KR100854265B1 - 검출장치 및 스테이지장치 - Google Patents

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요시유키 도미타
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겐이치 마키노
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Abstract

본 발명은, 고정밀도로 이동되는 스테이지의 상태의 검출을 행하는 검출장치 및 스테이지장치에 관한 것으로서, 제조하기 쉬운 형상의 기준격자를 이용하여, 스테이지의 5가지의 자유도 상태의 검출을 할 수 있으며, 또한 검출의 정밀도를 향상할 수 있는 검출장치 및 스테이지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 기준격자를 향해서 광을 조사하는 광원부와, 복수의 개구부에 의해 광을 복수의 광으로 분광하는 분광수단과, 복수의 반사광을 일괄하여 수광하는 수광소자를 구비하는 검출수단에 의해, 복수의 반사광의 변화에 근거하여, 기준격자에 대한 상태를 검출한다.

Description

검출장치 및 스테이지장치{Detector and stage device}
본 발명은 검출장치 및 스테이지장치에 관한 것으로서, 특히 고정밀도로 이동되는 스테이지의 상태를 검출하는 검출장치 및 스테이지장치에 관한 것이다.
IT기술의 근간인 반도체 디바이스의 고집적화, 저가격화에 대응하여, 반도체 디바이스를 제조하는 반도체 노광장치에 대한 고(高)생산성, 고정밀도화, 고속화 등의 요구가 높아지고 있다. 반도체 노광장치의 키 컴포넌트인 스테이지에는 10㎚전후의 정밀도와 수백㎜의 이동범위를 가지는 고속 다(多)자유도 스테이지장치가 필요하다. 이를 위하여, 스테이지의 다자유도 위치와 자세를 정밀하게 계측하고, 그 결과를 피드백해서 스테이지의 위치결정제어를 행하는 것이 필요하게 된다.
종래의 위치결정장치의 위치계측방식으로서는, 광학식 리니어 인코더, 레이저 측장기(測長機)나 오토 콜리메이터 등이 일반적으로 이용되어 왔다. 이들은, 기본적으로는 1차원의 길이 혹은 자세측정을 기본원리로 하고 있으며, 그 복수 축의 조합에 의해, 위치 혹은 자세의 계측을 행하고 있다.
또한, 고정밀도 계측에 이용되고 있는 레이저 간섭계에서는, 레이저광을 이용해서 스테이지(위치결정 대상물) 위치의 계측을 행하므로, 스테이지가 놓여 있는 장치 내의 공기의 흔들림 등에 의해, 계측값의 정밀도가 저하된다는 문제가 있다. 또한, 레이저 간섭계에서는, 광학부품을 스테이지의 외부에 밖에 놓을 수 없기 때문에, 공기의 흔들림을 방지하기 위해서는 각 방향마다 레이저광의 광로가 되는 금속 파이프를 배치할 필요가 있다. 이로 인하여, 스테이지장치 전체가 대형화되고, 그 구성이 번잡하게 되는 등의 문제점이 있다.
또한, 스테이지를 Z축 둘레로 회전하는 경우에는, 스테이지로부터의 반사광이 간섭계의 수광부로부터 벗어나, XY방향의 위치검출을 할 수 없게 된다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하는 검출장치로서, 기준격자에 레이저광을 조사하여, 기준격자(각도격자)에 의해 반사되는 반사광의 XY방향의 2차원 각도를 2차원 각도센서에 의해 검출하는 검출장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
도 1은, 기준격자와 2차원 각도센서를 가지는 종래의 검출장치를 나타낸 개략도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 검출장치(300)에서는, 1개의 2차원 각도센서(290)의 출력변화에 의해 XY방향의 위치의 검출을 행하고 있다.
이 2차원 각도센서(290)는, 기준격자의 면(面)의 경사를 검출하는 것으로서, 기준격자의 면의 법선방향의 변화를 검출할 수 있다. 따라서, 2차원 각도센서(290)에 의해, XY방향(2방향)의 경사 또는 법선변화를 검출할 수 있다. 기준격자(320)는, 평면 상의 직교하는 2방향(X방향 및 Y방향)에 기지(旣知)의 함수로 변화하는 산(山)과 골(谷)이 집합적으로 형성되어 있는 기준격자이며, 기준격자(320)의 형상에는, 정현파(正弦波)가 이용된다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 도 1에 나타낸 2차원 각도센서(290)에 대해서 설명한다. 도 2는, 2차원 각도센서를 나타낸 도면이다. 2차원 각도센서(290)는, 오토 콜리메이션법에 근거하는 기하광학적 센서이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 레이저광원(301)으로부터 조사된 하나의 레이저광(310)은, 편광 빔 스플리터(302)와 1/4파장판(303)을 통과하여, 기준격자(320)의 표면에 입사한다. 기준격자(320)의 표면에서 반사된 레이저광(312)은 편광 빔 스플리터(302)에서 반사되고, 레이저광(312)은 오토 콜리메이터(305)에 입사한다. 오토 콜리메이터(305)는, 대물렌즈(306)와, 스폿 위치를 검출하는 수광소자(307)를 포함하는 구성을 가진다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 평08-199115호 공보
[특허문헌 2] 일본국 특허 2960013호 공보
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 상기 오토 콜리메이션법에서는, 대물렌즈(306)의 초점에 있는 표지판(標板)(일반적으로는 십자선(十字線))을 무한원점(無限遠)에 결상시키고, 대물렌즈(306)의 앞에 있는 평면거울(平面鏡)에 의해 반사된 평행광을 표지판면에 공역(共役)한 위치에 결상시켜서, 결상한 십자선의 면 내의 변위로부터 평면거울의 미소한 각도변위를 읽어낼 필요가 있다. 이로 인하여, 오토 콜리메이터(305) 등의 고가이면서 또한 복잡한 부품을 필요로 하여, 검출장치(300)의 코스트가 높아진다는 문제가 있다.
또한, 고분해능의 위치검출을 행하기 위하여, 기준격자(320)와 멀티스폿과의 주기가 짧아짐에 따라, 광의 간섭과 회절에 의해 기하광학적인 원리가 성립하지 않을 가능성이 있다. 이로 인하여, 정밀도 좋게 검출하는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 또한, 2차원의 변위(X방향 및 Y방향의 변위)와 3개의 자세변화(X축에 대한 회전방향, Y축에 대한 회전방향, 및 Z축에 대한 회전방향)의 5가지의 자유도의 상태에 대해서 검출하기 위해서는, 3개의 2차원 각도센서(300)가 필요하게 된다. 따라서, 이들 센서 간의 조정이 어렵다는 문제가 있다.
또한, 스테이지장치에 있어서는, 스테이지를 이동시킬 때에 위치검출하면서, 스테이지의 양측에 구비된 한 쌍의 리니어 모터를 구동제어하고 있다. 그때의 위치검출 정밀도를 높이기 위해서는, 상기 검출장치(300)를 보다 콤팩트한 구성으로 하여 리니어 모터의 이동량이나 경사를 정확하게 검출할 필요가 있다.
또한, 상기 이외의 검출장치로서는, 스테이지의 이동방향으로 뻗어 형성된 슬릿판에 대하여 이동하는 광센서에 의해 슬릿수를 광학적으로 검출해서 스테이지의 위치를 검출하는 리니어 스케일이 알려져 있다. 이 리니어 스케일을 이용하여, 이동방향의 스테이지의 변위량을 검출할 수 있다. 그러나, 이 리니어 스케일을 이용하여, 그 밖의 방향의 스테이지의 변위량(예컨대, 상하방향이나 스테이지의 각 축둘레의 경사각도)을 검출할 수 없다.
따라서, 종래의 스테이지장치에서는, 스테이지의 양측에 한 쌍의 리니어 스케일을 배치하고, 한 쌍의 리니어 스케일에 의해 검출된 검출신호의 차(差)로부터 스테이지의 요잉(yawing)각을 연산해서 구한다. 그리고, 스테이지의 그 밖의 방향의 경사각도를 검출하지 않고, 스테이지의 이동을 제어하고 있다.
종래의 스테이지장치는, 리니어 스케일로부터 얻어지는 이동방향의 위치(이동량)에 근거해서 리니어 모터를 구동제어하므로, 스테이지를 이동시킬 때의, 그 밖의 방향의 경사상태를 정확하게 파악하고 있지 않다. 이로 인하여, 스테이지가 기울어진 경우에 어느 방향으로 어느 정도 기울었는지를 정확하게 검출하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 제조하기 쉬운 형상의 기준격자를 이용하여, 스테이지의 변위 및 경사각도의 검출을 용이하게 행할 수 있으며, 또한 검출의 정밀도를 향상할 수 있는 검출장치 및 스테이지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 검출장치는, 2차원 방향으로 주기적으로 변화하는 형상을 가지는 기준격자와, 상기 기준격자를 향해서 광을 조사하는 광원과, 복수의 개구부를 가지고, 상기 복수의 개구부에 의해 상기 광원으로부터 조사된 광을 복수의 광으로 분광하는 분광수단과, 상기 기준격자에서 반사된 복수의 반사광을 일괄하여 수광하는 수광소자를 가지는 검출수단을 구비하고, 상기 검출수단이, 상기 수광소자가 수광하는 상기 복수의 반사광의 변화에 근거하여, 상기 기준격자에 대한 상태를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 검출장치에 의하면, 분광수단에 의해 분광된 복수의 광을 기준격자에 조사하고, 기준격자로부터 반사된 복수의 반사광을 일괄하여 수광소자에서 수광하고, 검출수단은 복수의 반사광의 변화에 근거하여 상태의 검출을 행한다. 이로 인하여, 복수의 광이 조사된 기준격자 중 어느 것인가에 결함이 있을 때이더라도, 다른 정상인 기준격자에 조사된 복수의 광의 반사광의 변화에 근거하여 상태의 검출을 행할 수 있다. 종래의 하나의 광을 조사하고, 그 반사광에 근거해서 상태의 검출을 행하는 경우와 비교해서, 상태의 검출을 정밀도 좋게 행할 수 있다.
상기 검출장치는, 상기 수광소자가, 복수의 포토다이오드에 의해 구성되어 있고, 상기 복수의 반사광을 수광하는 상기 검출수단의 면(面) 중앙에, X축을 회전축으로 하는 회전이동에 따른 상태의 검출, 및 Y축을 회전축으로 하는 회전이동에 따른 상태의 검출을 행하기 위한 4개의 포토다이오드를 적어도 가지는 구성으로 하여도 좋다. 이 검출장치에 의하면, 복수의 반사광을 수광하는 검출수단의 면 중앙에 4개의 포토다이오드를 구비함으로써, X축을 회전축으로 하는 회전이동 상태의 검출, 및 Y축을 회전축으로 하는 회전이동 상태의 검출을 행할 수 있다.
혹은, 상기 검출장치는, 상기 검출수단의 면의 네 코너에, Z축을 회전축으로 하는 회전이동에 따른 상태의 검출을 행하기 위한 2개 1조로 이루어진 포토다이오드를 적어도 가지는 구성으로 하여도 좋다. 이 검출장치에 의하면, 검출수단의 면의 네 코너에 2개 1조로 이루어진 포토다이오드를 구비함으로써, Z축을 회전축으로 하는 회전이동 상태의 검출을 행할 수 있다.
혹은, 상기 검출장치는, 상기 수광소자에 전하결합소자(CCD)를 이용하는 구성으로 하여도 좋다. 이 검출장치에 의하면, 수광소자로서, 전하결합소자(CCD)를 이용함으로써, 기준격자에서 반사된 복수의 반사광을 일괄하여 수광하여, 검출수단에 의해 복수의 반사광의 변화에 근거하여, 기준격자에 대한 상태를 검출할 수 있다.
혹은, 상기 검출장치는, 상기 기준격자를, 상기 기준격자의 중심축에 대하여 대칭이 되는 형상으로 구성해도 좋다. 이 검출장치에 의하면, 기준격자의 중심축에 대하여 대칭이 되는 형상으로 기준격자를 구성함으로써, 종래의 2차원 방향에 대하여 정현파의 형상을 가지는 기준격자보다도 용이하게 기준격자를 제조할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 검출장치는, 표면에 소정의 형상을 가지는 오목곡면(凹曲面)과 볼록곡면(凸曲面)이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 검출면을 가지는 기준격자와, 상기 기준격자에 대하여 이동가능하게 구비되고, 상기 기준격자의 연직(鉛直)방향으로부터 상기 검출면을 향해서 복수의 평행광을 발광하는 발광부와, 상기 발광부와 일체적으로 이동하도록 구비되고, 상기 기준격자를 투과한 상기 복수의 평행광을 수광하는 복수의 수광소자를 가지는 수광부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 검출장치에 의하면, 발광부와 수광부 사이에 기준격자를 배치하는 구성이므로, 검출장치의 간소화 및 콤팩트화를 도모하는 것이 가능하게 되며, 또한 기준격자에 대한 발광부 및 수광부의 상대위치를 복수의 평행광의 수광강도분포의 변화로부터, 기준격자의 검출면에 대응하는 2방향의 변위와, 기준격자에 대한 각 방향의 경사각도를 정확하게 검출할 수 있다.
상기 검출장치는, 상기 발광부가 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 복수의 평행광으로 분광하는 분광수단을 가지도록 구성해도 좋다.
혹은, 상기 검출장치는, 상기 분광수단이 소정의 형상을 가지는 오목곡면과 볼록곡면이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 입사면을 가지도록 구성해도 좋다.
혹은, 상기 검출장치는, 상기 수광부가 상기 복수의 평행광보다도 많은 개수(個數)의 수광소자를 가지고 있고, 하나의 평행광에 대하여 적어도 1개의 수광소자를 설치하도록 구성해도 좋다.
혹은, 상기 검출장치는, 상기 수광소자에서 수광된 상기 복수의 평행광의 광강도에 따른 검출신호가 입력되고, 각 광강도분포의 변화로부터 상기 기준격자에 대한 상기 발광부의 상대적인 이동량을 연산하는 연산수단을 구비하도록 구성해도 좋다.
혹은, 상기 검출장치는, 상기 연산수단이 상기 복수의 수광소자에서 수광된 상기 복수의 평행광의 광강도분포의 변화에 근거하여 상기 검출면에 대한 상기 발광부 및 수광부의 상대적인 경사각도를 연산하도록 구성해도 좋다.
혹은, 상기 검출장치는, 상기 기준격자가 투명기판과, 상기 투명기판의 표면에 설치되는 제1 기준격자와, 상기 제1 기준격자와 180도의 방향이 되도록 상기 투명기판의 이면에 설치되는 제2 기준격자를 구비하도록 구성해도 좋다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 검출장치는, 표면에 소정의 형상을 가지는 오목곡면과 볼록곡면이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 검출면을 가지는 기준격자와, 상기 기준격자의 이면에 형성된 반사면과, 상기 기준격자에 대하여 이동가능하게 구비되고, 상기 기준격자의 연직방향으로부터 상기 검출면을 향해서 복수의 평행광을 발광하는 발광부와, 상기 발광부와 일체적으로 이동하도록 구비되고, 상기 반사면으로부터 반사한 복수의 평행광을 수광하는 복수의 수광소자를 가지는 수광부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 검출장치는, 표면에 소정의 형상을 가지는 오목곡면과 볼록곡면이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 검출면을 가지는 기준격자와, 상기 검출면에 형성된 반사면과, 상기 기준격자에 대하여 이동가능하게 구비되고, 상기 기준격자의 연직방향으로부터 상기 검출면을 향해서 복수의 평행광을 발광하는 발광부와, 상기 발광부와 일체적으로 이동하도록 구비되고, 상기 반사면으로부터 반사한 복수의 평행광을 수광하는 복수의 수광소자를 가지는 수광부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이들 검출장치에 의하면, 발광부 및 수광부를 기준격자의 반사면에 대향시키고, 반사면으로부터 반사한 복수의 평행광을 수광하는 구성이므로, 검출장치의 간소화 및 콤팩트화를 도모하는 것이 가능하게 되며, 또한 기준격자에 대한 발광부 및 수광부의 상대위치를 복수의 평행광의 수광강도분포의 변화로부터, 기준격자의 검출면에 대응하는 2방향의 변위와, 기준격자에 대한 각 방향의 경사각도를 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 스테이지장치는, 베이스와, 상기 베이스 상을 이동하는 스테이지와, 상기 스테이지를 구동시키는 모터와, 상기 스테이지를 상기 베이스에 대하여 부상(浮上)시키는 부상장치와, 상기 스테이지의 상태를 검출하는 검출장치를 구비하는 스테이지장치로서, 상기 검출장치가, 2차원 방향으로 주기적으로 변화하는 형상을 가지는 기준격자와, 상기 기준격자를 향해서 광을 조사하는 광원과, 복수의 개구부를 가지고, 상기 복수의 개구부에 의해 상기 광원으로부터 조사된 광을 복수의 광으로 분광하는 분광수단과, 상기 기준격자에서 반사된 복수의 반사광을 일괄하여 수광하는 수광소자를 가지는 검출수단을 구비하고, 상기 검출수단이 상기 수광소자가 수광하는 상기 복수의 반사광의 변화에게 근거하여, 상기 기준격자에 대한 상태를 검출하는 것을 특징으로 한다. 이 스테이지장치에 의하면, 상술한 검출장치를 이용함으로써, 베이스에 대한 스테이지의 변위 및 경사각도를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
상기 스테이지장치는, 상기 모터에 평면 모터를 이용하고, 상기 부상장치에 에어 베어링을 이용하는 구성으로 해도 좋다. 이 스테이지장치에 의하면, 모터에 평면 모터를 이용하고, 부상장치에 에어 베어링을 이용한 스테이지장치에 있어서도, 상술한 검출장치를 이용함으로써, 베이스에 대한 스테이지의 상태를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 스테이지장치는, 베이스와, 상기 베이스에 대하여 이동가능하게 설치되는 스테이지와, 상기 스테이지에 구동력을 부여하는 구동수단과, 상기 스테이지의 이동을 검출하는 검출장치와, 상기 검출장치의 검출결과에 따라서 상기 스테이지가 소정 속도로 이동하도록 상기 구동수단을 제어하는 제어수단을 구비하는 스테이지장치로서, 상기 검출장치가, 표면에 소정의 형상을 가지는 오목곡면과 볼록곡면이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 검출면을 가지는 기준격자와, 상기 기준격자에 대하여 이동가능하게 구비되고, 상기 기준격자의 연직방향으로부터 상기 검출면을 향해서 복수의 평행광을 발광하는 발광부와, 상기 발광부와 일체적으로 이동하도록 구비되고, 상기 기준격자를 투과한 상기 복수의 평행광을 수광하는 복수의 수광소자를 가지는 수광부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 스테이지장치에 의하면, 스테이지의 이동을 복수의 평행광을 발광하는 발광부와, 기준격자를 투과 또는 반사한 복수의 평행광을 수광하는 수광부에 의해, 기준격자의 검출면에 대응하는 스테이지의 2방향의 위치검출을 정확하게 행할 수 있음과 함께, 각 방향의 스테이지의 경사각도를 동시에 검출할 수 있어서, 스테이지의 경사를 고정밀도로 수정하도록 스테이지를 구동제어하는 것이 가능하게 된다.
상기 스테이지장치는, 상기 구동수단이 한 쌍의 리니어 모터이고, 상기 제어수단이 상기 한 쌍의 리니어 모터를 병진(竝進) 구동하는 구성으로 해도 좋다. 혹은, 상기 스테이지장치는, 상기 검출장치를 상기 리니어 모터의 근방에 설치하는 구성으로 해도 좋다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 제조하기 쉬운 형상의 기준격자를 이용하여, 베이스에 대한 스테이지의 변위 및 경사각도의 검출을 용이하게 행할 수 있으며, 또한 검출의 정밀도를 향상할 수 있는 검출장치 및 스테이지장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 기준격자와 2차원 각도센서를 가지는 검출장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는, 2차원 각도센서를 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일실시예에 의한 검출장치를 구비하는 스테이지장치를 나타낸 단면도이다.
도 4는, 도 3에 나타낸 영역(B)에 대응한 구성부분의 평면도이다.
도 5A는, 가동(可動) 스테이지의 구동방향과 X방향 및 Y방향 액츄에이터의 추진력의 관계를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 5B는, 가동 스테이지의 구동방향과 X방향 및 Y방향 액츄에이터의 추진력의 관계를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 5C는, 가동 스테이지의 구동방향과 X방향 및 Y방향 액츄에이터의 추진력의 관계를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 5D는, 가동 스테이지의 구동방향과 X방향 및 Y방향 액츄에이터의 추진력의 관계를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 6은, 도 3에 나타낸 영역(C)에 대응한 구성부분의 확대도이다.
도 7은, 눈금부 및 검출수단을 나타낸 도면이다.
도 8은, 검출수단의 개략구성과 눈금부를 나타낸 도면이다.
도 9는, 분광판의 평면도이다.
도 10은, 도 8에 나타낸 검출수단을 화살표(G)로 나타낸 방향에서 본 도면이다.
도 11은, 시뮬레이션에 이용한 검출수단의 모델을 나타낸 도면이다.
도 12는, 기준격자의 위상함수를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 스폿 강도분포 I(x, y)의 변화를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 14A는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체(가동 스테이지(237))가 변위되었을 때의 스폿의 강도분포를 X1방향에서 본 도면이다.
도 14B는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿의 강도분포를 X1방향에서 본 도면이다.
도 14C는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿의 강도분포를 X1방향에서 본 도면이다.
도 14D는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿의 강도분포를 X1방향에서 본 도면이다.
도 14E는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿의 강도분포를 X1방향에서 본 도면이다.
도 15A는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향에서 본 도면이다.
도 15B는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향에서 본 도면이다.
도 15C는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향에서 본 도면이다.
도 15D는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향에서 본 도면이다.
도 15E는, 기준격자에 대하여 X방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향에서 본 도면이다.
도 16A는, Z축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Z1방향에서 본 도면이다.
도 16B는, Z축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Z1방향에서 본 도면이다.
도 16C는, Z축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Z1방향에서 본 도면이다.
도 16D는, Z축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Z1방향에서 본 도면이다.
도 16E는, Z축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Z1방향에서 본 도면이다.
도 17A는, Y축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 X1방향에서 본 도면이다.
도 17B는, Y축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 X1방향에서 본 도면이다.
도 17C는, Y축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 X1방향에서 본 도면이다.
도 18A는, 도 17A의 중심에 위치하는 스폿 강도분포를 확대한 도면이다.
도 18B는, 도 17B의 중심에 위치하는 스폿 강도분포를 확대한 도면이다.
도 18C는, 도 17C의 중심에 위치하는 스폿 강도분포를 확대한 도면이다.
도 19A는, Y축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향에서 본 도면이다.
도 19B는, Y축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향에서 본 도면이다.
도 19C는, Y축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향에서 본 도면이다.
도 20A는, 도 19A의 중심에 위치하는 스폿 강도분포를 확대한 도면이다.
도 20B는, 도 19B의 중심에 위치하는 스폿 강도분포를 확대한 도면이다.
도 20C는, 도 19C의 중심에 위치하는 스폿 강도분포를 확대한 도면이다.
도 21은, 기준격자에 대하여 이동체가 X축방향으로 변위되었을 때의 검출방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는, 기준격자에 대하여 이동체가 Y축을 회전축으로 하여 회전했을 때의 검출방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은, 기준격자에 대하여 이동체가 Z축을 회전축으로 하여 회전했을 때의 검출방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는, 본 발명의 일실시예의 기준격자의 변경예를 나타낸 사시도이다.
도 25는, 본 발명의 일실시예에 의한 스테이지장치를 나타낸 분해 사시도이 다.
도 26은, 부분적으로 잘라내어 조립된 상태의 스테이지장치를 나타낸 사시도이다.
도 27은, 본 발명의 일실시예에 의한 검출장치를 적용하는 스테이지장치의 개략구성을 나타낸 도면이다.
도 28은, 본 발명의 일실시예에 의한 투과형 검출장치의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 29는, 투명체 각도격자의 검출면에 복수의 광을 조사하는 모습을 확대해서 나타낸 사시도이다.
도 30은, 도 28의 투과형 검출장치의 구성을 X방향에서 본 도면이다.
도 31은, 분광판의 그리드 패턴의 일례를 확대해서 나타낸 도면이다.
도 32는, 복수의 포토다이오드가 배치된 수광면을 확대해서 나타낸 도면이다.
도 33은, 투명체 각도격자에 광이 위치 (x, y)에 입사하는 모델을 나타낸 도면이다.
도 34는, 도 28의 투과형 검출장치의 강도분포 I(x, y)의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 35는, 4분할 PD(55)를 확대해서 나타낸 도면이다.
도 36은, X, Y변위의 상대적인 위치관계로부터 θz방향의 회전까지도 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 37은, 수광부에 있어서의 복수의 포토다이오드의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 38은, 도 28의 투과형 검출장치의 X방향의 변위를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 39는, 도 28의 투과형 검출장치의 XY위치 검출방법의 검출원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 40은, 도 28의 투과형 검출장치의 광학계의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 41은, 본 발명의 일실시예에 의한 반사형 검출장치의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 42는, 도 41의 반사형 검출장치의 반사면에 붙인 투명체 각도격자의 모델을 나타낸 도면이다.
도 43은, 도 41의 반사형 검출장치의 광이 반사면에서 반사되는 곳에서 그대로 투과하도록 가상(假想)한 모델을 나타낸 도면이다.
도 44는, 도 41의 반사형 검출장치의 광학계의 구성을 나타낸 도면이다.
도 45는, 본 발명의 일실시예에 의한 반사면 각도격자를 이용한 반사형 검출장치의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 46은, 도 45의 반사형 검출장치의 반사면 각도격자의 모델을 나타낸 도면이다.
도 47은, 도 45의 반사형 검출장치의 광학계의 구성을 나타낸 도면이다.
도 48은, 본 발명의 일실시예에 의한 반사형 검출장치에 이용하는 광센서 유 닛의 구성을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 110, 230 : 스테이지장치
12, 111, 231 : 베이스
14 : 제1 스테이지
16 : 제2 스테이지
112, 236 : 스테이지
113 : 눈금부
114, 290 : 검출수단
115 : X방향용 마그넷
116 : Y방향용 마그넷
117 : 요크
118 : 스페이서
119 : Z방향용 마그넷
120A, 120B : X방향 리니어 모터 구조부
121A, 121B : X방향용 코일
122A, 122B : X방향용 코어
124, 249, 300 : 검출장치
125A, 125B : Y방향 리니어 모터 구조부
126A, 126B : Y방향용 코일
127A, 127B : Y방향용 코어
130 : Z방향 전자석
131 : Z방향용 코일
132 : Z방향용 코어
133 : 장착용 기판
140, 320, 400 : 기준격자
141 : 베이스부(基部)
18, 20, 24 : 리니어 모터
22 : 투과형 검출장치
28 : 제어장치
30, 102 : 투명체 각도격자
32 : 투명기판
34 : 발광부
34a : 레이저광원(LD)
36 : 수광부
38 : 분광판
51∼59 : 포토다이오드
70 : 반사형 검출장치
74 : 기판
76, 100 : 광센서 유닛
78 : 편광 빔 스플리터(PBS)
90 : 반사형 검출장치
92 : 반사면 각도격자
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 이용해서 상세하게 설명한다.
도 3과 도 4를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 검출장치를 스테이지장치에 적용한 경우를 예로 들어서 설명한다. 스테이지장치(230)는, 구동장치로서 평면 모터인 SAWYER 모터를 가지는 장치이다. 도 3은, 본 발명의 일실시예에 의한 검출장치를 구비하는 스테이지장치를 나타낸 단면도이고, 도 4는, 도 3에 나타낸 영역(B)에 대응한 구성부분의 평면도이다.
스테이지장치(230)는, 개략하면 베이스(231)와, 스테이지(236)와, 검출장치(249)에 의해 구성되어 있다. 베이스(231)의 표면에는, 소정의 피치로 복수의 볼록부(232)가 형성되어 있다. 이 소정의 피치가, 스테이지(236)를 이동시킬 때의 최소단위가 된다. 또한, 베이스(231)는, 철 등의 금속에 의해 제조되어 있다. 스테이지(236)는, 개략하면 가동(可動) 스테이지부(237)와, 고정(固定) 스테이지부(239)와, 척(chuck; 241)과, X방향 액츄에이터(242A, 242B)와, Y방향 액츄에이터(243A, 243B)와, 틸트 구동부(245)에 의해 구성되어 있다.
가동 스테이지부(237)는, X방향 액츄에이터(242A, 242B)와 Y방향 액츄에이터(243A, 243B)에 의해 구동되는 베이스 부분이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 가동 스테이지부(237)의 아래쪽에는, X방향 액츄에이터(242A, 242B)와, Y방향 액츄에이터(243A, 243B)가 설치되어 있고, 중앙부에는 공간이 형성되어 있다. X방향 액츄에이터(242A, 242B) 및 Y방향 액츄에이터(243A, 243B)는, 각각 복수의 코일부(244)와, 에어 베어링(238)에 의해 구성되어 있다. 이 코일부(244)에 전류를 인가함으로써, 코일부(244)에 자력(磁力)이 발생하여, 추진력이 생겨서 가동 스테이지부(237)는 구동된다.
에어 베어링(238)은, 에어의 힘에 의해 X방향 액츄에이터(242A, 242B) 및 Y방향 액츄에이터(243A, 243B)를 베이스(231)에 대하여 뜨게 하기 위한 것이다. 이 에어 베어링(238)을 구비함으로써, 가동 스테이지부(237)가 X방향, 또는 Y방향, 혹은 Z축을 회전축으로 하는 회전방향으로 구동되었을 때, 어느 방향에 대해서도 자유자재로 이동할 수 있다.
틸트 구동부(245)는, X방향 액츄에이터(242A, 242B) 및 Y방향 액츄에이터(243A, 243B)와 가동 스테이지부(237) 사이에 각각 구비되어 있다. 틸트 구동부(245)는, 가동 스테이지(237)의 수평위치 만들기를 행하기 위한 것이다. 고정 스테이지부(239)는, 가동 스테이지부(237) 상에 일체적으로 설치되어 있다. 고정 스테이지부(239)는, X방향 액츄에이터(242A, 242B) 및 Y방향 액츄에이터(243A, 243B)를 이용해서 가동 스테이지부(237)를 구동시킴으로써, 원하는 위치로 이동된다. 고정 스테이지부(239) 상에는, 워크(work; 작업대상)(248)를 장착하기 위한 척(241) 이 설치되어 있다.
여기서, 도 5A 내지 도 5D를 참조하여, 가동 스테이지부(237)의 구동 방법에 대해서 설명한다. 도 5A 내지 도 5D는, 가동 스테이지부의 구동방향과 X방향 및 Y방향 액츄에이터의 추진력의 관계를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
가동 스테이지부(237)를 X방향으로 이동시키는 경우에는, 도 5A에 나타낸 바와 같이, 가동 스테이지부(237)를 이동시키고자 하는 X방향에 대하여 X방향 액츄에이터(242A, 242B)의 추진력이 발생하도록, X방향 액츄에이터(242A, 242B)에 구비된 코일부(244)에 전류를 인가한다.
가동 스테이지부(237)를 Y방향으로 이동시키고자 하는, 도 5B에 나타낸 바와 같이, 가동 스테이지부(237)를 이동시키고 싶은 Y방향에 대하여 Y방향 액츄에이터(243A, 243B)의 추진력이 발생하도록, Y방향 액츄에이터(243A, 243B)에 구비된 코일부(244)에 전류를 인가한다.
또한, Z축을 회전축으로 하여, 가동 스테이지부(237)를 E방향 또는 D방향으로 회전이동시키는 경우에는, 도 5C 또는 도 5D에 나타낸 바와 같은 X방향 액츄에이터(242A, 242B) 및 Y방향 액츄에이터(243A, 243B)의 추진력이 발생하도록, X방향 액츄에이터(242A, 242B) 및 Y방향 액츄에이터(243A, 243B)에 구비된 코일부(244)에 전류를 인가한다.
그리고, 고정 스테이지부(239)가 베이스(231) 상의 원하는 위치로 이동했을 때, 코일부(244)에 대한 전류의 인가를 스톱시켜서, 고정 스테이지부(239)의 위치를 고정한다. 다만, 가동 스테이지(237)는, 먼저 서술한 바와 같이, 베이스(231)의 표면에 구비된 볼록부(232)의 피치를 최소단위로 하여 이동된다.
검출장치(249)는, 가동 스테이지부(237)의 바닥부(底部)에 구비된 검출수단(114)과, 후술하는 눈금 유닛(233)에 의해 구성되어 있다. 이 검출장치(249)는, 가동 스테이지(237) 상태의 측정을 행하는 기능을 가진다. 여기서의 「상태」라는 것은, Z축을 회전축으로 하는 회전이동의 상태와, X방향으로의 이동의 상태와, X축을 회전축으로 하는 회전이동의 상태와, Y방향으로의 이동의 상태와, Y축을 회전축으로 하는 회전이동의 상태를 포함하고 있어서, 적어도 이들 5가지의 자유도의 상태를 말하는 것이다. 검출장치(249)는, 개략하면 눈금 유닛(233)과, 검출수단(114)에 의해 구성되어 있다.
우선, 도 6 및 도 7을 참조하여, 검출장치(249)의 내(內)의, 눈금 유닛(233)에 대해서 설명한다. 도 6은, 도 3에 나타낸 영역(C)에 대응한 구성부분의 확대도이며, 도 7은, 눈금부 및 검출수단을 나타낸 도면이다. 눈금 유닛(233)은, 베이스(231)에 구비된 볼록부(232) 상에 설치되어 있다. 눈금 유닛(233)은, 눈금부(113)와, 상부 수지(252)와, 하부 수지(253)에 의해 구성되어 있다. 눈금부(113)는, 베이스부(基部)(141)와 기준격자(140)에 의해 구성되어 있다.
베이스부(141)에는, 각도에 관한 성질이 X-Y방향의 2차원 방향으로 기지(旣知)인 함수(이 실시예에서는 정현파의 산과 골의 집합)로 변화되는 복수의 기준격자(140)가 소정의 피치(F)로 구비되어 있다. 눈금부(113)의 상면에는, 상부 수지(252)가 구비되어 있고, 눈금부(113)의 하면에는, 하부 수지(253)가 구비되어 있다. 상부 수지(252) 및 하부 수지(253)는, 눈금부(113)가 외력을 받아 파손되는 것 을 방지하기 위한 것이다. 다만, 상부 수지(252)에는, 광의 투과성이 좋은 것을 이용한다.
다음으로, 검출장치(249)를 구성하는 검출수단(114)에 대해서, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 검출수단(114)은, X방향 액츄에이터(242A, 242B) 및 Y방향 액츄에이터(243A, 243B)에 둘러싸인 가동 스테이지부(237) 바닥면부의 공간에 설치된 구성으로 되어 있다.
이와 같이, 기준격자(140)에 근접한 위치인 가동 스테이지부(237) 바닥면부에 검출수단(114)을 구비함으로써, 종래의 레이저 간섭계와 비교해서 공기의 흔들림 등의 외란의 영향을 쉽게 받지 않게 할 수 있어서, 정확한 고정 스테이지(239)의 위치를 얻을 수 있다.
도 8은, 검출수단의 개략구성과 눈금부를 나타낸 도면이다. 검출수단(114)은, 개략하면 광원부(330)와, 분광판(332)과, 편향 빔 스플리터(334)와, 1/4파장판(336)과, 집속용 렌즈(338)와, 수광소자(339)를 가지는 구성으로 되어 있다. 광원부(330)는, 폭을 가지는 광(331)을 조사하기 위한 것이다. 분광판(332)은, 광원부(330)로부터 조사된 광(331)의 진행방향 측(도 8에 있어서의 아래쪽)에 구비되어 있다.
도 9는, 분광판의 평면도이다. 도 9에 나타낸 바와 같이 본 실시예에서는, 분광판(332)에 9개의 개구부(341A∼341I)가 격자 형상으로 형성되어 있다. 분광판(332)은, 광원부(330)로부터 조사된 광(331)을 개구부(341A∼341I)에 의해, 9개의 광(333)으로 분광하기 위한 것이다.
개구부(341A∼341I)는, 베이스부(141)의 표면상 또는 면 내에 소정의 피치(F)로 설치된 기준격자(140)와 같은 피치(F)가 되도록 형성되어 있다. 또한, 분광판(332)의 개구부(341A∼341I)에서 회절된 9개의 광(333)은, 서로 간섭하여, 기준격자(140) 상에서 기준격자(140)의 설치 피치와 등간격, 또는 설치 피치의 정수배의 간격으로 멀티 스폿이 생성된다.
편향 빔 스플리터(334)는, 분광판(332)과 눈금부(113)의 사이에 구비되어 있다. 편향 빔 스플리터(334)는, 기준격자(140)의 표면에서 반사된 반사광(337)이 집속용 렌즈(338)를 향하도록 하기 위한 것이다. 집속용 렌즈(338)는, 편향 빔 스플리터(334)와 수광소자(339)의 사이에 구비되어 있고, 반사광(337)을 수광소자(339)에 대하여 집속시키기 위한 것이다.
다음으로, 도 10을 참조하여, 수광소자(339)에 대해서 설명한다. 도 10은, 도 8에 나타낸 검출수단을 화살표(G)로 나타낸 방향에서 본 도면이다. 다만, 도 10 중에 일점쇄선으로 나타낸 원은, 각각의 포토다이오드에 도달한 반사광(337A∼337I)을 나타내고 있다. 수광소자(339)는, 그 수광면(339A)에 포토다이오드(350A∼350H)와, 포토다이오드(351∼354)를 설치한 구성을 가진다.
포토다이오드(350A∼350H), 및 포토다이오드(351∼354)는, 반사광(337A∼337I)을 일괄하여 수광하기 위한 것이다. 수광소자(339)는, 일괄하여 수광한 반사광(337A∼337I)의 변화, 구체적으로는 반사광(337A∼337I)의 강도나 반사광(337A∼337I)이 조사되는 포토다이오드(350A∼350H), 및 포토다이오드(351∼354) 상의 위치에 근거하여, 기준격자(140)에 대한 고정 스테이지(239)의 상태를 검출하기 위한 것이다.
수광면(339A)은, 반사광(337A∼337I)을 수광하는 측의 면이다. 수광면(339A)은, 대략 정방형의 형상을 하고 있고, 그 중심부에는, 4개의 포토다이오드(350E∼350H)가 설치되어 있다.
수광면(339A)의 4개의 코너부 부근에는, 포토다이오드(351∼354)가 형성되어 있다. 구체적으로는, 도 10에 나타낸 수광면(339A)의 좌상 코너부에는 포토다이오드(351), 수광면(339A)의 좌하 코너부에는 포토다이오드(352), 수광면(339A)의 우하 코너부에는 포토다이오드(353), 수광면(339A)의 우상 코너부에는 포토다이오드(354)가 각각 설치되어 있다.
포토다이오드(351)는, 삼각 형상을 한 포토다이오드(351I, 351J)를 조합시킴으로써 구성되고, 포토다이오드(352)는, 삼각 형상을 한 포토다이오드(352L, 352K)를 조합시킴으로써 구성되어 있다. 또한, 포토다이오드(353)는, 삼각 형상을 한 포토다이오드(353M, 353N)를 조합시킴으로써 구성되고, 포토다이오드(354)는, 삼각 형상을 한 포토다이오드(354O, 354P)를 조합시킴으로써 구성되어 있다.
포토다이오드(350A)는, 포토다이오드(351)와 포토다이오드(352)를 연결하는 선상의 중간위치에 구비되어 있고, 포토다이오드(350B)는, 포토다이오드(352)와 포토다이오드(353)를 연결하는 선상의 중간위치에 구비되어 있다. 또한, 포토다이오드(350C)는, 포토다이오드(353)와 포토다이오드(354)를 연결하는 선상의 중간위치에 구비되어 있고, 포토다이오드(350D)는, 포토다이오드(351)와 포토다이오드(354)를 연결하는 선상의 중간위치에 구비되어 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 포토다이오드(351∼354), 및 포토다이오드(350A∼350D)의 각 포토다이오드에 대해서도, 반사광(337A∼337D) 또는 반사광(337F∼337I) 중 어느 하나가 조사된다. 이 실시예에서는, 수광소자(339)가 수광하는 반사광(337A∼337I)의 위치 변화에 의해, 고정 스테이지부(239) 상태의 검출을 행한다. 다만, 구체적인 상태의 검출방법에 대해서는, 후술한다.
다음으로, 기준격자(140)를 이용하여, 상기 수광소자(339)에 의해 5가지의 자유도의 상태의 검출이 가능한지 여부의 확인을 위해서 행한 시뮬레이션 결과에 대해서 설명한다.
도 11은, 시뮬레이션에 이용한 검출수단의 모델을 나타낸 도면이다. 다만, 도 11에서는 검출수단(114)의 내부구성을 직선방향으로 나열하여 모식적으로 나타낸다. 또한, 도 11에 있어서, 도 8에 나타낸 검출수단과 동일 구성부분에는 동일 부호를 붙인다.
먼저, 수광소자(339)에서 보이는 반사광(337)의 스폿 강도분포를 계산식으로부터 구한다. 이때, 검출수단(114)을 구성부품마다 나누어, 그 구성부품마다의 함수를 이어 합쳐서 계산을 행한다. 구체적으로는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 분광판(332)과, 기준격자(140)와, 집속용 렌즈(338)와, 수광소자(339)와, 그들 사이의 공간으로 나눌 수 있다.
분광판(332)의 파면(波面)함수 g(x, y)는, 개구부(341A∼341I)에 있어서 1과 같고, 개구부(341A∼341I) 이외의 영역에 있어서 0과 같아진다. 이 파면함수 g(x, y)는, 수학식 1로 표시된다.
Figure 112006078043495-pct00001
다음으로, 기준격자(140)의 위상함수 G(x, y)에 대해서 설명한다. 기준격자(140)에 입사하는 광(333)은, 반사광(337)이 되어 본래의 광로를 되돌아간다. 그로 인해, 도 12에 나타낸 바와 같이, 9개의 광(333) 및 반사광(337)의 광로를 1방향으로 하여, 기준격자(140)의 위상함수 G(x, y)를 생각할 수 있다.
도 12는, 기준격자의 위상함수를 설명하기 위한 도면이다. 기준격자(140)의 형상을 h(x, y)라 하면, 점(x, y)에 입사한 광(333)은 기준격자(140)의 저변(底邊)의 점(t')에 입사한 광에 비해서 2h(x, y)만큼 광로길이가 짧아진다. 따라서 기준격자(140)의 위상함수 G(x, y)는, 수학식 2로 표시된다. 여기서,수학식 2에 있어서, k는 광의 파수(波數), A는 기준격자(140)의 진폭, P는 기준격자(140) 파장을 각각 나타낸다.
Figure 112006078043495-pct00002
다음으로, 집속용 렌즈(338)의 위상함수 L(x, y)는, 수학식 3으로 표시된다. 여기서, 수학식 3에 있어서, f는 집속용 렌즈(338)의 초점거리를 나타낸다. 집속용 렌즈(338)는, 입사 위치에 따라 위상을 바꾸어 광을 집광하는 기능을 가진다.
Figure 112006078043495-pct00003
광의 공간의 전파에 대해서 설명한다. 광의 공간의 전파는, 프레넬(Fresnel) 회절로 모델화된다. 관찰면에서의 광파를 u(x, y), 전파 개시(開始)면의 광파를 u0(x, y), 개시면에서 관찰면까지의 거리를 z라 하면, 관찰면에서의 광파를 나타내는 u(x, y)는, 수학식 4로 표시된다.
Figure 112006078043495-pct00004
여기서 F[v(x, y)]는, v(x, y)의 2차원 퓨리에(Fourier) 변환이다. λ는, 광의 파장이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 광학계의 구성부분을 일직선 상에 늘어 놓고, 분광판(332)에 입사하는 광의 복소(複素)진폭을 UA(x, y), 수광소자(339) 상(포토다이오드(350A∼350H) 상, 및 포토다이오드(351∼354) 상)의 복소진폭을 UD(x, y), 분광판(332)과 기준격자(140)의 간격을 Z0, 기준격자(140)와 집속용 렌즈(338)의 간격을 Z1, 집속용 렌즈(338)와 수광소자(339)의 간격을 Z2(=f)라고 정의한다. 이때, 스폿 강도분포 I(x, y)는, 하기의 수학식 5에 나타낸 바와 같이 구할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00005
다음으로, 기준격자(140)에 대하여 5가지의 자유도의 이동이 생겼을 때의 스폿 강도분포 I(x, y)의 변화에 대해서 설명한다. X축방향과 Y축방향에 대한 각각의 변위량을 Δx, Δy라고 하고, Z축을 회전축으로 하여 회전이동할 때의 회전각도를 θz(요잉각), X축을 회전축으로 하여 회전이동할 때의 회전각도를 θx(롤링각), Y축을 회전축으로 하여 회전이동할 때의 회전각도를 θy(피칭각)라 하면, 하기의 수학식 6이 얻어진다.
Figure 112006078043495-pct00006
수학식 6을 수학식 5에 대입하여, 계산함으로써 기준격자(140)에 5가지의 자유도의 운동이 생겼을 때의 I(x, y)의 변화를 구할 수 있다. 기준격자(140)에 5가지의 자유도의 운동이 생겼을 때의 I(x, y)의 변화는, 하기의 수학식 7로 표시된다.
Figure 112006078043495-pct00007
도 13은, 스폿 강도분포 I(x, y)의 변화를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다. 다만, X1방향은, X축에 대하여 직교하는 방향, Y1방향은 Y축에 대하여 직교하는 방향, Z1방향은 X1, Y1방향에 직교하는 방향을 나타내고 있다.
다음으로, 도 14A 내지 도 15E에 나타낸 시뮬레이션 결과를 참조하여, 기준격자(140)에 대하여 X축방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포의 변화에 대해서 설명한다. 도 14A 내지 도 14E는, 기준격자에 대하여 X축방향으로 이동체(가동 스테이지부(237))가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 X1방향(도 13 참조)에서 본 도면이다. 도 15A 내지 도 15E는, 기준격자에 대하여 X축방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향(도 13 참조)에서 본 도면이다.
도 14A 내지 도 14E에 나타낸 바와 같이, X축방향으로 이동체가 변위되었을 때에는, X1방향에서 본 스폿 강도분포(370A∼370E) 중의 중심에 위치하는 스폿 강도분포(370C)의 양측에 있는 스폿 강도분포(370A, 370B, 370D, 370E)의 크기가 변화되고 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 15A 내지 도 15E에 나타낸 바와 같이, Y1방향에서 스폿 강도분포(371A∼371E)를 보았을 때에는, Δx(X축방향의 변위)의 값이 변화되어도 5개의 스폿 강도분포(371A∼371E)의 크기에 변화는 보이지 않는다.
상기 시뮬레이션 결과로부터, X축방향으로 이동체가 변위되었을 때에는, X1방향으로부터 스폿 강도분포(370A, 370B, 370D, 370E)를 모니터함으로써, 이동체의 X축방향에 대한 이동거리 및 위치(좌표)의 검출이 가능하다는 것이 추정된다.
구체적으로는, X축방향으로 이동체가 변위되었을 때에는, 수광면(339A)에 구비된 2개의 포토다이오드(350A, 350C)(도 10 참조)가 수광하는 반사광(337D, 337F)의 스폿 강도분포를 모니터함으로써, 이동체의 X축방향에 대한 이동거리 및 위치(좌표)를 검출가능하다는 것을 알 수 있다.
다만, 도시하고 있지 않지만, 시뮬레이션 결과로부터, Y축방향으로 이동체가 변위되었을 때에는, Y1방향으로부터 5개의 스폿 강도분포 중의 중심에 위치하는 스폿 강도분포의 양측에 있는 2개(합계 4개)의 스폿 강도분포의 크기가 변화하는 것으로 판명되었다. 따라서, Y축방향으로 이동체가 변위되었을 때에는, 수광면(339A)에 구비된 2개의 포토다이오드(350B, 350D)(도 10 참조)에 의해, 반사광(337B, 337D)의 스폿 강도를 모니터함으로써, 이동체의 Y축방향에 대한 이동거리 및 위치(좌표)를 검출가능하다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 16A 내지 도 16E에 나타낸 시뮬레이션 결과를 참조하여, Z축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위(회전이동)되었을 때의 스폿 강도분포의 변화에 대해서 설명한다. 도 16A 내지 도 16E는, Z축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Z1방향(도 13 참조)에서 본 도면이다. 다만, 도 16A 내지 도 16E에 있어서, θz는, 요잉각(Z축을 회전축으로 하 는 각도)을 나타내고 있다.
도 16C에 나타낸 바와 같이, θz＝0arcsec의 경우에는, 네 코너에 반사되는 반사광(337A, 337C, 337G, 337I)의 위치는, 중앙의 반사광(337E)의 위치를 중심으로 하여 시계방향, 반시계방향 어느쪽으로도 회전하고 있지 않은 것을 알 수 있다.
또한, 도 16A와 도 16B에 나타낸 바와 같이, Z축을 회전축으로 하여 이동체가 마이너스 방향(반시계방향)으로 회전이동한 경우에는, 네 코너에 반사되는 반사광(337A, 337C, 337G, 337I)의 위치는, 중앙의 피크(337E)를 중심으로 해서 반시계방향으로 회전하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 16D와 도 16E에 나타낸 바와 같이, Z축을 회전축으로 하여 이동체가 플러스방향(시계방향)으로 회전이동한 경우에는, 네 코너에 반사되는 반사광(337A, 337C, 337G, 337I)의 위치는, 중앙의 반사광(337E)의 위치를 중심으로 해서 시계방향으로 회전하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 16A 내지 도 16E에 나타낸 반사광(337A, 337C, 337G, 337I)의 각각의 위치는 다르게 되어 있는 점에서, 수광면(339A)의 네 코너에 구비된 포토다이오드(351∼354)(도 10 참조)에 의해, 반사광(337A, 337C, 337G, 337I)의 위치를 Z1방향으로부터 모니터함으로써, Z축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 이동체의 위치, 이동량 및 회전각도 등의 검출이 가능하다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 17A 내지 도 20C에 나타낸 시뮬레이션 결과를 참조하여, Y축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위(회전이동)되었을 때의 스폿 강도분포의 변화에 대해서 설명한다. 도 17A 내지 도 17C는, Y축을 회전축으로 하는 회전방 향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 X1방향(도 13 참조)에서 본 도면이다. 도 18A 내지 도 18C는, 도 17A 내지 도 17C의 중심에 위치하는 스폿 강도분포를 확대한 도면이다. 또한, 도 19A 내지 도 19C는, Y축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때의 스폿 강도분포를 Y1방향(도 13 참조)에서 본 도면이다. 도 20A 내지 도 20C는, 도 19A 내지 도 19C의 중심에 위치하는 스폿 강도분포를 확대한 도면이다. 다만, 도 17A 내지 도 20C에 있어서, θy는, 피칭각(Y축을 회전축으로 하는 각도)을 나타내고 있다.
도 18A 내지 도 18C에 나타낸 바와 같이, Y축을 회전축으로 하여 플러스방향(시계방향)으로 이동체가 변위(회전이동)되었을 때, X1방향에서 본 스폿 강도분포(375C)의 X축방향의 위치는 도 18A의 좌측으로 이동하고, Y축을 회전축으로 하여 마이너스방향(반시계방향)으로 이동체가 변위(회전)되었을 때, X1방향에서 본 스폿 강도분포(375C)의 X축방향의 위치는 도 18C의 우측으로 이동한다.
한편, 도 20A 내지 도 20C에 나타낸 바와 같이, Y축을 회전축으로 하여 이동체가 변위(플러스방향 및 마이너스방향의 회전)되었을 때, Y1방향에서 본 스폿 강도분포(380C)의 Y축방향의 위치는 전혀 변화되어 있지 않다. 다만, 스폿 강도분포(375C)가 X축방향으로 이동할 때, 스폿 강도분포(375A, 375B)도 일체적으로 이동한다.
이로부터, Y축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때에는, 수광면(339A)의 중심에 구비된 4개의 포토다이오드(350E∼350H)(도 10 참조)에 의해, X1방향에서 본 스폿 강도분포(375C)의 X축방향의 위치(반사광(337E)의 위치) 를 모니터함으로써, 이동체의 Y축둘레의 회전각도의 검출이 가능하다는 것을 알 수 있다.
다만, 도시되어 있지 않은 시뮬레이션 결과로부터, X축을 회전축으로 하는 회전방향으로 이동체가 변위되었을 때도, 수광면(339A)의 중심에 구비된 4개의 포토다이오드(350E∼350H)에 의해 수광되는 반사광(337E)(스폿 강도분포(375C))의 Y축방향의 위치를 모니터함으로써, 이동체의 X축둘레의 회전각도(θx)(롤링각)의 검출이 가능하다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 21 내지 도 23을 참조하여, 상기 시뮬레이션 결과를 근거로 하여, 이동체 상태의 검출방법에 대해서 설명한다. 도 21은, 기준격자에 대하여 이동체가 X축방향으로 변위되었을 때의 검출방법을 설명하기 위한 도면이다. 다만, 도 21에 있어서, 스폿 강도분포(385D)는 반사광(337D)에 대응한 스폿 강도분포를 나타내고 있고, 스폿 강도분포(385F)는 반사광(337F)에 대응한 스폿 강도분포를 나타내고 있다.
도 21에 나타낸 바와 같이, 기준격자(140)에 대하여 이동체가 X축방향으로 이동하면, 포토다이오드(350A, 350C)가 수광하는 반사광(337D, 337F)의 스폿 강도분포(385D, 385F)의 크기가 변화된다. 여기서, 포토다이오드(350A)의 출력을 I350A, 포토다이오드(350C)의 출력을 I350C라 하면, 기준격자(140)에 대한 이동체의 X축방향의 변위량(ΔX)은, SX ＝ (I350C－I350A)/(I350C＋I350A)로부터 구할 수 있다. 또한, 기준격자(140)에 대하여 이동체가 Y축방향으로 이동한 경우에는, 포토다이오드(350B)의 출력을 I350B, 포토다이오드(350D)의 출력을 I350D라 하면, 기준격자(140)에 대한 이동체의 Y축방향의 변위량(ΔY)은, SY ＝ (I350D－I350B)/(I350D＋I350B)로부터 구할 수 있다.
도 22는, 기준격자에 대하여 이동체가 Y축을 회전축으로 하여 회전했을 때의 검출방법을 설명하기 위한 도면이다. 다만, 도 22에 있어서, 스폿 강도분포(385E)는, 반사광(337E)에 대응한 스폿 강도분포를 나타내고 있다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 기준격자(140)에 대하여 이동체가 Y축을 회전축으로 하여 회전하면, 3개의 반사광(337D∼337F)에 대응한 스폿 강도분포(385D∼385E)의 위치가 전체적으로 X축방향으로 이동한다. 이때의 이동량은, 오토 콜리메이션법을 따른다. 이 이동량은, 수광면(339A)의 중심에 구비된 4개의 포토다이오드(350E∼350H)에 의해 검출할 수 있다.
여기서, 포토다이오드(350E)의 출력을 I350E, 포토다이오드(350F)의 출력을 I350F, 포토다이오드(350G)의 출력을 I350G, 포토다이오드(350H)의 출력을 I350H라 하면, SqY ＝ (I350G＋I350H－I350E－I350F)/(I350E＋I350F＋I350G＋I350H)로부터 X축방향의 이동량을 구할 수 있고, 구한 X축방향의 이동량으로부터 θy(피칭각)을 구할 수 있다.
마찬가지로, SqX ＝ (I350F＋I350G－I350E-I350H)/(I350E＋I350F＋I350G＋I350H)로부터 Y축방향의 이동량을 구할 수 있고, 구한 Y축방향의 이동량으로부터 θx(롤링각)을 구할 수 있다.
도 23은, 기준격자에 대하여 이동체가 Z축을 회전축으로 하여 회전했을 때의 검출방법을 설명하기 위한 도면이다. 기준격자(140)에 대하여 이동체가 Z축을 회전축으로 하여 회전하면, 상술한 도 16A 내지 도 16E에서 설명한 바와 같이 4개의 반사광(337A, 337C, 337G, 337I)의 위치가 중앙의 반사광(337E)의 위치를 중심으로 회전한다.
여기서, 포토다이오드(351I)의 출력을 I351I, 포토다이오드(351J)의 출력을 I351J, 포토다이오드(351K)의 출력을 I351k, 포토다이오드(351L)의 출력을 I351L, 포토다이오드(351M)의 출력을 I351M, 포토다이오드(351N)의 출력을 I351N, 포토다이오드(351O)의 출력을 I351O, 포토다이오드(351P)의 출력을 I351P라 하면, SqZ ＝ {(I351J＋I351L＋I351N＋I351P)－(I351I＋I351k＋I351M＋I351O)}/(I351I＋I351J＋I351k＋I351L＋I351M＋I351N＋I35 1O＋I351P)로부터 회전량을 구할 수 있고, 이 회전량의 값으로부터 θz(요잉각)을 구할 수 있다.
광원부(330)로부터 조사된 광을 분광판(332)에 의해 복수의 광(333)으로 분광시켜 기준격자에 조사하고, 복수의 반사광(337)을 다소자(多素子)형 포토다이오드(350)에서 일괄하여 수광함으로써, 이동체의 5가지의 자유도 상태의 검출을 행할 수 있다. 또한, 복수의 반사광(337)의 변화에 근거하여 이동체의 상태를 검출하므로, 복수의 광(337)이 조사된 기준격자(140) 중 어느 것인가에 결함이 있을 때이더라도, 결함이 없는 기준격자(140)로부터 반사된 복수의 반사광(337)의 변화에 근거하여 상태의 검출을 행할 수 있다. 이로 인하여, 종래의 하나의 광을 기준격자에 조사하고, 그 반사광에 근거해서 상태의 검출을 행하는 경우와 비교하여, 상태의 검출을 정밀도 좋게 행할 수 있다.
또한, 이 실시예의 검출수단(114)에 있어서는, 종래기술과 같은 오토 콜리메이션법을 이용한 검출을 행하고 있지 않으므로, 수광소자(339)의 구성을 간단화할 수 있어서, 검출수단(114)의 코스트의 저감을 도모할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는, 포토다이오드(351∼354), 및 포토다이오드(350A∼350D)를 구비한 수광소자(339)를 이용했지만, 포토다이오드(351∼354), 및 포토다이오드(350A∼350D) 대신에 CCD를 이용해도 좋다. CCD를 이용하는 경우에 있어서도, 본 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 24를 참조하여, 본 실시예의 기준격자의 변경예에 대해서 설명한다. 도 24는, 본 실시예에 의한 기준격자의 변경예를 나타낸 사시도이다. 도 24의 기준격자(400)는, 대략 정방(正方) 형상의 기둥형상부(401)와, 기둥형상부(401)와 같은 정방 형상의 오목부(402)를 면 내 2축방향으로 번갈아 배치하여 형성되어 있다. 본 실시예의 기준격자로서, 도 24에 나타낸 바와 같은 대략 정방 형상의 기준격자(400)를 이용해도 좋다. 기준격자(400)의 PV값은 0.08㎛로 되어 있다.
다음으로, 도 25 및 도 26을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 스테이지장치(110)에 대해서 설명한다. 도 25는, 본 발명의 일실시예에 의한 스테이지장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 26은, 부분적으로 잘라내어 조립된 상태의 스테이지장치를 나타낸 사시도이다. 이 스테이지장치(110)는, 예컨대 반도체 제조용 스텝 퍼 등에 있어서 피이동체가 되는 웨이퍼를 소정 위치로 이동시키는데 이용되는 장치이다.
이 스테이지장치(110)는, 개략하면 베이스(111), 스테이지(112), 검출장치(124), 및 구동장치 등에 의해 구성되어 있다. 베이스(111)는 스테이지장치(110)의 기초대가 되는 것으로서, 후술하는 리니어 모터 구조부(120A, 125A), Z방향 전자석(130), 및 검출수단(114)이 설치된다. 다만, 본 실시예의 검출수단(114)의 구성은, 도 3에 나타낸 검출수단(114)과 동일하다.
스테이지(112)는 이동체가 되는 웨이퍼(60) 및 척(chuck)(61)이 상부에 탑재됨과 함께, 하부에는 마그넷(115, 116), 요크(117), 및 스페이서(118)를 통하여 Z방향용 마그넷(119)이 설치된다. 이 스테이지(112)는, 베이스(111)에 대하여 도면 중 화살표 X축 방향이동, Y축 방향이동, 및 Z축을 중심으로 한 회전이동이 가능한 구성으로 되어 있다.
도 25에 나타낸 바와 같이, 눈금부(113)는, 스테이지(112)의 배면(背面)(베이스(111)와 대향하는 면)의 대략 중앙위치에 고정되어 있다. 한편, 검출수단(114)은, 베이스(111)에 설치된 구성으로 되어 있다. 구체적으로는, 검출수단(114)은, 베이스(111)에 구비된 장착용 기판(133)에 구비되어 있다.
이어서, 구동장치에 대해서 설명한다. 구동장치는, 베이스(111)에 대하여 스테이지(112)를 X축 방향이동, Y축 방향이동, 및 Z축을 중심으로 한 회전이동이 행하여지게 하는 것이다. 이 구동장치는, 베이스(111)에 설치된 X방향 리니어 모터 구조부(120A, 120B), Y방향 리니어 모터 구조부(125A, 125B), Z방향 전자석(130)과, 스테이지(112)에 설치된 X방향용 마그넷(115), Y방향용 마그넷(116), Z방향용 마그넷(119) 등에 의해 구성되어 있다.
X방향 리니어 모터 구조부(120A)는 베이스(111) 상에 설치되어 있고, 한 쌍의 X방향용 코일(121A-1, 121A-2)(쌍방을 함께 말할 때에는 X방향용 코일(121A)이라고 한다)과, X방향용 코어(122A)에 의해 구성되어 있다. 한 쌍의 X방향용 코일(121A-1, 121A-2)은 도면 중 화살표 X축방향으로 병설(竝設)되어 있고, 각각 독립해서 전류를 공급할 수 있는 구성으로 되어 있다.
또한, X방향 리니어 모터 구조부(120B)는 X방향 리니어 모터 구조부(120A)와 동일 구성으로 되어 있고, X방향용 코일(121B)(부호는 붙이지 않지만, 한 쌍의 X방향용 코일에 의해 구성되어 있다) 및 X방향용 코어(122B)에 의해 구성되어 있다. 이 X방향 리니어 모터 구조부(120A)와 X방향 리니어 모터 구조부(120B)는, 상기한 검출장치(114)의 설치위치를 사이에 두고, 도면 중 화살표 Y축방향으로 이격하여 배치된 구성으로 되어 있다.
한편, Y방향 리니어 모터 구조부(125A) 및 Y방향 리니어 모터 구조부(125B)도, 상기한 X방향 리니어 모터 구조부(120A)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 즉, Y방향 리니어 모터 구조부(125A)는 Y방향용 코일(126A)(부호는 붙이지 않지만, 한 쌍의 Y방향용 코일에 의해 구성되어 있다)과 Y방향용 코어(127A)에 의해 구성되고, Y방향 리니어 모터 구조부(125B)는 Y방향용 코일(126B)(부호는 붙이지 않지만, 한 쌍의 Y방향용 코일에 의해 구성되어 있다)과 Y방향용 코어(127B)에 의해 구성되어 있다. 이 Y방향 리니어 모터 구조부(125A)와 Y방향 리니어 모터 구조부(125B) 는, 상기한 검출수단(114)의 설치위치를 사이에 두고, 도면 중 화살표 X축방향으로 이격하여 배치된 구성으로 되어 있다.
Z방향 전자석(130)은, 베이스(111)에 대하여 스테이지(112)를 부상(浮上)시킴으로써, 상기한 X방향용 마그넷(115A)과 후술하는 스테이지(112)에 구비된 각 마그넷(115, 116)의 사이에 갭을 형성하는 기능을 가지는 것이다. 이 Z방향 전자석(130)은, Z방향용 코일(131)과 Z방향용 코어(132)에 의해 구성되어 있다. 또한, 부상을 안정화하기 위해서, 사각형상으로 된 베이스(111)의 네 코너 위치에 각각 설치되어 있다.
다만, 베이스(111)에 대하여 스테이지(112)를 부상시키는 수단은, 이 실시예에서 사용하고 있는 자기적 수단 이외에도, 압축공기를 이용하는 방법이나, 복수의 볼(ball)로 베이스(111)를 지지하는 수단 등을 생각할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이 스테이지(112)에는 X방향용 마그넷(115) 및 Y방향용 마그넷(116)이 설치되어 있다. 도면에 나타나지 않지만, 각 마그넷(115, 116)은 각각 한 쌍씩 합계 4개가 설치되어 있다. 따라서, 스테이지(112)를 바닥면(底面) 측에서 본 상태에 있어서, 각 마그넷(115, 116)은 협력 작용하여 대략 사각형을 이루도록 배치되어 있다.
X방향용 마그넷(115)은, 복수의 동등한 영구자석을 극성이 번갈아 나타나도록 직선 형상으로 배열한 복수의 자석열(소형자석의 집합체)에 의해 구성되어 있다. 마찬가지로, Y방향용 마그넷(116)도, 복수의 동등한 영구자석을 극성이 번갈아 나타나도록 직선 형상으로 배열한 복수의 자석열에 의해 구성되어 있다. 각 마그 넷(115, 116)의 상부에는 요크(117)가 설치되어 있고, 이 요크(117)는 각 마그넷(115, 116)을 구성하는 복수의 각 자석을 자기적으로 결합하는 기능을 가진다.
상기 구성에 있어서, 베이스(111)에 대하여 스테이지(112)를 장착한 상태에 있어서, 한 쌍의 X방향용 마그넷(115)의 한쪽이 X방향 리니어 모터 구조부(120A) 상에 위치하며, 또한 다른 쪽의 X방향용 마그넷(115)이 X방향 리니어 모터 구조부(120B) 상에 위치하도록 구성되어 있다.
또한, 베이스(111)에 대하여 스테이지(112)를 장착한 상태에 있어서, 한 쌍의 Y방향용 마그넷(116)의 한쪽이 Y방향 리니어 모터 구조부(125A) 상에 위치하며, 또한 다른 쪽의 Y방향용 마그넷(116)이 Y방향 리니어 모터 구조부(125B) 상에 위치하도록 구성되어 있다.
또한, 베이스(111)가 스테이지(112)에 장착된 상태이고, 또한 Z방향 전자석(130)에 의해 스테이지(112)가 베이스(111)에 대하여 부상한 상태에 있어서, 각 마그넷(115, 116)이 발생하는 자계가 대향하는 리니어 모터 구조부(120A, 120B, 125A, 125B)에 맞물리도록 구성되어 있다.
그리고 또한, 상기 장착상태에 있어서, 각 마그넷(115, 116)은, 각 리니어 모터 구조부(120A, 120B, 125A, 125B)에 구비되어 있는 각 코일(121A, 121B, 126A, 126B)의 감김 방향에 대하여 직교하도록 배치되어 있다.
구동장치를 상기 구성으로 함으로써, X방향 리니어 모터 구조부(120A, 120B)와 X방향용 마그넷(115)은 협력 작용하여, 스테이지(112)를 도면 중 화살표 X축방향으로 구동하는 리니어 모터로서 기능한다. 마찬가지로, Y방향 리니어 모터 구조 부(125A, 125B)와 Y방향용 마그넷(116)은 협력 작용하여, 스테이지(112)를 도면 중 화살표 Y축방향으로 구동하는 리니어 모터로서 기능한다.
즉, 이 실시예에서는 X, Y 양방향에 각각 2세트씩의 리니어 모터를 배치하는 구성이 된다. 이 구성에 의해, 장치 중앙부분에 비교적 큰 공간을 확보할 수 있으므로, 이 위치에 검출장치(124)를 설치할 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 스테이지(112)에 눈금부(113)를 설치하고, 베이스(111)에 검출수단(114)을 설치한 구성으로 하였다. 이는, 눈금부(113)에는 배선을 접속할 필요가 없기 때문이다. 그러나, 눈금부(113)를 베이스(111)에 설치하고, 검출수단(114)을 스테이지(112)에 구비하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한 상기 구성으로 된 구동장치에 있어서, X방향 리니어 모터 구조부(120A)와 X방향 리니어 모터 구조부(120B)만을 동시에 동일 방향으로 구동시키면, 스테이지(112)는 도면 중 화살표 X축방향으로 병진(竝進) 운동한다.
마찬가지로, Y방향 리니어 모터 구조부(125A)와 Y방향 리니어 모터 구조부(125B)만을 동시에 동일 방향으로 구동시키면, 스테이지(112)는 도면 중 화살표 Y축방향으로 병진 운동한다.
또한, 쌍을 이룬 각 리니어 모터 구조부(120A와 120B), (125A와 125B)를 각각 역(逆)방향으로 구동시킴으로써, 스테이지(112)는 도면 중 화살표 Z축 둘레(θZ)의 회전운동을 행한다.
이와 같이, 검출수단(114)과 눈금부(113)로 이루어지는 검출장치(124)를 스테이지장치(110)에 구비함으로써, 스테이지(112)의 5가지의 자유도의 상태를 검출수단(114)에 의해 검출할 수 있다.
다만, 상기 실시예에서는, 2차원 방향에 대하여 정현파의 형상을 가지는 기준격자(140)를 구비하는 눈금부(113)를 이용하는 구성을 예로 들어 설명을 행하였다. 혹은, 기준격자(140) 대신에, 기준격자(400)의 중심축에 대하여 대칭이 되는 형상으로 구성된 기준격자(400)를 이용해도 좋다.
또한, 상기 실시예는, 반도체 제조장치뿐만 아니라, 마이크로 머신, IT용 광통신부품 등, 금후 미세가공을 필요로 하는 분야에 널리 적용하는 것이 가능하다. 즉, 현재의 마이크로 머신 제조기술의 대부분은 반도체 제조기술을 이용하고 있어서, 본 발명을 이용함으로써, 보다 미세하고 다양한 마이크로 머신을 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한, 레이저 가공의 분야에서는, 서브미크론의 정밀도로 초고속으로 움직이는 스테이지가 요구되고 있다.
다음으로, 도 27은 본 발명의 일실시예에 의한 검출장치를 적용하는 스테이지장치의 개략구성을 나타낸 도면이다. 다만, 이 실시예의 이하의 설명에서는, 후술하는 투과형 검출장치(22)의 구성 및 작동원리를 설명할 때의 편의상, 투명체 각도격자(30)에 대하여 광을 조사하는 방향을 Z방향으로 하고 있고, 도 27에 있어서는 좌우방향을 Z방향으로 하여 설명한다.
도 27에 나타낸 바와 같이, 스테이지장치(10)는, 베이스(12)와, 베이스(12)에 대하여 이동가능하게 구비된 제1 스테이지(14)와, 제1 스테이지(14)에 탑재되고 좌우방향으로 이동가능하게 구비된 제2 스테이지(16)와, 제1 스테이지(14)의 양단을 병진(竝進) 구동하는 한 쌍의 리니어 모터(구동수단)(18, 20)와, 리니어 모 터(18)의 근방에 배치된 투과형 검출장치(22)와, 제2 스테이지(16)를 구동하는 리니어 모터(24)와, 리니어 모터(24)와 평행하게 배치된 리니어 스케일(26)을 가진다.
투과형 검출장치(22)는, 본 발명의 요부를 구성하고 있으며, 후술하는 바와 같이 제1 스테이지(14)의 이동위치를 주(主)검출대상으로 하고 있고, 이동방향(X방향) 이외의 방향에 대한 운동 오차요인이 되는 상하방향(Y방향), 각 축둘레의 각도(θx, θy, θz)도 동시에 검출할 수 있도록 구성되어 있다.
투과형 검출장치(22) 및 X리니어 스케일(26)에 의해 검출된 검출신호는, 좌표변환기(27)에 의해 좌표변환되어 제어장치(28)에 입력된다. 제어장치(28)는, 미리 설정되어 연산식에 근거해서 리니어 모터(18, 20, 24)에 공급되는 제어량을 연산하는 연산수단(제어 프로그램)을 가지고, 연산에 의해 얻어진 제어신호를 각 서보 앰프(servo amplifier)(29a∼29c)에 출력한다. 그리고, 각 서보 앰프(29a∼29c)에서 증폭된 구동신호는, 리니어 모터(18, 20, 24)에 공급되어 리니어 모터(18, 20, 24)가 구동된다.
또한, 투과형 검출장치(22)에서는, 후술하는 바와 같이 제1 스테이지(14)의 X, Y방향의 변위 및 θz방향의 경사각도를 검출할 수 있다. 따라서, 제어장치(28)에서는, 투과형 검출장치(22)에 의해 검출된 각 방향의 검출 데이터에 근거해서 제1 스테이지(14)가 기울지 않도록 리니어 모터(18, 20)를 고(高)정밀도로 병진 구동하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 투과형 표면(surface) 인코더로서 이용되는 투과형 검출장치(22)의 구성에 대해서 도 28을 참조하여 설명한다.
도 28에 나타낸 바와 같이, 투과형 검출장치(22)는, 제1 스테이지(14)의 이동방향으로 뻗어 형성된 투명체 각도격자(기준격자)(30)와, 투명체 각도격자(30)를 수직상태로 지지하는 투명기판(32)과, 투명체 각도격자(30)를 향해서 복수의 평행광을 발광하는 발광부(34)와, 투명체 각도격자(30)를 투과한 복수의 평행광을 수광하는 수광부(36)를 가진다.
투명기판(32)은, 투명한 유리판 등으로 이루어지고, 고정측이 되는 베이스(12)에 수직상태로 고정되어 있다. 그리고, 투명기판(32)의 표면에는, 투명체 각도격자(30)가 고착되어 있다. 투명체 각도격자(30) 및 투명기판(32)은, 투명재(透明材)에 의해 형성되어 있으므로, 발광부(34)로부터 조사된 광이 투과하는 성질을 가지고 있다.
또한, 투명체 각도격자(30)는, 도 29에 확대하여 나타낸 바와 같이 표면에 소정의 정현파 형상의 윤곽을 가지는 입체적인 오목곡면(凹曲面)과 볼록곡면(凸曲面)이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 검출면(30a)이 형성되어 있다. 이 검출면(30a)의 요철형상은, 예컨대, 금형을 대고 누름으로써 미세한 오목곡면, 볼록곡면을 균일, 또한 고(高)정밀도로 형성하는 것이 가능하게 된다.
발광부(34)는, 투명체 각도격자(30) 표면의 연직방향에 대향하도록 구비되어 있다. 또한, 수광부(36)는, 투명체 각도격자(30) 이면의 연직방향에 대향하도록 구비되어 있다. 그리고, 발광부(34) 및 수광부(36)는, 가동측이 되는 제1 스테이지(14)에 고정된 브래킷(미도시)에 의해 일체적으로 지지되어 있고, 또한 투명체 각도격자(30) 및 투명기판(32)을 통하여 똑바로 마주하도록 지지되어 있다.
그로 인해, 발광부(34) 및 수광부(36)는, 제1 스테이지(14)와 함께 Y방향으로 구동되면, 투명체 각도격자(30) 및 투명기판(32)에 대하여 이동하게 된다. 그 때, 발광부(34)로부터 발광된 복수의 평행광이 검출면(30a)의 오목곡면과 볼록곡면에 의해 굴절되어 투과해서 수광부(36)에 수광된다. 수광부(36)에는, 후술하는 바와 같이 발광부(34)로부터의 복수의 평행광을 수광하는 복수의 수광소자가 소정 간격으로 구비되어 있다. 그리고, 발광부(34)로부터의 광이 검출면(30a)의 오목곡면과 볼록곡면을 투과하는 위치에 따라 굴절율이 변화되어서 수광부(36)에서의 각 광의 수광 강도분포의 변화로부터 투명체 각도격자(30)에 대한 발광부(34) 및 수광부(36)의 이동량을 구하는 것이 가능하게 된다.
도 30은 도 28에 있어서 투과형 검출장치(22)의 구성을 X방향에서 본 구성 도이다.
도 30에 나타낸 바와 같이, 발광부(34)는, 예컨대, 레이저 다이오드로 이루어지는 광원(34a)으로부터의 광을 복수개(예컨대, n＝9개)의 평행광으로 분광하고 있고, 광원(34a)의 출사면(出射面)에는, 분광수단으로서의 그리드 패턴을 가지는 정방형의 분광판(38)이 장착되어 있다.
도 31은 분광판(38)의 그리드 패턴의 일례를 확대해서 나타낸 도면이다. 도 31에 나타낸 바와 같이, 분광판(38)은, X방향 및 Y방향의 2차원 평면에 9개의 미소개구(微小開口)(38A∼38I)가 소정 간격(LF)으로 격자 형상으로 형성되어 있다. 분광 판(38)은, 광원(34a)으로부터 조사된 광(40)을 미소개구(38A∼38I)에 의해, 9개의 광(421∼429)으로 분광하기 위한 것이다.
다만, 도 31에서는, 분광판(38)에 9개의 미소개구(38A∼38I)를 구비한 구성을 예로 들어서 설명하였지만, 미소개구의 배치수 및 간격에 대해서는, 임의로 설정할 수 있으며, 예컨대, 미소개구를 X방향 및 Y방향으로 10×10개 배치하는 것도 가능하다. 따라서, 분광판(38)에 의해 분광되는 광의 개수(바꿔 말하면, 수광부(36)에 조사되는 스폿 개수)는, 미소개구의 배치수를 선택함으로써 임의의 수로 설정할 수 있다.
미소개구(38A∼38I)는, 검출면(30a)에 형성된 오목곡면 및 볼록곡면의 설치 피치(F)와 동일 치수가 되도록 형성되어 있다. 또한, 분광판(38)의 미소개구(38A∼38I)를 통과한 9개의 광(421∼429)은, 평행광이 되어 투명체 각도격자(30)의 검출면(30a)에 조사되므로, 투명체 각도격자(30)의 설치 피치(F)와 등간격(또는 개구부(38A∼38I)를 통과할 때의 회절에 의해 설치 피치(F)의 정수배의 간격)으로 멀티 스폿이 생성된다.
또한, 투명체 각도격자(30)를 투과한 9개의 광(421∼429)은, 수광부(36)의 직전에 배치된 대물렌즈(44)에 의해 수광부(36)의 수광면(36a)에 집광된다.
도 32에 나타낸 바와 같이, 수광부(36)의 수광면(36a)에는, 투명체 각도격자(30)를 투과한 9개의 광(421∼429)을 수광하는 포토다이오드(51∼59)가 구비되어 있다.
다음으로, 도 32를 참조하여, 수광부(36)에 대해서 설명한다. 도 32 중에 파선(破線)으로 나타낸 동그라미 표시는, 각각의 포토다이오드(51∼59)에 도달한 광(421∼429)의 멀티 스폿을 나타내고 있다. 수광부(36)의 수광면(36a)에 구비된 포토다이오드(51∼59)는, 광(421∼429)의 수광강도에 따른 검출신호를 출력한다. 포토다이오드(51∼59) 중 수광면(36a)의 네 코너에 배치된 포토다이오드(51, 53, 57, 59)는, 한 쌍의 수광소자를 조합한 2분할 PD(포토다이오드)로 이루어지고, 수광면(36a)의 중앙에 배치된 포토다이오드(55)는 4개의 수광소자를 조합한 4분할 PD로 이루어진다.
수광면(36a)의 좌상에 배치된 2분할 PD(51)는, 삼각 형상으로 형성된 수광소자(51a, 5lb)가 1세트가 되어서 광(421)의 광강도를 검출하고, 우상의 코너부에 배치된 2분할 PD(53)는 삼각 형상으로 형성된 수광소자(53a, 53b)가 1세트가 되어서 광(423)의 광강도를 검출하고, 좌하의 코너부에 배치된 2분할 PD(57)는 삼각 형상으로 형성된 수광소자(57a, 57b)가 1세트가 되어서 광(427)의 광강도를 검출하고, 우하의 코너부에 배치된 2분할 PD(59)는 삼각 형상으로 형성된 수광소자(59a, 59b)가 1세트가 되어서 광(429)의 광강도를 검출한다.
또한, 수광면(36a)의 중앙에 배치된 4분할 PD(55)는, 4개의 수광소자(55a∼55d)가 X방향 및 Y방향으로 2열씩이 되도록 병설(竝設)되어 있고, 4개의 수광소자(55a∼55d)에 의해 중앙에 조사되는 광(425)의 광강도를 검출한다. 또한, 수광면(36a)의 4변의 중간에 배치된, 포토다이오드(52, 54, 56, 58)는, 각각 광(422, 424, 426, 428)의 광강도를 검출한다. 본 실시예에서는, 상기 9개의 포토다이오드(51∼59)를 가지는 수광부(36)에 의해 검출된 광(421∼429)의 강도분포의 변화에 따라, 제1 스테이지(14)의 위치 및 경사각도의 검출을 행한다.
이어서, 투과형 검출장치(22)의 시뮬레이션 결과에 대해서 설명한다.
투명체 각도격자(30)를 이용한 모델에서는, 투명체 각도격자(30)의 검출면(30a)의 표면형상은 수학식 8에 나타낸 바와 같이 2차원으로 정현파를 겹친 오목곡면과 볼록곡면으로 되어 있다.
Figure 112006078043495-pct00008
여기서, 투명체 각도격자 형상의 피치(Px, Py)는 수100㎛ 이하의 오더이고, 진폭(Ax, Ay)은 수100㎚ 이하의 오더이며, 이에 광을 입사하면 회절격자와 같은 역할을 한다. 그래서, 여기서는 검출장치(22)의 모델을 세움에 있어서 광을 파(波)로서 취급하여, 진폭, 위상을 계산함으로써 해석하였다. 즉, 여기서 이용하는 것은 기하(幾何)광학의 모델이 아니고 파동(波動)광학의 모델이다.
도 33에 나타낸 바와 같이, 투명체 각도격자(30)의 연직방향으로부터 거의 수직으로 광이 위치 (x, y)에 입사하는 것으로 한다. 이때, 면(Σ1)으로부터 면(Σ2)까지 진행하면, 광은 거리 2A-h(x, y)만큼 진행한 후, 투명체 각도격자(30) 내를 거리 h(x, y)만큼 진행하여 투명체 각도격자(30)를 투과한다. 투명체 각도격자(30) 의 굴절율을 n, 투명체 각도격자(30) 밖의 굴절율을 1이라 하면, 이 광이 면(Σ1)으로부터 면(Σ2)까지 진행하였을 때의 광로길이(L)는 수학식 9와 같이 표현된다.
Figure 112006078043495-pct00009
면(Σ1)으로부터 면(Σ2)까지 진행되었을 때 L만큼 광로길이가 있으므로, 그것에 파수(波數) k(＝2π/λ, λ: 광의 파장)를 곱한 kL만큼 위상이 늦어지게 된다. 따라서, 투명체 각도격자(30)가 가지는 위상함수 G(x, y)는, 하기의 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00010
상수항 e－ i2kA는 무시할 수 있으므로, G(x, y)는 수학식 11과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00011
투명체 각도격자(30)에 X방향, Y방향의 변위와 Z축둘레의 회전이 발생했을 때는, 수학식 11을 하기의 수학식 12와 같이 하여 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00012
이상이 투명체 각도격자(30) 모델의 시뮬레이션 결과이다.
이어서, 투명체 각도격자(30)를 이용한 투과형 검출장치(22)의 광학계에 대해서 설명한다.
도 30에 나타낸 바와 같이, 투과형 검출장치(22)의 광학계에 있어서, 레이저광원(LD)(34a)으로부터 나온 평행광(421∼429)은, 미소개구(微小開口)(38A∼38I)를 가지는 격자형상의 분광판(38)에 입사한다. 분광판(38)의 각 미소개구(38A∼38I)에서 회절된 광은, 서로 간섭하여, 투명체 각도격자(30) 상에서는 그리드 패턴의 개구 간격과 같은 간격으로 피크를 이루는 평행광(421∼429)(멀티 빔)이 생성된다. 평행광(421∼429)은, 투명체 각도격자(30)를 투과한 후, 대물렌즈(44)에 의해 수광부(36)의 수광면(36a)에 집광된다.
이 광학계의 수광부(36)의 수광면(36a) 상의 강도분포를 구하기 위해서, 여기서는, 광학계를 요소마다 나누고, 각각의 요소가 가지는 광파의 진폭항(振幅項)과 위상항(位相項)에 영향을 주는 함수를 이용한다. 이들 함수를 바탕으로 해서 ua, ua', …, ud의 순서로 계산해 가는 방법을 채용한다. 이 광학계는, 발광부(34), 분광판(38), 투명체 각도격자(30), 대물렌즈(44), 및 각 요소 간의 광파전 파공간으로 구성된다.
이들 함수에 대해서, 이하 순서대로 설명한다. 발광부(34)는, 그 강도분포가 가우시안 분포를 따르는 평행광(ua)을 발광하는 것이라고 가정한다. 즉, 평행광(ua)은 동일면 내에 위상이 가지런한 광파이다. 위상항(位相項)을 무시하고, 진폭항(振幅項)에 가우시안 분포식의 루트를 취한 값으로 한다. 발광부(34)의 함수는, 하기의 수학식 13과 같이 정의한다.
Figure 112006078043495-pct00013
분광판(38)은, 그리드 패턴의 각 미소개구(38A∼38I)에 입사한 광은 투과하지만, 그 이외의 광은 차단한다. 분광판(38)의 투과함수 g(x, y)는, 하기의 수학식 14로 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00014
투명체 각도격자(30)의 위상함수는, 상술한 바와 같다.
대물렌즈(44)는 평면파를 입사하면 구면파(球面波)로 만드는 작용이 있다. 대물렌즈(44)의 위상함수 L(x, y)는, 수학식 15로 표현된다.
Figure 112006078043495-pct00015
광의 공간의 전파는 프레넬(Fresnel) 회절의 식으로 생각할 수 있다. 면(Σ1)으로부터 나온 광은 거리(z)만큼 떨어진 면(Σ2)까지 전파한다. 이때, 프레넬 회절의 식은, 하기의 수학식 16으로 표현된다.
Figure 112006078043495-pct00016
여기서, u0(x0, y0)는 면(Σ1)에서의 파면(波面), u(x, y)는 면(Σ2)에서의 파면, i는 허수단위, λ는 광의 파장을 각각 나타낸다.
수학식 16은 중첩적분이고, 하기의 수학식 17과 같이 퓨리에(Fourier) 변환을 이용한 형태로 변형할 수 있다. 여기서, F[v(x, y)]는 v(x, y)의 퓨리에 변환을 나타내고, F－1[ω(x, y)]는 ω(x, y)의 역(逆)퓨리에 변환을 나타낸다.
Figure 112006078043495-pct00017
이상으로부터, 투과형 검출장치(22)의 모델을 정리하여, 수광부(36)의 수광면(36a)의 강도분포 I(x, y)를 구한다. 수광면(36a)의 강도분포 I(x, y)는, 하기의 수학식 18로 나타난다.
Figure 112008000989806-pct00018
수광부(36)의 수광면(36a)의 강도분포 I(x, y)의 시뮬레이션을 행하면, 도 34와 같은 결과가 얻어진다. 수학식 18에 따라서, 강도분포 I(x, y)를 계산한 결과를 도 34에 나타낸다.
다음으로, 4분할 PD(포토다이오드; 55)를 이용한 위치검출 방법에 대해서 설명한다.
투명체 각도격자(30)에 대한 X방향, Y방향의 변위에 대하여, 광(421∼429)의 스폿 강도는 각각 X방향, Y방향으로만 피크의 높이가 변화되는 것을 알 수 있었다. 이 원리를 이용해서 도 35에 나타낸 4분할 PD(55)를 이용해서 이들의 변위를 검출할 수 있다. 이하에 그 검출원리 및 시뮬레이션 결과를 설명한다.
4분할 PD(55)는, 상술한 바와 같이 4개의 수광소자(55a∼55d)를 X, Y방향으로 2열씩 조합시킨 것이며, 4개의 포토다이오드를 구비한 경우와 실질적으로 동일하다.
도 35에 있어서, X방향, Y방향의 센서출력을 SX, SY라 하면, 수광소자(55a∼55d)의 출력을 도 35에 나타낸 I1∼I4를 이용해서 각각 아래와 같이 정의한다.
Figure 112006078043495-pct00019
Figure 112006078043495-pct00020
또한, 도 36에 나타낸 바와 같이, 2개의 프로브(probe)를 이용함으로써, X, Y변위의 상대적인 위치관계로부터 θz방향의 회전각을 구할 수 있다.
여기서, 다소자(多素子)형 PD(포토다이오드)를 이용한 위치ㆍ자세 검출방법에 대해서 설명한다.
상기 4분할 PD(55)를 이용하는 검출방법과는 달리, 다소자형 PD를 이용해서 스폿의 피크 하나하나의 거동(擧動)을 검출함으로써 보다 많은 자유도를 검출하는 것이 가능하게 된다. 수광부(36)의 수광면(36a)(도 32 참조)에서는, XY방향으로 일정한 주기로 다수의 피크가 늘어서게 된다. 그 다수의 피크 중에서 중심의 9개의 피크에 대하여, 도 37에 나타낸 바와 같은 포토다이오드(51∼54, 56∼59)를 배치한다. 이 수광부(36)는, 수광면(36a)의 4변(邊)에 1소자의 포토다이오드(52, 54, 56, 58)가 배치되고, 수광면(36a)의 네 코너에는 정방형을 비스듬하게 자른 2분할 PD(51, 53, 57, 59)가 배치되어 있다. 이 다소자형 PD로 이루어지는 수광부(36)를 이용해서 위치ㆍ자세의 3자유도를 검출하는 방법을, 이하 순서대로 XY위치의 검출방법, θz의 검출방법에 대해서 서술한다.
우선, XY위치의 검출방법에 대해서 서술한다.
도 38(A)∼도 38(E)는 일례로서 도 28의 투과형 검출장치의 X방향의 변위를 검출하는 방법을 나타내고 있다. X방향으로 변위가 발생하면, 도 38(A)∼도 38(E)에 나타낸 바와 같이 포토다이오드(51∼54, 56∼59) 상에서 스폿의 피크가 X방향에 관해서만 높이분포가 변화된다. 수광부(36)의 X방향의 센서출력을 SX라 한다. 수광면(36a)의 X방향 두 변의 중간위치에 배치된 포토다이오드(54, 56)의 강도검출값(IX1, IX2)을 이용하여, 수광부(36)의 X방향의 센서출력(SX)은, 수학식 21의 계산으로부터 구해진다.
Y방향도 마찬가지로 해서 수광부(36)의 센서출력을 SY로 한다. 수광면(36a)의 Y방향 두 변의 중간위치에 배치된 포토다이오드(52, 58)의 강도검출값(IY1, IY2)을 이용하여, 수광부(36)의 센서출력(SY)은, 수학식 22의 계산으로부터 구해진다.
Figure 112006078043495-pct00021
Figure 112006078043495-pct00022
다음으로, Z축둘레의 θz방향의 검출방법에 대해서 설명한다.
θz회전이 발생하면, 광(421∼429)의 스폿 전체가 스폿 중심의 피크를 축으로 하여 같은 θz만큼 회전한다. 그래서 수광면(36a)의 네 코너에 배치된 2분할 PD(51, 53, 57, 59)의 8개의 수광소자를 사용해서 스폿의 강도변화를 검출함으로써 θz를 검출할 수 있다. 도 39(A)∼도 39(C)에 도 28의 투과형 검출장치의 XY위치 검출 방법의 검출원리를 나타낸다. 2분할 PD(51, 53, 57, 59)의 8개의 수광소자(51a, 5lb, 53a, 53b, 57a, 57b, 59a, 59b)의 출력을 (Iθz1, Iθz2, Iθz3, Iθz4, Iθz5, Iθz6, Iθz7, Iθz8)이라 하면, 수광부(36)의 θz방향의 출력 (Sθz)은, 하기의 수학식 23으로부터 구해진다.
Figure 112006078043495-pct00023
도 40은, 본 실시예의 투과형 검출장치의 광학계의 변형예를 나타낸다.
도 40에 나타낸 바와 같이, 투과형 검출장치(22)에 있어서의 기준격자는, 투명기판(32)의 표면 및 이면에 한 쌍의 투명체 각도격자(30)의 이면끼리를 등을 맞대도록 붙인 구성으로 하여도 좋다. 즉, 이 기준격자는, 투명기판(32)과, 투명기 판(32)의 표면에 설치되는 제1 기준격자(30)와, 제1 기준격자(30)와 180도의 방향이 되도록 투명기판(32)의 이면에 설치되는 제2 기준격자(30)를 구비한다. 이 기준격자를 투과형 검출장치(22)의 광학계에 이용함으로써, Z방향을 제외한 X방향과 Y방향의 위치 및 각 축둘레의 회전각(θx, θy, θz)의 검출신호를 얻는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 반사형 표면 인코더로서 이용되는 반사형 검출장치(70)의 구성에 대해서 도 41을 참조하여 설명한다.
도 41에 나타낸 바와 같이, 반사형 검출장치(70)는, 제1 스테이지(14)의 이동방향으로 뻗어 형성된 투명체 각도격자(기준격자)(30)와, 투명체 각도격자(30)를 수직상태로 지지하는 반사면(미러)(74a)이 형성된 기판(74)과, 투명체 각도격자(30)를 향해서 복수의 평행광을 발광하고, 반사면(74a)으로부터의 반사광을 수광하는 광센서 유닛(76)을 구비한다. 광센서 유닛(76)은, 복수의 평행광을 발광하는 발광부(미도시)와, 투명체 각도격자(30)를 투과해서 반사면(74a)에서 반사한 복수의 반사광을 수광하는 수광부(미도시)를 가진다.
반사형 검출장치(70)에서는, 투명체 각도격자(30)의 검출면(30a)에 대향하는 측에 광센서 유닛(76)을 구비하는 구성이므로, 상술한 도 28의 투과형 검출장치의 것보다도 투명체 각도격자(30)를 리니어 모터(18)에 근접하는 것이 가능하게 되어, 그만큼 리니어 모터(18)의 가까운 위치에서 X방향, Y방향 및 각 축둘레의 각도(θx, θy, θz)를 검출하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 반사형 검출장치(70)의 상태 검출의 원리에 대해서 설명한다.
도 42에 반사면(74a)에 붙인 투명체 각도격자(30)의 모델을 나타낸다. 투명체 각도격자(30)의 검출면(30a)의 형상은, 상술한 도 28의 투과형 검출장치와 마찬가지로 수학식 24에 나타낸 바와 같이 2차원으로 정현파를 겹친 것으로 되어 있다.
Figure 112006078043495-pct00024
여기서, 투명체 각도격자(30)의 표면 형상의 피치(Px, Py)는 수100㎛ 이하의 오더, 그리고 진폭(Ax, Ay)은 수100㎚ 이하의 오더이며, 이에 광을 입사하면 회절격자와 같은 역할을 한다. 그래서, 여기서는, 상술한 도 28의 투과형 검출장치와 마찬가지로 반사형 검출장치(70)의 모델을 세움에 있어서 광을 파(波)로서 취급하여, 진폭, 위상을 계산함으로써 해석하였다. 즉, 여기서 이용하는 것은 기하광학의 모델이 아니고 파동광학의 모델이다.
또한, 이하의 설명에서는, 도 42와 같이 투명체 각도격자(30)의 연직방향으로부터 광이 위치(x, y)에 입사하는 것으로 한다. 이때, 면(Σ)으로부터 기판(74)의 반사면(74a)까지 진행할 때, 광은 거리 2A－h(x, y)만큼 진행한 후, 투명체 각도격자(30) 내에 입사하여, 거리 h(x, y)만큼 진행한다. 그리고, 반사면(74a)에 의해 반사된 광은, 재차 같은 광로를 따라 가서, 면(Σ)까지 진행한다.
또한, 광이 반사면(74a)에서 반사되는 곳에서 그대로 투과하도록 가상(假想)한 모델을 도 43에 나타낸다. 이때, 투명체 각도격자(30)의 굴절율을 n, 투명체 각 도격자(30) 밖의 굴절율을 1이라 하면, 이 광이 면(Σ)으로부터 입사하여, 재차 면(Σ)(도 43에서는 Σ')까지 진행할 때의 광로길이(L)는, 수학식 25와 같이 표현된다.
Figure 112006078043495-pct00025
광이 면(Σ)으로부터 재차 면(Σ)까지 진행했을 때 L만큼 광로길이가 있으므로, 그것에 파수 k(＝2π/λ, λ: 광의 파장)를 곱한 kL만큼 위상이 늦어지게 되다. 따라서, 투명체 각도격자(30)가 가지는 위상함수 Gr(x, y)는, 하기의 수학식 26과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00026
상수항 e－ i4kA는 무시할 수 있으므로, Gr(x, y)는 수학식 27과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00027
투명체 각도격자(30)에 X방향, Y방향의 변위와 X, Y, Z축둘레의 회전이 발생했을 때는, 수학식 27을 하기의 수학식 28과 같이 하여 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00028
이상이 반사면(74a)에 붙인 투명체 각도격자(30)의 모델이다.
도 44는 도 41의 반사형 검출장치(70)의 광학계의 구성을 나타낸다. 다만, 도 44에 있어서, 상술한 도 28의 투과형 검출장치와 동일 부분에는 동일 부호를 붙인다.
광센서 유닛(76)은, 발광부(34)와 수광부(36)를 가지는 구성이므로, 발광부(34)와 수광부(36)를 별개로 구비하는 것보다도 장치 전체를 소형화하는 것이 가능하게 된다. 발광부(34)의 레이저광원(LD)(34a)으로부터 나온 평행광(40)은, 미소개구(微小開口)가 2차원으로 일정 주기로 늘어선 그리드 패턴을 가지는 분광판(38)에 입사한다.
분광판(38)에 있어서, 그리드 패턴의 각 미소개구(38A∼38I)에서 회절된 광은, 서로 간섭하여, 편향 빔 스플리터(PBS)(78)와 1/4파장판(80)을 투과한다. 그리고, 투명체 각도격자(30) 상에서는, 그리드 패턴의 개구 간격과 같은 간격으로 피크를 이루는 9개의 평행광(421∼429)이 생성된다.
또한, 투명체 각도격자(30)를 투과해서 반사면(74a)에서 반사되어 재차 투명체 각도격자(30)를 투과한 후, 편향 빔 스플리터(78)에서 90도의 방향으로 반사되어, 대물렌즈(44)에 의해 수광부(36)의 수광면(36a) 상에 집광된다.
상술한 도 28의 투과형 검출장치에서 서술한 방법과 마찬가지로, 반사형 검출장치(70)의 모델을 정리하여, 수광부(36)의 수광면(36a) 상의 강도분포 I(x, y)를 구한다. 이 실시예에 있어서의 수광면(36a)의 강도분포 I(x, y)는, 하기의 수학식 29로 나타난다.
Figure 112006078043495-pct00029
다음으로, 반사면 각도격자를 이용한 반사형 검출장치(90)의 구성에 대해서 도 45를 참조하여 설명한다.
도 45에 나타낸 바와 같이, 반사형 검출장치(90)는, 제1 스테이지(14)의 이동방향으로 뻗어 형성된 반사면 각도격자(기준격자)(92)와, 반사면 각도격자(92)를 수직상태로 지지하는 기판(94)과, 반사면 각도격자(92)를 향해서 복수의 평행광을 발광하고, 반사광을 수광하는 광센서 유닛(76)을 구비한다. 반사면 각도격자(92)는, 검출면(92a)의 표면에 광을 반사하는 반사막이 형성되어 있다. 광센서 유닛(76)은, 복수의 평행광을 발광하는 발광부(미도시)와, 반사면 각도격자(92)의 검출면(92a)에서 반사한 복수의 반사광을 수광하는 수광부(미도시)를 가진다.
반사형 검출장치(90)에서는, 반사면 각도격자(92)의 검출면(92a)에 대향하는 측에 광센서 유닛(76)을 구비하는 구성이므로, 상술한 도 28의 투과형 검출장치의 것보다도 반사면 각도격자(92)를 리니어 모터(18)에 근접시키는 것이 가능하게 되어, 그만큼 리니어 모터(18)의 가까운 위치에서 X방향, Y방향 및 각 축둘레의 각도(θx, θy, θz)를 검출하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 반사형 검출장치(90)의 상태 검출의 원리에 대해서 설명한다.
도 46은 반사면 각도격자(92)의 모델을 나타낸다. 반사면 각도격자(92)의 형상은, 상술한 도 28의 투과형 검출장치와 마찬가지로 수학식 30에 나타낸 바와 같이 2차원으로 정현파를 겹친 것으로 되어 있다.
Figure 112006078043495-pct00030
여기서, 반사면 각도격자(92)의 표면 형상의 피치(Px, Py)는 수100㎛ 이하의 오더, 그리고 진폭(Ax, Ay)는 수100㎚ 이하의 오더이며, 이에 광을 입사하면 회절격자와 같은 역할을 한다. 그래서, 여기서는 인코더의 모델을 세움에 있어서 광을 파(波)로서 취급하여, 진폭, 위상을 계산함으로써 해석하였다. 즉, 여기서 이용하는 것은 기하광학의 모델이 아니고 파동광학의 모델이다.
도 46과 같이 반사면 각도격자(92)의 윗쪽으로부터 수직으로 광이 위치(x, y)에 입사하는 것으로 한다. 이때, 광은 면(Σ)으로부터 거리 2A－h(x, y)만큼 진행한 후, 반사면 각도격자(92)의 검출면(82a)에 형성된 반사막에 의해 반사된다. 또한, 광이 면(Σ)으로부터 입사하여, 재차 면(Σ)(도 2에서는 Σ')까지 진행할 때의 광로길이(L)는, 수학식 31과 같이 표현된다.
Figure 112006078043495-pct00031
면(Σ)으로부터 재차 면(Σ)까지 진행했을 때 L만큼 광로길이가 있으므로, 거기에 파수 k(＝2π/λ, λ: 광의 파장)를 곱한 kL만큼 위상이 늦어지게 된다. 따라서, 반사면 각도격자(92)가 가지는 위상함수 Gr(x, y)는, 이하의 수학식 32와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00032
상수항 e－ i4kA는 무시할 수 있으므로, Gr(x, y)는 수학식 33과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00033
반사면 각도격자(92)에 X방향, Y방향의 변위와 X, Y, Z축둘레의 회전이 발생했을 때는 수학식 33을 이하의 수학식 34와 같이 하여 표현할 수 있다.
Figure 112006078043495-pct00034
이상, 반사면 각도격자(92)의 모델에 대해서 설명했다.
다음으로, 상기 반사면 각도격자(92)를 이용한 반사형 검출장치(90)에 대해서 설명한다.
도 47은 도 45의 반사형 검출장치(반사형 표면 인코더)의 광학계의 구성을 나타낸다. 다만, 도 47에 있어서, 상술한 도 41의 반사형 검출장치와 동일 부분에는 동일 부호를 붙인다.
도 47에 나타낸 바와 같이, 광센서 유닛(76)은, 발광부(34)와 수광부(36)를 가지는 구성이므로, 발광부(34)와 수광부(36)를 별개로 구비하는 것보다도 장치 전체를 소형화하는 것이 가능하게 된다. 발광부(34)의 레이저광원(LD)(34a)으로부터 나온 평행광(40)은, 미소개구가 2차원으로 일정 주기로 늘어선 그리드 패턴을 가지는 분광판(38)에 입사한다.
분광판(38)에 있어서, 그리드 패턴의 각 미소개구(38A∼38I)에서 회절된 광은, 서로 간섭하여, 편향 빔 스플리터(PBS)(78)와 1/4파장판(80)을 투과한다. 그리고, 투명체 각도격자(30) 상에서는, 그리드 패턴의 개구 간격과 같은 간격으로 피크를 이루는 9개의 평행광(421∼429)이 생성된다.
또한, 반사면 각도격자(92) 검출면(92a)의 반사막에서 반사되고, 편향 빔 스플리터(78)에서 90도의 방향으로 반사되어, 대물렌즈(44)에 의해 수광부(36)의 수광면(36a) 상에 집광된다.
상술한 도 28의 투과형 검출장치에서 서술한 방법과 마찬가지로, 반사형 검출장치(90)의 모델을 정리하여, 수광부(36)의 수광면(36a)의 강도분포 I(x, y)를 구한다. 이 실시예에 있어서의 수광면(36a)의 강도분포 I(x, y)는, 하기의 수학식 35로 표현된다.
Figure 112006078043495-pct00035
도 48은 본 발명의 일실시예에 의한 반사형 검출장치에 이용하는 광센서 유닛(100)의 구성을 나타낸 도면이다. 다만, 도 48에 있어서, 상술한 도 44의 광센서 유닛(76)과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
도 48에 나타낸 바와 같이, 광센서 유닛(100)은, 발광부(34)와 수광부(36)를 가지고 있고, 발광부(34)의 레이저광원(LD)(34a)으로부터 나온 평행광(40)은, 분광수단으로서 기능하는 투명체 각도격자(102)의 입사면(102a)에 입사한다.
투명체 각도격자(102)의 입사면(102a)은, 상술한 투명체 각도격자(30)의 검 출면(30a)과 마찬가지의 형상으로 구성되어 있다. 즉, 입사면(102a)에는, 표면에 소정의 정현파 형상의 윤곽을 가지는 입체적인 오목곡면과 볼록곡면이 2차원 방향으로 번갈아 형성되어 있다. 이 입사면(102a)의 요철형상은, 상술한 투명체 각도격자(30)와 마찬가지의 방법으로 미세한 오목곡면, 볼록곡면이 균일, 또한 고정밀도로 형성된다.
발광부(34)는, 투명체 각도격자(102)의 입사면(102a)에 대하여 연직방향으로부터 대향하도록 구비되어 있다. 발광부(34)로부터 출사된 평행광(40)은, 입사면(102a) 전체에 조사되므로, 입사면(102a)의 오목곡면 및 볼록곡면이 미세한 렌즈로서 기능함으로써, 오목곡면에서 확산한 광과 볼록곡면에서 집속한 광이 서로 겹친 복수의 광으로 분광된다. 이때의 분광된 광의 수나 피치는, 오목곡면 및 볼록곡면의 곡률반경에 의해 선택적으로 설정하는 것이 가능하다.
따라서, 상술한 분광판(38) 대신에 투명체 각도격자(102)를 분광수단으로서 이용함으로써 분광판(38)보다도 정밀한 분광이 가능하게 된다.
투명체 각도격자(102)에 의해 분광된 광은, 편향 빔 스플리터(PBS)(78)와 1/4파장판(80)을 투과한다. 그리고, 투명체 각도격자(30) 상에서는, 소정 간격으로 피크를 이루는 평행광(421∼42n)이 생성된다.
또한, 투명체 각도격자(30)를 투과해서 반사면(74a)에서 반사되어 재차 투명체 각도격자(30)를 투과한 후, 편향 빔 스플리터(78)에서 90도의 방향으로 반사되어, 대물렌즈(44)에 의해 수광부(36)의 수광면(36a) 상에 집광된다.
또한, 수광부(36)의 수광소자에 다소자(多素子)형 PD(도 32 참조)나 CCD 소자를 이용함으로써, XY위치 이외에 피칭, 롤링, 요잉 등의 각 축둘레의 회전운동에 의한 경사 자세도 계측하는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상술하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위내에 있어서, 다양한 변형ㆍ변경이 가능하다.
본 발명은, 제조하기 쉬운 형상의 기준격자를 이용하여, 스테이지의 5가지의 자유도 상태의 검출을 용이하게 행할 수 있으며, 또한 검출의 정밀도를 향상할 수 있는 검출장치 및 스테이지장치에 적용할 수 있다.
상기 실시예에서는, 스테이지의 위치를 검출하는 검출장치를 일례로서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 기타 가동(可動)체의 이동위치 및 이동에 따르는 상태(경사)를 검출할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 검출장치로서는, 예컨대, 리니어 인코더 이외에 로터리 인코더에도 적용하는 것도 가능하며, 더 나아가서는, 스테이지장치 이외의 것으로서는 하드디스크 장치나 디지털ㆍ비디오ㆍ디스크 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 마우스 등의 퍼스널 컴퓨터의 입력장치나 컴퓨터 게임 장치의 입력장치에도 적용하는 것이 가능하다.
또한, 물류관계의 대상물 정보(예컨대, 하물(荷物)의 위치정보)나 상품의 2차원 바코드의 검출장치에도 응용할 수 있으므로, IC 태그(tag)와 동등한 고밀도 광 태그로의 응용도 가능하다.

Claims (19)

  1. 기준격자와, 상기 기준격자에 대하여 이동가능하게 구비되고, 상기 기준격자의 연직방향으로부터 상기 기준격자를 향해서 복수의 평행광을 발광하는 발광부와, 상기 기준격자를 경유하여 오는 상기 복수의 평행광을 수광하는 수광소자를 가지는 수광부를 가지고, 상기 기준격자에 대한 이동량 및 회전량을 검출하는 검출장치에 있어서,
    상기 기준격자는, 표면에 소정의 형상을 가지는 오목곡면(凹曲面)과 볼록곡면(凸曲面)이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 검출면을 가지고,
    상기 발광부는, (1) 상기 기준격자를 향해서 광을 조사하는 광원과, (2) 복수의 개구부를 가지고, 상기 복수의 개구부에 의해 상기 광원으로부터 조사된 광을 복수의 광으로 분광하는 분광수단을 가지며,
    상기 수광부는, 상기 기준격자의 검출면으로부터 반사된 복수의 반사광을 일괄하여 수광하는 수광소자를 가지고, 이 수광소자가 수광하는 상기 복수의 반사광의 변화에 근거하여, 상기 기준격자에 대한 이동량 및 회전량을 검출하는 검출수단을 구비하도록 구성됨을 특징으로 하는 검출장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수광소자는, 복수의 포토다이오드에 의해 구성되어 있고,
    상기 복수의 반사광을 수광하는 상기 검출수단의 면(面)과 평행한 수평면을 형성하는 서로 직각인 두 축을 X축 및 Y축이라고 할 때, 상기 검출수단의 면 중앙에, 상기 X축을 회전축으로 하는 회전이동에 따른 상태의 검출, 및 상기 Y축을 회전축으로 하는 회전이동에 따른 상태의 검출을 행하기 위한 4개의 포토다이오드를 적어도 가지는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 반사광을 수광하는 상기 검출수단의 면(面)은 사각형으로 이루어지고,
    상기 검출수단의 면과 평행한 수평면을 형성하는 서로 직각인 두 축을 X축 및 Y축이라고 할 때, 상기 검출수단의 면의 네 코너에, 상기 X축 및 Y축이 이루는 면에 법선 방향인 Z축을 회전축으로 하는 회전이동에 따른 상태의 검출을 행하기 위한 2개 1조로 이루어진 포토다이오드를 적어도 가지는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수광소자에는, 전하결합소자(CCD)를 이용하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 반사광을 수광하는 상기 검출수단의 면(面)과 평행한 수평면을 형성하는 서로 직각인 두 축을 X축 및 Y축이라고 할 때, 상기 기준격자는, 상기 오목곡면과 볼록곡면이 상기 X축 방향으로도 반복되고, 또한 상기 Y축 방향으로도 반복되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  6. 기준격자와, 상기 기준격자에 대하여 이동가능하게 구비되고, 상기 기준격자의 연직방향으로부터 상기 기준격자를 향해서 복수의 평행광을 발광하는 발광부와, 상기 기준격자를 경유하여 오는 상기 복수의 평행광을 수광하는 수광소자를 가지는 수광부를 가지고, 상기 기준격자에 대한 이동량 및 회전량을 검출하는 검출장치에 있어서,
    상기 기준격자는, 표면에 소정의 형상을 가지는 오목곡면(凹曲面)과 볼록곡면(凸曲面)이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 검출면을 가지고,
    상기 수광부는, 상기 발광부와 일체적으로 이동하도록 구비되고, 상기 기준격자를 투과한 상기 복수의 평행광을 수광하는 복수의 수광소자를 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 검출장치.
  7. 기준격자와, 상기 기준격자에 대하여 이동가능하게 구비되고, 상기 기준격자의 연직방향으로부터 상기 기준격자를 향해서 복수의 평행광을 발광하는 발광부와, 상기 기준격자를 경유하여 오는 상기 복수의 평행광을 수광하는 수광소자를 가지는 수광부를 가지고, 상기 기준격자에 대한 이동량 및 회전량을 검출하는 검출장치에 있어서,
    상기 기준격자는, 표면에 소정의 형상을 가지는 오목곡면(凹曲面)과 볼록곡면(凸曲面)이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 검출면과, 상기 검출면의 이면에 형성된 반사면을 가지고,
    상기 수광부는, 상기 발광부와 일체적으로 이동하도록 구비되고, 상기 반사면으로부터 반사된 상기 복수의 평행광을 수광하는 복수의 수광소자를 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 검출장치.
  8. 기준격자와, 상기 기준격자에 대하여 이동가능하게 구비되고, 상기 기준격자의 연직방향으로부터 상기 기준격자를 향해서 복수의 평행광을 발광하는 발광부와, 상기 기준격자를 경유하여 오는 상기 복수의 평행광을 수광하는 수광소자를 가지는 수광부를 가지고, 상기 기준격자에 대한 이동량 및 회전량을 검출하는 검출장치에 있어서,
    상기 기준격자는, 표면에 소정의 형상을 가지는 오목곡면(凹曲面)과 볼록곡면(凸曲面)이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 검출면과, 상기 검출면에 형성된 반사면을 가지고,
    상기 수광부는, 상기 발광부와 일체적으로 이동하도록 구비되고, 상기 반사면으로부터 반사된 상기 복수의 평행광을 수광하는 복수의 수광소자를 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 검출장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 발광부는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 복수의 평행광으로 분광하는 분광수단을 가지는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분광수단은, 소정의 형상을 가지는 오목곡면과 볼록곡면이 2차원 방향으로 번갈아 형성된 입사면을 가지는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 수광부는, 상기 복수의 평행광보다도 많은 개수의 수광소자를 가지고 있고, 하나의 평행광에 대하여 적어도 1개의 수광소자를 설치하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 수광소자에서 수광된 상기 복수의 평행광의 광강도(光强度)에 따른 검출신호가 입력되고, 각 광강도분포의 변화로부터 상기 기준격자에 대한 상기 발광부의 상대적인 이동량을 연산하는 연산수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 연산수단은, 상기 복수의 수광소자에서 수광된 상기 복수의 평행광의 광강도분포의 변화에 근거하여 상기 검출면에 대한 상기 발광부 및 수광부의 상대적인 경사각도를 연산하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  14. 청구항 6에 있어서,
    상기 기준격자는, 투명기판과, 상기 투명기판의 표면에 설치되는 제1 기준격자와, 상기 제1 기준격자와 180도의 방향이 되도록 상기 투명기판의 이면에 설치되는 제2 기준격자를 구비하는 것을 특징으로 하는 검출장치.
  15. 베이스와, 상기 베이스 상을 이동하는 스테이지와, 상기 스테이지를 구동시키는 모터와, 상기 스테이지를 상기 베이스에 대하여 부상(浮上)시키는 부상장치와, 상기 스테이지의 상태를 검출하는 검출장치를 구비하는 스테이지장치로서,
    상기 검출장치는, 청구항 1 또는 청구항 6 또는 청구항 7 또는 청구항 8에 기재된 검출장치임을 특징으로 하는 스테이지장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 모터에는 평면 모터를 이용하고, 상기 부상장치에는 에어 베어링을 이용하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  17. 베이스와, 상기 베이스에 대하여 이동가능하게 설치되는 스테이지와, 상기 스테이지에 구동력을 부여하는 구동수단과, 상기 스테이지의 이동을 검출하는 검출장치와, 상기 검출장치의 검출결과에 따라서 상기 스테이지가 소정 속도로 이동하도록 상기 구동수단을 제어하는 제어수단을 구비하는 스테이지장치로서,
    상기 검출장치는, 청구항 1 또는 청구항 6 또는 청구항 7 또는 청구항 8에 기재된 검출장치임을 특징으로 하는 스테이지장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 구동수단은 한 쌍의 리니어 모터이며, 상기 제어수단은 상기 한 쌍의 리니어 모터를 병진(竝進) 구동하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 검출장치를 상기 리니어 모터의 근방에 설치하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
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