KR101095588B1 - Ｘｙ 스테이지 위치보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 XY스테이지의 위치보정 방법에 관한 것으로, 작업자가 입력한 명령위치로 복수의 모터에 의해 XY축 방향으로 이동가능한 XY스테이지의 위치를 보정하는 방법에 있어서, X축 방향 및 Y축 방향으로 제1 보정을 각각 수행하는 단계와, 상기 제1 보정에 의해 보정된 XY축을 기준으로 그 대각선 방향으로 보정을 수행하는 단계와, 상기 대각선 방향의 보정을 이용하여 X축 방향 및 Y축 방향의 제2 보정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＸＹ 스테이지 위치보정방법{Method for compensating position of XY stage}

본 발명은 XY 스테이지의 위치를 보정하는 방법에 관한 것으로, 특히 XY 스테이지의 대각선 방향으로 위치를 측정하여 X축과 Y축의 위치를 보정하는 XY 스테이지 위치보정방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 산업은 반도체 장치의 집적도를 향상시키는 방향으로 발전되고 있으며, 이를 위해 반도체 제조현장에서는 정밀한 위치결정이 가능하도록 X축 및 Y축으로 이동가능한 XY 스테이지를 활용하고 있다.

XY 스테이지는 고정밀도를 요구하는 반도체 및 FPD(Flat Pannel Display) 시료를 제작 및 테스트하기 위해서 사용되며, 구체적으로 상기 시료를 XY 스테이지에 올려 놓고, XY 스테이지를 X축 또는 Y축으로 이동시키면서 시료를 처리한다.

이러한 XY 스테이지는 작업자가 원하는 위치를 설정하여 명령하면 스테이지를 X축과 Y축으로 각각 이동시키는 구동모터에 의해 명령위치로 이동하도록 구성된다.

현실적으로, XY 스테이지는 조립 또는 가공시 발생되는 오차로 인하여, 작업 자가 원하는 명령위치를 입력받더라고 실제 이동하여 위치한 실제위치 사이에는 미세한 오차가 발생되게 된다.

즉, 도1에 도시된 바와 같이, 명령위치를 입력받은 XY 스테이지가 이동하는 경로는 X축과 Y축 모두에 대하여 직선으로 이동하지 않으므로, 명령위치1(x₀,y₀)에 도달한 것으로 인지하는 XY 스테이지는 실제적으로 실제위치1(x₀+x1,y₀+y1)에 위치하게 된다. 따라서 명령위치1과 실제위치1가 정확하게 일치하지 않게 되어, XY 스테이지의 정밀도를 떨어뜨리게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, XY 스테이지의 위치를 보정하는 방법으로 실제위치와 명령위치의 오차를 고려하여 X축과 Y축 각각의 보정 수행하고, 명령위치를 입력받은 XY 스테이지가 실제로 위치하는 실제위치는 상기 보정에 의해 획득된 보정데이터에 근거하여 X축과 Y축의 오차를 보정하여 상기 실제위치를 수정하도록 함으로써, XY 스테이지의 위치를 보정하였다.

X축 및 Y축의 보정만으로는 평면 내의 임의지점의 정확한 위치에 도달할 수 없다. 그 이유는 1차원적으로 이동하는 경우, 예컨대 X축만으로 이동시 명령위치와 실제위치 사이의 오차는 X축 보정에 의하여 해소될 수 있으나, 2차원적으로 이동하는 경우, 즉 X축 이동과 Y축 이동이 동시에 이루어지는 경우에는 각 축의 오차가 중첩되어 명령위치와 실제위치 사이에 오차가 발생되므로, 2차원 평면 상의 임의지점에서의 스테이지의 정밀도가 떨어지게 된다. 그러므로, 이러한 왜곡된 평면을 전체적으로 평탄화하여 스테이지의 정밀도를 향상시킬 필요가 있다.

또한, XY평면을 X축 방향 및 Y축 방향으로 다수 구획하여 맵핑하는 방식으로 보정하더라도 대각선 방향으로의 오차는 여전히 존재하므로 스테이지의 정밀도가 떨어지게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 사항을 고려하여 안출된 것으로, XY 스테이지 의 대각선 위치를 측정하여 대각선방향의 보정을 수행하고 그 대각선 위치 측정을 통하여 X축 및 Y축의 위치를 재보정하며 평면왜곡현상도 보정함으로써, XY 스테이지의 정밀도를 향상시킨 XY 스테이지 위치보정방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 XY 스테이지 위치보정방법은, 작업자가 입력한 명령위치로 복수의 모터에 의해 XY축 방향으로 이동가능한 XY스테이지의 위치를 보정하는 방법에 있어서, X축 방향 및 Y축 방향으로 제1 보정을 각각 수행하는 단계와, 상기 제1 보정에 의해 보정된 XY축을 기준으로 그 대각선 방향으로 보정을 수행하는 단계와, 상기 대각선 방향의 보정을 이용하여 X축 방향 및 Y축 방향의 제2 보정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 보정을 수행하는 단계는, 작업자에 의한 X축 방향으로의 명령위치와 그 명령에 의해 X축 방향으로 이동되는 스테이지의 실제위치를 비교하여 제1 오차 데이터를 생성하고 X축 방향에 대한 제1 X축보정을 수행하는 단계와, 작업자에 의한 Y축 방향으로의 명령위치와 그 명령에 의해 Y축 방향으로 이동되는 스테이지의 실제위치를 비교하여 제2 오차 데이터를 생성하고 Y축 방향에 대한 제1 Y축보정을 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 대각선 방향의 보정 단계는, 작업자에 의한 대각선 방향으로의 명령위치와 그 명령에 의해 대각선 방향으로 이동되는 스테이지의 실제위치를 비교하여 제3 오차 데이터를 생성하여 대각선 방향의 보정을 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 보정을 수행하는 단계는, 상기 제1 보정에 의해 보정된 XY축을 기준으로 그 대각선 방향으로 선택된 복수 지점에 대한 각 좌표의 상대길이에 근거하여, 그 상대길이에 대응되는 X좌표값와 Y좌표값을 각각 계산하여 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 오차 데이터 및 제2 오차 데이터는 직진도, 각도를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 XY 스테이지 위치보정방법은, 대각선의 위치측정을 통하여 대각선 방향으로의 보정을 수행하고, 상기 대각선의 위치측정에 의해 X축 및 Y축을 재보정하므로, 2차원 평면의 평면왜곡을 보다 평탄화하여 평면 상의 임의지점에 대하여 XY 스테이지가 정확하게 위치할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

본 발명은 XY 스테이지의 위치를 보정하는 방법에 관한 것으로, XY 스테이지의 X축, Y축 각각에 대한 보정을 실시한 후, 그 보정된 X축 및 Y축을 기준으로 대각선 길이를 측정한 후, 이를 근거로 다시 X축 및 Y축을 재보정하고 평면왜곡을 보정하여 전체적으로 XY 스테이지의 정밀도를 향상시키는 방법에 관한 것이다.

도2는 본 발명 실시예에 따른 XY스테이지 위치보정방법을 적용하기 위한 블 럭도이며, 도3은 본 발명 실시예에 따른 XY스테이지 위치보정방법을 이용하여 스테이지가 이동되는 흐름도이며, 도4는 본 발명 실시예에 따른 XY스테이지 위치보정방법의 흐름도이다.

도2을 참조하면, 본 발명에 따른 위치보정방법이 적용된 스테이지(20)는 제어부(21)와 저장부(22)와 구동부(23)를 포함하며, 상기 스테이지(20)는 외부 입력부(10)에 의해서 스테이지(20)가 이동될 명령위치에 대한 정보를 획득한다.

상기 입력부(10)는 작업자가 스테이지(20)를 원하는 위치로 이동시키기 위해서 스테이지(20)가 이동될 위치를 입력하기 위해서 마련되며, 예컨대 컴퓨터 단말기를 통하여 스테이지(20)가 이동될 명령위치를 입력한다.

상기 제어부(21)는 상기 입력부(10)로부터 입력된 명령위치를 수신한다.

상기 저장부(22)는 스테이지(20)가 명령위치에 정확히 도달하도록, 위치보정방법에 산출된 보정데이터를 저장한다.

상기 보정데이터는 명령위치를 입력받은 스테이지(20)가 그 명령위치로 이동한 실제위치와 상기 명령위치 사이의 오차에 근거하여 생성된다.

상기 제어부(21)는 스테이지(20)의 실제위치에 저장부(22)에 저장된 상기 보정데이터를 적용하여 스테이지(20)가 명령위치에 도달하도록 구동부(23)를 동작시킨다.

상기 구동부(23)는 X축 방향과 Y축 방향으로 스테이지(20)를 이동시키는 X축 모터(미도시)와 Y축 모터(미도시)를 구동시켜 스테이지(20)를 명령위치에 도달하도록 한다.

이하, XY스테이지의 위치보정방법을 상세히 설명한다.

상기 위치보정방법은, X축 방향 및 Y축 방향으로 제1 보정을 각각 수행하는 단계와, 상기 제1 보정에 의해 보정된 XY축을 기준으로 그 대각선 방향으로 보정을 수행하는 단계와, 상기 각 지점의 XY좌표에 근거하여 각 지점에 대응하는 X축좌표 및 Y축좌표를 계산하여 상기 X축 방향 및 Y축 방향으로의 제2 보정을 수행하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 제1 보정을 수행하는 단계는, 작업자에 의한 X축 방향(X축 및 X축에 평행한 다수의 축)으로의 명령위치와 그 명령에 의해 X축 방향으로 이동되는 스테이지(20)의 실제위치를 비교하여 제1 오차 데이터를 생성하고 X축 방향에 대한 제1 X축보정을 수행하는 단계(S10)와, 작업자에 의한 Y축 방향(Y축 및 Y축에 평행한 다수의 축)으로의 명령위치와 그 명령에 의해 Y축 방향으로 이동되는 스테이지(20)의 실제위치를 비교하여 제2 오차 데이터를 생성하고 Y축 방향에 대한 제1 Y축보정을 수행하는 단계(S20)를 포함한다.

구체적으로, 상기 제1 X축보정은 작업자가 입력한 X축 상의 명령위치로 스테이지(20)를 그 축방향으로 이동시키면서 실제 스테이지(20)가 위치한 실제위치와 상기 명령위치를 비교하여 오차 데이터를 생성하고, 상기 실제위치를 보정하여 이루어진다.

이때, 상기 명령위치는 룰러 또는 그리드 글라스 또는 레이저 인터페로미터 등의 기준 레퍼런스를 이용하여 측정하며, 그 명령위치와 상기 스테이지(20)가 실제로 위치한 실제위치 사이의 제1 오차 데이터를 생성하여 실제위치를 보정하여 제1 X축보정을 수행한다. 상기 오차 데이터는 직진도, 각도에 대한 오차를 측정함으로써 산출된다. 이러한 제1 X축보정은 X축 및 그 축과 평행한 다수의 축(X축 방향)에서 수행한다.

상기 제1 Y축보정은, 상기 제1 X축보정과 마찬가지로 스테이지(20)를 Y축 방향으로 이동시키면서 실제 스테이지(20)가 위치한 실제위치와 작업자에 의한 Y축 명령위치를 비교하여 제2 오차 데이터를 생성하고, Y축 상에 위치한 스테이지(20)의 실제위치를 보정하여 이루어진다. 제1 Y축보정도 Y축 및 그 축과 평행한 다수의 축(Y축 방향)에서 수행하여, 전체적으로 2차원 평면이 바둑판 모양으로 구획되어 X축 방향과 Y축 방향에 대한 보정이 수행된다.

이어서, 상기 제1 보정에 의해 보정된 XY축을 기준으로 그 대각선 방향으로 보정을 수행한다(S30).

대각선 방향의 보정 단계는 작업자에 의한 대각선 방향으로의 명령위치와 그 명령에 의해 대각선 방향으로 이동되는 스테이지(20)의 실제위치를 비교하여 제3 오차 데이터를 생성하여 스테이지(20)의 실제위치를 보정함으로써 수행된다.

구체적으로, 상기 제1 보정에 의해 보정된 XY축을 기준으로 그 대각선 방향으로 임의의 지점을 복수개 추출하여 상기 각 지점의 XY좌표값을 측정한다.

예컨대, 룰러를 대각선 방향으로 위치시키고 임의의 지점을 선택하며, 그 선택된 지점의 좌표값을 측정한다. 이렇게 측정된 각 지점의 좌표값은 작업자에 의한 명령위치가 되며, 그 좌표값으로 실제 이동된 스테이지(20)의 실제위치를 측정된 좌표값과 비교하여 제3 오차 데이터를 생성하고 대각선 방향으로 보정을 수행한다.

도5에 도시된 바와 같이, 상기 측정에 의한 각 지점의 XY 좌표값의 X성분과 Y성분은 상기 제1 보정에 의한 X축 좌표값과 Y축 좌표값과 미세한 오차가 발생되어 서로 일치하지 않게 되는데, 이는 상기 제1 보정에 의해서는 대각선 방향으로의 보정을 수행하지 않았기 때문에 XY평면의 대각선 방향으로 기준 레퍼런스, 예컨대 상기와 같이 룰러를 이용하여 측정한 각 지점의 XY 좌표값이 제1 보정에 의한 X축 좌표값과 Y축 좌표값과 일치하지 않게 된다.

예컨대, 작업자가 스테이지(20)를 P1(X1,Y1)의 위치로 이동시키기 위해서 명령위치를 상기 룰러에 의해 측정된 (X1,Y1)으로 입력하면, 스테이지(20)는 X축 방향으로 X1만큼 이동되고, Y축 방향으로 그 Y1만큼 이동되면서 오차가 발생되어 실제로 (X^',Y^')에 위치하게 된다. 따라서 상기 각 지점의 XY좌표로 스테이지(20)를 정확하게 이동시키기 위해서 X축과 Y축을 재보정할 필요가 있다.

따라서, 상기 대각선 방향의 보정시 이용된 복수개의 좌표값의 상대길이에 근거하여, 그 상대길이에 대응되는 X좌표값와 Y좌표값을 각각 계산하여 X축 방향과 Y축 방향에 대하여 제2 보정을 수행한다(S40).

예컨대, 원점을 기준으로한 X축과 Y축을 재보정하기 위해서, 오차를 고려한 신좌표를 아래 [표1]과 같이 가정하여 피타고라스 정리를 이용하여 방정식을 산출한다.

선택된 지점	측정된 좌표값	측정된 지점으로 이동되기 위해서 오차를 고려한 X축의 신좌표값		측정된 지점으로 이동되기 위해서 오차를 고려한 Y축의 신좌표값
P1	(X1,Y1)	(X1+X1e,0)		(0,Y1+Y1e)
P2	(X2,Y2)	(X2+X2e,0)		(0,Y2+Y2e)
P3	(X3,Y3)	(X3+X3e,0)		(0,Y3+Y3e)
P4	(X4,Y4)	(X4+X4e,0)		(0,Y4+Y4e)
P5	(X5,Y5)	(X5+X5e,0)		(0,Y5+Y5e)

[표1]

여기서, X1e 내지 X5e는 원점을 기준으로한 X축 상의 오차이며, Y1e 내지 Y5e는 원점을 기준으로한 Y축 상의 오차이다. 예를 들어, 아래와 같은 복수의 방정식을 산출한다.

아래 [수학식1]은 원점으로부터 P1의 상대길이를 상수로 하는 경우,

아래 [수학식2]는 원점으로부터 P2의 상대길이를 상수로 하는 경우,

아래 [수학식3]은 원점으로부터 P3의 상대길이를 상수로 하는 경우,

아래 [수학식4]는 원점으로부터 P4의 상대길이를 상수로 하는 경우,

아래 [수학식5]는 원점으로부터 P5의 상대길이를 상수로 하는 경우,

아래 [수학식6]은 P1과 P2의 사이의 상대길이를 상수로 하는 경우,

아래 [수학식7]은 P1과 P3의 사이의 상대길이를 상수로 하는 경우,

아래 [수학식8]은 P1과 P4의 사이의 상대길이를 상수로 하는 경우,

아래 [수학식9]는 은 P1과 P5의 사이의 상대길이를 상수로 하는 경우,

아래 [수학식10]은 은 P2과 P3의 사이의 길이값을 상수로 하는 경우,

상기와 같이 미지수 10개에 해당하는 수만큼 방정식 10개를 산출한다. 그 후, 상기 복수개의 방정식을 뉴튼랩슨을 이용하여 풀면 각 선택된 지점의 X성분 및 Y성분으로 스테이지(20)를 이동시키기 위해서, 스테이지(20)를 이동시킬 X축과 Y축 좌표값이 산출되게 된다.

상기 방정식의 해에 해당하는 값으로 원점을 기준으로한 X축과 Y축을 재보정하여 그 보정된 데이터를 저장한다.

또한, P1,P2,P3,P5의 각 지점을 기준으로 서로 직교하는 X축과 Y축에 대하여도 원점을 기준으로 서로 직교하는 X축과 Y축에 적용한 상기 방법을 이용하여 재보정을 수행한다.

결과적으로, 대각선 방향의 보정을 기반으로 X축 방향과 Y축 방향으로 2차원 평면을 재보정한 보정 데이터를 저장해 둠으로써 위치보정방법이 완성된다.

이처럼, 본 발명에 따른 XY스테이지 보정방법은, 1차적으로 보정된 X축과 Y축에 근거하여 대각선 방향으로 보정을 수행하고, 그 대각선 방향으로 임의의 지점을 복수개 선택하여 그 각 지점의 좌표를 이용하여 다시 X축 방향과 Y축 방향을 재보정함으로써, 2차원 평면 상에서 대각선길이의 정확성 향상시키고, 각 축에 대한 직진도를 향상시켜서 2차원 평면의 평면 왜곡을 전체적으로 감소시키는 효과를 제공한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.

도1은 종래 스테이지의 명령위치 경로와 실제위치의 경로를 개략적으로 도시한 도면,

도2는 본 발명 실시예에 따른 XY스테이지 위치보정방법을 적용하기 위한 블럭도,

도3은 본 발명 실시예에 따른 XY스테이지 위치보정방법을 이용하여 스테이지가 이동되는 흐름도,

도4는 본 발명 실시예에 따른 XY스테이지 위치보정방법의 흐름도,

도5는 본 발명 실시예에 따른 XY스테이지 위치보정방법에 적용된 방정식을 산출하기 위한 개념도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10... 입력부 20... 스테이지

21... 제어부 22... 저장부

23... 구동부

Claims (5)

1. 작업자가 입력한 명령위치로 복수의 모터에 의해 XY축 방향으로 이동가능한 XY스테이지의 위치를 보정하는 방법에 있어서,

   X축 방향 및 Y축 방향으로 제1 보정을 각각 수행하는 단계;

   상기 제1 보정에 의해 보정된 XY축을 기준으로 그 대각선 방향으로 보정을 수행하는 단계; 및

   상기 대각선 방향의 보정을 이용하여 X축 방향 및 Y축 방향의 제2 보정을 수행하는 단계;를 포함하며,

   상기 제2 보정을 수행하는 단계는,

   상기 제1 보정에 의해 보정된 XY축을 기준으로 그 대각선 방향으로 선택된 복수 지점에 대한 각 좌표의 상대길이에 근거하여, 그 상대길이에 대응되는 X좌표값와 Y좌표값을 각각 계산하여 수행하는 것을 특징으로 하는 XY 스테이지 위치보정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 보정을 수행하는 단계는,

   작업자에 의한 X축 방향으로의 명령위치와 그 명령에 의해 X축 방향으로 이동되는 스테이지의 실제위치를 비교하여 제1 오차 데이터를 생성하고 X축 방향에 대한 제1 X축보정을 수행하는 단계와,

   작업자에 의한 Y축 방향으로의 명령위치와 그 명령에 의해 Y축 방향으로 이동되는 스테이지의 실제위치를 비교하여 제2 오차 데이터를 생성하고 Y축 방향에 대한 제1 Y축보정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 XY 스테이지 위치보정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 대각선 방향의 보정 단계는,

   작업자에 의한 대각선 방향으로의 명령위치와 그 명령에 의해 대각선 방향으로 이동되는 스테이지의 실제위치를 비교하여 제3 오차 데이터를 생성하여 대각선 방향의 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 XY 스테이지 위치보정 방법.
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,

   제1 오차 데이터 및 제2 오차 데이터는 직진도, 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 XY스테이지 위치보정 방법.

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