KR100522886B1 - 가스베어링을 구비한 지지장치 - Google Patents

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알. 루프스트라에릭
하일란트페터
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

본 발명은 지지장치(53)에 관한 것으로서, 이 지지장치(53)에는 제 1 부분(69)과, 제 2 부분(71)과, 제 1 부분에 대하여 제 2 부분을 지지방향(Z)으로 지지하기 위한 가스스프링(73)이 제공된다. 이 가스스프링(73)은 중간부분(79)내에 제공되며, 이 중간부분(79)내에서 지지방향으로 변위될 수 있으며 정적 가스베어링(85)에 의해 지지방향에 대해 수직하게 지지된 피스톤(81)에 의해 경계지어진 압력챔버(75)를 포함한다. 그리하여 지지방향으로 평행한 지지장치의 경도는 가스스프링의 경도에 의해 실질적으로 결정되며, 가스스프링의 적절한 설계를 통하여 낮은 경도가 얻어질 수 있다. 제 1 부분에서 제 2 부분으로 향하는 지지방향으로의 진동의 전달은 실질적으로 방지된다. 특정 실시예에서, 중간부분은 추가의 정적 가스베어링(103)에 의하여 제 1 부분(69)의 지지면(105)상에 지지방향에 대해 수직하게 변위될 수 있다. 결과적으로, 지지장치는 지지방향에 수직한 방향에서는 실질적으로 0의 경도를 가지며, 그 결과 제 1 부분에서 제 2 부분으로 향하는 지지방향에 대해 수직한 진동의 전달은 실질적으로 완전히 방지된다. 지지장치는 베이스(37)에 대하여 프레임(39)을 지지하기 위한 리소그라피 장치에서 사용되며, 여기서 프레임(39)은 포커싱유닛(5)을 지지한다.

Description

가스베어링을 구비한 지지장치{Supporting device with gas bearing}
본 발명은 제 1 부분과, 제 2 부분과, 지지방향에 평행하게 제 1 부분에 대하여 제 2 부분을 지지하기 위한 압력챔버를 구비한 가스스프링과, 제 1 부분에서 제 2 부분으로 진동의 전달을 방지하기 위한 수단이 제공된 지지장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 방사원(radiation source)과, 마스크 홀더(mask holder)와, 주축을 갖는 포커싱유닛(focusing unit)과, 주축에 수직한 X방향과 이 X방향 및 주축에 수직한 Y방향에 평행하게 포커싱유닛에 대하여 변위(displace)될 수 있는 기판홀더를 구비한 위치설정장치와, 지지방향을 향하는 프레임상에 지지력을 가하는 적어도 3개의 지지장치들에 의하여 프레임을 지지하는 베이스가 제공된 리소그라피 장치에 관한 것이다.
서두에 언급한 종류의 지지장치와 리소그라피 장치는 WO-A-96/38766에 공지되어 있다. 공지된 리소그라피 장치는 광학 리소그라피 프로세스에 의해 집적 반도체 회로의 제조시에 사용된다. 공지된 리소그라피 장치에서의 방사원은 광원이며, 포커싱유닛은 마스크홀더상에 배치될 수 있는 마스크에 존재하는 집적 반도체 회로의 부분패턴을 기판홀더상에 배치될 수 있는 반도체 기판상에서 축소스케일로 묘화하는 광학렌즈 시스템이다. 그러한 반도체 기판은 동일한 반도체 회로가 제공된 대규모의 필드를 포함한다. 각 필드들은 마스크를 통하여 연속적으로 노광되며, 반도체 기판의 다음 필드는 두 개의 연속 노광단계 사이에서 위치설정장치에 의하여 포커싱유닛에 대해 위치설정된다. 이 프로세스는 매번 다른 부분패턴을 포함하는 다른 마스크를 통하여 여러번 반복되며, 그 결과 비교적 복잡한 구조를 갖는 집적 반도체 회로가 제조될 수 있다. 이 구조물들이 서브-마이크론 범위의 미세한 치수를 갖기 때문에, 연속 마스크상에 존재하는 부분패턴은 서브-마이크론 범위내의 정확도로 반도체 기판의 필드상에서 묘화되어야 한다. 따라서 기판홀더와 마스크홀더는 작동중에 포커싱유닛에 대하여 정확한 위치에 설정되어야 한다.
공지된 리소그라피 장치의 프레임은 공지된 종류의 3개의 지지장치에 의하여 수직방향으로 지지되며, 이 지지장치의 제 1 부분(part)은 리소그라피 장치의 베이스에 고정되고, 지지장치의 제 2 부분(part)은 프레임에 고정된다. 공지된 리소그라피 장치의 프레임은 포커싱유닛 뿐만 아니라 마스크홀더와 기판홀더를 수직한 방향으로 지지하며, 이때 베이스는 플로어상에 위치될 수 있다. 기판홀더와 마스크홀더가 작동중에 포커싱유닛에 대해 정확한 위치에 설정되어야 하기 때문에, 프레임의 진동은 작동중에 가능한 방지되어야 한다. 그러한 프레임의 진동은, 예를 들어 플로어의 진동에 의해 발생될 수 있는 베이스에서의 진동에 의해 야기될 수도 있다. 공지된 리소그라피 장치에서, 베이스의 진동은 기판홀더의 위치설정장치의 반력(reaction force)과 마스크홀더를 포커싱유닛에 대해 변위시킬 수 있는 추가의 위치설정장치의 반력에 의해 추가로 발생된다. 따라서 3개의 지지장치는 프레임을 수직방향으로 지지할 뿐만 아니라 베이스로부터 프레임에 진동의 전달을 방지하는 역할을 한다.
공지된 지지장치의 가스스프링의 압력챔버는 실린더형 용기와, 가스스프링의 압력실에 상기 용기를 현가(suspend)하는 환형멤브레인(annular membrane)에 의해 경계지어진다(bounded). 용기는 이 용기내에 위치설정되며 지지방향으로 연장된 비교적 얇은 3개의 인장로드에 의하여 제 2 부분에 고정된다. 베이스에서 프레임으로의 진동의 전달을 가능한 방지하기 위하여, 지지장치에 의해 형성된 질량스프링 시스템과 이와 같이 지지된 리소그라피 장치의 구성요소(component)들을 동시에 구비한 프레임은 지지방향에 대해 평행 및 수직한 방향으로 가능한 낮은 고유 주파수(natrual frequency)를 가져야 한다. 공지된 지지장치의 가스스프링의 압력챔버는 지지방향에 평행한 상술한 질량스프링 시스템에 가장 낮은 고유 주파수를 제공하기 위하여 비교적 큰 부피를 갖는다. 상술한 인장로드는 상기 질량스프링 시스템의 가장 낮은 지지방향에 수직한 고유 주파수를 제공하기 위하여 비교적 큰 길이를 갖는다.
공지된 지지장치의 단점은 내부에 사용되어 가스스프링의 압력챔버를 경계짓는(bounding) 멤브레인이 비교적 큰 경도를 갖는다는 것이며, 이로 인하여 지지방향에 평행한 상기 질량스프링 시스템의 고유 주파수는 상승되고 지지방향에 평행한 제 1 부분의 진동은 제 2 부분에 부분적으로 전달된다. 추가로, 상기 멤브레인은 작동중에 제 2 부분상에 댐핑력을 가하며, 이로 인하여 제 1 부분에서 제 2 부분으로 비교적 고주파를 갖는 진동의 전달이 증가된다. 게다가, 공지된 지지장치에 사용된 인장로드의 허용 길이는 지지장치가 지지방향으로 갖는 허용 구조높이에 의해 제한된다. 또한 이로 인하여 지지방향에 대해 수직한 상기 질량스프링 시스템의 고유 주파수의 달성가능한 최소값은 제한되며, 그 결과 지지방향에 수직한 제 1 부분의 진동은 제 2 부분에 부분적으로 전달된다.
도 1은 본 발명에 따른 리소그라피 장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 리소그라피 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 1의 리소그라피 장치를 사용하기 적합한 본 발명에 따른 지지장치를 개략적으로 도시한 단면도.
본 발명의 목적은 지지방향에 대해 평행 및 수직한 방향으로 가능한 낮은 경도값(stiffness value)을 갖는, 서두에 언급한 종류의 지지장치를 제공하는 것이며, 지지장치에 의해 형성되며 이와 같이 지지된 리소그라피 장치의 구성요소들을 구비한 프레임에 의해 형성된 질량스프링 시스템은 지지방향에 대해 평행 및 수직한 방향으로 가능한 낮은 고유 주파수를 가지며, 그 결과 지지장치의 제 1 부분에서 제 2 부분으로 그리고 리소그라피 장치의 베이스에서 프레임으로 진동의 전달이 가능한 방지되는, 두 번째 단락에서 언급한 종류의 리소그라피 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위하여 본 발명에 따른 지지장치는 압력챔버가 지지장치의 중간부분(intermediate part)의 실린더형 내벽에 의해 경계지어지며, 그리고 중간부분내에서 지지방향에 대해 평행하게 변위될 수 있으며, 중간부분의 내벽과 피스톤의 외벽 사이에 존재하는 정적 가스베어링에 의해 지지방향에 대해 수직한 방향으로 중간부분에 대해 지지되는 피스톤에 의해 경계지어지며, 상기 중간부분은 지지방향에 대해 평행하게 제 1 부분에 의해 지지되며, 피스톤은 제 2 부분에 고정되는 것을 특징으로 한다.
이러한 목적을 위하여 본 발명에 따른 리소그라피 장치는 내부에 사용된 각 지지장치가 본 발명에 따른 지지장치인 것을 특징으로 한다.
"실린더형 내벽"은 지지방향에 대해 수직한 임의의 가상 평면(imaginary plane)에서 동일 단면적을 갖는 내벽을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 이것은 원형 단면 뿐만 아니라, 예를 들어 등변 다각형 단면을 포함한다.
상술한 정적 가스베어링은 피스톤 상에 지지방향에 대해 평행하게 실질적으로 힘을 가하지 않는다. 게다가, 피스톤은 가스스프링의 압력챔버를 밀봉하기 위한 중간부분의 내벽과 피스톤의 외벽 사이에서 밀봉갭(sealing gap)을 사용하기 적합할 수 있다. 또한 그러한 밀봉갭은 피스톤상에 실질적으로 지지방향에 대해 평행한 힘을 가하지 않는다. 그리하여 본 발명에 따른 지지장치는, 지지방향에 대해 평행하게 볼 때, 가스스프링의 경도(stiffness)에 의해 실질적으로 배타적으로 결정된 경도를 가지며, 그 결과 가스스프링의 적절한 설계를 통하여 지지방향에 평행하게 가능한 낮은 지지장치의 경도를 얻을 수 있다. 결과적으로, 내부에 사용된 본 발명에 따른 지지장치에 의해 형성되며 이와 같이 지지된 리소그라피 장치의 구성요소들을 구비한 프레임에 의해 형성된, 본 발명에 따른 리소그라피 장치내의 질량스프링 시스템은 지지방향에 대해 평행한 방향에서 볼 때 가장 낮은 고유 주파수를 가지며, 그 결과 베이스에서 프레임까지의 지지방향에 평행한 방향으로의 진동의 전달이 가능한 방지된다.
본 발명에 따른 지지장치의 특정 실시예는 압력챔버와 연통하는(in communication) 가스공급라인을 구비한 정적 가스베어링이 제공되는 것을 특징으로 한다. 정적 가스베어링은 상기 가스공급라인의 사용으로 인하여 추가의 가스공급을 필요로 하지 않으며, 그 결과 내부에서 사용된 정적 가스베어링과 피스톤의 특별히 단순한 구조가 제공된다.
본 발명에 따른 지지장치의 다른 실시예는 제 1 부분의 지지면상에 지지방향에 대해 수직한 방향으로 중간부분을 변위 안내시키는 추가의 정적 가스베어링에 의해 지지방향에 평행하게 제 1 부분에 대해 지지되는 것을 특징으로 한다. 추가의 정적 가스베어링은 지지방향에 대해 평행한 방향에서 볼 때 매우 높은 경도를 가지며, 그 결과 추가의 정적 가스베어링을 설치함으로써, 지지장치가 가스스프링의 경도에 의해 실질적으로 배타적으로 결정되는 지지방향에 평행한 경도에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 추가의 정적 가스베어링은 지지방향에 수직하게 중간부분상에 실질적으로 힘을 가하지 않으며, 그 결과 중간부분은 지지방향에 대해 수직하게 제 1 부분에 대해 실질적으로 마찰없이 변위될 수 있다. 결과적으로, 지지장치의 이러한 추가의 실시예는 지지방향에 대해 수직한 방향으로 실질적으로 0의 경도를 갖는다. 내부에 사용된 이러한 추가의 실시예에 따라서 지지장치에 의해 형성되며, 이와 같이 지지된 리소그라피 장치의 구성요소를 구비한 프레임에 의해 형성된 질량스프링 시스템의 고유 주파수는, 본 발명에 따른 리소그라피 장치에서 지지방향에 대해 수직한 방향으로 실질적으로 0이며, 그 결과 베이스에서 프레임까지의 지지방향에 대해 수직한 진동의 전달은 실질적으로 완전히 방지된다.
본 발명에 따른 지지장치의 다른 추가의 실시예는 추가의 정적 가스베어링이 제 1 부분의 지지면과 압력챔버를 경계짓는 중간부분의 저부벽(bottom wall) 사이에 존재하는 것을 특징으로 한다. 그리하여 추가의 정적 가스베어링은 작동중에 압력챔버내에 지배적인 가스압력에 의해 지지방향에 평행하게 예비인장(pretension)되며, 그 결과 추가의 정적 가스베어링은 추가의 예비인장수단을 필요로 하지 않으며 추가의 정적 가스베어링의 단순 구조가 제공된다.
본 발명에 따른 지지장치의 특정 실시예는 추가의 정적 가스베어링에 압력챔버와 연통하는 가스공급라인이 제공되는 것을 특징으로 한다. 추가의 정적 가스베어링은 상기 가스공급라인의 사용으로 인하여 추가의 가스공급을 필요로 하지 않으며, 그 결과 추가의 정적 가스베어링의 특별한 단순 구조가 제공된다.
본 발명에 따른 지지장치의 다른 실시예는 중간부분이 압력챔버를 제 1 부분내에 제공된 가스스프링의 주요챔버와 연통시키는 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 주요챔버의 사용은 가스스프링의 부피를 실질적으로 증가시키며, 그 결과 지지방향에 대해 평행한 가스스프링의 경도는 감소된다. 주요챔버를 사용하므로써 중간부분내에 배치된 압력챔버의 부피는 감소될 수 있으며 그 결과 변위가능한 중간부분은 치수상으로만 제한될 필요가 있다.
본 발명에 따른 지지장치의 다른 추가의 실시예는 중간부분의 저부벽에 통로가 제공되며, 제 1 부분의 지지면에 제공되어 주요챔버와 연통하는 추가의 통로내로 삽입되는 것을 특징으로 한다. 저부벽의 상기 통로와 지지면의 추가의 통로를 사용하므로써 압력챔버와, 지지방향에 대해 수직하게 볼 때 중간부분상에 방해하는 힘이 실질적으로 없는 주요챔버 사이에서 단순하면서 실질적인 연결을 제공한다.
본 발명에 따른 지지장치의 특정 실시예, 즉 추가의 정적 가스베어링이 제 1 부분의 지지면과 압력챔버를 경계짓는 중간부분의 저부벽 사이에 존재하며 추가의 정적 가스베어링에 압력챔버와 연통하는 가스공급라인이 제공되는 실시예는, 추가의 정적 가스베어링의 가스공급라인이 중간부분의 저부벽에서 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리하여 저부벽에서의 통로는 두 가지 기능을 가지며, 이로 인하여 추가의 정적 가스베어링과 내부에 사용된 가스공급라인의 특별히 단순하면서 실질적인 구조를 얻는다.
본 발명에 따른 지지장치의 추가의 실시예는 피스톤이 지지방향에 대해 평행하게 실질적으로 변형할 수 없으며 지지방향에 대해 수직하게 두 개의 상호 수직 벤딩축 주위에서 벤딩할 수 있는 연결부재에 의해 제 2 부분에 고정되는 것을 특징으로 한다. 상기 연결부재를 사용함으로써 제 2 부분에 대해 지지방향으로 수직한 회전축 주위로의 제 1 부분의 회전진동의 전달을 방지한다. 제 1 부분의 회전진동은 작동중에는 비교적 작기 때문에, 제 2 부분의 상기 회전진동은 상기 연결부재가 상기 벤딩축 주위에서 제한된 벤딩경도를 갖는다면 충분히 방지된다. 연결부재가 지지방향에 대해 평행하게 실질적으로 변형할 수 없기 때문에, 연결부재를 설치함으로써 지지장치가 갖는 지지방향에 대해 평행한 경도에 실질적으로 영향을 미치지 않는다.
본 발명에 따른 지지장치의 다른 실시예는 연결부재가 고무링을 포함하는 것을 특징으로 한다. 고무링을 사용하므로써 대부분의 응용에 대해서 충분히 제한된 연결부재의 벤딩경도에 의해 수행된 연결부재의 특별히 단순한 구조를 제공한다.
본 발명을 도면을 참고하여 이하에서 상세하게 설명할 것이다.
도 1과 도 2에 도시한 본 발명에 따른 리소그라피 장치는 리소그라피 프로세스에 의해 집적 반도체 회로의 제조시 사용하기 적합하다. 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 리소그라피 장치에는 기판홀더(3)를 구비한 위치설정장치(1), 포커싱유닛(5), 마스크홀더(9)를 구비한 추가의 위치설정장치(7), 방사원(11)의 순서로, 수직한 Z방향에 대해 평행하게 제공된다. 리소그라피 장치는 방사원(11)이 광원(13), 다이어프램(15), 미러(17, 19)를 포함하는 광학 리소그라피 장치이며, 포커싱유닛(5)은 Z방향에 대해 평행한 광학 주축(23)과, 예를 들어 4 또는 5의 광학 축소계수(optical reduction factor)를 구비한 광학 렌즈시스템(21)이 제공된 묘화 또는 투영시스템이다. 기판홀더(3)는 Z방향에 대해 수직하게 연장하며 반도체 기판(27)이 배치되어 위치설정장치(1)에 의해 Z방향에 대해 수직한 X방향에 대해 평행하게, 그리고 X방향과 Z방향에 대해 수직한 Y방향에 대해 평행하게 포커싱유닛(5)에 대하여 변위될 수 있는 지지면(25)을 포함한다. 마스크홀더(9)는 Z방향에 대해 수직하게 연장하며 추가의 위치설정장치(7)에 의해 X방향에 평행하게 포커싱유닛(5)에 대해 변위될 수 있는 지지면(29)을 포함한다.
반도체 기판(27)은 동일 반도체 회로가 제공된 복수의 필드(33)들을 포함하며, 마스크(31)는 단일 집적 반도체 회로의 패턴이나 서브-패턴을 포함한다. 작동중에, 반도체 기판(27)의 개개의 필드(33)들은 마스크(31)를 통하여 연속적으로 노광된다. 광원(9)으로부터 방향설정된 광빔(35)은 노광단계 동안에 다이어프램(15)과 미러(17, 19)를 경유하여 마스크(31)를 통해 안내되어 포커싱유닛(5)에 의해 반도체 기판(27)의 개개의 필드(33) 상에 포커싱되며, 그 결과 마스크(31) 상에 나타나는 패턴은 반도체 기판(27)의 상기 필드(33)상에서 축소 스케일로 묘화된다. 소위 "스텝 앤드 스캔"원리에 따르는 묘화 방법은 도시한 리소그라피 장치에서 사용되며, 여기서 반도체 기판(27)과 마스크(31)는 노광단계동안 각각 위치설정장치(1)와 추가의 위치설정장치(7)에 의하여 X방향에 대해 평행하게 포커싱유닛(5)에 대하여 동기적으로(synchronously) 배치되며, 개개의 필드(33)의 노광 후에 반도체 기판(27)의 다음 필드(33)는 기판홀더(3)가 위치설정장치(1)에 의해 X방향 및/또는 Y방향에 평행하게 단계별로 배치되는 각 시간별로 포커싱유닛(5)에 대하여 위치설정된다. 그리하여 마스크(31) 상에 나타난 패턴은 X방향에 평행하게 스캔되며 반도체 기판(27)의 연속 필드(33) 상에 묘화된다. 이 프로세스는 각각 다른 패턴이나 서브-패턴을 포함하는 다른 마스크로 수 회에 걸쳐 반복되며, 그 결과 복잡한 층상 구조를 구비한 집적 반도체 회로가 제조될 수 있다. 그러한 구조물은 서브-마이크론 범위 내의 미세한 치수를 갖는다. 따라서 마스크 상에 나타난 패턴이나 서브-패턴은 서브-마이크론 범위 내의 정확도를 구비한 반도체 기판 상에 묘화되어야 하며, 이것은 기판홀더(3)와 마스크홀더(9)가 각각 위치설정장치(1)와 추가의 위치설정장치(7)에 의하여 포커싱유닛(5)에 대해 위치설정될 수 있는 정확도를 매우 긴요하게 필요로 함을 의미한다.
도 1에 관하여 추가로 도시한 바와 같이, 리소그라피 장치는 수평 플로어 상에 배치될 수 있는 베이스(37)를 포함한다. 리소그라피 장치는 Z방향에 대해 평행하게 연장하는 수직 지지방향에 대해 평행하게 마스크홀더(9), 포커싱유닛(5) 및 기판홀더(3)를 지지하는 프레임(39)을 추가로 포함한다. 프레임(39)에는 포커싱유닛(5)의 광학 주축(23)에 대해 횡으로 연장하며 도 1에 도시하지는 않았지만 중앙 광투과구멍이 제공된 비교적 강성의 삼각형 금속 주요플레이트(41)가 제공된다. 기판홀더(3)는 Z방향에 대해 수직하게 연장하며 3개의 수직 현가플레이트(45)에 의하여 주요플레이트(41)의 하부측면으로부터 현가(suspend)된 프레임(39)의 캐리어(43)상에 변위가능하게 안내된다. 3개의 지지플레이트(45)들 중 단 두 개만을 도 1에 도시한다. 포커싱유닛(5)은 하부측면에 인접하여 포커싱유닛(5)에 고정된 장착링(47)에 의하여 주요플레이트(41)에 고정된다. 마스크홀더(9)는 X방향에 대해 평행하게 연장된 프레임(39)의 추가 캐리어(49)상에 변위가능하게 안내된다. 추가 캐리어(49)는 주요플레이트(41) 상에 고정된 프레임(39)의 비교적 강성의 수직 금속 컬럼(51)에 고정된다. 베이스(37)는 삼각형으로 상호 배치되며 지지방향에 대해 평행하게 프레임(39)의 주요플레이트(41) 상에 지지력을 가하는, 본 발명에 따른 3개의 지지장치(53)에 의하여 수직 지지방향에 평행하게 프레임(39)을 지지한다. 이러한 목적을 위하여 주요플레이트(41)는 주요플레이트(41)를 3개의 지지장치(53)상에 안착시키는 3개의 코너부(55)를 갖는다. 주요플레이트(41)의 3개의 코너부(55)들 중 단 두 개만을 그리고 3개의 지지장치(53)들 중 두 개만을 도 1에 도시한다.
도 1과 도 2에서 개략적으로 도시한 바와 같이, 위치설정장치(1)는 제 1 부분(57)과 제 2 부분(59)을 포함하며, 추가의 위치설정장치(7)는 제 1 부분(61)과 제 2 부분(63)을 포함한다. 제 1 부분(57, 61)들은 각각 기판홀더(3)와 마스크홀더(9)에 고정되며, 제 2 부분(59, 63)들은 베이스(37)에 고정된다. 제 2 부분(59, 63)들은 작동중에 각각의 제 1 부분(57, 61)상에 구동력을 가하며, 이로 인하여 제 1 부분(57, 61)들은 각 제 2 부분(59, 63)들 상에 반력을 가한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 위치설정장치(1)의 제 2 부분(59)은 베이스(37)에 고정된 비교적 강성의 금속 아암(65)에 고정되며, 위치설정장치(7)의 제 2 부분(63)은 베이스(37)에 고정된 비교적 강성의 추가 금속 컬럼(67)에 고정된다. 그리하여 위치설정장치(1)와 추가의 위치설정장치(7)의 반력은 베이스(37)에 전달된다. 진동은 상기 반력의 영향하에서 베이스(37)에서 발생된다. 베이스(37)가 플로어상에 배치되기 때문에 또한 플로어에 나타난 진동의 영향하에서 베이스(37)에 진동이 발생할 것이다. 프레임(39)이 수직 지지방향에 대하여 평행하게 기판홀더(3), 마스크홀더(9) 및 포커싱유닛(5)을 지지하기 때문에, 그리고 기판홀더(3)와 마스크홀더(9)가 위치설정장치(1)와 추가의 위치설정장치(7)에 의해 포커싱유닛(5)에 대해 위치설정될 수 있는 정확도를 매우 긴요하게 필요로 하기 때문에, 베이스(37)에 나타난 진동이 지지장치(53)를 통하여 프레임(39)으로의 전달은 작동중에 가능한 한 방지되어야 한다. 이러한 목적을 위하여 지지장치(53)에는, 이하에서 상세히 설명할, 베이스 (37)에서 프레임(39)으로의 진동의 전달을 방지하기 위한 수단이 제공된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 리소그라피 장치내에 사용된 본 발명에 따른 지지장치(53)는 리소그라피 장치의 베이스(37)에 고정될 수 있는 제 1 부분(69)과, 리소그라피 장치의 프레임(39)에 고정될 수 있는 제 2 부분(71)과, 수직 지지방향에 평행한 지지력에 의해서 제 1 부분(69)에 대하여 제 2 부분(71)을 지지하기 위한 가스스프링(73)을 포함한다. 가스스프링(73)은 작동중에 비교적 높은 가스압력이 나타나는 압력챔버(75)를 포함한다. 압력챔버(75)는 지지방향에 평행하게 중간부분(79)내에서 변위될 수 있는 피스톤(81)과, 지지장치(53)의 비커형 중간부분(79)의 실린더형 내벽(77)에 의해 경계지어진다. 피스톤(81)은 중간부분(79)의 실린더형 내벽(77)과 슬리브(83)의 실린더형 외벽(87) 사이에 나타난 정적 가스베어링(85)에 의해 지지방향에 수직하게 중간부분(79)에 대하여 지지되는 슬리브(83)를 포함한다. 정적 가스베어링(85)은 일반적이고 잘 알려져 있으며, 슬리브(83)에 제공되어 압력챔버(79)와 연통하는 가스공급라인(89)을 갖는 원추형 갭 베어링(gap bearing)이다. 슬리브(83)내에 제공된 가스공급라인(89)을 사용함으로써 정적 가스베어링(85)에 대해 특별히 간단하면서 실질적인 가스공급이 이루어지며, 그 결과 정적 가스베어링(85)과 피스톤(81)은 간단하면서 실질적인 구조를 갖는다. 슬리브(83)의 하측부(91)에 인접하여, 중간부분(79)의 내벽(77)과 슬리브(83)의 외벽(87) 사이에 밀봉갭(93)이 나타나며, 그 결과 압력챔버(75)로부터 피스톤(81)을 따른 가스누설은 가능한 방지된다. 슬리브(83)의 외벽(87)에서 밀봉갭(93)과 정적 가스베어링(85) 사이에는 밀봉갭(93)을 따른 가스누설과 정적 가스베어링(85)으로부터의 가스유동을 위한 트래핑 그루브(trapping groove; 95)가 제공된다. 트랩핑 그루브(95)는 이 트랩핑 그루브(95)에 나타난 가스를 주위로 제거하기 위하여 중간부분(79)에 제공된 다수의 배출채널(97)과 연통한다. 트랩핑 그루브(95)와 배출채널(97)을 사용함으로써 정적 가스베어링(85)의 작동이 밀봉갭(93)을 따라 누설된 가스에 의해 영향을 받는 것을 방지한다. 그리하여 수직 지지방향에 평행하게 지지장치(53)에 의해 공급된 지지력은 슬리브(83)의 환형하측부(91)와 지지방향에 대해 횡으로 연장된 피스톤(81)의 내부벽(99)상에서 압력챔버(75)내의 가스에 의해 가해진 가스압력이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 피스톤(81)은 이하에서 더 상세히 설명하고자 하는 연결부재(101)를 경유하여 제 2 부분(71)에 고정되며, 비커형 중간부분(79)은 추가의 정적 가스베어링(103)에 의하여 수직 지지방향에 평행하게 제 1 부분(69)에 대하여 지지된다. 또한 추가의 정적 가스베어링(103)은 일반적이고 잘 알려져 있으며, 수직 지지방향에 대해 수직하게 연장된 제 1 부분(69)의 지지면(105)과 중간부분(79)의 저부벽(107)(bottom wall) 사이에 나타난 원추형 갭베어링이며, 여기서 저부벽은 압력챔버(75)를 경계지으며, 또한 수직 지지방향에 대해 수직하게 연장한다. 비커형 중간부분(79)은 추가의 정적 가스베어링(103)에 의하여 제 1 부분(69)의 지지면(105)상에 실질적으로 마찰없이 안내되며, 그리하여 수직 지지방향에 대해 수직한 방향으로 제 1 부분(69)에 대해 실질적으로 마찰없이 변위될 수 있다. 가스스프링(73)의 통로(109)는 중간부분(79)의 저부벽(107)내에 동축으로 제공된다. 통로(109)는 제 1 부분(69)의 지지면(105)에 제공된 가스스프링(73)의 추가의 통로(111)에 대향하여 존재하며 제 1 부분(69)내에 배치된 가스스프링(73)의 주요챔버(113)와 연통한다. 그리하여 중간부분(79)에 제공된 가스스프링(73)의 압력챔버(75)는 통로(109)와 추가의 통로(111)를 경유하여 제 1 부분(69)내에 제공된 가스스프링(73)의 주요챔버(113)와 연통한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 추가의 정적 가스베어링(103)의 원추형 베어링갭은 중간부분(79)의 저부벽(107)내에 제공된 통로(109)내로 직접 결합(merge)하며, 그결과 통로(109)는 동시에 추가의 정적 가스베어링(103)을 위한 압력챔버(75)와 연통하는 가스공급라인을 형성한다. 그리하여 중간부분(79)의 저부벽(107)내의 통로(109)가 두 가지(dual) 기능을 갖기 때문에, 추가의 정적 가스베어링(103)과 거기에 사용된 가스공급의 특별히 간단하면서 실질적인 구조가 얻어진다. 추가의 정적 가스베어링(103)이 제 1 부분(69)의 지지면(105)과 중간부분(79)의 저부벽(107) 사이에 존재한다는 사실은 압력챔버(75)내에 지배적인 가스압력에 의하여 작동동안 추가의 정적 가스베어링(103)의 간단하면서 실질적인 수직 지지방향에 평행한 예비인장(pretensioning)을 제공하며, 추가의 정적 가스베어링(103)의 원추형 베어링갭에서 가스에 의해 중간부분(79)상에 가해진 지지방향에 평행한 지지력은 압력챔버(75)내에서 상기 지지력의 방향에 대항하는 방향으로 가스에 의해 저부벽(107)에 가해진 힘에 의해 거의 보상된다. 추가의 정적 가스베어링(103)의 원추형 베어링갭에서의 가스가 평균적으로 압력챔버(75)내의 가스보다 더 낮은 압력을 갖는다는 사실에도 불구하고, 베어링갭에 인접한 저부벽(107)의 표면적이 압력챔버(75)에 인접한 저부벽(107)의 표면적보다 더 크기 때문에 상기와 같은 보상이 가능하다.
프레임(39)과, 이 프레임(39)에 의해 지지된 리소그라피 장치의 구성요소와 함께, 본 발명에 따른 리소그라피 장치에서 사용된 본 발명에 따른 지지장치의 가스스프링(73)은 프레임(39)이 수직 지지방향에 대해 평행 및 수직하게 베이스(37)에 대하여 변위될 수 있으며, 수직 지지방향에 대해 평행하게 회전축 주위에서 베이스(37)에 대하여 회전할 수 있으며 수직 지지방향에 대해 수직하게 두 개의 상호 수직 피봇축 주위에서 피봇할 수 있는 질량스프링 시스템을 구성한다. 베이스(37)에 대한 프레임(39)의 지지방향에 대해 평행한 변위는 지지장치(53)의 피스톤(81)들이 지지방향에 평행하게 중간부분(79)내에서 변위될 수 있다는 점에서 가능하며, 베이스(37)에 대한 프레임(39)의 지지방향에 대해 수직한 변위는 지지장치(53)의 중간부분(79)이 지지방향에 대해 수직하게 제 1 부분(69)에 대하여 변위될 수 있다는 점에서 가능하다. 회전축 주위에서의 프레임(39)의 지지방향에 평행한 회전은 지지장치(53)의 중간부분(79)이 추가의 정적 가스베어링(103)을 사용함으로써 지지방향에 평행하게 회전축 주위에서 제 1 부분(69)에 대하여 회전할 수 있다는 점에서 가능하다. 피봇축 주위에서 프레임(39)의 지지방향에 수직한 피봇운동(pivot ing movement)는 지지장치(53)의 피스톤(81)들이 상술한 연결부재(101)를 경유하여 제 2 부분(71)에 고정된다는 점에서 가능하다. 도 3에 도시한 바와 같이, 각 연결부재(101)는 지지방향에 대해 평행하게 실질적으로 변형할 수는 없으며 지지방향에 수직하게 두 개의 상호 수직 벤딩축 주위에서 벤딩할 수 있는 단순 고무링(rubber ring)(115)을 포함한다. 리소그라피 장치의 베이스(37)로부터 프레임(39)으로의 그리고 지지장치(53)의 제 1 부분(69)으로부터 제 2 부분(71)으로의 진동의 전달을 가능한 한 방지하기 위하여, 상기 질량스프링 시스템은 지지방향에 평행한 방향에서 볼 때와, 지지방향에 수직한 방향에서 볼 때와, 지지방향에 평행하게 회전축 주위에서 볼 때와, 지지방향에 수직하게 상기 피봇축 주위에서 볼 때 가능한 낮은 고유 주파수를 가지며, 다시 말해서, 지지장치(53)는 지지방향에 평행한 방향에서와, 지지방향에 수직한 방향에서와, 지지방향에 대해 평행한 회전축 주위에서와, 지지방향에 수직한 피봇축 주위에서 가능한 낮은 경도를 갖는다.
지지방향에 평행한 지지장치(53)의 가장 낮은 경도는 가스스프링(73)에 가능한 한 큰 부피가 주어질 때 얻어진다. 이러한 목적을 위해서, 가스스프링(73)에는 압력챔버(75)와 함께 상술한 바와 같은 주요챔버(113)가 제공되며, 주요챔버는 압력챔버(75)와 연통한다. 주요챔버(113)를 사용하므로써 압력챔버(75)의 부피를 감소시킬 수 있으며, 그 결과 변위가능한 중간부분(79)의 치수와 중량은 제한된 체로 유지될 수 있다. 게다가, 평균가스압력을 가스스프링(73)내에서 일정하게 유지시키는 가스스프링(73)의 가스공급채널(도면에 도시안함)은 주요챔버(113)에 연결될 수 있다. 본 발명에 따른 압력챔버(75)는 정적 가스베어링(85)에 의하여 중간부분(79)내에서 변위가능하게 안내되는 피스톤(81)에 의해 경계지어지기 때문에, 지지방향에 평행한 지지장치(53)의 경도는 가스스프링(73)의 경도에 의해 실질적으로 배타적으로 결정된다. 실제로 정적 가스베어링(85)과 밀봉갭(93)은 지지방향에 평행하게 볼 때 피스톤(81)상에 실질적으로 마찰력을 가하지 않는다. 지지방향에 평행하게 실질적으로 변형하지 않는 연결부재를 제공하므로써 또는 지지방향에 평행하게 볼 때 매우 높은 경도를 갖는 추가의 정적 가스베어링(103)을 제공함으로써 지지방향에 평행한 지지장치(53)의 경도는 실질적으로 영향을 받지 않는다. 지지방향에 평행한 지지장치(53)의 경도가 가스스프링(73)의 경도에 의해 실질적으로 완전히 결정되기 때문에, 압력챔버(75)와 주요챔버(113)의 적절한 설계는 가스스프링(73)의 충분히 낮은 경도를 얻을 것이며, 그 결과 지지장치(53)의 제 1 부분(69)으로부터 제 2 부분(71)으로의 지지방향에 평행한 진동의 전달은 가능한 방지된다.
지지장치(53)의 중간부분(79)이 추가의 정적 가스베어링(103)에 의해 제 1 부분(69)의 지지면(105)에 걸쳐서 실질적으로 마찰없이 변위될 수 있다는 사실은 지지장치(53)가 지지방향에 수직한 방향으로 실질적으로 0의 경도를 가지며, 상술한 리소그라피 장치의 질량스프링 시스템이 지지방향에 대해 수직한 방향으로 실질적으로 0의 고유 주파수를 갖는 것을 의미한다. 이로써 베이스(37)와 제 1 부분(69)으로부터 프레임(39)을 향하는 지지방향에 수직한 진동의 전달은 실질적으로 완전히 방지된다.
지지장치(53)는 이 지지장치(53)의 중간부분(79)이 추가의 정적 가스베어링(103)을 사용하므로써 제 1 부분(69)의 지지면(105)에 걸쳐서 실질적으로 마찰없이 회전할 수 있기 때문에 지지방향에 평행하게 연장하는 회전축 주위에서 실질적으로 0의 경도를 가지며, 그 결과 지지방향에 대해 평행하게 지지장치(53)의 제 2 부분(71)까지 연장하는 회전축 주위에서 제 1 부분(69)의 회전진동의 전달이 실질적으로 완전히 방지된다.
연결부재(101)에 사용된 고무링(115)은 지지방향에 수직한 벤딩축 주위에서 제한된 벤딩 경도를 갖는다. 지지방향에 수직한 피봇축 주위에서 제 1 부분(69)의 회전진동이 작동동안 실질적으로 존재하지 않거나 비교적 작기 때문에, 지지장치(53)의 제 1 부분(69)으로부터 제 2 부분(71)으로의 회전진동의 전달은 제한된 벤딩 경도를 갖는 고무링(115)을 사용하므로써 충분히 방지된다. 그러나 고무링(115)을 구비한 연결부재(101) 대신에, 연결부재에서 더 작은 벤딩경도를 필요로 하거나 심지어 연결부재의 제한된 벤딩경도가 바람직하지 않다면 다른 연결부재가 사용될 수도 있다. 그리하여, 예를 들면 고무링(115) 대신에 정적 가스베어링이 제공된 볼조인트(ball joint)가 사용될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 지지장치(53)의 제 2 부분(71)은 지지방향에 평행 및 수직한 방향으로 제 1 부분(69)에 대하여 변위될 수 있으며, 지지방향에 평행하게 연장하는 회전축 주위에서 회전할 수 있으며, 지지방향에 수직한 두 개의 상호 수직 피봇축 주위에서 피봇할 수 있다. 본 발명에 따른 지지장치(53)나 리소그라피 장치에는 변위, 회전, 피봇운동과 같은 운동을 방지하거나 제한하기 위한 수단이 제공될 수도 있다. 그리하여, 예를 들면 운동댐퍼시스템은 제 1 부분(69)과 제 2 부분(71) 사이에 제공될 수도 있다. 일반적이면서 잘 알려진 로렌쯔(Lorentz)력 액츄에이터의 시스템이 제 1 부분(69)과 제 2 부분(71) 사이에 사용될 때 이로운 구조가 얻어진다. 그러한 로렌쯔력 액츄에이터는 비접촉식이기 때문에, 로렌쯔력 액츄에이터는 제 1 부분(69)으로부터 제 2 부분(71)으로 임의의 진동을 전달하지 않는다. 본 발명에 따른 리소그라피 장치에서 3개의 지지장치(53)에는, 예를 들어 한 쌍의 로렌쯔력 액츄에이터가 제공될 수도 있으며, 이 경우에 3개의 지지장치(53)의 3쌍의 로렌쯔력 액츄에이터는 조합상태로 베이스(37)에 대하여 프레임(39)의 변위, 회전, 피봇운동을 방지하거나 제한하는 역할을 한다. 도 3에서의 도면부호(117)는 한 쌍의 로렌쯔력 액츄에이터를 개략적으로 지시하며, 도면부호(119)는 제 2 부분(71)의 가속도를 측정하기 위한 로렌쯔력 액츄에이터와 협동하는 가속센서를 표시한다.
소위 "스텝 앤드 스캔"원리에 따른 묘화 방법은 상술한 본 발명에 따라서 리소그라피 장치에서 사용된다. 또한 본 발명은 "스텝 앤드 반복(step and repeat)"원리에 따른 묘화 방법이 사용되는 리소그라피 장치에 관한 것이며, 여기서 마스크와 반도체 기판이 반도체 기판의 노광 동안 포커싱유닛에 대하여 일정위치에 유지된다.
프레임(39)은 상술한 본 발명에 따른 리소그라피 장치에서 포커싱유닛(5)뿐만 아니라 기판홀더(3) 및 마스크홀더(9)를 지지한다. 또한 본 발명은 기판홀더와 마스크홀더가 리소그라피 장치의 다른 지지부품에 의해 지지된 리소그라피 장치에 관한 것이다. 적어도 포커싱유닛은 상기 리소그라피 장치에서 정확하게 정의된 위치에 설정되어야 하기 때문에, 본 발명은 본 발명에 따른 지지장치에 의해 지지된 프레임이 적어도 포커싱유닛을 지지하는 리소그라피 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 지지장치는 리소그라피 장치에서 뿐만 아니라, 예를 들어 다듬질 기계, 기계용 공구, 지지장치에 의해 지지된 임의의 구성요소들에 대한 진동의 전달이 가능한 방지되어야 하는 다른 기계류나 장치에서 사용될 수도 있다.
마지막으로, 본 발명은 제 1 부분에 대한 고정 위치에 중간부분이 고정되는 지지장치를 포함한다. 그러한 지지장치에서, 제 1 부분으로부터 제 2 부분으로, 즉 지지방향에 수직한 진동의 전달은 방지되지 않지만, 예를 들어 지지방향에 수직한 방향의 진동이 지지장치의 임의의 응용분야에서 무시할 정도로 작다면 그러한 진동은 허용될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 제 1 부분과, 제 2 부분과, 지지방향에 평행하게 상기 제 1 부분에 대하여 상기 제 2 부분을 지지하기 위한 압력챔버를 구비한 가스스프링과, 상기 제 1 부분으로부터 상기 제 2 부분으로의 진동의 전달을 방지하기 위한 수단이 제공된 지지장치에 있어서,
    상기 압력챔버는,
    지지방향에 평행하게 중간부분내에서 변위가능하며, 상기 중간부분의 내벽과 피스톤의 외벽 사이에 존재하는 정적 가스베어링에 의해 지지방향에 수직한 방향으로 상기 중간부분에 대하여 지지된 상기 피스톤에 의해서, 그리고 상기 지지장치의 상기 중간부분의 실리더형 내벽에 의해서 경계지어지며,
    상기 중간부분은 지지방향에 평행하게 상기 제 1 부분에 의해 지지되며, 상기 피스톤은 상기 제 2 부분에 고정되는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정적 가스베어링에는 상기 압력챔버와 연통하는 가스공급라인이 제공되는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중간부분은, 지지방향에 대해 수직한 방향의 변위가능성을 갖는 상기 제 1 부분의 지지면상에 상기 중간부분을 안내하는 추가의 정적 가스베어링에 의해, 지지방향에 평행하게 상기 제 1 부분에 대하여 지지되는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 추가의 정적 가스베어링은 상기 제 1 부분의 지지면과 상기 압력챔버를 경계짓는 상기 중간부분의 저부벽 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 추가의 정적 가스베어링에는 상기 압력챔버와 연통하는 가스공급라인이 제공되는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 중간부분은 상기 압력챔버를 상기 제 1 부분내에 제공된 가스스프링의 주요챔버와 연통시키는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 중간부분의 저부벽에 제공되며, 상기 제 1 부분의 지지면에 제공된 추가의 통로내로 결합되어 상기 주요챔버와 연통하는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 추가의 정적 가스베어링의 가스공급라인은 상기 중간부분의 저부벽내에 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피스톤은 지지방향에 평행하게 변형하지 않으며 지지방향에 수직하게 두 개의 상호 수직 벤딩축 주위에서 벤딩할 수 있는 연결부재에 의해 상기 제 2 부분에 고정되는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연결부재는 고무링을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지장치.
  11. 방사원과, 마스크홀더와, 주축을 갖는 포커싱유닛과, 주축에 수직한 X방향에 평행하며 상기 X방향 및 상기 주축에 수직한 Y방향에 평행한 상기 포커싱유닛에 대하여 변위될 수 있는 기판홀더를 구비한 위치설정장치와, 지지방향에 대해 평행하게 상기 포커싱유닛을 지지하는 프레임과, 지지방향에 평행하게 상기 프레임상에 지지력을 가하는 3개 이상의 지지장치에 의해 상기 프레임을 지지하는 베이스가 제공된 리소그라피 장치에 있어서,
    상기 각 지지장치는 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 따르는 지지장치인 것을 특징으로 하는 리소그라피장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 추가의 정적 가스베어링의 가스공급라인은 상기 중간부분의 저부벽내에 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지장치.
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