KR20150040753A - 워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치 - Google Patents

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KR20150040753A KR20140130830A KR20140130830A KR20150040753A KR 20150040753 A KR20150040753 A KR 20150040753A KR 20140130830 A KR20140130830 A KR 20140130830A KR 20140130830 A KR20140130830 A KR 20140130830A KR 20150040753 A KR20150040753 A KR 20150040753A
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덕터 요한네스 하이덴하인 게엠베하
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Abstract

워크피스를 수용하고, 상기 워크피스의 가공 중 2개의 주요 이동 방향(X, Y)으로의 이동을 수행하는 이동 가능한 테이블(2); 도구(3) 둘레에 고정 배치되고 상기 주요 이동 방향(X, Y)의 평면에서 연장하는 하나 이상의 평평한 측정 눈금(5); 및 상기 측정 눈금(5)에 대한 테이블(2)의 위치를 측정하고 상기 테이블(2)의 적어도 세 모서리에 장착되는 스캐닝 헤드(1, 1')를 포함하고, 상기 테이블(2)의 위치는 상기 스캐닝 헤드(1, 1')에 의해서 6개의 자유도(X, Y, Z, rX, rY, rZ)로 결정될 수 있는, 워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치가 개시된다. 모서리 중 적어도 하나에는 3개의 독립적인 공간 방향(X, Y, Z)에 3D 위치 측정을 위해서 적어도 총 3개의 측정축을 가지는 하나 이상의 스캐닝 헤드(1, 1')가 제공된다. 이때 상기 3D 위치 측정을 위한 측정축의 민감도 벡터(v1, v2, v3, v4)들은 X-Z 평면이나 Y-Z 평면에 위치하지 않는다. 이러한 방식으로 테이블이 주요 이동 방향(X, Y)으로 이동될 때(도 3 참조), 모든 측정축이 주기 신호를 공급한다.

Description

워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치{SYSTEM FOR POSITIONING A TOOL RELATIVE TO A WORKPIECE}
본 발명은 서로에 대하여 이동 가능한 2개의 물체의 상대적 위치를 매우 정밀하게 정함으로써 매우 정확한 위치 결정을 할 수 있는, 청구항 1항에 따른 워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치에 관한 것이다.
특히 마이크로미터보다 훨씬 작은 크기의 구조를 가지는 집적회로 제조 분야에서는 반도체 기판(본 명세서에서는 웨이퍼(wafer) 또는 워크피스(workpiece)라고도 함)을 노광 장치의 렌즈와 같은 도구 아래에 매우 정확하게 배치해야 하며, 그렇게 함으로써 미세한 구조가 그전에 웨이퍼 상에 장착된 광민감성 바니쉬(photosensitive varnish) 상에 전사된다.
이와 관련하여, US 7,483,120 B2호 등에는 노광 장치의 렌즈에 대하여 위치가 결정될 수 있는 움직이는 테이블에 웨이퍼를 증착하는 것이 개시된다. 렌즈 둘레에는 X-Y 평면에 4개의 격자판이 측정 눈금으로서 배치되고 가능한 한 렌즈와 단단히 연결된다. 렌즈의 광축은 격자판의 평면에 수직이고 Z-방향을 정의한다. 테이블과 웨이퍼는 상기 격자판 또는 측정눈금에 평행하다. 테이블의 모서리들에는 빛에 의해 격자판을 스캐닝하는 위치 측정 장치들의 스캐닝 헤드(scanning head)가 배치된다. 테이블이 격자판에 대하여 이동하면, 스캐닝 헤드들이 주기 신호를 형성하고, 주기 신호들로부터 주기를 카운트하고 각 주기를 미세하게 분할(interpolation, 내삽)함으로써 위치 변경을 위한 매우 정확한 수치가 획득될 수 있다. 예를 들어 레퍼런스 마크(reference marks)의 측정을 통해서 절대 위치를 일단 검출하면, 위치 변경의 결정은 절대적 위치의 결정과 동일하게 되는데, 왜냐하면 위치 변경으로부터 레퍼런스 위치(reference position)에 기초하여 절대 위치가 계산될 수 있기 때문이다.
여기에서 "테이블의 모서리(corners of the table)"라는 용어는 주어진 테이블의 크기에 대하여 가능한 한 서로 멀리 떨어진, 테이블의 서로 다른 가장자리 영역을 의미한다. 스캐닝 헤드들을 이러한 "모서리(corners)"에 배치하는 것은 여러 가지 이유에서 바람직하다. 스캐닝 헤드는 (테이블의 중앙에 배치되는) 워크피스에 의해서 수용되는 영역의 바깥에만 배치될 수 있다. 또한, 스캐닝 헤드 사이의 가능한 한 큰 간격은 모서리에서 측정한 선형 변위로부터 회전을 더 정확하게 계산할 수 있도록 한다. 또한 테이블의 각각의 모서리들 또는 가장자리 영역은 도구 영역에 도달할 수 있고 이에 따라 상기 영역에 배치되는 스캐닝 헤드는 더 이상 격자판을 스캐닝할 수 없게 된다. 항상 정확하게 위치 결정을 하기 위해서는 스캐닝 헤드들이 가능한 한 서로 멀리 떨어진 테이블의 영역들로부터 스캐닝할 수 있도록 하는 것이 의미 있다. 이를 위하여 하나의 스캐닝 헤드로서는 더 이상 도구 영역에 도달할 수 없는 다수의 모서리 영역의 스캐닝 헤드들을 합치는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 모서리에 서로 가까이 인접하는, 다양한 측정 방향에 대한 스캐닝 헤드들은 격자판에 필요한 크기를 줄인다. 치수들(measurements)도 단일한 스캐닝 헤드에 통합될 수 있는 것이 이상적이며, 이에 대해서는 아래에서 더 상술된다.
본 명세서에서는 서로 다른 방향에 대한 2개의 스캐닝 헤드 사이의 간격이 테이블의 길이에 비해서 작은 경우 2개의 스캐닝 헤드는 "테이블의 동일한 모서리에(in the same corner of the table)" 위치하는 것으로 한다. 2개의 스캐닝 헤드 사이에 테이블의 치수와 거의 동일한 간격이 존재하면, 이들은 서로 다른 모서리 또는 가장자리 영역에 위치한다. 2개의 스캐닝 헤드 사이의 간격이 테이블의 길이의 1/10보다 크다면 상기 2개의 스캐닝 헤드는 테이블의 서로 다른 모서리에 위치하는 것이다. 원형 테이블의 경우 길이로서 직경이 적용될 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 테이블의 경우 대각선이 적용될 수 있다.
X-Y 평면에서의 테이블의 위치 결정을 위해서 테이블의 자유도는 상기 평면에서 측정되어야 한다. 이들은 X- 및 Y-방향으로의 선형 변위 및 Z-축에 대한 회전(rZ)이고, 합쳐서 평면 자유도(in-plane degrees of freedom)라고도 하는데, 왜냐하면 3개의 자유도 모두 X-Y 평면에 위치하기 때문이다. 이러한 3개의 자유도(X, Y, rZ)를 측정할 때 예를 들어 테이블의 두 모서리에서 X로의 변위를 측정하고 또 다른 모서리에서 Y로의 변위를 측정하는 것으로 충분하다. 그러면 회전(rZ)은 쉽게 계산된다. 그러나 웨이퍼의 노광 중에 테이블이 변위될 때 개별적인 렌즈가, 격자판이 더 이상 스캐닝될 수 없는, 렌즈에 가까운 영역에 도달할 수 있기 때문에, 테이블의 각각의 모서리는 모두 스캐닝 헤드를 포함해야 한다. US 7483120 B2호에도 모서리 중 적어도 하나에서 X-방향으로의 변위뿐만이 아니라 Y-방향으로의 변위도 측정하는 것이 바람직하다는 점이 개시되어 있다. 여분의 측정은 평균을 계산함으로써 측정 정확도를 높이는데 사용되거나, 또는 예를 들어 테이블의 열적 팽창 또는 진동을 고려하는데 사용될 수도 있다.
또한, US 7483120 B2호는 각각의 모서리에서 격자판들에 대한 거리의 측정, 즉, 테이블 모서리의 Z-방향으로의 위치 측정이 수행될 수 있음을 개시한다. 이러한 측정들에 의해서 테이블의 나머지 3개의 자유도 역시 측정될 수 있는데, 즉, Z-방향으로의 선형 변위 및 X-축 및 Y-축에 대한 회전 (rX) 및 (rY)이 측정될 수 있다. 또한, 이에 따라 모서리 영역에서의 3개의 공간 방향 모두에서의 측정을 가능한 한 작용 위치 가까이에서 항상 획득할 수 있게 된다. 이러한 모서리에서의 3D 위치 측정에 의해서 워크피스에 대한 가공 도구의 위치 결정 정확도가 높아진다.
이와 같은 용도에 적합한 광학적 위치 측정 장치는 출원인의 EP 1762828 A2호에 개시되어 있다. 상기 문헌은 측정 눈금(여기서는 격자판 중 하나) 및 테이블의 모서리에 배치되고 상기 측정 눈금을 스캐닝하는 스캐닝 헤드를 포함한다.
이때 상기 스캐닝 헤드는, 상기 스캐닝 헤드에 의해서 테이블의 측방향 변위 방향(즉, 예를 들어 X) 뿐만 아니라 수직 변위 방향(Z)을 따라서도 역시 위치 결정이 동시에 가능하도록 형성된다. 이에 따라 상기 스캐닝 헤드는 2개의 측정축을 포함한다. 측방향 변위 방향 및 수직 변위 방향에서의 위치 결정을 위해서 제1 및 제2 스캐닝 빔 경로(각각의 측정축에 대한 스캐닝 빔 경로)가 형성되며, 이 경로에서 서로 간섭하고 광검출기에서 주기 신호를 생성하는 위상 지연된 일 그룹의 신호들이 거울면 대칭이 아니면서 간섭하는 각각 2개의 부분광빔으로부터 출력측에서 생성될 수 있다.
여기에서 고찰하는 종류의 고정밀 위치측정 장치에서는 스캐닝 헤드에서 생성된 주기 신호에 진폭, 오프셋, 및 위상 길이에 대하여 보상을 수행하는 것이 필요하다. 왜냐하면 그렇게 할 경우에만 신호 주기 내에서 매우 미세하게 위치를 결정할 수 있기 때문이다. 이러한 보상이 측정 작업 중 지속적으로 진행되기 때문에, 온라인 보상(online compensation)이라고 부르기도 한다.
이 때문에 EP 1762828 A2호의 위치 측정 장치에서는, 수직 변위 방향에서 이동이 없더라도, 측방향의 변위 방향에서만 변위될 때에도 모든 광검출기에서 주기 신호가 생성되는 것에 주의를 기울인다.
이는 스캐닝 헤드의 측정축들의 2개의 민감도 벡터가 정확하게 측방향 및 수직 방향으로 나타나는 것이 아니라 소정의 각도로 위 방향들에 대하여 배치되는 EP 1762828 A2호에 따라 달성된다. 이때 측정축의 민감도 벡터는 이동한 길이 단위당 각 측정축의 위치 신호가 가장 빠르게 증가하는 이동 방향을 나타낸다. 이에 따라 상기 민감도 벡터는 측정축의 특징을 기술한다. 획득된 두 주기 신호를 계산함으로써 원하는 측정 방향(측방향 및 수직 방향)으로의 실제 이동이 얻어질 수 있다.
본 발명의 과제는 상대적 위치가 더욱 정확히 측정되어 그에 따라 조정될 수 있는, 워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제는 본 발명에 따른 청구항 1의 특징들을 포함하는 장치에 의해서 달성된다.
본 발명에 따른 광학적 위치 측정 장치의 바람직한 실시예들은 종속 청구항에 상술된 사항에 나타나 있다.
워크피스를 수용하고, 상기 워크피스의 가공 중 2개의 주요 이동 방향으로의 이동을 수행하는 이동 가능한 테이블; 도구 둘레에 고정 배치되고 상기 주요 이동 방향의 평면에서 연장하는 하나 이상의 평평한 측정 눈금; 및 측정 눈금에 대한 테이블의 위치를 측정하고 테이블의 적어도 3개의 모서리에 장착되는 스캐닝 헤드를 포함하고, 상기 테이블의 위치는 스캐닝 헤드에 의해서 여섯 개의 자유도로 결정될 수 있는, 워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치가 제공된다. 모서리 중 적어도 하나에는 3개의 독립적인 공간 방향에서의 3D 위치 측정을 위해서 적어도 총 3개의 측정축을 가지는 하나 이상의 스캐닝 헤드가 제공된다. 이때 3D 위치 측정을 위한 상기한 적어도 3개의 측정축의 민감도 벡터들은 X-Z 평면이나 Y-Z 평면에 위치하지 않는다.
테이블이 주요 이동 방향(X, Y)으로 이동되면 모든 측정축은 상기한 방식으로 주기 신호를 공급한다. 이에 따라 신호는 X-또는 Y-방향으로 테이블이 이동될 때마다 보상 가능하다.
본 발명에 따르면, 테이블의 일 모서리에서 3개의 독립적인 공간 방향에서의 위치 측정값의 측정이 가능하다. 기계 작동 중의 측정 정확도는 측정축 중 어느 하나에서의 온라인 보상의 결함에 의해 저해되지 않는다.
도 1은 극좌표계(polar coordinate system)에서의 민감도 벡터의 배치를 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 2가지 측정 방향에 대한 스캐닝 헤드를 도시한다.
도 3은 제1 실시예로서, 3가지 측정 방향에 대한 스캐닝 헤드를 도시한다.
도 4는 제2 실시예로서, 총 4가지 측정 방향에 대하여 일 모서리에 배치되는 2개의 스캐닝 헤드를 도시한다.
도 5는 제3 실시예로서, 제2 실시예의 4가지 측정 방향을 커버하는 스캐닝 헤드를 도시한다.
도 6은 워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치의 측면도이다.
본 발명에 따른 광학적 위치 측정 장치의 구체적인 실시예와 연관하여 설명하기 전에, EP 1 762 828 A2호에 공지된 위치 측정 장치의 개념을 먼저 간단히 설명한다. 상기 장치는 도입부에서 언급한 것처럼 2개의 변위 방향에 따른 위치 변경을 측정하는데 적합하다. 대응되는 스캐닝 헤드에는 2개의 스캐닝 빔 경로가 서로 기울어져 형성되거나 또는 비대칭적으로 형성된다. 이때 광원으로부터 공급되는 광빔은 단일 모드 섬유로서 형성된 제1 광가이드에 의해서 스캐닝 시스템에 공급되고 광가이드로부터 추출(outcoupling)된 후에 콜리메이션 광학 장치에 의해서 콜리메이트된다. 그 후, 상기 콜리메이트된 광빔은 2개의 측정축에 대한 2개의 스캐닝 빔 경로가 분할되는 분할 격자(splitting grating)에 도달한다. 이하, 상기 2개의 측정축은 위치 측정 장치의 A-축 및 B-축이라 한다. 원래 관심대상인 측방향 변위 방향(X) 및 수직 변위 방향(Z)에 따른 위치 정보는 하기의 방정식 (1a) 및 (1b)에 따른 위치 신호(A, B)의 합계 및 차로부터 나온다:
X = (A+B)/2 (방정식 1a)
Z = (A-B)/2*SPz/SPx (방정식 1b)
이때 SPz는 Z-방향으로의 신호 주기를 나타내고, SPx는 X-방향으로의 신호 주기를 나타낸다.
상기 방정식들에서는 X-방향만으로 이동 시 A-축뿐만 아니라 B-축도 주기 신호를 공급하고, 그 합계로부터 X로의 실제 변위가, 그리고 그 차이로부터 Z로의 실제 변위가 획득될 수 있음이 반영되어 있다.
광빔은 각각의 스캐닝 빔 경로에서 반사 격자로 형성된 측정 눈금(격자판) 상에 도달하고, 그에 의해 회절 차수 +/-1의 부분광빔으로 분할되고 스캐닝 시스템 쪽으로 다시 회절된다. 스캐닝 시스템에서는 각각의 부분광빔이 회절 루프 프리즘(diffractive roof prism)에 의해서 측정 눈금 쪽으로 다시 안내된다. 상기 측정 눈금에서는 2개의 부분광빔이 각각 간섭되는데, 중첩된 부분광빔은 이후 초점 렌즈(focusing lens) 및 시야 렌즈(field lens)로 구성되는 추출 광학요소로 더 안내되어 그에 의해 6개의 멀티모드 광 가이드 섬유를 포함하는 제2 광가이드에 추출된다.
본 발명의 더 나은 이해를 위하여 여기에서는 민감도 벡터의 개념에 대하여 상세히 설명한다.
단일화된 민감도 벡터(v)를 각각의 측정축에 할당할 수 있다. 민감도 벡터는 이동된 길이 단위마다 측정축의 위치 신호가 가장 빠르게 증가하는 이동 방향을 특정한다. 측정축의 위치가 측정 눈금에 대하여 변위 벡터(
Figure pat00001
) 만큼 달라지면, 상기 측정축의 위치 신호의 변동은 (선형 근사된 상태에서) 스칼라곱(
Figure pat00002
)으로 주어진다. 측정축의 민감도 벡터(v)는 다음과 같이 2가지 각도(θ, φ)로 특징지어질 수 있으며, 도 1 역시 참조하라:
Figure pat00003

편각은 Z-축에 대한 각도이고, 관례적으로 0°내지 180°에 있다. θ= 90°인 경우, 민감도 벡터는 X-Y 평면에 있다. 방위각(φ)은 (v)의 상기 X-Y 평면에 대한 수직 투사 시 X-축에 대한 각도를 가리킨다.
도 2는 상기에서 언급한 종래 기술에 따른 2가지 측정 방향에 대한 (즉, 상기 스캐닝 헤드(1)에 통합된 2개의 측정축을 포함하는) 스캐닝 헤드(1)를 도시한다. 2가지 측정축(A) 및 (B)에 대응되는 민감도 벡터(v1 및 v2)는 도 1의 표시에 따르면 θ= 90°+ Δθ, φ=45° 및 θ= 90°-Δθ, φ=45°로 주어지고, 이때 Δθ는 0과 90°사이의 각이다. 민감도 벡터(v1, v2)가 정확하게 X-Y 평면에 있는 것이 아니라 상기 X-Y 평면에 거울면 대칭하게 위치함으로써, 측정값들을 뺌으로써 Z-방향에서의 위치값이 검출된다. 반면, 합산을 통해서는 X-Y 평면에서의 축에 따른 위치값을 얻는다.
3가지 공간 방향 모두에서의 모서리 영역의 위치 결정(여기서 3D 위치 측정이라고도 함)을 위하여 X-, Y-, 및 Z-방향에서의 민감도 벡터를 가지는 3개의 측정축이 존재한다는 것이 쉽게 이해된다. 그러나 3D 위치 측정을 위하여 이렇게 민감도 벡터를 선택하는 것은 유리하지 않다. 일반적으로 측정축의 전자 평가부(evaluation electronics)에서 몇몇 원하지 않는 방해, 예를 들어 신호 진폭의 변동과 같은 방해가 적응적으로 보상된다. 이러한 이른바 온라인 보상은 측정축이 일방향으로 지속적으로 척도 상에서 이동하면서 다수의 신호 주기를 포괄할 때에만 제대로 작동될 수 있다. 기계가 주요 이동 방향, 예를 들어 X-축에 평행하게 이동하기 시작하면, 측정축의 위치값들은 Y- 및 Z-방향에서 일정할 것이고, 주기 신호들은 생성되지 않을 것이다. 이것은 온라인 보상의 생략을 야기할 것이기 때문에 상기 방향들에서의 측정 오류가 증가할 것이다.
여기에서 고려되는 기계들은 도입부에서 선택한 표기인 X 및 Y로 표기되는 주요 이동 방향을 가진다. 웨이퍼가 노광되는 동안 테이블은 주로 X-방향으로만 이동한다. 때에 따라, 테이블이 다시 X-방향으로 움직이기 전에 Y-방향으로의 이동과 함께 "라인 점프(line jump)"이 실시된다.
상기한 주요 이동 방향(X, Y)으로의 이동 중에 검출 신호들의 보상이 이루어질 수 있도록, 참여하는 측정축의 민감도 벡터는 기계의 이동 방향에 수직인 상태에 있어서는 안 된다. 따라서, 주요 이동 방향이 X- 및 Y-축에 평행한 기계의 경우 민감도 벡터는 X- 및 Y-축에 수직인 상태에 있어서는 안 된다.
그 결과 매우 일반적으로, 3D 위치 측정의 민감도 벡터들은 (테이블의 모서리에 적용되는) X-Z 평면이나 Y-Z 평면에 있어서도 안 된다. 더 정확하게 말하면, 민감도 벡터와 X-Z 평면 사이의 각도는 약 1°보다 작아서는 안 된다. 마찬가지로 민감도 벡터와 Y-Z 평면 사이의 각도는 적어도 약 1°여야 한다. 이에 따라 도 1을 참조하면 특히 각도 범위 -1°<φ<1°, 89°<φ<91°, -89°<φ<-91°, 179°<φ<181° 그리고 0°<θ<1° 및 179°<θ<180°가 각각 제외된다. 특히 민감도 벡터는 Z-방향에 평행해서는 안 된다.
매우 정확한 위치 측정을 위해 온라인 보상을 항상 실시할 수 있기 위하여, 3D 위치 측정을 위해 최소한 3개의 독립적인 민감도 벡터를 가지는 측정축이 적절히 정렬되어야 한다. 기계의 주요 이동 방향을 따라 이동될 때 모든 측정축에서 주기 신호들이 생성되어야 한다. 이와 관련하여 상기에서 언급된 일반적인 사항들은 구체적인 실시예들을 참조하여 상세히 설명한다.
위치 신호의 오프셋팅(offsetting)을 쉽게 구성하기 위하여, 처음 2개의 민감도 벡터에 대하여 각도 (φ=φ1, θ=90°+Δθ) 및 (φ=φ1, θ=90°-Δθ)를 설정하고, 이때 φ1 및 Δθ의 범위는 1°<φ1<89°, 1°<Δθ<89°로 하여 X-Z 평면에 대한 각도 및 Y-Z 평면에 대한 각도가 적어도 1°가 되도록 하는 것이 바람직하다(그러나 반드시 요구되는 것은 아니다). 또한 φ1에 대하여 각도를 φ1= 45°로 하는 것은 매우 쉽지만 반드시 요구되는 것은 아니다. 측정값들을 처음 2가지 측정축에서 빼면 바로 스케일링 인자(scaling factor)까지 Z-위치를 얻는다. 측정값들을 더함으로써 X-Y 평면에서 φ1-방향으로 측정한다. 이러한 2개의 민감도 벡터를 가지는 위치 측정 장치는 예를 들어 EP 1762828 A2호에 상술되어 있다.
도 2와 유사하게, 도 3의 경우 총 3개의 이동 방향을 측정할 수 있는, 즉, 3개의 민감도 벡터(v1, v2, v3)에 3개의 측정축을 통합시키고 보상되어야 할 주기 신호들을 각 방향에 대하여 생성하는 스캐닝 헤드(1)를 도시한다. 즉, 상기 스캐닝 헤드(1)는 3D 위치 측정에 적합하다. 모니터링 대상인 기계의 주요 이동 방향은 X 및 Y이고, 또한 Z-방향에서의 위치가 측정되어야 한다. 상기 스캐닝 헤드(1)는 가장자리 영역, 즉 테이블 모서리에서 상기에서 제시한 정의에 따라 배치된다. 상기 스캐닝 헤드(1)는 도 2에서 이미 개시된, 민감도 벡터(v1, v2)를 포함하는 측정축들 외에 민감도 벡터(v3)를 가지는 제3의 측정축을 포함하며, 여기에는 θ= 90°, φ= 90°+ φ1가 적용된다. 이렇게 3개의 측정축을 통합한 스캐닝 헤드(1)는 본 출원인의 독일특허출원 DE 102013220184.2호에 상술되어 있다.
민감도 벡터의 정렬을 위한 상기한 경계조건을 유지하는 또 다른 방법은, 종래 기술(도 2에 대응)에 따른 2개의 스캐닝 헤드(1, 1')를 도 4에서 도시된 바와 같이 동일한 모서리에 서로 근접하게 그리고 Z-축을 중심으로 90°로 회전시켜 배치하고, 이들의 총 4개의 주기 신호를 3D 위치 측정을 위해서 같이 계산하는 것이다. 여기에서도 주요 이동 방향(X) 및 (Y)으로의 이동 중 모든 신호가 보상될 수 있도록 하는데 주의해야 한다. 이는 이미 도 2에 도시된 민감도 벡터(v1)및(v2)의 정렬에 추가적으로, 2개의 추가적인 민감도 벡터(v3) 및 (v4)의 정렬이 (φ= 90°+ φ1, θ= 90°+Δθ) 및 (φ= 90°+ φ1, θ= 90°-Δθ)에 대응하여 선택됨으로써 달성된다. 상기 예에서는 스캐닝 헤드 당 각각 2개씩 통합되는 4개의 측정축이 3D 위치 측정에 사용된다.
마지막 예시적인 실시예로서, 도 5에는 이미 도 3과 관련하여 설명한 4개의 민감도 벡터(v1, v2, v3, v4)를 총 4개의 측정축을 가지는 하나의 스캐닝 헤드에 통합시킨 단일한 스캐닝 헤드(1)가 도시된다. 4개의 측정축을 통합시킨 스캐닝 헤드(1)도 본 출원인의 특허 출원 DE 102013220184.2호에 상술되어 있다.
물론 각 실시예의 민감도 벡터(v1, v2, v3, v4)는 각각 X-Y 평면에서 90°, 180°, 또는 270°로 회전시킨 변형예로도 사용될 수 있다. 모든 민감도 벡터의 공동의 부호 변경에도 기능의 원리에 있어서 바뀌는 것은 없다. 이러한 변경은 단지 모서리 내에서 회전되거나 뒤집힌 좌표계의 표현일 뿐이고 민감도 벡터들(v1, v2, v3, v4)의 방향을 선택함에 있어서 실제적인 변화는 아니다.
마지막으로, 도 6에는 테이블의 모서리들 각각에 제1 또는 제3 실시예에 따른 스캐닝 헤드(1)가 배치되어 각 모서리에서 3D 위치 측정이 수행될 수 있는 테이블(2)이 도시된다. 상기 테이블(2)에는, 도구(3, 렌즈)에 의해서 노광되는 웨이퍼 형태의 워크피스(4)가 배치된다. 스캐닝 헤드(1)는 상기 도구(3)에 단단히 연결되는 측정 눈금(5)을 스캐닝한다. 이러한 방식으로 상기 워크피스(4)의 위치는 도구에 대하여 검출 및 조정될 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따른 워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치는 민감도 벡터의 정렬에 의해 서로 독립적인 3가지 방향으로 도구에 대하여 이동되는 테이블의 모서리에서 위치 측정(여기서는 3D 위치 측정이라고 함)을 가능하게 함으로써, 각각의 가공 기계의 주요 이동 방향으로의 이동 시 항상 보상 가능한 주기 신호들이 생성된다. 언급한 노광기계 외에도 높은 요구사항을 가지는 기타 다른 사용 분야, 예를 들어 현미경, 전자빔 라이터(electronic beam writer) 또는 레이저 라이터(laser writer) 등에서도 위치결정 정확도 측면에서 본 발명의 이점을 취할 수 있다.

Claims (10)

  1. 워크피스(4)를 수용하고, 상기 워크피스의 가공 중 2개의 주요 이동 방향(X, Y)으로의 이동을 수행하는 이동 가능한 테이블(2);
    도구(3) 둘레에 고정 배치되고 상기 주요 이동 방향(X, Y)의 평면에서 연장하는 하나 이상의 평평한 측정 눈금(measuring standards)(5); 및
    상기 측정 눈금(5)에 대한 테이블(2)의 위치를 측정하고 상기 테이블(2)의 적어도 3개의 모서리에 장착되는 스캐닝 헤드(1, 1')
    를 포함하고,
    상기 테이블(2)의 위치는 상기 스캐닝 헤드(1, 1')에 의해서 6개의 자유도(X, Y, Z, rX, rY, rZ)로 결정될 수 있고,
    모서리 중 적어도 하나에는, 3개의 독립적인 공간 방향(X, Y, Z)에서의 3D 위치 측정을 위해서 적어도 총 3개의 측정축을 가지는 하나 이상의 스캐닝 헤드(1, 1')가 제공되고,
    3D 위치 측정을 위한 측정축의 민감도 벡터(v1, v2, v3, v4)들은 X-Z 평면이나 Y-Z 평면에 위치하지 않는,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정축들의 민감도 벡터(v1, v2, v3, v4)들은 3D 위치 측정을 위해서 X-Z 평면 및 Y-Z 평면에 대하여 적어도 1°의 각도를 포함하는,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 및 제2 측정축의 제1 및 제2 민감도 벡터(v1, v2)는 3D 위치 측정을 위해서 X-Y 평면에 대하여 거울면 대칭(mirror symmetry)인,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    X-Y 평면에 대한 거울면 대칭인 제1 및 제2 민감도 벡터(v1, v2)의 X-Y 평면에 대한 투사에 의해 X-Y 평면에서 X-방향에 대하여 45, 135, 225 또는 315도로 회전된 2개의 동일한 벡터가 공급되는,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    제3 측정축의 제3 민감도 벡터(v3)는 X-Y 평면에 있고 선형적으로 X-Y 평면에 거울면 대칭인 민감도 벡터(v1, v2)로부터 독립적인,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 민감도 벡터(v3)는 상기 X-Y 평면에 대하여 거울면 대칭인 민감도 벡터(v1, v2)에 수직인,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    각각 제1 및 제2 측정축의 제1 및 제2 민감도 벡터(v1, v2)의 Z-방향에 대한 90°회전에 의해 얻어진 제3 및 제4 민감도 벡터(v3, v4)를 가지는 제3 및 제4 측정축이 3D 위치 측정을 위해서 존재하는,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 측정축은 제1 스캐닝 헤드(1)에 통합되고, 상기 제3 및 제4 측정축은 제2 스캐닝 헤드(1')에 통합되는,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    3D 위치 측정을 위한 모든 측정축은 단일한 스캐닝 헤드(1)에 통합되는,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테이블(2)의 적어도 3개의 모서리에는 3D 위치 측정을 위한 측정축이 제공되는,
    워크피스에 대하여 도구의 위치를 결정하는 장치.
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