KR100223624B1 - 위치결정장치와 디바이스 제조장치 및 방법 - Google Patents

위치결정장치와 디바이스 제조장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

베이스상에 배치되어 X축 및 Y축방향으로 이동가능한 XY스테이지; 및 기판을 유지하는 유지면을 지니고, 상기 XY스테이지상에 배치되어, Z축방향과 각각 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로 이동가능한 θZT스테이지를 구비하여, 상기 유지면을 상기 베이스에 대해 이동시키는 위치결정장치에 있어서,
상기 XY스테이지는, X축 및 Y축방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 θZT스테이지를 X축 및 Y축방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함하고, 상기 θZT스테이지는, 각각 Z축방향과 각각 X, Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 유지면을 Z축방향과 X, Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함함으로써, 상기 총 6축을 따른 위치결정이 비접촉위치결정으로 수행될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

위치결정장치와 디바이스제조장치
제 1도는 본 발명의 일실시예에 의한, 반도체디바이스제조용 노광장치에 내장가능한 위치결장장치의 사시도
제 2도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 XY스테이지부의 사시도
제 3도는 제 2도에 있어서의 A-A'선을 따라서 절단한 XY스테이지부의 단면도
제 4도는 제 2도에 있어서의 B화살표방향으로 본 XY스테이지부의 측면도
제 5도는 제 2도에 있어서의 C화살표방향으로 본 XY스테이지부의 측면도
제 6도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 XY스테이지부의 밑면도
제 7도는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서의 XY스테이지부의 사시도
제 8도는 본 발명의 일실시예에 있어서의, 후술할 제 10도의 A-B선을 따라서 절단한 θZT스테이지부의 단면도
제 9도는 제 8도의 실시예의 제 10도의 A-C선을 따라서 절단한 θZT스테이지부의 단면도
제 10도는 제 8도 및 제 9도의 실시예의 유지판을 제거한 θZT스테이지부의 개략평면도
제 11도는 제 8도의 실시예의 θZT스테이지부의 주요부분의 확대단면도
제 12도는 본 발명의 다른 실시예의 유지판을 제거한 θZT스테이지부의 개략 평면도
제 13도는 제 12도의 D-D선을 따라서 절단한 θZT스테이지부의 단면도
제 14도는 제 12도의 실시예의 유지판을 제거한 θZT스테이지부의 변형된 형태의 개략평면도
제 15도는 공지형의 위치결정장치의 사시도
제 16도는 공지형의 θZT스테이지부의 평면도
제 17도는 제 16도에 있어서의 E-E선을 따라서 절단한 단면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(2) : 고정부재 (3) : 안내부재
(4) : 유지판 (5a)∼(5c) : 선형모터
(6) :θ선형모터 (7) : 다공질 패드
(9a)∼(9c),(10a),(10b) : 변위 센서 (11) : 웨이퍼척
(51) : X스테이지 (51a) : 이동판
(52) : 고정안내부 (53a),(53b) : 정압가스베어링수단
(54) : Y스테이지 (54a) : 베어링장착판
(54b) : X스테이지수평방향안내판 (54c) : 구동액츄에이터
(55) : 베이스 (55a) : 베어링수단의 보수용 오목부
(E1) : 4축정압 θZT스테이지
본 발명은 위치결정장치에 관한 것으로, 특히, 반도체웨이퍼 또는 액정패널 등의 평판부재 또는 기판상에 패턴을 형성하는 노광장치에 이용하기 위한 위치결정 장치에 관한 것이다. 또, 본 발명은 고밀도집적회로칩(예를 들면, 반도체메모리나 연산장치)등의 마이크로디바이스의 제조공정시, 회로패턴 등을 인쇄하려는 웨이퍼등의 피노광체의 자세 또는 경사를 정확하게 유지하여 고정밀도의 노광을 가능하게 하는 노광장치와 같은 디바이스제조장치에 관한 것이다.
통상, 마스크나 레티클의 반도체디바이스제조용 패턴을 웨이퍼상에 투영하는 스테퍼라 불리는 노광장치에는, 레티클과 웨이퍼의 얼라인먼트(위치맞춤)를 달성하기 위한 기능이 구비되어 있다. 일반적으로, 그러한 얼라인먼트공정은 먼저 페턴이 전사되는 원판(레티클 등)과 웨이퍼 등의 피노광체(기판)사이의 일탈을 계측한 다음, 계측결과에 의거해서 피노광체(기판)를 레이저계측장치의 계측치에 의거한 제어에 의해 스텝앤리피드(step-and-repeat)이동시키거나, 또는 원판과 피노광체를 모두 이동시킴으로써 행하고 있다.
스텝앤리피트형 스테퍼 또는 스텝앤스캔(step-and-scan)형 스테퍼는 노광하려는 웨이퍼 또는 기판을 유지하면서 이동가능한 웨이퍼스테이지(기판스테이지)를 매우 정확하게 위치결정할 수 있는 성능을 지녀야만 한다. 이 성능은 스테이퍼자체의 해상도 및 맞춤정밀도의 관점으로부터 보다 나은 향상을 위해 결정동작의 고속화를 희망하고 있다.
제 15도는 노광장치에 이용되는 공지형의 웨이퍼스테이지의 사시도이다.
동도에 있어서, (155)는 Y스테이지(Y방향이동기구)(154)가 장착된 베이스이다. Y스테이지(154)상에는 X스테이지(X방향이동기구)(151)가 장착되어 있다. Y스테이지와 X스테이지는 XY스테이지를 구성한다. X스테이지(151)상에는 거울(191a), (191b)이 배치되어 있는 톱스테이지(θZT스테이지)(Eo)가 장착되어 있고, 이들 거울(191a),(191b)의 각각에 X축 및 Y축방향에 대한 위치계측을 위해서 레이저간섭계로부터의 계측레이저축(192a),(192b)을 투영하고 있다.
이 레이저계측결과에 의거해서, DC모터(156a) 또는 (156b)를 구동하여, 볼나사(157a) 또는 (157b)를 통해 X스테이지(151)또는 Y스테이지(154)를 구동시킨다. 일반적으로, 각 스테이지는 도시되어 있지 않은 롤러볼베이링으로 구성된 안내부에 의해 안내된다. 제 16도 및 제 17도는 θZT스테이지(Eo)의 평면도 및 단면도이고, 거울(191a),(191b)은 도시되어 있지 않다.
이들 도면에 표시한 바와 같이,θZT스테이지(Eo)는 표면에 반도체웨이퍼 등의 기판을 진공흡수력에 의해서 흡착하는 웨이퍼척(111)을 구비한 원반형상의 유지판(θZT판)(104)을 포함하고 있다. 이 유지판(104)은 X스테이지(151)상에 복수(예를 들면, 3개)의 압전소자(105)에 의해서 지지되어 있다. 각 압전소자(105)의 일단부는 유지판(104)의 외주가장자리에 나란히 놓인 링형상부재(103)에 탄력적으로 접합되어 있고, 각 압전소자(105)의 다른 단부는 탄성힌지(105)에 의해서 X스테이지(151)(상판으로서 기능)에 탄력적으로 접합되어 있다. 유지판(104)과 링형상부재(103)는 복수(예를 들면, 4매)의 판스프링(103a)에 의해서 서로 탄력적으로 접합되어 있다. 또, 상판(151)과 일체인 복수의 지지부재(102)는 복수(예를 들면, 3매)의 판스프링(103b)에 의해서 링형상부재(103)의 외주가장자리에 탄력적으로 접합되어 있다.
각 압전소자(105)는 개별적으로 공급되는 구동전류에 대옹하여 신축됨으로써 유지판(104)을 상판(151)에 대해서 시프트시킴과 동시에, 양자간의 상대적 경사각도를 변화시킨다. 또, 유지판(104)은 링형상부재(103)의 개구부(103c)를 관통하여 바깥쪽으로 방사형상으로 뻗는 팔형상돌출부(104a)를 지니고 있다. 상기 팔형상돌출부(104a)와, 링형상부재(103)상에 설치되어 있는 다른 팔형상돌출부(103d)사이에는 압전소자(106)가 설치되어 있고, 이 압전소자(106)의 신축에 의해서 유지판(104)과 링형상부재(103)가 상대적으로 회전이동한다.
유지판(104)은 압전소자(105)를 동일량만큼 구동시키는 것에 의해 상판(151)의 표면에 수직인 축(Z축)을 따라서 왕복이동되고, 압전소자(105)의 구동량을 개별적으로 변화시키는 것에 의해서 Z축에 수직인 평면에 대한 경사각도(기울기)를 조절할 수 있다. 또, 압전소자(106)의 구동에 의해서 Z축에 대한 회전이동의 각도를 조절할 수 있다. 웨이퍼척(111)에 의해 유지된 웨이퍼는, 상술한 바와 같은 미동조절에 의해서 그의 포커싱 및 최종적 위치결정을 행할 수 있다.
상기와 같은 구조에서는, XY스테이지의 고정밀도화나 고속도화를 달성하기 위해 레이저간섭계의 분해능을 크게 하거나 DC모터의 회전속도를 증가시키면, 마찰 또는 구동시의 반동력에 의해서 상판(X스테이지)(151)이 변형하여 정밀도의 열화가 발생하게 된다. 또, 마찰에 의해서 서로 접촉하고 있는 부분의 마모가 발생하여 먼지나 입자를 많이 생성시키게 된다. 한편, 정밀도 그 자체가 변화하므로 빈번한 보수작업도 필요로 한다.
또,θZT스테이지(Eo)에 대해서는, 유지판(104)과 링형상부재(103) 및 링형상부재(103)와 상판(151)과 일체인 지지부재(102)가 각각 판스프링(103a),(103b)에 의해서 연결되어 있다. 이 구조 때문에, 각 압전소자(105)의 구동량이 크면, 판스프링(103a),(103b)의 반동력에 의해서 상판(151)과 마찬가지로, 링형상부재(103) 또는 지지부재(102)가 변형하여 위치결정정밀도의 저하를 야기시킬지도 모른다.
따라서, 본 발명의 목적은, 구동중의 진동의 연결이나 큰 진동의 발생없이 위치결정의 고속도화가 용이하고, 큰 마찰이나 마모없이 위치의 재현성이 매우 양호하여, 빈번한 보수작업을 거의 또는 전혀 필요로 하지 않고도 고정밀도로 안정한 위치결정이 용이한 위치결정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 위치결정장치에 의거한 디바이스제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1양상에 의하면, 베이스상에 배치되어 X축 및 Y축방향으로 이동가능한 XY스테이지; 및 기판을 유지하는 유지면을 지니고, 상기 XY스테이지상에 배치되어, Z축방향과 각각 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로 이동가능한 θZT스테이지를 구비하여, 상기 유지면을 상기 베이스에 대해 이동시키는 위치결정장치에 있어서,
상기 XY스테이지는, X축 및 Y축방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 θZT스테이지를 X축 및 Y축방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함하고, 상기 θZT스테이지는, 각각 Z축방향과 각각 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 유지면을 Z축방향과 X,Y 및 Y축을 중심으로 한 회전방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함함으로써, 상기 총 6축을 따른 위치결정이 비접촉위치결정으로 수행될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2양상에 의하면, 베이스상에 배치되어 X축 Y축방향으로 이동가능한 XY스테이지; 및 기판을 유지하는 유지면을 지니고, 상기 XY스테이지상에 배치되어, Z축방향과 각각 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로 이동가능한 θZT스테이지를 구비하여, 상기 유지면을 상기 베이스에 대해 이동시킴으로써 디바이스를 제조하는 디바이스제조장치에 있어서,
상기 XY스테이지는, X축 및 Y축방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 θZT스테이지를 X축 및 Y축방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함하고, 상기 θZT스테이지는, 각각 Z축방향과 각각 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 유지면을 Z축방향과 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함하으로써, 상기 총 6축을 따른 위치결정이 비접촉위치결정으로 수행될 수 있도록 하고,
상기 복수의 비접촉정압베어링에 의해 안내를 받으면서 상기 복수의 선형모터에 의해 이동되는 상기 유지면상에 유지된 기판에 대해 다바이스제조공정을 행하는 수단을 또 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3양상에 의하면, 상기 제 1 또는 제 2양상에 있어서,
상기 정압베어링은 다공질스로틀형 베어링인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4양상에 의하면, 상기 제 1 또는 제 2양상에 있어서,
상기 Z축방향과 상기 각 X,Y 및 Z을 중심으로 한 회전방향으로의 안내를 제공하는 상기 각 복수의 비접촉정압베어링은 각각 원통형상의 정압베어링으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5양상에 의하먼, 상기 제 1 또는 제 2양상에 있어서, 상기 θZT스테이지에는 상기 XY스테이지에 의해 지지되는 적어도 3개의 구동소자를 구비한 구동수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 6양상에 의하면, 상기 제 1 또는 제 2양상에 있어서, 상기 XY스테이지는,(i) 상기 베이스상에 설치되어 있는 Y축방향정압안내면을 따라 이동가능한 Y스테이지와,(ii) 상기 Y스테이지를 이동시키는 Y스테이지용 구동수단과, (iii) 상기 Y스테이지와 함께 이동가능하고, 또 상기 Y스테이지상에 설치되어 있는 X축방향정압안내면을 따라 이동가능한 X스테이지와, (iv) 상기 X스테이지를 이동시키는 X스테이지용 구동수단을 구비하고, 상기 X스테이지 및 상기 Y스테이지는 개별적으로 상기 베이스상에 Z방향에 대해서 정압베어링에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 7양상에 의하면, 상기 제 2양상에 있어서, 상기 정압베어링은 표면조도가 1s(1㎛)이하인 안내면을 지닌 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 8양상에 의하면, 상기 제 2양상에 있어서, 상기 정압베어링은 투과율이 5×10-16이하이고, 기공률이 20%이하인 다공질재료로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 9양상에 의하면, 상기 제 3양상에 있어서, 상기 각 X, Y 및 Z축방향 및 상기 각 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향에 각각 관련된 복수의 구동수단을 구비하고, 상기 각 구동수단은 선형모터인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 6개의 축(방향)의 이동은 모두 비접촉정압가스베어링에 의해서 안내된다. 이것에 의해 마찰이나 마모를 효율적이고 실질적으로 피함으로써 매우 양호한 위치재현성을 확보하여 고정밀도 및 안정한 위치결정을 달성하는 것이 가능하다.
또, 먼지발생의 문제를 실질적으로 피하기 위해서는, 비접촉안내가 효과적이다. 또 마모를 방지하므로 시간에 따른 실질적인 변화가 발생하지 않는다. 이것은 보수작업의 필요성을 아주 제거하거나 거의 제거할 수 있으므로, 신뢰성있고 보수작업이 필요없는 위치결정장치가 부여된다.
또, 위치결정장치의 동작시 큰 진동의 가능성이 없으므로 위치결정동작의 속도를 용이하게 증가시킬 수 있어, 구동량의 크기에 관계없이, 양호한 위치결정정밀도가 유지된다. 이것에 의해 반도체디바이스제조용 노광장치에서의 고정밀도의 패턴인쇄작업이 용이해진다.
본 발명의 상기와 이외의 목적, 특징 및 이점은 첨부도면과 관련하여 취한 본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 설명을 고려하면 보다 명백해질 것이다.
이하, 도면에 도시한 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명한다.
제 1도∼제 14도는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로, 반도체디바이스제조용의, 스텝앤리피트형 또는 스텝앤스캔형의 투영노광장치의 반도체웨이퍼의 이동용 6축스테이지에 적용한 예이다.
제 1도는 본 발명의 일실시예에 의한 6축 웨이퍼스테이지의 사시도이다.
이 실시예에 있어서, 웨이퍼스테이지는 X스테이지(51)상에 4축정압 θZT스테이지(E1)가 장착된 정압 XY스테이지를 구비하고 있다. 도면중 (55)는 스테이지베이스, (54)는 Y스테이지,(51)은 X스테이지이다. 제 2도∼제 7도는 이 XY스테이지의 상세를 도시한 것이다.
제 2도는 XY스테이지의 사시도이고, 제 3도는 제 2도의 A-A'선을 절단한 단면도이다. 제 4도는 제 2도의 B화살표방향으로 본 측면도이고, 제 5도는 제 2도의 C화살표방향으로 본 측면도, 제 6도는 제 2도의 XY스테이지의 밑면도이다.
제 2도에 있어서, (55)는 상면을 기준면으로서 부여하는 베이스, (55a)는 베어링수단의 보수용 오목부, (54)는 Y스테이지(이동부재 ), (51)은 X스테이지(이동부재), (52)는 Y스테이지(54)의 수평방향(Y축방향)의 고정안내부, (53a), (53b), (53c), (53d)는 다공질재료를 지닌 정압가스베어링수단으로, 이들 정압베어링수단 중, 베어링수단(53a)(제 3도 참조)은 X스테이지(51)의 이동을 수평방향(Y축 방향)으로, 베어링수단(53b)(제 3도 참조)은 X스테이지(51)의 이동을 수직방향(Z축 방향)으로, 베어링수단(53c)(제 4도 참조)은 Y스테이지(54)의 이동을 수평방향으로, 베어링수단(53d)(제 4도)은 Y스테이지(54)의 이동을 수직방향으로 각각 안내한다.
제 4도에 있어서, (54a)는 Y스테이지(54)의 수평(또는 횡)방향 및/또는 수직 (또는 직각)방향의 이동을 위한 정압가스베어링(53c) 및/또는 (53d)이 장착된 베어링장착판이고, (54b)는 X스테이지(51)의 수평방향의 이동을 위한 안내판이다.
다시 제 2도로 되돌아가서, (54c)는 Y스테이지구동용의 구동액츄에이터이고, (54d)는 Y스테이지(54)의 구동액츄에이터(54c)의 연결판으로, 정압베어링장착판(54a)에 각각 연결되어 있다. (51a)는 X스테이지(51)의 이동판이고, (51b)는 X스테이지(51)의 수평방향의 베어링(53c)이 장착된 베어링장착판(제 3도 참조), (51c)는 X스테이지(51)의 수직방향의 베어링(53b)이 장착된 베어링장착판(제 3도 참조),(51d)는 X스테이지(51)용 구동액츄에이터수단(제 3도 참조)이다.
제 5도 및 제 6도에 있어서,(56)은 각각 하중자석유닛으로, 일본국 특개소 63-232912호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 영구자석(자력수단)과 그 양측에 요크를 지닌 하중기구에 의해, 정압베어링에 가압유체를 공급하여, 이동부재를 부유시킬 때, 베어링특성의 분산에 의해 이동부재의 경사를 방지함으로써 이동부재의 자세를 일정하게 유지시키는 구조를 지니고 있다. 본 실시예에서는, 구동액츄에이터수단(51d) 또는 (54c)으로서 예를 들면, 선형모터 또는 유압DC모터를 이용한다.
제 2도에 도시한 바와 같이, Y스테이지(54)는 정압베어링(53c),(53d)에 가스나 공기를 공급하는 것에 의해 베이스(55)상에서 부유되고, 또, Y스테이지의 양단부에 배치되어 있는 2개의 구동액츄에이터(54c)에 의해 일단부에 배치된 고정안내부(52)를 따라서 Y방향으로 이동된다. X스테이지(51)는 정압가스베어링(53a), (53b)에 가스를 공급하는 것에 의해 Y스테이지(54)의 경우와 마찬가지로 베이스(55)상에서 부유되고, 구동액츄에이터수단(51c)에 의해서, Y스테이지의 측면(54b)에 의해 설치된 바와 같이 수평방향의 안내부에 의해 안내됨과 동시에 X방향으로 이동된다. 이때, X스테이지(51)와 Y스테이지(54)는 복수의 하중자석유닛(56)에 의해 일정한 자세를 안정하게 유지하도록 조정된다.
상기와 같은 본 발명의 XY스테이지기구는 이하의 특징이 있다.
(a) X스테이지(51) 및 Y스테이지(54)의 수직방향에 대한 안내를 모두 베이스(55)에 의해 행함으로써, X스테이지(51)나 Y스테이지(54)가 이동하여도 상대측의 스테이지에 이동하중이 발생하지 않도록 하여 정적인 자세를 양호하게 유지할 수 있다.
(b) Y스테이지(54)의 수평방향(X축 방향), 수직방향(Z축 방향) 및 롤링(Y축에 대한 회전방향)의 3성분에 대해서 진동의 연결이 발생하지 않는다.
(c) Y스테이지(54)의 피칭(X축에 대해서 회전방향으로)은 정압가스베어링수단(53d)을 통해서만 X스테이지로 전달되므로 연결을 최소화한다.
(d) 그렇기 때문에 고정안내부(52), Y스테이지(54) 및 X스테이지(51)를 열팽창계수가 다른 이종재료를 사용함으로써 구성하는 것이 가능하다. 예를 들면, 베이스(55)와 고정안내부(52)는 자석하중을 위해 자성체로 구성해도 되고, Y스테이지(54)와 X스테이지(51)는 예를 들면, 경량화 및 고강성화를 위해 세라믹으로 구성해도 된다. 이 경우에는, 고정안내부(52) 1개만을 사용하고, 한면만을 기준으로서 사용하므로, 온도차로 인한 특성의 변화가 발생하지 않는다.
(e) 베이스(55)에 오목부(55a)를 설치하므로, X스테이지(51)의 수직방향의 베어링용 베어링장착판(51d)에 이물 등이 달라붙어도, X스테이지(51)를 오목부 아래위치로 이동시키는 것에 의해 상기 장착판을 청소하는 것이 용이하다.
(f) X스테이지(51)의 수평방향의 베어링용 베어링장착판(51b)은 제 3도에 도시한 바와 같이 ㄷ자 형상을 하고 있다. 이것에 의해 구성요소의 접촉면적이 증가하여 접합부의 시프트에 대한 안정성이 효과적으로 향상된다.
(g) 고정안내부(52)를 베이스(55)에 측면으로 고정하는 것에 의해 고정안내부(52)의 측면으로의 시프트를 방지한다.
제 7도는 본 발명의 다른 실시예의 XY스테이지부의 사시도이다. 본 실시예에 있어서, 전술의 실시예에 해당하는 소자는 동일한 참조부호로 표시한다. 제 7도의 실시예에서는, 고정안내부(52)를 베이스(55)의 상면에 예를 들면, 핀고정 또는 접착 등의 고정수단(도시생략)을 이용하여 장착하고 있다. 본 실시예에서는 전술과 동일한 특징(a)∼(e)을 갖고, 추가로, 제 2도의 베이스(55)의 고정안내장착면(측면)의 가공 및 정밀도마무리가 불필요하므로 코스트저감을 도모할 수 있다. 또, 고정안내부(52)의 높이를 작게 할 수 있으므로 두께를 감소하여도 강성을 충분하게 유지할 수 있다.
이하, 제 8도∼제 14도를 참조하여, 정압 XY스테이지의 X스테이지상에 배치하려는 4측정압 θZT스테이지의 상세를 설명한다. 제 8도는 본 발명의 일실시예의 4축 θZT스테이지부를 Z축방향으로 절단한 종단면도이다.
본 실시예의 4축 θZT스테이지(E1)는 전술한 바와 같이 X스테이지(51)의 X상판(51a)과, 상기 상판(51a)과 일체로 설치된 원통형상의 고정부재(지지부재)(2)와, 상기 고정부재(2)의 외주면(지지면)둘레에 느슨하게 끼워맞춤되어 있는 원통헝상의 안내부재(3)와, 도면에 표시된 바와 같이, 상기 안내부재(3)의 상단부에 일체로 접속된 유지판(4)과, 상기 유지판(4)을 X스테이지(51)의 X상판(51a)에 대해서 접근 또는 이간시키는 3개의 Z선형모터(구동수단)(5a),(5b),(5c)(제 10도 참조)와, 상기 유지판(4)을 X스테이지(51)에 대해서 회전이동시키는 1개의 θ선형모터(구동수단)(6)(제 1()도 참조)를 구비하고 있다. 유지판(4)의 표면에는 도시되어 있지 않은 웨이퍼가 진공흡착력에 의해서 흡착될 수 있다.
고정부재(2)의 외주면과 안내부재(3)의 내주면(안내면)은 고정부재(2)의 외주면에 유지되어 있는 링형상정압베어링의 다공질페드(7)로부터 분출된 가압유체의 정압에 의해서 상호접촉없이 상대적으로 지지되고 있다. 이 정압베어링은 다공질 스로틀형 가스베어링으로 이루어져 있다. 따라서, 유지판(4)은 고정부재(2)와 안내부재(3)의 중심축인 Z축을 따라서 왕복이동이 가능함과 동시에 Z축에 대해서 회전이동도 가능하다. 다공질패드(7)의 사이즈를 Z축방향으로 크게 하면, Z축에 대한 유지판(4)의 경사각의 허용치를 크게 할 수 있다. 또, 안내부재(3)와 유지판(4)뿐아니라 상기 유지판에 부착된 웨이퍼의 중량의 대부분은, 고정부재(2)상에 형성되어 있는 단차(2a)와 안내부재(3)상에 형성되어 있는 다른 단차(3a)에 의해서 형성되는 하중실(부세수단)(8)의 가압유체의 압력에 의해서 지지된다.
제 9도에 도시한 바와 같이, 안내부재(3)는 다공질패드(7)와 하중실(8)에 각각 가압유체를 공급하는 내부유로(7a),(8a)를 지니고, 도면에서 보는 바와 같이, 고정부재(2)와 안내부재(3)의 하단부사이에는 래비린스실(8b)이 형성되어 있다.
다공질패드(7)와 안내부재(3)사이의 간격의 사이즈는 7㎛정도이고, 래비린스실(8b)의 간격사이드는 약 15㎛이다.
Z선형모터(5a),(5b),(5c)는 제 10도에 도시한 바와 같이, 안내부재(3)의 외측에 원주방향을 따라서 등간격으로 배치되어 있다. 각 선형모터(5a)∼(5c)의 가동자(5d)는 그 내면에 영구자석을 지닌 원통형상의 프레임부재를 구비하고, 이 프레임부재는 안내부재(3)의 외주면에 고정장착되어 있다. 또, 각 선형모터(5a)∼(5c)의 고정자(5e)는 X스테이지(51)의 X상판(51a)에 고정장착되어 있는 코일을 구비하고, 이들 코일은 도시되어 있지 않은 배선에 의해서, 소정의 구동회로수단에 접속되어, 해당 구동회로수단으로부터 공급된 전류량에 의해서 가동자(5d)가 Z축방향으로 구동될 수 있도록 한다.
각 Z선형모터(5a)∼(5c)에 동일량의 전류가 공급되면, 유지판(4)은 그 기울기를 유지하면서 Z축방향으로 이동한다. 각 Z선형모터(5a)∼(5c)에 공급되는 전류량을 개별적으로 변화시키는 것에 의해서, 유지판(4)의 기울기, 즉, Z축에 대한 경사각도를 변화시키는 것이 가능하다.
제 10도에 도시한 θ선형모터(6)는 Z선형모터(5a)∼(5c)의 임의의 2개의 사이에 배치되어 있고, 그 가동자(6a)는 내면에 영구자석을 지닌 원통형상의 프레임 부재로, 안내부재(3)의 외주면에 고정장착되어 있다. θ선형모터(6)의 고정자(6b)는 X스테이지(51)와 일체인 X상판(51a)에 고정되는 코일부재를 구비하고, 도시되어 있지 않은 배선에 의해서, 소정의 구동회로수단에 접속되어, 해당 구동회로수단으로부터 공급되는 전류량에 의해서 가동자(6b)가 유지판(4)의 원주방향으로 구동될 수 있고, 이것에 의해, 유지판(4)이 Z축에 대해서 회전된다.
X상판(51a)상에는 비접촉형 변위센서(9a),(9b),(9c)가 각 선형모터(5a)∼(5c)와 나란히 배치되어 있다. 각 변위센서(9a),(9b) 또는 (9c)는 제 8도에 있어서, 유지판(4)의 밑면에 대향배치된 검출단부를 지니고, Z축방향에 대해서 유지판(4)의 위치의 변화를 검출한다. 또, X상판(51a)상에는 유지판(4)의 일단부가장자리에 대향배치된 한쌍의 비접촉형 변위센서(10a),(10b)가 장착되어 있고, 각 변위센서(10a),(10b)는 그 출력차에 의거해서, Z축에 대한 유지판(4)의 회전각도를 검출한다. 변위 센서(9a) ∼(9c),(10a),(10b)의 출력 을 전술한 구동회 로수단으르 피드백하는 것에 의해, 유지판(4)의 미동위치결정을 자동적으로 행할 수 있다.
본 실시예는, Z선형모터(5a)∼(5c)와 θ선형모터(6)가 서로 독립적으로 X상판(51a)상에 지지되어 있다. 또, 유지판(4)과 X상판(51)이 비접촉으로 유지되어 있으므로, 유지판(4)의 이동중에 큰 진동이 발생할 가능성이 없다. 또, 하중실(8)에 의해서, 유지판(4)과 유지된 웨이퍼의 중량의 대부분이 지지되므로, Z선형모터(5a)∼(5c)와 θ선형모터(6)의 각각에 작은 구동량만이 요구된다.
유지판(4)의 기울기, 즉, Z축에 대한 경사각도를 변화시키면, 이것에 의해 다공질패드(7)의 베어링간격의 크기와 래비린스실(8a)의 간격크기뿐 아니라 Z선형모터(5a)∼(5c) 및 θ선형모터(6)의 각각의 영구자석과 코일간의 간격크기도 변화한다. 하지만, 노광장치의 초점조정 또는 최종적인 위치결정을 행하는 위치결정장치에서는, 그와 같은 변화가 매우 작으므로, 다공질패드(7)와 안내부재(3)와의 래비린스실(8a)의 성능의 현저한 저하 또는 선형모터의 구동량에 대한 현저한 제한 등의 문제가 발생하지 않는다.
통상, 선형모터의 최소간격은 1∼2㎛정도이다. 제 11도에 도시한 바와 같이 다공질패드(7)의 베어링면의 직경을 d, Z축방향의 사이즈를 W, 베어링간격의 양단부의 사이즈를 각각 h1, h2라 할 때, d=200㎜, W=20㎜이고, 유지판(4)의 경사각도의 미동조절량(α)이 α=3×10-4rad이면, 베어링간격의 크기에서의 변화량 (h1-h2)/2는 약 3㎛이다. 하지만, 전술한 바와 같이 다공질패드(7)의 간격사이즈는 7㎛, 래비린스실의 간격사이즈는 15㎛로 설정되므로, 상기와 같은 문제가 발생하지 않는다. 또, 각 선형모터의 가동자의 스트로크길이는 5mm정도로 할 수 있다.
제 12도 및 제 13도는 θZT스테이지부의 다른 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예에서는, 전술한 실시예의 원통형상의 고정부재(2)대신에, X스테이지(X상판)(21)에 작은 다공질패드(27a)∼(27d)가 각각 유지되어 있는 4개의 지지체(21a)∼(21d)가 설치되어 있다. 다공질패드(27a)∼(27d)는 각각 유지판(24)과 일체인 안내부재(23)의 외주면상에 형성된 각 평탄부분(23a)∼(23d)에 대향하여 배치되어 있다. 그러므로, 다공질패드(27a)∼(27d)는 접촉하지 않고 안내부재(23)를 사방으로 지지한다. 본 실시예에서는, 유지판(24)을 Z축방향으로 이동시키는 Z선형 모터(25a)∼(25c)의 구동력에 의해 지지하지 않으면 안되므로, 전술한 실시예에 비해 전력소비는 크지만, 하중실이 필요없고 조립도 간단하다.
제 14도는 제 12도의 실시예의 변형예를 도시한 것으로서, 4개의 지지체(21a)∼(21d)대신에, 안내부재(23)와 동일한 안내부재(33)에 대해서, 2개의 지지체가 2방향으로 대향해서 배치되어 있다. 이들 2개의 지지체(31a), (31b)는 작은 다공질패드(37a), (37b)를 각각 그 위에 유지함과 동시에, 각 다공질패드(37a) 또는 (37b)와 나란히 놓여 있는 각각의 하중영구자석(38a)∼(38d)이 설치되어 있다.
이들 하중영구자석(38a)∼(38d)의 자기흡착력에 의해, 안내부재(33)가 각 다공질패드(37a),(37b)를 향해서 흡인된다. 본 변형예에서는 사용하는 지지체의 수를 감소하는 것에 의해서, 조립부품수를 감소하여 제조비용을 삭감한다.
이상의 본 발명의 실시예에 있어서는, Z선형모터를 압전소자회전모터와 나사 또는 탄성힌지와의 조합으로 대체해도 된다. 또,θ선형모터는 회전모터로 대체해도 된다. 또,θZT스테이지용 액츄에이터를 X스테이지의 수직방향베어링용 베어링장착판(도시생략)상에 장착하면, 전체의 높이를 종래구조의 1/2이하로 감소시킬 수 있다.
정압베어링수단의 안내면의 표면조도는 1s(㎛)이하인 것이 바람직하다. 정압베어링수단은 가스투과성 또는 투과율이 5×10-16이하이고, 기공률이 20%이하인 다공질재료로 이루어진 것이 바람직하다.
이상 본 발명은 여기에 개시된 구조를 참조해서 설명하였으나, 이로써 한정되지 않고, 본 출원은 개량목적이나 이하의 특허청구의 범위내에 들어가는 그러한 번형예나 수정예도 커버함은 물론이다.

Claims (12)

  1. 베이스상에 배치되어 X축 및 Y축방향으로 이동가능한 XY스테이지; 및 기판을 유지하는 유지면을 지니고, 상기 XY스테이지상에 배치되어 Z축방향과 각각 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로 이동가능한 θZT스테이지를 구비하여, 상기 유지면을 상기 베이스에 대해 이동시키는 위치결정장치에 있어서,
    상기 XY스테이지는, X축 및 Y축방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 θZT스테이지를 X축 및 Y축방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함하고, 상기 θZT스테이지는, 각각 Z축방향과 각각 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 유지면을 Z축방향과 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함함으로써, 상기 총 6축을 따른 위치결정이 비접촉위치결정으로 수행될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 위치결정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 Z축방향과 상기 각 X, Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로의 안내를 제공하는 상기 각 복수의 비접촉정압베어링은 각각 원통형상의 정압베어링인 것을 특징으로 하는 위치결정장치.
  3. 제 5항에 있어서, 상기 θZT스테이지에는 상기 XY스테이지에 의해 지지되는 적어도 3개의 구동 소자를 구비한 구동수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치결정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 XY스테이지는, (i) 상기 베이스상에 설치되어 있는 Y축방향정압안내면을 따라 이동가능한 Y스테이지와, (ii) 상기 Y스테이지를 이동시키는 Y스테이지용 구동수단과,(iii) 상기 Y스테이지와 함께 이동가능하고, 또 상기 Y스테이지상에 설치되어 있는 X축방향정압안내면을 따라 이동가능한 X스테이지와, (iv) 상기 X스테이지를 이동시키는 X스테이지용 구동수단을 구비하고, 상기 X스테이지 및 상기 Y스테이지는 개별적으로 상기 베이스상에 Z방향에 대해서 정압베어링에 의해 지지되어있는 것을 특징으로 하는 위치결정장치.
  5. 베이스상에 배치되어 X축 및 Y축방향으로 이동가능한 XY스테이지; 및 기판을유지하는 유지면을 지니고, 상기 XY스테이지상에 배치되어, Z축방향과 각각 X,Y 및Z축을 중심으로 한 회전방향으로 이동가능한 θZT스테이지를 구비하여, 상기 유지면을 상기 베이스에 대해 이동시킴으로써 디바이스를 제조하는 디바이스제조장치에 있어서, 상기 XY스테이지는, X축 및 Y축방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 θZT스테이지를 X축 및 Y축방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함하고, 상기 θZT스테이지는, 각각 Z축방향과 각각 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로의 안내를 제공하는 복수의 비접촉정압베어링과, 상기 유지면을 Z축방향과 X,Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로 이동시키는 복수의 선형모터를 포함함으로써 상기 총 6축을 따른 위치결정이 비접촉위치결정으로 수행될 수 있도록 하고, 상기 복수의 비접촉정압베어링에 의해 안내를 받으면서 상기 복수의 선형모터에 의해 이동되는 상기 유지면상에 유지된 기판에 대해 디바이스제조공정을 행하는 수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스제조장치.
  6. 제 10항에 있어서, 상기 정압베어링은 다공질스로틀형 베어링인 것을 특징으로 하는 디바이스제조장치.
  7. 제 10항에 있어서, 상기 Z축방향과 상기 각 X, Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향으로의 안내를 제공하는 상기 각 복수의 비접촉정압베어링은 각각 원통형상의 정압베어링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스제조장치.
  8. 제 14항에 있어서, 상기 θZT스테이지에는 상기 XY스테이지에 의해 지지되는 적어도 3개의 구동 소자를 구비한 구동수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스제조장치.
  9. 제 10항에 있어서, 상기 XY스테이지는, (i) 상기 베이스상에 설치되어 있는 Y축방향정압안내면을 따라 이동가능한 Y스테이지와, (ii) 상기 Y스테이지를 이동시키는 Y스테이지용 구동수단과, (iii) 상기 Y스테이지와 함께 이동가능하고, 또 상기 Y스테이지상에 설치되어 있는 X축방향정압안내면을 따라 이동가능한 X스테이지와,(iv) 상기 X스테이지를 이동시키는 X스테이지용 구동수단을 구비하고, 상기 X스테이지 및 상기 Y스테이지는 개별적으로 상기 베이스상에 Z방향에 대해서 정압베어링에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스제조장치.
  10. 제 10항에 있어서, 상기 정압베어링은 표면조도가 1s(1㎛)이하인 안내면을 지닌 것을 특징으로 하는 디바이스제조장치.
  11. 제 11항에 있어서, 상기 정압베어링은 투과율이 5×10-16이하이고, 기공률이 20%이하인 다공질재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스제조장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 각 X, Y 및 Z축방향 및 상기 각 X, Y 및 Z축을 중심으로 한 회전방향에 각각 관련된 복수의 구동수단을 구비하고, 상기 각 구동수단은 선형모터인 것을 특징으로 하는 디바이스제장치.
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