KR20240036452A - 스테이지 장치, 패턴 형성장치, 및 물품의 제조방법 - Google Patents

스테이지 장치, 패턴 형성장치, 및 물품의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 스테이지 장치는, 제1 방향으로 이동가능하도록 구성된 제1 스테이지와, 제1 스테이지를 제1 방향으로 이동시키기 위해 추력을 생성하도록 구성된 제1 구동부와, 제1 구동부의 추력의 생성에 의해 발생하는 반력을 저감하기 위해 추력을 생성하도록 구성된 반력 저감부를 구비한다. 반력 저감부는, 제1 방향에 수직한 제2 방향에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하고, 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 제3 방향에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하다.

Description

스테이지 장치, 패턴 형성장치, 및 물품의 제조방법{STAGE APPARATUS, PATTERN FORMING APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING ARTICLE}
본 발명은, 스테이지 장치, 패턴 형성장치, 및 물품의 제조방법에 관한 것이다.
종래, 스테이지 장치에 있어서는 스테이지를 소정의 방향으로 이동시키기 위해서 이 스테이지에 추력을 인가함으로써 발생하는 반력이 외란으로 됨으로써, 이 스테이지 장치의 동작을 불안정하게 만들 수 있다는 것이 알려져 있다.
일본국 특개평 11-168064호 공보에는, 스테이지를 소정의 방향으로 이동시킬 때에 발생하는 반력을 상쇄하기 위한 추력을 발생하는 추력 발생부를 구비한 스테이지 장치가 개시되어 있다.
일본국 특개평 11-168064호 공보에 개시되어 있는 스테이지 장치에 설치되어 있는 추력 발생부는, 단일의 위치에 있어서 반력을 상쇄하기 위한 추력을 발생한다.
그 때문에, 스테이지를 소정의 방향으로 이동시키기 위해서 이 스테이지에 추력을 인가하는 위치, 즉 반력이 발생하는 위치와, 이 반력을 상쇄하기 위한 추력을 발생시키는 위치가 서로 어긋나 있는 경우, 우력이 발생하고, 이 우력이 스테이지 장치에 있어서 외란으로 된다.
스테이지 장치를 조립할 때 상기한 양쪽의 위치를 정렬함으로써 이와 같은 우력의 발생을 억제할 수 있지만, 이와 같은 작업에는 많은 시간이 필요하기 때문에, 조립이 지연될 우려가 있다.
또한, 스테이지 장치를 이와 같이 조립한 후에도, 이 스테이지 장치에 탑재되는 워크피스의 중량, 이 스테이지 장치에 대한 실장, 구조체의 위치와 자세 등의 경시적인 변화에 의해 상기한 양쪽 위치가 변화함으로써 우력이 발생할 수도 있다.
본 발명의 목적은, 우력의 발생을 억제하면서 스테이지를 이동시킬 때에 발생하는 반력을 저감할 수 있는 스테이지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 스테이지 장치는, 제1 방향으로 이동가능하도록 구성된 제1 스테이지와, 상기 제1 스테이지를 상기 제1 방향으로 이동시키기 위해 추력을 생성하도록 구성된 제1 구동부와, 상기 제1 구동부의 추력의 생성에 의해 발생하는 반력을 저감하기 위해 추력을 생성하도록 구성된 반력 저감부를 구비한다. 상기 반력 저감부는, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하다.
본 발명의 또 다른 특징은 첨부도면을 참조하는 이하의 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1a는 본 발명의 제1실시형태에 따른 스테이지 장치의 모식적 단면도.
도1b는 제1실시형태에 따른 스테이지 장치의 모식적 평면도.
도2a는 제1실시형태에 따른 스테이지 장치가 구비한 반력 수용기구의 모식적 단면도.
도2b는 제1실시형태에 따른 스테이지 장치가 구비한 반력 수용기구의 모식적 평면도.
도3a는 본 발명의 제2실시형태에 따른 스테이지 장치가 구비한 반력 수용기구의 모식적 단면도.
도3b는 제2실시형태에 따른 스테이지 장치가 구비한 반력 수용기구의 모식적 평면도.
도4는 본 실시형태에 따른 스테이지 장치를 구비한 노광장치의 모식적 단면도.
이하, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이때, 이하에 도시한 도면은, 본 실시형태를 용이하게 이해할 수 있게 하기 위해서 실제와는 다른 축척으로 그려져 있는 경우가 있다.
이하에서는, 연직 방향을 Z방향(제3 방향)으로 정의하고, 이 Z방향에 수직한 평면 내에 있어서 서로 직교하는 2방향을 X방향(제1 방향) 및 Y방향(제2 방향)으로 정의한다. X축, Y축 및 Z축 주위의 회전축을 각각, ωX축, ωY축 및 ωZ축으로 정의한다.
[제1실시형태]
종래, 연직 방향에 수직한 제1 방향으로 이동하는 제1 스테이지와, 이 연직 방향 및 이 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이동하는 제2 스테이지를 구비한 스테이지 장치가 알려져 있다.
이 스테이지 장치는, 제1 스테이지가 제2 스테이지에 연결됨으로써, 이 제2 스테이지의 제2 방향에 있어서의 이동에 따라, 즉 이 제2 스테이지에 연동해서 이 제1 스테이지도 제2 방향으로 이동하도록 구성되어 있다.
이와 같은 스테이지 장치에서는, 예를 들면, 제1 스테이지가 제1 방향으로 이동할 때에 발생하는 반력을 상쇄하는 것이 요구되고 있다.
따라서, 제1 스테이지가 제1 방향으로 이동할 때에 발생하는 반력을 상쇄하기 위한 추력을 생성하는 추력 생성부가 제2 스테이지에 설치된 종래의 스테이지 장치가 제안되어 있다.
이 구성에 의해, 이 스테이지 장치에서는, 이 제1 스테이지가 제2 방향의 다양한 위치에 배치되어 있어도, 이 반력을 상쇄할 수 있다.
이와 같은 스테이지 장치에 있어서는, 제1 스테이지가 제1 방향으로 이동할 때에 반력이 발생하는 위치와, 제2 스테이지에 설치되어 있는 이 추력 생성부에 의해 이 반력을 상쇄하기 위한 추력이 생성되는 위치가 서로 어긋나 있는 경우에 우력이 발생한다.
환언하면, 제1 스테이지를 제1 방향으로 이동시키기 위해서 이 제1 스테이지에 구동 추력이 작용하는 위치와, 제2 스테이지에 설치되어 있는 이 추력 생성부에 의해 반력을 상쇄하기 위한 추력이 생성되는 위치가 서로 어긋나 있는 경우에 우력이 발생한다.
그리고, 이와 같이 발생한 우력은 스테이지 장치에 외란으로서 입력(인가)되기 때문에, 이 스테이지 장치에 있어서 정밀한 동작이 저해된다.
상기한 스테이지 장치에 있어서는, 제2 스테이지에 설치되어 있는 이 추력 생성부가 단일의 위치에서 반력을 상쇄하기 위한 추력, 즉 단축의 추력을 생성하고 있다.
이 때문에, 이 스테이지 장치를 조립할 때에 제1 스테이지가 제1 방향으로 이동할 때에 반력이 생성되는 위치와, 제2 스테이지에 설치되어 있는 이 추력 생성부에 의해 이 반력을 상쇄하기 위한 추력이 생성되는 위치가 정렬되지 않으면 우력이 발생한다.
그리고, 이 스테이지 장치의 조립에 있어서 상기한 양쪽의 위치를 정렬하기 위한 작업에는 많은 시간을 필요로 하기 때문에, 이 조립이 지연되어 버릴 우려가 있다.
또한, 이 스테이지 장치를 이와 같이 조립한 후에도, 이 스테이지 장치에 탑재되는 워크피스의 중량, 이 스테이지 장치에 대한 실장, 구조체의 위치나 자세 등의 경시적인 변화에 의해 상기한 양쪽의 위치가 변화함으로써 우력이 발생할 가능성이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 우력의 발생을 억제하면서 스테이지를 이동시킬 때에 발생하는 반력을 상쇄할 수 있는 스테이지 장치를 제공하는 것이다.
도1a 및 도1b는 각각, 본 발명의 제1실시형태에 따른 스테이지 장치(100)의 모식적 단면도 및 모식적 평면도를 나타내고 있다.
본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)는, Y 스테이지(1)(제2 스테이지), X 스테이지(2)(제1 스테이지), 정반(5), 베이스 프레임(6) 및 제진대(8)를 구비하고 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)는, Y 리니어 모터(10)(제2 구동부), X 리니어 모터(20)(제1 구동부), 반력 수용기구(30)(반력 저감부), 제어부(50) 및 계측부(60)를 구비하고 있다.
도1a 및 도1b에 나타낸 것과 같이, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, Y 스테이지(1) 및 Y 리니어 모터(10)가 X 스테이지(2)의 X방향 양측에 설치되어 있다.
2개의 Y 스테이지(1)는, X 리니어 모터(20)X의 리니어 모터 고정자(20b)에 의해 서로 연결(고정)되어 있고, Y 리니어 모터(10)에 의해 Y방향으로 이동할 수 있다.
여기에서, 2개의 Y 스테이지(1)와 X 리니어 모터 고정자(20b)를 합쳐서 Y 스테이지로 부를 수 있다.
X 스테이지(2)는, X 리니어 모터(20)에 의해 X방향으로 이동할 수 있다.
또한, X 스테이지(2)는, 미동 상부판(25)을 갖고 있고, 이 미동 상부판(25)은, 기판 W를 유지하는 동시에, 기판 W를 유지하는 유지면을 미소 구동시킬 수 있다.
구체적으로는, 미동 상부판(25)에 있어서 3개의 Z 리니어 모터와 1개의 ωZ 리니어 모터(미도시)를 설치함으로써, 기판 W를 유지하는 유지지면을 Z축 및 ωZ축 뿐만 아니라 ωX축 및 ωY축으로도 구동시키는 것이 가능해진다.
이에 따라, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, 기판 W를 유지하는 유지면을 X축, Y축, Z축, ωX축, ωY축 및 ωZ축의 6축 모두에 있어서 구동시킬 수 있다.
제진대(8)는, 공기 스프링 또는 코일 스프링으로 구성되어 있는 제진기구이며, 베이스 프레임(6)에 의해 지지되어 있다.
그리고, 제진대(8)는, 외부로부터 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에의 진동의 전파를 억제하는 동시에, 정반(5)의 위치 및 자세를 제어하도록 구성되어 있다.
Y 리니어 모터(10)는, 가동부인 Y 리니어 모터 가동자(10a)(제2 가동자)와, 이 Y 리니어 모터 가동자(10a)의 개구부를 관통하여 Y방향으로 뻗는 고정부인 Y 리니어 모터 고정자(10b)(제2 고정자)로 구성되어 있다.
그리고, Y 리니어 모터(10)는, Y 스테이지(1)를 Y방향으로 이동시키도록 추력을 생성하는 구동부로서 기능한다.
구체적으로, Y 리니어 모터 가동자(10a)는, 서로 대향하는 다극 자석(영구 자석)(미도시)을 유지하는 알루미늄 판으로 구성되는 U자 형상의 프레임체이며, Y 리니어 모터 고정자(10b)에 대하여 Y방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다.
한편, Y 리니어 모터 고정자(10b)는, Y방향으로 배열된 코일 열을 갖고 있고, 바닥(미도시)에 고정되어 있다.
즉, Y 리니어 모터(10)는, 무빙 마그넷 구성을 갖고 있다.
Y 리니어 모터 고정자(10b)의 코일 열의 각 코일에 공급되는 전류의 방향을 순차 전환함으로써, Y 리니어 모터 가동자(10a)에 있어서 Y방향의 추력을 생성한다.
이와 같이 생성된 추력이, Y 스테이지(1)와 함께, Y 스테이지(1)에 접속되어 있는 X 리니어 모터(20) 및 X 스테이지(2)를 Y방향으로 이동시킨다.
X 리니어 모터(20)는, X방향으로 뻗는 고정부인 X 리니어 모터 고정자(20b)(제1 고정자)와, X 리니어 모터 고정자(20b)에 대하여 X방향으로 이동가능한 가동부인 X 리니어 모터 가동자(20a)(제1 가동자)로 구성되어 있다.
그리고, X 리니어 모터(20)는, X 스테이지(2)를 X방향으로 이동시키도록 추력을 생성하는 구동부로서 기능한다.
구체적으로, X 리니어 모터 가동자(20a)는, 중공 프레임체로서, 내면의 연직 방향의 상면과 하면에 있어서 서로 대향하는 다극 자석(영구 자석)(미도시)을 유지하고 있고, X 리니어 모터 고정자(20b)에 대하여 X방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다.
한편, X 리니어 모터 고정자(20b)는, X방향으로 배열된 코일 열을 갖고 있고, Y 스테이지(1) 및 Y 리니어 모터 가동자(10a)에 고정되어 있다.
즉, X 리니어 모터(20)는, 무빙 마그넷 구성을 갖고 있다.
X 리니어 모터 고정자(20b)의 코일 열의 각 코일에 공급되는 전류의 방향을 순차 전환함으로써, X 리니어 모터 가동자(20a)에 있어서 X방향의 추력을 생성하여, 이 생성된 추력에 의해 X 스테이지(2)를 X방향으로 이동시킨다.
상기한 것과 같이, X 리니어 모터(20) 및 X 스테이지(2)는, Y 스테이지(1)의 Y방향에 있어서의 이동에 따라 Y방향으로 이동하도록, 즉 Y 스테이지(1)에 연동하여 이동하도록 구성되어 있다.
반력 수용기구(30)는, X 스테이지(2)의 구동에 의해 발생하는 반력을 상쇄(저감)하기 위해 추력을 생성하도록 구성되어 있다.
제어부(50)는, 반력 수용기구(30)에 있어서의 추력의 생성을 제어하도록 구성된다.
반력 수용기구(30)의 구체적인 구성 및 제어부(50)의 구체적인 제어에 대해서는 후술한다.
도1a에 나타낸 것과 같이, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, 설치 기준이 될 수 있는 베이스 프레임(6) 위의 3개소에 제진대(8)가 배치되어 있고, 이 제진대(8) 위에 Y 스테이지(1)의 주행면이 되는 정반(5)이 배치된다.
그리고, Y 스테이지(1)가 정반(5) 위를 Y방형으로 왕복해서 이동가능하게 배치되어 있는 동시에, X 스테이지(2)가 Y 스테이지(1) 위를 X방향으로 왕복해서 이동가능하게 배치되어 있다.
구체적으로는, Y 리니어 모터(10)가 정반(5)의 중앙부의 X방향 양측에 설치되어 있고, 각 Y 리니어 모터(10)의 Y 리니어 모터 가동자(10a) 위에 Y 스테이지(1)가 배치되어 있다.
또한, X 스테이지(2)는, X 리니어 모터(20)의 X 리니어 모터 가동자(20a) 위에 배치되어 있다.
반력 수용기구(30)는, 반력 수용기구 가동자(30a)(제3 가동자)와 반력 수용기구 고정자(30b)(제3 고정자)로 구성되어 있고, 이 반력 수용기구 가동자(30a)는 한쪽의 Y 스테이지(1)에 결합하고 있는 Y 리니어 모터 가동자(10a)에 고정되어 있다.
즉, 반력 수용기구 가동자(30a)는, Y 리니어 모터 가동자(10a)의 Y방향에 있어서의 이동에 따라 Y방향으로 이동한다.
한편, 반력 수용기구 고정자(30b)는, Y 리니어 모터 고정자(10b)와 유사한 길이를 갖고 Y방향으로 뻗는 길이가 긴 프레임체이며, 베이스 프레임(6)에 고정되어 있다.
이에 따라, 반력 수용기구 고정자(30b)는, 반력 수용기구 가동자(30a)의 Y방향의 위치에 상관없이, 반력 수용기구 가동자(30a)에 있어서 X방향으로 소정의 추력을 발생시킬 수 있다.
상기한 것과 같이, 반력 수용기구 가동자(30a)가 Y 리니어 모터 가동자(10a)와 연동하기 때문에, X 스테이지(2)가 Y방향의 위치에 상관없이, X 스테이지(2)의 구동에 의해 발생하는 반력을 상쇄하는 것이 가능해진다.
이에 따라, 이 반력을 상쇄하는 정밀도를 X 스테이지(2)의 Y방향의 위치에 상관없이 유지할 수 있다.
또한, 반력 수용기구(30)가 정반(5)에 대하여 불필요한 힘을 인가하지 않도록 구성되어 있기 때문에, 반력 수용기구(30)의 동작에 의한 정반(5)의 과도적인 변형을 억제할 수 있다.
이에 따라, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, Y 스테이지(1) 및 X 스테이지(2)가 정반(5)을 위치의 기준으로 하여 정밀하고 정확하게 동작하는 것이 가능해진다.
도2a 및 도2b는 각각, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에 설치되어 있는 반력 수용기구(30)의 모식적 단면도 및 모식적 평면도를 나타내고 있다.
도2a에 나타낸 것과 같이, 반력 수용기구 가동자(30a)의 반력 수용기구 고정자(30b)에 대향하는 내면에는, X방향 및 Z방향 각각에 있어서 서로 떨어져 4개의 영구 자석 MG이 설치되어 있다.
즉, 반력 수용기구 가동자(30a)의 반력 수용기구 고정자(30b)에 대향하는 내면에는, X방향으로 서로 떨어져 배치되는 2개의 영구 자석 MG로 구성되는 2개의 영구 자석 쌍이 Z방향에 있어서 서로 떨어져 배치되어 있다.
한편, 반력 수용기구 고정자(30b)의 내부에는 Z방향으로 서로 떨어져 배치된 제1 코일 군(31)과 제2 코일 군(32)의 2층의 코일 군이 설치되어 있다.
본 발명은 이것에 한정하지 않고, 반력 수용기구 고정자(30b)의 내부에는 Z방향으로 배열된 3층 이상의 코일 군이 설치되어 있어도 된다.
또한, 예를 들면, 도2b에 나타낸 것과 같이, 제1 코일 군(31)이 Y방향으로 서로 떨어져 배열된 복수의 코일 311, 312, …, 31n을 포함하도록, 각 코일 군이 복수의 코일을 포함하고 있다.
즉, 반력 수용기구 고정자(30b)의 내부에는, Y방향 및 Z방향 각각에 있어서 복수의 위치에 코일(전자석)이 설치되어 있다.
전술한 것과 같이, 반력 수용기구(30)는 보이스 코일 모터의 구성을 갖고 있다.
그리고, 제어부(50)가 반력 수용기구(30)의 각 코일에 공급되는 전류의 방향이나 크기를 조정함으로써, 각 코일에 의해 생성되는 추력을 서로 다르게 할 수 있다.
본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, 반력 수용기구(30)에 있어서 코일이 서로 다른 추력을 생성하기 때문에, X 스테이지(2)의 구동에 의해 발생하는 반력을 상쇄할 때에 복수의 작용 축에 있어서 추력을 생성하는 것이 가능해진다.
환언하면, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에 설치되어 있는 반력 수용기구(30)에서는, Y방향 및 Z방향 각각에서의 복수의 위치에 있어서, 서로 다른 크기의 추력을 생성가능한 복수의 추력 생성부가 설치되어 있다.
예를 들면, X 스테이지(2)의 구동에 의해 반력 수용기구(30)에서 반력이 발생하는 위치와, 반력 수용기구(30)에 의해 이 반력을 상쇄하기 위한 추력이 생성되는 위치가 Z방향에 있어서 서로 다른 경우를 생각한다.
환언하면, X 리니어 모터(20)에 의해 X 스테이지(2)를 이동시키기 위한 추력이 생성되는 위치와, 반력 수용기구(30)에 의해 반력을 상쇄하기 위한 추력이 생성되는 위치가 Z방향에 있어서 서로 다른 경우를 생각한다.
더 환언하면, X 스테이지(2)의 이동에 의해 발생된 반력의 작용 축과, 반력 수용기구(30)에 의해 발생된 추력의 작용 축이 Z방향에 있어서 어긋나 있는 경우를 생각한다.
이때, Y방향 주위의 회전에 대응하는 피칭(ωY)의 우력이 발생한다.
이 경우, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, 제1 코일 군(31) 및 제2 코일 군(32)에 의해 생성된 추력들의 사이에 차이를 설정함으로써, 이와 같은 피칭(ωY)의 우력을 상쇄할 수 있다.
또한, X 스테이지(2)의 구동에 의해 반력 수용기구(30)에서 반력이 발생하는 위치와, 반력 수용기구(30)에 의해 이 반력을 상쇄하기 위한 추력이 생성되는 위치가 Y방향에 있어서 서로 다른 경우를 생각한다.
환언하면, X 리니어 모터(20)에 의해 X 스테이지(2)를 이동시키기 위한 추력이 생성되는 위치와, 반력 수용기구(30)에 의해 반력을 상쇄하기 위한 추력이 생성되는 위치가 Y방향에 있어서 서로 다른 경우를 생각한다.
더 환언하면, X 스테이지(2)의 이동에 의해 발생된 반력의 작용 축과, 반력 수용기구(30)에 의해 발생된 추력의 작용 축이 Y방향에 있어서 어긋나 있는 경우를 생각한다.
이때, Z방향 주위의 회전에 대응하는 요잉(yawing)(ωZ)의 우력이 발생한다.
이 경우, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, 계측부(60)에 의해 계측된 Y 스테이지(1), 즉 X 스테이지(2)의 Y방향에 있어서의 위치에 근거하여 제1 코일 군(31) 및 제2 코일 군(32) 각각에 있어서 복수의 코일을 선택(결정)한다.
그리고, 이 선택된 복수의 코일이 생성하는 추력들 사이에 차이를 설정함으로써, 이와 같은 요잉(ωZ)의 우력을 상쇄할 수 있다.
전술한 것과 같이, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, 복수의 코일에 의해 동일한 작용선 위에 없는 복수의 추력 작용 축을 설치하고, 이 복수의 추력 작용 축에 있어서 독립적으로 추력을 설정한다.
이와 같이 설정된 복수의 추력의 합력에 의해 반을 상쇄하기 위한 추력 작용 축을 제어하는 것이 가능해진다.
본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에 설치된 제1 코일 군(31) 및 제2 코일 군(32)에 포함되는 각 코일에 의해 생성되는 추력, 즉 각 코일에 공급되는 전류의 크기에 대해서는, 2단계의 게인 파라미터(게인 블록)가 구현된다.
구체적으로, 1단계째의 게인 파라미터는 모든 코일에 대하여 공통의 게인 파라미터(제2 게인 파라미터)이다.
이 게인 파라미터는, X 스테이지(2)를 구동시켰을 때, 즉 X 리니어 모터(20)의 추력의 생성에 의한 반력을 저감할 때에 발생하는 소정의 대상에 있어서의 X방향의 외란 변동량이 최소가 되도록 조정된다.
소정의 대상에 있어서의 외란 변동은, 예를 들면, 정반(5)의 진동이다.
또한, 2단계째의 게인 파라미터는, 코일들 사이의 추력 차이에 대한 게인 파라미터(제1 게인 파라미터)이다.
이 추력 차이에 대한 게인 파라미터는, X 스테이지(2)를 구동시켰을 때, 즉 X 리니어 모터(20)의 추력의 생성에 의해 발생된 반력을 저감할 때에 발생하는 소정의 대상에 있어서의 X방향 이외의 Y방향 및 Z방향의 외란 변동량이 최소가 되도록 조정된다.
이때, 상기한 소정의 대상은, Y 스테이지(1), X 스테이지(2), 미동 상부판(25) 및 정반(5)의 적어도 한개를 포함하고, 이들 각각에 있어서의 외란 변동량에 근거하여 설정된다.
또한, 2단계째의 게인 파라미터로서의 추력 차이에 대한 게인 파라미터는, 각 스테이지의 가동 범위 내의 단일의 위치에 있어서 취득된 외란 변동량으로부터 산출하거나, 그 내부의 복수의 위치에 있어서 취득된 외란 변동량으로부터 산출해도 된다.
또한, 이 추력 차이에 대한 게인 파라미터는 정수이어도 되고, 각 스테이지의 위치에 대한 함수이어도 되고, 또는, 각 스테이지의 위치에 따라 설정된 복수의 범위 사이에서 순차 전환되는, 즉 테이블이어도 된다.
또한, 이 추력 차이에 대한 게인 파라미터는, 반력 수용기구(30)의 제어계에 있어서 피드포워드 블록으로 구성되는 동시에, Y 스테이지(1), X 스테이지(2), 미동 상부판(25) 및 정반(5)의 어느 한개의 피드백 블록으로 구성되어도 된다.
환언하면, 반력 수용기구(30)는, 피드포워드 제어되는 동시에, Y 스테이지(1), X 스테이지(2), 미동 상부판(25) 및 정반(5)의 변화에 따라 피드백 제어되어도 된다.
이 경우, 이 게인 파라미터를 조정한 후에, 반력을 상쇄하기 위한 추력이 작용하는 방향이 변화하는 것에 의한 이 게인 파라미터에의 영향을 억제할 수 있다.
상기에서는, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)를 조립할 때에 조정되는 2단계의 게인 파라미터를 설명하였다.
더구나, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)가 탑재되는, 노광장치 등의 패턴 형성장치의 사용 상태나 동작 시퀀스에 따라 파라미터를 전환하기 위한 3단계째의 게인 파라미터(제3 게인 파라미터)를 설치하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)가 탑재되는 패턴 형성장치가 운용될 때에는, 각 스테이지의 동작 시퀀스(동작 프로파일), X 스테이지(2)에 탑재되는 기판 W의 종류 등에 따라, 각 스테이지의 무게중심과 구동력이 변화한다.
따라서, 3단계째의 게인 파라미터는, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)가 조정되었을 때의 상태와는 다른 다양한 상태에 따라 미리 산출된 최적의 파라미터가 된다.
구체적으로는, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)가 탑재되는 패턴 형성장치의 상태, 사용 환경 및 동작 시퀀스를 관리하는 상위의 시스템으로부터 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)의 상태에 관한 정보를 제어부(50)가 수신한다.
그리고, 제어부(50)는 이 수신된 정보에 근거하여 필요에 따라 3단계째의 게인 파라미터를 전환하는 동작을 행한다.
이에 따라, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)가 탑재되는 패턴 형성장치의 상태와 동작 시퀀스에 따라 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)가 다양한 상태에 있더라도, 반력을 정밀하게 상쇄하는 것이 가능해진다.
3단계째의 게인 파라미터는, 제1 코일 군(31) 및 제2 코일 군(32)에 포함되는 모든 코일에 공통인 게인 파라미터이거나, 코일들 사이의 추력 차이에 대한 게인 파라미터이거나, 또는 양쪽의 게인 파라미터이어도 된다.
또한, 상기한 1단계째의 게인 파라미터, 2단계째의 게인 파라미터 및 3단계째의 게인 파라미터는, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서의 각 구동부에 있어서의 마찰의 증대 등 경시적인 변화에 따라 갱신되거나, 정기적으로 갱신되어도 된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)는, X 스테이지(2)의 X방향의 구동에 의해 발생되는 반력을 상쇄하기 위해, Y방향 및 Z방향 각각에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하도록 구성된 반력 수용기구(30)를 구비한다.
이에 따라, 이 반력의 작용 축 및 이 추력의 작용 축의 위치를 조정하지 않고 우력의 발생을 억제할 수 있다.
본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, Y 리니어 모터(10)의 Y 리니어 모터 가동자(10a)에 영구 자석을 설치하는 한편, Y 리니어 모터(10)의 Y 리니어 모터 고정자(10b)에 코일 열을 설치하는, 소위 무빙 마그넷 구성을 채용하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.
즉, Y 리니어 모터(10)의 Y 리니어 모터 가동자(10a)에 코일 열을 설치하는 한편, Y 리니어 모터(10)의 Y 리니어 모터 고정자(10b)에 영구 자석을 설치하는, 소위 무빙 코일 구성을 채용해도 된다.
마찬가지로, X 리니어 모터(20)에 있어서도 무빙 코일 구성을 채용해도 된다.
또한, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치(100)에서는, 도1a 및 도1b에 나타낸 것과 같이, X 스테이지(2)의 X방향의 한쪽의 측에 반력 수용기구(30)를 설치하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정하지 않고, X 스테이지(2)의 X방향의 양측에 반력 수용기구(30)를 설치해도 된다.
이 경우, X 스테이지(2)의 구동에 의해 발생하는 반력을 상쇄하기 위해서 각 반력 수용기구(30)가 생성하는 추력의 크기를 저감할 수 있다.
이에 따라, 예를 들면, 각 반력 수용기구(30)에 있어서의 추력 생성에 의한 발열, 기계적인 변형과, Y방향 및 Z방향으로의 외란의 발생을 억제할 수 있다.
[제2실시형태]
도3a 및 도3b는 각각, 본 발명의 제2실시형태에 따른 스테이지 장치에 설치되어 있는 반력 수용기구(40)의 모식적 단면도 및 모식적 평면도를 나타내고 있다.
본 실시형태에 따른 스테이지 장치는, 반력 수용기구 30 대신에 반력 수용기구 40이 설치되어 있는 것을 제외하고는, 제1실시형태에 따른 스테이지 장치(100)와 동일한 구성을 갖고 있기 때문에, 동일한 부재는 동일한 참조번호로 표시하고, 그것의 설명을 생략한다.
도3a 및 도3b에 나타낸 것과 같이, 반력 수용기구(40)는, 반력 수용기구 가동자(40a) 및 반력 수용기구 고정자(40b)로 구성되어 있다.
그리고, 반력 수용기구 가동자(40a)의 반력 수용기구 고정자(40b)에 대향하는 내면에는, Y방향 및 Z방향에 있어서 서로 떨어져 4개의 코일 411, 412, 421 및 422가 배치되어 있다.
이때, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 반력 수용기구 가동자(40a)의 반력 수용기구 고정자(40b)에 대향하는 내면에 있어서는, Y방향의 3개 이상의 위치에 코일들이 설치되어서 있어도 된다.
한편, 반력 수용기구 고정자(40b)의 내부에서는 X방향 및 Z방향에 있어서 서로 떨어져 배치되는 4개의 영구 자석 MG의 복수의 군이 Y방향에 있어서 서로 떨어져 배열되어 있다.
즉, 반력 수용기구 고정자(40b)의 내부에서는, X방향으로 서로 떨어져 배치되는 2개의 영구 자석 MG로 각각 구성되는 2개의 영구 자석 쌍이 Z방향에 있어서 서로 떨어져 설치되어 있는 동시에, 복수의 영구 자석 쌍이Y방향에 있어서 서로 떨어져 배열되어 있다.
이에 따라, 코일 411 및 412에 의해 생성되는 추력의 Z방향에 있어서의 위치가 서로 동일하고, 코일 421 및 422에 의해 생성되는 추력의 Z방향에 있어서의 위치가 서로 동일하다.
또한, 코일 411 및 421에 의해 생성되는 추력의 Y방향에 있어서의 위치가 서로 동일하고, 코일 412 및 422에 의해 생성되는 추력의 Y방향에 있어서의 위치가 서로 동일하다.
그리고, 제어부(50)는 코일 411, 412, 421 및 422의 각각에 공급하는 전류의 방향 및 크기를 조정함으로써, 각 코일이 생성하는 추력을 서로 다르게 할 수 있다.
본 실시형태에 따른 스테이지 장치에서는, 반력 수용기구(40)에 있어서 이와 같이 코일들이 서로 다른 추력을 생성하기 때문에, X 스테이지(2)의 구동에 의해 발생하는 반력을 상쇄할 때에 복수의 작용 축의 추력을 생성하는 것이 가능해진다.
예를 들면, X 스테이지(2)의 구동에 의해 발생하는 반력이 반력 수용기구(40)에 대하여 작용하는 위치와, 반력 수용기구(40)에 의해 이 반력을 상쇄하기 위한 추력이 생성되는 위치가 Z방향에 있어서 서로 다른 경우를 생각한다.
이때, Y방향 주위의 회전에 대응하는 피칭(ωY)의 우력이 발생한다.
이 경우, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치에서는, 코일 411과 코일 421 사이에 추력 차이를 설정하는 동시에, 코일 412와 코일 422 사이에 추력 차이를 설정함으로써, 이와 같은 피칭(ωY)의 우력을 상쇄할 수 있다.
또한, X 스테이지(2)의 구동에 의해 발생하는 반력이 반력 수용기구(40)에 대하여 작용하는 위치와, 반력 수용기구(40)에 의해 이 반력을 상쇄하기 위한 추력이 생성되는 위치가 Y방향에 있어서 서로 다른 경우를 생각한다.
이때, Z방향 주위의 회전에 대응하는 요잉(ωZ)의 우력이 발생한다.
이 경우, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치에서는, 코일 411과 코일 412 사이에 추력 차이를 설정하는 동시에, 코일 421과 코일 422 사이에 추력 차이를 설정함으로써, 이와 같은 요잉(ωZ)의 우력을 상쇄할 수 있다.
본 실시형태에 따른 스테이지 장치에 설치된 코일 411, 412, 421 및 422 각각에 의해 생성되는 추력, 즉 각 코일에 공급되는 전류의 크기에 대한 게인 파라미터는, 제1실시형태에 따른 스테이지 장치(100)와 마찬가지로 설정할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치는, X 스테이지(2)의 X방향의 구동에 의해 발생되는 반력을 상쇄하기 위해서, Y방향 및 Z방향 각각에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하도록 구성된 반력 수용기구(40)를 구비한다.
이에 따라, 이 반력의 작용 축 및 이 추력의 작용 축의 위치를 조정하지 않고 우력의 발생을 억제할 수 있다.
이에서 바람직한 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 우력의 발생을 억제하면서 스테이지를 이동시킬 때에 발생하는 반력을 저감할 수 있는 스테이지 장치를 제공할 수 있다.
[노광장치]
도4는, 제1실시형태 또는 제2실시형태에 따른 스테이지 장치를 구비한 노광장치(900)의 모식적 단면도를 나타내고 있다.
노광장치(900)는, 램프 점등장치(401)(광원), 조명 광학계(402), 슬릿(403), 결상 광학계(404), 원판 스테이지(405), 투영 광학계(406) 및 기판 스테이지(407)를 구비하고 있다.
이때, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치는, 예를 들면, 기판 스테이지(407)의 구동을 제어하기 위해서 사용된다.
램프 점등장치(401)는, 고압 수은 램프 등의 자외광을 출사하는 광원이다.
조명 광학계(402)는, 제1절곡 미러(501), 제1콘덴서 렌즈(502), 플라이아이 렌즈(503), 제2콘덴서 렌즈(504) 및 제2절곡 미러(505)를 갖고 있다.
원판 스테이지(405)는, 원판 O를 유지하는 마스크 스테이지이며, 도 4에 나타낸 Y방향으로 구동할 수 있다.
투영 광학계(406)는, 원판 O 위에 묘화된 패턴을 감광제가 도포된 기판 W 위에 전사하기 위해 투영하는 투영 광학계다.
이때, 노광장치(900)는, 오프너(Offner)형 광학계의 투영 광학계(406)를 사용하고 있다.
오프너형 광학계의 경우, 양호한 상 영역을 확보하기 위해서 원판 O가 원호 형상으로 조사된다. 또한, 기판 W에 도달하는 노광 광의 조사 형상도 원호 형상이다.
원판 O를 투과한 빛은, 사다리꼴 미러(601), 오목면 미러(602), 볼록면 미러(603), 오목면 미러(602)및 사다리꼴 미러(601)의 순서로 반사되어 기판 W에 도달함으로써, 원판 O 위의 패턴이 기판 W 위에 전사된다.
기판 스테이지(407)는, 기판 W를 유지하는 웨이퍼 스테이지이며, 원판 스테이지(405)와 동기시켜 Y방향으로 구동함으로써 기판 W의 노광이 행해진다. 기판 스테이지(407)는, Y방향 이외에 X방향으로 구동하는 것이 가능하고, 기판 W 위에 복수의 패널을 형성하는 경우에는, X방향 및 Y방향으로 기판 스테이지(407)를 구동시켜 노광을 행한다.
램프 점등장치(401)로부터 출사한 노광 광은, 조명 광학계(402), 슬릿(403) 및 결상 광학계(404)를 통과한 후, 원판 스테이지(405) 위에 장착된 원판 O를 조사한다.
그리고, 원판 O를 투과한 노광 광은, 투영 광학계(406)를 통과하고, 기판 스테이지(407)에 장착된 기판 W를 조사하여, 기판 W 위의 노광 영역에 대하여 노광을 행한다.
위에서는 본 실시형태에 따른 스테이지 장치를 노광장치(900)에 설치한 실시형태를 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치는, 임프린트 장치나 묘화장치 등의 패턴 형성장치에도 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치는, 기판 W에 있어서의 감광제의 도포와 현상을 행하는 도포 및 현상 장치 등의 기판 처리장치에도 적용할 수 있다.
여기에서 말하는 임프린트 장치는, 기판 위에 공급된 임프린트 재와 몰드 재를 서로 접촉시킨 후, 이 임프린트 재에 경화용의 에너지를 인가함으로써, 이 몰드 재의 패턴이 전사된 경화물의 패턴을 형성하는 장치이다.
또한, 묘화장치는, 하전 입자선(전자선)이나 레이저빔으로 기판에 묘화를 행함으로써, 이 기판 위에 패턴(잠상 패턴)을 형성하는 장치이다.
[물품의 제조방법]
본 실시형태에 따른 물품의 제조방법은, 반도체 디바이스를 포함하는 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는데 적합하다.
본 실시형태에 따른 물품의 제조방법은, 기판에 도포된 감광제에 전술한 노광장치(900)를 사용해서 잠상 패턴을 형성하는 스텝(기판을 노광하는 노광 스텝)을 포함한다.
또한, 본 실시형태에 따른 물품의 제조방법은, 이 노광 스텝에서 잠상 패턴이 형성된 기판을 현상하는 현상 스텝(가공 스텝)을 포함한다.
더구나, 본 실시형태에 따른 물품의 제조방법은, 이 현상 스텝에서 현상된 기판에 대하여 행하는 다른 주지의 제조 스텝(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 감광제 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함한다.
본 실시형태에 따른 물품의 제조방법은, 종래의 방법에 비해, 물품의 성능, 품질, 생산성 및 산 코스트의 적어도 한개에 있어서 유리하다.
또한, 본 실시형태에 따른 물품의 제조방법은, 전술한 노광장치(900)에 한정되지 않고, 본 실시형태에 따른 스테이지 장치를 구비한 임프린트 장치나 묘화장치 등의 패턴 형성장치를 사용해서 행해도 된다.
예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.

Claims (17)

  1. 제1 방향으로 이동가능하도록 구성된 제1 스테이지와,
    상기 제1 스테이지를 상기 제1 방향으로 이동시키기 위해 추력을 생성하도록 구성된 제1 구동부와,
    상기 제1 구동부의 추력의 생성에 의해 발생하는 반력을 저감하기 위해 추력을 생성하도록 구성된 반력 저감부를 구비하고,
    상기 반력 저감부는, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하도록 구성된 스테이지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 스테이지의 위치를 계측하도록 구성된 계측부와,
    상기 반력 저감부를 제어하도록 구성된 제어부를 더 구비하고,
    상기 반력 저감부는, 복수의 위치 각각에 각각 배치되어 있는 복수의 추력 생성부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 계측부에 의해 계측된 상기 제1 스테이지의 상기 제2 방향에 있어서의 위치에 근거하여, 상기 반력을 저감하기 위해 추력을 생성하는 적어도 한 개의 상기 추력 생성부를 결정하도록 구성된 스테이지 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는, 결정된 상기 적어도 한 개의 상기 추력 생성부 각각에 의해 생성된 추력의 크기를 결정하기 위한 제1 게인 파라미터를 갖는 스테이지 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 방향에 있어서 적어도 한 개의 위치 각각에 있어서 상기 제1 스테이지를 상기 제1 방향으로 이동시키도록 상기 제1 구동부에게 추력을 생성하게 하고,
    상기 제1 구동부의 추력의 생성에 의한 상기 반력을 저감할 때에 발생하는 상기 제2 방향의 외란 변동량을 최소화하도록 상기 복수의 추력 생성부에 의해 생성되는 각 추력의 크기를 결정함으로써 상기 제1 게인 파라미터를 산출하도록 구성된 스테이지 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 게인 파라미터는, 상기 제2 방향에 있어서의 위치에 대한 함수로 표시되는 스테이지 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 게인 파라미터는, 상기 제2 방향에 있어서의 위치에 대한 테이블로 표시되는 스테이지 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 게인 파라미터를 정기적으로 다시 산출함으로써 상기 제1 게인 파라미터를 갱신하도록 구성된 스테이지 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 추력 생성부에 공통된 제2 게인 파라미터와, 상기 스테이지 장치의 사용 상태나 동작 시퀀스에 따라 변화하는 제3 게인 파라미터를 갖는 스테이지 장치.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는, 결정된 상기 적어도 한 개의 상기 추력 생성부에 대하여 피드포워드 제어를 행함으로써, 결정된 상기 적어도 한 개의 상기 추력 생성부에게 추력을 생성하게 하도록 구성된 스테이지 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 방향으로 이동가능하도록 구성된 제2 스테이지와,
    상기 제2 스테이지를 상기 제2 방향으로 이동시키기 위해 추력을 생성하도록 구성된 제2 구동부를 더 구비하고,
    상기 제1 구동부는, 상기 제1 방향으로 뻗는 제1 고정자와, 상기 제1 스테이지에 고정되고 상기 제1 방향으로 이동가능한 제1 가동자를 구비하고,
    상기 제2 구동부는, 상기 제2 방향으로 뻗는 제2 고정자와, 상기 제2 스테이지에 고정되고 상기 제2 방향으로 이동가능한 제2 가동자를 구비하고,
    상기 제1 고정자와 상기 제2 가동자는 서로 연결되어 있는 스테이지 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 반력 저감부는, 상기 제2 방향으로 뻗는 제3 고정자와, 상기 제2 가동자에 고정되고 상기 제2 방향으로 이동가능한 제3 가동자를 구비한 스테이지 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 반력 저감부는, 상기 제3 고정자의 상기 제2 방향에 있어서의 복수의 위치 각각에 각각 배치되어 있는 복수의 전자석과 상기 제3 가동자에 고정되어 있는 적어도 한 개의 영구 자석 쌍을 포함하는 보이스 코일 모터인 스테이지 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 반력 저감부는, 상기 제3 고정자의 상기 제2 방향에 있어서의 복수의 위치 각각에 각각 배치되어 있는 복수의 영구 자석 쌍과 상기 제3 가동자의 상기 제2 방향에 있어서의 복수의 위치 각각에 각각 배치되어 있는 복수의 전자석을 포함하는 보이스 코일 모터인 스테이지 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 반력 저감부는 상기 제1 스테이지의 상기 제1 방향의 양측에 설치되어 있는 스테이지 장치.
  15. 기판 위에 패턴을 형성하는 패턴 형성장치로서,
    상기 기판이 장착되는 상기 제1 스테이지의 구동을 제어하도록 구성된 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치를 구비한 패턴 형성장치.
  16. 청구항 15에 기재된 패턴 형성장치를 사용해서 상기 기판 위에 패턴을 형성하는 단계와,
    패턴이 형성된 상기 기판을 가공해서 물품을 얻는 단계를 포함하는 물품의 제조방법.
  17. 제1 방향으로 이동가능하도록 구성된 제1 스테이지와, 상기 제1 스테이지를 상기 제1 방향으로 이동시키기 위해 추력을 생성하도록 구성된 제1 구동부와, 상기 제1 구동부의 추력의 생성에 의해 발생하는 반력을 저감하기 위해 추력을 생성하도록 구성되고, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향에서의 복수의 위치에 있어서 서로 크기가 다른 추력을 생성가능하도록 구성된 반력 저감부를 구비한 스테이지 장치에 있어서 상기 반력 저감부를 제어하는 방법으로서,
    상기 제1 스테이지의 위치를 계측하는 단계와,
    상기 계측하는 단계에서 계측된 상기 제1 스테이지의 상기 제2 방향에 있어서의 위치와 게인 파라미터에 근거하여, 상기 반력 저감부의 상기 제2 방향에서의 복수의 위치 각각에 있어서 생성되는 추력의 크기를 결정하는 단계를 포함하는 제어방법.
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