KR100283784B1 - 기준 표면을 갖는 웨이퍼 스테이지 - Google Patents

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오'컨노 제프리
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로버트 제이. 리챠드슨
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Abstract

전자기 서브-스테이지와 전자기 모노리딕 스테이지는 전자가 그들 사이에 배치된 단일 기준표면을 지니는 후자를 따르도록 연결된다. X-Y 방향 이동을 위한 선형 모터를 지니는 서브-스테이지는 U 모양의 브랙킷에 의해 모노리딕 스테이지에 장착된다. 그 모노리딕 스테이지는 평평한 전자기 코일에 의해 현수되어 X, Y, Z 방향으로 모노리딕 스테이지 본체의 정확한 이동 및 Z 축 또는 θ에 대한 회전을 제공한다. 종동 제어수단은 서브-스테이지에 대한 모노리딕 스테이지의 이동을 연결 또는 탐지하여, 코일을 배치하는 모노리딕 스테이지는 각각의 자기 구조체내에 중심 일치된다. 기준 표면상에 놓인 공기 베어링과 협력하는 모노리딕 스테이지에 부착된 조절가능한 기계적 정지수단은 촛점 또는 Z 방향의 모노리딕 스테이지의 이동을 제한한다. 단일 기준 표면은 모노리딕 스테이지의 전체 이동범위 위로 연장한다. 이것은 정확한 위치 및 상기 장치의 소제 및 정비하는데 개선점을 제공한다. 모노리딕 스테이지의 모듈 특성(modular nature)은 검사 및 수리를 위해 용이한 제거를 허여한다.

Description

기준 표면을 갖는 웨이퍼 스테이지
제1도는 서브-스테이지(sub-stage)를 도시하는 사시도.
제2도는 모노리딕 스테이지(monolithic stage)를 도시하는 부분단면을 지니는 사시도.
제3도는 본 발명의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 베이스 프레임(base frame) 12 : 비임(beam)
14 : 서브-스테이지(sub-stage) 16, 18 : 선형 모터
20, 22, 28, 30 : 공기 베어링 36 : 브랙킷
40 : 모노리딕 스테이지 42 : 기준 표면
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것이고, 특히 마이크로리소그래피(microlithography)시스템에서 웨이퍼를 정렬 및 배치시키기위한 전자기 웨이퍼 스테이지에 관한 것이다.
[관련기술의 설명]
마이크로리소그래피를 사용하는 현재의 반도체 웨이퍼 제조에서는, 그 위에 회로형태가 형성되는 반도체 웨이퍼를 정확히 배치 및 정렬시키는 것이 필요하다. 반도체 웨이퍼상에 복제된 소자의 최소배선폭이 점차로 적어짐에 따라, 웨이퍼의 기계적인 배치 및 정렬에 대한 요구가 증가한다. 웨이퍼를 정렬 및 배치시키는데 사용된 웨이퍼 스테이지는, 본 발명의 발명자인 다니엘 엔. 갈버트에게 1990년 8월 28일자 허여된 “마이크로리소그래픽 장치”라는 명칭의 미합중국 특허 제 4,952,858호에 개시되어 있다. 거기에는, 모노리딕 스테이지, 서브-스테이지 및 절연된 기준 구조체를 포함하는 전자기 정렬장치가 개시되어 있다. 모노리딕 스테이지를 현수 및 배치시키기위하여 모노리딕 스테이지와 서브-스테이지 사이에 힘 액튜에이터가 삽입된다. 서브-스테이지의 위치를 제어하여 모노리딕 스테이지의 대략적인 위치를 따르기위한 수단 또한 개시되어 있다.
미합중국 특허 제 4,952,858호에 개시된 발명은 소기의 목적을 성취했지만, 더나은 성능과 정확도 및 반복가능한 배치를 지닌 웨이퍼 스테이지를 제공하기 위한 끊임없는 요구가 있다. 반도체 웨이퍼상에 배치된 계속 감소하는 최소 배선폭의 관점에서 이것은 특별히 유효하다.
[발명의 개요]
본 발명은 X-Y 방향에서 이동가능한 서브-스테이지를 지니는 웨이퍼 스테이지 및 서브-스테이지에 연결된 웨이퍼 척을 지니는 모노리딕 스테이지에 관한 것이다. 서브 스테이지와 모노리딕 스테이지 사이에는 매우 평평한 촛점 기준표면(ultra flat focus reference surface)이 위치한다. 기준 표면위에 모노리딕 스테이지를 현수 및 배치시키기 위해 현수 수단(Suspension means)가 사용된다. 기준 표면은 모노리딕 스테이지 및 서브-스테이지의 전체 운동영역위로 연장한다. 공기 베어링이 기준 표면상에 놓여 기준 표면으로부터 모노리딕 스테이지의 운동거리를 제한하는 기계적 정지수단을 제공한다.
따라서, 본 발명의 목적은 연장된 X-Y 방향 운동을 하는 웨이퍼 스테이지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 더 정확하고 정밀한 웨이퍼 스테이지를 제공하는 것이다.
본 발명의 장점은 웨이퍼 스테이지가 용이하게 유지되고 조절된다는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기준 표면으로부터 모노리딕 스테이지의 운동범위가 기계적 정지수단에 의해 미리 결정된 거리로 제한된다는 것이다.
본 발명의 특징은 서브-스테이지와 모노리딕 스테이지 사이에 넓은 평평한 기준 표면이 배치된다는 것이다.
본 발명의 또다른 특징은 기계적 정지수단으로서 공기 베어링이 사용된다는 것이다.
이러저러한 목적, 장점 및 특징들이 아래의 더 상세한 설명에서 명백히 될것이다.
[적절한 실시예의 설명]
제1도는 본 발명의 서브-스테이지를 도시한다. 베이스 프레임(10 : base frame)은 거기에 부착된 비임(12)을 지닌다. 서브-스테이지(14)는 비임(12)상에 놓인다. X 방향 운동은 선형 모터(16)에 의해 제어되고, Y 방향 운동은 선형 모터(18)에 의해 제어된다. 서브-스테이지(14)는 공기베어링상에 놓인다. X 방향의 운동은 상부 공기 베어링(20) 및 하부 공기 베어링(22)에 의해 안내된다. 그 공기 베어링(20)은 모가난 상부 공기 베어링 트랙(24)상에 놓이고, 하부 공기 베어링(22)은 모가난 하부 공기 베어링 트랙(26)상에 놓인다. Y 방향으로 서브-스테이지(14)의 운동은 좌측 공기 베어링(28) 및 우측 공기 베어링(30)에 의해 안내된다. 좌측 공기 베어링(28)은 모가난 좌측 공기 베어링 트랙(32)상에 놓이고, 우측 공기 베어링(30)은 모가난 우측 공기 베어링 트랙(34)상에 놓인다. 그렇게함으로써, 서브-스테이지(14)는 선형 모터 (16 및 18)의 범위내에서 원하는 X-Y위치로 제어 가능하게 이동된다. U-모양의 브랙킷(36)이 서브-스테이지에 연결된다. 브랙킷 및 서브-스테이지(14)의 하중부는 서브-스테이지 저항력(counter force) 수단(38)에 의해 받쳐진다.
제2도는 U-모양의 브랙킷(36)에 연결된 모노리딕 스테이지(40) 및 기준 표면(42)을 도시한다. 기준표면(42)은 제1도에 도시된 서브-스테이지(14)와 모노리딕 스테이지(40) 사이에 배치된다. 코일 플레이트(44)가 U-모양의 브랙킷(36)에 견고하게 부착된다. 모노리딕 스테이지(40)의 모노리딕 본체(46)는 4 개의 전자기 코일(56 및 58)로써 코일 플레이트(44)에 연결된다. 2개의 전자기 코일(56)은 Y 방향의 모노리딕 본체(46)의 상대운동을 제어한다.
2개의 코일(56) 중 단지 1 개만이 제2도의 절취부에 도시되어 있다. 또다른 코일(56)이 도시된 코일(56)의 대향면에 인접하여 배치된다. 2 개의 전자기 코일(58)은 X 방향의 모노리딕 본체(46)의 상대운동을 제어한다. 단지 하나의 코일(58)이 제2도의 절취부에 도시되어 있다. 다른 코일(58)은 도시된 코일(58)의 대향면에 인접하여 배치된다. 4개의 전자기 촛점 코일(52)이 모노리딕 본체(46)의 각각의 모서리에 배치된다. 단지 하나의 촛점 코일(52)이 제2도의 절취부에 도시되어 있다. 촛점 코일(52)은 촛점 또는 Z 방향에서 모노리딕 본체(46)를 이동시킨다. 그러므로, 촛점 코일은 기준 표면(42)으로부터 모노리딕 본체(46)의 거리를 제어한다. 모노리딕 본체(46)의 하중은 모노리딕 저항력 수단(50)에 의해 상쇄된다. 제2도에서 단지 2 개만이 도시된, 3 개의 공기 베어링(48)은 기준 표면상에서 활주한다. 제2도의 사시도에서 단지 2개만 도시된, 3개의 캡 게이지(54)는 Z축상에서 모노리딕 스테이지(40)의 모노리딕 본체(46)의 위치를 탐지하는데 사용된다. 공기 베어링(48)은 3 개의 만곡부(47 : flexure)에 의해 모노리딕 본체(46)에 부착된다. 3 개의 기계적 정지수단(49)이 공기 베어링(48)과 연계되고, 모노리딕 본체(46)에 부착된다. 3 개의 기계적 정지수단(49)중 단지 2 개만이 제2도에 도시되어 있다. 제 3 의 기계적 정지수단은 제2도의 간접 경(62 : interferometer mirror)의 시계로부터 가리워진 측상에 있다. 그 기계적 정지수단(49)은 모노리딕 본체(46)가 Z축을 따르는 예정된 운동범위에서 벗어나 이동하는 것을 저지하도록 조정가능하다. 이것은 기준 표면(42) 또는 투영렌즈(도시되지 않았음 : projection optics)와 우연한 접촉을 저지한다. 모노리딕 스테이지 및 제어부의 구조 및 서브-스테이지에 대한 연결은, 본원에서 참조 문헌으로 구체화된 미합중국 특허 제 4,952,858 호에 개시된 것과 유사하다. 웨이퍼 척(60)이 모노리딕 본체(46)에 부착되어 있다. 선형 게이지(도시되지 않았음)가 간섭경(62)과 함께 사용되어 모노리딕 스테이지(40) 모노리딕 본체(46)의 위치를 정확히 탐지한다. 상대위치 감지 수단(55)은 제 1 도에서 도시된 서브-스테이지(14) 및 모노리딕 본체(46)과 코일 플레이트(44) 사이의 상대위치를 탐지하는 모노리딕 본체(46)에 부착된 코일 플레이트(44)와 연계되는바, 상기 코일 플레이트는 U 모양의 브랙킷(36)에 의해 서브-스테이지(14)에 부착되어 있다. 감소되고(Damped), 휜(flexured), 차동 로드(64)가 사용되어 기준 표면(42)의 위치를 조절하고 유지한다.
제3도는 본 발명의 작동을 개략적으로 도시한다. 기준 표면(42)은 서브 스테이지(14)와 모노리딕 스테이지(40) 사이에 배치된다. 촛점 또는 Z 감지기(54)가 사용되어, 기준 표면(42)과 모노리딕 스테이지(40)사이의 거리를 탐지한다. 상대 위치 감지수단(55)은 U 모양의 브랙킷(36)을 통하여 모노리딕 스테이지(40) 및 서브 스테이지(14)와 연계되어, 모노리딕 스테이지(40) 및 서브 스테이지(14)의 상대위치를 탐지한다. 종동 제어수단(66 : follow control means)이 서브-스테이지(14), 상대 위치 감지수단(55) 및 모노리딕 스테이지(40)에 연결된다. 그 종동 제어수단(66)은 서브-스테이지(14)의 위치 제어용 수단을 제공하여, 모노리딕 스테이지(40)의 대략 위치를 따른다. 그러므로, 모노리딕 스테이지(40)는 서보 제어되고, 서브-스테이지(14)는 모노리딕 스테이지(40)의 위치를 추적하여, 모노리딕 스테이지를 예정된 위치내에 중심 일치시킨다. 그 예정된 위치는 전형적으로 제2도에 도시된 2코일(56 및 58) 들이 연계된 자기 구조 체내에 중심일치된 위치이다. 정지수단(49) 및 공기 베어링(48)은 모노리딕 스테이지(40)의 운동을 예정된 범위로 제한하여, 기준 표면 투영렌즈(도시되지 않았음) 또는 어떠한 다른 인접 구조체에 충돌한 가능성을 배제한다.
따라서, 본 발명의 웨이퍼 스테이지는 더 넓은 이동범위를 제공할뿐아니라 개선된 정확한 촛점 및 위치를 제공한다. 더 넓은 이동범위는 작동을 개선시키고 모노리딕 스테이지의 용이한 소제 및 정비를 허여한다. 부가적으로, 모노리딕 스테이지는 검사 및 수리를 위하여 용이하게 제거될 수 있다.
적절한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않은 다양한 변형물이 제조될 수 있다는 것이 당업자들에게 명백하다.

Claims (11)

  1. 베이스(base); 상기 베이스상에 놓인 서브-스테이지(sub-stage); 상기 서브-스테이지의 위치를 제어하기위한, 상기 서브-스테이지와 연계된 모터 수단(motor means); 모노리딕 스테이지(monolithic stage); 상기 서브-스테이지와 상기 모노리딕 스테이지 사이에 배치된 기준 표면(reference surface); 상기 기준 표면 위로 상기 모노리딕 스테이지를 현수 및 배치시키기위한, 상기 모노리딕 스테이지상에 장착된 현수 수단(suspension means); 상기 기준 표면으로부터 예정된 거리내에 상기 모노리딕 스테이지를 유지하기 위한, 상기 모노리딕 스테이지 및 상기 기준 표면과 연계된 정지 수단; 상기 모노리딕 스테이지의 위치를 감지하기 위한, 상기 모노리딕 스테이지와 연계된 감지 수단; 및 상기 서브-스테이지의 위치를 제어하여, 상기 모노리딕 스테이지의 대략 위치를 따르기위한, 상기 서브 스테이지, 상기 모노리딕 스테이지, 및 상기 감지 수단과 연계된 종동 제어수단(follw control means);을 포함하는 전자기 정렬 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정지 수단은, 상기 모노리딕 스테이지에 부착된 최소한 1개의 기계정 정지 수단; 및 상기 서브-스테이지에 부착되고, 상기 기준표면상에 놓인 최소한 1개의 공기 베어링(air bearing);을 포함하는 전자기 정렬 장치.
  3. 제2항에 있어서, 한단부에서 상기 서브-스테이지에 부착되고, 타단부에서 상기 모노리딕 스테이지에 부착된 U-모양의 브랙킷;을 더 포함하는 전자기 정렬 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모터수단은, X 방향으로 이동하는 제 1 선형 모터; 및 Y 방향으로 이동하는 제 2 선형 모터; 를 포함하는 전자기 정렬 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 현수 수단은, 다수의 전자기 코일들; 을 포함하는 전자기 정렬 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다수의 전자기 코일들은, 최소한 2개의 X 방향 배치 코일들; 최소한 2개의 Y 방향 배치 코일들; 및 최소한 4개의 Z 방향 배치 코일들; 을 포함하는 전자기 정렬 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 감지 수단은, Z 축을 따르는 상기 모노리딕 스테이지의 X-Y 위치를 탐지하는 간섭계(interferometer); Z 축을 따르는 상기 모노리딕 스테이지의 위치를 탐지하는 켑 게이지(cap gauge); 및 상기 서브-스테이지와 상기 모노리딕 스테이지 사이의 상대위치를 탐지하기 위한, 상기 서브-스테이지 및 상기 모노리딕 스테이지와 연계된 상대 위치 감지 수단; 을 포함하는 전자기 정렬 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기준 표면에 의해 형성된 면은 수직인 전자기 정렬 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 서브-스테이지의 하중을 지탱하기 위한, 상기 서브-스테이지에 부착된 서브-스테이지 저항력 수단(sub-stage counter force means); 및 상기 모노리딕 스테이지의 하중을 지탱하기 위한, 상기 모노리딕 스테이지에 부착된 모노리딕 저항력 수단( monolithic counter force means); 을 더 포함하는 전자기 정렬 장치.
  10. 2개의 레그(leg)를 지니는 베이스 프레임(base frame); 상기 베이스의 2 개의 레그 사이에 연장하는 비임; 상기 비임상에 장착된 X 방향 선형 모터; 상기 비임상에 장착된 서브 스테이지; 상기 서브-스테이지의 일부상에 장착된 Y 방향 선형 모터; 상기 서브-스테이지상에 장착된 U-모양의 브랙킷; 상기 U-모양의 브랙킷상에 장착된 코일 플레이트(coil plate); 상기 코일 플레이트상에 장착된 최소한 2 개의 X 방향 전자기 코일; 상기 코일 플레이트상에 장착된 최소한 4 개의 Z 방향 코일; 상기 Y 방향 코일, X 방향 코일, 및 Z 방향 코일에 의해 현수되고 배치된 모노리딕 본체(monolithic body); 상기 모노리딕 본체에 부착된 웨이퍼 척(wafer chuck); 상기 모노리딕 본체와 상기 서브-스테이지 사이에 배치된, 충분히 넓어서 상기 서브-스테이지 및 상기 모노리딕 본체의 전체운동 범위를 포함하는 단일 기준표면; 상기 기준표면을 따라 활주하도록 배치된 상기 코일 플레이트상에 장착된 최소한 3 개의 공기 베어링; 상기 모노리딕 본체의 회전을 포함하여, X-Y 위치를 탐지하기 위한, 상기 모노리딕 본체와 연계된 X-Y 방향 위치 감지수단; 상기 기준 표면과 상기 모노리딕 본체 사이의 변위를 탐지하기 위한 상기 모노리딕 본체와 연계된 Z방향 감지수단; 상기 코일 플레이트와 상기 모노리딕 본체 사이의 상대 위치를 탐지하기 위한, 상기 코일 플레이트 및 상기 모노리딕 본체와 연계된, 상기 모노리딕 본체의 위치를 탐지하여, 상기 모노리딕 본체를 상기 Y 방향 코일 및 상기 X 방향 코일의 이동변위에 대하여 예정된 상대위치내에 유지하기위한 상대위치 감지 수단; 및 상기 X 방향 선형모터, 상기 Y 방향 선형모터, 상기 Y 방향 코일 및 상기 X 방향 코일과 연계된 종동 제어수단(follow control means); 을 포함하는 반도체 제조에 사용하기 위한 전자기 정렬 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 예정된 위치는 상기 Y 방향 코일과 상기 X 방향 코일이 중심일치된 위치인; 반도체 제조용 전자기 정렬 장치.
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