KR20110133788A - 바미러 장치 - Google Patents

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KR20110133788A
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Abstract

본 발명은 스테이지에 설치되는 바미러의 자세를 용이하게 정렬하고 응력 집중을 줄일 수 있는 바미러 장치에 관한 것으로, 상기 바미러와 결합되어 상기 스테이지에 고정됨으로써 상기 바미러가 상기 스테이지에 설치되도록 하고 상기 바미러에 집중되는 응력을 분산시키도록 형성된 적어도 하나의 힌지구조물을 포함한다.

Description

바미러 장치{Bar Mirror device}
본 발명은 노광 장치, 검사 장치 및 측정 장치 등 간섭계를 이용하여 스테이지를 구동하는 장치 또는 바 형태의 광학계를 사용하는 장치에 관한 것이다.
간섭계를 이용하여 스테이지를 제어하는 시스템은 스테이지 상의 가장자리에 직교되게 설치되는 바미러와 스테이지 밖에 배치된 간섭계를 이용하여 스테이지의 위치를 측정하는 측정 시스템을 이용한다.
도 1을 참조하면 간섭계(5,6)에서 조사되고 바미러(1,2)의 반사면에서 반사되는 레이저광(7)을 이용하여 스테이지(3)의 위치를 측정함으로써 시스템 베이스(4) 상의 스테이지(3)의 움직임을 제어한다.
따라서, 스테이지의 구동 방향은 바미러가 설치된 자세에 의하여 결정된다. 스테이지의 구동이 바미러를 기준으로 제어되기 때문에 바미러가 비스듬하게 설치되면 스테이지도 비스듬하게 움직이게 된다. 그러므로 바미러 설치 시 자세 정렬이 중요하다.
또한, 바미러의 형상이 스테이지의 구동 특성을 결정한다. 바미러의 반사면의 굴곡은 바미러를 스테이지에 설치하면서 발생하는 응력에 의하여 생길 수 있다. 그러므로 바미러의 굴곡 발생을 줄이기 위해서는 설치 시 바미러에 가해지는 응력을 줄이는 것이 필요하다.
도 2에서와 같이 일반적인 바미러(8)의 고정법은 스테이지(도 1 참조)에 고정되어 있는 기준면(9)과 홀더(10) 사이로 바미러(8)를 밀어서 맞추는 방식이다.
그러나, 이렇게 스테이지에 고정된 기준면을 사용할 경우 바미러의 자세가 기준면과 홀더에 의하여 결정되기 때문에 자세 수정이 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 기준면의 오차나 변형 또는 바미러 반사면의 미세한 경사나 굴곡으로 인해 자세 재정렬이 필요한 경우 보정을 하기가 곤란하다. 또한, 바미러를 설치할 때 바미러를 미는 힘에 의하여 응력이 발생하여 변형이 생길 수 있다는 문제점이 있다. 스테이지 구동시에도 가속도에 의한 힘이 작용하므로 응력이 발생할 수 있다.
이에, 본 발명은 간섭계와 바미러를 이용하여 스테이지를 제어하는 시스템에서 바미러의 자세 정렬을 용이하게 하고 바미러에 발생하는 응력을 분산시키는 바미러 장치를 제공하려는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면 스테이지 외부의 간섭계를 이용하여 상기 스테이지의 위치를 측정하도록 상기 스테이지 상에 서로 직교하게 바미러가 설치되는 장치에 있어서, 바미러 장치는 상기 바미러와 결합되어 상기 스테이지에 고정됨으로써 상기 바미러가 상기 스테이지에 설치되도록 하고 상기 바미러에 집중되는 응력을 분산시키도록 형성된 적어도 하나의 힌지구조물을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 바미러 장치는 바람직하게는 앞뒤좌우 방향으로 변형이 가능하게 형성된 제1힌지구조물과 제3힌지구조물; 및 상하 방향으로 변형이 가능하게 형성된 제2힌지구조물; 을 포함하고, 상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물은 상기 바미러와 상기 바미러의 길이 방향 양측에 결합되고, 상기 제2힌지구조물은 상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물 사이에 배치된다.
여기서 상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물은 상기 바미러와 결합되도록 마련된 바미러결합부; 상기 바미러결합부와 연결되고 응력이 작용하면 좌우 방향으로 휘어지도록 상기 바미러와 수직하게 형성된 좌우벤딩부; 상기 좌우벤딩부와 연결되고 상기 스테이지에 고정되도록 마련되며 응력이 작용하면 앞뒤 방향으로 변형이 가능한 앞뒤변형부; 를 포함한다.
또한, 상기 앞뒤변형부는 외측면으로부터 내부로 파여있는 절개부로써 고정부와 가변부 및 상기 고정부와 가변부를 연결하는 힌지부로 구획되고, 상기 좌우벤딩부는 상기 가변부와 연결된다.
또한, 상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물의 고정부를 상기 스테이지에 고정하고 상기 제1,제2 및 제3힌지구조물에 결합된 바미러를 앞뒤 방향으로 정렬하는 경우 상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물의 가변부가 각각 상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물의 힌지부를 중심으로 앞뒤 방향으로 회동한다.
한편, 상기 제2힌지구조물은 상기 바미러와 결합되도록 마련된 바미러결합부; 상기 바미러결합부와 연결되고 응력이 작용하면 상하 방향으로 휘어지도록 상기 바미러와 수평하게 형성된 상하벤딩부; 및 상기 상하벤딩부와 연결되고 상기 스테이지에 고정되도록 마련된 지지대결합부; 를 포함한다.
바람직하게는 본 발명의 기술적 사상에 의한 바미러 장치는 상기 바미러와 결합된 상기 제1,제2 및 제3힌지구조물 중 적어도 어느 하나에 연결되고 상기 스테이지에 고정되어 상기 바미러를 정렬시키는 리니어 스테이지를 더 포함한다.
또한, 상기 스테이지의 구동시 상기 바미러의 진동을 방지하도록 상기 바미러와 상기 스테이지 사이에 삽입되는 완충제를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바미러 장치에 의하면, 간섭계를 사용하는 구동 시스템에서 바미러를 쉽게 정렬할 수 있고 바미러 설치 시 또는 스테이지 구동 시 바미러에 발생하는 응력을 줄일 수 있다. 더불어 바미러의 진동은 완충제를 설치함으로써 줄일 수 있다. 이를 통하여 간섭계를 사용하는 스테이지의 안정성을 증진시킬 수 있다. 이외에도 바 type의 광학계를 사용하는 시스템에서 본 발명을 응용하여 광학계 기구를 제작할 수 있다.
도 1은 간섭계를 사용하는 스테이지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 바미러 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바미러 장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1힌지구조물의 구조 및 제1힌지구조물이 지지대에 체결되는 과정을 설명하기 위한 도면이다(바미러는 점선으로 도시함).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2힌지구조물의 구조 및 제2힌지구조물이 지지대에 체결되는 과정을 설명하기 위한 도면이다(바미러는 점선으로 도시함).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바미러 장치를 나타낸 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바미러 장치를 나타낸 평면도이다(바미러는 생략함).
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바미러 장치를 나타낸 정면도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바미러 장치를 나타낸 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1힌지구조물의 구조 및 제1힌지구조물이 지지대에 체결되는 과정을 설명하기 위한 도면이며 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2힌지구조물의 구조 및 제2힌지구조물이 지지대에 체결되는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 바미러 장치를 나타낸 정면도 및 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바미러 장치는 도 3에서 보듯이 상면 일측과 중앙에 지지대(13,14)가 설치되고 타측에 리니어 스테이지(15)가 설치된 직육면체 막대 형상의 바미러베이스(12)와 바미러(11)와 본딩 결합되고 각각 지지대(13,14)와 리니어 스테이지(15)에 볼트 결합되는 제1,제2 및 제3힌지구조물(20,40,50)로 구성된다. 여기에서 바미러베이스(12)는 스테이지(도 1 참조) 상의 외곽에 설치되어 고정된다.
도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바미러(11) 장치의 구조에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선 제1힌지구조물(20)은 바미러결합부(23), 앞뒤변형부(21) 및 좌우벤딩부(22)를 포함하여 구성된다. 바미러결합부(23)를 통해 바미러(11)는 제1힌지구조물(20)과 본딩 결합되며, 앞뒤변형부(21)는 지지대(13)과 제1힌지구조물(20)이 체결볼트(31)에 의하여 체결될 수 있도록 복수 개의 고정부체결공(29) 및 가변부체결공(30)을 갖는다. 좌우벤딩부(22)는 바미러결합부(23)와 앞뒤변형부(21)에 볼트 결합되어 바미러결합부(23)와 앞뒤변형부(21)를 연결하는 얇은 판 형상으로 형성된다.
제1힌지구조물(20)의 앞뒤변형부(21)에 대해 자세히 설명하면, 앞뒤변형부(21)는 상대적으로 바깥쪽에 위치하는 고정부(24)와 안쪽에 위치하는 가변부(25)로 구획되고, 좌우벤딩부(22)는 가변부(25)와 연결되어 있다. 고정부(24)와 가변부(25)는 각각 지지대(13)에 볼트 결합될 수 있도록 복수 개의 고정부체결공(29)과 가변부체결공(30)이 형성된다. 또한, 고정부체결공(29)와 가변부체결공(30)에 대응되어 체결볼트가(31) 체결될 수 있도록 지지대(13)에는 복수 개의 고정부체결홈(16)과 가변부체결홈(17)이 형성된다. 이때 가변부체결홈(17)은 가변부(25)가 앞뒤방향으로 어느 정도 이동한 후에도 가변부체결공(30)과 체결될 수 있도록 대략 0.5mm의 충분한 공차를 갖는다.
앞뒤변형부(21)에는 가변부체결공(30)를 중심으로 대칭되는 2개의 절개부(27,28)가 외측면으로부터 내부로 파여 있고 고정부(24)와 가변부(25)는 힌지부(26)에 의하여 가운데 부분만 연결되고 나머지 부분은 분리되어 있어서 고정부(24)가 고정이 되어 있는 경우 가변부(25)는 힌지부(26)를 중심으로 회동이 가능하다. 즉, 고정부체결공(29)과 고정부체결홈(16)을 체결하여 고정부(24)를 지지대(13)에 고정한 후에도 가변부(25)는 힌지부(26)를 중심으로 앞뒤방향으로 어느 정도 회동될 수 있다.
특히, 힌지부(26)는 바미러결합부(23)에 바미러(11)가 본딩 결합되고 고정부(24)가 지지대에 고정되어 있는 상태에서 바미러(11)에 앞뒤방향의 힘이 작용하는 경우에 바미러(11)가 변형되는 대신에 가변부(25)가 힌지부(26)를 중심으로 회동되도록 마련된다.
또한, 제1힌지구조물(20)의 좌우벤딩부(22)도 바미러(11)가 바미러결합부(23)에 결합된 상태에서 바미러(11)에 좌우방향으로 힘이 작용하는 경우에 바미러(11)가 인장되거나 압축되는 대신에 좌우벤딩부(22)가 좌우로 휠 수 있도록 마련된다.
제2힌지구조물(40)은 바미러결합부(43), 지지대결합부(42) 및 상하벤딩부(41)를 포함하여 구성된다. 바미러결합부(43)를 통해 바미러(11)는 제2힌지구조물(40)과 본딩 결합되며, 지지대결합부(42)는 지지대(14)와 제2힌지구조물(40)이 결합될 수 있도록 복수 개의 체결공(44)을 갖는다. 상하벤딩부(41)는 바미러결합부(43)와 지지대결합부(42)에 볼트 결합되어 바미러결합부(43)와 지지대결합부(42)를 연결하는 얇은 판 형상으로 형성된다.
지지대(14)에는 지지대결합부(42)에 형성된 복수 개의 체결공(44)과 체결볼트(45)를 통해 체결될 수 있도록 대응되는 위치에 복수 개의 체결홈(18)이 형성된다.
상하벤딩부(41)는 바미러(11)에 상하방향으로 힘이 작용하는 경우에 그 힘이 상하벤딩부(41)로 분산되고 바미러(11) 대신에 상하벤딩부(41)가 굽혀짐으로써 바미러(11)의 변형을 방지할 수 있도록 마련된다.
제3힌지구조물(50)은 그 구조가 제1힌지구조물(20)과 동일하므로 설명을 생략한다. 다만, 제3힌지구조물(50)은 지지대(13,14) 대신에 리니어 스테이지(15) 위에 설치된다. 리니어 스테이지(15)는 바미러베이스(12)에 고정되어서 제3힌지구조물(50) 및 제3힌지구조물(50)에 결합된 바미러(11)를 미세하게 조정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바미러 설치 장치를 나타낸 정면도이다.
상기와 같은 제1,제2 및 제3힌지구조물(20,40,50)의 강성이 부족한 경우 구동 시 진동이 발생할 수 있다. 이 경우 도 8에서와 같이 바미러(11)와 바미러베이스(12) 사이에 우레탄 소재로 형성된 완충제(70,71)를 삽입하여 진동을 줄이도록 한다.
다음으로 본 발명의 일실시예에 따른 바미러(11) 장치의 작동원리 및 바미러(11) 장치를 사용하여 바미러(11)를 스테이지(도 1 참조)에 설치하는 방법에 대하여 설명한다.
우선 바미러(11)를 제1,제2 및 제3힌지구조물(20,40,50)의 바미러결합부(23,43,53)에 본딩 결합시킨다. 다음으로 지지대(13,14) 및 리니어 스테이지(15)가 설치된 바미러베이스(12)를 스테이지(도 1참조)에 고정시킨다.
이제 바미러(11)를 정확하게 자세 정렬하면서 바미러(11)가 결합된 제1,제2 및 제3힌지구조물(20,40,50)을 바미러베이스(12)의 지지대(13,14) 및 리니어 스테이지(15)에 결합시킨다. 먼저 제1힌지구조물(20)과 제3힌지구조물(50)의 고정부(24,54)를 지지대(13) 및 리니어 스테이지(15)에 체결한다. 이때 체결볼트(31,제3힌지구조물의 체결볼트는 미도시)를 총피치의 절반 정도만 돌려서 느슨하게 체결한 후 스테이지(도 1 참조)를 구동하여 바미러(11) 반사면의 굴곡을 측정한다. 측정된 값을 바탕으로 바미러(11)의 자세를 1차로 정렬한 후 체결볼트(31,제3힌지구조물의 체결볼트는 미도시)를 완전히 돌려서 고정부(24,54)를 지지대(13) 및 리니어 스테이지(15)에 고정시킨다.
상기와 같이 고정부(24,54)를 고정시킨 후 이제 리니어 스테이지(15)를 조작하여 바미러(11)의 자세를 2차로 정렬한다.
정렬이 완료되면 가변부(25,55)를 지지대(13) 및 리니어 스테이지(15)에 체결한다. 이로써 바미러(11)는 정밀하게 정렬된다.
마지막으로 힌지구조물2(40)의 지지대결합부(42)를 지지대(14)에 체결하면 설치가 완료된다.
위와 같은 순서에 따라 바미러(11)의 정렬을 용이하고 정밀하게 할 수 있다. 더불어 설치 과정에서 발생하는 앞뒤 방향의 응력은 제1힌지구조물(20) 및 제3힌지구조물(50)에 분산되고 특히 가변부(25,55)가 힌지부(26,56)를 중심으로 회동함으로써 바미러(11)의 변형을 방지하게 된다. 좌우 방향의 응력은 제1힌지구조물(20) 및 제3힌지구조물(50)의 좌우벤딩부(22,52)가 휘어지면서 상쇄된다. 또한 상하 방향의 응력은 제2힌지구조물(40)의 상하벤딩부(41)가 휘어지면서 상쇄된다. 이와 같이 바미러(11) 설치 시 발생하는 응력이 제1,제2 및 제3힌지구조물(20,40,50)로 분산됨으로써 바미러(11)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 상기와 같이 제1,제2 및 제3힌지구조물(20,40,50)을 통하여 바미러(11) 설치 시 각 방향의 응력이 상쇄되는 작용은 구동 중 발생하는 관성력에 의한 응력의 경우에도 적용된다.
이상에서 본 발명을 특정 실시예에 의하여 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위에 명시된 본 발명의 기술적 사상으로서의 요지를 일탈하지 아니하는 범위 안에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1,2,8,11 : 바미러 3 : 스테이지
5,6 : 간섭계 7 : 레이저광
9 : 기준면 10 : 홀더
12 : 바미러베이스 13,14 : 지지대
15 : 리니어 스테이지 16 : 고정부체결홈
17 : 가변부체결홈 18 : 체결홈
20 : 제1힌지구조물 40 : 제2힌지구조물
50 : 제3힌지구조물 21,51 : 앞뒤벤딩부
22,52 : 좌우변형부 23,43,53 : 바미러결합부
24,54 : 고정부 25,55 : 가변부
26,56 : 힌지부 27,28,57,58 : 절개부
29,59 : 고정부체결공 30,60 : 가변부체결공
44 : 체결공 31,45 : 체결볼트
41 : 상하벤딩부 42 : 지지대결합부
70,71 : 완충제

Claims (8)

  1. 스테이지 외부의 간섭계를 이용하여 상기 스테이지의 위치를 측정하도록 상기 스테이지 상에 서로 직교하게 바미러가 설치되는 장치에 있어서,
    상기 바미러와 결합되어 상기 스테이지에 고정됨으로써 상기 바미러가 상기 스테이지에 설치되도록 하고 상기 바미러에 집중되는 응력을 분산시키도록 형성된 적어도 하나의 힌지구조물을 포함하는 바미러 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    앞뒤좌우 방향으로 변형이 가능하게 형성된 제1힌지구조물과 제3힌지구조물; 및
    상하 방향으로 변형이 가능하게 형성된 제2힌지구조물; 을 포함하고,
    상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물은 상기 바미러와 상기 바미러의 길이 방향 양측에 결합되고, 상기 제2힌지구조물은 상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 바미러 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물은 상기 바미러와 결합되도록 마련된 바미러결합부;
    상기 바미러결합부와 연결되고 응력이 작용하면 좌우 방향으로 휘어지도록 상기 바미러와 수직하게 형성된 좌우벤딩부;
    상기 좌우벤딩부와 연결되고 상기 스테이지에 고정되도록 마련되며 응력이 작용하면 앞뒤 방향으로 변형이 가능한 앞뒤변형부; 를 포함하는 바미러 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 앞뒤변형부는 외측면으로부터 내부로 파여있는 절개부로써 고정부와 가변부 및 상기 고정부와 가변부를 연결하는 힌지부로 구획되고, 상기 좌우벤딩부는 상기 가변부와 연결되는 것을 특징으로 하는 바미러 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물의 고정부를 상기 스테이지에 고정하고 상기 제1,제2 및 제3힌지구조물에 결합된 바미러를 앞뒤 방향으로 정렬하는 경우 상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물의 가변부가 각각 상기 제1힌지구조물과 제3힌지구조물의 힌지부를 중심으로 앞뒤 방향으로 회동하는 것을 특징으로 하는 바미러 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2힌지구조물은 상기 바미러와 결합되도록 마련된 바미러결합부;
    상기 바미러결합부와 연결되고 응력이 작용하면 상하 방향으로 휘어지도록 상기 바미러와 수평하게 형성된 상하벤딩부; 및
    상기 상하벤딩부와 연결되고 상기 스테이지에 고정되도록 마련된 지지대결합부; 를 포함하는 바미러 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 바미러와 결합된 상기 제1,제2 및 제3힌지구조물 중 적어도 어느 하나에 연결되고 상기 스테이지에 고정되어 상기 바미러를 정렬시키는 리니어 스테이지를 더 포함하는 바미러 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지의 구동시 상기 바미러의 진동을 방지하도록 상기 바미러와 상기 스테이지 사이에 삽입되는 완충제를 더 포함하는 바미러 장치.
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