KR101338028B1

KR101338028B1 - 기판 표면을 검사하기 위한 측정 장치 및 측정 시스템

Info

Publication number: KR101338028B1
Application number: KR1020087009810A
Authority: KR
Inventors: 프란츠 드로프너; 테오도로 롬바우어
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2013-12-09
Also published as: WO2007036461A1; DE102005046154B4; JP4940242B2; CN101273245B; DE102005046154A1; JP2009510419A; CN101273245A; KR20080066690A

Abstract

본 발명은 측정 헤드(110)를 이용하여 기판(190)의 표면을 검사하기 위한 측정 장치에 관한 것으로서, 상기 측정 장치는 표면을 검출하기 위한 센서(111) 및 상기 센서 옆에 배치된 공기식 소자(112)를 구비하며, 상기 공기식 소자는 유입 개구(115) 및 아래로 향하는 적어도 하나의 유출 개구(114)를 포함한다. 상기 측정 장치는 또한 기판(190) 위의 x-y-평면 내에서 측정 헤드(110, 210)의 위치를 정확하게 설정하기 위해 설계된 표면-위치 설정 시스템(220) 그리고 압축 공기 발생 장치(250)를 구비하며, 상기 압축 공기 발생 장치가 상기 유입 개구(215)에 공압식으로 결합함으로써, 공기식 소자(112, 212)에 압축 공기가 제공되는 경우에 상기 측정 헤드(110, 210)는 기판(190) 위에 예정된 높이로 위치 설정될 수 있고, 공기 쿠션 상에서 슬라이딩 작용을 한다. 본 발명은 또한 개별 센서들이 하나의 측정 열을 형성하도록 상호 배치된 다수의 전술한 측정 장치들을 구비한 측정 시스템을 제공한다.

Description

기판 표면을 검사하기 위한 측정 장치 및 측정 시스템 {MEASUREMENT APPARATUS AND MEASUREMENT SYSTEM FOR INSPECTION OF A SURFACE OF A SUBSTRATE}

본 발명은 기판의 표면을 검사하기 위한 측정 장치에 관한 것으로서, 상기 측정 장치는 센서를 구비하고, 상기 센서는 표면 위치 설정 시스템에 의하여 측정할 표면 위에 예정된 간격을 두고 위치 설정될 수 있다. 본 발명은 또한 전술한 다수의 측정 장치들을 구비한 측정 시스템에 관한 것이다.

평탄한 면의 표면을 검사하는 분야에서, 센서는 일반적으로 측정할 기판 표면 위에 예정된 간격을 두고 위치 설정된다. 위치 설정은 통상적으로 위치 설정 시스템에 의해서 이루어지며, 상기 위치 설정 시스템에 의해 센서는 하나의 평면 내에서 측정할 표면과 평행하게 위치 설정될 수 있다. 따라서, 상기 위치 설정 시스템을 상응하게 구동시킴으로써, 예컨대 곡류 형태의 동작에 의하여 측정할 전체 표면이 스캐닝 될 수 있다. 높은 측정 속도에 도달하기 위하여 다수의 개별 센서들을 구비하는 센서들도 사용됨으로써, 결과적으로 다수 개의 측정점을 동시에 측정함으로써 특정 면에 대한 측정 시간은 개별 센서들의 개수에 상응하게 줄어든다.

측정 과제의 종류에 따라 상이한 센서들이 사용된다. 광학적인 검사에서는 통상적으로 예컨대 하나의 행- 또는 면 센서를 구비한 카메라가 사용된다. 용량성 측정 과제에서는 하나 또는 다수의 측정용 바늘(prod)이 사용되며, 상기 측정용 바늘에는 특정 교류- 또는 직류 전압이 제공된다. 측정할 표면의 개별 측정점과 측정용 바늘 사이의 용량에 의존하는 개별 측정용 바늘 위를 흐르는 작은 전류가 측정 신호로서 이용된다.

예컨대 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)용으로 사용되는 기판의 도체 트랙 구조물을 상기 LCD의 완성 전에 발생 가능한 결함 측면에서 검사하는 방법이 공지되어 있다. 따라서, 측정용 바늘과 상기 측정용 바늘에 마주 놓인 상기 도체 트랙 구조물의 영역 사이에서 이루어지는 상응하는 용량성 측정에 의해서는, 상기 도체 트랙 구조물의 원치 않는 단락, 단속 및 핀치(pinch) 효과가 검출될 수 있다. 이와 같은 결함들은 LCD-기판의 추가 처리 전에 복구될 수 있거나, 또는 LCD-기판은 제조 공정으로부터 분류될(sort out) 수 있다. 그럼으로써, 액정 디스플레이용 제조 비용은 어떤 경우에도 현저히 줄어들 수 있다.

정확한 검사를 위해서는 일반적으로 측정할 기판 표면과 센서의 간격을 매우 정확하게 설정 및 유지할 필요가 있다. 하지만 측정할 기판이 평탄하지 않거나 또는 약간 주름이 잡힌 표면을 갖는 경우에는, 정확한 간격 유지가 훨씬 더 어려워진다. 그렇기 때문에, 평탄하지 않은 표면의 측정을 위한 위치 설정 시스템이 사용되어야만 하는데, 상기 위치 설정 시스템은 측정할 표면과 평행한 평면에서 센서의 위치 설정을 가능하게 할 뿐만 아니라, 상기 평면에 대하여 수직으로의 위치 설정도 가능케 한다. 하지만 상기와 같은 측정할 표면에 대하여 수직으로의 위치 설정 은 일반적으로 측정 과정을 느리게 하고 측정 정확성을 떨어뜨린다.

본 발명의 과제는, 평탄하지 않은 기판 표면에서도 정확한 측정을 가능케 하는 측정 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는, 평탄하지 않은 기판 표면의 특히 신속한 측정을 가능케 하는 측정 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1의 과제는, 독립 청구항 1의 특징들을 갖는 기판의 표면을 검사하기 위한 측정 장치에 의해서 해결된다. 본 발명에 따른 측정 장치는 측정 헤드를 구비하며, 상기 측정 헤드는 표면을 검출하기 위한 센서 및 상기 센서 옆에 배치된 공기식 소자를 포함한다. 상기 공기식 소자는 유입 개구 및 아래로 향하는 적어도 하나의 유출 개구를 포함한다. 본 발명에 따른 측정 장치는 또한 기판 위에 있는 한 x-y-평면 내에서 측정 헤드의 위치를 정확하게 설정하기 위해 설계된 표면-위치 설정 시스템 그리고 압축 공기 발생 장치를 구비하며, 상기 압축 공기 발생 장치가 상기 유입 개구에 공압식으로 결합함으로써, 공기식 소자에 압축 공기가 제공되는 경우에 상기 측정 헤드는 기판 위에 예정된 높이로 위치 설정될 수 있다.

본 발명은, 기판 표면 위에 있는 센서 공기 지지부에 의해서 센서의 정확한 높이 조절이 간단한 방식으로 이루어질 수 있다는 발견을 근거로 한다. 유출 개구를 통해 유출되는 공기는 공기 쿠션을 형성하고, 측정 헤드는 상기 공기 쿠션 상에서 기판 표면 위로 자유롭게 슬라이딩 작용할 수 있다. 따라서, 상기 표면-위치 설정 시스템에 의해서는 단지 기판에 대하여 상대적인 측정 헤드의 x-y-위치만이 결정된다. 공기 흐름의 세기는 공기 쿠션의 높이 그리고 그와 더불어 기판 표면 위에서의 측정 헤드의 수직 간격을 결정한다.

공기 쿠션을 이용하여 측정 헤드를 지지하는 방식의 중대한 장점은, 주름이 잡힌 표면에서도 센서의 자동적인 높이 적응이 간단한 방식으로 이루어진다는 것이다. 이와 같은 자동 높이 적응은, 측정 헤드가 기판의 측정할 영역 위에서 지속적으로 상기 공기 쿠션의 두께에 의해 결정된 높이로 존재한다는 사실을 토대로 한다.

청구항 2에 따라 측정 장치는 추가로 커플링 장치를 구비하며, 상기 커플링 장치는 표면-위치 설정 시스템과 측정 헤드 사이에 배치되어 있다. 이와 같은 배치 상태의 장점은, 개별적으로 해결될 검사 과제에 따라, 측정 헤드의 병진 운동 외에 x-y-평면과 병렬로 규정된, 상기 위치 설정 시스템과 상대적으로 이루어지는 상기 측정 헤드의 동작이 가능하다는 것이다. 상기 커플링 장치가 또한 스프링 소자를 구비함으로써, 상기 위치 설정 시스템의 진동 동작 중에도 센서의 원활한 위치 설정이 보증될 수 있다.

청구항 3에 따라 커플링 장치는 측정 헤드가 x-y-평면에 대하여 수직인 z-방향을 따라 적어도 특정 운동 범위 안에서 자유롭게 이동할 수 있도록 형성되었다. 이와 같은 형성의 장점은, 기판 위에 있는 센서의 높이가 오로지 공기 쿠션에 의해서만 결정된다는 것이다. 따라서, 압축 공기 발생 장치를 상응하게 구동시킴으로써, 기판 위에 있는 센서의 높이는 자유롭게 결정될 수 있다.

청구항 4에 따라 커플링 장치는 측정 헤드가 적어도 특정 각도 범위 안에서 축을 중심으로 자유롭게 기울어질 수 있도록 형성되었다. 이 경우 상기 축은 x-y-평면과 평행하게 방향 설정되어 있다. 바람직하게는 커플링 장치가 각각의 임의의 축을 중심으로 기판 평면과 평행하게 기울어질 수 있도록 함으로써, 센서는 상응하는 비스듬한 상태에 의하여 기판 표면의 짧은 기복을 가진 비평탄성에 적응할 수 있게 된다.

상기 커플링 장치는 통상적으로 측정 헤드에 각각 고정력을 행사하는 다수의 커플링 소자들을 구비한다. 바람직하게 상기 커플링 소자들은 개별 지지력에 할당된 파워 라인이 측정 헤드의 무게 중심에서 서로 교차하도록 상호 배치되어 있다. 이와 같은 배치 상태의 결과로서, 측정 헤드의 진동과 연관된 병진 운동 중에도 토크가 측정 헤드에 전혀 작용하지 않음으로써, 바람직하게는 센서의 하이-다이내믹 운동 중에도 측정 헤드가 원치 않게 기울어지는 현상이 피해진다.

청구항 5에 따라 커플링 장치는 공기식 소자에 단단히 연결되어 있는 상부 커플링 소자 및 관절 형태의 현가 장치(suspension)를 통해 상부 커플링 소자에 연결된 하부 커플링 소자를 구비한다. 이 경우 상기 상부 커플링 소자는 위치 설정 시스템에 의하여 x-방향 및 y-방향을 따라 위치 설정된다. z-방향을 따라 이루어지는 상기 상부 커플링 소자의 위치 설정이 공기 지지부에 의해 결정됨으로써, 결과적으로 측정 헤드 및 그와 더불어 센서도 측정할 기판 표면에 대하여 지속적으로 소정의 간격으로 유지된다.

청구항 6에 따라 상기 관절 형태의 현가 장치는 두 개 이상의 바(bar)를 구비하며, 상기 바의 상단부는 상기 상부 커플링 소자에 그리고 상기 바의 하단부는 상기 하부 커플링 소자에 각각 하나의 볼 소자 안에서 연결되어 있다. 이와 같은 형태의 현가 장치의 장점은, 바 길이를 상응하게 선택하고 볼 조인트를 공간적으로 적절히 배치하면 가상의 회전축을 중심으로 경사 동작이 이루어질 수 있다는 것으로, 이 경우 상기 회전축은 직접 센서의 하부면에 존재한다. 이와 같은 방식에 의해서는, 경사 동작 중에도 센서는 측정할 기판 표면 위에서 지속적으로 예정된 간격으로 존재하게 된다.

세 개의 바를 갖는 관절 형태의 현가 장치에서는, x-y-평면과 평행하게 또는 측정할 기판 표면과 평행하게 방향 설정된 임의의 한 축을 중심으로 경사 동작이 이루어질 수 있다. 이와 같은 가능성에 의해서는 바람직하게 기판 표면이 불규칙한 기복을 갖는 경우에도 센서와 기판 표면은 최상의 간격을 유지하게 된다.

청구항 7에 따르면, 바람직하게 상응하는 유입 개구 및 유출 개구를 갖춘 공기 채널을 구비한 공기식 소자가 센서 주변에 배치되어 있다. 이와 같은 배치의 장점은, 균일한 파워가 z-방향을 따라 측정 헤드에 작용함으로써, 측정 헤드의 기울어짐을 야기할 수 있는 토크가 공기 쿠션으로 인해 전혀 발생하지 않는다는 것이다.

청구항 8에 따라 적어도 하나의 유출 개구는 유출되는 공기의 속도가 적어도 거의 음속에 도달하도록 형성된 공기 노즐이다. 이와 같이 높은 유동 속도는 상기 공기 노즐이 유동 기술적으로 유리한 노즐 횡단면 협착부를 가짐으로써 성취될 수 있으며, 상기 노즐 횡단면 협착부는 한편으로는 상기와 같이 높은 유출 속도를 야기하고, 다른 한편으로는 적절한 공기식 유동 저항을 야기한다.

상기와 같이 높은 유출 속도의 장점은, 측정할 기판 표면 위에 있는 측정 헤드의 높이 위치가 상황에 따라 원치 않게 변동되는 경우에도 공기식 소자 안의 압력 비율은 단지 약간만 영향을 받는다는 것이다. 특히 상기 공기식 소자 안의 공기 압력이 갑작스럽게 강하하는 경우는 어떤 상황에서도 발생하지 않는다. 이와 같은 방식에 의해서는 센서 헤드의 바람직하지 않은 상승 및 하강 동작이 불가능하게 됨으로써, 결과적으로 측정 헤드의 매우 안정적인 높이 위치 설정이 보장된다.

청구항 9에 따라 센서는 용량성의 및/또는 유도성의 광학 센서 소자를 구비한다. 따라서, 전술한 바대로 공압식으로 높이 위치 설정이 이루어지는 측정 장치는 임의의 타입의 센서로 특수하게 개조하지 않고서도 구현될 수 있다.

본 발명의 제 2 과제는 독립 청구항 10의 특징들을 갖는, 기판 표면을 검사하기 위한 측정 시스템에 의해서 해결된다. 본 발명에 따른 상기 측정 시스템은 청구항 1 내지 청구항 9 중에 어느 한 항에 따른 두 개 이상의 측정 장치를 구비한다. 이 경우 상기 측정 장치들은 개별 센서들이 하나의 측정 행을 따라 배치되도록 상호 배치되어 있다.

본 발명의 기본이 되는 발견은, 다수의 측정 헤드를 규정된 순서를 따라 결합시킨 길게 늘어진 선형 센서가 간단한 방식으로 만들어질 수 있다는 것이다. 상기 선형 센서가 평탄하지 않은 기복을 가진 기판 표면에 밀착함으로써, 각각의 센서는 측정할 기판 표면으로부터 예정된 간격을 두고 자동으로 위치 설정된다.

본 발명은 당연히 다수의 측정 헤드가 2차원적인 그리드(grid) 형태로 배치된 측정 시스템도 포함한다. 이와 같은 방식에 의하여 전술된 선형 센서와 마찬가지로 평탄하지 않은 기판 표면에 밀착되는 표면 센서가 만들어짐으로써, 각각의 센서는 자동으로 예정된 높이 위치에 정렬된다.

본 발명의 추가의 장점 및 특징은 바람직한 실시예들에 대한 아래의 상세한 설명부에서 나타난다.

도 1은 공압식으로 지지된 측정 헤드의 하나의 평면도 및 두 개의 상이한 횡단면도고,

도 2는 공압식으로 지지된 측정 장치의 평면도며,

도 3a는 공압식으로 지지된 상부 커플링 플레이트에 설치된 센서의 현가 장치를 도시한 개략도고,

도 3b는 센서가 가상의 회전축을 중심으로 기울어져 있는, 도 3에 도시된 현가 장치의 이동 상태를 도시한 개략도며,

도 4는 하나의 측정 행으로 순서대로 결합된 4개의 측정 헤드를 갖춘 측정 시스템의 개략도다.

본 경우에 도면에서 동일한 또는 서로 상응하는 소자들의 도면 부호들은 단지 처음 번호만 및/또는 부수적인 철자만 상이하다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 공압식으로 지지된 측정 헤드(110)를 세 가지 다양한 관점에서 보여주고 있다. 아래 좌측에는 측정 헤드의 평면도가 도시되어 있으며, 이 경우 관찰 방향은 z-축 방향이다. 상부는 측정 헤드를 x-y-평면 과 평행한 횡단면도로 보여주고 있다. 아래 우측에는 y-z-평면과 평행한 측정 헤드의 횡단면도가 도시되어 있다. 이 경우 상기 x-축, y-축 및 z-축은 직각의 좌표계를 형성하며, 이 좌표계에서 각각 하나의 축은 두 개의 다른 축들에 의해서 형성된 한 평면에 수직으로 서 있다.

측정 헤드(110)는 센서(111)를 구비하고, 상기 센서는 예컨대 용량성 또는 유도성의 광학 센서와 같은 임의의 센서일 수 있다. 상기 센서(111)는 공기 채널(113)을 형성하는 공기식 소자(112)에 의해서 둘러싸여 있다. 상기 공기식 소자(112)는 자신의 상부면에 두 개의 유입 개구(115)를 포함하고, 유입 개구들은 압축 공기 라인을 통해 압축 공기 발생 장치, 예컨대 펌프에 공압식으로 결합되어 있다. 상기 압축 공기 라인 및 압축 공기 발생 장치는 본 발명의 요지를 명확하게 할 목적으로 도 1에는 도시되어 있지 않다.

공기식 소자(112)의 하부면에는 노즐 형태의 다수의 유출 개구가 형성되어 있으며, 상기 유출 개구들은 측정할 기판 표면과 측정 헤드(110) 사이에 공기 흐름(195)을 형성한다. 상기 공기 흐름(195)은 공기 쿠션을 형성하고, 상기 공기 쿠션 상에서 측정 헤드(110)는 기판 (190) 위에 예정된 간격을 두고 슬라이딩 작용한다. 따라서, 측정 헤드(110)의 하부면과 기판(190) 사이에는 공기 갭(196)이 형성된다. 상기 공기 갭(196)의 크기 그리고 그와 더불어 측정 헤드(110)와 기판(190) 사이의 간격은 상기 공기 흐름(195)의 세기에 의존한다.

위치 설정 시스템에 대한 상기 측정 헤드(110)의 결합은 스프링 소자(130)와 같은 커플링 장치를 통해서 이루어진다. 상기 스프링 소자(130)는, 이 스프링 소자가 (a) x-방향 및 y-방향으로 상기 위치 설정 시스템과 측정 헤드(110) 사이에서 이루어지는 상대 운동을 전혀 허용하지 않도록 그리고 (b) z-방향으로는 위치 설정 시스템과 상기 측정 헤드(110) 사이에 느슨한 결합을 만들어주도록 형성되었다. 상기와 같은 느슨한 결합은 적어도 공기 쿠션의 두께에 의해서 사전 설정된 제로 위치로부터 편향된 특정 영역 안에서는 위치 설정 시스템과 측정 헤드(110) 사이에서 이루어지는 자유로운 상대 운동을 가능케 한다. 따라서, 스프링 소자(130)는 측정 헤드가 도 1에 도시되지 않은 위치 설정 시스템에 의해 단지 x-y-평면에서만 정확하게 위치 설정되도록 해준다. 위치 설정 시스템을 상응하게 구동시킴으로써, 기판(190) 위에 있는 각각의 측정점이 이동될 수 있다.

스프링 소자(130)를 통한 위치 설정 시스템과 측정 헤드(110)의 결합은 또한 상기 위치 설정 시스템에 대하여 상대적으로 상기 측정 헤드(110)가 기울어질 수 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 기울어짐은 x-축을 중심으로, y-축을 중심으로 또는 x-y-평면에 있는 각각의 임의의 축을 중심으로 이루어질 수 있다. x-축 및 y-축을 중심으로 이루어지는 두 가지 기울어짐 가능성은 도 1에 각각 하나의 이중 화살표로 지시되어 있다.

따라서, 측정 헤드(110) 운동의 총 여섯 개의 원칙적으로 가능한 자유도, 즉, 축 x, y 및 z를 따라 이루어지는 세 가지 병진 자유도 그리고 축 x, y 및 z를 중심으로 이루어지는 세 가지 회전 자유도들 중에서 , 단지 x-축 병진 및 y-축 병진 그리고 z-축을 중심으로 이루어지는 회전은 위치 설정 시스템과 측정 헤드(110) 사이의 고정 결합에 의해서 제외되었음이 확인될 수 있다.

아래 우측의 횡단면도에 도시된 바와 같이, 스프링 소자(130)는 또한 위치 설정 시스템에 의해 상기 측정 헤드(110)에 단지 고정력만이 작용하는 성질을 가지며, 상기 고정력의 파워 라인은 상기 스프링 소자(130)의 개별 섹션의 세로 연장부를 따라 뻗는다. 이 경우 스프링 소자(130)는 다양한 면으로부터 작용하는 고정력의 파워 라인들이 측정 헤드(110)의 무게 중심에서 서로 교차하도록 상기 측정 헤드(110)에 연결되어 있다. 상기 무게 중심은 z-방향으로 작용하는 상기 측정 헤드(110)의 중력인 파워 벡터(G)의 출발점에 의해서 결정되었다. 측정 헤드(110)의 무게 중심에서 파워 라인들이 서로 교차하는 방식의 장점은, 측정 헤드(110)의 진동과 연관된 병진 운동 중에도 상기 측정 헤드에는 토크가 전혀 작용하지 않음으로써, 바람직하게는 상기 측정 헤드(110)의 원치 않는 기울어짐이 확실하게 피해진다는 것이다.

도 2는 공압식으로 지지된 측정 장치의 평면도를 보여주고 있으며, 상기 측정 장치는 도 1에 도시된 측정 헤드(110)를 구비하고, 상기 측정 헤드는 본 실시예에서는 도면 부호(210)로 표시되어 있다. 특히 두 개의 유입 개구(215)를 갖는 공기식 소자(212) 그리고 센서(211)를 구비한 측정 헤드(210)는 스프링 소자(230)와 같은 커플링 장치에 의해서 면-위치 설정 시스템과 같은 위치 설정 시스템(220)에 고정되어 있다. 상기 고정 방식 그리고 스프링 소자(230)에 의해 유지되는, 측정 헤드(210)의 운동과 관련된 자유도는 위에서 도 1을 참조하여 상세하게 설명되었다. 따라서, 측정 헤드(210)는 x-y-평면과 평행하게 놓인 특정 동작 영역 안에서는 상기 위치 설정 시스템(220)의 상응하는 구동에 의해서 자유롭게 위치 설정될 수 있다. 이와 같은 목적을 위하여, 상기 위치 설정 시스템(220)은 서로 마주 놓인 두 개의 면에 하나의 x-가이드부(221)를 구비하며, 상기 x-가이드부에서는 스프링 소자(230)가 도면에 도시되지 않은 구동 장치에 의해 x-방향을 따라 이동할 수 있다. 측정 헤드(210)는 스프링 소자(230)를 따라서, 마찬가지로 도면에 도시되지 않은 구동 장치에 의해 y-방향을 따라 이동할 수 있다.

측정 헤드(210)와 상기 측정 헤드 아래에 놓인 기판 사이에 공기 쿠션을 형성하기 위해서 필요한 압축 공기를 제공하기 위하여, 압축 공기 발생기(250)와 같은 압축 공기 발생 장치가 제공되었다. 상기 압축 공기 발생기(250)는 본 발명의 실시예에 따라 상기 위치 설정 시스템(220)의 프레임에 고정되어 있다. 측정 헤드(210)에 전달되는 진동을 줄이기 위하여, 상기 압축 공기 발생기(250)와 상기 위치 설정 시스템(220) 사이에는 진동 감쇠 재료가 제공되어 있다(도시되지 않음). 상기 공기식 소자(212)는 유연성 있는 압축 공기 라인(251)을 통해 압축 공기를 공급받는다.

도 3a는 본 발명의 추가의 한 실시예에 따라 센서(311)의 한 가지 바람직한 현가 장치를 보여주고 있으며, 상기 현가 장치는 상기 센서(311)가 가상의 한 회전 극(VP)을 중심으로 자유롭게 기울어질 수 있도록 해준다. 이와 같은 현가 장치는 상부 커플링 플레이트(331)와 같은 상부 커플링 소자를 포함하며, 상기 커플링 플레이트는 도면에 도시되지 않은 면-위치 설정 시스템에 의해, 기판(390)의 측정할 표면과 평행하게 놓인 동작 영역 안에서 위치 설정된다. 상기 상부 커플링 플레이트(331)는 적어도 한 특정 편향 영역 내에서는 z-방향을 따라 자유롭게 이동할 수 있다. 따라서, 센서(311)의 높이 위치 및 상기 상부 커플링 플레이트(331)의 높이 위치는 기판(390)과 상기 기판(390) 옆에 배치된 공기식 소자(도시되지 않음) 사이에서 형성되는 공기 쿠션에 의해 결정된다.

상기 현가 장치는 또한 상기 센서(311)에 연결된 하부 커플링 플레이트(333)와 같은 하부 커플링 소자를 포함한다. 상기 두 개의 커플링 플레이트(331 및 333)는 두 개의 단단한 바(332a 및 332b)를 통해 서로 연결되어 있으며, 상기 바의 단부들은 각각 하나의 볼 조인트(334)와 같은 볼 소자가 안에 지지 되어 있다. 두 개의 볼 조인트(334)는 상기 상부 커플링 플레이트(331)의 하부면에 존재한다. 두 개의 볼 조인트(334)는 상기 하부 커플링 플레이트(333)의 상부면에 존재한다.

상기 현가 장치는 하부 커플링 플레이트(333) 없이도 구현될 수 있다. 이 경우 상기 두 개의 하부 볼 조인트(334)는 직접 센서(311) 상에 존재한다.

센서가 자신의 출발 위치에 있는 도 3a에 도시된 상황에서, 두 개의 단단한 바(332a 및 332b)는 하나의 대칭축(338)에 대하여 서로 대칭으로 배치되어 있다. 상기 두 개의 하부 볼 조인트(334)는 상호 간격(l)을 두고 배치되어 있다. 상기 센서(311)는 상기 센서(311)에 설치된 하부 커플링 플레이트(333)와 함께 z-방향을 따라 높이(d)를 갖는다.

도 3b에는 상기 센서(311)(도시되지 않음)가 자신의 출발 위치로부터 기울어진 경우가 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우 현가 장치는 특히 상부 볼 조인트(334)의 위치와 관련된, 상기 두 개의 단단한 바(332a 및 332b)의 길이와 관련된 그리고 상기 간격(l)과 관련된 높이(d)에 따라, 상기 센서가 가상의 회전 극을 중심으로 기울어지도록 설계되었다. 이와 같은 방식에 의하여, 기판 표면에 기복이 있는 경우에도 센서(311)는 계속해서 최상으로, 즉 예정된 간격으로 기판 표면에 밀착할 수 있게 된다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 두 가지 2차원적인 도시를 참조해서는 단지 상기 센서(311)의 현가 장치의 원리적인 작용만이 설명되었다. 측정할 기판 표면과 평행하게 그리고 그와 더불어 x-y-평면과 평행하게 방향 설정된 임의의 가상의 회전축을 중심으로 이루어지는 자유로운 경사 동작을 보증하기 위하여, 세 개의 단단한 바를 구비한 현가 장치가 사용될 수 있다. 이 경우 상기 세 개의 단단한 바는 바람직하게 마찬가지로 상기 센서 현가 장치의 대칭축(338)을 중심으로 대칭으로 입체적으로 배치되어 있다.

도 4는 하나의 측정 행으로 순서적으로 결합된 네 개의 측정 헤드(410a, 410b, 410c 및 410d)를 구비한 측정 시스템을 보여주고 있다. 상기 측정 헤드(410a, 410b, 410c 및 410d)에는 위치 설정 시스템이 각각 하나씩 할당되어 있으며, 상기 위치 설정 시스템에 의하여 상응하는 측정 헤드가 x-y-평면 내에 위치 설정될 수 있다. 대안적으로 그리고 특히 바람직하게는, 상기 측정 헤드(410a, 410b, 410c 및 410d) 중에서 적어도 소수의 측정 헤드가 x-방향을 따라서 그리고 y-방향을 따라서 서로 고정적으로 연결되어 있다. 상기 측정 헤드(410a, 410b, 410c 및 410d)는 어떤 경우에도 서로 독립적으로 z-방향을 따라 이동할 수 있고, 각각 상기 측정 헤드(410a, 410b, 410c 및 410d)의 하부면에서 한 가상의 회전 극을 중심으로 자유롭게 기울어질 수 있다.

도 4에 과도한 방식으로 도시된 기복을 갖는 기판(490) 상에 있는 측정 헤 드(410a, 410b, 410c 및 410d)의 (도면에 도시되지 않은) 공기 지지부 그리고 상기와 같은 자유로운 경사 가능성으로 인해, 개별 측정 헤드(410a, 410b, 410c 및 410d)는 각각 상기 기복을 가진 기판 표면에 최상으로 밀착하게 된다. 이와 같은 내용을 명확하게 보여주기 위하여, 상기 기복을 가진 기판 표면에 밀착하기 전에 측정 헤드-중심축의 출발 위치들이 도시되어 있고, 도면 부호 (416a, 416b, 416c 및 416d)로 표기되어 있다. 상기 기복을 가진 기판 표면에 밀착한 후에 도시된 상기 측정 헤드-중심축의 최종 위치들은 도면 부호 (417a, 417b, 417c 및 417d)로 표기되어 있다.

도 4에 도시된 상태에서 측정 헤드(410a 및 410b)는 자신의 출발 위치와 비교할 때 시계 바늘 방향과 반대로 기울어져 있다. 측정 헤드(410c)는 기울어지지 않았고, 측정 헤드(410d)는 자신의 출발 위치와 비교할 때 시계 바늘 방향으로 기울어져 있다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 측정 장치 110: 측정 헤드

111: 센서 112: 공기식 소자

113: 공기 채널 114: 유출 개구/노즐

115: 유입 개구 130: 스프링 소자

190: 기판 195: 공기 흐름

196: 공기 갭

210: 측정 헤드 211: 센서

212: 공기식 소자 215: 유입 개구

220: 위치 설정 시스템 221: x-가이드부

230: 스프링 소자 250: 압축 공기 발생기

251: 압축 공기 라인(유연성 있음)

311: 센서 331: 상부 커플링 플레이트

332a, 332b: 단단한 바 333: 하부 커플링 플레이트

334: 볼 조인트 338: 대칭축

390: 기판

VP: 가상의 회전극 l: 하부 볼 조인트들 사이의 간격

d: 센서의 두께 + 하부 커플링 플레이트

410a, b, c, d: 측정 헤드 416a, b, c, d: 중심축 출발 위치

417a, b, c, d: 중심축 최종 위치

490: 기판(심하게 구부러짐)

Claims

기판의 표면을 검사하기 위한 적어도 2 개의 측정 장치들을 구비하는 기판의 표면을 검사하기 위한 측정 시스템으로서,

상기 적어도 2 개의 측정 장치들 각각은:

측정 헤드 ― 상기 측정 헤드는 표면을 검출하기 위한 센서 및 상기 센서 옆에 배치된 공기식 소자를 포함하고, 상기 공기식 소자는 유입 개구 및 아래로 향하는 적어도 하나의 유출 개구를 포함함 ―,

면-위치 설정 시스템 ― 상기 면-위치 설정 시스템은 상기 기판 위에 있는 x-y-평면 내에서 상기 측정 헤드의 정확한 위치를 설정하도록 설계됨 ―,

압축 공기 발생 장치 ― 상기 압축 공기 발생 장치가 상기 유입 개구에 공압식으로 결합함으로써, 상기 공기식 소자에 압축 공기가 공급되는 경우에는 상기 측정 헤드가 기판 위의 예정된 높이에 위치 설정될 수 있음 ―, 그리고

상기 면-위치 설정 시스템과 상기 측정 헤드 사이에 배치되는 커플링 장치

를 포함하고,

상기 측정 장치들은 각각의 센서들이 하나의 측정 행을 따라 배치되도록 상호 배열되고,

상기 커플링 장치는 상기 측정 헤드가 적어도 특정 각 범위 안에서는 축(VP)을 중심으로 자유롭게 기울어질 수 있도록 형성되었으며, 상기 축(VP)은 상기 x-y-평면과 평행하게 방향 설정되는,

기판의 표면을 검사하기 위한 측정 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 커플링 장치는 상기 측정 헤드가 x-y-평면에 대하여 수직인 z-방향을 따라 적어도 특정 운동 영역 안에서는 자유롭게 이동할 수 있도록 형성된,

기판의 표면을 검사하기 위한 측정 시스템.
삭제
제 1 항 또는 제 3항에 있어서,

상기 커플링 장치는:

공기식 소자와 단단히 연결된 상부 커플링 소자, 그리고

관절 형태의 현가 장치를 통해 상기 상부 커플링 소자와 연결된 하부 커플링 소자

를 포함하는,

기판의 표면을 검사하기 위한 측정 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 관절 형태의 현가 장치는 적어도 두 개 이상의 바를 포함하며, 상기 바의 상단부는 상기 상부 커플링 소자에 그리고 상기 바의 하단부는 상기 하부 커플링 소자에 각각 하나의 볼 소자 안에서 연결된,

기판의 표면을 검사하기 위한 측정 시스템.
제 1 항 또는 제 3항에 있어서,

상기 공기식 소자는 센서 주변에 배치된,

기판의 표면을 검사하기 위한 측정 시스템.
제 1 항 또는 제 3항에 있어서,

상기 적어도 하나의 유출 개구는 유출되는 공기의 속도가 적어도 거의 음속에 도달하도록 형성된 공기 노즐인,

기판의 표면을 검사하기 위한 측정 시스템.
제 1 항 또는 제 3항에 있어서,

상기 센서는 용량성의 및/또는 유도성의 광학 센서 소자를 구비하는,

기판의 표면을 검사하기 위한 측정 시스템.
삭제