KR100982346B1 - 레이저간섭계 및 이를 포함하는 레이저 리페어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저발진기, 빔분할기, 웨이브플레이트 및 광검출기를 포함하고 레이저빔의 간섭성을 이용하여 대상물의 거리를 측정하는 레이저간섭계에 관한 것이다. 상기 레이저간섭계는, 상기 대상물에 고정 설치되고 상기 빔분할기를 투과한 투과빔을 되반사시키는 측정미러; 상기 웨이브플레이트를 통하여 상기 측정미러에 의해 되반사되어 입사된 투과빔이 상기 빔분할기에 의해 반사된 경우, 상기 반사된 측정빔을 제1 경로로 반사시키는 제1 패턴조절미러; 및 상기 레이저발진기로부터 방출된 빔 중 상기 빔분할기에 의해 반사된 기준빔을 제2 경로로 반사시키는 제2 패턴조절미러;를 구비하고, 상기 제1 패턴조절미러 및 제2 패턴조절미러 중 하나 또는 전부를 조정하는 것에 의해 상기 제1 경로 및 제2 경로 중 하나 또는 전부의 경로를 조정함으로써 상기 광검출기로 입사되는 상기 측정빔 및 상기 기준빔에 의해 형성된 간섭패턴의 방향 및 개수를 조정하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은, 종래의 레이저간섭계에서 필수적으로 이용되던 프리즘을 이용하지 않고, 광검출기에 의해 검출되는 빔의 간섭패턴의 개수 및 방향을 조절할 수 있다.

레이저, 웨이퍼, 리페어시스템, 대물렌즈

Description

레이저간섭계 및 이를 포함하는 레이저 리페어시스템{Laser interferometer and Laser repair system includnig the same}

본 발명은 레이저간섭계와 이를 포함하는 레이저 리페어시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 레이저빔을 이용하여 측정 대상물의 거리 측정할 수 있는 레이저간섭계와 이를 이용하여 웨이퍼 위치를 측정하는 레이저 리페어시스템에 관한 것이다.

레이저간섭계는 주파수 안정화된 레이저를 사용하여 거리를 측정하는 거리측정 센서이다. 레이저간섭계는 크게 두가지로 구별되는데, DC 간섭계와 AC 간섭계이다.

본 발명에서 제안하는 레이저간섭계는 DC 간섭계를 이용한 방식으로 간섭무늬의 차이를 읽어서 거리값을 측정한다.

도 1를 참조하여 종래 레이저간섭계 중 하나를 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 레이저간섭계는 레이저발진기(11), 빔분할기(12), 측정미러(13), 측정미러(13) 전면에 설치된 웨이브플레이트(14), 빔분할기(12)의 양 측면에 설치된 제1 및 제2 코너큐브(15, 16), 광검출기(17), 광검출기(17) 전면에 설치된 프리 즘(18)으로 구성된다.

종래 레이저간섭계는, 빔분할기(12)를 이용하여, 레이저발진기(11)로부터 방출된 레이저빔을 분할하고 분할된 빔 중에서 투과된 투과빔과 반사된 반사빔을 다시 프리즘(18)을 통해 결합하여 광검출기(17)로 입사시킴으로써 측정하고자 하는 대상물의 거리를 측정한다.

즉, 두 빔을 결합하기 위한 수단으로써 프리즘(18)을 이용한다. 그러나 프리즘(18)을 이용한 기술은 결합된 빔의 간섭패턴의 개수 및 방향이 일정하게 정해져 있어, 이 간섭패턴을 광검출기(17)의 내부 셀 간격에 맞추어 매칭하는 광 패턴 정렬에 어려움이 존재하고, 프리즘(18)의 추가에 의해 제조비용이 상승되는 문제가 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 종래의 레이저간섭계에서 필수적으로 이용되던 프리즘을 이용하지 않고, 광검출기에 의해 검출되는 빔의 간섭패턴의 개수 및 방향을 조절할 수 있는 레이저간섭계를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 레이저발진기, 빔분할기, 웨이브플레이트 및 광검출기를 포함하고 레이저빔의 간섭성을 이용하여 대상물의 거리를 측정하는 레이저간섭계에 관한 것으로, 상기 레이저간섭계는, 상기 대상물에 고정 설치되고 상기 빔분할기를 투과한 측정빔을 되반사시키는 측정미러; 상기 웨이브플레이트를 통하여 상기 측정미러에 의해 되반사되어 입사된 측정빔이 상기 빔분할기에 의해 반사된 경우, 상기 반사된 측정빔을 제1 경로로 반사시키는 제1 패턴조절미러; 및 상기 레이저발진기로부터 방출된 빔 중 상기 빔분할기에 의해 반사된 기준빔을 제2 경로로 반사시키는 제2 패턴조절미러;를 구비하고, 상기 제1 패턴조절미러 및 제2 패턴조절미러 중 하나 또는 전부를 조정하는 것에 의해 상기 제1 경로 및 제2 경로 중 하나 또는 전부의 경로를 조정함으로써 상기 광검출기로 입사되는 상기 측정빔 및 상기 기준빔에 의해 형성된 간섭패턴의 방향 및 개수를 조정하는 것을 특징으로 한다.

전술한 제1 패턴조절미러 및 제2 패턴조절미러는 각각 두개의 평면미러를 구비하고, 상기 두개의 평면미러 중 하나 또는 전부가 각도의 조절이 가능하고, 상기 각도 조절이 가능한 평면미러를 조정하는 것에 의해 상기 간섭패턴의 방향 및 개수를 조정한다.

여기서, 상기 제1 패턴조절미러 및 제2 패턴조절미러는, 상기 각도 조절이 가능한 평면미러의 각도를 조정하는 조정볼트를 구비하고 있다.

한편, 전술한 본 발명의 특징에 따른 레이저간섭계를 포함하고, 웨이퍼 또는 LCD 기판과 같은 미소구조를 가지는 소자의 불량을 리페어하기 위한 레이저 리페어시스템에 관한 것으로, 본 레이저 리페어시스템은 상기 웨이퍼가 로드된 척을 이송시키는 척이송부; 및 상기 웨이퍼가 상기 척에 로드된 경우 사전에 정해진 타겟위치정보에 따라 상기 웨이퍼를 이송하도록 상기 척이송부를 제어하고, 상기 척이송부에 의해 상기 웨이퍼가 이송된 경우 상기 레이저간섭계를 통해 상기 웨이퍼의 현재 위치를 감지하며 상기 감지된 현재 위치와 상기 타겟위치 사이에 오차가 존재하는 경우, 상기 오차를 감소시키도록 상기 척이송부를 제어하는 시스템제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저간섭계는 종래 필수적으로 이용되던 프리즘을 이용하지 않고, 제1 및/또는 제2 패턴조절미러를 조정하여 광검출기 내의 셀 간격에 대응하도록 간섭패턴의 개수 및 방향을 조절함으로써, 제조원가를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 광검출기의 다양한 규격에 용이하게 대응할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저간섭계의 구성 및 동작을 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저간섭계의 개략도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저간섭계(20)는 레이저발진기(21), 빔분할기(22), 측정미러(23), 측정미러(23)와 빔분할기(22) 사이에 위치하는 웨이브플레이트(24), 빔분할기(22)의 양 측면에 설치된 제1 패턴조절미러(25), 제2 패턴조절미러(26), 광검출기(27)로 구성된다.

본 실시예의 레이저간섭계(20)는 레이저발진기(21)로부터 방출되는 레이저빔을 사용하여 대상물의 거리를 측정하는 것이다. 레이저간섭계(20)는 대상물에 고정된 측정미러(23)로부터 되반사된 레이저빔과 레이저발진기(21)로부터 빔분할기(22)에 의해 반사된 기준빔을 제1 패턴조절미러(25) 및/또는 제2 패턴조절미러(26)를 이용하여 각각의 광 경로를 조정함으로써, 광검출기(27)에 의해 검출된 간섭패턴의 방향 및 개수를 조정할 수 있다.

이하, 도 2 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저간섭계(20)의 각 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 레이저발진기(21)는 단일 파장의 레이저빔을 빔분할기(22)로 방출한다.

도 2에 도시된 빔분할기(22)는 레이저발진기(21)로 방출된 레이저빔의 일부를 측정미러(23)방향으로 투과시킨다(a -> b).

다음, 빔분할기(22)는 측정미러(23)로부터 되반사된 레이저빔(b -> a)을 제1 패턴조절미러(25)로 반사시킨다(a -> c). 여기서, 빔분할기(22)를 투과하여 측정미러(23)로 도달하는 투과빔(a -> b)을 측정빔으로 명명한다.

다음, 빔분할기(22)는 제1 패턴조절미러(25)로부터 반사된 측정빔(d -> e)를 다시 측정미러(23) 방향으로 반사시킨다(e -> f).

그리고, 빔분할기(22)는 측정미러(23)로부터 되반사된 측정빔(f -> e)을 광검출기(27) 방향으로 투과시킨다(e -> g).

또한, 도 2에 도시된 빔분할기(22)는 레이저발진기(21)로 방출된 레이저빔의 또 다른 일부를 제2 패턴조절미러(26) 방향으로 반사시킨다(a' -> b'). 이렇게 제2 패턴조절미러(26) 방향으로 반사된 레이저빔(a' -> b')을 기준빔으로 명명한다.

다음, 빔분할기(22)는 제2 패턴조절미러(26)로부터 반사된 기준빔(c' -> d')을 광검출기(27)방향으로 반사시킨다.

도 2에 도시된 측정미러(23)는 측정하고자 하는 대상물에 고정되어 설치된다. 그리고 측정미러(23)의 반사면은 빔분할기(22)를 투과한 레이저빔(a -> b)과 빔분할기(22)에 의해 반사된 측정빔(e -> f)의 진행방향과 수직하게 설치되는 것이 바람직하다.

측정미러(23)는 측정 대상물에 고정설치되어 있기 때문에 대상물과 함께 이동된다.

도 2에 도시된 웨이브플레이트(24)는 웨이브플레이트(24)에 입사되는 레이저빔을 λ/4 위상지연시키는 기능을 수행한다. 따라서 빔분할기(22)를 투과한 측정빔(a -> b)은 웨이브플레이트에 의해 λ/4 위상지연되고, 측정미러(23)에 의해 빔 분할기(22)로 되반사된 측정빔(b -> a)도 웨이브플레이트(24)에 의해 λ/4위상지연되어, 결과적으로 빔분할기(22)로 되반사된 측정빔(b -> a)은 투과빔(a -> b)으로부터 전체적으로 λ/2 위상지연된 빔이다.

이러한 웨이브플레이트(24)의 기능은 측정빔(e -> f; f -> e)의 광 경로에서도 동일하게 적용된다. 결과적으로 측정미러(23)에 의해 되반사된 측정빔(f -> e)은 투과빔(a -> b)과 레이저빔의 위상이 일치하게 된다.

도 2에 도시된 제1 패턴조절미러(25)는 빔분할기(22)에 의해 반사된 측정빔(a -> c)의 경로를 결정한다. 즉, 측정빔의 광 경로(a ->c -> d -> e)를 결정한다.

도 2에 도시된 제2 패턴조절미러(26)는 빔분할기(22)에 의해 반사된 기준빔(a' -> b')의 경로를 결정한다. 즉, 기준빔의 광 경로(a' -> b' -> c' -> d')를 결정한다.

전술한 제1 패턴조절미러(25) 및 제2 패턴조절미러(26) 중 하나 또는 전부를 조정하는 것에 의해 측정빔의 광 경로(a ->c -> d -> e) 및 경로 및 기준빔의 광 경로(a' -> b' -> c' -> d') 하나 또는 전부의 경로를 조정함으로써 광검출기(27)로 입사되는 측정빔(e -> g) 및 기준빔(d' -> e')에 의해 형성되는 간섭패턴의 방향 및 개수를 조정하는 것이 가능하다.

본 실시예에는 제2 패턴조절미러(26)만을 조정하여 기준빔의 광 경로(a' -> b' -> c' -> d')를 조정함으로써 광검출기(27)로 입사되는 기준빔의 광 경로(d' -> e')를 조정할 수 있다.

이에 대해, 도 3를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2 패턴조절미러(26)는 두개의 평면미러(26a, 26b)로 구성되며, 하나는 고정형 평면미러(26b)이고, 다른 하나는 가변형 평면미러(26a)이다.

가변형 평면미러(26a)는 조정볼트(26c)에 의해 기울기가 조정된다. 도 3에서는, 위에 있는 조정볼트(26c)를 조정하여 가변형 평면미러(26a)가 'A'에서 'B'로 기울어지도록 하였다. 이에 의해, 빔분할기(22)로부터 반사된 기준빔의 광 경로(a' -> b' -> c' -> d' -> e')가 (a' -> b" -> c" -> d" -> e")로 조정된다.

도 2에 도시된 광검출기(27)에 대해 설명한다.

광검출기(27)는 전술한 제1 및 제2 패턴조절미러(25, 26)에 의해 조정된 기준빔(d' -> e') 및 측정빔(e -> g)의 경로로 입사된 빔에 의해 형성된 간섭패턴의 방향 및 개수를 검출하여, 검출된 결과에 대응하는 거리를 산출한다. 만약, 도 3에서와 같이, 기준빔의 경로가 (d' -> e')에서 (d" -> e")로 변경된 경우, 광검출기(27)는 변경된 기준빔(d" -> e") 및 측정빔(e -> g)의 경로로 입사된 빔에 의해 형성된 간섭패턴의 방향 및 개수를 검출하게 된다. 이 경우, 조정된 기준빔(d" -> e")에 의하여 간섭패턴의 방향 및 개수도 조정된다.

따라서, 광검출기(27)의 셀 간격에 대응하도록 간섭패턴의 방향 및 개수를 필요에 따라 조정하는 것이 가능해 진다.

한편, 전술한 레이저간섭계(20)는 웨이퍼 또는 LCD 기판과 같은 미소구조를 가지는 소자의 불량을 리페어하기 위한 레이저 리페어시스템의 위치제어의 센서로 서 이용하는 것이 가능하다. 특히, 척을 이송시키는 척이송부의 스테이지의 X, Y 이동에 따른 거리측정 센서로서 이용될 수 있다.

본 실시예에 따른 레이저간섭계(20)를 이용한 레이저 리페어시스템의 위치제어에 대해 간략히 살펴본다.

레이저 리페어시스템은, 웨이퍼가 척에 로드된 경우 사전에 정해진 타겟위치정보에 따라 웨이퍼를 이송하도록 척이송부를 제어하고, 척이송부에 의해 웨이퍼가 이송된 경우 레이저간섭계(20)를 통해 웨이퍼의 현재 위치를 감지하며 감지된 현재 위치와 타겟위치 사이에 오차가 존재하는 경우, 오차를 감소시키도록 척이송부를 제어한다.

레이저간섭계(20)는 전술한 바와 같이 레이저발진기(21)로 방출된 레이저빔이 측정 대상물의 측정미러(23)에 의해 반사되어 광검출기(27)로 입사되어 검출된 간섭패턴에 의해 거리를 측정하는 센서이다.

레이저 리페어시스템은, 레이저간섭계(20)를 통해 X축 및 Y축 이동방향을 측정하기 위해 측정미러(23) 중 하나는 척이송부의 일면에 설치되고 스테이지 X축 이동방향에 수직한 반사면을 가지며, 측정미러(23) 중 다른 하나는 척이송부의 또 다른 일면에 설치되고, 스테이지 Y축 이동방향에 수직한 반사면을 가진다. 이러한 형태의 측정방식은 일반적으로 널리 사용되는 방식으로 구체적인 설명은 생략한다.

그러나, 본 실시예에 따른 레이저간섭계(20)는 종래의 레이저간섭계와 달리 제1 및 제2 패턴조절미러(25, 26)를 구비하고 있어 광검출기(27)의 다양한 규격에 대응하여 용이하게 간섭패턴의 방향 및 개수를 조정할 수 있기 때문에, 반도체 검 사장비, 공작기계 등 다양한 장비에 용이하게 활용될 수 있다.

본 발명에 따른 레이저간섭계는 레이저빔의 간섭성을 이용하여 이동하는 대상물의 거리를 정밀하게 측정할 수 있는 센서로서, 정밀한 위치제어가 필요한 공작기계, 반도체 제조 및 검사장비에 이용될 수 있다.

도 1은 종래 발명에 따른 레이저간섭계의 개략도이다

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저간섭계의 개략도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저간섭계의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 레이저간섭계 21 : 레이저발진기

22 : 빔분할기 23 : 측정미러

24 : 웨이브플레이트 25 : 제1 패턴조절미러

26 : 제2 패턴조절미러 27 : 광검출기

Claims (4)

1. 레이저발진기, 빔분할기, 웨이브플레이트 및 광검출기를 포함하고 레이저빔의 간섭성을 이용하여 대상물의 거리를 측정하는 레이저간섭계에 있어서,

   상기 대상물에 고정 설치되고 상기 빔분할기를 투과한 측정빔을 되반사시키는 측정미러;

   상기 웨이브플레이트를 통하여 상기 측정미러에 의해 되반사되어 입사된 측정빔이 상기 빔분할기에 의해 반사된 경우, 상기 반사된 측정빔을 제1 경로로 반사시키는 제1 패턴조절미러; 및

   상기 레이저발진기로부터 방출된 빔 중 상기 빔분할기에 의해 반사된 기준빔을 사전에 정해진 제2 경로로 제2 패턴조절미러;를

   구비하고,

   상기 제1 패턴조절미러 및 제2 패턴조절미러 중 하나 또는 전부를 조정하는 것에 의해 상기 제1 경로 및 제2 경로 중 하나 또는 전부의 경로를 조정함으로써 상기 광검출기로 입사되는 상기 측정빔 및 상기 기준빔에 의해 형성된 간섭패턴의 방향 및 개수를 조정하며,

   상기 제1 패턴조절미러 및 제2 패턴조절미러는 각각 두개의 평면미러를 구비하고, 상기 두개의 평면미러 중 하나 또는 전부가 각도의 조절이 가능하고,

   상기 각도 조절이 가능한 평면미러를 조정하는 것에 의해 상기 형성된 간섭패턴의 방향 및 개수를 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저간섭계.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 패턴조절미러 및 제2 패턴조절미러는, 상기 각도 조절이 가능한 평면미러의 각도를 조정하는 조정볼트를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저간섭계.
4. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 따른 레이저간섭계를 포함하고, 웨이퍼 또는 LCD 기판과 같은 미소구조를 가지는 소자의 불량을 리페어하기 위한 레이저 리페어시스템에 있어서,

   상기 웨이퍼가 로드된 척을 이송시키는 척이송부; 및

   상기 웨이퍼가 상기 척에 로드된 경우 사전에 정해진 타겟위치정보에 따라 상기 웨이퍼를 이송하도록 상기 척이송부를 제어하고, 상기 척이송부에 의해 상기 웨이퍼가 이송된 경우 상기 레이저간섭계를 통해 상기 웨이퍼의 현재 위치를 감지하며 상기 감지된 현재 위치와 상기 타겟위치 사이에 오차가 존재하는 경우, 상기 오차를 감소시키도록 상기 척이송부를 제어하는 시스템제어부;를

   구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 리페어시스템.

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