KR20160002347A - Xy-테이블, 및 이를 위한 드라이브 - Google Patents

Abstract

특정 테스크를 위해 특히 최적화되고, 테이블(6)의 운동방향(X)을 역전시키기 위해 별개의 드라이브를 갖는 XY-테이블은, 상기 테이블(6)의 에지에서 돌출하고, 역전되는 상기 테이블(6)의 운동방향(X)에 수직하게 주행하는 강자성 리브(ferromagnetic rib)(14)를 갖는다. 상기 드라이브는 상기 테이블(6)이 역전 지점 근방에 있을 때 상기 리브(14)를 수용하기 위한 자기 요크(magnetic yoke)(10)를 가지며, 상기 자기 요크(10)의 자유 단부는 상기 요크(10) 내의 자기 플럭스를 집중시키는 폴 슈우(pole shoes)(10.1)를 가짐으로써 에어 갭(10.2) 내에서 역전 코일(11)에 의해 전환가능하고, 상기 에어 갭(10.2)을 통해 상기 리브(14)가 상기 요크(10)의 내부에 도달한다.

Description

XY-테이블, 및 이를 위한 드라이브{DRIVE FOR AN XY-TABLE AND XY-TABLE}

본 발명은 하나의 평면의 2가지 연장된 방향으로 그리고 소정 한계점 내에서 상기 평면에 수직인 방향으로 그리고 3가지 선형 방향을 중심으로 하는 테이블의 회전에 대해 위치설정될 수 있는 XY-테이블을 위한 드라이브에 대한 설계 접근법에 관한 것이다.

무엇보다도, 폐쇄된 루프 제어 하에서 하나의 평면의 2가지 방향으로의 테이블의 정확한 위치설정뿐만 아니라, 상기 평면에 수직인 방향으로 그리고 3가지 선형 방향을 중심으로 하는 테이블의 회전에 대한 테이블의 위치에 대한 폐쇄된 루프 제어는 반도체 제조에서 중요한 요건이다. 이 경우, 테이블 상에 위치된 웨이퍼는 노광 장치의 렌즈, 현미경의 대물 렌즈 또는 웨이퍼의 처리 또는 검사를 위한 전자빔 렌즈와 같은 툴 아래에 위치설정되어야 한다. 고정식 툴(stationary tool)과 함께, 테이블은 웨이퍼 자체의 크기와 유사한 웨이퍼 평면 내에서의 운동을 수행할 수 있어야 하고; 적어도 적은 보정이 그에 수직하고, 가능한 모든 경사에 대해, 예컨대 웨이퍼의 두께에서의 변경 또는 웨이퍼의 전방측 및 후방측의 평행성(parallelism)에서의 편차를 보상하게 허용하는 것이 요구된다.

본 기술분야에서, 테이블이 웨이퍼의 폭 위의 개별적인 스와트(swaths) 내에서의 수평방향으로 전후 이동되고, 웨이퍼의 각각의 교차 후에, 또 다른 스와트에 점프가 이루어지는 실제적인 적용이 익숙하므로, 웨이퍼는 곡류 형상(meander-shape)의 경로 내에서 툴에 의해 스캐닝된다. 이와 같이 하여, 테이블의 속도는 하나의 스와트 내에서 일정하다. 본 기재에서, 각각의 스와트의 말기에는 방향 역전을 위해 주로 큰 힘이 요구되고; 그와는 별개로, 드라이브는 적은 위치 보정 운동만을 허용해야 하고, 테이블의 속도를 일정하게 유지해야 한다.

자기력에 의해 이동되고 서스펜션("자기부상 스테이지(Maglev stage)"로 부름) 내에 유지되는 종류의 테이블은 반도체 제조에 특히 적합한데, 그 이유는 기계식 지지부가 이용되지 않으므로 인해, 이러한 테이블이 매우 적은 방해 입자만을 야기함으로써, 클린룸을 위해 특히 적합하기 때문이다.

이러한 테이블을 위한 일례가 미국특허 6,879,063 B2호에 기재되어 있다. 여기서, 테이블은 자석의 평면 어레이를 거쳐 이동한다. 그 하부에서, 테이블은 코일을 가지고, 이를 거쳐 전류에 의해 적절하게 횡단될 때, 테이블은 6가지의 모든 자유도로 이동될 수 있다. 그러나, 이러한 타입의 테이블은 상술한 특정 운동 패턴을 위해 최적화되지 않는데, 그 이유는 그 드라이브가 불필요하게 무겁고(전체 작업 영역에 걸쳐 가속을 위한 큰 힘이 반드시 필요하지 않기 때문에), 그 결과 추가적인 질량이 이동되어야 하기 때문이다. 더욱이, 이동하는 코일을 위해 필요한 공급 케이블은 정확한 위치설정을 위해 불리하다. 테이블과 함께 이동되는 코일 내에 발생되는 열은 다수의 적용에 문제가 될 수 있다. 또한, 자석의 필드는 이온빔 또는 전자빔 적용에서와 같이 각종의 실제적인 적용에서 불리할 수 있다.

부하가 수직방향으로 유지되어 짧은 거리에 걸쳐 위치설정될 수 있는 동시에, 수평방향으로 이동될 수 있는 자기 베어링(magnetic bearing)은 WO 98/37335 A1호에 기재되어 있다. 여기서, U자형 요크는 스테이터로서 이용되며, 이동가능한 강자성 바아 위아래에 배치된 2개의 평행한 림(limbs)을 갖는다. 요크의 U자형의 폐쇄 단부에는 영구 자석이 통합되고, 그 자기 플럭스는 림을 따라 안내되며, 요크와 바아 사이의 에어 갭을 가로질러 자기 회로가 폐쇄된다. 본 경우에서 발생하는 리럭턴스력은 바아의 중력에 대항하고, 바아의 수직방향의 정교한 위치설정을 위해 자석의 필드를 약화 또는 강화할 수 있는 코일의 도움으로 조절될 수 있다. 더욱이, 요크의 림 중 하나 상에 권취된 또 다른 코일은 바아 상에 수평방향력을 발휘하게 한다. 각종 방향으로 서로에 대해 배치된 요크와 바아의 이러한 몇 가지의 구성은 바아와, 상기 바아에 결합된 물체에 대한 위치설정을 6가지의 모든 자유도로 허용한다. 드라이브에 의해 이동되는 질량, 이에 따른 바아가 매우 작고; 드라이브는 이동하는 코일 또는 이동하는 자석을 갖는 드라이브에 비해 "이동하는 아이언(moving iron)" 타입을 갖는다.

그러나, 이러한 타입의 드라이브는, 서로 맞물리는 이동 부품과 비이동 부품의 상대적으로 복잡한 구성으로 인해, 이러한 드라이브를 XY-테이블에 통합하는 것이 상대적으로 복잡한 단점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은, 관련 기술에 비해 기계적으로 통합하기에 용이한 XY-테이블을 위한 개선된 드라이브를 제공하는 것이다.

제1 목적은 청구항 1에 기재된 바와 같은 XY-테이블을 위한 드라이브에 의해 성취된다.

이에 따라, XY-테이블을 위한 드라이브는, 평면 내에 함께 놓인 제1 림과 제2 림을 갖는 고정식의 강자성 U자형 요크와, 이동가능한 강자성 바아를 구비하고, 상기 요크와 상기 바아는 상기 림과 상기 바아 사이의 에어 갭을 가로질러 경로를 취하며 상기 바아의 중력에 대항하는 수직방향 리럭턴스력(vertical reluctance forces)을 일으키는 플럭스를 갖는 자기 회로를 이송한다. 상기 바아는 상기 림에 의해 형성된 상기 평면에 평행하게 그리고 그 아래에 놓인다.

이러한 복수의 드라이브가 특히 XY-테이블에 용이하게 연결될 수 있음으로써, 상기 XY-테이블의 모든 자유도를 조절하는 것이 가능해진다.

상기 XY-테이블을 위한 드라이브는 "이동하는 아이언(moving iron)"을 갖는다. 이는 적은 추가적인 질량만이 테이블과 함께 이동되어야 함을 의미한다. 테이블 또는 전기에너지 공급부를 위한 냉각이 반드시 필요하지 않다. 관련 기술에서의 평면 모터의 경우에서와 같이, 자기장을 발생시키는 요소가 이동하는 테이블 상에 위치되지 않으며, 여기서 자석 또는 코일이 테이블 상에 직접 탑재된다.

상기 드라이브는 무접촉식으로 작동하는 다이렉트 드라이브(direct drive)이다. 이는 기어 유닛을 요구하지 않고, 방해 입자를 발생시키지 않는다. 상기 드라이브는 적은 개수의 단순한 구성요소만으로 이루어지므로, 구성하고 유지하는데 비용이 싸고 복잡하지 않다. 상기 드라이브는 매우 평탄하게 조립함으로써, (테이블 평면에 수직한) 수직방향으로 적은 공간만을 차지한다. 이는 본 발명의 드라이브 개념이 서로 적층되는 2개의 교차된 선형 축으로 구성된 관련 기술에서의 XY-테이블에 비교된다면 무엇보다도 진실이다.

본 발명의 또 다른 이점 및 상세는 도면을 기초로 각종 특정한 실시예에 대한 하기의 설명으로부터 유도된다.

도 1은 XY-테이블을 위한 드라이브의 3D 도면,
도 2는 XY-테이블을 위한 드라이브의 단면도,
도 3은 4개의 드라이브를 갖는 XY-테이블의 도면,
도 4는 상기 드라이브의 변형 구성을 갖는 XY-테이블의 도면,
도 5는 방향 역전 동안의 각종 순간에 도시된, 방향 역전을 위한 별개의 드라이브를 갖는 XY-테이블의 도면,
도 6은 방향 역전을 위한 별개의 드라이브에 대한 변형 실시예를 도시한 도면,
도 7은 웨이퍼를 처리하기 위한 운동 스퀀스에 대한 개략도.

도 1은 XY-테이블을 위한 드라이브의 3D 도면이다. 높은 투자율의 재료로 이루어지며, 제1 림(1.1)과 제2 림(1.2)뿐만 아니라, U자를 형성하도록 2개의 림을 결합하는 폐쇄 단부(1.3)를 갖는 고정식 U자형 요크(1)를 볼 수 있다.

림(1.1, 1.2)에 횡방향으로 강자성 바아(2)가 주행하며, 이는 요크(1)에 대해 이동가능하다. 각 경우에, 바아(2)와 림(1.1, 1.2) 사이의 교차 지점에는 에어 갭이 위치되고, 그 에어 갭에 의해 요크(1)와 바아(2)가 서로 분리된다.

요크(1)의 폐쇄 단부(1.3)에는, 영구 자석(3)이 배치되고, 이는 요크(1)와 바아(2)의 일부를 통해 자기 플럭스(magnetic flux)를 일으킨다. 폐쇄된 자기 회로는 2개의 에어 갭을 가로질러 경로를 취하고, 독립적으로 되어 있다. 요크(1)의 폐쇄 단부(1.3) 내에 마찬가지로 위치되고, 요크(1) 둘레에 권취된 제1 코일(4)은, 제1 코일(4)을 통해 흐르는 전류의 방향 및 강도에 따라서 요크(1)와 바아(2)를 통해 자기 플럭스를 증가 또는 감소시키는 것을 가능하게 한다. 제1 코일(4) 내의 추가적인 일정한 전류를 이용함으로써 자석(3)을 생략가능하므로, 자석(3)의 필드와 동등한 자기장을 발생시키지만, 이러한 옵션은 파워면에서 훨씬 덜 효율적이다.

이러한 자기 회로 내의 자기 리럭턴스(magnetic reluctance)는 특히 에어 갭 내에서 높고, 그 값은 바아의 위치에 따라 다르다. 따라서, 리럭턴스력은 이러한 에어 갭을 감소시키려고 하는 효과를 취한다. 림(1.1, 1.2)이 수평방향 평면 내에 놓이면 그리고 바아(2)가 요크(1) 아래에 수직방향으로 배치되면, 리럭턴스력은 바아(2)와, 상기 바아(2)에 연결된 임의 부분의 중량에 적어도 대항한다. 제1 코일(4)을 통한 전류의 적절한 폐쇄 루프 제어를 제공하면, 에어 갭이 일정하게 유지될 수 있고, 그에 따라 바아(2)(및 그에 연결된 임의 부분)의 중량이 보상될 수 있다. 바아(2)는 요크(1) 아래에서 공기를 견디고, 소정 한계점 내에서, Z-방향으로의 그 수직방향 위치에 관해 위치설정될 수도 있다. 이를 위해, 적절한 제어기 구조의 도움으로, 제1 코일(4)을 통한 전류는, 에어 갭, 즉 바아의 수직방향 위치가 설정값으로 조절되는 방식으로 영향을 받는다. 더욱이, 제어기 구조는, 예컨대 음향 및 공기류에 의해 야기되는 바아(2)에 작용하는 방해력에 대항하는데 이용될 수 있다.

마찬가지로, 요크(1)의 림(1.1, 1.2)의 연장방향(X)(여기서, X-방향으로 지칭함)으로 바아(2)를 위치설정할 수 있기 위해, 제2 림(1.2) 둘레에는 제2 코일(5)이 권취된다. 바아(2)가 제2 코일(5) 아래에 위치되는 한, 제2 코일(5)을 통한 전류는 제2 림(1.2)과 바아(2) 사이의 교차 지점에서 에어 갭을 통해 자기 플럭스를 교차한다. 로렌츠 반동력(Lorentz reaction force)(보다 정확하게, 주로 로렌츠 타입의 힘)의 성분은 바아(2) 상에 X-방향으로 작용하며, 그 힘은 제2 코일(5)에서의 전류에 의한 양 및 방향에 따라 조절가능하다. 바아(2)의 가능한 이동 범위를 가능한 한 크게 하기 위해, 제2 코일(5)은 제2 림(1.2)의 전체 길이 상에 권취된다.

요크(1)의 폐쇄 단부(1.3)에서의 자석(3)과 제1 코일(4)의 배치에 관해, 폐쇄 단부(1.3)는 제2 코일(5)을 이송하지 않고 바아(2)의 이동 범위 외부에 놓이는 요크(1)의 일부를 지칭한다. "U자"의 바닥부와 더불어, 바닥부에 근접한 제1 및 제2 림(1.1, 1.2)의 부분도 제1 코일(4)과 자석(3)을 배치하기에 적합할 수 있고, U자형 요크(1)의 폐쇄 단부로 지칭된다.

하나의 옵션은 바아(2)의 위치에 따라서 전류를 이송하거나 하지 않는 몇 가지 부분 내에서 코일(5)을 분할하는 것이고, 이는 제2 코일(5) 내의 손실 감소에 대한 이점을 갖는다. 또 다른 옵션은 제2 림(1.2) 상의 제2 코일(5)과 유사하게 제1 림(1.1) 상에 추가적인 코일을 이용하는 것이다.

도 2는 제2 림(1.2)을 통한 단면도이며, X-Z 평면에서 보인다. 여기서, 제2 코일(5) 내의 전류가 에어 갭 내의 자기 플럭스(Φ)와 교차하고, 그와 같이 하여 X-방향으로 로렌츠 힘이 발생하는 것이 명확하게 인식가능하다(여기서, 대항력(-FL)은 바아(2)에 작용한다).

적절한 제어기 구조에 의해, 2개의 코일(4, 5)을 통한 전류가 조절될 수 있고, 그에 의해 바아(2)는 림(1.1, 1.2)을 따라 Z-방향으로 수직방향으로 그리고 X-방향으로 수평방향으로 위치설정될 수 있다. 제1 코일(4) 또는 제2 코일(5)을 통한 전류를 변경하는 것이 수평방향력과 수직방향력 양자에 대한 효과를 항상 가지기 때문에, 이와 같은 제어기 구조는 수평방향력과 수직방향력의 상호 의존을 확인해야 한다. 예를 들면, 수평방향(X)으로의 힘이 필요하면, 제2 코일(5)을 통한 전류는 스위치 온(switch on)되어야 한다. 이러한 전류는 에어 갭 내의 플럭스(Φ) 그리고 그에 따른 수직방향력을 변경시킨다. 이는 제1 코일(4)을 통한 전류에 의해 대항해야 하는데, 그 이유는 림(2)의 수직방향 위치가 변할 것이기 때문이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상이한 방향으로 주행하고, 각 경우에 2개의 코일(4, 5)을 갖는 U자형 요크(1)를 교차하는 적어도 3개의 바아(2)에 테이블(6)을 연결하면, 테이블(6)의 6가지 모든 자유도가 총 6개의 코일 전류에 의해 조절되어야 한다. 테이블(6)은 기계식 지지부(mechanical support)를 필요로 하지 않고; 서스펜션 내에 무접촉식으로 유지되어 수평방향 평면 내에 위치설정될 수 있다.

이러한 설정을 위한 일례가 도 3에 도시된다. 여기서, 하나의 바아(2) 각각은 이동가능한 장방형 테이블(6)의 외측 에지 각각을 따라 배치된다. 바아(2)(각 경우에, 직각으로 교차하는 바아(2) 위에는 4개의 고정식 U자형 요크(1)가 배치되며, 각각은 상술한 바와 같이 제1 및 제2 코일(4, 5)과, 자석(3)을 갖는다. 고정식 툴(8)에 의해 처리되는 웨이퍼(7)는 테이블(6) 상에 배치된다. 예컨대, 툴(8)은 웨이퍼(7)를 검사하기 위한 현미경, 또는 아마도 웨이퍼에 인가된 포토레지스트를 노광하기 위한 장치일 수 있다.

웨이퍼(7)를 보유하는 테이블(6)의 표면은 드라이브의 요크(1)의 평면(XY)에 평행하다. 이러한 적용을 통한 평행성에 대한 모든 참조에서와 같이, 수학적 관점에서의 평행성은 기술적으로 도달될 수 없다. 대략 크기의 완전한 평행성으로부터의 편차는 대부분의 경우에 중요하지 않을 수 있다.

요크(1)의 림과, 그 상에 권취된 제2 코일(5)은 충분한 길이의 각 경우에 있음으로써, 테이블(6) 및 그와 함께 웨이퍼(7)는 어느 정도까지만 X-방향과 Y-방향으로 변위될 수 있고, 툴(8)은 웨이퍼(7)의 모든 지점에 도달할 수 있다. 바아(2)의 길이는 4개의 드라이브 각각이 테이블(6)의 즉각적인 위치에 관계없이, X-방향 또는 Y-방향으로의 수평방향력 및 Z-방향으로의 수직방향력을 언제라도 적용할 수 있음을 보장한다.

4개의 모든 드라이브를 갖는 마찬가지로 가능한 Z-방향으로의 적은 운동은, Z-방향으로의 테이블(6)의 시프트, 또는 X-방향 또는 Y-방향을 중심으로 하는 경사를 허용한다. Z-축 둘레에서의 회전이 성취될 수 있는데, 그 이유는 각 경우에 서로 대향하게 위치된 제2 코일(5)이 하나의 요크(1)의 폭에 의해 서로에 대해 측방향으로 오프셋되므로, Z-방향을 중심으로 하여 토크를 발생시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 4개의 드라이브에 대한 적절한 제어를 제공하면, 테이블(6)은 조절되는 총 8가지 전류에 의해 6가지의 모든 자유도로 위치설정될 수 있다.

예를 들면, 별개의 드라이브의 최대 수직방향력은 대략 10 N의 범위 내에 있을 수 있다. 이에 따라, 이러한 4개의 드라이브는 서스펜션 내에 테이블(6)을 보유할 수 있고, 바아(2)와 그 페이로드(payload)를 포함하는 그 중량은 10 kg 이상이다.

한편, 수평방향으로 성취되는 로렌츠 힘은, 예컨대 10배수(one order of magnitude)만큼 현저하게 낮아진다. 수평방향으로의 결과적인 상대적으로 적은 최대의 가속이 하기에서 논의된다.

한편, 도 4를 참조하여 또 다른 예시적인 실시예가 기술된다. 여기서, 테이블(6)을 위한 4개의 드라이브는 개략적으로 나타내며; 이는 이전의 예시적인 실시예에서와 같이 구성된다. 그러나, 4개의 모든 요크(1) 및 그 림(1.1, 1.2)은 X-방향을 따라 연장된다. 바아(2)는 상당히 짧아지고, 테이블(5)의 코너부 내에 배치되고, 보다 정확하게, 90도 이외의 각도로 요크를 교차하는 방식으로 배치된다. 요크(1)에 대한 바아(2)의 회전에 의해 제한된 정도로만 수직방향(리럭턴스) 힘만이 영향을 받는다. 수평방향 로렌츠 힘은 바아(2)에 수직인 성분을 갖는다.

이러한 구성은 테이블(6)의 X 및 Y 방향으로의 위치설정 및 힘의 형성을 허용한다. Y-방향으로 감소되고 X-방향으로 스트레치된 구성의 형상은 드라이브의 외측 치수를 감소시키므로, 전체 장비의 외측 치수를 감소시킨다.

도 4에 도시한 바와 같은 구성이 유용한 실제적인 적용을 위한 일례는 툴(8)이 웨이퍼(7)의 큰 부분을 Y-방향으로 이미 덮는 처리 장치일 수 있으므로, 적은 작동 범위가 Y-방향으로 필요한 한편, X-방향으로는, 웨이퍼(7)의 전체 직경이 이동되어야 한다. 이러한 적용에서, 도시한 드라이브의 배치가 Y-방향으로 감소된 작동 범위를 갖는 것이 문제가 되지 않는다. 본 예에서, 그 구성은 도 3에 따른 구성에 비해 Y-방향으로 작은 이점을 갖는다.

상술한 바와 같이, 본원에 기술된 드라이브에 의해 달성될 수 있는 수평방향력은 비교적 제한된다. 웨이퍼(7)가 스와트별(swath-by-swath)로 스캐닝되어야 하고, 웨이퍼가 일정한(그리고 가능한 가장 높은) 속도로 스와트를 이동하는 실제적인 적용에서는, 각 스와트의 말기에 운동방향을 역전시키고(여기서, 방향 역전으로도 부름), 또 다른 스와트로 점프하고, 다음 스와트를 반대방향으로 이동하고, 무엇보다도 가능한 가장 높은 가속 및 그에 대응하는 방향 역전을 위한 큰 힘을 필요로 하는 반면, 마찰만이 극복되어야 하고, 위치 또는 속도의 보다 적은 잠재적인 보정이 적은 힘을 이용하여 이루어져야 한다. 적은 힘은 상술한 드라이브를 이용하여, 또는 아마도 관련 기술으로부터 다른 드라이브를 이용하여 비교적 용이하게 인가될 수 있다. 따라서, 방향을 역전시키는 공정을 위해 특수화되고, 이러한 브리프 타입 스팬(brief time span) 동안에 활성화되기만 하는 별개의 드라이브가 유용하다면 유리하다. 그 다음, 선형 운동을 위한 드라이브는 이에 따라 더욱 작게 치수설정될 수 있다.

도 5는 테이블의 방향을 역전시키기 위한 별개의 드라이브를 갖는 XY-테이블(6)을 도시한다. 우선, 이러한 별개의 드라이브의 기본 구조는 도 5(a)를 참조하여 상세하게 설명된다.

X-방향으로 이동가능한 테이블(6)의 상부 에지에서, 바아(2)는 상술한 타입의 드라이브를 위해 고정된다. 그러나, 관련된 U자형 요크(1)는 도시되지 않는다.

테이블(6)의 외측 에지에는, 강자성 리브(14)가 부착되며, 이는 역전되는 운동방향(X)에 수직하게 주행한다. 테이블(6)의 운동 범위의 외측 단부에는 자기 요크(10)가 배치된다. 이러한 자기 요크(10)는 스위치(13)를 거쳐 전압 또는 전류 공급원(12)에 연결된 역전 코일(11)을 갖는다.

테이블(6)에 면하는 측부 상에서, 자기 요크(10)는 에어 갭(10.2) 내에서 역전 코일(11)의 도움으로 발생되는 자기 플럭스를 집중시키는 한 쌍의 폴 슈우(10.1)를 갖는다. 이러한 에어 갭(10.2)은 테이블(6)의 강자성 리브(14)를 수용할 수 있도록 형성됨으로써, 리브(14)가 에어 갭(10.2)을 통해 이동하여 테이블(6)로부터 멀어지게 면하는 그 측부 상에 다시 드러날 수 있다 - 그 위치는 도 5(c)에 도시된다. 자기 요크(10)는 본원에 도시한 바와 같이 반드시 C-형상일 필요는 없으며; 스위칭가능한 가장 높은 자기 플럭스가 에어 갭(10.2) 내에 발생될 수 있고, 강자성 리브(14)가 자기 요크(10) 내로 충분히 멀리 에어 갭(10.2)을 통해 연장될 수 있는 것만이 중요하다. 이를 위해, 요크(10)의 림은 Y-방향으로 충분한 길이를 가져야 한다. 이러한 제한을 회피하는 또 다른 실시예는 도 6을 참조하여 설명된다.

자기 요크(10) 내로 충분히 멀리 리브(14)를 관통하게 하기 위해, 리브(14)는 테이블(6)의 비강자성 돌출부(14.1) 상에 추가로 배치된다. 이러한 돌출부는 폴 슈우(10.1)들 사이에 피팅되면 리브(14)와 같은 방식으로 형성되어야 한다.

도 5(a)-(g)는 방향 역전의 타임 시퀀스를 상세하게 도시한다. 우선, (a)는 역전 코일(11) 내에 전류가 흐르지 않고; 폴 슈우(10.1)들 사이의 에어 갭(10.2) 내에 자기 플럭스가 없다. 테이블(6)과, 그와 함께 리브(14)는 에어 갭(10.2)을 향해 음(-)의 X-방향으로 이동한다.

리브(14)가 에어 갭(10.2) 내에 완전히 들어가 있을 때에(b), 스위치(13)이 닫히고(c), 자기 플럭스가 에어 갭(10.2) 내에 형성되어 리브(14)를 투과한다. 그러나, 테이블(6)이 계속하여 제동되지 않게 이동하기 때문에, 리브는 자기 요크(10)의 내부 내로 전진하고, 그와 같이 하여 테이블(6)로부터 멀어지게 면하는 에어 갭(10.2)의 측부에 에어 갭(10.2)을 두게 된다(d). 그러나, 이는 에어 갭(10.2)의 자기 리럭턴스의 증가를 초래하고, 그 결과 운동에 대항하는 리럭턴스력을 초래한다. 이러한 리럭턴스력은 리브(14)를 에어 갭(10.2) 내로 다시 끌어 당기도록 노력한다. 따라서, 테이블(6)의 운동방향에 대항하고, 마침내 소정의 방향 역전을 초래한다. 예를 들면, 전형적인 실제의 적용을 위해, 자기 플럭스가 스위치 온된 후에 테이블(6) 및 그에 따른 리브(14)를 덮는 5 cm의 거리가 방향 역전이 일어나기 전에 가정될 수 있다. 이러한 거리는 방향 역전을 위한 별개의 드라이브의 설계에서 고려되어야 한다.

리럭턴스력에 의해 가속된 리브(14)는 방향 역전 후에 갭(10.2)(e) 내로 다시 이동한다. 그 순간에, 스위치(13)는 다시 개방되고(f), 리브(14)는 양(+)의 X-방향으로 에어 갭(10.2)을 둔다(g). 리럭턴스력은 에어 갭을 둘 때 발생하지 않는데, 그 이유는 자기 플럭스가 이미 스위치 오프되기 때문이다.

이에 따라, 리브(14)는 테이블(6)에 면하는 측부로붜 에어 갭(10.2)을 들어가서, 테이블로부터 멀어지게 면하는 측부 상에 에어 갭(10.2)에서 다시 벗어난다. 여기서, 리럭턴스력은 방향 역전을 일으킨다. 리브는 에어 갭(10.2)을 통해 반대방향으로 다시 한번 이동한다. 에어 갭을 둘 때, 방향 역전이 완료된다.

도 6은 테이블(6)의 운동방향을 역전시키기 위한 별개의 드라이브에 대한 변형 실시예를 도시한다. 2개의 에어 갭(10.2) 및 2쌍의 폴 슈우(10.1)를 갖는 2-부분 요크(10)가 이용된다. 본 구성에서, 요크(10)는 테이블(6)로부터 멀어지게 면하는 측부 상에서 개방된다. 그럼에도, 테이블(6)로부터 멀어지게 면하는 요크의 측부는 도 5의 전술한 실시예에서와 같이 요크(10)의 내부로서 지칭된다. 유사한 부품에는 도 5에서와 같이 넘버링된다. 변형 실시예는 도 5(a)-(g)를 참조하여 상술한 바와 같은 방식으로 기능한다.

방향 역전을 위한 드라이브가 테이블(6)을 위한 실제의 XY-드라이브와 분리되기 때문에, 2개의 드라이브의 힘 경로는 상이하다. 테이블의 운동방향을 역전시키는데 필요한 큰 힘 또는 그 반동력은 밸런스 질량에 의해 픽업될 수 있거나, 또는 테이블 또는 툴에 부정적인 영향을 주지 않는 방식으로 별개의 힘 프레임을 거쳐 바닥부에 안내될 수 있다.

XY-테이블의 방향을 역전시키기 위한 별개의 드라이브에 대한 특정한 이점은, 드라이브가 방향 역전의 순간에만 활성화된다는 점이다. 그 순간에, 통상적으로, 테이블(6) 상에 배치된 웨이퍼(7) 상에는 기계가공 공정이 발생하지 않는다. 이는 기계가공이 외부의 자기장에 의해 방해될 때, 예컨대 전자빔 리소그래피 또는 다른 마스크리스 노광 공정의 경우에 특히 중요하다.

공급원(12)은 짧은 시간 동안에 역전 코일(11)에 유용한 높은 전류를 만들어야 한다. 전류 공급원을 위한 적절한 형태는 별개의 방향 역전 이벤트들 사이에서 대전되고, 스위치(13)의 폐쇄 시에 역전 코일(11)에 그 에너지를 출력하는 커패시터일 수 있다. 결국, 커패시터 내에 저장된 에너지는 테이블(6)의 방향을 역전시키는데 이용된다.

도 7에서 드러나는 바와 같이, 각 경우에 방향 역전을 위한 별개의 드라이브는 스와트별로 테이블(6)의 2개의 대향 에지에 제공되어야 하고, 테이블(6) 상에 배치된 웨이퍼(7)의 곡류 형상의 처리(meander-shaped processing)가 제공되어야 한다. 이에 따라, 테이블은 신속하게 전후로 이동될 수 있고, 운동 말기에, 각 경우에 그 방향이 역전된다.

도 7의 상측 반부에는, 전형적인 곡류 형상의 처리 경로(7.1)가 도시되며, 이는 테이블(6)의 운동 시퀀스를 결국 결정한다. X-방향으로의 긴 운동 동안에, 도 1-4에 도시된 XY-테이블(6)을 위한 드라이브에 의해 인가되는 1 N 미만의 힘은 방향 및 속도의 폐쇄 루프 제어 및 방해의 보상을 위해 충분하며, 예컨대 전체적으로 100 N이 서스펜션 내에 테이블을 유지하는데 충분하다. 또한, Y-방향으로의 스와트 점프(swath jump)는 1 N 미만으로 관리되고, 이러한 드라이브에 의해 인가될 수 있다. 그러나, 방향 역전을 위해, 현저하게 높은 힘, 본 예에서 예컨대 200 N가 필요하다. 이는 테이블(6)의 방향을 역전시키기 위한 별개의 드라이브에 의해 인가되어야 한다.

도 7에서 알 수 있는 바와 같이, Y-방향으로의 스와트가 예컨대 (Y-방향에 관해) 웨이퍼(7)의 중간에서 가장 긴 반면, 처리의 시작에서 그리고 처리의 말기를 향해, 현저하게 짧아진다. 불필요하게 덮인 테이블(6)의 섹션을 위한 시간을 절약하기 위해, X-방향으로의 방향 역전을 위한 2개의 별개의 드라이브는 조절가능하다. 따라서, 도 7의 하측 반부에서, 방향 역전을 위한 2개의 별개의 드라이브가 이동하는 경로(15)가 도시되는 한편, 테이블(6)은 그 드라이브들 사이에서 전후 이동한다. 웨이퍼(7) 상에서 처리되는 스와트가 길수록, 방향 역전을 위한 2개의 드라이브가 서로 더욱 멀어진다.

방향 역전을 위한 별개의 드라이브의 자기 요크(10)에 작용하는 높은 반동력으로 인해, 테이블(6) 또는 툴(8)에 영향을 갖지 않는 방식으로 반동력을 설계할 때 고려하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 이는 별개의 힘 프레임의 도움으로 성취될 수 있으며, 이를 거쳐 자기 요크(10)가 지면에 직접 연결되는 반면, XY-테이블(6)의 드라이브의 U자형 요크(1)는 해당하는 기계가 탑재되고 진동에 대해 활성화되더라도 지면에 대해 보호되는 화강석에 연결된다.

변형적으로, 반동력은 밸런스 질량을 전후로 이동시킬 수 있음으로써, 그 힘이 시스템 내에 완전히 유지되고, 그와 동시에 테이블(6) 또는 툴(8)에 도달하지 않는다. 이에 따라, 기초부(foundation)가 마찬가지로 진동에 자유롭게 유지된다.

Claims (13)

1. XY-테이블을 위한 드라이브에 있어서,
   평면(XY) 내에 함께 놓인 제1 림(1.1)과 제2 림(1.2)을 갖는 고정식의 강자성 U자형 요크(1)와, 이동가능한 강자성 바아(2)를 포함하고,
   상기 요크(1)와 상기 바아(2)는 상기 림(1.1, 1.2)과 상기 바아(2) 사이의 에어 갭을 가로질러 경로를 취하며 상기 바아(2)의 중력에 대항하는 수직방향 리럭턴스력(vertical reluctance forces)을 일으키는 플럭스(Φ)를 갖는 자기 회로를 이송하고,
   상기 바아(2)는 상기 림(1.1, 1.2)에 의해 형성된 상기 평면(XY)에 평행하게 놓이는,
   것을 특징으로 하는,
   드라이브.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 자기 플럭스(Φ)는 폐쇄 단부(1.3) 내에 배치된 상기 요크(1)의 영구 자석(3)에 의해 발생되어, 상기 U자형 요크(1)의 제1 및 제2 림(1.1, 1.2)을 결합하는 것을 특징으로 하는,
   드라이브.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 자기 플럭스(Φ)는 상기 요크(1)의 폐쇄 단부(1.3) 둘레에 권취된 제1 코일(4)에 의해 영향을 받을 수 있음으로써, 상기 바아(2)에 작용하는 수직방향 리럭턴스력이 조절가능한 것을 특징으로 하는,
   드라이브.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 바아(2)와 상기 림(1.1, 1.2) 사이의 에어 갭이 설정값으로 조절가능하도록, 상기 제1 코일(4)을 통한 전류를 제어기 구조가 제어하는 것을 특징으로 하는,
   드라이브.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2개의 림(1.1, 1.2) 중 적어도 하나는 제2 코일(5)에 의해 래핑되고, 그 에너자이징에 의해, 상기 바아(2) 상의 상기 림(1.1, 1.2)의 방향으로의 수평방향력이 발생가능함으로써, 강도 및 방향에 관해 조절가능한 것을 특징으로 하는,
   드라이브.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 림(1.1, 1.2) 상의 상기 제2 코일(5)의 길이는 상기 요크(1)에 관한 상기 바아(2)의 최대 이동 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는,
   드라이브.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 복수의 드라이브를 갖는 XY-테이블에 있어서,
   상기 드라이브의 상기 바아(2)는 테이블(6) 상에 탑재되고, 상기 테이블(6)은 상기 바아(2)에 적용하는 수직방향력 및 수평방향력으로 인해 모든 자유도로 운동을 허용하는 방식으로 유지되는,
   것을 특징으로 하는,
   XY-테이블.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 테이블(6)은 상기 드라이브의 상기 림(1.1, 1.2)의 평면(XY)에 평행한 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는,
   XY-테이블.
   
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   모든 드라이브의 상기 림(1.1, 1.2)은 동일한 방향(X)으로 배향되고,
   각각의 드라이브의 상기 바아(2)는 90도와는 상이한 각도로 대응하는 림(1.1, 1.2)과 교차하는 것을 특징으로 하는,
   XY-테이블.
   
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테이블(6)의 방향을 역전시키는 별개의 드라이브는 상기 테이블(6)의 에지에서 돌출하며, 역전되는 상기 테이블(6)의 운동방향(X)에 수직하게 주행하는 강자성 리브(14)를 포함하며, 상기 테이블(6)이 역전 지점 근방에 있을 때 상기 리브(14)를 수용하기 위한 자기 요크(magnetic yoke)(10)를 가지며,
    상기 자기 요크(10)의 자유 단부는 상기 요크(10) 내의 자기 플럭스를 집중시키는 폴 슈우(pole shoes)(10.1)를 가짐으로써 에어 갭(10.2) 내에서 역전 코일(11)에 의해 전환가능하고, 상기 에어 갭(10.2)을 통해 상기 리브(14)가 상기 요크(10)의 내부에 도달하는 것을 특징으로 하는,
    XY-테이블.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 리브(14)는 상기 테이블(6)의 비강자성 돌출부(14.1) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    XY-테이블.
    
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    역전 코일(11)과 폴 슈우(10.1)를 갖는 리브(14)와 자기 요크(10)가 상기 테이블(6)의 운동방향(X)으로 양측부 상에 배치됨으로써, 상기 테이블(6)이 상기 운동방향(X)으로 전후 이동가능한 것을 특징으로 하는,
    XY-테이블.
    
13. 제12항에 있어서,
    2개의 상기 자기 요크(10)들 사이의 거리와, 그에 따른 상기 테이블(6)의 역전 지점들 사이의 거리는 조절가능한 것을 특징으로 하는,
    XY-테이블.
    

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