KR102442240B1 - 거리 센서, 배치 시스템 및 방법 - Google Patents

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하메드 사데기안 마르나니
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네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
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Abstract

물체(O)의 표면(OS)까지의 거리를 추정하기 위한 거리 센서(1)에 있어서, 상기 거리 센서는 미세 전자 기계 시스템(MEMS)(5); 검출 수단(30); 및 처리 장치(40)를 포함한다. 상기 MEMS는 상기 물체(O)의 상기 표면(OS)의 반대 편에 배치되어 MEMS 센서 표면으로 표시되는 표면(12), 및 상기 MEMS 센서 표면(12)이 진동하게 하는 교류 구동 신호를 생성하는 MEMS 구동기(20)를 가지는 MEMS 장치(10)를 포함한다. 상기 검출 수단(30)은 상기 MEMS(5)의 동적 동작의 특성에 대한 값을 결정하는 것이며, 상기 처리 장치(40)는 상기 특성에 대해 상기 결정된 값에 기초하여 상기 MEMS 센서 표면(12) 및 상기 물체(O)의 상기 표면(Os) 사이에서 측정된 거리(D2)로서 평균 거리(h)를 추정하는 것이다.

Description

거리 센서, 배치 시스템 및 방법
본 개시는 제1 물체와 제2 물체 사이의 거리를 추정하기 위한 거리 센서에 관한 것이다.
또한, 본 개시는 제2 물체에 대해 제어되는 거리에서 제1 물체를 위치 설정 및/또는 유지하기 위한 배치 시스템 및 방법에 관한 것이다.
나노 제조 및 계측에서, 기판(예를 들어, 웨이퍼)에 관해 정확하게 위치된 광학 소자를 구비하는 것이 종종 바람직하다. 전형적으로, 측정은 레벨 센서로 초기에 수행되며, 상기 레벨 센서는 타겟 기판의 높이를 맵핑하고, 다음으로 레벨 센싱 측정(level sensing measurement)에 기초하여 광학 소자가 위치 설정된다. 예를 들어, 리소그래피 장치(lithographic apparatus)에서 이미징 렌즈(imaging lens)는 웨이퍼 상에 이미지를 투영하기 위해 사용될 수 있다. 포커스(focus)를 유지하기 위해, 이미징 렌즈와 웨이퍼 사이에서 제어되는 거리를 유지하는 것이 바람직하다. 하지만, 고해상도에서, (예를 들어, 렌즈 아래에서 웨이퍼를 움직이는 동안) 웨이퍼의 두께, 틸팅(tilting) 또는 파형(waviness)에서의 미세한 변화(variations)조차도 포커스에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 고정밀도로 거리를 항상 모니터링하고 배치하는(align) 것이 바람직하다.
예를 들어, 간섭계(interferometry)와 같은 광학 수단을 사용하여 거리가 측정될 수 있다. 그러나, 광학 기술은 일반적으로 기판에 좌우되는데(substrate dependent), 예를 들어 기판 물질의 반사 동작(reflection behavior)에 의해 영향을 받는다. 또 달리, 정전식 감응 센서가 사용될 수 있으나, 또한 기판에 좌우되며, 예를 들어 기판의 전도성에 의해 영향을 받는다. 또 달리, 미국 특허 제 7,021,120 호는 기판에 덜 의존적일 수 있는 고해상도 가스 게이지 근접 센서(high resolution gas gauge proximity sensor)를 개시한다. 그러나, 이러한 센서는 복잡한 가스 시스템으로 구성되어 있으며, 진공 상태에 영향을 줄 수 있다. 또한, 해상도는 여전히 불충분할 수 있고, 센서가 비교적 느릴 수 있다.
따라서, 고정밀도로 물체 사이의 거리를 유지하도록 기판 독립 배치 시스템(substrate independent alignment system)을 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시는 물체(object)의 표면(surface)까지의 거리를 추정하기 위한 거리 센서(distance sensor)를 제공한다. 상기 거리 센서는 상기 물체의 상기 표면의 반대 편에 배치되는 표면(MEMS 센서 표면(sensor surface)으로 지칭(denote)됨) , 및 상기 MEMS 센서 표면이 진동하게(vibrate) 하는 교류 구동 신호(ac driving signal)를 생성하는 MEMS 구동기(driver)를 가지는 MEMS 장치(MEMS device)를 구비하는 미세 전자 기계 시스템(MEMS: micro electric mechanical system)을 포함한다. 상기 거리 센서는 상기 MEMS의 동적 동작(dynamic behavior)의 특성(property)에 대한 값을 결정하는 검출 수단(detection means)을 더 포함한다. 상기 거리 센서는 상기 특성에 대해 상기 결정된 값에 기초하여 상기 MEMS 센서 표면 및 상기 물체의 상기 표면 사이에서 측정된 거리로서, 상기 MEMS 센서 표면의 댐프닝(dampening)에 대한 측정으로부터 평균 거리를 추정하는 처리 장치(processing device)를 더 포함한다.
MEMS 장치의 기계적 동작은 그 표면과 물체의 표면 사이의 거리에 의존한다. MEMS 센서 표면이 물체의 표면에 가까울수록, MEMS 센서 표면은 MEMS 센서 표면과 물체 표면 사이의 매체에 의해 약해진다. MEMS 센서 표면이 물체의 표면에 더 근접하게 된다, MEMS 센서면은 MEMS 센서면과 물체의 표면 사이의 매체(medium)에 의해 댐프닝된다(dampened). 따라서, 표면들 간의 평균 거리는 MEMS 센서 표면의 댐프닝(dampening)의 측정으로부터 추정될 수 있다. 이러한 방식으로 복잡한 가스 시스템을 요구하지 않고 거리를 빠르고 정확하게 측정할 수 있다. MEMS 센서 표면과 물체의 표면 사이에 존재하는 매체는 환경에 존재하거나 인위적으로 공급되는 공기일 수 있다. 또한, 불활성 가스(예를 들면, 질소 또는 불활성 기체(noble gases), 또는 수소와 같은 다른 가스)와 같은 다른 매체가 적합하다. 매체의 압력은 대기압 또는 그 밖의 압력일 수 있다. 예를 들어, EUV 애플리케이션(EUV applications)에 대해, 약 1 mbar의 압력에서 수소 가스가 사용될 수 있다. MEMS 장치의 댐프닝은 다양한 방식으로 결정될 수 있다.
일실시예에서, 특성은 MEMS 센서 표면이 진동하는 주파수이다. MEMS 장치는 예를 들어 공진 회로(resonance circuit)에서 액티브 컴포넌트(active component)일 수 있으며, MEMS 장치의 기계적 댐프닝(mechanical dampening)은 공진 회로의 주파수의 약화(reduction)의 효과를 갖는다. 따라서, 더 낮은 공진 주파수(lower resonance frequency)는 더 작은 거리(smaller distance)를 나타낸다.
다른 실시예에서, 특성은 MEMS 센서 표면이 진동하는 진폭이다. MEMS 장치가 고정된 진폭 구동 신호(fixed amplitude drive signal)로 구동될 경우, MEMS 장치의 기계적 댐프닝은 MEMS 장치가 진동하는 진폭의 감소(reduction)의 효과를 갖는다. 따라서, 더 낮은 진폭은 더 작은 거리를 나타낸다(indicate). 또 달리, 진동 진폭 상수(vibration amplitude constant)를 유지하고, 공급 신호(supply signal)의 요구되는 진폭을 측정하도록 피드백 루프가 제공될 수 있다. 구동 신호의 더 큰 진폭은 더 작은 거리를 나타낸다. 또 다른 대안에 따르면, 상기 MEMS 장치는 펄스와이즈(pulsewise)로 구동되고, 공진의 진폭이 미리 결정된 부분(fraction)(예를 들어, 펄스 이후에 직접적으로 그 값의 0.5)으로 감쇠하는(decays) 시간이 측정된다. 더 짧은 감쇠 시간(decay time)은 더 짧은 거리를 나타낸다.
또 다른 실시 예에서, 특성은 MEMS 장치의 품질 인자(quality factor)이다. 거리가 더 짧을수록 댐프닝이 더 높아진다. 따라서, 더 낮은 품질 인자는 더 짧은 거리를 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 특성은 MEMS 센서 표면에 대한 움직임(movement) 및 교류 구동 신호(ac driving signal) 사이의 위상 변이(phase shift)이다. 댐프닝이 증가하는 경우, 위상 시프트 또한 증가한다. 따라서, 더 큰 위상 시프트는 더 짧은 거리를 나타낸다.
측정은 이러한 접근법들 중 하나에 제한되지는 않는다는 것을 유의해야 한다. 대신에 접근법들의 조합이 사용될 수 있다. 또한, 다른 파라미터들(예를 들어, 구동 신호의 상이한 주파수 또는 진폭)로 특정 측정이 반복될 수 있다.
실시예들에서, MEMS의 동적 동작의 특성은 MEMS 구동기의 전기적 파라미터들로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, MEMS 장치 및 MEMS 구동기의 조합에 의해 형성된 시스템과 같이, MEMS 장치 자체가 MEMS의 공진 주파수(resonance frequency)를 결정하는 경우이다. 센서는 MEMS 장치의 특성을 측정하기 위해 사용되는 경우에, 센서는 예를 들어 정전식 감응 센서(capacitive sensor), 열 센서(thermal sensor), 광학 센서(optical sensor), 및 압전 저항 센서(piezo-resistive sensor)로부터 선택될 수 있다.
다양한 옵션은 관측된 속성으로부터의 거리를 추정할 수 있다. 하나의 옵션에 따르면, MEMS의 동적 동작의 특성은 일련의 거리에 대해 결정되고, 각각의 거리에 대해 관찰된 값은 룩업 테이블에 저장된다. 거리 센서의 동작 모드에서, 룩업 테이블은 측정된 거리로 거리를 추정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 추정된 거리는 작동 모드에서 관찰된 특성에 대한 값과 가장 잘 일치하는 특성에 대한 값에 대응하는 룩업 테이블에서 발견된 거리이다. 또 달리, 거리에 대한 값은 보간(interpolation)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 룩업 테이블에서 발견된 거리에 대한 선형 보간(linear interpolation)은 동작 모드에서 관측된 특성에 대한 값과 가장 잘 일치하는 테이블 내 특성에 대한 한 쌍의 값에 대응하며, 상기 쌍의 값은 관측된 값보다 낮은 룩업 테이블에서의 가장 높은 값이고, 관측된 값보다 높은 룩업 테이블에서의 가장 낮은 값이다. 또 다른 옵션에 따르면, MEMS의 동적 동작의 특성은 일련의 거리에 대해 결정되며, 각각의 거리에 대해 관찰된 값은 거리와 특성 사이의 관계를 추정하는데 사용된다. 예를 들어, 관찰의 세트는 거리와 특성에 대한 값 사이의 다항식 관계를 추정하는 데 사용된다. 동작 모드에서 추정된 다항식 관계는 특성에 대해 관측된 값으로부터의 거리를 추정하기 위해 사용된다.
또 다른 옵션에 따르면, 관측된 값과 거리 사이의 관계는 댐프닝 효과를 정의하는 미분 방정식(differential equation)의 분석 솔루션(analytical solution)을 이용하여 결정된다. 상기 댐프닝 효과는 다음의 레이놀스 방정식(Reynolds equation)에 의해 결정된다.
Figure 112019030435267-pct00001
여기서 h[m]은 표면 사이의 평균 거리이고, h[kg.m-1.s-1]은 표면들 사이의 매체(medium)의 점성률(dynamic viscosity)이며, x,y [m]은 측좌표이며, 즉 반대 표면들(opposed surfaces)에 평행한 평면이고, t [s]은 시간이다.
또한, Pa, p[kg.m-2.s-1] 각각은 매체의 주위 압력(ambient pressure), 및 MEMS 센서 표면 상의 측면 좌표 x, y의 함수로 작용되는(exerted) 필름 압력(film pressure)이다. 분석 솔루션은 예를 들어 "정전식 감응 RF MEMS 스위치의 다이나믹스 및 스퀴즈 필름 가스 댐핑(Dynamics and squeeze film gas damping of a capacitive RF MEMS switch)"(DOI 10.1.1.660.4439)에서 스틴켄 외(Steeneken et al.)에 의해 제공된다. 제시된 분석 솔루션에 따르면, 상기 스퀴즈 필름 가스 댐핑 힘 FD[kg.m.s-2]은 다음과 같다.
Figure 112019030435267-pct00002
파라미터 b[kg.m3.s-1]은 스퀴즈 필름 댐핑 상수(squeeze film damping constant)로 정의되며, v[m.s-1]은 MEMS 센서 표면에 대한 속력(velocity)이고, z[m]은 반대 방향의 표면에 대한 MEMS 센서 표면의 평균 거리이다. 따라서, 댐핑 힘(FD)의 크기(magnitude)는 평균 거리(z)의 단조 감소 함수(monotonically decreasing function)이다. 따라서, 댐핑 힘(FD)은 분명히 z의 값을 나타낸다. 이와 유사하게, 위상 시프트, 주파수 시프트 등과 같은 이러한 댐핑 힘의 단조 함수(monotonic function)인 임의의 파라미터는 또한 명확히 z의 값을 나타낸다. 일반적으로, MEMS 센서 표면이 진동하는 진폭은 평균 거리보다 실질적으로 더 작다. 예를 들어, 평균 거리는 수십 마이크로미터 정도 이상이며, 예를 들어 20 내지 200 마이크로미터의 범위이고, 반면에 진폭은 수백 나노미터 내지 마이크로미터 정도이다.
본 개시는 제2 물체에 대해 제어된 거리에서 제1 물체를 위치 설정 및/또는 유지하기 위한 배치 시스템을 더 제공한다. 배치 시스템으로 또한 나타내는 상기 배치 시스템은, 상기 제1 물체 또는 상기 제2 물체를 유지(hold)하도록 구성된 물체 스테이지를 포함하며, 상기 제1 물체의 표면은 상기 제2 물체의 표면 위로 거리(distance)에 떨어져 있다. 상기 배치 시스템은, 상기 제1 및 제2 물체의 표면들 사이의 거리를 변경하도록 상기 물체 스테이지를 작동시키도록(actuate) 구성된 물체 스테이지 액추에이터(object stage actuator)를 포함한다. 이에 따라, 물체 스테이지는 그 사이의 거리를 변경하기 위해 서로에 관한 제1 및/또는 제2 물체를 움직이도록 구성된다. 배치 시스템은 또는 위에서 특정된 거리 센서(distance sensor)를 더 포함한다. 사용시 제1 물체는 상기 물체 스테이지에 의해 유지된다(held). 상기 배치 시스템은, 제2 물체에 대해 상기 제어된 거리에서 상기 제1 물체를 유지하도록(keep), 상기 거리 센서에 의해 추정된 거리의 함수로 상기 물체 스테이지 액추에이터를 제어하도록 구성된 제어기(controller)를 포함한다. 거리 센서 및 제2 물체 사이의 거리는 제1 및 제2 물체 사이의 거리와 다를 수 있다.
피드백 루프를 사용하여 제2 물체의 높이가 변할 때 거리가 정확하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 거리 센서로부터의 피드백 신호에 기초하여 거리가 제어될 수 있다. 예를 들어, 거리는 거리 센서로부터 피드백 신호에 기초하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 거리 센서로부터의 피드백 신호에 기초하여 거리가 제어될 수 있다. 센서 스테이지를 통해 물체 스테이지로부터의 가변 거리에 거리 센서를 연결함으로써, (예를 들어, 제2 물체의 표면을 가로 질러 측정된) 프로브 레벨 거리(probe level distance)가 변경될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터를 포함하는 센서 스테이지는 MEMS 센서 표면의 레벨과 제1 물체의 표면의 레벨 사이의 센서 레벨 거리를 가변적으로 설정하도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 센서 스테이지는 물체 스테이지 액추에이터와 동일한 방향으로 거리 센서를 이동시키도록(translate) 구성된다. 예를 들어, 센서 스테이지는 제1 물체에 대해 거리 센서를 이동시키도록 구성된다. 따라서, 센서 레벨 거리는 제1 물체와 제2 물체 사이의 임의의 원하는 거리를 제공하도록 설정될 수 있다. 센서 스테이지는 고정밀 스테이지(high precision stage)일 수 있으며, 예를 들어 마이크로미터 또는 나노미터 분할(resolution)일 수 있다. 센서 스테이지는 예를 들어, 마이크로미터 분할 모터 스테이지(micrometer resolution motorized stage)와 나노미터 분할 피에조 스테이지(nanometer resolution piezo stage)의 조합을 포함한다. 따라서, 제1 물체와 MEMS 센서 표면 사이의 센서 레벨 거리는 제1 물체와 제2 물체 사이의 원하는 거리에 가깝거나 같게 설정될 수 있으며, 예를 들어 1 마이크로미터 미만, 100 나노미터 미만, 또는 10 나노미터 미만의 마진(margin) 내일 수 있고, 예를 들어 1 내지 10 나노미터 사이일 수 있다. 이는 예를 들어 MEMS 센서 표면이 제2 물체의 표면에 대해 작동하도록 의도되는 근접도(proximity)에 의존할 수 있다. 바람직하게는, 제어기는 프로브 팁(probe tip)과 제1 물체 사이의 센서 레벨 거리를 보정하도록(calibrate) 구성된다.
다수의 거리 센서를 제공함으로써, 각각은 개별 MEMS 센서 표면과 제2 물체의 표면의 상이한 부분 사이의 거리를 측정할 수 있다. 하나 이상의 물체 스테이지 액추에이터(object stage actuators)는 제1 물체와 제2 물체의 표면의 상이한 부분 사이의 각각의 거리를 제어하도록 구성될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 물체 스테이지 액추에이터는 제2 물체의 표면에 대해 제1 물체의 거리 및/또는 틸트(tilt)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 배치 시스템을 기판쪽으로 움직이기 위해 전체적인 느린 배치 및 접근 스테이지가 제공될 수 있다. 예를 들어, 물체 스테이지 액추에이터는 접근 스테이지와 물체 스테이지 사이에 배치될 수 있다. 상기 물체 스테이지 액추에이터는 상기 제1 물체의 거리 및/또는 틸트의 상대적으로 빠른 조정을 제공할 수 있다. 물체 스테이지는 MEMS 센서 표면에 대해 임의의 위치에서 제1 물체를 유지하도록 구성될 수 있다. MEMS 센서 표면에 인접한 제1 물체를 제2 물체의 표면 위로 유지함으로써, 물체들 사이의 거리는 매우 작아 질 수 있다. 예를 들어, 제1 물체와 제2 물체 사이의 거리는 100 나노미터보다 작고, 50 나노미터보다 작으며, 예를 들어 5 내지 20 나노미터일 수 있다. (예를 들어 제2 물체의 표면을 가로질러 측정되는) MEMS 센서 표면과 인접한 제1 물체의 에지 사이의 작은 측면 거리(lateral distance)를 유지함으로써, MEMS 센서 표면에 의해 측정된 제2 물체의 높이는 통상적으로 제1 물체에서의 높이를 대표한다(representative). 따라서, MEMS 센서 표면과 제2 물체의 표면을 따른 제1 물체의 에지(edge) 사이의 측면 거리는, 5 센티미터 미만, 2 센티미터 미만, 1 센티미터 미만, 또는 심지어 더 작은 것이 바람직하다.
피드 포워드 제어(Feed forward control)는, 제1 물체(예를 들어, 렌즈)가 제2 물체(예를 들어, 웨이퍼) 위의 스캔(scanning) 방향으로 스캔되고, MEMS 센서가 제1 물체의 전방에(즉, 스캐닝 방향으로 앞서) 배치되는, 구성(arrangement)에서의 추가 개선으로서 사용될 수 있다. 스캔 방향으로 순간 위치에서 MEMS 센서로부터 얻어진 깊이 측정 결과는 피드 포워드 제어에 의해 제1 물체의 위치를 *?*보정하기 위해 사용되어, 순간 위치에 도달할 때 높이가 상기 깊이 측정 결과에 따라 적응된다. 이와 함께, MEMS 센서와 제1 물체가 이격되어있는 경우에도 스캔 방향으로 높이 그라디언트(height gradient)에 기인한 위치 설정 에러(positioning errors)가 방지된다. 부가적인 이점으로서, 더 느린 제어 시스템은, 제2 물체의 표면의 높이 변화를 예측할 시간을 갖기 때문에 제1 물체를 위치 설정하기에 충분하다. 예를 들어, 거리 센서는 MEMS 센서 표면을 진동시키도록 구성된 고주파 액추에이터(high frequency actuator)(예를 들면, 피에조(piezo))를 포함한다. MEMS 센서 표면 반대편의 MEMS의 표면에 광 빔을 반사시킴으로써, 반사된 광 빔의 방향은 MEMS의 동적 동작을 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 광섬유를 사용함으로써 광이 반대 표면과 인터로게이터(interrogator) 사이에 향하게 할 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터가 (예를 들어, 간섭계 원리에 기초하여) 사용될 수 있다. 인터로게이터는 거리 센서와 제2 물체의 표면 사이의 근접도를 나타내는 제어기에 대한 피드백 신호를 제공할 수 있다. 또한, 정전식 감응(capacitive), 열, 압전 저항(piezo-resistive) 수단과 같은 다른 수단이 MEMS의 동적 동작을 결정하는데 사용될 수 있다.
바람직하게는 적어도 3 개의 거리 센서가 거리뿐만 아니라 두 방향으로 표면의 틸트를 측정하는데 사용된다. 또한, 예를 들어 4 개의 거리 센서들이 예를 들어 노이즈 감소(noise reduction)를 위해 더 사용될 수 있다. 또한, 다른 유형의 거리 센서가 상술된 MEMS 기반 거리 센서와 함께 사용될 수 있다. 삼각형 구성으로 거리 센서들을 제공함으로써, 거리 센서는 제 2 물체의 표면을 가로질러 보이는 제1 물체의 원주 둘레에 배치될 수 있다. 제2 물체의 표면에 대한 제1 물체에 대한 틸트는 3 개의 거리 센서들의 측정에 기초할 수 있다. 배치 시스템은 예를 들어, 3 개의 커플링되지 않은(non-coupled) 제어기들 또는 통합된 제어기를 사용할 수 있다. 따라서, 3 개 이상의 거리 센서들은 물체들 사이에서 바람직한 배치(desired alignment)를 유지하는데 협력하도록(cooperate) 동기화될 수 있다.
본 배치 시스템 및 방법은 예를 들어, 배치 시스템을 포함하는 리소그래피 장치(lithographic apparatus)에서 예를 들어, 나노제조로 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 제1 물체는 렌즈이고 제2 물체는 마스크이다. 따라서, 물체 스테이지는 마스크로부터 특정 제어된 거리에서 렌즈를 유지하도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 리소그래피 장치는 마스크 스테이지를 포함하고, 렌즈는 이미지를 웨이퍼 상에 투영하도록 구성된 이미징 시스템(imaging system)의 일부이다. (화학) 광원은 기판 상에 렌즈를 통해 마스크 이미지를 투영하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 배치 시스템은 예를 들어, 투영된 이미지의 콘트라스트 측정(contrast measurement)에 의해, 제2 물체 상에 렌즈를 통해 투영된(projected) 이미지에 기초하여 상기 MEMS 센서 표면과 상기 렌즈 사이의 센서 레벨 거리를 보정하도록(calibrate) 구성될 수 있다. 또한, 본 배치 시스템 및 방법은 고체잠입렌즈(solid immersion lens), 하이퍼 렌즈(hyper lens), 메타표면(metasurface), 나노안테나(nanoantenna), 초진동 렌즈(super oscillatory lens) 및 기타 유형의 근접장 렌즈(nearfield lens)와 같이, 표면에 나노 렌즈(nano-lens)를 포커스에 또는 일정 거리에 유지시키는, 나노 계측(nano-metrology), 나노 이미징(nano-imaging), 및/또는 검사에 사용될 수 있다.
상기 기판은 웨이퍼 스테이지에 의해 유지될 수 있으며, 상기 웨이퍼 스테이지는 상기 렌즈와 상기 웨이퍼 사이의 거리로 가로지르는, 표면 방향을 따라 상기 웨이퍼를 움직이도록 구성된다. 배치 시스템은 제1 물체를 제2 물체의 표면에 걸쳐 이동시키는 동안 제2 물체로부터 제어된 거리에서 제1 물체를 유지하는 특정 이점을 제공한다. 보다 구체적으로, 리소그래피 장치는 웨이퍼의 표면에 걸쳐 렌즈를 이동시키는 동안, 웨이퍼로부터 제어된 거리에 렌즈를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈와 웨이퍼 사이의 거리는 매우 작을 수 있으며, 예를 들어 1 내지 100 나노미터의 범위에 있을 수 있다.
본 개시의 다른 또는 또 다른 측면은 제2 물체에 대한 제어된 거리에서 제1 물체를 배치시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 상기 제2 물체의 표면 위로 거리(distance)에 있는 상기 제1 물체의 표면을 유지하기(hold) 위한 물체 스테이지를 제공하는 단계; 상기 제1 및 제2 물체의 상기 표면들 사이의 상기 거리를 변경하도록(vary) 상기 물체 스테이지를 작동시키는 물체 스테이지 액추에이터를 제공하는 단계; 물체의 표면에 대한 거리를 측정하는 거리 센서(distance sensor) - 상기 거리 센서는, 상기 제2 물체의 상기 표면의 반대 편에 배치될 표면, 및 상기 MEMS 센서 표면이 진동하게 하는 교류 구동 신호를 생성하는 MEMS 구동기를 가지는 MEMS 장치를 구비하는 미세 전자 기계 시스템을 포함함 - , 상기 MEMS의 동적 동작의 특성에 대한 값을 결정하는 검출 수단(detection means), 및 상기 특성에 대해 상기 결정된 값에 기초하여 상기 MEMS 센서 표면 및 상기 제2 물체의 표면 사이에서 측정된 거리로서 상기 MEMS 센서 표면의 댐프닝(dampening)에 대한 측정으로부터 평균 거리를 추정하는 처리 장치(processing device)를 제공하는 단계; 상기 제2 물체에 대해 상기 제어된 거리에서 상기 제1 물체를 유지하도록 상기 측정된 거리의 함수로서 상기 물체 스테이지 액추에이터를 제어하는 단계를 포함한다.
본 개시의 장치, 시스템 및 방법의 이러한 특징 및 다른 특징, 측면들 및 이점들은 다음의 설명, 첨부된 청구항 및 첨부 도면으로부터 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 거리 센서의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 1A는 거리 센서의 일실시예의 일 부분을 보다 상세하게 도시한다.
도 2는 거리 센서의 제2 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3A는 거리 센서의 일실시예의 일 부분을 보다 상세하게 도시한다.
도 3B는 상기 부분에 대한 대안을 도시한다.
도 3C는 상기 부분에 대한 다른 대안을 도시한다.
도 3D는 상기 부분에 대한 또 다른 대안을 도시한다.
도 4A는 배치 시스템의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 4B는 조정 가능한 센서 거리를 갖는 배치 시스템의 제2 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 5A는 다수의 거리 센서들을 갖는 배치 시스템의 제3 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 5B는 접근 스테이지를 포함하는 배치 시스템의 제4 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 6은 다른 실시예들 중 일부의 특징을 조합하는 배치 시스템의 제5 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 7A 및 도 7B는 3 개의 거리 센서의 위치를 개략적으로 도시한다.
도 8A는 제2 물체의 표면 위에 제1 물체에 인접한 거리 센서의 예시적인 상세를 개략적으로 도시한다.
도 8B는 리소그래피 장치에서 배치 시스템의 사용을 개략적으로 도시한다.
도 1은 물체(O)의 표면(OS)에 대한 거리를 추정하기 위한 거리 센서(1)를 개략적으로 도시한다. 거리 센서는 MEMS로도 지칭(denote)되는 미세 전자 기계 시스템(microelectromechanical system)을 포함한다. MEMS 장치(10)는 물체(O)의 표면(OS)에 대향하도록 배치된 표면(12)을 갖는 MEMS 장치(10)를 포함한다. MEMS 장치(10)는 MEMS 센서 표면(12)이 진동하게 하는 교류 구동 신호(ac driving signal)(Sd)를 발생시키는 MEMS 구동기(20)에 커플링된다(coupled). 구동 신호(Sd)는 예를 들어 1kHz 내지 100 kHz 범위에서 미리 결정된 주파수를 가질 수 있으며, 예를 들어 5 내지 50 kHz이다. 미리 결정된 주파수는 MEMS 센서 표면과 물체 표면 사이의 예상되는 거리에 따라 선택될 수 있다. 또 달리, 구동 주파수는 최소 값과 최대 값 사이로 통과될(swept) 수 있다. 다른 실시예에서,구동 주파수는 MEMS 장치(10)에 의해 겪게 되는(experienced) 댐프닝에 의존한다. 검출 수단(30)은 MEMS의 동적 동작의 특성에 대한 값(pv)을 결정하도록 제공되고, 처리 장치(40)는 상기 특성에 대해 결정된 값(pv)에 기초하여 MEMS 센서 표면(12) 및 물체(O)의 표면(Os) 사이의 평균 거리(h)를 추정하고 이러한 추정을 출력 신호(
Figure 112022023783887-pct00003
)로 나타내도록 제공된다.
도 1A는 진폭(A)으로 진동하는 멤브레인 표면(membrane surface)(12)을 갖는 멤브레인으로서의 MEMS 장치를 개략적으로 도시한다. 멤브레인은 수 마이크로 미터에서 수 백 마이크로 미터 정도의 측면 치수(lateral dimensions)를 가질 수 있다. 멤브레인은 예를 들어 측면 치수로서 상기 범위의 직경을 갖는 원형 멤브레인 표면(circular membrane surface), 또는 측면 치수로서 상기 범위 내의 에지를 갖는 정사각형 멤브레인(square membrane)을 가질 수 있다. 또한, 원형 또는 정사각형 이외의 형태를 갖는 멤브레인이 사용될 수 있으며, 예를 들어 직사각형 또는 타원형일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 멤브레인은 1-1000 마이크로미터의 범위 내의(예를 들어 20-500 마이크로미터 범위 내, 예를 들어 50-200 마이크로미터 범위 내) 측면 치수를 가질 수 있다.
예시 목적으로, 진동의 크기는 다소 과장된다. 실제로 진폭(A)의 크기의 정도는 평균 거리(h)의 크기보다 실질적으로 작을 것이다.
도 1에 도시된 실시예에서, 검출 수단은 비접촉(contactless) 방식으로 MEMS의 동적 동작의 특성에 대한 값(pv)을 결정한다. 예를 들어, 검출 수단은 MEMS 장치(10)의 진폭(A)(예를 들어, 특성으로서 멤브레인의 진폭(A))을 결정하기 위해 간섭계(interferometry)를 사용한다.
진폭(A)는 멤브레인에 가해지는(exerted) 스퀴즈 필름 댐핑(squeeze film damping)의 단조 감소 함수(monotonically decreasing function)이며, 이와 함께 평균 거리(h)를 나타낸다. 유사하게는, 검출 수단은 MEMS 장치(10)의 움직임과 MEMS 장치가 구동되는 신호 사이에서 발생하는 위상 변이(phase shift)를 결정할 수 있다. 위상 변이는 멤브레인에 가해지는 스퀴즈 필름 댐핑의 단조 증가 함수(monotonically increasing function)이고, 이와 함께 평균 거리(h)를 나타낸다.
또 달리 또는 부가적으로, MEMS 장치(10)의 품질 인자(quality factor)와 같이, 다른 특성들이 결정될 수 있다. 상기 품질 인자는 멤브레인에 가해지는 스퀴즈 필름 댐핑의 단조 감소 함수이며, 이와 함께 평균 거리(h)를 나타낸다.
검출 수단은 간섭 센서(interferometric sensor)와 같은 광학 센서로 제한되는 것은 아니다는 것을 주목한다. 또한, 예를 들어 정전식 감응 센서, 열 센서, 광학 센서, 또는 압전 저항 센서(piezoresistive sensor) 중 하나 이상을 대신하거나 또는 추가하여 다른 유형의 센서가 사용될 수 있다.
도 2는 또 다른 실시예를 도시하며, 관측된 특성은 그 진폭 또는 품질 인자와 같은 MEMS 장치(10)의 특성이 아니라, 대신에 MEMS 구동기(20) 및 MEMS 장치(10)를 포함하는 MEMS(5)의 특성이다. 이러한 실시예에서, 구동 신호(Sd)에서의 변화(change) 또는 그와 관련된 신호에서의 변화는 MEMS 장치에 가해지는 스퀴즈 필름 댐핑의 크기에 의존하여 측정된다. 물체(O)의 표면(Os)에 대한 MEMS 센서 표면(12)의 평균 거리(h)를 감소시킴에 따라, 증가된 스퀴즈 필름 댐핑이 발생한다. 결과적으로, MEMS 장치(10)의 기계적 부하(mechanical load)와 이와 함께 전기 부하(electrical load)(즉, 전력 소비)는 MEMS 구동기(20)에 대해 증가한다. 따라서, 전력 소비는 표면들(12, OS) 사이의 평균 거리를 나타낸다.
도 3A는 처리 장치(40)의 제1 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 처리 장치(40)는 복수의 값들(hi) 각각에 대해, 거리를 나타내는 특성에 대해 관측된 각각의 값(pvi)을 포함하는 룩업 테이블(lookup table)(44)을 포함한다. 상기 값 쌍(hi, pvi)은, 거리(hi)가 변화되고 기준 거리계(reference distance meter)로 측정되는 초기화 모드(initialization mode)에서 획득된다. 본 실시예는 또한 차(pv-pvi)를 결정하기 위한 감산 소자(subtraction element)(41), 이러한 차의 절대 값(absolute value)을 결정하기 위한 절대 값 결정 소자(absolute value determining element)(42), 및 이러한 절대 값을 최소화하는 인덱스(i)를 선택하기 위한 옵티마이저(43)를 더 포함한다. 따라서, 이러한 실시예에서 평균 높이(h)에 대해 추정된 값(
Figure 112019030435267-pct00004
)은 다음과 같이 결정된다.
Figure 112019030435267-pct00005
여기서
Figure 112019030435267-pct00006
도 3B는 처리 장치(40)의 제2 실시예를 도시한다. 도 3B의 처리 장치는 소자들(42, 43)이 옵티마이저(optimizer)(45)에 의해 대체된다는 점에서 도 3A와는 다르다. 옵티마이저(45)는 pvi < pv 인 조건으로, 차(pv-pvi)를 최소화하는 인덱스(j)를 선택한다. 도 3B의 처리 장치는 룩업 테이블 (44)이 값 쌍(hi, pvi)을 출력할 뿐만 아니라, 후속 값 쌍(hi+1, pvi+1)을 추가로 출력한다는 점에서 도 3A와 다르다. 도 3B의 처리 장치는, 이러한 2 개의 값 쌍들을 사용하여 보간(interpolation)에 의해 값(
Figure 112019030435267-pct00007
)을 계산하는 보간기(interpolator)(46)를 추가로 더 포함한다. 따라서, 평균 높이(h)에 대해 추정된 값(
Figure 112019030435267-pct00008
)은 다음과 같이 결정된다.
Figure 112019030435267-pct00009
여기서
Figure 112019030435267-pct00010
다시 말해, h에 대해 추정된 값은 측정된 값(pv)에 가장 가깝게 대응하는(corresponding) 값(pvj, pvj+1)을 갖는 테이블에서 다음으로 낮은 값 hj 및 다음으로 높은 값 hj+1에서 보간된다(interpolated).
도 3C는 h에 대한 평균 값이 근사법 모듈(47)에 삽입된(incorporated) 다항식 함수 h(vp)를 이용하여 추정되는 처리 장치(40)의 또 다른 실시예를 도시한다. 다항식 함수의 파라미터는 장치의 초기화 모드에서 획득된 hi, pvi 값 쌍의 세트를 통해 다항식 함수를 커브 피팅하는(curve fitting) 것으로 획득된다. 또 달리, 근사법 모듈(47)은 이러한 목적을 위해 hi, pvi 값 쌍의 세트가 제공되는 선행 감독 훈련 단계(preceding supervised training phase)에서 이러한 함수에 대해 구성된(arranged) 신경망(neural network)으로서 구현될 수 있다.
도 3D는 처리 모듈(49)을 갖는 처리 장치(40)의 다른 실시예를 다시 도시하며, 평균 거리(h)는 다음과 같이 관측된 댐핑 힘(damping forces)(FD)으로부터 추정된다.
Figure 112019030435267-pct00011
여기서 v는 멤브레인의 평균 속도이다. 즉, 진폭(A) 및 주파수(f)로 진동하는 멤브레인에 대해, 평균 속도는 다음과 같다.
Figure 112019030435267-pct00012
그 전환(turn)에 대한 댐핑 힘(damping force)은 MEMS 장치(10)의 진폭, 주파수, 구동 신호에 대한 위상 지연(phase delay), MEMS 구동기(20)에 대해 관측된 전기적 부하(electrical load)와 같이 관찰된 특성(pv)으로부터 처리 모듈(48)에서 계산된다.
도 4A는 제1 물체(101)를 제2 물체(102)에 대하여 제어된 거리(D1)로 유지하기 위한 배치 시스템(100)의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다.
실시예에서, 배치 시스템(100)은 제1 물체(101)의 표면(101a)을 제2 물체(102)의 표면(102a) 위에서 거리(D1)로 유지하도록 구성된 물체 스테이지(111)를 포함한다. 물체 스테이지 액추에이터(121)는 물체 스테이지(111)를 작동시켜 제1 및 제2 물체(101, 102)의 표면들(101a, 102a) 사이의 거리(D1)를 변경하도록 구성된다. 거리 센서(1)는 제2 물체(102)의 표면(102a)까지의 거리(D2)를 추정하기 위해 제공된다. 도 1에 도시된 바와 같이 보다 상세하게는, 거리 센서는 제2 물체(102)의 표면(102a)에 대향하여 배치된 표면을 갖는 MEMS 장치와, MEMS 센서 표면이 진동하도록 야기하는 교류 구동 신호를 발생시키는 MEMS 구동기를 포함하는 미세 전자 기계 시스템(MEMS)을 포함한다. 도 1에 또한 개략적으로 도시된 바와 같이, 거리 센서는 MEMS의 동적 동작의 특성에 대한 값을 결정하는 검출 수단, 및 MEMS 센서 표면과 제2 물체(102)의 표면(102a) 사이의 평균 거리(D2)를 상기 특성에 대해 결정된 값에 기초하여 추정하는 처리 장치를 포함한다.
일 실시예에서, 제어기(180)는 제1 물체(101)를 제2 물체(102)에 대해 제어된 거리(D1)로 유지하도록 추정된 평균 거리(D2)의 함수로서 물체 스테이지 액추에이터(121)를 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 제어기(180)는 추정된 평균 거리(D2)를 나타내는 거리 센서(1)로부터 피드백 신호(S1)를 수신하고, 상기 피드백 신호(S1)에 기초하여 제1 물체(101)를 제2 물체(102)로부터 제어된 거리(D1)로 유지하는 물체 스테이지 액추에이터(121)를 제어하도록 구성된다.
실시예에서, *?*거리 센서의 구성 요소들은 제어기에 통합될 수 있다. 예를 들어, 제어기(180)는 MEMS 구동기(20), 검출 수단(30) 및 처리 장치(40) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 복수의 MEMS 센서들은 예를 들어 측정의 노이즈 레벨을 감소시킬 뿐만 아니라, 측정 속도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
일부 측면들에 따르면, 도면은 제2 물체(102)에 대해 제어된 거리(D1)에 제1 물체(101)를 배치하는 방법을 도시한다. 일 실시예에서, 상기 방법은 제2 물체(102)의 표면(102a) 위로 거리(D1)에서 제1 물체(101)의 표면(101a)을 유지하기 위한 물체 스테이지(101)를 제공하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 물체 스테이지(111)를 작동시켜 제1 및 제2 물체(101, 102)의 표면들(101a,102a) 사이의 거리(D1)를 변경시키는 물체 스테이지 액추에이터(121)를 제공하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 상기 제어된 거리(D1) 일정하게(constant) 유지하면서 제1 물체(101)에 대해 측면으로 제2 물체(102)를 이동시키는(moving) 단계를 포함한다.
본 실시예는 이동되고 있는 제1 물체(101)를 도시하는 반면에, 대안적으로 또는 부가적으로 제2 물체(101)가 이동될 수 있다. 예를 들어, 일실시예에서(미도시), 배치 시스템(100)은 제1 물체(101)의 표면(101a) 아래의 거리(D1)에서 제2 물체(102)의 표면(102a)을 유지하도록 구성된 물체 스테이지를 포함한다. 도시된 실시예와 유사하게, (하지만 제2 물체를 이동시킴으로써) 물체 스테이지 액추에이터(121)는 물체 스테이지를 작동시켜 제1 및 제2 물체(101, 102)의 표면들(101a,102a) 사이의 거리(D1)를 변경시키도록 구성된다. 도시된 실시예와 유사하게, 거리 센서(1)는 제2 물체에 고정되고 제1 물체의 표면까지의 거리를 측정하도록 제공될 수 있다. 선택적으로, 예를 들어 제2 물체(2)를 향한 방향으로 움직이지 않는 단단한 구조(rigid construction) 또는 플랫폼(platform)에 의해, 제1 물체(101)는 고정으로(stationary) 유지될 수 있다.
도 4B는 배치 시스템(100)의 제2 실시예를 개략적으로 도시한다.
실시예에서, 거리 센서(1)는 센서 스테이지(151)를 통해 물체 스테이지(111)에 연결되며, 센서 스테이지(151)는 제1 물체의 표면(101a)과 거리 센서(1)의 표면(12)(도 1 참조) 사이의 거리(Dp)를 가변적으로 설정하도록 구성된 액추에이터를 포함한다. 예를 들어, 거리(Dp)는 제2 물체(102)의 표면(102a)을 가로질러 측정된다. 다른 실시예 또는 추가 실시예에서, 프로브 레벨 거리(probe level distance)(Dp)는 제1 물체(101)와 제2 물체(102) 사이의 바람직한 거리(D1)의 함수로 설정된다.
일 실시예에서, 제1 물체(101)의 표면(101a)과 MEMS 센서 표면(12) 사이의 거리(Dp)는 제1 물체(101)와 제2 물체(102)사이의 바람직한 거리(D1)에 가깝거나 또는 동일하게 설정되며, 예를 들어 1 마이크로미터 미만이거나, 100 나노미터 미만이거나, 또는 10 나노미터 미만의 마진(margin) 내일 수 있다. 일실시예에서, 센서 스테이지(151)는 거리 센서(1)를 물체 스테이지 액추에이터(121)와 동일한 방향으로 이동시키도록(translate) 구성된다. 예를 들어, 센서 스테이지(151)는 제1 물체(101)에 관하여 거리 센서(1)를 이동시키도록 구성된다.
도 5A는 복수의 거리 센서들을 갖는 배치 시스템(100)의 제3 실시예를 개략적으로 도시한다.
일 실시예에서, 배치 시스템(100)은 각각의 MEMS 센서 표면(12a, 12a)과 제2 물체(102)의 표면의 상이한 부분들(102a, 102b) 사이의 거리를 측정하도록 구성된 적어도 2 개의 거리 센서들(1a, 1b)을 포함한다. 상기 센서들(1a, 1b)은 측정된(추정된) 거리를 나타내는 각각의 신호들(respective signal)(S1a, S1b)을 내보낸다(issue). 다른 실시예 또는 추가 실시예에서, 배치 시스템은 하나 이상의 물체 스테이지 액추에이터들(121a, 121b)을 포함한다. 이러한 액추에이터(121a, 121b)는 접근 스테이지(approach stage)(160)에 관한 각각의 위치(Z3, Z4)에서 물체 스테이지 (111a, 111b)를 독립적으로 위치 설정시키도록 제공되며, 이와 함께 제1 물체(101) 및 제2 물체(102)의 표면의 상이한 부분들(102a,102b) 사이의 각각의 거리들(D1a, D1b)을 제어하도록 구성된다. 다른 실시예 또는 추가 실시예에서, 하나 이상의 물체 스테이지 액추에이터들(121a, 121b)은 제2 물체(102)의 표면들(102a, 102b)에 관한 제1 물체(101)의 거리 및 틸트를 제어하도록 구성된다.
도 5B는 제2 물체(102)에 대해 제1 물체(101)을 위치 설정하도록 구성된 접근 스테이지(approach stage)(160)를 포함하는 배치 시스템(100)의 제4 실시예를 개략적으로 도시한다. 일 실시예에서, 복수의 물체 스테이지 액추에이터들(121a, 121b)은 물체 스테이지(111a,111b)와 상기 접근 스테이지(160) 사이에 배치된다.
도 6은 다른 실시예들 중 일부의 특징을 조합하는 배치 시스템의 제5 실시예를 개략적으로 도시한다. 실시예에서, 배치 시스템(100)은 복수의 거리 센서(1a, 1b)를 포함한다. 실시예에서, 배치 시스템(100)은 물체 스테이지(111)와 접근 스테이지(160) 사이에 배치되는 복수의 물체 스테이지 액추에이터들(121a, 121b)을 포함한다.
일 실시 예에서, 물체 스테이지(111)는 제1 물체(101)를 제2 물체(102)의 표면(102a)에 인접하게 유지하도록 구성된다. 다른 실시예 또는 추가 실시예에서, 제1 물체(101)와 제2 물체(102) 사이의 거리(D1)는 100 나노미터 미만, 50 나노미터 미만, 예를 들어 5 내지 20 나노미터일 수 있다. 일 실시예에서, MEMS 센서 표면(12a)과 제2 물체(102)의 표면(102a)을 따른 제1 물체(101)의 에지 사이의 측면 거리(Xa)는 5 센티미터, 2 센티미터, 1 센티미터 미만이다.
예를 들어, 접근 스테이지(160)는 전체 저속 배치(overall slow alignment), 및 예를 들어 100 nm (거리(Z5)) 및/또는 10 μrad(틸트(R1, R2))의 분할(resolution)을 가지는 접근 스테이지를 포함한다. 예를 들어, 물체 스테이지 액추에이터들(121a,121b)은 예를 들어 3 μm의 범위 및 1 나노미터 미만의 높은 분할(high resolution)을 가지는 상대적으로 빠른 트래킹(relatively fast tracking)(각각 거리(Z3, Z4))을 갖는 물체 스테이지(111)를 제공한다. 일 실시예에서, 센서 스테이지(151a, 151b)는 예를 들어 수동으로 작동될 수 있는 대략적인 배치(coarse alignment)를 포함한다. 예를 들어, 대략적인 배치는 500 μm의 범위 및 1 마이크로미터의 분할을 갖는다. 또 달리, 또는 추가로, 예를 들어 센서 스테이지(151a, 151b)는 예를 들어 5 μm와 같은 더 낮은 범위 및 예를 들어 1 nm와 같은 더 높은 분할을 가지는 중간 배치(medium alignment)(각각 거리(Z1, Z2))를 포함한다. 예를 들어, 3 개 이상의 거리 센서는 도 7을 참조하여 기술되는 바와 같이 사용될 수 있다.
배치 시스템의 일 실시예에서, 신호 라인(signal lines)(134a, 134b)은 구동기/검출기(detector) 유닛(unit)(135)과 거리 센서들(1a, 1b) 사이에서 연장되도록(extend) 제공된다. 신호 라인(134a, 134b)은, 거리 센서(1a, 1b)에 교류 구동 신호를 제공하고 거리 센서의 MEMS 형성 부분(MEMS forming part)의 동적 동작의 특성에 대해 결정된 값을 나타내는 신호들을 전송하도록(transmit) 구성된다. 다르거나 추가적인 실시예에서, 구동기/검출기 유닛(135)은 MEMS 센서 표면(12a, 12b)과 제2 물체(102)의 표면(102a) 사이의 근접도를 나타내는 피드백 신호(feedback signal)(S1a, S1b)를 전송하도록 구성된다. 제어기(180)는 예를 들어 피드백 제어기(feedback controller)를 포함할 수 있다.
도 7A 및 도 7B는 3 개의 거리 센서(1a, 1b, 1c)에 대한 위치 설정을 개략적으로 도시한다. 일실시예에서, 제1 MEMS 센서 표면(12a)과 제2 MEMS 센서 표면(12b) 사이에 거리(D12 (및/또는 D23, D31))는 적어도 2 밀리미터(millimetre), 적어도 5 밀리리터, 예를 들어 1 내지 5 센티미터(centimetre)이다.
일실시예에서, 본원에 기술된 배치 시스템은 적어도 3 개의 거리 센서(1a, 1b, 1c)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 각각의 거리 센서는 그 센서 표면(12a, 12b, 12c) 및 대응하는 상이한 부분들(102a,102b,102c) 사이에서 제2 물체(102)의 표면의 상이한 부분들(102a,102b,102c)에서의 각각의 거리들(D2a, D2b, D2c)을 측정하도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 거리 센서들(1a, 1b, 1c)은 삼각형 구성으로 배치되며, 예를 들어 틸트를 측정한다. 또 다른 실시예에서,거리 센서들(1a, 1b, 1c)은 도 7B에서 제2 물체(102)의 표면(102a)으로 통하여(transverse) 보이는(seen) 제1 물체(101)의 둘레 주위에 배치된다.
또 다른 실시예에서, 제어기(여기서 미도시)는 3 개의 거리 센서들의 측정에 기초하여 제2 물체(102)의 표면(102a)에 관한 제1 물체의 틸트를 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 3 개의 커플링되지 않은(non-coupled) 제어기들이 사용될 수 있다.
도 8A는 제2 물체(102)의 표면(102a)을 통해 제1 물체(101)에 인접한 거리 센서(1)의 예시적인 상세를 개략적으로 도시한다.
도 8B는 리소그래피 장치(lithographic apparatus)(200)에서의 배치 시스템(100)의 사용을 개략적으로 도시한다.
일실시예에서, 리소그래피 장치(200)는 본원에 기술된 바와 같은 배치 시스템(100)을 포함한다. 일실시예에서, 제1 물체(101)는 렌즈이고, 물체 스테이지(111a, 111b)는 렌즈를 유지하도록(hold) 구성된다. 또 다른 실시예에서, 제2 물체(102)는 웨이퍼이다.
일실시예에서, 리소그래피 장치(200)는 화학 광원(actinic light source)(205)을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 리소그래피 장치(200)는 마스크 스테이지(mask stage)(204)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 렌즈는 웨이퍼 상에 이미지(예를 들어, 마스크)를 투영하도록(project) 구성된 이미징 시스템(imaging system)의 부분이다.
일실시예에서, 리소그래피 장치(200)는 웨이퍼 스테이지(203)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 예를 들어 투영된 이미지에 대한 콘트라스트 측정에 의해, 배치 시스템은 제2 물체(102) 상에 렌즈를 통해 투영된 이미지에 기초하여 센서(1a)와 렌즈(101) 사이의 거리를 보정하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 웨이퍼 스테이지(203)는 표면 방향(X)을 따라 웨이퍼(102)를 이동시키도록 구성되며, 즉 렌즈(101)와 웨이퍼(102) 사이의 거리(D1)를 통과한다(transverse). 또 다른 실시예에서, 배치 시스템은 제2 물체(102)의 표면(102a) 위로 제1 물체(101)를 이동시키는 동안 제2 물체(102)로부터의 제어된 거리(D1)에 제1 물체(101)를 유지하도록(keep) 구성된다. 예를 들어, 배치 시스템은 웨이퍼의 표면 위로 렌즈를 이동시키는 동안, 웨이퍼(102)로부터 제어된 거리에 렌즈(101)를 유지하도록 구성된다. 예를 들어, 렌즈와 웨이퍼 사이의 거리는 1 내지 100 nm 범위의 값으로 유지된다. 예를 들어, 리소그래피 장치(200)는 스캔 모드(scanning mode)로 동작할(operate) 수 있다.
본원에 기술된 시스템 및 방법은 또한 병렬 설정(parallel setting)에 적용될 수 있으며, 예를 들어 복수의 시스템들은 동시에 활성화(active)될 수 있다. 예를 들어, 각각의 거리에서 각각의 물체를 유지하도록 2 개 이상의 시스템들이 동시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 배치 시스템은 제1 렌즈를 웨이퍼로부터의 미리 결정된 거리에 유지하면서, 제2 배치 시스템이 예를 들어 상기 웨이퍼 상의 상이한 위치와 같이, 동일한 웨이퍼로부터 다르게 또는 동일하게 미리 결정된 거리에 제2 렌즈를 유지할 수 있다. 병렬로 복수의 배치 시스템을 사용하는 것은 생산성을 더욱 증가시킬 수 있다. 병렬 설정에서 배치 시스템은 또한 협력하여 더 좋은 이점을 달성할 수 있다.
구성 요소(Components)는 선택적으로 결합되거나 하나 이상의 대체 구성 요소로 분리될 수 있다. 논의되고 도시된 바와 같은 실시예의 다양한 요소(elements)는 샘플 또는 센서 손상의 예방(prevention), 측정의 보다 높은 정밀도, 및 정량적 물리적 및 기계적 특성의 추출을 가능하게 하는 것과 같은 특정 이점을 제공한다. 물론, 상기 실시예들 또는 프로세스들 중 어느 하나는 하나 이상의 다른 실시예들 또는 프로세스들과 결합되어 설계 및 이점을 발견하고 매칭하는 것에서 보다 더 개선을 제공할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 개시는 예를 들어 산업 적용을 위한 나노 시스템에서 특별한 이점을 제공한다는 것이 이해될 것이며, 구성 요소들 간의 정확한 배치가 요구되며, 예를 들어, 반도체, 계측 및/또는 생체 의학 분야(bio-medical fields)일 수 있고, 일반적으로 임의의 배치 시스템에 적용될 수 있다.
마지막으로, 상기 설명은 단지 본 시스템 및/또는 방법의 예시일 뿐이며, 임의의 특정 실시예 또는 실시예의 그룹에 첨부된 청구항을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 명세서 및 도면은 예시적인 방식으로 간주되어야 하며, 첨부된 청구항의 범위를 제한하려고 의도된 것은 아니다. 첨부된 청구항들을 해석 시, "포함하는"이라는 단어는 주어진 청구항에 열거된 것 이외의 다른 요소 또는 동작의 존재를 배제하지 않으며, 구성 요소에 선행하는 "하나의"("a"또는 "an")이라는 단어는 복수의 구성 요소의 존재를 배제하지 않고, 청구항에서 임의의 참조 부호는 그 범위를 제한하지 않으며, 복수의 "수단"은 동일하거나 다른 항목(들) 또는 구현된 구조 또는 기능(function)으로 나타낼 수 있으며, 개시된 장치들 중 어느 하나 또는 그 일부는 달리 특별히 언급되지 않는 한, 함께 결합되거나 다른 부분들로 분리될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 특정 측정들이 상호 다른 청구항에 언급되어 있다는 단순한 사실은 이러한 측정들의 조합이 이롭게 사용될 수 없다는 것을 의미하지 않는다. 특히, 청구항의 모든 동작(working) 조합은 본질적으로 개시된 것으로 간주된다.

Claims (15)

  1. 물체(O)의 표면(Os)까지의 거리를 추정하기 위한 거리 센서(1)에 있어서,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS)(5);
    검출 수단(30); 및
    처리 장치(40)
    를 포함하고,
    상기 미세 전자 기계 시스템(MEMS)(5)는,
    상기 물체(O)의 상기 표면(Os)의 반대 편에 배치되고 MEMS 센서 표면으로 지칭되는 표면(12)을 구비하는 MEMS 장치(10), 및
    상기 MEMS 센서 표면이 진동하게 하는 교류 구동 신호를 생성하는 MEMS 구동기(20)
    를 포함하고,
    상기 검출 수단(30)은,
    상기 MEMS(5)의 동적 동작의 특성에 대한 값을 결정하고,
    상기 처리 장치(40)는,
    상기 특성에 대해 상기 결정된 값에 기초하여, 상기 MEMS 센서 표면(12) 및 상기 물체(O)의 상기 표면(Os) 사이에서 측정된 거리(D2)로서, 상기 MEMS 센서 표면의 댐프닝(dampening)에 대한 측정으로부터 평균 거리(h)의 추정치를 제공하는,
    거리 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특성은,
    상기 MEMS 센서 표면(12)이 진동하는 주파수인,
    거리 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 특성은,
    상기 MEMS 센서 표면(12)이 진동하는 진폭인,
    거리 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 특성은,
    상기 MEMS 장치(10)의 품질 인자인,
    거리 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 특성은,
    상기 MEMS 센서 표면(12)에 대한 움직임 및 상기 교류 구동 신호 사이의 위상 변이인,
    거리 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 특성에 대한 상기 값은,
    정전식 감응 센서, 열 센서, 광학 센서, 또는 압전 저항 센서 중 어느 하나로 측정되는,
    거리 센서.
  7. 제2 물체(102)에 대해 제어된 거리(D1)에서 제1 물체(101)를 위치 설정 및/또는 유지하기 위한 배치 시스템(100)에 있어서,
    상기 배치 시스템(100)은,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 거리 센서(1)
    를 포함하고,
    상기 제1 물체(101) 또는 상기 제2 물체(102)를 유지하도록 구성된 물체 스테이지(111) - 상기 제1 물체(101)의 표면(101a)은 상기 제2 물체(102)의 표면(102a) 위로 거리(D1)에 떨어져 있음 - ;
    상기 제1 및 제2 물체(101, 102)의 상기 표면(101a, 102a) 사이의 상기 거리(D1)를 변경하도록 상기 물체 스테이지(111)를 작동시키도록 구성된 물체 스테이지 액추에이터(121); 및
    제2 물체(102)에 대해 상기 제어된 거리(D1)에서 상기 제1 물체(101)를 위치 설정 및/또는 유지하도록, 상기 거리 센서에 의해 지시(indicate)되는 상기 추정된 평균 거리의 함수로 상기 물체 스테이지 액추에이터(121)를 제어하도록 구성된 제어기(180)
    를 더 포함하는 배치 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 거리 센서(1)는,
    센서 스테이지(151)를 통해 상기 물체 스테이지(111)에 연결되고,
    상기 센서 스테이지(151)는,
    상기 거리 센서의 표면(12a) 및 상기 제1 물체(101)의 상기 표면(101a) 사이의 거리(Dp)를 가변적으로 설정하도록 구성된 액추에이터
    를 포함하는 배치 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 MEMS 센서 표면(12a) 및 상기 제1 물체(101)의 표면(101a) 사이의 거리(Dp)를 보정하도록 구성되는,
    배치 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    각각의 MEMS 센서 표면 및 상기 제2 물체(102)의 상기 표면의 상이한 부분들(102a, 102b) 사이의 거리를 측정하도록 각각 구성된 적어도 2 개의 거리 센서들(1a, 1b)
    을 포함하는 배치 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 배치 시스템은,
    상기 제1 물체(101) 및 상기 제2 물체(102)의 상기 표면의 상이한 부분들(102a, 102b) 사이의 각각의 거리들(D1a, D1b)을 제어하도록 구성된 하나 이상의 물체 스테이지 액추에이터들(121a, 121b)
    을 포함하는 배치 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2 물체(102)에 대해 상기 제1 물체(101)를 위치 설정하도록 구성된 접근 스테이지(160)
    를 포함하고,
    복수의 물체 스테이지 액추에이터들(121a, 121b)은,
    상기 물체 스테이지(111) 및 상기 접근 스테이지(160) 사이에 배치되는,
    배치 시스템.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 물체 스테이지(111)는,
    상기 제2 물체(102)의 상기 표면(102a) 위에 상기 제1 물체(101)의 MEMS 센서 표면(12a)을 유지하도록 구성되는,
    배치 시스템.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 제1 물체(101) 및 상기 제2 물체(102) 사이의 거리(D1)는 100 나노미터 미만인,
    배치 시스템.
  15. 제2 물체(102)에 대해 제어된 거리(D1)에서 제1 물체(101)를 배치하는 방법에 있어서,
    상기 제1 물체(101) 또는 상기 제2 물체(102)를 유지하기 위한 물체 스테이지(111)를 제공하는 단계 - 상기 제1 물체(101)의 표면(101a)은 상기 제2 물체(102)의 표면(102a) 위로 거리(D1)에 있음 - ;
    상기 제1 물체(101)의 표면(101a) 및 제2 물체(102)의 표면(102a) 사이의 상기 거리(D1)를 변경하기 위하여, 상기 물체 스테이지(111)를 작동시키는 물체 스테이지 액추에이터(121)를 제공하는 단계; 및
    상기 제2 물체(102)의 표면(102a)에 대한 거리를 측정하는 거리 센서(1)를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 거리 센서(1)는,
    미세 전자 기계 시스템(MEMS)(5);
    검출 수단(30); 및
    처리 장치(40)
    를 포함하고,
    상기 미세 전자 기계 시스템(MEMS)(5)는,
    상기 제2 물체(102)의 표면(102a)의 반대 편에 배치되고 MEMS 센서 표면으로 지칭되는 표면(12)을 구비하는 MEMS 장치(10), 및
    상기 MEMS 센서 표면(12)이 진동하게 하는 교류 구동 신호를 생성하는 MEMS 구동기(20)
    를 포함하고,
    상기 검출 수단(30)은,
    상기 MEMS(5)의 동적 동작의 특성에 대한 값을 결정하고,
    상기 처리 장치(40)는,
    상기 특성에 대해 상기 결정된 값에 기초하여, 상기 MEMS 센서 표면(12) 및 상기 제2 물체(102)의 표면(102a) 사이에서 측정된 거리(D2)로서, 상기 MEMS 센서 표면의 댐프닝(dampening)에 대한 측정으로부터 평균 거리(h)의 추정치를 제공하고,
    상기 방법은,
    상기 제2 물체(102)에 대해 상기 제어된 거리(D1)에서 상기 제1 물체(101)를 유지하도록 상기 측정된 거리(D2)의 함수로서 상기 물체 스테이지 액추에이터(21)를 제어하는 단계
    를 더 포함하는 방법.

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