JP2012522373A - 反力補償システム - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハ搬送および／または加工装置で用いられる反力補償システムを提供する。
【解決手段】レーザビームが、ビーム軸に沿って伝播して、支持部に置かれた加工表面に入射する。支持部は、加工表面上の選択した位置にあるレーザビームの位置まで、レーザビームと目標試料の少なくとも１つを互いに対して移動させる位置決めシステムに動作可能に接続されている。少なくとも１つの反力補償モータは、対応するステージモータの共通力面、およびそれに出来るだけ近く位置している。補償モータと対応するステージモータの間のモーメントアームは、低減または除去されて、補償モータが、実施的ステージ力に直接結合し、実質的にゼモモーメントアームでステージ力と反応することができる。各補償モータが、対応するステージモータに直接結合し、一列に整列しているので、４つのモータのみで６自由度を制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハ搬送および／または加工システムで用いられる反力補償システム(force reaction compensation)に関する。

半導体ウェハレベル加工で用いられるように構成されたウェハ搬送システムは、通常、加工のためにウェハを固定するチャックを有するステージを備えている。このステージは、ときとして固定であるか、またはときとして移動可能である。用途によっては、このステージは、回転しまたは回転せずに、１次元、２次元、または３次元デカルト座標で直線的に移動することが要求される。ウェハの整列と搬送にかなりの量の総加工時間が費やされた場合に、このステージ移動の速度は、全ウェハ加工プラットフォームのスループットに影響し得る。

光学加工を含む用途の場合には、移動自在光学アッセンブリをウェハ表面上に搭載することができ、これにより必要なウェハ搬送距離を最小化することができる。ステージ移動の主方向を「主軸」と呼び、主方向に垂直なステージ移動方向を「副軸」と呼んでいる。加工される試料、ここではウェハ、を保持するチャックは、主軸ステージに搭載されて主軸に沿って移動し得、副軸ステージに搭載されて副軸ステージに沿って移動し得、あるいは主軸と副軸の下方の静止位置にあってよい。主軸ステージは副軸ステージを支承し得、またはこれらは互いに独立であってよい。

レーザ加工システムの改良の実施形態をここで説明する。レーザ加工システムにおいて、レーザビームは、ビーム軸に沿って伝播して、支持部の表面上に置かれた目標試料の加工表面に入射する。支持部は、少なくとも１つのステージモータを有する位置決めシステムに動作可能に接続されている。ステージモータは、加工表面の選択した位置にあるレーザビームの位置まで、レーザビームと目標試料の少なくとも１つを互いに対して移動する、レーザビームシステムの改良には、対応するステージモータと共通の力面に配設された少なくとも１つの反力補償システムが含まれ、少なくとも１つの反力補償モータと対応するステージモータの間のいかなるモーメントアームも低減し、反力補償モータが、ステージ力に直接結合および実質的にゼロモーメントアームで反応することができる。

レーザ加工システムの改良の別の実施形態もここで説明する。レーザ加工システムにおいて、レーザビームは、ビーム軸に沿って伝播して、支持部の表面上に置かれた目標試料の加工表面に入射する。支持部は、少なくとも１つの平面ステージと、レーザビームと目標試料の少なくとも１つを互いに対して移動してレーザビームを加工表面(work surface)上の選択された位置に位置決めする少なくとも１つのステージモータとを有する位置決めシステムに動作可能に接続されている。この改良は、平面ステージを移動させる少なくとも１つのステージモータにより少なくとも１つの平面ステージに加えられる力を相殺する少なくとも１つの外乱減衰機構を備えている。少なくとも１つの機構は、対応するステージモータと共通の力面に配設され、対応するステージモータに出来るだけ近いので、これにより、少なくとも１つの機構と対応するステージモータの間のいかなるモーメントアームも低減して、少なくとも１つの機構をステージ力と直接結合し、実質的にゼロモーメントアームでステージ力と反応することがきる。

レーザ加工方法の改良の実施形態もここで説明する。レーザ加工方法において、レーザビームは、ビーム軸に沿って伝播して、支持部の表面上に置かれた目標試料の加工表面に入射する。支持部は、レーザビームと目標試料の少なくとも１つを互いに対して移動してレーザビームを加工表面の選択された位置に位置決めする少なくとも１つのステージモータを有する位置決めシステムに動作可能に接続している。レーザ加工方法の改良は、対応するステージモータとして、少なくとも１つの反力補償モータを共通力面に配設することを含み、これにより少なくとも１つの反力補償モータと対応するステージモータの間のいかなるモーメントアームも低減して、少なくとも１つの反力補償モータをステージ力と直接結合および実質的にゼロモーメントアームで反応させることができる。

本発明のこれらと他の実施形態の詳細と変更例を、以下の説明と添付図面にさらに詳細に説明する。

ここで行う説明は、添付図面に言及するものであり、各図面を通して、同一の参照番号は同一の部品を示す。

本発明の一実施形態に係る反力補償システムの等長図である。

システムが組み立てられたとき、基板上に搭載される上部と下部ステージを示す、図１の反力補償システムの部分展開等長図である。

本発明の別の実施形態に係る反力システムの簡略平面図である。

図３の反力補償システムの簡略側面図である。

図３，４の反力補償システムの簡略透視図である。

図３〜５の反力補償システムの一部の簡略平面図である。

図３〜５の反力補償システムの一部の簡略側面図である。

市販のステージ設計上の反力補償モータ位置を示す。

システム外乱減衰のテストデータを、スイッチを入れた本願の位置実施形態に係るフレーム補償移動およびスイッチを切ったフレーム移動補償と比較するグラフである。

電子回路寸法が小さくなる従い、光学系のステージ設計はより重要になってきている。１つのステージ設計の考慮事項が、ウェハチャンクと光学アッセンブリの振動と熱安定性に起因する加工品質への影響である。レーザビームの位置が、連続的に調節される場合、最新の構造は、レーザアッセンブリを支承して、必要なレベルの精度を維持する。回路の寸法が小さくなるに伴い、粒子汚染は重要な関心事になる。

公知の反力補償システムは、ステージフレームの底部に設置された６つ以上のモータを用いて、ステージによりシステムフレームに加えられた力を相殺する。このため、複雑で高価な構造アッセンブリになり、その結果、メンテナンス費用が高くなる。

レーザ光学アッセンブリと、レーザビームが入射して、レーザ加工する表面を有する加工物を支承する多段位置決めシステムとして、スプリット軸ステージアーキテクチャを実装できる。多段位置決めシステムは、高速かつ加速度を付けて、振動と熱安定材料搬送が可能である。スプリット軸設計は、別の平行な面にある２つの垂直軸に沿った被駆動ステージ移動を分離する。一実施例において、水平面の移動は、互いに直交して移動する試料（主軸または下部）ステージと、走査光学アッセンブリ（副軸または上部）ステージに分割される。

花崗岩、あるいは石板(stone slab)、あるいはセラミック材料のスラブ、鋳鉄、あるいはＡｎｏｃａｓｔ（登録商標）などの高分子複合材料の形状の寸法安定な基板が、上部および下部ステージの基部(base)として用いられる。スラブとステージは、好適には、類似の熱膨張係数を持つ材料から製造され、システムを、一貫した温度変化に好都合に反応させる。基板の上部と下部ステージ面の部分が平坦で互いに平行になるように、基板が正確に切断（「粗研磨される(lapped)」）される。好適な一実施形態において、試料保持チャックを坦持している下部ステージを案内する下部ガイドトラックアッセンブリが、基板の下部面に結合される。レーザビーム焦点域制御サブシステムを坦持している上部ステージを案内する上部ガイドトラックアッセンブリが、基板の上面に結合している。ガイドトラックアッセンブリの隣接レールに沿って位置しているリニアモータは、上部と下部ステージの移動を制御する。

大きく構造的に硬い基板は、レーザ光学アッセンブリと試料の移動を孤立および安定させ、振動を吸収して、支持構造が本質的に硬いので、よりスムースな加速と減速を可能にする。基板の剛性とステージ移動軸の接近分離により、周波数共振がより高くなり、全３軸に沿った移動の誤差がより小さくなる。ヒートシンクとして動作することで、基板もまた熱安定性を提供する。また、コンパクトな構成に設計されているので、システムは、より少ない材料から構成され、そのため、加熱されたとき、膨張の影響をより受けにくい。基板の中央から切断された長円状のスロットが、下方の試料にレーザビームを照射させ、基板を介してレーザ光学アッセンブリの垂直移動を可能にする。そうでなければ、レーザ加工を受ける局所領域を除き、オーバーヘッド運動により生成された粒子から基板により試料が遮蔽される。

レーザビーム焦点域制御サブシステムは、下部ステージの上に支持され、支持構造により上部ステージに搭載された少なくとも１つのたわみ部(flexure)に対して位置する垂直方向に調整可能な光学アッセンブリを備えている。支持構造の剛性により、ビーム軸に沿ったより高速でより正確な垂直移動を可能にする。スリーブを支持しているレンズは、レーザビームの焦点域の垂直移動を案内するたわみ部へ接続する支持部として機能する。スリーブの上端部にあるレンズフォーサ(lens forcer)により垂直移動が開始され、これが、光学アッセンブリに推進力(motive force)を与えて、下部チャック上の加工物(workpiece)に対してその高さを調節し、そのようにすることで、加工表面に対するレーザの焦点域を調整する。ビーム軸に沿って硬く、水平面で弾性を有する(compliant) 分離たわみ装置(isolation flexure device)が、光学アッセンブリからのレンズフォーサの過度の移動を緩衝する。

スプリット軸ステージ設計は、ダイシング、部品トリミング(trimming)、溶融加工(fuse processing)、インク(inking)、および、窄孔、加工順序(routing)、検品、および測定(metrology)を経たＰＷＢ（プリント配線基板）を含む半導体加工に用いられる多くのプラットフォームに適用可能である。この設計により与えられる利点は、機械加工工具の全ての種類にとって役立つ。

スプリット軸ステージ設計と対照的に、平面位置決めシステムが用いられており、これにより工具をほぼ固定位置に保持しつつ、２つ以上のアクチュエータにより移動可能な単一のステージ上で加工物が坦持される。これらのシステムは、アクチュエータの進行力(efforts)を調和して動かすことで、加工物を２次元移動させる。

ステージを移動させるステージモータにより、構造に加えられる力を相殺して、スプリット軸ステージまたは平面ステージの外乱(disturbances)を低減するのが望ましいだろう。ここで述べた反力補償、またはフレーム移動補償は、ステージモータと同じ力面、およびステージ力面と反力補償力面の間に大きなモーメントアームが存在する、システムフレームの基部にモータを配設するのではなく、ステージモータと同じ力面およびステージモータに出来るだけ近づけて反力補償モータを配設して、システムフレーム上のステージ力を相殺する課題にアプローチする。この反力補償モータ配設戦略により、反力補償モータとステージモータの間のモーメントアームを除去して、反力補償モータが、ステージ力と直接結合し、実質的にゼロモーメノトアームでステージ力と反応することができる。反力補償とステージモータの間のモーメントアームを除去することで、ステージモータと反力補償モータの間の距離により発生された寄生力を実質的に低減させる。この寄生「残り(leftover)」力は、システムに不要な外乱をもたらす。反力補償モータが、ステージモータと直接結合し、一列に整列するので、この反力補償機構も４つのモータのみにより、６段階の自由度の制御を可能にする。反力補償システムで用いられるモータは、三相または単相構成いずれかの無鉄心リニアモータを含み得る。

図１、２は、多段位置決めシステム１０を示す。これは一実施形態において、レーザビームが伝播して、目標試料上に入射するレーザ加工システム部品を支持する。多段位置決めシステム１０は、好適には、花崗岩、またはセラミック材料スラブ、鋳鉄、Ａｎｏｃａｓｔ（登録商標）などの高分子化合物材料で形成された石板(stone slab)から成る寸法安定基板(dimensionally stable substrate)１２を備えている。基板１２は、第１または上部平坦主平面１４と、段形凹部(stepped recess)１８を有する第２または下部平坦主平面１６とを備えている。主平面１４，１６は、互いに平行に延び、例えば約１０ミクロンの許容誤差内において平坦性と平行性を示す条件にある平面である表面部を有している。

上部主表面１４の一部と第１の案内トラックアッセンブリ２０は、第１の軸に沿って、レーザ光学アッセンブリステージなどの第１のステージ２２の案内移動に結合している。下部主表面１６の表面と第２の案内トラックアッセンブリ２４は、第１の軸を横断する第２の軸に沿って、試料ステージなどの第２のステージ２６の案内移動に結合している。もちろん、第１のステージ２２と第２のステージ２６は、任意の他の適切なステージでよく、レーザ光学アッセンブリと試料ステージの案内移動に制限されない。第１のステージ２２は、レーザビーム焦点域制御サブシステム２８を支承しており、これは基板１２の下部主表面１６の下に下方に垂下している走査レンズ３０を備えている。第２のステージ２６は、試料保持チャック３２を支承している。ステージ２２，２６の案内移動は、チャック３２により保持された試料の表面上の多様なレーザビーム加工位置に対して、走査レンズ３０を移動させる。

主平面１４，１６が、離間した水平面を画定するように、基板１２は所定の場所に配設される。第１と第２の軸が、互いに垂直になり、各Ｙ軸及びＸ軸を規定するように、案内トラックアッセンブリ２０，２４が位置している。このスプリット軸アーキテクチャにより、Ｘ軸及びＹ軸に沿った移動を分離して、許容されるより小さな自由度で、レーザビームとチャック３２の位置決め制御を簡略化する。他の実施形態において、Ｚ軸のスプリット軸アーキテクチャは、第１と第２の軸を横断する第３の軸に沿って、第３のステージを移動させる第３の案内トラックアッセンブリを備えている。

第１の案内トラックアッセンブリ２０は、上部主平面１４の部分に固定された２つの離間した案内レール４０と、第１のステージ２２の底面４４上に支承された２つのＵ字状案内ブロック４２とを備えている。ガイドブロック４２の各々は、嵌め合わされて(fits over)、加えられた推進力(motive force)に応じて、レール４０の対応する１つに沿って摺動する。第１のステージ２２のモータ駆動装置は、上部主表面２２上に搭載され、各案内レール４０の長さに沿った少なくとも１つのステージまたはリニアモータ４６を備えている。各リニアモータ４６は、推進力を加えて、その案内ブロック４２を前進させて、その案内レール４０に沿って移動させる。各リニアモータ４６は、案内レール４０の長さに沿って配設された、多数の磁石５０の離間した直線配列を保持するＵ字状磁石トラック４８を備えている。磁石５０の直線配列の間に位置するフォーサコイルアッセンブリ５２は、第１のステージ２２の下部表面４４に接続され、第１のステージ２２を移動できるリニアモータ４６の可動部材を構成している。好適なリニアモータ４６としては、ペンシルベニア州ピッツバーグのＡｅｒｏｔｅｃｈ社から入手可能なＭＴＨ４８０モデルがある。

一対の第１の案内トラックアッセンブリ２０の各レール案内４０案内ブロック４２は、転動体軸受アッセンブリであってもよい。案内トラックアッセンブリ２０の代替物としては、平面空気軸受または真空予圧空気軸受がある。いずれかの空気軸受を用いる場合は、各案内レール４２を取り外し、上部表面１４の表面部を露出させて、案内表面を形成し、案内ブロック４２の代わりに第１ステージ２２の下部表面４４に装着された、案内表面または置換する必要がある。真空予圧空気軸受は、軸受を案内面に押さえ付け、同様に、案内面から持ち上げる圧力口と吸引口とを有している。真空予圧軸受を用いるには、１つの平坦な案内表面が必要であり、一方、対向した軸受予圧空気軸受を用いるには、２つの平坦で平行な案内表面が必要である。適切な空気軸受としては、ピッツバーグのＡｓｔｏｎのＮｅｗ Ｗａｙ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ社から入手可能な軸受がある。そのため、用いる案内トラックアッセンブリの種類に応じて、上部主表面１４の表面部は、案内レール取付接触表面または軸受面非接触案内表面になり得る。

第１のステージ２２の底表面４４に固定され、ガイドブロック４２の隣接する異なる案内ブロックに位置する一対のエンコーダヘッド６０は、ヨー(偏揺れ)角(yaw angle)と光学アッセンブリステージ２２が移動した距離とを測定できる位置センサを有している。ガイドレール４０、ガイドブロック４２、およびステージ２２，２６の各々を駆動するリニアモータ４６に近接して位置センサを配置することで、最小の共振効果で効率的なクローズドループフィードバック制御を可能にする。一対の停止部６２は、基板１２に装着された磁石（図示せず）により始動(tripped)されるエンコーダヘッド６０に含まれるリミットスイッチに応じて、案内ブロック４２の移動距離を制限する。一対のダッシュポット６４は、光学アッセンブリステージ２２の移動を制動、停止して、光学アッセンブリステージ２２がガイドレール４０を外れて行き過ぎることを防ぐ。

ガイドレール４０の間およびその長さに沿って基板１２に形成された長円状スロット６６は、第１のステージ２２がガイドレール４０に沿って移動するのに伴い、走査レンズ３０が移動可能な開口を形成する。基板１２の段形凹部(stepped recess)１８領域に形成された一対の貫通穴(through hole)６８は、上部平面１４からエンコーダヘッド６０へのサービスアクセスをオペレータに提供して、それらの整列を維持する。

第２の案内トラックアッセンブリ２４は、案内レール４０、Ｕ字状の案内ブロック４２、リニアモータ４６、Ｕ字状の磁石トラック４８、磁石５０、フォーサコイルアッセンブリ５２、および第１の案内トラックアッセンブリ２０に関して上述したものに対応するエンコーダヘッド６０を備えている。第２の案内トラックアッセンブリ２４により支承されたリニアモータ４６と部品は、ステージベッド７２の表面７０上に搭載されている。

ステージ２２，２６とモータ４６の機械的配置により、ステージ２２，２６の縦揺れ(pitch)と横揺れ(roll)が低減し、高速移動の精度を向上させることができる。ステージ２２，２６の反対側にモータ４６を対称的に配置すると、ヨーの制御が改善される。ステージ２２，２６の側面に沿ってモータ４６を配置すると、重要な部品と位置センサの熱分布を最小にできる。

第２のガイドトラックアッセンブリ２４と第２のステージ２６は、段形凹部１８に嵌合および固定されるチャック３２を支承する。第２のステージ２６は、所望または必要により、他のクランプ部品または装置を支承できる。ステージベッド７２の表面７０は、段形凹部１８に隣接する下部主平面１６の表面部７４に抗して固定されている。チャック３２は、下部主平面１６の段形凹部１８の一番奥の部分の下に位置し、第２のガイドトラックアッセンブリ２４に沿って、第２のステージ２６を移動させるリニアモータ４６により加えられる推進力に応じてその下方に移動する。その他の適切な方法で、チャック３２も第２のステージ２６上に位置してよい。一対の停止部材７６は、基板１２に装着された磁石（図示せず）により始動(tripped)されるエンコーダヘッド６０に含まれるリミットスイッチに応じて、案内ブロック４２の移動距離を制限する。一対のダッシュポット７８は、第２のステージ２６の移動を制動(dampens)、停止して、ガイドレール４０を外れて行き過ぎることを防ぐ。

ガイドトラックアッセンブリ２４の代替物は、軸受ランドまたは案内面(guideway)として、試料ステージヘッド７２を用いる磁気予圧空気軸受である。上記で追加説明したように、磁気予圧空気軸受を用いることで、各ガイドレール４０の取り外しを必要とし、ステージベッド７２の表面部を露出させる。また、各ガイドブロック４２を取り外し、その（多孔性(porous)）軸受面を露出表面部の反対側に位置し、空気軸受けを搭載するスペースを第２のステージ２６の底表面上に設ける。

さらに図１，２を参照して説明する。２つのＦＲＣ（反力補償）モータ、または外乱減衰機構(disturbance attenuation mechanism)４４６は、第１の案内トラックアッセンブリ２０のステージモータ４６と同じ力面(force plane)に位置し、第１のステージ２２を移動させるステージモータ４６により第１のステージ２２に加えられた力を相殺する。特に、ＦＲＣモニタ４４６は、Ｙ軸力面と整列されている。２つのＦＲＣモータまたは外乱減衰機構４４８も、第２の案内トラックアッセンブリ２４のステージモータ４６と同じ力面に位置し、第２のステージ２６を移動させるステージモータ４６により第２のステージ２６上に加えられる力を相殺する。従って、ＦＲＣモータ４４８は、Ｘ軸力面と整列されている。ＦＲＣモータ４４６，４４８のモータ磁石４５０は、基板１２に取り付けられている。動作時、ＦＲＣモータ４４６，４４８のモータコイル４５２は、システムフレーム（図示せず）に装着できる。モータコイル４５３は、システムフレームを介して地面に設置されている。

ＦＲＣモータ４４６，４４８は、第１の案内トラックアッセンブリ２０と第２のトラックアッセンブリ２４のステージモータ４６にそれぞれ可能な限り近く位置している。この配置戦略により、ＦＲＣモータ４４６，４４８とステージモータ４６の間の各モーメントアームを低減または不要にできる。この配置により、各ＦＲＣモータ４４６，４４８を、対応するステージ力に直接結合および実質的または文字どおりゼロモーメーメントアームで反応することができる。この低減と除去により、個々のステージモータ４６と対応するＦＲＣモータ４４６，４４８の間の距離により発生された寄生力(parasitic forces)を低減できる。寄生力は、システムに不要な外乱を発生させることがある。ＦＲＣモータ４４６，４４８が、ステージモータ４６に直接結合し、整列されているので、フォーサリアクション補償システムは、６自由度(six degrees of freedom)で、４つのＦＲＣモータ（２つのＦＲＣモータ４４６と２つのＦＲＣモータ４４８）のみにより制御できる。ＦＲＣモータ４４６，４４８は、単相または三相構成のいずれか無鉄心(ironless)リニアモータでもよく、ＦＲＣモータ４４６，４４８の配置と用いた特別なステージ設計に基づいて、当業者がプログラム可能な制御アルゴリズムに従い、ステージモータ４６に関して述べたのと同様に制御される。

また、４つの振動絶縁装置４５４が、基板１２の下部主平面１６の４つの隅に装着され、システムフレームに取り付けることができる。振動絶縁装置４５４は、周囲振動と外乱からステージ２２，２６と絶縁する。

図３〜５は、本願の別の実施形態に係る位置決めシステム２００を示す。位置決めシステム２００は、図１の基板１２に関して説明したものと類似した材料（例えば、花崗岩）から成る基板２１２を備えている。基板２１２は、第１または上部表面２１４と第２または平坦面２１６を有している。表面２１４，２１６は、互いに平行に延在する平面である表面部を有している。

位置決めシステム２００は、主軸２２４と副軸２２６に沿って移動可能な単一のステージ２２２上に、加工物（図示せず）が坦持されている平面位置決めシステムである。上記のシステムは、主軸２２４と副軸２２６の進行力を調和して動かして、加工物を２次元に移動させることができる。そうすることが必要または望ましくないけれども、上記の平面位置決めシステムによっては、加工物を回転させることをもできる。

この実施形態において、副軸２２６は、主軸２２４に装着されている。別の実施形態において、副軸２２６を引き離して、主軸２２４から独立させることができる。主軸２２４は、長部２２７と短部２２８を備えるＬ字状の構造（図３の点線で示す略図参照）である。

図６Ａ，６Ｂを参照して説明する。２つの離間した真空予圧空気軸受３２０ａ，３２０ｂが、Ｌ字状構造の底面３０６に固定されている。特に、この実施形態において、空気軸受３２０ａ，３２０ｂは、主軸２２４の長部２２７に固定される。空気軸受３２０ａ，３２０ｂは、上部表面２１４の軸受案内面３１４，３１５に自分自身を押し付け、軸受案内面３１４，３１５から自分自身をそれぞれ持ち上げる。

空気軸受３２０ａは、離間したランド部３２２ａ，３２２ｂに分割された圧縮ランド(pressure land)を有している。真空領域３２４は、ランド部３２２ａ，３２２ｂの各々の間に位置している。空気圧と真空圧を同時に加え、分散させることで、空気軸受３２０ａの圧縮ランド３２２ａ，３２２ｂと、表面２１４の軸受案内面３１４のと間のスペースに空気薄膜を形成する。同様に、空気軸受３２０ｂは、離間したランド部３２３ａ，３２３ｂに分割された圧縮ランドを有している。ランド部３２３ａ，３２３ｂの各々の間に真空領域３２５が位置している。空気圧と真空圧を同時に加え、分散させることで、空気軸受３２０ａの圧縮ランド部３２３ａ，３２３ｂと、表面２１４の軸受案内面３１５との間のスペースに空気薄膜を形成する。

２つの離間した真空予圧空気軸受３３０ａ，３３０ｂも、Ｌ字状構造の短部２２８の内表面３８０に固定されている。空気軸受３３０ａ，３３０ｂは、基板２１２の垂直側面３９０上の軸受案内面３３８，３３９に自分自身を押し付け、軸受案内面３３８，３３９からそれぞれ自分自身を持ち上げる。空気軸受３２０ａ，３２０ｂと同様に、空気軸受３３０ａは、離間したランド部３３２ａ，３３２ｂに分割された圧縮ランドを有している。真空領域３３４は、ランド部３３２ａ，３３２ｂの各々の間に位置している。空気圧と真空圧を同時に加え、分散させることで、空気軸受３３０ａの圧縮ランド部３３２ａ，３３２ｂと、側面３９０の軸受案内面３３８との間のスペースに空気薄膜を形成する。また、空気軸受３３０ｂは、離間したランド部３３３ａ，３３３ｂに分割された圧縮ランドを有している。真空領域３３５は、ランド部３３３ａ，３３３ｂの各々の間に位置している。空気圧と真空圧を同時に加え、分散させることで、空気軸受３３０ｂの圧縮ランド３３３ａ，３３３ｂと、側面３９０の軸受案内面３３９との間のスペースに空気薄膜を形成する。従って、空気軸受３３０ａ，３３０ｂは、その移動の軸（「Ｘ軸」）に沿って、主軸２２４を案内する。

図３を参照して説明する。ステージモータ、ここでは、リニアモータ２３２，２３４は、推進力を加え、その結果、軸受案内面の長さに沿って、主軸２２４の長部２２８と短部２２７両方の摩擦移動をほぼゼロにする。各リニアモータ２３２，２３４は、磁石の離間した直線配列を保持し、基板２１２に装着された磁石トラックを備え得る。磁石の直線配列の間に位置するリアモータ２３２の銅コイル部は、主軸２２４の短部２２８に接続できる。磁石の直線配列の間に位置するリニアモータ２３４の銅コイル部は、主軸２３４の長部２２７に接続できる。同時に、リアモータ２３２，２３４の銅コイル部は、主軸２２４を移動できる移動可能部材を構成する。適切なリニアモータ２３２，２３４としては、ペンシルベニア州ピッツバーグのＡｅｒｏｔｅｃｈ社から入手可能なＭＴＨ４８０モデルがある。

図６Ａを参照して説明する。副軸２２６は、真空予圧空気軸受３４０を介して主軸２２４に装着されている。空気軸受３４０は、副軸２２６の垂直側面３４２に沿って位置しており、長部２２７の垂直側面３４４と接続している。同様に主軸２２４と副軸２２６も、ステージモータ２４０、この場合、リニアモータ（図３参照）により駆動される。空気軸受３４０は、垂直側面３４４の軸受案内面３４８に自分自身を押し付け、軸受案内面３４８から自分自身を持ち上げる。空気軸受３４０は、離間したランド部３４３ａ，３４３ｂに分割された圧縮ランドを有している。真空領域３４５が、ランド部３４３ａ，３４３ｂの間に位置している。空気圧と真空圧を同時に加え、分散させることで、空気軸受３４０ａの圧縮ランド３４３ａ，３４３ｂと、垂直側面３４４の軸受案内面３１４との間のスペースに空気薄膜を形成する。

空気軸受３２０ａ，３２０ｂ，３３０ａ，３３０ｂおよび３４０用の好適な空気軸受は、ピッツバーグＡＳＴＯＮのＮｅｗ Ｗａｙ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｍｐａｎｉｅｓ社から入手可能な真空予圧空気軸受製品系列番号Ｓ２０ｘｘｘｘである。もちろん、別の実施形態において、空気軸受３２０ａ，３２０ｂ，３３０ａ，３３０ｂおよび３４０は、平面空気軸受、転動体軸受アッセンブリ、磁石予圧空気軸受、または任意の他の適切な代替物と置換可能である。

ステージモータ２４０は、長軸２２４に装着された磁石の離間した直線配列を保持する磁石トラックを備え得る。特に、この実施形態において、リニアモータは、主軸２２４の短部２２７と長部２２８の両方に取り付けられる。磁石の直線配列の間に位置するステージモータ２４０の銅コイル部を、副軸２２６に接続できる。ステージモータ２４０の銅コイル部は、副軸２２６を移動可能な移動可能部材を構成する。

図３〜５から最もよく分かるように、レーザ干渉計２５２が、鏡２５６からレーザビーム２５４を反射している間に、チャック２５０が加工物を支承する。上述したように、システム２００が、主軸２２４と副軸２２６の進行力を調和して動かして、システム２００が、チャック２５０を２次元移動させながら、レーザビーム２５４は、しっかりと固定位置に保持される。別の実施形態において、レーザビーム２５４を移動している間に、主軸と副軸２２４，２２６を保持できる。

２つのＦＲＣモータまたは外乱減衰機構５４６は、ステージモータ２３２，２３４と同じ力面に位置して、主軸２２４を移動させるステージモータ２３２，２３４によりステージ２２２に加えられる力を相殺する。特に、ＦＲＣモータ５４６は、Ｘ軸力面と整列している。また、２つのＦＲＣモータまたは外乱減衰機構５４８も、ステージモータ２４０と同じ力面に位置して、モータ軸２２６を移動させるステージモータ２４０によりステージ２２２に加えられる力を相殺する。ＦＲＣモータ５４８は、Ｙ軸力面と整列される。ＦＲＣモータ５４６は、ステージモータ２５２，２５４の出来るだけ近くに位置し、ＦＲＣモータ５４８は、ステージモータ２４０の出来るだけ近くに位置している。この配置戦略により、ＦＲＣモータ５４８とステージモータ２３２，２３４の間、およびＦＲＣモータ５４８とステージモータ２４０の間のモーメントアームを低減または除去できる。また、この配置により、各ＦＲＣモータ５４６，５４８を対応するステージ力に直接結合および実質的または文字どおりゼロモーメントアームで反応することができる。モーメントアームを実質的に低減させることで、個別のステージモータ２３２，２３４と対応するＦＲＣモータ５４６、および個別のステージモータ２４０と対応するＦＲＣモータ５４６の間の距離により発生された寄生力を低減させる。寄生力は、システムに不要な外乱を発生させることがある。ＦＲＣモータ５４６が、ステージモータ２３２，２３４に直接結合し、整列し、反力補償システムは、４つのＦＲＣモータ５４６，５４８のみによって、６自由度を制御でき、また、ＦＲＣモータ５４８が、ステージモータ２４０と直接結合し、整列しているので、ＦＲＣモータ５４６，５４８は、システムフレーム１５０の基部１４８から離間している。ＦＲＣモータ５４６，５４８は、単相または三相構成いずれかの無鉄心リニアモータでもよい。

位置決めシステム１０ないし２００、または本願の他の実施形態を搭載可能な、レーザ加工システムの可能な種類のいくつかの実施例は、半導体ウェハまたは他の試料微細加工、ダイシング、および溶融加工システムを含む。ウェハダイシングシステムにおいて、ウェハ表面のスクライブ位置に沿ってレーザビームが移動する。ウェハ溶融加工システムにおいて、パルスレーザビームは、溶融のウェハ位置表面に対して移動して、レーザパルスが、溶融材料を部分的または完全に除去するように、ウェハ表面位置を照射する。

本開示の精神と範囲から逸脱することなく、単段構成、二段構成、または三段構成で本発明の実施形態を実施できることを認識すべきである。またさらに、本開示の精神と範囲から逸脱することなく、１つ以上のステージ、つまり、全ステージまたは単一ステージの全ステージ以下、二重ステージまたは三段構成で実施できることを認識すべきである。

図７を参照して説明する。市販のステージ設計上の反力補償モータ位置を示す。この図示は、市販のステージ設計で用いられる個別のステージモータ（ＭＳ）に対して、補償モータ（ＣＭ）の非平面配置を説明するものである。この市販のステージ設計の配置により、寄生力を発生する可能性がある。この寄生力は、個々のステージの移動の対応する面から離間して位置した補償モータＭＣと個々のステージを駆動する対応するステージモータＭＳの間のモーメントアームの存在により、システム中に不要な外乱を発生させる。この構成は、６自由度の移動を制御して、ステージを結合させる追加の補償モータを通常必要とするが、コストが高くなり、メンテナンス費用が増加し、システムの複雑性が増大する結果になる。

図８を参照して説明する。システムの外乱減衰と本発明の一実施形態に係る反力補償とを比較するテストデータを示す。グラフの線１００は、反力補償を行った(turned on)テストデータを示し、グラフの線１０２は、反力補償を行わなかった(turned off)テストデータを示す。

いくつかの実施形態に関して本発明を説明したが、本発明は、開示した実施例に制限されておらず、それどころか、各種変更例と添付クレームの範囲に含まれる等価な構成の包含を意図することを理解すべきである。この範囲は、法律で許されている上記の全ての変更例と等価な構成を包合するように、最も広い解釈に一致する。

Claims (11)

1. レーザビームが、ビーム軸に沿って伝播して、支持部に置かれた目標試料に入射し、前記支持部が、前記レーザビームと前記目標試料の少なくとも１つを互いに対して移動させて前記目標試料上の選択された位置に前記レーザビームを位置決めする少なくとも１つのステージモータを有する位置決めシステムに動作可能に接続したレーザ加工システムであって、
   対応するステージモータと共通の力面に位置する反力補償モータを備え、
   これにより、前記少なくとも１つの反力補償モータと前記対応するステージモータの間のモーメントアームを低減させ、前記反力補償モータをステージ力に直接結合し、実質的にゼロモーメントアームで前記ステージ力と反応することができる
   ことを特徴とするレーザ加工システム。
2. 前記少なくとも１つの反力補償モータは、前記対応するステージモータの出来るだけ近くに位置すること特徴とする請求項１に記載のレーザ加工システム。
3. 前記少なくとも１つの反力補償モータは、システムフレーム基部から離間していること特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工システム。
4. 前記少なくとも１つの反力補償モータは、
   前記反力補償モータが、前記ステージモータに直接結合し整列するように、６自由度を制御する４つの反力補償モータのみをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工システム。
5. 前記少なくとも１つの反力補償モータは、無鉄心モータであることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工システム。
6. 前記少なくとも１つの反力補償モータが、リニアモータであることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工システム。
7. レーザビームが、ビーム軸に沿って伝播して、支持部に置かれた目標試料に入射し、前記支持部が、少なくとも１つの平面ステージと、前記レーザビームと前記目標試料の少なくとも１つを互いに対して移動させて加工表面上の選択された位置に前記レーザビームを位置決めする少なくとも１つのステージモータとを有する位置決めシステムに動作可能に接続したレーザ加工システムであって、
   前記平面ステージを移動させる前記少なくとも１つのステージモータにより前記少なくとも１つの平面ステージに加えられる力を相殺する少なくとも１つの外乱軽減機構を備え、
   前記少なくとも１つの機構が、対応するステージモータと共通の力面、および前記対応するステージモータの出来るだけ近くに位置しており、
   これにより、前記少なくとも１つの機構と前記対応するステージモータとの間のモーメントアームを低減させ、前記少なくとも１つの機構をステージ力に直接結合し、実質的にゼロモーメントアームで前記ステージ力と反応することができることを特徴とするレーザ加工システム。
8. 前記外乱減衰機構のそれぞれは、システムフレームの基部から離間していることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工システム。
9. 前記少なくとも１つの外乱減衰機構は、
   前記反力補償モータが、前記ステージモータと直接結合し整列するように、６自由度を制御する４つの反力補償モータのみをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工システム。
10. 前記外乱減衰機構のそれぞれが、無鉄心モータ、リニアモータ、無鉄心リニアモータ、単相モータ、三相モータ、無鉄心単相モータ、無鉄心三相モータ、リニア単相モータ、リニア三相モータ、無鉄心リニア単相モータ、および無鉄心リニア三相モータから成るグループから選択される反力補償モータを備えることを特徴とする請求項７または８に記載のレーザ加工システム。
11. レーザビームが、ビーム軸に沿って伝播して、支持部に置かれた目標試料に入射し、前記支持部が、前記レーザビームと前記目標試料の少なくとも１つを互いに対して移動させて前記目標試料上の選択された位置に前記レーザビームを位置決めする少なくとも１つのステージモータを有する位置決めシステムに動作可能に接続したレーザ加工方法であって、
    ステージモータを用いて、前記目標試料に対して前記レーザビームを位置決めることと、
    前記ステージモータとの共通面上の前記少なくとも１つの反力補償モータの位置により、前記少なくとも１つの反力補償モータをステージ力と直接結合し、実質的にゼロモーメントアームで前記ステージ力と反応できることで、前記少なくとも１つの反力補償モータと前記ステージモータの間のモーメントアームを低減させることと
    を含むことを特徴とするレーザ加工方法。

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