KR20080045219A - 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템 - Google Patents

물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템 Download PDF

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KR20080045219A
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grating strip
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르네 지. 클라버
테오 에이.엠. 루일
미카엘 제이.엠. 렌켄스
얀 반 아이크
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 물체(2)에 결합된 제 1 연장된 격자 스트립(4) 및 상기 제 1 연장된 격자 스트립과 교차하는, 별개이며 실질적으로 정지된 제 2 연장된 격자 스트립(5)을 포함하는 상기 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템(1)에 관한 것이다. 상기 시스템은 상기 물체의 움직임을 검출하기 위해 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립에서 회절된 하나 이상의 광빔을 수신하도록 배열된 광학 검출 수단을 더 포함한다. 본 발명은 또한 물체 움직임을 검출하기 위한 방법 및 물체 가공 또는 검사 시스템에 관한 것이다.
움직임 검출, 격자 스트립

Description

물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템{SYSTEM FOR DETECTING MOTION OF A BODY}
본 발명은 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 웨이퍼 또는 인쇄 회로 기판과 같은 물체의 움직임을 광학적으로 검출하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 물체 가공 및/또는 검사(inspection) 시스템 및 물체의 움직임을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 물체 움직임 검출 목적을 위한 격자에 관한 것이다.
움직이는 물체의 위치 또는 위치 변경의 정확한 측정이 다양한 기술적 어플리케이션에서 요구된다. 일 예로서, 반도체 산업에서 적용되는 리소그래픽 프로젝션 장비(tool) 및 웨이퍼 검사 장비는 반도체 웨이퍼의 위치 변경에 대한 정확한 정보를 요구한다. 또 하나의 사용 분야는 인쇄 회로 기판(PCB) 산업을 포함하는데, 여기서 PCB의 위치에 대한 정보가, PCB 상에 부품을 장착하고, PCB 상에 패턴을 인쇄하거나 또는 PCB를 검사하는 동안 요구된다.
물체의 변위를 측정하기 위해 격자(grating)를 채택하는 다양한 광학 측정 시스템이 존재한다. 이러한 시스템은 광원, 광 검출기 및 격자를 포함하는 광학 검출 수단을 포함한다. 상기 광학 검출 수단은 격자 위에 거리를 두고 위치한다. 이 거리는, 움직임의 타입(면 내에서의 이동, 면 내에서의 회전, 면을 벗어나는 이동, 면을 벗어나는 회전)이 시스템에 의해 측정될 수 있는 격자 및 광학 측정 수단에 의존한다.
단일 면 내에서의 이동(translation)을 측정하기 위해, 격자는 그러한 이동의 방향에서 주기적인 격자 패턴을 가진다. 면 내에서의 이동 둘 다를 측정하기 위해, 이들 이동 둘 다의 방향에서 주기적인 격자 패턴이 요구된다. 광원의 스폿 크기에 비해 이동이 큰 어플리케이션을 위해, 상기 격자에 의해 커버되는 영역은, 가능한 이동의 전체 범위에 대한 이동을 검출하기 위해, 커야 한다. 이는 특히 면 내에서의 이동 둘 다가 검출되거나 측정되어야 하는 상황에 대해 참이다.
물체의 이동을 측정하기 위한 큰 격자는 특정 어플리케이션에 대해 많은 측면에서 불리할 수 있다. 예컨대 큰 격자는 제조하기 어려울 수 있는데, 왜냐하면 격자 패턴의 높은 정확성의 주기성은 더 큰 영역에 대해 실현하기 어렵기 때문이다. 따라서, 그러한 격자에 대한 비용이 비교적 높다. 또한, 큰 격자는 어플리케이션 시스템에 있어서 상당한 공간을 요구한다. 또한, 일부 어플리케이션에 있어서, 격자는 높은 가속도에 노출되어 있고 또한 온도 변화로부터 야기되는 무시할만한 크기 변동 특성(낮은 열 팽창 계수)을 가지도록 요구된다. 따라서 크고 무거운 격자는 바람직하지 않다.
본 발명의 목적은 물체의 움직임을 검출하기 위한 개선된 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 이전 문단(section)에서 언급된 종래 기술의 적어도 하나의 단점을 제거하거나 감소시키는 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 축소된 크기의 격자의 적용을 허용하는 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 물체에 결합된 제 1 연장된(elongated) 격자 스트립 및 상기 제 1 연장된 격자 스트립과 교차하는 별도의 그리고 실질적으로 정지된(stationary) 제 2 연장된 격자 스트립을 포함하는, 상기 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 상기 물체의 움직임을 검출하기 위해 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립에서 회절된 하나 이상의 광빔을 수신하도록 배열된 광학 검출 수단을 더 포함한다.
본 발명은 물체에 결합된 제 1 연장된 격자 스트립 및 상기 제 1 연장된 격자 스트립과 교차하는 별도의 그리고 실질적으로 정지된 제 2 연장된 격자 스트립을 포함하는 시스템에서 상기 물체의 움직임을 검출하기 위한 방법을 더 제공한다. 상기 방법의 적용을 위한 시스템은 광학 검출 수단을 포함한다. 상기 방법은
- 상기 제 1 또는 제 2 연장된 격자 스트립에 입사 광빔을 제공하는 단계와,
- 상기 물체의 움직임을 검출하기 위해 상기 광학 검출 수단에서 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립으로부터 회절된 하나 이상의 광빔을 수신하는 단계
를 포함한다.
서로 교차하는 연장된 스트립으로서 구성된 분리된 제 1 및 제 2 격자를 사용함으로써, 제 1 및 제 2 격자의 서로에 대한 변위를 검출하거나 측정함에 의해 면 내에서의 큰 이동 범위를 가지는 물체에 대한 움직임이 검출될 수 있는 어플리케이션이 발견되었다. 단지 작은 스트립만이 요구되기 때문에, 이들 스트립은 종래 기술의 큰 격자에 비해 더 용이하게 제조될 수 있으며, 결과적으로, 이들 격자 스트립이 더 저렴해진다. 또한, 격자 스트립에 의해 요구되는 공간이 더 적어진다. 격자 스트립의 길이가 바람직하게는 물체의 이동 범위와 대략 같거나 또는 더 큰 반면, 폭 또는 횡방향의 크기(dimension)는 광빔의 스폿 폭과 바람직하게는 실질적으로 동일하다는 점이 인식되어야 한다.
청구항 2 및 14에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는 작은 광학 검출 수단을 인에이블하는 이점을 제공한다.
청구항 3에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는 덜 복잡한 시스템의 이점을 제공하는데, 왜냐하면, 광학 검출 수단은 정지된 반면, 광 재방향설정(redirection) 수단은 시스템에서 비교적 용이하게 수용될 수 있기 때문이다.
청구항 4에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는 최적 측정 유연성의 이점을 가진다.
청구항 5에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는 하나 또는 두 개의 면 내에서의 이동에서 물체의 움직임을 검출 또는 측정을 허용한다.
청구항 6 및 15에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는 광빔의 위상을 결정하는 동안 물체의 움직임의 방향의 결정 및 광빔에서의 전력 변동에 대한 감소된 감도(sensitivity)를 허용한다.
청구항 7에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는, 격자 스트립의 배향이 광빔의 경로에 영향을 미칠 수 있으므로, 시스템에서 광학 성분의 양을 제거하거나 감소시킬 수 있다.
청구항 8에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는, 광학 검출 수단에 대한 큰 회전 범위의 이점을 가진다. 특히, 역-반사기(retro-reflector)에 의한 반사광을 사용하는 간섭 광빔은, 본 출원 명세서에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 위상의 용이한 검출을 허용하는 광학 검출기 상의 단일 스폿을 구성한다.
청구항 9에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는 광빔이 광학 검출 수단에 의해 검출되기 전에 두 연장된 격자에서 회절되는 것을 허용한다. 특히, 투과형 격자 및 반사형 격자의 사용은, 광빔이 이들 격자가 오버랩되는 영역을 통과하는 것을 허용한다.
청구항 10에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는 광학의 면 내 이동 검출 범위를 가지면서 최소의 격자 스트립 길이를 허용한다.
청구항 11에서 한정된 바와 같이 본 발명의 실시예는, 작은 격자 스트립이 더 작은 공간을 요구하며 또한 예컨대 움직임이 검출되어야 하는 물체의 경계에 혹은 그 근처에 배치될 수 있다는 점에 있어서 유리하다. 상기 스트립의 횡방향의 크기는 예컨대 5mm와 같이, 바람직하게는 1-10 mm 범위 내에 있다.
또한, 본 발명은 물체를 위한 물체 위치지정대를 수용하는 가공 및/또는 검사 챔버(chamber)를 포함하는 물체 가공 및/또는 검사 시스템을 제공하는데, 여기서 제 1 연장된 격자 스트립이 상기 물체 위치지정대 상에 장착된다. 상기 제 1 연장된 격자 스트립과 교차하는 제 2 연장된 격자 스트립은 상기 챔버에 대해 실질적으로 정지되어 장착된다. 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립 및 상기 광학 검출 수단은 상기 물체 위치지정대의 움직임이 검출될 수 있도록 배치된다. 바람직하게는 상기 시스템은 앞서 설명된 방법에 의해 움직임을 검출하도록 배열된다.
이러한 물체 가공 시스템의 예는 반도체 웨이퍼를 위한 웨이퍼 스테이지(stage)를 구비하는 리소그래픽 프로젝션 장비를 포함한다. 물체 검사 시스템의 일 예는 광학 검사 장비, 전자 현미경, 원자력 현미경 등과 같은 웨이퍼 검사 장비를 포함한다. 통상적으로 이들 시스템은 멀티-축의 레이저 간섭계 기반 위치 측정 시스템을 포함한다. 본 발명은 이러한 멀티-축의 레이저 간섭계 기반 시스템에 대해 비용 효율적인 대체를 허용한다. 다른 물체 가공 및 물체 검사 시스템은 각각 인쇄 회로 기판 상에 부품을 장착하거나 패턴을 인쇄하기 위한 그리고 이들 기판의 검사를 위한 장비를 포함한다. 상기 어플리케이션은 채택된 광빔의 직경에 비해 큰 물체의 이동을 특징으로 한다.
본 발명은 적어도 한 방향에서 주기적인 격자 패턴을 포함하는 연장된 격자 스트립을 더 제공하는데, 상기 연장된 격자 스트립은 15mm 보다 더 작은, 바람직하게는 10 또는 5mm 보다 더 작은 횡방향의 크기를 가진다.
본 발명의 실시예는 제 18항 및 19항에서 한정된 바와 같이, 물체의 면 내 이동 둘 다의 검출 또는 측정을 허용하는 이점을 제공한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 더 설명될 것이며, 이 도면들은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한다. 본 발명이 이들 특정 및 바람직한 실시예에 어떠한 방식으로도 제한되지 않는다는 점이 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 물체의 움직임 검출을 위한 시스템의 개략적 형상을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 물체의 움직임의 검출의 위한 시스템의 개략적 형상을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 물체의 움직임의 검출을 위한 시스템의 개략적 형상을 도시하는 도면.
도 4는 다양한 타입의 제 1 및 제 2 격자 스트립을 도시하는 도면.
도 5 및 6은 한 방향 및 두 방향으로 각각 물체의 움직임을 검출하기 위한 도 1의 실시예에 따른 시스템의 개략적 예시를 도시한 도면.
도 7 내지 11은 한 방향으로 물체의 움직임을 검출하기 위한 도 2의 실시예에 따른 시스템의 개략적 예시를 도시한 도면.
도 12는 두 방향으로 물체의 움직임을 검출하기 위한 도 2의 실시예에 따른 시스템의 개략적 예시를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템을 포함하는 물체 가공 시스템을 도시한 도면.
도 1 내지 3은 표면(3)을 포함하는 물체(2)의 움직임을 검출하기 위한 시스템(1)의 개략적인 실시예를 도시한다. 방향 x 및 y는 물체(2)의 표면(3)의 면 내에 서의 모든 이동의 직교 성분을 정의한다. z-방향은 면 밖의 이동의 직교 성분을 정의한다.
도면에서, 단일 빔은 실제로는 빔의 세트를 나타낸다.
시스템(1)은 물체(2)의 움직임을 검출하고 그리고 바람직하게는 한 방향 또는 양방향(x,y)으로 물체(2)의 변위를 검출 또는 측정하도록 적응된다. 화살표(m)는, 도 4를 참조하여 더 설명될 바와 같이, 물체(2)의 변위가 검출되거나 측정되는 방향을 한정한다. 이러한 목적을 위해, 시스템(1)은 물체(2)에 결합된 제 1 연장된 격자 스트립(4) 및 상기 제 1 연장된 격자 스트립과 교차하는 별개의 실질적으로 정지된 제 2 연장된 격자 스트립(5)을 포함한다. 상기 제 2 격자 스트립(5)은 시스템(1) 내 적절한 위치에서 정지상태로(stationary) 배열되며, 그리고 또한 기준 격자로서 참조될 수 있다. 제 1 격자 스트립(4)과 제 2 격자 스트립(5)이 직교하여 교차되지만, 상기 스트립 간에 임의의 각이 적용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 상기 물체에 결합된 격자 스트립(4)과 상기 정지된 격자 스트립(5) 사이에 z-방향으로 거리가 주어진다는 점이 이해되어야 한다.
물체(2)가 큰 면 내 이동 범위를 가진다 할지라도, 분리된 격자(4,5)의 사용에 의해, 이들 격자는 스트립-형상일 수 있다. 기존의 시스템에서와 같이, 물체(2)의 전체 표면(3)에 대해 두 방향으로 큰 측면 범위를 가지는 격자를 사용해야 하는 것 대신, 비교적 좁은 격자 스트립(4,5)이 사용될 수 있다. 이들 격자 스트립(4,5)의 길이는 x,y 방향으로 두 개의 면 내 이동 범위와 거의 같으며, 이들 격자 스트립의 폭은 움직임 검출을 위해 채택된 광빔의 스폿 크기와 거의 같다.
광학 검출 수단(6)은 제 1 및 제 2 격자 스트립(4,5)으로부터 회절된 광빔을 검출하기 위해 제공된다. 이들 회절된 빔으로부터, 예컨대, +1st 및 -1st 회절 차수를 측정함으로써, 알려진 방식으로 물체(2)의 변위를 검출하고, 그리고 바람직하게는 측정하는 것이 가능하다.
도 1에서, 광학 검출 수단(6)은, 상기 광학 검출 수단(6)이 제 1 연장된 격자 스트립(4) 및 제 2 연장된 격자 스트립(5)의 오버랩 영역(O) 위에서 유지되도록, 정지된 제 2 격자 스트립(5)에 대해서 및 이를 따라서, 전송 수단(미도시)에 의해, 화살표 (B)로 지시된 바와 같이 움직일 수 있다. 오버랩 영역이 비교적 크기 때문에(예, 100 ㎟), 상기 운반 수단은, 물체(2)가 예컨대 반도체 웨이퍼 공정에서 당면하게 될 상당한 가속도를 가지는 전체 면 내 이동 범위에 걸쳐서 움직인다 할지라도 상기 오버랩 영역(O)위에서 상기 광학 검출 수단(6)이 유지되도록, 광학 검출 수단(6)을 움직인다. 광학 검출 수단(6)이 오버랩 영역(O) 위에 위치하는 한, 상기 광학 검출 수단(6)의 실제 위치는 물체(2)의 변위의 측정의 정확성에 영향을 미치지 않는다.
도 1의 실시예에서, 제 1 격자 스트립(4)은 반사형이며 제 2 격자 스트립(5)은 투과형이다. 결과적으로, 광학 검출 수단(6)은 제 1 및 제 2 격자 스트립(4,5)의 회절된 광빔을 수신할 수 있다.
도 2에서, 광학 검출 수단(6)은 제 2 격자 스트립(5)에 대해 정지상태이다. 하나 이상의 광빔(L)은, 광학 검출 수단(6)으로부터, 꼭대기(top)에 제 1 격자 스 트립(4)이 장착되는 미러 또는 프리즘과 같은 재방향설정(redirection) 수단(7)으로 방향설정된다. 재방향설정 수단(7)은 결합 수단(8)에 의해 물체(2)에 결합된다. 제 1 격자 스트립(4)은 투과형인 반면, 제 2 격자 스트립(5)은 반사형이다. 광학 검출 수단(6)을 떠난 광빔은 제 1 및 제 2 격자(4,5)의 오버랩 영역(O)에 도달하도록 재방향설정 수단(7)에 의해 방향설정되며, 이들 격자로부터 회절된 광빔은 물체(2)의 움직임을 검출하기 위해 광학 검출 수단(6)에서 수신된다. 도 2의 실시예는 광학 검출 수단(6)의 움직임을 위한 배열이 생략될 수 있다는 점에 있어서 유리하다.
도 3에서, 도 1 및 2의 시스템의 조합이 도시된다.
도 4는 다양한 유형의 제 1 격자 스트립(4) 및 제 2 격자 스트립(5)을 도시한다. 화살표(m)는 상기 스트립(4,5)의 격자 패턴(P)은 주기적인 방향을 지시하며, 그리고 결과적으로 제 1 격자 스트립(4)이 결합되는 물체의 면 내 이동이 검출되거나 또는 측정될 수 있는 방향을 지시한다. 따라서, 도 4의 (a) 및 4의 (b)의 스트립(4,5)의 격자 패턴(P)은 단 하나의 면 내 이동 방향(y,x)으로의 움직임 검출만을 각각 허용하는 반면, 도 4의 (c) 내지 4의 (f)에서의 스트립(4,5)의 격자 패턴(P)은 두 개의 면 내 방향(x,y)으로 움직임 검출을 허용한다. 도 4의 (c)에서 스트립(4,5) 각각은 두 개의 상이하게 배향된 격자 패턴(P1,P2)을 가지는 반면, 도 4의 (d)내지 4의 (f)의 적어도 하나의 스트립(4,5)은 x 및 y 방향 둘 다로 주기적인 단일 격자 패턴(P), 이 경우 체커판 패턴을 가진다.
스트립(4,5)의 연장 방향으로의 길이(L)는 바람직하게는 물체(2)의 전체 이 동 범위를 커버하며, 예컨대 30cm 또는 50cm와 같이, 5-100cm의 범위 내에 있을 수 있다. 연장 격자 스트립(4,5)의 폭(W)은 바람직하게는 광학 검출 시스템(6)을 위한 광빔의 직경을 초과하지만, 적당하게 가능한 작게 유지되어야 하는데, 왜냐하면 가능한 작은 격자에 의해 커버되는 영역을 유지하는 것이 유리하기 때문이다. 일 예로서, 스트립(4,5)의 횡단 방향으로의 폭(W)은, 예컨대 5mm와 같이, 10 mm 보다 작다. 격자 패턴(P)의 주기는 예컨대 2m와 같이, 100nm 내지 50m의 범위 내에 있다. 단지 몇 개의 격자 스트립(4,5)의 주기만이 도시된다. 주기 패턴은 예컨대, 유리 기판에서 패턴을 에칭시킴으로써 획득될 수 있다.
도 5 및 6은 각각 하나 또는 두 방향 (x,y)으로 물체(2)(미도시)의 움직임을 검출하기 위한, 도 1의 실시예에 따른 시스템(1)의 개략적인 예시를 도시한다. 동일한 혹은 유사한 성분은 동일한 참조 번호로 지시된다.
도 5에서, 인입 광빔(L)은 투과형인 제 2 격자 스트립(5)을 통해 회절되고, 반사형인 제 1 격자 스트립(4)에서 반사된다. 상기 제 2 정지 격자 스트립(5)은 별도의 성분이며, 광학 검출 수단(6)의 일부가 아니다. 회절된 광빔은 예컨대 큐브 코너(cube corner)와 같은 역-반사기(9)에 의해 제 1 격자 스트립(4)쪽으로 역으로 후속적으로 재방향설정된다. 코너 프리즘 혹은 캣츠 아이(cat's eye) 반사기 역시 사용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 상기 역-반사기(9)는 상기 광학 검출 수단(6)의 회전 뿐만 아니라 격자(4)의 면 내 그리고 면 밖에서의 회전을 보상할 수 있다. 이들 광빔은 제 2 격자 스트립(5)을 통해 회절되고, 역으로 반사되며, 광학 검출 수단(6)에 의해 수신된다. 제 1 격자 스트립(4)이 물체에 결합되며, 그리고 결과적으로, 상기 물체의 움직임은 광빔의 천이(shift)를 초래하기 때문에, 상기 광학 검출 수단은 광빔을 수신하기 위해 제 2 격자 스트립을 따라 움직일 수 있도록 배열된다.
도 6은 면 내 이동 둘 다의 검출을 가능하게 하는, 변위 검출 또는 측정 시스템(1)을 인에이블시키는 대안적인 예를 도시한다. 개별 제 2 격자 스트립(5)을 따라 움직일 수 있는 두 개의 광학 검출 수단(6)이 사용된다. 제 1 격자 스트립(4)에 대해, 물체(2)의 측에서 공간 요구가 감소하도록 체커판 격자 패턴(P)이 사용된다. 도 4의 (c) 내지 4의 (f)에서 도시되는 격자 스트립(4,5) 및 면 내 이동 둘 다의 검출을 허용하는 다른 타입의 격자 스트립 역시 사용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
도 7 내지 11은 한 방향 (x 또는 y)으로 물체(2)의 움직임을 검출하기 위한 도 2의 실시예에 따른 시스템(1)의 개략적인 예를 도시한다. 도 12는 두 방향(x,y)으로 물체(2)의 움직임을 검출하기 위한 도 2의 실시예에 따른 시스템(1)의 개략적인 예를 도시한다. 동일한 혹은 유사한 성분은 동일한 참조 번호로 지시된다.
도 7에서, 광빔(L)은 재방향설정 수단(7)에 의해 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립(4,5)으로 방향설정된다. 양 격자 스트립(4,5)은 반사형이다. 광학 검출 수단(6)에서, 스트립(4,5)의 오버랩 영역에서 회절된 광빔이 수신되며, 또한 제 1 격자 스트립(4)이 결합되는 물체(2)의 변위는 화살표(m)을 따라 변위에 대해 검출되거나 측정된다.
도 8은 패턴들 간의 위상차를 가지고 화살표 m을 따라 동일한 방향으로 4개 의 격자 패턴(P1 내지 P4)를 가지는 제 2 격자 패턴(5)에 대해서를 제외한, 도 7의 예시와 유사한 시스템(7)의 예시를 도시한다. 광빔(L1 내지 L4)은 각각의 이들 격자 패턴(P1 내지 P4) 쪽으로 방향설정되고, 각각의 패턴(P1 내지 P4)에 대한 복수의 회절된 빔이 광학 검출 수단에서 수신된다. 본 실시예는 물체(2)의 움직임의 방향, 즉 화살표( m 또는 - m )을 따르는 결정을 허용하며, 입사 광빔(L)의 전력 변동에 대해 감소된 감도를 허용한다.
도 9 및 10은 도 7 및 8의 시스템(1)과 유사한 시스템(1)을 도시한다. 그러나, 재방향설정 수단(7)을 적용하는 것 대신, 제 1 연장된 그리고 반사형인 격자 스트립(4)이, 도 9에서의 광빔(L)과 도 10에서의 광빔(L1, L2, L3)이 제 2 연장된 격자 스트립(5) 쪽으로 적절하게 회절되도록, 선택된 각도 미만으로 위치된다. 결과적으로 별도의 재방향설정 수단(7)이 더이상 요구되지 않는다. 도 10에서, 제 1 격자 스트립(4)은 화살표(m)을 따르는 동일한 방향에서 주기적인 세 개의 격자 패턴(P1 내지 P3)을 포함하고, 상기 패턴들 간에 위상차를 가진다. 결과적으로, 물체(2)의 움직임의 방향, 즉 화살표 (m 또는 -m)를 따르는 것에 대한 결정 및 입사 광빔(L)에서의 전력 변동에 대한 감소된 감도가 허용된다.
도 11은 시스템(1)을 도시하는데, 여기서 제 1 연장된 격자 스트립(4)이 프리즘(7)의 꼭대기(top)에 적용되고, 또한 역-반사기(9)가 정지된 광학 검출 수단(6) 근처에 적용된다. 입사 광빔(L)은 제 1 격자 스트립(4)에 의해 회절됨 없이 제 2 격자 스트립(5) 쪽으로 프리즘(7)에 의해 반사된다. 오직 제 2 격자 스트립(5)에서 회절된 후에만, 회절된 광빔이 제 1 격자 스트립(4)에서 회절된다.
도 12는 화살표(m)를 따르는 면 내 이동 둘 다의 변위 검출 또는 측정을 가능하게 하는 시스템을 도시한다. 다시, 동일한 또는 유사한 성분은 동일한 참조 번호로 지시되며, 도 4의 (a) 내지 4의 (c)에서 도시된 격자 타입 및 배열 또는 면 내 이동 둘 다의 검출을 허용하는 다른 격자가 적용될 수 있다.
도 13은 물체 가공 또는 물체 검사 시스템(10)을 도시하는데, 여기서 물체(2)는 챔버(12) 내 테이블(11)에 위치한다. 제 1 격자 스트립(4)은 물체(2)에 결합된다. 일 예로서, 물체(2)는 처리 또는 검사 목적을 위해 x-y 평면에서 이동하도록 배열된 웨이퍼 척(chuck)(11)위에 위치된 웨이퍼이다. 제 2 격자 스트립(5)은 챔버(12)에 대해 정지되어 장착되는 반면, 챔버(12)는 처리 수단 혹은 검사 수단(미도시)이 물체(2)에 액세스(access)하는 것을 허용한다.
원리상, 제 2 격자 스트립(들)(5) 및 대응하는 검출기(들)(6)이 움직이는 챔버(12)에 결합될 수 있는 반면, 제 1 격자(들)(4)은 고정된 테이블(11)에 결합된다는 점이 주목된다.
명백하게, 물체(2)의 변위를 검출하거나 측정하기 위한 시스템(1)은 중복되는데, 이 점은 일부 어플리케이션을 위해 유리할 수 있다. 예를 들어, 물체(2)가 강체(rigid body)가 아닌 경우, 이러한 중복이 유리할 수 있다. 만약 물체가 온도 변화로 인해 팽창하고, 그리고 물체 변위가 상기 물체의 양측에서 측정되는 경우, 물체의 변위 뿐만 아니라, 상기 물체의 팽창이 결정될 수 있다. 혹은, 만약 물체가 제한된 강성(stiffness; 剛性)으로 인한 액츄에이션 하에서 변형된다면, 이러한 변형은 중복 측정의 도움으로 결정될 수 있다. 측정된 변형은 측정된 위치를 정정하 기 위해 또한 사용될 수 있는데, 그러한 데이터는 상기 변형이 제거되도록 물체 위에 힘을 가할 수 있는 액츄에이터(미도시)를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
투과형 격자 스트립만을 혹은 반사형 격자 스트립만을 사용하는 실시예를 포함하여, 다른 실시예가 본 출원인에 의해 예견되었음이 이해되어야 한다.
또한, 도 8 및 10의 위상 계단형 격자 패턴이 세 개 또는 네 개 이상의 패턴(P)을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 만약 미지의 오프셋 및 진폭을 가지는 정현파 신호의 위상이 결정되어야 한다면, 적어도 세 개의 측정이 요구된다. 상기 정현파 신호의 세 개 샘플은 신호의 위상, 진폭 및 오프셋을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 세 개 또는 그 이상의 샘플을 사용하는 것은 진폭을 알지 않고 위상을 결정하는 것을 허용하며, 또한 전력 변동에 대해 감소된 감도가 획득된다. 또한, 제 1 격자 스트립(4) 및 제 2 격자 스트립(5) 간의 거리는 알려진 간섭계측법(interferometry)을 사용하여 측정되거나 결정될 수 있다.
청구항에서, 괄호 안의 임의의 참조 부호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 용어 "포함하다"는 청구항 내에 나열된 요소 혹은 단계를 제외한 요소 혹은 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소 앞에 오는 "하나"의 기재는 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 특정 조치가 서로 상이한 종속항에서 열거된다는 단순한 사실은 이들 조치의 결합이 유리하게 사용되지 못한다는 것을 지시하지는 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템에 이용 가능하며, 더 구체적으로는, 웨이퍼 또는 인쇄 회로 기판과 같은 물체의 움직임을 광학적으로 검출하기 위한 시스템, 및 물체 가공 및/또는 검사(inspection) 시스템 및 물체의 움직임을 검출하기 위한 방법에 이용 가능하다.

Claims (18)

  1. 물체(2)의 움직임을 검출하기 위한 시스템(1)으로서, 상기 시스템은 상기 물체에 결합된 제 1 연장된 격자 스트립(4)과 상기 제 1 연장된 격자 스트립과 교차하는 실질적으로 정지된 제 2 연장된 격자 스트립(5)을 포함하는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 상기 물체의 움직임을 검출하기 위해 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립에서 회절된 하나 이상의 광빔을 수신하도록 배열된 광학 검출 수단을 더 포함하는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 정지된 제 2 연장된 격자 스트립(5)에 대해 상기 광학 검출 수단을 움직이도록 배열되는 운반 수단을 포함하는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광학 검출 수단(6)은 상기 시스템 내에서 실질적으로 정지상태로(stationary) 배열되고, 상기 시스템은 상기 광학 검출 수단이 상기 광빔을 수신할 수 있게 하는 광 재방향설정 수단(7)을 더 포함하는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학 검출 수단(6)은 제 1 정지된 검출 수단 및 제 2 이동 가능 검출 수단을 포함하는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립(4,5)은 하나 이상의, 바람직하게는 직교 방향으로, 주기적인 격자 패턴(P)을 포함하는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립(4,5) 중 적어도 하나가 하나 이상의, 바람직하게는 직교 방향에서 주기적인 격자 패턴(P)을 포함하며, 상기 스트립 중 하나는 동일한 방향으로 주기적이며, 패턴 서로 간에 위상차를 가지는 적어도 두 개의 격자 패턴(P1 내지 P4; P1 내지 P3)을 포함하는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제 1 연장된 격자 스트립(4)을 포함하는 평면의 제 1 법선(normal)은 상기 제 2 연장된 격자 스트립(5)을 포함하는 평면의 제 2 법선과 각을 이루는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 입사 광빔을 실질적으로 반대방향으로 재방향설정하기 위한 역-반사 수단(9)을 더 포함하는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제 1 격자 스트립(4) 및 제 2 격자 스트립(5)은 투과형 및/또는 반사형 격자인, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제 1 격자 스트립(4) 및 상기 제 2 격자 스트립(5)은 제 1 방향 및 제 2 방향으로 각각 연장하되, 상기 제 1 방향 및 제 2 방향은 서로에 대해 수직인, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제 1 격자 스트립 및 제 2 격자 스트립은 10mm 보다 작은 횡방향의 크기(W)를 가지는, 물체의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  12. 물체 가공 및/또는 검사 시스템(10)으로서, 상기 시스템은 상기 물체에 대한 물체 위치지정대(11)를 수용하는 처리 및/또는 검사 챔버(12)를 포함하는, 물체 가공 및/또는 검사 시스템에 있어서,
    제 1 연장된 격자 스트립(4)은 상기 물체 위치지정대 위에 장착되고, 상기 제 1 연장된 격자 스트립과 교차하는 제 2 연장된 격자 스트립(5)은 상기 챔버에 대해 실질적으로 정지되어 장착되고, 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립 및 광학 검출 수단은 상기 물체 위치지정대의 움직임이 검출될 수 있도록 배열되는, 물체 가공 및/또는 검사 시스템.
  13. 시스템(1)에서 물체(2)의 움직임을 검출하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 상기 물체에 결합된 제 1 연장된 격자 스트립(4), 및 상기 제 1 연장된 격자 스트립과 교차하는 실질적으로 정지된 제 2 연장된 격자 스트립(5), 및 광학 검출 수단(6)을 포함하는, 시스템에서 물체의 움직임을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    - 상기 제 1 또는 제 2 연장된 격자 스트립에 입사 광빔(L)을 제공하는 단계와,
    - 상기 물체의 움직임을 검출하기 위해 상기 광학 검출 수단에서 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립으로부터 회절된 하나 이상의 광빔을 수신하는 단계
    를 포함하는, 시스템에서 물체의 움직임을 검출하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 정지된 제 2 연장된 격자 스트립(5)를 따라 상기 광학 수단(6)을 움직이는 단계를 더 포함하는, 시스템에서 물체의 움직임을 검출하기 위한 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 연장된 격자 스트립(4,5) 중 적어도 하나는 바람직하게는 직교하는 하나 이상의 방향에서, 주기적인 격자 패턴(P)을 포함하며, 상기 스트립 중 하나는 패턴 서로 간에 위상차를 가지며 동일한 방향에서주기적인 적어도 두 개의 격자 패턴(P1 내지 P4; P1 내지 P3)을 포함하고,
    상기 방법은 상기 격자 패턴 각각에 입사 광빔(L1 내지 L4; L1 내지 L3)을 제공하는 단계와, 상기 광학 검출 수단(6)에서 상기 격자빔으로부터 회절되는 대응하는 광빔을 수신하는 단계를 더 포함하는, 시스템에서 물체의 움직임을 검출하기 위한 방법.
  16. 적어도 한 방향에서 주기적인 격자 패턴을 포함하는 연장된 격자 스트립(4,5)으로서, 상기 연장된 격자 스트립은 15mm 보다 더 작은 횡방향의 크기(W)를 가지는, 연장된 격자 스트립.
  17. 제16항에 있어서, 상기 격자 스트립은 상기 연장 방향에서 주기적인 제 1 격자 패턴(P2) 및 상기 횡방향의 크기의 방향에서 주기적인 제 2 격자 패턴(P1)을 포함하는, 연장된 격자 스트립.
  18. 제17항에 있어서, 상기 격자 스트립은 상기 연장 방향 및 상기 횡방향의 크기의 방향 두 방향에서 주기적인 단일 격자 패턴(P)을 포함하는, 연장된 격자 스트립.
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