KR20150046233A - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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마르크 마르쿠스 게라르두스 히렌
피터 미하엘 실베스터 마리아 헤이만스
야콥 얀 벨텐
요한네스 후베르투스 안토니우스 반 데 레이트
고드프리드 카타리나 후베르투스 프란시스쿠스 기렌
압델하미드 케츠라우드
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

전자기 액추에이터가 개시되며, 상기 전자기 액추에이터는, 코일(355)을 포함하는 코일 조립체(350); 제 1 및 제 2 자석 유닛(360, 370)을 포함하는 자석 조립체 - 각각의 자석 유닛은 자기 요크(365, 375) 및 상기 자기 요크에 장착된 복수의 영구 자석들(366, 376)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 자석 유닛은 상기 코일 조립체를 수용하는 자기 회로를 형성하며, 상기 코일의 가동 시 제 1 방향으로 힘을 생성함 -; 및 상기 자석 유닛들을 유지하는 홀더(600)를 포함하고, 상기 코일 조립체에 대한 상기 자석 조립체의 중량 비는, 전력에 대한 힘의 비가 최대화될 때 상기 코일 조립체에 대한 상기 자석 조립체의 중량 비보다 작다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법{LITHOGRAPHIC APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 출원은 2012년 8월 21일에 출원된 미국 가출원 61/691,718의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다.
본 발명은 전자기 액추에이터, 리소그래피 장치용 지지체, 리소그래피 장치용 지지체를 위한 제조 방법, 및 리소그래피 장치에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)의 (예를 들어, 다이의 일부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 통상적인 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
기판 및 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키기 위해, 전자기 액추에이터들 및 선형 모터들을 포함하는 위치설정 디바이스들이 통상적으로 적용된다. 일 예시로서, 이러한 위치설정 디바이스는 비교적 큰 거리에 걸쳐 예를 들어, (지지체에 장착된) 기판을 변위시키는 평면 모터 밑 선형 모터 조립체[예컨대, H-구동 장치(H-drive arrangement), 및 비교적 작은 거리에 걸쳐 기판 및 지지체를 정확히 위치설정하는 복수의 전자기 액추에이터들(예컨대, 로렌츠 액추에이터들)을 포함하는 액추에이터 조립체를 포함할 수 있다. 통상적으로, 이러한 모터들 및/또는 액추에이터들은 단위 전력당 생성된 힘에 대해 최적화된다. 하지만, 가속에 대한 요구가 증가할 때, 이에 따라 최적화된 액추에이터들이 그 자체로 제한 인자가 될 수 있다. 그러므로, 가속에 대한 증가하는 요구 또는 일반적으로는 스테이지 성능에 대처하기 위해, 알려진 액추에이터들 그리고 기판 또는 패터닝 디바이스용 지지체들을 검토하고 재설계할 필요성이 있다.
리소그래피 장치에서 증가된 가속 요구를 충족시킬 수 있는 전자기 액추에이터를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자기 액추에이터가 제공되며, 상기 전자기 액추에이터는,
- 적어도 하나의 코일을 포함하는 코일 조립체;
- 제 1 및 제 2 자석 유닛을 포함하는 자석 조립체 - 각각의 자석 유닛은 자기 요크(magnetic yoke) 및 상기 자기 요크에 장착된 복수의 영구 자석들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 자석 유닛은 상기 코일 조립체를 수용하는 자기 회로를 형성하며, 상기 코일의 가동(energizing) 시 제 1 방향으로 힘을 생성함 -; 및
- 상기 자석 유닛들을 유지하는 홀더를 포함하고;
상기 코일 조립체에 대한 상기 자석 조립체의 중량 비(weight ratio of the magnet assembly over the coil assembly)는, 전력에 대한 힘의 비(ratio of force over electrical power)가 최대화될 때 상기 코일 조립체에 대한 상기 자석 조립체의 중량 비보다 작다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 리소그래피 장치에서 대상물(object) 또는 대상물 홀더를 지지하는 지지체가 제공되고, 상기 지지체는 1 이상의 액추에이터들을 포함하며, 상기 액추에이터들은,
- 적어도 하나의 코일을 포함하는 코일 조립체;
- 제 1 및 제 2 자석 유닛을 포함하는 자석 조립체 - 각각의 자석 유닛은 자기 요크 및 상기 자기 요크에 장착된 복수의 영구 자석들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 자석 유닛은 상기 코일 조립체를 수용하는 자기 회로를 형성하며, 상기 코일의 가동 시 제 1 방향으로 힘을 생성함 -; 및
- 상기 자석 유닛들을 유지하는 홀더를 포함하고;
상기 1 이상의 액추에이터들의 홀더는 상기 지지체에 견고하게(rigidly) 장착된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 리소그래피 장치에서 대상물 또는 대상물 홀더를 지지하는 지지체가 제공되고, 상기 지지체는 액추에이터들의 쌍을 포함하며, 각각의 액추에이터는,
- 적어도 하나의 코일을 포함하는 코일 조립체;
- 제 1 및 제 2 자석 유닛을 포함하는 자석 조립체 - 각각의 자석 유닛은 자기 요크 및 상기 자기 요크에 장착된 복수의 영구 자석들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 자석 유닛은 상기 코일 조립체를 수용하는 자기 회로를 형성하며, 상기 코일의 가동 시 제 1 방향으로 힘을 생성함 -; 및
- 상기 자석 유닛들을 유지하는 홀더를 포함하고; 이에 의해, 상기 액추에이터들의 쌍의 제 1 액추에이터의 자석 조립체의 자기장 분포는 상기 액추에이터들의 쌍의 제 2 액추에이터의 자기장 분포의 거울 이미지이다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치에서 대상물 또는 대상물 홀더를 지지하는 지지체를 조립하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
- 본 발명에 따라 전자기 액추에이터의 제 1 및 제 2 자석 유닛을 장착하는 단계;
- 후속하여, 상기 지지체에 상기 홀더를 장착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 리소그래피 장치는,
방사선 빔을 컨디셔닝하도록(condition) 구성되는 조명 시스템;
패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해, 상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 제 1 지지체;
기판을 유지하도록 구성되는 제 2 지지체; 및
상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템을 포함하고,
상기 제 1 또는 제 2 지지체는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체를 포함한다.
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한 도면;
도 2 및 도 3은 종래의 액추에이터와 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터를 비교하는 가속도 대 질량 그래프;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 도시한 도면;
도 5는 종래의 액추에이터의 생성된 힘을 개략적으로 도시한 도면;
도 6a 및 도 6b는 액추에이터의 홀더를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 도시한 도면;
도 7은 자기 요크에 장착된 냉각 부재를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 일부분을 개략적으로 도시한 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 코일 조립체 및 냉각 부재를 개략적으로 도시한 도면;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체를 개략적으로 도시한 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 액추에이터를 개략적으로 도시한 도면;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 지지체를 개략적으로 도시한 도면;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 8 개의 액추에이터들을 포함하는 지지체를 개략적으로 도시한 도면;
도 13은 액추에이터들의 쌍을 포함하는 본 발명에 따른 또 다른 지지체를 개략적으로 도시한 도면;
도 14는 당업계에 알려진 전자기 액추에이터의 개략적인 단면도;
도 15 및 도 16은 지지체 상의 전자기 액추에이터들의 다양한 장착 구성들(mounting arrangements)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 여하한의 다른 적합한 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL), 및 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정 디바이스(PM)에 연결된 지지 구조체 또는 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)를 포함한다. 또한, 상기 장치는 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정 디바이스(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT) 또는 "기판 지지체"를 포함한다. 또한, 상기 장치는 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 이의 여하한의 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들뿐만 아니라, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 이의 여하한의 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블들 또는 "기판 지지체들"(및/또는 2 이상의 마스크 테이블들 또는 "마스크 지지체들")을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블 또는 지지체들이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블 또는 지지체들이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블 또는 지지체들에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 담그어져야(submerged) 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하도록 구성된 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(integrator: IN) 및 콘덴서(condenser: CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 마스크 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정 디바이스(PW) 및 위치 센서(IF)[예를 들어, 간섭계 디바이스(interferometric device), 리니어 인코더(linear encoder) 또는 용량성 센서(capacitive sensor)]의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정 디바이스(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정 디바이스(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정 디바이스(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 달리) 스테퍼의 경우, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그것들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 또는 제 2 위치설정 디바이스(PM, PW)는 코일 조립체 및 자석 조립체를 갖는 1 이상의 전자기 액추에이터들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 코일 조립체에 대한 자석 조립체의 중량 비는, 전력에 대한 힘의 비가 최대화될 때 코일 조립체에 대한 자석 조립체의 중량 비보다 작다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 액추에이터들이 예를 들어 지지체를 위치시키는 리소그래피 장치에 적용될 때, 액추에이터들의 자석 조립체들은 지지체에 장착되는 반면, 코일 조립체들은 (정지) 프레임 또는 장 행정 위치설정 디바이스(예를 들어, H-구동 또는 평면 모터)와 같은 이동 부재에 장착된다고 가정한다. 언급된 중량 비를 감소시키기 위해 다양한 조치들이 취해질 수 있으며, 이는 아래에 자세히 설명하기로 한다. 이러한 조치들을 취하면, 가속되어야 할 총 질량을 감소시킬 수 있으며, 이 질량은 지지체, 지지되는 대상물(예를 들어, 기판 또는 패터닝 디바이스) 및 적용되는 액추에이터들의 자석 조립체 또는 조립체들을 포함한다. 아래에 예시되는 바와 같이, (예를 들어, 상이한 방향들로 힘을 생성하기 위해) 다수의 액추에이터들이 적용될 필요가 있을 때, 이러한 액추에이터들의 자석 조립체들의 중량(이러한 자석 조립체들은 지지체에 연결되거나 장착됨)은 달성가능한 가속 레벨의 제한 인자가 될 수 있다. 이와 같이, 전력 비에 걸쳐 최대 힘을 갖는 알려진 액추에이터들을 재설계하면, 가속되어야 할 질량(즉, 액추에이터들의 자석 조립체)의 감소로 인해 더 높은 가속 레벨을 가능하게 하는 액추에이터들을 제공할 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 또는 "마스크 지지체", 및 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는, 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 또는 "마스크 지지체", 및 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 또는 "마스크 지지체"에 대한 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 또는 "마스크 지지체"는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안, 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"가 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"의 매 이동 후에, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 2에는, 가속되어야 할 총 질량 및 가속되어야 할 모터 질량이 두 가지 타입의 모터들:
- 단위 전력당 생성된 힘에 대해 최적화되는 통상적인 전자기 액추에이터, 및
- 본 발명에 따른 전자기 액추에이터에 대한 가속도의 함수로서 도시되어 있다.
도 2에서, 그래프 120은, 8.5 kg의 주어진 탑재체 질량(payload mass)(탑재체 질량은 적용되는 모터들 또는 액추에이터들을 제외하고 가속되어야 할 질량을 나타냄)에 대해, 본 발명의 일 실시예에 따른 통상적인 액추에이터를 이용하여 가속도(A)의 함수로서 가속되어야 할 총 질량(M)을 나타낸다. 그래프 130은 가속되어야 할 액추에이터(또는 모터)의 대응하는 질량을 나타낸다. 이와 유사하게, 그래프들 100 및 110은 알려진 액추에이터에 대해 가속되어야 할 총 질량 및 대응하는 모터 질량을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터를 최적화하면, 가속되어야 할 요구된 모터 질량의 감소를 유도하며, 더 높은 가속 레벨이 얻어질 수 있게 한다. 그래프들 140 및 150은 본 발명의 일 실시예에 따른 통상적인 액추에이터 및 알려진 액추에이터 각각에 대해, 달성가능한 최대 가속을 나타냄을 유의한다. 도 2에는, 8.5 kg의 지지 질량을 갖고 한 방향(예를 들어, Y-방향 또는 스캐닝 방향)으로만 가속을 요구하는 패터닝 디바이스에 대한 통상적인 부하 상황이 도시된다.
이러한 상황에 대해, 가속되어야 할 총 질량은 다음과 같이 찾아낼 수 있다:
Figure pct00001
여기서, M pay = 가속되어야 할 질량 탑재체[kg]
M motor = 가속되어야 할 모터 질량[kg]
Acc = 가속 설정점[m/s2]
K motor = Kg 모터당 모터 힘[N/kg].
도 3에는, 두 방향들(x, y)로 가속되어야 할 기판 기지체에 대하여 유사한 그래프들이 도시된다. 그래프 220은, 36.5 kg의 주어진 탑재체 질량(탑재체 질량은 적용되는 모터들 또는 액추에이터들을 제외하고 가속되어야 할 질량을 나타냄)에 대해, 본 발명의 일 실시예에 따른 통상적인 액추에이터를 이용하여 가속도(A)의 함수로서 가속되어야 할 총 질량(M)을 나타낸다. 그래프 230은 가속되어야 할 모터의 대응하는 질량을 나타낸다. 이와 유사하게, 그래프들 200 및 210은 알려진 액추에이터를 이용하여 가속되어야 할 총 질량 및 대응하는 모터 질량을 나타낸다. 도 2의 부하 상황에 비해, 기판 지지체는 Y-방향(또는 스캐닝 방향) 및 스캐닝 방향에 수직인 X-방향 둘 모두로의 가속을 요구한다. 그러므로, 적어도 2 개의 액추에이터들이 요구된다. 따라서, 가속되어야 할 총 질량은 다음과 같이 찾아낼 수 있다:
Figure pct00002
수학식 (2)로부터 알 수 있는 바와 같이, 모터 질량은 그 자체로 2 배(factor)만큼 총 질량에 추가된다. 따라서, 도 2 및 도 3은 가속될 필요가 있는 모터 부분의 질량의 중요성을 예시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 자석 조립체의 중량을 최소화하기 위한 조치들이 제안되어, 이러한 자석 조립체들이 예를 들어 본 발명에 따른 지지체에 사용될 때, 가속되어야 할 질량이 종래의 지지체에 비해 감소되도록 한다.
도 4에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 액추에이터가 개략적으로 도시된다. 좌측에는, 자석 조립체 및 코일 조립체를 포함하는 액추에이터의 YZ 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 자석 조립체는 제 1 및 제 2 자석 유닛(360, 370)을 포함하며, 그 각각은 자기 요크(365, 375) 및 복수의 영구 자석들(366, 376)을 포함한다. 자석 조립체의 자석 유닛들은 자기 회로(380)를 형성하며, 코일 조립체(350)가 배치된다. 코일 조립체는, 도시된 예시에서 2 개의 냉각 부재들(356) 사이에 스택된(stacked) 코일(355)을 포함한다. 도 4의 우측에는, 코일(355)의 평면 상으로 자석 유닛들 중 하나의 복수의 영구 자석들의 외측 윤곽(outer contour)의 투영부(projection)를 나타내는 윤곽(390)과 함께, 코일(355)의 XY 도면이 개략적으로 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 코일(355)은 통상적으로 직선 구간(357)을 가지며, 코일을 형성하는 전도체들은 X-방향 및 곡선 구간들(358)로 연장된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 코일과 공면인(co-planar) 평면(즉, 도 4의 XY-평면)에 수직인 방향으로의 자석 유닛의 투영부는 코일의 곡선 구간들(358)을 덮지 않고, 코일(355)의 직선 구간(357)만을 덮는다. 통상적으로, 전자기 액추에이터의 자석 유닛들(또는 이의 영구 자석들)은 코일들의 더 큰 부분에 걸쳐 연장됨에 따라, 코일 또는 코일들의 곡선 구간들(의 일부분)을 포함한다. 하지만, 이러한 부분들은 원하는 방향(즉, 도 4의 Y-방향)으로 합력(resulting force)을 생성하는데 효과적이지 않다. 이는 코일(400) 및 자석 유닛(또는 이의 영구 자석들)의 통상적인 윤곽(410)을 도시한 도 5에 개략적으로 나타나 있으며, 이는 알 수 있는 바와 같이 코일의 곡선 구간들과 직선 구간을 모두 덮는다. 화살표들(420)은, 코일이 가동될 때 코일의 우측에 생성된 힘을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 힘의 성분들이 상쇄될 것이기 때문에 X-방향으로 순합력(net resulting force)이 존재하지 않음을 유의한다. Y-방향으로의 힘의 성분들, Y-방향으로의 합력에 기여하는 성분들은 곡선 구간들에서 더 작은 것으로 밝혀졌다. 이와 같이, 코일 조립체의 코일들의 직선 부분을 넘어 자석 유닛을 연장시키는 것은, 얻어지는 힘에 비해, 자석 조립체의 중량의 비례하지 않는 증가(disproportional increase)를 요구할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자석 조립체의 자석 유닛들은 도 4에 도시되지 않은 홀더에 의해 유지된다. 본 발명의 일 실시예에서, 홀더는 자석 유닛들을 유지하는 C-형 부재를 포함한다.
일 실시예에서, 홀더는 지지체 또는 대상물 홀더에 상당히 견고하게 장착되도록 구성된다. 통상적으로, 리프 또는 플레이트 스프링(leaf or plate springs) 등을 이용하여 액추에이터가 지지체에 장착된다. 지지체에 액추에이터(더 구체적으로는 지지체에 자석 유닛들을 유지하는 홀더)의 직접적인 장착(또는 상당히 견고한 장착)에 의하여, 가속되어야 할 질량의 추가 질량 감소가 실현될 수 있다. 또한, 예를 들어 지지체에 홀더를 접착 또는 나사결합(bolting)함으로써 실현될 수 있는 이러한 직접적인 장착은, 비교적 높은 고유 주파수들을 실현할 수 있음에 따라, 개선된 동적 동작(dynamic behavior)을 제공할 수 있다. 이는 구조체의 정확한 위치설정을 가능하게 하는 높은 서보 대역폭(servo bandwidth)을 유도할 수 있다. 도 6a 및 도 6b에는, 홀더(600)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터가 개략적으로 도시된다. 도시된 실시예에서, 홀더(600)는 C-형 부재를 가지며, 예를 들어 접착에 의해 지지체(610)에 견고하게 장착된다. 도시된 바와 같이, 두 자석 유닛들(360 및 370)이 도시될 수 있으며, 자석 유닛들은 홀더에 장착된다. 또한, 일 실시예에서, 자석 유닛들은, 예를 들어 접착, 나사결합 또는 여하한의 타입의 결합에 의해 홀더에 상당히 견고한 방식으로 장착될 수 있다. 또한, 도 6a 및 도 6b는 도 6a에서 알 수 있는 바와 같이 자석 조립체들보다 (X-방향으로) 실질적으로 더 긴 코일 조립체(350)를 도시하며, 자석 유닛들이 자석 조립체의 코일 또는 코일들의 곡선 부분들과 중첩되지 않음을 나타낸다.
홀더(600)를 통한 지지체에 액추에이터의 상당히 견고한 장착으로 인해, 액추에이터의 자석 조립체와 지지체(예를 들어, 기판 또는 패터닝 디바이스를 지지함) 사이의 열 접촉이 증가된다. 그 결과, 지지체의 열 부하가 허용가능한 경계 내에서 유지되는 것을 보장하기 위해 주의가 요구된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지체 상에서의, 액추에이터, 특히 액추에이터의 자석 조립체의 열 부하의 여하한의 부정적인 효과들을 경감시키기 위해 몇몇 조치들이 제안된다. 이러한 액추에이터의 열 부하의 부정적인 효과들은 지지체의 변형 또는 지지된 대상물의 바람직하지 않은 열 부하(예를 들어, 원치않는 열 팽창을 유도함)를 포함할 수 있다.
이러한 효과들을 경감시키기 위해, 홀더는 일 실시예에서 제로더(Zerodur) 또는 코디어라이트(Cordierite)와 같이 낮은 열 팽창 계수를 갖는 재료로 만들어진다. 낮은 열 팽창으로 인해, 홀더는 거의 지지체(610) 내로 여하한의 변형을 도입하지 않을 것이다.
또한, 지지체의 가능한 변형에 대하여, 본 발명의 일 실시예는 특정 장착 순서를 제공한다. 자석 유닛들 사이의 자기 인력에 의해 유도된 지지체의 변형을 회피 또는 경감시키기 위해, 지지체에 홀더를 장착하기 전에 홀더에 액추에이터의 두 자석 유닛들을 장착하는 것이 제안된다. 이와 관련하여, 자석 유닛들 사이에 ~ 수백 N의 인력이 발생할 수 있으며, 이는 홀더의 변형을 유발할 수 있음을 유의한다. 이는 정적이고 (시간상) 일정한 변형이기 때문에, 지지체에 홀더의 후속 장착은 지지체의 변형을 유발하지 않아야 할 필요가 있다. 이러한 지지체의 변형은 다음과 같은 이유로 회피되어야 한다: 통상적으로, 이러한 지지체에는 기판과 같은 대상물을 지지하는 평탄한 지지 표면이 제공되며, 이에 의해 표면의 평탄도에 대한 높은 요구가 충족되어야 한다. 홀더가 지지체에 이미 장착되어 있을 때 홀더에 자석 유닛들의 장착은 지지 표면의 변형을 유발할 것이다.
앞서 언급된 바와 같이, 지지체에 액추에이터의 홀더의 견고한 직접적인 장착으로 인해, 액추에이터의 열 부하의 부정적 효과들이 최소한으로 유지되도록 주의가 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 액추에이터의 열 부하를 감소시키기 위해 몇몇 조치들이 제안된다.
영구 자석들 또는 자석 요크에 와전류(Eddy currents)의 발생을 감소시키기 위해, 영구 자석들에 1 이상의 슬릿들을 제공하거나 영구 자석들을 더 작은 구간들로 세분하는(subdividing) 것이 제안된다. 이는 도 6a 및 도 6b에 나타날 수 있으며, 이에 의해 자석 유닛들의 영구 자석들은 수 개의 더 작은 자석들(620)을 포함한다. 유사한 방식으로, 자석 요크들(365 및 375)에 슬릿들이 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 자석 유닛들은 홀더에 독립적으로 장착된 2 이상의 별도의 구간들을 포함한다. 이는 도 6a에 나타날 수 있으며, [자석 요크들(365 및 375) 및 영구 자석들(620)을 포함하는] 각각의 자석 유닛은 슬릿(630)에 의해 분리된 2 개의 유닛들을 포함한다. 이와 같이 함으로써, (지지체의 변형을 유발할 수 있는) 홀더(600)에 도입되는 열적 응력이 더욱 경감될 수 있다. 자석 요크들에 박층의 철(laminated iron)을 적용함으로써 와전류가 더욱 감소될 수 있다. 이러한 조치들을 취함으로써, 자석 유닛들에 발생하는 와전류의 현저한 감소가 실현될 수 있다.
지지체 상의 액추에이터의 열 부하를 더욱 감소시키기 위해, 자석 유닛들에 냉각 부재들이 제공될 수 있다. 이러한 구성은 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 액추에이터의 일부분의 YZ-도면(도 6b의 YZ-도면과 비교가능함)을 나타내고, 액추에이터는 2 개의 자석 유닛들을 포함하며, 이 중 [자석 요크(365) 및 영구 자석 어레이(366)를 포함하는] 상부 자석 유닛만이 보일 수 있다. 자석 유닛들은 홀더(600)에 장착된다. 또한, 액추에이터는 자석 유닛의 자기 요크(365)의 외측 표면에 장착된 냉각 부재(710)를 더 포함한다. 냉각 부재는, 예를 들어 XZ-평면에 수직인 Y-방향으로 자석 요크의 전체 길이를 따라 연장될 수 있다. 냉각 부재(710)에는, 예를 들어 물과 같은 냉각 유체를 냉각 부재(710)에 제공하기 위한 유입구 및 유출구가 제공될 수 있다. 선택적으로, 제 2 냉각 부재(715)가 자석 요크(365)의 외측 표면에 장착될 수 있다. 두 냉각 부재들은 공통 또는 별도의 냉각 액체 공급부를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 코일 조립체의 개선된 냉각이 제안된다. 일 실시예에서, 코일 조립체는 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하고, 또한 코일 조립체는 제 1 및 제 2 코일과 제 1 및 제 2 외측 냉각 부재 사이에 배치된 내측 냉각 부재를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 코일 및 내측 냉각 부재는 제 1 및 제 2 외측 냉각 부재 사이에 스택된다. 도 8에는, 냉각 부재의 단면도와 함께 이러한 구성의 단면도가 개략적으로 도시되어 있으며, 이는 본 구성의 내측 또는 외측 냉각 부재로서 적용될 수 있다. 도 8의 우측에는, 제 1 코일(810) 및 제 2 코일(820)을 포함하는 코일 조립체가 개략적으로 도시되어 있다. 내측 냉각 부재(830)는 제 1 및 제 2 코일 사이에 스택되며, 제 1 및 제 2 외측 냉각 부재(840 및 850)는 코일들(810 및 820)을 에워싼다. 도 8의 좌측에는, (라인 860을 따라 절단된) 냉각 부재(840)의 단면도가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 단면도에서, 화살표들(880)은 소스(882)로부터 드레인(884)으로의 냉각 액체의 가능한 유동 방향을 나타낸다. 냉각 부재는, 2 개의 플레이트들을 분리함에 따라 냉각 액체에 대한 냉각 채널들을 형성하는 복수의 스페이서들(845)을 포함한다. 일 실시예에서는, 특히 외측 냉각 부재들에 대해, 스페이서들(845)의 단면적이 비교적 작다. 외측 냉각 부재들의 외측 표면들(842 및 852)은, (예를 들어, 방사선에 의한) 여하한의 열 부하를 유도하지 않기 위해 실질적으로 냉각 유체의 온도로 유지되어야 한다. 그러므로, (코일에 근접함에 따라 상승된 온도에 있는) 냉각 부재의 내측 표면 간의 여하한의 열적 단락(thermal short-circuits)은 가능한 한 작게 유지되어야 한다.
일 실시예에서, 내측 및 외측 냉각 부재들은 액체를 냉각시키기 위한 공통 공급 시스템을 가질 수 있다. 이러한 구성에서는, 냉각 액체가 외측 냉각 부재들에 먼저 제공되며, 그 후 냉각 액체가 내측 냉각 부재(830)에 제공된다.
코일들은, 예를 들어 직렬로 연결된 구리 권선 코일들(copper wound coils)을 포함할 수 있다.
도 9에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 4 개의 전자기 액추에이터들의 4 개의 자석 조립체들(360, 370) 및 홀더들(600)과 함께, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체(900)가 개략적으로 도시되어 있다. 4 개의 액추에이터들은 X- 및 Y-방향으로의 지지체의 정확한 위치설정[XY-평면은 지지체의 지지 표면(920)에 공면임], 및 XY-평면에 수직인 Z-축을 중심으로 한 지지체의 회전을 가능하게 한다. 또한, 도 9에는, 액추에이터들에 의해 생성될 수 있는 힘의 방향이 화살표들(930)에 의해 나타나 있다. 지지체의 중력 중심을 통해 힘이 지향되지 않도록 보장함으로써, Z-축을 중심으로 한 회전이 실현될 수 있다. 도시된 바와 같은 4 개의 액추에이터들의 적용에 대한 대안으로서, 각 측 또는 2 개의 대향 측면들에, 예를 들어 지지체를 가속시키는 힘의 요건들에 따라 1 개 대신 적어도 2 개의 액추에이터들이 제공될 수 있다.
C-형 홀더에 자석 유닛들의 장착에 대한 대안으로서, 자석 유닛들은 어퍼처를 갖는 홀더에 장착될 수 있는 반면, 홀더의 측면이 후속하여 지지체에 장착된다.
도 10에는, 이러한 액추에이터가 개략적으로 도시되어 있다. 도 10의 위에는, 액추에이터의 자석 조립체들(360, 370) 및 코일 조립체(350)의 XZ-도면이 도시된다. 자석 조립체들은 측면(1010)에 대해 지지체에 장착될 수 있는 홀더(1000)에 장착된다(도 11 참조). 아래 부분에는, 액추에이터의 자석 조립체들(360, 370) 및 코일 조립체(350)의 YZ-도면이 도시된다(Y는 액추에이터에 의해 힘이 생성될 수 있는 방향임). 알 수 있는 바와 같이, 자석 조립체들(360, 370)은 내측 표면(1020)에 장착된다.
도 11은 도 10에 도시된 바와 같은 4 개의 액추에이터들이 장착된 지지체를 개략적으로 도시한다.
상부에는, 지지체(1100)의 정면이 도시되며, 측면(1010)을 통해 지지체(1100)에 액추에이터 홀더(1000)의 장착을 나타낸 절단도이다. 도 11의 하부에는, 생성될 수 있는 힘의 방향[화살표들(1030)로 나타냄]을 포함하여 액추에이터들 및 지지체의 평면도가 도시된다.
도 12에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 8 개의 전자기 액추에이터들의 8 개의 자석 조립체들(360, 370) 및 홀더들(600)과 함께, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체(1200)가 개략적으로 도시된다. 8 개의 액추에이터들은 지지체의 4 개의 측 상에서 쌍들로 배치되며, X- 및 Y-방향으로의 지지체의 정확한 위치설정[XY-평면은 지지체의 지지 표면(1220)에 공면임], 및 XY-평면에 수직인 Z-축을 중심으로 한 지지체의 회전을 가능하게 한다. 또한, 도 12에는, 액추에이터들에 의해 생성될 수 있는 힘의 방향이 화살표들(1230)로 나타나 있다. 대안적인 실시예에서는, 당김-전용 릴럭턴스 액추에이터들(pull-only reluctance actuators)이 공소성 지지체(co-fired support: 1200)와 조합하여 사용될 수 있다.
언급된 바와 같이, 예를 들어 지지체에 홀더를 접착 또는 나사결합함에 의해 실현될 수 있는, 지지체에 액추에이터들의 상당히 견고한 장착에 의해, 비교적 높은 고유 주파수를 실현할 수 있음에 따라, 개선된 동적 동작이 실현될 수 있다. 이는 지지체의 정확한 위치설정을 가능하게 하는 높은 서보 대역폭을 유도할 수 있다. 이러한 견고한 장착으로 인해, 열 전달에 대한 추가 조치들이 취해져야 할 필요가 있을 수 있으며, 이러한 조치들은, 예를 들어 슬릿을 갖는 자석들(slitted magnets) 또는 자기 요크들의 사용, 코일 조립체 또는 자석 조립체들의 냉각 부재들의 사용, 박층의 철 또는 철 합금의 사용을 포함한다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 지지체는 앞서 설명된 바와 같은 액추에이터들과 같은 액추에이터들의 쌍을 포함하며, 이에 의해 액추에이터들의 쌍의 제 1 액추에이터의 자석 조립체의 자기장 분포는 액추에이터들의 쌍의 제 2 액추에이터의 자기장 분포의 거울 이미지이다. 이러한 구성은 도 13에 개략적으로 예시된다. 도 13은 액추에이터들(1310.1 및 1310.2)의 쌍이 장착된 지지체(1300)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 액추에이터들의 쌍의 각각의 액추에이터는 코일 조립체(1320.1 및 1320.2) 및 자석 조립체(1330.1 및 1330.2)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 액추에이터(1310.1)의 자석 조립체에 의해 생성되는 자기장 분포가 제 2 액추에이터(1310.2)의 자석 조립체에 의해 생성되는 자기장 분포의 거울 이미지인 방식으로, 자석 조립체의 영구 자석들이 배치된다. 본 발명에 따르면, 거울 이미지는 액추에이터의 공칭 힘 방향(nominal force direction), 즉 나타낸 바와 같은 x-방향에 실질적으로 수직인 평면에 대해 고려된다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같은 지지체 및 액추에이터들의 단면을 고려할 때, (자석들의 화살표들에 의해 나타난 바와 같은) 영구 자석의 자기 극들의 방위 및 대응하는 자속(magnetic flux: 1340.1 및 1340.2)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 액추에이터의 자석 조립체의 자석들은 반시계 방향으로 자속(1340.1)을 생성하는 반면, 제 2 액추에이터의 자석 조립체의 자석들은 시계 방향으로 자속(1340.2)을 생성한다.
본 발명의 발명자들은, 액추에이터들의 쌍의 이러한 구성에 의해 몇몇 기생 효과들(parasitic effects)이 상쇄될 수 있음을 알아냈다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다:
지지체의 제어능력(controllability)과 관련하여 최적의 작동을 위해, 자기장 분포가 균질해야 하며, 코일 조립체의 코일 또는 코일들에 수직으로 지향되어야 한다. 전류 운반 코일(current carrying coil)이 이러한 자기장에 적용되면, - 코일 및 자석 조립체의 상대 위치에 관계없이 실질적으로 일정하게 유지되고, 코일에 인가되는 전류에 실질적으로 비례하는 - 힘이 생성될 것이다. 하지만, 실제로 자기장은 적어도 어느 정도 비-균일한 자기장이다. 또한, 코일 또는 코일 조립체를 통해 흐르는 전류가 자석 조립체에 의해 생성되는 자기장과 상호작용하는 자기장을 생성하기 때문에, 자기장이 일정하지 않다. 자석 조립체에 의해 생성되는 자기장의 비-균일성 그리고 자석 조립체에 의해 생성되는 자기장과 전류 운반 코일에 의해 생성되는 자기장 간의 상호작용의 결과로, 다음의 기생 효과들이 생길 수 있다:
- 주어진 전류에 대해, 액추에이터에 의해 생성되는 힘은 자석 조립체에 대한 코일 조립체의 위치에 의존할 수 있다.
- 액추에이터에 의해 생성되는 힘은 인가된 전류에 비례하지 않을 수 있다.
기생 효과들은 다음의 공식을 이용하여 수학적으로 모델링될 수 있다:
Figure pct00003
이에 의해:
Fh = 수평 방향 h로 생성된 힘;
Fv = 수직 방향 v로 생성된 힘;
h,v = 자석 조립체에 대한 코일 조립체의 각각의 수평 수직 위치의 오프셋;
i = 코일 조립체에 의해 인가되는 전류;
Ai, Bi = 파라미터들 h, v 및 i와 힘 성분들 간의 비례를 나타내는 계수들.
도 14에는, 수평 및 수직 방향들 h 및 v를 나타내는 축 h 및 v와 함께 전자기 액추에이터(1410)가 개략적으로 도시된다.
도시된 바와 같은 액추에이터(1410)는 코일 조립체(1420) 및 자석 조립체(1430)를 포함한다. 전류 i가 코일 조립체에 인가될 때, 수학식 (1)에 의해 주어진 힘 성분들 Fh 및 Fv가 생성될 수 있으며, 이에 의해 h 및 v는 도 14에 도시된 바와 같은 공칭 (중심) 위치에 대한 코일 조립체(1420)의 오프셋을 나타낸다. 따라서, 액추에이터 비선형성은 액추에이터 전류, 및 코일 조립체(1420)와 자석 조립체(1430)의 상대 위치의 함수이며, 이는 앞서 나타낸 바와 같은 계수들 Ai 및 Bi를 갖는 다항 함수로서 설명될 수 있다.
상기의 수학식 (3)으로부터, 합력(Fh, Fv)은 액추에이터 전류 i에 대해 부분적으로 1차(linear)이고 전류에 대해 부분적으로 2차(quadratic)인 기생 효과들을 포함하는 것으로 결론지어질 수 있다. 또한, 수평 h 및 수직 v 코일 조립체 대 자석 조립체 오프셋은 위치 의존적 1차 및 2차 섭동력 성분을 유도한다. 이와 같이, 상기의 수학식 (3)은 다음과 같이 재편성되고 나타내어질 수 있다:
Figure pct00004
이에 의해:
Km0 = 상수;
Km1 = 전류 i에 비례하는 기생 힘 성분을 나타내는 제 1 (기생) 계수;
Km2 = 전류 i2에 비례하는 기생 힘 성분을 나타내는 제 2 (기생) 계수. 도출된 수학식 (3), (4)가 주어지면, 액추에이터들의 쌍이 적용되어 합력을 생성할 때, 액추에이터들의 방위는 결과적인 기생 힘에 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 도 13을 참조하고 수학식 (4)를 적용하면, 제 1 액추에이터(1310.1)의 힘(F1)은 다음과 같이 나타내어질 수 있다:
Figure pct00005
.
도 13의 제 2 액추에이터(1310.2)의 자석 조립체의 상이한 (거울) 방위로 인해, 제 2 액추에이터(1310.2)에 의해 생성된 힘 F2은 다음과 같이 나타내어질 수 있다:
Figure pct00006
.
이와 같이, 동일한 공칭 전류 i가 두 액추에이터들에 적용될 때, 반대의 힘(opposing forces)이 생성된다. 액추에이터들이 상호작동하도록 구성되어 합력 Fr을 생성하는 경우[이에 의해, 각각의 액추에이터는 합력의 절반을 제공함(이는 제 2 액추에이터에 전류 -i를 적용함으로써 실현될 수 있음), 합력 Fr은 다음과 같이 얻어질 수 있다:
Figure pct00007
.
알 수 있는 바와 같이, 거울 방위(즉, 제 2 액추에이터의 자기장 분포의 거울 이미지인 제 1 액추에이터의 자기장 분포의 적용)로 인해, 전류 i2에 비례하는 기생 힘 성분들이 서로 상쇄된다.
도 15는 전류 i2에 비례하는 기생 힘 성분들을 상쇄시키는 효과를 예시하기 위해 액추에이터들의 쌍들의 상이한 구성들을 나타낸다. 명확함을 위하여, 자석 조립체들의 자석들이 도시되지 않으며, 생성된 힘의 방향을 나타내는 화살표(1550)와 함께, (참조 번호 1500에 의해 나타내어진) 자속 분포 및 액추에이터들의 코일 조립체들(1520) 만이 도시된다.
도 15a에는, 지지체(1505)에 힘을 가하기 위해 단일 액추에이터가 적용된다. 따라서, 액추에이터 힘은 수학식 (4)에 의해 설명되는 바와 같은 힘의 성분들을 포함할 것이다.
도 15b에는, 자속 분포에 대해 동일한 방위를 갖는 2 개의 액추에이터들이 적용된다. 그 결과, 생성된 힘은 도 15a의 상황에 대해서와 동일한 힘의 성분들을 포함할 것이다.
하지만, 도 15c에서, 최하부 액추에이터의 자기장 분포는 최상부 액추에이터의 자기장 분포의 거울 이미지이다. 최하부 액추에이터의 전류의 적절한 방위를 적용함에 의해, 생성된 힘은 (앞서 설명된 바와 같이) 최상부 액추에이터에 대해서와 실질적으로 동일한 방향을 가질 수 있다. 하지만, 상이한 (거울) 자기장 분포로 인해, 전류 i2에 비례하는 기생 힘 성분들이 서로 상쇄될 것이다.
액추에이터들의 쌍이 지지체의 대향 측들에 장착될 때, 도 15c에 도시된 것과 동일한 효과가 얻어질 수 있음을 유의한다. 이러한 구성은 도 16에 개략적으로 도시되어 있다.
도 16에는, 지지체(1605)의 대향 측들에 2 개의 액추에이터들(1610.1 및 1610.2)이 장착되며, 이에 의해 액추에이터들의 자석 조립체들은, 액추에이터들의 쌍의 제 1 액추에이터(1610.1)의 자석 조립체의 자기장 분포(1640.1)가 액추에이터들의 쌍의 제 2 액추에이터(1610.2)의 자기장 분포의 거울 이미지인 방식으로 구성된다. 이와 같이, 두 액추에이터들의 합력으로, 도 15c의 구성에서와 유사한 방식으로, 전류 i2에 비례하는 기생 힘 성분들이 서로 상쇄될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 그리고 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같은 액추에이터들은 본 발명에 따른, 예를 들어 도 9, 도 11 또는 도 12에 도시된 바와 같은 지지체에 적용될 수 있으며, 이에 의해 액추에이터들은 앞서 설명된 바와 같이 쌍으로 배치되며, 이에 의해 액추에이터들의 쌍의 제 1 액추에이터의 자석 조립체의 자기장 분포는 액추에이터들의 쌍의 제 2 액추에이터의 자기장 분포의 거울 이미지이다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)는 기판에 생성될 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있고, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트로부터 이동되고 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남긴다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 약 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (23)

  1. 전자기 액추에이터에 있어서,
    적어도 하나의 코일을 포함하는 코일 조립체;
    제 1 및 제 2 자석 유닛을 포함하는 자석 조립체 - 각각의 자석 유닛은 자기 요크(magnetic yoke) 및 상기 자기 요크에 장착된 복수의 영구 자석들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 자석 유닛은 상기 코일 조립체를 수용하는 자기 회로를 형성하며, 상기 코일의 가동(energizing) 시 제 1 방향으로 힘을 생성함 -; 및
    상기 자석 유닛들을 유지하는 홀더 - 상기 자석 유닛들은 상기 홀더에 견고하게(rigidly) 장착됨 - 를 포함하고;
    상기 코일 조립체에 대한 상기 자석 조립체의 중량 비(weight ratio of the magnet assembly over the coil assembly)는, 전력에 대한 힘의 비(ratio of force over electrical power)가 최대화될 때 상기 코일 조립체에 대한 상기 자석 조립체의 중량 비보다 작은 전자기 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 직선 구간 및 곡선 구간을 포함하고, 상기 코일과 공면인(co-planar) 평면에 수직인 방향으로의 자석 유닛의 투영부(projection)는 코일의 직선 구간만을 덮는 전자기 액추에이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 홀더는 C-형 부재를 포함하는 전자기 액추에이터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 홀더는 어퍼처를 가지며, 상기 자석 유닛들은 상기 어퍼처의 내측 표면에 장착되는 전자기 액추에이터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 요크 및 자석 유닛들 중 적어도 하나는 슬릿을 갖는(slitted) 전자기 액추에이터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 요크는 박층의 자기 강철(laminated magnetic steel) 또는 CoFe와 같은 합금을 포함하는 전자기 액추에이터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 유닛들의 자기 요크는 상기 홀더에 독립적으로 장착된 복수의 자기 요크 부재들을 포함하는 전자기 액추에이터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 요크의 외측 표면에는 냉각 부재가 제공되는 전자기 액추에이터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀더는 실질적으로 제로더(Zerodur) 또는 코디어라이트(Cordierite)로 만들어지는 전자기 액추에이터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하고, 상기 코일 조립체는 상기 제 1 및 제 2 코일과 제 1 및 제 2 외측 냉각 부재 사이에 배치된 내측 냉각 부재를 더 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 코일 그리고 내측 냉각 부재는 상기 제 1 및 제 2 외측 냉각 부재 사이에 스택되는(stacked) 전자기 액추에이터.
  11. 리소그래피 장치에서 대상물(object) 또는 대상물 홀더를 지지하는 지지체에 있어서,
    상기 지지체는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 1 이상의 액추에이터들을 포함하는 지지체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 1 이상의 액추에이터들의 홀더는 상기 지지체에 견고하게 장착되는 지지체.
  13. 리소그래피 장치에서 대상물 또는 대상물 홀더를 지지하는 지지체에 있어서,
    상기 지지체는 1 이상의 액추에이터들을 포함하며, 상기 액추에이터들은,
    적어도 하나의 코일을 포함하는 코일 조립체;
    제 1 및 제 2 자석 유닛을 포함하는 자석 조립체 - 각각의 자석 유닛은 자기 요크 및 상기 자기 요크에 장착된 복수의 영구 자석들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 자석 유닛은 상기 코일 조립체를 수용하는 자기 회로를 형성하며, 상기 코일의 가동 시 제 1 방향으로 힘을 생성함 -; 및
    상기 자석 유닛들을 유지하는 홀더를 포함하고;
    상기 1 이상의 액추에이터들의 홀더는 상기 지지체에 견고하게 장착되는 지지체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 홀더는 실질적으로 제로더 또는 코디어라이트로 만들어지는 지지체.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 자석 유닛들의 자기 요크는 상기 홀더에 독립적으로 장착된 복수의 자기 요크 부재들을 포함하는 지지체.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 요크 및 상기 자석 유닛들 중 적어도 하나는 슬릿을 갖는 지지체.
  17. 제 13 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하고, 상기 코일 조립체는 상기 제 1 및 제 2 코일과 제 1 및 제 2 외측 냉각 부재 사이에 배치된 내측 냉각 부재를 더 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 코일 그리고 내측 냉각 부재는 상기 제 1 및 제 2 외측 냉각 부재 사이에 스택되는 지지체.
  18. 리소그래피 장치에서 대상물 또는 대상물 홀더를 지지하는 지지체에 있어서, 상기 지지체는 액추에이터들의 쌍을 포함하며, 각각의 액추에이터는,
    적어도 하나의 코일을 포함하는 코일 조립체;
    제 1 및 제 2 자석 유닛을 포함하는 자석 조립체 - 각각의 자석 유닛은 자기 요크 및 상기 자기 요크에 장착된 복수의 영구 자석들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 자석 유닛은 상기 코일 조립체를 수용하는 자기 회로를 형성하며, 상기 코일의 가동 시 제 1 방향으로 힘을 생성함 -; 및
    상기 자석 유닛들을 유지하는 홀더를 포함하고; 상기 액추에이터들의 쌍의 제 1 액추에이터의 자석 조립체의 자기장 분포는 상기 액추에이터들의 쌍의 제 2 액추에이터의 자기장 분포의 거울 이미지인 지지체.
  19. 리소그래피 장치에서 대상물 또는 대상물 홀더를 지지하는 지지체에 있어서,
    상기 지지체는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 액추에이터들의 쌍을 포함하고, 이에 의해 상기 액추에이터들의 쌍의 제 1 액추에이터의 자석 조립체의 자기장 분포는 상기 액추에이터들의 쌍의 제 2 액추에이터의 자기장 분포의 거울 이미지인 지지체.
  20. 리소그래피 장치에서 대상물 또는 대상물 홀더를 지지하는 지지체를 조립하는 방법에 있어서,
    - 상기 홀더에 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 전자기 액추에이터의 제 1 및 제 2 자석 유닛을 장착하는 단계;
    - 후속하여, 상기 지지체에 상기 홀더를 장착하는 단계를 포함하는 지지체 조립 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 자석 유닛은 상기 홀더에 접착되는 지지체 조립 방법.
  22. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선 빔을 컨디셔닝하도록(condition) 구성되는 조명 시스템;
    패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해, 상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 제 1 지지체;
    기판을 유지하도록 구성되는 제 2 지지체; 및
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템을 포함하고,
    상기 제 1 또는 제 2 지지체는 제 11 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 지지체를 포함하는 리소그래피 장치.
  23. 전자기 액추에이터에 있어서,
    코일을 포함하는 코일 조립체;
    제 1 및 제 2 자석 유닛을 포함하는 자석 조립체 - 각각의 자석 유닛은 자기 요크 및 상기 자기 요크에 장착된 복수의 영구 자석들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 자석 유닛은 상기 코일 조립체를 수용하도록 배치된 자기 회로를 형성하며, 상기 코일의 가동 시 제 1 방향으로 힘을 생성함 -; 및
    상기 제 1 및 제 2 자석 유닛들을 유지하도록 구성되는 홀더를 포함하고;
    상기 코일 조립체에 대한 상기 자석 조립체의 중량 비는, 전력에 대한 힘의 비가 최대화될 때 상기 코일 조립체에 대한 상기 자석 조립체의 중량 비보다 작은 전자기 액추에이터.
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