KR100221442B1 - 위치 결정 장치 - Google Patents

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KR100221442B1 KR1019900015470A KR900015470A KR100221442B1 KR 100221442 B1 KR100221442 B1 KR 100221442B1 KR 1019900015470 A KR1019900015470 A KR 1019900015470A KR 900015470 A KR900015470 A KR 900015470A KR 100221442 B1 KR100221442 B1 KR 100221442B1
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Abstract

선형 전동 모터의 로렌쯔의 힘에 의해 베이스(3) 위에서 두 직교 좌표 방향(X,Y)으로 변위가능하고, 정적 가스 베어링에 의해 베이스(3)위에서 안내되고, 모터내의 코일 시스템(15,17,19 및 21) 및 자석 시스템(37,39,41 및 43)과 무관한 에어갭 두께를 가지는 테이블을 포함하는 위치 결정 장치로서, 그 위치 결정 장치는 특히 집적 회로용 패턴으로 마스크의 제조에 적합하다.

Description

위치 결정 장치
제1도는 본 발명에 따른 위치 결정 장치의 부분 사시도.
제2도는 본 발명에 따른 위치 결정 장치의 평면도.
제3도는 제2도의 라인 III-III을 따라 취한 단면도.
제4도는 제1도에 도시된 위치 결정 장치의 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 베이스 5 : 에어푸트
7, 9, 11 및 14 : 모서리 지지대
15, 17, 19 및 21 : 코일 시스템
37, 39, 41 및 43 : 자석 시스템
71 : 냉각기
본 발명은 하나 이상의 선형 전동 X 모터 및 하나 이상의 선형 전동 Y모터에 의해 두 직교 방향(X 및 Y)으로 이동가능하고, 상기 두 좌표 방향에 평행 연장되는 단일 평면 베이스 표면상의 정적 가스 베어링에 의해 접촉없이 상기 두 좌표 방향에 평행인 방향으로 안내되는 테이블, 베이스 표면 및 테이블에 각각 접속된 두 모터에 대응되는 코일 시스템 및 자석 시스템을 포함하는 위치 결정 장치에 관한 것이다.
서두에서 언급되고, 유럽특허출원 EP-A1-0244012로 공지된 종류의 위치 결정 장치에서, X 좌표 방향 및 Y좌표 방향을 위한두 선형 전동 모터의 코일 시스템 및 자석 시스템은 전자기(electromagnetic) 로렌쯔의 힘뿐만 아니라 스프링힘하에서 회전축에 대해 횡방향으로 이동하는 안내 롤러에 의해서도 결합 및 안내된다. 완전한 기계적 결합 및 안내는 제어 시스템에서 롤러의 마찰 때문에 상대적으로 작은 밴드폭이 얻어지고, 위치 결정 장치의 정밀도가 제한되는 단점을 갖는다.
본 발명의,목적은 상술한 단점이 제거되는 위치 결정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 다른 위치 결정 장치는 상기 목적을 위해 정적 가스 베어링의 공기갭 두께와는 무관한 일정한 코일 시스템 작업 동안에 코일 시스템 및 자석 시스템은 두 좌표 방향에 평행인 방향으로 서로에 대해 안내되고, 코일 시스템 및 자석 시스템에 의해 발생된 로렌쯔의 힘에 의해서만 상기 두 좌표방향에 평행인 방향으로 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.
"로렌쯔의 힘"이란 용어는 자기 유도및 전류의 세기의 벡터적인 힘을 의미한다.
선형 전동 모터의 일부를 형성하는 코일 시스템 및 자석 시스템 사이의 마찰이 실질적으로 완전히 제거 된다는 사실 때문에, 밴드폭의 실질적 확장 및 정밀도의 실질적 증가가 얻어질 수 있다. 코일 시스템 및 자석 시스템 사이의 기계적 결합 및 안내가 없기때문에 구조는 더욱 간단해지고, 강해진다.
매우 견고한 정적 가스 베어링을 포함하는 위치 결정 장치의 실시예에서 베이스의 일부분은 자기 전도성이 있고, 한쌍의 영구 자석사이에 브리지를 형성하고, 정적 가스 베어링내의 예비 응력은 에어푸트내의 영구 자석과 베이스의 자기 전도 물질 사이의 자기 인력에 의해 결정되는 것을 부가의 특징으로 한다.
상대적으로 높은 테이블의 경사 강성을 구비하는 위치 결정 장치의 부가의, 실시예에서, 한쌍의, 코일 시스템 및 자석 시스템은 두좌표 방향의 각각에 결합 되는 것을 특징으로 한다.
위치 결정 장치의 다른 부가의 실시예에서, 코일 시스템은 자석 시스템으로부터 이격된 측면상의 모든 코일 시스템에 공통인 냉각기와 열접촉한다. 모든 코일 시스템에 공통인 냉각기는 위치 결정 장치의 구조를 간단하게 하고, 온도 분포를 균일하게 하는 것을 특징으로 한다.
위치 결정 장치의 또다른 실시예에서, 냉각기는 X-Y 평면에 평행인 평면에 위치되고, 직사각형 단면은 가지는 냉각 파이프 권선을 포함하는 것을 특징으로 한다. 냉각기의 평면형상으로 인해 얻어진 코일 시스템과 냉각기의 큰 접촉 표면은 위치 결정 장치의 냉각에 효과적이다.
미합중국 특허 제4,507,597호는 정적 가스 베어링을 포함하는 위치 결정 장치를 개시하고있다. 그 정적 가스 베어링은 테이블 및 베이스 사이에 배치되지 않고 테이블 및 코일 시스템 사이에 배치된다. 코일 시스템이 큰 온도 변화에 민감하기 때문에, 단지 X-Y 평면내에서 테이블의 제한된 위치 결정 정밀도가 얻어진다. 공지된 위치 결정 장치의 코일 시스템 및 자석 시스템은 단지 로렌쯔의 힘에 의해 달리 안내 및 결합되는 것은 사실이나 이는 테이블 및 코일 시스템 사이의 정적 가스 베어링의 배치로 인해 그 결합 및 안내가 최적인 것이 아니다.
또한 US-A-4,506,204 및 SPIE Vol, 1088 "광학 레이저 마이크로리쏘그라피" II(1989년, P428)는 위치 결정 장치를 개시하고 있다. 여기서 테이블은 특정구조를 갖는 3개의 에어푸트에 의해 베이스상에 저어널된다. 3개의 에어푸트의 각각에서, 소위 "보이스-코일-타입"(voice-coil-type)작동기 또는 전기 역학적 작동기는 테이블을 경사시키기 위해 통합된다. 각각의 에어푸트내의 상기 전기역학적 작동기는 저널링을 상대적으로 복잡하게 할뿐만 아니라, 저널링을 상대적으로 부드럽게 하여 에어갭 두께가 단지 최적의 베어링 강성내에서 유지하기가 곤란하게 된다.
본 발명은 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
제1도 내지 제4도에 도시된 위치 결정 장치는 자기 전도성의, 철-코발트 합금으로 되어 수평으로 배치된 납작한 베이스(3)를 포함하고, 그 위에서 둥근 푸트(5)가 안내된다. 동작중에, 푸트(5)는 유럽특허 출원 EP-A1-0244012로 공지된 통상의 정적 가스 베어링(공기정역학적 베어링)에 의해 베이스(3)상에 지지된다. 제1도 및 제2도에도시된 바와 같이, 4개의 모서리 지지대(7,9,11 및 13)가 베이스(3)상에 고정되어 있고, 지지대(13)는 제1도에 도시되지 않았다. 모서리 지지대에서, 결합 표면은 4개의 코일 시스템(15,17,19 및 21)을 위해 형성되었고, 제1도에서 코일 시스템(15)은 전부 도시 되었고, 코일 시스템(19)은 절반이 도시되었고, 한편 제2도에서는 코일 시스템(15,17,19 및 21)이 점선으로 도시되었다. 코일 시스템(15,17,19 및 21)은 상기 결합 표면상에서 그 코일 코어를 거쳐 지지된다. 그 결합 표면중에서, 제1도는 코일 시스템(17,21)의 결합 표면(23,25)뿐만 아니라 코일 시스템(19)의 결합 표면을 도시한다., 코일 시스템(19)에서, 결합 표면(27)상에 지지되는 코일 시스템(19)의 코일 코어(29) 만이 보인다. 코일 시스템(15,17, 19 및 21)의 각각은 코일 시스템(15)의 코일(31 및 33)과 같은 반대 방향으로 감긴 2개의 코일을 포함한다. 코일 시스템(19)에서, 단지 하나의 코일(35)만이 제1도에 보인다. 각 코일 시스템의 대향측 하단에, 자석 시스템이 위치되고, 자석 시스템은 에어푸트(5)에 고정되고, 관련 코일 시스템과 함께 X 및 Y좌표 방향의 이동을 위해 선형 전동 모터를 형성한다. 제2도에 도시된 바와 같이, 자석 시스템(37,39,41 및 43)은 에어푸트(5)내의 코일 시스템(15,17,19 및 21)에 대향 위치된다. 자석 시스템(37,39,41 및 43)의 각각은 Z좌표 방향에 평행인 반대 극성으로 자화된 2개의 영구자석을 포함한다. 한쌍의 영구자석(45,47)(49,51)(53,55) 및 (57,59)은 자석 시스템(37,39,41 및 43)과 각각 결합한다. 제1도에서, 한쌍의 영구자석중에, 코일 시스템(21)의, 자석(59), 자석 시스템(39)의 자석(49 및 51) 및 자석 시스템(41)의 자석(53)이 보인다. 개시된 각각의 선형 모터의 자기 회로는 한쌍의 자석사이에 연장되는 철-코발트, 영구 자석 및 코일 시스템의 코어로 구성된다. 코일 시스템 및 영구자석사이의 자기 회로내의 에어갭의 두께는 공기정역학적 베어링내에서 베이스(3) 및 에어푸트(5) 사이의, 에어갭의 두께에 의해 전적으로 결정된다. 자석 시스템내의 영구 자석사이의, 자기 단락 회로는 베이스(3)의 철-코발트내에 위치되는 사실 때문에, 공기 정역학적 베어링의 자기 예비 응력이 얻어진다. 상기 예비 응력은 공기 정역학적 베어링의 강성이 최적이 되도록 선택된다.
정적 가스 베어링을 위하여, 에어푸트(5)가 방사상 방향으로 연장되는 덕트로 제공된다. 제1도 및 제3도에서, 덕트(61 및 63)가 보인다. 덕트(61 및 63)에 접속되고 에어푸트(5) 및 베이스(3)사이의 에어갭으로 합류되는 횡방향 덕트(65 및 67)를 거쳐서, 공기 정역학적 베어링내의 공기는 압력의 축적이 이루어지는 베어링 영역에 도달한다. 공기 정역학적 베어링의 예비 응력은 에어푸트(5)의 중량에 의해서도 결정된다. 또한, 진공에 의해, 에어푸트(5)의 중심부는 추가의 예비 응력을 공급할 수 있다. 실린더(69)로 구성된 에어푸트의 중심부는 에어푸트의 외부로부터 밀봉되고 그 위치에 베어링이 놓인다. 실린더(69)는 위치 결정 장치에서 테이블로서 작용하고, 실린더(69)를 거쳐 덕트(61 및 63)는 공기 공급원에 접속된다.
자석 시스템으로부터 이격된 측면상에서, 코일 시스템(15,17,19 및 21)은 모든코일 시스템(제2도 및 제3도)에 공통인 냉각기(71)와 열접촉한다. 냉각기(71)는 직사각형 단면을 갖는 냉각 파이프 권선으로 구성된다. 상기 권선은 X-Y평행인 평면에 위치한다. 따라서 가능한 가장 큰 열전도 표면이 얻어진다. 권선의 집합은 유체 흐름 도체가 제공되는 납작한 단일 박스로 교체될 수 있다. 유체 펌프의 필요한 동력은 나선형으로 감긴 냉각 파이프를 갖는 냉각기의 경우에 더 큰 데 이는 흐름 저항이 높기 때문이다. 그러나, 주어진 작동 조건하에서 흐름의 방향은 납작한 단일 박스의 경우보다 더욱 정확하게 명시될 수 있다. 코일 시스템이 고정 배치되기때문에, 냉각기의 유체 접속은 고정 위치를 차지하고, 액체 냉각된 이동 코일 시스템에서 발생하는 변동 하중으로부터 보호된다.
X-Y 좌표 방향에 평행인 에어푸트(5) 및 실린더(69)의 변위를 위해 선형 전동 모터의 코일 시스템(17 및 19)에 같은 극성 및 같은 값의 전류를 가할 때, 에어푸트(5)의 순수 병진 운동이 얻어진다. 유사한 방법으로 Y좌표 방향을 위한 경우에도 그러하다. 제1도 및 제2도에 도시된 테이블의 중립 위치에서, 테이블의 중심(M)은 좌표 시스템의 Z축상에 있다. 중심(M)의 병진 운동없이 Z축에 대한 테이블의 회전(φ2)은 X좌표 방향의두 선형 전동 모터에 동일한 값 및 반대극성의 전류로 여기되거나, Y좌표 방향의 두 선형 모터에 유사한 방법으로 전류가 여기될때 얻어질 수있다, 회전 (φ2)을 위해, 4개의 선형 모터가 여기될 수있다. 중심(M)의, 회전 운동 및 병진 운동은 동시에 수행될 수 있다.
개시된 위치 결정 장치는 집적 회로의 생산에 이용되는 마스크의 제조를 위해 특히 적합하다. 상기 마스크는 제조되는 동안 매우 정밀한 패턴에 따라 한번 이상 노출된다. 상기마스크는 반도체 웨이퍼를 노광하기 위한 광 리쏘그라프 장치에 사용된다. 웨이퍼 스텝퍼(wafer stepper)라 불리우는 광 리쏘그라프 장치의 사용은 상술된 위치 결정 장치로 이루어질 수 있다.
또한, 위치 결정 장치는 그중에서도 특히 홀로그래픽 래스터(holographic rasters)를 제조하고, 패턴을 집적 광학 부품으로 기입하고, 이미 제조된 패턴을 검사하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 하나 이상의 선형 전동 X모터 및 하나 이상의 선형 전동 Y모터에 의해 두 좌표 방향(X,Y)으로 이동가능하고, 상기 두 좌표 방향에 평행 연장되는 단일 평면 베이스 표면상의 정적 가스 베어링에 의해 접촉없이 상기 두 좌표 방향에 평행인 방향으로 안내되는 테이블과, 베이스 표면 및 테이블에 각각 접속된 2개의 모터에 대응되는 코일 시스템 및 자석 시스템을 구비하는 위치 결정 장치에 있어서, 상기 정적 가스 베어링의 공기 갭 두께와는 무관한 일정한 코일 시스템과 작업 동안에, 코일 시스템 및 자석 시스템은 상기 두 좌표 방향에 평행인 방향으로 서로에 대해 안내되고, 코일 시스템 및 자석 시스템에 의해 발생된 로렌쯔의 힘에 의해서만 상기 두 좌표방향에 평행인 방향으로 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 베이스의 일부분은 자기 전도성이 있고, 한쌍의 영구자석 사이에 브리지를 형성하고, 정적 가스 베어링내의 예비 응력은 에어푸트내의 영구자석과 베이스의 자기 전도물질 사이의 자기 인력에 의해 결정 되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 한쌍의 코일 시스템 및 자석 시스템은 두 좌표 방향의 각각에 결합되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코일 시스템은 자석 시스템으로부터 이격된 측부상의 모든 코일 시스템에 공통인 냉각기와 열접촉하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 냉각기는 X-Y평면에 평행인 평면에 위치되며 직사각형 단면을 가지는 냉각 파이프 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
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