KR102595728B1 - 순응형 스테이지 - Google Patents

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Abstract

유리 및 반도체 패널과 같은 크고 얇은 기판의 처리를 위한 개선된 스테이지가 개시된다. 처리는 리소그래피, 검사, 계측, 연삭 등을 포함한다. 스테이지는 기판을 처리하기 위한 장치에 대해 베이스 위에서 이동하는 척을 포함한다. 척은 베이스에 대해 이동하는 동안 베이스의 기하학적 구조에 순응한다.

Description

순응형 스테이지
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2017년 12월 28일자로 출원된 미국 가출원 제62/611,200호의 이익을 주장한다.
기술분야
본 발명은 대체적으로, 반도체 및 관련 제조에 사용되는 큰 패널의 지지 및 취급을 위한 개선된 평면형 스테이지(stage)에 관한 것이다.
리소그래피(lithography) 및 다른 기판 처리 작업을 위한 스테이지는 전형적으로, 처리되는 기판의 규모에 맞게 제작된다. 기판이 매우 큰 경우, 스테이지도 또한 상당히 클 것이다. LCD 및 다른 패널에 리소그래피 및 다른 공정 단계를 수행하는 데 사용되는 스테이지가 좋은 예이다. 이들 스테이지는 다음과 같은 공칭 크기를 갖는 "세대(generation)"로 명시된 패널을 취급하도록 크기설정된다:
스테이지는 효과적이기 위해서는 프로젝터 카메라 또는 다른 처리 툴(tool)에 대해 그러한 큰 기판을 이동시킬 수 있어야 한다. 단일 처리 툴이 기판에 대해 대처(address)되는 경우, 스테이지는 대략 기판의 치수의 2배보다 약간 더 큰 치수를 가질 것이다. 미국 특허 제5,828,142호에서 설명된 유형의 평면형 스테이지는, 예를 들어 LCD 텔레비전 및 진보된 패키징 작업을 위한 6세대 패널과 같은 큰 기판을 지지하고 병진시키는 데 특히 적합하다.
반도체 또는 다른 유사한 산업에서의 큰 기판, 또는 임의의 기판의 처리는 높은 정밀도를 필요로 한다. 이러한 정밀도는 기판들 및 이들을 운반하는 스테이지가 알맞게 크기설정되는, 예컨대 200 내지 300 mm의 실리콘 웨이퍼에 맞도록 설계되는 경우 달성하기가 비교적 용이하다. 스테이지가 6세대 또는 훨씬 더 큰 기판을 수용하도록 확대되는 경우, 높은 정밀도를 유지시키는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 큰 기판의 처리가 신뢰성 있는 방식으로 이행될 수 있음을 보장할 필요가 있다.
도 1은 단일 프로젝션 카메라(projection camera)가 전체 기판의 노출(exposure)을 위해 큰 기판에 대해 대처되는 방법의 개략도이다.
도 2는 2개의 프로젝션 카메라가 전체 기판의 노출을 위해 큰 기판에 대해 대처되는 방법의 개략도이다.
도 3은 프로젝션 카메라에 대한 평탄하지 않은 스테이지의 개략도이다.
도 4는 프로젝션 카메라가 대처되는 베이스의 하위영역(subregion)이 평탄한 스테이지의 예시이다.
도 5는 프로젝션 카메라가 대처되는 베이스의 하위영역이 평탄하지 않은 형상을 갖는 스테이지의 예시이다.
도 6은 작은 공기 베어링 퍽(air bearing puck)이 뒷 표면(reverse surface)에 걸쳐 분포된 척(chuck)을 예시한다.
도 7은 비교적 큰 공기 베어링 퍽이 뒷 표면에 걸쳐 분포된 척을 예시한다.
도 8은 실질적으로 그의 전체 뒷 표면이 공기 베어링 퍽으로 덮인 척을 예시한다.
도 9는 베이스 위에 척을 지지하는 한 쌍의 공기 베어링 퍽의 개략적인 단면도이다.
도 10은 베이스의 일 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 11은 평탄한 앞 표면(obverse surface)이 생성되는 베이스의 개략적인 단면도이다.
도 12a는 베이스의 융기된 하위영역의 일 실시예이다.
도 12b는 베이스의 함몰된 하위영역의 일 실시예이다.
도 12c는 베이스의 상부에 형성된 하위영역의 일 실시예이다.
도 13은 하위영역이 베이스의 상부에 형성될 수 있는 방법의 일 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 14는 하위영역이 베이스의 상부에 형성될 수 있는 방법의 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
본 발명의 하기의 상세한 설명에서, 본 발명의 일부를 형성하고, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예가 예시로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 도면에서, 유사한 도면 부호는 여러 도면 전체에 걸쳐 실질적으로 유사한 구성요소를 설명한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 하기에 충분히 상세하게 설명된다. 다른 실시예가 이용될 수 있고, 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 구조적, 논리적, 및 전기적 변화가 이루어질 수 있다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 간주되지 않아야 하며, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 한정된다.
도 1은, 이 경우에 프로젝션 카메라(20)인 처리 툴에 대해 큰 패널 유형 기판을 이동시키기 위한 평면형 스테이지(10)의 개략도이다. 리소그래피 노출(lithographic exposure)에 사용되는 프로젝션 카메라(20)는 본 발명에 대한 가능한 용도들 중 단지 하나일 뿐이라는 것에 유의한다. 또한, 예시된 프로젝션 카메라(20) 대신에, 광학 검사 장치, 투명 필름 계측 장치, 불투명 필름 계측 장치, 3D 높이 센서, 또는 조면계(profilometer)가 사용될 수 있다. 이들 장치는 임의의 적합한 파장에서 작동할 수 있다. 설명의 목적을 위해, 기판 및 척(14)은 이 도면에서 그리고 도 2에서 단일 직사각형 요소로서 표현된다는 것에 유의한다. 스테이지(10)의 베이스(12)는, 특히, 기판을 지지하는 척(14)을 수용하기에 충분히 크다. 베이스(12)는 척(14)이 위치들(14', 14") 사이에서 이동하도록 허용하기에 충분히 크다. 이러한 이동 범위는 기판의 모든 부분이 프로젝션 카메라(20)에 의해 대처되도록 허용한다. 이러한 예에서, 베이스(12)는 척(14)의 측방향 치수의 2배의 범위 내에 있고, 이는, 이어서, 기판과 필요한 동력 및 위치설정 구조물들을 지지하도록 크기설정된다는 것에 유의한다.
도 2는, 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, Gardner 등에게 허여된 미국 특허 제7,385,671호에서 설명된 바와 같이 2개의 프로젝션 카메라(20)에 대해 기판(S)을 이동시키도록 배열되는 큰 평면형 스테이지(10)의 개략도이다. 각각이 기판(S)의 절반을 동시에 대처할 수 있는 프로젝션 카메라(20) 형태의 2개의 공정 툴이 있기 때문에, 평면형 스테이지(10)의 크기는 단일 공정 툴(20)만이 전체 기판을 대처하여야 하는 경우보다 더 작게 제조될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 평면형 스테이지는 대체적으로, 그 상에서 평면형 척(14)이 이동하는 평면형 베이스(12)를 포함한다. 척(14)은 베이스(12) 위에서 공기의 쿠션 상에 지지되고, 베이스(12)의 표면에 의해 한정되는 XY 평면 내에서 평면형 또는 소이어 모터(Sawyer motor)(이의 구성요소들은 명확성을 위해 생략됨)에 의해 이동된다. 도 1 및 도 2는 전체 기판(S)을 한 쌍의 공정 툴, 이 경우에 프로젝션 카메라(20)에 대해 대처하기 위해 척(14)이 베이스(12) 위에서 측방향으로 이동될 수 있는 방법을 도시한다. 이상적으로는, 기판(S)이 프로젝션 카메라(20)의 광축(22)에 수직인 XY 평면 내에서 프로젝션 카메라(20)에 대해 병진되도록 완벽하게 평면형인 베이스(12) 및 척(14)을 형성하는 것이 용이할 것이다. 도 3 및 도 4를 참조한다. 프로젝션 카메라(20)가 광축(22)을 따라 제한된 치수의 피사계 심도(depth of field)를 갖기 때문에, 기판(S)이 이러한 제한된 범위 내에서 유지되는 것이 중요하다.
실제로, 평면형 스테이지(10)는 원하는 치수 정밀도를 유지시키는 것을 어렵게 만들 수 있는 그의 작업 표면의 변화를 갖는 경향이 있다. 실제로, 4 m를 초과할 수 있는 측방향 치수를 갖는 전체 스테이지(10)가 완벽하게 평탄함을 보장하는 노력 및 비용은 더 작은 스테이지에 대해서보다 여러 자릿수만큼 더 높다. 도 3은 기본적인 문제를 예시한다. 광축(22)을 갖는 프로젝션 카메라(20)가 척(14) 상의 기판(S)을 향해 지향된다. 광축(22)은 기판(S)에 공칭적으로 수직이지만, 실제로는 평면외 변형 또는 편차가 이를 얻기 어렵게 만든다. 사실은 베이스(12)가 그의 표면에서 변형을 갖는 경향이 있다는 것이다. 그리고, 척(14)이 다소 유연하기 때문에, 베이스(12) 내의 평면으로부터의 편차가 척(14)에 반영된다. 이는, 이어서, 평탄하지 않은 기판(S)이 프로젝션 카메라(20)에 제공되는 결과를 가져온다. 이러한 평탄하지 않은 기판은 프로젝션 카메라(20)의 피사계 심도 밖에 있을 수 있다. 본 발명은 평탄하지 않은 기판(S)의 문제를 대처하고, 스테이지(10)의 베이스(12)를 평탄화하는 데 수반되는 문제 및 비용의 상당 부분을 회피한다.
본 발명은, 하나 이상의 프로젝션 카메라(20) 하에서, 척(14)에서의 컴플라이언스(compliance)를 이용하여 그가 가장 필요한 스테이지(10)에서의 평탄도를 보장한다. 도 4는 본 발명에 따른 개선된 스테이지(10)의 일례를 예시한다. 척(14)은 상부 표면(14a) 및 하부 표면(14b)을 갖는 평면형 구조물이다. 표면들(14a, 14b) 사이에 존재하는 구조물은 응용마다 다를 것이다. 척(14) 내에 포함되는 일부 공통 물품들은, 소이어 유형 모터에 익숙한 사람들에게 이해되는 바와 같은, 베이스(12)에 대해, 즉 XY 평면 내에서 척(14)을 구동시키기 위한 '포서(forcer)' 또는 구동기 유닛, 척(14)을 베이스(12) 위에 지지하기 위한 공기 베어링 퍽 또는 유닛, 및 기판(S)을 척(14)의 상부 표면(14a)에 클램핑하기 위한 구조물이다. 기판(S)을 척(14)에 클램핑하기 위한 구조물 또는 수단은 바람직하게는 공압식, 즉 진공 기반이지만, 기계적 또는 정전기적 수단이 공압 메커니즘 대신에 또는 그에 더하여 사용될 수 있다. 전술한 특징부가 명확성을 위해 도면으로부터 생략되었음에 유의한다.
척(14)은 다수의 하중을 받으며, 이들 중 주된 것은 그의 중량이다. 포서 유닛, 기판(S) 자체, 공압 피팅 등으로부터의 추가의 중량 하중이 또한 부여된다. 척(14)은 도 6 내지 도 9에 개략적으로 도시된 다수의 공기 베어링 메커니즘에 의해 베이스(12) 위에 지지된다. 이들은 척(14)의 하부 표면(14b) 상의 포트들이 척(14)을 베이스(12) 위로 들어올리기에 충분한 체적으로 양압 하에서 공기를 방출하는 개별 노즐들의 제공을 수반할 수 있다. 바람직하게는, 이들 포트 또는 노즐은 척(14)에 대해 균일한 양력(lifting force)을 부여하도록 분포될 것이다. 양력은 또한, 척(14)의 하부 표면(14b)에 부착된 복수의 공기 베어링 "퍽"(40)에 의해 척(14)에 인가될 수 있다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 퍽(40)은 대체적으로, 공기를 양압 하에서 노즐 또는 포트에 분배하도록 배관(plumb)되는 (더 많이 제공될 수 있지만) 단일 입구(42)를 갖는다. 퍽(40)은 또한, 공기가 내부로 방출되어 들어올림을 생성하는 선택적인 플리넘 챔버(plenum chamber)(44)를 한정할 수 있다. 이러한 배열은 당업자에게 잘 알려져 있다.
척(14)의 하부 표면(14b) 상의 공기 베어링 및/또는 일체형 공기 노즐에 더하여, 양의 공기압에 의해 인가되는 양력에 능동적으로 대항하는 구조물이 채용될 수 있다. 여기에서의 아이디어는, 공기 베어링(40)의 양력이 하향력에 의해 적어도 부분적으로 극복된다는 것이다. 하향력의 목적은, 작동 동안 공기 베어링(40)의 작용이 베이스(12)와 척(14) 사이의 균일하고 실질적으로 일정한 거리를 생성함을 보장하는 것이다. 양압 하에서 공기를 방출하는 대신에, 그의 입구(42)를 통해 진공을 흡인하는 공기 베어링 퍽(40)에 의해 하향력이 유도될 수 있다. 다른 실시예에서, 자석(46)이 각각의 공기 베어링 퍽 내에 또는 척(14)의 하부 표면(14b) 상의 또는 그 내의 선택된 장소에 설치될 수 있다. 도 9를 참조한다. 자석(46)은 베이스(12)의 금속성 구조물과 상호작용하여 척(14)의 공기 베어링을 '사전로딩(pre-loading)'하며, 이는 공기 베어링의 작동을 바람직한 성능 엔빌로프(performance envelope) 내로 유지시키는 경향이 있는데, 즉, 척(14)을 베이스(12) 위의 사전결정된 위치에 유지시킨다. 이러한 사전로딩은 또한, 베이스(12)에 대한 척(14)의 컴플라이언스를 증가시키는 추가의 이점을 갖는다. 이해되는 바와 같이, 척(14)은 척이 베이스(12)에 순응하도록 허용하기 위해 어느 정도의 고유 탄성(in built elasticity)을 갖고서 형성된다. 이들 구조물 및 아래에서 설명되는 것들 모두의 목적은, 기판의 앞면(obverse side)이 프로젝터 카메라(20)의 피사계 심도 내에 있는 방식으로 기판(S)을 하나 이상의 프로젝터 카메라(20)에 제공하는 것이다.
도 7은 척(14)의 하부 표면(14b)에 걸친 공기 베어링 퍽(40)의 분포를 예시한다. 이러한 분포는 대체로 균일하도록 의도되지만, 척(14)의 구조물이 퍽(40)의 배치를 방해하는 경우 변할 수 있다. 일부 퍽(40')은 선택적으로, 척(14)을 사전로딩하기 위해 자성일 수 있거나 또는 음압(진공)을 사용할 수 있다. 도 8은 척(14)의 하부 표면(14b)의 더 작거나 더 큰 커버리지(coverage)를 달성하기 위해 더 큰 퍽(40)이 타일링(tiling)될 수 있는 방법을 예시한다. 도 9는, 특히, 2가지 공통 유형의 퍽(40)의 개략적인 단면도이다. 각각의 퍽(40)은 압력(양압 또는 음압) 공급부 또는 입구(42)에 연결된다. 퍽(40)은, 그의 측부들에서 커튼 또는 벽에 의해 경계지어지는 영역인 플리넘 챔버(44)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 이러한 플리넘 챔버(44)는, 퍽(40)이 더 많은 들어올림을 생성하거나 베이스(12)를 향해 더 강하게 당겨지도록 허용한다. 플리넘 챔버(44)는 선택적이다. 좌측의 퍽(40)은, 퍽을 사전로딩하는 데 사용되는 자석(46)을 포함하여, 플리넘 챔버(44) 내의 양의 공기압이 퍽(40) 및 척(14)을 베이스로부터 멀어지게 밀어내는 동안 베이스(12)를 향해 하향으로 당겨지는 것으로 도시되어 있다. 압력(양압 또는 음압)은 플리넘 챔버의 존재 없이 퍽(40)으로부터 직접 방출될 수 있다. 도 9는 또한, 베이스(12)의 단면을 개략적으로 예시한다.
도 3 및 도 4는 사실상 개략적이며, 베이스(12) 및 척(14)에서의 과장된 정도의 비평탄성(non-flatness)을 도시한다. 베이스(12)에서의 비평탄도(unflatness)의 크기는 대체적으로 1 미터 초과에 걸쳐 1.0 mm 미만이지만, 이는 대부분의 리소그래피 목적에 적합하지 않다. 본 발명의 목적은, 평탄도를 필요로 하는 베이스(12)의 영역이 베이스(12)의 나머지 부분의 비평탄 특성에 상관없이 평탄함을 보장하는 것이다. 위에서 제안된 바와 같이, 이는 척(14)의 컴플라이언스를 이용함으로써 달성된다. 또한 위에서 제안된 바와 같이, 척(14)은 그에 고정된 기판(S)에 대해 작업을 수행하기 위한 다양한 구조물 및 메커니즘을 포함한다. 정확도 및 반복성이 극히 중요한, 반도체 처리와 같은 환경에서, 척(14)은 그의 작동이 모든 적용가능한 사양을 충족시키는 것을 보장하기에 충분히 기계적으로 강성이도록 요구된다. 이러한 요건은 척(14)이 베이스(12)의 형상에 순응하기에 충분히 유연함을 보장할 필요성에 의해 상쇄된다. 이때, 대체적으로, 척(14)은 XY 평면에서의 소정의 기계적 강성, 및 XY 축들을 중심으로 하는 척(14)의 회전들을 특징으로 하는 소정의 컴플라이언스를 특징으로 할 것이다. 더욱이, 척(14)은 XY 평면에 수직인 Z 방향으로 편향될 것이다. 척(14)은, XY 평면 내에서의 임의의 변형이 기판(S) 상에 형성되는 장치 또는 구조물과 프로젝트 카메라(20)의 정렬에 영향을 미치지 않기에 충분히 작도록 XY 평면에서의 치수 충실도를 유지시킨다.
척(14)은 또한, 점 하중 하에서 변형되는 문제를 회피하기에 충분히 강성이어야 한다. 예를 들어, 소이어 유형 플랫 모터(flat motor) 시스템의 일부로서 척(14)에 동력을 제공하는 데 사용되는 포서는 포서의 장소에서 척(14)을 변형시키기에 충분히 무거울 수 있다. 공기 베어링 배열에 의해 생성되는, 베이스(12)와 척(14) 사이의 갭이 가능한 한 균일한 것이 바람직하다. 이는 척이 예측가능한 방식으로 베이스(12)의 형상에 순응할 것임을 보장할 뿐만 아니라, 척(14)이 베이스(12)에 대해 이동할 때의 척(14)과 베이스(12) 사이의 의도하지 않은 접촉의 문제를 회피한다. 척(14)이 베이스(12)의 형상에 신뢰성 있게 순응하기에 충분히 유연하게 제조되는 경우, 공기 베어링 퍽(40)의 개수 및 배열은, 작동 동안 점 하중 또는 국소 하중이 베이스(12)와 척(14) 사이의 거리의 상당한 균일성을 보장하기에 충분히 지지되도록 할 것이다. 당업자는, 이들 요건이 탄소 섬유, 유리 섬유, 인쇄된 열가소성 물질, 강, 및 알루미늄을 포함하지만 이에 제한되지 않는 재료로 척(14)을 형성함으로써 충족될 수 있음을 인식할 것이다.
도 4는, 베이스(12)가 프로젝션 카메라(20)의 시야 내에서 척(14) 및 그에 고정된 기판(S)의 평탄도를 보장하도록 변형될 수 있는 방법을 예시한다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 프로젝션 카메라(20)는 척(14)의 구조와 상보적인 기하학적 구조를 갖는 베이스(12)의 하위영역(30) 위에 위치되어, 척(14) 및 그에 고정된 기판(S)이 프로젝션 카메라(20)의 광축(22)이 기판(S)과 교차하는 사전결정된 형상을 갖게 한다. 기판(S)은 전형적으로, 척(14)의 상부 표면 내에 형성되거나 그에 적용되는 공압 또는 정전기 구조물들에 의해 척(14)의 상부 표면에 고정될 것이다. 일부 실시예에서, 작은 구멍 또는 포트가 척(14)의 상부 표면 내에 형성되고, 기판의 뒷면(reverse side)으로 지향된다. 작은 구멍 또는 포트는 또한, 척(14)의 상부 표면 내에 형성되는 링 또는 선형 채널일 수 있다. 구멍, 포트, 링 또는 채널은 저압 또는 진공압의 공급원과 유체 연통하며, 이는, 인가될 때, 저압 또는 진공압이 인가되는 한 기판(S)이 척(14)에 고정되게 한다. 유사하게, 전술한 것과 같은 공압 구조물 대신에, 당업자에게 알려진 유형의 정전기 유지 메커니즘이 기판(S)을 척(14)에 고정시키는 데 사용될 수 있다. 공압 또는 정전기 구조물은 척(14)과 일체로 형성될 수 있거나, 또는 척(14)의 상부 표면에 접착되거나 달리 고정될 수 있다.
척(14)이 베이스(12) 및 그의 하위영역(30)에 충분히 유연한 경우, 하위영역(30)은, 단순히 평탄하고 프로젝션 카메라(20)의 광축(22)에 수직인 기하학적 구조를 갖는다. 하나 초과의 프로젝션 카메라(20)가 제공되는 경우, 하나 이상의 하위영역(30)이 제공될 수 있음에 유의한다. 일부 실시예에서, 하나의 하위영역(30)이 다수의 프로젝션 카메라(20) 아래에 척(14)을 지지하도록 작용할 것이다. 다른 실시예에서, 개별 하위영역(30)이 각각의 프로젝션 카메라(20)에 대해 제공된다. 모든 경우에, 기판(S)은 또한, 평탄하고 하나 이상의 프로젝션 카메라(20)의 광축(22)에 수직일 것이다. 척(14)이 더 낮은 컴플라이언스를 갖는 경우, 하위영역(30)의 기하학적 구조는 도 5에 도시된 바와 같이 더 복잡한 형상을 취할 수 있다. 도 5는 단지 예시적이지만, 아이디어는 하위영역(30)에 의해 척(14)에 부여되는 응력 및 변형이 프로젝션 카메라(20)의 시야 내에서 기판(S)에 충분한 평면성을 부여할 것이라는 것인데, 즉, 척(14)과 하위영역(30)의 복잡한 형상이 상보적이고, 평탄한 기판(S)을 생성한다는 것이다. 다수의 하위영역들(30) 사이의 간격은, 기판(S)이 각각의 프로젝션 카메라 아래에서 평탄하고, 간격이 척(14)의 컴플라이언스에 주로 의존할 것임을 보장하도록 특정된다. 양호한 컴플라이언스가 있는 경우, 하위영역(30) 및 프로젝션 카메라는 서로 비교적 가까울 수 있다. 다른 경우에, 척(14)의 컴플라이언스가 더 낮은 경우, 하위영역들(30)을 각각의 하위영역(30)의 치수의 10배 또는 심지어 20배만큼 이격시키는 것이 유용할 수 있다.
하위영역(30)의 크기는 대체적으로, 공정 툴 또는 프로젝션 카메라(20)에 의해 요구되는 평탄도의 영역보다 크다. 정확한 크기는, 부분적으로, 척(14)의 컴플라이언스 및 척(14) 상의 기판(S)의 기하학적 구조에 의존한다. 바꾸어 말하면, 척 및 기판의 에지들이 거의 일치하도록 기판(S)이 위치되는 경우, 하위영역(30)은 척(14) 및 기판(S)의 에지가 프로젝트 카메라(20)의 시야(FV) 내에서 평탄하고 수직인 자세로 되도록 하기 위해 더 커야 할 것이다. 척(14)의 강성은, 베이스(12) 내의 불연속부들에 걸쳐 척(14)의 에지의 전이가 있는 경우, 즉 척(14)의 에지가 하위영역(30)의 에지를 가로질러 이동할 때 어느 정도 순응성의 부족을 야기할 가능성이 있을 것이다. 따라서, 하위영역(30)의 크기는 요구되는 평탄도의 영역, 즉 프로젝션 카메라(20)의 시야(FV)보다 커야 하고, 편의상, 하위영역(30)은 대체적으로 원하는 평탄도의 영역의 크기의 2배 내지 10배일 것이며, 이는 대체적으로 프로젝션 카메라(20)의 시야의 크기와 관련된다.
하위영역(30)은 필요에 따라, 프로젝션 카메라(20)의 광축에 대해 대칭이거나 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 하위영역(30)은 전형적으로, 프로젝션 카메라(20)의 시야보다 크다. 대부분의 경우에, 하위영역(30)은 대체로 원형일 것이고, 프로젝션 카메라(20)의 시야의 크기의 2배 내지 10배의 직경을 가질 것이다. 하위영역(30)은 또한, 종종, 프로젝션 카메라의 광축에 중심설정되거나 심지어 그와 동심이지만, 일부 실시예에서, 하위영역(30)의 중심은 프로젝션 카메라(20)의 광축으로부터 오프셋될 것이다. 일부 경우에, 하위영역(30)은 대체적으로, 장축 및 단축을 갖는 편장형(oblong)일 것이다. 하위영역(30)의 장축은, 일부 경우에, 단축의 길이의 2배 내지 10배일 것이다. 일부 경우에, 장축은 단축의 길이의 대략 4배일 것이다. 하위영역(30)은 또한, 대체로 선형 또는 직사각형 스트립으로서 형상화될 수 있다. 일부 실시예에서, 대체로 선형/직사각형인 하위영역(30)은 베이스(12)의 전체 폭에 걸쳐 또는 실질적으로 그에 걸쳐 연장될 것이다. 그러한 스트립은 프로젝션 카메라의 시야의 크기의 2배 내지 10배의 폭을 가질 것이다. 모든 경우에, 척(14)의 이동 축을 따른 하위영역(30)의 치수는, 기판(S)의 표면이 실질적으로 프로젝션 카메라(20)의 피사계 심도 내에 있는 상태로 기판(S)을 프로젝션 카메라(20)에 제공하기 위해 척(14)이 하위영역(30)의 형상에 충분히 순응하도록 허용하기에 충분히 크다.
하위영역(30)의 높이도 또한, 척(14)의 컴플라이언스에 따라 그리고 또한 베이스(12)의 공칭 평탄도에 기초하여 변할 것임에 유의한다. 베이스(12)가 기준선에서 비교적 평탄한 경우, 하위영역(30)의 높이는 더 낮을 가능성이 있다. 유사하게, 척(14)의 컴플라이언스가 낮은 경우(즉, 척(14)이 비교적 강성인 경우), 하위영역(30)의 높이는 상대적으로 더 낮을 것이다. 척(14)에서의 더 높은 공칭 비평탄도 및/또는 더 낮은 컴플라이언스는 하위영역(30)을 둘러싸는 베이스(12)의 표면에 비해 더 높은 하위영역(30)에 도움이 될 수 있다. 하위영역(30)의 정확한 높이를 설정하는 것은 척의 전이를 용이하게 하고, 척(14)에 불규칙한 변형 또는 형상을 부여하는 것을 회피한다. 이러한 원리는 하위영역(30)의 표면이 베이스(12)의 나머지 부분의 공칭 상부 표면 위에 있는지 또는 그 아래에 있는지 여부에 적용될 것이다.
스테이지(10)가 비교적 작은 경우, 이는 종종 단일 유닛으로 제조된다. 예를 들어, 베이스(12)는, 그 위에 플랫 모터의 스테이터의 타일들(52)이 장착되는 단일 화강암 또는 복합 석재 모놀리스(monolith)로부터 구축될 수 있다. 도 9 및 도 10을 참조한다. 이어서, 타일들(52)의 상부 표면은 에폭시 또는 다른 경질의, 비전도성 포팅 재료(potting material)(54)로 덮이고 봉지되며, 그 위에서 척(14)이 이동할 것이다. 이어서, 재료(54)의 상부 표면은 연삭과 같은 당업자에게 알려진 표준 표면처리 기술을 사용하여 평탄화된다. 이러한 공정은 시간 소모적이며, 따라서, 비용이 많이 든다. 베이스(12)가 클수록, 비용이 더 많이 든다. 이어서, 생성된 베이스(12)는 이동되고, 표준 방식으로 설치된다.
베이스(12)가 이리저리 이동하거나 하나의 피스로 취급하기에는 너무 커지는 경우, 베이스(12)는 설치 시에 함께 고정되는 구성요소들(50)(도 10 참조)로 제조될 것이다. 이는, 제조 동안 베이스(12)가 완벽하게 평탄하게 제조될 수 있는 경우에도, 베이스가 이송 및 재조립을 위해 분해될 것이기 때문에, 이미 고가인 기계가공 기술을 수행하기가 극히 어려워질 것임을 의미한다. 이러한 공정은, 극도의 주의를 기울이는 경우에도, 종종 평탄하지 않은 표면을 생성할 것이다. 그러한 표면을 재평탄화하기 위해 전형적인 기계 및 인력을 현장에 수송하고 채용하는 것은 금지된다.
베이스의 평탄도의 전체적인 부족의 문제를 제거하는 베이스(12) 상에의 하위영역(30)의 형성은 훨씬 더 큰 베이스(12)의 저렴한 제조를 허용한다. 또한, 대체로 더 작은 하위영역(30)의 형성은 현장에서 달성하기에 훨씬 더 용이하다. 적합한 하위영역(30)의 주요 태양들 중 하나는, 베이스(12)의 평탄하지 않은 영역을 평탄하도록 요구되는 영역, 즉 프로젝션 카메라(20) 아래의 영역으로부터 분리하도록 하는 방식으로 하위영역이 형성될 것이라는 것이다.
일 실시예에서, 하위영역(30)의 원하는 위치는 프로젝션 카메라(20)와 같은 처리 툴의 위치로부터 식별된다. 다른 경우에, 하위영역에 적합한 위치가 결정될 수 있고, 처리 툴이 그에 따라 위치될 것이지만, 이는 대체적으로 더 드물다. 이어서, 하위영역(30) 내의 베이스(12)의 표면은, 평탄하고 프로젝션 카메라(20)에 수직인 적어도 중심 영역을 형성하도록 기계가공, 연삭, 또는 절제된다. 베이스(12)의 주위 표면과 하위영역(30)의 중심의 평탄 영역 사이의 하위영역(30)의 전이 구역은, 척(14)의 운동 동안 척(14)이 베이스(12)와 접촉하게 할 수 있는 급격한 전이를 회피하면서, 유연한 척(14)에 원하는 순응성을 부여하도록 형성된다. 더욱이, 전이 구역은, 척(14)의 공기 베어링(사전로딩된 또는 다른 것) 내에 불균일한 압력을 발생시킬 수 있는 임의의 불연속부를 회피하여, 척(14)에서의 비평탄성을 회피하도록 형성될 것이다.
다른 실시예에서, 하위영역(30)이 식별되고, 하위영역(30)의 중심 영역이 대체적으로, 원하는 평탄도 및 크기에 가깝다는 것을 알게 될 것이다. 이러한 실시예에서, 하위영역(30)의 전이 구역은 하위영역(30)의 대체로 평탄한 중심 영역으로부터 베이스(12)의 평탄하지 않은 부분을 분리시키도록 작업될 것이다. 물론, 하위영역(30)의 중심 영역은 필요에 따라 평탄화될 것이지만, 이러한 실시예에서, 노력의 초점은 베이스(12)의 평탄하지 않은 영역으로부터 이미 대체로 평탄한 영역을 격리시키는 데 있을 것이다.
도 10은 소이어 모터의 스테이터를 포함하는 이상적인 베이스(12) 구조물의 일 실시예를 예시한다. 바람직하게는 석재(stone), 복합 재료, 또는 진동 감쇠 특성 및 우수한 치수 안정성 특성을 갖는 다른 재료로 된 큰 모놀리스들(50)이 베이스(12)의 하부 부분 내에 형성된다. 베이스의 하부 부분은 기초부(foundation) 또는 스탠드(도시되지 않음) 상에 놓일 수 있다. 모놀리스들(50)은 바람직하게는, 그들이 연결되어 베이스(12)의 일부를 형성한 후에, 그들의 상부 표면이 유사하게 평탄하게 되도록 가능한 한 평탄하게 형성된다. 필요에 따라, 평탄화가 1회 또는 다수회 일어날 수 있다. 평탄화는 모놀리스들(50)이 조립되기 전에, 그들이 조립된 후에, 또는 조립 전 및 후 둘 모두에 행해질 수 있다. 후자의 옵션은 베이스(12)에 대한 훨씬 더 평탄한 표면을 생성할 것이지만, 더 많은 비용이 든다.
모놀리스들을 함께 연결하는 것은, 기계적 체결구 및/또는 접착제와 함께 운동학적 또는 장붓구멍(mortise)/장부(tenon) 유형 조인트를 사용하여 행해진다. 견고한 기초부가 모놀리스들(50)에 대해 제공되는 경우, 모놀리스들(50)을 서로 정합시키기 위한 간단한 수형-암형 연결부 및 모놀리스들(50) 사이의 어떤 적합한 접착제가 단일체형 베이스(12)를 형성하기에 충분하다. 체결구는, 각각의 모놀리스들(50) 사이의 조인트에 걸쳐 있을 수 있거나, 모놀리스들(50)의 전체 세트 또는 선택된 서브세트들을 통과하여 각각의 것들을 함께 연결할 수 있거나(예컨대, 인장 케이블 또는 나사형성된 로드), 또는 단순히 모놀리스(50)를 인접 모놀리스(50)에 대해 그들의 기초부(도시되지 않음)에 고정시킬 수 있다. 베이스(12)의 크기는, 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 척(14)이 하나 이상의 프로젝션 카메라(20)에 대해 전체 운동 범위를 갖게 허용하도록 선택된다.
타일(52)은 자성 재료로 형성되고, 소이어 유형 모터의 스테이터를 형성한다. 타일(52)은 대체적으로 모놀리스(50)에 접착되지만, 원하는 경우 체결구가 사용될 수 있다. 일단 타일(52)이 모놀리스(50)에 접착되면, 포팅 재료(54)가 타일(52) 위에 적용된다. 이는, 종종 그의 상부 표면 내에 작은 치형부 또는 리지(ridge)가 형성되는 타일(52)의 거친 표면을 덮도록 행해진다. 대체적으로 에폭시 또는 다른 경화성 재료인 포팅 재료(54)는 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이 평탄하게 연삭되거나 래핑(lapping)된다. 이러한 연삭 단계는 대체로 평탄한 표면을 얻지만, 200 mm에 걸쳐 약 2 마이크로미터 이내로 평탄한 표면을 얻는 것은 종종 어렵다. 이러한 단계는 더 높은 정확도 및 정밀도를 갖는 툴 또는 기술을 사용하여 반복되거나 수행될 수 있지만, 이들 유형의 툴 및 그들의 사용은 클린룸(clean room) 환경에서 사용하기에 적합하지 않다.
베이스(12)가 일단 현장에 설치되면 적합하게 평탄한 상부 표면을 갖는 것을 보장하는 바람직한 방법은, 시스템(10)이 설치되도록 의도되는 장소로부터 멀리 떨어진 제조 시설에서 시작된다. 하나 이상의 모놀리스(50)가 적합한 기초부 또는 스탠드 상에 설치되며, 이때 하나 이상의 모놀리스는 베이스(12)의 완성된 측방향 치수를 형성한다. 모놀리스들(50)이 아직 평탄하지 않은 경우, 평탄도를 보장하기 위해 연삭 작업 및 래핑 작업이 모놀리스들(50)의 상부 표면에 대해 수행된다. 위에서 제안된 바와 같이, 이때 모놀리스들(50)의 평탄도는 프로젝션 카메라(20)에 의해 요구되는 최종 평탄도 사양을 충족시킬 수 있거나 충족시키지 못할 수 있다.
일단 모놀리스들(50)이 그들의 상부 표면이 적합하게 평탄화되었으면, 모놀리스들(50)의 실질적으로 전체 상부 표면이 타일들(52)로 덮이도록 타일들(52)이 그에 접착된다. 이번에도, 타일들(52)의 상부 표면은 대부분 접착제 두께의 변화로 인해 완벽하게 평탄하지는 않다. 포팅 재료(54)가 타일들(52) 위에 부어지고, 연삭 절차 또는 래핑 절차를 사용하여 평탄화된다. 도 10은, 포팅 재료(54)의 표면이 타일들(52)의 표면에 평행하고, 이러한 타일들의 표면이 이어서 모놀리스들(50)의 상부 표면에 평행하며, 이들 모두가 실질적으로 평탄한 이상적인 상황을 예시한다. 포팅 재료(54)의 최종 평탄화에 대한 하나의 이점이 도 11에 도시되어 있는데, 여기에서 포팅 재료(54)의 상부 표면은 타일(52) 및 모놀리스(50) 내의 표면 결함을 보정하기 위해 평탄화되었다.
도 3 내지 도 5에 도시된 실시예는 베이스(12)의 주위 표면 위로 연장되는 하위영역(30)을 갖는다. 하위영역(30)은 또한, 주위 베이스(12)의 표면 내에 그리고 대체로 그 아래에 형성될 수 있다. 그러한 오목한 하위영역(30)의 깊이 및 크기는 척(14)과 기판(S) 및 그에 고정된 다른 메커니즘의 컴플라이언스에 의존할 것이다. 하위영역(30)은 적층 공정(additive process) 또는 절삭 공정(subtractive process)으로 형성될 수 있다.
베이스(12)의 하위영역(30)은 프로젝션 카메라(20)에 의해 부여되는 이미지 형성 요건을 만족시키기 위해 특히 평탄하게 제조될 수 있다. 이는, 도 12a에서 볼 수 있는 바와 같이, 선택된 하위영역(30) 주위의 영역을 제거함으로써 행해질 수 있다. 하위영역(30) 주위에서 재료(31)가 제거되고, 하위영역(30)의 중심 부분은 평탄하게 연삭되거나 래핑된다. 이는, 베이스(12)의 주위 표면으로부터 부풀어 올라 있는(즉, 그 위로 또는 그보다 높게 융기되는) 하위영역(30)을 생성한다. 다른 경우에, 도 12b에 의해 예시된 바와 같이, 베이스(12)의 주위 표면보다 낮은 하위영역(30)을 형성하도록 재료(31)를 제거함으로써 베이스(12) 내에 하위영역(30)을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 도 12c는, 베이스(12)의 주위 표면으로부터 부풀어 오른 하위영역을 형성하도록 재료(31)를 구축(build up)함으로써 하위영역(30)이 형성되는 또 다른 실시예를 도시한다.
하위영역(30)을 구축하는 하나의 방법은, 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이 하위영역(30)의 최외부 범위를 한정하는 링 또는 댐(dam)(56)을 베이스(12)의 표면 상에 배치하는 것이다. 링 또는 댐(56)은, 하위영역(30)의 중심 영역의 원하는 높이에 있거나 약간 위에 있는 상부 에지를 가질 수 있다. 이어서, 에폭시와 같은 성형가능 재료(31)가 링 또는 댐 내로 부어지거나 트로웰링(troweling)될 수 있고, 스크리드(screed)를 사용하여 평탄화될 수 있다. 링의 제거 시에, 하위영역(30)의 중심 영역의 최종 평탄도는 프로젝션 카메라(20)의 사양 내로 평탄하게 기계가공된다. 하위영역(30) 주위의 전이 구역(33)은 척(14)의 운동을 용이하게 하기 위해 아래로 연삭된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 유동성 및 경화성 에폭시 또는 유사한 재료(31)가 하위영역(30)이 요구되는 베이스(12)의 표면 상에 부어질 수 있다. 도 14를 참조한다. 링 또는 댐(56) 대신에, 유동성 재료(31)는, 그의 에지에서 재료(31)에 의해 가해지는 압력이 재료(31)와 베이스(12) 사이의 접착력 및 표면 장력에 의해 극복될 때까지 외향으로 유동한다. 베이스 상의 하위영역(30)의 높이(h)에 대한 일반적인 경우는 하기에 의해 주어진다:
여기에서, γ는 에폭시의 표면 장력이고, θ는 접촉각이며, ρ는 밀도이고, g는 중력으로 인한 가속도이다. 하위영역(30) 상의 재료(31)의 높이(h)를 사용하여, 하기와 같이 생성될 하위영역(30)의 원하는 반경을 특정함으로써 재료(31)의 체적(V)을 결정할 수 있다:
베이스(12) 상의 재료(31)의 유동이 구속되지 않는 경우, 하위영역(30)의 실제 높이(h)와 크기 및 형상은, 여러 요인들 중에서도 특히, 베이스(12) 및 포팅 재료(54)의 특성에 따라 달라질 것임에 유의한다. 그의 점도, 표면 장력, 및 베이스(12)에 대한 접착력이 충분히 낮은 경우, g에 의해 표현되는 국소 중력장이 균일하다고 가정할 때, 재료(31)는 상부 표면이 지구의 곡률에 근사하는 비교적 균일한 형상으로 유출될 것이다. 생성된 표면은 전이 구역(33) 내를 제외하고는 변형 없이 충분히 평탄할 수 있다. 지구의 곡률은 대략 ~0.019 마이크로미터/m이다. 필요한 경우, 정확한 기하학적 구조를 달성하기 위해 재료(31)의 다수의 층이 적용될 수 있다.
표면 준비(surface preparation)는 에폭시와 베이스(12) 사이에 양호한 접착제 및 기계적 접합이 존재함을 보장하는 데 유용하다. 표면은, 적합한 용매의 적용 또는 이산화탄소의 사용과 같은 적합한 습식 또는 건식 세정 공정을 사용하여 먼저 세정되거나 탈지된다. 베이스(12)의 표면은 더 높은 표면 에너지를 갖는 양호한 표면을 생성하도록 연마 및/또는 에칭될 것이다. 전술한 준비에 의해 느슨해진(loosened) 모든 이물질 및 잔해가 제거되는 것을 보장하기 위해 최종 세정 또는 헹굼이 수행될 것이다. 이러한 유형의 준비는 베이스(12)의 표면에 더 높은 표면 에너지를 생성하고, 에폭시의 접착력을 개선한다. 적합한 표면 장력 및 밀도를 갖는 에폭시를 선택함으로써 그리고 특정 체적의 에폭시를 사용함으로써, 베이스(12) 상에 형성되는 하위영역의 크기 및 높이를 제어할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 도 10에 도시된 것과 같은 베이스(12)는 그의 상부 표면이 비교적 평면형이도록 준비된다. 하위영역(30)이 위치되도록 의도되는 위치(들)가 식별되고, 표면 에너지를 개선하기 위해 세정된다. 사전결정된 표면 장력 및 밀도를 갖는 사전결정된 체적의 에폭시가 식별된 위치에 침착된다. 에폭시는 그가 적합한 직경 및 높이의 하위영역(30)을 형성할 때까지 그 자체의 중량 하에서 유동하며, 이때 하위영역의 표면은 국소 중력장에 실질적으로 평행한 형상에 근사하다. 에폭시는, 경화제가 사용되는 경우와 같이 화학적으로 경화되도록 허용되거나, 적합한 파장의 광을 에폭시 상으로 지향시킴으로써 광자적으로 경화될 수 있다. 사용되는 에폭시의 접촉각(θ)이 적합하게 작은 경우, 하위영역은 폴리싱(polishing) 또는 아마도 세정 이외의 추가의 변형 없이 사용가능하다. 접촉각이 상대적으로 더 높은 경우, 하위영역을 형성하는 에폭시의 에지는 베이스(12)의 표면의 나머지 부분과 불연속적일 수 있다. 이러한 경우에, 그 위에서 척(14)이 매끄럽게 이동할 수 있도록 이러한 전이를 용이하게 하기 위해 가벼운 연삭(light grinding)이 사용될 수 있다.
결론
본 발명의 특정 실시예가 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 동일한 목적을 달성하도록 의도되는 임의의 배열이 도시된 특정 실시예를 대체할 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 본 발명의 많은 적응이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 출원은 본 발명의 임의의 적응 또는 변형을 포함하도록 의도된다. 본 발명은 하기의 청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 명백하게 의도된다.

Claims (40)

  1. 기판을 지지하기 위한 스테이지(stage)로서,
    광학 시스템 아래에 위치되는 베이스 - 상기 베이스는 평탄도 및 적어도 상기 광학 시스템의 시야의 크기인 크기를 갖는 표면을 특징으로 함 -; 및
    상기 베이스 상에 배치되는 하부 표면을 갖고 탄성을 갖는 재료를 포함하는 척(chuck)을 포함하고, 상기 척은 상기 베이스의 표면에 순응하여, 상기 척은 상기 기판을 상기 광학 시스템의 피사계 심도(depth of field) 내에 제공하기 위해 상기 광학 시스템의 시야에서 상기 베이스의 상기 평탄도를 갖는, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평탄도는 1 미터에 걸쳐 1 밀리미터 미만인 편차를 갖는, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 평탄도는 상기 베이스의 하위영역에 걸치는, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하위영역은 상기 베이스의 주위 표면으로부터 부풀어 오른, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하위영역은 상기 베이스의 주위 표면 아래에 있는, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 척의 상부 표면은 상기 척에 밀접하게 순응하여 기판을 고정시키기 위한 댐핑 메커니즘(damping mechanism)을 포함하는, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 평탄도는 200 mm에 걸쳐 적어도 2 마이크로미터 이내인, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 타일의 상부 표면을 갖는 적어도 하나의 모놀리스(monolith)로 구성되는, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 에폭시의 상부 표면을 갖는 적어도 하나의 모놀리스로 구성되는, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 척은 상기 베이스에 대해 이동하는 동안 상기 베이스의 기하학적 구조에 순응하는, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 기판의 리소그래피 노출을 제공하는 프로젝션 카메라인, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 기판을 검사하기 위한 광학 검사 디바이스인, 기판을 지지하기 위한 스테이지.
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