KR20070104611A - Ｘｙ 스테이지 - Google Patents

Ｘｙ 스테이지 Download PDF

Info

Publication number
KR20070104611A
KR20070104611A KR1020077018947A KR20077018947A KR20070104611A KR 20070104611 A KR20070104611 A KR 20070104611A KR 1020077018947 A KR1020077018947 A KR 1020077018947A KR 20077018947 A KR20077018947 A KR 20077018947A KR 20070104611 A KR20070104611 A KR 20070104611A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
slider
axis
axis direction
motor
unit
Prior art date
Application number
KR1020077018947A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100915163B1 (ko
Inventor
미쓰히로 니카이도
유타카 고이즈미
후미오 가이호
Original Assignee
요코가와 덴키 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 요코가와 덴키 가부시키가이샤 filed Critical 요코가와 덴키 가부시키가이샤
Publication of KR20070104611A publication Critical patent/KR20070104611A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100915163B1 publication Critical patent/KR100915163B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70758—Drive means, e.g. actuators, motors for long- or short-stroke modules or fine or coarse driving
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70716—Stages
    • G03F7/70725—Stages control
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70733—Handling masks and workpieces, e.g. exchange of workpiece or mask, transport of workpiece or mask
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49276—Floating, air, magnetic suspension xy table, sawyer motor, xenetics

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

격자 플래튼(lattice platen) 상의 슬라이더부의 위치를 2차원 방향으로 제어하는 XY 스테이지는, 위치가 독립적으로 제어되는 복수의 상기 슬라이더부를 가진다. 각각의 상기 슬라이더부는, 상기 슬라이더부의 위치를 X축 방향 및 Y축 방향으로 제어하는 위치 제어부; 및 상기 슬라이더부의 Z축 주위의 요잉(yawing)을 보정하는 요잉 보정부를 포함한다.
XY 스테이지, 격자 플래튼, 슬라이더부, 요잉, 롤링, 코깅, 보정, 추진력

Description

ＸＹ 스테이지 {XY STAGE}
본 발명은, 격자 플래튼(platen) 위의 슬라이더부(slider part)의 위치를 2차원 방향으로 제어하는 XY 스테이지에 관한 것이다. XY 스테이지는 반도체 제조, 반도체 검사 장치, 조립 장치, 인쇄 장치 등에 폭넓게 이용되고 있다.
복수의 슬라이더부를 가지는 XY 스테이지는 일본 특허공개공보 제2002-116239호에 기재되어 있다.
일본 특허공개공보 제2002-116239호는 관련기술로서 인용된다.
일본 특허공개공보 제2000-65970호는, 격자 플래튼과 그 상면(upper face)의 X축 방향 및 Y축 방향으로 슬라이딩함으로써 위치가 제어되는 슬라이더부를 가지는 XY 스테이지의 구조 및 슬라이더부의 요잉(yawing) 억제 기술에 대해 기재되어 있다.
일본 특허공개공보 제2000-65970호는 관련기술로서 인용된다.
도 20은 일본 특허공개공보 제2002-116239호에 개시되어 있는 복수의 슬라이더부를 가지는 XY 스테이지의 구성을 나타낸 평면도이다. 이 평면도에 개시된 기술은, 택트(tact)를 향상시킨 디바이스 검사 장치이다.
도면부호 1은 격자 플래튼을 가리킨다. 도면부호 2는 (A) 위치의 슬라이더 부를 가리키고, 도면부호 3은 (B) 위치의 슬라이더부를 가리키며, 그 위치는 격자 플래튼(1)의 상면 위에서 2차원 방향(X, Y)으로 위치 제어된다. 도면부호 4는 슬라이더부(2)에 탑재된 검사 대상이 되는 디바이스를 가리키고, 도면부호 5는 슬라이더부(3)에 탑재된 검사 대상이 되는 디바이스를 가리킨다. 도면부호 6은 제어부를 가리키고, 도면부호 7과 도면부호 8은 제어부에 의해 조작되는 카메라와 검사부를 가리킨다.
(A) 위치의 슬라이더부(2)에 탑재된 검사 대상이 되는 디바이스(4)의 위치에 대한 화상을 카메라(7)로 측정하고, 디바이스의 배치 상태의 어긋남(deviation)을 구하는 얼라인먼트(alignment)를 수행한다. 동시에, (B) 위치의 슬라이더부(3)에 탑재된 디바이스(5)에 검사부(8)의 프로브(9)를 접촉시켜 검사를 수행한다.
검사가 종료되면, (A) 위치에서 얼라인먼트 후의 디바이스(4)를 탑재한 슬라이더부(2)를, 검사를 수행하는 (B) 위치로 이송(화살표 P1)하는 동시에, 검사 후의 디바이스(5)를 탑재한 슬라이더부(3)를 얼라인먼트를 수행하는 (A) 위치로 이송(화살표 P2) 한다.
(B) 위치로 이송된 디바이스(4)에 따라, 얼라인먼트로 구한 어긋남 양에 기초하여 디바이스의 위치를 결정하고, 그 후 검사를 행한다. (A) 위치로 이송된 디바이스(5)는 새로운 디바이스로 교환되어 얼라인먼트가 수행된다.
이와 같이, 얼라인먼트를 수행하는 (A) 위치와 검사를 수행하는 (B) 위치에서, 슬라이더부(2)와 슬라이더부(3)를 교대로 바꿔 넣어, 하나의 슬라이더부에서 디바이스를 검사하는 기간 동안에, 다른 슬라이더부에서 다음의 검사 대상이 되는 디바이스의 얼라인먼트를 수행하는 단계를 반복한다. 제어부(6)는 슬라이더부(2)의 이동 경로와 슬라이더부(3)의 이동 경로가 서로 교차하지 않는 별개 경로로 구성되도록 제어한다.
도 21은 슬라이더부(2)의 2차원 위치 제어 시스템을 설명하기 위한 기능 블록도이다. 수평으로 고정되도록 배치된 격자 플래튼(1)은 X 방향 및 Y 방향을 따라 일정 피치로 이빨(tooth)이 형성되어 있다. 도면에서는 단순화를 위해 일부의 이빨만을 나타냈다. 격자 플래튼은 자성체의 평탄면에 격자형으로 홈(groove)을 잘라서 형성된다.
도면부호 2는, 격자 플래튼의 상면 위에서 X 방향 및 Y 방향으로 슬라이딩함으로써 위치가 결정되도록 제어되는 슬라이더부를 가리키고, 그 상부에 공작물(work) 및 위치 결정의 대상이 되는 디바이스가 탑재된다. 부양부(float up part)(21)는 격자 플래튼(1)과 대향하는 배면(back face)에 노즐이 설치되어 압축 공기를 분사함으로써 슬라이더부(2)를 격자 플래튼(1) 위에 부양시킨다.
도면부호 31은 슬라이더부(2)의 상부에 고정 배치된 X축 센서를 가리킨다. 도면부호 32는 마찬가지로 슬라이더부(2)의 상부에 고정 배치된 Y축 센서를 가리킨다. 도면부호 11은 격자 플래튼(1)의 X축의 일단부에 X축과 직교하여 고정 배치된 소정의 높이를 가지는 X축 미러를 가리키고, X축 센서(31)와 대향한다. 도면부호 12는 격자 플래튼(1)의 Y축의 일단부에 Y축과 직교하여 고정 배치된 소정의 높이를 가지는 Y축 미러를 가리키고, Y축 센서(32)와 대향한다.
X축 센서(31) 및 Y축 센서(32)는 광학적인 거리 측정 장치이며, 레이저빔을 X축 미러(11) 및 Y축 미러(12)에 조사하여 반사광을 수광하고 간섭을 이용하여 이동거리를 측정함으로써 슬라이더부(2)의 X 방향 및 Y 방향의 위치를 측정한다. 도면 중의 표기 PX는 X축 센서(31)에 의한 X축 방향 거리 측정치를 가리키고, PY는 Y축 센서(33)에 의한 Y 방향 거리 측정치를 가리킨다. 간섭계에 의한 거리 측정의 원리에 대해서는 일본 특허공개공보 제 2000-65970호에 상세하게 개시되어 있다.
블록(40)은 XY 서보 드라이버이며, X축 드라이버(41) 및 Y축 드라이버(42)를 포함한다. X축 드라이버(41)는 측정 좌표 PX와 상위 장치로부터 제공되는 목표 위치 신호 SX의 편차를 계산하고, 슬라이더(2)에 탑재된 면 모터(face motor)로 실현되는 X 모터(도시하지 않음)에 제어 전류 MX를 출력한다. Y축 드라이버(42)는 측정 좌표 PY와 상위 장치로부터 제공되는 목표 위치 신호 SY의 편차를 계산하고, 슬라이더(2)에 탑재된 Y 모터에 제어 전류 MY를 출력한다. X 모터 및 Y 모터에 의한 2차원 위치 제어의 원리에 대해서도 일본 특허공개공보 제2000-65970호에 상세하게 개시되어 있다.
발명이 해결하고자 하는 과제
복수의 슬라이더부를 가지는 XY 스테이지를 사용한 반도체 제조장치에 따르면, 노광 단계에서 포토마스크(photomask)의 정밀 이동 제어와 디바이스를 탑재한 슬라이더의 정밀 위치 제어가 필요하고, 슬라이더에 대한 고정밀도의 위치 결정 정밀도가 요구된다. 이와 같은 XY 슬라이더에서는, 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 슬라이더부의 2차원 위치 제어 시에, Z축 주위의 회전(요잉)이 발생하고, 이것이 위치 결정 정밀도의 향상을 방해하는 요인이 된다.
(2) 슬라이더부의 2차원 위치 제어 시에, 슬라이더부의 Z축 방향의 변화(슬라이더부와 격자 플래튼 사이의 거리 변동), 즉 롤링(rolling) 또는 피칭(pitching)이 발생하고, 이것이 위치 결정 정밀도의 향상을 방해하는 요인이 된다.
(3) 하이브리드(hybrid)형의 면 모터의 약점으로서, 모터에 공급되는 교류 제어 전류의 정류 주기(commutation period)에 동기하여 발생하는 코깅 추진력(cogging thrust)에 의해 슬라이더의 위치 제어에 리플(ripple)이 중첩하는 문제가 있으며, 이것이 위치 결정 정밀도의 향상을 방해하는 요인이 된다.
(4) 슬라이더부를 2차원 위치 제어하는 제어 루프에 속도 제어 루프가 설치되는 경우, 루프 이득(loop gain)이 작으면 속도 검출치에 변동이 생기고, 코깅에 의한 추진력, 추진력 리플 등이 요인이 되는 모터 추진력의 외란(disturbance)이 된다. 이득을 증대시키면, 루프에서의 신호 지연이 큰 경우 또는 모터에 기계 시스템의 공진이 존재하면, 모터가 공진되어 이득에 제한되고, 이것이 위치 결정 정밀도의 향상을 방항하는 요인이 된다.
(5) 면 모터에 대한 제어 전류를 스위칭 회로를 통하여 공급하는 경우에 설치되는 데드 타임 발생 회로(dead time generating circuit)에 의한 데드 존(dead zone)에 의해, 미소 전류 시에 전류 왜곡(current distortion)나 응답 지연이 있어, 미소 진폭(small amplitude)을 발생하여 모터의 제어 특성을 악화시킨다. 이 특성 악화가 위치 결정 정밀도 향상을 방해하는 요인이 된다.
본 발명의 목적은, 요잉, 피칭 및 롤링, 코깅, 속도 제어 시의 루프 이득, 데드 타임 발생 회로에 기인하는 위치 결정 정밀도의 향상을 방해하는 요인에 대응한 보정부를 포함하는 복수의 슬라이더부를 가지는 XY 스테이지를 실현하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은, 격자 플래튼 상의 슬라이더부의 위치를 2차원 방향으로 제어하는 XY 스테이지로서, 상기 XY 스테이지는 위치가 독립적으로 제어되는 복수의 슬라이더부를 포함하고, 각각의 상기 슬라이더부는, 상기 슬라이더부의 위치를 X축 방향 및 Y축 방향으로 제어하는 위치 제어부; 및 상기 슬라이더부의 Z축 주위의 요잉을 보정하는 요잉 보정부를 포함하는 XY 스테이지를 제공한다.
상기 XY 스테이지에서, 각각의 상기 슬라이더부는, 상기 슬라이더부의 Z축 방향의 변화를 보정하는 롤링/피칭 보정부를 포함한다.
상기 XY 스테이지에서, 각각의 상기 슬라이더부는, 상기 슬라이더부의 Z축 방향의 변화를 검출하는 센서부, 및 상기 센서부에 의해 검출한 값에 기초하여 상기 Z축 방향의 변화를 억제하는 코일부를 포함한다.
상기 XY 스테이지에서, 각각의 상기 슬라이더부는, 상기 Z축 방향의 변화를 검출하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 검출된 값에 기초하여, 상기 슬라이더부를 상기 X축 방향으로 이동시키는 X축 모터 및 상기 슬라이더부를 상기 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 모터에 공급되는 각각의 제어 전류의 위상각과 직교하는 위상을 각각 가지는 보정 전류를 제공하는 직교 전류 제공부를 포함한다.
상기 XY 스테이지에서, 각각의 상기 슬라이더부는, 상기 슬라이더부의 속도에 따라 상기 슬라이더부를 상기 X축 방향으로 이동시키는 X축 모터 및 상기 슬라이더부를 상기 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 모터에 공급되는 각각의 제어 전류의 정류 위상각(communtation phase angle)으로부터 계산된 코깅 보정 신호에 의해, 상기 슬라이더부에서 발생하는 코깅 추진력에 기인하는 리플을 억제하는 리플 억제부를 포함한다.
상기 XY 스테이지는 상기 정류 위상각과 상기 코깅 보정 신호 중 적어도 어느 하나의 상수(constant number)를 변경하는 상수 설정부를 포함한다.
상기 XY 스테이지에서, 상기 X축 방향의 코깅 보정 신호는 상기 Y축 방향의 코깅 보정 신호에 가산되고, 상기 Y축 방향의 코깅 보정 신호는 상기 X축 방향의 코깅 보정 신호에 가산된다.
상기 XY 스테이지에서, 상기 X축 방향의 코깅 보정 신호 및 상기 Y축 방향의 코깅 보정 신호는 상기 Z축 방향의 코깅 보정 신호에 가산된다.
상기 XY 스테이지에서, 각각의 상기 슬라이더부는, 상기 슬라이더부의 이동 속도에 기초하여 속도를 피드백 제어하는 속도 피드백 제어부; 및 상기 슬라이더부의 이동 속도에 기초하여 가속도를 피드백 제어하는 가속도 피드백 제어부를 포함한다.
상기 XY 스테이지에서, 상기 속도 피드백 제어부에 의해 출력된 상기 슬라이더부의 가속도 명령치가, 상기 가속도 피드백 제어부에 피드 포워드 신호(feed forward signal)로서 제공된다.
상기 XY 스테이지에서, 각각의 상기 슬라이더부는, 상기 슬라이더부를 상기 X축 방향으로 이동시키는 X축 모터 및 상기 슬라이더부를 상기 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 모터에 공급하는 각각의 제어 전류에 대해 위상이 직교하는 보정 전류를, 각각의 상기 제어 전류와 중첩시키는 데드 타임 보정부(dead time correcting part)를 포함한다.
상기 XY 스테이지에서, 상기 보정 전류의 값은 데드 타임 발생 회로의 특성에 따라 수동 설정된다.
상기 XY 스테이지에서, 상기 복수의 슬라이더부는, 반도체 제조장치에서 얼라인먼트를 수행하는 디바이스 및 반도체 제조장치에서 노광을 수행하는 디바이스스를 각각 탑재한다.
본 발명의 유리한 효과
상기 XY 스테이지에 의하면, 다음과 같은 효과가 있어, 해당 XY 스테이지를 반도체 제조장치의 노광 단계에 사용한 경우에 요구되는 위치 결정 정밀도를 실현할 수 있다.
(1) 슬라이더부를 2차원 위치 제어하면, Z축 주위의 회전(요잉)에 의한 위치 결정 오차가 억제되어, 위치 결정 정밀도의 향상에 기여할 수 있다.
(2) 슬라이더부의 Z축 방향의 변화(슬라이더부와 격자 플래튼 사이의 거리 변동), 즉 롤링 또는 피칭이 억제되어, 위치 결정 정밀도의 향상에 기여할 수 있다.
(3) 면 모터에 공급되는 교류 제어 전류의 정류 주기에 동기하여 발생하는 코깅 추진력에 의해 발생하는 위치 제어의 리플이 억제되어, 위치 결정 정밀도의 향상에 기여할 수 있다.
(4) 가속도 제어 루프의 채용에 의해, 속도 제어 루프의 특성을 변화시키지 않고, 코깅에 의한 추진력, 추진력 리플 등이 요인이 되는 모터 추진력의 외란(disturvance)이 억제되어, 위치 결정 정밀도의 향상에 기여할 수 있다.
(5) 데드 타임 발생 회로에 의한 데드 존이 보정되고, 미소 전류의 경우에 전류 왜곡 또는 응답 지연에 기인한 모터의 제어 특성의 악화가 억제되어, 위치 결정 정밀도의 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명을 적용한 XY 스테이지의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 XY 스테이지의 사시도이다.
도 3은 슬라이더부(101)를 대표하여 나타낸 2차원 위치 제어 시스템을 설명하는 기능 블록도이다.
도 4는 XY 서보 드라이버를 구성하는 각 요소의 구체적 구성 및 슬라이더부에 탑재된 X1, X2 모터, Y1, Y2 모터의 배치를 설명하는 기능 블록도이다.
도 5는 슬라이더부(101)를 대표하여 나타낸 2차원 위치 제어 시스템의 다른 실시예를 설명하는 기능 블록도이다.
도 6은 격자 플래튼 위를 부양하여 이동하는 슬라이더부의 피칭 및 롤링 현상을 설명하는 이미지도이다.
도 7 (A)는 격자 플래튼과 슬라이더부의 평면도이고, (B)는 X축 방향의 측면 도이다.
도 8은 피칭각 서보부, 롤링각 서보부, 위치 서보부의 기본 구성예를 나타낸 기능 블록도이다.
도 9 (A)는 격자 플래튼과 슬라이더부의 평면도이고, (B)는 X축 방향의 측면도이다.
도 10은 X축 모터 및 Y축 모터에 공급되는 제어 전류의 위상을 설명하는 특성도이다.
도 11은 대각 배치된 X1 모터 및 X2 모터(또는 Y1 모터 및 Y2 모터)에 상이한 직교 전류를 공급함으로써, 슬라이더부의 피칭(또는 롤링)을 제어하는 이미지 도이다.
도 12는 대각 배치된 X1 모터 및 X2 모터(또는 Y1 모터 및 Y2 모터)에 동일한 위상 및 동일한 값의 직교 전류를 공급함으로써, 슬라이더부의 Z축 방향의 위치를 제어하는 이미지 도이다.
도 13은 표준적인 모터의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 14는 슬라이더에 탑재되는 모터 배치로서 영역을 9분할하고, 중심 영역을 제외한 8영역에 X1 내지 X4 모터 및 Y1 내지 Y4 모터를 배치한 평면도이다.
도 15는 피칭각 서보부, 롤링각 서보부, Z축 위치 서보부의 구체적인 구성예를 나타낸 기능 블록도이다.
도 16은 리플 억제부를 포함하는 슬라이더부의 X축 위치 제어 서보 시스템을 나타낸 기능 블록도이다.
도 17은 다른 축의 코깅 보정 신호에 각 축의 코깅 보정 신호를 가산하는 실시예를 나타낸 기능 블록도이다.
도 18은 가속도 피드백 제어부를 포함하는 위치 제어 서보 시스템을 X1 모터에 대하여 나타낸 기능 블록도이다.
도 19는 데드 타임 보정부를 설치한 위치 제어 서보 시스템을 X1 모터에 대하여 나타낸 기능 블록도이다.
도 20은 일본 특허공개공보 제2002-116239호에 개시되어 있는 복수의 슬라이더부를 가지는 XY 스테이지의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 21은 슬라이더부의 2차원 위치 제어 시스템을 설명하는 기능 블록도이다.
*도면의 주요부호에 대한 설명*
100: 격자 플래튼
101, 102, 103: 슬라이더부
104, 105, 106: 디바이스 홀더
107, 107', 107": 디바이스
108: 카메라
109: 레이저 광원
110: 포토마스크
111: 렌즈 시스템
112, 113, 114: 요잉 보정부
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명을 적용한 XY 스테이지의 일 실시예를 나타낸 사시도이다. 도 1에서, 도면부호 100은 격자 플래튼을 가리킨다. 도면부호 101은 (A) 위치의 슬라이더부를 가리키고, 도면부호 102는 (B) 위치의 슬라이더부를 가리키며, 도면부호 103은 (C) 위치의 슬라이더부를 가리키고 그 위치는 격자 플래튼(100) 위에서 2차원 방향(X, Y)으로 제어된다.
도면부호 104는 슬라이더부(101)에 형성된 디바이스 홀더를 가리키고, 도면부호 105는 슬라이더부(102)에 형성된 디바이스 홀더를 가리키며, 도면부호 106은 슬라이더부(103)에 형성된 디바이스 홀더를 가리키고, 이들 디바이스 홀더에는 검사 대상이 되는 디바이스(107, 107', 107")가 탑재되어 있다. 도면부호 112, 113, 114는 슬라이더부(101, 102, 103)에 각각 설치된 요잉 보정부를 가리킨다. (A) 위치의 슬라이더부(101)는 로드/언로드(load/unload) 단계를 수행하고, 노광 단계를 종료한 (C) 위치의 슬라이더부가 이동한 상태이다. 여기서, 노광을 끝낸 디바이스가 언로드되고 새로운 노광 대상 디바이스(107)가 로드된다.
이때, 동시에, (B) 위치의 슬라이더부(102)에서는 이전의 노광 사이클에서 로드된 디바이스(107')에 대한 얼라인먼트 측정이 카메라(108)에 의해 수행되고, (C) 위치의 슬라이더부(103)에서는, 이전의 노광 사이클에서 로드되어 얼라인먼트 측정이 종료한 디바이스(107")의 노광이 수행된다.
노광 시, 레이저 광원(109)으로부터의 슬릿형 빔(slit-like beam)을 포토마스크(110) 및 렌즈 시스템(111)을 통하여 디바이스에 조사한다. 디바이스의 각 칩 에 대한 노광은, 포토마스크(110)와 슬라이더부(103) 상호 간의 상대적인 이동을 제어하여 수행되는데, 양자의 이동 제어의 위치 정밀도가 우수한 밸런스(balance)를 가지고 고정밀도인 것이 고집적 밀도의 반도체 제조에는 필수 요건이다.
(C) 위치에서의 노광이 종료되면, (C) 위치의 슬라이더부(103)는 화살표 P1의 경로로 (A) 위치로 이동하여 언로드/로드 단계로 이행하고, (A) 위치의 슬라이더부(101)는 화살표 P2의 경로로 (B) 위치로 이동하여 얼라인먼트 단계로 이행하며, (B) 위치의 슬라이더부(102)는 화살표 P3의 경로로 (C) 위치로 이동하여 노광 단계로 이행한다. 이하 이 로테이션을 반복한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 XY 스테이지의 사시도이다. 도 1과 비교한 특징점은, (B) 위치의 슬라이더부(102)가 로드/언로드 단계와 얼라인먼트 단계를 같은 위치에서 수행한다는 점에 있다. 이와 같은 2 슬라이더부 구성에 의해, 각 슬라이더부에의 케이블 연결(도시하지 않음)의 처리나 간섭계의 설계가 용이하여, 시스템의 비용 절감에도 기여한다.
도 3은 슬라이더부(101)로 대표하여 나타낸 2차원 위치 제어 시스템을 설명하는 기능 블록도이다. 도 21을 참조하여 설명한 2차원 위치 제어 시스템과의 치이는, Z축 주위의 회전 θ에 대한 보정을 수행하는 요잉 보정부를 구비하는 점에 있다. 이하, 요잉 보정부의 기능 및 구성을 설명한다.
격자 플래튼(100) 및 슬라이더부(101)에 형성된 부양부(115)의 구성은, 도 21의 격자 플래튼(1) 및 부양부(15)의 구성과 동일하다. 이하, 본 발명의 특징부에 대해 설명한다.
도면부호 116 및 117은 슬라이더부(101)의 상부에 X 방향으로 소정의 거리를 두고 고정되도록 배치된 제1 X축 센서 및 제2 X축 센서를 가리킨다. 도면부호 118은 마찬가지로 슬라이더부(101)의 상부에 고정되도록 배치된 Y축 센서를 가리킨다.
도면부호 119는 격자 플래튼(100)의 X축의 일단부에 X축에 직교하여 고정되도록 배치된 소정의 높이를 가지는 X축 미러를 가리키고, 제1 X축 센서(116) 및 제2 X축 센서(117)와 대향한다. 도면부호 120은 격자 플래튼(100)의 Y축의 일단부에 Y축에 직교하여 고정되도록 배치된 소정의 높이를 가지는 Y축 미러를 가리키고, Y축 센서(118)와 대향한다.
제1 X축 센서(116), 제2 X축 센서(117) 및 Y축 센서(118)는 광학적인 거리 측정 장치이며, 레이저빔을 X축 미러(119) 및 Y축 미러(120)에 조사하여 반사광을 수광하고 간섭을 이용하여 이동거리를 측정함으로써 슬라이더부(101)의 X 방향 및 Y 방향의 위치를 측정한다. 도면 중의 표시 PX1 및 PX2는 제1 X축 센서(116) 및 제2 X축 센서(117)에 의한 X축 방향 거리 측정치를 가리키고, PY는 Y축 센서(118)에 의한 Y 방향 거리 측정치를 가리킨다.
블록(121)은 XY 서보 드라이버이며, 좌표 변환부(122), 제1 X축 드라이버(123), 제2 X축 드라이버(124), 및 Y축 드라이버(125)를 포함한다. 좌표 변환부(122)는 측정치 PX1, PX2 및 PY를 입력하고, 제1 X축 드라이버(123)에 측정 좌표 X를, 제2 X축 드라이버(124)에 요잉 회전각(Z축의 회전각)θ을, 그리고 Y축 드라이버(125)에 측정 좌표 Y를 각각 출력한다.
제1 X축 드라이버(123)는 측정 좌표 X와 상위 장치로부터 제공되는 목표 위 치 신호 SX의 편차를 계산하고, 슬라이더부(101)에 탑재된 면 모터로 실현되는 X1 모터에 제어 전류 MX1를 출력한다.
제2 X축 드라이버(124)는 요잉 회전각 θ와 설정치 0˚과의 편차를 계산하고, 슬라이더부(101)에 탑재된 X2 모터에 제어 전류 MX2를 출력한다. Y축 드라이버(125)는 측정 좌표 Y와 상위 장치로부터 제공되는 목표 위치 신호 SY와의 편차를 계산하고, 슬라이더부(101)에 탑재된 Y1 모터 및 Y2 모터에 공통의 제어 전류 MY를 출력한다.
도 4는 XY 서보 드라이버(121)를 구성하는 각 요소의 구체적 구성 및 슬라이더부(101)에 탑재된 X1 모터, X2 모터, Y1 모터, Y2 모터의 배치를 설명하는 기능 블록도이다.
좌표 변환부(122)의 계산 내용으로서, 위치 검출부(126)로부터의 측정치 PX1와 PX2의 가산에 의해 측정 좌표 X를 출력한다. 측정치 PY는 그대로 측정 좌표 Y로서 출력한다. 측정치 PX1와 PX2의 감산치에 의해 소정의 함수 계산으로 Z축 회전각, 즉 요잉각 θ을 계산하여 출력한다.
제1 X축 드라이버(123)는 목표 위치 신호 SX와 측정 좌표 X의 편차를 입력하는 X 위치 속도 제어부(123a)와, 그 추진력 명령 FX1을 수신하고 슬라이더부(101)의 X1 모터(127)에 제어 전류 MX1를 출력하는 X1 전류 제어부(123b)를 포함한다.
제2 X축 드라이버(124)는 요잉각 θ와 설정치 0˚과의 편차를 입력하는 θ 위치 속도 제어부(124a)와, 그 추진력 명령 FX2를 수신하고 슬라이더부(101)의 X2 모터(128)에 제어 전류 MX2를 출력하는 X2 전류 제어부(124b)를 포함한다.
Y축 드라이버(125)는 목표 위치 신호 SY와 측정 좌표 Y의 편차를 입력하는 Y 위치 속도 제어부(125a)와, 추진력 명령 FY를 수신하고 Y1 모터(129) 및 Y2 모터(130)에 공통의 제어 전류 MY를 출력하는 Y 전류 제어부(125b)를 포함한다.
X 위치 속도 제어부(123a)의 출력은 θ 위치 속도 제어부(124a)의 출력에 가산되고, 추진력 명령 FX2로서 X2 전류 제어부(124b)에 입력된다. θ 위치 속도 제어부(124a)의 출력은 X 위치 속도 제어부(123a)의 출력에서 감산되고, 추진력 명령 FX1로서 X1 전류 제어부(123b)에 입력된다.
슬라이더부(101)에 탑재된 X1, X2, Y1, Y2 모터는 중심점 Q에 대해 X1, X2 모터와 Y1, Y2 모터가 서로 대각을 이루도록 배치되어 있고, X1 모터와 X2 모터가 상이한 제어 전류를 받으면, Q점을 중심으로 Z축의 주위에 회전력을 발생하고, 이것이 X축의 요잉 억제를 위한 조작력이 된다.
슬라이더부(101)에 탑재된 X1 모터, X2 모터, Y1 모터, Y2 모터의 상세한 구조, 위치 제어 서보 시스템의 구성 등은 일본 특허공개공보 제2000-65970호에 상세하게 개시되어 있으므로 설명을 생략한다.
도 5는 슬라이더부(101)를 대표적으로 나타낸 2차원 위치 제어 시스템의 다른 실시예를 설명하는 기능 블록도이다. 도 3의 구성상의 차이는, 제1 X축 센서(116), 제2 X축 센서(117), Y축 센서(118)을 고정되도록 배치하고, X축 미러(119) 및 Y축 미러(120)를 슬라이더부(101) 측에 형성한 점에 있다.
이와 같이, 간섭계의 센서를 슬라이더부(101)에 탑재하지 않는 구성에 의해, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. (1) 2개의 X축 센서와 1개의 Y축 센서는 슬라 이더부와 분리되고 고정되도록 배치되므로, 그 전자 부품에 의한 발열이 슬라이더부 위에 장착되는 공작물(work) 및 공작물 위에 탑재되는 디바이스에 영향을 부여하는 것이 회피된다. 이로써, 노광 단계에서와 같이 공작물이 고 정밀도로 디바이스의 위치 결정 작업을 수행하는 경우 등에서는, 온도 보상이 불필요하게 되어, 슬라이더부 위의 구성이 단순해지고, 이것이, 비용 절감에 기여할 수 있다.
(2) 3개의 센서가 외부에 고정되도록 배치되어 있기 때문에, XY 스테이지에서 필요로 하던 슬라이더부에의 전원 케이블, 신호 케이블의 이동 가능한 처리가 불필요하게 되고, 이것이 케이블 처리의 비용 절감에 기여할 수 있다.
다음에, 본 발명에 적용된 피칭 및 롤링 보정에 대해 설명한다. 도 6은 격자 플래튼(100) 위를 부양하여 이동하는 슬라이더부(101)의 피칭 및 롤링 현상을 설명하는 이미지 도이다. 점선의 화살표로 나타낸 X 방향의 흔들림(rocking) P가 피칭이며, 직교하는 일점 쇄선의 화살표로 나타낸 Y 방향의 흔들림 R이 롤링이다.
슬라이더부(101)에 탑재된 디바이스가 노광 단계 등에서 매우 높은 위치 결정 정밀도를 요구하는 경우에, 부양하여 이동하는 슬라이더부(101)의 피칭 및 롤링을 억제하는 보정이 꼭 필요하게 된다. 일본 특허공개공보 제2000-65970호에 기재된 기술에 따르면, 슬라이더부의 Z축 방향의 회전인 요잉은 억제 가능하지만, 피칭 및 롤링에 대해서는 대응할 수 없다.
도 7 (A)는 격자 플래튼(100)과 슬라이더부(101)의 평면도이고, 도 7 (B)는 X축 방향의 측면도(Y축 방향 센서는 도시하지 않음)이다. 슬라이더부(101)는 압축 공기의 분사에 의해 격자 플래튼(100)의 상면 위에 미소 공극을 가지고 부양되어 있다. 부양부 자체는 이 공극을 일정하게 제어하는 기능이 없으므로, 슬라이더부(101)의 이동에 따라 도 6에서 설명한 피칭 및 롤링이 발생한다.
Z1 센서(301) 및 Z2 센서(302)는 슬라이더부(101)의 X축 방향의 양단부에 장착된 거리계(distance meter)이며, 슬라이더부의 X축 방향의 피칭각을 검출하는 제1 Z축 센서를 형성한다. 마찬가지로, Z3 센서(303) 및 Z4 센서(304)는 슬라이더부(101)의 Y축 방향의 양단부에 장착된 거리계이며, 슬라이더부의 Y축 방향의 롤링각을 검출하는 제2 Z축 센서를 형성한다.
도 7 (B)에 나타낸 바와 같이, Z1 센서(301) 및 Z2 센서(302)는 센서 위치에서의 슬라이더부(101)와 격자 플래튼(100) 사이의 거리 d1 및 d2를 측정한다. 도시되어 있지 않지만, 마찬가지로 Z3 센서(303) 및 Z4 센서(304)는 센서 위치에서의 슬라이더부(101)와 격자 플래튼(100) 사이의 거리 d3 및 d4를 측정한다.
Z1 센서(301)와 Z2 센서(302) 사이의 거리 및 Z3 센서(303)와 Z4 센서(304) 사이의 거리는, 동일 거리 L로 되어 있다. Z1 센서(301)와 Z2 센서(302)의 거리 측정치 d1 및 d2와, 슬라이더부의 X 방향의 거리 L에 기초하여 피칭각을 검출한다. 마찬가지로, Z3 센서(303)와 Z4 센서(304)의 측정치 d3 및 d4와, 슬라이더부의 Y 방향의 거리 L에 기초하여 슬라이더부의 Y 방향의 롤링각을 검출한다.
피칭각 pz과 롤링각 rz는 다음 식으로 근사 계산된다.
pz = (d1 - d2)/L (1)
rz = (d3 - d4)/L (2)
또한, 4개의 거리계의 측정치 d1 내지 d4에 기초하여, 슬라이더부(102)와 격 자 플래튼(100) 사이의 Z 방향 평균 거리 hz가 다음 식으로 계산된다.
hz = (d1 + d2 + d3 + d4)/4 (3)
Z1 코일(305)과 Z2 코일(306)은, Z1 센서(301)과 Z2 센서(302)에 각각 근접하여 설치되고 제1 Z축 코일을 형성한다. 마찬가지로, Z3 코일(307)과 Z4 코일(308)은, Z3 센서(303)과 Z4 센서(304)에 각각 근접하여 설치되고 제2 Z축 코일을 형성한다. 이들 코일에 여자 전류를 흐르게 함으로써, 도 7 (B)에 나타낸 바와 같이, 슬라이더부(101)와 격자 플래튼(100) 사이에 흡인력이 발생하고, 공극의 거리 d1 내지 d4를 개별적으로 제어할 수 있다.
도 8은 피칭각 서보부, 롤링각 서보부, 위치 서보부의 기본적인 구성예를 나타낸 기능 블록도이다. 도면부호 309 내지 122는 전류 증폭기를 가리키며, 각각 Z1 코일(305) 내지 Z4 코일(308)에 서보 제어를 위한 여자 전류(exciting current) i1 내지 i4를 공급한다.
감산기(313)에 의해 Z1 센서(301)의 측정치 d1과 Z2 센서(302)의 측정치 d2의 차가 계산되고, 1/L 계산부(314)에 의해 식 (1)의 피칭각 pz가 계산된다.
감산기(315)에 의해 Z3 센서(303)의 측정치 d3과 Z4 센서(304)의 측정치 d4의 차가 계산되고, 1/L 계산부(116)에 의해 식 (2)의 롤링각 rz가 계산된다. 가산기(317)에 의해 Z1 센서 내지 Z4 센서의 측정치 d1 내지 d4가 가산되고, 1/4 계산부(318)에 의해 식 (3)의 위치 hz가 계산된다.
감산기(319)는 피칭각 측정치 pz와 피칭각 명령부(320)의 설정치 ps(0˚)의 차를 오차 증폭기(321)에 제공한다. 감산기(322)는 롤링각 측정치 rz와 롤링각 명 령부(323)의 설정치 rs(0˚)의 차를 오차 증폭기(324)에 제공한다. 감산기(325)는 위치 측정치 hz와 위치 명령부(326)의 설정치 hs의 차를 오차 증폭기(327)에 제공한다.
피칭각을 제어하는 오차 증폭기(321)의 출력 vp는 가산기(328) 및 감산기(329)를 통하여 전류 증폭기(309, 310)에 제공되어, Z1 코일(305) 및 Z2 코일(306)의 여자 전류 i1 및 i2를 가역적으로 제어하여, 피칭각 pz가 영(零, null)가 되도록 제어한다.
마찬가지로, 롤링각을 제어하는 오차 증폭기(324)의 출력 vr은 가산기(330) 및 감산기(331)를 통하여 전류 증폭기(311, 312)에 제공되어, Z3 코일(307) 및 Z4 코일(308)의 여자 전류 i3 및 i4를 가역적으로 조작하여 롤링각 rz가 영(null)이 되도록 제어한다.
슬라이더의 위치를 제어하는 오차 증폭기(327)의 출력 vh는 가산기(328, 330) 및 감산기(329, 331)를 통하여 전류 증폭기(309-312)에 제공되어, Z1 코일 내지 Z4 코일의 여자 전류 i1 내지 i4를 조작하여 슬라이더부(101)와 격자 플래튼(100) 사이의 거리 hz가 설정치 hs가 되도록 제어한다.
이와 같이 피칭각 서보부 및 롤링각 서보부에 더해, 슬라이더부의 위치(Z축 방향의 거리 hz)를 결정하는 위치 서보부를 제공함으로써, 피칭각 및 롤링각의 억제 정밀도를 향상시킬 수 있다.
다음에, 피칭각 및 롤링각을 억제하기 위한 제어의 다른 실시예를 도 9 (A) 내지 도 15를 참조하여 기초하여 설명한다. 이 실시예의 특징은, 검출된 피칭각 pz 및 롤링각 rz, 그리고 Z축 방향 평균 거리 hz의 측정치에 기초하여, 슬라이더부에 탑재된 X축 모터 또는 Y축 모터의 제어 전류에, 제어 전류의 위상과 직교하는 위상의 보정 전류를 중첩시킴으로써, 슬라이더부(101)와 격자 플래튼(100) 사이의 인력을 발생시켜, 공극의 거리 d1 내지 d4를 개별적으로 제어하는 점에 있다.
도 9 (A)는 격자 플래튼(100)과 슬라이더부(101)의 평면도이고, 도 9 (B)는 X축 방향의 측면도(Y축 방향 센서는 도시하지 않음)이다. 슬라이더부(101)는 압축 공기의 분사에 의해 격자 플래튼(100)의 상면 위에 미소 공극을 가지고 부양된다. 부양부 자체는 공극을 일정하게 제어하는 기능이 없으므로, 슬라이더부의 이동에 따라 도 6에서 설명한 피칭 및 롤링이 발생한다.
Z11 센서(401) 및 Z12 센서(402)는 슬라이더부(101)의 X축 방향의 양단부에 장착된 거리계이며, 슬라이더부의 X축 방향의 피칭각을 검출하는 제1 Z축 센서를 형성한다. 마찬가지로, Z21 센서(403) 및 Z22 센서(404)는 슬라이더부(101)의 Y축 방향의 양단부에 장착된 거리계이며, 슬라이더부의 Y축 방향의 롤링각을 검출하는 제2 Z축 센서를 형성한다.
도 9 (B)에 나타낸 바와 같이, Z11 센서(401) 및 Z12 센서(402)는 센서 위치에서의 슬라이더부(101)와 격자 플래튼(100) 사이의 거리 d1 및 d2를 측정한다. 도시되어 있지 않지만, 마찬가지로 Z21 센서(403) 및 Z22 센서(404)는 센서 위치에서의 슬라이더부(101)와 격자 플래튼(100) 사이의 거리 d3 및 d4를 측정한다. 거리 측정의 원리는 도 7 (A) 및 (B)의 실시예와 동일하다.
도 10은 X축 모터 및 Y축 모터에 공급된 제어 전류의 위상을 설명하는 특성 도이다. 배경 기술의 사용 형태에서는 최대 추진력을 발생하는 기계각 90˚로 위상이 설정되어 있지만, 본 발명에서는 제어 전류의 위상에 직교하는 기계각 0˚(모터의 이빨과 플래튼의 이빨의 위치가 일치하는 위치)의 추진력을 발생하지 않는 전류(직교 전류)를 중첩하는 점을 특징으로 한다.
모터의 흡인력은 바이어스 마그넷(bias magnet)의 자속과, 직교 전류에 의한 자속의 합으로 결정되므로, 직교 전류로 흡인력을 제어할 수 있다. 또, 공기 부양부를 사용하는 평면 모터의 부양량은 흡인력과 공기의 반발력의 밸런스에 의해 결정되므로, 흡인력(∝ 직교 전류)에 의해 부양량을 제어할 수 있다.
도 11은 이 원리를 이용하여 대각 배치된 X1 모터 및 X2 모터(또는 Y1 모터 및 Y2 모터)에 상이한 직교 전류를 공급함으로써 슬라이더부(101)의 피칭(또는 롤링)을 제어하는 이미지 도이다.
도 12는, 마찬가지로 이 원리를 이용하여 대각 배치된 X1 모터 및 X2 모터(또는 Y1 모터 및 Y2 모터)에 동위상(same phase) 및 동일 값의 직교 전류를 공급함으로써 슬라이더부(101)의 Z축 방향의 위치를 제어하는 이미지 도이다.
도 13은 표준적인 모터의 배치를 나타낸 평면도이다. 이와 같은 모터 배치의 경우에, 이하의 조합에 의해 직교 전류를 흘려서 진폭을 제어한다.
(1) 피칭 방향 제어: X1 모터, Y2 모터와 Y1 모터, X2 모터로 역위상(inverse phase)의 직교 전류를 흐르게 한다.
(2) 롤링 방향 제어: X1 모터, Y1 모터와 Y2 모터, X2 모터로 역위상의 직교 전류를 흐르게 한다.
(3) Z축 방향 위치 제어: 모든 모터에 동위상 및 동일한 값의 직교 전류를 흐르게 한다.
도 14는 슬라이더에 탑재되는 모터 배치로서 영역을 9분할하고, 중심 영역을 제외한 8개의 영역에 X1 내지 X4 모터 및 Y1 내지 Y4모터를 배치한 평면도를 나타낸다. 도면부호 131과 도면부호 132는 X3 모터와 X4 모터를 각각 가리킨다. 도면부호 133과 도면부호 134는 Y3 모터와 Y4 모터를 각각 가리킨다. 이와 같이, 8축의 전류 공급부를 제공함으로써, 이동 방향에 따라 주로 추진력을 발생시키는 모터와, 주로 흡인력을 발생시키는 모터를 분리하여 제어를 용이하게 할 수 있다.
이동 방향으로 추진력을 발생하지 않는 X 모터로 제어하는 경우에,
(1) 피칭 방향 제어: X1, X2와 X3, X4로 역위상의 직교 전류를 흐르게 한다.
(2) 롤링 방향 제어: X1, X3와 X2, X4로 역위상의 직교 전류를 흐르게 한다.
(3) Z축 방향 위치 제어: X1 내지 X4로 동위상의 직교 전류를 흐르게 한다.
도 15는 피칭각 서보부, 롤링각 서보부, Z축 방향 위치 서보부의 구체적인 구성예를 나타낸 기능 블록도이다. 도면부호 405는 X1 드라이버를 가리키고, 도면부호 406은 X2 드라이버를 가리키며, 도면부호 407은 Y1 드라이버를 가리키고, 도면부호 408은 Y2 드라이버를 가리키며, 각각에 추진력 명령 FX1, FX2 및 추진력 명령 FY1, FY2를 입력하고, X1 모터(127), X2 모터(128) 및 Y1 모터(129), Y2 모터(130)에 3상의 제어 전류 MX1, MX2 및 MY1, MY2를 출력한다.
도면부호 409는 X1 직교 전류 생성부를 가리키고, 도면부호 410은 X2 직교 전류 생성부를 가리키며, 도면부호 411은 Y1 직교 전류 생성부를 가리키고, 도면부 호 412는 Y2 직교 전류 생성부를 가리키며, 직교 전류 IX1, IX2 및 IY1, IY2를 X1 드라이버(405), X2 드라이버(406) 및 Y1 드라이버(407), Y2 드라이버(408)에 출력한다. 이들 직교 전류 IX1, IX2 및 IY1, IY2는 3상의 제어 전류 MX1, MX2 및 MY1, MY2에 중첩된다.
감산기(413)에 의해 Z11 센서(401)의 측정치 d1과 Z12 센서(402)의 측정치 d2의 차가 계산되고, 1/L 계산부(414)에 의해 식 (1)의 피칭각 pz가 계산된다.
감산기(415)에 의해 Z21 센서(403)의 측정치 d3과 Z22 센서(404)의 측정치 d4의 차가 계산되고, 1/L 계산부(416)에 의해 식 (2)의 롤링각 rz가 계산된다.
가산기(417)에 의해 Z11 센서 내지 Z22 센서의 측정치 d1 내지 d4는 가산되고, 1/4 계산부(418)에 의해 식 (3)의 Z축 방향의 평균 위치 hz가 계산된다.
피칭각 서보부의 구성을 설명한다. 감산기(419)는 피칭각 측정치 pz와 피칭각 명령부(420)의 설정치 ps(0˚)의 편차를, 피칭각을 제어하는 오차 증폭기(421)에 제공한다. 오차 증폭기(421)의 출력 vp는 가산기(428) 및 가산기(429)를 통하여 X1 직교 전류 생성부(409) 및 Y2 직교 전류 생성부(412)에 제공된다.
오차 증폭기(421)의 역위상 출력 -vp는 가산기(430) 및 가산기(431)를 통하여 X2 직교 전류 생성부(410) 및 Y1 직교 전류 생성부(411)에 제공된다. 이와 같은 서보 시스템에 의해, X1 모터, Y2 모터 및 X2 모터, Y1 모터가 서로에 대해 역위상으로 회전 조작되고, 피칭각 pz가 영(null)이 되도록 제어된다.
롤링각 서보부의 구성을 설명한다. 감산기(422)는 롤링각 측정치 rz와 롤링각 명령부(423)의 설정치 rs(0˚)의 편차를, 롤링각을 제어하는 오차 증폭기(424) 에 제공한다. 오차 증폭기(424)의 출력 vr는 가산기(428) 및 가산기(431)을 통하여 X1 직교 전류 생성부(409) 및 Y1 직교 전류 생성부(411)에 제공된다.
오차 증폭기(424)의 역위상 출력 -vr은 가산기(430) 및 가산기(429)를 통하여 X2 직교 전류 생성부(410) 및 Y2 직교 전류 생성부(412)에 제공된다. 이와 같은 서보 시스템에 의해, X1 모터, Y1 모터 및 X2 모터, Y2 모터가 서로에 대해 역위상으로 회전 조작되고, 롤링각 rz가 영(null)이 되도록 제어된다.
Z 방향 위치 서보부의 구성을 설명한다. 감산기(425)는 Z축 방향 평균 위치 측정치 hz와 위치 명령부(426)의 설정치 hs의 편차를, z축 방향 위치를 제어하는 오차 증폭기(427)에 제공한다. 오차 증폭기(427)의 출력 vh는 가산기(428-431)에 공통으로 제공되고, X1 모터, Y1 모터 및 X2 모터, Y2 모터를 동위상으로 조작하고, 슬라이더부(101)와 격자 플래튼(100) 사이의 거리가 설정치 hs가 되도록 제어한다.
이와 같이, 피칭각 서보부 및 롤링각 서보부에 더해, 슬라이더부의 위치(Z축 방향의 거리)를 일정하게 하는 Z축 방향 위치 서보부를 제공함으로써, 피칭각 및 롤링각의 억제 정밀도를 향상시킬 수 있다.
다음에, 코깅 추진력에 기인하는 리플 억제에 대해 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한다. 도 16은 리플 억제부(600)를 구비하는 슬라이더부(101)의 X축 위치 제어 서보 시스템을 나타낸 기능 블록도이다.
도면부호 501은 속도 변환기를 가리키며, 슬라이더부(101)의 위치 검출부(126)로부터 제공된 X축의 위치 검출치 Pfx의 신호 성분으로부터 슬라이더 부(101)의 속도를 계산함으로써, 속도 검출치 Vfx를 계산한다. 이 속도 변환기 대하여도 일본 특허공개공보 제2000-65970호에 상세하게 개시되어 있으므로, 내용 설명을 생략한다.
도면부호 502는 위치 제어부를 가리키며, 위치 명령치 Psx와 위치 검출치 Pfx의 편차를 계산하기 위한 처리에 의해 속도 명령치 Vsx를 출력한다. 도면부호 503은 속도 제어부를 가리키며, 속도 명령치 Vsx와 속도 검출치 Vfx의 편차 evx를 계산하기 위한 처리에 의해 추진력 명령치 Fdx를 출력한다.
도면부호 504는 추진력 발생부를 가리키며, 추진력 명령치 Fdx와 가산부(505)에서 가산되는 후술하는 리플 억제부(600)로부터의 코깅 보정 신호 Fex를 입력하고, 슬라이더부(101)의 X1 모터(127) 및 X2 모터(128)에 교류 제어 전류를 공급하고, X축 방향의 추진력 Fx를 발생시킨다. 이 추진력 발생부 대해서도 일본 특허공개공보 제2000-65970호에 상세가 개시되어 있으므로, 내용 설명을 생략한다.
슬라이더부(101)에 설치된 X 모터 및 Y 모터는, 자성체(magnetic member)로 형성된 격자 플래튼의 홈에 대향하는 복수의 코어에 교류 제어 전류를 공급하여 격자 플래튼 사이에 추진력을 발생시키는, 이른바 하이브리드형(hybrid type) 면 모터가 응답성이나 비용면에서 유리하여 자주 채용된다.
하이브리드형 면 모터의 약점으로서, 모터에 공급되는 교류 제어 전류의 전류(轉流) 주기에 동기하여 발생하는 코깅 추진력 Frx에 의해 슬라이더부(101)의 위치 제어에 리플이 중첩되는 문제가 있고, 이것은 위치 제어의 정밀도를 저하시키는 요인의 하나가 된다.
점선의 블록(600)은 본 발명의 리플 억제부이며, 코깅 추진력과 동일 진폭 및 역위상을 가지는 코깅 보정 신호 Fex를 계산하고, 가산부(505)에서 코깅 보정 신호 Fex를 추진력 명령치 Fdx에 가산함으로써 코깅 추진력 Frx의 발생을 억제한다.
리플 억제부(600)에서, 도면부호 601은 정류 위상 검출부를 가리킨다. 정류 위상각 φ는 X축에 대해 위치 검출치 Pfx로부터 얻은 위치 X 및 X축 모터의 코어 피치 P로부터, 나눗셈의 나머지를 계산하는 아래의 mod 함수에 의해 계산된다.
φ = mod(X, P)
도면부호 602는 1차 사인파(primary sine wave) 발생부를 가리키며, 정류 위상각 φ를 입력하여 sin(φ)를 생성한다. 도면부호 603은 2차 사인파 발생부를 가리키며, 정류 위상각 φ를 입력하여 sin(2φ)를 생성한다. 필요에 따라 3차, 4차 ... n 차 사인파 발생부를 설치할 수도 있다.
도면부호 604는 상수 설정부를 가리키며, 속도 변환기(501)의 속도 검출치 Vfx를 입력하고 속도 Vfx에 대응한 상수 a1, a2 및 k1, k2의 최적치를 설정하기 위한 계산을 수행한다. 계산은 적절한 알고리즘에 의한 함수 계산에 의해 수행될 수 있지만, 적절한 분해능으로 분할된 속도 검출치와 최적 상수를 대응시킨 테이블로부터 상수를 판독하는 구성이 일반적이다.
도면부호 506은 슬라이더부(101)에 장착된 가속도 센서를 가리키고, 도면부호 507은, 가속도 센서(506)의 검출치에 기초하여 슬라이더부(101)에 작용하는 코깅 추진력을 포함하는 추진력 추정치 Fax를 계산하는 추진력 변환부를 가리킨다. 이 추진력 추정값 Fax를 속도 제어부(503)의 추진력 명령치 Fdx에서 감산하여, 차분 dx를 계산한다.
도면부호 605는 1차 사인파에 대한 상수 보정부를 가리키며, 차분 dx와 1차 사인파 발생부(602)의 출력을 입력하고, 양자의 진폭과 위상을 비교하며, 진폭 오차 및 위상 오차에 따라 상수 a1을 보정하는 신호 kp1와 상수 k1을 보정하는 신호 kg1을 생성하고, 그 신호를 각각 a1과 k1에 가산한다.
마찬가지로, 도면부호 606은 2차 사인파에 대한 상수 보정부를 가리키며, 차분 dx와 2차 사인파 발생부(603)의 출력을 입력하고, 양자의 진폭과 위상을 비교하며, 진폭 오차 및 위상 오차에 따라 상수 a2를 보정하는 신호 kp2와 상수 k2를 보정하는 신호 kg2를 생성하고, 그 신호를 각각 a2 및 k2에 가산한다.
도면부호 607은 상수 발생용 파라미터 보정부를 가리키며, 상수 보정부(605, 606)의 보정 신호 kp1, kg1 및 kp2, kg2를 입력하고, 상수 설정부(604)에서의 상수 발생용의 파라미터를 보정하며, 상수 a1, a2 및 k1, k2를 보정한다.
도면부호 608은 가산부를 가리키며, 상수의 보정 처리를 거친 1차 사인파 발생부(602)의 출력과 2차 사인파 발생부(603)의 출력을 가산하고, 코깅 추진력과 동일 진폭 및 역위상의 코깅 보정 신호 Fex를 계산하여, 이 신호를 가산부(505)에서 추진력 명령치 Fdx에 가산함으로써 코깅 추진력 Frx의 발생을 억제한다.
슬라이더부(101)에 작용하는 추정 추진력 Fax를 피드백하고, 추진력 명령치 Fdx와의 차분 dx에 의해 차수마다 사인파 발생부의 진폭 오차, 위상 오차를 계산하여 상수 설정치를 보정하는 피드백 제어에 의해, 코깅 보정 효과를 높일 수 있다.
또한, 피드백 제어 후의 보정 신호 kp1, kg1 및 kp2, kg2와 설정 상수 a1, a2 및 k1, k2의 차를 참조하여 상수 설정부(604)의 상수 발생용의 파라미터를 보정함으로써, 학습 효과에 의해 정밀도 높은 상수 설정부(604)에 대해 튜닝을 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이 X축에 대해 리플 억제부(600)를 적용한 실시예를 설명하였으나, Y축 및 θ축의 각 축에 대하여도 마찬가지의 리플 억제부를 제공함으로써, 코깅 추진력에 의한 각 축의 리플을 효과적으로 억제할 수 있다.
그러나, 면 모터를 사용한 XY 스테이지에 따르면, 다른 축으로부터의 간섭이 있어, 각 축에 작용하는 코깅 추진력은 다른 축도 간섭하므로, 각 축의 독립된 리플 억제부에 의해 코깅이 완전히 보정될 수 없다.
도 17은 다른 축의 코깅 보정 신호에 각 축의 코깅 보정 신호를 가산한 실시예를 나타낸 기능 블록도이다. 쇄선의 영역 A는 X축 제어 시스템이고, B는 Y축 제어 시스템이며, C는 θ축 제어 시스템을 가리키며, 각 제어 시스템으로 슬라이더부(101)에 대해 추진력 Fx, Fy 및 토크 Tθ가 작용하고 있다.
X축의 추진력 Fx에는 자축(own axis)의 코깅 추진력 Frxx 및 Y축의 간섭에 의한 코깅 추진력 Fryx가 작용하고 있다. 마찬가지로, Y축의 추진력 Fy에는 자축의 코깅 추진력 Fryy 및 X축의 간섭에 의한 코깅 추진력 Frxy가 작용하고 있다. 또한, θ축의 토크 Tθ에는, X축 및 Y축의 간섭에 의한 코깅 추진력 Trxθ 및 Tryθ가 작용하고 있다.
위치 검출부(126)는 슬라이더부(101)의 X축 위치 검출치 Pfx, Y축 위치 검출 치 Pfy, 그리고 θ축 위치 Pfθ을 출력하여 각각의 축 제어 시스템에 제공한다. 도면부호 502A, 502B, 502C)는 각각의 축 제어 시스템의 위치 제어부를 가리키며, 각 축의 위치 명령치 Psx, Psy, Psθ와 각 축의 위치 검출치 Pfx, Pfy, Pfθ의 편차를 계산하고, 속도 명령치 Vsx, Vsy, Vsθ를 출력한다. 각 축의 속도 변환기(501A, 501B, 501C)의 속도 검출치 Vfx, Vfy, Vfθ와 각 축의 속도 명령치 Vsx, Vsy, Vsθ의 편차 evx, evy, evθ는, 각 축의 속도 제어부(503A, 503B, 503C)에서 계산되고, X, Y축의 추진력 명령치 Fdx, Fdy 및 θ축의 토크 명령치 Tdθ를 출력한다.
이들 각 축의 추진력 명령치는 각 축의 가산부(505A, 505B, 505C)에서 각 축의 리플 억제부로부터의 코깅 보정 신호와 가산되어, X, Y축의 추진력 발생부(504A, 504B) 및 θ축의 토크 발생부(504C)에 입력되고, 추진력 Fx, Fy 및 토크 Tθ에 변환되어 슬라이더부(101)에 작용한다.
점선의 블록(700)은 X축의 리플 억제부이며, 자축(own axis)의 정류 위상 검출부(701), 자축의 코깅 추진력에 대한 보정치 발생기(702), Y축으로부터의 간섭에 의한 코깅 추진력에 대한 보정치 발생기(703), 그리고 보정치 발생기에 대한 상수 유지부(704, 705)로 구성되어 있다.
점선의 블록(800)은 Y축의 리플 억제부이며, 자축의 정류 위상 검출부(801), 자축의 코깅 추진력에 대한 보정치 발생기(802), X축으로부터의 간섭에 의한 코깅 추진력에 대한 보정치 발생기(803), 그리고 이들 보정치 발생기에 대한 상수 유지부(804, 805)로 구성되어 있다.
점선의 블록(900)은 θ축의 리플 억제부이며, X축으로부터의 간섭에 의한 코깅 추진력에 대한 보정치 발생기(901), Y축으로부터의 간섭에 의한 코깅 추진력에 대한 보정치 발생기(902), 그리고 이들 보정치 발생기에 대한 상수 유지부(903, 904)에 의해 구성되어 있다.
X축의 정류 위상 검출부(701)의 정류 위상 개별 출력 φx는, 자축(own axis)의 보정치 발생기(702)에 출력되고, 또한 Y축의 보정치 발생기(803) 및 θ축의 보정치 발생기(901)에도 출력된다. 마찬가지로, Y축의 정류 위상 검출부(801)의 정류 위상 개별 출력 φy는, 자축의 보정치 발생기(802)에 출력되고, 또한 X축의 보정치 발생기(703) 및θ축의 보정치 발생기(902)에도 출력된다.
X축의 보정치 발생기(702, 703)의 코깅 보정값 Fex와 Fey는 가산되어, 가산부(505A)에서 추진력 명령치 Fdx에 가산된다. 마찬가지로, Y축의 보정치 발생기(802, 803)의 코깅 보정값 Fey와 Fex는 가산되어, 가산부(505B)에서 추진력 명령치 Fdy에 가산된다. 마찬가지로, θ축의 보정치 발생기(901, 902)의 코깅 보정값 Teθx와 Teθy는 가산되어, 가산부(505C)에서 토크 명령치 Tdθ에 가산된다.
도 18은 가속도 피드백 제어부를 구비한 위치 제어 서보 시스템을 X1 모터에 대하여 나타낸 기능 블록도이다. 위치 제어부(502)는 위치 명령치와 위치 검출부(126)의 위치 검출치의 편차를 기초로 하여, X1 모터(127)를 명령 위치에 피드백 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 속도 변환기(501)는 위치 검출부(126)의 위치 검출 신호를 속도 검출치로 변환한다.
속도 제어부(503)는 위치 제어부(502)로부터의 속도 명령치와 속도 변환 기(501)로부터의 속도 검출치의 편차를 기초로 하여, X1 모터(127)의 이동 속도를 피드백 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다.
추진력 발생부(504)는 속도 제어부(503)로부터의 제어 신호를 기초로 하여 X1 모터(127)를 구동한다. 추진력 발생부(504)는 모터 코일의 제어 전류를 조작하기 위한 펄스폭 변조 신호(PWM 신호)를 생성하는 PWM 회로, PWM 신호를 기초로 하여 모터를 구동하는 브리지 형태의 인버터 회로 등을 구비하고 있다.
슬라이더부의 2차원 위치를 제어하는 제어 루프에 속도 제어 루프를 제공하는 경우에는, 루프 이득이 작으면 속도 검출치에 변동이 생기고, 코깅에 의한 추진력, 추진력 리플 등이 요인이 되는 모터의 외란이 된다. 이득을 증가시키면, 루프에서의 신호 지연이 큰 경우나, 모터에 기계 시스템 공진이 존재하는 경우, 루프가 공진되어 이득에 제약이 생기고, 이것이 위치 결정 정밀도의 향상을 방해하는 요인이 된다.
본 발명에 따르면, 이 문제점을 해결하기 위해, 속도 제어 루프의 특성을 변화시키지 않고 모터 추진력의 외란에 의한 영향을 줄이기 위해, 위치 제어 루프 및 속도 제어 루프에 더해 가속도 제어 루프를 제공한다.
가속도 센서(506)는 X1 모터(127)의 가속도를 검출한다. 가속도 제어부(508)는 속도 제어부(503)로부터의 가속도 명령치와 가속도 센서(506)로부터의 가속도 검출치의 편차를 기초로 하여 X1 모터(127)의 이동 가속도를 제어한다. 가속도 제어부(508)의 제어 출력은 추진력 발생부(504)에 제공된다.
또한, 속도 제어부(503)에 의해 출력된 가속도 명령치가, 가속도 제어 부(508)를 우회하는 신호 경로가 설치되어 있고, 우회한 가속도 명령치는 피드포워드(feed forward) 신호로서 가속도 제어부(508)의 출력에 가산된다. 이로써, 가속도가 피드포워드 제어된다.
이때, 가속도를 가속도 검출치로 변환할 때의 이득(가속도 상수)을 조정함으로써 외란 추진력의 영향을 줄여, 속도 제어 루프의 특성은 가속도 제어 루프의 영향을 받지 않도록 설정될 수 있다. 이로써, 코깅에 의한 추진력, 추진력 리플 등에 의해 유발되는 모터의 추진력에 의한 외란에 의한 영향을, 속도 제어 루프의 특성을 변화시키지 않고 감소시킬 수 있다.
도 19는 데드 타임 보정부를 설치한 위치 제어 서보 시스템을 X1 모터에 대하여 나타낸 기능 블록도이다. 도면부호 509는 누산 카운터(accumulating counter)이며, 상위 장치(510)로부터 펄스 수(pulse number)로 제공되는 목표 위치 신호 SX를 누산하고, 디지털의 목표 위치 신호 Pi로 변환한다.
도면부호 511은 주기 검출부를 가리키며, 위치 검출부(126)의 위치 검출 신호 PX1를 입력하여 그 주기를 계산한다. 도면부호 512는 위치 변환부를 가리키고, 도면부호 501은 속도 변환기를 가리키며 주기 검출부(511)로부터의 주기 신호를 취득하여 위치 신호 Pf 및 속도 신호 Vf로 변환한다. 이 동작 원리에 대해서는 일본 특허공개공보 제2000-65970호에 상세하게 개시되어 있으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
도면부호 502는 위치 제어부를 가리키며, 목표 위치 신호 Pi와 위치 신호 Pf의 편차를 계산하고 속도 명령 신호 Vi를 출력한다. 도면부호 503은 속도 제어부 를 가리키며, 속도 명령 신호 Vi와 속도 신호 Vf의 편차를 계산하고 추진력 명령 F를 출력한다.
도면부호 513은 위상차 검출부를 가리키며, 위치 검출 신호 PX1와 스캔 주기fo의 위상차를 검출하여 정류 제어부(514)에 출력한다. 이 정류 제어부(514)의 출력 sinωt 및 sin(ωt + 120˚)의 신호와 추진력 명령 F는 각각 승산기(515) 및 (516)으로 승산되고, Fsinωt와 Fsin(ωt + 120˚)를 출력한다.
이들 승산기 출력과 전류 검출부(519, 520)의 검출 신호의 편차가 전류 제어부(521)에 입력된다. 전류 제어부(521)는 편차를 계산하고 펄스폭 변조(PWM)된 스위칭 신호 S1 및 S2를 출력하고, 데드 타임 발생 회로(522)를 통하여 3상 스위칭 회로(523)의 개폐를 제어하고, 3상의 면 모터로 실현되는 X1 모터(127)의 U상, V상, W상 코일에 제어 전류를 공급한다.
전류 검출부(519)는 U상 코일에 직렬 접속된 전류 검출 저항 Ru의 전압 강하를 검출하여 전류 제어부(521)에 피드백한다. 마찬가지로 전류 검출부(520)는 V상 코일에 직렬 접속된 전류 검출 저항 Rv의 전압 강하를 검출하여 전류 제어부(521)에 피드백한다. W상 코일에 대해서는 피드백을 수행하지 않는다.
정류 제어에 의한 3상의 위상 모터에 대한 PWM 전류 제어의 상세하게 관해서는, 일본 특허공개공보 제2000-65970호에 개시되어 있으므로, 여기서는 상세 설명을 생략한다.
여기서, 데드 타임 발생 회로(522)는, 스위칭 신호 S1 및 S2가 동시에 온(ON) 되지 않도록 스위칭 신호의 전환 타이밍에 소정 시간의 데드 타임을 부가하 여, 동시에 온됨으로써 3상 스위칭 회로(523)의 대전류에 의한 소실을 방지한다.
데드 타임 발생 회로(522)는, 스위칭 회로의 대전류에 의한 소실을 방지하기 위한 필요 요소이지만, 데드 타임에 의한 데드 존의 영향에 의해, 모터에 미소 전류를 출력할 시에 전류 왜곡나 응답의 지연이 있어, 미소 진폭을 발생에 의해 모터의 제어 특성을 악화시키는 문제점이 있다.
슬라이더의 위치 제어의 정밀도 요구가 그다지 엄격하지 않은 경우에는, 이 특성 악화는 문제가 되지 않지만, 슬라이더 상에 더욱 고정밀도의 위치 결정 장치를 탑재하는 노광 단계에서처럼 초고정밀도의 위치 결정 장치에 따르면, 미소 진폭이 위치 결정의 요구 정밀도의 방해 요인이 된다.
점선의 블록(1000)은 본 발명에 도입된 데드 타임 보정부이다. 도면부호 1001은 직교 전류 설정부를 가리키며, 중첩해야 할 보정 전류를 결정하는 직교 전류 명령 H를 출력한다. 이값은 데드 타임 발생 회로(522)의 특성에 따라 오퍼레이터가 임의로 수동 설정할 수 있다.
도면부호 1002 및 1003은 승산기를 가리키며, 정류 제어부(514)의 출력 sinωt 및 sin(ωt + 120˚)의 신호와 직교 전류 명령 H를 곱하여 Hsinωt 및 Hsin(ωt + 120˚)를 출력한다.
승산기(1002)의 출력 Hsinωt를 연산기(operator)(1004)에서 1/2배 한 신호와, 승산기(1003)의 출력 Hsin(ωt + 120˚)를 가산부(1006)에 의해 가산함으로써, Hsin(ω - 90˚)신호를 생성한다. 이 신호를 전류 제어부(521)의 입력 측에 설치된 가산기(517)에 의해, Fsinωt 측의 편차 신호에 중첩시킨다.
마찬가지로, 승산기(1003)의 출력 Hsin(ωt + 120˚)를 연산기(1004)에서 1/ 2배 한 신호와, 승산기(1002)의 출력 Hsinωt를 가산부(1007)에 의해 역위상으로 가산함으로써, Hsin(ωt + 120˚ - 90˚) 신호를 생성한다. 이 신호를, 전류 제어부(521)의 입력 측에 설치된 가산기(518)에 의해 Fsin(ωt + 120˚) 측의 편차 신호에 중첩시킨다.
데드 타임 보정부의 도입에 의해, 데드 타임의 영향에 의한 미소 진폭(small amplitude)을 유효하게 회피할 수 있다. 중첩시키는 보정 전류치는, 데드 타임 발생 회로의 특성에 따라 수동 설정할 수 있으므로, 제어 정밀도를 최적화하기 위한 튜닝 작업이 용이하다.
이상에서 설명한 실시예에서는, 복수의 슬라이더부를 가지는 XY 스테이지를 반도체 제조장치에 적용한 때에 위치 제어 정밀도의 향상 효과가 현저한 각종 보정부에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 적용 대상은 반도체 제조 장치로 한정되지 않으며, 검사 장치, 조립 장치 등의 고정밀도를 요구하는 XY 스테이지에 범용적으로 적용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 격자 플래튼(lattice platen) 상의 슬라이더부의 위치를 2차원 방향으로 제어하는 XY 스테이지로서,
    상기 XY 스테이지는 위치가 독립적으로 제어되는 복수의 상기 슬라이더부를 포함하고,
    각각의 상기 슬라이더부는,
    상기 슬라이더부의 위치를 X축 방향 및 Y축 방향으로 제어하는 위치 제어부; 및
    상기 슬라이더부의 Z축 주위의 요잉(yawing)을 보정하는 요잉 보정부
    를 포함하는,
    XY 스테이지.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 슬라이더부는, 상기 슬라이더부의 Z축 방향의 변화를 보정하는 롤링/피칭(rolling/pitching) 보정부를 더 포함하는, XY 스테이지.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 상기 슬라이더부는,
    상기 슬라이더부의 Z축 방향의 변화를 검출하는 센서부; 및
    상기 센서부에 의해 검출된 값에 기초하여 상기 Z축 방향의 변화를 억제하는 코일부
    를 더 포함하는, XY 스테이지.
  4. 제2항에 있어서,
    각각의 상기 슬라이더부는,
    상기 Z축 방향의 변화를 검출하는 센서부; 및
    상기 센서부에 의해 검출된 값에 기초하여, 상기 슬라이더부를 상기 X축 방향으로 이동시키는 X축 모터 및 상기 슬라이더부를 상기 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 모터에 공급되는 각각의 제어 전류의 위상각과 직교하는 위상을 각각 가지는 보정 전류를 제공하는 직교 전류 제공부
    를 더 포함하는, XY 스테이지.
  5. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 슬라이더부는,
    상기 슬라이더부의 속도에 따라 상기 슬라이더부를 상기 X축 방향으로 이동시키는 X축 모터 및 상기 슬라이더부를 상기 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 모터에 공급되는 각각의 제어 전류의 정류 위상각(communtation phase angle)으로부터 계산된 코깅 보정 신호에 의해, 상기 슬라이더부에서 발생된 코깅 추진력(cogging thrust)에 기인하는 리플을 억제하는 리플 억제부를 더 포함하는, XY 스테이지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정류 위상각과 상기 코깅 보정 신호 중 적어도 어느 하나의 상수(constant number)를 변경하는 상수 설정부를 포함하는 XY 스테이지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 X축 방향의 코깅 보정 신호는 상기 Y축 방향의 코깅 보정 신호에 가산되고,
    상기 Y축 방향의 코깅 보정 신호는 상기 X축 방향의 코깅 보정 신호에 가산되는, XY 스테이지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 X축 방향의 코깅 보정 신호 및 상기 Y축 방향의 코깅 보정 신호는 상기 Z축 방향의 코깅 보정 신호에 가산되는, XY 스테이지.
  9. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 슬라이더부는,
    상기 슬라이더부의 이동 속도에 기초하여 속도를 피드백 제어하는 속도 피드백 제어부; 및
    상기 슬라이더부의 이동 속도에 기초하여 가속도를 피드백 제어하는 가속도 피드백 제어부
    를 포함하는 XY 스테이지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 속도 피드백 제어부에 의해 출력된 상기 슬라이더부의 가속도 명령치가, 상기 가속도 피드백 제어부에 피드 포워드 신호(feed forward signal)로서 제공되는, XY 스테이지.
  11. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 슬라이더부는,
    상기 슬라이더부를 상기 X축 방향으로 이동시키는 X축 모터 및 상기 슬라이더부를 상기 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 모터에 공급하는 각각의 제어 전류에 대해 위상이 직교하는 보정 전류를, 각각의 상기 제어 전류와 중첩시키는 데드 타임 보정부(dead time correcting part)를 더 포함하는, XY 스테이지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보정 전류의 값은 데드 타임 발생 회로의 특성에 따라 수동 설정되는, XY 스테이지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 슬라이더부는, 반도체 제조장치에서 얼라인먼트를 수행하는 디바이스 및 반도체 제조장치에서 노광을 수행하는 디바이스를 각각 탑재하는, XY 스테이지.
KR1020077018947A 2005-02-18 2006-02-16 Ｘｙ 스테이지 KR100915163B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2005-00041562 2005-02-18
JP2005041562A JP4678204B2 (ja) 2005-02-18 2005-02-18 Ｘｙステージ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070104611A true KR20070104611A (ko) 2007-10-26
KR100915163B1 KR100915163B1 (ko) 2009-09-03

Family

ID=36916499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077018947A KR100915163B1 (ko) 2005-02-18 2006-02-16 Ｘｙ 스테이지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20090014932A1 (ko)
EP (1) EP1852763A4 (ko)
JP (1) JP4678204B2 (ko)
KR (1) KR100915163B1 (ko)
WO (1) WO2006088098A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4975640B2 (ja) * 2005-11-30 2012-07-11 Ｔｈｋ株式会社 ワイヤレスアクチュエータ
JP5017034B2 (ja) * 2007-09-20 2012-09-05 新東エスプレシジョン株式会社 二次元座標測定機
JP5119001B2 (ja) * 2008-02-28 2013-01-16 株式会社日立ハイテクノロジーズ 試料ステージ
US9205600B1 (en) * 2014-03-04 2015-12-08 New Matter, Inc. Moveable platform with 2-axis rack and pinion drive
JP6438219B2 (ja) 2014-06-17 2018-12-12 キヤノン株式会社 ステージ装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法、および決定方法
JP6681982B2 (ja) 2015-11-23 2020-04-15 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 位置決めデバイス、リソグラフィ装置、及びデバイス製造方法
US20190291224A1 (en) * 2018-03-22 2019-09-26 Ford Motor Company Workpiece alignment system having pressure sensors for assessing alignment of a workpiece with a fixture
JP7242422B2 (ja) * 2019-05-20 2023-03-20 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス ステージ姿勢把握装置、ステージ移動装置、ステージ姿勢把握方法、およびステージ姿勢修正方法
US11642995B1 (en) * 2020-07-10 2023-05-09 Apple Inc. Movable support surfaces
CN114074301B (zh) * 2021-11-19 2023-10-20 安徽晋煤中能化工股份有限公司 一种用于电机维修加工的加工底座及其使用方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09121558A (ja) * 1995-10-27 1997-05-06 Nissan Motor Co Ltd モータ駆動制御装置
US6490025B1 (en) * 1997-03-17 2002-12-03 Nikon Corporation Exposure apparatus
US6441514B1 (en) * 1997-04-28 2002-08-27 Ultratech Stepper, Inc. Magnetically positioned X-Y stage having six degrees of freedom
AU1682899A (en) * 1997-12-18 1999-07-05 Nikon Corporation Stage device and exposure apparatus
JP3834433B2 (ja) * 1998-08-25 2006-10-18 横河電機株式会社 Ｘｙステージ
US6603562B1 (en) * 1999-10-29 2003-08-05 Yokogawa Electric Corporation Two-dimensional positioning apparatus and method for measuring laser light from the apparatus
JP3543701B2 (ja) * 1999-10-29 2004-07-21 横河電機株式会社 ２次元位置決め装置
JP2001350525A (ja) * 2000-06-09 2001-12-21 Yaskawa Electric Corp 位置決めサーボコントローラ
JP2002116239A (ja) * 2000-10-06 2002-04-19 Yokogawa Electric Corp デバイス検査装置
JP2003250295A (ja) * 2002-02-25 2003-09-05 Yokogawa Electric Corp 位置決め装置
JP3912592B2 (ja) * 2002-09-25 2007-05-09 横河電機株式会社 リニアアクチュエータ
JP3762401B2 (ja) * 2002-09-30 2006-04-05 キヤノン株式会社 位置決め装置及び露光装置並びにデバイスの製造方法
JP2005025695A (ja) * 2003-07-04 2005-01-27 Yokogawa Electric Corp Ｘｙステージ

Also Published As

Publication number Publication date
JP4678204B2 (ja) 2011-04-27
JP2006226862A (ja) 2006-08-31
WO2006088098A1 (ja) 2006-08-24
EP1852763A4 (en) 2010-10-06
EP1852763A1 (en) 2007-11-07
US20090014932A1 (en) 2009-01-15
KR100915163B1 (ko) 2009-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100915163B1 (ko) Ｘｙ 스테이지
JP2006211873A (ja) 移動体制御装置及び移動体制御方法
CN102790474B (zh) 一种平面电机初始位置探测方法
JP7025256B2 (ja) ステージ装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法
US20240004314A1 (en) Positioning apparatus, lithography apparatus and article manufacturing method
JP2013084345A (ja) 荷電粒子線装置のステージ装置
JP4739442B2 (ja) ステージ装置、及びステージ装置の制御方法、それを用いた露光装置及びデバイスの製造方法
JP2010038896A (ja) 速度検出装置および位置検出装置および位置決め装置
JP2010207038A (ja) 推力リップル解析方法及び補正方法
JP6576111B2 (ja) 駆動システム、モータの制御方法、リソグラフィ装置および物品製造方法
JP2000065970A (ja) Ｘｙステージ
US6603562B1 (en) Two-dimensional positioning apparatus and method for measuring laser light from the apparatus
JP2006333646A (ja) リニアモータの制御方法及びリニアモータの制御装置
JP3543701B2 (ja) ２次元位置決め装置
KR102411955B1 (ko) 모터, 이중 행정 스테이지 및 리소그래피 장치
JP4348620B2 (ja) Ｘｙステージ
CN112731797B (zh) 一种平面电机运动控制方法、装置及系统
JP4595554B2 (ja) 平面モータ
Pérez et al. Positioning control system for a large range 2d platform with submicrometre accuracy for metrological and manufacturing applications
JP2004038426A (ja) 位置決め装置
JP2005301936A (ja) Ｘｙステージ
JP2022172907A (ja) ステージ装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法
JP2006087184A (ja) モータの駆動装置
JPH11235082A (ja) モータの制御方法およびステージ装置並びに露光装置
JP2010205168A (ja) 位置決め装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee