TW200926327A - Displacement device with precision measurement - Google Patents

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TW200926327A
TW200926327A TW097139988A TW97139988A TW200926327A TW 200926327 A TW200926327 A TW 200926327A TW 097139988 A TW097139988 A TW 097139988A TW 97139988 A TW97139988 A TW 97139988A TW 200926327 A TW200926327 A TW 200926327A
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planar motor
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motor
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TW097139988A
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Petrus Carolus Maria Frissen
Renatus Gerardus Klaver
Original Assignee
Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

200926327 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 且更明確言之係關於具有 本發明一般係關於位移裝置， 精密量測的位移裝置。 【先前技術】 ❹
製造組件中之增加精密需要量測中之增加精密。精密組 件(例如半導體積體電路)之製造、檢驗及修理中需要精 密。例如’位移裝置移動半㈣晶圓以基於各種目的使半 導體晶圓之表面曝露於各種波長之光束。光學或紫外線 (uv)光束可以用於微影蝕刻，光學或電子束可以用於檢 驗’且離子束可以用於修理。半導體晶圓之運動必須精密 以將光束定位於晶圓上正在建立或已經建立之微小特徵 處。精密運動需要精密量測。 圈1係依據先前技術所製造之一位移裝置之示意性側視 圖。位移裝置21之短衝程載體24支撐曝露於工作光束22之 晶圓20。長衝程載體26相對於磁板28支撐短衝程載體24。 干涉量測系統31量測短衝程載體24之位置。干涉計控制單 元32將光束30導向至短衝程載體24之垂直側之量測點34 上。干涉計控制單元32將反射光束33與參考光束相比較以 決定干涉計控制單元32與量測點34間之距離。接著使用此 距離來決定工作點23之位置，工作光束22應在工作點23之 該位置處撞擊晶圓20。 可惜’本量測系統具有許多限制。量測點34與工作點23 間之距離X係大（例如對於微影蝕刻應用為4〇〇毫米），在量 135198.doc 200926327 測中混合任何不確定性。通常’需要晶圓2〇之平面中^奈 米且晶圓20之平面外7奈米的精密。由光束曝光、内部磁 性線圈及内部冷卻所造成的短衝程載體24之溫度之小變化 導致距離X之重大變化及精密之遺失。用以最小化此效應 • 《一方法係由具有小熱膨脹係數之材料(例如Zerodur®玻璃 陶瓷材料)製造短衝程載體24。不過，此並非令人滿意的 解決方案’因為材料係昂貴且重。 期望具有一種克服以上缺點的具有精密量測的位移裝 置。 【發明内容】 本發明之一態樣提供一種用於支撐一工件的位移裝置， 其包括一光學感測器；-支撐板，其界定一支撐板孔隙； 一平面馬逹，其平行於該支撐板佈置，該平面馬達具有可 操作以支撐該工件之一第一側及與該支撐板對置之一第二 側；及一2D光柵，其佈置於該平面馬達上，該2D光拇係 透過該支撐板孔隙與該光學感測器光學連通。 本發明之另一態樣提供一種用於支撐一工件的位移裝 置，其包括複數個光學感測器；一支撐板，其界定複數個 支撐板孔隙’-平面馬達，其平行於該支樓板佈置，該平 面馬達具有可操作以支推該卫件之U及與該支撲板 十置之第一側，及一 2D光栅，其佈置於該平面馬達上， ，2D光柵係透過該複數個支撐板孔隙與該複數個光學感測 裔光學連通。該複數個光學感測器之數目至少係一決定性 量測數目。 135198.doc 200926327 本發明之另一態樣提供一種用於支撐一工件的位移裝 置’其包括：移動構件，其用於移動該工件；支撐構件， 其用於支揮該移動構件，該支撐構件界定 一孔隙；及感測 構件’其用於在佈置於該移動構件上之—量測點處透過該 孔隙感測該移動構件之平移與旋轉。 結合附圖閱讀以下目前較佳具體實施例之詳細說明將進 、步明白本發明之上述及其他特徵與優點。詳細說明與圖 ❹
式僅解說而非限制本發明，本發明之範嘴係由所附申請專 利範圍及其等效範圍來定義。 【實施方式】 圖2係依據本發明所製造之一位移裝置之示意圖。該位 移裝置5G可以支撑—卫件4()且包括—光學感測器％ ; 一支 撐板54,其界定一支樓板孔隙％;—平面馬達％，其平行 於該支樓板54佈置，該平面馬達58具有可操作以支撑該工 件40之一第一側60及與該支撐板“對置之一第二側62 ;及 一2D光柵68 ’纟佈置於該平面馬達％上，該2〇光拇㈣ 透過該支撐板孔隙56與該光學感測器52光學連通。支撐板 54電磁支推且移動支樓工件4G之平面馬達％。光學感測器 52可以將位置·貝訊^號51提供至處理器53。使用許多光學 感測器52時，處理器53可以從許多光學感測器幻接收許多 位置資訊信號51。 在此範例中，從工件40上之工作點7〇橫跨平面馬達外定 位光學感測器52 ’平面馬達58包括磁鐵且支揮板54包括線 圈。工作點70可為尖點（如圖所解說）或工件4〇之表面上方 135198.doc 200926327 之寬平面。量測點72(來自光學感測器52之感測光束74在 該量測點72處照射2D光柵68)係在工作點70(工作光束76在 該工作點70處照射工件40)附近，以便可以精密決定工作 點70之位置。平面馬達58之厚度通常係在2至5毫米之範圍 内。在此範例中，光學感測器52係六自由度光學感測器， 即’量測三個平移度及三個旋轉度之光學感測器，且2D光 '柵68係佈置於平面馬達58之第二側62上。使用六自由度光 學感測器可以實現〇·1奈米（對於平移）與1微弧度 © (microrad)(對於旋轉）之量測可重複性。熟習此項技術者應 明白準確性亦取決於2D光柵之品質。在一具體實施例中， 2D光柵68係一透明主體（例如由聚碳酸酯所製成之主體）， 其具有印刷於2D光栅68之鄰接至平面馬達58之第二側62之 側上之光柵圖案。可以使用全像術、干涉量測、微影及其 類似者來印刷此類光栅圖案。在另一具體實施例中，當使 用多於一個光學感測器時，2D光柵68可以為佈置於圍繞平 面馬達58之特定點處用以從光學感測器52接收感測光束74 的一個大光栅或許多各別不同光柵。 工件40可為需要移動或精密定位的任何工件。工作光束 • 76係在工作點70處施加至工件4〇以在工件4〇上實現所需效 • 應。工作光束之範例包括可見光束、紫外線（uv)光束、遠 紫外線光束、電子束（e束）、離子束及其類似者。可見光 束、紫外線（UV)光束、遠紫外線光束、電子束卜束）可以 用於微影蝕刻或檢驗，且離子束可以用於修理。通常，工 件40係薄平面物體，例如晶圓。在一範例中，該工件係一 135198.doc 200926327 半導體晶圓。在另-範例中，該卫件係—印刷電路板。熟 習此項技術者應明白工作光束76不需要如圓2所解說在尖 點處與工件40接觸。工作光束76可以在工件4〇之全部或部 分上方展開以便工作點70不為尖點，而為在工件之表面 上方之寬平面。例如，工件4〇可為具有26以2毫米之尺寸 的晶粒且工作光束76可以在全部26χ32毫米上方展開。 ❹
2D先拇68可以為具有一在不 一致之兩個方向上為週期性 之結構的光柵。此一結構之一範例為棋盤圖案。基於解說 清晰起見將2D光柵68顯示為具有實f厚度，儘管該厚度可 以極小。2D光柵68可以為附加至平面馬達抑之整合組件 (例如透明薄片’其具有印刷於透明薄片上之光栅圖案）， 或可以為平面馬達58本身之部分。在另一具體實施例中， 可以鄰接2D光柵68佈置一或多個z光栅以形成3D光柵。 圓3至6(其中相同元件與圈2且彼此共用相同參考數字） 係依據本發明所製造之位移裝置之支撐板與平面馬達之示 意圖、。基於解說清晰起見已省略穿過支撐板54之支撐板孔 求及平面馬達58上之2D光柵。支撑板54以電磁方式使支撐
工件之平面馬達58浮動，如WIPO國際公開案WO 2006/075291 明。 A2(其以引用方式全文併入本文中）中所說 考圖3位移裝置50包括由一磁鐵系統93所形成之第 邛刀91，及由一電線圈系統94所形成之第二部分μ。將 載固疋於平面馬達58上且將線圈系統固定於支撐板54 上第—與第二部分91、92可以相對於彼此移動。在此範 135198.doc 200926327 例中，固定部分係I有磁鐵之支擇板S4,1可移動部分係 具有線圈之平面馬達58。 磁鐵系統93之磁鐵係配置於平行於乂方向延伸之列97與 平行於Y方向延伸之行98之圖案t '列間與行間之間隙係
相同的。在各列97中且在各行98中，交替配置第—類型N 之磁鐵與第二類型Z之磁鐵。第—類型^磁鐵具有與平 面馬達S8成直角且朝向具有電線圈系統94之第二部分92延
伸的磁化方向，而第二類型2之磁鐵具有與平面馬達別成 直角且遠離具有電線㈣統9 4之第二部分9 2延伸的磁化方 向。在各列97中且在各行98中’第三類型h之—磁鐵係配 置於第-類型N與第二類型2之各對磁鐵之間。位於行卯 之間的第三類型Η之磁鐵之磁化方向平行於γ方向且朝向 第類型Ν之鄰接磁鐵延伸，而位於列97之間的第三類型 Η之磁鐵之磁化方向平行於X方向且亦朝向第一類型ν之鄰 接磁鐵L伸。冑頭指示不同磁鐵類型Ν、Ζ及Η之磁化方 向。 電線圏系統94具備第一類型Ci之至少一線圈，其位於磁 鐵之有效磁場中之電流導體99包括針對X方向的Μ。之角 度’且電線圈系統94亦具備第二類型。之至少一線圈，其 使亦位於磁鐵之有效磁場中之電流導體1G G包括針對X方向 的45。之角度，B击古μ & 垂直於第一類型Ci之線圈之電流導體99 延伸 > 本文所使用，”有效磁場中之電流導體”意指線圈 部分（船 177^ _W JL^ §係—束電流導體）係位於磁鐵之磁場中， 在線圈之該部分上施加—有效洛命兹（[⑽⑽）力，造成 J35198.doc -1】· 200926327 線圈之移動。 參考明4讀釋線圈在磁㈣統巾之㈣方式，參考數 字99丨、992與100丨、10〇2分別 货於磁鐵之磁場中的 線圈（^與^之電流導體。電流 守體99ι係主要位於藉由字 母N所指示之磁鐵之磁場中。 楮田子 稽田托向上方（即，與磁鐵系 ❹ ❹ 統成直角且朝向電流導體99l加^向）之箭頭指示此等N 磁鐵之磁化方向。箭頭B1指示磁場之方向。當電流在藉由 箭頭L所指示之方向上流經電流導體％時’在電流導體上 在藉由相關箭頭所指示之方向上施加力&，作為其之壯果 電流導體需要在箭頭F,之方向上開始移動。電流導體99 係主要位於磁鐵(參考Z)之磁場中。藉由指向下方(即與2 磁鐵系統成直角且遠離電流導體992)之箭頭&指示z磁鐵 之磁化方向。當-電流依據箭頭l2(即’與電流L相反）流經 電流導艘992時’在電流導體％上施加在藉由相關箭頭所 指示之方向上之力F2,作為其之結果電流導體需要在藉由 箭頭FM指示之方向上(即，在與箭頭F〗相同之方向上)開 始移動。以相同方式，在_z磁鐵之磁場對依據箭頭^與 “之電流之影響下，與電流導體99ι及99i成直角所配置之 電流導體1001與10〇2係經受在藉由箭頭h與F4所指示之方 向上延伸之力。將電流導體中之電流反向時，施加於電流 導體上之力進而電流導體之移動亦反向。圓s亦顯示力之 此交互作用。 參考圈3，電流導體99、1〇〇之部分1〇1亦存在於第三類 型Η之磁鐵上方及/或不存在磁鐵（即，第一類型N與第二類 135198.doc 12 200926327 型z之磁鐵之間）之部分上方。電流導體之此等部分係位於 磁場Β中，磁場Β之平均方向實質上平行於χ_γ平面延伸。 亦參見圖4之電流導體99lc。參考圈3,當電❸穿過此電流 導體時，電流導體之部分1〇1係經受在垂直於χ_γ平面之方 向（即，Ζ方向）上之力F。取決於電流之方向及電流導體相 對於磁鐵之位置，朝向磁鐵或遠離磁鐵定向該力。當遠離 • 磁鐵定向該力時，該力係稱為懸浮力h，即，造成電流導 體遠離磁鐵移動之力。此一力可用以提供支撐板與磁鐵間 〇 之承載功能。 第一類型N與第一類型Z之磁鐵之形狀為方形。第三類 型Η之磁鐵為矩形且經定尺寸使得一 n磁鐵與一 z磁鐵之側 面103上之一 Η磁鐵邊界之最長側面102，及一η磁鐵之最 短側面104之尺寸與最長側面1〇2之尺寸間之比率可以處於 0.25與0.50間之範圍内以依據最佳化分析提供磁鐵系統之 每單位面積磁場之最大強度。 圈5解說兩個具三個線圈之集，即，具有電流導體 八 99la、99lb、99卜與返回電流導體992a、992b、992c之第一 集CM ’及具有電流導體99^、993b、99&與返回電流導體 . 99“、、99“之第二集C2丨。藉由三相電流系統饋送兩 個線圈集。在電流導體之縱向方向上觀看，三個電流導體 之第一集Cm係相對於三個電流導體之第二集c21偏移超過 一距離105 ’距離105係磁鐵之磁極間距1〇6之近似一半。 本文所使用的磁鐵之磁極間距106係相同類型（分別為N與 Z)之磁鐵之中心點1〇7與108位於其上之兩個鄰接對角線間 135198.doc -13- 200926327 之距離。此避免位移期間在兩個載流線圈集上施加可變扭 矩’其造成移動部分（具有磁鐵之支撑板或平面馬達）圍繞 z軸相對於固定部分之振盪移動。藉由使線圈集相對於彼 此偏移’實質上減少此振盡效應’因為一扭矩在兩個線圈 集之一甲產生’其補償另一集中之扭矩。當支撐板54為可 移動部分時，振盪效應可在支撐板54中誘發振動。 ' 電流導體之長度109係經選擇以近似等於磁鐵之磁極間 距106的k倍，k係2之倍數。因此，電流導體在縱向方向上 © 移動時磁場之總和保持近似恆定，造成施加於電流導體上 之力之波動較小。此並不取決於線圈與相位之數目。 圈6A舆6B分別解說一位移裝置之針對第一部分或平面 馬達58與第二部分或固定支撐板54之斷面與俯視圖。在此 範例中，平面馬達58包括一載體214，在載體214之頂部上 具有一鏡組塊212。平面馬達58可以相對於固定支揮板54 移動。線圈224係配置於線圈組塊222上，線圈組塊222係 ® 經由冷卻通道226流體冷卻。線圈224係配置於三個線圈之 群組中，相鄰群組之方位係偏移9〇度。熟習此項技術者應 明白視需要對於一特定應用，其他線圈配置（例如多或少 於三個線圈之群組）係可能的。熟習此項技術者應進一步 明白在一具體實施例中’線圈係在支撲板54中且磁鐵係在 平面馬達58中’而在另一具體實施例中，磁鐵係在支撐板 54中且線圈係在平面馬達58中。 圖7至9(其中相同元件共用相同參考數字）係依據本發明 所製造之一位移裝置之光學感測器與2D光栅之示意圖。基 135198.doc 14 200926327 於解說清晰起見已省略光學感測器52與2D光柵68之間具有 支撐板孔隙之支撐板。光學感測器52偵測附接至支撐工件 之平面馬達之2D光柵68之平移與旋轉。在WIPO國際公開 案WO 2006/054258 A2(其以引用方式全文併入本文中）中 說明光學感測器52。熟習此項技術者應明白以下所論述之 光學感測器52係可操作以量測三個平移度及三個旋轉度之 六自由度光學感測器。藉由省略位置敏感偵測器可以將六 自由度光學感測器轉換為可操作以量測三個平移度之三自 由度光學感測器。熟習此項技術者應明白需要多於一個三 自由度光學感測器以篁測附接至支樓工件之平面馬達之2 d 光柵68之位置。 圆7A舆7B解說針對光學感測器52之入射與繞射光束。 在2D光柵68處自不同方向提供兩個入射光束卜藉由量測 入射光束I與繞射光束D之間之干涉個別量測各繞射光束D 之相位。因此，針對各對人射與繞射光束針對間距/4_) 之平面内平移量測λ/4之相移且針對各對針對平面外平移 量測λ/2之相移。& 了決定平面内與平面外平移兩者，該 系統係經配置用以區別平面内與平面外平移之相移促成作 用。可以光學或以其他方式決定平面内平移。 圈8、9Α及9Β解說用於俄測平面馬達（未顯示）（向平面馬 ，施加-2D光栅68)之平移Τ與旋轉R之—範例性光學感測 盗52。光學感測器52包括光學頭134以將來自不同方向之 第一、第二及第三入射光束u、12、13提供至2〇光柵⑽。 第一、第二及第三繞射光束分別由入射光束 135198.doc -15- 200926327 II、12、13產生。針對繞射光束D1、D2、D3顯示繞射級 -1、0及+1。採用黑色、深灰及淺灰指示入射I與繞射光束 D之對。基於解說清晰起見，圖8所示光束並不一致位於相 同量測點72處，而是在三個不同光點處，其間具有小偏 移。三個光束實際上位於相同量測點72處。 光學頭134進一步包括用於量測由第一入射光束η與第 一繞射光束D1、第二入射光束12與第二繞射光束D2及第三 入射光束13與第三繞射光束D3所組成之對之至少一個之間 Ο 之相位差ΔΦ之構件。只要繞射級之光學功率係足夠，繞 射光束D1、D2、D3之每一繞射級可用於量測相位差△〇。 光束II、12、13之波長與入射角及2D光柵68之週期ρ係經 選擇使得採用光學頭134使用繞射光束Dl、D2、D3之繞射 級+1來偵測2D光柵68之平移Τ。 光學感測器52進一步包括位置敏感偵測器135、135,， 其經配置用以接收繞射光束Dl、D2、D3之另外級以偵測 _ 平面馬達之旋轉Re 2D光柵68之旋轉Rx、Ry、以導致此等 級在位置敏感偵測器135、135,上之位移以便可以偵測平 面馬達之旋轉。平面馬達旋轉時，用於將平面馬達之平移 量測為一或多個光束之路徑長度之繞射光束Di、〇2、D3 之相位可以變化》因此’對於具有顯著旋轉運動分量、 Ry、Rz之平面馬達，應決定旋轉以計算平面馬達之平移。 藉由省略位置敏感偵測器可以將六自由度光學感測器轉換 為可操作以量測三個平移度之三自由度光學感測器。 更精確言之’對於2D光柵68藉由兩個座標來指示繞射 135198.doc 200926327 級。藉由（0,0)指示第一級，藉由（1，〇)指示x方向上之第一 級’藉由（0，1)指示y方向上之第一級，等等。在此範例 中，另外級（0,0)與（·1，0)係用於量測平面馬達之旋轉。級 (〇,〇)(下文中再次藉由級〇來指示）係僅對旋轉RX與Ry敏 感’而較高級（此處為（-1，〇))係對RX、Ry& RZ敏感。不 過，亦可使用其他另外級，例如（-1,-1)。下文中，基於清 晰起見將藉由兩個座標的級指示省略。繞射第+丨級光束 Dl、D2、D3係導向至零偏移復歸反射器136。穿過此復歸 〇 反射器之後，光束Dl、D2、D3係第二次導向至2D光柵 68。繞射光束之某些係入射於光學頭134上且量測此等另 外繞射光束之相位以偵測2D光柵68之平移。 繞射級0與-1分別落在二維位置敏感偵測器135與一維位 置敏感裝置135,上。採用二維位置敏感偵測器135在兩個 方向上量測繞射級〇之光點之位置，而採用一維位置敏感 裝置135’在一方向上量測第_丨級光束之位置。使用三個相 位量測與三個光點位置量測來決定2D光柵68之三個平移與 〇 三個旋轉。範例性位置敏感偵測器係可從Topsfield， Massachusetts，USA之OPTRA, Inc.得到的奈米格柵平面編 • 碼器系統（NanoGrid Planar Encoder System)及可從 Dr. • J〇hannes Heidenhain GmbH，Traunreut，Germany得到的 pp 281 R 二座標增量編碼器（PP 281 R Two_Coordinate Incremental Encoder)。熟習此項技術者應明白較高維度位 置敏感侦測器可用以置測較少平移維度。例如，三維位置 敏感债測器可用以量測二個或一個維度，或二維位置敏感 135198.doc 200926327 偵測器可用以量測一維度。 圈9A解說一單一入射光束II及其級+1、〇及一丨之關聯繞 射光束D1。基於清晰起見僅顯示單一入射光束且省略其他 入射光束。光柵週期P、波長λ及入射角係經選擇使得沿著 2D光柵68之法線η導向入射平面中之繞射第+丨級光束。虛 擬球形表面Η係解說以更清楚顯示繞射級之方位。2D光柵 68中之交又線顯示二維繞射光柵之方位。 圖9Β解說二個入射光束II、12、13，三個光學頭134經 〇 定位且經定向使得沿著虛擬稜錐Ρ之三個邊緣導向三個入 射光束II、12、13。參考圖8，三個入射光束之入射平面中 之繞射第+1級光束Dl(+1)、D2(+l)及D3( + l)係彼此平行且 導向至零偏移復歸反射器136。此對於其中沿著虛擬稜錐ρ 之邊緣導向入射光束之光束佈局係典型的。零偏移復歸反 射器13 6(下文中亦稱為零偏移復歸反射器）之功能係用以重 導向傳入光束使得反射光束係平行於傳入光束且亦與傳入 光束一致。零偏移復歸反射器136包含立體角137、偏光分 ® 光器立方體138、半波長板139及用作折疊鏡之稜鏡14〇。 通常，立體角係用作復歸反射器。入射與反射光束係彼此 • 平行，但空間分離。零偏移復歸反射器j36沿著相同光學 路徑將入射光束反向重導向至2D光栅68。若入射光束之方 向或位置不為標稱，則入射與反射光束間之偏移將不為 零。光學頭134之組態取決於量測繞射光束D1、D2、⑺之 相位所採用之方法。量測組態可以包括此項技術中所熟知 的數個光學組件，例如用於修改入射光束之偏光之波長 135198.doc -18- 200926327 板、分光器及法拉第（Faraday)組件。 2D光柵68可以為具有一在不一致之兩個方向上為週期性 之結構的光柵。在一具體實施例中，2D光栅68係一棋盤圖 案。在另一具體實施例中’可以鄰接2d光柵68佈置一或多 個Z光柵（未顯示）以形成3D光栅。多層光柵（例如3D光柵） 允許平面馬達58之已增加旋轉範圍上之量測及/或一相對 與一絕對量測之組合。在WIPO國際公開案WO 2006/054255 A1(其以引用方式併入本文中）中說明多層光 ❹ 橋。 圖10A至10B(其中相同元件與圖2且彼此共用相同參考數 字）係依據本發明所製造之位移裝置之額外具體實施例之 示意圖。可以視需要針對一特定應用將21)光柵佈置於平面 馬達上之各種位置處。2D光柵可以經選擇用以減少工作點 與量測黑i間之⑮_，其減少；夬定工作點時之帛i。以上所 論述之«2解說佈置於平面馬達邡之第二側62上之2〇光 〇 栅。熟習此項技術者應明白圓2、心及10B所解說的2〇光 栅針對關聯平面馬達孔隙及透明部分之各種位置可用於採 用單一光學感測器或許多光學感測器之位移裝置。 . ^W1GA’平面馬㈣界定馬達孔隙15U2D光柵68 係佈置於馬達孔隙150上方平面 需要斜料…田 第一側6〇處。視 =針對-特疋應用，2D光栅68可以附接至第―雜或可 於馬達孔隙1S〇内。在-具體實施例中，2D光拇68 ’、透明主體（例如由聚碳酸酯所製成之主體），盆且右£
刷於2D光柵68之鄰接工件4〇且遠 ^、、 P 遇離千面馬達S8之第一側6〇 J35198.doc -19- 200926327 之一側上之光柵圖案。 參考圈1〇B，平面馬達S8具有透明部分152且2D光柵68 係佈置於平面馬達58之第—側6〇上透明部分152上。來自 光學感測器52之感測光束74在往返量測點72之途中穿過透 明部分152。在一具體實施例中，2D光柵68係在第一側6〇 處附接至透明部分152。在另一具體實施例中，在第一側 60處作為透明部分152之部分形成2D光栅68(例如藉由印刷 於平面馬達58之透明部分j 52上而形成），以便印刷物係緊 鄰工件40。可以使用全像術、干涉量測、微影及其類似者 來印刷此類光栅圖案。在一具體實施例中，透明部分152 橫跨平面馬達S8之整個寬度延伸，即，平面馬達58係透明 的。 圈η(其中相同元件與圖2共用相同參考數字）係依據本 發明所製造之一位移裝置之另一具體實施例之示意圖。在 此具體實施例中’使用多於一個光學感測器來提供額外精 密。當平面馬達之厚度係大以抵消Abb0(阿貝）效應（即，源 自平面馬達之間距與偏離之誤差）時，額外光學感測器係 尤其有用。當量測點72係從工件40上之已定大小點工作點 直接橫跨平面馬達58時，源自Abb0效應之Abb0誤差主 要取決於量測點72與工作點70間之距離，即，2D光柵68、 平面馬達58及工件40之組合厚度。 位移裝置50包括兩個光學感測器52，其藉由偵測佈置於 平面馬達58上之2D光柵68之運動來決定平面馬達58之位 移。在此範例中，從工件40上之工作點70橫跨平面馬達58 135198.doc -20- 200926327 定位一光學感測器52且遠離工作點7〇橫跨平面馬達s8定位 另-光學感測器52。如本文所定義，當垂直於平面馬達58 之第一側60與工作點70相交之線與組件或點不相交時遠 離工作點70橫跨平面馬達58定位該組件或點。在另一具體 實施例巾，遠離工作點7〇橫跨平面馬達58定位兩個光學感 測器52。$習此項技術者應明白可以視需要針對—特定應 用考量諸如所需精密、位移裝置組件之幾何形狀、支撑板
内4可能干擾支樓板孔隙之放置的組件及其類似者之因素 來選擇光學感測器52之位置。 圈U所解說之具體實施例包括兩個光學感測器52。至少 作為決定性量測數目來選擇光學感測器s2之數目，決定性 量測數目在本文中係定義為決定—具有六個自由度之平面 之位置所需要的光學感測器之數目。決定性量測數目取決 於所採用之特^光學感測器之自由度而變化。在-具體實 施例中§光學感測器52係進行三個平移量測與三個旋轉 量利的/、自由度光學感測器日寺，該決^性量測數目為一。 在另-具體實施例中，當光學感測器”為二自由度光學感 測器（各#測兩個獨立平移）時，該決^性量測數目為三。 例如’-光學感測器可以量測又與γ平移，另—光學感測 g可以量測Y與Z平移’且又—光學感測器可以量測 平移在X |體實施例中，對於不同光學感測器，自由 度可能不例如，一光學感測器可以為量測X、Y及Z平 移、，自由度光學感測器，另—光學感測器可以為量測X ”平移之一自由度光學感測器，且又一光學感測器可以 135198.doc 200926327 為量測z平移之—自由度光學感測器。熟習此項技術者應 明白平移光學感測器之決定性量測數目係提供六個獨立平 移量測之光學感測器之任何數目。
❹ 亦可選擇光學感測II 52之數目為大於決定性量測數目。 命:如可以、，’α 3另一光學感測器（例如六自由度光學感測 器、二自由度光學感測器或一自由度光學感測器)來使用 -六自由度光學感測器以提供冗餘位置量測。因為量測超 過平面馬達之自由度（即，位置資訊為超定），所以將量測 轉換為計算位置。在—具體實施例中，對—特定方向上之 超定量測(例如X平移)求平均值。在另一具體實施例中， 對超定量測進行位置加權，例如藉由量測點與玉作點間之 距離對各制進行加權。從光學相㈣接收位置資訊信 號51之處理器53可以實行計算位置之轉換。 圈12Α至12Β(其中相同元件與圖2共用相同參考數字）係 依據本發明所製造之-位移裝置之又—具體實施例之示意 圖。圖12Α係位移裝置s〇之側視圖且圈咖係解說支撐板 孔隙56的支撲板54之俯視圖。在此範例中，工作光束^在 工件40上方展開以便工作點7〇為工件4〇之表面上方之寬平 面。當平面馬達及/或工作點7〇之寬平面之厚度係大以抵 消Abb0效應（即，源自平面馬達之間距與偏離之誤差）時， 額外光學感測器係尤其有用。當工件4〇上之工作點7〇為平 面而非點日夺，在工作點70之平面中定位一特定點之·誤 差取決於該特定點與量測點72間之距離（即，2D光橋 平面馬達58及工件40之組合厚度）及工作點7〇之平面_該 135198.doc -22- 200926327 特定點與量測點72間之距離兩者。 光學感測器52可為具有特定應用所需之自由度數的任何 適合之光學感測器。如本文所定義，光學感測器之自由度 係光學感測器可以量測之平移及/或旋轉之獨立數目。在 —具體實施例中，光學感測器係六自由度、三自由度、二 自由度、—自由度光學感測器，或其組合。在明7至9及關 ， 敎字中說明一範例性六自由度。光學感測器可以為位置 敏感偵測器，其在本文中係定義為可以量測一或多個平移 β 方向之光學感測器。範例性位置敏感摘測器係可從
Topsfield，Massachusetts，USA 之 〇pTRA，—得到的奈米 格柵平面編碼器系統及可從Dr J〇hannes
GmbH’ Traunreut，到的pp 28i r二座標增量編 碼器。 在圓12A至12B之具體實施例中，使用三個或更多光學 感測器來提供額外精密。光學感測器之數目至少為決定性 〇 4測數目，決定性量測數目在本文中係定義為決定一具有 六個自由度之平面之位置所需要的光學感測器之數目。配 置於三角形非線性圖案中三個量測點之間具有10釐米分離 之三個二自由度光學感測器可以實現0.1奈米（對於平移）與 1微狐度（對於旋轉）之量測可重複性。熟習此項技術者應明 白準確性亦取決於戰栅之品質。亦可選擇光學感測器52 之數目為大於決定性量測數目以便位置資訊為超定。從光 學感測器接收位置資訊信號之處理器可以實行計算位置之 轉換。 135198.doc •23· 200926327 位移裝置5〇包括三個光學感測器52，其藉由偵測佈置於 平面馬達58上之2D光柵68之運動來決定平面馬㈣之位 移。在此範例中’遠離工件4G上之卫作點職跨平面馬達 58定位三個光學感測器52 ’儘管必要時可以從工作點⑼橫 跨平面馬達58定位光學感測器52之—。熟習此項技術者^ 明白可以視需要針對-特定應用考量諸如所需精密、位移 裝置組件之幾何形狀、支撑板内部可能干擾支撐板孔隙之
放置的組件及其類似者之因素來選擇光學感測器幻之位 置。 因為光學感測器S2係配置於三角形非線性圖案中，所以 三自由度光學感測器可用以量測平移與旋轉。對於大多數 應用，以可與系統之視域（即，工件4〇之表面上方的工作 點70之寬平面）相比較之距離分離感測器就足以了。例 如，在微影中，視域（亦稱為染料大小）通常為26χ32毫米。 在該情況下，典型分離距離因此將為3〇毫米。亦可使用六 自由度光學感測器或各種自由度光學感測器之混合物。可 以視需要針對一特定應用添加額外光學感測器。當工作點 70為尖點而非寬平面時，量測點72可以在工作點7〇附近或 可以視需要在工件4〇之邊緣處。 雖然目前認為於本文所揭示的本發明之具體實施例為較 佳具體實施例，但是在不背離本發明之範疇的條件下可進 行各種改變及修改。本發明之範疇係指示於所附申請專利 範圍中’而且期望其中包含屬於等效含意及範圍内的所有 改變。 135198.doc -24· ❹ 200926327 【圖式簡單說明】 圖1係依據先前技術所製造之一位移裝置之示, 圖2係依據本發明所製造之一位移裝置之示惫撞 圖3至6B係依據本發明所製造之一位移裝置之 平面馬達之示意圖； 圖7A至9B係依據本發明所製造之一位移穿置 測器與2D光柵之示意圖； 圖10A至10B係依據本發明所製造之— 移裝 具體實施例之示意圖； 圖11係依據本發明所製造之一位移裝置之另— 例之示意圖；及 圖12A至12B係依據本發明所製造之—位移f 具體實施例之示意圖。 【主要元件符號說明】 ❹ ί圖； I ； 支撐板與 之光學感 置之額外 具體實施 置之又一 20 晶圓 21 位移裝置 22 工作光束 23 工作點 24 短衝程載體 26 長衝程載體 28 磁板 30 光束 31 干涉量測系統 32 干涉計控制單 135198.doc 25- 200926327
33 34 40 50 51 52 53 54 56 58 60 62 68 70 72 74 76 91 92 93 94 97 98 99 ' 99, ' 99 反射光束 量測點 工件 位移裝置 位置資訊信號 光學感測器 處理器 支撐板 支撐板孔隙 平面馬達 第一側 第二側 2D光棚· 工作點 量測點 感測光束 工作光束 第一部分 第二部分 磁鐵系統 電線圈系統 列 行 電流導體 135198.doc -26- 200926327
99la、 • 99ib ' • 991c 電流導體 992a、 • 992b ' .992c 返回電流 導體 993a、 .993b， 993c 電流導體 994a， * 994b、 ‘ 994c 返回電流 導體 100、 100,、 1002 電流導體 101 部分 102 最長側面 103 側面 104 最短側面 134 光學頭 135 二維位置 敏感偵 測器 135' 一維位置 敏感裝 置 136 零偏移復 歸反射 器 137 立體角 138 偏光分光 器立方 體 139 半波長板 140 棱鏡 150 馬達孔隙 152 透明部分 212 鏡組塊 214 載體 222 線圈組塊 224 線圈 226 冷卻通道 135198.doc -27- 200926327 C 1、C 2 線圈 Cn 返回電流導體之第一集
❹ 135198.doc •28-

Claims (1)

  1. 200926327 十、申請專利範圍： 1· 一種用於支撐一工件之位移裝置，其包含： 一光學感測器（52); 一支撐板（54)，其界定一支撐板孔隙（56); 一平面馬達（58)，其平行於該支撐板（54)佈置，該平 面馬達（58)具有可操作以支撐該工件（4〇)之一第一側（6〇) • 及與該支撐板（54)對置之一第二侧（62);及 一 2D光柵（68)，其佈置於該平面馬達（58)上，該2D光 © 柵（68)係透過該支撐板孔隙（56)與該光學感測器（52)光學 連通。 2.如睛求項1之裝置，其中從該工件（4〇)上之一工作點 橫跨該平面馬達（58)定位該光學感測器（52)。 3 如叫求項1之裝置，其中該光學感測器係一六自由度 光學感測器。 4，如凊求項丨之裝置，其中該2〇光栅係佈置於該平面馬 達（58)之該第二側（62)上。 ❿5 >4求項！之裝置，其中該平面馬達（58)界定一馬達孔隙 (150)且該2D光柵（68)係佈置於該馬達孔隙（15())上方該平 , 面馬達（58)之該第一側（60)處。 如叫求項5之裝置，其中該2D光柵（68)係一透明主體，其 八有P刷於e亥透明主體之一側上之一光柵圖案，該印刷 側係遠離該平面馬達（58)之該第一側（6〇)。 7·如μ求項i之裝置’其中該平面馬達⑼）具有一透明部分 (⑸）且該2D光柵（68)係佈置於該平面馬達㈣之該第一 135I98.doc 200926327 側（6〇)上該透明部分（152)上。 8. 如請求項7之裝置，其中該2D光柵（68)係印刷於該透明部 分（152)上。 9. 如靖求項1之裝置，其十該2D光柵（68)係一透明主體，其 具有印刷於該透明主體上之一光柵圖案。 1〇.如明求項1之裝置，其進一步包含一鄰接該2D光栅（68)佈 置之光柵以形成一 3D光柵。 11. 一種用於支撐一工件之位移裝置，其包含： & 複數個光學感測器（52); 支擇板（54)，其界定複數個支撐板孔隙（56); 一平面馬達（58) ’其平行於該支撐板（54)佈置，該平 面馬達（58)具有可操作以支撐該工件（4〇)之一第一側（6〇) 及與該支撐板（54)對置之一第二側（62);及 一 2D光栅（68)，其佈置於該平面馬達（58)上，該2£)光 柵（68)係透過該複數個支撐板孔隙（56)與該複數個光學 > 感測器（52)光學連通； 其中該複數個光學感測器（52)之數目至少係一決定性 量測數目。 12. 如請求項丨丨之裝置，其中該等光學感測器（52)係二自由 度光學感測器。 13. 如請求項丨丨之裝置，其中該等光學感测器（52)係位置敏 感偵測器。 14. 如請求項丨丨之裝置，其中該複數個光學感測器（52)之該 數目係大於該決定性量測數目，該裝置進一步包含一處 135198.doc -2- 200926327 理器（S3) ’其從該複數個光學感測器（52)接收複數個位 置資訊信號（51)且係可操作以將該複數個位置資訊信號 (51)轉換為該平面馬達（58)之一計算位置。 15.如請求項14之裝置，其中該處理器（53)係可操作以藉由 一選自由求平均值與位置加權所組成之群組之方法將該 複數個位置資訊信號（51)轉換為該計算位置。 1 6.如請求項11之裝置，其甲該2D光柵（68)係複數個2D光 柵。 〇 17.如請求項11之裝置，其中該2D光柵（68)係佈置於該平面 馬達（58)之該第二側（62)上。 18. 如請求項U之裝置，其中該平面馬達（58)界定一馬達孔 隙（150)且該2D光栅（68)係佈置於該馬達孔隙（15〇)上方該 平面馬達（58)之該第一側（60)處。 19. 如請求項18之裝置，其中該2D光柵（68)係一透明主體， 其具有印刷於該透明主體之一側上之一光栅圖案，該印 • 刷側係遠離該平面馬達（58)之該第一側（6〇)。 20. 如請求項U之裝置，其中該平面馬達（58)具有一透明部 77 (152)且該2D光柵（68)係佈置於該平面馬達（58)之該第 一側（60)上該透明部分（152)上。 21. 如請求項20之裝置，其中該20光柵（68)係印刷於該透明 部分（152)上。 22. 如請求項11之裝置，其中該2D光栅（68)係一透明主體， 其具有印刷於該透明主體上之一光栅圏案。 23. 如請求項"之裝置’其進一步包含—鄰接該2d光柵㈣ 135198.doc 200926327 佈置之光栅以形成一 3D光柵。 24. -種用於支揮一工件之位移裝置，其包含： 移動構件，其用於移動該工件； 支揮構件’其用於支揮該移動構件，該支撐構件界定 一孔隙；及 感測構件 用於在佈置於該移動構件上之 處透過該孔隙感測該移動構件之平移與旋轉。測黑
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