KR101176781B1 - Ｘｙ 스테이지장치, 반도체 검사장치, 및 반도체 노광장치 - Google Patents

Ｘｙ 스테이지장치, 반도체 검사장치, 및 반도체 노광장치 Download PDF

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Abstract

[과제] Y축 이동체의 요잉(yawing) 각도를 원하는 대로 제어하며, 또한 X축 이동체의 주행 정밀도를 높인다.
[해결수단] XY 스테이지장치(1)는, 정반(定盤)(2) 상에서 X축 방향 이동하는 X축 이동체(3), 정반 상에서 Y축 방향 이동함과 함께 X축 이동체(3)의 X축 방향 이동을 가이드하는 Y축 이동체(4), Y축 이동체(4)를 Y축 방향 구동하는 샤프트 모터(14A, 14B), Y축 이동체(4)의 요잉 각도를 검출하는 리니어 스케일(16A, 16B)을 구비하고 있다. XY 스테이지장치(1)에서는, 샤프트 모터(14A, 14B)의 구동이 요잉 각도에 근거하여 컨트롤러(17)에 의하여 제어되기 때문에, 요잉 각도에 따라서 샤프트 모터(14A, 14B)의 각각을 적절히 제어할 수 있다. 또한, 구름(rolling) 가이드(11)로 Y축 이동체(4)의 X축 방향 일단부가 지지되고, 리프트 에어패드(12)로 Y축 이동체(4)의 X축 방향 타단부가 지지되기 때문에, Y축 이동체(4)가 X축 방향에 완전 구속되지 않는다.

Description

ＸＹ 스테이지장치, 반도체 검사장치, 및 반도체 노광장치{ＸＹ stage apparatus, semiconductor inspection apparatus, and semiconductor exposure apparatus}
본 발명은, XY 스테이지장치, 그리고 XY 스테이지장치를 구비한 반도체 검사장치 및 반도체 노광장치에 관한 것이다.
종래의 XY 스테이지장치로서는, 예컨대 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 정반 상에 있어서 X축 방향으로 이동하는 X축 이동체(X 방향 가동체)와, 정반 상에 있어서 Y축 방향으로 이동함과 함께 X축 이동체의 X축 방향의 이동을 가이드하는 Y축 이동체(Y 방향 가동체)를 구비하는 것이 알려져 있다. 이와 같은 XY 스테이지장치에서는, Y축 이동체의 X축 방향 양단부가, Y축 이동체의 Y축 방향의 이동을 가이드하는 한 쌍의 구름(rolling) 가이드(구름 안내 베어링)에 의하여 정반 상에서 각각 지지되고 있다.
일본국 특허 제3687362호 공보
여기서, 상기한 XY 스테이지장치에서는, 상술한 바와 같이, Y축 이동체의 X축 방향 양단부가 한 쌍의 구름 가이드로 지지되므로, Y축 이동체에 있어서의 Z축 둘레 회전방향의 각도인 요잉(yawing) 각도(이하, 단순히 「요잉 각도」라 함)는, 구름 가이드의 장착 정밀도에 의존하기 쉬운 것이 된다. 그 때문에, Y축 이동체의 요잉 각도를 원하는 대로 제어하는 것이 곤란하다.
또한, Y축 이동체에 있어서의 X축 방향 양단부가 한 쌍의 구름 가이드로 지지되는 경우, Y축 이동체는, X축 방향에 완전 구속되는 것이 되기 때문에, 예컨대 온도변화에 기인하는 열 응력(應力)에 의하여, Y축 이동체에 뒤틀림 등이 생길 우려가 있다. 그 결과, 이 Y축 이동체로 가이드되는 X축 이동체는, 그 주행 정밀도가 저하되어 버린다.
그래서, 본 발명은, Y축 이동체의 요잉 각도를 원하는 대로 제어할 수 있고, 또한, X축 이동체의 주행 정밀도를 높일 수 있는 XY 스테이지장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 XY 스테이지장치는, 정반 상에 있어서 X축 방향으로 이동하는 X축 이동체와, 정반 상에 있어서 Y축 방향으로 이동함과 함께 X축 이동체의 X축 방향의 이동을 가이드하는 Y축 이동체를 구비하는 XY 스테이지장치로서, X축 방향으로 서로 이격하여 설치되어, Y축 이동체를 Y축 방향으로 구동하는 한 쌍의 구동수단과, Y축 이동체에 있어서의 Z축 둘레 회전방향의 각도인 요잉 각도를 검출하기 위한 검출수단과, 검출수단에 의하여 검출한 요잉 각도에 근거하여, 한 쌍의 구동수단의 구동을 제어하는 제어수단과, Y축 이동체를 정반 상에서 지지하는 한 쌍의 지지수단을 구비하며, 한 쌍의 지지수단의 일방은, Y축 이동체의 Y축 방향의 이동을 가이드하는 구름 가이드이고, 한 쌍의 지지수단의 타방은, Y축 이동체를 정반에 대하여 비접촉으로 지지하는 에어패드인 것을 특징으로 한다.
이 XY 스테이지장치에서는, Y축 이동체를 Y축 방향으로 구동하는 한 쌍의 구동수단의 구동이, 요잉 각도에 근거하여 제어수단에서 제어된다. 따라서, 요잉 각도에 따라서 한 쌍의 구동수단의 각각을 적절히 제어할 수 있어(예컨대, 각각의 추력(推力)에 차가 부가되는 바와 같이 제어함), Y축 이동체의 요잉 각도를 원하는 대로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, Y축 이동체를 지지하는 한 쌍의 지지수단의 일방이 구름 가이드이며, 타방이 에어패드이다. 따라서, Y축 이동체에 있어서는, X축 방향에 완전 구속되지 않으므로, 예컨대 열 응력에 의하여 생기는 뒤틀림 등을 해소하고 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, Y축 이동체로 가이드되는 X축 이동체의 주행 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 제어수단은, 요잉 각도가 0이 되도록 한 쌍의 구동수단의 동작을 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우, 요잉 각도가 0인 상태에서 변동하지 않도록 Y축 이동체를 유지할 수 있다.
또한, 검출수단은, X축 방향으로 서로 이격하여 설치되어, Y축 이동체에 있어서의 Y축 방향의 위치를 검출하는 한 쌍의 리니어 스케일인 것이 바람직하다. 이 경우, Y축 이동체의 Y축 방향 위치를 검출할 수 있음과 함께, 각 검출값의 차에 근거하여 요잉 각도를 검출할 수 있다.
또한, 한 쌍의 구동수단은, 한 쌍의 샤프트 모터인 경우가 있다.
또한, 에어패드는, 그 지지 높이가 조정 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 에어패드의 지지 높이를 조정함으로써, Y축 이동체의 수평상태를 용이하게 조정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 에어패드는, Y축 이동체를 구면(球面) 지지하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, Y축 이동체가 구면 지지되므로, Y축 이동체에 있어서 생기는 뒤틀림 등을 에어패드에 의하여서도 해소할 수 있어, 그 결과, X축 이동체의 주행 정밀도를 한층 높이는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 관한 반도체 검사장치는, 상기한 XY 스테이지장치를 구비한 것을 특징으로 한다. 그리고 또한, 본 발명에 관한 반도체 노광장치는, 상기한 XY 스테이지장치를 구비한 것을 특징으로 한다. 이들 반도체 검사장치 및 반도체 노광장치에 있어서도, Y축 이동체의 요잉 각도를 원하는 대로 제어하며 또한 X축 이동체의 주행 정밀도를 높인다는 상기 작용효과가 발휘된다.
본 발명에 따르면, Y축 이동체의 요잉 각도를 원하는 대로 제어할 수 있으며, 또한, X축 이동체의 주행 정밀도를 높이는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 본 발명의 하나의 실시예에 관한 XY 스테이지장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 XY 스테이지장치를 나타내는 측면도이다.
도 3은, 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 단면도이다.
도 4는, 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 단면도이다.
도 5는, 도 1의 Y축 이동체의 정반측을 나타내는 사시도이다.
도 6은, 도 1의 구름 가이드를 나타내기 위한 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 확대 개략 단면도이다.
도 7은, 도 1의 Y축 리프트 에어패드를 나타내기 위한 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 확대 개략 단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에 있어서는 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 관한 XY 스테이지장치를 나타내는 사시도, 도 2는 도 1의 XY 스테이지장치를 나타내는 측면도, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 단면도, 도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 단면도, 도 5는 도 1의 Y축 이동체의 정반측을 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 XY 스테이지장치(1)는, 반도체를 검사하기 위한 반도체 검사장치, 또는 반도체를 노광하기 위한 반도체 노광장치에 사용되는 것이다. 이 스테이지장치(1)는, 정반(2), X축 이동체(3) 및 Y축 이동체(4)를 구비하며, X축 이동체(3) 및 Y축 이동체(4)의 쌍방이 함께 정반(2)에 지지되어 이 정반(2) 상을 이동하는 소위 서피스(surface)형 스테이지이다.
정반(2)은, 직육면체 형상을 보이고 있으며, 예컨대 석재(石材)로 형성되어 있다. 이 정반(2)의 반면(盤面)(2a)은, 평면 가공이 시행되어 그 평면도가 높아져 있다.
X축 이동체(3)는, 직사각형 링 형상 단면의 판 형상을 보이고 있으며, 정반(2) 상에 있어서 수평방향의 일방향인 X축 방향으로 이동하는 것이다. 이 X축 이동체(3)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 그 하면측에 장착된 X축 리프트 에어패드(5)에 의하여, 반면(2a)에 연직방향인 Z축 방향으로 비접촉으로 지지되어, 반면(2a) 상을 비접촉으로 활주 가능하게 되어 있다.
이 X축 이동체(3)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, Y축 이동체(4)의 가이드 빔(9)(후술)에 외측 삽입됨과 함께, 그 내면측에 설치된 요(yaw) 에어패드(6)에 의하여 가이드 빔(9)의 양측면(9c, 9c)을 비접촉으로 끼워 넣도록 구성되어 있다. 이에 의하여, X축 이동체(3)는, 가이드 빔(9)을 따라서 이동 가능하게 되며, X축 방향을 따라서 이동 가능하게 되어 있다.
X축 리프트 에어패드(5)는, 정반(2)을 향하여 기체를 분출하는 기체 정압(靜壓) 베어링으로서 기능하는 것이며, 도 5에 나타내는 바와 같이, X축 이동체(3)의 안정도를 높이기 위하여 정정(靜定)상태에서 지지하기 때문에, 3개 설치되어 있다. 이 X축 리프트 에어패드(5)는, 프리로드(preload) 조정이 가능하게 되어 있다. 구체적으로는, X축 리프트 에어패드(5)의 패드부(7)의 하면(下面)에 형성된 흡입구멍(미도시)에 의하여, 반면(2a)에 대하여 소망의 흡착력으로 진공 흡착이 가능하게 되어 있다. 이에 의하여, X축 이동체(3)는, Z축 방향의 변위가 억제되어 있다.
요 에어패드(6)는, 가이드 빔(9)을 향하여 기체를 분출하는 기체 정압 베어링으로서 기능하는 것이며, X축 이동체(3)의 내면측에 있어서 가이드 빔(9)을 통하여 대향하는 위치에 2쌍(계 4개) 설치되어 있다.
도 1로 되돌아가서, Y축 이동체(4)는, 정반(2) 상에 있어서 수평방향에 있어서의 X축 방향의 직교방향인 Y축 방향으로 이동함과 함께, X축 이동체(3)의 X축 방향의 이동을 가이드하는 것이다. Y축 이동체(4)는, X축 방향으로 뻗는 기둥 형상의 가이드 빔(9)과, 이 가이드 빔(9)의 X축 방향 양단부에 각각 설치된 한 쌍의 스테이(10)를 포함하고 있다.
가이드 빔(9)은, 단면 직사각형 형상을 보이며, X축 이동체(3)에 내측 삽입되어 있다. 이 가이드 빔(9)은, X축 이동체(3)의 X축 방향을 따르는 이동을 안내하는 것이다.
이 Y축 이동체(4)의 X축 방향 일단부(도시 좌측 단부)는, 구름 가이드(지지수단의 일방)(11)에 의하여, 반면(2a)에 Z축 방향으로 접촉 지지되어 있음과 함께 Y축 방향의 이동이 안내되고 있다. 또한, Y축 이동체(4)의 X축 방향 타단부(도시 우측 단부)는, 도 2, 3에 나타내는 바와 같이, Y축 리프트 에어패드(에어패드, 지지수단의 타방)(12)에 의하여 반면(2a)에 Z축 방향으로 비접촉으로 지지되어, 반면(2a) 상을 비접촉으로 활주 가능하게 되어 있다.
또한, XY 스테이지장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 X축 샤프트 모터(13A, 13B), 한 쌍의 Y축 샤프트 모터(샤프트 모터, 구동수단)(14A, 14B), X축 리니어 스케일(15), 한 쌍의 Y축 리니어 스케일(리니어 스케일, 검출수단)(16A, 16B), 및 컨트롤러(제어수단)(17)를 구비하고 있다.
X축 샤프트 모터(13A, 13B)는, X축 이동체(3)를 X축 방향으로 구동하기 위한 것이며, Y축 방향으로 서로 이격하여 배치되어 있다. X축 샤프트 모터(13A, 13B)는, 고정자로서의 X축 샤프트부(18A, 18B)와, 가동자로서의 한 쌍의 X축 코일부(19A, 19B)를 각각 포함하여 구성되어 있다. X축 샤프트부(18A, 18B)는, 그 내부에 자석을 가지고 있으며, X축 이동체(3)에 대하여 Y축 방향의 외측 위치에서 X축 방향을 따라서 각각 뻗어 있다. 그리고, 이들 X축 샤프트부(18A, 18B)는, Y축 이동체(4)의 스테이(10)에 설치된 고정블록(20)에 각각 고정되며, Y축 이동체(4)에 고정되어 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, X축 코일부(19A, 19B)는, X축 샤프트부(18A, 18B)를 따라서 각각 가동하는 것이며, 그 내부에 X축 샤프트부(18A, 18B)를 둘러싸는 코일을 각각 가지고 있다. X축 코일부(19A, 19B)는, X축 샤프트부(18A, 18B)에 각각 외측 삽입됨과 함께, X축 이동체(3)의 X축 방향을 따르는 측면(3b, 3b)에 각각 고정되어 있다. 이에 의하여, X축 샤프트 모터(13A, 13B)에서는, 그 X축 코일부(19A, 19B)에 소정 전류가 인가되면, 전자 상호 작용에 의하여 X축 코일부(19A, 19B)가 X축 방향으로 이동되고, 그 결과, X축 이동체(3)가 X축 방향으로 이동되게 된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, Y축 샤프트 모터(14A, 14B)는, Y축 이동체(4)를 Y축 방향으로 구동하기 위한 것이며, X축 방향으로 서로 이격하여 배치되어 있다. Y축 샤프트 모터(14A, 14B)는, 고정자로서의 Y축 샤프트부(21A, 21B)와, 가동자로서의 Y축 코일부(22A, 22B)를 각각 포함하여 구성되어 있다. Y축 샤프트부(21A, 21B)는, 그 내부에 자석을 가지고 있고, 정반(2) 상에 있어서의 X축 방향의 양단부에 있어서 정반(2)의 반면(2a)과의 사이에 공간(A1, A2)이 각각 형성되도록 하며, Y축 방향을 따라서 각각 뻗어 있다. 그리고, 이들 Y축 샤프트부(21A, 21B)는, 정반(2)의 네 모서리에 설치된 고정블록(23)에 각각 고정되며, 정반(2)에 직접 고정되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, Y축 코일부(22A, 22B)는, Y축 샤프트부(21A, 21B)를 따라서 각각 가동하는 것이며, 그 내부에 Y축 샤프트부(21A, 21B)를 둘러싸는 코일을 각각 가지고 있다. Y축 코일부(22A, 22B)는, Y축 샤프트부(21A, 21B)에 각각 외측 삽입됨과 함께, Y축 이동체(4)의 스테이(10, 10)에 각각 고정되어 있다. 이에 의하여, Y축 샤프트 모터(14A, 14B)에서는, 그 Y축 코일부(22A, 22B)에 소정 전류가 인가되면, 전자 상호 작용에 의하여 Y축 코일부(22A, 22B)가 Y축 방향으로 이동되고, 그 결과, Y축 이동체(4)가 Y축 방향으로 이동되게 된다. 또한, Y축 샤프트 모터(14A, 14B)가 서로 협력 작동하도록 Y축 코일부(22A, 22B)에 소정 전류가 인가되면, Y축 코일부(22A, 22B)가 Y축 방향의 서로 다른 방향으로 이동되고, 그 결과, Y축 이동체(4)가 요잉 방향으로 회전되게 된다.
X축 리니어 스케일(15)은, 스케일(24) 및 스케일 헤드(25)를 가지고 있다. 스케일(24)은, 가이드 빔(9)의 일측면(9c)측에 있어서 X축 방향을 따라서 장착되어 있으며, 광학적인 눈금이 새겨져 있다. 스케일 헤드(25)는, X축 이동체(3)에 있어서 스케일(24)에 대응하는 위치에 장착되어 있으며, 예컨대 스케일(24)의 광학적인 눈금에 조사(照射)한 레이저 광의 반사광을 수광하여 스케일(24)과의 위치관계에 따른 신호를 취득한다. 이에 의하여, X축 리니어 스케일(15)에서는, 이와 같은 신호에 근거하여 X축 이동체(3)의 X축 방향에 있어서의 위치가 검출되게 된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, Y축 리니어 스케일(16A, 16B)은, X축 방향으로 서로 이격하여 배치되어 있으며, 상기 X축 리니어 스케일(15)과 마찬가지로, 스케일(26A, 26B) 및 스케일 헤드(27A, 27B)를 각각 가지고 있다. 스케일(26A, 26B)은, 정반(2)의 X 방향 양단부에 있어서 Y축 방향을 따라서 각각 장착되어 있으며, 광학적인 눈금이 새겨져 있다. 스케일 헤드(27A, 27B)는, Y축 이동체(4)의 각 스테이(10)에 있어서 스케일(26A, 26B)에 대응하는 위치에 각각 장착되어 있으며, 예컨대 스케일(26A, 26B)에 조사한 레이저 광의 반사광을 각각 수광하여 스케일(26A, 26B)과의 위치관계에 따른 신호를 취득한다.
이에 의하여, Y축 리니어 스케일(16A, 16B)에서는, 이와 같은 신호에 근거하여 X축 이동체(3)의 X축 방향 위치가 검출됨과 함께, 검출한 Y축 이동체(4)의 위치의 차에 근거하여 Y축 이동체(4)의 요잉 각도(요 오차, 회전 오차)가 검출되게 된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(17)는, 예컨대 CPU, ROM, 및 RAM 등으로 구성되어 있다. 이 컨트롤러(17)는, XY 스테이지장치(1)의 동작을 제어하기 위한 것이며, X축 리니어 스케일(15)에서 검출한 X축 이동체(3)의 X축 방향 위치에 근거하여 X축 샤프트 모터(13A, 13B)의 구동을 제어한다. 이와 함께, Y축 리니어 스케일(16A, 16B)에서 검출한 Y축 이동체(4)의 Y축 방향 위치 및 요잉 각도에 근거하여 Y축 샤프트 모터(14A, 14B)의 구동을 제어한다(상세히는 후술).
여기서, 상술한 구름 가이드(11) 및 Y축 리프트 에어패드(12)에 관하여, 이하에 상세히 설명한다.
도 6은 도 1의 구름 가이드를 나타내기 위한 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 확대 개략 단면도이고, 도 7은 도 1의 Y축 리프트 에어패드를 나타내기 위한 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 확대 개략 단면도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 구름 가이드(11)는, Y축 이동체(4)의 X축 방향 일단부를 정반(2)에 접촉하도록 지지하고 또한 가이드하는 접촉식의 것이며, 가이드 레일(28)과, 러너블록(29)을 구비하고 있다.
가이드 레일(28)은, 정반(2)의 반면(2a)의 X축 방향 일단부에 있어서, Y축 방향을 따라서 뻗어 있다. 구체적으로는, 가이드 레일(28)은, Y축 샤프트 모터(14A)의 Y축 샤프트부(21A)보다도 정반(2)측에 위치하도록, 즉, Y축 샤프트부(21A)와 정반(2) 사이의 공간(A1)에 들어가도록, 정반(2) 상의 고정부 블록(23, 23) 사이에 연설(延設)되어 있다(도 1 참조). 바꿔 말하면, Y축 샤프트부(21A)는, 가이드 레일(28) 상에 배치되어 있다.
러너블록(29)은, 하향으로 개구하는 단면 ㄷ자 형상을 보이며, Y축 샤프트 모터(14A)의 Y축 샤프트부(21A)보다도 정반(2)측에 위치하도록, 즉, Y축 샤프트부(21A)와 정반(2) 사이의 공간(A1)에 들어가도록, 스테이(10)의 하면(10b)에 Y축 방향을 따라서 2개 병설(竝設)되어 있다(도 5 참조). 바꿔 말하면, Y축 샤프트부(21A)는, 러너블록(29) 상에 배치되어 있다.
이 러너블록(29)은, 그 내부에, 가이드 레일(28)에 슬라이드하기 위한 롤러 또는 볼(미도시)이 설치되어, 가이드 레일(28)에 슬라이드 가능하게 걸어 맞춤되어 있다. 이에 의하여, 구름 가이드(11)는, Y축 이동체(4)의 X축 방향 일단부를, X축 및 Z축 방향으로 구속하면서 Y축 방향으로 안내하게 된다.
또한, 구름 가이드(11)에서는, 가이드 레일(28) 및 러너블록(29)의 단면적, 길이, 재질 등의 구성이 적절히 선택되어, 그 요잉 방향의 강성(剛性)이 적절히 설정되어 있다. 이에 의하여, Y축 이동체(4)의 요잉 각도의 제어를 바람직하게 행하기 위하여, 요잉 방향에 있어서의 Y축 이동체(4)의 소정 탄성력이 얻어지도록 되어 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, Y축 리프트 에어패드(12)는, 정반(2)을 향하여 기체를 분출하는 기체 정압 베어링으로서 기능하는 것이며, Y축 이동체(4)의 X축 방향 타단부에 1개 설치되어 있다. 이 Y축 리프트 에어패드(12)는, 패드부(30)와 지지부(31)를 가지고 있다.
패드부(30)는, 그 일부가 Y축 샤프트 모터(14B)의 Y축 샤프트부(21B)보다도 정반(2)측에 위치하도록 설치되어 있다. 즉, Y축 리프트 에어패드(12)는, 그 중 적어도 일부가 Y축 샤프트부(21B)와 정반(2) 사이의 공간(A2)에 들어가도록 설치되어 있다. 바꿔 말하면, Y축 샤프트부(21B)는, 패드부(30) 상에 배치되어 있다.
지지부(31)는, Z축 방향을 축선방향으로 하는 축 바디이며, Y축 이동체(4) 및 패드부(30)를 서로 연결하고 있다. 이 지지부(31)에 있어서 Y축 이동체(4)측의 선단부(31a)는, 예컨대 나사 결합에 의하여 Y축 이동체(4)와 연결되어 있다. 이에 의하여, Y축 리프트 에어패드(12)에서는, 그 리프트 양(지지 높이)이 조정 가능하게 되어 있다.
한편, 지지부(31)에 있어서 패드부(30)측의 선단부(31b)는, 예컨대 구면 지지 결합에 의하여 패드부(30)와 연결되어 있다. 구체적으로는, 선단부(31b)가 회전운동 구체를 가지며, 이 회전운동 구체가 원추 형상으로 움푹 패인 구면 자리(32)에 슬라이드 가능하게 끼움 장착되어 있다. 이에 의하여, Y축 이동체(4)는, Y축 리프트 에어패드(12)로 구면 지지되게 된다.
또한, Y축 리프트 에어패드(12)는, 상기 X축 리프트 에어패드(5)와 마찬가지로, 프리로드 조정이 가능하게 되어 있다. 구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 패드부(30)의 하면에 형성된 흡입구멍(미도시)에 의하여, 반면(2a)에 대하여 소망의 흡착력으로 진공 흡착이 가능하게 되어 있어, Y축 이동체(4)에서는, Z축 방향의 변위가 억제되어 있다.
이상과 같이 구성된 XY 스테이지장치(1)에서는, X축 이동체(3)를 X축 방향의 소정 위치로 이동시키는 경우, X축 리니어 스케일(15)에서 X축 이동체(3)의 X축 방향 위치가 검출된다. 이 검출값에 근거하여 X축 샤프트 모터(13A, 13B)의 X축 코일부(19A, 19B)에 인가하는 구동전류가 컨트롤러(17)에서 제어된다. 이에 의하여, X축 리프트 에어패드(5)에 의하여 반면(2a)에 비접촉 지지된 X축 이동체(3)에 있어서는, 요 에어패드(6)에 의하여 가이드 빔(9)에 대하여 비접촉으로 가이드되어, 반면(2a)을 활주하도록 X축 방향으로 가동된다.
또한, Y축 이동체(4)를 Y축 방향의 소정 위치로 이동시키는 경우, Y축 리니어 스케일(16A, 16B)에서 Y축 이동체(4)의 Y축 방향 위치가 검출된다. 이 검출값에 근거하여 Y축 샤프트 모터(14A, 14B)의 Y축 코일부(22A, 22B)에 인가하는 구동전류가 컨트롤러(17)에서 제어된다. 이에 의하여, X축 방향 일단부가 구름 가이드(11)에 의하여 접촉 지지되며 또한 X축 방향 타단부가 Y축 리프트 에어패드(12)에 의하여 비접촉 지지된 Y축 이동체(4)에 있어서는, 그 X축 방향 일단부가 구름 가이드(11)에 의하여 접촉 가이드되어, 반면(2a)을 활주하도록 Y축 방향으로 가동된다.
여기서, XY 스테이지장치(1)에 있어서는, Y축 리니어 스케일(16A, 16B)에서 검출된 요잉 각도에 근거하여 Y축 샤프트 모터(14A, 14B)가 협력 작동되어, Y축 이동체(4)가 Z축 둘레 회전방향(이하, 「요잉 방향」이라 함)으로 가동된다. 구체적으로는, 검출된 요잉 각도가 0이 되도록(요잉 오차를 상쇄시키도록) Y축 코일부(22A, 22B) 각각에 구동전류가 인가되고, Y축 코일부(22A, 22B)의 추력에 차가 부가되어, Y축 이동체(4)가 요잉 방향으로 회전된다. 그 결과, Y축 이동체(4)는, X축 이동체(3)를 X축 방향으로 이동시키는 경우나 Y축 이동체(4)를 Y축 방향으로 이동시키는 경우이더라도, 요잉 각도가 0인 상태에서 변동하지 않도록 유지되게 된다.
이상, 본 실시예에서는, Y축 이동체(4)를 Y축 방향으로 구동하는 Y축 샤프트 모터(14A, 14B)가, 검출된 요잉 각도에 근거하여 컨트롤러(17)에 의하여 협조 제어된다. 따라서, 검출된 요잉 각도에 따라서 Y축 샤프트 모터(14A, 14B)를 협력 작동시켜, Y축 이동체(4)의 요잉 각도를 원하는 대로 제어하는 것이 가능하게 된다. 즉, 요잉 제어를 가능하게 하여 요잉 정밀도를 개선할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, Y축 이동체(4)의 X축 방향 일단부가 구름 가이드(11)로 지지되고, 타단부가 Y축 리프트 에어패드(12)로 지지되고 있다. 따라서, Y축 이동체(4)에 있어서 한쪽은, X축 방향에 완전 구속되지 않으므로(자유로운 상태가 됨), 예컨대 열 응력에 의하여 생기는 뒤틀림이나 휘어짐 등의 변형을 해소하고 억제하는(허용하는) 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 실시예에서는, 열 팽창에 의한 악영향의 해소를 위한 구조를 실현할 수 있어, 열 팽창에 의한 Y축 이동체(4)의 변형을 저감하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, Y축 이동체(3)의 가이드 빔(9)의 변형이 억제되어, 이 가이드 빔(9)으로 가이드되는 X축 이동체(3)의 주행 정밀도, 즉, X축 이동체(3)의 이동 중에 있어서의 진직도(眞直度), 각도 등의 성능을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, X축 방향으로 서로 이격하여 설치된 한 쌍의 Y축 리니어 스케일(16A, 16B)을 이용하여 Y축 이동체(4)의 요잉 각도를 검출하고 있다. 따라서, Y축 이동체(4)의 Y축 방향 위치를 검출할 수 있음과 함께, 검출값의 차에 근거하여 요잉 각도를 검출할 수 있다. 또한, 별도로 요잉 각도를 검출하는 기기를 설치할 필요 없이, Y축 이동체(4)의 위치 및 요잉 각도를 간편하게 검출하는 것이 가능하게 된다.
특히, 한 쌍의 Y축 리니어 스케일(16A, 16B)을 이용하면, 이들 사이의 중간의 Y축 이동체(4) 위치(즉, Y축 이동체(4)의 중앙 위치)까지도 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 본 실시예와 같이 XY 스테이지장치(1)가 반도체 검사장치 또는 반도체 노광장치에 사용되는 것이면, 이와 같은 효과는 현저하게 된다. 이는, 반도체 검사장치 또는 반도체 노광장치에 있어서는, 통상, 검사 또는 노광을 위한 광학계가 Y축 이동체(4)의 중앙 위치상에 배치되기 때문이다.
또한, 본 실시예의 Y축 리프트 에어패드(12)에서는, 상술한 바와 같이, 지지 높이가 조정 가능하게 되어 있다. 그 때문에, Y축 이동체(4)의 구름 가이드(11)측(일단부)에 대하여, Y축 이동체(4)의 Y축 리프트 에어패드(12)측(타단부)의 높이가 동등하게 되도록 용이하게 조정할 수 있다. 그 결과, Y축 이동체(4)의 수평상태를 용이하게 조정하여 유지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, Y축 리프트 에어패드(12)가 Y축 이동체(4)를 구면 지지하도록 구성되어 있어, Y축 리프트 에어패드(12)와 Y축 이동체(4)가 서로 회전 가능하게 되어 있다. 그 때문에, Y축 이동체(4)에서 생기는 뒤틀림이나 휘어짐 등을 한층 해소할 수 있어, X축 이동체(3)의 주행 정밀도를 한층 높이는 것이 가능하게 됨과 함께, Y축 리프트 에어패드(12)를 Y축 이동체(4)에 용이하게 장착·조정할 수 있다.
또한, 본 실시예의 구름 가이드(11)에서는, 상술한 바와 같이, 요잉 방향에 있어서의 Y축 이동체(4)의 소정 탄성력이 얻어지도록 요잉 방향의 강성이 적절히 설정되어 있기 때문에, Y축 이동체(4)의 요잉 각도를 바람직하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 적당한 강성을 가지는 구름 가이드(11)가 선택되어, 요잉 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 여기서, 구름 가이드(11)의 요잉 방향의 강성이 지나치게 높아지면, 이와 같은 강성에 Y축 샤프트 모터(14A, 14B)의 추력이 극복되지 못해 요잉 각도의 제어가 곤란하게 되기 때문에, 구름 가이드(11)의 요잉 방향의 강성은 요잉 제어에 관하여 중요 요소라고 말할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 이하의 작용 효과도 발휘된다. 즉, 상술한 바와 같이, Y축 샤프트 모터(14A, 14B)에 있어서의 Y축 샤프트부(21A, 21B)와 정반(2) 사이의 공간(A1, A2)에, 구름 가이드(11)와 Y축 리프트 에어패드(12)의 일부가 각각 들어가 있다. 그 때문에, Y축 샤프트 모터(14A, 14B)를 구비한 것에 의한 공간 구성이 바람직하게 되며, 예컨대 Y축 샤프트 모터(14A, 14B)가 정반(2)의 측면에 배치되지 않을 수 없는 종래의 스테이지장치에 비하여, 풋프린트(XY 스테이지장치(1)의 설치 면적)를 작게 할 수 있어, 더욱 소형화가 가능하게 된다.
덧붙이자면, 본 실시예의 XY 스테이지장치(1)는, 상술한 바와 같이, X축 이동체(3) 및 Y축 이동체(4)의 쌍방이 정반(2)에 지지되며, 또한 X축 이동체(3)의 이동이 Y축 이동체(4)로 가이드되는 서피스형 스테이지장치이다. 따라서, XY 스테이지장치(1)는, Y축 이동체(4) 상에서 X축 이동체(3)가 지지되어 이동되는 스테이지장치(소위 스택(stack)형 이동 스테이지장치)에 대하여, 구조상 풋프린트가 커서 수평방향으로 대형화되기 쉽다. 따라서, 풋프린트를 작게 하여 더욱 소형화를 실현하는 상기 효과는, XY 스테이지장치(1)와 같은 서피스형 스테이지장치에 있어서 특히 유효한 것이다.
또한, 본 실시예에서는, Y축 이동체(4)의 정반(2)에 대한 지지가, 2개의 러너블록(29)과 1개의 Y축 리프트 에어패드(12)의 3점 지지로서 정정(靜定)상태로 되어 있기 때문에, Y축 이동체(4)의 안정도가 높아져 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 상기 실시예는, X축 이동체(3) 및 Y축 이동체(4)를 구비한 XY 스테이지장치(1)이지만, X축 이동체(3) 상에 설치되어 Z축 방향으로 이동하는 Z축 이동체를 더욱 구비한 XYZ 스테이지장치로 하여도 좋고, X축 이동체(3) 상에 설치되어 Z축 둘레 회전방향(θz)으로 회전하는 θ축 이동체를 더욱 구비한 XYθ 스테이지장치로 하여도 좋으며, 이들 Z축 이동체 및 θ축 이동체를 더욱 구비한 XYZθ 스테이지장치로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 검출수단으로서 한 쌍의 Y축 리니어 스케일(16A, 16B)을 이용하였지만, Y축 이동체(4)의 요잉 각도를 검출할 수 있는 것이라면, 그 밖의 검출수단이더라도 좋다. 또한, 구동수단으로서 한 쌍의 Y축 샤프트 모터(14A, 14B)를 이용하였지만, 이에 한정되지 않고, X축 방향으로 서로 이격하여 설치되어 Y축 이동체(4)를 Y축 방향으로 구동하는 한 쌍의 구동수단이면 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 구름 가이드(11)와 Y축 리프트 에어패드(12)의 일부가 공간(A1, A2)에 각각 들어가 있지만, 구름 가이드(11)와 Y축 리프트 에어패드(12)의 어느 쪽 중 적어도 일부가 공간(A1, A2)에 각각 들어가 있으면 된다. 또한, Y축 샤프트부(21A)와 정반(2) 사이의 공간(A1)에 구름 가이드(11)가 완전히 들어가 있지만, 적어도 일부가 들어가 있으면 된다.
한편, 본 발명의 XY 스테이지장치는, 상술한 반도체 검사장치 또는 반도체 노광장치만이 아니라 다양한 장치에 적용 가능한 것이다.
1 : XY 스테이지장치
2 : 정반
3 : X축 이동체
4 : Y축 이동체
11 : 구름 가이드(지지수단의 일방)
12 : Y축 리프트 에어패드(에어패드, 지지수단의 타방)
14A, 14B : Y축 샤프트 모터(샤프트 모터, 구동수단)
16A, 16B : Y축 리니어 스케일(리니어 스케일, 검출수단)
17 : 컨트롤러(제어수단)

Claims (8)

  1. 정반(定盤) 상에 있어서 X축 방향으로 이동하는 X축 이동체와, 상기 정반 상에 있어서 Y축 방향으로 이동함과 함께 상기 X축 이동체의 상기 X축 방향의 이동을 가이드하는 Y축 이동체를 구비하는 XY 스테이지장치로서,
    상기 X축 방향으로 서로 이격하여 상기 정반에 고정블록에 의하여 양단이 지지되는 Y축 샤프트부와 Y축 코일부를 포함하는 한 쌍의 샤프트 모터로서 상기 Y축 이동체를 상기 Y축 방향으로 구동하는 한 쌍의 Y축 샤프트 모터와,
    상기 Y축 이동체를 따라서 배치되는 X축 샤프트부와 X축 이동체의 X축 방향을 따르는 측면에 각각 고정되어 있는 X축 코일부를 포함하는 X축 샤프트 모터로서 상기 X축 이동체를 상기 X축 방향으로 구동하는 한 쌍의 X축 샤프트 모터와,
    상기 Y축 이동체에 있어서의 Z축 둘레 회전방향의 각도인 요잉(yawing) 각도를 검출하기 위한 검출수단과,
    상기 검출수단에 의하여 검출한 상기 요잉 각도에 근거하여, 상기 한 쌍의 Y축 샤프트 모터의 구동을 제어하는 제어수단과,
    상기 Y축 이동체를 상기 정반 상에서 지지하는 한 쌍의 지지수단
    을 구비하고,
    상기 한 쌍의 지지수단의 일방은, 상기 Y축 이동체의 상기 Y축 방향의 이동을 가이드하는 구름(rolling) 가이드이고, 상기 한 쌍의 지지수단의 타방은, 상기 Y축 이동체를 상기 정반에 대하여 비접촉으로 지지하는 에어패드인 것
    을 특징으로 하는 XY 스테이지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구름 가이드는, 가이드 레일과 2개의 러너블록을 포함하고, 상기 가이드 레일은 상기 정반 상에 배치되고, 상기 2개의 러너블록은, 상기 Y축 이동체와 상기 가이드 레일 사이에 배치되고, Y축 이동체는 상기 2개의 러너블록 및 상기 에어패드에 의하여 3점에서 지지되어 있는 것
    을 특징으로 하는 XY 스테이지장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 요잉 각도가 0이 되도록 상기 한 쌍의 Y축 샤프트 모터 및 상기 한 쌍의 X축 샤프트 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 XY 스테이지장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 검출수단은, 상기 X축 방향에 서로 이격하여 설치되어, 상기 Y축 이동체에 있어서의 상기 Y축 방향의 위치를 검출하는 한 쌍의 리니어 스케일인 것을 특징으로 하는 XY 스테이지장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 에어패드는, 그 지지 높이가 조정 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 XY 스테이지장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 에어패드는, 상기 Y축 이동체를 구면(球面) 지지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 XY 스테이지장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 XY 스테이지장치를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 검사장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 XY 스테이지장치를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치.
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