KR100246583B1 - 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치 - Google Patents

Abstract

정밀 위치 제어를 수행할 수 있도록 된 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치가 개시되어 있다.

이 개시된 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치는 베이스에 설치되는 스테이지의 수직방향 위치 및 수평 상태를 측정하는 측정수단과, 스테이지와 베이스 사이에 설치되며 베이스에 돌출형성된 돌기부에 힌지 결합되어 스테이지를 지지하는 레버부재와, 레버부재를 상하 구동시키는 구동부와, 레버부재의 상하 위치 변화를 검출 및 제어할 수 있도록 된 위치제어수단을 포함하며, 이 위치제어수단은 베이스에 설치되며 광을 생성 출사하는 광원과, 광원과 레버부재 사이의 광경로 상에 배치되며 입사되는 광을 통과시킬 수 있도록 된 다수의 투과영역을 가지는 슬릿부재와, 레버부재에 설치되어 슬릿부재를 통과하여 입사되는 광을 선택적으로 반사시킬 수 있도록 교대로 형성된 다수의 반사영역 및 비반사영역을 가지는 반사부재와, 반사부재에서 반사된 광을 수광하는 수광부와, 수광부의 검출신호와 측정수단의 검출신호에 따라 상기 스테이지의 수직방향 변위를 제어하는 회로부를 구비한다.

Description

스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치

본 발명은 스테이지의 변위 및 수평 조절장치에 관한 것으로, 상세하게는 정밀 위치 제어를 수행할 수 있도록 된 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치에 관한 것이다.

일반적으로 스테이지 예컨대, 액정표시소자, 플라즈마 디스플레이 패널, 인쇄회로기판 및 반도체소자 등의 제조 공정중 노광기에 쓰이는 스테이지는 수직방향 변위 및 수평 상태의 초정밀 제어가 요구된다.

도 1은 일반적인 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이, 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치는 노광 대상 기판이 올려지는 스테이지(1)를 상하로 구동시키는 구동수단(10)과, 스테이지(1)의 위치를 측정하는 측정수단(50)으로 구성된다. 상기 구동수단(10)은 스테이지(1)와 베이스(2) 사이에 설치되어 이 스테이지(1)의 수직방향 변위 및 수평 상태를 조절한다. 그리고 상기 측정수단(50)은 스테이지(1) 상방에 설치되어 스테이지(1)의 수직방향 위치 및 수평 상태를 측정한다.

상기 측정수단(50)은 상기 스테이지(1)의 세 지점의 위치를 각각 측정할 수 있도록 세쌍 구비되며, 그 각각은 광을 출사하는 광원(51)과, 이 광원(51)에서 출사된 광을 평행광으로 바꾸어 주는 콜리메이팅렌즈(52)와, 상기 콜리메이팅렌즈(52)를 통과한 후 스테이지(1)에서 반사된 광을 집광하는 대물렌즈(53)와, 이 집광된 광을 검출하는 광검출기(54)로 구성된다.

상기 구동수단(10)은 스테이지(1)의 세 지점을 지지하도록 세쌍 구비된다.

도 2는 상기한 구동수단(10)을 개략적으로 보인 측면도이다. 도시된 바와 같이, 구동수단(10)은 베이스(2)에서 돌출 형성된 돌기부(3)와, 이 돌기부(3)에 힌지(4)에 의해 회동가능하게 결합된 레버(20)와, 상기 레버(20)를 승강시키는 구동부(30) 및 엔코더(37)로 구성된다.

상기 레버(20)는 스테이지(1)에 접촉되도록 돌출 형성되어 스테이지(1)를 지지하는 지지부(21)를 가진다. 상기 구동부(30)는 구동력을 제공하는 모터(31)와, 이 모터(31)의 회전축(32)에 고정된 웜(33)과, 상기 웜(33)과 기어 결합되는 웜기어(34)와, 상기 웜기어(34)에 고정되고 레버(20)의 하측에 접촉되도록 된 편심캠(35)으로 구성된다. 상기 편심캠(35)은 상기 웜기어(34)의 회전에 따라 그 외측부(35a)의 상측 방향 높이가 변하여 상기 레버(20)를 승강시킨다. 그리고, 상기 엔코더(37)는 상기 모터(31)의 회전축에 설치되어, 이 모터(31)의 회전에 따라 펄스 신호를 출력한다.

도 1과 도 2를 참조하여 설명된 종래의 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치는 상기 측정수단(50)에서 검출된 스테이지(1)의 위치 정보에 따라 상기 모터(31)를 구동하면 그 회전이 웜(33)을 통하여 웜기어(34)로 전달되고, 이에 따라 상기 웜기어(34) 및 편심캠(35)이 회전된다. 따라서, 상기 편심캠(35)의 외측부(35a)에 접촉되어 있는 상기 각 레버(20)가 승강되어 상기 지지부(21)에 의해 지지되어 있는 스테이지(1)의 높낮이를 조절한다. 여기서, 상기 모터(31)의 회전은 상기 엔코더(37)의 펄스신호로 출력되므로, 상기 스테이지(1)의 높낮이 조절량을 알 수 있다. 이때, 상기 엔코더(37)의 펄스신호를 샘플링 시간 간격으로 카운팅하여 수직방향 위치 변화량을 계산한 후, 상기 측정수단(50)에 의해 측정된 수직방향 위치 및 수평 상태와 비교함으로써 스테이지(1)의 수직방향 변위 및 수평 상태를 제어하게 된다.

그러나 상기한 바와 같이 모터(31)의 회전축 상에 설치된 엔코더(37)에 의해 스테이지(1)의 수직 변위 및 수평 조절정도를 검출하므로, 웜(33), 웜기어(34), 레버(20) 및 스테이지(1) 사이의 기구적인 마찰과 백래쉬 등이 발생되는 경우 실제 스테이지(1)의 수직방향 위치 변화량과 엔코더(37)의 펄스신호에 의한 위치 검출량 사이에 차이가 생기게 되므로 스테이지(1)의 수직방향 변위 및 수평 상태의 정밀 제어가 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구조를 개선하여 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 상태의 정밀 제어가 가능한 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 2는 종래 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치를 개략적으로 보인 측면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치를 개략적으로 보인 사시도,

도 4는 도 3의 검출부를 개략적으로 보인 사시도,

도 5는 도 3의 위치제어수단을 개략적으로 나타낸 회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 스테이지 2 : 베이스

3 : 돌기부 4 : 힌지

20 : 레버부재 30 : 구동부

31 : 모터 32 : 회전축

33 : 웜 34 : 웜기어

35 : 편심캠 35a : 외측부

50 : 측정수단 51,510 : 광원

54 : 광검출기 100 : 구동수단

400 : 위치제어수단 500 : 검출부

520 : 슬릿부재 521 : 투과영역

530 : 반사부재 531 : 반사영역

540 : 수광부 550 : 콜리메이팅렌즈

560 : 집속렌즈 600 : 회로부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치는 베이스에 설치되는 스테이지의 수직방향 위치 및 수평 상태를 측정하는 측정수단과; 상기 스테이지와 베이스 사이에 설치되며 상기 베이스에 돌출형성된 돌기부에 힌지 결합되어 상기 스테이지를 지지하는 레버부재와; 상기 레버부재를 상하 구동시키는 구동부와; 상기 레버부재의 상하 위치 변화를 검출 및 제어할 수 있도록 된 위치제어수단;을 포함하여 된 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치에 있어서, 상기 위치제어수단은 상기 베이스에 설치되며 광을 생성 출사하는 광원과; 상기 광원과 레버부재 사이의 광경로 상에 배치되며 입사되는 광을 통과시킬 수 있도록 된 다수의 투과영역을 가지는 슬릿부재와; 상기 레버부재에 설치되어 상기 슬릿부재를 통과하여 입사되는 광을 선택적으로 반사시킬 수 있도록 교대로 형성된 다수의 반사영역 및 비반사영역을 가지는 반사부재와; 상기 반사부재에서 반사된 광을 수광하는 수광부와; 상기 수광부의 검출신호와 상기 측정수단의 검출신호에 따라 상기 스테이지의 수직방향 변위를 제어하는 회로부;를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 4는 도 3의 검출부를 개략적으로 보인 사시도이며, 도 5는 도 3의 위치제어수단을 개략적으로 나타낸 회로도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치는 노광 대상 기판이 올려지는 스테이지(1)의 수직방향 위치 및 수평 상태를 측정하는 측정수단(50)과, 상기 스테이지(1)의 수직방향 변위 및 수평 상태를 조절하는 구동수단(100)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 측정수단(50)과 구동수단(100)은 상기 스테이지(1)의 수직 방향 변위 및 수평을 조절하기 위해 스테이지(1)의 적어도 세 점에 대향되도록 복수개 구비된다.

상기 측정수단(50)은 광원(51)과, 이 광원(51)에서 출사된 광을 평행광으로 바꾸어 주는 콜리메이팅렌즈(52)와, 스테이지(1)에서 반사된 광을 집속광으로 바꾸어 주는 대물렌즈(53)와, 이 집속광을 검출하는 광검출기(54)을 구비하여, 상기 스테이지(1)의 각각 다른 위치에서 수직방향 위치 및 수평 상태를 측정한다.

상기 구동수단(100)은 레버부재(20)와, 상기 레버부재(20)를 구동시키는 구동부(30)와, 상기 구동부(30)의 구동에 따른 레버부재(20)의 상하 위치 변화(A)를 검출 및 제어하는 위치제어수단(400)을 포함하여 구성된다.

상기 레버부재(20)는 상기 스테이지(1)와 베이스(2) 사이의 스테이지(1)에 설치되며 상기 베이스(2)에서 돌출형성된 돌기부(3)에 힌지(4)에 의해 회동 가능하게 결합된다. 이 레버부재(20)는 상기 스테이지(1)에 접촉되도록 돌출 형성되어 스테이지(1)를 지지하는 지지부(21)를 가진다. 상기 구동부(30)는 모터(31)와, 이 모터(31)의 회전축(32)에 설치된 웜(33)과, 이 웜(33)과 기어 결합된 웜기어(34)와, 상기 웜기어(34)의 일측에 고정된 편심캠(35)을 포함하여 구성된다. 이 편심캠(35)은 상기 웜기어(34)의 회전에 따라 그 외측부(35a)의 상측 방향 높이가 변하여 상기 레버부재(20)를 승강시킨다.

상기 위치제어수단(400)은 상기 레버부재(20)의 상하 위치변화(A)를 검출할 수 있는 검출부(500)와, 회로부(600)를 포함하여 구성된다. 상기 검출부(500)는 광을 선택적으로 투과 및 반사시킴으로써 각 레버부재(20)의 상하 위치 변화(A) 즉, 수직방향 변위를 검출할 수 있도록 마련되어 있다. 이 검출부(500)는 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스(2)에 설치되며 광을 생성 출사하는 광원(510)과, 상기 광원(510)과 레버부재(20) 사이의 광경로 상에 배치되는 슬릿부재(520)와, 상기 슬릿부재(520)에 대향되게 상기 레버부재(20)에 설치되어 슬릿부재(520)에 대해 상대 이동 가능하게 마련된 반사부재(530)와, 상기 반사부재(530)에서 반사된 광을 수광하는 수광부(540)을 포함하여 구성된다.

상기 슬릿부재(520)는 상기 광원(510)으로부터 입사되는 광을 선택적으로 투과시킬수 있도록 A 방향과 대략 나란한 방향으로 배치된 다수의 투과영역(521)을 구비하고 있다. 또한 상기 반사부재(530)는 상기 투과영역(521)을 통과하여 입사되는 광을 선택적으로 반사시킬 수 있도록 A 방향으로 배치된 다수의 반사영역(531)과 비반사영역(532)를 구비하고 있다.

레버부재(20)가 상하(A방향)으로 이동시 상기 광원(510)에서 출사되어 상기 슬릿부재(520)의 일 투과영역(521)을 통과한 광은 상기 반사부재(530)에서 선택적으로 반사되어 상기 수광부(540)를 향한다. 상기 수광부(540)에서 수광된 광량은 상기 반사영역(531)과 비반사영역(532)이 교대로 형성되어 있으므로 변하게 된다.

상기 수광부(540)는 간섭무늬의 변화를 검출하기 위하여 입사광을 독립적으로 광전 변환시키는 4개의 광센서(A,B,C,D)를 구비한다. 상기 광센서(A,B,C,D)들은 격자형을 이루도록 서로 인접하여 설치되며, 상호 인접한 광센서(A,B,C,D) 사이에 90도의 위상차를 가지도록 마련된다.

한편, 상기 검출부(500)는 상기 광원(510)과 슬릿부재(520) 사이의 광경로 상에 배치되어 광원(510)에서 출사된 광을 평행광으로 바꾸어 주는 콜리메이팅렌즈(550)와, 상기 반사부재(530)에서 반사되어 슬릿부재(520)를 통과한 광을 집속광으로 바꾸어주는 집속렌즈(560)을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 회로부(600)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광센서(A,B,C,D)의 검출신호를 각각 차동 증폭하여 잡음제거 및 신호증폭을 수행한 다음 이를 구형파로 변환시키는 증폭/변환기(605)와, 입력신호를 소정 간격으로 샘플링하고 이를 계수하는 계수기(610)와, 상기 계수기(610)에서 계수된 위치 신호를 피드백 신호로 사용하여 위치 제어 명령을 송출하는 중앙 연산부(CPU)(620)를 구비한다. 그리고 상기 CPU(620)에서 출력된 신호를 상기 모터(31)에 피드백시킴에 의해 스테이지(1)의 위치를 조절한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치의 동작을 설명한다.

측정수단(50)에 의해 스테이지(1)의 초기 수직 방향 위치 및 수평 상태가 검출되면, 상기 스테이지(1)의 높낮이를 조절하도록 구동수단(100)이 동작된다. 즉, 상기 위치제어수단(400)이 동작되어 상기 스테이지(1)의 위치 변화에 따른 파형수를 계수한다. 여기서, 초기에 계수기(610)에서 계수된 값은 스테이지(1)가 변위되기 전이므로 영(zero)이다.

이후, 모터(31)가 구동되고 웜(33) 및 웜기어(34)가 회전되어 상기 레버부재(20)를 상승 또는 하강시켜 스테이지(1)의 높낮이를 변위 시킨다. 상기 스테이지(1)의 변위에 따라 상기 계수기(610)에서 계수된 값이 변화하게 되며, 이로부터 상기 CPU(620)는 스테이지(1)의 변위량과 소망하는 변위량 사이의 오차값을 알 수 있다. 한편, 상기 CPU(620)에서 출력된 제어신호는 상기 모터(31)에 피드백되어 상기 스테이지(1)의 변위량 오차가 보정되도록 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치는 레버부재의 상하 이동에 따라 슬릿부재와 레버부재에 설치되는 반사부재에 의해 생기는 간섭무늬의 변화를 계수하여 레버부재의 상하 이동량를 검출하므로, 기구적인 마찰이나 백래쉬 등에 무관하게 스테이지의 실제 위치 변화량을 알 수 있어서, 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 상태의 정밀한 제어가 가능하도록 한다.

Claims (4)

1. 베이스에 설치되는 스테이지의 수직방향 위치 및 수평 상태를 측정하는 측정수단과; 상기 스테이지와 베이스 사이에 설치되며 상기 베이스에 돌출형성된 돌기부에 힌지 결합되어 상기 스테이지를 지지하는 레버부재와; 상기 레버부재를 상하 구동시키는 구동부와; 상기 레버부재의 상하 위치 변화를 검출 및 제어할 수 있도록 된 위치제어수단;을 포함하여 된 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치에 있어서,

   상기 위치제어수단은 상기 베이스에 설치되며 광을 생성 출사하는 광원과; 상기 광원과 레버부재 사이의 광경로 상에 배치되며 입사되는 광을 통과시킬 수 있도록 된 다수의 투과영역을 가지는 슬릿부재와; 상기 레버부재에 설치되어 상기 슬릿부재를 통과하여 입사되는 광을 선택적으로 반사시킬 수 있도록 교대로 형성된 다수의 반사영역 및 비반사영역을 가지는 반사부재와; 상기 반사부재에서 반사된 광을 수광하는 수광부와; 상기 수광부의 검출신호와 상기 측정수단의 검출신호에 따라 상기 스테이지의 수직방향 변위를 제어하는 회로부;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수광부는 입사광을 각각 독립적으로 광전변환시키는 4개의 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 광센서들은 격자형을 이루도록 서로 인접하여 설치되어 상호 인접한 광센서 사이에 90도의 위상차를 가지도록 된 것을 특징으로 하는 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 위치제어수단은 상기 광원과 스테이지 사이의 광경로 상에 배치되어 상기 광원으로부터 출사된 광을 평행광으로 바꾸어주는 콜리메이팅렌즈와; 상기 슬릿부재와 수광부 사이의 광경로 상에 배치되어 상기 스테이지에서 반사된 광을 집속시키는 집속렌즈;를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 스테이지의 수직방향 변위 및 수평 조절 장치.

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