A planar XY stage, for which a H-shaped frame is usually used as a base stage, is driven by two actuators, such as linear motors, with two position feedback sensors, such as linear scales or interferometers on the scanning motion axis. Linear scale feedback sensors are more popular than interferometer systems because even though the latter is a high-speed high-precision instrument based on direct measurements of the target, it is also expensive. When linear scale is used, the position accuracy of the general stage is primarily affected by geometric motion errors, caused by parasitic motions of the stage, and misalignments, such as perpendicular errors. The error of a multi-axis feed unit in a machine tool system can be estimated and corrected at the tooling point, but for planar XY stages in semiconductor or display equipment, the modifications to the estimation and correction method is required because generating or measuring pattern of surface is more than 50 × 50- mm area. The stage is frequently used as main frame of the equipment. Therefore the machining and assembly process of rail and bed of the stage is one of first process during the equipment is built. The 2D position error, motion error and flatness of the stage can be measured when the real test is performed. If the errors of stage didn’t meet the requirement of it’s application, the stage must be corrected from first machining and assembly process. It is difficult and time and cost consuming work if assemble and disassemble process is repeated owing to large error of stages. In this paper, the estimation method for errors of a planar XY stage is suggested, Which is applied during the rails and bed of stage is measured. To estimate the errors of a planar XY stage, profiles measurement, estimation of motion error and 2D position estimation model is introduced. In addition, the compensation method for planar XY stage is also introduced.
본 논문은 반도체 장비나 FPD에 수요가 증가하고 있는 평면 XY 스테이지의 2D 오차에 대한 평가 및 개선을 목적으로, 평면 XY 스테이지의 2D 오차 예측 모델 및 보정, 안내면 형상측정 그리고 안내면 형상측정에 의한 평면 XY 스테이지 오차 예측에 관한 연구를 수행하였다. 결론을 정리하면 다음과 같다.
1) 평면 XY 스테이지의 2D 위치오차를 평가하고 수정하는 방법을 제시하였다. 2D 위치오차는 각 축의 운동오차를 통하여 측정 하였으며, 각축의 yaw 오차, 1D 위치오차, 직각도 오차, 진직도 오차를 보정하여 2D 오차를 보정하였다. 2D 오차를 평가 가능한 대각 오차에 대한 예측 값과 실제 측정값을 비교 검증 하였으며, 최대 차이는 0.7 ㎛ 이하로 양호한 예측이 가능 함을 확인 하였다.
각 축의 운동 오차 및 직각도 보정에 의하여, 대각 방향의 위치오차가 499.7 ㎛ 에서 1.16 ㎛ 로 향상됨을 알 수 있으며, 예측된 최대 2D 위치오차는 X 및 Y 방향에 대하여 각각 -0.263 ㎛ 및 0.530 ㎛ 로 향상 되었다. 또한, 모서리 부분의 대각 방향 오차도 1.23 ㎛ 의 향상된 결과를 얻었으며, 예측된 중심과 모서리 부분의 최대 차이 값이 X 및 Y축에 대하여 각각 -2.63 ㎛, 2.63 ㎛ 에서 -0.05 ㎛ 및 0.12 ㎛ 로 향상 되었다.
2) 평행도 및 진직도를 동시 측정하여 양 면 대응형의 안내면의 형상을 구하는 방법을 제안하였다. 제 안된 방법의 검증을 위하여 기지의 안내면에 관하여 수치적 비교를 하였으며, 알고리즘 상의 완벽한 구현이 가능함을 확인 하였다. 평행도의 측정 검증은 회전실험적 검증을 위하여 진직도가 0.05 ㎛ 수준인 2개의 레일에 대하여 측정을 수행 하였으며, probe 스테이지의 오차가 효과적으로 제거 되어 원하는 양 레일의 형상이 측정 되는 것을 확인 하였다. 이러한 방법을 실험의 대상인 평면 XY 스테이지에 안내면에 적용하여 각 형상 오차를 효과적으로 측정 가능함을 확인하였다.
3) 공기스테이지의 패드내에서 발생하는 반력과 모멘트에 관한 전달함수를 이용한 운동오차 해석법을 사용하여 구하여진 레일 형상에 대하여 운동오차를 구하여 실제의 측정된 운동오차와 비교 하여 그의 유용성을 검증 하였다. 예측된 운동 오차로부터 2D 위치오차를 예측하였으며 2절의 결과와 매우 유사한 방법으로 측정이 가능함을 확인 할 수 있었다.
