KR100325644B1 - 노광장치에 사용하는 스테이지장치 및 스테이지 구동방법 - Google Patents
노광장치에 사용하는 스테이지장치 및 스테이지 구동방법 Download PDFInfo
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Abstract
스테이지장치는 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지와, 이 스테이지에 소정의 방향의 힘을 인가하는 제 1유닛과, 제 1유닛 및 이 제 1유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 이동시키는 이동기구와, 상기 스테이지의 위치 및 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 1계측기와, 제 1유닛 및 구조체중 어느 하나의 위치 및 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측기를 구비하고, 상기 스테이지는 제 1계측기의 계측값에 의거하여 제어되고, 상기 이동기구는 제 2계측기의 계측값에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 한다.
Description
발명의 분야 및 관련 기술
본 발명은 일반적으로 높은 정밀도의 위치결정성능이 요구되는 스테이지장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 레티클 또는 웨이퍼를 탑재해서 노광을 행하는 스테이지장치 등을 가지는 노광장치 및 이러한 노광장치를 사용한 디바이스제조방법에 관한 것이다. 다른 측면에서는, 본 발명은 높은 정밀도의 위치결정을 행하는 효과적인 스테이지구동방법에 관한 것이다.
도 15(A) 및 도 15(B)는 공지타입의 스테이지장치의 일례의 개략도이다. 베이스(도시생략)에는 가이드(802)가 고정되고, 이 가이드(802)에 대해서 1축방향으로 미끄럼이동가능하게 공작물(800)을 탑재하는 스테이지(801)가 지지되어 있다. 스테이지(801)의 대향면에는 선형 모터가동자(804)가 고정되어 있다. 각 가동자(804)는 선형 모터고정자(805)에 비접촉상태로 대면하고, 각 선형 모터고정자(805)는 도시되어 있지 않은 베이스에 고정되어 있다. 각 선형 모터가동자(804)는 4극자석(804a)과 자석의 자속을 순환시키는 요크(804b)를 일체로 한 것을 상하부에 배치해서 구성된다. 각 선형 모터고정자(805)는, 복수(이 예에서는 6개)의 코일(805a)을 1열로 배열한 것을 고정자프레임(805b)에 의해 함께 고정한 것으로 구성된다.
상기 설명한 선형 모터(803)는 통상의 무브러쉬 DC모터의 전개타입으로, 자석(404a)과 코일(805a)사이의 상대위치관계에 따라 구동코일 및 이것으로의 전류의 방향을 절환해서, 소망의 방향으로 소망의 힘을 발생하는 것이다.
상기 설명한 구조에서, 먼저, 스테이지(801)를 정지시킨 상태에서, 스테이지(801) 또는 자석(804a)의 위치에 따라 소정의 선형 모터코일에 소정의 방향의 전류를 소정 시간동안 인가해서, 스테이지(801)를 가속시켜, 소망의 속도에 도달하면, 가속을 종료하여, 일정속도로 제어해서, 예를 들면 노광 또는 검사 등의 소정의 작업을 행한다. 일정속도기간을 경화하면, 소정의 선형 모터코일에 소정의 방향의 전류를 소정의 시간동안 인가해서, 스테이지를 감속시키고, 스테이지이동을 정지시킨다.
스테이지의 위치는, 예를 들면 레이저간섭계 등의 고정밀도의 위치센서수단(도시생략)을 사용하여 계측하고, 목표위치에 관한 오차를 피할 수 있도록 가감속과는 별도로 선형 모터코일에 전류를 인가하도록 해놓고, 가속기간, 감속기간 및 일정속도기간 동안에도, 높은 정밀도의 위치제어를 행하도록 되어 있다.
도 16은 공지된 형태의 스테이지장치의 다른 예의 개략도이다. 이 스테이지장치는 일본국 공개특허 제 1995-183192호 공보에 개시된 것과 마찬가지이다. 베이스(903)상에 가이드(909)가 장착되고, 이 가이드(909)에 대해 미끄럼이동가능하게 스테이지(907)가 지지되어 있다. 또, 베이스(903)에는 로드(rod)의 신축을 통해서 위치결정을 행하는 작동기(즉, 엑츄에이터)유닛(901)이 설치되어 있다. 로드(905)의 단부와 스테이지(907)사이에는 보이스코일모터(906)와 클러치(904)가 설치되어 있다. 보이스코일모터(906)는 코일·자석구조(도시생략)로 이루어지고, 코일에 전류가 흐르면 로렌츠힘을 발생함으로써, 로드(905)와 스테이지(907)사이에서 구동력을 발휘한다.
상기 설명한 구성에 있어서, 스테이지를 구동하기 위해서는, 먼저 클러치(904)를 기계적 접촉을 통해 걸어맞춤하여, 로드(905)와 스테이지와의 접촉을 유지한다. 따라서, 작동기유닛(901)의 구동력을 스테이지에 전달함으로써, 스테이지의 대략적인 이동을 행한다. 스테이지의 대략적인 이동 후, 클러치(904)를 끊고, 그 후 보이스코일모터(906)의 구동력에 의해 로드(905)에 대해서 스테이지(907)를 구동하여, 스테이지(907)의 위치결정을 행한다.
클러치(904)를 보이스코일모터(906)에 대해서, 병렬로 설치함으로써, 작동기유닛(901)에 의한 긴 스트로크의 스테이지구동시에, 보이스코일모터(906)를 작동시킬 필요가 없어, 보이스코일모터(906)의 발열을 경감시키는 것이 가능해진다.
상기 설명한 제 1종래예에서와 같이 선형 모터만을 사용하여 스테이지를 구동할 경우, 항상 고정밀도의 위치결정제어가 얻어진다고 하는 점에서는 양호하나, 스테이지의 가감속시 다량의 열이 발생하고, 또한, 열원은 공작물에 가깝게 위치되어 버린다. 게다가, 상기 설명한 다상형 선형 모터는 코일을 절환해서 전류를 인가하므로, 선형 모터고정자 전체를 냉각시키는 것은 어렵다. 이러한 이유로, 공작물주변에 인접하는 몇몇 소자는 열팽창에 의해 변형되거나 또는 계측기준이 열팽창에 의해 변화될 수 있다. 또한, 레이저간섭계의 광로를 따른 공기밀도가 변화되어, 공작물의 위치결정 정밀도의 저하를 야기시킨다. 또한, 코일을 절환할 때 발생하는 추진력리플은 스테이지의 정밀한 위치결정을 방해할 수도 있다.
상기 설명한 제 2종래예에서와 같이, 작동기유닛과 스테이지사이에 보이스코일모터와 클러치를 병렬로 설치한 스테이지장치의 경우에, 작동기유닛을 통하여 스테이지가 이동되는 동안, 클러치가 걸어맞춤을 유지하므로, 보이스코일모터는 작동하지 않는다. 따라서, 작동기유닛의 대략적인 이동기간동안, 스테이지 목표위치의 편차가 축적되어, 보이스코일모터에 대해 요구되는 위치결정시간이 길어져 버린다. 또한, 클러치가 마찰 등의 기계적 접촉에 의거하므로, 스테이지의 정밀한 위치결정에는 한계가 있다.
또, 작동기유닛의 구동시에 클러치를 끊어 보이스코일모터를 작동시키면, 보이스코일모터는 큰 추진력을 발생시킬 필요가 있기 때문에, 발열량이 많아져, 스테이지의 위치결정 정밀도를 저하시키고 있었다.
또한, 보이스코일모터의 구동스트로크가 짧으면, 스테이지상에 설치된 가동자에 관해서 해당 모터의 고정자를 매우 정밀하게 위치결정시켜야만 한다. 이 경우에, 작동기유닛에 의한 로드의 위치결정은 매우 정밀하게 행할 필요가 있다. 그러나, 작동기유닛을 통한 로드의 위치결정제어는 레이저간섭계에 의해 계측된 스테이지의 현재위치에 의거하므로, 로드에 대해 높은 정밀도의 위치결정을 달성하는 것은 매우 어렵다.
도 1은 본원 발명의 제 1실시예에 의한 스테이지장치의 개략도.
도 2는 제 1실시예의 스테이지장치에서의 제어계의 블록도.
도 3은 본원 발명의 제 2실시예에 의한 스테이지장치의 개략도.
도 4는 제 2실시예의 스테이지장치에서의 제어계의 블록도.
도 5는 본원 발명의 제 3실시예에 의한 스테이지장치의 개략도.
도 6는 제 3실시예의 스테이지장치의 변형예의 개략도.
도 7는 제 3실시예의 스테이지장치에서의 제어계의 블록도.
도 8은 본원 발명의 제 4실시예에 의한 웨이퍼스테이지장치의 사시도.
도 9는 제 4실시예의 웨이퍼스테이지장치의 측정수단을 설명하는 개략도.
도 10은 제 4실시예의 웨이퍼스테이지장치의 분해도.
도 11은 제 4실시예의 웨이퍼스테이지장치의 제어도.
도 12는 본원 발명의 제 5실시예에 의한 노광장치의 개략도.
도 13은 반도체디바이스 제조과정을 설명하는 흐름도.
도 14는 웨이퍼프로세스를 설명하는 흐름도.
도 15(A), 도 15(B) 및 도 16은, 각각 공지된 형태의 스테이지장치의 예를 설명하는 개략도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
101: 스테이지 102: 가이드
103: 선형 모터 104: 선형 모터가동자
105: 선형 모터고정자 107: 자성체판
108: 전자석 108a: 코일
108b: 요크 110: 반송나사계
111: 너트 112: 모터
113: 반송용 나사 121: 이동목표지시수단
122: 프로파일생성수단 123: 가속프로파일생성수단
125: 미동선형 모터위치서보계 126: 산술수단
127: 모터전류증폭기 128: 간섭계
131: 흡인피드-포워드(FF)계 132: 보정수단
133: 조정수단 134: 전자석전류증폭기
135: 이동피드백(FB)계 201: 스테이지
203: 미동선형 모터 204: 선형 모터가동자
204X, 205X, 205Y1, 205Y2: 코일 205: 가동자
206: 지지프레임 207: 자성체판
208: 전자석 208a: 코일
208b: 요크 210A, 210B: 반송나사계
211B: 너트 212B: 모터
213A: 반송용나사 221: 이동목표지시수단
222: 위치프로파일생성수단 223: 가속프로파일생성수단
225: 미동선형 모터위치서보계 226: 연산수단
227: 모터전류증폭기 228: 간섭계
231: 흡인피드-포워드(FF)계 232: 보정수단
233: 조정수단 234: 전자석전류증폭기
301: 스테이지 303: 미동선형 모터
306: 지지프레임 307: 자성체판
308: 전자석 310: 반송나사계
321: 이동목표지시수단 322: 위치프로파일생성수단
323: 가속프로파일생성수단 325: 미동모터위치서보계
326: 연산기 327: 모터전류증폭기
328: 간섭계 331: 흡인피드-포워드(FF)계
332: 보정수단 334: 전자석전류증폭기
501: 웨이퍼 천정판 502: 베이스테이블
508: 전자석 510: 선형 모터
511: 가동자 512: 고정자
521: 목표지시수단 522: 위치프로파일생성수단
523: 가속프로파일생성수단 531: 흡인포워드(FF)계
532: 보정수단 533: 조정수단
534: 전자석전류증폭기 551: Y스테이지
552: X요가이드 553: Y슬라이더
554: Y슬라이더 561: X스테이지
562: X스테이지측판 563: X스테이지상부판
564: X스테이지마루판 571: 웨이퍼척
572: 오목부 574: 2극 자석
575: 요크 576: 측판
583: 전자석지지원주 585: 자성블록
586: 코일 693: 웨이퍼스테이지
694: 레티클스테이지베이스 695: 레티클스테이지
696: 배럴베이스 697: 투영광학계
698: 댐퍼 699: 조명광학계
800: 공작물 801: 스테이지
802: 가이드 804: 선형 모터가동자
805: 선형 모터가동자 804a: 4극자석
804b: 요크 805a: 코일
805b: 고정자프레임 901: 작동기유닛
903: 베이스 904: 클러치
905: 로드 906: 보이스코일모터
907: 스테이지 909: 가이드
본 발명의 목적은 상기 설명한 문제중 적어도 하나를 해결함으로써, 고정밀도·고속의 스테이지장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 측면에 의하면, 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지와; 상기 스테이지에 소정의 방향으로 힘을 인가하는 제 1유닛과; 상기 제 1유닛 및 해당 제 1유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 이동시키는 이동수단과; 상기 스테이지의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 1계측수단과; 상기 제 1유닛과 상기 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측수단을 구비하고; 상기 스테이지는 상기 제 1계측수단의 계측값에 의거해서 제어되고, 상기 이동수단은 상기 제 2계측수단의 계측값에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치가 제공된다.
본 발명의 상기 측면의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제 1유닛은 상기 제 1계측수단의 계측값에 의거해서 제어되어도 되고, 상기 제 1유닛은 상기 스테이지의 목표위치에 관한 정보에 의거해서 제어되어도 되며, 상기 제 1유닛은 선형 모터를 포함해도 된다. 또 상기 제 1유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가져도 된다. 상기 이동수단은 상기 스테이지의 목표위치에 관한 정보에 의거해서 제어되어도 되고, 상기 이동수단은 선형 모터와 볼나사중 어느 하나를 포함해도 되며, 상기 스테이지는 3개의 자유도 방향으로 이동가능해도 되고, 상기 제 1유닛은 3개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작가능해도 된다. 또한, 상기 이동수단은 상기 제 1유닛과 상기 구조체중 어느 하나를 1개의 자유도 방향으로 이동시키도록 동작되어도 되고, 상기 스테이지는 6개의 자유도 방향으로 이동가능해도 되며, 상기 제 1유닛은 6개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작되어도 되고, 상기 이동수단은 XY스테이지이어도 되며, 상기 스테이지장치는 상기 제 1유닛과는 별도의 제 2유닛을 또 구비해도 된다. 상 기 제 2유닛은 상기 스테이지의 목표위치에 관한 정보에 의거해서 제어되어도 되고, 상기 제 2유닛은 상기 스테이지의 목표위치에 관한 정보에 의거해서 피드포워드제어되어도 되고, 상기 정보는 상기 스테이지의 가속에 관계되어도 되며, 상기 제 2유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가져도 된다.
상기 스테이지장치는 상기 제 2유닛과 해당 제 2유닛을 포함하는 제 2구조체중 어느 하나를 이동시키는 제 2이동수단을 또 구비해도 되고, 상기 이동수단은 상기 제 1 및 제 2유닛을 일체적으로 이동하도록 동작되어도 된다. 상기 제 2유닛은 전자석을 포함해도 되고, 상기 제 2유닛은 서로 대향하고 상기 소정의 방향에 평행한 힘을 발생하는 적어도 한 셋트의 전자석을 포함해도 된다. 또한, 상기 제 2유닛은 1개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작되어도 되고, 상기 제 2유닛은 2개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작되어도 된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지와; 상기 스테이지에 소정의 방향으로 힘을 인가하는 제 1유닛과; 상기 스테이지에 소정의 방향으로 힘을 인가하는, 상기 제 1유닛과는 별도의 제 2유닛과; 상기 제 2유닛 및 해당 제 2유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 이동시키는 이동수단을 구비하고; 상기 스테이지의 위치결정은 상기 제 1유닛에 의거해서 행하고, 상기 스테이지의 가감속은 상기 제 2유닛에 의거해서 행하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치가 제공된다.
본 발명의 상기 측면의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제 2유닛은 상기 제 1유닛에 의해 발생된 힘보다도 큰 힘을 발생하도록 동작되어도 되고, 동일한 구동력을 발생하기 위해, 상기 제 2유닛의 발열량이 상기 제 1유닛의 발열량보다도 작아도 되며, 상기 제 1유닛은 코일과 자석을 사용하여 전자기력을 발생하도록 동작되어도 되고, 상기 제 2유닛은 자성소자와 전자석을 사용하여 흡인력을 발생하도록 동작되어도 된다. 또, 상기 제 2유닛은 서로 대향하고 상기 소정의 방향에 평행한 힘을 발생하는 적어도 1셋트의 전자석을 포함해도 된다. 상기 스테이지장치는 스테이지의 위치를 계측하는 제 1계측수단을 또 구비해도 되고, 상기 제 1유닛은 상기 제 1계측수단의 계측값에 의거해서 제어되어도 된다. 상기 스테이지장치는 상기 제 2유닛의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측수단을 또 구비해도 되고, 상기 이동수단은 상기 제 2계측수단의 계측값에 의거해서 제어되어도 된다.
또, 상기 제 2유닛은 상기 스테이지의 이동스트로크 전체에 걸쳐서 해당 스테이지에 힘을 인가하는 기능을 가져도 되고, 상기 이동수단은 상기 제 1 및 제 2유닛을 일체적으로 이동하도록 동작되어도 된다. 상기 스테이지장치는 상기 제 1유닛과 해당 제 1유닛을 포함하는 제 2구조체중 어느 하나를 이동시키는 제 2이동수단을 또 구비해도 되고, 상기 스테이지장치는 상기 제 1유닛과 제 1유닛을 포함하는 제 2구조체중 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 3계측수단을 또 구비해도 된다. 상기 제 2이동수단은 상기 제 3계측수단의 계측값에 의거해서 제어되어도 되고, 상기 스테이지장치는 상기 스테이지의 가속에 관한 신호를 생성하는 가속정보생성수단과, 상기 스테이지의 위치에 관한 신호를 생성하는 위치 정보발생수단을 또 구비해도 되고, 상기 제 1유닛은 상기 위치정보발생수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되어도 되고, 상기 제 2유닛은 상기 가속정보발생수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되어도 된다.
상기 제 2유닛은 상기 가속정보생성수단으로부터의 신호에 의거해서 피드포워드제어되어도 되고, 상기 이동수단은 상기 위치정보생성수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되어도 된다. 상기 스테이지는 3개의 자유도 발생으로 이동가능해도 되고, 상기 제 1유닛은 3개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작되어도 되고, 상기 제 2유닛은 1개의 자유도 방향으로 스테이지에 힘을 인가하도록 동작되어도 된다. 상기 이동수단은 상기 제 1유닛 및 제 1유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 1개의 자유도 발향으로 이동하도록 동작되어도 된다. 상기 스테이지는 6개의 자유도 방향으로 이동가능해도 되고, 상기 제 1유닛은 6개의 자유도방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작되어도 되고, 상기 제 2유닛은 2개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작되어도 된다. 상기 이동수단은 상기 제 2유닛 및 해당 제 2유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 2개의 자유도 방향으로 이동시키는 기능을 가져도 되며, 상기 이동수단은 XY스테이지이어도 된다. 상기 제 1유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가져도 되며, 상기 제 2유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가져도 된다.
본 발명의 또다른 측면에 의하면, 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지와; 상기 스테이지의 소정의 방향으로 힘을 인가하는 유닛과; 상기 유닛 및 해당 유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 이동시키는 이동수단과; 상기 스테이지의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 1계측수단과; 상기 유닛과 상기 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측수단과; 상기 스테이지의 목표위치에 의거해서 신호를 생성하는 신호생성수단을 구비하고; 상기 유닛은 상기 신호생성수단으로부터의 신호와 상기 제 1계측수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되고, 상기 이동수단은 상기 신호생성수단으로부터의 신호와 상기 제 2계측수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치가 제공된다.
본 발명의 상기 측면의 바람직한 형태에 있어서, 상기 유닛은 상기 신호생성수단으로부터의 신호와 상기 제 1계측수단으로부터의 신호사이의 차이분에 의거해서 제어되어도 되고, 상기 이동수단은 상기 신호생성수단으로부터의 신호와 상기 제 2계측수단으로부터의 신호사이의 차이분에 의거해서 제어되어도 된다. 상기 신호생성수단으로부터의 신호는 스테이지의 위치에 관한 것이어도 되고, 상기 유닛은 선형 모터를 포함해도 된다. 상기 스테이지장치는 스테이지에 힘을 인가하는, 유닛으로부터 독립된 제 2유닛을 또 구비해도 되고, 상기 제 2유닛은 상기 신호생성수단으로부터의 신호에 의거해서 피드포워드제어되어도 되고, 상기 제 2유닛은 상기 제 1이동수단 및 상기 이동수단과는 별도의 제 2이동수단중 어느 하나에 의해 이동되어도 되며, 상기 제 2유닛은 전자석을 포함해도 된다.
본 발명의 또다른 측면에 의하면, 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지와; 자성체 및 이 자성체의 대향면상에 배치된 적어도 1셋트의 전자석을 가지는 유닛을 구비하고; 상기 유닛의 자성체 및 전자석중 어느 하나는 상기 스테이지에 의해 유지되고, 상기 자성체와 전자석은 스테이지의 회전운동에 관계없이 서로 대향하여 유지되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치가 제공된다.
본 발명의 상기 측면의 바람직한 형태에 있어서, 상기 자성체와 전자석의 대향하는 면은 원통형상과 구형상중 어느 하나이어도 되고, 상기 자성체는 원호형상과 컵형상중 어느 하나이어도 되며, 상기 전자석은 E자 형상을 가져도 된다. 상기 E자 형상 전자석의 단부면은 원호형상과 컵형상중 어느 하나를 가져도 된다. 상기 스테이지는 XY방향으로 이동가능해도 되고, 상기 유닛은 XY방향에 관해서 상기 자성체를 샌드위치하도록 배치된 적어도 2셋트의 전자석을 포함해도 된다. 상기 스테이지장치는 상기 스테이지에 의해 유지되지 않는 다른 자성체와 전자석을 이동시키는 이동수단을 또 구비하여, 상기 스테이지가 이동해도 해당 자성체와 전자석이 서로 대향하여 유지되도록 해도 된다. 상기 자성체는 상기 스테이지의 측면상에 배치되어도 된다. 상기 스테이지장치는 상기 전자석의 합력을 소정의 레벨로 조정하는 조정수단을 또 구비해도 되고, 상기 유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가져도 된다.
상기 설명한 스테이지장치중 어느 하나를 본 발명의 범위내에서 사용하는 노광장치와 디바이스제조방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 의하면, 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 1계측공정과; 작동기를 가지는 유닛 및 해당 유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측공정과; 상기 유닛을 통하여 상기 스테이지에 힘을 인가하는 인가공정과; 이동수단을 통하여 소정의 방향으로 상기 유닛을 이동시키는 이동공정과; 상기 제 1계측공정에서 얻어진 제 1계측값에 의거해서 상기 스테이지를 제어하는 제 1제어공정과; 상기 제 2계측공정에서 얻어진 제 2계측값에 의거해서, 상기 유닛과 상기 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 제어하는 제 2제어공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법이 제공된다.
본 발명의 상기 측면의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제 2제어공정은 상기 유닛을 제어하는 공정을 포함해도 되고, 상기 유닛제어공정에서, 상기 유닛은 제 1계측값과 목표값에 의거해서 제어되어도 되며, 상기 유닛과는 별도의 제 2유닛을 통하여 상기 스테이지에 힘을 인가하는 제 2인가공정을 또 구비해도 되고, 상기 제 2유닛은 목표값에 의거해서 피드포워드제어되어도 된다.
본 발명의 또다른 측면에 의하면, 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 1계측공정과; 작동기를 가지는 유닛 및 해당 유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측공정과; 상기 유닛을 통하여 상기 스테이지에 힘을 인가하는 인가공정과; 이동수단을 통하여 소정의 방향으로 상기 유닛을 이동시키는 이동공정과; 상기 스테이지의 목표위치에 의거해서 신호를 생성하는 신호생성공정과; 상기 제 1계측공정에서 얻어진 제 1계측값과 상기 신호생성공정에서 얻어진 신호에 의거해서 상기 스테이지를 제어하는 제 1제어공정과; 상기 제 2계측공정에서 얻어진 제 2계측값과 상기 신호생성공정에서 얻어진 신호에 의거해서 상기 유닛과 상기 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 제어하는 제 2제어공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법이 제공된다. 상기 스테이지구동방법은 상기 신호생성공정에서 얻어진 신호와 상기 제 1계측값사이의 차이분을 검출하거나, 또는 상기 신호생성공정에서 얻어진 신호와 상기 제 2계측값사이의 차이분을 검출하는 공정을 또 구비해도 된다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 설명을 고려하면 더욱 명백해질 것이다.
[바람직한 실시예의 설명]
본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부한 도면을 참조하면서 이하 설명한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 스테이지장치의 개략도이다.베이스(도시생략)에 가이드(102)가 고정되어 있고, 이 가이드(102)에 대해서 1축방향(소정 방향)으로 왕복운동으로 미끄럼가능하게 공작물을 탑재하는 스테이지(101)가 지지되어 있다. 스테이지(101)의 한쪽에는 선형 모터가동자(104)가 견고하게 장착되어 있고, 해당 선형 모터가동자(104)에는 선형 모터고정자(105)가 비접촉으로 대면하고, 상기 선형 모터고정자(105)는, 도시되어 있지 않은 베이스에 고정되어 있다.
선형 모터(103)의 기구는 전술한 종래의 모터기구와 거의 마찬가지이지만, 전술한 종래예에 비해서 소출력형이어도 된다. 이 선형 모터는, 하드웨어 또는 소프트웨어적인 전류제한계를 가지는 제어계가 설치되어 있고, 따라서 큰 발열을 초래하는 대전류의 흐름이 방지된다. 또, 제어계가 정상적으로 작동하는 한, 상기 제한계의 설비와 관계없이, 이러한 발열을 초래하는 전류는 흐르지 않는다(이에 대해서는 나중에 설명함).
자성체판(107)은 스테이지(101)의 다른 쪽에 설치되어 있다. 자성체판(107)을 전자석사이에 끼워서, 한쌍의 전자석(108)이 서로 대향하도록 배열되어 있다. 전자석(108)은 너트(111)를 사용하여 고정되었다. 너트(111)는 모터(112)와 반송용 나사(113)에 의해, 스테이지(101)와 대략 같은 방향으로 이동될 수 있다. 따라서, 너트(111), 모터(112) 및 반송용 나사(113)를 구비하는 반송나사계(110)에 의해, 1쌍의 전자석(108)은 스테이지(101)와 대략 같은 방향으로 이동될 수 있다.
전자석을 이동하기 위한 반송나사계(110)(이동기구)는 도시되지 않은 베이스에 고정되어 있다. 또, 1쌍의 전자석을 구성하는 각각의 전자석(108)과 자성체판(107)은, 작은 간격을 개재하여 서로 접촉하지 않도록 유지되어 있다. 각각의 전자석(108)은 아치형상의 요크(108b)와 그 주위에 권선된 코일(108a)로 이루어진다. 코일(108a)에 전류를 흐르면, 요크(108b)와 자성체판(107)의 사이에서 흡인력이 발생된다. 전자석(108)의 코일(108a)로 흐르는 전류는 각각 독립적으로 제어될 수 있다. 그러므로, 코일이 인가된 전류를 조정함으로써, 자성체판과 전자석 사이에서 발생된 흡인력이 조정될 수 있다. 따라서, 1쌍의 전자석으로부터 자성체판으로 인가되는 합력뿐만 아니라 그 합력의 방향을 조정할 수 있다.
도 2는 스테이지장치를 구동제어하는 제어계의 블록도이다. 스테이지(101)의 이동목표를 발생하는 이동목표지시수단(121), 발생된 목표에 의거해서, 그 시간과 그 시간에 대응하는 스테이지 목표위치 사이의 관계를 생성하는 위치프로파일 생성수단(122) 및 생성된 목표에 의거해서 그 시간과 그시간 동안에 생성되는 가속도와의 관계를 생성하는 가속프로파일생성수단(123)을 구비하고 있다.
위치프로파일생성수단(122)의 출력은, 미동(微動: 즉, 미세미동)선형 모터(103)를 제어하는 미동 선형 모터 위치서보계(125)와, 반송나사계(110)의 모터(112)를 피드백제어하는 이동피드백(FB)계(135)로 입력된다. 가속프로파일생성수단(123)의 출력은 전자석(108)의 흡인력을 피드-포워드 제어하는 흡인피드-포워드(FF)계에 인가된다.
미동 선형 모터 위치서보계(125)는 산술수단(126), 모터전류증폭기(127), 선형 모터(103) 및 간섭계(128)로 이루어져 있다. 산술수단(126)은, 예를 들면, 위치프로파일생성수단(122)에 의하여 지정되는 스테이지의 현재목표위치와 간섭계(128)에 의하여 측정되는 스테이지(101)의 현재위치와의 차이에, PID 등으로 대표되는 제어연산을 행하도록 작동한다. 산술의 결과, 아날로그 전압이 증폭기(127)에 인가된다. 모터전류증폭기(127)는 생성된 아날로그 출력전압에 비례하는 전류를 선형 모터에 공급하는 미동 전류증폭기이다. 선형 모터(103)는, 상기에서 설명한 바와 같은 구조를 가지며, 공급된 전류에 응답하여, 스테이지(101)에 추력을 인가한다. 간섭계(128)는 스테이지(101)위에 장착된 반사거울(129)의 위치를 측정하고, 따라서, 스테이지 (또는 스테이지와 일체하여 설치된 가동자)의 위치를 측정한다. 미동 선형 모터위치서보계(125)는 위치프로파일생성수단(122)의 출력을 지시신호로서 사용할 때 작동하는 통상의 위치서보계이다. 큰 추력이 필요할 때, 흡인피드-포워드(FF)계(131)는 추력을 생성하기 위하여 작동한다. 따라서, 선형 모터(103)는 목표위치에 관하여 위치편차를 제거하기 위해 필요한 작은 추력만을 생성하기 위하여 요구되므로, 큰 발열을 초래하는 전류가 흐르지 않는다. 또한, 전류의 흐름은 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 제한되고, 흡인피드-포워드(FF)계(131)에 관련된 동작이 오동작이어도, 심각한 발열을 초래하는 전기전류의 흐름은 방지될 수 있다.
흡인피드-포워드(FF)계(131)는 자성체판(107)과 1쌍의 전자석(108) 사이의 합성추력을 생성하는 제어계이고, 상기 추력은 가속프로파일 생성수단(123)의 출력에 비례한다. 흡인FF계(131)는 보정수단(132), 조정수단(133) 및 두 개의 전자석 전류증폭기(134)를 구비하고 있다. 전자석전류증폭기(134)는, 각각의 전자석(108)의 코일(108a)에 각각 독립적으로 전류를 공급한다.
보정수단(132)은, 전자석(108)의 전류와 흡인력사이의 비선형 관계를 보정하도록 기능하고, 제곱근연산기를 구비하고 있다. 일반적으로, 전자석의 흡인력은 전자석의 전류의 제곱에 비례한다. 스테이지(101)를 구동하기 위하여 생성되는 흡인력은 가속프로파일생성수단의 출력에 비례한다. 따라서, 일단 가속프로파일생성수단(123)의 출력의 제곱근이 검출되고 그것이 지시신호로 취해지면, 가속프로파일생성수단(123)의 출력의 제곱근의 제곱에 비례하는 흡인력을 생성할 수 있다. 또한, 가속프로파일생성수단(123)의 출력부호는 양 또는 음이므로, 제곱근 연산은 출력의 절대값으로 하여 행하며, 연산후에 부호를 부가해서 조정수단에 부여하도록 되어 있다.
조정수단(133)은 쌍의 전자석(108)과 자성체판(107)사이에 작용하는 흡인력을 조정하도록 기능하고, 따라서 이들의 흡인력은 소망의 크기와 방향의 흡인력으로 합성된다. 전류의 방향과 관계없이, 전자석은 자성체판을 흡인하기 위한 힘만을 생성할 수 있다. 이것을 고려하여, 1쌍의 전자석은, 그들사이에 있는 자성체판을 끼우도록 놓여있고, 따라서 이들 전자석은 자성체판에 대향하는 힘을 생성하여 인가한다. 이들의 두 힘을 조정함으로써, 자성체판 위에 작용하는 합력의 크기와 방향이 제어된다. 상기 설명한 보정수단(132)의 출력부호에 의하여, 1쌍의 전자석중 어느 쪽에 전류를 인가할 지를 선택하고, 상기 보정수단(132)의 출력에 비례하는 값을 전류증폭기(134)에 인가해서, 다른 쪽의 전자석(108)의 전류를 "0"으로 제어하도록 하는 것이 보다 간단한 구성이다. 이와 같은 결과로서, 가속프로파일생성수단(123)의 출력에 비례하는 추력은, 소망의 방향으로, 1쌍의 전자석(108)으로부터 자성체판(107)으로 인가된다.
보정수단(132)의 출력이 "0"일 때, 동일한 레벨의 바이어스전류는, 두개의 전자석(108)에 인가된다. 이에 의해, 전류와 전자석의 BH곡선의 동작중심과의 관계, 즉, 자계의 강도와 자속밀도사이의 관계가 한층더 선형으로 되는 효과를 제공한다. 이 경우에, 보정수단(132)과 조정수단(133)은 일체로 되어서, 가속프로파일(123)의 출력에 응답하여, 2개의 전자석에 적합한 전류를 지정하는 동작을 한다. 구체적으로는, 가속프로파일생성수단의 출력이 양의 이동방향으로 Va, 바이어스전류가 Ib일 때, 양의 이동방향으로 흡인력을 발생하는 전자석코일전류를 Ip, 음의 이동방향으로 흡인력을 발생하는 전자석코일전류를 Im이라 하면, 소정의 비례상수 K에 대하여, Va=K[Ip - Ib)2- (Im - Ib)2]의 식을 만족하는 이들 Ip와 Im이 출력된다.전자석의 흡인력은 선형 모터의 로렌츠힘에 비해서 작은 암페어-턴으로 큰 추력을 생성할 수 있으므로, 종래의 선형 모터만을 사용한 스테이지의 가속 및 감속시의 발열과 비교하면, 전자석의 발열은 매우 작아 어떠한 문제도 야기되지 않는다.
일정속도로 주행중에는, 전자석(108)의 전류는 "0"으로 제어된다. 따라서, 마루진동 등의 어떠한 외부의 방해도 전자석을 통해서 스테이지장치에 전달되지 않는다. 이 상태에서, 미동선형 모터만이 매우 정밀하게 스테이지를 제어한다.
이동피드백(FB)계(135)는, 1쌍의 전자석의 위치가 위치프로파일을 이동시켜서 뒤따르도록 하는 작용을 한다. 전자석은, 적은 발열로 큰 흡인력을 생성하는 이점을 갖는 반면에, 상대의 자성체와의 빈틈은 좁게 유지되어야 한다. 소망의 힘이 전자석(108)으로부터 자성체판(107)으로, 그 다음에 스테이지(101)로 계속해서 인가되는 것을 보장하기 위해, 전자석(108)은 스테이지(101)의 이동에 따라 이동되어서 상기 빈틈을 일정하게 유지할 필요가 있다. 이것을 고려해서, 전자석(108)의 위치를 모터(112)의 엔코더(138)를 개재하여 피드백하도록 기능하는 위치제어계(135)로 위치프로파일을 입력하고, 따라서 모터(112)와 반송용 나사(113)에 의해 전자석(108)을 스테이지(101)와 대략 동일한 위치 프로파일을 뒤따르도록 이동시켜, 전자석(108)과 스테이지(101)의 상대위치는 거의 일정하게 유지될 수 있도록 하고 있다.
모터(112)는, 전자석(108) 및 나사계(110)의 너트(111)를 가감속시키는 데 필요한 토크이외에, 스테이지의 가감속시에 전자석(108)에 의해 생성되는 흡인력의 합력에 상당하는 토크를 발생할 필요가 있다. 이것은, 스테이지에 인가되는 인력이 전자석을 통하여 너트에도 전달되기 때문이다.
또한, 스테이지(101)의 가속시에 위치제어계(125)에 스테이지(101)의 위치오차가 축적되면, 가속종료후의 위치제어(또는 속도제어)를 위한 안정화시간이 길어지므로 바람직하지 않다. 이것을 고려하여, 도 2의 구조에 부가하여, 가속프로파일생성수단(123)의 출력은 제어연산기의 출력에 가산되고, 그 합이 모터전류증폭기(137)로 입력되어도 된다. 이에 의해 피드-포워드제어와 같이 모터(112)에 가속명령을 할 수 있으므로, 스테이지(101)의 가속주기동안에 위치오차의 축적없이 전자석(108)을 이동할 수 있다. 결국, 모터(112)내에는 특정한 발열량이 있다. 그러나, 가열원은 국부적으로 집중되므로, 비교적 용이하게 냉각될 수 있다. 스테이지로부터 또는 스테이지위에 장착된 공작물과는 거리가 떨어져서 배치될 수 있으므로, 스테이지(101)위에 또는 스테이지위에 장착된 공작물에 발열이 실질적으로 영향을 끼치지 못한다. 가속주기후 스테이지(101)가 일정한 속도로 주행하고 있는 동안, 나사반송계(110)는 전자석(108)과 자성체판(107)이 접촉하지 않도록 너트(111)의 위치를 스테이지(101)와 대략 같은 속도로 주행시킨다.
상기 설명한 바와 같이, 반송나사계(110)와 전자석(108)에 의해 스테이지(101)를 가속되고, 가속이 종료되었을 때, 전자석에 흐르는 전류를 "0"으로 해서, 마루진동을 절연시킨다. 이와 동시에, 반송나사계(110)를 사용함으로써, 전자석(108)과 자성체판(107)이 접촉하지 않도록, 스테이지의 이동에 동기하여 전자석(108)의 위치를 제어한다. 이들 동작과 함께, 미동선형 모터(103)에 의해 고정밀도로 일정하게 위치제어(또는 속도제어)를 행하도록 함으로써, 고정밀위치제어 뿐만 아니라 높은 추력 및 낮은 발열을 동시에 달성할 수 있다.
이 실시예에 의하면, 자성체판과 전자석 사이에 발생되는 흡인력을 사용함으로써 스테이지를 구동하므로, 비접촉으로 낮은 발열에 의하여 스테이지를 구동할 수 있다.
또한, 전자석을 구동하는 반송나사구동계를 구비함으로써, 긴 스트로크에 대해 흡인력에 의거해서 스테이지를 구동할 수 있다. 또, 전자석이 반송나사계에 의하여 이동하고 있을 때에는, 전자석과 자성체판 사이에 발생되는 흡인력을 개재하여 반송나사계의 구동력이 스테이지에 전달된다. 따라서, 전자석과 자성체판은 반송나사계의 구동력을 스테이지에 전달하는 비접촉클러치와 같은 기능을 한다.
선형 모터를 병렬로 설치함으로써, 전자석의 흡인력에 의거한 스테이지구동과 선형 모터의 로렌츠힘에 의거한 스테이지구동을 병용할 수 있다. 그러므로, 큰 추력이 필요한 스테이지의 가감속시에는, 발열이 적은 전자석의 흡인력에 의거한 스테이지의 구동을 행하고, 그다지 큰 추력이 필요하지 않는 스테이지의 정속운동 또는 스테이지의 위치제어시에는, 선형 모터를 사용하는 것이 바람직하다.
이 실시예에 의하면, 전자석의 흡인력을 이용한 스테이지구동수단과, 선형 모터수단을 병용하고 있으나, 선형 모터는 스테이지구동 또는 위치결정에 항상 필요한 것은 아니다. 전자석을 이동시키는 구동계뿐만 아니라 전자석과 자성체판이 있으면, 스테이지의 위치결정동작을 행할 수 있다. 또한, 전자석을 이동시키는 구동계에 관하여는, 전자석과 자성체판 사이의 거의 일정한 간격을 유지하는 위치결정정밀도만이 요구된다. 따라서, 스테이지위치결정정밀도로서 매우 높은 위치결정정밀도가 반송나사계에 요구되는 것은 아니다.
이 실시예에서는, 흡인력이 전자석과 자성체판 사이에 발생되므로, 자성재료는 철을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 이것이 필수조건은 아니다. 예를 들면, 영구자석 또는 전자석이 자성체부재로 사용되면, 스테이지는 흡인력이 아닌, 척력에 의거해서 구동될 수 있다. 그러나 전자석의 흡인력이 척력보다 더욱 효과적이므로, 흡인력을 이용하는 것이 바람직하다.
이 실시예에 의하면, 흡인력에 의거한 스테이지의 구동은 비접촉으로 행해질 수 있으므로, 전자석에 의거한 스테이지의 가감속시에, 선형 모터를 동시에 동작시킴으로써, 가감속주기 동안이어도 매우 정밀하게 위치결정동작을 행할 수 있다.
이 실시예에서는, 자성체부재는 스테이지쪽에 배치하고, 전자석은 반송나사쪽에 배치하고 있으나, 이와 반대로 배치해도 된다. 그러나, 본 실시예와 같이 자성체부재를 스테이지쪽에 배치하는 쪽이, 전자석을 스테이지쪽에 배치하는 경우에 비해서, 스테이지에 배선을 할 필요가 없으므로, 스테이지에의 외란을 감소할 수 있다.
이 실시예에서는, 전자석의 이동에 반송나사계를 사용하고 있지만, 그것은 필수조건이 아니다. 어떠한 다른 기구도, 스테이지의 이동에 동기하여 전자석을 이동시키는 조건하에서 사용되어도 된다. 예를 들면, 벨트나 실린더 기구를 이용해서, 전자석을 이동시켜도 된다.
[실시예2]
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 스테이지장치를 도시하고 있다.
도시되어 있지 않지만, 평면가이드가 베이스위에 고정되어 장착되어 있다. 스테이지위의 공작물을 운반하는 스테이지(201)는, 두 개의 축(X 및 Y)을 따르는 병진이동 및 회전방향 θ로의 미끄럼이동에 대해서 가이드에 의하여 지지되어 있다. 스테이지(201)의 2개의 변에는, 선형 모터가동자(204)가 견고하게 고정되고, 이 선형 모터가동자(205)에는 선형모터고정자(205)가 비접촉으로 대면하고, 선형모터 고동자(205)는 지지프레임(206)을 개재하여 너트(211A)에 고정되어 접속되어 있다.
이 실시예는 적어도 3세트의 선형 모터를 사용한다. 각각의 선형 모터는 종래의 선형 모터로부터 인출할 수 있는 2극자석과 1개의 코일을 구비한 구조를 가지고 있다. 이것은 코일전류와 자속의 상호작용에 의하여 로렌츠힘을 발생한다. 선형 모터는 2극자석과 요크의 일체적인 구조에 의하여 형성되는 가동자를 가지고 있다. 선형 모터는 장방형 또는 타원형의 3개의 코일을 구비한다. 전류가 코일에 인가될 때, 추력은 타원형 코일의 직선부분에 법선방향으로 생성된다.
코일(205X)은 자석(204X)과 상호작용하여 X방향으로 힘을 발생하고, 이에 의해 스테이지(201)에 힘을 인가한다. 또, 코일 (201Y1), (201Y2)은 각각, 자석(204Y1), (204Y2)과 상호작용하여 Y방향으로 힘을 각각 발생하고, 이에 의해 스테이지(201)에 힘을 인가한다. 코일(205Y1), (205Y2)에 의해 발생되는 힘이 서로 반대방향으로 놓여질 때, θ방향의 힘이 스테이지(201)에 인가될 수 있다. 코일(205Y1), (205Y2) 및 (205Y3)에 인가되는 전류를 제어함으로써, 스테이지(201)의 회전방향뿐만 아니라 X 및 Y방향 힘의 인가가 제어될 수 있다. 스테이지(201)의 무게중심의 X좌표는 코일(205Y1), (205Y2)에 의하여 발생되는 힘의 작용선사이에 놓여지도록 설계되는 반면에, 스테이지무게중심의 Y좌표는, 코일 X에 의해 발생되는 힘의 작용선에 놓여지도록 설계되어 있다. 바람직하게는, 코일(205Y1)과 스테이지무게중심의 X좌표 사이의 거리는, 코일(205Y2)과 스테이지무게중심의 X좌표 사이의 거리와 동등하게 된다.
제 1실시예와 비교해 보면, 이 실시예는 스테이지(201)의 회전을 기계적으로 제한하는 가이드가 없다. 이 때문에, 스테이지(201)의 X 또는 Y방향의 병진력을 인가하는 구동력의 작용선이, 스테이지의 무게중심을 개재하여 연장된다. 상기에서 설명한 바와 같이 선형모터가 조립되면, X코일(205X)에 적합한 수준의 전류를 인가할 뿐만 아니라 코일(205Y1), (205Y2)에 동일한 수준의 전류의 인가함으로써, 병진력은 무게중심을 지나고, 따라서 회전력은 발생되지 않는다. 그러므로, 동일한 병진력에 대하여, 발열을 최소화시킬 수 있다. 회전력이 스테이지(201)에 인가되면, 코일(205Y1), (205Y2)에 크기가 동일한 반대방향의 전류가 흘러도 된다.
선형 모터고정자(205)는 너트(221A)로 고정된다. 너트(221A)는 반송용 나사(213A)와 모터(212A)에 의하여 Y방향으로 이동할 수 있다. 선행실시예의 선형모터와 비교해 보면, 이 실시예의 선형 모터에서는, 고정자(205)와 가동자(204)의 상대적인 스트로크가 짧으므로, 긴 스트로크를 개재하여 가동자에 힘을 인가할 수 없다. 이것을 고려하면, 이 실시예에서는 선형 모터가동자에 대해서 긴 스트로크에 걸쳐서 힘을 인가할 수 있도록 하기 위해서, 선형 모터고정자(205)를 반송나사계(210A)에 의해 Y방향으로 이동할 수 있도록 하고 있다. 이에 의해, 스테이지(201)의 이동가능한 스트로크중에서, 스테이지(201)의 Y방향의 병진력과 회전력을 선형 모터고동자(205)로부터 선형 모터가동자(204)에 인가할 수 있도록 되어 있다. X방향에 관해서는, 선형 모터의 스트로크에 의해 감당할 수 있는 작은 거리의 이동만이 요구되므로, 선형 모터고정자는 X방향의 이동기구가 설치되지 않는다. 상기 설명한 구조에 의해, 코일을 절환하지 않고, 스테이지의 긴스트로크이동이 달성될 수 있다.
선형 모터는 하드웨어 또는 소프트웨어 전류제한계를 가지는 제어계를 구비하고 있으므로, 큰 발열을 초래하는 큰 전류의 흐름을 방지할 수 있다. 또, 제어계가 정상적으로 작동되는 한, 제한계의 설비와 상관없이, 이러한 발열을 초래하는 전류는 흐르지 않는다(이에 대해서는 나중에 설명함).
스테이지(201)의 또 1변에는 자성체판(207)이 설치된다. 이 자성체판(207)을 Y방향의 양쪽으로부터 삽입하도록 대향해서, 1쌍의 전자석(208)이 설치되어 있다. 전자석(208)은 너트(221B)를 사용함으로써 고정되어 있다. 너트(211B)는 모터(212B)와 반송용 나사(213B)에 의해 스테이지(213B)와 대략 동일한 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 너트(211B), 모터(212B) 및 반송용 나사(213B)을 가지는 반송용나사계(201B)에 의해, 1쌍의 전자석(208)은 스테이지(201)과 대략 동일한 방향으로 이동할 수 있다. 반송나사계(210B)를 사용하여 전자석(208)을 이동시킴으로써, 전자석(208)과 자성체판(207) 사이의 간격은 Y방향의 긴 스트로크를 통하여 유지될 수 있으므로, 자성체판(207)과 전자석(208)의 사이의 흡인력에 의거해서 Y방향의 긴 스트로크에 의해 스테이지를 구동할 수 있다.
전자석(208)을 이동하기 위한 반송나사계(210B)는 도시하지 않은 베이스에 고정되어 있다. 또, 1쌍의 전자석과 자성체판의 각각의 전자석은, 작은 간격을 가지면서 서로 접촉하지 않는다. 각각의 전자석(208)은 아치형의 요크(208b)와 그 주위를 권선하고 있는 코일(208a)로 이루어진다. 전류가 코일(208a)을 통하여 흐를 때, 요크(208b)와 자성체판(208) 사이에서 흡인력이 발생된다. 각각의 전자석의 코일에 전류가 흐르는 것은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 그러므로, 코일에 인가된 전류를 조정함으로써, 자성체판과 전자석 사이에 생성되는 흡인력을 조정할 수 있다. 따라서, 1쌍의 전자석으로부터 자성체판에 인가되는 합력과 그 합력의 방향을 조정할 수 있다.
이 실시예에서는 제 1실시예와 비교해보면, 스테이지의 회전을 기계적으로 제한하는 가이드가 없다. 그러므로, 전자석의 흡인력의 합력에 대한 작용선이 스테이지의 무게중심으로부터 벗어나면, 스테이지에 회전력이 발생되어 버린다. 이것을 고려하면, 두 개의 전자석의 흡인력의 합력에 대한 작용선이 스테이지의 무게중심을 통과한다. 이것이 달성될 때, 전자석에 의해 스테이지를 Y방향으로 가속한 때 에 스테이지에 회전력이 발생되지 않고, Y1코일 및 Y2코일에 회전을 방지하기 위하여 힘을 발생시킬 필요가 없다.
또, 이러한 3축제어계의 선형 모터수단은 적어도 스테이지의 2변에서 또는 2개소로부터 스테이지에 힘을 인가하도록 작동하게 하는 것이 바람직하다. 이 실시예의 예에서는, 서로 직교하는 2변으로부터 스테이지에 힘이 인가된다. 또 1변으로부터 3축방향의 힘을 발생시키고자 하면, 병진의 X 및 Y방향에 대한 작용선의 어느 하나는 스테이지의 무게중심을 통과하지 않게 된다. 따라서, 스테이지에 회전력이 발생되지 않으므로, 이것을 억제하기 위한 보정회전력이 필요하다.
도 4는 상기 스테이지장치를 구동제어하기 위한 제어계의 블록도이다. 스테이지(201)의 이동목표를 발생하는 이동목표지시수단(221), 발생된 목표에 의거해서 시간과 그 시간에 대응하는 스테이지목표위치 사이의 관계를 발생하기 위한 위치프로파일생성수단(222) 및 생성된 목표에 의거해서 시간과 그 시간동안에 발생해야 할 가속도 사이에 관계를 생성하기 위한 가속프로파일생성수단(223)을 구비하고 있다.
위치프로파일생성수단(222)의 출력은, 미동선형 모터(203)를 제어하는 미동선형 모터위치서보계(225)와, 선형 모터고정자(205)를 Y방향으로 이동시키는 반송나사계(210A)의 모터를 피드백제어하는 이동피드백(FB)계(235A) 및 전자석(208)을 Y방향으로 이동시키는 반송나사계(210B)의 모터를 피드백제어하는 이동피드백(FB)계(235B)에 인가된다. 또, 가속프로파일생성수단(223)의 출력은, 전자석(208)의 흡인력을 피드-포워드제어하는 흡인 피드-포워드(FF)계(231)에 인가된다.
미동선형 모터위치결정서보계(225)는, 연산수단(226), 모터전류증폭기(227), 선형 모터(203) 및 간섭계(228)를 구비하고 있다. 연산수단(226)은, 예를 들면 위치프로파일생성수단(222)에 의하여 특정된 스테이지의 현재목표위치(X, Y 및 θ위치)와 간섭계(228)에 의해 측정된 스테이지의 현재위치(X,Y 및 θ위치) 사이의 편차에 대해, PID 등으로 대표되는 제어연산을 행한다. 연산의 결과는 증폭기(227)에 아날로그전압이 인가된다. 모터전류증폭기(227)는 각각의 선형 모터 Y1, Y2 및 X에, 생성된 아날로그출력전압에 비례하는 전류을 공급하는 미동전류증폭기이다. 선형 모터(203)는 상기 설명한 바와 같은 구조를 가지며, 공급된 전류에 응답하여 추력을 스테이지(201)에 인가한다. 간섭계(228)는 스테이지(201)위에 장착된 반사거울(229)의 위치를 측정하고 스테이지(또는 스테이지와 일체적으로 설치된 가동자)의 위치(X,Y 및 θ위치)를 측정한다. 도 4에서, 간섭계(228)의 측정은 단일의 측정라인으로 표현되지만, 실제로 3축에서 측정이 행해진다. 일반적으로, Y방향의 2 개의 빔과 X방향의 1개의 빔을 가지는 3축간섭계를 사용해도 된다.
미동선형 모터위치서보계(225)는 지시신호로서 위치프로파일생성수단(222)의 출력을 사용하면서 동작가능한 통상의 3축위치서보계이다. 큰 추력이 필요할 때, 흡인피드-포워드(FF)계(231)가 추력을 발생하도록 되어 있다. 따라서, 선형 모터(203)는 목표위치에 대하여 작은 위치오차를 제거하기 위하여 필요한 작은 추력만을 발생되도록 요구된다. 그러므로, 큰 발열을 초래하는 전류는 흐르지 않는다. 흡인피드-포워드(FF)계(231)가 추력을 발생할 때는, 그것에 기인하는 회전력은 스테이지에 발생되지 않는다. 전류의 흐름은 하드웨어 또는 소프트웨어적으로 제한되고, 따라서 흡인피드-포워드(FF)계(231)와 관련된 동작이 오동작이어도, 심각한 발열을 초래하는 전류의 흐름을 방지할 수 있다
흡인피드-포워드(FF)계(231)는 자성체판(207)과 쌍의 전자석(208) 사이의 합성 추력을 생성하는 제어계이며, 해당 추력은 가속프로파일생성수단(223)의 출력에 비례한다. 흡인FF계(231)는 보정수단(232), 조정수단(233) 및 2개의 전자석전류증폭기(234)를 구비하고 있다. 이들 증폭기(234)는 각각 독립적으로 전자석의 코일에 전류를 흐르게 한다.
보정수단(232)은, 전자석의 전류와 흡인력 사이의 비선형 관계를 보정하기 위하여 기능하고, 또한 제곱근연산기를 구비한다. 일반적으로, 전자석의 흡인력은 전자석에 흐르는 전류의 제곱에 비례한다. 스테이지를 구동하기 위하여 발생해야 할 흡인력은, 가속프로파일생성수단의 출력에 비례하는 힘이다. 그러므로, 일단 가속프로파일생성수단(223)의 출력의 제곱근이 검출되어, 지시신호로서 취해지면, 가속프로파일생성수단의 출력의 제곱근의 제곱에 비례하는 흡인력을 생성할 수 있다. 또한, 가속프로파일생성수단(223)의 출력의 부호가 양 또는 음이므로, 제곱근연산은 출력의 절대치로 하여 행해지고, 연산후에, 결과가 조정수단에 인가될 때 부호가 특정된다.
조정수단(233)은 1쌍의 전자석(208)과 자성체판(207) 사이에서 작용하는 흡인력을 조정하도록 기능하고, 따라서 이들의 힘은 소망의 크기와 방향의 힘으로 합성된다. 전류의 방향과 관계없이, 전자석은 자성체판에 흡인력을 작용하는 힘밖에 생성할 수 있다. 이것을 고려하면, 1쌍의 전자석(208)은, 전자석사이에 자성체판(207)을 끼워서 배치되고, 따라서 이들의 전자석은 자성체판에 대하여 대향하는 힘을 생성하여 인가한다. 이들 두개의 힘을 조정함으로써, 자성체판(207)위에 작용하는 합력의 크기와 방향이 제어된다. 상기 설명한 보정수단(232)의 출력의 부호에 따라서, 1쌍의 전자석중 어느 쪽에 전류를 인가할 지를 선택하고, 상기 보정수단(232)의 출력과 비례하는 값을 전류증폭기(234)에 인가해서, 다른 쪽의 전자석에 흐르는 전류는 "0"으로 제어하도록 하는 것이 가장 간단한 구성이다. 보정수단의 출력이 "0"이면, 양쪽 전자석의 전류는 "0"으로 제어된다. 이 결과, 1쌍의 전자석(208)으로부터 자성체판(207)에 대해서, 가속프로파일생성수단(223)의 출력에 비례하는 추력이 소망의 방향으로 인가된다.
보정수단(232)의 출력이 "0"일 때 2개의 전자석에 동일한 수준의 바이어스전류를 인가해 두어도 된다. 이것은 전류와 전자석의 BH곡선의 동작중심 사이의 관계, 즉 자계의 강도와 자속밀도 사이의 관계가 더욱 선형이 된다는 효과를 나타낸다. 이 경우에, 보정수단과 조정수단은, 일체로 되어서, 가속프로파일의 출력에 응답하여, 2개의 전자석에 적합한 전류를 지시하도록 기능하여도 된다. 더욱 상세하게는, 가속프로파일생성수단의 출력이 양의 이동방향으로 "Va", 바이어스전류는 "Ib"일 때, 양의 이동방향으로 흡인력을 발생하는 전자석코일전류를 "Ip", 음의 이동방향으로 흡인력을 발성하는 전자석코일전류를 "Im"이라 하면, 소정의 비례상수 K에 대해서, Va =K[(Ip - Ib)2-(Im - Ib)2]의 관계를 만족하는 Ip와 Im이 산출된다.
전자석의 흡인력은 선형 모터의 로렌츠힘에 비해서 작은 암페어-턴으로 큰 추력을 생성할 수 있으므로, 종래의 선형 모터만을 사용한 스테이지의 가속 및 감속시의 발열과 비교하면, 전자석의 발열은 매우 작아 어떠한 문제도 야기되지 않는다.
일정속도로 주행중에는, 전자석(108)의 전류는 "0"으로 제어된다. 따라서, 마루진동 등의 어떠한 외부의 방해도 전자석을 통해서 스테이지장치에 전달되지 않는다. 이 상태에서는, 미동선형 모터만이 매우 정밀하게 스테이지를 제어한다.
이동피드백(FB)계(235A)는, 선형 모터고정자(205)의 위치를 위치프로파일을 르도록 이동시키는 것이다. 이 실시예의 선형 모터는, 고정자(205)와 가동자(205)와의 상대적인 이동범위가 짧으므로, 그대로에서는, 장거리에 걸쳐서 힘을 가동자에 인가할 수 없다. 이 실시예에서는, 선형이동소자(204)를 Y방향으로 장거리 이동시키는 것을 보장하기 위해서는, 선형 모터고정자(205)를 반송나사구동계(210)에 의해 Y방향으로 이동가능하게 한다. 그 결과, 스테이지(201)의 이동가능한 스트로크의 전체에 걸쳐서, 선형 모터고정자(205)로부터 스테이지(201)에 대해서 Y방향의 병진력과 회전력을 인가할 수 있도록 되어 있다. 이것을 실현하기 위해서는, 모터(212A)의 엔코더(238A)을 개재하여 선형 모터고정자(205)의 위치를 피드백하도록 기능하는 위치조정계로 위치프로파일을 입력하고, 따라서 스테이지(201)와 거의 동일한 위치프로파일을 따라서, 모터(212)와 반송용 나사(213)에 의해 고정자(205)를 이동시킴으로써, 고정자(205)와 스테이지(201)의 상대적인 위치는 거의 일정하게 유지될 수 있도록 하고 있다.
모터(212)는 고정자(205)와 반송나사계(210A)의 너트(211A)를 가속하기 위한 토크를 발생하여야 한다. 또한, 가속의 종료시, 위치제어계에 위치오차가 축적되는 것은 바람직하지 않다. 이것을 고려해서, 도 4의 구조에 부가해서, 가속프로파일생성수단의 출력은 제어연산기의 출력에 가산해서, 그 합을 모터전류증폭기에 입력시키면, 가속도를 피드-포워드제어와 같이 모터에 지시할 수 있다. 가속이 종료된 후에 스테이지(201)의 위치제어 또는 속도제어시에, 나사반송계(210A)는 스테이지와 대략 동일한 속도로 모터고정자(205)를 이동시킬 수 있다.
이동피드백(FB)계(235B)은 위치프로파일을 따라서 Y방향으로 1쌍의 전자석의 위치를 이동시키도록 작용한다. 전자석(208)은 적은 발열로 큰 흡인력을 발생하는 이점을 갖지만, 상대의 자성체판(207)의 간격은 좁게 유지되어야 한다. 전자석(208)으로부터 자성체판(207)으로, 다음은 스테이지(201)로 소망의 힘을 계속 인가하기 위해서는, 스테이지(201)가 이동함에 따라 전자석(208)도 이동시켜, 상기 간격을 일정하게 유지할 필요가 있다. 그것을 고려해보면, 전자석(208)의 위치를 모터(212B)의 엔더코(238B)를 개재하여 피드백하도록 기능하는 위치제어계에 위치파일에 입력하고, 따라서 스테이지(201)와 대략 동일한 위치프로파일을 따라서 모터(212B)와 반송나사(213B)에 의하여 전자석(208)을 이동시킨다. 그 결과, 전자석(208)과 스테이지(201)의 상대적인 위치는 대략 일정하게 유지될 수 있다. 모터(212B)는, 스테이지의 가감속시에 전자석에 의하여 발생되는 흡인력의 합력에 해당하는 토크이외에, 전자석과 나사계구동계(210B)의 너트(211B)의 가감속을 위하여 필요한 토크를 발생할 필요가 있다.
또한, 스테이지(201)의 가속시에 위치제어계(225)에 위치오차가 축적되면, 가속이 종료된 후에 위치제어(또는 속도제어)를 위한 안정시간이 길어지므로 바람직하지 않다. 그것을 고려해보면, 도 4의 구조에 부가해서, 가속프로파일생성수단의 출력을 제어연산기의 출력에 가산해서, 그 합을 모터전류증폭기로 입력하면, 피드-포워드제어와 같이 가속지시를 모터에 할 수 있고, 따라서, 스테이지의 가속시에 위치오차의 축적없이 전자석을 이동할 수 있다. 하여튼, 모터에는 특정한 양의 열발생이 있다. 그러나, 열원이 국부적으로 집중되므로, 비교적 쉽게 냉각될 수 있다. 열원은 스테이지 또는 그 위에 장착된 공작물과는 거리를 두고 배치할 수 있으므로, 발열이 스테이지 또는 그 위에 장착된 공작물에 거의 영향을 끼치지 않는다. 가속주기가 종료된 후에 스테이지가 일정속도로 이동하고 있는 동안에는, 나사반송계는 전자석과 자성체판이 접촉하지 않도록 너트위치를 거의 동일한 속도로 주행시킨다.이상과 같이 본 실시예에서는, 반송용 나사계와 전자석에 의해 스테이지를 가속하고, 가속이 종료한 후, 전자석계는, 전류를 "0"으로 해서 마루진동을 절연하는 동시에, 나사반송계를 사용함으로써, 전자석과 자성체판이 접촉하지 않도록 스테이지의 이동에 동기해서 전자석의 위치를 제어하고, 이들 동작과 병행하여, 미동선형 모터에 의해 일정하게 고정밀도로 위치제어를 행하도록 함으로써, 매우 정밀하게 3축의 위치를 제어할 뿐만 아니라 큰 추력과 낮은 발열이 동시에 실현된다.
선형 모터의 고정자 및 스테이지위에 설치된 가동자가, 위치프로파일에 의거해서 각각 이동하고, 고정자와 가동자가 대략 동일한 위치로 제어되므로, 선형 모터의 코일을 절환할 필요는 없다. 그러므로, 추력의 불균일성을 발생함이 없이 스테이지를 구동할 수 있으므로, 매우 정밀하게 위치결정을 행하는 것이 가능하다.
선형 모터에 의해 발생되는 추력의 합력의 작용선이 무게중심을 통과하도록 배치하고, 전자석의 흡인력의 합력의 작용선은 무게중심을 통과하도록 배치함으로써, 스테이지의 구동시에, 스테이지에 불필요한 회전력이 발생되지 않아, 효율적인 스테이지의 구동을 실현할 수 있다.
이 실시예에서는, 전자석을 구동하는 데 반송용 나사를 사용하고 있지만, 이것이 필수적인 것은 아니고, 스테이지의 이동에 동기하여 전자석을 이동시키는 조건하에서 다른 기구를 사용해도 된다. 예를 들면, 벨트나 실린더기구를 이용해서 전자석을 이동시켜도 된다.
선행의 실시예에 의하여 얻을 수 있는 유리한 결과는 이 실시예에 의해서도 실현될 수 있다.
[실시예3]
도 5는 본 발명의 제 3실시예에 의한 스테이지장치를 도시하고 있다.
이 실시예는, 제 2실시예의 변형형태에 대응하고, Y축방향으로 긴 스트로크로 이동가능하며, X 및 θ방향으로 미소량만큼 이동가능한 3축 제어스테이지에 적용된다.
상기 제 2실시예에서는, 스테이지의 직교하는 2변으로부터 선형 모터의 구동력을 인가하였지만, 이 실시예에서는, 선형 모터의 구동력은 스테이지의 대향변으로부터 인가하도록 하고 있다.
선형 모터(303)는 도시한 바와 같이, 6개의 코일(305a)인 Y1, Y2, X1, X2, X3 및 X4를 구비한다. X1 및 X2의 결합코일, X3 및 X4의 결합코일, Y1 및 Y2의 결합코일 등의 두 개의 코일의 힘의 작용선은 동일한 선상에 있고, 코일Y1의 힘의 작용선 뿐만 아니라, 코일X1(또는 코일 X2)의 힘의 작용선 및 코일X3(또는 코일 X4)의 힘의 작용선 사이의 중심선은 스테이지(301)의 무게중심을 통과하도록 되어 있다.
3축에 대한 스테이지의 간단한 제어는 X1, X2 및 Y의 3코일만이 필요하며(도 6), 코일 X1 및 X2의 작용선의 중심선 뿐만 아니라 코일 Y의 작용선이 스테이지의 무게중심을 통과하는 것이 충분하다. 그러나, 이런 구성에서는, X축, Y축 및 회전축에 대한 질량의 대칭성이 붕괴되어, 기학학적인 중심은 무게중심과 일치하지 않는다. 따라서, 용장된 코일과 그에 대응하는 가동자석을 사용하여, 스테이지의 중량분포를 대칭적으로 할 필요가 있다. 따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, 질량분포를 대칭으로 하기 위하여, 6개의 코일을 대칭적으로 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 코일의 배치는 이것으로 제한되는 것은 아니다.
코일 X1 및 X2는 1개의 동일한 드라이버에 의해 구동된다. 또, 코일 X3 및 X4는 1개의 동일한 드라이버에 의해 구동된다. 코일 Y1 및 Y2는 1개의 동일한 드라이버에 의해 구동된다. 따라서, 스테이지(301)에 작용하는 힘의 자유도로서는, X, Y 및 θ방향의 3개의 자유도가 있다.
선행의 실시예에서는, 한쌍의 전자석이 자성체판의 대향측위에 배치되어 있지만, 이 실시예에서는 Y방향을 따라서 앞뒤에 배치된 2개의 자성체판(307)이 있으며, 또한 한쌍의 전자석(308)은, 그 사이에 스테이지전체를 끼우도록 설치되어 있다. 이것은 스테이지(301)의 질량분포의 대칭성을 유지하도록 하여, 제어연산을 용이하게 한다.
또한, 제 2실시예에서는, 반송용 나사를 구동하는 선형 모터고정자와 전자석을 이동시키는 반송용 나사를 분리하여 설치하였으나, 구조를 간략화하기 위하여, 이 실시예에서는 선형 모터고정자와 전자석을 공통의 지지프레임에 의하여 유지시키고 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 3축 제어계의 선형 모터수단(303)은 적어도 스테이지의 2변에서 또는 2개소로부터 스테이지(301)에 힘을 인가하도록 하는 것이 바람직하다. 이 실시예의 예에서는, 대향하는 2변으로부터 스테이지(301)에 힘을 인가하도록 되어 있으나, 또 1변으로부터 3축 방향의 힘을 발생시키고자 하면, 병진이 X 및 Y의 작용선의 어느 한쪽은 스테이지의 무게중심을 통과하지 않게 된다. 그러므로, 스테이지에 회전력이 발생되지 않고, 이것을 억제하기 위해 쓸데없는 보정회전력이 필요해지게 된다.
도 7은 스테이지장치를 구동제어하기 위한 제어계의 블록도이다. 스테이지의 이동목표를 발생하기 위한 이동목표지시수단(321), 생성된 목표에 의거해서, 시간과 그 시간에 해당되는 스테이지목표위치사이의 관계를 생성하는 위치프로파일생성수단(322) 및 생성된 목표에 의거해서, 시간과 그 시간동안에 형성되는 가속도 사이의 관계를 생성하는 가속프로파일생성수단(323)을 구비하고 있다.
미동선형 모터(303)를 제어하는 미동선형 모터위치서보계(325) 및 선형 모터고정자(305)와 전자석(308)을 유지하는 유지프레임(306)을 Y방향으로 이동시키는 반송나사계(31)의 모터(312)를 피드백제어하는 이동피드백(FB)계(335)에, 위치프로파일생성수단(322)의 출력이 인가된다. 가속프로파일생성수단(323)의 출력은, 전자석(308)의 흡인력을 피드-포워드제어하는 흡인피드-포워드(FF)계(331)에 인가된다.
미동선형 모터위치서보계(325)는 연산수단(326), 모터전류증폭기(327), 선형모터(303) 및 간섭계(328)을 구비하고 있다. 연산수단(326)은, 예를 들면, 위치프로파일생성수단(322)에 의해 지시되는 스테이지의 현재목표위치(X, Y 및 θ위치)와 간섭계(328)에 의하여 측정되는 스테이지(301)의 현재위치(X, Y 및 θ위치) 사이의 차이에 대해 PID 등으로 대표되는 제어연산을 행하기 위하여 동작한다. 연산의 결과는, 아날로그전압으로 증폭기(327)에 인가된다. 모터전류증폭기(327)는, 생성된 아날로그 출력전압과 비례하는 전류를 선형 모터 Y1 와 Y2, 선형 모터 X1와 X2 및 선형 모터 X3와 X4의 각각에 공급하는 미동전류증폭기이다. 선형 모터(303)는 상기에 설명한 바와 같은 구조를 구비하며, 공급된 전류에 응답하여 스테이지(301)에 추력을 인가한다. 간섭계(328)는 스테이지(301)위에 장착된 반사거울(329)의 위치를 측정하고, 따라서 스테이지(또는 스테이지와 일체적으로 배치된 가동자)의 위치(X, Y 및θ위치)를 측정한다. 도 7에서, 간섭계(328)의 측정은 단일의 측정라인으로 그려져 있으나, 실제로는 3축의 측정을 행하고 있다. 일반적으로, Y방향의 2개의 빔과 X방향의 1개의 빔을 가지는 3축간섭계가 사용된다.
미동선형 모터위치서보계(325)는 위치프로파일생성수단(322)의 출력을 지시신호로서 사용하면서, 동작할 수 있는 통상의 3축위치서보계이다. 큰 추력이 필요할 때에는, 흡인피드-포워드(FF)계(331)는 추력을 생성하기 위해 동작한다. 따라서, 선형 모터(303)는 목표위치에 관해서 작은 위치결정오차를 제거하기 위해 필요한 작은 추력만을 생성하도록 요구된다. 그러므로, 큰 발열을 초래하는 전류는 흐르지 않는다. 흡인피드-포워드(FF)계(331)가 추력을 생성할 때, 그것에 기인하는 회전력이 스테이지에서 발생되지 않는다. 전류의 흐름은 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 제한되고, 따라서, 흡인피드-포워드(FF)계(331)와 관련된 동작이 오동작이어도, 심각한 발열을 초래하는 전류의 흐름은 방지될 수 있다.
흡인피드-포워드(FF)계(331)는 자성체판(307)과 1쌍의 전자석(308) 사이에 합성된 추력을 생성하는 제어계이고, 이 추력은 가속프로파일생성수단(323)의 출력에 비례한다. 흡인FF계(331)는, 보정수단(332), 조정수단(333) 및 두 개의 전자석전류증폭기(334)로 이루어진다. 이들 증폭기(334)는, 각각 독립적으로, 전자석의 코일에 전류를 통하게 한다.
보정수단(332)은, 전자석의 전류와 흡인력 사이의 비선형 관계를 보정하기 위하여 작용하며, 제곱근연산기를 포함한다. 일반적으로, 전자석의 흡인력은 전자석에 흐르는 전류의 제곱과 비례한다. 스테이지를 구동하기 위해 발생되는 흡인력은 가속프로파일생성수단의 출력과 비례한다. 따라서, 일단 가속프로파일생성수단의 출력의 제곱근이 검출되고, 그것이 지시신호로 취해지면, 가속프로파일생성수단의 출력의 제곱근의 제곱과 비례하는 흡인력이 생성될 수 있다. 즉, 가속프로파일생성수단의 출력에 비례하는 흡인력이 형성된다. 또한, 가속프로파일생성수단의 출력의 부호는 양 또는 음이므로, 제곱근연산은 출력의 절대치에 대해서 행해지고, 또한 연산후에, 부호를 부가해서 조정수단(332)에 인가하도록 되어 있다.
조정수단(333)은 1쌍의 전자석(308)과 자성체판(307)사이에 작용하는 흡인력을 조정하며, 이들의 힘은 소망의 크기와 방향의 힘으로 합성된다. 전류의 방향과 관계없이, 전자석은 자성체판을 흡인하는 힘만을 생성할 수 있다. 그것을 고려해보면, 1쌍의 전자석은 Y방향으로 전자석사이에 스테이지를 끼우도록 놓여있고, 따라서 이들 전자석은, 이들에 대향하는 자성체판에 대해서 반대방향의 힘을 발생하여 인가한다. 이들 두 힘을 조정함으로써, 자성체판위에 작용하는 합성력의 크기와 방향이 제어된다. 상기에서 설명한 보정수단(332)의 출력의 부호에 따라서, 1쌍의 전자석중 어느 쪽에 전류를 인가할 지를 선택하여, 상기 보정수단(332)의 출력과 비례하는 값을 전류증폭기(334)에 인가하고, 다른 쪽의 전자석의 전류는 "0"으로 제어하도록 하는 것이 가장 간단한 구성이다. 보정수단의 출력이 "0"이면, 양쪽의 전자석의 전류는 "0"으로 제어된다. 이 결과, 1쌍의 전자석(208)으로부터 자성체판에 대해서 가속프로파일생성수단의 출력에 비례하는 추력이, 소망의 방향으로 인가되게 된다.
보정수단의 출력이 "0"일 때, 2개의 전자석에 동일한 바이어스전류를 인가하는 것도 가능하다. 이에 의해, 전류와 전자석의 BH곡선의 동작중심과의 관계, 즉 자계의 강도와 자속밀도사이의 관계가 한층더 선형으로 되는 효과를 제공한다. 이 경우에, 보정수단과 조정수단은 일체로 되어서, 가속프로파일의 출력에 응답하여, 2개의 전자석에 적합한 전류를 지정하는 동작을 한다. 구체적으로는, 가속프로파일생성수단의 출력이 양의 이동방향으로 Va, 바이어스전류가 Ib일 때, 양의 이동방향으로 흡인력을 발생하는 전자석코일전류를 Ip, 음의 이동방향으로 흡인력을 발생하는 전자석코일전류를 Im이라 하면, 소정의 비례상수 K에 대하여, Va=K[(Ip - Ib)2-(Im - Ib)2]의 식을 만족하는 이들 Ip와 Im이 출력된다.
전자석의 흡인력은 선형 모터의 로렌츠힘과 비해서 작은 암페어-턴으로 큰 추력을 생성할 수 있으므로, 종래의 선형 모터만을 사용한 스테이지의 가감속시의 발열과 비교하면, 전자석의 발열은 매우 작아 어떠한 문제도 야기되지 않는다.
또, 일정속도로 주행중에는, 전자석의 전류는 "0"으로 제어된다. 따라서, 마루진동 등의 어떠한 외부의 방해도 전자석을 통해서 스테이지장치에 전달되지 않는다. 이 상태에서, 미동선형 모터만이 매우 정밀하게 스테이지를 제어한다.
이동피드백(FB)계(235)는, 지지프레임(306)의 위치를 위치프로파일에 따르도록 이동시키는 작용을 한다. 이 실시예의 선형 모터에 의해, 고정자와 가동자의 상대적인 이동범위는 짧으므로, 그대로에서는 긴거리에 걸쳐 힘을 가동자에 인가할 수 없다. 이 실시예에서는, 스테이지(301)를 장거리에 걸쳐서 Y방향으로 이동시키기 위하여, 선형 모터고정자(305)와 전자석(308)을 유지하는 지지프레임은 반송나사구동계(310)에 의해 Y방향으로 이동가능하게 한다. 그 결과, 스테이지(301)의 이동가능한 스트로크를 통하여, 선형 모터고정자(305)와 전자석(308)으로부터 스테이지(301)에 대해서 힘을 인가할 수 있도록 되어 있다. 이것을 실현하기 위하여, 모터의 엔코더에 의거해서 피드백 작용을 가지는 위치제어계에 위치프로파일을 입력하여, 지지프레임을 모터와 반송나사에 의해 스테이지의 위치프로파일과 대략 동일한 위치프로파일에 의거해서 이동시킴으로써, 고정자(305)와 가동자(304) 및 전자석(308)과 자성체판(307)은 상대위치가 거의 일정하게 유지될 수 있다.
모터(312)는 지지프레임(306)과 반송나사계(310)의 너트(311)을 가속하기 위한 토크를 발생할 필요가 있다. 또한, 가속이 종료된 때에 위치제어계에 위치편차가 축적되는 것은 바람직하지 않다. 이것을 고려해보면, 도 7의 구조에 부가해서, 가속프로파일생성수단의 출력을 제어연산기의 출력에 가산해서, 그 합을 모터전류증폭기에 입력하면, 피드-포워드제어와 같이, 모터의 가속을 지시할 수 있고, 따라서 스테이지가속은 위치결정오차의 축적없이도 행해질 수 있다. 가속주기가 종료한 후에, 스테이지의 위치제어 또는 속도제어시에, 나사반송계는 스테이지와 거의 동일한 속도로 지지프레임을 주행시킬 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 반송나사계와 전자석에 의하여 스테이지를 가속하고, 가속이 종료된 후, 전자석계는, 전류를 "0"으로 해서 마루진동을 절연하는 동시에, 나사반송계를 사용함으로써, 전자석과 자성체판이 접촉하지 않도록 스테이지의 이동에 동기해서 전자석의 위치를 제어하고, 이들 동작과 병행하여, 미동선형모터에 의해 일정하게 고정밀도로 위치제어를 행하도록 함으로써, 매우 정밀하게 3축의 위치를 제어할 뿐만 아니라 큰 추력과 낮은 발열이 동시에 실현된다.
이 실시예에서는, 스테이지의 구동에 요구되는 선형 모터고정자의 이동량과 전자석의 이동량은 서로 거의 동등하다는 관점에서, 고정자와 전자석은 1개의 동일한 구동기구에 의해 구동하는 통상의 유지프레임에 의해 유지되도록 하였다. 이에 의해 스테이지장치의 구성을 효과적으로 간단화하여, 비용 및 크기의 저감을 도모 할 수 있다.
스테이지의 무게중심에 대해서 대칭으로 선형 모터와 전자석을 설치하고 있으므로, 장치의 질량분포를 대칭으로 할 수 있다. 그러므로, 스테이지의 구동시에 불필요한 회전력이 발생하지 않도록 할 수 있다.
선행의 실시예에 의해 얻을 수 있는 이로운 결과가 또한 본 실시예에서도 실현될 수 있다.
선행의 실시예는, Y방향으로만 긴 스트로크를 가지는 스테이지의 예와 관련하여 설명하였으나, Y축 구동반송나사계 전체를 X방향으로 이송하는 반송나사계를 설치해서 평면가이드를 대략 정방향으로 하여 X 및 Y의 양 방향으로 긴 스트로크를 지니도록 하는 것도 가능하다.
[실시예4]
도 8은 본 발명의 제 4실시예로서, 본 발명의 기본구성을 웨이퍼스테이지장치에 적용한 예의 사시도이다.
[X-Y스테이지의 설명]
기본테이블(502)상에 Y요가이드(Y yaw guide)(550)가 고정되어 있다. Y요가이드(550)의 측면과 기본테이블(502)의 상부면은 Y스테이지(551)를 가이드하도록 기능한다. Y스테이지(551)는 , 해당 Y스테이지(551)에 설치된 공기슬라이드(도시생략)에 의해 Y방향을 따라서 미끄럼이동가능하게 지지되어 있다.
Y스테이지(551)는, 주로 2개의 X요가이드(552)와 큰 Y 슬라이더(553)와 작은 Y슬라이더(554)로 이루어진 4개의 구성요소로 이루어져 있다. 큰 Y슬라이더(553)는, 그 측면 및 바닥에 설치된 공기패드(도시생략)를 개재하여 Y요가이드(550)의 측면 및 기본테이블(502)의 상부면과 대면하고 있다. 이 결과, Y스테이지전체로서는 전술한 바와 같이 Y요가이드(550)의 측면과 기본테이블(502)의 상부면에서 Y방향으로 미끄럼이동가능하게 지지되는 것으로 된다.
한편, X스테이지(561)는 주로 2매의 X스테이지측면판(562), 상부의 X스테이지상부판(563) 및 하부의 X스테이지하부판(564)의 4구성요소로 주로 이루어져 있다. 이들 구성요소는 Y스테이지(551)의 X요가이드(552)를 X축둘레에 둘러싸도록 배치되어 있다. X스테이지(561)는, 공기 슬라이드(도시생략)에 의해 X방향으로 미끄럼이동가능하게 지지되어 있으며, Y스테이지(551)의 구성요소인 기본테이블(502)의 상부면과 2개의 X요가이드(552)의 측면에 의해 안내된다. X스테이지하부판(564)은, 그 바닥면에 설치된 공기패드(도시생략)를 개재하여, 기본테이블(502)의 상부면과 대향하여 설치되어 있다. 2개의 X스테이지 측면판(562)은 그 측면에 설치된 공기패드(도시생략)를 개재하여, Y스테이지(551)의 2개의 X요가이드(552)의 측면에 대향하여 설치되어 있다. X스테이지상부판(563)의 바닥면과 X요가이드(552)의 상부면 및 X스테이지하부판(564)의 상부면과 X요가이드(552)의 바닥면은 서로 비접촉으로 되어 있다. 따라서, X스테이지(561) 전체로서는, 상기 설명한 바와 같이 2개의 X요가이드(552)의 측면과 기본테이블(502)의 상부면에 의해 미끄럼이동가능하게 지지되어 있다. 이 구조에 의해, Y스테이지(551)는, Y스테이지(551)가 Y방향으로 이동할 때는 함께 Y방향으로 이동하는 반면에, Y스테이지(551)에 대해서는 상대적으로 X방향으로 이동가능하므로, XY방향을 따라서 2차원적으로 미끄럼이동할 수 있다.
X-Y스테이지의 구동기구(이동기구)는 1개의 X구동용 장거리선형 모터와 2개의 Y구동용 장거리 선형 모터를 구비하고 있으며, 각각은 다상 코일을 절환하는 방식이다. X구동용의 장거리 X선형 모터(510X)의 고정자(512X)는 Y스테이지(551)에 설치되고, 장거리 X선형 모터(510X)의 가동자(511X)는 X스테이지(561)에 설치되어 있고, X스테이지(561)와 Y스테이지(551)사이에 X방향으로 구동력을 발생한다. 장거리 Y선형 모터(510Y)의 고정자(512Y)는, 기본테이블(502)과 일체적으로 설치되어도 되고, 기본테이블(502)과 진동적으로 독립된 부재위에 설치해도 된다. 장거리 Y선형 모터(510Y)의 가동자(511Y)는, 연결판(555)을 통해서 Y스테이지(551)와 일체 Y스테이지(551)를 기본테이블(502)에 대해서 Y방향으로 구동한다.
장거리 Y선형 모터(510)의 각 고정자(512)는, 스트로크방향을 따라 배열된 복수개의 코일(513)을 구비하여 코일유지프레임(514)에 의해 유지된다. 장거리 Y선형 모터(510)의 각각의 가동자(511)는, 자극피치가 상기 코일의 코일스팬과 동일한 4극의 요크판상에 배열한 것으로 상기 코일을 사이에 끼우기 위하여 대향해서 형성된 상자형의 자석으로 구성된다. 이 장거리 선형 모터는, 가동자의 위치에 따라서 고정자의 코일에 선택적으로 전류를 인가함으로써, 추력을 발생한다.
[웨이퍼 천정판(501)의 상세]
웨이퍼 천정판(501)(이동가능한 스테이지)은, 웨이퍼(공작물)를 웨이퍼척(571)에 의해 놓고, 병진의 X, Y 및 Z 방향과 회전의 wx, wy 및 wz방향의 6개의 자유도 방향에 관하여 웨이퍼의 위치결정을 행할 수 있도록 된다. 웨이퍼 천정판(501)은 직사각형의 형상을 가지며, 중심에 오목부(572)가 형성되어 있다. 웨이퍼 천정판(501)의 측면에는 간섭계(제 1계측수단)의 레이저광을 반사하기 위한 거울(529)이 설치되어 웨이퍼 천정판(501)의 위치를 계측할 수 있도록 되어 있다.
[위치계측의 상세]
이하, 도 9를 참조하면서, X스테이지(561)의 위치계정과 웨이퍼 천정판(501)의 위치계측에 대하여 설명한다.
X스테이지(561)의 상부판(563)의 측면에는, X스테이지(561)에 대해 위치계측을 행하는 간섭계(제 2계측수단)의 계측광을 반사하기 위한 거울이 형성되어 있다. 더욱 상세하게는, 레이저간섭계로부터의 계측광은 XY방향을 따라서 X스테이지측면의 거울(539)에 조사되고, 따라서 X스테이지(561)의 XY방향의 위치를 레이저간섭계를 통하여 정밀하게 계측할 수 있도록 되어 있다.
웨이퍼 천정판(501)의 측면에는, 레이터간섭계의 레이저빔을 반사하기 위한 미러(529)가 설치되어 있고, 따라서 웨이퍼 천정판(501)의 위치를 계측할 수 있도록 되어 있다. 웨이퍼 천정판(501)에는 6본이 광빔이 조사되어, 웨이퍼 천정판(501)의 6자유도의 위치를 계측하고 있다. X축에 평행하고 Z위치가 상이한 2본의 간섭계빔을 사용함으로써, 웨이퍼 천정판(501)의 X방향의 위치 및 wy방향의 회전량을 계측할 수 있다. 또, Y축과 평행이지만, X 및 Z위치가 상이한 3본의 간섭빔을 사용함으로써, Y방향에 관한 위치와 wx 및 wy방향의 회전량을 계측할 수 있다. 또한 웨이퍼척(571)위에 놓인 웨이퍼위에 경사지게 계측광을 투영하고, 이 계측광의 반사위치를 계측함으로써, 웨이퍼의 Z방향의 위치(즉, 웨이퍼 천정판의 Z방향의 치)를 계측할 수 있다.
따라서, 상기에서 설명한 바와 같이, X스테이지(561) 및 웨이퍼 천정판(501)의 위치계측에 의거해서, X스테이지(561)에 대한 위치계측과 웨이퍼 천정판(561)에 대한 위치계측은 서로 독립적으로 행해질 수 있고, 이에 의해 그들의 위치를 레이저간섭계를 통하여 매우 정밀하게 계측할 수 있다.
[미동 작동기의 상세]
이하 도 10를 참조하면서, X스테이지(561)와 웨이퍼 천정판(501) 사이의 구동력을 생성하는 미동작동기유닛에 대해 설명한다. 도 10은 X스테이지(561)와 웨이퍼 천정판(501)사이에 설치된 예를 들면, 미동선형 모터(503) 및 전자석(508)로 이루어진 작동자수단의 분해도이다.
상기에서 설명한 웨이퍼 천정판(501)의 아래에는, 해당 웨이퍼 천정판(501)에 추력이나 흡인력을 작용하는 기준이 되는 X-Y스테이지가 배치된다.
웨이퍼 천정판(501)이 바닥면에는, 8개의 선형 모터가동자(504)가 장착되어 있다. 각 가동자(504)는, 두께방향으로 자화되는 2극 자석(574)과 요크(575)를 2세트 지니고 있다. 이들 2세트의 자석(574)과 요크(575)는 측면판(576)에 의해 상호 연결되어 상자형상의 구조를 형성해서, 선형 모터고정자(505)(나중에 설명함)를 비접촉으로 둘러싸도록 되어 있다.
8개의 가동자(504)중에서 4개의 가동자(505Z)는 직사각형 천정판(501)의 변의 대략 중앙부에 배치되어, 웨이퍼 천정판(501)을 X스테이지(561)에 대해 Z방향으로 미세하게 구동(미동)하기 위한 Z가동자를 형성한다. 이 Z가동자(505Z)에는, 상기 2극의 자석(574Z)이 Z방향을 따라서 배열되어 있고, 따라서 Z방향에 직각인 직선부분을 가지는 Z고정자(505Z)의 긴 원형상의 코일(5782)을 통하여 흐르는 전류와의 상호작용을 통하여, Z방향의 추력을 발생한다. 여기서, 그들을 가동자 Z1∼Z4라고 칭한다.
나머지 4개의 가동자(504X)중 2개의 가동자는, 직사각형 천정판의 대각선의 모서리부에 배치되어 있으며, 웨이퍼 천정판(501)을 X스테이지(561)에 대해 X방향으로 미세하게 구동시키는 X가동자를 형성한다. X가동자(504X)에 있어서는, 상기 2극 자석(574)이 X방향을 따라서 배치되어 있고, 따라서 X방향에 직각인 직선부분을 가진 X고정자(505X)의 긴 원형상의 코일(578X)을 통하여 흐르는 전류와의 상호작용을 통하여, X방향의 추력을 발생한다. 여기서, 그들을 가동자 X1 및 X2라고 칭한다.
나머지 2개의 가동자(504Y)는, 직사각형 천정판(501)의 대각선의 모서리부에 배치되어 있으며, 웨이퍼 천정판(501)을 X스테이지(561)에 대해 Y방향으로 미세하게 구동시키는 Y가동자를 형성한다. Y가동자(504Y)에 있어서는, 상기 2극 자석(574)이 Y방향을 따라서 배치되어 있고, 따라서 Y방향에 직각인 직선부분을 가진 Y고정자(505X)의 긴 원형상의 코일(578Y)을 통하여 흐르는 전류와의 상호작용을 통하여, Y방향의 추력을 발생한다. 여기서, 그들을 가동자 Y1 및 Y2라고 칭한다.
또한, 웨이퍼 천정판(501)의 바닥면의 직사각형 형상의 거의 중앙부에는, 원통형상의 자성체 지지원통(580)이 설치되어 있다. 이 자성체 지지원통(580)의 외주부에는, 4개의 아치형상의 자성체블록(507)이 고정되어 있다. 이들 자성체블록중 2개 (507X)는, X방향을 따라서 배치되고, 역시 X방향을 따라서 또한 배치된 후술하는 E자형상의 전자석(508X)과 비접촉으로 대면하여, 해당 E자형상의 전자석(508X)으로부터 X방향의 큰 흡인력을 수용할 수 있도록 되어 있다. 여기서, X방향을 따라서 배치된 아치형상의 자성체블록(507X)을 블록 X1 및 X2라고 칭한다.
나머니 아치형상의 자성체블록(507Y)은 Y방향을 따라서 배치되고, 마찬가지로 Y방향을 따르도록 설치된 후술하는 E자형상의 전자석(508Y)과 비접촉으로 대면하여, E자형상 전자석(508Y)으로부터 Y방향의 큰 흡인력을 받도록 되어 있다. 여기서, Y방향을 따라서 배치된 자성체블록(507Y)을 블록 Y1 및 Y2라고 칭한다.원통형상 자성체 지지원통(508)의 중공부분에는, 무게보상스프링(581)이 배치되고, 그 상단이 웨이퍼 천정판(501)의 하부면중앙부와 결합되어, 웨이퍼천정판(501)의 무게를 지지하도록 되어 있다. 무게보상스프링(581)은 무게 지지방향 및 다른 5자유도방향의 스프링상수가 극히 작게 설계되어 있어, 스프링(581)을 개재해서 X스테이지(561)로부터 웨이퍼 천정판(501)으로의 진동전달이 거의 무시될 수 있도록 되어 있다.
가동자 X1 및 X2(504X)가 발생하는 힘의 작용선의 Z좌표는 서로 거의 일치하고 있으며, 또한 그들은, 4개의 자성체블록(507), 자성체 지지원통(580), 가동자 Z1, Z2, Z3, Z4(504Z), 가동자 Y1, Y2(504Y) 및 가동자 X1, X2(504X)를 포함하는 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심의 Z좌표와 대략 일치하고 있다. 그 결과, 가동자 X1 과 Y2(504X)에 발생하는 X방향의 추력에 응답하여 Y축주위의 회전력이 웨이퍼 천정판(501)에 거의 작용하지 않도록 되어 있다.
가동자 Y1 및 Y2(504Y)가 발생하는 힘의 작용선의 Z좌표는 서로 거의 일치하고 있으며, 또한 그들은 4개의 자성체블록(507), 자성체 지지원통(580), 가동자 Z1, Z2, Z3, Z4(504Z), 가동자 Y1, Y2(504Y) 및 가동자 X1, X2(504X)를 포함하는 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심의 Z좌표와 대략 일치하고 있다. 그 결과, 가동자 Y1 과 Y2(504Y)에 발생하는 Y방향의 추력에 응답하여 X축주위의 회전력이 웨이퍼 천정판(501)에 거의 작용하지 않도록 되어 있다.
자성체블록 X1과 X2(507X)에 인가되는 흡인력의 작용선의 Z좌표는, 서로 거의 일치하고 있으며, 또한 그들은 4개의 자성체블록(507), 자성체 지지원통(580), 가동자 Z1, Z2, Z3, Z4(504Z), 가동자 Y1, Y2(504Y) 및 가동자 X1, X2(504X)를 포함하는 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심의 Z좌표와 거의 일치하고 있다. 그 결과, 블록 X1, X2(507X)에 인가된 X방향의 인력에 응답해서, Y축 둘레의 회전력이 거의 웨이퍼 천정판(501)에 작용하지 않도록 되어 있다.
자성체블록 X1과 X2(507X)에 인가되는 흡인력의 작용선의 X좌표는, 4개의 자성체블록(507), 자성체 지지원통(580), 가동자 Z1, Z2, Z3, Z4(504Z), 가동자 Y1과 Y2(504Y) 및 가동자 X1과 X2(504X)를 포함하는 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심의 X좌표와 거의 일치하고 있다. 그 결과 블록 X1, X2(507X)에 인가된 X방향의 인력에 응답해서, Z축둘레의 회전력이 거의 웨이퍼 천정판(501)에 작용하지 않도록 되어 있다.자기체블록 Y1, Y2(507Y)에 인가되는 인력의 작용선의 Z좌표는 서로 거의 일치하고 있으며, 또한 그들은 4개의 자성체블록(507), 자성체 지지원통(580), 가동자 Z1, Z2, Z3, Z4(504Z), 가동자 Y1, Y2(504Y) 및 가동자 X1, X2(504X)를 포함하는 웨이퍼의 천정판(501)의 무게중심의 Z좌표와 거의 일치하고 있다. 그 결과, 블록 Y1, Y2(507Y)에 인가된 Y방향의 흡인력에 응답해서, X축둘레의 회전력이 거의 웨이퍼 천정판(501)에 작용하지 않도록 되어 있다.
또, 자성체블록 Y1, Y2(507Y)에 인가되는 Y방향의 흡인력의 작용선의 X좌표는, 4개의 자성체블록(507), 자성체 지지원통(580), 가동자 Z1, Z2, Z3, Z4(504Z), 가동자 Y1, Y2(504Y) 및 가동자 X1, X2(504X)를 포함하는 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심의 X축과 거의 일치하고 있다. 그 결과, 블록 Y1과 Y2(507Y)에 인가된 Y방향의 흡인력에 응답해서, Z축둘레의 회전력이 거의 웨이퍼 천정판(501)에 작용하지 않도록 되어 있다.
한편, X스테이지상부판(563)의 상부에는, 웨이퍼천정판(501)을 6축방향으로 위치제어하기 위한 8개의 미동 선형모터(503)의 고정자(505), 웨이퍼천정판(501)에 XY방향의 가속도를 부여하기 위한 전자석지지원통(583)에 지지된 4개의 E자형 전자석(508), 웨이퍼 천정판(501)의 무게를 지지하기 위한 무게지지스프링의 일단부가 고정되어 있다.
각 고정자(505)는, 긴 원형상 코일(578)을 코일유지프레임(579)에 의해 지지하는 구조로 되어 있고, 상기 웨이퍼 천정판(501)의 하부면에 고정된 선형모터가동자(504)와 비접촉으로 대면하도록 되어 있다.
8개의 고정자(505)중에서 4개의 고정자(505Z)는 직사각형의 X스테이지 상부판(563)의 변의 거의 중앙부에 배치되어, 웨이퍼 천정판(501)을 X스테이지(561)에 대해서 Z방향으로 미세하게 구동시키기 위한 Z고정자를 형성한다. 이 Z고정자(505Z)는, 상기 긴 원형상의 코일(578Z)의 직선부분이 Z방향과 직각으로 ㅗ되도록 배치되어 있고, 상기 Z가동자(504Z)의 Z방향을 따라서 배치된 2극의 자석(574Z)에 Z방향의 추력을 작용시킬 수 있도록 되어 있다. 이 코일을 코일 Z1 ∼ Z4라고 부른다.
나머지 4개의 고정자중에서 2개의 고정자(505X)는, 직사각형의 X스테이지상부판(563)의 대각선의 모서리부에 배치되어, X고정자를 형성한다. 이 X고정자(505X)에는, 상기 긴 원형상의 코일(578X)의 2개의 직선부분이 X방향과 직각으로 되고, 또한 2개의 직선부분이 X방향을 따르도록 배치되어 있다. 따라서, X방향의 추력은, X가동자(504X)의 X방향을 따라서 배치된 2극 자석(574X)에 X방향의 추력을 작용시킬 수 있도록 되어 있다. 여기서, 이들 코일을 코일 X1 및 X2라고 부른다.
나머지 2개의 가동자(505Y)도 직사각형 상부평판(563)의 대각선의 모서리에 배치되어, Y고정자를 형성한다. 이 Y고정자(505Y)에서는, 긴 원형상의 코일(578X)의 2개의 직선부분이 Y방향과 직각으로 되어, 2개의 직선부분이 Y방향을 따라서 뻗어 있다. 따라서, Y상기 가동자(504Y)의 Y방향을 따라서 배치된 2극 자석(574Y)에 Y방향의 추력을 인가할 수 있도록 되어 있다. 이들 코일을 코일 Y1과 Y2라고 부른다.
또한, 전자석 지지원통(583)은, 직사각형의 X스테이지상부면(563)의 거의 중앙부에 배치되고, 해당 전자석 지지원통(583)의 내부에는, 4개의 E형상의 전자석(508)이 설치되어 있다. 이들 전자석(508)은, Z방향에서 본 때 대략 E자형상의 단면을 지닌 자성체블록(585)과, 코일(586)을 구비하고 있다. 코일(585)은 E자형상의 중앙의 돌기부의 주위에 권선되어 있다. E자형상의 3개의 돌기부의 단부면은 직선이 아닌 아치형상으로 형성되어 있다. E자형상의 전자석(508)의 3개의 돌기부의 이들 단부면은, 상기 웨이퍼 천정판(501)에 고정된 아치형 자성체블록(507)과 수십 마이크론정도이상의 공극을 개재해서 비접촉으로 대면하여, 코일에 흐르는 전류의 인가에 응답하여, 자성체블록(585)에 흡인력을 인가하도록 되어 있다.
4개의 전자석(508)중에서 2개는, 블록 X1과 X2(507X)에 대면하도록 X방향을 따라 배치되어, 블록 X1과 X2(507X)에 각각 X방향과 -X방향의 흡인력을 부여한다. 여기서, 이들을 전자석 X1, X2라고 부른다.
나머지 2개의 전자석(508)은, 블록 Y1, Y2(507Y)에 대면하도록 Y방향을 따라 배치되어, 블록 Y1, Y2에 각각 Y방향과 -Y방향의 흡인력을 부여한다. 여기서, 이들을 전자석 Y1과 Y2라고 부른다.
전자석(508)은 흡인력밖에 발생할 수 없으므로, X와 Y의 각각 구동방향에 대해서, 양과 음의 방향으로 흡인력을 생성하는 전자석이, 각각 설치되어 있다.
또, 자성체블록(507) 및 E자형상의 전자석의 각각의 대향면은 Z축둘레의 원통면으로 하고, 4개의 자성체 블록과 4개의 전자석이 Z축둘레(wx방향)으로 상호 접촉하지 않고, 자유롭게 회전할 수 있도록 되어 있다. 즉, 웨이퍼 천정판(501)과 X스테이지(561)는 wx방향으로 상대이동가능하게 된다. 또한, wx방향의 회전에 의해서도, 전자석(508)의 단부면과 자성체 블록(507)과의 사이의 공극에 변화가 없으므로, 동일한 전류에 대하여, 전자석(508)이 발생하는 흡인력은 변하지 않는다.
본 실시예에서는, 4개의 자성체블록과 4개의 E자형상의 전자석의 각각의 대향면이 원통면으로 하였으나, 대향면의 형상은 이것으로 한정되는 것은 아니고, 구형상 또는 컵형상으로 해도 된다. 자성체블록과 전자석의 대향면이 구형상 또는 컵형상으로 형성되어도, wx, wy와 wz의 3개의 회전방향에 대해서 상대회전이 허용된다. 상대회전에 의해서도 대향면의 공극은 변하지 않아, 전자석의 흡인력은 변화하지 않는다.
또, 각각의 아치형 자성체블록(507)과 E자형상의 자성체블록(585)은, 서로 전기적으로 절연된 박막판을 적층함으로써 형성되어 있으므로, 자속의 변화에 기인되는 블록내부의 소용돌이 전류의 흐름을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, E자형상의 전자석(508)의 흡인력을 높은 주파수까지 제어할 수 있다.
상기 설명한 구조에 의해서, X스테이지로부터 웨이퍼 천정판(501)으로, 선형모터에 의해 6축방향의 추력을 부여할 수 있어, 전자석(508)에 의해 XY방향으로 큰 흡인력을 부여할 수 있다.
Z방향의 병진 및 wx, wy, wz방향의 회전에서는 긴 스트로크 이동이 불필요하지만, XY방향에 관해서 긴 스트로크를 걸쳐 추력 또는 흡인력을 인가시킬 필요가 있다. 그러나, 선형 모터(503)와 전자석(508)양자는, XY방향의 스트로크가 매우 짧은 반면, X스테이지(561)는 XY방향에 긴 스트로크를 지닌다. 그래서, X스테이 지(561)를 XY방향으로 이동시키면서 웨이퍼 천정판(501)에 추력이나 흡인력을인가시킴으로써, XY방향의 길이전체에 걸쳐서, 웨이퍼 천정판(501)에 XY방향의 추력이나 흡인력을 인가시키도록 하고 있다.
[제어계의 설명]
도 11은 Y방향으로만 장거리이동을 행하지만, 다른 5방향에 대해서는 현재위치를 유지하도록 동작을 행하는 제어블록도의 예이다.
이동목표지시수단(521)은, 웨이퍼 천정판(501)의 목표치, 즉 6방향에 관한 위치 등을 생성하여, 위치프로파일생성수단(522)와 가속프로파일생성수단(523)에 인가한다. 위치프로파일생성수단(522)은, 목표지시수단(521)으로부터 출력된 목표값에 의거해서, 시간과 웨이퍼 천정판(501)이 취해야 할 위치 사이의 관계를, 병진 X, Y 과 Z방향 및 회전 wx, wy 와 wz방향의 6방향에 대해서 각각 생성한다. 가속프로파일생성수단(523)은, 목표지시수단(521)으로부터 출력된 목표값에 의거해서, 시간과 발생해야 할 가속도 사이의 관계를, 병진 X 와 Y방향의 2축에 대해서 각각 생성한다. 이들 프로파일은, 웨이퍼 천정판(501)을 강체로 보아 그 대표적인 위치에 대해서 부여된다. 이러한 대표적인 위치로서, 일반적으로 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심이 사용된다.
즉, 본 실시예의 경우에는, 시간과 웨이퍼 천정판(501)이 취해야 할 무게중심의 위치 및 무게중심주위의 회전의 관계가 위치프로파일생성수단(522)에 의하여 생성되지만, 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심의 XY방향에 관한 가속프로파일은 가속프로파일생성수단에 의하여 생성된다.
본 실시예에서는, 장거리이동은 Y축 방향에서만 이루어지므로, 목표위치로 이동하는 위치프로파일은 Y축에 관해서만 생성되고, 나머지 축에 관해서는, 현재위치를 유지하기 위한 일정한 값의 위치프로파일이 생성된다. 가속프로파일에 관해서도, 마찬가지로, Y축에 관한 가감속프로파일은 가속프로파일생성수단에 의하여 생성된다. 이동하지 않은 X축에 관해서는, 프로파일이 없다.
6축의 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심위치 및 무게중심둘레의 회전의 위치프로파일생성수단(522)의 출력은, 미동선형 모터(503)를 제어하는 미동선형 모터(LM)위치서보계에 인가된다. 더욱 상세하게는, 무게중심의 X위치 프로파일 생성수단(522X)의 출력과 Y위치 프로파일생성수단(522Y)의 출력은, XY방향으로 X스테이지(561)를 이동시키는 X-Y스테이지의 장거리선형 모터(510)의 전류를 피드백제어하는 장거리선형 모터(LM)위치서보계(535)로도 인가된다.
또, X가속프로파일생성수단(523X)의 출력과 Y가속프로파일생성수단(523Y)의 출력은, 전자석(508)의 흡인력을 피드-포워드 제어하는 흡인피드-포워드(FF)계(521)에 인가된다.
미동선형 모터(LM)위치서보계(525)는, 차분기(541), 연산수단(526), 출력좌표변환기(542), 미동전류증폭기(526), 웨이퍼 천정판 위치측정계(528) 및 입력좌표변환기(543)를 구비하고 있다. 차분기(541)는, 위치프로파일생성기(522)에 의해 지시되는 바와 같이, 웨이퍼 천정판(501)에 의해 현재 취해야 할 전류목표위치(X, Y, Z, wx, wy 및 wz위치)와 웨이퍼 천정판(501)에 의해 실제로 취하고 있는 현재위치 또는 측정된 위치(X, Y, Z, wx, wy 및 wz 위치) 사이의 차이분을 생성하도록 기능한다. 차분기(541)의 차분신호에 의거해서, 연산수단(526)은, 예를 들면, PID로 대표되는 제어연산을 행하여, 6축의 구동량을 계산한다. 출력좌표전환기(542)는 6축의 구동량을 선형 모터(503)(X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2, Z3, Z4)로 분배하기 위하여 연산을 행하고, 그 연산결과를 아날로그전압으로 출력한다. 미동전류증폭기(527)는 선형 모터(503)( X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2, Z3, Z4)에 아날로그전압에 비례하는 전류를 공급한다. 웨이퍼 천정판 위치측정계는, 예를 들면, 웨이퍼 천정판(501)이 거의 노광되는 점의 위치(X, Y, Z,wx, wy 및 wz)를 측정하기 위한 간섭계를 가지는 상기한 측정수단을 구비한다. 웨이퍼 천정판위치측정계로부터의 신호에 따라서, 입력좌표변환기(543)는, 대략 웨이퍼 천정판(501)의 노광점(X, Y, Z,wx, wy 및 wz)의 위치를 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심 위치(X, Y, Z,wx, wy 및 wz)로 환산한다.
각각의 축에 관하여 볼 때, 미동선형 모터(LM)서보계(525)는 지정된 값으로서 위치프로파일생성수단(522)의 출력을 취하는 통상의 위치서보계이다. 큰 추력이 필요할 때에는, 나중에 설명되는 흡인피드-포워드(FF)계(531)로부터의 힘을 받는다. 상기 설명한 바와 같이, 전자석(508)의 흡인력은, 그 작용선이 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심과 일치하도록 배열되고, 따라서 어떠한 회전력도 웨이퍼 천정판(501)에 발생되지 않는다. 그러므로, 미동선형 모터(503)가 필요한 것은 목표위치에 관한 작은 위치착오를 제거하기 위한 작은 추력을 생성하는 것이다. 따라서, 큰 발열을 야기하는 전류는 흐르지 않는다. 선형 모터의 전류의 흐름은 하드웨어 또는 소프트웨어에 의하여 제한되기도 하고, 따라서 흡인피드-포워드(FF)계와의 상호동작이 오동작이어도, 발열을 야기하는 전류의 흐름은 방지된다.
흡인피드-포워드(FF)계(531)는 1쌍의 전자석 X1 및 X2(508X)과 블록X1 및 X2(507X) 사이에, 가속프로파일생성수단(523)의 출력과 비례하는 X방향의 추력을 합성한 합력을 발생하는 제어계와, 1쌍의 전자석 Y1, Y2(508Y)과 블록 Y1, Y2(507Y) 사이에, 가속프로파일생성수단(523)의 출력과 비례하는 Y방향의 추력을 합성한 합력을 생성하는 제어계를 구비한다. 각 제어계는, 각각 독립적으로, 보정수단(532), 조정수단(533) 및 1쌍의 전자석(508)의 코일(586)에 전류를 통하게 하는 전자석전류증폭기(534)를 구비하고 있다.
보정수단(532)은 전류와 전자석(508)의 추력사이의 비선형관계를 보정하도록 기능한다. 다수의 경우에 있어서, 보정수단은 부호를 보존하는 기능을 가진 제곱근연산기를 포함한다. 일반적으로, 전자석의 흡인력은 전자석에 흐르는 전류의 제곱에 비례한다. 요구되는 힘은 가속프로파일생성수단(523)의 출력과 비례하는 힘이므로, 일단 출력의 제곱근이 지시신호로서 받아들여지면, 가속프로파일생성수단(523)의 출력의 제곱근의 제곱에 비례하는 흡인력이 생성될 수 있다. 즉, 가속프로파일생성수단(523)의 출력에 비례하는 흡인력이 제공된다. 또한, 가속프로파일생성수단(523)의 출력이 부호를 가지지만, 제곱근계산이 출력의 절대치에 대해서 행하고, 또한 연산후에, 결과가 조정수단에 인가될 때, 부호를 특정하면 된다.
조정수단(533)는 1쌍의 전자석(508)과 자성체(507) 사이에 기능하는 흡인력을 조정하도록 기능하므로, 이들의 힘은 소망의 크기와 방향의 힘으로 합성된다. 전류방향에 관계없이, 전자석은 자성체판을 흡인하는 힘밖에 발생할 수 없다. 이것을 고려해보면, 1쌍의 전자석(508)은, 전자석 사이에 자성체(507)를 끼워 놓여지므로, 이들의 전자석은 자성체에 대향하는 힘을 발생하여 인가한다. 이들 두힘을 조정함으로써, 자성체(507)위에 작용하는 합력의 크기와 방향이 제어된다. 상기 설명한 보정수단(532)의 출력의 부호에 따라서, 1쌍의 전자석중에서 어느 쪽에 전류를 인가할 것인 가를 선택하여, 보정수단(532)의 출력에 비례하는 값을 전류증폭기(534)에 인가하고, 기타 전자석(508)의 전류는 "0"을 유지하도록 하는 것이 하나의 간편한 제어순서이다. 보정수단(532)의 출력이 "0"이면, 양쪽의 전자석에 흐르는 전류는 "0"으로 제어된다. 그 결과, 1쌍의 전자석(508)으로부터 자성체(507)에 대해서, 가속프로파일생성수단(523)의 출력에 비례하는 추력이 소망의 방향으로 인가되게 된다.
보정수단(532)의 출력이 "0"일 때, 2개의 전자석(508)에 동일한 수준의 바이어스전류를 인가하는 것도 가능하다. 이것은, 전류와 전자석의 BH곡선의 동작중심 사이의 관계, 즉, 자계의 강도와 자속밀도의 관계가 더욱 선형화되는 효과를 나타낸다. 이 경우에는, 보정수단(532)과 조정수단(533)은 가속프로파일 출력에 응답하여, 2개의 전자석에 대한 적절한 전류를 지시하기 위하여 일체적으로 기능한다. 더욱 상세하게는, 가속프로파일생성수단의 출력이 양의 이동방향으로 "Va", 바이어스전류가 "Ib"일 때, 양의 이동방향으로 흡인력을 발생하는 전자석코일전류를 "Ip", 음의 이동방향으로 흡인력을 발생하는 전자석코일전류를 "Im"이라 하면, 소정의 비례상수 K에 대해서, Va =K[(Ip - Ib)2- (Im - Ib)2]의 관계를 만족하는 Ip와 Im이 산출된다.
전자석의 흡인력은 선형 모터의 로렌츠힘에 비해서 작은 암페어-턴으로 큰 추력을 생성할 수 있으므로, 종래의 선형 모터만을 사용한 스테이지의 가속 및 감속시의 발열과 비교하면, 전자석의 발열은 매우 작아 어떠한 문제도 야기되지 않는다.
일정속도로 주행중에는, 전자석(508)의 전류는 "0"으로 제어된다. 따라서, 마루진동 등의 어떠한 외부의 방해도 전자석(508)을 통해서 웨이퍼 천정판(501)에 전달되지 않는다. 이 상태에서는, 미동선형 모터만이 매우 정밀하게 6축의 웨이퍼 천정판의 위치를 제어한다.
본 실시예에서는, 웨이퍼 천정판(501)에 접속된 미동선형 모터 및 전자석(508)은 짧은 스트로크(508)를 가지므로, 그대로는 장거리전체에 걸쳐서 힘이 인가할 수 없다. 이것을 고려하면, 웨이퍼 천정판에 힘을 인가하는 기준을 제공하는 X스테이지(561)를 XY방향으로 이동시키면서, X방향과 Y방향의 추력 또는 인력을 웨이퍼 천정판(501)에 인가시킴으로써, 장거리 XY방향을 통하여, 웨이퍼 천정판(501)에 XY방향의 추력이나 흡인력을 인가시키도록 하고 있다. 이것을 실현하기 위해서, 장거리 선형 모터(LM)위치서보계와, 이 장거리 선형 모터위치서보계에 접속되는 2개의 Y선형 모터 및 1개의 X선형 모터가 설치되어 있다.
장거리선형 모터(LM)위치서보계(535)는 X제어계와 Y제어계를 가진다. X제어계는, X위치프로파일에 따라서, 1개의 X선형 모터를 사용함으로써 X 스테이지의 X위치를 제어한다. Y제어계는, Y위치프로파일에 따라서, 2개의 Y선형 모터를 사용함으로써 Y스테이지(551)와 X 스테이지(561)의 Y위치를 제어한다.
위치서보계(535)의 X와 Y제어계는, X 또는 Y위치프로파일과, X스테이지상부판(563)의 측면에 장착된 반사경에 투영된 간섭계빔에 의거해서 측정되는 바와 같은 XY방향의 X스테이지(561)의 현재위치 사이의 차이를 생성하도록 기능한다. 또한, 예를 들면, 이 차분신호에, PID로 대표되는 제어연산을 행하여, X 또는 Y방향의 가속값을 연산하고, 이 결과를 X 또는 Y선형 모터전류증폭기(537)를 통하여 X선형 모터(510X)와 Y선형 모터(510Y)에 인가하도록 되어 있다.
상기에서 설명한 구조에 의해, Y선형 모터(510Y)는, 예를 들면, Y스테이지(551), X스테이지(561) 및 웨이퍼 천정판(501)을 포함하는 전체 질량을, Y방향으로 가속하는 추력을 발생하고, 또한 X선형 모터(510X)는, 예를 들면, X스테이지(561) 및 웨이퍼 천정판(501)을 포함하는 전체 질량을, X방향으로 가속하는 추력을 발생한다.
본 실시예에서는, 가속프로파일생성수단(522)의 출력을 장거리선형 모터(LM)위치서보계의 제어연산의 출력에 가산하고, 그 합계는 모터전류증폭기에 인가함으로써, 가속신호는, 피드-포워드제어와 같은 선형 모터(510)에 인가되므로, 가속시에 위치오차의 축적이 방지된다.
본 실시예에서는, 가속프로파일은 흡인피드-포워드(FF)계(531)와 장거리선형모터(LM)위치서보계(535)에 피드-포워드제어적으로 인가되고 있으나, 이것이외에, 프로파일은 미동선형 모터(LM)위치서보계(525)에 피드-포워드제어적으로 인가되어도 된다. 또한, 가속프로파일은 XY방향 뿐만 아니라, 6개의 축 모두에 대하여 생성되어도되고, 그들은 피드-포워드제어적으로 미동 선형 모터위치서보계에 인가되어도 된다.
X스테이지(561) 또는 웨이퍼 천정판(501)의 가속이 종료된 후에도, X스테이지(561) 및 Y스테이지(551)는 X위치 및 Y위치의 프로파일을 따라서 이동한다. 가속종료후에는, 2개의 Y선형 모터와 1개의 X선형 모터는 미동선형 모터(X1, X2, Y1 및 Y2)가 발생하는 추력의 반작용력을 발생하기 위해서만 기능한다.
상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 선형 모터에 의해 이동되는 X스테이지(561), Y스테이지(551) 및 X스테이지(561)를 기준으로 하는 전자석(508)의 흡인력에 의해서 웨이퍼 천정판(501)를 가속하고, 웨이퍼 천정판(501)의 가속이 종료된 후에, 전자석에 흐르는 전류는 "0"으로 해서 마루진동과 격리시키고, 장거리 선형 모터위치서보계는, X스테이지(561) 및 Y스테이지(551)를 X 및 Y위치프로파일에 따라서 이동시켜, 전자석(508) 및 미동선형 모터의 고정자 또는 가동자가 서로 접촉하지 않도록 하면서, 이들 동작과 평행해서 미동선형 모터에 의해 상시 고정밀도한 위치제어를 행하도록 함으로써, 큰 추력과 낮은 발열과 웨이퍼 천정판(501)에 대한 매우 정밀한 6축 위치제어를 동시에 달성하도록 하고 있다.
[독립계측과 독립제어의 이점]
본 실시예에서는, 전자석(508) 또는 미동선형 모터에 의해 발생된 추력에 대한 기준을 제공하는 X스테이지(561)의 위치를 웨이퍼 천정판(501)의 위치와는 완전히 독립적으로 계측하고, 완전히 독립적인 제어계를 사용하여 위치제어를 행하고 있다.
이와 같은 X스테이지(561)의 위치에 대한 독립계측과 독립제어는, 상대센서를 사용한 제어와 비교해서, 이하와 같은 상당히 유리한 결과를 제공한다.
첫째, 실제로 불편을 야기하는 상대위치센서를 사용할 필요가 없다는 점을 들 수 있다. X스테이지(561)와 웨이퍼 천정판(501)의 상대위치를 계측하는데 상대위치센서를 사용할 경우, X스테이지(561) 또는 웨이퍼 천정판(501)에 고정시켜야 한다. 센서장착부가 진동하지 않도록 센서가 견고하게 고정하고자 하면, 센서장착부의 크기가 증가되어, 임의의 다른 소자와의 간섭 또는 질량의 증가의 문제를 야기한다. 또한, 전치증폭기도 이 근처에 탑재할 필요가 있어, 이것도 공간의 감소 및 질량의 증가를 야기한다. 또한, 센서의 케이블을 X스테이지(561) 또는 웨이퍼 천정판(501)이 끌게 되어, 외부간섭요인의 증가를 초래한다. 즉, 본 실시예에서는 X스테이지(561)와 웨이퍼 천정판(501)에 대한 독립계측과 독립제어에 의해, 상부판(561)의 질량을 경감시킬 수 있고, 따라서 웨이퍼 천정판(561)에 구동력을 인가할 때의 응답속도가 증가된다. 이것은 웨이퍼 천정판(501)의 고속위치결정에 유리하다. 또한, 센서케이블의 배선이 없으므로, 높은 정밀도의 위치결정에 유리하다.
둘째, 연산에 대한 부담이 감소된다. 이것은 상기 설명한 센서실장의 문제와도 관계된다. 갭센서 등의 상대위치센서를 사용하여 XY방향으로만 상대변위를 계측하고자 한 경우, 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심에 상당하는 위치를 X스테이지(561)로부터 상대적으로 측정할 수 있도록 센서를 배치시키는 것은 곤란하다. 예를 들면, 본 실시예에서는, 무게중심의 근처에 전자석(508)이나 자성체블록이 있어, 상대위치센서를 설치하고자 하면 이것을 피해서 배치하지 않으면 안된다. 그렇게 하면, 웨이퍼 천정판(501)의 회전에 기인하는 아베의 오차(Abbe's error)가 상대센서내에 불가피하게 도입되게 된다. 이러한 오차를 제거하기 위해서, 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심위치의 계측결과의 값(wx, wy, wx) 및 상대위치센서 부착위치와 웨이퍼 천정판(501)의 무게중심위치 사이의 공간으로부터 XY방향의 변위를 계산하고, 또한, 상대위치센서를 6개 준비해서 좌표변환을 행함으로써 XY방향의 변위를 계산하거나 하지 않으면 안되어, 연산의 부담이 증가된다. 본 실시예에서는, 이와 같은 연산의 부담이 경감되고 있으므로, 고속위치결정에 매우 유리하다.
세째, X스테이지(561) 및 웨이퍼 천정판(501)의 제어계에 들어오는 외란을 경감시킬 수 있다. 상대위치센서를 사용한 제어방식에서는, 장거리 선형 모터위치서보계에 포함된 외란이 증가한다. 상대위치센서를 사용한 제어방식에서는, 장거리 선형 모터위치서보계에 대한 위치지정은 항상 무효이고, 웨이퍼 천정판(501)과 X스테이지(561)사이에 상대변위가 발생하면, 이것은 외란으로 된다. 즉, 웨이퍼 천정판(501)의 응답의 어떠한 지연도 외란의 확대를 야기한다. 또한, 상대위치센서를 사용한 제어방법에서는, 웨이퍼 천정판(501)에 대한 미동LM서보가 효과적이지 않으면 XY스테이지를 구동할 수 없다. 따라서, 상대위치센서를 사용한 제어방법에서는, 예를 들면 XY스테이지위치만을 시험용으로 구동하는 것은 불가능하다. 이것에 비해서, 본 실시예의 독립계측과 독립제어에 의하면, X스테이지(561)의 위치계측에 간섭계를 사용하고, 따라서 XY스테이지(561)의 측면에 미러만을 준비하면 된다.
바꾸어 말하면, 본 실시예의 독립계측과 독립제어에 의해, 웨이퍼천정판주변의 공간을 감소시키거나, 케이블배선을 끌거나, 상대위치센서용 증폭기를 탑재함으로써 질량이 증가하는 것을 방지한다. 또, 본 실시예의 독립계측과 독립제어방식에서는, 간섭계로 계측한 XY의 위치신호에, 웨이퍼 천정판(501)의 회전량은 혼입되지 않으므로, 위치신호에 대해서 복잡한 연산을 실시할 필요도 없다. 또한, 웨이퍼 천정판(501)의 어떠한 응답지연도 긴 거리의 선형 모터위치서보계에는 혼입되지 않으므로, 외란이 증가하는 일도 없다. 또, 웨이퍼 천정판에 대한 미동선형 모터 서보계를 동작시킴이 없이, 긴 거리의 위치서보계에 위치신호를 인가함으로써, X스테이지(561)를 임의의 위치로 이동시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 웨이퍼 천정판의 6축방향의 미동제어에 8개의 미동선형 모터를 사용하였으나, 그 수는 이것으로 한정되는 것은 아니고, 6축방향의 추력이 발생되도록 적어도 6개의 작동기가 있으면 된다. 당연히, 작동기의 배치도 본 실시예에서의 배치로 한정되는 것은 아니다.
전자석(508)은 흡인력만을 발생하므로, 이 실시예에서는 XY방향으로 가속과 감속을 행하기 위해 4개의 전자석(508)을 사용하였으나, 적어도 3개의 전자석이면, X 및 Y구동을 가능하게 한다. 또, 전자석(508)에 관해서, 전류의 인가에 응답하여 자성부재에 흡인력을 발생할 수 있는 한 어떠한 형태가 사용되어도 되고, 그 형상은 본 실시예에서와 같이 E자형상으로 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 독립계측과 독립제어에 있어서, X스테이지(561)에 대한 위치계측을 행하기 위해 X스테이지(561)의 측면미러를 이용해서 간섭계로 계측하였으나, 이러한 구조대신에, X 또는 Y선형 모터에 선형 엔코더를 설치하고, 이것에 의해 X스테이지(561)의 위치를 계측해도 된다. 또, 선형 엔코더대신에 긴 거리를 측정할 수 있는 임의의 센서를 사용해도 된다.
이 실시예에서는, X스테이지(561)를 XY방향으로 긴 스트로크에 걸쳐 구동하기 위해 선형 모터를 사용하였으나, 선형 모터 대신에 예를 들면 볼나사, 피스톤 또는 로보트팔을 사용해도 된다.
또, 본 실시예에서는, 웨이퍼 천정판의 무게를 지지하기 위한 중량보정스프링을 사용하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 공기에 의한 부상력, 자석의 반발력 또는 Z방향으로 힘을 발생하는 전동기를 이용해도 된다. Z방향으로 힘을 발생시키는 작동기로서, 전술한 미동선형 모터를 사용해도 되나, 선형 모터의 발열을 고려할 때, 발열이 적은 작동기를 미동선형 모터와는 별도로 설치해도 된다.
[제 5실시예]
이하, 앞의 실시예중 어느 하나에 의한 스테이지장치를 웨이퍼스테이지 또는 레티클스테이지로서 탑재한 주사형 노광장치의 실시예에 대해, 도 12를 이용해서 설명한다.
배럴베이스(696)는 댐퍼(698)를 통하여 마루바닥 또는 베이스테이블(691)에 의해 지지되어 있다. 배럴베이스(696)는 또한 레티클스테이지(695)와 웨이퍼스테이지(693)사이에 위치한 투영광학계(497)뿐만 아니라 레티클스테이지베이스(694)도 지지하고 있다.
웨이퍼스테이지(693)는, 마루바닥 또는 베이스테이블에 의해 지지되는 스테이지베이스에 의해 지지되고, 그 위에 놓여진 웨이퍼의 위치결정을 행한다. 또, 레티클스테이지(695)는 배럴베이스(696)에 의해 지지되는 레티클스테이지베이스에 의해 지지되어, 회로패턴이 형성된 레티클을 탑재해서 이동가능하다. 웨이퍼스테이지(693)상에 놓여진 웨이퍼를 레티클스테이지(695)상에 놓여진 레티클로 노광가능한 노광광은, 조명광학계(699)로부터 공급된다.
또, 웨이퍼스테이지(693)는 레티클스테이지(695)와 동기하여 주사된다. 레티클스테이지(695)와 웨이퍼스테이지(693)의 주사시, 이들의 위치는 각각 레이저간섭계에 의해 연속적으로 검출되고, 검출된 위치는 레티클스테이지(695)와 웨이퍼스테이지(693)용 구동수단으로 피드백된다. 이 구조에 의해, 이들 스테이지의 주사개시위치를 정확하게 서로 동기시키는 동시에, 일정속도주사영역의 주사속도를 고정밀도로 제어할 수 있다. 투영광학계에 대해서 이들 스테이지를 주사하고 있는 동안에, 웨이퍼상에는 레티클패턴이 프린트되어, 회로패턴이 웨이퍼로 전사된다.
이 실시예에서는, 앞의 실시예중 어느 하나에 의한 스테이지장치는 웨이퍼스테이지 또는 레티클스테이지로서 사용하고 있으므로, 큰 추력으로 스테이지를 구동해도 발열을 저감하는 것이 가능한 동시에, 고속 및 고정밀도의 노광이 가능해진다.
[실시예 6]
다음에, 상기 설명한 바와 같은 노광장치를 사용하는 반도체디바이스제조방법의 일실시예에 대해 설명한다.
도 13은 예를 들면 반도체칩(예를 들면, IC 또는 LSI), 액정패널, 또는 CCD 등의 마이크로디바이스를 제조하는 순서의 흐름도이다.
스텝 1은 반도체디바이스의 회로를 설계하는 설계공정이다. 스텝 2는 설계된 회로패턴에 의거해서 마스크를 제작하는 공정이다. 스텝 3은 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조하는 공정이다. 스텝 4는, 상기와 같이 제조된 마스크와 웨이퍼를 사용하여, 리소그래피를 통하여 웨이퍼상에 실제로 회로를 형성하는 전공정이라 불리는 웨이퍼프로세스이다. 이것에 후속하는 스텝 5는 스텝 4에 의해 처리된 웨이퍼를 이용해서 반도체칩화하는 후공정이라 불리는 조립스텝이다. 이 스텝은 조립(다이싱 및 본딩)공정과 패키징(칩밀봉)공정을 포함한다. 스텝 6은 스텝 5에서 제작된 반도체디바이스에 대해 동작확인시험, 내구성 시험 등의 검사를 행하는 검사공정이다. 이들 공정에 의해 반도체디바이스가 완성되어, 이들이 출하된다(스텝 7).
도 14는 웨이퍼프로세스의 상세를 도시하는 흐름도이다.스텝 11은 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화공정이다. 스텝 12는 웨이퍼표면상에 절연막을 형성하는 CVD공정이다. 스텝 13은 증착에 의해 웨이퍼상에 전극을 형성하는 전극형성공정이다. 스텝 14는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입공정이다. 스텝 15는 웨이퍼에 레지스트(감광성 재료)를 도포하는 레지스트공정이다. 스텝 16은 상기 설명한 노광장치를 통하여 웨이퍼상의 마스크의 회로패턴을 노광에 의해 프린트하는 노광공정이다. 스텝 17은 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상공정이다. 스텝 18은 현상된 레지스트상 이외의 부분을 제거하는 에칭공정이다. 스텝 19는 에칭공정이 행해진 후 웨이퍼상에 남아 있는 레지스트재료를 박리하는 레지스트박리공정이다. 이들 공정을 반복함으로써, 회로패턴이 웨이퍼상에 중첩하여 형성된다.
이들 공정에 의해 고밀도의 마이크로디바이스가 제조될 수 있다.
본 발명은 여기에 개시된 구조를 참조하여 설명하였으나, 개시된 상세에 제한되지 않고, 이 출원은 개선의 목적 또는 이하의 특허청구의 범위내에서 어떠한 변형이나 수정도 포함하도록 의도된다.
상기한 구조에 의해 높은 정밀도의 위치결정성능과 고속으로 행하는 효과적인 스테이지장치 및 스테이지구동방법이 실현되어, 고밀도의 마이크로디바이스가 제조될 수 있다.
Claims (85)
- 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지와;상기 스테이지의 소정의 방향으로 힘을 인가하는 제 1유닛과;상기 제 1유닛 및 해당 제 1유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 이동시키는 이동수단과;상기 스테이지의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 1계측수단과;상기 제 1유닛과 상기 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측수단을 구비하고,상기 스테이지는 상기 제 1계측수단의 계측값에 의거해서 제어되고, 상기 이동수단은 상기 제 2계측수단의 계측값에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1유닛은 상기 제 1계측수단의 계측값에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1유닛은 상기 스테이지의 목표위치에 관한 정보에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1유닛은 선형 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가진 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 스테이지의 목표위치에 관한 정보에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 이동수단은 선형모터와 볼나사중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스테이지는 3개의 자유도 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 제 1유닛은 상기 스테이지에 3개의 자유도 방향으로 힘을 인가하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 제 1유닛과 상기 구조체중 어느 하나를 1개의 자유도 방향으로 이동시키도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스테이지는 6개의 자유도 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 제 1유닛은 상기 스테이지에 6개의 자유도 방향으로 힘을 인가하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 이동수단은 X-Y스테이지인 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항 또는 제 2항중 있어서, 상기 제 1유닛과는 별도의 제 2유닛을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 2유닛은 상기 스테이지의 목표위치에 관한 정보에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 15항에 있어서, 상기 제 2유닛은 상기 스테이지의 목표위치에 관한 정보에 의거해서 피드포워드제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 15항에 있어서, 상기 정보는 스테이지의 가속에 관계된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 2유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가진 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 2유닛 및 해당 제 2유닛을 포함하는 제 2구조체중 어느 하나를 이동시키는 제 2이동수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 제 1 및 제 2유닛을 일체적으로 이동하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 2유닛은 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 21항에 있어서, 상기 제 2유닛은 서로 대향하고 상기 소정의 방향에 평행한 힘을 발생하는 적어도 1셋트의 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 2유닛은 1개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 2유닛은 2개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지와;상기 스테이지에 소정의 방향으로 힘을 인가하는 제 1유닛과;상기 스테이지에 소정의 방향으로 힘을 인가하는, 상기 제 1유닛과는 별도의 제 2유닛과;상기 제 2유닛 및 해당 제 2유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 이동시키는 이동수단을 구비하고,상기 스테이지의 위치결정은 상기 제 1유닛에 의거해서 행하고, 상기 스테이지의 가감속은 상기 제 2유닛에 의거해서 행하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항에 있어서, 상기 제 2유닛은 상기 제 1유닛에 의해 발생된 힘보다도 큰 힘을 발생하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 동일한 구동력을 발생하기 위해, 상기 제 2유닛의 발열량이 상기 제 1유닛의 발열량보다도 작은 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 제 1유닛은 코일과 자석을 이용해서 전자기력을 발생하도록 동작가능하고, 상기 제 2유닛은 자성체와 전자석을 이용해서 인력을 발생하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 28항에 있어서, 상기 제 2유닛은 서로 대향하고 상기 소정의 방향에 평행한 힘을 발생하는 적어도 1셋트의 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 스테이지의 위치를 계측하는 제 1계측수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 29항에 있어서, 상기 제 1유닛은 상기 제 1계측수단의 계측값에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 제 2유닛의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 32항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 제 2계측수단의 계측값에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 제 2유닛은 상기 스테이지의 이동스트로크전체에 걸쳐서 해당 스테이지에 힘을 인가하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 제 1 및 제 2유닛을 일체적으로 이동하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 제 1유닛 및 해당 제 1유닛을 포함하는 제 2구조체중 어느 하나를 이동시키는 제 2이동수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 36항에 있어서, 상기 제 1유닛 및 해당 제 1유닛을 포함하는 제 2구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 3계측수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 37항에 있어서, 상기 제 2이동수단은 상기 제 3계측수단의 계측값에 의거하여 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 스테이지의 가속에 관한 신호를 생성하는 가속정보생성수단과, 상기 스테이지의 위치에 관한 신호를 생성하는 위치정보생성수단을 또 구비하고,상기 제 1유닛은 상기 위치정보생성수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되고, 상기 제 2유닛은 상기 가속정보생성수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 39항에 있어서, 상기 제 2유닛은 상기 가속정보생성수단으로부터의 신호에 의거해서 피드포워드제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 39항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 위치정보생성수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 스테이지는 3개의 자유도 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 42항에 있어서, 상기 제 1유닛은 3개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 42항에 있어서, 상기 제 2유닛은 1개의 자유도방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 42항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 제 1유닛 및 해당 제 1유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 1개의 자유도 방향으로 이동시키도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 스테이지는 6개의 자유도 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 46항에 있어서, 상기 제 1유닛은 6개의 자유도방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 46항에 있어서, 상기 제 2유닛은 2개의 자유도 방향으로 상기 스테이지에 힘을 인가하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 45항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 제 2유닛 및 해당 제 2유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 2개의 자유도방향으로 이동시키는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 내지 제 26항에 있어서, 상기 이동수단은 X-Y스테이지인 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 제 1유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 상기 제 2유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지와;상기 스테이지에 소정의 방향으로 힘을 인가하는 유닛과;상기 유닛 및 해당 유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나를 이동시키는 이동수단과;상기 스테이지의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 1계측수단과;상기 유닛과 상기 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측수단과;상기 스테이지의 목표위치에 의거해서 신호를 생성하는 신호발생수단을 구비하고,상기 유닛은 상기 신호생성수단으로부터의 신호와 상기 제 1계측수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되고, 상기 이동수단은 상기 신호발생수단으로부터의 신호와 상기 제 2계측수단으로부터의 신호에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 53항에 있어서, 상기 유닛은 상기 신호발생수단으로부터의 신호와 상기 제 1계측수단으로부터의 신호사이의 차이분에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 53항 또는 제 54항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 신호발생수단으로부터의 신호와 상기 제 2계측수단으로부터의 신호사이의 차이분에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 53항 또는 제 54항에 있어서, 상기 신호생성수단으로부터의 신호는 상기 스테이지의 위치에 관한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 53항 또는 제 54항에 있어서, 상기 유닛은 선형 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 53항 또는 제 54항에 있어서, 상기 스테이지에 힘을 인가하는, 상기 유닛과는 별도의 제 2유닛을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 58항에 있어서, 상기 제 2유닛은 상기 신호생성수단으로부터의 신호에 의거해서 피드포워드제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 58항에 있어서, 제 2유닛은 상기 제 1이동수단과 상기 구동수단과는 별도의 제 2이동수단중 어느 하나에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 58항에 있어서, 상기 제 2유닛은 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지와;자성체 및 이 자성체의 대향면상에 배치된 적어도 1셋트의 전자석을 가지는 유닛을 구비하고,상기 유닛의 자성체 및 전자석중 어느 하나는 상기 스테이지에 의해 유지되고, 상기 자성체와 전자석은 스테이지의 회전운동에 관계없이 서로 대향하여 유지되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 62항에 있어서, 상기 자성체와 상기 전자석의 대향하는 면은 원통형상과 구형상중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 62항 또는 제 63항에 있어서, 자성체는 원호형상과 컵형상중 한쪽을 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 62항 또는 제 63항에 있어서, 상기 전자석은 E자 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 65항에 있어서, 상기 E자 형상 전자석의 단부면은 원호형상과 컵형상중 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 62항 또는 제 63항에 있어서, 상기 스테이지는 XY방향으로 이동가능하고, 상기 유닛은 XY방향에 관해서 자성체를 샌드위치하도록 배치된 적어도 2셋트의 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 62항 또는 제 63항에 있어서, 상기 스테이지에 의해 유지되지 않는 다른 자성체와 전자석을 이동시키는 이동수단을 또 구비하여, 상기 스테이지가 이동해도 해당 자성체와 전자석이 서로 대향하여 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 62항 또는 제 63항에 있어서, 상기 스테이지측면상에 자성체를 배치하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 62항 또는 제 63항에 있어서, 상기 전자석의 합력을 소정의 레벨로 조정하는 조정수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 62항 또는 제 63항에 있어서, 상기 유닛은 상기 스테이지의 무게중심에 힘을 인가하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
- 제 1항에 기재된 스테이지장치를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 72항에 있어서, 상기 스테이지장치는 웨이퍼스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 73항에 있어서, 상기 스테이지장치는 레티클스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 72항 내지 제 74항중 어느 한 항에 있어서, 레티클패턴을 웨이퍼위로 투영하는 투영광학계를 또 구비하고,상기 투영광학계를 지지하는 지지부재와 상기 스테이지를 지지하는 베이스가 진동에 관해서 서로 독립되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 72항 내지 제 74항중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 준비하는 공정과;상기 노광장치를 이용해서 레티클패턴을 웨이퍼로 전사하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
- 제 76항에 있어서, 상기 웨이퍼에 감광성 재료를 도포하는 공정과, 노광을 통해 전사된 레티클패턴을 가지는 상기 웨이퍼를 현상하는 공정을 또 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
- 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 1계측공정과;작동기를 가지는 유닛 및 해당 유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측공정과;상기 유닛을 통하여 상기 스테이지에 힘을 인가하는 인가공정과;이동수단을 통하여 소정의 방향으로 상기 유닛을 이동시키는 이동공정과;상기 제 1계측공정에서 얻어진 제 1계측값에 의거해서 상기 스테이지를 제어하는 제 1제어공정과;상기 제 2계측공정에서 얻어진 제 2계측값에 의거하여, 상기 유닛과 상기 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 제어하는 제 2제어공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법.
- 제 78항에 있어서, 상기 제 2제어공정은 상기 유닛을 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법.
- 제 79항에 있어서, 상기 유닛제어공정에서, 상기 유닛은 제 1계측값과 목표값에 의거해서 제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법.
- 제 78항 내지 제 80항중 어느 한 항에 있어서, 상기 유닛과는 별도의 제 2유닛을 통하여 상기 스테이지에 힘을 인가하는 제 2인가공정을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법.
- 제 81항에 있어서, 상기 제 2유닛은 목표값에 의거해서 피드포워드제어되는 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법.
- 소정의 방향으로 이동가능한 스테이지의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 1계측공정과;작동기를 가지는 유닛 및 해당 유닛을 포함하는 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 계측하는 제 2계측공정과;상기 유닛을 통하여 상기 스테이지에 힘을 인가하는 인가공정과;이동수단을 통하여 소정의 방향으로 상기 유닛을 이동하는 이동공정과;상기 스테이지의 목표위치에 의거해서 신호를 생성하는 신호생성공정과;상기 제 1계측공정에서 얻어진 제 1계측값과 상기 신호생성공정에서 얻어진 신호에 의거해서 상기 스테이지를 제어하는 제 1제어공정과;상기 제 2계측공정에서 얻어진 제 2계측값과 상기 신호생성공정에서 얻어진 신호에 의거해서 상기 유닛과 상기 구조체중 어느 하나의 위치와 이동량중 적어도 하나를 제어하는 제 2제어공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법.
- 제 83항에 있어서, 상기 신호생성공정에서 얻어진 신호와 상기 제 1계측값사이의 차이분을 검출하는 공정을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법.
- 제 83항 또는 제 84항에 있어서, 상기 신호생성공정에서 얻어진 신호와 상기 제 2계측값사이의 차이분을 검출하는 공정을 또 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지구동방법.
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