KR20010067452A - 전사장치에 사용하는 균형화 위치결정 시스템 - Google Patents

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Abstract

전사장치에 사용하는 균형화 위치결정 시스템은 Y 병진운동과 같은 적어도 1 개의 자유도로 이동 가능하도록 지지되는 한 쌍의 밸런스 매스를 포함한다. 대향하는 직진방향으로의 구동력은 구동된 본체를 어느 한 방향에 수직한 축에 대해 회전시키기 위해 구동된 본체와 밸런스 매스 사이에서 직접 동작한다. 위치결정 이동으로부터 기인한 반작용력은 밸런스 매스의 선형운동을 나타나게 하고, 모든 반작용력은 균형화 위치결정 시스템내에서 유지된다.

Description

전사장치에 사용하는 균형화 위치결정 시스템{BALANCED POSITIONING SYSTEM FOR USE IN LITHOGRAPHIC APPARATUS}
본 발명은 균형화 위치결정 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은,
방사 투영빔을 공급하는 방사 시스템;
마스크를 고정하는 제 1 대물 테이블;
기판을 고정하는 제 2 대물 테이블; 및
기판의 타겟부상에 마스크의 방사부를 결상하는 투영 시스템을 포함하는 전사투영장치에서의 상기 시스템에 관한 것이다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영 시스템은 이하에서 "렌즈"라 칭한다. 그러나, 이 용어는 예를 들어, 굴절 광학기, 반사 광학기, 카타디옵트릭 시스템 및 대전입자 광학기 등을 포함한 다양한 형태의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석될 것이다. 또, 상기 방사 시스템은 투영빔의 방사를 방향짓거나, 모양짓거나 또는 제어하는 원리들 중 어떤 것에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수도 있고, 이하에서는 이러한 구성요소들 역시 집합적 또는 단독적으로 "렌즈"라고 불려질 것이다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 대물 테이블은 각각 "마스크 테이블" 및 "기판 테이블"이라 불린다. 나아가, 상기 전사장치는 2 이상의 마스크 테이블 및/또는 2 이상의 기판 테이블을 구비하는 형태일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 장치에서는 부가적인 테이블이 병렬로 사용되거나 그렇지 않으면 예비적인 단계들이 1 이상의 스테이지에서 수행되는 한편, 1 이상의 다른 스테이지는 노광하는 데 사용된다. 트윈 스테이지 전사장치는, 예를 들어 WO98/28665 및 WO98/40791에 개시되어 있다.
전사투영장치는 예를 들어, 집적회로(IC) 제조 등에 사용될 수 있다. 이 경우, 마스크(레티클)는 IC 의 개별층에 대응하는 회로패턴을 포함하고, 이 패턴은 감광물질(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(1 이상의 다이포함)상에 결상될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 마스크를 통해 한번에 하나씩 연속적으로 방사되는 인접한 타겟부의 전체적인 연결망을 포함할 것이다. 전사투영장치의 일형태에서, 각 타겟부는 타겟부 상에 마스크 패턴 전체를 한번에 노광함으로써 방사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라 칭한다. 대안적인 장치(통상 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)로 불려짐)에서는, 각 타겟부가 투영빔 하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하면서, 동시에 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 그 반대 방향으로 웨이퍼 테이블을 스캐닝함으로써 방사되는데, 일반적으로 투영 시스템은 배율인자(magnification factor; M)(대개 < 1)를 가지기 때문에, 기판 테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크 테이블이 스캐닝되는 속도의 M 배가 된다. 여기서 기술된 전사장치에 관한 상세한 정보는 WO97/33205에서 찾을 수 있다.
전사장치에서 진동의 주 원인은 나노미터 정밀도로 마스크(레티클)와 기판(웨이퍼)을 위치시키는 데 사용되는 가속력에 대한 기계 프레임상의 반작용이며, 이는 장치의 정밀도를 저하시킨다. 진동의 영향을 최소화하기 위하여, 모든 위치감지 디바이스가 장착된 격리된 도량형 프레임을 제공할 수 있고, 장치의 나머지 부분으로부터 분리된 소위 힘 또는 반작용 프레임에 모든 반작용력을 전달할 수 있다.
미국 특허 제 5,208,497호에는 구동력의 반작용이 구동된 매스보다 보통 더 무겁고, 장치의 나머지 부분에 대해 자유롭게 이동하는 밸런스 매스에 전달되는 시스템이 개시되어 있다. 상기 반작용력은 밸런스 매스를 가속하는데 사용되고, 장치의 나머지 부분에는 별다른 영향을 주지 않는다. 그러나, 미국 특허 제 5,208,497호에 개시된 개념은 한 방향으로의 반작용력에만 효과적이고, 다중 자유도를 갖는 시스템까지는 확장하기가 쉽지 않다. 평면에서 3 개의 자유도를 갖는 이동 가능한 밸런스 매스는 (상술된) WO98/40791 및 WO98/28665에 개시되어 있다.
EP-A-0,557,100에는 반작용력을 크기는 같고 방향은 반대로 하여 소거할 수 있도록 하기 위해 반대 방향으로 2 개의 매스를 능동적으로 구동하는 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템은 2 차원에서의 작동을 설명하고 있지만, 밸런스 매스의 능동적인 위치결정은 주 대상물을 구동하는 것과 동일한 품질과 성능을 갖는 제 2 위치결정 시스템을 필요로 한다.
또, 상술된 시스템들은 구동된 매스의 회전위치의 조정에 의해 유도되거나 구동된 본체상에 가해진 힘의 구동라인과 그것의 질량중심간의 오정렬 때문에 발생될 수 있는 반대로 작용하는 요잉 모멘트에 있어서 그다지 효과적이지 않다.
미국 특허 제 5,815,246호에는 XY 평면에서 자유롭게 이동하는, 즉 X 및 Y 방향으로 병진운동하고, Z 방향에 평행한 축에 대해 회전하는 제 1 밸런스 매스를 구비한 위치결정 시스템이 개시되어 있다. 제 1 밸런스 매스의 회전을 제어하기 위하여, 제 2 밸런스 매스를 형성하는 플라이휠은 제 1 밸런스 매스상에 장착된 회전모터에 의해 구동되어 반대로 작용하는 토오크를 발생시킨다. 따라서, 제 1 밸런스 매스의 회전을 제어하는 경우에는 회전의 정밀한 제어 및 플라이휠이 요구된다. 이러한 제어에 있어 임의의 지연 또는 플라이휠의 불균형은 진동을 야기할 것이다.
본 발명의 목적은 구동된 매스의 요잉 모멘트를 상쇄하고 개선된 균형화 위치결정 시스템, 바람직하게는 적어도 2 개의 병진운동 자유도에서 힘의 균형을 맞추는 위치결정 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전사투영장치를 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 장치에 따른 레티클 스테이지의 평면도.
도 3은 도 1의 장치에 따른 레티클 스테이지의 끝단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 사용된 서보제어기구의 다이어그램.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레티클 스테이지의 평면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레티클 스테이지의 끝단면도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레티클 스테이지의 평면도.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레티클 스테이지의 끝단면도.
도 9 및 도 9a는 본 발명의 실시예들에서 사용가능한 케이블 덕트장치를 도시한 도면.
본 발명에 따르면,
방사 투영빔을 공급하는 방사 시스템;
마스크를 고정하는 제 1 대물 테이블;
기판을 고정하는 제 2 대물 테이블;
기판의 타겟부상에 마스크의 방사부를 결상하는 투영 시스템; 및
적어도 하나 이상의 상기 대물 테이블을 위치결정하는 균형화 위치결정 시스템을 포함하는 전사투영장치로서;
상기 균형화 위치결정 시스템은,
제 1 및 제 2 밸런스 매스;
적어도 일방향으로 실질적으로 자유롭게 병진운동을 하도록 상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스를 지지하는 베어링 수단; 및
상기 일방향에 수직인 축에 대해 상기 대물 테이블을 회전시키기 위해 상기 하나의 대물 테이블과 상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스 사이에서 직접 동작하며, 상기 대물 테이블의 상기 회전을 실행하기 위해 상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스 상에 대향하는 방향으로 선형력을 가하도록 배치된 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치가 제공된다.
적어도 일방향으로 병진운동을 할 수 있는 2 개의 밸런스 매스를 제공함으로써, 회전위치를 조정하기 위해 대물 테이블을 구동하거나 다른 구동력에 의해 유도된 토오크를 위해 보상하는데 요구되는 토오크는, 대물 테이블과 2 개의 밸런스 매스 사이에서 동작하는 2 선형 구동력의 합으로서 제공될 수 있다. 2 개의 밸런스 매스상의 반작용력은 그것들을 선형으로 이동시킬 것이며, 이는 손쉽게 수용될 것이다. 즉, 구동된 대물 테이블상에 행사된 토오크에 대한 반작용은 2 개의 밸런스 매스의 병진운동으로 전환되고, 밸런스 매스의 회전운동을 일어나지 않는다. 대물 테이블의 회전운동이 선형운동과 결합되면, 각 밸런스 매스상에 작용하는 순수한 힘은 크기는 다르지만 동일한 방향으로 발생되는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
방사 투영빔을 공급하는 방사 시스템;
마스크를 고정하는 제 1 대물 테이블;
기판을 고정하는 제 2 대물 테이블; 및
기판의 타겟부상에 마스크의 방사부를 결상하는 투영 시스템을 포함하는 전사투영장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법으로서,
패턴이 형성된 마스크를 상기 제 1 대물 테이블에 제공하는 단계;
방사선 감지층이 제공된 기판을 상기 제 2 대물 테이블에 제공하는 단계;
마스크의 부분을 방사하여 상기 기판의 상기 타겟부상에 마스크의 상기 방사부를 결상하는 단계를 포함하며;
적어도 하나의 상기 대물 테이블은, 상기 하나의 대물 테이블과 상기 밸런스 매스 사이에서 동작하는 구동 수단 및 적어도 일방향으로 자유롭게 이동하는 제 1및 제 2 밸런스 매스를 포함하는 위치결정 시스템을 사용하여 위치결정이 되며;
상기 방사 단계 이전 또는 방사 단계 동안, 상기 하나의 대물 테이블은 대물 테이블과 상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스 사이에서 대향하여 직진된 힘을 가함으로써 회전되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 전사투영장치를 사용하는 제조공정에서, 마스크의 패턴은 에너지 감지 재료(레지스트)층이 부분적으로나마 도포된 기판상에 결상된다. 이 결상단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 도포 및 소프트 베이크 등의 각종 절차를 거칠 것이다. 노광 후에, 기판은 후노광 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 결상된 형상의 측정/검사와 같은 기타 절차를 거칠 것이다. 이러한 일련의 절차는 예를 들어 IC 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온 주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 연마 등과 같이 개별층을 마무리하기 위한 모든 각종 공정을 거친다. 여러 층이 요구된다면, 전체 공정 또는 그 변형 공정은 새로운 층마다 반복되어질 것이다. 종국에는, 디바이스의 배열이 기판(웨이퍼)상에 존재할 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의해 서로에 대해 분리되어, 각각의 디바이스가 운반 장치에 탑재되고 핀에 접속될 수 있다. 이러한 공정에 관한 추가 정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing(3판, Peter van Zant 저, 맥그로힐출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)" 으로부터 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 장치를 사용함에 있어 본 명세서에서는 집적회로의 제조에 대해서만 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 응용예를 가지고 있음은 명백히이해될 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학 시스템, 자기영역 메모리용 유도 및 검출 패턴, 액정표시패널, 박막 자기헤드 등의 제조에도 채용될 수 있다. 당업자라면, 전술한 기타 응용분야들을 고려할 때, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어는 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같이 좀 더 일반적인 용어로 각각 대체될 수 있음이 이해될 것이다.
본 명세서에서, "방사" 및 "빔"이란 용어는 전자기 방사 또는 입자 플럭스의 모든 형태를 내포하는 것으로 사용되며, 자외선(예를 들어, 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm 또는 126 nm의 파장을 가짐), EUV, X-레이, 전자 및 이온 등으로 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 실시예를 명목상인 기판 및 레티클 표면에 평행한 XY 평면에서 X, Y, Z 로 표시된 축을 갖는 직각 좌표계를 참조하여 설명한다. Ri 는 I 방향에 평행한 축에 대한 회전을 나타낸다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명에 따른 전사투영장치의 개략적인 회화도이다. 상기 장치는,
ㆍ방사 투영빔(PB)(예를 들어, UV 또는 EUV 방사, X-레이, 전자 또는 이온)을 공급하는 방사 시스템(LA, IL);
ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 고정시키며, 아이템(PL)에 대해 마스크를 정확히 위치시키는 제 1 위치결정수단에 연결된 제 1 대물 테이블(마스크 테이블)(MT);
ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 도포된 실리콘 웨이퍼)을 고정시키며, 아이템(PL)에 대해 기판을 정확히 위치시키는 제 2 위치결정수단에 연결된 제 2 대물 테이블(기판 테이블)(WT); 및
ㆍ기판(W)의 타겟부(C)(1 이상의 다이 포함)상에 마스크(MA)의 방사부를 결상시키는 투영 시스템("렌즈")(PL)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 투과형(즉, 투과 마스크를 구비함)이다. 그러나, 일반적으로는 예를 들면 반사형일 수도 있다.
방사 시스템은 방사빔을 생성하는 소스(LA; 예를 들어 Hg 램프, 엑시머 레이저, 스토리지 링이나 싱크로트론에서 전자빔의 경로 주위에 제공된 언듈레이터 또는 전자나 이온빔 소스)를 포함한다. 이 빔은 투광 시스템(IL)에 포함된 각종 광학기구(예를 들어, 빔 성형 광학기(Ex), 집적기(IN) 및 집광기(CO))를 따라 진행하여, 이러한 생성빔(PB)은 그 단면 전체에 걸쳐 소정의 모양과 소정의 강도를 가진다.
상기 빔(PB)은 마스크 테이블(MT)상에 고정된 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 통과한 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)로 집속된다. 간섭계 변위 측정수단(IF)의 도움으로, 예를 들면 빔(PB)의 경로에 있어 다른 타겟부(C)를 향하도록 기판 테이블(WT)이 정밀하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 가져온 후에, 제 1 위치결정수단을 사용하여 빔(PB)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시킬 수 있다. 일반적으로, 대물 테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정 모듈(대략적 위치결정) 및 단행정 모듈(미세 위치결정)의 도움을 받아행해질 수 있다.
상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝모드에서는, 마스크 테이블(MT)이 반드시 고정상태로 유지되며, 전체 마스크 상은 한 번(즉, 단일 "섬광")에 타겟부(C)상에 투영된다. 이후 기판 테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 빔(PB)에 의해 다른 타겟부(C)가 조사될 수 있다.
2. 스캔 모드에서는, 소정의 타겟부(C)가 단일 "섬광"에서 노광되는 것이 아닌 것을 제외하고는 상기와 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크 테이블(MT)은 ν의 속도로 소정의 기준방향(소위 "스캔 방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능하여, 투영빔(PB)이 마스크 상 위를 스캐닝하게 된다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)은 속도 V = Mν(여기서 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 M=1/5))로 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동한다. 이러한 방식으로, 해상도에 구애받지 않고도 상대적으로 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레티클(마스크) 스테이지의 상세도이다. 마스크 테이블(MT)상에는 웨이퍼상에 패턴이 결상될 마스크(MA; 도 2에 도시되지 않음)가 고정되어 있다. 상기 장치의 스캔 모드를 수용하기 위하여, 마스크는 다른 자유도에서의 매우 좁은 범위의 이동에 대한 경우를 제외하고는, Y 방향으로는 상대적으로 넓은 범위의 이동(행정)에 걸쳐 정밀하게 위치결정 되어야 한다. 소정의 Rz 방향 이동 및 X 방향으로의 더욱 제한된 행정뿐 아니라, 이러한 Y 방향으로의 장행정은 아래에 기술된 장행정(대충 위치결정) 모듈에 의해 영향을 받는다. 6 개의 자유도 전부를 갖는 미세 위치결정은 마스크 테이블내에 포함된 단행정 위치 액추에이터에 의해 수행된다.
도 2 및 도 3에 보인 마스크 테이블(MT)은 투과 마스크와 사용하도록 되어 있으므로, 그 위아래 공간이 청결하게 유지되어야 한다. 따라서, 마스크 테이블(MT)은 Y 방향으로 연장되는 청결한 공간의 양쪽에 위치한 2 개의 밸런스 매스(balance masses)(20, 30)로 지지된다. 본 실시예에 있어서, 마스크 테이블(MT)을 가로질러 연장된 3 개의 빔(11, 12, 13)이 상기 목적을 위해 제공되지만, 대안적으로 상기 빔은 마스크 테이블(MT)의 본체와 통합되어 형성될 수 있고, 또는 마스크 테이블 자체가 밸런스 매스(20, 30)를 가로질러 연장될 수도 있다. 밸런스 매스(20, 30)에는 마스크 테이블을 지지하도록 빔(11, 12, 13)의 단부상에 제공된 테이블 베어링(14, 15, 16)이 맞대어 작용하는 평행하면서 평평한 상부면이 있다. 테이블 베어링(14, 15, 16)은 마스크 테이블(MT)을 밸런스 매스(20, 30)에 대하여 XY 평면에서 거의 마찰없이 이동하게 한다. 테이블 베어링(14, 15, 16)은, 예를 들어 가스 베어링일 수 있다. 또한, Z, Rx 및 Ry 방향으로의 대충 위치결정에 있어서는, Z 방향 액추에이터가 3 개의 베어링에 포함될 수도 있다.
밸런스 매스(20, 30)는 메인 기계 프레임의 일부분이거나 메인 기계 프레임 또는 베이스판(BP)에 연결될 수 있고 Y 방향으로 연장된 평행한 레일(40, 50)상에 있는 거의 마찰없는 Z 베어링(21, 22, 23, 31, 32, 33)에 의해 지지된다. 레일(40, 50)은 Z 베어링(21, 22, 23, 31, 32, 33)과 맞대고 있는 거의 납작하면서 수평의 상부면(41, 51)을 가지므로, 밸런스 매스(20, 30)가 상대적으로 넓은 범위에 걸쳐Y 방향으로 이동하는 것이 자유롭다. Z 베어링(21, 22, 23, 31, 32, 33)은 컴플라이언트(compliant)형, 즉 Z 방향으로 낮은 강성을 가질 수 있어, 밸런스 매스(20, 30)는 비록 매우 좁은 범위에 걸친 이동이더라도 Z 방향으로 이동하는 것도 실질적으로 자유롭다. 밸런스 매스가 X 방향으로 이동하는 자유는, 레일(40, 50)의 실질적으로 평평한 수직벽(42, 52)에 대해 동작하는 컴플라이언트 X 베어링(24, 25, 34, 35)에 의해 유사하게 제공될 수 있다. X 베어링(24, 25, 34, 35)은 양방향으로 힘을 가하기 위해 패드 베어링에 대향되거나 예압될 수 있다. Z 베어링(21, 22, 23, 31, 32, 33) 및 X 베어링(24, 25, 34, 35)은, 예를 들어 가스 베어링일 수 있다. 따라서, 상기 밸런스 매스(20, 30)는 3 개의 모든 병진 자유도를 갖고 이동하는 것이 자유로우며, 이들 방향으로 마스크 테이블에 균형을 제공한다. Rx 및 Ry 방향으로의 회전 균형이 제공되는 이유는 Z 베어링(21, 22, 23, 31, 32, 33)이 독립적으로 이동할 수 있고 간격을 두고 떨어져 있기 때문이다. Ry 이동에 대한 균형은, 아래에 기술되는 바와 같이, 2 개의 밸런스 매스(20, 30)를 차동적으로 구동시킴으로써 제공된다.
본 실시예의 경우에서와 같이, Y 병진운동과는 다른 자유도에서의 마스크 테이블의 이동 범위가 작으면, 밸런스 매스의 필요한 이동의 자유는 판 스프링 장치, 컴플라이언트 베어링, 또는 중력보상기와 결합한 기타 스티프 베어링에 의해 공급될 수도 있다. 다른 자유도의 일부 또는 전부에서의 반작용력이 밸런스 매스들 중 하나에만 전달되어, 그 밸런스 매스만이, 관련 자유도에 있어 제어된 컴플라이언스로 지지되면 되도록 하는 것도 가능하다.
다른 자유도에서의 베어링 또는 지지체의 강성 및 밸런스 매스(들)의 질량은 저역필터로서 동작하는 매스-스프링 시스템(mass-spring system)을 형성한다. 즉, 저주파수힘만이 기계 프레임에 전달된다. 이 매스-스프링 시스템의 고유주파수가 실질적으로 구동력의 기본주파수보다 작으면(예를 들어 5 내지 50 회), 상기 반작용력을 현저하게 감쇠시킬 수 있다.
아래에 기술하는 바와 같이, 마스크 테이블(MT)은 밸런스 매스(20, 30)에 대향하여 동작하는 액추에이터에 의해 구동되어, 이들 밸런스 매스는 마스크 테이블(MT)에 반대 방향으로 가속된다. 밸런스 매스와 마스크 테이블(MT)의 가속 크기는 그들의 질량에 비례하므로, 다양한 방향으로의 밸런스 매스와 마스크 테이블의 이동범위는 그들의 질량에 대한 비로 나타날 것이다. 마스크 테이블(MT)의 소정의 이동범위를 수용하기 위해, 밸런스 매스(20, 30)에 제공되어야 하는 이동범위를 줄이기 위하여 상기 밸런스 매스(20, 30)는 상대적으로 크게 만들어진다(예를 들어 마스크 테이블(MT) 질량의 2 배 내지 10 배). 밸런스 매스(20, 30)와 마스크 테이블(MT)의 질량중심은 피칭 또는 롤링 모멘트를 최소화하기 위하여 Z 방향으로 가능한 한 근접(예를 들어, 거의 100 mm 이하)하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서, 마스크 테이블(MT)은 마스크 테이블과 밸런스 매스(20) 사이에서 동작하는 Y1 드라이브(18) 및 마스크 테이블과 밸런스 매스(30) 사이에서 동작하는 Y2 드라이브(17)에 의해 Y 방향으로 구동된다. Y1 및 Y2 드라이브(17, 18)는, 예를 들어 마스크 테이블(MT)에 올려져 있는 전기자를 구비한 선형모터와, 밸런스 매스에 각각 올려져 있는 긴 고정자를 포함한다. 작동시 Yi 드라이브는 마스크 테이블(MT)상에 힘(Fyi)을 가하고, 각각의 밸런스 매스상에는 이와 동일하면서 반대되는 반작용력(Ryi)을 가한다.
X 방향으로의 위치결정은 밸런스 매스(30)에 대해 동작하는 단일 X 액추에이터(19)에 의해 수행된다. X 액추에이터(19)는 마스크 테이블에 올려진 전기자를 구비한 선형모터 및 밸런스 매스에 올려진 고정자일 수도 있으며, 또는 YZ 평면에 평행한 면에 대해 받치고 있는 에어로스태틱 베어링에 연결된 실린더형 보이스-코일 모터일 수 있다. 마스크 테이블(MT)과 밸런스 매스(30)의 상대적인 Y 위치에 관계없이 마스크 테이블이 X 방향으로 구동될 수 있도록 하기 위해서는, X 액추에이터가 선형모터이면, 상기 고정자는 밸런스 매스와 마스크 테이블의 조합된 이동범위 전체를 Y 방향으로 확장해야 한다. X 액추에이터(19)의 동작라인은 Rz 모멘트 발생을 최소로 하기 위해서 적어도 마스크 테이블(MT)의 중력중심(CGMT)의 Y 위치를 통과하는 것이 바람직하다.
뉴톤 법칙에 따라, 마스크 테이블의 회전운동이 없으면, 밸런스 매스(20, 30)와 마스크 테이블(MT)의 변위(△yb1, △yb2, △yMT)는 다음의 수식을 만족한다.
여기서,
l1및 l2은 각각 밸런스 매스(20, 30)의 중력중심(CGB1, CGB2)과 마스크 테이블(MT)의 중력중심(CGMT)간의 X 방향으로의 거리이고;
mb1, mb2, mMT는 밸런스 매스(20, 30)와 마스크 테이블(MT)의 질량이다.
만일 mb1= mb2= mMT및 l1= l2이면, 수학식 1은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
밸런스 매스 시스템내에 반작용력을 여전히 포함하면서도 마스크 스테이지의 요잉(Rz)운동을 실행하기 위하여, Y1 및 Y2 드라이브(17, 18)에 의해 인가된 상기 힘은 밸런스 매스를 반대 방향으로 이동시킴으로써 달랑베르의 힘을 이용하여 제어된다. 요잉운동이 Y 방향으로의 운동과 동시에 실행되면, 상기 밸런스 매스는 다른 양이지만 동일한 방향으로 이동할 수 있으므로, 반대 방향으로의 이동은 절대적이라기 보다는 상대적인 것에 주목한다. 각(θMT)을 갖는 마스크 스테이지의 반시계방향 운동에 있어서, 밸런스 매스의 필요한 상대운동은 다음과 같다.
여기서, JMT는 마스크 테이블(MT)의 관성 모멘트이다.
본 발명은 제 1 및 제 2 밸런스 매스의 질량들이 동일할 것을 요구하지 않으며, 또한 마스크 테이블의 중력중심에 대해 등거리에 배치될 것도 요구하지 않는다는 것에 주목해야 한다.
완전하고 폐쇄된 시스템에 있어서, 마스크 테이블(MT)과 밸런스 매스(20, 30)의 결합된 질량중심은 고정적이겠지만, 마스크 테이블과 드라이브에 대한 케이블링, 드라이브의 오정렬, 베어링에서의 미세한 마찰, 완전히 수평이 아닌 장치 등의 원인에 의해 발생할지도 모르는 밸런스 매스의 긴 시간 동안 누적된 병진운동(드리프트)을 보정하기 위하여 부궤환 서보 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 아래에 기술된 능동 드리프트 제어 시스템에 대안으로서, 예를 들어 저강성 스프링에 기초한 수동 시스템이 사용될 수 있다.
도 4는 서보 시스템(130)의 제어루프를 나타낸다. 기계 프레임에 대한 밸런스 매스의 Y 및 Rz 설정 포인트는 감산기(131)의 포지티브 입력으로 공급되고, 감산기의 출력은 서보 제어기(132)로 전달된다. 감산기(131)의 네거티브 입력으로의 피드백은, 밸런스 매스와 구동된 매스(마스크 테이블)의 위치를 측정하는 1 이상의 다중 자유도 측정 시스템(134)에 의해 제공된다. 상기 서보 제어기는 밸런스 매스(20, 30)에 필요한 보정을 인가하는 2 자유도 액추에이터 시스템(133)을 제어한다. 밸런스 매스와 구동된 매스의 양 위치는 고정 프레임을 기준으로 측정될 수 있다. 대안적으로, 밸런스 매스 등의 위치는 기준 프레임에 대하여 측정될 수 있으며, 구동된 매스의 위치는 밸런스 매스에 대하여 측정될 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 상대적인 위치 데이터는 소프트웨어 또는 하드웨어에 의해 절대적인 위치 데이터로 변환될 수 있다. 특히, Y 방향으로의 위치 측정은, 예를 들어 미국 특허제 5,646,730 호에 개시된 바와 같이, 다른 자유도에서의 잔류 상대이동에 대해 허용오차가 큰 선형 부호기에 의해 수행될 수 있다.
서보 시스템(130)의 설정 포인트는 마스크 테이블(MT)과 밸런스 매스(20, 30)의 조합된 질량중심이 X, Y, Rz 평면에서 불변으로 유지되도록 결정된다. 이것은 다음과 같은 조건으로 정의한다.
여기서,는 고정 기준점에 대한 시간(t)에서의 X-Y 평면내의 질량(i)의 위치벡터이다. 계산된 위치([수학식 4]를 이용함)와 측정된 위치 사이의 오차신호는 밸런스 매스(20, 30)에 적절한 보정력을 인가하는 구동 시스템(133)으로 제공된다. 밸런싱 프레임 및/또는 기계 베이스의 최저 공진 모드는 드리프트 제어 시스템의 서보 대역폭보다 적어도 5 배는 큰 것이 바람직하다.
상술된 서보 시스템은 Y 방향으로만 사용될 수 있으며 다른 자유도에 대한 드리프트 제어는 상기 자유도에서의 밸런스 매스를 위한 지지체의 낮은 강성에 의해 수행된다.
(실시예 2)
도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예는 아래에 언급하는 내용을 제외하고는 제 1 실시예와 거의 동일하다.
특히, 제 2 실시예는 반사 마스크를 채용하는 전사장치를 적용할 수 있어,마스크 테이블(MT) 바로 밑 공간이 청결하게 유지될 필요가 없다. 이러한 사실은 제 3 밸런스 매스(60) 위에 마스크 테이블(MT)을 지지하는데 있어 이점이 있다. 제 3 밸런스 매스(60)는 그 위에 베어링(71, 72, 73)에 의해 지지된 마스크 테이블(MT)을 안내하는 평평하면서도 수평적인 상부면을 가진다. 이러한 베어링은, 예를 들어 가스 베어링일 수 있다. 제 3 밸런스 매스(60)는 저강성 스프링을 포함하는 컴플라이언트 베어링(61, 62, 63)에 의해서 기계 베이스 프레임 위에 교대로 지지된다. 제 3 밸런스 매스는 XY 평면으로 이동하지 않으므로, 대안적으로는 실제적인 베어링없이 판 스프링 또는 가스 실린더에 의해 지지될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 2 실시예는 X 방향 구동을 위해 제 2 밸런스 매스(30)의 측면에 대해 동작하는 X 베어링(76, 77)과 조합된 실린더형 보이스 코일(74, 75)을 사용한다. 상기 X 베어링(76, 77)은 양방향으로 힘을 가하기 위해 패드 베어링에 대향되거나 예압될 수 있다.
(실시예 3)
도 7 및 도 8에 도시되고, 아래에 언급하는 내용을 제외하고는 제 1 실시예와 동일한 본 발명의 제 3 실시예에 있어서, 장행정 모듈은 단행정 프레임(80)을 Y 및 Rz 방향으로만 위치시킨다. 마스크 테이블(MT)은 6 개의 자유도로 마스크를 고정밀도로 위치시키기 위해 단행정 프레임(80)에 대하여 구동된다. 이러한 위치결정은 단행정 Z 액추에이터(81, 82, 83), X 액추에이터(84) 및 Y 액추에이터(85, 86)에 의해 실행된다. 단행정 프레임(80)은 밸런스 매스의 평평한 상부면상에서 동작하는 가스 베어링일 수 있는 스티프 Z 베어링(14', 15', 16')에 의해 제 1 및 제 2밸런스 매스(20, 30) 위에 지지된다. 또한, 단행정 프레임(80)은 밸런스 매스들 중 어느 하나(이 경우에는 제 2 밸런스 매스(30))에 대해서만 베어링(78)에 의해 X 방향으로 억제된다.
마스크 테이블(MT)은 Y 및 Rz 방향으로 단행정 프레임(80)과 함께 이동하여, 수학식 2 및 3 에서의 질량 및 관성 모멘트(mMT, JMT)는 마스크 테이블(MT)과 단행정 프레임(80)의 조합된 질량 및 관성 모멘트로 바뀔 것이다. 그러나, 다른 자유도에서 단행정 프레임(80)은 밸런스 매스와 함께 이동되도록 하여, 밸런싱 질량을 효과적으로 증가시켜 그 행정을 줄인다. 마스크 테이블(MT)의 중력중심은 단행정 프레임(80)과 밸런스 매스(20, 30)의 중력중심과 동일평면상에 있거나 또는 동일평면상에 근접하여 있는 것이 바람직하다.
(실시예 4)
도 9 및 도 9a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 케이블 덕트장치를 나타낸다. 2 개의 케이블 덕트(151a, 151b)는, 마스크 테이블에 의해 요구되는 제어신호와 전력 등의 유틸리티를 위한 케이블 및 다른 도관을 유지하는데 사용된다. 이 2 개의 케이블 덕트(151a ,151b)는 마스크 테이블 위에 올려진 터미널(152)과 기계 프레임 위에 올려진 터미널(153) 사이에 서로 대향하게 설계되어, 마스크 테이블이 Y 방향으로 이동함으로써 어느 한 쪽 케이블 덕트는 롤링 업 되고, 다른 쪽은 언롤링된다. 따라서, 마스크 테이블과 함께 이동하는 케이블 덕트의 전체 길이는 마스크 테이블의 Y 위치에 상관없이 일정하게 유지된다. 따라서, 이동하는 질량은 일정하게 유지된다. 또한, 케이블 덕트의 롤링 업 또는 언롤링하는 어떠한 잔류경향도 서로 반대로 작용할 것이다. 이 케이블 덕트(151a, 151b)는 도 9a에 도시된 바와 같은 약간 휘어진 단면을 가지는데, 이는 줄자와 같은 방식으로 라인(A-A)을 따라 나타낸 단면도이다. 이것은 늘어짐을 방지하며, 마스크 테이블이 이동함에 따라 깔끔한 "U 자형"을 유지하는데 도움을 준다.
지금까지 본 발명의 특정 실시예를 상술하였지만, 본 발명은 앞서 기술된 것과는 다르게도 실시될 수 있음을 이해할 수 있다. 본 명세서는 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 특히, 본 발명은 전사장치의 레티클 또는 마스크 테이블에 및 소정의 평면에서의 대상체의 빠르고도 정확한 위치결정이 요구되는 다른 형태의 장치에 사용될 수 있음도 이해할 수 있다.
비록 본 명세서는 투영 시스템에 인가하는 방사빔을 패터닝하기 위해 마스크가 사용되는 전사장치 및 방법에 집중되어 있지만, 본 발명은 상기 방사빔을 패터닝하기 위해 일반적인 "패터닝 수단"을 채용하는 전사장치 및 방법의 광범위한 정황에서 이해되어야 할 것이다. 여기서 말하는 "패터닝 수단(patterning means)"이란 용어는, 입사 방사빔을 기판의 타겟부에 형성될 패턴에 대응하는 패터닝된 단면에 쏘아 주는데 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 광범위하게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로 사용되기도 한다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스 등의 상기 타겟부에 형성될 장치내의 특정 기능층에 해당될 것이다. 마스크 테이블상의 마스크 이외에도 이러한 패터닝 수단은 다음의 예시적인 실시예를 포함한다.
- 프로그래밍 가능한 거울 배열. 이러한 장치의 예시로는, 점탄성 제어층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본 원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역은 입사광을 회절광으로서 반사하는 반면에 어드레스되지 않은 영역은 입사광을 비회절광으로서 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광이 여과되어 회절광만 남게 할 수 있으며; 이러한 방식으로, 상기 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이 때 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적당한 전기적 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 거울 배열에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 활용되는 미국 특허 제 5,296,891호 및 제 5,523,193호로부터 얻을 수 있다.
- 프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 예시로는 본 명세서에서 참고자료로 활용되는 미국 특허 제 5,229,872호에서 주어진다.
상술한 바와 같은 구성에 의하면, 본 발명에 따른 위치결정 시스템은 피동 매스의 요잉 모멘트를 상쇄함으로써 개선된 위치결정 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 방사 투영빔을 공급하는 방사 시스템;
    마스크를 고정하는 제 1 대물 테이블;
    기판을 고정하는 제 2 대물 테이블;
    기판의 타겟부상에 마스크의 방사부를 결상하는 투영 시스템; 및
    적어도 하나 이상의 상기 대물 테이블을 위치결정하는 균형화 위치결정 시스템을 포함하는 전사투영장치로서,
    상기 균형화 위치결정 시스템은,
    제 1 및 제 2 밸런스 매스;
    적어도 제 1 방향으로 실질적으로 자유롭게 병진운동을 하도록 상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스를 지지하는 베어링 수단; 및
    상기 제 1 방향에 수직인 축에 대해 상기 대물 테이블을 회전시키기 위해 상기 하나의 대물 테이블과 상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스 사이에서 직접 동작하며, 상기 대물 테이블의 상기 회전을 실행하기 위해 상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스 상에 대향하는 방향으로 선형력을 가하도록 배치된 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밸런스 매스의 드리프트를 제한하는 드리프트 제어 수단을 더 포함하며, 상기 드리프트 제어 수단은 서보 제어 시스템과, 상기 밸런스 매스, 위치결정수단 및 대물 테이블의 조합된 질량중심을 소정의 위치로 복귀시키는데 이바지하는 상기 밸런스 매스에 힘을 인가하는 액추에이터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 드리프트 제어 수단은 장치 베이스 및 밸런스 매스의 최소 공진 주파수보다 적어도 5 배 작은 서보 대역폭을 가지는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 대물 테이블과 상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스 사이에서 직진형 힘(like-directed forces)을 가함으로써 상기 제 1 방향으로 상기 대물 테이블을 병진운동 하도록 하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸런스 매스 중 적어도 하나는 상기 제 1 방향에 직각인 적어도 제 2 방향으로 자유롭게 이동하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 대물 테이블은 프레임상에 장착되고, 상기 구동 수단은 상기 프레임과상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스 사이에서 동작하며; 상기 장치는 상기 구동 수단이 상기 프레임을 위치시키는 것보다 더 높은 정밀도로 적어도 상기 제 2 방향으로 상기 대물 테이블을 위치결정시키는 상기 프레임과 상기 대물 테이블 사이에서 동작하는 단행정 구동 수단을 더 포함하고, 상기 프레임은 상기 제 2 방향으로 상기 밸런스 매스 중 어느 하나에 실질적으로 견고하게 연결되는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 방향으로 상기 대물 테이블을 구동시키기 위해 상기 하나의 밸런스 매스와 상기 프레임 사이에서 동작하는 제 2 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 대물 테이블상에 고정된 기판 또는 마스크의 표면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축에 평행한 방향으로 실질적으로 자유롭게 이동하는 제 3 밸런스 매스와, 중력에 대해 상기 대물 테이블을 지지하며 상기 축에 평행한 방향으로 상기 대물 테이블을 위치결정하기 위한 상기 제 3 밸런스 매스와 상기 대물 테이블 사이에서 동작하는 지지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전사투영장치.
  10. 방사 투영빔을 공급하는 방사 시스템;
    마스크를 고정하는 제 1 대물 테이블;
    기판을 고정하는 제 2 대물 테이블; 및
    기판의 타겟부상에 마스크의 방사부를 결상하는 투영 시스템을 포함하는 전사투영장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    패턴이 형성된 마스크를 상기 제 1 대물 테이블에 제공하는 단계;
    방사선 감지층이 제공된 기판을 상기 제 2 대물 테이블에 제공하는 단계;
    마스크의 부분을 방사하여 상기 기판의 상기 타겟부상에 마스크의 상기 방사부를 결상하는 단계를 포함하며;
    적어도 하나의 상기 대물 테이블은, 상기 하나의 대물 테이블과 상기 밸런스 매스 사이에서 동작하는 구동 수단 및 적어도 일방향으로 자유롭게 이동하는 제 1 및 제 2 밸런스 매스를 포함하는 위치결정 시스템을 사용하여 위치결정이 되며;
    상기 방사 단계 이전 또는 방사 단계 동안, 상기 하나의 대물 테이블은 대물 테이블과 상기 제 1 및 제 2 밸런스 매스 사이에서 대향하여 직진된 힘을 가함으로써 회전되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  11. 제 10항의 방법에 따라 제조된 디바이스.
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