KR20130008826A - 스테이지 장치 - Google Patents

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KR20130008826A
KR20130008826A KR1020110069446A KR20110069446A KR20130008826A KR 20130008826 A KR20130008826 A KR 20130008826A KR 1020110069446 A KR1020110069446 A KR 1020110069446A KR 20110069446 A KR20110069446 A KR 20110069446A KR 20130008826 A KR20130008826 A KR 20130008826A
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박상욱
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Abstract

스테이지의 이동을 모니터링하기 위한 간섭계 및 미러의 배치 및 관리가 용이한 스테이지 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 스테이지 장치는 주행범위를 지니는 스테이지와,상기 스테이지의 외부에 설치되는 간섭계 및 고정 미러와, 상기 스테이지에 배치되며 상기 간섭계로부터 입사되는 광을 상기 고정 미러로 반사시키고 상기 고정 미러에서 반사된 상기 광을 받아 다시 상기 간섭계로 반사시키는 제1이동미러를 포함한다.

Description

스테이지 장치{stage Apparatus}
본 발명은 스테이지의 정확한 제어를 위하여 스테이지의 위치를 모터링하기간섭계가 적용된 스테이지 장치에 관한 것이다.
대형 기판에 수 ㎛의 패턴을 0.1㎛수준의 반복도로 노광하기 위해서는 대형 기판에 상응하는 긴 행정거리를 지닌 스테이지가 0.1㎛ 수준의 반복도를 구동되어야 한다. 그러나, 일반적인 스테이지 제어에 사용되는 리니어 스케일(Liner scale) 을 이용하여 위치를 측정할 경우 위와 같이 긴 행정거리에 대하여 0.1㎛ 수준의 반복도를 구현하기 어렵기 때문에 이를 달성하기 위하여 스테이지의 위치는 인터페로미터 시스템(interferometer system)에 의해 계측한다.
인터페로미터 시스템(interferometer system)은 스테이지에 설치된 미러에 빛(레이저)를 조사하고 간섭계가 이 미러로부터 반사되어 돌아오는 빛의 파동주파수 변화를 측정하여 도플러 효과로 스테이지의 움직임을 측정한다.
본 발명의 일 측면은 스테이지의 이동을 모니터링하기 위한 간섭계 및 미러의 배치 및 관리가 용이한 스테이지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 스테이지 장치는 주행범위를 지니는 스테이지와,상기 스테이지의 외부에 설치되는 간섭계 및 고정 미러와, 상기 스테이지에 배치되며 상기 간섭계로부터 입사되는 광을 상기 고정 미러로 반사시키고 상기 고정 미러에서 반사된 상기 광을 받아 다시 상기 간섭계로 반사시키는 제1이동미러를 포함한다.
스테이지는 X축 및 Y축에 의해 형성되는 평면을 주행범위로 하며, 간섭계는 스테이지의 X축 이동을 측정하기 위한 X축 간섭계와, 상기 스테이지의 Y축 이동을 측정하기 위한 Y축 간섭계를 포함한다.
X축 간섭계는 상기 제1이동미러 및 상기 고정 미러와 함께 상기 스테이지의 X축 방향 이동을 모니터링하기 위한 광경로를 형성하며, 상기 제1이동미러는 상기 X축 간섭계와 상기 고정 미러 사이에서 상호 반사조건 만족하도록 상기 스테이지에 상기 X축 및 Y축에 대하여 경사지게 설치된다.
X축 간섭계는 Y축 방향의 빛을 주사하고, 상기 고정미러는 Y축방향의 반사면을 구비하며, 상기 제1이동미러는 상기 X축 및 Y축에 대하여 45ㅀ경사지게 설치된다.
상기 스테이지 장치를 지지하는 스테이지 베이스를 더 포함하며, 상기 고정 미러는 상기 스테이지 베이스의 Y축방향 일측에 배열된다.
상기 X축 간섭계와 Y축 간섭계는 상기 스테이지 베이스의 X축 방향 일측에 배열된다.
상기 X축 간섭계와 Y축 간섭계는 각각 한 쌍으로 구성된다.
스테이지 장치는 스테이지에 설치되어 상기 Y축 간섭계로부터 입사되는 광을 다시 상기 Y축 간섭계로 반사시키는 제2이동미러를 더 포함한다.
상기 제2이동미러는 상기 X축방향으로 배열된다.
상기 스테이지는 Y축방향 행정거리가 X축방향 행정거리보다 더 크게 설정된다.
본 발명의 일측면에 따른 스테이지 장치는 X-Y좌표계에 따른 XY평면을 주행범위로 하는 스테이지와, 상기 스테이지의 X축 방향이동을 모니터링하기 위하여 외부에 설치되는 X축 간섭계와, 상기 Y축방향의 반사면을 구비하며 상기 스테이지 외부에 배치되는 고정미러와, 상기 스테이지에 배치되어 상기 X축 간섭계 및 상기 고정미러와 함께 상기 스테이지의 X축 방향이동을 모니터링하기 위한 광경로를 형성하는 제1이동미러를 포함한다.
상기 X축 간섭계는 Y축 방향의 빛을 주사하고, 상기 제1이동미러는 상기 X축 및 Y축에 대하여 45ㅀ경사지게 설치된다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지 장치의 주행상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지 장치에 대한 평면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 스테이지 장치를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 내지 4에 따르면, 스테이지 장치(10)는 장치를 지지하는 스테이지 베이스(11)와, 스테이지 베이스(11) 위에 이동 가능하게 설치되는 스테이지(12)와, 스테이지(12)의 이동을 위한 구동부와, 스테이지(12)의 위치 및 동작을 모니터링하기 위한 간섭계 시스템을 포함한다.
본 실시예에 따른 스테이지 장치(10)는 스테이지(12)가 X-Y좌표계에 따른 XY평면상에서 이동 가능하게 마련되며, 스테이지(12)의 X축 및 Y축 이동을 위하여 구동부는 X축 구동부와 Y축 구동부를 포함한다.
X축 이동부는 스테이지(12)의 X축 이동을 안내하는 가이드 블럭(21)과, X축 이동을 위한 구동력을 발생시키는 X축 구동모터(미도시)를 포함하고, Y축 이동부(30)는 스테이지(12) 및 가이드 블럭(21)의 Y축 이동을 안내하는 스테이지 베이스(11)와, Y축 이동을 위한 구동모터(31,32)를 포함한다.
간섭계 시스템은 스테이지(12)의 운동을 모니터링 하기 위하여 빛을 주사하고 다시 반사되어 되돌아오는 빛의 파동주파수를 측정하는 간섭계(41)(42)와, 간섭계(41)(42)에서 주사되는 빛을 반사하기 위한 미러(51)(52)(53)를 포함한다.
간섭계(41)(42)는 스테이지(12)의 X축 이동을 측정하기 위한 X축 간섭계(41)와, 스테이지(12)의 Y축 이동을 측정하기 하기 위한 Y축 간섭계(42)를 포함한다.
X축 간섭계(41)는 스테이지 베이스(11)의 X축 방향 일측에 X축에 대하여 수직방향인 Y축방향과 평행하게 빛을 주사할 수 있도록 배열된다.
Y축 간섭계(42)도 X축 간섭계와 마찬가지로 스테이지 베이스(11)의 X방향 일측에 X축에 대하여 수직방향인 Y축방향과 평행하게 빛을 주사할 수 있도록 배열된다.
미러(51)(52)(53)는 스테이지에 설치되는 제1이동미러(51) 및 제2이동미러(52)와, 스테이지(12)의 외부인 스테이지 베이스(11)의 Y축방향 일측에 Y축 방향으로 배열되는 고정미러(53)를 포함한다.
제1이동미러(51)는 X축 간섭계(41) 및 고정미러(53)와 함께 스테이지(12)의 X축 이동을 측정하기 위한 요소로, X축 및 Y축에 대하여 경사지게 배열된다. 제1이동미러(51)는 X축 간섭계(41)로부터 주사되는 빛을 고정미러(53)로 반사하며, 고정미러(53)는 이 빛을 다시 제1이동미러(51)로 반사하고, 제1이동미러(51)는 다시 X축 간섭계(41)로 반사하여 되돌리도록 설정된다. 본 실시예에서와 같이 X축 간섭계(41)에서 Y축 방향 빛이 주사되고 고정미러(53)가 Y축 방향으로 배열될 경우, 위와 같은 반사조건을 만족시키기 위하여 제1이동미러(51)는 X축 및 Y축에 대하여 45ㅀ경사지게 설치된다.
제2이동미러(52)는 Y축 간섭계(42)로부터 주사되는 빛을 반사하여 다시 Y축 간섭계(42)로 되돌릴 수 있도록 Y축 간섭계(42)로부터 주사되는 빛의 방향과 수직이 되는 X축 방향으로 스테이지(12)내에 배열된다.
제2이동미러(52)는 도 4에 따라 스테이지 장치(10)가 구동되는 동안 스테이지(12)가 X축 방향 이동영역내에서 Y축 간섭계(42)로부터 주사되는 빛을 반사하여 복귀시킬 수 있도록 스테이지(12)의 X축 행정거리 이상의 길이를 갖도록 형성된다.
마찬가지로, 제1이동미러(51)도 도 4에 따라 스테이지(12)가 전체 이동영역을 이동하는 동안 X축 간섭계(41)로부터의 빛을 고정미러(53)로 반사할 수 있도록 스테이지(12)의 X축 이동에 대응할 수 있게 형성된다. 제1이동미러(51)는 X축 및 Y축에 대하여 45ㅀ경사지게 설치되므로 제1이동미러(51)의 최소길이는 스테이지(12)의 X축 행정거리를 sin45ㅀ(또는 cos45ㅀ)로 나눈 값에 X축 간섭계(41a, 41b) 빛의 간격을 더한 값이 될 수 있다.
고정미러(53)는 전술한 바와 같이 스테이지(12)의 외부인 스테이지 베이스(11)의 Y축방향 일측에 Y축 방향으로 배열되며 스테이지(12)의 전 이동영역에서 X축 간섭계(41)와 제1이동미러(51)를 통해 입사하는 광을 다시 반사할 수 있도록 스테이지(12)의 Y축 행정거리 이상의 길이를 갖도록 형성된다.
고정미러(53)는 스테이지(12)의 외부인 스테이지 베이스(11)의 일측에 설치되므로 길이가 길어도 특별히 문제되지 않는다. 하지만, 제1,2이동미러(51)(52)의 경우 스테이지(12)에 설치되므로 길이가 너무 길면 여러 가지 문제가 발생될 수 있다.
예를 들면, 길이가 긴 미러는 스테이지에 설치하는 것이 용이하지 않고, 또한 경면변화에 따른 스테이지 오차가 크게 발생할 수 있으며, 미러의 길이가 스테이지의 폭 또는 길이를 초과할 경우 스테이지 베이스의 크기도 함께 증가시켜야 할 뿐만 아니라 미러가 스테이지 범위를 벗어나게 설치될 경우 스테이지 밖의 구조물과의 간섭이나 예기치 않은 충돌에 의해 미러가 파손될 가능성이 있다.
따라서, 본 실시예와 같은 X-Y 구동 스테이지 장치의 경우, X축 방향과 Y축 방향 중 행정거리가 장축을 Y축으로 하면서 스테이지 베이스(11)의 Y축방향 일측에 고정미러를 설치하고 제1,2이동미러(51)(52)는 스테이지(12)에 설치하면 여러면에 유리한 점이 있다.
우선, 제1,2이동미러(51)(52)는 상대적으로 행정거리가 짧은 X축 방향 이동범위에 대응되면 되기에 그 길이도 짧게 형성할 수 있으며, 특히 제1이동미러(51)의 경우 스테이지(12)에 X축 및 Y축에 대하여 경사지게 설치되므로 스테이지(12) 공간을 최대한 활용하여 제1,2이동미러(51)(52)가 모두 스테이지(12) 상면의 범위를 벗어나지 않게 설치될 수 있다. 따라서, 스테이지 베이스(11)가 차지하는 공간을 줄일 수 있고, 제1,2이동미러(51)(52)의 경면변화에 따른 오차를 줄일 수 있으며, 제1,2이동미러(51)(52)의 파손가능성이 줄어들게 되고, 미러(51)(52)(53)의 조립, 유지 및 보수가 용이하게 된다.
또한. 긴 고정미러(53)를 사용하기 때문에 스테이지 구동 중에 간섭계의 빛이 끊어지는 경우없이 하나의 간섭계로 긴 행정거리를 읽을 수 있다. 짧은 이동미러를 이용하여 긴 행정거리를 측정하려면 행정거리를 다수의 영역으로 등분하여 다수의 간섭계를 다수의 공간에 설치해야 하지만 본 발명의 경우는 간섭계를 추가할 필요가 없기 때문에 간섭계간 제어 기준 변경이 필요없어 제어기준변경에 따른 오차가 발생되지 않는다.
또한, 스테이지(12) 외부에 설치되는 고정미러(53)와 스테이지(12) 내에 경사지게 설치되는 이동미러(51)를 이용하므로 본 실시예와 같은 X-Y 구동 스테이지 장치의 경우 X축 및 Y축의 양 방향 간섭계(41)(42)를 모두 같은 하나의 방향에 설치할 수 있다. 따라서, 간섭계(41)(42)가 각 축방향으로 분산된 경우에 비하여 간섭계(41)(42)의 관리 및 설치가 용이하고, 특히 간섭계(41)(42)의 정렬이 수월하게 된다.
X축 간섭계(41)는 도시된 바와 같이 하나의 쌍으로 구성될 수 있으며 각 간섭계(41a)(41b)는 서로 이격되게 배치된다. 마찬가지로 Y축 간섭계(42)도 하나의 쌍으로 구성될 수 있으며 각 간섭계(42a)(42b)는 서로 이격되게 배치된다.
이와 같이 X축 간섭계(41)와 Y축 간섭계(42)를 각각 한 쌍으로 구성하면 각 축의 간섭계(41)(42)를 하나로 구성한 경우에 비하여 빛의 파동주파수변화를 통해 각 축의 변위 뿐만 아니라 Yaw 변화를 측정할 수 있다. 즉, X축 간섭계(41)에서 발산된 빛이 제1이동미러(51)를 거쳐 고정미러(53)에 수직으로 입사한 후 다시 반사되어 제1이동미러(51)를 거쳐 X축 간섭계(41)로 돌아오면 이 빛의 파동주파수 변화를 통하여 빛의 경로 변화를 측정하고 이 거리에서 Y축 간섭계(42)에서 측정한 Y방향 변위값을 빼면 스테이지(12)의 X방향 변위와 Yaw값을 측정할 수 있는 것이다.
도시된 실시예에 의하면, 제1,2이동미러(51)(52)를 각각 별개로 구성하여 스테이지(12)에 설치한 것으로 구성되어 있으나, 제1,2이동미러(51)(52)를 일체로 구성하여 스테이지(12)에 설치할 수도 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 대형 기판의 노광을 위한 스테이지 장치를 예시하였으나, 스테이지 장치의 용도에 따라 검사용 스테이지나 마스크 제작용 스테이지에도 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
본 발명은 상기에 기재된 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형할 수 있다는 점은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 스테이지 장치 11: 스테이지 베이스
12: 스테이지 41 : X축 간섭계
42: Y축 간섭계 51: 제1이동미러
52 : 제2이동미러 53: 고정미러

Claims (12)

  1. 주행범위를 지니는 스테이지;
    상기 스테이지의 외부에 설치되는 간섭계 및 고정 미러;
    상기 스테이지에 배치되며, 상기 간섭계로부터 입사되는 광을 상기 고정 미러로 반사시키고 상기 고정 미러에서 반사된 상기 광을 받아 다시 상기 간섭계로 반사시키는 제1이동미러를 포함하는 스테이지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지는 X축 및 Y축에 의해 형성되는 평면을 주행범위로 하며,
    상기 간섭계는 상기 스테이지의 X축 이동을 측정하기 위한 X축 간섭계와, 상기 스테이지의 Y축 이동을 측정하기 위한 Y축 간섭계를 포함하는 스테이지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 X축 간섭계는 상기 제1이동미러 및 상기 고정미러와 함께 상기 스테이지의 X축 방향 이동을 모니터링하기 위한 광경로를 형성하며, 상기 제1이동미러는 상기 X축 간섭계와 상기 고정미러 사이에서 상호 반사조건 만족하도록 상기 스테이지에 상기 X축 및 Y축에 대하여 경사지게 설치되는 스테이지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 X축 간섭계는 Y축 방향의 빛을 주사하고,
    상기 고정미러는 Y축방향의 반사면을 구비하며,
    상기 제1이동미러는 상기 X축 및 Y축에 대하여 45ㅀ경사지게 설치되는 스테이지 스테이지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스테이지 장치를 지지하는 스테이지 베이스를 더 포함하며,
    상기 고정 미러는 상기 스테이지 베이스의 Y축 방향 일측에 배열된 스테이지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 간섭계는 상기 스테이지 베이스의 X축 방향 일측에 배열되는 스테이지 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 X축 간섭계와 Y축 간섭계는 각각 한 쌍으로 구성된 스테이지 스테이지 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 스테이지에 설치되어 상기 Y축 간섭계로부터 입사되는 광을 다시 상기 Y축 간섭계로 반사시키는 제2이동미러를 더 포함하는 스테이지 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2이동미러는 상기 X축방향으로 배열되는 스테이지 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 스테이지는 Y축방향 행정거리가 X축방향 행정거리보다 더 크게 설정된 스테이지 장치.
  11. X-Y좌표계에 따른 XY평면을 주행범위로 하는 스테이지;
    상기 스테이지의 Y축 방향이동을 모니터링하기 위하여 외부에 설치되는 Y축 간섭계;
    상기 Y축방향의 반사면을 구비하며 상기 스테이지 외부에 배치되는 고정미러;
    상기 스테이지에 배치되어 상기 X축 간섭계 및 상기 고정미러와 함께 상기 스테이지의 X축 방향이동을 모니터링하기 위한 광경로를 형성하는 제1이동미러;를 포함하는 스테이지 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 X축 간섭계는 Y축 방향의 빛을 주사하고,
    상기 제1이동미러는 상기 X축 및 Y축에 대하여 45ㅀ경사지게 설치되는 스테이지 장치.
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