特許 6227875 位置測定装置で複数の走査検知ユニットを有する構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6227875

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】位置測定装置で複数の走査検知ユニットを有する構造

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/26 20060101AFI20171030BHJP

   G01D 5/38 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/26 C

   G01D5/38 A

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-20109(P2013-20109)

(22)【出願日】2013年2月5日

(65)【公開番号】特開2013-164416(P2013-164416A)

(43)【公開日】2013年8月22日

【審査請求日】2015年11月5日

(31)【優先権主張番号】10 2012 002 520.3

(32)【優先日】2012年2月10日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390014281

【氏名又は名称】ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＤＲ． ＪＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100096013

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 博行

(74)【代理人】

【識別番号】100092967

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 修

(74)【代理人】

【識別番号】100114487

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 幸作

(74)【代理人】

【識別番号】100153947

【弁理士】

【氏名又は名称】家成 隆彦

(72)【発明者】

【氏名】ヴォルフガング・ホルツアップフェル

(72)【発明者】

【氏名】イェルク・ドレシャー

(72)【発明者】

【氏名】マルクス・マイスナー

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ・ヨルガー

(72)【発明者】

【氏名】ベルンハルト・ミュッシュ

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・ケルベーエル

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−４９５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６４５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−４９１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２９３４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６６５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４７２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−４９３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１７４１１１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／００−５／３８

Ｇ０３Ｆ ７／２０−７／２４、

９／００−９／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二つの直角な第一および第二主スライド軸（ｙ，ｘ）に少なくとも沿って基準システムに対して可動に配設されている対象物（１；１１）、
第一主スライド軸（ｙ）に沿って配設された少なくとも二つの二次元基準尺（２．１，２．２；１２．１〜１２．４）、および
二次元基準尺（２．１，２．２；１２．１〜１２．４）を光学的に走査検知する４つの走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）を有し、
基準システムに対する対象物（１；１１）の位置を検出するための位置測定装置において、
位置測定装置は、位置測定のために追加した少なくとも４つの拡張走査検知ユニット（１．２ｃ〜１．２ｆ；１１．２ｃ〜１１．２ｆ）を含んでおり、それらが、第一主スライド軸（ｙ）に沿って４つの走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）間に配設されており、
前記走査検知ユニットの少なくとも１つが第１の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記走査検知ユニットの少なくとも１つが第２の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記拡張走査検知ユニットの少なくとも１つが第３の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記拡張走査検知ユニットの少なくとも１つが第４の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、
前記第３の位置及び前記第４の位置は、前記第１の位置及び前記第２の位置の間に位置すると共に第一主スライド軸の方向に間隔を隔てられており、
前記走査検知ユニットの少なくとも１つが第５の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記走査検知ユニットの少なくとも１つが第６の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記拡張走査検知ユニットの少なくとも１つが第７の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記拡張走査検知ユニットの少なくとも１つが第８の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、
前記第７の位置及び前記第８の位置は、前記第５の位置及び前記第６の位置の間に位置すると共に第一主スライド軸の方向に間隔を隔てられており、
第一主スライド軸（ｙ）に沿った外側走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）の最大間隔（ＤＡ_ｙ１）が、それぞれ第一主スライド軸（ｙ）に沿った基準尺（２．１，２．２；１２．１〜１２．４）の内の一つの長さに相当している
ことを特徴とする構造。

【請求項2】

請求項１に記載の構造において、
第一主スライド軸（ｙ）に沿った内側拡張走査検知ユニット（１．２ｃ〜１．２ｆ；１１．２ｃ〜１１．２ｆ）の間隔（ＤＡ_ｙ２）が、第一主スライド軸（ｙ）に沿った外側走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）の間隔（ＤＡ_ｙ１）より小さい
ことを特徴とする構造。

【請求項3】

二つの直角な第一および第二主スライド軸（ｙ，ｘ）に少なくとも沿って基準システムに対して可動に配設されている対象物（１；１１）、
第一主スライド軸（ｙ）に沿って配設された少なくとも二つの二次元基準尺（２．１，２．２；１２．１〜１２．４）、および
二次元基準尺（２．１，２．２；１２．１〜１２．４）を光学的に走査検知する４つの走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）を有し、
基準システムに対する対象物（１；１１）の位置を検出するための位置測定装置において、
位置測定装置は、位置測定のために追加した少なくとも４つの拡張走査検知ユニット（１．２ｃ〜１．２ｆ；１１．２ｃ〜１１．２ｆ）を含んでおり、それらが、第一主スライド軸（ｙ）に沿って４つの走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）間に配設されており、
前記走査検知ユニットの少なくとも１つが第１の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記走査検知ユニットの少なくとも１つが第２の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記拡張走査検知ユニットの少なくとも１つが第３の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記拡張走査検知ユニットの少なくとも１つが第４の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、
前記第３の位置及び前記第４の位置は、前記第１の位置及び前記第２の位置の間に位置すると共に第一主スライド軸の方向に間隔を隔てられており、
前記走査検知ユニットの少なくとも１つが第５の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記走査検知ユニットの少なくとも１つが第６の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記拡張走査検知ユニットの少なくとも１つが第７の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、前記拡張走査検知ユニットの少なくとも１つが第８の位置で前記第一主スライド軸に沿って配置され、
前記第７の位置及び前記第８の位置は、前記第５の位置及び前記第６の位置の間に位置すると共に第一主スライド軸の方向に間隔を隔てられており、
第二主スライド軸（ｘ）に沿った最大間隔（ＤＡ_ｘ）が、走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）及び拡張走査検知ユニット（１．２ｃ〜１．２ｆ；１１．２ｃ〜１１．２ｆ）のいずれにおいても、第二主スライド軸（ｘ）に沿った基準尺（２．１，２．２；１２．１〜１２．４）の長さ（ＤＭ_ｘ）に相当する
ことを特徴とする構造。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造において、
第一主スライド軸（ｙ）に沿った最大移動経路が次で得られ、
Ｖ＝２×ＤＭ_ｙ−ＤＡ_ｙ２
ここで、
Ｖ＝第一主スライド軸に沿った最大移動経路
ＤＭ_ｙ＝第一主スライド軸に沿った基準尺の長さ
ＤＡ_ｙ２＝第一主スライド軸に沿った拡張走査検知ユニットの間隔であり、
この移動経路（Ｖ）に沿って連続した位置検出が、走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）および拡張走査検知ユニット（１．２ｃ〜１．２ｆ；１１．２ｃ〜１１．２ｆ）を介して可能である
ことを特徴とする構造。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造において、
４つの走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ）および４つの拡張走査検知ユニット（１．２ｃ〜１．２ｆ）が、対象物（１）の片側に配設されている
ことを特徴とする構造。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造において、
第二主スライド軸（ｘ）に沿って少なくとも二つの別の二次元基準尺（１２．３，１２．４）が、第一主スライド軸（ｙ）に沿って配設された少なくとも二つの二次元基準尺（１２．１，１２．２）に隣接して配設されている
ことを特徴とする構造。

【請求項7】

請求項６に記載の構造において、
第二主スライド軸（ｘ）に沿った最小間隔が、走査検知ユニット（１１．２ａ，１１．２ｂ，１１，２ｇ，１１．２ｈ）も拡張走査検知ユニット（１１．２ｃ〜１１．２ｆ）も、第二主スライド軸（ｘ）に沿った二次元基準尺（１２．１〜１２．４）の間隔（ｄ_ｘ）および第二主スライド軸（ｘ）に沿った基準尺（１２．１〜１２．４）の長さ（ＤＭ_ｘ）の和に相当している
ことを特徴とする構造。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載の構造において、
走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）にも拡張走査検知ユニット（１．２ｃ〜１．２ｆ；１１．２ｃ〜１１．２ｆ）にも、それぞれ一次元の走査検知格子（１．２ｃＧ，１．２ｄＧ）が含まれており、そして走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）も拡張走査検知ユニット（１．２ｃ〜１．２ｆ；１１．２ｃ〜１１．２ｆ）も、それぞれ付属する走査検知格子（１．２ｃＧ，１．２ｄＧ）の格子線が＋４５°、＋１３５°、−４５°、又は−１３５°だけ第一主スライド軸（ｙ）に対して回転して向いているように配設されている
ことを特徴とする構造。

【請求項9】

請求項８に記載の構造において、
二つの走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ）および二つの拡張走査検知ユニット（１．２ｃ，１．２ｄ）が、第二主スライド軸（ｘ）に対して平行に向いている対称軸（Ｓ_ｘ）の片側に配設されており、走査検知ユニット（１．２ｂ）も拡張走査検知ユニット（１．２ｃ）も、それぞれ付属する走査検知格子（１．２ｃＧ）の格子線が、＋４５°だけ第一主スライド軸（ｙ）に対して回転して向いているように配設されており、走査検知ユニット（１．２ａ）も拡張走査検知ユニット（１．２ｄ）も、それぞれ付属する走査検知格子（１．２ｄＧ）の格子線が、−４５°だけ第一主スライド軸（ｙ）に対して回転して向いているように配設されており、そして
二つの走査検知ユニット（１．２ｇ，１．２ｈ）および二つの拡張走査検知ユニット（１．２ｅ，１．２ｆ）が、対称軸（Ｓ_ｘ）の反対側に配設されており、走査検知ユニット（１．２ｇ）も拡張走査検知ユニット（１．２ｆ）も、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、＋１３５°だけ第一主スライド軸（ｙ）に対して回転して向いているように配設されており、走査検知ユニット（１．２ｈ）も拡張走査検知ユニット（１．２ｅ）も、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、−１３５°だけ第一主スライド軸（ｙ）に対して回転して向いているように配設されている
ことを特徴とする構造。

【請求項10】

請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造において、
位置検出するために選択的に、単体の走査検知ユニット（１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈ；１１．２ａ，１１．２ｂ，１１．２ｇ，１１．２ｈ）および／または拡張走査検知ユニット（１．２ｃ〜１．２ｆ；１１．２ｃ〜１１．２ｆ）が機能するように構成している
ことを特徴とする構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位置測定装置で複数の走査検知ユニットを有する構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体構成要素の製造および検査で使用される装置ではしばしば、対象物を精密に位置決めするという要求がある。求められることがあるのは、例えばウエハを高精度で、工具、照射ユニット、あるいは検査ユニットの下側に位置決めすることである。そのときウエハは、６つの自由度で可動であり対応する駆動装置を介して動くテーブル上にある。即ち、基準システムに対して高精度で位置を検出する対象物として機能するのは、ここではテーブルである；基準システムとして使用するのは、それとは反対に位置固定された装置の基準フレームである。駆動装置および付属の制御ユニットを介してテーブルを位置決めするために、基準フレームに対するテーブルの空間的位置に関する位置信号を、高精度の位置測定装置を使って生成することが必要である。

【0003】

高精度の位置測定装置として、当該装置では圧倒的に干渉計あるいは、格子ベースの光学式位置測定装置も検討対象である。格子ベースの光学式位置測定装置を使用する場合に例えば、可動のテーブルに一つまたは複数の走査検知ユニットを配設するようにすることがあり、参照フレームに適切な基準尺を配設する。テーブルで二つの直角な主スライド軸に沿って位置検出を必要とする時には、必要な基準尺が、所謂十字格子の形態をした二次元基準尺として構成されている。テーブルを主スライド軸の一つに沿って、比較的大きな移動範囲に亘って動かすとすれば、対応して大きな二次元基準尺が必要となるという問題が生じる。しかしながらサイズの増大に伴って、これは著しい費用工数を要してのみ製造されるものである。

【0004】

非常に大きな二次元基準尺の製造を避けるためには、単体の二次元基準尺ないし十字格子プレートを複数使用することが公知であり、そのような形式と方法により測定範囲の拡大が可能になる。その場合には単体の二次元基準尺を基準フレームに、互いを隣接して該当する主スライド軸に沿って配置する。例えば特許文献１において、該当する構造が提案されており、それが請求項１のプレアンベルを形成する前提となっている。そこでは合計４つの十字格子プレートないし二次元基準尺を、二次元的な配設で基準フレームに固定し、それにより測定範囲をカバーしている。光学的に走査検知するために、二つの直角な主スライド軸に沿って可動である対象物の側に、合計４つの走査検知ユニットが設けられている。４つの走査検知ユニットの走査検知格子は、それぞれ＋／−４５°だけ二つの主スライド軸に対して回転して配設されており、その４つの走査検知ユニットが大体、方形のコーナーに配置されている。この方形の幅は大体、単体の二次元基準尺の空間的な幅に相当している。装置使用時には異なる走査検知ユニット間での切り替えを、決められたように行うことにより、隣接する基準尺の突き当て箇所を通過する時に、位置情報が欠けないことを確保する。二つの主スライド軸に沿ってテーブルの位置を特定する他に、テーブルの向きも検出できるようにするためには、少なくとも３つの走査検知ユニットによる位置値を常に、各二軸を使って同時に使用できることが不可欠である。以上のような構造では主スライド軸に沿った最大移動経路が、この主スライド軸に沿った走査検知ユニットの間隔を差し引いた、この主スライド軸に沿って隣接して配設された十字格子プレートの全体幅に相当する。

【0005】

特許文献１で公知の構造では、二つの主スライド軸の少なくとも一つに沿って可動である二つの対象物の移動経路を更に拡大するために、この主スライド軸に沿って別の二次元基準尺または十字格子プレートを配設する、あるいはこの十字格子プレートを大きく構成することが必要となるであろう。しかしながら両方の形式は、構造全体にとって著しい費用工数の増加が生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】ＵＳ ７，６０２，４８９ Ｂ２号公報

【特許文献2】ＥＰ １７６２ ８２８ Ａ２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の課題は、二つの直角な主スライド軸に沿って対象物が可動である時に、対象物の高精度位置検出を可能にする位置測定装置で、複数の走査検知ユニットを有する構造を提供することである。その対象物は、主スライド軸に沿って走査検知する基準尺の幅より大きい移動経路を、この主スライド軸に沿ってスライド移動できる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この課題を、請求項１に記載の特徴を有する構造により解決する。
本発明による構造の利点ある実施形態は、従属請求項に記載している。
本発明による構造に含まれるのは、基準システムに対して二つの直角な第一および第二主スライド軸に少なくとも沿って可動で配設されている対象物および、第一主スライド軸に沿って配設された少なくとも二つの二次元基準尺および基準尺を光学的に走査検知する４つの走査検知ユニットを有し、基準システムに対する対象物の位置を検出するための位置測定装置である。位置測定装置には更に、位置測定のために追加して少なくとも４つの拡張走査検知ユニットを含んでおり、それが、第一主スライド軸に沿って４つの走査検知ユニット間に配設されている。

【0009】

第一主スライド軸に沿った外側走査検知ユニットの最大間隔は、それぞれ第一主スライド軸に沿った基準尺の内の一つの長さに相当していると好ましい。
第一主スライド軸に沿った内側拡張走査検知ユニットの間隔は、第一主スライド軸に沿った外側走査検知ユニットの間隔より小さいと利点がある。

【0010】

第二主スライド軸に沿った最大間隔は、走査検知ユニットも拡張走査検知ユニットも、第二主スライド軸に沿った基準尺の長さに相当するようにしていることがある。
利点ある実施形態では、第一主スライド軸に沿った最大移動経路が次で得られ、
Ｖ＝２×ＤＭ_ｙ−ＤＡ_ｙ２
ここで、
Ｖ＝第一主スライド軸に沿った最大移動経路
ＤＭ_ｙ＝第一主スライド軸に沿った基準尺の長さ
ＤＡ_ｙ２＝第一主スライド軸に沿った拡張走査検知ユニットの間隔であり、
この移動経路に沿って連続した位置検出が、走査検知ユニットおよび拡張走査検知ユニットを介して可能である。

【0011】

本発明による構造の実施形態において、４つの走査検知ユニットおよび４つの拡張走査検知ユニットを対象物の片側に配設することがある。
更に、第二主スライド軸に沿って少なくとも二つの別の二次元基準尺が、第一主スライド軸に沿って配設された少なくとも二つの二次元基準尺に隣接して配設されているようにしていることがある。

【0012】

ここで第二主スライド軸に沿った最小間隔は、走査検知ユニットも拡張走査検知ユニットも、第二主スライド軸に沿った二次元基準尺の間隔および第二主スライド軸に沿った基準尺の長さの和に相当していることがある。

【0013】

好ましい実施形態においては、走査検知ユニットにも拡張走査検知ユニットにも、それぞれ一次元の走査検知格子を特に含んでおり、そこで走査検知ユニットも拡張走査検知ユニットも、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が＋４５°、＋１３５°、−４５°、又は−１３５°だけ第一主スライド軸に対して回転して向いているように配設されている。

【0014】

二つの走査検知ユニットおよび二つの拡張走査検知ユニットが、第二主スライド軸に対して平行に向いている対称軸の片側に配設されているようにすることがあり、これらの走査検知ユニットもこれらの拡張走査検知ユニットも、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、＋４５°又は−４５°だけ第一主スライド軸に対して回転して向いているように配設されている。別の二つの走査検知ユニットおよび別の二つの拡張走査検知ユニットは、対称軸の反対側に配設されており、これらの走査検知ユニットもこれらの拡張走査検知ユニットも、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、＋１３５°又は−１３５°だけ第一主スライド軸に対して回転して向いているように配設されている。

【0015】

位置検出するために選択的に、単体の走査検知ユニットおよび／または拡張走査検知ユニットが機能できるように構成していると利点がある。
測定範囲を拡大するために二次元基準尺の幅および／または数を増大する代わりに、本発明の範疇において、追加した少なくとも４つの拡張走査検知ユニットにより、使用する走査検知ユニットの数を増加すると共に、走査検知ユニットおよび拡張走査検知ユニットの適切に選択した配設を介して測定範囲の増大を実行するようにしている。このことは、これと対比して例えば別の又は大きな二次元基準尺を使用する時より、必要とする費用工数が少ない解決手段であることを示している。

【0016】

本発明の更なる詳細および利点は、実施例の以下における記述を使い図面と関連して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1a】本発明による構造の第一実施形態の概略図。

【図1b】本発明による構造の第一実施形態における二次元基準尺および二つの走査検知ユニットの概略部分外観図。

【図2】本発明による構造の第一実施形態の三次元概略外観図。

【図3】図３ａ〜３ｄはそれぞれ本発明による構造の第一実施形態の使用中における移動範囲の部分図。

【図4】本発明による構造の第二実施形態の概略図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

【実施例1】

【0019】

以下において図１ａ、１ｂ、および２を使い、本発明による構造の第一実施形態を説明することにする；図３ａ〜３ｄは、この実施形態を使った加工プロセスを説明するために使用する。これらの図においては、それぞれ本発明による構造にとって基本となる構成要素のみを図示しているのであって、そのような構造を使用できる該当装置の詳細を特に示すものではない。ここで対象になるのは例えば、半導体製造または半導体検査のために使用される装置である。

【0020】

本発明による構造は、可動の対象物１の位置を基準（参照）システムに対して検出するために使用される。その対象物１として挙げることができるのは、例えば装置にあるテーブルであり、それが二つの直角な主スライド軸ｘ，ｙに沿って可動で配設されている；そのテーブル上には、加工および／または検査することになるウエハが配置されている。以下においては図中で参照符号ｙを付した主スライド軸を、第一主スライド軸として表すことにし、第一主スライド軸ｙに対して直角に向いている第二主スライド軸を、参照符号ｘを使って表す。二つの主スライド軸ｙ，ｘを介することにより、装置内で広がるのはスライド面であり、その面内で決められたようにテーブルないし対象物１を、加工ないし検査中に位置決めせねばならない。一般的に対象物１は更に、その二つの主スライド軸ｘ，ｙに対して直角に向いた第三軸に沿っても可動であるが、それは本発明の場合に更に意味があるものではない。

【0021】

可動の対象物１に対向して、例えば装置の基準フレームとして構成された固定の基準システムに、加工工具２．３が配設されている。その加工工具２．３とは、対象物１に対向して固定された基準システムにおいて、二つの同一で二次元の基準尺２．１，２．２が、機械的に結合されて配設されている。図示の実施例では二つの二次元基準尺２．１，２．２が、第一主スライド軸ｙに沿って隣接して配設されている。以下においては、第一主スライド軸ｙに沿った基準尺２．１，２．２のそれぞれの長さないし幅をＤＭ_ｙで、そして第二主スライド軸ｘに沿った長さをＤＭ_ｘで表すことにする。

【0022】

二つの二次元基準尺２．１，２．２は、十字格子プレートとして構成されており、照射回折格子の形態で互いが直角に向いた二つの格子目盛を有している。第一格子目盛には、ｙ方向で周期的に配設された目盛線Ｔ_ｙを含んでおり、第一格子目盛に重ね合わされている第二格子目盛には、ｘ方向で周期的に配設された目盛線Ｔ_ｘを含み、それを図１ｂにおける二次元基準尺２．１の拡大概略図示で明示している。可能な実施例においては二つの格子目盛が、２．０４８μｍ区分の目盛周期を有している。

【0023】

更に、合計８つの走査検知ユニット１．２ａ〜１．２ｈが、可動の対象物１の側に配設されており、それが、二次元基準尺２．１，２．２を光学的に走査検知して位置信号を発生するために使用される。ここでは４つの外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂおよび１．２ｇ，１．２ｈの他に、本発明により追加された少なくとも４つの内側拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄ，１．２ｅ，１．２ｆが設けられている。装置の使用中に基準尺２．１，２．２の光学的な走査検知を介することにより、加工工具２．３の付いた基準システムに対して、ウエハ１．１の付いた対象物１ないしテーブルの移動に関する位置信号が生成され、更に処理するために装置制御部に送られる。適切な光学式走査検知の詳細に関しては、本出願人による特許文献２を参照されたい。

【0024】

一般的に走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈにも、拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄ，１．２ｅ，１．２ｆにも、位置信号を生成するために色々な光学系構成要素が含まれており、図１ｂで二つの拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄとの関連で概略的に明示しているように、その中には一次元走査検知格子１．２ｄＧ，１．２ｃＧもある。一次元走査検知格子１．２ｄＧ，１．２ｃＧはそれぞれ、一つの方向に沿って周期的に配設された目盛線で構成されている。ここで示す実施例では走査検知格子１．２ｄＧ，１．２ｃＧの目盛線が、第一主スライド軸ｙに対して角度α＝＋４５°ないしβ＝−４５°だけ回転して配設されている。第一主スライド軸ｙに沿って対象物１が移動する時に、以上のように構成された走査検知ユニットないし拡張走査検知ユニットを介して、この方向において結果として生じる相対スライド移動に関する高分解能のインクリメント位置信号を生成することができる；走査検知格子１．２ｄＧ，１．２ｃＧが回転して配設されていることにより同時に、別の目的で利用できる別のインクリメント信号が生成される。

【0025】

４つの外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈも、４つの拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄ，１．２ｅ，１．２ｆも、−図１ａで分かるように− 第一主スライド軸ｙに対して平行に向いている第一対称軸Ｓ_ｙに対して鏡面対称で配設されている。更に、４つの外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈも、４つの拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄ，１．２ｅ，１．２ｆも、第二主スライド軸ｘに対して平行に向いている第二対称軸Ｓ_ｘに対して鏡面対称で配設されている。

【0026】

二つの走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂおよび二つの拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄが、ここでは第二主スライド軸ｘに対して平行に向いている第二対称軸Ｓ_ｘの片側（左側）に配設されている。これらの走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂおよび拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄは、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、＋４５°だけ第一主スライド軸ｙに対して回転して向いているように配設されている。別の二つの走査検知ユニット１．２ｇ，１．２ｈおよび拡張走査検知ユニット１．２ｅ，１．２ｆは、この第二対称軸Ｓ_ｘの反対側（右側）に配設されている。これらの走査検知ユニット１．２ｇ，１．２ｈおよび拡張走査検知ユニット１．２ｅ，１．２ｆは、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、−４５°だけ第一主スライド軸ｙに対して回転して向いているように配設されている。別の見方をすると、走査検知ユニット１．２ｂおよび拡張走査検知ユニット１．２ｃは、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、＋４５°だけ第一主スライド軸ｙに対して回転して向いているように配設されている。また、走査検知ユニット１．２ａおよび拡張走査検知ユニット１．２ｄは、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、−４５°だけ第一主スライド軸ｙに対して回転して向いているように配設されている。また、走査検知ユニット１．２ｇおよび拡張走査検知ユニット１．２ｆは、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、＋１３５°だけ第一主スライド軸ｙに対して回転して向いているように配設されている。また、走査検知ユニット１．２ｈおよび拡張走査検知ユニット１．２ｅは、それぞれ付属する走査検知格子の格子線が、−１３５°だけ第一主スライド軸ｙに対して回転して向いているように配設されている。

【0027】

４つの外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈも、４つの内側拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄ，１．２ｅ，１．２ｆも、この本発明による構造の実施形態では、対象物１ないしテーブルの片側、即ち、図１ａで上方に示す側に配設されている。このような形式により構造全体のコンパクトな構成、特に第二主スライド軸ｘに沿ったテーブルのコンパクトな構成が可能になる。更に従来技術と対比して、第一主スライド軸ｙに沿って必要な移動経路に対して必要となるのは、二つの二次元基準尺２．１，２．２のみである。

【0028】

更に、第一主スライド方向ｙに沿って外側にある走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂと１．２ｇ，１．２ｈが互いの間で、基準尺２．１，２．２の長さＤＭ_ｙに相当する最大間隔を有しているようにしている。図示している実施例では、丁度この最大間隔が選ばれている、即ち、外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂと１．２ｇ，１．２ｈの間隔ＤＡ_ｙ１は、ＤＡ_ｙ１＝ＤＭ_ｙで選んだ；しかしながら基本的に、ここで外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂと１．２ｇ，１．２ｈの間で、より小さいＤＡ_ｙ１を選ぶことも可能である。

【0029】

本発明による構造では、４つの外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂと１．２ｇ，１．２ｈの間に追加して、更に少なくとも４つの拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄ，１．２ｅ，１．２ｆが設けられており、それらが第一主スライド軸ｙに沿って４つの外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂと１．２ｇ，１．２ｈの間に配設されている。内側にある４つの拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄ，１．２ｅ，１．２ｆは、第一主スライド軸ｙに沿って間隔ＤＡ_ｙ２を有しており、それは、上記で言及した外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈの間隔ＤＡ_ｙ１より小さく選択されている。

【0030】

対称軸Ｓの両側に配設された走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈないし拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄ，１．２ｅ，１．２ｆが全体で、第二主スライド軸ｘに沿って同じ間隔ＤＡ_ｘを有している。この間隔ＤＡ_ｘは最大で、第二主スライド軸ｘに沿った基準尺２．１，２．２の長さＤＭ_ｘに相当していることが許容される。しかしながら第一実施例では、−図１ａから分かるように−間隔ＤＡ_ｘが、この方向に沿った基準尺２．１，２．２の長さＤＭ_ｘより明らかに小さく選んだ。

【0031】

本発明による構造のこのような構成により、高精度の位置検出が可能である対象物１の移動経路を、第一主スライド軸ｙに沿って拡大することが可能である。例えば、４つのみの外側走査検知ユニット１．２ａ，１．２ｂ，１．２ｇ，１．２ｈを使う従来技術による解決手段では、ｙ軸に沿った位置検出は最大で、移動経路Ｖ＝２×ＤＭ_ｙ−ＤＡ_ｙ１に亘って可能であろう。追加して設けられた４つの拡張走査検知ユニット１．２ｃ，１．２ｄ，１．２ｅ，１．２ｆを介することにより、対象物１の可能な移動経路は、ここで基準尺２．１，２．２を追加ないし大きくすることなく、移動経路Ｖ＝２×ＤＭ_ｙ−ＤＡ_ｙ２に拡大でき、その理由は図１ａから分かるように、ＤＡ_ｙ１＞ＤＡ_ｙ２が当て嵌まるからである。この移動路の拡大は、以下において図３ａ〜３ｄを使って明らかにする。

【0032】

図３ａ〜３ｄはそれぞれ、半導体を製造する装置における加工プロセスの色々な段階を示しており、そこでテーブルの位置を検出するために、本発明による第一実施形態が使用される。このプロセスの個々の段階においては、設けられている合計８つの走査検知ユニットないし拡張走査検知ユニットのうちで、それぞれ４つのみを位置検出のために使用する；従って本発明による構造の中で−図示していない−制御ユニットにより、個々の走査検知ユニットないし拡張走査検知ユニットを選択的に、位置検出のために機能させることが可能である。種々のプロセス段階でそれぞれ機能する走査検知ユニットないし拡張走査検知ユニットを、図３ａ〜３ｄにおいて破線で示している。

【0033】

図３ａは、この加工プロセスの加速ステップを示しており、そこで対象物１ないしテーブルが、第一主スライド軸ｙに沿って出来るだけ急速に左から右に、加工工具２．３を使ってウエハを加工する位置の近くに移動される。このステップでは位置検出が、内側に配設されている４つの拡張走査検知ユニットを介して行われ、それがこのステップにおいて通過しながら、図３ａ左側に配設されている基準尺２．１を走査検知する。

【0034】

図３ｂにおいては、加工位置の近くで所望する対象物位置に到達した後で、測定ステップの開始を示している。測定ステップでは同時にウエハ１．１を加工しながら、外側にある４つの走査検知ユニットを介して、対象物１の位置が高精度で検出される。外側にある４つの走査検知ユニットは、このステップで機能するようにされており、そして位置信号を生成するために二つの基準尺２．１，２．２を走査検知する。ここで外側走査検知ユニットの間隔を選択することにより確実に、二つの基準尺２．１，２．２間の突き当て箇所を通過する場合も、上位配置された制御ユニットに位置信号が常に送られる。この測定ステップにおいては内側にある４つの拡張走査検知ユニットを別の目的のために、例えば較正測定または類似測定のために使用することができる。

【0035】

図３ｃにおいては、加工プロセスの測定ステップの終了を図示している。ここでは対象物１が、第一主スライド軸ｙに沿って更に幾分右方に移動している。このステップでも高精度の位置検出が、依然として二つの基準尺２．１，２．２の上方にある４つの外側走査検知ユニットを介して行われる。４つの拡張走査検知ユニットを介して同じく、別の目的のための位置測定を行うことができる。

【0036】

最後に図３ｄは、加工プロセスの最終ブレーキステップを示しており、そこでは対象物１が更に尚、右方に移動する。このステップでは対象物１の位置が、ここで再び機能するようにされた４つの拡張走査検知ユニットを介して検出される。

【0037】

以上の加工プロセスの説明および付属の図から分かるように、本発明による構造を介することにより、この主スライド軸ｙに沿った両基準尺２．１，２．２の長さＤＭ_ｙより大きい範囲に亘って、移動経路Ｖに沿った位置検出を行うことができる。先に説明したように、本発明により結果として、増大された移動経路Ｖ＝２×ＤＭ_ｙ−ＤＡ_ｙ２が得られる。

【0038】

個々の走査検知ユニットないし拡張走査検知ユニットに対して図３ａ〜３ｄを使って説明した機能化手順の他に、本発明による構造の第一実施形態と関連して、代替の切り替え方式を加工プロセス中に実施することもできる。例えば位置測定のための図３ａによる加速プロセスにおいて、ペアの走査検知ユニットと一緒でペアの拡張走査検知ユニットを使用することもできるであろう。その場合に加速中に更に、拡張走査検知ユニット全部を位置検出のために追加接続することもあるだろう。また測定使用中に外側走査検知ユニットを使って位置を検出し、続くブレーキ中に拡張走査検知ユニットを追加接続することもあるだろう。最終的にブレーキステップの最後に、再びペアの拡張走査検知ユニットを使って、そしてペアの走査検知ユニットを使って位置検出を行うことができるだろう。概略を述べた代替方法に従ってそれぞれ最大可能な全ての走査検知ユニットを使用することは、生成された位置信号における位置ノイズの減少を更に達成するために、概ね利点のあることが分かっている。従って本発明による構造を利用するために、そして特に色々な走査検知ユニットないし拡張走査検知ユニットを機能させて利用するために、色々な変形体を実現することができる。

【実施例2】

【0039】

本発明による構造の第二実施形態を、引き続き図４を使って説明することにする。以下においては、本発明による構造の第一実施形態との基本的な違いのみを説明する。
第一実施形態に対する基本的な違いは、ここでは４つの二次元基準尺１２．１〜１２．４が、二次的な配設で設けられることにある；その４つの基準尺１２．１〜１２．４の中央に、加工工具１２．３が配置されている。第一主スライド軸ｙに沿って配設されている二つの基準尺１２．１，１２．２に加えて、更に二つの基準尺１２．３，１２．４が設けられており、それが第二主スライド軸ｘに沿って、二つの前記基準尺１２．１，１２．２に隣接して配設される。使用される４つの基準尺１２．１〜１２．４すべてが、その寸法およびそれに配設される照射回折格子に関して同一で構成されている。

【0040】

第一実施例に対する別の違いとして、ここで４つの二次元基準尺を使用するという結果により、４つの外側走査検知ユニット１１．２ａ，１１．２ｂ，１１，２ｇ，１１．２ｈおよび４つの内側拡張走査検知ユニット１１．２ｃ，１１．２ｄ，１１．２ｅ，１１．２ｆが、幾分修正して配設されている。第二対称軸Ｓ_ｘの位置が先に述べた例と同一で選択されているのに対して、第一対称軸Ｓ_ｙは正確に対象物１１の中央に位置している。これが意味することは、二つの走査検知ユニット１１．２ｂ，１１．２ｇおよび二つの拡張走査検知ユニット１１．２ｃ，１１．２ｆが、対象物１１の片側に配設されており、二つの走査検知ユニット１１．２ａ，１１．２ｈおよび二つの拡張走査検知ユニット１１．２ｄ，１１．２ｅが、対象物１１ないしテーブルの反対側に配設されていることである。従って上記で検討した間隔の条件は、第一主スライド軸ｙに沿った走査検知ユニット１１．２ａ，１１．２ｂ，１１，２ｇ，１１．２ｈと拡張走査検知ユニット１１．２ｃ，１１．２ｄ，１１．２ｅ，１１．２ｆの間隔に対して、変更なしで当て嵌まる。しかしながら、ここでは第二主スライド軸ｘに沿った間隔に対して別の条件が生じる。第二主スライド軸ｘに沿った最小間隔は、走査検知ユニット１１．２ａ，１１．２ｂ，１１，２ｇ，１１．２ｈも拡張走査検知ユニット１１．２ｃ，１１．２ｄ，１１．２ｅ，１１．２ｆも、第二主スライド軸ｘに沿った二次元基準尺１２．１〜１２．４の間隔ｄ_ｘと第二主スライド軸ｘに沿った基準尺１２．１〜１２．４の長さＤＭ_ｘの和に相当する。第二主スライド軸ｘに沿った走査検知ユニット１１．２ａ，１１．２ｂ，１１，２ｇ，１１．２ｈおよび拡張走査検知ユニット１１．２ｃ，１１．２ｄ，１１．２ｅ，１１．２ｆの間隔は、いずれの対象物位置においても基準尺１２．１〜１２．４に対して相対的に位置信号を確実に生成できることが必要な時には、上記の最小間隔より小さく選ぶことはできない。

【0041】

全体として本発明による構造のこの種の変形例では、対象物１１ないしテーブルの寸法が第二主スライド軸ｘに沿って大きくなるという結果になる。このことがそれぞれの用途で受け入れ可能であるならば、テーブルを対称的に設計し構成できることが、この実施形態の利点として得られる。このことは、全体システムの動特性に作用して利点のあることがある。

【0042】

本発明による位置測定装置ないし本発明による構造で説明した実施例の他に、本発明の範疇で勿論、更に別の構成の可能性がある。従って二番目に説明した実施形態は、第二主スライド軸ｘに沿って二次元基準尺間で間隔を設けないように変換することができる。そして二次元基準尺に、工具用に適した切り抜きを設けることになるであろう。更に、場合により使用可能な移動経路を再度拡大するために、説明した実施例で第一主スライド軸ｙに沿って一定の間隔を設けることが考えられるであろう。更に勿論、場合により４つ以上の拡張走査検知ユニットを使用すること等も可能である。

【符号の説明】

【0043】

１ 対象物
１．１ ウエハ
１．２ 走査検知ユニット、拡張走査検知ユニット、走査検知格子
２．１ 基準尺
２．２ 基準尺
２．３ 加工工具
１１ 対象物
１１．２ 走査検知ユニット、拡張走査検知ユニット
１２．１ 基準尺
１２．２ 基準尺
１２．３ 基準尺、加工工具
１２．４ 基準尺

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】