KR20110005291A - 진공-내에서 이용하기 위한 로봇 - Google Patents

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로베르트 가브리엘 마리아 란스베르겐
조지 힐러리 해롤드
매튜 제임스 반 도렌
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
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Abstract

로봇은 리소그래피 장치의 진공 챔버 내에 작업물을 위치설정한다. 로봇의 제 1 구성요소는 진공 챔버 내에 배치되어 병진운동 축을 따라 작업물을 위치설정한다. 샤프트는 그것의 대칭 축이 병진운동 축에 대해 수직하도록 제 1 구성요소를 지지하며, 제 2 구성요소는 대칭 축을 중심으로 샤프트를 회전시키고 대칭 축과 평행한 방향으로 샤프트를 이동시킨다. 제 2 구성요소는 샤프트의 주변 표면을 따라 가스를 도입하도록 구성되는 가스 베어링 및 제 2 구성요소 가스 베어링에 의하여 도입되는 가스를 배기시키도록 구성되는 소기 시일을 포함한다. 로봇은 대략 0 내지 200 a.m.u. 범위 내의 탄화수소 분자들의 가스방출을 실질적으로 저감시키거나 제거하며, 따라서 상기 로봇은 극자외(EUV) 포토리소그래피 적용례들에 사용하기에 적합하다.

Description

진공-내에서 이용하기 위한 로봇{ROBOT FOR IN-VACUUM USE}
본 발명은 리소그래피 장치의 진공 내에서 사용하기 위한 로봇에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 또는 기판의 일부 상으로 원하는 패턴을 적용하는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 평판 디스플레이, 집적 회로(IC) 및 미세 구조체들을 포함하는 다른 디바이스들의 제조에 이용될 수 있다. 종래의 장치에서, 광은, 마스크, 레티클, 개별적으로 프로그램가능한 또는 제어가능한 요소들의 어레이(마스크없음) 등으로 지칭될 수 있는 패터닝 디바이스로 지향된다. 패터닝 디바이스는 IC의 개별 층, 평판 디스플레이 또는 다른 디바이스에 대응되는 회로 패턴을 생성하는 데 이용될 수 있다. 이 패턴은 기판 상에 제공되는 방사선-감응재(예를 들어, 레지스트) 층 상으로의 이미징에 의해 기판(예를 들어, 유리판, 웨이퍼 등) 전체 또는 기판의 일부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 이미징은 거울들, 렌즈들, 빔 스플리터들 등과 같은 광학 구성요소들을 포함하는 투영시스템을 통한 광의 처리를 포함할 수 있다. 다른 구성요소들 또는 디바이스들이 리소그래피 장치 내에 존재할 수 있으며, 상기 리소그래피 장치는 패터닝 이전에 방사선 빔을 다수의 개별 빔으로 분할하기 위한 광학 구성요소들을 포함하는 멀티-필드 릴레이(multi-field relay: MFR)와 같은 광학 구성요소들을 포함할 수도 있다.
극자외선(EUV) 포토리소그래피 적용례들에 이용되는 것들과 같은 많은 종래의 리소그래피 장치들은 패터닝 디바이스들, 기판들 또는 웨이퍼들을 포함하는 진공 챔버 내의 다양한 구성요소들 및 개구수(numerical aperture)들과 같은 추가적인 광학 구성요소들을 포지셔닝한다. 이러한 시나리오에서, 진공 환경 내에서 이러한 구성요소들을 이송 또는 이동시키기 위하여 진공 챔버 내측에 로봇이 배치될 수 있다.
일반적으로, 대기압의 리소그래피 장치에서 이용하도록 맞추어진 종래의 로봇들은 진공 환경 내에서 이용하기에는 적합하지 않다. 이러한 종래의 로봇들은 흔히 탄화수소 화합물들로 윤활되는 베어링 조립체들을 특징으로 한다. 이러한 로봇들을 진공-내에서 보다 쉽게 사용할 수 있도록 하기 위한 일환으로, 베어링 조립체들이 0 내지 100의 원자 질량 단위(a.m.u.)의 분자들의 가스방출(out-gassing)을 최소화하도록 구성된 특수 "진공 그리스(vacuum grease)"로 윤활된다. 또한, 진공-내에서 사용하기 위한 종래의 로봇들은 흔히 자성유체 시일(ferro-fluidic seal)들을 특징으로 하며, 이 자성 유체 시일은 또한 탄화수소 분자들을 진공 환경 내로 가스방출한다.
불행히도, EUV 포토리소그래피 적용례들, 및 몇몇 다른 적용례들은 윤활제 분자들이 민감한 EUV 광학기 상에 응축되어 그들의 수명을 심각하게 제한할 수 있기 때문에, 0 내지 200 원자 질량 단위의 윤활제 분자들의 최소 가스-방출을 필요로 한다. 이러한 적용례들에 대하여, "진공 그리스" 및 자성유체 시일들을 활용하는 종래의 로봇들은 큰 윤활제 분자, 특히 100 원자 질량 단위를 넘는 윤활제 분자의 가스-방출로 인해 진공에서 사용하기에 부적합하다.
따라서, 필요한 것은, 이상적으로는 탄화수소 윤활제들을 이용하지 않거나, 또는 진공 환경 내의 탄화수소 윤활제들의 가스-방출을 실질적으로 저감시켜 종래 시스템들의 결점들을 실질적으로 회피하는, 진공 환경에서 사용하기 위한 로봇이다.
일 실시예에서는, 적어도 부분적으로 진공 챔버 내에 배치되고 상기 진공 챔버 내에 배치되는 작업물을 병진운동 축(translational axis)을 따라 위치시키도록 구성되는 제 1 구성요소를 포함하는, 진공 내에 작업물을 위치설정하는 로봇이 제공된다. 또한, 상기 로봇은 샤프트의 대칭 축이 병진운동 축에 대해 수직하게 상기 제 1 구성요소를 지지하도록 구성되는 샤프트를 포함한다. 또한, 제 2 구성요소는 진공 챔버의 외측에 위치되며, 샤프트를 대칭 축을 중심으로 회전시키고 상기 샤프트를 대칭 축과 평행한 방향으로 이동시키도록 구성된다. 제 2 구성요소는 샤프트의 주변 표면을 따라 가스를 도입시키도록 구성된 가스 베어링 및 가스 베어링에 의하여 도입된 가스를 배기시키도록 구성된 소기 시일(scavenging seal)을 포함한다.
다른 실시예에서는, 방사선 빔을 생성하도록 구성된 조명 시스템, 진공 챔버 내에 배치되고 상기 방사선 빔을 패터닝하도록 구성된 패터닝 디바이스, 및 상기 진공 챔버 내에서 기판의 타겟부 상에 패터닝된 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다. 또한, 리소그래피 장치는 진공 챔버 내에서 작업물을 위치설정하기 위한 로봇을 포함한다. 로봇은 적어도 부분적으로 진공 챔버 내에 배치되고 진공 챔버 내에 배치되는 작업물을 병진운동 축을 따라 위치시키도록 구성되는 제 1 구성요소를 갖는다. 또한, 로봇은 샤프트의 대칭 축이 병진운동 축에 수직하게 제 1 구성요소를 지지하도록 구성되는 샤프트를 포함한다. 또한, 제 2 구성요소는 진공 챔버의 외측에 위치되며, 샤프트를 대칭 축을 중심으로 회전시키고 상기 샤프트를 대칭 축과 평행한 방향으로 이동시키도록 구성된다. 제 2 구성요소는 샤프트의 주변 표면을 따라 가스를 도입시키도록 구성되는 가스 베어링 및 상기 가스 베어링에 의하여 도입된 가스를 배기시키도록 구성된 소기 시일을 포함한다.
본 발명의 추가 실시예, 특징들, 및 장점들과 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동에 대해서는 첨부 도면을 참조하여 상세히 후술될 것이다.
본 명세서에 포함되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면들은 본 발명의 1 이상의 실시예들을 예시하고 있으며, 또한 설명부와 함께 본 발명의 원리들을 설명하고 당업자로 하여금 본 발명을 제조하고 이용할 수 있게 하는 역할을 한다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 리소그래피 장치의 개략도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 예시적 로봇의 개략도;
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2에 도시된 예시적 로봇의 추가 특징들을 나타낸 도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 예시적 로봇의 개략도;
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 4의 예시적 로봇의 추가적인 특징들의 개략도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 예시적 로봇의 사시도;
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 예시적 로봇의 개략도;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 7a 및 7b의 예시적 로봇의 추가적인 특징들을 나타낸 도;
도 9a 내지 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇 내에 포함될 수 있는 예시적 슬라이더 및 가이드 조립체의 특징들을 개략적으로 나타낸 도;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇 내에 포함될 수 있는 예시적 가스 베어링 조립체의 개략도;
도 11a, 11b 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇의 예시적 부분들의 개략도;
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇의 예시적 부분들의 개략도이다.
이하, 본 발명의 1 이상의 실시예들에 대해 첨부 도면을 참조하여 기술될 것이다. 도면에서, 같은 참조 부호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타낼 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 특징들을 포함하는 1 이상의 실시예들을 개시하고 있다. 개시된 실시예(들)는 본 발명의 예시에 지나지 않는다. 본 발명의 범위는 개시된 예시(들)로만 제한되지 않는다. 본 발명은 후속 청구범위에 의하여 정의된다.
기술되는 실시예(들) 및 "하나의 실시예", "일 실시예", "예시적 실시예" 등에 대한 명세서에서의 언급들은 기술된 실시예(들)이 구체적 특징이나, 구조 또는 특성을 포함할 수 있으나, 모든 실시예가 반드시 구체적 특징이나, 구조 또는 특성을 포함하는 것은 아니라는 것을 나타낸다. 또한, 이러한 문구가 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 나아가, 구체적 특징이나, 구조 또는 특성이 일 실시예와 관련하여 설명되는 경우, 명확히 기술되었든 그렇지 않든, 이러한 특징이나, 구조 또는 특성을 다른 실시예들과 관련하여 실행하는 것도 당업자의 지식 내에 속한다는 것을 이해하여야 한다.
예시적 리소그래피 장치
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치(1)를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 장치(1)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL)을 포함한다. 지지체(MT)(예를 들어, 마스크 테이블)는 패터닝 디바이스(MA)(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키는 제 1 위치설정기(PM)에 연결된다. 기판 테이블(WT)(예를 들어, 웨이퍼 테이블)은 기판(W)(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키는 제 2 위치설정기(PW)에 연결된다. 투영 시스템(PS)(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)은 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된다.
조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 그들의 여하한의 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다(그러나 이러한 요소들로 제한되는 것은 아니다).
지지체(MT)는 패터닝 디바이스의 무게를 지지한다. 또한, 지지체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스(MA)를 유지시킨다. 지지체(MT)는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지체(MT)는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어는 보다 일반적인 용어인 "패터닝 디바이스"와 동의어로서 간주될 수 있다.
본 명세서에서 이용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 데 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들이 포함된다. 마스크, 소위 레티클은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형 마스크뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 그들의 여하한의 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 장치(1)는 (예를 들어, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성된다. 대안적으로, 장치(1)는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는, 가령 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위하여 기판의 적어도 일 부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 덮이는 타입으로 구성될 수도 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수도 있다. 당 업계에서는 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 침지 기술들이 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 잠겨야 한다는 것을 의미하는 것이라기보다는, 노광 동안 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이면 된다는 것을 의미한다.
도 1a를 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 전달된다. 추가 실시예들에서, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 제공될 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 "방사선 시스템"이라고 칭해질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터 및 콘덴서와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 일루미네이터는 방사선 빔의 단면이 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 가질 수 있도록 상기 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 방사선 빔(B)은 상기 마스크(MA)를 가로지른 후, 투영 시스템(PS)을 통과하며, 상기 투영 시스템은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(IF1)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다.
일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
기판 테이블(WT), 위치 센서(IF), 제 2 위치설정기(PW) 및 지지 구조체의 다른 구성요소들은 진공 챔버 내측에 자리할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 진공-내 로봇(in-vacuum robot: IVR)은 웨이퍼(W)와 유사한 웨이퍼들을 이송 또는 이동시키기 위하여 진공 챔버 내측에 배치될 수 있다. 마스크 테이블(MT) 및 패터닝 디바이스(MA) 또한 진공 챔버 내에 있는 경우, 패터닝 디바이스(MA)와 유사한 마스크와 같은 패터닝 디바이스들을 진공 챔버 안과 밖으로 이동시키기 위하여 추가의 진공-내 로봇(IVR)이 이용될 수도 있다. 대안적으로, 마스크 테이블(MT) 및 패터닝 디바이스(MA)가 진공 챔버 외측에 있는 경우, 진공-외 로봇(out-of-vacuum robot)이 진공-내 로봇(IVR)과 유사하게 다양한 이송 작업들에 이용될 수 있다. 진공-내 로봇 및 진공-외 로봇들 모두는 여하한의 탑재물(payload)(예를 들어, 마스크 또는 웨이퍼)의 원활한 이송을 위해 캘리브레이트될 필요가 있다.
(예컨대, 캘리포니아 소재 Genmark Automation of Milpitas에 의하여 제조된 것들과 같은) 진공-내 로봇(IVR)을 위한 제어기들이 잘 알려져 있으며 당업자라면 인식하고 있을 것이다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
추가 실시예에서, 리소그래피 장치(1)는 극자외선(EUV) 소스를 포함하며, 이는 EUV 리소그래피를 위한 EUV 방사선의 빔을 발생시키도록 구성된다. 일반적으로, EUV 소스는 방사선 시스템 내에 구성되며(이후 참조), 대응되는 조명 시스템은 EUV 소스의 EUV 방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적 EUV 리소그래피 장치를 개략적으로 나타내고 있다. 도 1에서, 투영 장치(1)는 방사선 시스템(42), 조명 광학 유닛(44), 및 투영 시스템(PS)을 포함한다. 방사선 시스템(42)은 방전 플라즈마에 의하여 형성될 수 있는 방사선 소스(SO)를 포함한다. 일 실시예에서, EUV 방사선은, 전자기 스펙트럼의 EUV 범위 내의 방사선을 방출하도록 초고온 플라즈마(very hot plasma)가 생성되는 가스 또는 증기, 예를 들어 Xe 가스, Li 증기 또는 Sn 증기에 의해 생성될 수 있다. 초고온 플라즈마는, 예를 들어 전기적 방전에 의해 전체 또는 부분적으로 이온화된 플라즈마를 발생시킴으로써 생성될 수 있다. 방사선의 효율적인 발생을 위해, Xe, Li, Sn 증기 또는 여하한의 다른 적절한 가스 또는 증기의, 예를 들어 10 Pa의 분압(partial pressure)이 필요할 수 있다. 방사선 소스(SO)에 의해 방출된 방사선은, 소스 챔버(source chamber: 47) 내의 개구부(opening) 내에 또는 그 뒤에 위치되는 가스 방벽 또는 오염물 트랩(contaminant trap: 49)을 통해, 소스 챔버(47)로부터 컬렉터 챔버(collector chamber: 48) 내로 전달된다. 일 실시예에서, 가스 방벽(49)은 채널 구조체를 포함할 수 있다.
컬렉터 챔버(48)는 그레이징 입사 컬렉터(grazing incidence collector)에 의해 형성될 수 있는 방사선 컬렉터(50)(소위 컬렉터 거울 또는 컬렉터)를 포함한다. 방사선 컬렉터(50)는 상류 방사선 컬렉터 측(50a) 및 하류 방사선 컬렉터 측(50b)을 가지며, 컬렉터(50)에 의하여 전달된 방사선은 격자 스펙트럼 필터(51)로부터 반사되어, 컬렉터 챔버(48) 내의 어퍼처(aperture)에서 가상 소스 지점(virtual source point: 52)에 포커스될 수 있다. 방사선 컬렉터(50)들은 종래 기술로부터 알려져 있다.
컬렉터 챔버(48)로부터, 방사선 빔(56)은 조명 광학 유닛(44) 내에서 수직 입사 반사기들(53 및 54)을 통해 레티클 또는 마스크 테이블(MT) 상에 위치된 레티클 또는 마스크 상으로 반사된다. 패터닝된 빔(57)이 형성되며, 이는 투영 시스템(PS)에서 반사 요소들(58 및 59)을 통해 웨이퍼 스테이지 또는 기판 테이블(WT) 상에 이미징된다. 다양한 실시예들에서, 조명 광학 유닛(44) 및 투영 시스템(PS)은 도 1b에 도시된 것보다 더 많은(또는 더 적은) 요소들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 격자 스펙트럼 필터(51)는 리소그래피 장치의 형태에 따라 선택적으로 존재할 수 있다. 또한, 일 실시예에서는, 조명 광학 유닛(44) 및 투영 시스템(PS)이 도 1b에 도시된 것들보다 많은 거울들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 투영 시스템(PS)은 반사 요소들(58 및 59)과 더불어 1 내지 4 개의 반사 요소들을 포함할 수 있다. 도 1b에서, 참조부호 180은 2 개의 반사기들 사이의 공간, 예를 들어 반사기 142와 143 사이의 공간을 나타낸다.
일 실시예에서, 컬렉터 거울(50)은 또한 그레이징 입사 거울을 대신하여 수직 입사 컬렉터를 포함하거나 또는 그와 더불어 수직 입사 컬렉터를 포함할 수 있다. 또한, 컬렉터 거울(50)은 반사기들(142, 143 및 146)을 갖는 네스티드 컬렉터(nested collector)를 기준으로 설명되기는 하나, 본 명세서에서는 컬렉터의 예시로서 이용된다. 따라서, 적용가능하다면, 그레이징 입사 컬렉터인 컬렉터 거울(50)이 일반적인 컬렉터로서 해석될 수 있으며, 특정 실시예에서는 수직 입사 컬렉터로서 해석될 수도 있다.
또한, 도 1b에 개략적으로 도시된 격자(51) 대신에, 투과 광학 필터가 적용될 수 있다. EUV에 대해 투과적이고, UV 방사선에 대해서는 덜 투과적이거나 오히려 실질적으로 이를 흡수하는 광학 필터들이 당업계에서 알려져 있다. 따라서, 본 명세서에서 "격자 스펙트럼 퓨리티 필터(grating spectral purity filter)"는 격자들 또는 투과 필터들을 포함하는 "스펙트럼 퓨리티 필터"로도 언급된다. 도 1b에 도시되지 않았지만, EUV 투과 광학 필터들은, 예를 들어 투영 시스템(PS) 및/또는 조명 유닛(44) 내의 광학 EUV 투과 필터들 또는 컬렉터 거울(50)의 상류에 구성되는 추가 광학 요소로서 포함될 수 있다.
광학 요소들에 대한 "상류(upstream)" 및 "하류(downstream)"라는 용어는 각각 1 이상의 추가 광학 요소들의 "광학적으로 상류" 및 "광학적으로 하류"의 1 이상의 광학 요소들의 위치들을 나타낸다. 도 1b에서, 방사선 빔(B)은 리소그래피 장치(1)를 통과한다. 방사선 빔(B)이 리소그래피 장치(1)를 통해 가로지르는 광 경로를 따라, 제 2 광학 요소보다 소스(SO)에 더 가까운 제 1 광학 요소들이 제 2 광학 요소의 상류에 구성되고; 제 2 광학 요소가 제 1 광학 요소의 하류에 구성된다. 예를 들어, 컬렉터 거울(50)은 스펙트럼 필터(51)의 상류에 구성되는 반면, 광학 요소(53)는 스펙트럼 필터(51)의 하류에 구성된다.
도 1b에 도시된 모든 광학 요소들(및 본 실시예의 개략적인 도면에는 도시되어 있지 않은 추가적인 광학 요소들)은 소스(SO)에 의하여 발생되는 오염물, 예를 들어 Sn의 퇴적(deposition)에 취약하다. 이는 방사선 컬렉터(50)를 위한 경우에 해당되며, 존재할 경우 스펙트럼 퓨리티 필터(51)에 대한 경우에 해당된다. 따라서, 이들 광학 요소들 중 1 이상을 세정하기 위해 세정 디바이스가 채용되고 아울러 상기 광학 요소들뿐만 아니라 수직 입사 반사기들(53 및 54) 및 반사 요소들(58 및 59) 또는 다른 광학 요소들, 예를 들어 추가 거울들, 격자들 등에 세정 방법이 적용될 수도 있다.
방사선 컬렉터(50)는 그레이징 입사 컬렉터일 수 있으며, 이러한 실시예에서 컬렉터(50)는 광학 축(O)을 따라 정렬된다. 소스(SO) 또는 그것의 이미지는 광학 축(O) 상에 배치된다. 방사선 컬렉터(50)는 반사기들(142, 143 및 146)[몇몇 볼터 타입(Wolter-type) 반사기들을 포함하는 "쉘(shell)" 또는 볼터-타입 반사기로도 알려짐]을 포함할 수 있다. 반사기들(142, 143 및 146)은 광학 축(O)을 중심으로 회전 대칭(rotationally symmetric)이며 네스트(nest)될 수 있다. 도 1b에서, 내측 반사기는 참조 부호 142로, 중간 반사기는 참조 부호 143으로, 외측 반사기는 참조 부호 146으로 나타나 있다. 방사선 컬렉터(50)는 소정 볼륨, 즉 외측 반사기(들)(146) 내의 볼륨을 둘러싼다. 외측 반사기(들)(146) 내의 이 볼륨은 작은 개구부들이 존재할 수도 있으나 통상적으로 주변 방향으로 폐쇄된다.
반사기들(142, 143 및 146) 각각은, 전체 또는 일부분이 반사 층 또는 다수의 반사 층들을 포함하는 표면들을 포함한다. 따라서, 반사기들(142, 143 및 146)(또는 3 개보다 많은 반사기들 또는 쉘들을 갖는 방사선 콜렉터의 실시예들에서의 추가 반사기들)은 전체 또는 부분적으로 소스(SO)로부터의 EUV 방사선을 반사하고 수집하도록 설계되며, 반사기들(142, 143 및 146)의 전체 또는 부분은 EUV 방사선을 반사하고 수집하도록 설계되지 않는다. 예를 들어, 반사기들의 후면(back side)의 전체 또는 일부분은 EUV 방사선을 반사하고 수집하도록 설계되지 않을 수 있다. 추가적으로, 이 반사 층들의 표면 상에는, 보호를 위해 또는 반사 층들의 전체 또는 부분적인 표면 상에 제공되는 광학 필터로서 캡 층(cap layer)이 존재할 수 있다.
방사선 컬렉터(50)는 소스(SO) 또는 소스(SO)의 이미지 부근에 배치된다. 각각의 반사기(142, 143, 146)는 적어도 2 이상의 인접한 반사 표면들을 포함할 수 있으며, 소스(SO)로부터의 상기 반사 표면들은 소스(SO)에 더 가까운 반사 표면보다 광학 축(O)에 대해 더 작은 각도로 배치된다. 이러한 방식으로, 그레이징 입사 컬렉터(50)는 광학 축(O)을 따라 전파되는 (E)UV 방사선 빔을 발생시키도록 구성된다. 적어도 2 이상의 반사기들은 실질적으로 공통 축을 가지고 배치될 수 있으며, 광학 축(O)을 중심으로 실질적으로 회전 대칭으로 연장된다. 방사선 컬렉터(50)는 외측 반사기(146)의 외부 표면 상의 추가 피처들 또는 외측 반사기(146) 주위의 추가 피처들, 예를 들어 보호 홀더(protective holder), 가열기 등을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 기술된 실시예들에서, 맥락을 고려할 경우 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 [예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장(λ)을 갖는] 자외(UV)방사선, (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는, 가령 13.5 nm의 파장을 갖는) 극자외(EUV 또는 연질 X-레이)방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다. 일반적으로, 대략 780 내지 3000 nm 사이의(또는 그보다 큰) 파장을 갖는 방사선은 IR 방사선이라 간주된다. UV는 대략 100 내지 400 nm의 파장을 갖는 방사선을 지칭한다. 리소그래피 내에서, 이는 통상적으로 수은 방전 램프(mercury discharge lamp)에 의하여 발생될 수 있는 파장들: 즉 G-라인 436 nm; H-라인 405 nm; 및/또는 I-라인 365 nm에도 적용된다. 진공 UV, 또는 VUV(즉, 공기에 의해 흡수되는 UV)는 대략 100 내지 200 nm의 파장을 갖는 방사선을 지칭한다. 일반적으로 딥(deep) UV는 126 nm 내지 428 nm 범위의 파장을 갖는 방사선을 지칭하며, 일 실시예에서 리소그래피 장치 내에서 이용되는 DUV 방사선은 엑시머 레이저에 의하여 발생될 수 있다. 예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는 방사선은 특정 파장 대역(이 대역 중 적어도 일부가 5 내지 20 nm의 범위 내에 있음)을 갖는 방사선과 관련되어 있다는 것을 이해하여야 한다.
진공-내 이용을 위한 예시적 로봇들
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 예시적 로봇(200)을 도시하고 있다. 로봇(200)은 진공 챔버(290) 내의 병진운동 축(292)을 따라 작업물(204)을 위치시키는 제 1 구성요소(202)를 포함한다. 샤프트(206)는 제 1 구성요소(202)를 지지하고, 샤프트(206)의 대칭 축(294)이 병진운동 축(292)에 대해 수직하게 이루어지도록 제 1 구성요소(202)에 견고하게(rigidly) 연결된다. 추가 실시예들에서는 제 1 구성요소(202)의 일부만이 진공 챔버 내에 위치될 수도 있으나, 도 2의 실시예에서는 제 1 구성요소(202) 및 작업물(204) 둘 모두가 진공 챔버(290) 내에 배치된다.
제 1 구성요소(202)는 제 1 단부(208a)에서 세장형 부재(208)와 결합되는 액추에이터(220)를 둘러싸고 있다. 세장형 부재(208)의 제 2 단부(208b)는 작업물(204)을 지지하는 그리퍼(210)에 견고하게 연결된다. 도 2의 실시예에서, 액추에이터(220)는 세장형 부재(208)를 병진운동 축(292)을 따라 구동하여, 작업물(204)을 진공 챔버(290) 내에 위치설정한다. 작업물(204)은 레티클을 포함하는(그러나 레티클로 제한되는 것은 아님) 패터닝 디바이스이거나, 또는 대안적인 실시예에서 작업물(204)은 기판 또는 웨이퍼일 수 있다. 추가 실시예들에서, 작업물(204)은 개구수를 포함하는(그러나 개구수로 제한되는 것은 아님) 광학-기계식 디바이스(opto-mechanical device)일 수 있다.
다양한 실시예들에서, 액추에이터(220)는 선형 모터, 벨트를 구동하도록 구성되는 로터리 모터, 또는 당업자라면 인식할 수 있는 여하한의 추가 액추에이터일 수 있다. 추가적으로, 액추에이터(220)는 1 이상의 액추에이터 구성요소들을 지지하는 1 이상의 윤활 베어링(lubricated bearing)을 포함할 수 있다. 이러한 윤활 베어링들은 제 1 구성요소(202) 내부(202a)로 탄화수소 분자들을 가스방출할 수 있다. 액추에이터(220)로부터 탄화수소 윤활제들의 가스방출을 실질적으로 저감시키거나 또는 제거하기 위하여, 제 1 구성요소(202)는 시일링된 인클로저(sealed enclosure)일 수 있으며, 제 1 구성요소(202)의 내부 볼륨(202a)은 진공에 가까운(near-vacuum) 조건들로 펌프 다운(pump down)될 수 있다. 추가 실시예들에서, 액추에이터(220)는 가스 베어링, 선형 모터 및 무-그리스(grease-free) 센서(예를 들어, 광학 인코더)를 포함하는(그러나 이들로 제한되지 않는) 그리스없는(greaseless) 구성요소들만을 포함한다.
도 2에서, 제 1 구성요소 베어링(212)은 세장형 부재(208)가 병진운동 축(292)을 따라 이동할 때 세장형 부재(208)의 표면 상에 작용하도록 위치된다. 도 2의 실시예에서, 제 1 구성요소 베어링(212)은 베어링 표면과 세장형 부재(208)의 표면 사이에 갭(도시 안됨)을 형성하기 위하여 세장형 부재의 표면을 따라 질소(N2)와 같은 가스를 도입시키는 가스 베어링이다.
하지만, 제 1 구성요소 베어링(212)에 의하여 도입되는 가스는 세장형 부재(208)의 표면으로부터 진공 챔버(290) 내로 누출되어, 진공 환경을 열화시키고, 진공 압력 레벨 유지의 어려움을 증대시키며, 잠재적으로 진공 챔버(290) 내에 하우징되는 광학 구성요소들을 손상시킬 수 있다. 가스 베어링(212)으로부터의 가스의 누출을 제거(또는 최소화)시키기 위하여, 디퍼런셜 시일(differential seal) 또는 차동 펌프 시일(differentially-pumped seal)이라 불리기도 하는 소기 시일(240)이 가스 베어링(212)과 진공 챔버(290) 사이에 위치되어 베어링(212)에 의해 도입되는 가스를 배기시킨다. 도 2의 실시예에서, 소기 시일(240)은 베어링(212)에 의해 도입되는 가스를 배기시키는 3 개의 별개의 배기 홈들(240a, 240b 및 240c)을 포함한다. 또한, 추가 실시예에서, 소기 시일(240)은 본 발명의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않는 어떠한 수의 배기 홈들도 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 배기 홈들(240a, 240b 및 240c)은 가변적인 진공의 정도들로 펌프 다운될 수 있으며, 배기 홈(240c)은 진공 챔버(290)의 내부에 대한 그것의 근접성으로 인해 최고 레벨의 진공을 갖는다. 따라서, 소기 시일(240)의 효과는 제 1 구성요소 베어링(212)에 의하여 도입되는 가스를 제거하거나 배기시키고 진공 챔버(290) 내로 상기 가스가 누출되는 것을 방지하거나 최소화시키는 것이다.
도 2에서, 샤프트(206)는 진공 챔버(290)를 통과하며 일반적으로 230으로 도시된 제 2 구성요소는 진공 챔버(290)의 외측에 위치되어 샤프트(206)와 결합되도록 구성된다. 도 2에는 도시되지 않았으나, 제 2 구성요소(230)는 또한 샤프트(206)를 축(294)을 중심으로 회전시키고 샤프트(206)를 축(294)과 평행한 방향으로 구동시키는 1 이상의 액추에이터 및 선형 스테이지들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 로봇(200)은 축(294)을 중심으로 하는 샤프트의 회전, 축(294)과 평행한 샤프트의 움직임, 및 병진운동 축(292)을 따르는 작업물(204)의 움직임을 조합하여 작업물(204)을 3-차원 진공 챔버 내에 위치시킨다.
도 2의 실시예에서, 제 2 구성요소 가스 베어링(232)은 축(294)을 중심으로 하는 회전 및 축(294)을 따르는 움직임 동안 샤프트(206)를 지지한다. 일 실시예에서, 가스 베어링(232)은 샤프트(206)의 주변 표면(206a)을 따라 질소(N2)와 같은 세정 가스를 도입시켜, 샤프트(206)와 가스 베어링(232)의 표면 사이의 갭(도시 안됨)을 형성시킨다.
하지만, 주변 표면(220a)을 따르는 가스의 도입은 진공 챔버(290) 내로 도입되는 가스의 누출을 초래할 수 있다. 이러한 누출을 제거하거나 최소화시키기 위한 일환으로, 소기(또는 디퍼런셜) 시일(236)이 샤프트(220)를 따라 위치되어 제 2 구성요소 가스 베어링(232)에 의하여 도입되는 가스를 배기시킨다. 도 2의 실시예에서, 소기 시일(236)은 제 2 구성요소 가스 베어링(232)과 진공 챔버(290) 사이에 배치되며, 소기 시일(236)의 대칭 축은 축(294)과 평행하게 위치된다. 또한, 소기 시일(236)은 3 개의 개별 배기 홈들(236a, 236b 및 236c)을 포함하며, 이들은 집합적으로 주변 표면(220a) 상에 작용하여 제 2 구성요소 가스 베어링(232)에 의하여 도입되는 가스를 배기시킨다. 그러므로, 소기 시일(236)의 효과는 베어링(232)에 의하여 도입되는 가스를 제거하거나 배기시켜 진공 챔버(290) 내로 가스가 누출되는 것은 방지하는 한편, 축(294)을 중심으로 하는 샤프트(206)의 자유로운 회전 및 축(294)을 따르는 샤프트(206)의 움직임은 허용하는 것이다.
도 2의 실시예에서, 소기 시일(236)[및 소기 시일(240)]은 3 개의 개별 배기 홈들(236a, 236b 및 236c)[및 배기 홈들(240a, 240b 및 240c)]의 관점에서 기술되어 있다. 하지만, 본 발명의 실시예들은 이러한 구조들로만 제한되지 않으며, 추가 실시예에서는 소기 시일(236)이 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 어떠한 수의 배기 홈들도 포함할 수 있다. 또한, 도 2의 실시예에서, 소기 시일(236)은 샤프트(206)의 주변 표면(206a) 상에 작용하도록 구성된다. 추가 실시예에서, 소기 시일(236)은 샤프트(206)의 주변 표면(206a)에 수직한 표면 상에, 또는 본 발명의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않는 당업자가 이해할 수 있는 샤프트(206)의 여하한의 추가적인 표면 상에 작용하도록 배향될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 작업물(204)은 세장형 부재(208)의 움직임을 통해 병진운동 축(292)을 따라 위치된다. 하지만, 본 발명은 단일 세장형 부재를 특징으로 하는 로봇들로만 제한되지 않으며, 도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 2 개의 세장형 부재들을 이용하여 작업물을 위치설정하는 예시적 로봇(300)의 사시도들이다. 도 2를 참조하여 상술된 바와 같이, 로봇(300)은 병진운동 축(392)을 따라 작업물(304)을 위치설정하도록 구성되는 제 1 구성요소(302)를 포함한다. 하지만, 도 3a 및 3b의 실시예에서 로봇(300)은 일반적으로 320으로 나타낸 액추에이터에 의하여 병진운동 축(392)을 따라 각각 구동되는 세장형 부재들(308 및 309)을 포함한다. 세장형 부재들(308 및 309)은 작업물(304)을 지지하는 그리퍼(gripper; 310)에 견고하게 연결된다. 상술된 바와 같이, 예시적 작업물들은 레티클, 기판 또는 웨이퍼와 같은 패터닝 디바이스 및 개구수와 같은 광학-기계식 디바이스를 포함하나, 이들로만 제한되는 것은 아니다.
도 3a의 실시예에서, 액추에이터(320)는 무빙 코일(moving coil) 및 무빙 리드 헤드(moving read head)를 포함하는(그러나 이들로만 제한되는 것은 아닌) 서비스 루프 및 각각의 액추에이터의 변위를 결정하기 위한 절대형 리니어 인코더(absolute linear encoder)를 포함하는 선형 모터이다. 추가 실시예들에서, 액추에이터(320)의 코일 및 리드 헤드는 정치식(stationary)이다. 하지만, 본 발명은 이러한 액추에이터들로만 제한되지 않으며, 추가 실시예에서, 액추에이터(320)는 로터리 모터 또는 당업자가 적절히 인식할 수 있는 여하한의 추가적인 액추에이터에 의해 구동되는 치형 벨트(toothed belt)를 포함할 수 있다.
도 3a에서, 세장형 부재의 움직임은 병진운동 축(392)을 따르는 움직임 동안 세장형 부재의 표면을 따르는 질소(N2)와 같은 가스를 도입시키는 가스 베어링에 의하여 지지된다. 진공 챔버 내로 도입되는 가스의 누출을 방지하기 위하여, 베어링과 진공 챔버 사이에 소기 시일이 위치되어 도입되는 가스를 배기시킨다. 도 3b는 세장형 부재들(308 및 309)과 각각 연관된 가스 베어링 및 그에 대응되는 소기 시일을 예시하고 있는 도 3a의 영역(391)의 확대 사시도이다.
도 3b에서, 제 1 구성요소 가스 베어링(312)은 세장형 부재(308)의 표면 주위에 질소(N2)와 같은 가스를 도입시켜 베어링(312)의 표면과 세장형 부재(308)의 표면 사이에 갭을 형성시킨다. 도 3b에는 도시되지 않았으나, 유사하게-자리한 가스 베어링이 세장형 부재(309)의 표면 주위에 가스를 도입시켜, 베어링의 표면과 세장형 부재(309)의 표면 사이에 갭을 형성시킨다.
베어링(312)에 의하여 진공 챔버(390) 내로 도입되는 가스의 누출을 제거하기 위하여, 베어링(312)과 제 1 구성요소(302)의 벽 사이에, 예를 들어 그리퍼(310)가 세장형 부재들(308 및 308)에 연결되는 곳에 소기 시일(340)이 위치된다. 도 2를 기준으로 상술된 바와 같이, 소기 시일(340)은 3 개의 배기 홈들(340a, 340b 및 340c)을 포함할 수 있으며, 이들 홈들은 각각 그리고 집합적으로 베어링(312)에 의하여 도입되는 가스를 배기시킨다. 도 3b에 도시되지는 않았으나, 세장형 부재(309) 주위에 유사한 소기 시일이 위치되어 그에 대응되는 가스 베어링에 의하여 도입된 가스를 배기시킬 수 있다.
추가 실시예에서, 도 2의 제 1 구성요소 베어링은 탄화수소 윤활제를 갖는 종래의 윤활 베어링들을 포함할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 종래의 윤활 베어링들을 포함하는 이러한 예시적 로봇(400)을 예시하고 있다. 상술된 바와 같이, 제 1 구성요소(402)는 진공 챔버(490) 내에 배치되며, 병진운동 축(492)을 따라 작업물(404)을 위치시키도록 구성된다. 샤프트(406)는 제 1 구성요소(402)를 지지하며, 그 대칭 축(494)이 병진운동 축(492)에 대해 수직하게 구성되도록 제 1 구성요소(402)에 견고하게 연결된다.
제 1 구성요소(402)는 제 1 단부(408a)에서 세장형 부재(408)와 결합되는 액추에이터(420)를 둘러싸고 있다. 세장형 부재(408)의 제 2 단부(408b)는 작업물(404)을 지지하는 그리퍼(410)에 견고하게 연결된다. 도 4의 실시예에서, 액추에이터(420)는 세장형 부재(408)를 병진운동 축(492)을 따라 구동하여, 작업물(404)을 진공 챔버(490) 내에 위치설정한다. 작업물(404)은 레티클을 포함하는(그러나 레티클로만 제한되는 것은 아님) 패터닝 디바이스이거나, 또는 대안적인 실시예에서 작업물(404)은 기판 또는 웨이퍼일 수 있다. 추가 실시예들에서, 작업물(404)은 개구수를 포함하는(그러나 개구수로만 제한되는 것은 아님) 광학-기계식 디바이스일 수 있다.
또한, 제 1 구성요소 베어링(412)은 병진운동 축(492)을 따르는 세장형 부재의 움직임 동안 세장형 부재(408)의 1 이상의 표면을 지지하도록 위치된다. 하지만, 도 2의 실시예와는 대조적으로, 제 1 구성요소 베어링(412)은 윤활 볼 베어링 조립체(lubricated ball bearing assembly)와 같은 탄화수소 윤활제를 활용하는(그러나 이것으로만 제한되지는 않는) 종래의 윤활 베어링이다. 이러한 일 실시예에서, 탄화수소 분자들은 윤활 베어링 조립체로부터 제 1 구성요소(402)의 내부(402a)로 가스방출될 수 있다. 탄화수소 분자들의 이러한 가스방출을 최소화시키기 위한 일환으로, 제 1 구성요소(402)가 시일링되며 내부(402a)는 진공에 가까운 레벨까지 펌프 다운된다. 도 4에서, 내부(402a)는 샤프트(406)의 내부(402b)와 유체 연통되고, 내부(402a)는 내부(406b)를 통해 펌프 다운되며, 이는 비-진공 환경과 유체 연통될 수 있다.
하지만, 이러한 사전대응에도 불구하고, 제 1 구성요소 베어링(412)과 연관된 탄화수소 윤활제가 베어링(412)으로부터 가스방출되며, 특히 세장형 부재(408)가 병진운동 축(492)을 따라 이동할 경우 진공 내의 민감한 광학 구성요소들을 파울링(foul)할 수 있다. 이러한 파울링을 제거하거나 실질적으로 저감시키기 위하여, 베어링(412)으로부터 가스방출되는 탄화수소 분자들을 수취하기(capture) 위한 일환으로 진공 내에서의 움직임 동안 유연한 벨로즈(flexible bellows; 414)들이 세장형 부재(408)를 둘러싼다. 도 4의 실시예에서, 유연한 벨로즈(414)는 제 1 구성요소(402) 및 그리퍼(410) 둘 모두에 시일가능하게 장착되어, 세장형 부재(408)가 제 1 위치로부터 완전하게 세장형이 되는 위치까지 움직이는 동안 유연한 벨로즈(414)들로 둘러싸이도록 한다. 이러한 실시예에서, 유연한 벨로즈(414)는 세장형 부재(408)의 움직임 동안 구성요소 베어링(412)으로부터 가스방출되는 탄화수소 분자들을 수취하여, 가수방출되는 탄화수소 분자들로 인한 민감한 광학 구성요소들의 파울링을 실질적으로 저감시키거나 제거한다.
도 2를 기준으로 상술된 바와 같이, 샤프트(406)는 진공 챔버(490) 및 일반적으로 430으로 도시된 제 2 구성요소를 통과하며, 진공 챔버(490)의 외측에 위치되고 샤프트(406)와 결합되도록 구성된다. 도 4에는 도시되지 않았으나, 제 2 구성요소(430)는 또한 샤프트를 축(494)을 중심으로 회전시키고 축(494)과 평행한 방향으로 축(494)을 따라 샤프트(406)를 구동시키는 1 이상의 액추에이터 및 리니어 스테이지를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 로봇(400)은 축(494)을 중심으로 하는 샤프트의 회전, 축(494)과 평행한 샤프트의 움직임, 및 병진운동 축(492)을 따르는 작업물(404)의 움직임을 조합하여 작업물(404)을 3-차원 진공 챔버 내에 위치시킨다.
도 4에서, 제 2 구성요소 가스 베어링(432)은 축(492)을 중심으로 하는 회전 및 축(492)을 따르는 움직임 동안 샤프트(406)를 지지한다. 일 실시예에서, 가스 베어링(432)은 샤프트(406)의 주변 표면(406a)을 따라 질소(N2)와 같은 세정 가스를 도입시켜, 샤프트(406)와 가스 베어링(432)의 표면 사이의 갭(434)을 형성시킨다.
하지만, 주변 표면(406a)을 따르는 가스의 도입은 진공 챔버(490) 내로 도입되는 가스의 누출을 초래할 수 있다. 이러한 누출을 제거하거나 저감시키기 위한 일환으로, 소기(또는 디퍼런셜) 시일(436)이 샤프트(406)를 따라 위치되어 제 2 구성요소 가스 베어링(432)에 의하여 도입되는 가스를 배기시킨다. 도 4의 실시예에서, 소기 시일(436)은 제 2 구성요소 가스 베어링(432)과 진공 챔버(490) 사이에 배치되며, 소기 시일(436)의 대칭 축은 축(494)과 평행하다. 또한, 소기 시일(436)은 2 개의 개별 배기 홈들(436a 및 436b)을 포함하며, 이들은 집합적으로 주변 표면(406a) 상에 작용하여 제 2 구성요소 가스 베어링(432)에 의하여 도입되는 가스를 배기시킨다. 일 실시예에서, 배기 홈들(436a 및 436b)은, 각각 대기압과 고(hard) 진공 사이의 압력으로 펌프 다운되어 가스 베어링(432)에 의하여 도입되는 가스를 배기시킨다. 추가 실시예에서는, 배기 홈들(436a 및 436b)이 각각 대략 1 mbar 및 1×10-3 mbar까지 펌프 다운될 수 있다. 그러므로, 소기 시일(436)은 베어링(432)에 의하여 도입되는 가스를 제거하거나 배기시키며, 상기 가스가 진공 챔버(490) 내로 누출되는 것을 방지하거나 최소화시킨다.
도 4의 실시예에서, 소기 시일(436)은 2 개의 개별 배기 홈들(436a 및 436b)을 포함한다. 하지만, 본 발명의 실시예들은 이러한 구조들로만 제한되지 않으며, 추가 실시예에서는 소기 시일(436)이 당업자가 인식할 수 있는 어떠한 수의 배기 홈들도 포함할 수 있다. 또한, 도 4의 실시예에서, 소기 시일(436)은 샤프트(420)의 주변 표면(406a) 상에 작용하도록 구성된다. 추가 실시예에서, 소기 시일(436)은 샤프트(406)의 주변 표면(406a)에 수직한 표면 상에, 또는 본 발명의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않는 당업자가 이해할 수 있는 샤프트(206)의 여하한의 추가적인 표면 상에 작용하도록 배향될 수 있다.
도 5a 및 5b는 도 4의 예시적 로봇의 추가적인 특징들을 도시하고 있다. 도 5a 및 5b에서, 제 1 구성요소(502)는 제 1 단부(508a)에서 세장형 부재(508)와 결합되는 액추에이터(520)를 둘러싼다. 세장형 부재(508)의 제 2 단부(508b)는 작업물(504)을 지지하는 그리퍼(510)에 견고하게 연결된다. 제 1 구성요소(502)는 샤프트(506)의 대칭 축(594)이 병진운동 축(592)에 수직하도록 샤프트(506)에 의하여 지지된다. 다양한 실시예들에서, 작업물(504)은 레티클, 웨이퍼 또는 기판과 같은 패터닝 디바이스 또는 개구수와 같은 광학-기계식 디바이스를 포함하여 이루어진다(그러나 포함되는 것들이 이들로 제한되는 것은 아니다).
추가 실시예들에서는 슬라이더(520a)가 공간적으로 옮겨지는(spatially removed) 그리퍼(510)인 세장형 부재(508)를 따르는 어떠한 위치에서도 세장형 부재(508)에 연결될 수 있으나, 도 5a 및 5b에서는 액추에이터(520)가 세장형 부재(508)의 단부(508a)에 견고하게 연결되는 슬라이더(520a)를 포함한다. 슬라이더(520a)는 치형 벨트(520c)의 움직임에 의하여 리니어 가이드(520b)를 따라 구동되며, 나아가 로터리 모터(도시 안됨)에 의하여 구동된다. 또한, 베어링(520d)은 슬라이더(520a)와 리니어 가이드(520b) 사이에 위치되며, 다양한 실시예들에서 베어링(520d)은 윤활 베어링, 가스 베어링, 또는 당업자가 알 수 있는 여하한의 추가 베어링일 수 있다. 리니어 가이드(520b)를 따르는, 세장형 부재(508)에 연결되는 슬라이더(520a)의 움직임은 병진운동 축(592)을 따르는 세장형 부재(508)의 움직임을 유도한다.
도 5a 및 5b에서, 제 1 구성요소 베어링(도시 안됨)은 병진운동 축(592)을 따르는 세장형 부재(508)의 움직임 동안 세장형 부재(508)의 1 이상의 표면을 지지한다. 도 5a의 실시예에서, 제 1 구성요소 베어링은, 볼 베어링 조립체 또는 당업자가 알 수 있는 다수의 추가 윤활 베어링들을 포함하는(그러나 포함되는 것들이 이들로만 제한되는 것은 아님) 탄화수소 윤활제를 활용하는 윤활 베어링이다. 도 4에 대하여 상술된 바와 같이, 유연한 벨로즈(514)는 세장형 부재(508) 및 제 1 구성요소 베어링을 둘러싸며, 이에 의하여 진공 챔버 내로 탄화수소 윤활제가 가스방출되는 것을 제거한다.
도 5a에서, 세장형 부재(508)는 슬라이더(520a)가 리니어 가이드(520b)를 따르는 초기 위치에 자리한 비-활성화(un-actuated) 위치에 배치되어 있다. 이와는 대조적으로, 도 5b는 완전-활성화된 위치에서의 도 5a의 예시적 로봇을 도시하고 있다. 일단 활성화되면, 치형 벨트(520c)가 시계 방향으로 전진하여 리니어 가이드(520b)를 따라 슬라이더(520a)를 구동시키고, 이에 의해 진공 챔버(590) 내에서 세장형 부재(508) 및 작업물(504)이 병진운동 축(592)을 따라 전진한다. 또한, 세장형 부재(508)가 병진운동 축(592)을 따라 전진하면, 벨로즈(514)가 확장되어 제 1 구성요소 베어링(512) 및 세장형 부재(508)에 대한 그것의 둘러싼 상태(enclosure)를 유지하며, 이에 의하여 세장형 부재(508)가 전체 범위에 걸쳐 움직이는 동안 탄화수소 분자들의 가스방출을 실질적으로 저감시키거나 제거한다.
일 실시예에서, 병진운동 축(592)을 따르는 작업물(504)의 최대 변위는 대략 500 mm 내지 830 mm의 범위에 있다. 예를 들어, 개구수와 같은 광학-기계식 디바이스의 최대 변위는 대략 500 mm인 한편, 로봇(500)은 병진운동 축(592)을 따라 대략 600 mm까지 변위되고 레티클은 병진운동 축을 따라 대략 830 mm까지 변위될 수 있다. 추가 실시예들에서는, 작업물의 최대 변위들은 본 발명의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 이러한 예시적 값들을 초과하거나, 또는 대안적으로 이러한 예시적 값들 아래에 속할 수 있다.
도 5a 및 5b의 실시예에서, 액추에이터(520)는 슬라이더(520a)와 결합되어 가이드(520b)를 따라 상기 슬라이더(520a)를 구동하는 치형 벨트(520c)를 포함한다. 하지만, 본 발명은 이러한 액추에이터들로만 제한되지 않는다. 추가 실시예들에서, 세장형 부재(508)는 본 발명의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않고, 도 2를 참조하여 상술된 선형 모터와 같은 다양한 추가 액추에이터들을 이용하여 구동될 수 있다.
상술된 실시예들에서는, 병진운동 축을 따르는 움직임 동안 단일 벨로즈가 단일 세장형 부재를 둘러싼다. 하지만, 본 발명은 이러한 실시예들로만 제한되지는 않으며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 유연한 벨로즈로 둘러싸이는 다수의 세장형 부재들을 이용하여 작업물을 위치설정하는 예시적 로봇(600)의 사시도이다. 도 6에서, 세장형 부재들(608 및 609)은 각각 그리퍼 지지체(611a 및 611b)를 통해 그리퍼(610)에 견고하게 연결된다.
도 6에서, 액추에이터들(620 및 621)은 병진운동 축(692)을 따라 세장형 부재들(608 및 609)을 각각 구동하기 위해 선형 모터들을 활용한다. 예를 들어, 액추에이터(620)의 선형 모터는 리니어 가이드(620b)를 따라 세장형 부재(608)에 연결되는 슬라이더(620a)를 구동한다. 리니어 가이드(620b)를 따르는 슬라이더(620a)의 움직임은 세장형 부재(608)를 병진운동 축(692)을 따라 구동한다. 액추에이터(621)에 의하여 발생되는 세장형 부재(609)의 유사한 움직임과 커플링되는 세장형 부재(608)의 움직임은 진공(도시 안됨) 내에서 병진운동 축(692)을 따라 작업물(604)을 위치설정한다. 제 1 구성요소(602)를 지지하는 샤프트(606)의 대칭 축(694)를 중심으로 하는 제 1 인클로저(602)의 회전 및 상기 대칭 축(694)을 따르는 제 1 구성요소(602)의 움직임과 커플링되는 이 움직임은 로봇(600)으로 하여금 진공 환경 내에서 3 차원을 따라 작업물(604)을 위치설정 할 수 있게 한다.
상술된 바와 같이, 제 1 구성요소 베어링(612 및 613) 각각은 세장형 부재들(608 및 609)의 표면 상에 작용하며, 도 6의 실시예에서 제 1 구성요소 베어링들은 탄화수소 윤활제를 활용하는 윤활 베어링들이다. 이와 같이, 유연한 벨로즈(614 및 615) 각각은 그들의 움직임의 전체 범위에 걸쳐 세장형 부재들(608 및 609)를 둘러싸서, 진공 환경 내로의 탄화수소 분자들의 가스방출을 실질적으로 저감시킨다.
상술된 실시예들에서, 로봇의 제 1 구성요소는 시일링되고, 제 1 구성요소의 내부는 거의 진공 레벨까지 펌프 다운되어 제 1 구성요소의 내부에서 진공 내로 오염물들이 연통되는 것을 실질적으로 저감시킨다. 하지만, 추가 실시예들에서는, 로봇의 제 1 구성요소가 도 7a 및 7b에 예시된 바와 같이 시일링되지 않고 진공 환경에 노출될 수도 있다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 진공 내에 작업물(704)을 위치설정하기 위한 예시적 로봇(700)을 도시하고 있다. 도 7a에서, 로봇(700)은 진공 챔버(790) 내에 위치되고 진공 내에서 병진운동 축(792)을 따라 작업물(704)을 위치시키도록 구성되는 제 1 구성요소(702)를 포함한다. 샤프트(706)는 그것의 대칭 축(794)이 병진운동 축(792)에 대해 수직하도록 제 1 구성요소(702)에 견고하게 연결된다. 또한, 도 7a 및 7b에는 도시되지 않았으나, 로봇(700)은 샤프트(720)와 결합되도록 진공 챔버 외측에 위치되는 제 2 구성요소도 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 구성요소는 축(794)을 중심으로 샤프트(706)를 회전시키고 축(794)과 평행한 방향으로 축(794)을 따라 샤프트(706)를 이동시키기 위한 다수의 추가 액추에이터 및 리니어 스테이지를 포함할 수 있다. 따라서, 로봇(700)은 축(794)을 중심으로 하는 샤프트의 회전, 축(794)과 평행한 샤프트의 움직임, 및 병진운동 축(792)을 따르는 작업물(704)의 움직임을 조합하여 작업물(704)을 3-차원 진공 챔버 내에 위치시킨다.
제 1 구성요소(702)는 제 1 단부(708a)에서 세장형 부재(708)와 결합되는 액추에이터(720)를 하우징한다. 세장형 부재(708)의 제 2 단부(708b)는 작업물(704)을 지지하는 그리퍼(710)에 견고하게 연결된다. 도 7a 및 7b의 실시예에서, 액추에이터(720)는 세장형 부재(708)를 방향(798)으로 병진운동 축(792)을 따라 구동하여, 작업물(704)을 진공 챔버(790) 내에 위치설정한다. 다양한 실시예들에서, 작업물(704)은 레티클, 기판, 또는 웨이퍼와 같은 패터닝 디바이스, 또는 개구수와 같은 광학-기계식 디바이스일 수 있다.
도 7a 및 7b의 실시예에서, 액추에이터(720)는 가스 베어링 웨이(720b)를 따라 구동되며 서비스 루프(720c)를 통해 외부 제어기(도시 안됨)에 연결되는 슬라이더(720a)를 갖는 선형 모터이다. 세장형 부재(708)는 단부(708a)에서 슬라이더(720a)에 부착되며, 이와 같이 가스 베어링 웨이(720b)를 따르는 슬라이더(720a)의 움직임은 세장형 부재(708)를 구동시켜 병진운동 축(792)을 따라 작업물(704)을 위치설정한다. 추가 실시예들에서, 슬라이더(720a)는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 제 2 단부(708b)로부터 공간적으로 옮겨지는 세장형 부재를 따르는 여하한의 위치에서 세장형 부재(708)에 부착된다.
또한, 액추에이터(720)는 가스 베어링 웨이(720b)의 표면 상에 작용하는 가스 베어링(720d)을 포함한다. 일 실시예에서, 가스 베어링(704d)은 가스 베어링 웨이(720b)의 표면을 따라 질소(N2)와 같은 세정 가스를 도입시켜 가스 베어링 웨이(720b)와 가스 베어링(720d) 사이에 갭(도시 안됨)을 형성시킨다. 하지만, 가스 베어링(720d)은 이러한 가스들의 이용으로만 제한되지 않으며, 추가 실시예들에서 가스 베어링(720d)은 당업자들이 알 수 있는 여하한의 적합한 가스를 도입시킬 수 있다. 또한, 액추에이터(720)는 리니어 인코더(720f) 및 리드 헤드(720e)를 포함하며, 이들은 집합적으로 가스 베어링 웨이(720b)를 따르는 슬라이더(720a)의 움직임을 추적한다(trace).
상술된 실시예들과는 달리, 제 1 인클로저(702)는 시일링되지 않으며, 따라서 액추에이터(720)는 진공 챔버의 환경에 노출된다. 가스 베어링(720d)에서 진공 챔버 내로 가스가 누출되는 것을 실질적으로 저감시키기나 제거하기 위하여, 가스 베어링(720d)은 소기 시일들(740과 741) 사이에 배치되며, 상기 소기 시일들 각각은 가이드(720d)를 따라 가스 베어링(720d)에 의하여 도입되는 가스를 배기시킨다. 도 7a에는 도시되지 않았으나, 소기 시일들(740 및 741) 각각은 도 2를 참조하여 상술된 바와 같이 가스 베어링(720d)에 의하여 도입되는 가스를 배기시키기 위하여 다양한 레벨의 진공으로 펌프 다운되는 2 개 이상의 배기 홈들을 특징으로 할 수 있다.
도 7b는 완전-활성화된 구조의 로봇(700)을 개략적으로 도시하고 있다. 도 7b에서, 선형 모터(720)는 도 7a에 도시된 제 1 위치로부터 도 7b에 797로 일반적으로 도시된 완전-활성화된 위치까지 슬라이더(720a)를 구동시키기 위해 활성화된다. 가스 베어링 웨이(720b)를 따르는 슬라이더(720a)의 움직임도 마찬가지로 세장형 부재(708)를 구동시켜 진공 챔버(790) 내에서 병진운동 축(792)을 따라 작업물(704)을 위치설정한다. 도 7a 및 7b의 실시예에서, 793으로 일반적으로 도시된 병진운동 방향으로의 작업물(704)의 변위는 도 2 및 5에 도시된 것들과 같은 시일링된 인클로저들 내에 하우징되는 액추에이터들을 갖는 유사한 로봇들에 의해 달성되는 비교대상의 병진운동 변위들보다 클 수 있다. 세장형 부재(708)의 치수들의 대응되는 증가가 없는 작업물(704)의 이러한 병진운동 변위는 세장형 아암을 지지하는 베어링 구조체들이 제 1 구성요소(702) 내에 완전하게 수용되고 제 1 인클로저(702)에 인접하게 장착되는 소기 시일들 및/또는 벨로즈에 의하여 제한되지 않기 때문에 달성될 수 있다.
도 8은 완전-활성화된 위치에서의 도 7a 및 7b의 예시적 로봇의 사시도이다. 도 8에서, 제 1 구성요소(802)는 진공 챔버(도시 안됨) 내에 배치되고 병진운동 축(892)을 따라 작업물(도시 안됨)을 위치설정하도록 구성된다. 세장형 부재(808)는 작업물을 지지하도록 구성되는 그리퍼(810)에 견고하게 연결된다. 또한, 도 8의 실시예에서, 샤프트(806)는 그것의 대칭 축(894)이 병진운동 축(892)에 대해 수직하도록 제 1 구성요소(802)에 견고하게 연결된다.
상술된 바와 같이, 액추에이터(820)는 진공에 노출된다. 상술된 바와 같이, 액추에이터(820)는 다수의 가스 베어링 웨이들을 따라 슬라이더(도시 안됨)를 전진시키도록 구성되는 선형 모터이며, 가스 베어링 웨이들의 표면(또는 표면들) 상에 작용하도록 슬라이더 가까이에 1 이상의 가스 베어링이 위치된다. 예를 들어, 슬라이더는 가스 베어링 웨이(820b)를 따라 구동되며, 가스 베어링(820d)은 가이드(820b)의 표면을 따라 질소(N2)와 같은 세정 가스를 도입시킬 수 있다. 상술된 바와 같이, 소기 시일들(840 및 841)은 가스 베어링(820d)에 의하여 도입되는 가스를 배기시키기 위하여 가스 베어링(820d)에 인접하게 각각 위치된다. 일 실시예에서, 소기 시일들(840 및 841) 각각은 소기 시일(840)의 배기 홈들(840a 및 820d)과 같은 2 개의 배기 홈들을 포함하며, 이들은 가스 베어링(820d)에 의하여 도입되는 가스를 배기시켜 도입된 가스가 진공 내로 누출되는 것을 실질적으로 저감시킨다.
도 8에 도시된 바와 같이, 액추에이터(820)는 병진운동 축(892)을 따라 세장형 부재(808)를 구동시켜 진공 내에 작업물을 위치설정한다. 도 8에 도시되지는 않았으나, 제 2 구성요소는 축(894)을 중심으로 샤프트(806)를 회전시키고 축(894)과 평행한 방향으로 축(894)을 따라 샤프트(806)를 이동시키기 위한 다수의 추가 액추에이터 및 리니어 스테이지들을 포함할 수 있다.
도 9a 및 9b는, 각각 도 8의 예시적 로봇 내에 포함될 수 있는 슬라이더 및 가이드 조립체(900)의 단면도 및 평면도이다. 도 9a 및 9b의 실시예에서, 슬라이더(902)는 가스 베어링 웨이(904) 부근에 위치되며 도 9의 액추에이터(820)와 같은 액추에이터 조립체에 의하여 가스 베어링 웨이(904)를 따라 구동되도록 구성된다.
추가 실시예들에서는 가스 베어링 웨이(904)가 당업자들이 알 수 있는 어떠한 수의 단면 형상도 가질 수 있으나, 도 9a에서 가이드(904)의 단면 이미지는 등변 사다리꼴, 예를 들어 한 쌍의 마주하는 측들과 교차하는 대칭의 라인을 갖는 사변형을 형성한다. 또한, 도 9a에 도시된 바와 같이, 슬라이더(902)는 가스 베어링 웨이(904)를 둘러싸며, 가스 베어링들(920, 922, 924 및 926)은 각각 가스 베어링 웨이(904)의 표면들 상으로 가스를 도입시키기 위하여 슬라이더(902) 상에 위치된다. 일 실시예에서, 가스 베어링들(920, 922, 924 및 926)은 질소(N2)와 같은 세정 가스를 가스 베어링 웨이(904)의 표면들 상으로 도입시킨다. 하지만, 본 발명은 이러한 가스들로만 제한되지는 않으며, 가스 베어링들(920, 922, 924 및 926)은 당업자들이 알 수 있는 어떠한 수의 가스도 활용할 수 있다.
예를 들어, 도 9a에서 가스 베어링(924)은 그것의 표면이 가스 베어링 웨이(904)의 표면(914)과 평행하도록 위치되며, 표면(914)을 따라 가스를 도입시켜 표면(914)과 가스 베어링(924) 사이에 갭(934)을 설정하도록 구성된다. 이와 유사하게, 가스 베어링(926)의 표면은 가스 베어링 웨이(904)의 표면(916)과 평행하며, 가스 베어링(926)은 표면(916)을 따라 가스를 도입시켜 표면(916)과 가스 베어링(936) 사이에 갭을 설정한다.
가스 베어링들(920 및 922) 각각은 스프링들(920a 및 922a) 상에 로딩되며 가스 베어링들(920 및 922)의 표면이 가스 베어링 웨이(904)의 표면(910)을 따라 각각 가스를 도입시키도록 위치된다. 가스 베어링들(920 및 922)에 의하여 도입되는 가스는 각각 가스 베어링들(930 및 932)의 표면들과 가스 베어링(904)의 표면(910) 사이의 갭들(930 및 932)을 설정한다.
상술된 바와 같이, 가스 베어링들(920, 922, 924 및 926)은 개방형 인클로저 내에 하우징되며, 따라서 진공 챔버의 환경에 노출된다. 이와 같이, 가스 베어링들(920, 922, 924 및 926)로부터의 가스의 누출이 실질적으로 저감되어 진공 챔버 내의 민감한 광학 구성요소들의 파울링을 최소화시켜야 한다. 도 9a에 도시되지는 않았으나, 도 7a 및 7b에 상술된 것들과 같은 소기 시일들은 각각의 가스 베어링들(920, 922, 924 및 926)의 표면 주위의 일 부분 주변에 위치되어 이들 베어링들에 의해 도입된 가스를 배기시키고 진공 챔버 내로 가스가 누출되는 것을 실질적으로 저감시키거나 제거한다.
도 9b는 도 9a에 도시된 예시적 슬라이더 및 가이드 조립체(900)의 평면도이다. 상술된 바와 같이, 슬라이더(902)는 가스 베어링 웨이(904) 부근에 위치되고 가스 베어링 웨이(904)를 따라 구동되도록 구성된다. 일 실시예에서, 가스 베어링들(920, 922, 924 및 926)은 슬라이더(902)의 제 1 에지 가까이에 위치되며, 가스 베어링들(940, 942, 944 및 946)의 추가 세트는 제 1 에지 반대 쪽의 슬라이더(902)의 에지 가까이에 위치된다. 상술된 바와 같이, 가스 베어링 웨이(904)의 단면은 다각형을 형성하며, 가스 베어링들(920, 922, 924 및 926) 및 추가 가스 베어링들(940, 942, 944 및 946)은 도 9a에 대해 상술된 바와 같이 가스 베어링 웨이(904)의 표면 부근에 배열되어 어포징 포스(opposing force)를 제공할 수 있다. 도 9b에 도시되지는 않았으나, 도 7a 및 7b에 상술된 것들과 같은 소기 시일들이 각각의 가스 베어링들(920, 922, 924 및 926) 및 각각의 추가 가스 베어링들(940, 942, 944 및 946) 표면 주위 일 부분 부근에 위치되어 이들 베어링들에 의해 도입된 가스를 배기시키고 진공 챔버 내로 가스가 누출되는 것을 실질적으로 저감시키거나 제거할 수 있다.
도 9c 및 9d는 도 9a 및 9b의 예시적 슬라이더 및 가이드 조립체 내에 포함될 수 있는 리니어 가스 베어링의 단면도 및 평면도이다. 도 9c에서, 가스 베어링(960)은 그것의 표면(961)이 도 9a의 가스 베어링 웨이(904)와 같은 가스 베어링 웨이의 표면(914)과 평행하도록 위치된다. 질소(N2)와 같은 세정 가스는 가스 베어링(960)의 중심 포트(962)를 통해 도입되며, 도입된 가스는 표면(961)과 표면(914) 사이의 경로들(996a 및 996b)을 따라 이동하여, 상기 표면들 961과 914 사이에 갭(934)을 설정한다. 도 9d에 도시된 일 실시예에서, 가스는 중심 포트(962)를 통해 유동하며, 표면(961)에 형성된 1 이상의 분배 홈들(distribution grooves)을 통해 표면(961)을 따라 분배된다.
상술된 바와 같이, 가스 베어링(960)은 진공 환경에 노출되며, 이와 같이 970으로 일반적으로 도시된 소기 시일은 베어링(960)에 의하여 도입되는 가스를 배기시켜 진공 환경 내로 가스가 누출되는 것을 실질적으로 저감시키거나 제거하도록 구성된다. 도 9c에서, 소기 시일(970)은 표면(961)에 형성되며 표면(961) 주위를 따라 위치되는 환형 배기 홈(972)을 포함한다. 또한, 소기 시일(970)은 배기 홈(972)과 유체 연통하며 배기 홈(472)을 높은 레벨의 진공(예를 들어 1 mbar 내지 1×10-3 mbar 사이의 값)으로 펌프 다운하도록 구성되는 진공 포트(974)를 포함한다.
도 9c의 실시예에서, 중심 포트(962)를 통해 도입되는 가스는 중심 포트(962)로부터 경로들(996a 및 996b)을 따라 가스 베어링(960)의 에지들(960a 및 960b)을 향해 이동한다. 배기 홈(972)은 진공 포트(974)를 통해 높은 레벨의 진공으로 펌프 다운되며, 중심 포트(962)를 통해 도입된 가스는 순차적으로 홈(972)을 통해 그리고 배기 포트(974)를 통해 베어링(960)으로부터 배기되어 진공 환경 내로 가스가 누출되는 것을 제거하거나 실질적으로 저감시킨다.
도 9d는 도 9c에 도시된 가스 베어링(960) 표면(961)의 평면도이다. 도 9d에서, 가스 베어링(964)의 표면(461)은 에지들(960a, 960b, 960c 및 960d)에 의하여 형성되는 주위를 갖는 직사각형 풋프린트(footprint)를 갖는다. 중심 포트(962)는 베어링(960)을 관통하며 분배 홈들(964a, 964b, 964c 및 964d)과 유체 연통된다. 이들 홈들은 표면(961)을 따라 중심 포트(962)를 통해 도입되는 가스를 분배하여, 도 9c에 도시된 바와 같이 가스 베어링 웨이의 표면과 표면(961) 사이에 갭을 설정한다.
도 9d의 실시예에서, 분배 홈들(964a, 964b, 964c 및 964d) 각각은 중심 포트(962)에서 시작되며 중심 포트(962)로부터 가스 베어링(964)의 에지들을 향해 방사상으로 구성된다. 하지만, 추가 실시예들에서, 베어링(960)의 표면(961)은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 중심 포트(962)와 유체 연통되는 어떠한 수나 구성의 분배 홈들도 포함할 수 있다.
상술된 바와 같이, 배기 홈(972)은 에지들(960a, 960b, 960c 및 960d)에 의하여 형성되는 표면(961)의 주위를 따라 위치되며, 배기 홈(972)은 진공 포트(974)와 유체 연통되는 회로를 형성한다. 높은 레벨의 진공으로 배기 홈(972)을 펌프 다운할 때, 베어링(960)의 중심 포트(962)를 통해 도입되는 가스는 홈(972) 및 진공 포트(974)를 통해 배기된다.
도 9c 및 9d의 실시예들에서, 가스 베어링(960)은 에지들(960a, 960b, 960c 및 960d)에 의하여 형성되는 직사각형 풋프린트를 갖는 리니어 베어링이다. 하지만, 가스 베어링(960)은 이러한 베어링으로만 제한되지는 않으며, 추가 실시예들에서 가스 베어링(960)은 원형 풋프린트, 타원형 풋프린트, 다각형 풋프린트, 또는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으며 당업자들이 알 수 있는 여하한의 추가적인 풋프린트를 갖는 리니어 베어링일 수 있다.
또한, 도 9c 및 9d에서, 배기 홈(972)은 에지들(960a, 960b, 960c 및 960d) 가까이에 배치된다. 하지만, 추가 실시예에서, 배기 홈(972)은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는, 분배 홈들(964a, 964b, 964c 및 964d) 및 중심 포트(962)를 둘러싸는 완전한 회로를 형성하는 어떠한 구조로도 위치될 수 있다. 또한, 추가 실시예에서, 배기 홈(972)은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는, 분배 홈들(964a, 964b, 964c 및 964d) 및 중심 포트(962)를 둘러싸는 원형, 타원형 또는 다각형 회로를 형성할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 내에 작업물을 위치시키기 위한 예시적 로봇 내에 포함되는 직사각형 가스 베어링 조립체(1000)의 사시도이다. 도 10의 실시예에서, 조립체(1000)는 전체 또는 부분적으로 진공 챔버 내에 위치되는 도 4의 제 1 구성요소(402) 및 도 2의 제 1 구성요소(202)와 같은 시일링된 인클로저(도시 안됨) 내에 배치된다.
도 10에서, 가스 베어링 스테이지(1002)는 세장형 부재들(1008 및 1009)이 그들의 각각의 제 1 단부에서 부착되는 캐리지(carriage; 1004)를 지지한다. 예를 들어, 세장형 부재(1008)의 제 1 단부(1008a)는 캐리지(1004)에 견고하게 연결된다. 도 10의 실시예에서, 리니어 모터는 베어링 웨이(1002)를 따라 캐리지(1004)를 구동하여 세장형 부재들(1008 및 1009)을 병진운동 축(1092)을 따라 구동시킨다. 이러한 움직임을 제공하기 위하여, 모터 권선(1020a)이 캐리지(1004)에 고정되며, 외부 제어기(도시 안됨)에 의한 활성화 시 모터 권선(1020a)은 자기 가이드(magnetic guide; 1020b)를 따라 구동되어 캐리지(1004) 및 세장형 부재들을 병진운동 축(1092)을 따라 구동시킨다. 일 실시예에서, 자기 가이드(1020b)는 에어-코일 브러시리스 DC 선형 모터(air-coil brushless DC linear motor)의 영구 자석 U-채널일 수 있다. 세장형 부재들의 각각의 제 2 단부들이 작업물을 지지하는 그리퍼에 견고하게 부착되면, 병진운동 축(1092)을 따르는 세장형 부재들, 예를 들어 세장형 부재(1008)의 움직임은 도 2 및 4를 참조하여 상술된 바와 같이 진공 내에 작업물을 위치설정한다. 또한, 베어링 스테이지(1002)를 따르는 캐리지(1004)의 위치는 캐리지(1004)에 고정되는 리드 헤드(1020f) 및 리니어 인코더(1020e)에 의하여 모니터링된다. 다양한 실시예들에서, 리니어 인코더(1020e)는 절대형 인코더 또는 증가형(incremental) 인코더일 수 있으며, 리드 헤드(1020f)는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는, 자기 리드 헤드 또는 광학 리드 헤드일 수 있다.
가스 베어링 스테이지(1002)는 질소(N2)와 같은 세정 가스를 캐리지(1004)의 표면 상으로 도입시켜, 베어링 스테이지(1002)와 캐리지(1004) 사이에 갭(도시 안됨)을 설정한다. 도 10의 실시예에서, 베어링 스테이지(1002)를 따라 도입되는 가스는 시일링된 인클로저의 환경 내로 방출된다. 세장형 부재들(1008 및 1009)이 인클로저를 통과하는 지점들로부터 도입된 가스의 누출을 제거하기 위하여, 소기 시일들(1040 및 1041) 각각은 세장형 부재들(1008 및 1009) 부근에 위치되며 세장형 부재들(1008 및 1009) 각각이 인클로저를 통과하는 지점에서 상기 인클로저의 벽에 고정된다.
예를 들어, 소기 시일(1040)은 도 2를 참조하여 상술된 바와 같이 세장형 부재(1008)의 표면 상에 작용하도록 배향되며, 소기 시일(1040)은 세장형 부재(1008)가 인클로저를 통과하는 지점에서 인클로저(도시 안됨)의 벽에 고정된다. 도 10의 실시예에서, 소기 시일들(1040 및 1041)은 그리퍼 및 작업물의 부하를 지지하지 않지만, 그 대신 각각의 세장형 부재의 표면들 위에서 부유한다(float). 또한, 도 2를 참조하여 상술된 바와 같이, 소기 시일들(1040 및 1041)은 베어링 스테이지(1002)에 의해 인클로저 내로 도입되는 가스를 배기시키기 위하여 어떠한 수의 배기 홈들도 포함할 수 있다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 내에 작업물을 위치시키는 예시적 로봇의 하부(1100)를 나타내고 있다. 하부(1100)는 도 2의 제 1 구성요소(202)와 같은 로봇의 제 1 구성요소를 지지하는 샤프트(1106)와 결합된다. 도 11a 및 11b의 실시예에서, 하부(1100)는 제 1 가스 베어링(1132) 및 제 2 가스 베어링(1133)을 포함하며, 이들은 집합적으로 샤프트(1106)의 주변 표면(1106a)을 따라 가스를 도입시켜 각각 제 1 및 제 2 가스 베어링들(1132 및 1133)의 표면과 주변 표면(1106a) 사이에 갭(1134)을 조성한다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 가스 베어링들(1132 및 1133)은 주변 표면(1106a)을 따라 질소(N2)와 같은 세정 가스를 도입시킬 수 있다. 하지만, 추가 실시예들에서 제 1 및 제 2 가스 베어링들(1132 및 1133)은 당업자들이 알 수 있는 어떠한 수의 추가적 또는 대안적 세정 또는 귀(noble) 가스들도 활용할 수 있다.
상술된 바와 같이, 소기 시일(1136)은 가스 베어링들(1132 및 1133)과 진공 챔버(도시 안됨)의 벽 사이에 위치되며, 소기 시일(1136)의 대칭 축은 샤프트(1106)의 대칭 축(1194)과 평행하게 배향된다. 도 11a 및 11b의 실시예에서, 소기 시일(1136)은 제 1 배기 홈(1136a) 및 제 2 배기 홈(1136b)을 포함하며, 이들은 집합적으로 그리고 각각 제 1 및 제 2 가스 베어링(1132 및 1133)에 의하여 도입된 가스를 배기시킨다. 예를 들어, 제 1 배기 홈(1136a)은 가스를 배기하기 위하여 대략 1 mbar의 압력까지 펌프 다운되고, 제 2 배기 홈(1136b)은 추가적인 가스를 배기하기 위하여 대략 1×10-3 mbar의 압력까지 펌프 다운되어, 도입된 가스가 진공 챔버 내로 누출되는 것을 제거하거나 실질적으로 저감시킨다.
또한, 샤프트(1106)는 도 4의 제 1 구성요소(402)의 내부(402a)와 같은 로봇의 제 1 구성요소의 내부와 유체 연통되는, 도 4의 부분(406a)과 같은 중공부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 포트(1135)는 시일링된 인클로저의 내부를 거의 진공 조건들까지 펌프 다운하는 데 이용되어, 도 4를 기준으로 설명된 바와 같이 인클로저 내에 배치되는 구성요소들로부터의 가스 방출을 실질적으로 저감시킨다.
도 11a 및 11b에서, 모터(1140)는 샤프트(1106)와 결합되고, 외부 제어기(도시 안됨)에 의하여 활성화될 때 샤프트(1106)를 축(1194)을 중심으로 회전시켜 로봇의 제 1 구성요소를 회전시킨다. 도 11a 및 11b의 실시예에서, 제 1 및 제 2 가스 베어링들(1132 및 1133)은 샤프트(1106)가 축(1194)을 중심으로 회전할 때 샤프트(1106)에 대한 회전방향의 지지를 제공한다. 또한, 도 11a에서 스러스트 베어링(1160)은 축(1194)을 중심으로 하는 움직임 동안 축방향으로 샤프트(1106)를 지지한다. 도 11a에 도시된 일 실시예에서, 스러스트 베어링(1160)은 샤프트(1106)의 주변 표면(1106a)에 대해 수직하게 배치되는 베어링 플레이트(1162)의 표면을 따라 가스를 도입시키는 가스 베어링이다. 또한, 샤프트(1106)의 회전 움직임은 외부 제어기에 연결되는 절대형 인코더(1142)에 의하여 추적된다.
도 11a의 실시예에서, 하부(1100)는 리니어-구동(linear-driven) 스테이지(1150)를 이용하여 축(1194)과 평행한 방향으로 샤프트(1106) 및 샤프트(1106)에 연결되는 로봇의 제 1 부분을 위치설정한다. 리니어-구동 스테이지(1150)는 소기 시일(1136)과 제 1 및 제 2 가스 베어링을 하우징하는 하부(1100)에 견고하게 연결되는 고정부(1152), 절대형 인코더(도시 안됨), 및 강성 연결부(1156)를 통해 모터(1140) 및 베어링(1160)에 견고하게 연결되는 가동부(1154)를 포함한다.
추가 실시예에서, 스러스트 베어링(1160)는 윤활 볼 베어링 또는 윤활 니들(needle) 베어링을 포함하는(그러나 포함되는 것들이 이들로만 제한되는 것은 아님) 종래의 윤활 로터리 베어링을 포함할 수 있다. 도 11b에 도시된 이러한 실시예에서, 윤활 로터리 베어링(1161)은 축(1194)을 중심으로 하는 움직임 동안 샤프트(1106)를 축방향으로 지지하며, 가동부(1154)는 유연한 연결부(1157)를 통해 모터(1140) 및 로터리 베어링(1161)에 유연하게 연결된다. 일 실시예에서, 유연한 연결부(1157)는 도 2의 병진운동 축(292)과 같은 병진운동 축 및 축(1194)을 따르는 이동을 위한 특수한 요건들뿐만 아니라 이들 축들을 따르는 인장력 및/또는 압축력을 충족시킨다. 도 11a에 상술된 바와 같이, 하부(1100)는 리니어-구동 스테이지(1150)를 이용하여 샤프트(1106) 및 샤프트(1106)에 연결되는 로봇의 제 1 부분을 위치설정한다.
외부 제어기에 응답하여, 도 11a 및 11b에 도시된 리니어 스테이지(1150)는 축(1194)과 평행한 방향으로 가동부(1154)를 활성화시키고 변위시켜, 진공 내에서 샤프트(1106) 및 제 1 구성요소를 변위시킨다. 일 실시예에서, 최대 변위는 대략 20 mm와 대략 75 mm 사이의 범위에 있을 수 있다. 추가 실시예에서, 최대 변위는 본 발명의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 초과되거나, 또는 대안적으로 이러한 예시적인 값들 아래에 속할 수 있다. 따라서, 리니어 스테이지(1150)는 모터(1140)와 연계하여 로봇으로 하여금, 진공 내에서 3차원으로, 예를 들어 축(1194)을 중심으로 하는 회전 움직임, 축(1194)과 평행한 축방향 움직임, 및 도 2의 축(292)과 같은 병진운동 축을 따른는 병진 방향의 움직임으로 작업물을 위치시킬 수 있게 한다.
상술된 실시예들에서, 세장형 부재 또는 샤프트의 표면을 따라 가스 베어링에 의해 도입되는 가스는 세장형 부재 또는 샤프트의 주변 표면 상에 작용하도록 배향되는 소기 시일들을 통해 배기된다. 예를 들어, 도 11a 및 11b의 소기 시일(1136)은 제 1 및 제 2 가스 베어링들(1132 및 1133)이 가스를 도입시키는 샤프트(1106)의 주변 표면 상에 작용한다. 하지만, 본 발명은 이러한 소기 시일들로만 제한되지는 않으며, 도 13에 도시된 것들과 유사한 추가 실시예에서 소기 시일은 샤프트의 주변 표면에 대해 수직한 표면 상에 작용하도록, 따라서 샤프트의 대칭 축에 대해 수직한 표면 상에 작용하도록 위치될 수 있다.
또한, 상술된 실시예들에서, 작업물은 작업물을 지지하는 세장형 부재의 움직임에 의해 병진운동 축을 따라 진공 내에 위치된다. 하지만, 본 발명은 이러한 움직임으로만 제한되지는 않으며, 추가 실시예들에서 작업물은 도 12에 기술된 바와 같이 병진운동 축을 포함하는 평면 내의 지점들에서 병진운동 축만을 따르지 않고 진공 내에 위치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 진공 내에 가공물을 위치설정하는 로봇의 예시적 제 1 구성요소(1200)를 도시하고 있다. 도 12는 조인트(1220)를 통해 제 1 아암(1204)에 연결되는 액추에이터(1202)를 포함한다. 도 12에서, 액추에이터(1202)는 조인트(1220)의 축(1222)을 중심으로 제 1 아암(1204)을 회전시키도록 구성된다. 제 2 조인트(1230)는 제 1 아암(1204)을 제 2 아암(1206)에 연결시켜, 조인트(1230)의 축(1232)을 중심으로 하는 제 1 아암(1202)에 대한 제 2 아암(1204)의 회전을 가능하게 한다. 또한, 제 3 조인트(1240)는 제 2 아압(1204)을 그리퍼(1208)와 연결시켜, 조인트(1240)의 축(1242)을 중심으로 하는 제 2 아암(1204)과 그리퍼(1206)의 상대적인 회전 움직임을 가능하게 한다. 도 2에 도시되지는 않았으나, 그리퍼(1206)는 레티클이나, 기판이나 또는 웨이퍼, 및 개구수와 같은 광학-기계식 디바이스를 포함하여(그러나 포함되는 것들이 이들로만 제한되는 것은 아님) 작업물을 지지할 수 있다. 또한, 도 12에 도시되지는 않았으나, 제 1 구성요소(1200)는 전체 또는 부분적으로 도 2의 진공 챔버(290)와 같은 진공 챔버 내에 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 아암(1204) 및 제 2 아암(1206)에는 액추에이터(1202)에 응답하여 제 2 아암에 대한 제 1 아암의 회전 및 대안적 또는 추가적으로 그리퍼에 대한 제 2 아암의 회전을 구동하는 각각의 내부 액추에이션 조립체들이 제공된다. 예를 들어, 제 1 아암(1204) 내의 벨트 조립체는 액추에이터(1202)의 샤프트에 의해 구동될 수 있으며 제 1 아암(1204)의 회전에 대해 축(1222)을 중심으로 하여 제 2 아암(1206)을 회전시킬 수 있다. 또한, 예를 들어, 제 2 아암(1206) 내의 벨트 조립체는 제 1 아암(1202) 및 제 2 아암(1204)의 회전에 대해 축(1242)을 중심으로 그리퍼(1206)를 회전시킬 수 있다. 이와 같이, 축(1222)을 중심으로 하는 제 1 아암(1204)의 회전 움직임, 축(1232)을 중심으로 하는 제 2 아암(1204)의 상대적인 회전 움직임, 및 그리퍼(1206)의 상대적인 회전 움직임은 집합적으로 조합되어 축들(1222, 1232, 1242)에 상호 수직한 평면을 따라 진공 챔버 내에 작업물을 위치시킨다.
도 12에 도시되지는 않은 추가 실시예에서, 제 1 구성요소(1200)는 축들(1222, 1232, 1242)과 평행한 대칭 축을 갖는 샤프트에 의해 지지될 수 있다. 이러한 샤프트는 대칭 축을 중심으로 샤프트 및 제 1 구성요소(1200)를 회전시킬 수 있고 상기 대칭 축과 평행한 방향으로 샤프트 및 제 1 구성요소(1200)를 구동시킬 수 있는, 도 2 의 제 2 구성요소와 같은 제 2 구성요소에 의해 결합될 수 있다.
도 13은 도 12의 로봇의 조인트들에 포함되는 예시적 소기 시일(1300)을 예시하고 있다. 일 실시예에서, 조인트들(1220, 1230 및 1240) 각각은 진공 챔버의 환경에 노출된다. 이와 같이, 도 4를 기준으로 상술된 것들과 같은 종래의 윤활 베어링들은 윤활 베어링이 진공 환경 내로 탄화수소 분자들을 가스방출하여 민감한 광학 기구를 파울링하기 때문에 이들 조인트들에서의 사용이 허용될 수 없다. 또한, 종래의 가스 베어링들은 이러한 상황들 하에서 진공 환경 내로 가스를 누출시키고 도입시켜, 또한 민감한 광학 기구를 손상시킬 수 있다.
도 13에서, 도 12의 제 1 아암(1204)과 같은 제 1 구성요소(1302)는 도 2의 제 2 아암(1206)과 같은 제 2 구성요소(1312)와 평행한 평면 상에 구성된다. 제 1 구성요소(1302)는 샤프트(1320)를 통해 제 2 구성요소(1312)에 결합되어, 구성요소들 간에 조인트(1330)를 형성하며, 상기 구성요소들은 샤프트(1320)에 대해 서로에 대한 그들의 회전을 가능하게 한다. 도 13의 실시예에서, 제 1 구성요소(1302)는 샤프트(1320)에 대해 장착되고 제 1 벨트(1306)에 의하여 구동되는 제 1 풀리(1304)를 하우징한다. 풀리(1306)의 회전 움직임은 샤프트(1320)에 적용되며, 따라서 풀리의 회전 움직임은 샤프트(1320)를 통해 제 2 구성요소(1312) 내에 하우징되는 제 2 풀리(1314)로 전달된다. 도 13의 실시예에서, 제 2 풀리(1314)는 장착 샤프트(1315)를 통해 샤프트(1320)에 고정된다. 또한, 제 2 벨트(1316)는 제 2 풀리(1314)의 회전 움직임을 추가 구성요소(도시 안됨)로 전달할 수 있다. 이와 같이, 제 1 구성요소(1302) 및 제 2 구성요소(1312) 내에서의 풀리들의 움직임은 샤프트(1320)에 대한 제 1 구성요소와 제 2 구성요소 간의 상대적인 회전 움직임을 유도한다.
도 13에서, 회전 베어링들(1308)의 세트는 제 1 풀리(1304)의 회전 움직임을 지지하고, 회전 베어링들(1318)의 유사한 세트는 제 2 풀리(1314)의 회전 움직임을 지지한다. 다양한 실시예들에서, 회전 베어링들(1308 및 1318)은 구성요소의 내부로 탄화수소 분자들을 가스방출하는 종래의 윤활 베어링들이거나, 또는 대안적으로 구성요소의 내부로 질소(N2)와 같은 세정 가스를 누출시킬 수 있는 가스 베어링들일 수 있다. 이와 같이, 각각의 구성요소들의 내부들이 진공에 가까운 조건까지 펌프 다운되는 경우에도, 탄화수소 분자들 또는 윤활 가스는 이러한 구성요소들로부터 진공 분위기 내로 누출되어 민감한 광학 기구를 손상시킬 수 있다.
그러므로, 제 1 구성요소(1302)와 제 2 구성요소(1312) 상이에 소기 시일(1300)이 위치되어, 샤프트(1320)에 대한 제 1 구성요소(1302)와 제 2 구성요소(1304) 각각의 회전을 원활히 하는 한편, 제 1 구성요소(1302) 및 제 2 구성요소(1304)의 내부들로부터 누출되는 탄화수소 분자들 또는 가스방출되는 윤활 가스를 배기시킨다. 도 13의 실시예에서, 소기 시일(1300)의 대칭 축(1394)은 도 13에 도시된 바와 같이 샤프트(1320)이 대칭 축과 평행하게 위치된다. 이와 같이, 표면 소기 시일(1300)은, 예를 들어 도 2에서 상술된 바와 같이 샤프트의 주변 표면 상에 작용하지 않고 축(1394)에 대해 상호 수직한 제 1 구성요소와 제 2 구성요소(1302 및 1312)의 표면들 상에 작용한다.
소기 시일(1300)은 제 2 구성요소(1312)의 표면(1322) 가까이에 위치되는 제 1 시일 플레이트(1310), 제 1 구성요소(1302)의 표면(1324) 상에 배치되는 제 2 시일 플레이트(1318), 및 제 1 시일 플레이트(1310)와 제 2 시일 플레이트(1318) 모두에 견고하게 부착되는 유연한 벨로즈(1330)를 포함한다. 제 1 시일 플레이트(1310)는 유동 채널(1314) 및 펌프 채널(1312)을 더 포함한다.
도 13의 실시예에서는, 질소(N2)와 같은 가스가 대기압에 가깝게 유동 채널(1314) 내로 도입되어 제 1 시일 플레이트(1310)의 표면과 표면(1322) 사이에 갭(1350)을 설정한다. 순차적으로, 도입된 가스는 펌프 채널(1312)을 통해 비-진공 환경으로 배기된다. 표면(1322)과 제 1 시일 플레이트(1310) 간의 점성 층의 발생은 도입된 가스가 진공 환경 내로 누출되는 것을 최소화시킨다. 일 실시예에서, 가스는 500 mbar의 압력으로 유동 채널(1314)로 들어가며 펌프 채널(1312)을 통해 26 mbar의 압력으로 비-진공 환경으로 배기되어 갭(1350)을 위해 대략 20 미크론의 갭 두께를 유도한다.
다양한 실시예들에서, 샤프트(1320)의 축(1394)에 대해 수직한 표면(1322) 상에 작용하도록 하기 위한 소기 시일(1300)의 배향은 샤프트의 주변 표면 상에 작용하는 도 11의 실시예들에 도시된 소기 시일들에 비해 우수한 장점들을 제공한다. 샤프트(1320)에 대해 수직한 표면 상에서 작동함으로써, 소기 시일(1300)은 실질적으로 보다 큰 표면적 상에서 작용하여, 시일의 효과를 증대시키고 샤프트의 주변 표면 상에 작용하도록 배향된 소기 시일들에서 달성될 수 있는 압력들[예를 들어 도 11에서 배기 홈들(1136a 및 1136b) 각각에 대해 대략 1 mbar 및 1×10-3 mbar]보다 큰 펌프 채널 압력들[예를 들어, 도 13의 펌프 채널(1312)에서는 대략 26 mbar]을 가능하게 한다.
상술된 실시예들에서, 가스 베어링들 및 소기 시일들은 샤프트들의 주변 표면들, 샤프트들의 표면들에 대해 수직한 표면들, 및 세장형 부재들의 표면들을 포함하는(그러나 포함되는 것들이 이들로만 제한되는 것은 아님) 표면들을 따라 질소(N2)와 같은 세정 가스를 도입시킨다. 하지만, 본 발명은 윤활 가스로서 질소(N2)만 이용하는 것은 아니다. 추가 실시예들에서, 본 발명의 가스 베어링들 및 소기 시일들은 본 발명의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않으며 당업자들이 알 수 있는 적합한 어떠한 수의 세정 가스도 활용할 수 있다.
광학 리소그래피와 관련된 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 상술하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 전후 관계에 따라 광학 리소그래피로만 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그들의 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트를 벗어나 이동하며, 레지스트가 경화된 후에는 그 안에 패턴이 남게 된다.
결론
본 발명의 다양한 실시예들이 상술되었으나, 그들은 예시에 지나지 않으며 제한하려는 것이 아니라는 점을 이해하여야 한다. 당업자라면, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 형태 및 세부요소에 있어서의 다양한 변경들이 가해질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 폭과 범위는 상술된 예시적 실시예들에 의해서 제한되는 것이 아니라, 후속 청구범위 및 그들의 등가적 사상에 따라서만 정의되어야 한다.
해결하려는 과제와 요약 부분이 아닌, 발명을 실시하기 위한 구체적 내용 부분은 청구범위를 설명하는 데 이용된다는 것을 이해하여야 한다. 해결하려는 과제 및 요약 부분은 본 발명자(들)이 고려한 본 발명의 예시적 실시예들 중 1 이상을 기술하고 있으나 그들 모두를 개시하고 있지는 않으며, 따라서 어떠한 방식으로든 본 발명과 후속 청구 범위를 제한하려는 것이 아니다.

Claims (28)

  1. 진공 내에 작업물(workpiece)을 위치설정하기 위한 로봇으로서,
    적어도 부분적으로 진공 챔버 내에 배치되고 병진운동 축을 따라 작업물을 위치설정하도록 구성되는 제 1 구성요소 - 상기 작업물은 상기 진공 내에 배치됨 - ;
    상기 제 1 구성요소를 지지하도록 구성되는 샤프트 - 상기 샤프트의 대칭 축은 상기 병진운동 축에 대해 수직하게 이루어짐 - ; 및
    상기 진공 챔버의 외측에 위치되며, (i) 상기 샤프트를 상기 대칭 축을 중심으로 회전시키고 (i) 상기 대칭 축과 평행한 방향으로 상기 샤프트를 이동시키도록 구성되는 제 2 구성요소를 포함하며,
    상기 제 2 구성요소는,
    상기 샤프트의 주변 표면을 따라 가스를 도입시키도록 구성되는 제 2 구성요소 가스 베어링; 및
    상기 제 2 구성요소 가스 베어링에 의하여 도입되는 가스를 배기시키도록 구성되는 소기 시일(scavenging seal)을 포함하는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소는,
    상기 작업물을 제 1 단부 상에서 지지하도록 구성되는 세장형(elongated) 부재;
    상기 작업물을 위치설정하기 위하여 상기 병진운동 축을 따라 상기 세장형 부재를 구동하도록 구성되는 액추에이터; 및
    상기 병진운동 축을 따른 이동 동안 상기 세장형 부재의 표면 상에 작용하도록 구성되는 제 1 구성요소 베어링을 포함하는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 제 1 단부로부터 공간적으로 옮겨지는(spatially removed) 위치에서 상기 세장형 부재와 결합되도록 구성되는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소 베어링은 상기 세장형 부재의 표면을 따라 가스를 도입시키도록 구성되는 가스 베어링인 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소는 상기 가스 베어링에 의하여 도입되는 가스를 배기시키도록 구성되는 소기 시일을 더 포함하는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소는 제 1 소기 시일 및 제 2 소기 시일을 더 포함하며,
    상기 제 1 소기 시일 및 상기 제 2 소기 시일은 상기 가스 베어링에 의하여 도입되는 가스를 배기시키기 위하여 상기 가스 베어링의 반대쪽 측들 상에 각각 위치되는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소 베어링은 윤활 베어링(lubricated bearing)인 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소는 상기 진공 챔버 내로의 상기 윤활 베어링의 가스방출(out-gassing)을 실질적으로 저감시키기 위하여 상기 세장형 부재를 둘러싸는 유연한 벨로즈(flexible bellows)를 더 포함하는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터 및 상기 제 1 구성요소 베어링은 시일링된 인클로저(sealed enclosure) 내에 배치되며;
    상기 시일링된 인클로저는 상기 진공 챔버 내로의 가스방출을 실질적으로 저감시키기 위하여 펌프 다운되는(pumped down) 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 소기 시일의 대칭 축은 상기 샤프트의 대칭 축과 평행하게 위치되며;
    상기 소기 시일은 상기 제 2 구성요소 가스 베어링과 상기 진공 챔버 사이에 배치되는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 소기 시일은 상기 샤프트의 주변 표면 상에 작용하도록 구성되는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 소기 시일은 상기 샤프트의 표면에 대해 수직한 표면 상에 작용하도록 구성되는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물은 웨이퍼나, 레티클이나 또는 광학-기계식 디바이스(opto-mechanical device) 중 하나를 포함하여 이루어지는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광학-기계식 디바이스는 개구수(numerical aperture)를 포함하여 이루어지는 진공 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇.
  15. 리소그래피 장치로서,
    방사선 빔을 생성하도록 구성되는 조명 시스템;
    진공 챔버 내에 배치되고 상기 방사선 빔을 패터닝하도록 구성되는 패터닝 디바이스;
    상기 진공 챔버 내에서 패터닝된 방사선 빔을 기판의 타겟부 상으로 투영하도록 구성되는 투영 시스템; 및
    상기 진공 챔버 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇을 포함하며,
    상기 진공 챔버 내에 작업물을 위치설정하기 위한 로봇은,
    적어도 부분적으로 상기 진공 챔버 내에 배치되고 병진운동 축을 따라 상기 작업물을 위치설정하도록 구성되는 제 1 구성요소 - 상기 작업물은 상기 진공 챔버 내에 배치됨 - ;
    상기 제 1 구성요소를 지지하도록 구성되는 샤프트 - 상기 샤프트의 대칭 축은 상기 병진운동 축에 대해 수직하게 이루어짐 - ; 및
    상기 진공 챔버의 외측에 위치되며, (i) 상기 샤프트를 상기 대칭 축을 중심으로 회전시키고 (i) 상기 대칭 축과 평행한 방향으로 상기 샤프트를 이동시키도록 구성되는 제 2 구성요소를 포함하며,
    상기 제 2 구성요소는,
    상기 샤프트의 주변 표면을 따라 가스를 도입시키도록 구성되는 제 2 구성요소 가스 베어링; 및
    상기 제 2 구성요소 가스 베어링에 의하여 도입되는 가스를 배기시키도록 구성되는 소기 시일을 포함하는 리소그래피 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소는,
    상기 작업물을 제 1 단부 상에서 지지하도록 구성되는 세장형 부재;
    상기 작업물을 위치설정하기 위하여 상기 병진운동 축을 따라 상기 세장형 부재를 구동하도록 구성되는 액추에이터; 및
    상기 병진운동 축을 따른 이동 동안 상기 세장형 부재의 표면 상에 작용하도록 구성되는 제 1 구성요소 베어링을 포함하는 리소그래피 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 제 1 단부로부터 공간적으로 옮겨지는 위치에서 상기 세장형 부재와 결합되도록 구성되는 리소그래피 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소 베어링은 상기 세장형 부재의 표면을 따라 가스를 도입시키도록 구성되는 가스 베어링인 리소그래피 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소는 상기 가스 베어링에 의하여 도입되는 가스를 배기시키도록 구성되는 소기 시일을 더 포함하는 리소그래피 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소는 제 1 소기 시일 및 제 2 소기 시일을 더 포함하며,
    상기 제 1 소기 시일 및 상기 제 2 소기 시일은 상기 가스 베어링에 의하여 도입되는 가스를 배기시키기 위하여 상기 가스 베어링의 반대쪽 측들 상에 각각 위치되는 리소그래피 장치.
  21. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소 베어링은 윤활 베어링인 리소그래피 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소는 상기 진공 챔버 내로의 상기 윤활 베어링의 가스방출을 실질적으로 저감시키기 위하여 상기 세장형 부재를 둘러싸는 유연한 벨로즈를 더 포함하는 리소그래피 장치.
  23. 제 15 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터 및 상기 제 1 구성요소 베어링은 시일링된 인클로저 내에 배치되며;
    상기 시일링된 인클로저는 상기 진공 챔버 내로의 가스방출을 실질적으로 저감시키기 위하여 펌프 다운되는 리소그래피 장치.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 소기 시일의 대칭 축은 상기 샤프트의 대칭 축과 평행하게 위치되며;
    상기 소기 시일은 상기 제 2 구성요소 가스 베어링과 상기 진공 챔버 사이에 배치되는 리소그래피 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 소기 시일은 상기 샤프트의 주변 표면 상에 작용하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 소기 시일은 상기 샤프트의 표면에 대해 수직한 표면 상에 작용하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  27. 제 15 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물은 상기 패터닝 디바이스 또는 상기 기판 중 하나를 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치.
  28. 제 15 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물은 개구수를 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치.
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