KR100562127B1 - 베어링 어셈블리, 이를 이용한 스테이지 장치 및 이를이용한 노광장치 - Google Patents

베어링 어셈블리, 이를 이용한 스테이지 장치 및 이를이용한 노광장치 Download PDF

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Abstract

스테이지 정반은, 자성체로 이루어지고, 홈에 의해 슬라이더의 가이드면이 형성된다. 가이드면과 대향하는 슬라이더의 부분은, 에어 패드 가 형성됨으로써, 유체 베어링(hydrostatic bearing)을 설치한다. 또한, 슬라이더는 가이드면과 슬라이더 사이에 상기 가이드면에 수직방향으로 자기흡인력을 인가하기 위한 압력부여용 자석이 설치되어 있다. 이 스테이지 장치에서는, 압력부여용 자석의 적어도 일부가 가이드면을 일탈했을 때에 발생하는 상기 가이드면에 평행한 자기흡인력을 이용하여 슬라이더의 이동 방향에 대한 직교 방향으로 슬라이더의 변위가 제한된다. 따라서, 직동 가이드를 필요로 하지 않는다.

Description

베어링 어셈블리, 이를 이용한 스테이지 장치 및 이를 이용한 노광장치 {BEARING ASSEMBLY, STAGE DEVICE USING SAME, AND EXPOSURE APPARATUS USING SAME}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 스테이지 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 의한 스테이지 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 의한 스테이지 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 제 4실시예에 의한 스테이지 장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 제 5실시예에 의한 스테이지 장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 제 6실시예에 의한 스테이지 장치의 구성도.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제 7실시예에 의한 스테이지 장치의 구성도.
도 8a 및 도 8b는 일반적인 스테이지 장치의 구성도.
도 9는 제 8실시예에 의한 노광 장치의 개략 구성도.
도 10은 제 1실시예의 변경을 설명하는 도면.
<간단한 도면부호에 대한 설명>
1: 이동 테이블 2: X 리니어모터 가동자
3: X 리니어모터 고정자 4: Y 리니어모터 가동자
5: Y 리니어모터 고정자 6: 스테이지 정반
7: 유체 베어링 8: X 가동 가이드
9: Y 가동 가이드 10: X 고정 가이드
11: Y 고정 가이드
본 발명은, 유체 베어링을 가지고 반도체 리도그라피 등의 고정밀도의 가공처리에 이용되는 노광장치, 또는 공작기계, 측정장치용으로 이상적인 베어링 장치, 상기 베어링 장치를 이용한 스테이지 장치 및 상기 스테이지 장치를 이용한 노광 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 다음의 2 가지 타이프의 노광장치가 반도체디바이스 등의 제조에 이용되는 전형적인 노광장치이다: 즉, 기판(웨이퍼나 글라스 기판)을 한 스텝씩 이동시키면서 기판 위의 복수의 노광 영역에 마스터 플레이트(레티클이나 마스크)의 패턴을 투영 광학계를 개재하여 연속적으로 노광하는 스텝-엔드-리피트(step-and-repeat)형의 노광장치(스테퍼로 칭함)와 스텝 이동과 주사 노광을 반복함으로써, 기판 위의 복수의 영역에 패턴의 노광 전사를 반복하는 스텝-엔드-스캔(step-and-scan)형의 노광장치(스캐너로 칭함)이다.
이들 노광 장치는 웨이퍼나 레티클을 고속으로 이동시킴으로써 위치결정하는 스테이지 장치(웨이퍼 스테이지, 레티클 스테이지)가 구비되어 있다. 이러한 스테이지 장치의 일반적인 구성은, 예를 들면 일본국 특공소 63-20014 호 공보 및 일본 국 특공평 6-6248호 공보에 예시되어 있다. 이런 종류의 스테이지 장치의 기본 구성에 대해서, 도 8a 및 도8b를 참조하여 설명한다.
도 8a는 일반적인 스테이지장치의 기본구조를 도시한 평면도, 도 8b는 동일한 부분의 단면도이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 상기 스테이지 장치는 이동 테이블(1)과; X 방향을 따라서 이동 테이블(1)을 구동하기 위한 X 리니어모터 가동자 (2)와; X 방향을 따라서 이동 테이블(1)을 구동하기 위한 X 리니어모터 고정자(3)와; Y 방향을 따라서 이동 테이블(1)을 구동하기 위한 Y 리니어모터 가동자(4)와; Y 방향을 따라서 이동 테이블(1)을 구동하기 위한 Y 리니어모터 고정자(5)와; 이동 테이블(1)용 가이드면으로 기능하는 스테이지 정반(6)과; 이동 테이블(1)을 스테이지 정반(6)에 관하여 소정량 부상시키는 유체 베어링(7)과; 이동 테이블(1)을 X 방향을 따라서 이동시키는 X 가동 가이드(8)와; 이동 테이블(1)을 Y 방향을 따라서 이동시키는 Y 가동 가이드(9)와; X 가동 가이드(8)을 안내하는 X고정 가이드(10)와; Y가동 가이드(9)를 안내하는 Y 고정 가이드(11)을 포함한다.
X 가동 가이드를 X고정 가이드(10)에 직동 안내하면서, X 리니어모터(2 및 3)에 의해 발생된 추력에 의해, 상기 구성의 X 가동 가이드(8)는 X 방향을 따라서 이동된다. X 가동 가이드(8)의 이동에 의해, 이동 테이블(1)은 동일한 양만큼 X 방향으로 이동된다. Y 방향을 따르는 작업도 마찬가지이다. 이와 같이, 이동테이블 (1)을 X방향 및 Y 방향을 따라서 구동 할 수 있다. 또, 일본국 특공소 63-20014 호 공보 및 일본국 특공평 6-6248호 공보 각각의 명세서에서는, 고정 가이드의 상세 구조는 다르지만, 양자 모두 가동 가이드의 구동을 위한 가이드로서 고정 가이 드를 형성하는 점에서는 동일하다.
상기와 같이, 일반적인 스테이지 장치는, 이중의 가이드 구조, 즉 가동 가이드와 고정 가이드를 필요로 한다. 고정 가이드를 제거한 구성인 경우에, X 가동 가이드는 X 리니어 모터 추력의 수직 방향으로, 즉 Y축을 따라서, 정반의 평면에 수직인 Z축 주위의 회전방향으로 불안정하게 된다. Z축 주위의 회전방향에 대하여 2개의 X 리니어 모터의 추력 배분으로 제어하는 경우에도, Y축을 따르는 위치가 역시 불안정하게 된다. 이 때문에 X 고정 가이드를 생략 할 수 없었다. Y고정 가이드에 대해서도 마찬가지이다.
상기 설명한 바와 같이, 종래의 스테이지 장치는, 고정 가이드 즉 이중의 안내기구가 필요하게 된다. 그것들을 고정밀도로 조정해야 한다는 문제가 발생한다. 또한, 장치가 대형화하고 코스트가 상승하게 된다.
고정 가이드를 필요로 하지 않는 베어링 어셈블리를 제공함으로써, 상기 종래 기술의 조정의 복잡성을 제거하고, 또한 코스트를 저감하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 상기의 목적은, 자성체를 포함한 가이드면을 상부 측에 형성하는 가이드와; 상기 가이드면을 따라서 이동하는 이동체를 상기 가이드면 위에 부상하기 위해 상기 가이드면에 대향하는 이동체의 부분에 설치된 베어링과; 상기 가이드면에 대향하는 대향면을 가지고, 또한 상기 이동체와 상기 가이드면 사이에 자기흡인력을 인가하기 위해 상기 이동체 위에 설치된 자석을 포함한 베어링 어셈블리로서, 가이드면을 따라서 이동체가 이동하는 경우에, 가이드면에 평행하게 그리고 폭 방향으로 발생될 수 있는 변위에 기인하여 상기 가이드면으로부터 상기 자석의 대향 면의 어긋나는 양에 따라 생성된 폭방향의 자기 흡인력을 이용하여, 상기 이동체의 이동방향에 수직인 폭 방향의 이동체의 변위를 허용범위 까지 제한하기 위해 상기 가이드면 및 상기 자석의 대향 면의 크기와 배치 간의 관계 또는 상기 가이드면 및 상기 자석의 대향 면의 크기나 배치 간의 관계를 규정하는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리를 공급함으로써 달성된다.
본 발명의 기타 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련하여 주어진 다음 설명으로부터 자명해질 것이며, 도면 전체를 통하여, 동일한 참조 문자는 동일하거나 또는 유사한 부분을 나타낸다.
명세서에 일체화되고, 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 실시예를 예시하고, 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 한다.
<바람직한 실시예의 상세한 설명>
이하, 첨부한 도면에 따라서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
일반적으로, 종래 기술에 관련하여 상기 설명한 스테이지 장치에 이용되는 가이드로서는, 일본국 특개소61-290231호 공보 및 일본국 특허 제2573502호 공보에 예시된 바와 같이, 영구자석을 이용하여 예비압력을 가함으로써 높여진 강성을 얻은 유체 베어링이 넓게 이용되고 있다. 이들의 유체 베어링은, 자성체로 이루어지는 가이드, 이 가이드를 따라서 이동하는 이동체, 상기 가이드와 상기 이동체의 대향부에 설치된 유체 베어링 및 상기 가이드와 상기 이동체를 가이드면에 수직인 방향으로 소정의 자력에 의해 흡인하는 방식으로 이동체에 설치한 영구자석을 포함하고 있다.
예비압력을 인가하기 위해서 설치된 영구자석은, 통상은 가이드면에 수직인 방향을 따라서 흡인력만을 발생시킨다. 그러나, 이 구성의 특징은, 대향 가이드면을 따라서 이동범위로부터 영구자석의 일부가 일탈하는 경우에, 가이드면에 평행한 복원력이 발생하여, 영구자석을 소정의 위치로 복구하는 점에 있다. 본 발명은, 이 특성에 주목한 것이다. 구체적으로는, 상기 구성은 영구자석에 의해 가이드면에 평행한 흡인력의 발생을 이용하여, 이동체의 변위가 가이드면에 평행한 방향으로 제한되도록 한 것이다.
이하 상세한 내용을 설명하지만, 가이드 영역이 상기 가이드에 형성된 홈 등에 의해 제한됨으로써, 가이드 영역을 자석의 이동 범위와 실질적으로 일치하거나 보다 작게 하는 구성이, 상기 가이드면에 평행한 방향으로 복원력을 이용하기 위한 하나의 모드로서, 채택된다. 그 결과로서, 이동체의 위치가 이동범위를 일탈했을 경우에는, 영구자석의 자기흡인력이 가이드면에 평행한 방향으로 작용하여, 가이드면에 평행한 방향으로 이동체의 변위가 제한된다. 이 구성에 의해, 종래 기술에서 필요한 고정 가이드를 없애는 것이 가능해진다.
< 제 1실시예>
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제 1실시예에 의한 스테이지 장치를 도시하는 도면이며, 도 1a는 평면도, 도 1b는 단면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 스테이지 장치는 X방향 및 Y방향을 따라서 이동하는 이동 테이블(1)과; 상기 이동 테이블(1)을 X 방향을 따라서 이동시키는 X 리니어모터 가동 소자(2a, 2b)와; 상기 이동 테이블(1)을 X 방향을 따라서 이동시키는 X 리니어모터 고정자(3a, 3b)와; 상기 이동 테이블(1)을 Y 방향을 따라서 이동시키는 Y 리니어모터 가동 소자(4a, 4b)와; 상기 이동 테이블(1)을 Y 방향을 따라서 이동시키는 Y 리니어모터 고정자(5a, 5b)와; 그 상면이 이동 테이블(1)용 가이드면으로 기능을 하는 스테이지 정반(6)과; 스테이지 정반(6)위로 이동 테이블(1)을 소정량 부상시키는 X,Y 에어패드(7a, 7b, 7c, 7d); XY 에어패드(7a, 7b, 7c, 7d)에 소정의 예비압력을 인가하는 XY 압력부여용자석(8)을 포함한다.
또한, 상기 스테이지 장치는 X 리니어 모터에 의해 구동되어, 그 추력을 이동 테이블(1)에 전달하는 X가이드(9)와; Y 리니어 모터에 의해 구동되어, 그 추력을 이동 테이블(1)에 전달하는 Y 가이드(10)와; X가이드 (9)를 지지하는 X 슬라이더(11a, 1lb)과; Y가이드(10)를 지지하는 Y 슬라이더(12a,12b)과; X 슬라이더(1la, 11b)을 스테이지 정반(6)에 대하여 소정량 부상시키고 또한 에어 베어링을 구성하는 X에어 패드(13a, 13b, 13c, 13d)와; 14a, 14b는 X에어 패드(13a, 13b, 13c, 13d)에 대해서 소정의 예비압력을 인가하는 X 압력부여용 자석(14a, 14b)과; Y 슬라이더(12a, 12b)을 스테이지 정반 (6)에 대해서 소정량 부상시키고 또한 에어 베어링을 구성하는 Y에어 패드(15a, 15b, 15c, 15d)와; Y에어 패드 (15a, 15b, 15c, 15d)에 대해서 소정의 예비압력을 인가하는 Y 압력부여용자석 (16a, 16b)을 포함한다. 상기 정반 스테이지(6)는 홈(17a, 17b, 17c, 17d)이 형성되어 있다. X 횡방향 에어 패드(18a, 18b)는 X 가이드(9)를 대향하도록 이동 테이블(1)위에 형성된다. 마찬가지로, 이동 테이블위(1)에 Y가이드(10)를 대향하도록 Y횡방향 에어 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
이동 테이블(1)은 스테이지 정반(6)에 대해서 XY 에어 패드(7a, 7b, 7c, 7d)에 의해 비접촉으로 지지를 받고, 동시에 X 가이드(9)에 대향하는 X 횡방향 에어 패드(18a, 18b) 및 Y 가이드(10)에 대향하는 Y 횡방향에어 패드(도시되지 않음)에 의해 각각 비접촉으로 지지를 받고 있다. 또한, X 가이드(9)와 상기 가이드(9)의 양단에 위치하는 X 슬라이더(12a, 12b)는, 스테이지 정반(6)에 대해서 X 에어 패드(13a, 13b)에 의해 비접촉으로 지지를 받고 있다. 그 결과로서, X 리니어 모터(2a, 2b, 3a, 3b)가 소정의 추력을 발생할 경우에는, X 가이드(9)는 스테이지 정반(6)의 윗면에서 가이드 되면서 도 1a 및 도 1b의 X축 방향을 따라서 이동되고, 이에 수반하여, 스테이지 정반(6)의 윗면과 Y가이드(10)의 양측 면에 가이드 되면서 이동 테이블(1)이 X축 방향을 따라서 이동한다. 마찬가지로 Y 리니어 모터(4a, 4b, 5a, 5b)가 소정의 추력을 발생할 경우에는, Y가이드(10)는 스테이지 정반(6)의 윗면에서 가이드 되면서 도 1a 및 도 1b의 Y축 방향을 따라서 이동하고, 이에 수반하여 이동 테이블(1)은 스테이지 정반(6)의 윗면과 X가이드(9)의 양측 면에 가이드 되면서 Y축 방향을 따라서 이동한다. 따라서 이 구성에 의해, 이동 테이블(1)은 XY 평면의 임의의 방향으로 이동할 수 있다.
이동 테이블(1)의 XY 좌표 및 Z축에 관한 회전각은, 예를 들면 이동 테이블에 마련한 이동거울(도시되지 않음)의 위치를 복수의 레이저 간섭계(도시되지 않음)로 측정하거나 또는 X 가이드(9)나 Y가이드(10), 또는 X 슬라이더(11a, 1lb)나 Y 슬라이더(12a, 12b)에 설치한 이동거울(도시되지 않음)의 위치를 복수의 레이저 간섭계로 측정함으로써 찾을 수 있어, 이들 측정에 의거하여 XY 좌표 및 Z축 주위의 각에 관하여 이동 테이블(1)의 이동 및 위치결정을 유일하게 결정하고 제어하는 것이 가능하다.
이 경우에, X 가이드(9)(및 이것의 양단에 고정되는 X 슬라이더(1la, 11b))의 X 좌표 및 Z축 주위의 회전각은 이동 테이블(1)의 것과 동일하므로, 유일하게 결정된다. 그러나, Y 좌표 즉 길이 방향으로의 변위는 결정 되지 않는다. 마찬가지로 Y 가이드(10)(및 이것의 양단에 고정되는 Y 슬라이더(12a, 12b))의 Y 좌표 및 Z축 주위의 회전각은 유일하게 결정된다. 그러나, X 좌표 즉 길이방향으로의 변위는 결정되지 않는다. 따라서, X 가이드(9)및 Y 가이드(10)는, 그 길이방향을 따라서 변위를 제한하기 위한 어떤 종류의 직동 가이드를 필요로 한다. 이것이 상술한 종래의 스테이지가 이동 가이드에 부가하여 고정 가이드가 필요한 이유이다.
제 1실시예는, 스테이지 정반(6)의 윗면에 홈 (17a, 17b, 17c, 17d)을 형성함으로써, 고정 가이드 부재를 형성하지 않고, X 가이드(9) 및 Y 가이드(10)의 길이방향의 변위를 제한할 수 있다.
도 lb에 도시된 바와 같이, Y 슬라이더(12a, 12b)의 저면에는, Y 에어 패드 (15a, 15b, 15c, 15d)의 베어링 강성을 향상시키는 목적으로서 예비압력을 인가하는 압력부여용 자석(16a, 16b)이 설치되어 있다. 압력부여용 자석(16a, 16b)의 하나의 단부는 스테이지 정반(6)에 각각 형성된 홈 (17c, 17d)의 단면과 동일한 면으로 설정되어 있고, 또한 다른 하나의 단부는 스테이지 정반(6)의 단면과 동일한 면으로 설정되어 있다. 즉, 홈(17c, 17d)과 스테이지 정반(6)의 단면에 의해 규정될 수 있는 스테이지 정반의 영역(대향 영역)이 압력부여용 자석(16a, 16b)과 동일한 폭 치수로 대향하게 된다.
이 조건하에서, Y 슬라이더(12a, 12b)가 Y 방향을 따라서 단순히 이동하는 경우에는, 압력부여용 자석(16a, 16b)은 스테이지 정반(6)에 대해서 Z 방향의 흡인력만을 생성한다. 그러나, Y 슬라이더(12a, 12b)가 X 방향으로 이동(변위)했을 경우에, 상기 압력부여용 자석(16a, 16b)은 스테이지 정반(6)의 대향 영역으로부터 일탈한다. 일탈된 압력부여용 자석(16a, 16b)의 부분은, 스테이지 정반(6)에 대해서 X 방향(가이드면에 평행방향)을 따라서 흡인력을 발생하고, 이것이 일탈을 상쇄하는 복원력으로서 작용한다.
보다 구체적으로는, 도 1b로 도시한 바와 같이, 홈(17c, 17d)와 스테이지 정반(6)의 단면에 의해 규정할 수 있는 스테이지 정반의 영역을 압력부여용 자석 (16a, 16b)을 동일한 폭으로 대향시켰을 경우에, Y가이드(10)가 + X 방향의 변위를 일으켰을 때는 ―X 방향의 복원력이 생성되고, Y가이드(10)가 - X 방향의 변위를 일으켰을 때는 + X 방향의 복원력이 생성된다. 이것은 Y가이드가 Y축의 방향을 따르는 직동 가이드를 적용한 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것을 나타낸다. X 가이드(9)의 Y 방향에 대해서도 틀림없이 마찬가지이다.
따라서, 제 1실시예에서, 고정 가이드 부재를 형성하지 않고서, 스테이지 정반(6)의 윗면에 홈 (17a, 17b, 17c, 17d)을 형성함으로써, X 가이드 (9) 및 Y 가이드(10)의 길이방향의 변위를 제한할 수 있다. 환언하면, 상기 구성에 의해 X 가이드(9)의 X 방향 직동 가이드 기능 및 Y가이드(10)의 Y 방향 직동 가이드 기능을 실 현할 수 있다.
또한 상기 설명에서는, 본 발명을 다음의:
(X 압력부여용 자석(14a, 14b) 또는 Y 압력부여용 자석(16a, 16b)의 폭)= (스테이지 정반(6)의 대향 영역의 폭)
인 실시예에 대해서 설명했지만,
(X 압력부여용 자석(14a, 14b) 또는 Y 압력부여용 자석 (16a, 16b)의 폭)> (스테이지 정반(6)의 대향 영역의 폭)
으로 구성했을 경우에서도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
즉, Y 압력부여용 자석(16a, 16b)의 스테이지 정반(6)의 대향 영역의 폭을 넘어 돌출한 부분에서는, 횡방향의 흡인력이 발생하고 있지만, 통상은 균형을 유지하고 있기 때문에, X축 방향을 따르는 Y 가이드(10)에 작용하는 힘은 0 이다. 그러나, Y가이드(10)가 X축을 따르는 변위가 생기면, Y 압력부여용 자석 (16a, 16b)의 스테이지 정반(6)의 대향하는 영역의 폭보다 초과한 부분에 의해 생성된 횡방향의 흡인력에 불균형이 발생한다. 따라서, 상기 불균형은 Y 가이드(10)을 원래의 균형이 맞는 위치에 되돌리려고 하는 복원력으로서 작용한다. 보다 상세하게는, 홈 (17c, 17d)과 스테이지 정반(6)의 단면에 의해 규정될 수 있는 스테이지 정반(6)의 대향 영역보다 압력부여용 자석(16a, 16b)의 폭을 크게 했을 때, Y 가이드(10)가 + X 방향을 따르는 변위를 일으켰을 경우에는 ―X 방향을 따르는 복원력이 생성되고, Y 가이드(10)가 -X 방향을 따르는 변위를 일으켰을 경우에는 + X 방향을 따르는 복원력이 생성된다. 이것은 Y 가이드에 Y축 방향을 따르는 직동 가이드를 적용하는 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것을 나타낸다. X 가이드(9)의 Y 방향에 대해서도 틀림없이 마찬가지이다.
이상 설명한 것처럼 제 1실시예에 의하면, 직동 가이드를 설치하지 않고, 이동 방향에 직교하는 방향으로 변위가 제한된 베어링 어셈블리 및 스테이지 장치를 제공할 수 있다.
< 제 2실시예>
도 2는 제 2실시예에 의한 스테이지 장치를 도시하는 도면이다. 또한, 단면도는 도 1b와 동일하여 다시 도시하지 않았다. 또한, 도 2에서, 도 1a 및 도 1b와 동일한 구성은 동일한 참조문자를 부여하였다.
제 2실시예는, 제 1실시예에서 X 에어 패드 (13a, 13b)와 X 압력부여용 자석(14a)의 구성을 다르게 한 것이다. 즉, 도 2에서, X 에어 패드(13e, 13f)는 X 슬라이더(1la) 위에 형성되고, X 압력부여용 자석(14c, 14d)은 마찬가지로 X 슬라이더(1la) 위에 설치된다. 제 2실시예에서는, X 슬라이더(1la)의 위치를 규제할 수 있는 두 개의 X 압력부여용 자석(14c, 14d)을 설치하고 소정의 거리를 두고 있다. 이것에 수반하여, X 압력부여용 자석 (14c, 14d)의 내측에 X 에어 패드(13e, 13f)를 배치하고 X 슬라이더(1la)와 홈(17a)의 치수도 확대한다.
이 구성에 의해, X 가이드(9)는 z축 주위의 회전방향의 변위에 대해서도 제한된다. 즉, X가이드(9)가 Y축 방향의 변위가 생겼을 경우는, 제 1실시예와 동일한 원리에 의해 복원력이 발생한다. 마찬가지로 X가이드(9)가 z축 주위의 회전방향의 변위가 발생될 경우에, 즉 이른바 요잉(yawing)이 발생되었을 경우에, X 압력부여 용 자석(14c, 14d)d은 대향하는 스테이지 정반(6)의 영역으로부터 서로 역 방향으로 일탈한다. 따라서, 횡방향으로 흡인력이 생생되어 z축 주위의 회전방향으로 변위를 상쇄하도록 작용하는 회전모멘트가 생성된다. 그 결과로서, X 가이드는 X축 방향을 따르는 직동 가이드가 적용되는 것과 동시에, z축 주위의 회전 변위가 제한된다. 이것은, 즉 요잉 가이드를 구성한 경우에 얻는 것과 마찬가지의 효과이다.
이것은 동시에 Y 가이드(10)에 대해서 z축 주위의 회전방향의 변위에 대해서 제한이 부과된다. 즉, 이 이유는 X 가이드(9)와 Y가이드(10)의 사이의 상대 각도는, 이동 테이블(1)의 X 횡방향 에어패드 (18a, 18b)와 Y 횡방향 에어 패드(19a, 19b) 사이의 상대각도로 제한되기 때문이다. 환언하면, X 가이드(9), Y 가이드(10) 및 이동 테이블(1)이 항상 일체로 작용하여 z축 주위의 회전방향으로 변위를 생성하므로, 회전방향으로 X 가이드(9)의 변위의 제한에 의해 회전방향으로 Y 가이드 (10)의 변위가 제한되게 된다.
또한, 제 2실시예에서, X 슬라이더(1la) 에 대해서만 z축 주위의 회전방향으로 변위를 제한하는 구성에 대해서 설명하였다. 그러나, Y 슬라이더(l2a)에 대해서 마찬가지의 구성을 이용하는 경우에도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기의 설명에서는 X 또는 Y중의 어느 한편에 대해서 Z축 주위의 회전방향으로 변위를 제한하는 경우에, 전체의 z축 주위의 회전방향으로 변위가 제한되는 것이 예시되어 있다. 그러나, X 슬라이더(1la)및 Y 슬라이더(12a)를 동시에 회전방향으로 변위를 제한하도록 구성되어도 된다.
또한, 제 1실시예에서 설명한 바와 같이,
(X 압력부여용 자석(14b, 14d) 또는 Y 압력부여용 자석(16a, 16b)의 폭) > (스테이지 정반(6)의 대향영역의 폭)
의 경우에도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 것도 없다.
이와 같이, 제 2실시예에 따르면, 이동체의 이동방향을 따라서 공간을 둔 복수의 위치에서 이동체 위에 영구자석(압력부여용 자석)을 제공함으로써,요잉 가이드를 제공함으로써 얻어진 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
< 제 3실시예>
도 3은 제 3실시예에 의한 스테이지 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스테이지 정반(6)은 돌출부(20c, 20d)가 형성되어 있다. 본 실시예는 그 외의 점에서 제 1실시예와 구성적으로 마찬가지이다.
제 3실시예는 스테이지 정반(6)에 레벨의 차이를 형성함으로써 제 1실시예의 홈 (17a, 17b, 17c, 17d)에 의해서 대향 영역을 형성하는 대신에, 돌출부 형성함으로써, 대향 영역을 규정한다. 즉, 돌출부(20c,20d)가 Y 압력부여용 자석(16a, 16b)과 대향하는 대향 영역으로 기능 하도록 배치되고, 스테이지 정반(6)은 다른 쪽 돌출부(도시되지 않음)가 X 압력부여용 자석(16a, 16b)과 대향하는 대향영역으로 기능 하도록 배치된다.
여기서,
(X 압력부여용 자석(14b, 14d) 또는 Y 압력부여용 자석(16a, l6b)의 폭)= (돌출부(20a, 20b) 또는 돌출부(20c, 20d)의 폭(대향 영역의 폭))이 되도록 배치된다. 이 경우의 동작과 효과는, 제 1실시예와 마찬가지이다.
또한,
(X 압력부여용 자석(14a, 14b) 또는 Y 압력부여용 자석(16a, 16b)의 폭) > (돌출부(20a, 20b) 또는 돌출부(20c, 20d)의 대향 영역의 폭)으로도, 제 1실시예에서 설명한 것과 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다.
이와같이, 제 3실시예에 따라서, 가이드는 영구자석(압력부여용자석)에 대향하는 돌출부를 구비하고 상기 돌출부가 영구자석에 대향하는 대향 영역은 가이드면으로서 기능을 한다. 그 결과, 제 1실시예와 마찬가지의 효과를 얻는다.
< 제 4실시예>
도 4는 제 4실시예에 의한 스테이지 장치를 도시하는 단면도이다. 제 4실시예에 의하면, 스테이지 정반은 제 1실시예 내지 제 3실시예에서 설명한 것과 동일한 홈이나 돌출부는 형성되지 않았다. 대신에, 도 4에 도시된 바와 같이, Y 압력부여용 자석(16a)의 좌측 단 스테이지 정반(6)의 좌측 단에 대해서 동일면이 되거나 또는 소정량을 연장하고, Y 압력부여용 자석(16b)의 우측단이 스테이지 정반(6)의 우측 단에 대해서 동일면이 되거나 또는 소정량을 연장하도록 배치된다. 도 4에서는 도시하지 않지만, X 가이드에 대해서도 마찬가지의 구성을 취한다.
상기 배치의 결과로서, 제 1실시예와 마찬가지의 동작과 효과를 얻는다. 이 경우에, 압력부여용 자석의 횡방향의 흡인력을 이용한 복원력은, 그 한 쪽 만 사용되도록, 제 1실시예의 반으로 된다. 그러나, 홈이나 돌출부를 형성할 필요가 없으므로, 그 구조는 간소화된다.
< 제 5실시예>
도 5는 제 5실시예에 의한 스테이지 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 제 5실시예는 압력부여용 자석의 횡방향 복원력을, X가이드 및 Y가이드의 직동 가이드 대신에, 변동 리밋트 기능으로서 이용한 예이다.
제 1실시 형태에서는,
(X 압력부여용 자석(14a, 14b) 또는 Y 압력부여용 자석(16a, 16b)의 폭)≥ (스테이지 정반(6)의 대향 영역의 폭)
으로 되도록 배치되지만, 제 5실시예에서는,
(X 압력부여용 자석 (14a, 14b) 또는 Y 압력부여용 자석(16a, 16b)의 폭) < (스테이지 정반(6)의 대향하는 영역의 폭)
이 되도록 배치된다.
전술한 바와 같이, 리니어모터의 추력을 제어함으로써, 이동 테이블(1)의 xy 좌표 및 z축 주위의 회전방향으로 변위가 유일하게 결정되는 경우에도, Y 방향을 따르는 X가이드(9)의 변위와 X 방향을 따르는 Y가이드(10)의 변위는 유일하게 결정되지 않는다. 환언하면, 이것은 Y 방향을 따르는 X 가이드(9)의 변위나, X 방향을 따르는 Y가이드(10)의 변위가 있는 경우에도, 이동 테이블(1)의 xy 좌표 및 Z축 주위의 회전방향으로 변위에는 직접적인 영향을 주지 않는 것을 의미한다. 그러나, 이 변위에 의해 리니어모터의 고정자와 가동자 사이에 간섭이 생기거나 구동 때에 기생 진동이 발생함으로써, 위치 결정 정밀도를 저하시키거나 또는 측정 정밀도를 감소시킨다. 이에 의해 상술한 바와 같이, 어떠한 직동 가이드가 필요하게 된다.
그러나, 극 저속의 구동만을 하는 장치나, 엉성한 위치 결정 정밀도 만을 필요로 하는 장치와 같이, 근접하는 부재의 간섭이 발생하지 않는 한, Y 방향을 따르는 상기 X가이드(9)의 변위 또는, X 방향을 따르는 Y가이드 (10)의 변위를 허용할 수 있는 경우가 있다. 이러한 경우에, 반드시 직동 가이드는 필요하지 않다. 그러 나, 이 경우에서도 간섭은 회피해야만 하므로, 변동 리밋트는 필요하다. 따라서, 제 5실시예에서는, 압력부여용 자석의 단면이 스테이지 정반(6)에 대향하는 영역의 단면에 이를 때까지는 복원력은 작용하지 않고, 양자가 동일면이 되는 경우에, 복원력이 작용하기 시작하도록 배치된다.
제 5실시예에 의하면, 소정의 허용되는 범위 내에서, Y 방향으로 X 가이드(9)는 변위 가능하고, Y가이드(10)는 X 방향으로 각각 변위 가능하다. 그러나, 이 범위를 초과하는 변위는 제 1실시예에서 도시된 바와 같이, 압력부여용 자석의 복원력의 작용 때문에 제한된다.
제 1실시예와 마찬가지로, 스테이지 정반(6)은 홈(17a, 17b, 17c, 17d)이 형성 됐지만, 제 3실시예와 마찬가지로 돌출부의 경우에도, 또는 제 4실시예와 마찬가지로 스테이지 정반(6)의 양단을 이용하는 경우에도(이 경우, 스테이지 정반(6)의 양단으로부터 소정 거리에서 압력부여용 자석을 배치하게 됨) 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
< 제 6실시예>
도 6은 제 6실시예에 의한 스테이지 장치를 도시하는 평면도이다. 제 6실시예는 압력부여용 자석의 횡방향 복원력을, X 가이드 및 Y 가이드의 직동 가이드뿐만 아니라, 스트로크 리밋트 기능으로서 이용한 예이다.
여기서, X 에어 패드(13a, 13b, 13c, 13d) 및 X 압력부여용 자석(14a, 14b)의 배치를 제 1실시예의 배치에 대향하도록 하여, 외측에 X 압력부여용 자석(14a, 14c) 및 X 압력부여용 자석(14b, 14d)을 배치하고, 내측에 X 에어 패드(13a) 및 X 에어 패드(13b)를 배치한다. 마찬가지로 X 에어 패드(15a, 15b, 15c, 15d) 및 Y 압력부여용 자석(16a, 16b)의 배치를 제 1실시예의 배치에 대향하도록 하여, 외측에 Y 압력부여용 자석(16a, 16c) 및 Y 압력부여용 자석(16b, 16d)을 배치하고, 내 측에 X 에어 패드(15a) 및 X 에어 패드(15b)를 배치한다.
Y축의 방향을 따르는 X가이드(9)의 변위나, X축의 방향을 따르는 Y가이드 (10)의 변위에 대해서 복원력의 발생은, 제 1실시예에서 설명하였다. 본 구성은, X 슬라이더(11a, 11b)가 X 방향을 따라서 이동할 경우에, 소정의 스트로크 범위 내 (즉 이동 테이블(1)이 X방향을 따라서 이동하는 스트로크)이면, X 압력부여용 자석 (14a, 14b, 14c, 14d)은 Z축 방향을 따르는 흡인력 만을 발생하도록 된다. 그러나, 이동이 스트로크를 넘는 범위인 경우에는, 스테이지 정반(6)에 형성된 홈(17a, 17b에) 의해, X 압력부여용 자석(14a, 14b, 14c, 14d)의 횡방향 흡인력이 스트로크의 한도까지 이동하는 복구력으로서 작용한다. Y가이드(10)에 대해서도, 마찬가지이다. 그 결과로서, 종래 기술에서, 스트로크를 초과하는 동작을 제한하기 위해서 구비한 쇼크 업쇼바 등의 메카니칼 스토퍼를 생략할 수가 있다.
제 1실시예와 마찬가지로 스테이지 정반(6)에 홈(17a, 17b, 17c, 17d)을 형성하는 것을 유의하여야만 한다. 그러나, 제 3실시예와 마찬가지로 돌출부를 형성한 경우에도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 스테이지 정반(6)의 양단을 이용해도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 제 6실시예에 의하면, 이동의 방향으로 슬라이더의 변위량을 제한할 목적으로 가이드면의 크기 및 영구자석의 배치는 제한된다. 그 결과로서, 테 이블이 스트로크를 통하여 이동하는 경우, 제한기능의 효과에 의해 안내기능을 부가적으로 얻을 수 있다.
< 제 7실시예>
도 7a 내지 도 7c는 제 7실시예에 의한 스테이지 장치를 도시하는 도면이며, 도 7a는 평면도, 도 7b 및 도 7c는 단면도이다. 제 7실시예는 압력부여용 자석의 횡방향 복원력을 Y가이드의 직동 가이드로서 이용하고, X 가이드의 직동 가이드로서는 유체 베어링을 이용한 예이다.
보다 상세하게는, 도 7b에서, 횡 방향 패드(21a)는 가이드면으로서 정반 측면을 가지고, 횡방향 패드 유지 부재(21b)는 X 슬라이더(11a)에 체결되어있다. 상기 횡방향 패드(21a)는 이동방향으로 서로 공간을 둔 적어도 두 개의 위치에 배치된다. Y축의 방향을 따르는 X 가이드(9)와 X 슬라이더(1la, 11b)의 이동 및 X축을 중심으로 하는 회전이 횡방향 패드(21a)의 안내에 의해 규제된다.
이 구성에 의해, Z축 주위의 회전방향으로 이동 테이블(1)의 규제를 횡방향 패드(21a)로 행한다. 그 결과, 고유진동수가 높게 된다. X축 방향을 따르는 Y 가이드(10)의 규제에 압력부여용 자석의 횡방향 복원력을 이용하므로, 과잉 구속력이 인가되지 않는다고 하는 또 다른 이점이 있다.
제 1실시예 내지 제 7실시예는, 이동 테이블 등의 각 구성요소의 비접촉 가이드로서 에어 베어링을 이용한 예에 대해서 설명해온 것에 유의해야 한다. 그러나, 오일 등을 이용한 정압 유체 베어링을 이용하는 경우에도, 또는 자기 부상력 또는 흡인력을 이용한 자기 베어링의 경우에도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상기 설명한 바와 같이 제 1실시예 내지 제 7실시예에 의하면, 가이드에 홈을 형성하는 등의 수단에 의해 압력부여용 자석에 대향하는 가이드면의 영역을 제한함으로써, 이동체의 가이드면에 평행한 방향으로 변위를 제한 할 수 있다. 그 결과로서, 베어링 장치가 고정 가이드를 필요로 하지 않고, 적은 공간을 점유하므로 비용이 저렴하고 조립성이 뛰어난 베어링 장치가 실현 가능하다.
또한, 특히, 제 6실시예에 의하면, 동시에 쇼크 옵서버 등의 메카니컬 스토퍼도 생략 가능하다.
또한, 상기 설명된 각각의 실시예에서는, 자성체인 스테이지 정반(6) 위의 가이드 부는, 상기 스테이지 정반의 홈 및 단부 또는 돌출부를 이용하여 형성된다. 그러나, 자성체가 아닌 스테이지 정반에서는 자성체인 가이드 플레이트를 형성해도 된다. 예를 들면, 도 3에서, 스테이지 정반(6)은 비자성체로 형성되어도 되고, 돌출부(20c, 20d)는 자성체로 형성되어도 된다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 스테이지 정반(6) 위의 가이드부는 오목부가 형성되어도 되고, 비자성체(22a, 22b)가 이들의 오목부에 매설되어도 된다.
또한, 이전의 각 실시예에서 압력부여용 자석으로서 영구자석을 사용하지만, 전자석을 사용하여도 된다.
< 제 8실시예>
상기 각 실시예에 의한 스테이지 장치를 노광 장치에 적용하는 예를, 축소투영 노광장치에 대해서 설명한다.
도 9는 제 8실시예에 의한 노광 장치의 전체 개략도이다. 도 9에 도시된 바 와 같이, 노광 장치는, 노광 마스터 플레이트인 레티클(102)이 레티클 처크(103)을 개재하여 레티클 스테이지(104)위에 배치된다. 도시되지 않은 광원으로부터 조명 광학계(101)를 통하여 가이드 된 노광 광에 상기 레티클이 조사된다. 레티클(102)을 통과한 노광 광은, 투영 광학계(105)에 의해서, 예를 들면 1/5 크키로 축소되고, 가공물인 실리콘 웨이퍼(108)를 조사한다. 이 실리콘 웨이퍼(108)를 유지하는 수단으로서 기능하는 기판 유지장치 이른바 웨이퍼 척(109)은, 수평면 안에서 웨이퍼를 이동 가능한 XY 스테이지(110) 위에 장착되어 있다. XY 스테이지(110)로서, 상기 제 1실시예 내지 제 7실시예에서 설명한 스테이지 장치가 이용된다.
상기 설명된 구성의 노광 장치에서의 노광 순서의 예제를 이하에 설명한다.
일단, 피 노광 웨이퍼(108)가 노광 장치에 자동 또는 작업자의 손에 의해서 세팅되면, 노광 개시 명령에 응답하여 노광 장치의 동작이 개시된다. 제 1웨이퍼 (108)가 반송 시스템에 의해서 스테이지(110)위에 장착된 웨이퍼 척(109)으로 공급된다. 다음에, 축외 범위(107)에 의해서 웨이퍼(108) 위에 기록된 정렬 마크를 복수개 검출하고 웨이퍼의 배율, 회전, XY 이동량을 결정하여, 위치를 보정한다. 스테이지(110)는, 탑재된 웨이퍼의 제 1쇼트(shot) 위치가 노광 장치의 노광 위치에 일치하는 방식으로 웨이퍼를 이동한다. 표면 측정수단(106)에 의해 포커싱을 달성한 후, 약 0.2초 정도의 노광을 행하고, 웨이퍼 위의 제 2쇼트 위치에 웨이퍼를 스텝 이동하여 순차적으로 노광을 반복한다. 최종 쇼트까지 마찬가지의 순서를 반복함으로써 하나의 웨이퍼 노광 처리는 완료된다. 웨이퍼 척으로부터 회수 반송 핸드로 인도된 웨이퍼는 웨이퍼 캐리어에 되돌려진다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고정 가이드를 필요로 하지 않는 베어링 장치를 제공하여, 조정하기 곤란한 것을 제거하고 또한 코스트의 저감이 가능하다.
본 발명의 상이한 실시예는 본 발명의 사상과 범위를 일탈함이 없이 자명하고 광범위하게 구성할 수 있으며, 본 발명은 첨부된 청구 항에서 정의된 것을 제외하고는 본 발명의 특정한 실시예에 한정되지 않는 것으로 이해 되어야한다.

Claims (16)

  1. 자성체를 포함한 가이드면을 상부 측에 형성하는 가이드와;
    상기 가이드면을 따라서 이동하는 이동체를 상기 가이드면 위에 부상하기 위해 상기 가이드면에 대향하는 이동체의 부분에 설치된 베어링과;
    상기 가이드면에 대향하는 대향면을 가지고, 또한 상기 이동체와 상기 가이드면 사이에 자기흡인력을 인가하기 위해 상기 이동체 위에 설치된 자석
    을 포함한 베어링 어셈블리로서,
    가이드면을 따라서 이동체가 이동하는 경우에, 가이드면에 평행하게 그리고 폭 방향으로 발생될 수 있는 변위에 기인하여 상기 가이드면으로부터 상기 자석의 대향 면의 어긋나는 양에 따라 생성된 폭 방향의 자기 흡인력을 이용하여, 상기 이동체의 이동방향에 수직인 폭 방향의 이동체의 변위를 허용범위 까지 제한하기 위해 상기 가이드면 및 상기 자석의 대향 면의 크기와 배치 간의 관계 또는 상기 가이드면 및 상기 자석의 대향 면의 크기나 배치 간의 관계를 규정하는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서,
    폭방향의 가이드면의 크기는, 상기 가이드의 상부측에 형성되어 이동방향을 따라서 연장한 홈 및 이동 방향을 따라서 연장한 상기 가이드의 상부측의 말단에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가이드의 상부측은 상기자석에 대향하도록, 이동방향을 따라서 연장한 돌출부가 형성되고, 또한 상기 가이드면은 상기 자석에 대향하는 상기 돌출부의 상부측에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  4. 제 2항에 있어서,
    폭 방향의 가이드면의 크기는, 폭방향으로 상기 자석의 대향면의 크기보다 작거나 동일한 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  5. 제 3항에 있어서,
    폭 방향의 가이드면의 크기는, 폭방향으로 상기 자석의 대향면의 크기보다 작거나 동일한 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이동체의 이동 방향을 따라서 공간을 둔 복수의 위치에서 상기 자석이 상기 이동체 위에 설치되는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  7. 제 1항에 있어서,
    가이드면은 상기 가이드면의 양측 위에 이동방향을 따라서 연장하고,이동체 는 각 가이드면에 대향하는 대향면을 가지며, 또한 각 대향면은 상기 자석이 설치되고;
    각 자석의 대향면의 외부 단면과 가이드면의 외부단부가 일치하거나 또는 각 자석의 대향면의 외부 단부가 소정의 양에 의해 가이드면의 외부단부를 넘어서 돌출 되는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  8. 제 2항에 있어서,
    폭 방향의 가이드면의 크기는, 폭방향으로 상기 자석의 대향면의 크기보다 크거나 같은 동일한 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  9. 제 3항에 있어서,
    폭 방향의 가이드면의 크기는, 폭방향으로 상기 자석의 대향면의 크기보다 크거나 동일한 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  10. 제 1항에 있어서,
    이동방향을 따르는 가이드면의 단부는 가이드면의 단부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  11. 제 2항에 있어서,
    이동방향을 따르는 가이드면의 단부는, 이동방향에 직각인 방향으로 연장한 홈에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  12. 제 3항에 있어서,
    이동방향을 따르는 가이드면의 단부는, 이동방향을 따라서 연장한 상기 돌출부의 상부측의 단부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  13. 제 1항에 있어서,
    가이드면은 상기 가이드면의 양측 위에서 이동방향을 따라서 연장하고, 이동체는 각 가이드면에 대향하는 양 단부 위에 대향면을 가지며, 또한 각 대향면에는 상기 자석이 설치되고;
    이동체의 한쪽 단부에는 상기 가이드면에 직각인 상기 가이드의 측면과 대향하는 유체 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 베어링 어셈블리.
  14. 테이블 장치는 제 1항에 기재된 베어링 어셈블리를 가지는 것을 특징으로 하는 테이블 장치.
  15. 마스터 플레이트 위의 패턴의 일부를 노광 광학 시스템에 의해 기판에 투영하고 또한 상기 마스터 플레이트 위의 패턴의 소정의 노광 영역에 상기 기판을 노광하는 노광수단과;
    상기 마스터 플레이트와 노광용 기판을 이동하거나 또는 상기 마스터 플레이트나 노광용 기판을 이동하기 위해 제 1항에 기재된 베어링 어셈블리를 가지는 테이블장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  16. 반도체 제조방법은 제 15항에 기재된 노광장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
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