을 연산하기 위한 연산식은, 다음과 같은 방법으로 결정할 수 있다. 우선, 소정의 힘 명령값(23)에 따라 표준 갭에 대한 기본 자속 명령값(24)을 구하고, X라고 정의한다. 다음으로, 표준 갭으로부터 갭의 크기를 변화시켜서 전자석(5a)을 구동시켜, 흡인력이 힘 명령값(23)을 가지도록 기본 자속 명령값(24)을 조정한다. 조정된 기본 자속 명령값(24)을 Y라고 하면, 보정값 α는 α=Y/X가 된다. 갭 변동량 d를 바꾸어서 이 관계를 측정함으로써, 갭 변동량 d와 보정값 α 사이의 관계를 결정할 수 있다. 도 4에는, 갭 변동량 d와 보정값 α 사이의 관계가 예시되어 있다. 도 4에 나타내는 예에서는, 갭 변동량 d와 보정값 α 사이의 관계는 선형 함수로 나타나 있다. 보정값 연산기(15)는 이 선형 함수를 이용해서 보정값을 결정한다. 보정값 α가 발생하는 힘에 의존하는 경우에, 보정값 α를 결정하기 위한 함수를 힘 명령값(23)에 따라서 변경할 수도 있다. 이상과 같이, 전자석(5a)과 흡인 타겟(6a) 사이의 갭의 크기에 따라서 자속 명령값을 보정함으로써, 전자석(5a) 및 흡인 타겟(6a)에 의해 형성되는 전자기 액츄에이터가 발생시키는 흡인력을 높은 정밀도로 제어할 수 있다. 이것에 의해, 미동 스테이지(1)를 높은 정밀도로 위치 결정할 수 있다.
도 1에 있어서 우방향으로 가속하고 있는 조동 스테이지(2) 및 미동 스테이지(1)를 감속시킬 때에는, 전자석(5b) 및 흡인 타겟(6b)으로 형성되는 전자기 액츄에이터를 기동시킨다. 한편, 도 1에서 좌측 방향으로 조동 스테이지(2) 및 미동 스테이지(1)를 가속시킬 때에는, 전자석(5b) 및 흡인 타겟(6b)으로 형성되는 전자기 액츄에이터를 기동시킨다. 또한, 도 1에서 좌측 방향으로 가속하고 있는 조동 스테이지(2) 및 미동 스테이지(1)를 감속시킬 때에는, 전자석(5a) 및 흡인 타겟(6a)으로 형성되는 전자기 액츄에이터를 기동시킨다.
힘 명령값(23)으로부터 기본 자속 명령값(24)을 구하는 함수 및 갭 신호(28)로부터 보정값(29)을 구하는 함수는, 그들에 대응하는 변환 테이블로 치환될 수도 있다.
상기의 예에서 자기 피드백 루프는 아날로그 회로를 사용하여 형성될 수 있지만, 디지털 회로를 사용하여 형성될 수도 있다. 상기의 예에서 갭 신호(28)는 갭 센서(14)에 의해 얻어지지만, 이것은 미동 스테이지(1)와 조동 스테이지(2)의 위치 측정값으로부터 연산될 수도 있다. 또한, 도 1 및 도 2에는 설명의 간략화를 위하여 1축을 중심으로하는 구동 기구만을 나타내었지만, 2축 이상을 중심으로 하는 구동 기구를 설치할 수도 있다.
도 1에 나타내는 구성예에서는, 보정값 연산기(15)가 생성하는 보정값(29)에 따라서 기본 자속 명령값(24)을 보정해서 보정 자속 명령값(25)이 생성되지만, 도 5에 예시되는 바와 같이, 보정값(29)에 따라 자속 검출값(22)을 보정할 수도 있다. 도 1 및 도 5에 나타내는 구성예는 동일한 자속 편차(27)를 생성하는 등가 구성을 도시한다.
이하, 도 6을 참조하면서 본 발명의 위치 결정 장치의 적용예로서의 노광 장치에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 노광 장치는, 원판 R을 위치 결정하는 원판 위치 결정 기구(120)와, 기판 S를 위치 결정하는 기판 위치 결정 기구(140)와, 원판 R을 조명하는 조명계(110)와, 원판 R의 패턴을 기판 S에 투영하는 투영계(130)를 포함한다. 도 1 및 도 2를 참조하여 예시적으로 설명한 위치 결정 장치(50)가 원판 위치 결정 기구(120) 및 기판 위치 결정 기구(140) 중 적어도 하나에 대하여 적용될 수 있음에 주목해야 한다.
다음으로, 상기의 노광 장치의 적용예에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 디바이스 제조 방법은 반도체 디바이스 또는 액정 디바이스 등의 디바이스의 제조에 적절하다. 이 방법은, 상기의 노광 장치를 이용해서 감광제가 도포된 기판을 노광하는 공정과, 노광된 기판을 현상하는 공정을 포함할 수 있다. 이 방법은 후속하는 공지된 공정(예를 들면, 산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩 및 패키징)을 포함할 수도 있다.
본 발명이 예시적인 실시 형태를 참조하여 기술되었지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시 형태에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 첨부된 특허청구범위의 범주는 모든 변형과, 등가 구조 및 기능을 포함하는 최광의의 해석과 일치하여야 한다.

Claims (7)

  1. 제1 부재와 제2 부재 사이의 상대 위치를 제어하는 위치 결정 장치이며,
    상기 제1 부재에 고정되는 전자석과,
    상기 전자석에 의해 흡인되도록 상기 제2 부재에 고정되는 흡인 타겟과,
    상기 전자석에 의해 발생되는 자속값을 검출하는 자속 센서와,
    상기 전자석과 상기 흡인 타켓 사이의 갭의 크기에 따라서 자속 명령값을 보정함으로써 얻어지는 보정 자속 명령값과 상기 자속 센서에 의해 검출되는 자속값 사이의 편차에 따라서 상기 전자석을 구동시키는 구동 유닛을 포함하는 위치 결정 장치.
  2. 제1 부재와 제2 부재 사이의 상대 위치를 제어하는 위치 결정 장치이며,
    상기 제1 부재에 고정되는 전자석과,
    상기 전자석에 의해 흡인되도록 상기 제2 부재에 고정되는 흡인 타겟과,
    상기 전자석에 의해 발생되는 자속값을 검출하는 자속 센서와,
    상기 전자석과 상기 흡인 타켓 사이의 갭의 크기에 따라서, 상기 자속 센서에 의해 검출되는 자속값을 보정함으로써 얻어지는 자속값과 자속 명령값 사이의 편차에 따라서 상기 전자석을 구동시키는 구동 유닛을 포함하는 위치 결정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전자석과 상기 흡인 타겟 사이에서 발생되는 힘에 대한 명령값인 힘 명령값을 발생시키는 주 제어기와,
    상기 힘 명령값에 기초해서 상기 자속 명령값을 발생시키는 자속 명령 연산기를 더 포함하는 위치 결정 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부재는 조동 스테이지(coarse moving stage)를 포함하고, 상기 제2 부재는 상기 조동 스테이지에 의해 지지되는 미동 스테이지(fine moving stage)를 포함하는 위치 결정 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자석과 상기 흡인 타겟 사이의 갭의 크기를 검출하는 갭 센서를 더 포함하는 위치 결정 장치.
  6. 원판의 패턴을 기판에 전사하는 노광 장치이며,
    상기 원판을 위치 결정하는 원판 위치 결정 기구와,
    상기 기판을 위치 결정하는 기판 위치 결정 기구와,
    상기 원판을 조명하는 조명계와,
    상기 원판의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영계를 포함하고,
    상기 원판 위치 결정 기구 및 상기 기판 위치 결정 기구 중 적어도 하나는 제1항 또는 제2항에 기재된 위치 결정 장치를 포함하는 노광 장치.
  7. 제6항에 기재된 노광 장치에 의해 기판을 노광하는 공정과,
    상기 기판을 현상하는 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법.
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