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特表2025-503972レーザー光干渉法を用いた位置検出システム

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-06

(54)【発明の名称】レーザー光干渉法を用いた位置検出システム

(51)【国際特許分類】

G01C 3/06 20060101AFI20250130BHJP

【ＦＩ】

G01C3/06 120Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024544451

(86)(22)【出願日】2023-02-01

(85)【翻訳文提出日】2024-07-25

(86)【国際出願番号】 NL2023050044

(87)【国際公開番号】W WO2023149798

(87)【国際公開日】2023-08-10

(31)【優先権主張番号】2030825

(32)【優先日】2022-02-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520147360

【氏名又は名称】ブイディーエルイネーブリングテクノロジーズグループビー．ブイ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下賢樹

(72)【発明者】

【氏名】パティ、フランチェスコ

(72)【発明者】

【氏名】ファンデライト、ヨハネスフベルトゥスアントニウス

【テーマコード（参考）】

2F112

【Ｆターム（参考）】

2F112CA12

2F112CA13

2F112DA02

2F112DA09

2F112DA32

2F112DA40

(57)【要約】

【解決手段】本開示では、ＸＹＺ座標系に対するおよびＸＹＺ座標系内の物体の位置および変位を測定するための、レーザー光干渉法を使用する位置検出システムが与えられる。この位置検出システムは、ホルダーを備える。ホルダーは、物体の取り付け面と、Ｘ測定ミラーと、Ｙ測定ミラーと、Ｚ測定ミラーと、Ｘ光学装置と、Ｙ光学装置と、Ｚ光学装置と、を含む。取り付け面は、ＸＹＺ座標系のＸＹ平面内に方向付けられる。Ｘ光学装置と、Ｙ光学装置とおよびＺ光学装置の各々は、Ｘレーザー光ビーム、Ｙレーザー光ビームおよびＺレーザー光ビームを、それぞれのＸ測定ミラー、Ｙ測定ミラーおよびＺ測定ミラーに方向付けて照射し、それぞれのＸ測定ミラー、Ｙ測定ミラーおよびＺ測定ミラーによって反射されたＸレーザー光ビーム、Ｙレーザー光ビームまたはＺレーザー光ビームの少なくとも一部を検出して電気測定信号に変換する。電気測定信号は、少なくとも物体のＸ位置、Ｙ位置およびＺ位置に関する情報を含んでいる。物体のＺ位置を測定するために、少なくとも１つのＹレーザー光ビームは、ＸＹ平面に対して平行に方向付けられて、ＸＹ平面に垂直に配置されたＹ測定ミラーへ、およびＹ測定ミラーから照射され、少なくとも１つのＺレーザー光ビームは、ＸＹ平面に対して角度αだけ下に向けて方向付けられて、Ｚ測定ミラーへ、およびＺ測定ミラーから照射される。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＸＹＺ座標系に対するおよびＸＹＺ座標系内の物体の位置および変位を測定するための、レーザー光干渉法を使用する位置検出システムであって、
前記位置検出システムは、ホルダーを備え、
前記ホルダーは、物体の取り付け面と、Ｘ測定ミラーと、Ｙ測定ミラーと、Ｚ測定ミラーと、Ｘ光学装置と、Ｙ光学装置と、Ｚ光学装置と、を含み、
前記取り付け面は、ＸＹＺ座標系のＸＹ平面内に方向付けられ、
前記Ｘ光学装置と、前記Ｙ光学装置とおよび前記Ｚ光学装置の各々は、Ｘレーザー光ビーム、Ｙレーザー光ビームおよびＺレーザー光ビームを、それぞれの前記Ｘ測定ミラー、前記Ｙ測定ミラーおよび前記Ｚ測定ミラーに方向付けて照射し、それぞれの前記Ｘ測定ミラー、前記Ｙ測定ミラーおよび前記Ｚ測定ミラーによって反射された前記Ｘレーザー光ビーム、前記Ｙレーザー光ビームまたは前記Ｚレーザー光ビームの少なくとも一部を検出して電気測定信号に変換し、
前記電気測定信号は、少なくとも前記物体のＸ位置、Ｙ位置およびＺ位置に関する情報を含んでおり、
前記物体のＺ位置を測定するために、
少なくとも１つの前記Ｙレーザー光ビームは、ＸＹ平面に対して平行に方向付けられて、ＸＹ平面に垂直に配置された前記Ｙ測定ミラーへ、および前記Ｙ測定ミラーから照射され、
少なくとも１つの前記Ｚレーザー光ビームは、ＸＹ平面に対して角度αだけ下に向けて方向付けられて、前記Ｚ測定ミラーへ、および前記Ｚ測定ミラーから照射されることを特徴とする位置検出システム。

【請求項2】

少なくとも１つの前記Ｚレーザー光ビームは、前記Ｚ測定ミラーに対して垂直に方向付けられて、前記Ｚ測定ミラーへ、および前記Ｚ測定ミラーから照射されることを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。

【請求項3】

前記Ｘ測定ミラー、前記Ｙ測定ミラーおよび前記Ｚ測定ミラーは、前記ホルダーにのみ取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出システム。

【請求項4】

前記角度αは、５°以上４５°以下、具体的には５°以上２５°以下、より具体的には５°以上１５°以下、さらに具体的には７°であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の位置検出システム。

【請求項5】

前記Ｙ測定ミラーと前記Ｚ測定ミラーは、ＸＹ平面に垂直に配置された第１のミラー面と、前記第１のミラー面に対して角度αの方向に配置された第２のミラー面と、を含む複合ＹＺ測定ミラーを形成していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位置検出システム。

【請求項6】

前記複合ＹＺ測定ミラーは、ＸＹ平面に垂直に配置され、前記第１のミラー面に対向して前記第２のミラー面に隣接する第３のミラー面を含むことを特徴とする請求項５に記載の位置検出システム。

【請求項7】

前記ホルダーは、当該ホルダーの対向する側面に取り付けられた２つの複合ＹＺ測定ミラーを含むことを特徴とする請求項５または６に記載の位置検出システム。

【請求項8】

前記ホルダーのＸ位置を測定するために、少なくとも１つの前記Ｘレーザー光ビームは、ＸＹ平面に対して平行に方向付けられて、ＸＹ平面に垂直に配置された前記Ｘ測定ミラーへ、および前記Ｘ測定ミラーから照射されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の位置検出システム。

【請求項9】

前記ホルダーのＺ軸回りの回転位置を測定するために、ＸＹ平面内で互いに所定の距離をおいて配置された少なくとも２つのＹ光学装置を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の位置検出システム。

【請求項10】

前記ホルダーのＸ軸回りの回転位置を測定するために、ＹＺ平面内で互いに所定の距離をおいて配置された少なくとも２つのＹ光学装置を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の位置検出システム。

【請求項11】

前記ホルダーのＹ軸周りの回転位置を測定するために、互いに所定の距離をおいて配置された少なくとも２つのＺ光学装置を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の位置検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＸＹＺ座標系に対する（およびＸＹＺ座標系内の）物体の位置および変位を測定するための、レーザー光干渉法を用いた位置検出システムに関する。このシステムは、物体の取り付け面を含むホルダーを使用する。取り付け面は、ＸＹＺ座標系のＸＹ平面内に配向される。このようなレーザー光干渉法検出システムは、例えば、半導体や集積回路の製造工程に応用することができる。

【背景技術】

【0002】

高精度の位置決めおよび変位を必要とする用途、例えば半導体や集積回路の製造工程におけるウェハ基板は、レーザー光干渉法検出システムを実装している。このとき、複数の測定ミラーと、それらのミラーに向けられ、また、それらのミラーから照射されるレーザー光ビームとが、レーザー光干渉法に基づくＸＹＺ座標系内の物体の位置および変位を決定するために使用される。

【0003】

現在のレーザー光干渉法検出システムでは、このようなＸＹＺ座標系内での多自由度（ＤＯＦ）測定が可能である。しかし、これらの測定の精度は限られており、レーザー光干渉法検出システムが実装されるプロセス全体の効率に悪影響を及ぼす。

【0004】

例えば、ホルダーの寸法よりも長い変位距離またはストロークでは、複数のＤＯＦ測定値が失われる可能性がある。さらに、現在知られているアプリケーションでは、作業空間内に配置された追加の測定ミラーが実装されているため、半導体や集積回路の製造プロセスが実行される直接の近傍の作業容積が占有される。

【0005】

さらに、作業空間内で追加の測定ミラーを使用することは、作業容積を占有するだけでなく、測定ごとに追加の光反射を必要とする。従って、測定ミラーごとの表面品質に対するより高い要求、測定ミラーのより複雑な調整、および移動ホルダーのより小さい角度範囲が要求される。従って、Ｚ測定ミラーのダイナミクスは、レーザー光干渉計検出システムの全体的な性能を制限する可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示の目的は、上記の特定された問題に対する解決策を提供することにある。具体的には、縮小され簡素化された光学系を有する、従ってＸＹＺ座標系内でのホルダーの位置および／または変位の測定に関して縮小された構造寸法および改善された精度を有する、レーザー光干渉法を用いた位置検出システムを提示することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１の態様によれば、ＸＹＺ座標系に対するおよびＸＹＺ座標系内の物体の位置および変位を測定するための、レーザー光干渉法を使用する位置検出システムが与えられる。この位置検出システムは、ホルダーを備える。ホルダーは、物体の取り付け面と、Ｘ測定ミラーと、Ｙ測定ミラーと、Ｚ測定ミラーと、Ｘ光学装置と、Ｙ光学装置と、Ｚ光学装置と、を含む。取り付け面は、ＸＹＺ座標系のＸＹ平面内に方向付けられる。Ｘ光学装置と、Ｙ光学装置とおよびＺ光学装置の各々は、Ｘレーザー光ビーム、Ｙレーザー光ビームおよびＺレーザー光ビームを、それぞれのＸ測定ミラー、Ｙ測定ミラーおよびＺ測定ミラーに方向付けて照射し、それぞれのＸ測定ミラー、Ｙ測定ミラーおよびＺ測定ミラーによって反射されたＸレーザー光ビーム、Ｙレーザー光ビームまたはＺレーザー光ビームの少なくとも一部を検出して電気測定信号に変換する。電気測定信号は、少なくとも物体のＸ位置、Ｙ位置およびＺ位置に関する情報を含んでいる。物体のＺ位置を測定するために、少なくとも１つのＹレーザー光ビームは、ＸＹ平面に対して平行に方向付けられて、ＸＹ平面に垂直に配置されたＹ測定ミラーへ、およびＹ測定ミラーから照射され、少なくとも１つのＺレーザー光ビームは、ＸＹ平面に対して角度αだけ下に向けて方向付けられて、Ｚ測定ミラーへ、およびＺ測定ミラーから照射される。

【0008】

Ｙレーザー光ビームが、ＸＹ平面に対して平行に方向付けられて、ＸＹ平面に垂直に配置されたＹ測定ミラーへ、およびＹ測定ミラーから照射され、Ｚレーザー光ビームが、ＸＹ平面に対して角度αだけ下に向けて方向付けられて、Ｚ測定ミラーへ、およびＺ測定ミラーから照射されることにより、Ｚ測定用ミラーを追加する必要がなくなる。このため、位置検出システムの光学系を簡素化することができる。特に、この結果、半導体や集積回路の製造プロセスの直接の近傍における占有ワークボリュームが少なくなる。

【0009】

本開示による位置検出システムの特定の実施例では、少なくとも１つのＺレーザー光ビームは、Ｚ測定ミラーに対して垂直に方向付けられて、Ｚ測定ミラーへ、およびＺ測定ミラーから照射されてもよい。これにより、検出システムの構造寸法、特にそのＺ寸法がさらに低減される。

【0010】

本開示による好ましい実施例では、Ｘ測定ミラー、Ｙ測定ミラーおよびＺ測定ミラーは、ホルダーにのみ取り付けられていてもよい。この場合、全体的な構造が簡素化される一方、測定精度が向上する。作業スペースに追加の光学部品が取り付けられることがなく、すべての自由度測定がホルダーに取り付けられた単一のミラー反射面によって実行される。その結果、ミラー表面の厳しい表面仕上げ要件が少なくなり、コストが削減される。また、ＸＹＺの各光学素子の向きを調整するだけなので、システムの複雑な調整も不要である。さらにこの構造により、ホルダーの角度範囲を大きくすることができる。

【0011】

本開示による実施例のレーザー干渉計光学系は、Ｚレーザー光ビームに対して（実際にはすべてのＸレーザー光ビーム、Ｙレーザー光ビームおよびＺレーザー光ビームに対して）１回だけの反射を示すため、反射されたレーザー光ビームは、それぞれの光学装置センサーに、より理想的な方向（放出されたレーザー光ビームと平行な方向）に近い状態で戻ってくる。この最小限のビーム歪みにより、測定信号を失うことなく、ホルダーの角度変位は、より多くまたはより大きく許容される。先行技術のアプリケーションでは、第２のミラーが実装されており、レーザー光ビームが光学装置によって再び検出されるまでに、さらに２回のビーム反射が必要となる。そのため、両方のミラーの初期位置決め誤差が加算され、信号を失うことなくホルダーを回転させるための（角度）マージンが減少する。ホルダーの変位は主に並進であるものの、常に小さな回転を伴うことに注意されたい。複数のミラーを使用した場合、ホルダーの角度変位マージンが制限され、信号が失われる可能性がある。

【0012】

使用されるホルダーの構造寸法と所望の測定精度に応じて、ＸＹ平面に対するＺレーザー光ビームの角度αは、５°以上４５°以下、具体的には５°以上２５°以下、より具体的には５°以上１５°以下、さらに具体的には７°であってもよい。

【0013】

本開示による位置検出システムの特定の実施例では、Ｙ測定ミラーとＺ測定ミラーは、ＸＹ平面に垂直に配置された第１のミラー面と、第１のミラー面に対して角度αの方向に配置された第２のミラー面と、を含む複合ＹＺ測定ミラーを形成していてもよい。これにより、特にホルダーの構造寸法、特にその厚さまたはＺ寸法をさらに小さくすることができる。

【0014】

さらに詳細には、複合ＹＺ測定ミラーは、ＸＹ平面に垂直に配置され、第１のミラー面に対向して第２のミラー面に隣接する第３のミラー面を含んでもよい。この場合、第３のミラー面は、追加的なＹレーザー光ビームのための追加的なＹ測定ミラーとして機能することができる。そのため、ホルダーのさらなる自由度、特にその回転または傾斜を測定するために使用することができる。

【0015】

選択的に、ホルダーは、当該ホルダーの対向する側面に取り付けられた２つの複合ＹＺ測定ミラーを含んでもよい。この場合、熱膨張によるホルダーの長手方向寸法の変化を測定することも可能となる。２つのＹ光学装置によってＹレーザー光線をホルダーの対向する両側に向けて連続的に照射することにより、２つの対向するＹ寸法測定値が得られる。この２つのＹ測定値に基づいてホルダーの幅を常時測定し、熱膨張を監視することができる。従って、このような熱膨張を補正することにより、実際のＸＹＺ寸法についてさらに高い精度を得ることができる。

【0016】

本開示による有利な実施例では、Ｘ自由度の測定が可能である。この場合、少なくとも１つのＸレーザー光ビームは、ＸＹ平面に対して平行に方向付けられて、ＸＹ平面に垂直に配置されたＸ測定ミラーへ、およびＸ測定ミラーから照射されてもよい。

【0017】

Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心とした回転運動や傾斜運動など、さらなる自由度の測定も可能である。例えば、Ｚ軸周りのホルダーの回転位置を測定するために、位置検出システムは、ＸＹ平面内で互いに所定の距離をおいて配置された少なくとも２つのＹ光学装置を備えてもよい。あるいは、Ｘ軸回りの回転位置を測定するために、位置検出システムは、ＹＺ平面内で互いに所定の距離をおいて配置された少なくとも２つのＹ光学装置を備えてもよい。あるいは、Ｙ軸回りの回転位置を測定するために、位置検出システムは、互いに所定の距離をおいて配置された少なくとも２つのＺ光学装置を備えてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0018】

次に、図面を参照して本発明を説明する。

【図1A】従来技術によるレーザー光干渉法を用いた位置検出システムの一例を示す図である。

【図1B】従来技術によるレーザー光干渉法を用いた位置検出システムの一例を示す図である。

【図2A】本開示によるレーザー光干渉法を用いた位置検出システムの一例を示す図である。

【図2B】本開示によるレーザー光干渉法を用いた位置検出システムの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本開示を適切に理解するために、以下の詳細な説明において、本開示の対応する要素または部分は、図面において同一の参照数字で示される。

【0020】

（従来の技術）
高精度の位置決めおよび変位を必要とする用途、例えば半導体や集積回路の製造工程中のウェハ基板が、レーザー光干渉計検出システムを実装できることは、従来技術において知られている。複数の測定ミラーと、それらのミラーに向けられ、それらのミラーから照射されるレーザー光ビームは、レーザー光干渉法に基づいてＸＹＺ座標系内の物体の位置と変位を決定するために使用される。

【0021】

このようなレーザー光干渉法検出システムの一例を図１Ａおよび図１Ｂに示し、参照数字１０で示す。レーザー光干渉法を使用するこのような位置検出システム１０は、ＸＹＺ座標系に対する（およびＸＹＺ座標系内の）物体の位置および変位を測定することができる。一例において、対象物（図１Ａ、１Ｂには図示せず）は、半導体部品の製造のための、半導体および集積回路製造工程中のウェハ基板であってもよい。

【0022】

通常、システム１０は、対象物（ウェハ基板）を保持するためのホルダー１１を実装する。図１Ａ、１Ｂに示すように、ホルダー１１は、対象物のための取り付け面１１ａを包含し、好ましくは、そのような対象物は、取り付け面１１ａに機械加工された（または設けられた）取り付け空間１１ｂ内に収容される。ホルダー１１の取り付け面１１ａは、ＸＹＺ座標系のＸＹ平面内で、好ましくは平行に配向される。その配向は、図１Ａの隅に描かれている。

【0023】

当技術分野によるシステム１０は、さらに、参照数字１４ｘ、１４ｙおよび１４ｚで示される複数のＸ測定ミラー、Ｙ測定ミラーおよびＺ測定ミラーを備えている。光学装置１３ｘ、１３ｙ（１３ｙ－１）、および１３ｚ（１３ｚ－１）はそれぞれ、レーザー光ビーム１３ｘ’、１３ｙ－１’、および１３ｚ－１’を、それぞれのＸＹ、またはＺ測定ミラー１４ｘのうちの１つへ、および１つから照射し、かつ方向付けるように構成されている、１４ｙ、１４ｚ（１４ｚ－１／１４ｚ－２）は、ＸＹＺ座標系に対するホルダー１１（取付面１１ａ上の取付空間１１ｂに取り付けられた物体を含む）のそれぞれのＸＹＺ位置／変位（自由度、ＤＯＦ）を測定するためのものである。

【0024】

特に、それぞれのレーザー光ビームは、それぞれのＸ測定ミラー１４ｘ、Ｙ測定ミラー１４ｙおよびＺ測定ミラー１４ｚ（１４ｚ－１／１４ｚ－２）によって反射される。反射されたレーザー光ビームの少なくとも一部は、光学装置１３ｘ、１３ｙ（１３ｙ－１）および１３ｚ（１３ｚ－１）によって検出される。反射され検出されたレーザー光ビームは、少なくともＸＹＺ座標系内でのホルダー１１（および対象物）のＸＹＺ位置に関する情報を含む電気測定信号に変換される。放射および反射されたレーザー光ビームは、適切な信号処理ユニット（図示せず）を用いて、レーザー干渉法を使用してＸ位置、Ｙ位置およびＺ位置を計算するために使用される。

【0025】

【0026】

例えば、ホルダーの寸法よりも長い変位距離またはストロークでは、複数のＤＯＦ測定値が失われる。さらに、現在知られているアプリケーションでは、作業空間内に配置された追加的な光学系が実装されているため、半導体や集積回路の製造プロセスが実行される近傍の作業容積が占有される。

【0027】

図１Ａおよび図１Ｂの例では、このような追加光学部品は参照数字１２で示され、Ｚ方向から見てホルダー１１の真上に配置されている。追加光学部品１２は、測定ミラー支持体として機能する。これは、例えば半導体および集積回路製造プロセスが実行されるホルダー１１の直接近傍の作業容積を妨害する。

【0028】

図１Ｂと組み合わせて、ホルダー１１のＸＹＺ座標系に対するＺ位置およびＸＹＺ座標系内のＺ位置は、ホルダー１１に取り付けられた第１のＺ測定ミラー１４ｚ－１および追加光学系（測定ミラー支持部）１２に取り付けられた第２のＺ測定ミラー１４ｚ－２を用いて測定される。第１のＺ測定ミラー１４ｚ－１は、ＸＹ平面／取付面１１ａに関し、ホルダー１１に対して４５°の角度をなしている。一方、第２のＺ測定ミラー１４ｚ－２は、ＸＹ平面／取付面１１ａと平行であり、ホルダー１１の取付面１１ａに対向している。

【0029】

光学装置１３ｚ－１は、レーザー光干渉法検出装置１０のフレーム（図示せず）内に固定的に取り付けられる。これは、例えばレーザー発光装置として構成され、レーザー光ビーム１３ｚ－１’を生成して照射する。レーザー光ビーム１３ｚ－１’は、４５°の角度を有する第１のＺ測定ミラー１４ｚ－１に向けて照射され、光学系１２上の第２のＺ測定ミラー１４ｚ－２に向けて反射される。レーザー光ビーム１３ｚ－１’は、その後、第２のＺ測定ミラー１４ｚ－２および第１のＺ測定ミラー１４ｚ－１を経由して、光学装置１３ｚ－１に向かって反射される。レーザー干渉計を使用して、ＸＹＺ座標系に対するホルダー１１のＺ位置が、放出されたレーザー光ビームと反射されたレーザー光ビーム１３ｚ－１’（の一部）を使用して決定される。

【0030】

作業スペース内の追加光学系１２に取り付けられた追加測定ミラー１４ｚ－２の使用は、作業容積を占有することに加えて、測定ごとに追加の光反射を必要とする。従って、測定ミラー１４ｚ－１および１４ｚ－２ごとの、より高い表面品質が要求される。従って、測定ミラーの、より複雑な調整、およびホルダー１１の動きの、より小さい角度範囲が要求される。従って現在の技術水準では、Ｚ測定ミラーの動力学は、レーザー光干渉法検出システム１０の全体的な性能を制限する可能性がある。

【0031】

本開示は、上記特定された問題に対する解決策を提供することを目的とする。図２Ａ、２Ｂは、縮小され簡略化された光学系を有する、従って縮小された構造寸法を有する、レーザー光干渉法を使用した位置検出システム１００の一例を示す。これは、ＸＹＺ座標系内のホルダーの位置および／または変位の測定に関して、精度が改善されている。

【0032】

図２Ａ、２Ｂに示されるように、レーザー光干渉法を用いた位置検出システム１００は、同様に、ＸＹＺ座標系に対する（およびＸＹＺ座標系内の）物体の位置および変位を測定することができる。従来技術のシステム１０と同様に、ＸＹＺ座標系のＸＹ平面内に配向された取り付け面１１０ａを備えたホルダー１１０も実装される。ホルダー１１０の取付面１１０ａには、物体（図示せず）、例えばウェハ基板のための取付空間１１０ｂが設けられている。

【0033】

本開示による位置検出システム１００の例では、光学系は、それぞれ、１４０ｘ、１４０ｙ－１および１４０ｚで示される複数のＸ測定ミラー、Ｙ測定ミラーおよびＺ測定ミラーを含む。同様に、複数のＸＹＺ光学装置１３０ｘ、１３０ｙ－１、１３０ｙ－２、１３０ｚ－１、１３０ｚ－２が、ホルダー１１０の隣および近傍に固定的に取り付けられている。各光学装置１３０ｘ、１３０ｙ－１、１３０ｙ－２、１３０ｚ－１、１３０ｚ－２は、例えば、レーザー光ビーム放出源として構造化され、それぞれのＸＹ、またはＺレーザー光ビーム１３０ｘ’、１３０ｙ－１’、１３０ｙ－２’、１３０ｚ－１’、１３０ｚ－２’を、それぞれのＸ測定ミラー１４０ｘ、Ｙ測定ミラー１４０ｙ－１またはＺ測定ミラー１４０ｚへ、およびそれらから照射し、方向付ける。

【0034】

Ｘレーザー光ビーム１３０ｘ’、Ｙレーザー光ビーム１３０ｙ－１’、１３０ｙ－２’、およびＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’、１３０ｚ－２’の反射部分は、それぞれの光学装置１３０ｘ、１３０ｙ－１、１３０ｙ－２、１３０ｚ－１および１３０ｚ－２によって検出され、電気測定信号に変換される。先行技術のレーザー干渉計技術と同様に、電気測定信号は、ＸＹＺ座標系に対するホルダー１１０のＸＹＺ位置に関する情報を少なくとも含む。

【0035】

例えば、ＸＹＺ座標系内でのホルダー１１０のＸ自由度またはＸ位置（例えば、ｍｍ単位）の測定のために、少なくとも１つのＸ光学装置１３０ｘが実装される。この光学装置は、ＸＹ平面に対して平行なＸレーザー光ビーム１３０ｘ’を生成して照射し、Ｘ測定ミラー１４０ｘに向けて方向付ける。Ｘ測定ミラー１４０ｘは、ホルダー１１０に取り付けられ、ＸＹ平面に対して垂直に配置される。この平面は、取り付け面１１０ａによって形成される。従って、Ｘレーザー光ビーム１３０ｘ’は、Ｘ測定ミラー１４０ｘに垂直に入射し、反対方向に反射されて少なくとも１つのＸ光学装置１３０ｘに戻る。

【0036】

本開示による有利な実施例は、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、従来技術の光学系よりも複雑でない、縮小され簡略化された光学系でホルダー１１０のＺ位置（例えば、ｍｍ単位）を測定することができる。ホルダー１１０およびその上に取り付けられた対象物のＺ位置を測定するために、少なくとも１つのＹ光学装置１３０ｙ－１が使われる。このＹ光学装置１３０ｙ－１は、ＸＹ平面に平行な少なくとも１つのＹレーザー光ビーム１３０ｙ－１’を、ホルダー１１０に取り付けられ、取り付け面１１０ａによって形成されたＸＹ平面に垂直に配置されたＹ測定ミラー１４０ｙ－１に向けて照射し、方向付ける。さらに、少なくとも１つのＺ光学装置１３０ｚ－１は、対応するＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’を生成して照射する。このＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’は、Ｚ測定ミラー１４０ｚへ、およびＺ測定ミラー１４０ｚから、ＸＹ平面に対して角度αだけ下に向けられる。

【0037】

従って、角度付けされたＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’は、Ｙレーザー光ビーム１３０ｙ－１’に対して平行に向けられるのではなく、Ｙレーザー光ビーム１３０ｙ－１’に対して同じ角度αだけ下に向けて傾斜される。詳細は図２Ｂを参照されたい。

【0038】

Ｙレーザー光ビーム１３０ｙ－１’および角度付けされたＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’の両方は、それぞれのＹ光学装置１３０ｙ－１およびＺ光学装置１３０ｚ－１で反射される。ＸＹＺ座標系に対するホルダー１１０のＺ測定値（Ｚ位置、例えばｍｍ単位）は、Ｙ光学装置１３０ｙ－１およびＺ光学装置１３０ｚ－１の両方によって生成されたレーザー干渉信号の差分測定によって決定される。
Z=Y1/(sin(α)cos(α))-Z1/sin(α)+Z0
または、
ΔZ=Z-Z0=Y1/(sin(α)cos(α))-Z1/sin(α)
Ｚ０は、ＸＹＺ座標系におけるホルダー１１０の初期Ｚ位置（例えば、mm単位）である。

【0039】

Ｙレーザー光ビーム１３０ｙ－１をＸＹ平面（ホルダーの取付面１１０ａ）に平行に、ＸＹ平面／取付面１１０ａに垂直に配置されたＹ測定ミラー１４０ｙ－１に照射し、および、Ｚレーザー光ビーム１３０ｚ－１’をＸＹ平面／取付面１１０ａに対して角度αだけ下に向けて、Ｚ測定ミラー１４０ｚに、および、Ｚ測定ミラー１４０ｚから照射することにより、図１Ａおよび図１Ｂのような追加のＺ測定ミラーを省略することができる。その結果、位置検出システム１００の光学系を簡素化することができる。特に、半導体および集積回路製造プロセスの近傍における占有作業体積を低減することができる。

【0040】

図２Ｂに示すように、少なくとも１つの角度付きＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’は、Ｚ測定ミラー１４０ｚに対して垂直に、かつＺ測定ミラー１４０ｚから方向付けられる。これにより、検出システム１００の構造寸法、特にＺ寸法をさらに低減することができる。

【0041】

本開示によるシステム１００の利点の１つは、全てのＸ測定ミラー、Ｙ測定ミラーおよびＺ測定ミラーは、ホルダー１１０にのみ取り付けられる点にある。これにより、全体的な構造が簡素化され、測定精度が向上する。例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示される従来技術のように、作業空間に取り付けられた追加的な光学部品は不要である。また、全ての自由度測定は、ホルダー１１０に取り付けられた単一のミラー反射面（参照数字１５０で示される）によって実行することができ、その結果、ミラー面１４０ｙ－１および１４０ｚの厳しい表面仕上げ要件が低減され、大幅なコスト削減となる。また、いくつかのＸＹＺ光学装置の方向のみの調整が必要であるため、システム１００に対する複雑な調整も少なくて済む。さらにこの構造により、ホルダー１１０の角度範囲を大きくすることができる。

【0042】

使用されるホルダーの構造寸法および所望の測定精度に応じて、ＸＹ平面／取付面１１０ａに対する少なくとも１つの角度付きＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’の角度αは、５°以上４５°以下、具体的には５°以上２５°以下、より具体的には５°以上１５°以下、さらに具体的には７°である。

【0043】

上記で規定したように、本開示によるシステム１００の利点は、すべての自由度測定、特にＹおよびＺの自由度（両方とも例えばｍｍ単位）を測定するために、ホルダー１１０に取り付けられた単一のミラー反射面を使用する点にある。図２Ａおよび図２Ｂの例に示されるように、参照数字１５０は、第１のＹ測定ミラー１４０ｙ－１とＺ測定ミラー１４０ｚとの両方で形成される単一の複合ＹＺ測定ミラーを示す。第１のＹ測定ミラー１４０ｙ－１は、複合ＹＺ測定ミラー１５０の第１のミラー面を形成する。この第１のミラー面１４０ｙ－１は、ホルダー１１０のＸＹ平面／取付面１１０ａに対して垂直に配置される。第２の鏡面は、Ｚ測定ミラー１４０ｚを形成し、第１の鏡面１４０ｙ－１に対して角度αで方向付けられる。これにより、特にホルダー１１０の構造寸法、特にその厚さまたはＺ寸法をさらに小さくすることができる。

【0044】

図示の例では、第１のＹ測定ミラー／第１のミラー面１４０ｙ－１は、隣接する角度付きＺ測定ミラー／第２のミラー面１４０ｚよりも取付面１１０ａの近くに配置されている。

【0045】

ＸＹＺ座標系に対するホルダー１１０のＺ位置または方向は、角度付きミラー面１４０ｚ上のレーザー干渉測定と直線ミラー面１４０ｙ－１上のレーザー干渉測定との組み合わせの差分測定によって決定または測定される。

【0046】

Ｘ自由度（例えば、ｍｍ単位）が、光学装置１３０ｘおよびＸ測定ミラー１４０ｘを用いて測定されるのに対し、Ｙ自由度およびＺ自由度は、単一の光学装置１３０ｙ－１および１３０ｚ－１、並びに、Ｙレーザー光ビーム１３０ｙ－１’および角度付きＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’の両方がそれぞれのミラー面１４０ｙ－１および１４０ｚに垂直に入射する、ストレートミラー面１４０ｙ－１および角度付きミラー面１４０ｚからなる単一の複合ＹＺ測定ミラー１５０を用いて測定される。

【0047】

Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸（例えば、ψ、θ、およびφで示される）周りの回転または傾斜動作のような、追加的な３自由度が、単一の複合ＹＺ測定ミラー１５０を用いて測定され得る。例えば、Ｚ軸周りのホルダー１１０の回転位置を測定するために、位置検出システム１００は、少なくとも２つのＹ光学装置１３０ｙ－１および１３０ｙ－２、従って、既に実装されたＹ光学装置１３０ｙ－１の隣に追加されたＹ光学装置１３０ｙ－２を含む。両方のＹ光学装置１３０ｙ－１および１３０ｙ－２は、取付面１１０ａに平行な同じＸＹ平面内において、互いにある距離をおいて配置される。両方のＹ光学装置１３０ｙ－１および１３０ｙ－２は、それぞれのＹレーザー光ビーム１３０ｙ－１’および１３０ｙ－２’を、直線状の第１の測定ミラー１４０ｙ－１に向けて方向付ける。Ｚ軸まわりの任意の回転は、反射されたＹレーザー光ビーム１３０ｙ－１’上のレーザー干渉測定と、他の反射されたＹレーザー光ビーム１３０ｙ－２’上のレーザー干渉測定との差分測定によって決定または測定することができる。

【0048】

Ｘ軸周りのホルダー１１０の回転位置を測定するために、位置検出システム１００は、１３０ｙ－１（または１３０ｙ－２）および１３０ｙ－３で示される少なくとも２つのＹ光学装置を含む。従って、既に実装されたＹ光学装置１３０ｙ－１（１３０ｙ－２）の隣に、追加の第３のＹ光学装置１３０ｙ－３がある。両方のＹ光学装置１３０ｙ－１および１３０ｙ－３は、取付面１１０ａに垂直なＹＺ平面内において、互いから或る距離に配置される。両方のＹ光学装置１３０ｙ－１および１３０ｙ－３は、それぞれのＹレーザー光ビーム１３０ｙ－１’および１３０ｙ－３’を、それぞれの直線状の第１の測定ミラー１４０ｙ－１およびやはり直線状の第３の測定ミラー１４０ｙ－２に向けて方向付ける。

【0049】

本開示によるこの有利な実施例では、複合ＹＺ測定ミラー１５０は、参照数字１４０ｙ－２で示される第３のミラー面を備える。この第３のミラー面１４０ｙ－２は、ＸＹ平面／取り付け面１１０ａに対して垂直な向きで、第１のＹ測定ミラー／第１のミラー面１４０ｙ－１と平行に配置される。本開示のこの実施例では、第３のミラー面１４０ｙ－２は、第１のミラー面１４０ｙ－１に対向する第２のミラー面１４０ｚに隣接する。第３のミラー面１４０ｙ－２は、取り付け面１１０ａから最も離れて配置され、追加のＹ測定ミラー１４０ｙ－２として機能する。

【0050】

Ｘ軸周りの任意の回転は、第１のＹ測定ミラー１４０ｙ－１を介した反射Ｙレーザー光ビーム１３０ｙ－１’に対するレーザー干渉測定と、追加的なさらなるＹ測定ミラー１４０ｙ－２を介した反射Ｙレーザー光ビーム１３０ｙ－３’に対するレーザー干渉測定と、の差分測定によって決定または測定することができる。第１のＹ測定ミラー１４０ｙ－１およびさらなるＹ測定ミラー１４０ｙ－２の両方は、ＸＹ平面／取り付け面１１０ａに対して垂直な向きを有し、互いに平行である。角度付きミラー面１４０ｚは、２つのＹ測定ミラー１４０ｙ－１および１４０ｙ－２の間に配置される。

【0051】

ＹＺ測定ミラー１５０の代替例では、Ｙ測定ミラー１４０ｙ－１（第１のミラー面）とＹ測定ミラー１４０ｙ－２（第３のミラー面）の機能を逆にすることができる。Ｘ軸周りの回転を測定するため、第３のミラー面１４０ｙ－２は、取り付け面１１０ａに最も近い位置に配置される。第３のミラー面と共にＸ軸周りの回転を測定し、Ｙ位置／変位を測定し、第２のミラー面１４０ｚと共にＺ位置／変位を測定するため、第１のミラー面１４０ｙ－１は、取り付け面１１０ａから最も遠い位置に配置される。

【0052】

Ｘ軸周りの回転の正確な測定のためには、第１のＹ光学装置１３０ｙ－１および第３のＹ光学装置１３０ｙ－３は、互いにある距離をおいて配置されることが望ましい。好ましくは第２のミラー面１４０ｚが両方のミラー面１４０ｙ－１と１４０ｙ－２との間に配置される、第１のミラー面１４０ｙ－１と第３のミラー面１４０ｙ－２との間の距離についても、同じことがいえる。

【0053】

さらに、図２Ｂにおいて、第２のミラー面１４０ｚ（例えば、角度付きＺ測定ミラー１４０ｚ）の厚さは、取付面１１０ａから離れる方向に減少する（小さくなるまたは薄くなる）か、または厚さが取付面１１０ａに向かって増える（すなわち、大きくなる、または厚くなる）。しかしながらＹＺ測定ミラー１５０の別の実施例では、逆に、角度付き第２ミラー面１４０ｚは、その厚さが取付面１１０ａに向かって減っても（すなわち、小さくなっても、または薄くなっても）よい。逆にすることができる。

【0054】

最後に、ホルダー１１０のＹ軸回りの回転位置を測定するために、位置検出システム１００は、ＸＹ平面／取付面１１０ａに対して、互いから或る距離を置きつつも同じ角度の向きに配置された、少なくとも２つのＺ光学装置１３０ｚ－１および１３０ｚ－２を備える。２つのＺ光学装置１３０ｚ－１および１３０ｚ－２は、それぞれのＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’および１３０ｚ－２’を角度付き測定ミラー１４０ｚに方向付ける。Ｙ軸周りの回転は、反射されたＺレーザー光ビーム１３０ｚ－１’のレーザー干渉測定と、もう一方の反射されたＺレーザー光ビーム１３０ｚ－２’のレーザー干渉測定と、の差分測定によって測定される。

【0055】

単一の複合ＹＺ測定ミラー１５０は、５自由度（Ｙ、Ｚ、および３軸回転ψ、θ、φ）を測定するのに十分である。一方、Ｘ測定ミラー１４０ｘは、残りの６番目の自由度（Ｘ）を測定するため、ホルダー１１０は、２つの複合ＹＺ測定ミラー１５０、１５０’を含んでもよい。このとき、各複合ＹＺ測定ミラー１５０、１５０’は、ホルダー１１０の対向する側に取り付けられる。この特徴により、熱膨張によるホルダー１１０の長手方向寸法の変化を測定することもできる。Ｙレーザー光ビーム１３０ｙ－１’（または１３０ｙ－２’または１３０ｙ－３’）を、２つの対応する、しかし対向するＹ光学装置１３０ｙ－１（または１３０ｙ－２または１３０ｙ－３）により、ホルダー１１０の対向する側の２つの複合ＹＺ測定ミラー１５０、１５０’に向けて連続的に方向付けることにより、２つの対向するＹ寸法測定値が得られる。これらの２つのＹ寸法測定値に基づいて、ホルダー１１０の幅を常時測定することができるので、熱膨張を監視することができる。従って、このような熱膨張を補正することにより、実際のＸＹＺ測定値に関するさらなる精度を得ることができる。

【符号の説明】

【0056】

１０先行技術による位置検出システム
１１ホルダー
１１ａホルダー１１のＸＹ取付面
１１ｂホルダー１１の取付スペース
１２第２のＺ測定ミラー１４ｚ－２を備えた追加光学部品（ミラー支持部）（従来技術）
１３ｘＸ光学装置
１３ｙ－１／２第１／第２のＹ光学装置（従来技術）
１３ｚ－１／２第１／第２のＺ光学装置（従来技術）
１３ｘ’ Ｘレーザー光ビーム（従来技術）
１３ｙ－１’／２’ 第１／第２のＹレーザー光ビーム（従来技術）
１３ｚ－１’／２’ 第１／第２のＺレーザー光ビーム（従来技術）
１４ｘＸ測定ミラー（従来技術）
１４ｙＹ測定ミラー（従来技術）
１４ｚ－１’／２’ 第１／第２のＺ測定ミラー（従来技術）
１００本開示に係る位置検出システム
１１０ホルダー
１１０ａホルダー１１０のＸＹ取付面
１１０ｂホルダー１１０の取付スペース
１３０ｘＸ光学装置
１３０ｙ－１／２／３第１／第２／第３のＹ光学装置（本開示に係る）
１３０ｚ－１／２第１／第２のＺ光学装置（本開示に係る）
１３０ｘ’ Ｘレーザー光ビーム（本開示に係る）
１３０ｙ－１’／２’／３’ 第１／第２／第３のＹレーザー光ビーム（本開示に係る）
１３０ｚ－１’／２’ 第１／第２のＺレーザー光ビーム（本開示に係る）
１４０ｘＸ測定ミラー（本開示に係る）
１４０ｙ－１／２第１／第２のＹ測定ミラー面（本開示に係る）
１４０ｚＺ測定ミラー面（本開示に係る）
１５０／１５０’ 第１／第２のさらなる複合ＹＺ測定ミラー

【図1A】