KR20120111815A

KR20120111815A - 시편이송 스테이지 장치 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR20120111815A
Application number: KR1020110030407A
Authority: KR
Inventors: 권대갑; 김정재; 안다훈; 우시웅
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-10-11
Also published as: KR101226807B1

Abstract

본 발명은 기구 및 기계 설계를 응용한 제반 기술을 개시한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치 및 그 구동방법은 다수의 레이저 간섭계를 사용하여 바미러의 정렬오차를 보상하고 시편 이송부의 현 위치를 좀 더 정확히 파악 및 측정함을 통해 보다 높은 정확도 및 정밀도를 갖게 함으로써, 다수의 소형 바미러를 구비시켜 바미러의 정렬오차로 인해 시편 이송부의 현 위치를 보다 정밀하게 측정하지 못하는 대형 스테이지 장치의 성능 저하에 대한 문제점을 극복한다.
또한, 본 발명은 대형 스테이지 장치에 구비되는 대형 바미러 대신 소형 바미러를 다수개 탑재시킴으로써, 시편이송 스테이지 장치 제작시 소요되는 제작 비를 경감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 시편 이송부의 도달 좌표와 목적 좌표 간에 발생되는 바미러의 정렬오차를 보상해 주는 기능으로 인하여 보다 정밀도가 높은 제품의 출시에 따른 구매자의 구매 욕구를 향상시키고, 그에 결과로 구매율 및 기업 이윤을 극대화시킨다.

Description

시편이송 스테이지 장치 및 그 구동방법{Stage Device for transfering a Specimen and Drive Method of the Same}

본 발명은 기구 및 기계 설계를 응용한 제반 기술에 관한 것으로, 특히 본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치 및 그 구동방법은 다수의 레이저 간섭계를 사용하여 바미러의 정렬오차를 보상하고 시편 이송부의 현 위치를 좀 더 정확히 파악 및 측정함을 통해 보다 높은 정확도 및 정밀도를 갖는 시편이송 스테이지 장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로, 시편이송 스테이지는 반도체, FPD 산업을 비롯하여, IC fabrication, PCB 가공, MEMS 및 생화학 시편 검사 등 광범위한 산업 분야에서 높은 시편이송 정밀도를 요구하는 검사장비 또는 정밀가공장비에 응용된다.

최근 고정밀, 고집적, 대형화를 지향하는 FPD 국내외 산업의 빠른 성장과 함께 대형 초정밀 설비의 수요가 증가하고 있으며, 이로 인해 대면적 초정밀 모션이 가능한 대행정 초정밀 시편이송스테이지의 개발에 대한 수요가 증가하고 있다. 이러한 상황에서, 기존의 기술은 대형 바미러(bar mirror)가 필요하다. 하지만 대형 바미러의 경우 길이에 따른 제작비용의 기하급수적인 증가와 함께 열변형 및 편평도를 보장하기 어렵다는 단점이 있으며 일정 길이 이상의 바미러는 제작이 불가능하다.

이러한 이유로 대행정 초정밀 스테이지에서 글로벌 센서의 기능을 할 수 있는 레이저 간섭계와 바미러의 사용이 제한되고 있다.

본 발명의 시편이송 스테이지 장치 및 그 구동방법은 앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은 다수의 레이저 간섭계를 사용하여 바미러의 정렬오차를 보상하고 시편 이송부의 현 위치를 좀 더 정확히 파악 및 측정함을 통해 보다 높은 정확도 및 정밀도를 갖게 함으로써, 다수의 소형 바미러를 구비시켜 바미러의 정렬오차로 인해 시편 이송부의 현 위치를 보다 정밀하게 측정하지 못하는 대형 스테이지 장치의 성능 저하에 대한 문제점을 극복하기 위함이다.

또한, 본 발명의 제 2 목적은 대형 스테이지 장치에 구비되는 대형 바미러 대신 소형 바미러를 다수개 탑재시킴으로써, 시편이송 스테이지 장치 제작시 소요되는 제작비를 경감시키기 위함이다.

또한, 본 발명의 제 3 목적은 시편 이송부의 도달 좌표와 목적 좌표 간에 발생되는 바미러의 정렬오차를 보상해 주는 기능으로 인하여 보다 정밀도가 높은 제품의 출시에 따른 구매자의 구매 욕구를 향상시키고, 그에 결과로 구매율 및 기업 이윤을 극대화시키기 위함이다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치는, 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 대상물을 평면상에서 이송하는 장치로, 상기 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 하는 대상물이 상부면에 올라가게 일정공간을 제공하며, 상기 대상물이 상기 상부면에 고정되게끔 하는 시편 이송부; 상기 시편 이송부가 X축, Y축 또는 XY축으로 움직이게끔 외부 동력원을 이용해 구동력을 발생시켜 상기 시편 이송부에 전달하는 구동부; 상기 시편 이송부가 X축, Y축 또는 XY축 중 기설정된 목적 좌표에 위치하게끔 상기 구동력을 제어하는 가이드부; 상기 시편 이송부의 현 위치를 실시간으로 측정하여 상기 시편 이송부가 상기 목적 좌표에 도달하였는지를 감지 및 체크하는 센서부; 상기 시편 이송부의 도달 좌표와 상기 목적 좌표 간에 파악되는 바미러의 정렬오차를 보상해 주는 보정기; 및 상기 시편 이송부의 현 위치가 변경될 경우, 상기 센서부에 기구비된 다수의 레이저 간섭계 중 선택된 하나를 다른 선택된 하나로 자동 전환시키는 전환기를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치의 구동방법은 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 대상물을 평면상에서 이송하는 구동방법으로, 시편 이송부가 상기 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 하는 대상물을 상부면에 올린 후 상기 대상물을 상기 상부면에 고정시키는 단계; 구동부가 외부 동력원에 의해 발생된 구동력을 상기 시편 이송부에 전달하여 상기 시편 이송부를 X축, Y축 또는 XY축으로 이동시키는 단계; 가이드부가 상기 구동력을 제어하여 상기 시편 이송부가 기설정된 목적 좌표에 위치되게끔 가이드하는 단계; 센서부가 상기 시편 이송부의 현 위치를 실시간으로 측정하여 상기 목적 좌표에 상기 시편 이송부가 도달하였는지를 감지 및 체크하는 단계; 보정기가 상기 시편 이송부의 도달 좌표와 상기 목적 좌표 간에 파악되는 바미러의 정렬오차를 보상해 주는 단계; 및 전환기가 상기 시편 이송부의 현 위치가 변경될 경우, 상기 센서부에 기구비된 다수의 레이저 간섭계 중 선택된 하나를 다른 선택된 하나로 자동 전환시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 시편이송 스테이지 장치 및 그 구동방법은 다수의 레이저 간섭계를 사용하여 바미러의 정렬오차를 보상하고 시편 이송부의 현 위치를 좀 더 정확히 파악 및 측정함을 통해 보다 높은 정확도 및 정밀도를 갖게 함으로써, 다수의 소형 바미러를 구비시켜 바미러의 정렬오차로 인해 시편 이송부의 현 위치를 보다 정밀하게 측정하지 못하는 대형 스테이지 장치의 성능 저하에 대한 문제점을 극복하는 제 1 효과를 준다.

또한, 본 발명은 대형 스테이지 장치에 구비되는 대형 바미러 대신 소형 바미러를 다수개 탑재시킴으로써, 시편이송 스테이지 장치 제작시 소요되는 제작비를 경감시키는 제 2 효과를 준다.

또한, 본 발명은 시편 이송부의 도달 좌표와 목적 좌표 간에 발생되는 바미러의 정렬오차를 보상해 주는 기능으로 인하여 보다 정밀도가 높은 제품의 출시에 따른 구매자의 구매 욕구를 향상시키고, 그에 결과로 구매율 및 기업 이윤을 극대화시키는 제 3 효과를 준다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바미러의 정렬오차를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시편 이송부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시편 이송부를 도시한 다른 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시편 이송부를 도시한 또 다른 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치의 구동방법을 나타낸 순서도이다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 시편이송 스테이지 장치(1000)는 측정코자 하거나 또는 가공코자 하는 대상물(이하, 시편이라 통칭함)의 검사, 가공 공정에 사용되며, 시편을 탑재하여 원하는 좌표 위치에 평면상에서 정확히 이송시키는 장치로, 시편 이송부(100), 구동부(200, 300-1, 300-2), 가이드부(미도시) 및 센서부(410, 420, 430, 440, 450)를 포함하며, 보정기(500)와 전환기(600)를 더 구비한다.

시편 이송부(100)는 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 하는 대상물이 상부면에 올라가게끔 일정공간을 제공하며, 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 하는 대상물이 상부면에 고정되게끔 한다.

시편 이송부(100)는 측정 또는 가공 대상물(이하, 시편이라 통칭함)을 X축 및 Y축으로 이동시키는 구성부로, X축 및 Y축 이동시 Yaw 모션 오차(θ)를 발생시킨다.

구동부(200, 300-1, 300-2)는 시편 이송부(100)가 X축, Y축 또는 XY축으로 움직이게끔 외부 동력원을 이용해 구동력을 발생시켜 시편 이송부(100)에 전달한다.

구동부(200, 300-1, 300-2)는 시편 이송부(100)를 동작시키는데 사용되는 구동력을 발생시키는 구성부로, X축 구동부(200), Y-1 구동부(300-1), Y-2 구동부(300-2)를 포함한다.

구동부(200, 300-1, 300-2)는 시편 이송부(100)를 XY 평면 내에서 X축 방향으로 이송코자 할 경우 X축 방향으로 구동력을 발생시키는 선형모터를 탑재하며, Y축 방향으로 이송코자 할 경우 Y-1 축과 Y-2 축에 구동력을 각각 발생시키는 선형 모터를 탑재하며, Y-1 축과 Y-2 축의 선형 모터는 XY 평면 내에서 발생되는 회전 오차인 Yaw 모션 오차(θ)를 실시간으로 보상하는 역할도 수행한다.

가이드부(미도시)는 시편 이송부(100)가 X축, Y축 또는 XY축 중 기설정된 목적 좌표에 위치하게끔 이동방향을 제한하는 구성부로, 시편 이송부(100)를 이동코자 하는 목적 좌표를 안내하며 구동력에 의해 이동하는 방향을 제한하는 공기베어링 가이드 또는 ball retainer type LM 가이드(이하 LM 가이드)를 구비한다.

여기서, 가이드부(미도시)는 시편 이송부(100)를 지지하는 판넬의 하부면에 위치함으로 도면상에는 볼 수 없으나, 가이드부(미도시)는 구동부(200, 300-1, 300-2)와 회로적으로 연결되어 있어 가이드부(미도시)가 구동부(200, 300-1, 300-2)의 이동 방향을 제한한다는 것을 당업자가 이해하기에는 충분하리라 본다.

센서부(410, 420, 430, 440, 450)는 시편 이송부(100)의 현 위치를 실시간으로 측정하여 시편 이송부(100)가 목적 좌표에 도달하였는지를 감지 및 체크하는 구성부로, X축 상에 존재하는 Y축 바미러(470-1, 470-2)의 반사면에 수직으로 레이저를 입사시킬 수 있게끔 X축과 방향으로 나란하게 복수개 이상 배치된 Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430), Y축 상에 존재하는 X축 바미러(460)의 반사면에 수직으로 레이저를 입사시킬 수 있게끔 Y축과 방향으로 나란하게 적어도 하나 이상 배치된 X 축 레이저 간섭계(440) 및 바미러의 오차 측정시 사용되는 Yaw 모션 오차(θ)를 구하는 각도측정 센서(450)를 포함한다.

특히, X축 레이저 간섭계(440), Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430)는 글로벌 센서 기능을 탑재하고 있어 선형 엔코더보다 성능이 우수하다.

시편이송 스테이지 장치 구동시, Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430)는 각각 측정된 값을 평균을 내어 Y축 의 위치를 측정하며, Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430)값의 변동분을 Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430) 간의 간격치로 나누면 Yaw 모션 오차(θ)를 구한다.

여기서, 바미러의 정렬오차는 Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430)에 의해 측정한 변동분에서 Yaw모션 오차(θ)와 Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430) 간의 간격치를 곱해서 나온 값을 뺀 결과치임에 유의한다.

또한, 바미러의 정렬오차를 구하기 위해선, 다수의 레이저 간섭계(410, 420, 430, 440)와 레이저 간섭계들(410, 420, 430, 440)로부터 출력되는 레이저를 입사받는 복수개 이상의 바미러(460, 470-1, 470-2)가 구비되어 있어야 함을 전제로 한다.

다수의 바미러(460, 470-1, 470-2)는 시편 이송부(100)에 서로 수직하게 고정되어 시편 이송부(100)와 항상 같이 움직이게 되고, 다수의 바미러(460, 470-1, 470-2) 반사면에 수직하게 레이저가 입사될 수 있도록 다수의 레이저 간섭계(410, 420, 430, 440)는 필요에 따라 X축과 Y축에 효율적으로 배치된다.

다시 말해, 시편 이송부(100)가 X 방향, Y 방향 및 XY 방향으로 움직이게 함과 동시에, 회전 오차인 Yaw 모션 오차((θ)를 실시간으로 보상하기 위해선, 본 발명의 실시예는 X축 상에 한 개의 레이지 간섭계(400)와 마련하고 Y축 상에는 세 개의 레이저 간섭계(410, 420, 430)를 마련한다.

일 예로, Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430)는 복수의 바미러(470-1, 470-2) 간을 잇는 연결구간 상에서 파악되는 바미러의 정렬오차를 측정할 뿐만 아니라, 시편 이동부(100)의 최초 위치에서 목표 좌표까지 이르기 전까지 실시간으로 변경되는 현 위치를 동시에 체크한다.

주의해야 할 점은, 레이저를 반사시킬 수 있는 다수의 바미러(460, 470-1, 470-2)의 길이는 구동거리에 Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430) 사이 간격을 더한 길이 이상이어야 하지만 바미러 길이(460, 470-1, 470-2)의 증가는 비용의 증가로 이어지고, 바미러(460, 470-1, 470-2) 자체의 편평도 보장이 어렵다.

여기서, 편평도는 바미러(460, 470-1, 470-2)의 반사면이 가상의 편평한 평면에서 벗어난 정도를 뜻하며, 편평도는 바미러(460, 470-1, 470-2) 제작 및 조립 과정에서 발생하는 형상에 의한 오차와 열이나 힘과 같은 환경에 의해 발생할 수도 있다.

이렇게 발생하는 오차는 바미러(460, 470-1, 470-2)의 길이가 길어질수록 더 많이 발생한다.

본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치(1000)는 바미러(460, 470-1, 470-2)를 기준으로 움직이므로, 바미러(460, 470-1, 470-2)의 편평도는 시편이송 스테이지 장치(1000)의 진직도 성능에 직접적으로 영향을 미친다.

진직도 성능은 가상의 직선축을 따라 얼마나 잘 움직이는가를 나타내며, 진직도 성능이 좋으면 그만큼 시편 이송부(100)가 직선에 가깝게 이동할 수 있음을 의미한다.

결국, 바미러(460, 470-1, 470-2)의 편평도 오차는 시편이송 스테이지 장치(1000)에 있어서 성능 저하의 문제를 발생시킬 뿐만 아니라 일정길이 이상의 바미러(460, 470-1, 470-2)의 제작 불가능 문제를 해결하기 위해, 시편이송 스테이지 장치(1000)는 Y축 상에서 복수의 소형 바미러(470-1, 470-2)를 나란히 배치한다.

이럴게 실시할 경우, 복수의 소형 바미러(470-1, 470-2) 구조는 크게 두 가지의 해결해야 할 부분이 있다.

첫째로, 복수의 소형 바미러(470-1, 470-2) 사이의 정렬 오차이다. 정렬 오차는 복수의 소형 바미러(470-1, 470-2)를 나란히 배치하는 조립과정에서 필연적으로 발생하는 오차이다.

나노미터의 정밀도를 요구하는 시편이송 스테이지 장치(1000) 조립시 발생하는 정렬 오차는 대형 바미러의 편평도 이상으로 시편이송 스테이지 장치(1000)의 성능에 큰 영향을 미치는 요소로, 정렬 오차가 크다면 레이저 간섭계(410, 420, 430)의 사용이 불가능한 경우가 발생한다.

둘째로, 복수의 소형 바미러(470-1, 470-2)의 연결구간(435)에서는 도 3에서 보여지는 바와 같이 레이저의 반사가 불가능하므로 복수의 소형 바미러(470-1, 470-2)의 연결구간(435)에서는 Y축 레이저 간섭계(410, 420, 430)를 사용할 수 없는 문제도 발생한다.

이러한 문제들을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치(100)는 한 축으로만 행정거리를 확장한 복수의 소형 바미러(470-1, 470-2)를 마련하고, Y축 상에 세 개의 레이저 간섭계(410, 420, 430)를 구비시킨다.

시편이송 스테이지 장치(1000)는 일정 간격을 두고 나란히 배치된 Y축 상의 3개의 레이저 간섭계(Y-1, Y-2, Y-3)와 각도측정 센서(450)를 사용하여 바미러(470-1, 470-2)의 정렬오차 및 바미러(470-1, 470-2) 자체의 편평도 오차를 측정한다.

좀 더 구체적으로, 시편이송 스테이지 장치(1000)에 기구비된 Y-1, Y-2, Y-3 레이저 간섭계(410, 420, 430)와 각도측정 센서(450)를 사용해 바미러(470-1, 47-2)의 정렬오차 및 편평도를 수식으로 구할 수 있다.

Y-1, Y-2, Y-3 레이저 간섭계(410, 420, 430)에서 얻어지는 값은 바미러(470-1, 470-2)의 정렬오차(f(x))와 시편이송 스테이지 장치(1000) 자체의 진직도 오차(t(x))를 포함한 값이 측정되므로 이를 구분해 내는 과정이 필요하다.

또한, 바미러(470-1, 470-2)의 정렬오차는 Yaw모션 오차의 영향을 받는데 이는 각도측정 센서(450)에 의해 측정된다.

즉, Y-1, Y-2, Y-3 레이저 간섭계(410, 420, 430)에서 얻어지는 값을 각각 d1, d2, d3로 설정할 경우, d1, d2, d3는 이하 기재된 [수학식 1], [수학식 2], [수학식 3]을 통해 구할 수 있다.

이 때, s1은 Y-1 레이저 간섭계(410)과 Y-2 레이저 간섭계(420) 사이의 간격이며, s2는 Y-1 레이저 간섭계(410), Y-3 레이저 간섭계(430) 사이의 간격이다.

또한, 상기 [수학식 2]에서 [수학식 1]를 뺀 [수학식 4]과 [수학식 3]에서 [수학식 1]를 뺀 [수학식 5]를 구하면 다음과 같다.

상기 [수학식 4]과 [수학식 5]를 살펴보면, 진직도 오차(t(x))는 삭제되고 바미러의 정렬오차(△f(x))는 Y-1, Y-2, Y-3 레이저 간섭계(410, 420, 430)의 측정값 d1, d2, d3와 각도측정 센서(450)의 측정값 θ로 이루어짐을 알 수 있다.

이에 따라, 보정기(13)는 상기와 같은 차분법을 통해 구해진 바미러의 정렬오차(△f(x))를 통해 오차 보상에 적용시킨다.

바미러의 정렬오차(△f(x)) 측정에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

시편이송 스테이지 장치(1000)는 이동 축을 X축으로 하고 Y축을 고정시켜 X축 방향으로 위치제어를 하게끔 시편 이송부(1000)를 이동시킬 경우, 시편 이송부(1000)는 X축 방향으로 일정 간격으로 이동하게 되는데 이 과정에서 나란히 배치된 Y-1 레이저 간섭계(410), Y-2 레이저 간섭계(420) 및 Y-3 레이저 간섭계(430)를 통해 바미러(470-1, 470-2)의 Y축 높이치를 얻고, 각도측정 센서(450)를 통해 Yaw모션 오차(θ)를 구할 수 있게 된다.

이 때, 보정기(500)는 시편 이송부(100)의 도달 좌표와 목적 좌표 간에 파악되는 바미러의 정렬오차(△f(x))를 보상해 주는 구성부로, 바미러(470-1, 470-2)의 Y축 높이치 및 Yaw모션 오차(θ)를 저장하며, 바미러의 정렬오차(△f(x))를 재구성시켜 최종적인 바미러의 정렬오차(△f(x))를 산출한다.

좀 더 쉽게 이해를 돕기 위해, 도 2는 Y-1, Y-2, Y-3 레이저 간섭계(410, 420, 430)를 이용하여 시편 이송부(100)의 현 위치를 측정하고자 할 때 바미러의 정렬오차(△f(x))가 발생됨을 나타내는 그래프인 것으로, X=0인 지점과 X=100인 지점에서 시편 이송부(100)의 현 위치를 각각 측정할 경우 10만큼의 바미러의 정렬오차(△f(x))가 있음을 알 수 있다.

이는, Y축의 움직임이 실제로 없는 상황에서 X축으로 100만큼 이동을 한다면 Y축의 위치를 측정하는 센서에서는 Y축으로 10만큼 이동했다고 것을 의미한다.

실제로, Y축 방향으로의 이동은 없는 상황이므로 Y축 위치를 측정하는 센서에는 0이라는 값이 나와야 하므로, Y축에서 측정한 값에 10만큼을 빼주면 올바른 바미러의 정렬오차(△f(x)) 보상이 이루어진다고 할 것이다.

주요 포인트로, 상기와 같이 바미러의 정렬오차(△f(x))를 보상한다 하더라도 바미러의 연결구간은 반사면이 아니므로 Y축에 세 개의 레이저 간섭계(410, 420, 430)를 구성케 함에 유의한다.

이렇게 구성된 세 개의 Y-1, Y-2, Y-3 레이저 간섭계(410, 420, 430)는 세 개 중 두 개만이 전환기(600)에 의해 자동 선택되어져 시편 이송부(100)의 현 위치를 정확히 측정한다.

전환기(600)는 시편 이송부(100)의 현 위치가 변경될 경우, 센서부의 레이저 간섭계(410, 420, 430, 440)에 기구비된 다수의 레이저 간섭계 중 선택된 하나를 다른 선택된 하나로 자동 전환시키는 역할을 한다.

계속해서 다른 일 예로, 시편이송부(100)가 도 3(a)에서 보여지는 바와 같이 X축을 기준으로 이동하고 있을 때, Y축 상의 현 위치는 Y-2, Y-3 레이저 간섭계(420, 430)에 의해 측정된다.

도 3(b)에서 보여지는 바와 같이, 만약 시편 이송부(100)가 이동하여 Y-2 레이저 간섭계(420)가 바미러의 연결구간(435)에 있을 경우, Y-2 레이저 간섭계(420)는 사용이 불가능한 상태로 인식되는 이유로 인해 전환기(600)는 Y-2 레이저 간섭계(420) 대신 Y-1 레이저 간섭계(410)을 채택하여 Y-1 레이저 간섭계(410)가 시편 이송부(100)의 현 위치를 측정하게끔 지시한다.

또한, 도 3(c)에서 보여지는 바와 같이 바미러(470-1, 470-2)의 연결구간(435)이 Y-3 레이저 간섭계(440)로 이동하면 전환기(600)는 Y-3 레이저 간섭계(430) 대신 Y-2 레이저 간섭계(420)를 채택하여 Y-2 레이저 간섭계(410)가 시편 이송부(100)의 현 위치를 측정하게끔 지시한다.

결국, 바미러의 연결구간(435)에 위치한 레이저 간섭계를 배제시킨 나머지 두 개의 레이저 간섭계만이 시편 이송부(100)의 현 위치를 정확히 측정함을 알 수 있다.

다시 말해, 시편이송 스테이지 장치(1000)는 두 개의 레이저 간섭계로부터 출력되는 레이저를 복수의 소형 바미러(470-1, 470-2)에 입사시켜 시편 이송부(100)의 현 위치를 정확히 측정할 수 있음에 따라, 바미러의 연결구간(435)에서 레이저 간섭계가 사용되지 못하는 문제를 바로 해결할 수 있겠다.

또 다른 일 예로, 도 4에서 보여지는 바와 같은 구성도 용이하게 설계가능하다.

즉, 시편 이송부(100)는 X-1, X-2 레이저 간섭계(440-1,440-2)를 X축에 두 개 배치함으로써, X축 위치와 Yaw 모션 오차(θ)를 X 축 상에서의 레이저 간섭계의 전환 없이도 계속 측정하면 되고, 대신 Y축 위치의 측정만 서로 전환하면서 구동시키면 실시 가능하다 할 것이다.

도 4(a)에서 보여지는 바와 같이, Y-1 레이저 간섭계(410)이 바미러의 연결구간(435)에 있으므로 Y-2 레이저 간섭계(420)를 사용하여 Y축 상에 있는 시편 이송부(100)의 위치를 측정하고, Y-2 레이저 간섭계(420)가 바미러의 연결구간(435)에 있을 경우에는 Y-1 레이저 간섭계(410)으로 전환하여 Y축 위치를 측정한다.

또 다른 일 예로, 도 5(a)에서 보여지는 바와 같이 처음에 레이저 간섭계 (420, 440-1, 440-2)를 사용하여 시편 이송부(100)를 구동하다가, 도 5(b)와 같은 위치에서 Y-2 레이저 간섭계(420)를 사용할 수 없는 부분에 바미러의 연결구간(435)이 존재하면 전환기(600)를 이용하여 Y-1, X-1, X-2 레이저 간섭계(410, 440-1, 440-2)를 사용하도록 하고, 도 5(c)와 같이 X-1 레이저 간섭계(440-1)를 사용할 수 없는 부분에 바미러의 연결구간(435)이 존재하면 Y-1, Y-2, X-2 레이저 간섭계(410, 420, 440-1 440-2)를 이용하여 시편 이송부(100)의 위치를 측정할 수 있다.

전환부(600)가 이러한 방법으로 X축과 Y축에 구비된 다수의 레이저 간섭계를 자유롭게 전환시키면 도 5(d)에 표시된 부분처럼 서로 수직하게 배열된 바미러의 사각구간(445)을 제외한 모든 부분에서의 시편 이송부(100) 구동 위치를 측정하는 것이 가능하다.

이와 같이 레이저 간섭계의 배치가 꼭 나란해야 할 필요는 없이 추가적인 광학기구를 이용하여 최종적으로 바미러에 입사되는 레이저가 서로 나란하게 입사되도록 하면 X축, Y축에 기구비된 다수의 레이저 간섭계(410, 420, 440-1, 440-2) 배치에 상관없이 시편 이송부(100)의 위치를 측정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치의 구동방법을 나타낸 순서도이다.

도 6를 참조하면, 시편이송 스테이지 장치의 구동방법은 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 대상물을 평면상에서 이송하는 구동방법이다.

먼저, 시편 이송부는 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 하는 대상물을 상부면에 올린 후 상기 대상물을 상부면에 고정시킨다(S10).

구동부는 외부 동력원에 의해 발생된 구동력을 시편 이송부에 전달하여 시편 이송부를 X축, Y축 또는 XY축으로 이동시킴에 있어, 구동력을 발생시키는 선형모터를 채택 및 이용하여 시편 이송부를 X축, Y축 또는 XY축으로 움직이게 한다(S20, S30).

가이드부는 구동력을 제어하여 시편 이송부가 기설정된 목적 좌표에 위치되게끔 가이드함에 있어, 공기베어링 또는 LM 가이드를 채택 및 이용하여 시편 이송부를 X축, Y축 또는 XY축 중 기설정된 목적 좌표에 위치하게끔 목적 좌표 방향으로 안내한다(S40).

센서부는 시편 이송부의 현 위치를 실시간으로 측정하여 목적 좌표에 시편 이송부가 도달하였는지를 감지 및 체크한다(S50, S60).

보정기는 시편 이송부의 도달 좌표와 목적 좌표 간에 파악되는 바미러의 정렬오차를 보상해 준다(S70).

시편 이송부의 현 위치가 변경될 경우, 전환기는 센서부에 기구비된 다수의 레이저 간섭계 중 선택된 하나를 다른 선택된 하나로 자동 전환시킨다(S80).

본 발명의 실시예에 따른 시편이송 스테이지 장치의 구동 방법은 이하 기재된 바와 같이 추가적으로 동작을 실시한다.

즉, 센서부에 기구비된 Y축 레이저 간섭계는 복수개 이상 배치된 후 X축 상에 존재하는 바미러의 반사면에 수직으로 레이저를 입사시키며, X 축 레이저 간섭계는 적어도 하나 이상 배치된 후 Y축 상에 존재하는 바미러의 반사면에 수직으로 레이저를 입사시킨다.

복수의 Y축 레이저 간섭계는 복수의 바미러 간을 잇는 연결구간 상에서 파악되는 바미러의 정렬오차를 측정하며, 시편 이동부의 최초 위치에서 목표 좌표까지 도달하기 전까지 실시간으로 변동되는 현 위치를 동시에 체크한다.

여기서, 바미러의 정렬오차는 Y-1, Y-2, Y-3 레이저 간섭계(410, 420, 430)의 측정값 d1, d2, d3와 각도측정 센서(450)의 측정값 θ를 이용한 상기 기술된 수학식을 통해 이루어짐을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1000 : 시편이송 스테이지 장치
100 : 시편 이송부 200 : X축 상의 구동부
300-1, 300-2 : Y 축 상의 구동부
410 : Y-1 레이저 간섭계 420 : Y-2 레이저 간섭계
430 : Y-3 레이저 간섭계
440(440-1, 440-2) : X축 상의 레이저 간섭계
450 : 각도측정 센서 460 : X 축 상의 바미러
470-1, 470-2 : Y축 상의 바미러 480 : 각도측정 미러
500 : 보정기 600 : 전환기
435 : 바미러 간의 연결구간 445: 사각 지점
710: x=0인 초기 지점에서의 바미러의 기준점
720: x=100인 지점에서의 바미러의 정렬오차

Claims

측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 하는 대상물을 평면상에서 이송하는 시편이송 스테이지 장치로,
상기 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 하는 대상물이 상부면에 올라가게끔 일정공간을 제공하며, 상기 대상물이 상기 상부면에 고정되게끔 하는 시편 이송부;
상기 시편 이송부가 X축, Y축 또는 XY축으로 움직이게끔 외부 동력원을 이용해 구동력을 발생시켜 상기 시편 이송부에 전달하는 구동부;
상기 시편 이송부가 X축, Y축 또는 XY축 중 기설정된 목적 좌표에 위치하게끔 상기 구동력에 의해 움직이는 상기 시편 이송부의 이동 방향을 제한하는 가이드부;
상기 시편 이송부의 현 위치를 실시간으로 측정하여 상기 시편 이송부가 상기 목적 좌표에 도달하였는지를 감지 및 체크하는 센서부;
상기 시편 이송부의 도달 좌표와 상기 목적 좌표 간에 파악되는 바미러의 정렬오차를 보상해 주는 보정기; 및
상기 시편 이송부의 현 위치가 변경될 경우, 상기 센서부에 기구비된 다수의 레이저 간섭계 중 선택된 하나를 다른 선택된 하나로 자동 전환시키는 전환기를 포함하는 시편이송 스테이지 장치.
제 1 항에서 있어서, 상기 센서부는,
상기 X축 상에 존재하는 바미러의 반사면에 수직으로 레이저를 입사시킬 수 있게끔 상기 Y축과 나란한 방향으로 복수개 이상 배치된 Y축 레이저 간섭계;
상기 Y축 상에 존재하는 바미러의 반사면에 수직으로 상기 레이저를 입사시킬 수 있게끔 상기 X축과 나란한 방향으로 적어도 하나 이상 배치된 X 축 레이저 간섭계; 및
상기 바미러의 오차 측정시 발생되는 Yaw 모션 오차(θ)를 구하는 각도측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편이송 스테이지 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 Y축 레이저 간섭계는,
상기 복수의 바미러 간을 잇는 연결구간 상에서 파악되는 바미러의 정렬오차를 측정할 뿐만 아니라, 상기 시편 이동부의 최초 위치에서 목표 좌표까지 이르기 전까지 실시간으로 변경되는 현 위치를 동시에 체크하는 것을 특징으로 하는 시편이송 스테이지 장치.
제 3 항에 있어서,상기 바미러의 정렬오차는,
상기 Y축 레이저 간섭계에 의해 측정한 변동분에서 상기 Yaw모션 오차(θ)와 Y축 레이저 간섭계 간의 간격치를 곱해서 나온 값을 뺀 결과치인 특징으로 하는 시편이송 스테이지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 구동부는 상기 구동력을 발생시키는 선형모터를 채택 및 이용하여 상기 시편 이송부를 X축, Y축 또는 XY축으로 움직이게끔 하고,
상기 가이드부는 공기베어링 또는 LM 가이드를 채택 및 이용하여 상기 시편 이송부를 X축, Y축 또는 XY축 중 기설정된 목적 좌표에 위치하게끔 상기 목적 좌표를 안내해 주는 것을 특징으로 하는 시편이송스테이지 장치.
측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 하는 대상물을 평면상에서 이송하는 시편이송 스테이지 장치의 구동방법으로,
시편 이송부가 상기 측정코자 하는 대상물 또는 가공코자 하는 대상물을 상부면에 올린 후 상기 대상물을 상기 상부면에 고정시키는 단계;
구동부가 외부 동력원에 의해 발생된 구동력을 상기 시편 이송부에 전달하여 상기 시편 이송부를 X축, Y축 또는 XY축으로 이동시키는 단계;
가이드부가 상기 구동력에 의해 이동하는 상기 시편 이송부의 이동 방향을 제한하여 상기 시편 이송부가 기설정된 목적 좌표에 위치되게끔 가이드하는 단계;
센서부가 상기 시편 이송부의 현 위치를 실시간으로 측정하여 상기 목적 좌표에 상기 시편 이송부가 도달하였는지를 감지 및 체크하는 단계;
보정기가 상기 시편 이송부의 도달 좌표와 상기 목적 좌표 간에 파악되는 바미러의 정렬오차를 보상해 주는 단계; 및
전환기가 상기 시편 이송부의 현 위치가 변경될 경우, 상기 센서부에 기구비된 다수의 레이저 간섭계 중 선택된 하나를 다른 선택된 하나로 자동 전환시키는 단계를 포함하는 시편이송 스테이지 장치의 구동방법.
제 6 항에서 있어서, 상기 센서부에 기구비된,
Y축 레이저 간섭계가 복수개 이상 배치된 후 상기 X축 상에 존재하는 바미러의 반사면에 수직으로 레이저를 입사시키는 단계;
X 축 레이저 간섭계가 적어도 하나 이상 배치된 후 상기 Y축 상에 존재하는 바미러의 반사면에 수직으로 상기 레이저를 입사시키는 단계; 및
각도측정 센서가 상기 바미러의 오차 측정시 발생하는 Yaw 모션 오차(θ)를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편이송 스테이지 장치의 구동방법.
제 7 항에 있어서, 상기 복수의 Y축 레이저 간섭계가,
상기 복수의 바미러 간을 잇는 연결구간 상에서 파악되는 바미러의 정렬오차를 측정하는 단계; 및
상기 시편 이동부의 최초 위치에서 상기 목표 좌표까지 도달하기 전까지 실시간으로 변동되는 상기 현 위치를 동시에 체크하는 단계를 더 포함하며,
상기 바미러의 정렬오차는 상기 Y축 레이저 간섭계에 의해 측정한 변동분에서 상기 Yaw모션 오차(θ)와 Y축 레이저 간섭계 간의 간격치를 곱해서 나온 값을 뺀 결과치인 것을 특징으로 하는 시편이송 스테이지 장치의 구동방법.
제 6 항에 있어서,
상기 구동부가 상기 구동력을 발생시키는 선형모터를 채택 및 이용하여 상기 시편 이송부를 X축, Y축 또는 XY축으로 움직이게 하는 단계; 및
상기 가이드부는 공기베어링 또는 LM 가이드를 채택 및 이용하여 상기 시편 이송부를 X축, Y축 또는 XY축 중 기설정된 목적 좌표에 위치하게끔 상기 목적 좌표를 안내하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편이송스테이지 장치의 구동방법.