KR100445848B1

KR100445848B1 - 스테이지및스테이지구동방법

Info

Publication number: KR100445848B1
Application number: KR1019960023403A
Authority: KR
Inventors: 토마스 노바크 더블류.
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2005-02-03
Also published as: JPH0934135A; KR970002016A; US5760564A

Abstract

예를들면, 반도체 처리기기에 제공하는 것과 같은 정밀한 X-Y 위치 결정용 2중 가이드빔 스테이지의 기구가 정밀한 2 차원 운동과 요잉 조절을 구비할 수 있다. 그들 상대운동중 구성요소간의 구속 과잉은 가요성을 갖고 부착된 공기베어링을 적어도 1 개의 가동가이드빔과 그것에 대응하는 정지 가이드간과, 적어도 1 개의 가이드빔과 그것에 인접하는 스테이지 자체간에는 이용되는 것에 의해 최소한으로 감소시킬 수 있다. 이리하여 스테이지의 요잉 운동은 한쪽 가이드빔의 요잉 운동을 인가함으로써 부여된다. 예압에 의해 충분한 구속이 공기베어링을 거쳐 이동 구성 요소를 구속 과잉으로 하지 않게 인가되고, 그 때문에 정도를 개선하고 제조 공차를 협소화하는 요구도 저감할 수 있다.

Description

스테이지 및 스테이지 구동방법{A STAGE AND A METHOD OF OPERATING THE STAGE}

본 발명은 반도체 포토리소그래피 기기를 포함한 정밀기기에 사용되는 정밀이동겸 위치결정용 스테이지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 정확한 2차원 운동과 요동조절이 가능한 2 개의 안내빔을 갖는 스테이지의 기구에 관한 것이다.

정밀위치결정용 스테이지는 수직차원(Z 방향)으로 어느 정도 제한되어, 수평 2차원(x 방향과 y 방향)으로 자유롭게 움직일 수 있고, 상기 스테이지상에 적재된 피가공물을 자유롭게 이동시킬 수 있다. 스테이지의 실예로서 「정압공기 2차원 스테이지」(미국 특허 제4,648,723호, 1987년 3월 10일 발간)과 「정압공기 2차원 스테이지」(미국 특허 제4,648,724호, 1987년 3월 10일 발간)가 있다. 미국특허 제 4,648,724호의 스테이지의 평면도를 제 1 도에 도시한다. 제 1도로부터 이해되는 바와 같이, 플레이트(12)는 X축 방향으로 움직임을 안내하는 가동안내부재(13)와 플레이트(12)의 Y 축 방향으로의 움직임을 안내하는 가동안내부재(14)를 포함하고 있다. 양쪽 안내부재(13, 14)는 표면판(11)상에 배치되어 있다. 안내부재에 부착되는 4쌍의 베어링 패드(17, 18)는 각 가동안내부재(13, 14)의 양쪽 말단부분에 배치된 정지안내부재(15, 16)의 내측과 외측의 표면에 대향하여 배치되어 있다.

상기와 같이, 베어링 패드(17, 18)는 가동안내부재(13, 14)를 정지안내부재(15, 16)상에서 견고하게 파지한다. 가동안내부재(13, 14)의 각 말단에 국재(局在)하는 리니어 모터는 정지안내부재(15, 16)를 따라 가동안내부재(13, 14)에 저마찰의 운동을 발생시킨다. 이렇게 하여, 각 가동안내부재(13, 14)는 구속되면서 각각 정밀하게 1 자유도만으로 이동한다. 상기와 같이, 제 1 도의 위치결정용 스테이지는 가동안내부재(13, 14)의 요잉 방향의 움직임에 대해 아무런 대책을 갖고 있지 않다.

또한, 상기 위치결정용 스테이지는 과잉한 구속인 경우가 있다. 상기 위치결정용 스테이지에 과잉한 구속이 생기는 것은, 예를 들어, 어떠한 원인으로 가동안내부재(13, 14) 중 어느 것인가가 열팽창하거나 대향하여 설치된 정지안내부재(15, 16)와의 완전한 평행도에 약간의 편위가 생기거나 할 때이다. 특히, 제 1 도의 위치결정용 스테이지는 정지안내부재(15, 16)가 그의 양측을 가동안내부재(베어링)(13, 14)에 의해 파지되어 있기 때문에 과잉한 구속이 생기기 쉽다. 또한, 상기 위치결정용 스테이지는 제작시 극히 엄밀한 제조 공차를 요구하고, 또는 정밀도 오차 때문에 작동시 생각하지 못한 문제점을 초래하게 되는 것도 있다.

이러한 종래기술에 있어서의 요잉 운동과 과잉 구속과의 유사한 결함은 플레이트(12)와 가동안내부재(13, 14)간의 접속부에도 존재한다. 또한, 여러 가지 구성요소간의 고도로 구속적인 조건에서는 스테이지를 요잉 방향으로 움직이는 것, 즉, Z 축 (제 1 도의 평면도의 지면과 수직인 축)을 중심으로 하여 회전하는 것이 곤란해진다.

본 발명에 의하면, 스테이지의 기구에는 2개의 가동 직교 안내빔을 포함하고, 상기 안내빔은 각각 적어도 1개의 고정안내와 접촉하여 스테이지의 운동을 안내하고, 정확하게 2차원 운동함과 동시에 요잉 조절도 가능한 스테이지를 제공한다. 스테이지의 요잉 운동은 1 개의 안내빔의 요잉운동을 허용하는 것에 의해 제공된다.

본 발명의 스테이지는, 평탄한 표면을 갖는 지지대(30,130); 지지대(30,130) 상에 배치되어 Y 방향으로 연장된 제 1 안내가이드(34,134); 지지대(30,130)상에 배치되어 X 방향으로 연장된 제 2 안내가이드(32,132); 일단에 제 1 유체 베어링(74a,74b)을 배치하고, 제 1 안내가이드(34,134)를 따라 이동하는 제 1 안내부재(42,142); 일단에 제 1 베어링보다도 약한 구속을 갖는 제 2 유체 베어링(100a)을 배치하고, 제 2 안내가이드(32,132)를 따라 이동하는 제 2 안내부재(40); 및 제 1 안내부재(34,134)에 제 3 유체 베어링(85)을 통해 안내됨과 동시에, 상기 제 2 안내부재(32,132)에 상기 제 3 베어링보다도 강한 구속을 갖는 제 4 유체 베어링(82,84)을 통해 안내되는 플레이트(50)를 구비하고 있다. 이러한 구성에 의해 구속을 최소한으로 감소시킬 수 있다. 또한, 이러한 베어링 배치에는 예압을 사용하여, 가동 구성요소를 과잉으로 구속하지 않게 베어링을 통한 충분한 구속을 제공하고, 그렇게 함으로써 최대 오차를 저감하여 제조 공차에 대한 요구를 해제한다.

제 1 도는 선행기술에 속하는 스테이지 기구의 평면도.

제 2 도는 본 발명에 따른 스테이지 기구의 투시도.

제 3 도는 제 2 도의 기구의 평면도.

제 4 도는 제 2 도와 제 3 도의 기구의 공기베어링 전체를 도시한 "X 선 도시도".

제 5 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스테이지 기구의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 평면 지지대 34a, 34b : 정지안내쌍

40 : X 안내빔 42 : Y 안내빔

50 : 스테이지 85a, 85b : 베어링

본 발명에 의하면, 제 1 안내빔은 구속되어 직선 방향으로 이동하여 직선운동을 플레이트에 전달한다. 제 2 안내빔은 구속되어 상기 제 1 안내빔과 직교하여 이동하여 요잉 방향으로 약간 이동하는 것도 허용된다. 상기 제 2 안내빔은 이들 2 자유도의 운동을 결합하여 플레이트에 전달한다. 이러한 기구에는 간단한 유체(예를 들어, 공기) 베어링과 베어링 마운트를 이용하고, 공차가 저감되기 때문에 제작이 비교적 저렴하고 게다가 고성능을 유지하는데 바람직하다.

[실시예]

제 2 도는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 스테이지 기구의 사시도이다. X, Y, Z 축은 제 2 도의 좌측 하부에 도시되어 있다. 2 쌍의 정지 안내가이드 중, 제 1 정지 안내가이드(32a,32b)와 제 2 정지 안내가이드(34a,34b)가 평면 지지대(30)상에 고정되어 있다. 상기 정지 안내가이드(32,34)가 지지대와 일체화된 일부분이어도 되는 것은 말할 것도 없다(예를 들어, 지지대의 양측에 도출되도록 형성된 경우 등). 평행하게 배치된 정지 안내가이드(32a,32b)는 X축 방향으로 이동하는 X축 안내빔(40)을 안내한다. 평행 정지 안내가이드(34a,34b)는 Y 축 방향으로 이동하는 Y 축 안내빔(42)을 안내한다. 운동의 2 방향이 수직일 필요는 없기 때문에, 2조의 정지 안내가이드(32,34)가 서로 90 도 이하(또는 이상)이어도 된다.

제 1 실시예에서의 정지 안내가이드(34a,34b)는 각각 지주(36a,36b,36c,36d) 상에 고정된다. 정지 안내가이드(34a,34b)의 아래에는, 자기유도로(영구자석부: 고정자)(37d,37c)가 각각 평면지지대(30)에 고정되어 있다. 정지 안내가이드(32a,32b)는 각각 평면지지대(30)에 고정되어 있다. 정지 안내가이드(32a,32b) 상에는, 자기유도로(영구자석부: 고정자)(37a,37b)가 각각 지주(36e,36f,36g,36h) 상에 고정되어 있다.

X축 안내빔(40) 각각의 양단에 리니어 모터 코일(210)(제 2 도에는 도시되어 있지 않음)이 장착되어 있다. Y 안내빔(42) 각각의 양단에도 리니어 모터 코일(212)(제 2 도에는 도시되지 않음)이 장착되어 있다. 이들 4 개의 리니어 모터 코일(210,212)(rotor ;이동자)는 자기유도로(37a,37b,37c,37d)의 자장내에 배치되도록 되어 있다. 따라서, 리니어 모터 코일에 전류가 흐르면 로렌츠힘이 발생하여, 정지 안내가이드(32,34)를 따라 안내빔(40,42)이 구동된다. 상기 리니어 모터 코일은 Trilogy 사제 부품번호 LM310-5 로 무방하고, 상기 자기유도로도 Trilogy 사제이어도 무방하다(이들 리니어 모터 코일을 위한 제어시스템과 전원은 재래품으로 특별히 기재하지 않는다).

플레이트(50)는 피가공물인 반도체 웨이퍼를 유지하는 데에 사용되는 통상의 원형 진공척(52)을 갖는다. 또한, 플레이트(50)상에는 플레이트(50)를 위치결정하는 2개의 간섭계 반사경(이동경)이 장착되어 있다. 2개의 간섭계 반사경에는 도시되지 않은 간섭계로부터 레이저빔이 조사된다. 그의 상세한 설명은 후술한다. 플레이트(50)는 제 1 실시예에서는 직경 12 인치의 반도체 웨이퍼를 유지하는 크기로 형성되어 있다.

X 안내빔(40), Y 안내빔(42) 및 플레이트(50)는, 그들의 하측에 직접 접촉되지 않는 저마찰의 공기베어링(56,60,64,68,80)이 장착되어 있다. 공기베어링(56,60,64,68,80)은 지지대(30)의 상부 평면상에 공기를 불어넣어 각각 X 안내빔(40), Y 안내빔(42) 및 플레이트(50)를 지지하고 있다. 여기서 사용되는 공기베어링은 통상 시판되고 있는 형식이어도 무방하다. 각각 공기베어링의 작동 표면과, 상기 공기베어링이 슬라이딩하는 대향 지지대(30)의 표면과의 사이의 전형적인 틈은 공기베어링의 작동중에는 5∼10 미크론이다.

제 2 도와 같이, X 안내빔(40)은, 제 2 도 중 상부말단에서 지지대(30)상에 공기베어링(56a)[X 안내빔(40)의 좌측]과 공기베어링(56b)[X 안내빔(40)의 우측]으로 지지된다. 공기베어링(56a)은 안내빔(40)으로부터 X 방향으로 연장된 베어링 지지 지주(58a)상에 장착되고, 공기 베어링(56b)은 안내빔(40)으로부터 X 방향으로 연장된 베어링 지지 지주(58b)상에 장착된다. 베어링 지지 지주(58a,58b)는 길이가 거의 100 mm 이고, 공기베어링을 X 안내빔(40)으로부터 이격시켜, 스테이지를 지지하는 다른 공기베어링과 간섭하지 않도록 되어 있다. X 안내빔(40)의 타방의 단(하부 말단)에도 베어링 지지 지주(58a,58b)에 대응하는 40 mm 의 베어링 지지 지주(62a), 150 mm 의 베어링지지 지주(62b)가 설치되고, 지지 지주(62a,62b) 각각에 공기베어링(60a,60b)이 장착된다(제 3도 참조).

X 방향으로 연장된 Y 안내빔(42)을 참조하면, 공기베어링(64b)은 길이가 거의 40 mm 의 베어링 지지 지주(66b)에 장착되고, 공기베어링(64a)도 베어링 지지 지주(66a)에 장착된다. Y 안내빔(42)의 공기베어링(68a)은 길이가 거의 40 mm의 베어링 지지 지주(70a)상에 장착되고, 공기베어링(68b)도 역시 길이가 40 mm 인 베어링 지지 지주(70b)상에 장착된다(여기서 이들 치수의 수치는 예시된 것으로 제한하는 것은 아니다).

플레이트(50)에는, 플레이트(50)와 X 안내빔(40) 및 Y 안내빔(42)의 베어링이 설치되어 있다. 플레이트(50)가 XY 방향으로 이동하면, 플레이트(50)의 자중에 의해 X 안내빔(40) 및 Y 안내빔(42)이 휘어져 버리지 않도록, 플레이트(50)에는 3 개의 공기베어링(80a,80b,80c)(제 4 도 참조)이 설치되어 있다.

또한, X 안내빔(40)과 Y 안내빔(42)에는 각각 정지 안내가이드(32a, 32b, 34a, 34b)이 상대하는 표면을 향해 공기베어링(74,78,100)이 설치되어 있다. 공기베어링(74,78,100)은 공기베어링의 작동중 5 ~ 10 미크론의 틈이 생기고, 정지안내가이드(32,34)에 대해 자유롭게 슬라이딩하면서 지지되어 있다. 제 2 도의 사시도에는, Y 안내빔(42)에 대한 공기베어링(74,78)밖에 도시되어 있지 않지만, X 안내빔(40)에 대한 공기베어링(100) 은 제 4 도에 도시되어 있다. 공기베어링(100)은 X 안내빔(40)의 양단 중앙부에 각각 1개 장착되어 있다. 그 때문에, X 안내빔(40)은 정지 안내가이드(32a,32b)를 따라 미소 회전가능하도록 완만하게 구속되어 있다. 공기베어링(74a)은 베어링 지지 지주(66a)상에 장착되고, 공기베어링(74b)은 베어링 지지 지주(66b)상에 장착되어 있다. Y 안내빔(42)의 우측에는 공기베어링(78a,78b)이 각각 베어링 지지 지주(70a,70b)상에 장착되어 있다. 이와 같이, Y 안내빔(42)은 정지 안내가이드(34a,34b)를 따라 회전할 수 없도록 견고하게 구속되어 있다.

제 2 도의 구조를 제 3 도의 평면도에 도시한다. 동일 요소에는 동일 참조부호를 붙이고 있다. 상기 실시예에서는, 지지대(30)는 (X 축을 따라) 거의 100 cm x (Y 축을 따라) 거의 120 cm 이다. 도시되지 않은 레이저 간섭계로부터, Y 축을 따라 레이저빔(75)이 출력되며, X 축을 따라 레이저빔(77)이 출력된다. 레이저빔(75,77)은, 각각 통상예의 간섭계에 의한 위치계측 목적의 반사경(54a,54b)에 입사된다. 빔(75)은 플레이트(50)의 Y 방향 운동을 감시하고, 2개의 빔(77)은 스테이지의 X 방향운동과 요잉 운동을 감시한다. X 안내빔(40)의 요잉은 적당한 전류를 X 빔의 말단의 리니어 모터 코일(210)에 인가함으로써 조절된다.

제 2 도의 구조의 공기베어링은, 제 4도의 "X선 투시도" 의 평면도에 도시되어 있고, 그 외의 점은 제 3 도와 동일하다(제 4 도는 통상예의 단면도가 아닌 구조 전체를 단면으로 도시하는 대신에 공기베어링을 각각 도시하고 있음). 공기베어링(102)은 Z 방향으로 낮은 쪽의 Y 안내빔(42)의 하측상에 국재(局在)되어 있다. 안내빔(42)의 중앙부를 지지대(30)상에서 지지하고 있기 때문에, 안내빔(42)은 비교적 강성이 약해도 된다.

또한, 재래형의 조절장치(90a,90b)가 척(52)의 (X축을 따름) 수평방향의 위치결정용으로서 부착되어 있다. 조절장치(90a,90b)는 안내빔(40)과 척(52)의 평행도(또는 수직도)를 미세 조정하는 것이다. 그 외의 포토리소그래피 웨이퍼 스테이지상에 통상예에 소재되는 공지의 요소류는 도면을 간단히 하기 위해 생략한다.

X 안내빔(40)과 Y 안내빔(42) 각각은 예를 들어 세라믹 재료(산화알루미늄)로 형성한다. 제 1 실시예에서는, X 안내빔(40)과 Y 안내빔(42)은 각각 거의 길이 90 cm, 폭 20 cm, 두께 6 cm 이다. 플레이트(50)는 평면도에서 거의 38 cm x 38 cm 이며, 높이는 거의 18 cm 로 지지대는 계산에 넣고 있지 않다. 상기 데이터로 실시예는 최대 이동량 약 25 cm x 25 cm 의 플레이트(50)를 제공한다.

각 안내빔(40,42)의 말단에 부착된 공기베어링(56,60,64 및 68)은 각 안내빔(40,42)의 중립축에 가능한 한 밀접하게 형성되어 있다. 안내빔(40, 42)에 인가되어 안내빔(40,42)에 횡측 요잉, 종축 요잉을 일으키는 토크 모멘트를 감소시킨다. 이 토크 모멘트는 반복하여 주(主) 스테이지에 유해한 영향을 미칠 우려가 있다.(중립축은 중심으로 되어 안내빔을 구부리는 축이다). 또한, 각 공기베어링에의해 최소한의 힘밖에 인가되지 않아도 수반하는 안내빔을 그의 축 방향에서 안정화시킬 수 있는 것이다.

공기 베어링 이외의 유체베어링도 사용가능함은 이해될 것이다. 예를 들어, 헬륨형 베어링도 사용할 수 있다. 반도체 이외의 응용에서는, 비교적 청정도가 낮은 환경에서 가동해도 되는 시스템에는, 유막식 또는 수막식 베어링을 사용해도 된다. 영구자석 또는 전자석을 사용한 자기베어링을 사용하는 것도 가능하다. 자기베어링의 경우, 가동부분과 정지부분 간의 틈은 자계로 유지된다. 이러한 형식의 베어링은 Trumper 의 「자기위치결정장치」라 칭하는 미국특허 제 5,196,745호, Sugishima 의 「무접촉 지지장치」라 칭하는 미국특허 제4,684,315호 및 Galburt 의 「마이크로리소그래피 장치」라 칭하는 미국특허 제4,952,858호에 기재되어 있다.

제 2 도에서 명확하듯이, 플레이트(50)는 안내빔(40,42)의 교차 장소에 존재한다. 플레이트(50)의 하측에는 X 안내빔(40)이 슬라이딩하는 슬라이딩면과 Y 안내빔(42)이 슬라이딩하는 슬라이딩면을 갖는다. X 안내빔(40)은 Y 안내빔(42)을 넘도록 되어 있다. X 안내빔(40)과 Y 안내빔(42)은 이들 측면에 수직안내표면을 규정한다. X 안내빔(40)의 수직안내표면과 플레이트(50)의 슬라이딩면은 공기베어링(82a,82b,84a,84b)과 걸어 맞춘다. Y 안내빔(42)의 수직안내표면과 플레이트(50)의 슬라이딩면은 공기베어링(85a,85b)과 걸어 맞춘다.

X 안내빔(40)은 Y 방향이나 요잉[즉, 척(52) 의 표면에 수직인 Z 축 둘레의 미소 회전] 방향으로도 이동하는 것이 허용된다. 즉, X 안내빔(40)의 일단에 단일공기베어링(100a)(제 4 도)이 강고하게 장착되어 있다. 또한, X 안내빔(40)의 타단에 단일 공기베어링(100b)이 장착되어 있다. X 안내빔(40)의 타단과 공기베어링(100b) 과의 사이에는 스프링이 장착되어 베어링(100a)에 부하(여압)가 주어지고 있다. 상기 스프링은 판 스프링과 같은 휘는 금속으로 구성되어 있으며, 스프링은 X 안내빔(40)에 장착된다. 이 때문에, X 안내빔(40)은 정밀한 평행상태로부터 다소 어긋난 상태로 이동되고, 공기베어링(100a)을 향해 일정한 힘이 주어지고 있다. 그것에 의해 안내빔(40)이 이동하는 스트로크의 범위 전반에 일정한 성능을 제공한다. 상기 부하는 비교적 낮아도 좋고, 비교적 낮은 강성(구속)을 베어링(100a) 전체에 준다. 상기 부하가 Y 방향으로 감소하면 X 안내빔(40)의 요잉 정밀도는 저하한다. 그렇지만, 상기 부하가 스테이지의 기구[플레이트(50)와 X 안내빔(40)과의 관계]의 슬라이딩 성능 등을 열화시키는 것은 아니다. 왜냐하면, 플레이트(50)는 X 안내빔(40)과 X 방향으로 작용하는 공기베어링(82,84)을 통해서만 접촉되어 있기 때문이다. 이것을 이하에 상세히 기술한다.

2개의 예압 베어링(100a,100b)을 안내빔(40)의 양단에 걸린 그의 안내빔(40)의 중립축에 가능한 한 근접하게 부착한다. 제 1 실시예에서는, 스프링이 약 20 ~ 90 kg 의 예압을 발생한다. 간단한 판 스프링에 의한 장착 대신에, 베어링(100b)은 짐벌식으로 판 스프링상에 장착되어 이동의 자유도를 확대해도 되고, 이것에는 예를 들어, 볼 소켓 마운트를 이용한다.

마찬가지로, Y 안내빔(42)과 그의 정지 안내가이드(34a,34b) 와의 사이에도 구속이 있고, Y 안내빔(42)의 요잉 제어를 하고 있다. Y 안내빔(42)은 각 정지 안내가이드(34a,34b)에 의해 구속되어 Y 방향으로의 운동이 허용되고 있다. Y 안내빔(42)은 X 방향 및 요잉 방향으로는 엄밀하게 구속된다. 이러한 양태는 2개의 공기베어링(74a,74b와 78a,78b)을 각 안내빔(42) 각각의 말단에 소재(所在)시킴으로써 달성된다. 구속 과잉이 발생될 염려를 감소시키기 위해, 제 1 실시예에서는 공기베어링(74a,74b)을 안내빔(42)의 일단에서 판스프링에 의해 그들 의 지주(66a, 66b)에 스프링식으로 장착한다. 제 1 실시예에서는, 이들 공기베어링은[공기베어링(100b)에 관련하여 전술된 것과 같음] 스프링식과 짐벌식으로 장착할 수 있다. Y 안내빔(42)의 타단의 공기베어링(78a,78b)은 공기베어링(74)과는 대조적으로 강고하게 그들 각각의 지주(66a,66b)에 장착된다. 이와 같이, 스프링 장착의 베어링(74a,74b)은 베어링(78a,78b)을 예압한다.

X 안내빔(40)은 요잉 방향으로 X 안내빔(40)의 양단에 존재하는 각각의 리니어 모터 코일(210a,210b)을 차동적으로 구동함으로써 자유롭게 조절된다. 이와 같이 2개의 모터 코일을 차동적으로 구동함으로써, 플레이트(50)가 안내빔(40)상에 있는 것에 기인하는 X 안내빔(40)의 어떠한 "토크의 발생" 도 상쇄된다. 상기 차동 구동은 모터 코일용 제어회로내의 제어장치에 격납된 컴퓨터 프로그램에 의해 얻어진다. 상기 컴퓨터 프로그램은 안내빔(40)상의 플레이트(50)의 위치에 관한 데이터를 받아들여, 스테이지 구성에 관한 공지된 데이터와 일치시키고, 여러 가지의 전류량을 2개의 모터 코일에 인가한다. 상술된 바와 같이, X 안내빔(40) 전체의 강성(구속)은 Y 방향에 대해 낮지만, 플레이트(50)의 성능에 직접 영향을 주지 않는다. 플레이트(50)의 X 안내빔(40)으로의 접속부는 X 안내빔(40)의 Y 방향으로의작은 운동에 대해 반응하지 않기 때문이다.

X 안내빔(40)과 플레이트(50) 와의 사이에는 공기베어링(82,84)에 의한 구속이 있다. 플레이트(50)는 X 안내빔(40)의 우측 수직면에 의해 공기베어링(82a, 84a)을 거쳐 안내되며, 이들 공기베어링(82a,84a)은 X 안내빔(40)의 대향(좌측)상에 장착하여 대향하는 스프링으로 장착된 공기베어링(82b,84b)으로 예압되어 있다.

플레이트(50)의 이동은 Y 방향에서는 Y 안내빔(42)의 수직 측면과 접촉하는 공기베어링(85a,85b)에 의해 구속된다(제 4 도 참조). 이들 베어링(85a, 85b) 중 1 개는 스프링으로 장착되어 있다. 이 때문에, 플레이트(50)의 요잉을 비교적 크게 조절할 수 있다. 즉, 제 1 실시예에서는, Y 안내빔(42)이 각 정지 안내가이드(34a,34b)에 의해 완전히 구속되어 있어도, 플레이트(50)와 Y 안내빔(42)과의 요잉에 관하여 느슨하게 구속되어 있다. Y 안내빔(42)은 플레이트(50)의 Y 방향의 위치 결정하는데 이용되고, 요잉에 관해서는 위치 결정되지 않는다. 양 베어링(85a,85b)은 짐벌식으로 장착되어 플레이트(50)와 Y 안내빔(42)과의 사이의 요잉 운동을 허용한다. 이같이 하여, 플레이트(50)는 Y 안내빔(42)이 요잉 방향으로 고정되어 있어도 요잉 방향으로 자유롭게 이동가능하다.

다른 방법으로서, 다른 예압(preloading)기구(예를 들어, 진공 또는 자기 등)를 안내빔(42)과 스테이지(50)에 이용하여도 된다. 즉, 진공공급원 또는 자석을 공기베어링(85)에 인접하게 배치하고, 진공공급원 또는 자석은 공기베어링(85)을 이격하여 파지하고 있는 2 개의 표면을 일제히 끌어당긴다.

이들 베어링 기구에서 플레이트(50)는 X 안내빔(40)의 Z 방향 및 Y 방향으로의 운동에 대해 둔감하게 된다. 이같이 하여, X 안내빔(40)과 그의 정지 안내가이드(32a,32b) 간의 여분의 구속, 및 X 안내빔(40)과 플레이트(50) 간의 여분의 구속은 정밀 위치결정에 관한 스테이지 성능을 저하시키지 않고 최소한으로 감소되는 것이다.

안내빔(40,42) 각각의 말단에 2개의 정지 안내가이드(32b,34b)를 구비할 필요는 없다. 각각의 안내빔(40,42)의 일단에만 단일의 정지안내(132, 134)만을 구비하는 제 2 실시예를 제 5도에 도시한다.

제 5 도를 참조하면, 지지대(130)상을 고정 안내(132,134)를 가압하면서 슬라이딩하는 것은 공기베어링(174a,174b,178a,178b,200c ~ 200d)이다. Y 안내빔(142)은 요동 방향으로 구속되지만, X 안내빔(140)은 구속되지 않는다. 플레이트(150)가 안내빔(140,142)에 접속되어 있는 것은 제 1 실시예와 마찬가지이다. 안내빔(140)은 피벗 힌지(214)에 부착되어 있기 때문에, X 안내빔(140)은 요잉 방향으로의 이동을 허용한다. 스테이지(150)는 X 안내빔(140)을 따라 이동할 수 있다. 안내빔(140,142)이 모터 코일(210a,210b,212a, 212b)을 이용해 상술된 대로(도시되지 않음) 대응하는 자기유도로에서 구동되어 이동한다.

제 2 실시예에서는 피벗 힌지(214)를 X 안내빔(140)에 설치했지만, 피벗 힌지(21)를 공기베어링(174a,174b,178a,178b)과 Y 안내빔(142)을 포함한 공기베어링부 사이에 설치하여도 된다. 이 때는, Y 안내빔(142)은 요잉 방향으로 움직일 수 있지만 이러한 운동은 스테이지(150)에 요잉을 일으키지 않을 것이다. 도시되지 않은 레이저 간섭계가 포함되어 있어 Y 안내빔(142)의 요잉 편향을 감시하여 제어한다. 즉, Y 방향으로 연장되고 또한 X 방향으로 이격하는 2개의 레이저빔이 Y 안내빔(142)의 요잉을 직접 감시하게 되는 것이다.

안내빔이 각각 평행으로 이격된 2개의 안내와 접촉하는 실시예에서는, 단일 의 비접촉 베어링, 예를 들어 유체 베어링을 상기 제 2 안내빔의 각 말단에 장착한다. 상기 제 2 안내빔의 일단에서는, 베어링은 상기 안내빔에 스프링으로 장착된다. 상기 제 2 안내빔의 타단에서는, 상기 베어링은 고정되어 장착된다.

상기 제 2 안내빔에 직교하는 상기 제 1 안내빔은 요잉을 저장하기 위해 각 말단에 2개의 베어링을 갖는다. 상기 제 2 안내빔에 인가되는 힘은 정지 안내가 완전히 평행하지 않아도 비교적 변하지 않는다. 또한, 그의 말단에 걸린 베어링의 힘에 의해 야기되는 각 안내빔의 비뚤어짐 전체는 고강성 재료인 안내빔을 이용하여 구동 방향으로 강성에 의해 최적의 단면을 부여함으로써 최소한으로 감소시킬 수 있다. 아울러, 상기 베어링은 실용상 각 안내빔의 중립축에 밀접하게 국재 되어 있다. 각 안내빔을 안정화하는데 필요한 최저한의 힘이 베어링 예압에 이용된다.

또한, 2개의 안내빔과 스테이지와의 사이의 구속은 마찬가지로 스프링 장착의 비접촉 베어링을 포함하며, 제 1 (X 방향) 안내빔의 Z 방향과 Y 방향으로의 운동, 및 제 2 (Y 방향) 안내빔의 X 방향과 Z 방향으로의 운동에 대해, 스테이지를 둔감화한다. 이렇게 하여, 상기 양쪽 안내빔과 그들의 정지 안내와의 사이, 및 상기 양쪽 안내빔과 상기 스테이지와의 사이의 어떠한 구속 과잉도 스테이지의 모든 기구의 성능을 타협적으로 저하시키지 않고 최소한으로 감소시킬 수 있기 때문에,대단히 바람직하다.

상기 스테이지의 기구는 특히 스테이지가 포토리소그래피에 의해 주사되는 반도체 웨이퍼를 파지하는 경우에 유리하다. 또한, 스테이지의 미세한 요잉 조절은 요잉 운동을 제어하는 안내빔의 2 개의 모터를 차동적으로 구동함으로써 달성된다.

상술된 것은 설명에 지나지 않고 한정하는 것은 아니다. 일방의 안내빔과 안내부재와의 구속이 타방의 안내빔과 안내부재와의 구속보다도 약하게 하여, 약한 구속을 갖는 안내빔으로 요잉 조정가능한 것이면, 베어링의 종류, 베어링 수는 적절히 선택할 수 있다.

Claims

평탄한 표면을 갖는 지지대;

상기 지지대 상에 배치되어, 제 1 방향으로 연장된 제 1 안내가이드;

상기 지지대 상에 배치되어, 상기 제 1 방향과 일정한 각도를 이룬 제 2 방향으로 연장된 제 2 안내가이드;

일단에 제 1 이동자와 제 1 유체 베어링을 배치하고, 상기 제 1 안내가이드를 따라 이동하는 제 1 안내부재;

일단에 제 2 이동자와 상기 제 1 유체 베어링보다도 약한 구속을 갖는 제 2 유체 베어링을 배치하고, 상기 제 2 안내가이드를 따라 이동하는 제 2 안내부재; 및

상기 제 1 안내부재에 제 3 유체 베어링을 통해 안내됨과 동시에, 상기 제 2 안내부재에 상기 제 3 유체 베어링보다도 강한 구속을 갖는 제 4 유체 베어링을 통해 안내되는 테이블을 포함하며,

상기 제 2 이동자에 요잉 조정용의 힘을 부여함으로써 요잉 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 스테이지.
평탄한 표면을 갖는 지지대;

상기 지지대 상에 고정되어 제 1 방향으로 연장된 제 1 안내가이드;

상기 지지대 상에 고정되어 제 1 방향과 일정한 각도를 이룬 제 2 방향으로연장된 제 2 안내가이드;

상기 제 1 고정 안내가이드에 의해 규정된 상기 제 1 방향을 제 1 구속을 갖고 자유롭게 이동하며, 요잉 운동을 제한하는 제 1 안내부재;

상기 제 2 고정 안내가이드에 의해 규정된 상기 제 2 방향을 상기 제 1 구속 보다 약한 제 2 구속을 갖고 자유롭게 이동하며, 요잉 운동을 허용하는 제 2 안내 부재; 및

상기 제 1 안내부재와 상기 제 2 안내부재를 따라 상기 지지대의 상기 표면 상을 이동하는 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 안내가이드로부터 평행으로 이격되어 상기 지지대 상에 고정된 제 3 안내가이드; 및

상기 제 2 안내가이드로부터 평행으로 이격되어 상기 지지대 상에 고정된 제 4 안내가이드를 더 구비하며,

상기 제 1 안내부재의 양단은 상기 제 1 안내가이드와 상기 제 3 안내가이드에 의해 구속되고,

상기 제 2 안내부재의 양단은 상기 제 2 안내가이드와 상기 제 4 안내가이드에 의해 구속되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지.
제 2 항에 있어서,

상기 테이블은, 상기 제 1 안내부재와 상기 제 2 안내부재에 의해 3개 이상의 자유도로서 위치결정되는 것을 특징으로 하는 스테이지.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 안내부재는, 상기 제 1 안내부재의 일단에 견고하게 장착되는 베어링과 타단에 가요성을 갖고 장착되는 베어링을 갖고,

상기 제 2 안내부재는, 상기 제 2 안내부재의 일단에 견고하게 장착되는 베어링과 타단에 가요성을 갖고 장착되는 베어링을 갖고,

상기 제 2 안내부재의 베어링에 의한 구속이 상기 제 1 안내부재의 베어링에 의한 구속보다도 약한 것을 특징으로 하는 스테이지.
제 5 항에 있어서,

상기 베어링은 유체 베어링인 것을 특징으로 하는 스테이지.
제 2 항에 있어서,

상기 테이블의 하측 표면상에 장착되어 상기 지지대와 서로 대향하는 복수의 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지.
제 5 항에 있어서,

상기 제 2 안내부재에 장착되는 베어링은 1개 이상의 베어링이고, 상기 제 1안내부재에 장착되는 베어링은 2개 이상의 이격된 베어링인 것을 특징으로 하는 스테이지.
제 2 항에 있어서,

상기 테이블에 형성된 상기 제 1 안내부재를 통과시키는 제 1 개구부와 상기 제 2 안내부재를 통과시키는 제 2 개구부;

상기 스테이지의 일부에 장착되어, 상기 제 1 개구부를 규정하는 제 1 스테이지 베어링; 및

상기 스테이지의 일부에 장착되어, 상기 제 2 개구부를 규정하기 위해 상기 제 1 스테이지 베어링보다도 강한 구속을 갖는 제 2 스테이지 베어링을 구비하는 것을 특징으로 하는 스테이지.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 안내부재는, 상기 제 1 안내부재의 양단에 배치된 이동자를 갖고, 상기 제 2 안내부재는, 상기 제 2 안내부재의 양단에 배치된 이동자를 갖고,

상기 제 1 안내가이드와 상기 제 3 안내가이드에 인접하여 상기 제 1 안내부재의 이동자와 협동하는 고정자;

상기 제 2 안내가이드와 상기 제 4 안내가이드에 인접하여 상기 제 2 안내부재의 이동자와 협동하는 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지.
제 1 및 제 2 정지 안내가이드에 의해 그의 일단 혹은 양단을 각각 구속시킴과 동시에 서로 직교하는 제 1 및 제 2 안내부재를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 안내부재에 의해 테이블을 구동하고 또한 위치결정하는 스테이지 구동방법으로서,

1개 이상의 유체 베어링을 상기 제 1 안내부재의 일단에 견고하게 장착된 상태로 상기 제 1 정지 안내가이드에 대해 이동시키는 단계; 및

1개 이상의 유체 베어링을 상기 제 2 안내부재의 일단에 가요성을 갖고 장착된 상태로 상기 정지 안내가이드에 대해 이동시킴과 동시에, 상기 제 1 안내부재에 대해 요잉을 가능하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 구동방법.
지지대의 표면을 2 차원으로 이동가능한 스테이지를 갖는 스테이지 장치에 있어서,

상기 스테이지를 제 1 방향으로 이동시키는 구동수단;

상기 구동수단의 일부를 갖고, 상기 스테이지와 함께 이동하는 가이드 수단; 및

상기 가이드 수단의 양단에 설치된 유체 베어링을 갖고, 상기 가이드 수단을 상기 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 이동가능하도록 지지하는 지지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 지지수단은 스프링 기구를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 가이드 수단은 세라믹스인 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 구동수단은, 자석과 코일을 갖는 리니어 모터인 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 15 항에 있어서,

상기 가이드 수단은 상기 코일을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
스테이지를 지지대의 표면에서 2 차원으로 이동하는 스테이지 구동방법에 있어서,

상기 스테이지를 제 1 방향으로 이동시키는 구동수단의 일부를 상기 스테이지와 함께 이동하는 가이드 수단에 설치하는 단계; 및

상기 가이드 수단을 상기 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 이동가능하도록, 상기 가이드 수단의 양단을 가요 부재로 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 구동방법.
제 17 항에 있어서,

상기 가요 부재는 스프링 기구를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 구동방법.
제 17 항에 있어서,

상기 가요 부재는 유체 베어링을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 구동방법.
제 17 항에 있어서,

상기 가이드 수단은 세라믹인 것을 특징으로 하는 스테이지 구동방법.
제 17 항에 있어서,

상기 구동수단은, 자석과 코일을 갖는 리니어 모터인 것을 특징으로 하는 스테이지 구동방법.
제 17 항에 있어서,

상기 코일이 상기 가이드 수단에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 구동방법.
제 11 항에 있어서,

상기 유체 베어링은 짐벌식으로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 유체 베어링은 짐벌식으로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 구동방법.