KR20080014989A - 스테이지장치 - Google Patents

스테이지장치

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KR20080014989A
KR20080014989A KR1020077028483A KR20077028483A KR20080014989A KR 20080014989 A KR20080014989 A KR 20080014989A KR 1020077028483 A KR1020077028483 A KR 1020077028483A KR 20077028483 A KR20077028483 A KR 20077028483A KR 20080014989 A KR20080014989 A KR 20080014989A
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류타 나카지마
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

스테이지장치(10)는, 웨이퍼(12)가 탑재되는 웨이퍼 지지부재(14)와, 웨이퍼 지지부재(14)의 Z축 부재(16)를 승강 가능하게 지지하는 Z축 지지 베이스(18)와, 베어링(20)을 통하여 Z축 지지 베이스(18)를 회전 가능하게 지지하는 θｚ 지지 베이스(22)와, θｚ 지지 베이스(22)가 탑재된 XY 테이블(24)을 가진다.
Z축 액츄에이터(36)의 고정자(36a)가 θｚ 지지 베이스(22)의 평면부(34) 상에 고정되어 있고, 가동자(36b)가 웨이퍼 지지부재(14)의 횡부재(14b)의 양단에 고정되어 있다. 한 쌍의 Z축 액츄에이터(36)는, 웨이퍼 지지부재(14)의 횡부재(14b)에 대하여 동시에 구동력을 부여하도록 제어된다.
그때, Z축 액츄에이터(36)의 구동력의 반력은, θｚ 지지 베이스(22) 및 XY 테이블(24)에서 받으므로, 반력에 의한 진동발생이 억제된다.

Description

스테이지장치{stage device}
본 발명은 스테이지장치에 관한 것으로서, 특히 대상물을 지지하는 지지부재를 Z축 방향으로 승강시킬 때의 미동제어를 안정적으로 행할 수 있도록 구성된 스테이지장치에 관한 것이다.
반도체장치 제조의 분야에 있어서는, 다양한 타입의 스테이지장치가 사용되고 있다. 예컨대, 전자 빔 노광(露光)장치에 채용되는 웨이퍼(wafer) 탑재용 스테이지장치에는, 웨이퍼의 반송(운반)이나 칩(chip) 사이 이동시에 동작하는 조동(粗動)제어와, 수㎚∼10㎚ 정도의 위치결정을 행하는 미동(微動)제어를 조합시킨 제어방법이 채용되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
이 종류의 스테이지장치에서는, 대상물로서의 웨이퍼가 반송되어 웨이퍼 지지부재(진공 척(chuck) 또는 정전(靜電) 척을 가짐)에 지지되면, 노광장치의 광학계에 대한 웨이퍼의 위치를 고(高)정밀도로 위치결정하기 위하여, 웨이퍼 지지부재를 Z축 방향 및 Z축 둘레의 θｚ 방향으로 동작시켜 웨이퍼의 위치를 조정하는 위치결정 제어를 행하도록 구성되어 있다.
스테이지장치에는, 웨이퍼를 촬상하기 위한 CCD 카메라의 초점거리(초점 심도(深度))에 맞추어 웨이퍼의 높이위치를 미(微)조정하는 한 쌍의 Z축 액츄에이터(actuator)가 둘레방향으로 180도 간격으로 배치되어 있다. 또한, 웨이퍼 지지부재는, XY 스테이지 상에 탑재된 회전(回動) 지지부재에 지지되어 있고, 회전 지지부재 상에는 베어링에 의하여 θｚ 방향으로 회전 가능하게 지지된 승강 지지부재가 설치되어 있다. 그리고, 승강 지지부재의 둘레 가장자리부에는, 한 쌍의 Z축 액츄에이터가 설치되어 있고, 또한 승강 지지부재의 중앙부분에는 웨이퍼 지지부재를 Z축 방향으로 승강 가능하게 가이드하는 Z축 가이드부가 설치되어 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2003-028974호 공보
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
상기 종래의 구성에서는, 베어링에 의하여 회전 가능하게 지지된 승강 지지부재에 한 쌍의 Z축 액츄에이터가 설치되어 있기 때문에, 한 쌍의 Z축 액츄에이터의 구동력에 의하여 웨이퍼 지지부재의 높이위치를 조정할 때에 Z축 액츄에이터로부터의 반력(反力)이 승강 지지부재에 작용한다. 종래에는, 승강 지지부재가 베어링에 의하여 회전 가능하게 지지되어 있으므로, 한 쌍의 Z축 액츄에이터로부터의 2개의 반력이 다른 크기이거나, 혹은 2개의 반력의 타이밍이 어긋났을 경우에는, 베어링을 지지점(支点)으로 하여 승강 지지부재가 요동(搖動)된다는 등의 현상이 나타난다.
이와 같은, Z축 액츄에이터로부터의 반력에 의한 승강 지지부재의 동작은, 웨이퍼 지지부재에 지지된 웨이퍼와 광학계의 상대위치를 정밀하게 조정할 때의 오차요인이 된다. 한편, 웨이퍼 지지부재를 Z축 방향으로 조동동작 시켰을 때는, 구동력이 크기 때문에, 그 반력도 커진다. 그로 인하여, 승강 지지부재 및 승강 지지부재가 탑재된 XY 스테이지가 가지는 기계적인 고유진동이 유발될 우려가 있다.
그 경우, 조동제어의 반력에 의한 승강 지지부재의 진동이 수속(수렴)될 때까지의 정정(整定)시간이 길어져, Z축 방향의 조동제어를 행한 후의 Z축 방향의 미동제어가 늦어진다는 문제가 생긴다.
따라서, 본 발명은 상기 대상물을 지지하는 지지부재를 Z축 방향으로 승강시킬 때의 Z축 액츄에이터로부터의 반력에 의한 진동을 억제함으로써 Z축 방향의 미동제어를 안정적으로 행할 수 있는 것을 과제로 하고 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이하와 같은 수단을 가진다.
본 발명은, 대상물을 지지하는 지지부재와, 이 지지부재를 승강 가능하게 지지하는 승강 지지부재와, 이 승강 지지부재를 Z축 둘레로 회전 가능하게 지지하는 회전 지지부재와, 상기 지지부재를 Z축 방향으로 승강하는 Z축 구동수단을 가지는 스테이지장치에 있어서, 상기 Z축 구동수단을 상기 회전 지지부재 상에 설치하여, 상기 지지부재를 상기 회전 지지부재에 대하여 승강시킴으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
상기 회전 지지부재는, 수평방향으로 이동하는 XY 스테이지에 탑재되는 것이 바람직하다.
상기 Z축 구동수단은, 상기 지지부재의 복수(複數) 부위를 구동시키도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 Z축 구동수단은, 상기 회전 지지부재의 상면(上面)에 고정된 고정자(固定子)와, 상기 지지부재에 결합되어 상기 고정자에 대하여 승강하는 가동자(可動子)를 가지는 것이 바람직하다.
상기 승강 지지부재는, 상기 회전 지지부재 상의 베어링에 의하여 Z축 둘레로 회전 가능하게 지지되는 것이 바람직하다.
상기 지지부재는, 하면(下面) 중앙에 상기 승강 지지부재에 형성된 비(非)원형의 가이드 구멍에 승강 가능하게 끼워지는 Z축 부재를 가지는 것이 바람직하다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, Z축 구동수단을 회전 지지부재 상에 설치하여, 지지부재를 회전 지지부재에 대하여 승강시키기 때문에, Z축 구동수단이 지지부재를 구동시킬 때의 반력이 승강 지지부재보다도 질량이 큰 회전 지지부재에서 받아지는 것이 되므로 진동이 쉽게 발생하기 않게 되어, Z축 구동수단의 반력에 의한 진동발생이 방지되어, Z축 방향의 조동제어시에 큰 구동력을 발생시킬 경우이더라도 승강 지지부재에 반력이 작용하지 않으므로, 승강 지지부재의 진동을 억제하여 조동동작 후의 정정(整定)시간을 단축하여 Z축 방향의 미동제어에 대한 영향을 저감시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명이 되는 스테이지장치의 하나의 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 스테이지장치의 사시도이다.
도 3은, Z축 액츄에이터(36)의 측면도이다.
도 4는, Z축 액츄에이터(36)의 평면도이다.
*부호의 설명*
10 : 스테이지장치
14 : 웨이퍼(wafer) 지지부재
18 : Z축 지지 베이스
20 : 베어링
22 : θｚ 지지 베이스
24 : XY 테이블
32 : θｚ 구동 액츄에이터
36 : Z축 액츄에이터
50 : 마그넷 요크
52 : 마그넷
54 : 코일
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
본 발명을 보다 상세히 설명하기 위하여, 이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명이 되는 스테이지장치의 하나의 실시예를 나타내는 종단면도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 스테이지장치의 사시도이다. 다만, 도 2에 있어서는, 설명의 편의상, 웨이퍼(12)가 탑재되는 웨이퍼 지지부재(14)를 생략하고 있다.
도 1 및 도 2에 나타나는 바와 같이, 스테이지장치(10)는, 웨이퍼(12)가 탑재되는 웨이퍼 지지부재(지지부재)(14)와, 웨이퍼 지지부재(14)의 Z축 부재(16)를 승강 가능하게 지지하는 Z축 지지 베이스(승강 지지부재)(18)와, 베어링(20)을 통하여 Z축 지지 베이스(18)를 회전 가능하게 지지하는 θｚ 지지 베이스(회전 지지부재)(22)와, 지주(支柱)(40)를 통하여 θｚ 지지 베이스(22)가 탑재된 XY 테이블(24)과, XY 테이블(24)이 탑재된 Y 스테이지(26)를 가진다.
또한, XY 테이블(24)은, 내부에 삽입 통과된 Y 스테이지(26)의 뻗어 있는 방향으로 이동하도록 설치되어 있으며, Y 스테이지(26)에는, X방향 리니어 스케일(42), X방향 리니어 액츄에이터(44)가 탑재되어 있다. 또한, Y 스테이지(26)의 좌우측면의 외벽에는, XY 테이블(24)에 대한 Y 방향의 정압패드(38)가 설치되어 있다. 또한, XY 테이블(24)의 좌우 양측의 다리부 하단에는, 석정반(石定盤)(46) 위를 부상(浮上)하기 위한 Z 방향의 정압패드(48)가 설치되어 있다.
웨이퍼 지지부재(14)는, 상면에 웨이퍼(12)를 흡착하는 진공 척 또는 정전 척(도시하지 않음)으로 이루어지는 흡착부(14a)와, 흡착부(14a)가 탑재된 횡부재(14b)를 가진다. 또한, 횡부재(14b)의 하면 중앙에는, 아래쪽으로 돌출하는 Z축 부재(16)가 설치되어 있다. 이 Z축 부재(16)는, θｚ 방향으로 회전하지 않도록 횡단면 형상이 비(非)원형(예컨대, 정방형(正方形))으로 형성되어 있다.
Z축 지지 베이스(18)는, Z축 부재(16)가 슬라이드 가능하게 끼워지는 Z축 가이드부(18a)와, Z축 가이드부(18a)의 측면에서 수평방향으로 뻗어 형성된 원반형상의 턱부(18b)를 가진다. Z축 가이드부(18a)는, 내부에 Z축 부재(16)가 끼워지는 가이드 구멍(18c)이 마련되어 있고, 가이드 구멍(18c)의 횡단면 형상은 Z축 부재(16)의 횡단면 형상과 동일 형상(예컨대, 정방형)으로 형성되어 있다. 그로 인하여, 웨이퍼 지지부재(14)는, Z축 부재(16)가 가이드 구멍(18c)에 끼워짐으로써 θｚ 방향으로의 회전이 규제되어 있다.
Z축 지지 베이스(18)에는, 웨이퍼 지지부재(14)의 승강위치를 검출하는 Z축 방향 인코더(encoder)(28)가 설치되어 있다. 이 Z축 방향 인코더(28)는, 웨이퍼 지 지부재(14)에서 측방으로 돌출하는 피(被)검출부(14c)의 승강위치를 광학적 또는 자기(磁氣)적으로 검출하도록 구성되어 있다.
또한, Z축 지지 베이스(18)는, 베어링(20)에 의하여 θｚ 방향으로 회전 가능하게 지지되어 있어서, θｚ 구동 액츄에이터(32)에 의하여 θｚ 방향으로 구동된다. 베어링(20)은, 높은 강성(剛性)과 회전 정밀도를 가지는 크로스 롤러 베어링으로 이루어지며, θｚ 지지 베이스(22)의 중앙에 형성된 원형 오목부(30)에 지지되고 있다.
θｚ 구동 액츄에이터(32)는, 코일과 마그넷을 조합시킨 보이스 코일 모터로 이루어지며, 웨이퍼 지지부재(14)에 탑재된 웨이퍼(12)의 θｚ 방향의 위치가 규정위치가 되도록 미(微)조정하는 구동수단이다. θｚ 구동 액츄에이터(32)의 구동력은, Z축 지지 베이스(18)에 인가되기 때문에, 웨이퍼 지지부재(14)는 Z축 지지 베이스(18)와 일체적으로 회전하여 θｚ 방향의 위치를 미조정한다. 또한, θｚ 지지 베이스(22)에는, θｚ 구동 액츄에이터(32)에 의하여 Z축 지지 베이스(18)를 회전시킬 때에 θｚ 방향의 회전각도를 검출하는 θｚ 방향 인코더(33)가 설치되어 있다. 이 θｚ 방향 인코더(33)는, Z축 지지 베이스(18)에서 수평방향으로 돌출하는 피검출부(18d)의 회전위치에 비례한 펄스 수를 카운트하여 θｚ 방향의 회전각도를 출력한다.
θｚ 지지 베이스(22)에는, 상기 원형 오목부(30)의 외측에 형성된 평면부(34) 상에 한 쌍의 Z축 액츄에이터(36)가 설치되어 있다. 이 Z축 액츄에이터(36)는, 상술한 θｚ 구동 액츄에이터(32)와 마찬가지로 보이스 코일 모터로 이루어지 며, 평면부(34) 상에 장착된 고정자(36a)와, 고정자(36a)에 대하여 구동되는 가동자(36b)를 가진다. 여기서, 고정자(36a)는 마그넷을 가지고, 가동자(36b)는 코일을 가지도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시예에서는, Z축 액츄에이터(36)의 고정자(36a)가 θｚ 지지 베이스(22)의 평면부(34) 상에 고정되어 있고, 가동자(36b)가 웨이퍼 지지부재(14)의 횡부재(14b)의 양단에 고정되어 있다. 또한, 한 쌍의 Z축 액츄에이터(36)는, 횡부재(14b)의 양단을 Z축 방향으로 승강시키도록 θｚ 방향의 둘레방향으로 180도 간격으로 배치되어 있다.
따라서, 한 쌍의 Z축 액츄에이터(36)는, 웨이퍼 지지부재(14)의 횡부재(14b)에 대하여 동시에 구동력을 부여하도록 제어되어, Z축 지지 베이스(18)의 상면을 기울어지지 않도록 승강시킨다. 그때, Z축 액츄에이터(36) 구동력의 반력은, θｚ 지지 베이스(22)에서 받게 된다. θｚ 지지 베이스(22)는, XY 테이블(24)에 고정되어 있기 때문에, XY 테이블(24)과 일체인 것으로서 취급할 수 있으므로, 예컨대, 웨이퍼 지지부재(14)를 상승시키는 때는, θｚ 지지 베이스(22)의 평면부(34)에 대하여 아래쪽으로 가압하는 반력이 작용할 경우이더라도 θｚ 지지 베이스(22) 및 XY 테이블(24) 전체에서 반력을 지지할 수 있다.
따라서, 스테이지장치(10)에서는, Z축 액츄에이터(36)의 구동력의 반력에 의한 진동을 방지할 수 있으므로, 예컨대, Z축 액츄에이터(36)를 조동제어하여 웨이퍼 지지부재(14)를 승강동작한 후에 Z축 액츄에이터(36)를 미동제어할 경우이더라도 조동제어에 의하여 발생한 진동이 수속(수렴)하는 것을 기다릴 필요가 없어져, 종래의 장치보다도 Z축 방향의 미동제어의 시작을 빠르게 하는 것이 가능하게 된다.
여기에서, Z축 액츄에이터(36)의 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 Z축 액츄에이터(36)의 측면도이다. 도 4는 Z축 액츄에이터(36)의 평면도이다.
도 3 및 도 4에 나타나는 바와 같이, Z축 액츄에이터(36)의 고정자(36a)는, ㄷ자 형상으로 형성된 마그넷 요크(50)의 내벽에, 판 형상으로 형성된 마그넷(52)이 장착되어 있다. 마그넷(52) 사이에는, 가동자(36b)를 구성하는 판 형상의 코일(54)이 삽입되어 있다. 또한, Z축 액츄에이터(36)는, 마그넷 요크(50)가 상측에서 보았을 경우도 ㄷ자 형상으로 형성되어 있고, 개구(開口) 측으로부터 코일(54)이 삽입되도록 조합되어 있다. 따라서, Z축 액츄에이터(36)는, 마그넷(52)에 대하여 코일(54)이 Z축 방향으로 승강 가능하고, 또한 θｚ 방향으로도 회전 가능하게 장착되어 있다.
웨이퍼 지지부재(14) 및 Z축 지지 베이스(18)가 θｚ 방향으로 회전할 때에, Z축 액츄에이터(36)에서는, 마그넷(52)에 대하여 코일(54)이 θｚ 방향으로 회전하기 때문에, 상측에서 보면 도 4에서 일점쇄선(一点鎖線)으로 나타내는 바와 같이 기울어진 상태가 된다.
마그넷(52)과 코일(54)의 간극(S)은, 작게 할수록, 자속밀도와의 관계에서 큰 구동력을 얻을 수 있다. 그러나, 스테이지장치(10)에서는, Z축 액츄에이터(36)의 마그넷(52) 및 코일(54)을 판 형상으로 형성하여 마그넷(52)과 코일(54)의 대향 면적을 증대시켜 보다 큰 구동력을 얻을 수 있으므로, 그만큼 상기 간극(S)을 θｚ 방향의 회전에 수반하는 코일(54)의 경사보다도 크게 설정하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예의 마그넷(52)과 코일(54)의 간극(S)은, 통상의 것보다도 넓게 설정되어 있으므로, 코일(54)이 θｚ 방향으로 ±2번 회전하여도 마그넷(52)에 접촉하지 않는다. 따라서, 스테이지장치(10)에 있어서는, θｚ 방향의 각도 조정범위가 확대되어 있다.
상기 실시예에서는, 웨이퍼 지지부재(14)를 승강시키는 구성을 하나의 예로서 들었지만, 이에 한정되지 않고, 웨이퍼 이외의 대상물이 탑재되는 지지부재를 승강시키는 구성의 것에도 본 발명을 적용할 수 있는 것은, 물론이다.
상기 실시예에서는, 한 쌍의 Z축 액츄에이터(36)의 구동력에 의하여 웨이퍼 지지부재(14)를 승강시키는 구성을 하나의 예로서 들었지만, 이에 한정되지 않고, 2개 이상의 Z축 액츄에이터(36)를 동시에 구동시켜 웨이퍼 지지부재(14)를 승강시키는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, Z축 액츄에이터(36)가 보이스 코일 모터에 의하여 구성된 경우에 대하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 다른 액츄에이터(예컨대, 공압(空壓) 실린더 등)를 채용하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, θｚ 지지 베이스(22)가 XY 테이블(24)에 지지된 구성을 하나의 예로서 들었지만, 예컨대, θｚ 지지 베이스(22)를 Y 방향만으로 이동하는 Y스테이지에 직접 탑재하는 구성의 것에도 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
본 국제출원은, 2005년 7월 21일에 출원한 일본국 특허출원 2005-211724호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 2005-211724호의 전(全) 내용을 본 국제출원에 원용한다.

Claims (6)

  1. 대상물을 지지하는 지지부재와,
    이 지지부재를 승강 가능하게 지지하는 승강 지지부재와,
    이 승강 지지부재를 Z축 둘레로 회전 가능하게 지지하는 회전 지지부재와,
    상기 지지부재를 Z축 방향으로 승강하는 Z축 구동수단을 가지는 스테이지장치에 있어서,
    상기 Z축 구동수단을 상기 회전 지지부재 상에 설치하여, 상기 지지부재를 상기 회전 지지부재에 대하여 승강시키는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전 지지부재는, 수평방향으로 이동하는 스테이지에 탑재된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 Z축 구동수단은, 상기 지지부재의 복수(複數) 부위를 구동시키도록 설치된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 Z축 구동수단은, 상기 회전 지지부재의 상면(上面)에 고정된 고정자(固 定子)와, 상기 지지부재에 결합되어 상기 고정자에 대하여 승강하는 가동자(可動子)를 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 승강 지지부재는, 상기 회전 지지부재 상의 베어링에 의하여 Z축 둘레로 회전 가능하게 지지된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부재는, 하면(下面) 중앙에 상기 승강 지지부재에 형성된 비(非)원형의 가이드 구멍에 승강 가능하게 끼워지는 Z축 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
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