專利名稱：具有精密位置測量的移位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體而言涉及移位裝置，且更特定而言，涉及具有精密測量的移位裝置。
背景技術(shù)：
在所制造的構(gòu)件中增加的精密度需要增加的測量精密度。在諸如半導(dǎo)體集成電路這樣的精密構(gòu)件的制造、檢驗(yàn)和維修中需要精密度。舉例而言，移位裝置移動半導(dǎo)體晶片以 向各種波長束暴露半導(dǎo)體晶片的表面以用于各種目的。光束或紫外光(UV)束可用于光刻， 光束或電子束可用于檢驗(yàn)，且離子束可用于維修。半導(dǎo)體晶片的運(yùn)動必須精密以將該束定 位于正形成或已形成于晶片上的微小特征上。精密運(yùn)動需要精密測量。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制作的移位裝置的示意側(cè)視圖。移位裝置21的短行程載體 24支承晶片20，晶片20向工作束22暴露。長行程載體26相對于磁體板28支承短行程載 體24。干涉測量系統(tǒng)31測量短行程載體24的位置。干涉儀控制單元32將光束30導(dǎo)向至 短行程載體24的豎直側(cè)的測量點(diǎn)34上。干涉儀控制單元32比較反射束33與參考束以確 定干涉儀控制單元32與測量點(diǎn)34之間的距離。然后使用這個距離來確定工作點(diǎn)23的位 置，其中工作束22碰撞晶片20。但令人遺憾的是，目前的測量系統(tǒng)具有多種局限性。測量點(diǎn)34與工作點(diǎn)23之間 的距離X大，比如對于光刻應(yīng)用而言為400毫米，混雜有測量的任何不確定性。通常，需要 晶片20平面內(nèi)1納米和晶片20平面外7納米的精密度。由射束暴露、內(nèi)部磁性線圈和內(nèi) 部冷卻造成的短行程載體24溫度的較小變化導(dǎo)致距離X的顯著變化和精密度損失。最小 化這種效果的一種辦法是利用具有小熱膨脹系數(shù)的材料制作短行程載體24，這些材料諸如 Zefodui· 玻璃陶瓷材料。但這并非令人滿意的方案，因?yàn)樵摬牧腺F且重。希望具有克服了上述缺點(diǎn)的具有精密測量的移位裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種用于支承工件的移位裝置，其包括光傳感器；支承板， 其限定支承板孔口 ；平面電機(jī)，其平行于支承板安置，該平面電機(jī)具有可通過操作以支承工 件的第一側(cè)和與支承板相對的第二側(cè)；以及安置于平面電機(jī)上的二維光柵，二維光柵通過 支承板孔口與光傳感器光通信。本發(fā)明的另一方面提供用于支承工件的移位裝置，其包括多個傳感器；支承板， 其限定多個支承板孔口 ；平面電機(jī)，其平行于支承板安置，該平面電機(jī)具有可通過操作以支 承工件的第一側(cè)和與支承板相對的第二側(cè)；以及安置于平面電機(jī)上的二維光柵，二維光柵 通過多個支承板孔口與多個光傳感器光通信。多個光傳感器的數(shù)目至少是起決定性作用的 測量數(shù)目(determinative measurement number)。本發(fā)明的另一方面提供一種用于支承工件的移位裝置，其包括用于移動工件的 移動器件；用于支承移動器件的支承器件，該支承器件限定孔口 ；以及用于在安置于移動 器件上的測量點(diǎn)處通過孔口來傳感移動器件的平移和旋轉(zhuǎn)的傳感器件。
結(jié)合附圖來閱讀，通過下文目前優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特 點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會進(jìn)一步變得明晰。詳細(xì)描述和附圖只是說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明，本發(fā)明 的范疇由所附權(quán)利要求書和其等同來限定。


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制作的移位裝置的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的示意圖；圖3至圖6是用于根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的支承板和平面電機(jī)的示意圖；圖7至圖9是用于根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的光傳感器和二維光柵的示意圖；圖IOA至圖IOB是根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的額外實(shí)施例的示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的另一實(shí)施例的示意圖；以及圖12A至圖12B是根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的又一實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖2是根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的示意圖。移位裝置50可支承工件40且包括 光傳感器52 ；支承板54，其限定支承板孔口 56 ；平面電機(jī)58，其平行于支承板54安置，該 平面電機(jī)58具有可通過操作以支承工件40的第一側(cè)60和與支承板54相對的第二側(cè)62 ； 以及安置于該平面電機(jī)58上的二維光柵68，該二維光柵68通過支承板孔口 56與光傳感器 52光通信。該支承板54利用電磁方法支承平面電機(jī)58且移動平面電機(jī)58，平面電機(jī)58 支承工件40。光傳感器52可向處理器53提供位置信息信號51。當(dāng)使用多個光傳感器52 時，處理器53可從多個光傳感器52接收多個位置信息信號51。在此實(shí)例中，光傳感器52位于橫過平面電機(jī)58的工件40上的工作點(diǎn)70的對面， 平面電機(jī)58包括磁體且支承板54包括線圈。工作點(diǎn)70可為尖點(diǎn)(如圖所示)或者為工件 40表面上方的寬廣平面。來自光傳感器52的傳感束74在測量點(diǎn)72撞擊二維光柵68，測 量點(diǎn)72靠近工作點(diǎn)70，工作束76在工作點(diǎn)點(diǎn)70撞擊工件40，從而可精密地確定工作點(diǎn)70 的位置。平面電機(jī)58的厚度通常在2至5毫米的范圍。在此實(shí)例中，光傳感器52是六自 由度光傳感器，即，光傳感器測量三個平移度和三個旋轉(zhuǎn)度，且二維光柵68安置于平面電 機(jī)58的第二側(cè)62上。可使用六自由度光傳感器實(shí)現(xiàn)0. 1納米平移和1微弧度(microrad) 旋轉(zhuǎn)的測量重復(fù)性。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，準(zhǔn)確度還取決于二維光柵的品質(zhì)。在一實(shí)施 例中，二維光柵68是透明主體，諸如由聚碳酸酯制成的主體，在鄰近平面電機(jī)58的第二側(cè) 62的二維光柵68的側(cè)部上印刷有光柵圖案?？墒褂萌⑿g(shù)、干涉測量、光刻等來印刷這些 光柵圖案。在另一實(shí)施例中，當(dāng)使用多于一個光傳感器時，二維光柵68可為一個大光柵或 者可為安置于平面電機(jī)58周圍特定點(diǎn)處的多個單獨(dú)光柵以從光傳感器52接收傳感束74。工件40可為需要移動和精密定位的任何工件。工作束76在工作點(diǎn)70施加到工 件40上以在工件40上實(shí)現(xiàn)所希望的效果。工作束的實(shí)例包括可見光束、紫外光(UV)束、 遠(yuǎn)紫外光束、電子束(e束)、離子束等?？梢姽馐?、紫外光(UV)束、遠(yuǎn)紫外光束、電子束(e 束)可用于光刻或檢驗(yàn)，且離子束可用于維修。通常，工件40是薄平面物體，諸如晶片。在 一實(shí)例中，工件是半導(dǎo)體晶片。在另一實(shí)例中，工件是印刷電路板。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解 工作束76無需如圖2所示在尖點(diǎn)接觸工件40。工作束76可遍布整個工件40或分布在工件40的部分上使得工作點(diǎn)70并非尖點(diǎn)，而是在工件40表面上的寬廣平面。舉例而言，工 件40可為26X32毫米尺寸的模片且工作束76可遍布整個26X32毫米。二維光柵68可為在不重合的兩個方向中具有周期性結(jié)構(gòu)的光柵。這種結(jié)構(gòu)的一 個實(shí)例是棋盤圖案。盡管厚度也可最小，但為了清楚地說明起見，二維光柵68被示出具有 顯著厚度。二維光柵68可為整體構(gòu)件，諸如附接到平面電機(jī)58上的透明片，在透明片上印 刷有光柵圖案，或者，二維光柵68可為平面電機(jī)58本身的一部分。在另一實(shí)施例中，一或 多個Z光柵可鄰近二維光柵68安置以形成三維光柵。圖3至圖6是用于根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的支承板和平面電機(jī)的示意圖，其 中與圖2彼此相似的元件共用相似的附圖標(biāo)記。為了清楚地說明，省略了穿過支承板54的 支承板孔口和平面電機(jī)58上的二維光柵。支承板54利用電磁方法使支承工件的平面電機(jī) 58浮動，如在WIPO國際公開WO 2006/075291A2中所述，該公開以其全文引用的方式結(jié)合到 本文中。參看圖3，移位裝置50包括由磁體系統(tǒng)93形成的第一部分91和由電線圈系統(tǒng)94 形成的第二部分92。磁體被固定到平面電機(jī)58上且線圈系統(tǒng)被固定到支承板54上。第一 部分91與第二部分92可相對于彼此移動。在此實(shí)例中，固定部分是帶磁體的支承板54，且 可移動部分是帶線圈的平面電機(jī)58。磁體系統(tǒng)93的磁體被排列成平行于X方向延伸的行97與平行于Y方向延伸的列 98的圖案，且行與行之間的間隙與列與列之間的間隙是相同的。在每一行97和在每一列 98中，交替排列第一類型N磁體與第二類型Z磁體。第一類型N磁體的磁化方向與平面電 機(jī)58成直角且朝向帶電線圈系統(tǒng)94的第二部分92延伸，而第二類型Z磁體的磁化方向與 平面電機(jī)58成直角且遠(yuǎn)離帶電線圈系統(tǒng)94的第二部分92延伸。在每一行97和每一列98 中，第三類型H磁體排列于第一類型N與第二類型Z的每對磁體之間。位于列98之間的第 三類型H磁體的磁化方向平行于Y方向且朝向鄰近的第一類型N磁體延伸，而位于行97之 間的第三類型H磁體的磁化方向平行于X方向且也朝向鄰近的第一類型N磁體延伸。箭頭 表示不同類型磁體N、Z和H的磁化方向。電線圈系統(tǒng)94具備至少一個第一類SC1線圈，其位于磁體的有效磁場中的電流 導(dǎo)體99與X方向成45°夾角，且電線圈系統(tǒng)94還具備至少一個第二類型(2線圈，該第二類 型C2線圈具有電流導(dǎo)體100，該電流導(dǎo)體100也位于磁體的有效磁場中并與X方向成45° 夾角，且垂直于第一類型C1線圈的電流導(dǎo)體99延伸。如本文所用的“在有效磁場中的電流 導(dǎo)體”表示線圈的部分(通常為一束電流導(dǎo)體)，位于磁體磁場中，且有效洛倫茲力施加于 線圈的部分上，造成線圈移動。參看圖4來解釋線圈在磁體系統(tǒng)中移動的方式，附圖標(biāo)記9%、992和IOO1UOO2分 別代表線圈C1與C2的電流導(dǎo)體，這些電流導(dǎo)體設(shè)于磁體磁場中。電流導(dǎo)體主要位于由 字母N表示的磁體磁場中。這些N磁體的磁化方向由指向上的箭頭表示，即，與磁體系統(tǒng)成 直角且朝向電流導(dǎo)體定向。箭頭Bl表示磁場方向。當(dāng)電流在由箭頭I1所示的方向流 經(jīng)電流導(dǎo)體時，力F1沿相關(guān)箭頭所示的方向施加于電流導(dǎo)體上，因此，電流導(dǎo)體欲開始 沿箭頭F1方向的移動。電流導(dǎo)體992主要位于由Z標(biāo)注的磁體磁場中。Z磁體的磁化方向 由箭頭B2表示，箭頭B2指向下(即，與磁體系統(tǒng)成直角)且遠(yuǎn)離電流導(dǎo)體992。根據(jù)箭頭 I2 (即，與電流I1相反)，當(dāng)電流通過電流導(dǎo)體992流動時，沿相關(guān)箭頭所示方向的力F2施加于電流導(dǎo)體992上，因此，電流導(dǎo)體欲開始沿箭頭F2所示方向(即，與箭頭F1相同的方向) 的移動。以相同方式，在處于根據(jù)箭頭I3與I4的電流情況下，當(dāng)受到N與Z磁體磁場影響 時，與電流導(dǎo)體與992成直角排列的電流導(dǎo)體IOO1與IOO2經(jīng)受沿箭頭F3與F4所示方向 延伸的力。當(dāng)導(dǎo)體中的電流反向時，施加于電流導(dǎo)體上的力和因此電流導(dǎo)體的移動也反向。 這種力的相互作用也在圖5中示出。參看圖3，電流導(dǎo)體99、100的部分101還存在于第三類型H磁體上方和/或無磁 體的部分(即，在第一類型N與第二類型Z磁體之間)上方。電流導(dǎo)體的這些部分位于磁 場B中，磁場B的平均方向基本上平行于X-Y平面延伸。仍 參看圖4中的電流導(dǎo)體99lc;。參 看圖3，當(dāng)電流I流經(jīng)這個電流導(dǎo)體時，電流導(dǎo)體的部分101在垂直于X-Y平面的方向(即， Z方向)中經(jīng)受力F。取決于電流方向和電流導(dǎo)體相對于磁體的位置，力朝向磁體或遠(yuǎn)離磁 體定向。當(dāng)力遠(yuǎn)離磁體定向時，力被稱作懸浮力F1, S卩，力使電流導(dǎo)體遠(yuǎn)離磁體移動?？墒?用這種力來提供支承板與磁體之間的軸承功能。第一類型N磁體和第二類型Z磁體的形狀是正方形。第三類型H磁體是矩形且尺 寸使得H磁體的最長側(cè)面102與N磁體和Z磁體的側(cè)面103接界，且H磁體的最短側(cè)面104 的尺寸與最長側(cè)面102的尺寸的比例可在0. 25與0. 50之間的范圍，以根據(jù)最優(yōu)化分析提 供磁體系統(tǒng)每單位面積最大的磁場強(qiáng)度。圖5示出兩組三個線圈，S卩，第一組C11和第二組C21，第一組C11具有電流導(dǎo)體99la、 99lb、99le和回流導(dǎo)體992a、992b、992。；第二組C21具有電流導(dǎo)體993a、993b、993。和回流導(dǎo)體 994a、994b、994。。兩組線圈由三相電流系統(tǒng)饋電。在電流導(dǎo)體的縱向觀察，第一組C11的三個 電流導(dǎo)體相對于第二組C21的三個電流導(dǎo)體移位了距離105，距離105大約為磁體極距106 的一半。如本文所用的磁體極距106是兩個相鄰斜線之間的距離，分別為N和Z的相同類 型磁體的中點(diǎn)107和108位于該相鄰斜線上。這避免了在移位期間向兩組載流線圈施加可 變扭矩，這造成移動部分(支承板或帶磁體的平面電機(jī))相對于固定部分繞Z軸線的振蕩 移動。通過使各組線圈相對于彼此移位，這種振蕩效果基本上減弱，因?yàn)樵趦山M線圈之一中 形成扭矩，其補(bǔ)償了在另一組中的扭矩。當(dāng)支承板54是可移動部分時，這種振蕩效果可引 起支承板54中的振動。電流導(dǎo)體的長度109被選擇成約等于磁體極距106的k倍，且k為2的倍數(shù)。因 此，在電流導(dǎo)體在縱向移動時，磁場之和保持近似恒定，使得施加于電流導(dǎo)體上的力波動較 小。這并不取決于線圈數(shù)目和相位。圖6A和圖6B分別示出具有第一部分或平面電機(jī)58和第二部分或固定支承板54 的移位裝置的截面圖和頂視圖。在此實(shí)例中，平面電機(jī)58包括載體214，在載體214頂部具 有反射鏡區(qū)塊212。平面電機(jī)58可相對于固定支承板54移動。線圈224排列于線圈區(qū)塊 222上，線圈區(qū)塊222經(jīng)由冷卻通道226流體冷卻。線圈224排列成三個一組，且相鄰組的 方位偏移90度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，根據(jù)特定應(yīng)用的需要，其它線圈排列，諸如多于三 個或少于三個線圈的組也是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)了解，在一實(shí)施例中，線圈處于支 承板54中且磁體處于平面電機(jī)58中，而在另一實(shí)施例中，磁體處于支承板54中且線圈處 于平面電機(jī)58中。圖7至圖9是用于根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的光傳感器和二維光柵的示意圖， 其中，相似元件共用相似附圖標(biāo)記。為了清楚地說明，省略了在光傳感器52與二維光柵68之間具有支承板孔口的支承板。光傳感器52檢測二維光柵68的平移和旋轉(zhuǎn)，二維光柵68 附連到平面電機(jī)上，平面電機(jī)支承工件。在WIPO國際公開WO 2006/054258A2中描述了光 傳感器52，該公開以其全文引用的方式結(jié)合到本文中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解下文所討論 的光傳感器52是六自由度光傳感器，其可通過操作以測量三個平移度和三個旋轉(zhuǎn)度?？赏?過省略位置敏感檢測器將六自由度光傳感器轉(zhuǎn)換成三自由度光傳感器，三自由度光傳感器 可通過操作來測量三個平移度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，需要多于一個的三自由度光傳感 器來測量二維光柵68的位置，二維光柵68附連到平面電機(jī)上，平面電機(jī)支承工件。圖7A和圖7B示出了用于光傳感器52的入射和衍射光束。自不同方向在二維光 柵68處提供入射光束I。通過測量入射束I與衍射束D之間的干涉來個別地測量每個衍射 束D的相位。因此，對于每對用于四分之一節(jié)距(ρ/4)的平面內(nèi)平移的入射和衍射束而言， 對λ /4的相移進(jìn)行測量，且對每對用于平面外平移的入射和衍射束而言，對λ /2的相移進(jìn) 行測量。為了確定平面內(nèi)平移和平面外平移，該系統(tǒng)被布置成區(qū)別平面內(nèi)平移與平面外平 移的相移貢獻(xiàn)?？衫霉鈱W(xué)方法或其它方法來確定平面內(nèi)平移。
圖8、圖9Α和圖9Β示出用于檢測平面電機(jī)(未圖示)的平移T和旋轉(zhuǎn)R的示范 性光傳感器52，其中二維光柵68施加到平面電機(jī)上。光傳感器52包括光學(xué)頭134以從不 同方向向二維光柵68提供第一入射光束II、第二入射光束12和第三入射光束13。由入射 光束11、12和13分別產(chǎn)生第一衍射光束D1、第二衍射光束D2和第三衍射光束D3。示出衍 射束D1、D2、D3的衍射級_1、0和+1。成對入射束I和衍射束D以黑色、暗灰色和淺灰色表 示。為了清楚地說明，如圖8所示的束并不在相同測量點(diǎn)72處重合，而是在三個不同光點(diǎn) 處且在它們之間具有較小偏移。這三個束實(shí)際上在相同測量點(diǎn)處72重合。光學(xué)頭134還包括用于測量包括第一入射束Il與第一衍射束D1、第二入射束12 與第二衍射束D2以及第三入射束13與第三衍射束D2的成對束中至少一對之間相位差 Δ Φ的測量器件。只要衍射級的光功率足夠，可使用每個衍射級的衍射束D1、D2、D3來測 量相位差ΔΦ。選擇束I1、I2、I3的波長和入射角度以及二維光柵68的周期p，以利用+1 衍射級的衍射束D1、D2、D3通過光學(xué)頭134來檢測二維光柵68的平移T。光傳感器52還包括位置敏感檢測器135、135'，位置敏感檢測器135、135'被布 置成接收另外級的衍射光束D1、D2、D3以檢測平面電機(jī)的旋轉(zhuǎn)R。二維光柵68的旋轉(zhuǎn)Rx、 Ry、Rz導(dǎo)致這些級在位置敏感檢測器135、135'上的移位，從而可檢測到平面電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)平面電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，作為一或多個光束路徑長度用于測量平面電機(jī)平移的衍射束D1、D2、D3 的相位可變化。因此，對于具有顯著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動分量Rx、Ry、Rz的平面電機(jī)而言，應(yīng)確定旋轉(zhuǎn) 以計(jì)算平面電機(jī)的平移。可通過省略位置敏感檢測器將六度自由光傳感器轉(zhuǎn)換成三個自由 度光傳感器，三自由度光傳感器可通過操作測量三個平移度。更精密地，衍射級由二維光柵68的兩個坐標(biāo)來表示。第一級由(0，0)表示，在χ 方向的第一級由(1，0)表示，在y方向的第一級由(0，1)表示等等。在此實(shí)例中，使用另外 的級(0，0)和(_1，0)來測量平面電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。級(0，0)，在下文中也表示為級0，其僅對旋 轉(zhuǎn)Rx和旋轉(zhuǎn)Ry敏感，而更高的級，此處的(-1，0)，對妝、1^和1^敏感。但也可使用其它 另外的級，諸如(-1，-1)。在下文中，為了清楚起見，省略了兩個坐標(biāo)的級的表示。衍射的 正第一(+1st)級束D1、D2、D3被導(dǎo)向至零偏移回射器(retroreflector)136。在經(jīng)過這個 回射器后，束Dl、D2和D3第二次被導(dǎo)向至二維光柵68。某些衍射束入射于光學(xué)頭134上且測量這些另外衍射束的相位以檢測二維光柵68的平移。衍射級0和-1分別落到二維位置敏感檢測器135和一維位置敏感裝置135'上。利用二維位置敏感檢測器135在兩個方向測量衍射級0的光點(diǎn)的位置，而利用一維位置敏 感裝置135'在一個方向中測量負(fù)第一(-1st)級束的位置。使用三相位測量和三光點(diǎn)位置 測量來確定二維光柵68的三個平移和三個旋轉(zhuǎn)。示范性位置敏感檢測器是可購自美國馬 薩諸塞州Topsfield的OPTRA公司的NanoGrid平面編碼器系統(tǒng)和可購自德國Traunreut 的Dr. Johannes Heidenhain有限公司的PP 281R兩坐標(biāo)增量編碼器。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 了解可使用更高維度位置敏感檢測器來測量更小維度的平移。舉例而言，可使用三維位置 敏感檢測器來測量二維或一維，或者可使用二維位置敏感檢測器來測量一維。圖9A示出單個入射束Il之一與其相關(guān)聯(lián)的+1級、O級和_1級衍射束D1。為了 清楚起見，僅示出單個入射束且省略了其它入射束。選擇光柵周期P、波長λ以及入射角， 使得在入射平面中的正第一級衍射束沿著二維光柵68的法線η導(dǎo)向。圖示了虛擬球表面 H以更清楚地示出衍射級的方位。二維光柵68的十字線示出了二維衍射光柵的方位。圖9Β示出三個入射光束II、12、13，其中三個光學(xué)頭134定位和定向成三個入射光 束II、12、13沿著虛擬棱錐體P的三個邊緣導(dǎo)向。參看圖8，在三個入射束的入射平面中， 正第一級衍射束D1(+1)、D2(+1)和D3(+l)彼此平行且導(dǎo)向至零偏移回射器136。這是典型 的束布局，其中入射束沿著虛擬棱錐體P的邊緣導(dǎo)向。零偏移回射器136 (在下文中也稱作 零偏移回射器)的功能是重新引導(dǎo)進(jìn)入束使得反射束平行于進(jìn)入束且也與進(jìn)入束重合。零 偏移回射器136包括隅角棱鏡(cube corner) 137、偏振束分光立方體138、半波長板139和 充當(dāng)折疊反射鏡的棱鏡140。一般而言，隅角棱鏡用作回射器。入射束與反射束彼此平行， 但在空間上分開。零偏移回射器136沿著相同光路徑重新引導(dǎo)入射束返回至二維光柵68。 如果入射束的方向或位置并非額定的，那么在入射束與反射束之間的偏移將不為零。光學(xué) 頭134的配置取決于測量衍射束D1、D2、D3的相位所用的方法。測量配置可包括本領(lǐng)域中 已知的若干光學(xué)構(gòu)件，諸如用于修改入射光束的偏振的波長板，分光器和法拉第(Faraday) 構(gòu)件。二維光柵68可為在并不重合的兩個方向中具有周期性結(jié)構(gòu)的光柵。在一實(shí)施例 中，二維光柵68是棋盤圖案。在另一實(shí)施例中，一或多個Z光柵(未圖示)可鄰近二維光 柵68安置以形成三維光柵。多層光柵，諸如三維光柵，允許在增加的平面電機(jī)58旋轉(zhuǎn)范圍 上進(jìn)行測量，和/或允許將相對測量與絕對測量的組合，多層光柵描述于WIPO國際公開WO 2006/054255A1中，該公開以引用的方式結(jié)合到本文中。圖IOA至圖IOB是根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的額外實(shí)施例的示意圖，其中與圖2 相似的元件彼此共用相似附圖標(biāo)記。根據(jù)特定應(yīng)用的需要，二維光柵可安置于平面電機(jī)上 的各種位置處?？蛇x擇二維光柵以減小工作點(diǎn)與測量點(diǎn)之間的距離，這減小了確定工作點(diǎn) 時的誤差。上文所討論的圖2示出了安置于平面電機(jī)58的第二側(cè)62上的二維光柵。本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)了解，如圖2、圖IOA和圖IOB所示的具有相關(guān)聯(lián)平面電機(jī)孔口和透明部分的 二維光柵的各個位置可用于采用單個光傳感器或多個光傳感器的移位裝置。參看圖10A，平面電機(jī)58限定電機(jī)孔口 150且二維光柵68安置于平面電機(jī)58的 第一側(cè)60處的電機(jī)孔口 150上方。根據(jù)特定應(yīng)用的需要，二維光柵68可附連到第一側(cè)60 或者可位于電機(jī)孔口 150內(nèi)。在一實(shí)施例中，二維光柵68是透明主體，諸如由聚碳酸酯制成的主體，其中在鄰近工件40且遠(yuǎn)離平面電機(jī)58的第一側(cè)60的二維光柵68的一側(cè)上印刷有光柵圖案。參看圖10B，平面電機(jī)58具有透明部分152且二維光柵68在平面電機(jī)58的第一 側(cè)60上安置于透明部分152上。來自光傳感器52的傳感束74穿過透明部分152 —直到 測量點(diǎn)72并從測量點(diǎn)72穿過透明部分152到達(dá)光傳感器52。在一實(shí)施例中，二維光柵68 在第一側(cè)60附連到透明部分152上。在另一實(shí)施例中，二維光柵68在第一側(cè)60處形成為 透明部分152的部分，諸如在平面電機(jī)58的透明部分152上通過印刷所獲得的成形物，使 得該印刷緊鄰工件40?？墒褂萌⑿g(shù)、干涉測量、光刻等來印刷這些光柵圖案。在一實(shí)施例 中，透明部分152橫過平面電機(jī)58的整個寬度延伸，即，平面電機(jī)58是透明的。圖11是根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的另一實(shí)施例的示意圖，其中與圖2相似的元 件共用相似附圖標(biāo)記。在此實(shí)施例中，可使用多于一個光傳感器來提供額外精密度。當(dāng)平面 電機(jī)的厚度大以對抗阿貝(Abb6)效應(yīng)(即，由于平面電機(jī)俯仰和偏移所造成的誤差)時， 額外光傳感器特別適用。當(dāng)測量點(diǎn)72徑直地橫過平面電機(jī)58位于工件40上點(diǎn)大的工作 點(diǎn)70的對面時，由于阿貝效應(yīng)導(dǎo)致的阿貝誤差主要取決于測量點(diǎn)72與工作點(diǎn)70之間的距 離，即，二維光柵68、平面電機(jī)58和工件40的組合厚度。移位裝置50包括兩個光傳感器52，該兩個光傳感器52通過檢測安置于平面電機(jī) 58上的二維光柵68的運(yùn)動來確定平面電機(jī)58的移位。在此實(shí)施例中，一個光傳感器52位 于橫過平面電機(jī)58的工件40上的工作點(diǎn)70的對面，且另一個光傳感器52位于橫過平面 電機(jī)58的遠(yuǎn)離工作點(diǎn)70的對面。如本文所定義，當(dāng)垂直于平面電機(jī)58的第一側(cè)60與工 作點(diǎn)70相交的線不與該構(gòu)件或點(diǎn)相交時，該構(gòu)件或點(diǎn)位于橫過平面電機(jī)58的遠(yuǎn)離工作點(diǎn) 70的對面。在另一實(shí)施例中，兩個光傳感器52都位于橫過平面電機(jī)58的遠(yuǎn)離工作點(diǎn)70的 對面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，可根據(jù)特定應(yīng)用的需要來選擇光傳感器52的位置，所考慮 的因素諸如所需精密度、移位裝置構(gòu)件的幾何形狀、可能會干擾支承板孔口放置的支承板 的內(nèi)部的構(gòu)件等。圖11所示的實(shí)施例包括兩個光傳感器52。選擇光傳感器52的數(shù)目最小為起決定 性作用的測量數(shù)目，該起決定性作用的測量數(shù)目在本文中被定義為確定具有六自由度的平 面位置所需的光傳感器的數(shù)目。起決定性作用的測量數(shù)目取決于所采用的特定光傳感器的 自由度而不同。在一實(shí)施例中，當(dāng)光傳感器52是完成三個平移測量和三個旋轉(zhuǎn)測量的六自 由度光傳感器時，起決定性作用的測量數(shù)目是一。在另一實(shí)施例中，當(dāng)這些光傳感器52是 二自由度光傳感器時(且每一個光傳感器測量兩個獨(dú)立平移)，起決定性作用的測量數(shù)目 是三。舉例而言，一個光傳感器可測量X與Y平移，另一個光傳感器可測量Y與Z平移，且 又一光傳感器可測量X與Z平移。在又一實(shí)施例中，對于不同的光傳感器，自由度可不同。 舉例而言，一個光傳感器可為測量X、Y和Z平移的三自由度光傳感器，另一光傳感器可為測 量X與Y平移的二自由度光傳感器，且又一光傳感器可為測量Z平移的一自由度光傳感器。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，平移光傳感器的起決定性作用的測量數(shù)目是提供六個獨(dú)立平移測 量的任意多個光傳感器。光傳感器52的數(shù)目也可選擇為大于起決定性作用的測量數(shù)目。舉例而言，一個六 自由度光傳感器可與另一光傳感器一起使用以提供冗余位置測量，該另一光傳感器諸如六 自由度光傳感器、三自由度光傳感器或一自由度光傳感器。由于測量超過平面電機(jī)的自由度，即，位置信息是超定的，測量被轉(zhuǎn)換成計(jì)算位置。在一實(shí)施例中，對這些沿特定方向的超 定測量(諸如這些X平移)取平均。在另一實(shí)施例中，超定測量是位置加權(quán)的，諸如通過測 量點(diǎn)與工作點(diǎn)之間的距離來加權(quán)每個測量。從光傳感器52接收位置信息信號51的處理器 53可執(zhí)行至計(jì)算位置的轉(zhuǎn)換。圖12A至圖12B是根據(jù)本發(fā)明制作的移位裝置的又一實(shí)施例的示意圖，其中與圖 2相似的元件共用相似附圖標(biāo)記。圖12A是移位裝置50的側(cè)視圖且圖12B是支承板54的 頂視圖，圖12B示出支承板孔口 56。在此實(shí)例中，工作束76遍布工件40使得工作點(diǎn)70是 位于工件40的表面上方的寬廣平面。當(dāng)平面電機(jī)的厚度和/或工作點(diǎn)70的寬廣平面大以 對抗阿貝效應(yīng)(即，由于平面電機(jī)的俯仰和偏移引起的誤差)時，額外光傳感器特別適用。 當(dāng)工件40上的工作點(diǎn)70是平面而非點(diǎn)時，在工作點(diǎn)70的平面中定位特定點(diǎn)的阿貝誤差取 決于特定點(diǎn)與測量點(diǎn)72之間的距離，即，二維光柵68、平面電機(jī)58和工件40的組合厚度， 在工作點(diǎn)70的平面中定位特定點(diǎn)的阿貝誤差還取決于特定點(diǎn)與測量點(diǎn)72之間在工作點(diǎn)70 的平面中的距離。光傳感器52可為具有特定應(yīng)用所希望的自由度數(shù)目的任何合適光傳感器。如本 文所定義的光傳感器的自由度是光傳感器可測量的平移和/或旋轉(zhuǎn)的獨(dú)立數(shù)目。在一實(shí)施 例中，光傳感器是六自由度、三自由度、二自由度、一自由度光傳感器或其組合。示范性的六 自由度在圖7至圖9和相關(guān)聯(lián)文字?jǐn)⑹鲋杏忻枋?。光傳感器可為位置敏感檢測器，其在本 文中被定義為可測量一或多個方向平移的光傳感器。示范性位置敏感檢測器是可購自美國 馬薩諸塞州Topsf ield的OPTRA公司的NanoGrid平面編碼器系統(tǒng)和可購自德國Traunreut 的Dr. Johannes Heidenhain有限公司的PP 281R兩坐標(biāo)增量編碼器。在圖12A至圖12B的實(shí)施例中，使用三個或三個以上的光傳感器來提供額外精密 度。光傳感器的數(shù)目至少為起決定性作用的測量數(shù)目，其在本文中被定義為確定具有六自 由度平面位置所需的光傳感器的數(shù)目。三個二自由度光傳感器排列成三角形非線性圖案， 其中在三個測量點(diǎn)之間具有10厘米的分隔，這三個二自由度光傳感器可實(shí)現(xiàn)0. 1納米平移 和1納弧度(nanorad)旋轉(zhuǎn)的測量重復(fù)性。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，準(zhǔn)確度也可取決于二 維光柵的品質(zhì)。也可將光傳感器52的數(shù)目選擇為大于起決定性作用的測量數(shù)目使得位置 信息是超定的。從光傳感器接收位置信息信號的處理器可執(zhí)行至計(jì)算位置的轉(zhuǎn)換。移位裝置50包括三個光傳感器52，該三個光傳感器52通過檢測安置于平面電機(jī) 58上的二維光柵68的運(yùn)動來確定平面電機(jī)58的移位。在此實(shí)例中，三個光傳感器52位于 橫過平面電機(jī)58的遠(yuǎn)離工件40上的工作點(diǎn)70的對面，但若需要，這些光傳感器52之一可 位于橫過平面電機(jī)58的工作點(diǎn)70的對面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解可根據(jù)特定應(yīng)用的需要 來選擇光傳感器52的位置，所考慮的因素諸如所需精密度，移位裝置構(gòu)件的幾何形狀，可 能會干擾支承板孔口放置的支承板的內(nèi)部的構(gòu)件等?？墒褂萌杂啥裙鈧鞲衅鱽頊y量平移和旋轉(zhuǎn)，這是因?yàn)楣鈧鞲衅?2排列成三角 形非線性圖案。對于大多數(shù)應(yīng)用，以與系統(tǒng)視野相當(dāng)?shù)木嚯x將各個傳感器分開就足夠了， 即，在工件40表面上方的工作點(diǎn)70的寬廣平面。舉例而言，在光刻中，視野(也被稱作染 色大小)常常為26X32毫米。因此，在此情況下，典型分隔距離將為30毫米。也可使用六 自由度光傳感器或者各種自由度光傳感器的混合?？筛鶕?jù)特定應(yīng)用的需要來添加額外光傳 感器。當(dāng)工作點(diǎn)70是尖點(diǎn)而非寬廣平面時，測量點(diǎn)72可靠近工作點(diǎn)70或者可根據(jù)需要位于工件40的邊緣處。 雖然在本文中公開的本發(fā)明的實(shí)施例是目前認(rèn)為優(yōu)選的，但在不偏離本發(fā)明的范 疇的情況下可以做出各種變化和修改。本發(fā)明的范疇在所附權(quán)利要求書中表示且屬于等同 意義和范圍內(nèi)的所有修改被認(rèn)為涵蓋于本發(fā)明中。
權(quán)利要求
一種用于支承工件的移位裝置，包括光傳感器(52)；支承板(54)，其限定支承板孔口(56)；平面電機(jī)(58)，其平行于所述支承板(54)安置，所述平面電機(jī)(58)具有可通過操作以支承所述工件(40)的第一側(cè)(60)和與所述支承板(54)相對的第二側(cè)(62)；以及二維光柵(68)，其安置于所述平面電機(jī)(58)上，所述二維光柵(68)通過所述支承板孔口(56)與所述光傳感器(52)光通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光傳感器(52)位于橫過所述平面電機(jī)(58) 的所述工件(40)上的工作點(diǎn)(70)的對面。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光傳感器(52)是六自由度光傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述二維光柵(68)安置于所述平面電機(jī)(58)的 所述第二側(cè)(62)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述平面電機(jī)(58)限定有電機(jī)孔口(150)且所述 二維光柵(68)安置于位于所述平面電機(jī)(58)的第一側(cè)(60)處的所述電機(jī)孔口(150)上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述二維光柵(68)是透明主體，且在所述透明主 體的一側(cè)上印刷有光柵圖案，所述印刷側(cè)遠(yuǎn)離所述平面電機(jī)(58)的所述第一側(cè)(60)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述平面電機(jī)(58)具有透明部分(152)且所述二 維光柵(68)在所述平面電機(jī)(58)的所述第一側(cè)(60)上安置于所述透明部分(152)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述二維光柵(68)印刷于所述透明部分(152)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述二維光柵(68)是透明主體，且在所述透明主 體上印刷有光柵圖案。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還包括鄰近所述二維光柵(68)安置的光柵以形成 三維光柵。
11.一種用于支承工件的移位裝置，包括 多個光傳感器(52)；支承板(54)，其限定有多個支承板孔口(56)；平面電機(jī)(58)，其平行于所述支承板(54)安置，所述平面電機(jī)(58)具有可通過操作以 支承所述工件(40)的第一側(cè)(60)和與所述支承板(54)相對的第二側(cè)(62)；以及安置于所述平面電機(jī)(58)上的二維光柵(68)，所述二維光柵(68)通過所述多個支承 板孔口(56)與所述多個光傳感器(52)光通信，其中所述多個光傳感器(52)的數(shù)目至少為起決定性作用的測量數(shù)目。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述光傳感器(52)是二自由度光傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述光傳感器(52)是位置敏感檢測器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述多個光傳感器(52)的數(shù)目大于起決定性 作用的測量數(shù)目，還包括處理器(53)，所述處理器(53)從所述多個光傳感器(52)接收多 個位置信息信號(51)且可通過操作以將所述多個位置信息信號(51)轉(zhuǎn)換成所述平面電機(jī) (58)的計(jì)算位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述處理器(53)可通過操作以利用選自平均化 和位置加權(quán)的方法將所述多個位置信息信號(51)轉(zhuǎn)換成該計(jì)算位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述二維光柵(68)是多個二維光柵。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述二維光柵(68)安置于所述平面電機(jī)(58) 的所述第二側(cè)(62)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述平面電機(jī)(58)限定有電機(jī)孔口(150)且 所述二維光柵(68)在所述平面電機(jī)(58)的所述第一側(cè)(60)處安置于所述電機(jī)孔口(150) 上方。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述二維光柵(68)是透明主體，且在所述透明 主體的一側(cè)上印刷有光柵圖案，所述印刷側(cè)遠(yuǎn)離所述平面電機(jī)(58)的所述第一側(cè)(60)。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述平面電機(jī)(58)具有透明部分(152)且所述 二維光柵(68)在所述平面電機(jī)(58)的所述第一側(cè)(60)上安置于所述透明部分(152)上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述二維光柵(68)印刷于所述透明部分(152)上。
22.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述二維光柵(68)是透明主體，且在所述透明 主體上印刷有光柵圖案。
23.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其還包括鄰近所述二維光柵(68)安置的光柵以形成 三維光柵。
24.一種用于支承工件的移位裝置，包括 用于移動所述工件的移動器件；用于支承所述移動器件的支承器件，所述支承器件限定孔口 ；以及 用于在安置于所述移動器件上的測量點(diǎn)處通過所述孔口來傳感所述移動器件的平移 與旋轉(zhuǎn)的傳感器件。
全文摘要
一種具有精密測量的移位裝置，移位裝置用于支承工件，其包括光傳感器(52)；支承板(54)，其限定支承板孔口(56)；平面電機(jī)(58)，其平行于該支承板(54)安置，該平面電機(jī)(58)具有可通過操作以支承該工件(40)的第一側(cè)(60)和與該支承板(54)相對的第二側(cè)(62)；以及，安置于該平面電機(jī)(58)上的二維光柵(68)，該二維光柵(68)通過該支承板孔口(56)與所述光傳感器(52)光通信。
文檔編號H01L21/68GK101828149SQ200880111964
公開日2010年9月8日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者P·C·M·弗里森, R·G·克拉弗 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司