(57)【要約】  ワークピースを支持する移動装置に関する精確な測定をもつ移動装置は、光学センサ５２と、支持板アパーチャ５６を規定する支持板５４と、支持板５４に平行に配置される平面モータ５８であって、ワークピース４０を支持することが可能な第１の側面６０及び支持板５４に対向する第２の側面６２を有する平面モータ５８と、平面モータ５８上に配置される２Ｄ格子６８であって、支持板アパーチャ５６を通じて光学センサ５２と光学的に通信する２Ｄ格子６８と、を有する。
2011503529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを支持する移動装置であって、
光学センサと、
支持板アパーチャを規定する支持板と、
前記支持板と平行に配される平面モータであって、前記ワークピースを支持することが可能な第１の側面及び前記支持板に対向する第２の側面を有する平面モータと、
前記平面モータに配される２Ｄ格子であって、前記支持板アパーチャを通じて前記光学センサと光学的に通信する２Ｄ格子と、
を有する移動装置。
【請求項２】
前記光学センサが、前記ワークピース上のワーキングポイントから、前記平面モータの向こう側に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光学センサが、６自由度の光学センサである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記２Ｄ格子が、前記平面モータの第２の側面に配される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記平面モータは、モータアパーチャを規定し、前記２Ｄ格子は、前記平面モータの前記第１の側面に、前記モータアパーチャを覆って配される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記２Ｄ格子は、トランスペアレントなボディであり、前記トランスペアレントなボディの側面に格子パターンが印刷されており、前記印刷された側面は、前記平面モータの前記第１の側面から離れた側にある、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記平面モータは、トランスペアレントな部分を有し、前記２Ｄ格子は、前記トランスペアレントな部分上の前記平面モータの前記第１の側面に配される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記２Ｄ格子が、前記トランスペアレントな部分上に印刷される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記２Ｄ格子がトランスペアレントなボディであり、前記トランスペアレントなボディに格子パターンが印刷されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
３Ｄ格子を形成するために、前記２Ｄ格子に隣接して配される格子を更に有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
ワークピースを支持する移動装置であって、
複数の光学センサと、
複数の支持板アパーチャを規定する支持板と、
前記支持板に平行に配される平面モータであって、前記ワークピースを支持することが可能な第１の側面及び前記支持板に対向する第２の側面を有する平面モータと、
前記平面モータに配される２Ｄ格子であって、前記複数の支持板アパーチャを通じて前記複数の光学センサと光学的に通信する２Ｄ格子と、
を有し、前記複数の光学センサの数は、少なくとも決定的な測定数である、移動装置。
【請求項１２】
前記光学センサが、２自由度の光学センサである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記光学センサが、位置検知検出器である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記複数の光学センサの数は、前記決定的な測定数より多く、前記装置は更に、前記複数の光学センサから複数の位置情報信号を受け取り、前記複数の位置情報信号を、前記平面モータの計算される位置に変換するプロセッサを有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記プロセッサは、平均化及び位置に関する重み付けを含むグループから選択される方法によって、前記複数の位置情報信号を前記計算される位置に変換する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記２Ｄ格子は、複数の２Ｄ格子である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記２Ｄ格子は、前記平面モータの前記第２の側面に配される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記平面モータは、モータアパーチャを規定し、前記２Ｄ格子は、前記平面モータの前記第１の側面に、前記モータアパーチャを覆って配される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記２Ｄ格子がトランスペアレントなボディであり、前記トランスペアレントなボディの側面に格子パターンが印刷されており、前記印刷された側面は、前記平面モータの前記第１の側面から離れた側にある、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記平面モータは、トランスペアレントな部分を有し、前記２Ｄ格子は、前記トランスペアレントな部分上の前記平面モータの前記第１の側面に配されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項２１】
前記２Ｄ格子が、前記トランスペアレントな部分に印刷されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記２Ｄ格子が、トランスペアレントなボディであり、前記トランスペアレントなボディに格子パターンが印刷されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項２３】
３Ｄ格子を形成するために前記２Ｄ格子に隣接して配される格子を更に有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項２４】
ワークピースを支持する移動装置であって、
前記ワークピースを動かす移動手段と、
前記移動手段を支持する支持手段であって、アパーチャを規定する支持手段と、
前記アパーチャを通じて、前記移動手段に配される測定ポイントにおいて前記移動手段の並進及び回転を検知する手段と、
を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、移動装置に関し、より具体的には、正確な測定を有する移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造されるコンポーネントの増大される精度は、測定の増大される精度を必要とする。精度は、例えば半導体集積回路のような精確なコンポーネントの製造、検査及び修理において要求される。例えば、移動装置は、半導体ウェハの表面をさまざまな目的のためにさまざまな波長のビームに露出するために、半導体ウェハを移動させる。光学又は紫外（紫外線）ビームが、フォトリソグラフィのために使用されることができ、光学又は電子ビームが、検査のために使用されることができ、イオンビームが、修理のために使用されることができる。半導体ウェハの移動は、ウェハ上に生成されている又はすでに生成された微細なフィーチャにビームを位置付けるために、精確でなければならない。精確な移動は、精確な測定を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１は、従来技術により作られた移動装置の概略側面図である。移動装置２１のショートストロークキャリア２４は、ワークビーム２２に露出されるウェハ２０を支持する。ロングストロークキャリア２６は、磁石板２８に対してショートストロークキャリア２４を支持する。インターフェロメトリシステム３１は、ショートストロークキャリア２４の位置を測定する。インターフェロメータ制御ユニット３２は、ショートストロークキャリア２４の垂直な側面の測定ポイント３４上に光ビーム３０を向ける。インターフェロメータ制御ユニット３２は、インターフェロメータ制御ユニット３２と測定ポイント３４との間の距離を決定するために、反射ビーム３３を基準ビームと比較する。この距離は、ワークビーム２２がウェハ２０に当たるべきワーキングポイント２３の位置を決定するために使用される。
【０００４】
残念なことに、現在の測定システムは、多くの制限をもつ。測定ポイント３４とワーキングポイント２３との間の距離Ｘは大きく、例えばフォトリソグラフィックアプリケーションの場合には４００ミリメートルであり、これは、測定に任意の不確かさをもたらす。一般に、ウェハ２０の平面内の１ナノメートル及びウェハ２０の平面外の７ナノメートルの精度が要求される。ビーム露出、内部磁気コイル及び内部冷却によって引き起こされるショートストロークキャリア２４の小さい温度変化は、距離Ｘの大きな変化及び精度の損失をもたらす。この効果を最小限にする１つのアプローチは、例えばZerodurガラスセラミック材料のような小さい熱膨張係数を有する材料からショートストロークキャリア２４を作ることである。しかしながら、材料が高価であり重いので、これは、満足な解決策ではない。
【０００５】
上述の不利益を克服する精確な測定を有する移動装置を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの見地は、ワークピースを支持する移動装置であって、光学センサと、支持板アパーチャを規定する支持板と、支持板に平行に配置される平面モータであって、ワークピースを支持することが可能な第１の側面及び支持板に対向する第２の側面を有する平面モータと、平面モータに配置される２Ｄ格子であって、支持板アパーチャを通じて光学センサと光学的に通信する２Ｄ格子と、を有する移動装置を提供する。
【０００７】
本発明の別の見地は、ワークピースを支持する移動装置であって、複数の光学センサと、複数の支持板アパーチャを規定する支持板と、支持板に平行に配置される平面モータであって、ワークピースを支持することが可能な第１の側面及び支持板に対向する第２の側面を有する平面モータと、平面モータに配置される２Ｄ格子であって、複数の支持板アパーチャを通じて複数の光学センサと光学的に通信する２Ｄ格子と、を有する移動装置を提供することである。複数の光学センサの数は、少なくとも限定的な測定数である。
【０００８】
本発明の別の態様は、ワークピースを支持する移動装置であって、ワークピースを移動させる移動手段と、移動手段を支持する手段であって、アパーチャを規定する手段と、移動手段上に配置される測定ポイントにおいて、アパーチャを通じて、移動手段の並進及び回転を検知する手段と、を有する移動装置を提供することである。
【０００９】
本発明の前述の及び他の特徴及び利点は、添付の図面と関連して読まれる、現在好適である実施例の以下の詳細な説明から一層明らかになる。詳細な説明及び図面は、制限するものではなく、単に本発明を説明するものであり、本発明の範囲は、添付の請求項及びそれに等価なものによって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術に従って作られる移動装置の概略図。
【図２】本発明により作られる移動装置の概略図。
【図３】本発明により作られる移動装置のための支持板及び平面モータの概略図。
【図４】本発明により作られる移動装置のための支持板及び平面モータの概略図。
【図５】本発明により作られる移動装置のための支持板及び平面モータの概略図。
【図６】本発明により作られる移動装置のための支持板及び平面モータの概略図。
【図７】本発明により作られる移動装置のための光学センサ及び２Ｄ格子の概略図。
【図８】本発明により作られる移動装置のための光学センサ及び２Ｄ格子の概略図。
【図９】本発明により作られる移動装置のための光学センサ及び２Ｄ格子の概略図。
【図１０Ａ】本発明により作られる移動装置の付加の実施例の概略図。
【図１０Ｂ】本発明により作られる移動装置の付加の実施例の概略図。
【図１１】本発明により作られる移動装置の別の実施例の概略図。
【図１２Ａ】本発明により作られる移動装置の更に別の実施例の概略図。
【図１２Ｂ】本発明により作られる移動装置の更に別の実施例の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図２は、本発明により作られる移動装置の概略図である。移動装置５０は、ワークピース４０を支持することができるとともに、光学センサ５２と、支持板アパーチャ５６を規定する支持板５４と、支持板５４に平行に配置される平面モータ５８であって、ワークピース４０を支持することが可能な第１の側面６０及び支持板５４に対向する第２の側面６２を有する平面モータ５８と、平面モータ５８上に配置される２Ｄ格子６８であって、支持板アパーチャ５６を通じて光学センサ５２と光学的に通信する２Ｄ格子６８と、を有する。支持板５４は、ワークピース４０を支持する平面モータ５８を、電磁気的に支持し移動させる。光学センサ５２は、プロセッサ５３に位置情報信号５１を供給することができる。複数の光学センサ５２が使用される場合、プロセッサ５３は、複数の光学センサ５２から、複数の位置情報信号５１を受け取ることができる。
【００１２】
この例において、光学センサ５２は、ワークピース４０上のワーキングポイント７０から、平面モータ５８の向こう側に位置付けられる。平面モータ５８は、磁石を有し、支持板５４は、コイルを有する。ワーキングポイント７０は、図示されるように鋭い点であり、又はワークピース４０の表面上の幅広い面でありえる。光学センサ５２からの検知ビーム７４が２Ｄ格子６８に当たる測定ポイント７２は、ワーキングビーム７６がワークピース４０に当たるワーキングポイント７０に近く、それにより、ワーキングポイント７０の位置が、精確に決定されることができる。平面モータ５８は、一般に、厚さ２乃至５ミリメートルのレンジである。この例において、光学センサ５２は、６自由度の光学センサであり、すなわち並進の３自由度及び回転の３自由度を測定する光学センサであり、２Ｄ格子６８は、平面モータ５８の第２の側面６２上に配置される。並進の０．１ナノメートル及び回転の１マイクロラジアンの測定の反復性が、６自由度の光学センサを使用して達成されることができる。当業者であれば、正確さが２Ｄ格子の品質にも依存することが分かるであろう。一実施例において、２Ｄ格子６８は、例えばポリカーボネートで作られるボディのようなトランスペアレントなボディであり、格子パターンが、平面モータ５８の第２の側面６２に隣接する２Ｄ格子６８の側面に印刷される。このような格子パターンは、ホログラフィ、インターフェロメトリ、リソグラフィその他を使用して、印刷されることができる。別の実施例において、２以上の光学センサが使用される場合、２Ｄ格子６８は、光学センサ５２から検知ビーム７４を受け取るために、１つの大きな格子でありえ、又は平面モータ５８に関して特定のポイントに配置される複数の別個の格子でありえる。
【００１３】
ワークピース４０は、移動され精確に位置付けられる必要がある任意のワークピースでありえる。ワーキングビーム７６は、ワークピース４０に対する所望の効果を達成するために、ワーキングポイント７０においてワークピース４０に適用される。ワーキングビームの例は、可視光ビーム、紫外線（ＵＶ）ビーム、超紫外線ビーム、電子ビーム（ｅ−ビーム）、イオンビーム、その他を含む。可視光ビーム、紫外線（ＵＶ）ビーム、超紫外線ビーム、電子ビーム（ｅビーム）は、フォトリソグラフィ又は検査のために使用されることができ、イオンビームは、修理のために使用されることができる。一般に、ワークピース４０は、例えばウェハのような、薄い平坦な対象物である。一例において、ワークピースは、半導体ウェハである。別の例において、ワークピースは、プリント回路基板である。当業者であれば、ワーキングビーム７６が、図２に図示されるような鋭い点でワークピース４０と接触する必要はないことが分かるであろう。ワーキングビーム７６は、ワークピース４０の全部又は一部にわたって広がっていてもよく、従って、ワーキングポイント７０は、鋭い点でなく、ワークピース４０の表面上の幅広い面でありうる。例えば、ワークピース４０は、２６×３２ミリメートルの寸法を有するダイでありえ、ワーキングビーム７６は、完全な２６×３２ミリメートルにわたって広がることができる。
【００１４】
２Ｄ格子６８は、一致しない２方向において周期的である構造をもつ格子でありえる。このような構造の一例は、チェッカーボードパターンである。２Ｄ格子６８は、図の明確さのための実質的な厚みを有するように示されている。但し、厚みは、最小でありえる。２Ｄ格子６８は、例えば平面モータ５８に固定されるトランスペアレントなシートに印刷された格子パターンを有する該トランスペアレントなシートのような一体的な素子でありえ、又は平面モータ５８自体の一部でありえる。別の実施例において、１又は複数のＺ格子が、３Ｄ格子を形成するために、２Ｄ格子６８に隣接して配置されることができる。
【００１５】
同様の構成要素が図２と及び互いに同様の参照数字を共有する図３−図６は、本発明に従って作られる移動装置のための支持板及び平面モータの概略図である。支持板５４を通る支持板アパーチャ及び平面モータ５８上の２Ｄ格子は、図の明確さのために省略されている。国際公開第２００６／０７５２９１Ａ２号パンフレットに記述されるように、支持板５４は、ワークピースを支持する平面モータ５８を電磁気的にフロートさせるものであり、その内容は、参照によって完全にここに組み込まれる。
【００１６】
図３を参照して、移動装置５０は、磁石システム９３によって形成される第１の部分９１と、電気コイルシステム９４によって形成される第２の部分９２と、を有する。磁石は、平面モータ５８に固定され、コイルシステムは、支持板５４に固定される。第１及び第２の部分９１、９２は、互いに対して移動することができる。この例において、静止部分は、磁石を有する支持板５４であり、可動部分は、コイルを有する平面モータ５８である。
【００１７】
磁石システム９３の磁石は、Ｘ方向に平行に延在する行９７及びＹ方向に平行に延在する列９８のパターンに配置され、行の間及び列の間の間隔は同じある。各々の行９７及び各々の列９８に、第１のタイプＮ及び第２のタイプＺの磁石が、交互に配置される。第１のタイプＮの磁石は、平面モータ５８に対し直角であって、電気コイルシステム９４を有する第２の部分９２に向かう方に延びる磁化の方向を有する。第２のタイプＺの磁石は、平面モータ５８に対し直角であって、電気コイルシステム９４を有する第２の部分９２から離れるほうに延びる磁化の方向を有する。各々の行９７及び各々の列９８において、第３のタイプＨの磁石が、第１のタイプＮの磁石と第２のタイプＺの磁石の各ペアの間に配置される。列９８の間に位置する第３のタイプＨの磁石の磁化の方向は、Ｙ方向に平行であり、第１のタイプＮの隣接する磁石に向かう方に延びる。行９７の間に位置する第３のタイプＨの磁石の磁化の方向は、Ｘ方向に平行であり、同様に第１のタイプＮの隣接する磁石に向かう方に及ぶ。矢印は、磁石Ｎ、Ｚ及びＨの異なるタイプの磁化の方向を示す。
【００１８】
電気コイルシステム９４は、第１のタイプＣ１の少なくとも１つのコイルを備えており、磁石の効果的な磁界内に位置する前記コイルの電流導体９９は、Ｘ方向に対して４５°の角度を有する。電気コイルシステム９４は更に、磁石の効果的な磁界内に同様に位置する電流導体１００を有する第２のタイプＣ２の少なくとも１つのコイルを備え、電流導体１００は、Ｘ方向に対して４５°の角度を有し、第１のタイプＣ１のコイルの電流導体９９に対し垂直に延在する。ここで使用されるとき、「効果的な磁界内の電流導体」は、コイルの一部、概して電流導体の束が、磁石の磁界内に位置し、効果的なローレンツ力が、コイルの一部に及ぼされ、それによりコイルの移動を引き起こすことを意味する。
【００１９】
コイルが磁石システムにおいて移動する態様を説明するために図４を参照して、参照数字９９１、９９２及び１００１、１００２は、それぞれ磁石の磁界内に設けられるコイルＣ１及びＣ２の電流導体を表わす。電流導体９９１は、主に、文字Ｎによって示される磁石の磁界内に位置する。それらＮ磁石の磁化の方向は、上方を向く、すなわち磁石システムに対して直角であって、電流導体９９１の方を向く矢印によって示される。矢印Ｂ１は、磁界の方向を示す。電流が、矢印Ｉ１によって示される方向に電流導体９９１を通って流れるとき、力Ｆ１が、関連する矢印によって示される方向に、電流導体に及ぼされ、その結果として、電流導体は、矢印Ｆ１の方向に動き始めようとする。電流導体９９２は、Ｚで示される磁石の磁界内に主に位置する。Ｚ磁石の磁化の方向は、下方を向く、すなわち磁石システムに対して直角であって電流導体９９２から離れるほうを向く矢印Ｂ２によって示される。電流が、矢印Ｉ２に従って、すなわち電流Ｉ１と逆に、電流導体９９２を通って流れるとき、関連する矢印によって示される方向の力Ｆ２が、電流導体９９２に及ぼされ、その結果として、電流導体は、矢印Ｆ２によって示される方向に、すなわち矢印Ｆ１と同じ方向に、動き始めようとする。同じようにして、電流導体９９１及び９９２に対し直角に配置される電流導体１００１及び１００２は、Ｎ及びＺ磁石の磁界及び矢印Ｉ３及びＩ４に従う電流の影響下において、矢印Ｆ３及びＦ４によって示される方向に及ぶ力を受ける。電流導体の電流が、逆にされると、電流導体に及ぼされる力及びそれ故電流導体の移動もまた、逆にされる。力のこの相互作用は、図５にも示される。
【００２０】
図３を参照して、電流導体９９、１００の一部１０１は、第３のタイプＨの磁石の上方に及び／又は磁石がない部分、すなわち第１のタイプＮ及び第２のタイプＺの磁石の間の部分の上方に存在する。電流導体のこれらの部分は、磁界Ｂ内に位置し、磁界Ｂの平均的な方向は、Ｘ−Ｙ平面に実質的に平行に延びる。更に、図４の電流導体９９１ｃを参照されたい。図３を参照して、電流Ｉが、この電流導体を通って流れるとき、電流導体の一部１０１は、Ｘ−Ｙ平面に対して垂直な方向、すなわちＺ方向に力Ｆを受ける。磁石に対する電流の方向及び電流導体の位置に依存して、力は、磁石に向かう方又は磁石から離れる方を向く。力が、磁石から離れる方を向くとき、力は、浮上力Ｆ１と呼ばれ、すなわち、これは磁石から離れるほうに電流導体を移動させる力である。このような力は、支持板と磁石との間の支持する作用を提供するために使用されることができる。
【００２１】
第１のタイプＮ及び第２のタイプＺの磁石は、正方形の形状である。第３のタイプＨの磁石は、矩形であり、Ｈ磁石の最も長い側面１０２は、Ｎ磁石及びＺ磁石の側面１０３に接するような大きさに作られ、Ｈ磁石の最も短い側面１０４の寸法と最も長い側面１０２の寸法の間の比率は、最適化解析に従って磁石システムの単位面積当たりの磁界の最大強度を提供するために、０．２５乃至０．５０のレンジ内にありうる。
【００２２】
図５は、３つのコイルの２つの組を示しており、すなわち、電流導体９９１ａ、９９１ｂ、９９１ｃ及びリターン電流導体９９２ａ、９９２ｂ、９９２ｃを有する第１の組Ｃ１１と、電流導体９９３ａ、９９３ｂ、９９３ｃ及びリターン電流導体９９４ａ、９９４ｂ、９９４ｃを有する第２の組Ｃ２１と、を示している。コイルの両方の組は、三相電流システムによって供給される。電流導体の長手方向に見て、３つの電流導体の第１の組Ｃ１１は、３つの電流導体の第２の組Ｃ２１に対し、磁石のおよそ半分の磁極ピッチ１０６である距離１０５にわたりシフトされている。本明細書で使用される磁石の磁極ピッチ１０６は、２本の隣接する対角線の間の距離であり、２本の対角線上には、同じＮ及びＺのタイプの磁石の中心ポイント１０７及び１０８が位置する。これは、移動の間、電流キャリーコイルの両方の組に及ぼされる可変的なトルクを回避する。かかるトルクは、静止部分に対し、Ｚ軸の周囲で移動部分（磁石を有する平面モータ又は支持板）の振動移動を引き起こす。コイルの組を互いに対してシフトさせることによって、この振動効果は、実質的に低減される。この理由は、トルクは、コイルの２つ組のうちの一方に生じ、これが他方の組のトルクを補償するからである。支持板５４が移動部分である場合、振動効果は、支持板５４に振動を引き起こしうる。
【００２３】
電流導体の長さ１０９は、磁石の磁極ピッチ１０６のｋ倍にほぼ等しくなるように選択され、ここでｋは、２の倍数である。その結果、磁界の合計は、長手方向における電流導体の移動時にはほぼ一定のままであり、これにより、電流導体に及ぼされる力の変動をより小さくする。これは、コイル及び位相の数に依存しない。
【００２４】
図６Ａ及び図６Ｂは、第１の部分すなわち平面モータ５８及び第２の部分すなわち静止支持板５４を有する移動装置の横断面及び上面図をそれぞれ示している。この例において、平面モータ５８は、キャリア２１４を有し、キャリア２１４の上にミラーブロック２１２を有する。平面モータ５８は、静止支持板５４に対して移動することができる。コイル２２４が、冷却チャネル２２６を介して流体冷却されるコイルブロック２２２上に配置される。コイル２２４は、９０度オフセットされる隣接グループの向きを有する３のグループに配置される。当業者であれば、３より多い又は少ないコイルのグループのような他のコイル機構が、特定の用途のために望ましいことがありうることが分かるであろう。当業者であれば、更に、一実施例においては、コイルが支持板５４内にあり、磁石が平面モータ５８内にあり、他の実施例においては、磁石が支持板５４内にあり、コイルが平面モータ５８内にあることが分かるであろう。
【００２５】
同様の構成要素が同様の参照数字を共有する図７−図９は、本発明により作られる移動装置のための光学センサ及び２Ｄ格子の概略図である。光学センサ５２と２Ｄ格子６８との間に支持板アパーチャを有する支持板は、図の明確さのために省略されている。光学センサ５２は、ワークピースを支持する平面モータに取り付けられる２Ｄ格子６８の並進及び回転を検出する。光学センサ５２は、国際公開第２００６／０５４２５８Ａ２号パンフレットに記述されており、その内容は、参照によって完全にここに盛り込まれるものとする。当業者であれば、後述される光学センサ５２が、並進の３自由度及び回転の３自由度を測定するように動作する６自由度の光学センサであることが分かるであろう。６自由度の光学センサは、位置検知検出器を省略することによって、並進の３自由度を測定するように動作する３自由度の光学センサに変換されることができる。当業者であれば、２以上の３自由度光学センサが、ワークピースを支持する平面モータに取り付けられる２Ｄ格子６８の位置を測定するために必要とされることが分かるであろう。
【００２６】
図７Ａ及び図７Ｂは、光学センサ５２のための入射及び回折光ビームを示している。２つの入射光ビームＩが、異なる方向から２Ｄ格子６８に供給される。各々の回折ビームＤの位相は、入射ビームＩ及び回折ビームＤの間の干渉を測定することによって、個別に測定されることができる。従って、λ／４の位相シフトが、ピッチ／４（ｐ／４）の面内並進に関して、入射及び回折ビームの各ペアごとに測定され、λ／２の位相シフトが、面外並進に関して各ペアごとに測定される。面内及び面外並進を決定するために、システムは、面内及び面外並進の位相シフト寄与を区別するように構成される。面内並進は、光学的に又は他のやり方で決定されることができる。
【００２７】
図８、図９Ａ及び図９Ｂは、平面モータ（図示せず）の並進Ｔ及び回転Ｒを検出するための例示的な光学センサ５２を示しており、平面モータには２Ｄ格子６８が適用されている。光学センサ５２は、２Ｄ格子６８に、異なる方向から第１、第２及び第３の入射光ビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３を供給するために、光学ヘッド１３４を有する。第１、第２及び第３の回折光ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、それぞれ入射光ビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３から生じる。回折次数−１、０及び＋１が、回折光線Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に関して示されている。入射ビームＩ及び回折ビームＤのペアは、黒、ダークグレイ及びライトグレイで示されている。説明を明確にするために、図８に示されるビームは、同じ測定ポイント７２に生じず、それらの間に小さいオフセットをもつ３つの異なるスポットに示されている。３つのビームは、実際には、同じ測定ポイント７２に生じる。
【００２８】
光学ヘッド１３４は更に、第１の入射ビームＩ１及び第１の回折ビームＤ１、第２の入射ビームＩ２及び第２の回折ビームＤ２、及び第３の入射ビームＩ３及び第３の回折ビームＤ３を含むペアのうち少なくとも１つペアの間の位相差ΔΦを測定する手段を有する。回折次数の光学パワーが十分である限り、回折ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３のあらゆる回折次数が、位相差ΔΦを測定するために使用されることができる。ビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３の波長及び入射角並びに２Ｄ格子６８の周期ｐは、回折ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３の回折次数＋１が、光学ヘッド１３４により２Ｄ格子６８の並進Ｔを検出するために使用されるように、選択される。
【００２９】
光学センサ５２は更に、平面モータの回転Ｒを検出するために、他の次数の回折光ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３を受け取るように構成される位置検知検出器１３５、１３５'を有する。２Ｄ格子６８の回転Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚは、位置検知検出器１３５、１３５'上へのこれらの次数光の移動をもたらし、それにより、平面モータの回転が検出されることができる。平面モータが回転すると、平面モータの並進を測定するための回折ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３の位相が、１又は複数の光ビームのパス長と同様、変化しうる。従って、平面モータが大きな回転動き成分Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚを有する場合、回転が、平面モータの並進を計算するために決定されるべきである。６自由度の光学センサは、位置検知検出器を省略することによって、並進の３自由度を測定するように動作する３自由度の光学センサに変換されることができる。
【００３０】
より正確には、回折次数は、２Ｄ格子６８に関する２つの座標によって示される。第一次数は、（０，０）によって示され、ｘ方向の第一次数は、（１，０）によって示され、ｙ方向の第一次数は、（０，１）によって示される等である。この例において、他の次数（０，０）及び（−１，０）は、平面モータの回転を測定するために使用される。以下で次数０によって再び示される次数（０，０）は、回転Ｒｘ及びＲｙに対してのみ感受性があり、より高い次数、ここでは（−１，０）は、Ｒｘ、Ｒｙ及びＲｚに対して感受性がある。しかしながら、例えば（−１、−１）のような他の次数も同様に使用されることができる。以下、２つの座標による次数の標示は、明確さのために省略される。＋１次の回折ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、ゼロオフセットの再帰反射器１３６に向けられる。この再帰反射器を通過したのち、ビームＤ１、Ｄ２及びＤ３は、２回目として、２Ｄ格子６８に向けられる。回折ビームのいくつかが、光学ヘッド１３４に入射し、これらの他の回折ビームの位相は、２Ｄ格子６８の並進を検出するために測定される。
【００３１】
０次及び−１次の回折ビームは、それぞれ２次元位置検知検出器１３５及び１次元位置検知装置１３５'に入る。回折次数０のスポットの位置は、２次元位置検知検出器１３５により、２方向において測定され、−１次のビームの位置は、１次元位置検知装置１３５'により一方向において測定される。３つの位相測定及び３つのスポット位置測定が、２Ｄ格子６８の３つの並進及び３つの回転を決定するために使用される。例示的な位置検知検出器は、OPTRA, Inc.(Topsfield, Massachusetts, USA)から入手可能なNanoGrid Planar Encoder System及びDr. Johannes Heidenhain GmbH(Traunreut, Germany)から入手可能なPP 281 R Two-Coordinate Incremental Encoderである。当業者であれば、より高次元の位置検知検出器が並進のより少ない次元を測定するために使用されることができることが分かるであろう。例えば、３次元位置検知検出器は、２次元又は１次元を測定するために使用されることができ、又は２次元位置検知検出器が、１次元を測定するために使用されることができる。
【００３２】
図９Ａは、次数＋１、０及び−１のその関連する回折ビームＤ１をもつ、単一入射ビームＩ１の１つを示している。単一の入射ビームが示されているが、他の入射ビームは、明確さのために省略されている。格子周期ｐ、波長λ及び入射角は、入射面の＋１次回折ビームが２Ｄ格子６８の法線ηに沿って向くように選択される。仮想球面Ｈは、より明確に回折次数の向きを示すために図示されている。２Ｄ格子６８の十字線は、２次元回折格子の向きを示している。
【００３３】
図９Ｂは、３つの入射光ビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３を示しており、３つの光学ヘッド１３４は、３つの入射光ビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３が仮想ピラミッドＰの３つのエッジに沿うように、位置付けられ方向付けられている。図８を参照して、３つの入射ビームの入射面における＋１次回折ビームＤ１（＋１）、Ｄ２（＋ｌ）及びＤ３（＋ｌ）は、互いに平行であり、ゼロオフセット再帰反射器１３６に向けられる。これは、入射ビームが仮想ピラミッドＰのエッジに沿っているビームレイアウトに一般的である。以下でゼロオフセット再帰反射器とも呼ばれるゼロオフセット再帰反射器１３６の機能は、反射ビームが入射ビームに平行であり、更に入射ビームと一致するように、入射ビームをリダイレクトすることである。ゼロオフセット再帰反射器１３６は、キューブコーナー１３７、偏光ビームスプリッタ立方体１３８、半波長板１３９、及びフォルディングミラーとして作用するプリズム１４０を有する。通常、キューブコーナーが、再帰反射器として使用される。入射及び反射ビームは、互いに平行であるが、空間的に隔てられている。ゼロオフセット再帰反射器１３６は、入射ビームを、同じ光路に沿って２Ｄ格子６８に戻るようにリダイレクトする。入射ビームの方向又は位置が公称でない場合、入射ビーム及び反射ビームの間のオフセットはゼロでなくなる。光学ヘッド１３４の構成は、回折ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３の位相が測定される方法に依存する。測定構成は、例えば、入射光ビームの偏光を変更する波長板、光学スプリッタ及びファラデー素子のような、当分野で知られているいくつかの光学素子を含むことができる。
【００３４】
２Ｄ格子６８は、一致しない２方向において周期的である構造をもつ格子でありえる。一実施例において、２Ｄ格子６８は、チェッカーボードパターンである。別の実施例において、１又は複数のＺ格子（図示せず）が、３Ｄ格子を形成するために、２Ｄ格子６８に隣接して配置されることができる。例えば３Ｄ格子のようなマルチレイヤ格子は、平面モータ５８の回転の増大されたレンジにおける測定、及び／又は相対及び絶対測定の組み合わせを可能にする。マルチレイヤ格子は、国際公開第２００６／０５４２５５Ａ１号パンフレットに記述されており、その内容は参照によってここに盛り込まれるものとする。
【００３５】
同様の構成要素が図２と及び互いに同様の参照数字を共有する図１０Ａ−図１０Ｂは、本発明に従って作られる移動装置の付加の実施例の概略図である。２Ｄ格子は、特定用途に関する所望に応じて、平面モータ上のさまざまな位置に配置されることができる。２Ｄ格子は、ワーキングポイントと測定ポイントとの間の距離を低減するために選択されることができ、これは、ワーキングポイントを決定する際のエラーを低減する。上述された図２は、平面モータ５８の第２の側面６２に配置される２Ｄ格子を示す。当業者であれば、図２、図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるような関連する平面モータアパーチャ及びトランスペアレントな部分をもつ２Ｄ格子のさまざまな位置が、単一の光学センサ又は複数の光学センサを用いる移動装置のために使用されることができることが分かるであろう。
【００３６】
図１０Ａを参照して、平面モータ５８は、モータアパーチャ１５０を規定しており、２Ｄ格子６８は、平面モータ５８の第１の側面６０にモータアパーチャ１５０を覆って配置される。２Ｄ格子６８は、特定用途に関する所望に応じて、第１の側面６０に取り付けられることができ、又はモータアパーチャ１５０内に位置することができる。一実施例において、２Ｄ格子６８は、格子パターンを有する、ポリカーボネートで作られるボディのようなトランスペアレントなボディであり、格子パターンは、平面モータ５８の第１の側面６０から離れた側の、ワークピース４０に隣接する２Ｄ格子６８の一方の側面に印刷される。
【００３７】
図１０Ｂを参照して、平面モータ５８は、トランスペアレントな部分１５２を有し、２Ｄ格子６８は、トランスペアレントな部分１５２上の平面モータ５８の第１の側面６０に配置されている。光学センサ５２からの検知ビーム７４は、測定ポイント７２に向かいそこから戻る途中に、トランスペアレントな部分１５２を通る。一実施例において、２Ｄ格子６８は、第１の側面６０においてトランスペアレントな部分１５２に取り付けられる。別の実施例において、２Ｄ格子６８は、第１の側面６０に、トランスペアレントな部分１５２の一部として形成され、例えば、平面モータ５８のトランスペアレントな部分１５２上に印刷することによって形成され、それにより、印刷は、ワークピース４０の隣りにある。このような格子パターンは、ホログラフィ、インターフェロメトリ、リソグラフィ、その他を使用して印刷されることができる。一実施例において、トランスペアレントな部分１５２は、平面モータ５８の全体の幅にわたって延在する；すなわち、平面モータ５８は、トランスペアレントである。
【００３８】
同様の構成要素が図２と同様の参照数字を共有する図１１は、本発明により作られる移動装置の別の実施例の概略図である。この実施例において、２以上の光学センサが、付加の精度を提供するために使用される。平面モータの厚みがアッベ効果、すなわち平面モータのピッチ及びヨーから生じるエラーを打ち消すために大きい場合、付加の光学センサは、特に有用である。測定ポイント７２が、ワークピース４０上の点サイズのワーキングポイント７０から、平面モータ５８のちょうど向こう側にあるとき、アッベ効果から生じるアッベエラーは、主に、測定ポイント７２とワーキングポイント７０との間の距離、すなわち２Ｄ格子６８、平面モータ５８及びワークピース４０の組み合わされた厚みに依存する。
【００３９】
移動装置５０は、平面モータ５８上に配置された２Ｄ格子６８の動きを検出することによって、平面モータ５８の移動を決定する２つの光学センサ５２を有する。この例において、１つの光学センサ５２は、ワークピース４０上のワーキングポイント７０から平面モータ５８の向こう側に位置し、他の光学センサ５２は、ワーキングポイント７０から距離をおいた所の、平面モータ５８の向こう側に位置する。ここに規定されるように、ワーキングポイント７０と交差する、平面モータ５８の第１の側面６０に対して垂直な線が、素子又はポイントと交差しない場合、素子又はポイントは、ワーキングポイント７０から距離をおいた所の、平面モータ５８の向こう側に位置する。別の実施例において、両方の光学センサ５２は、ワーキングポイント７０から距離をおいた所の、平面モータ５８の向こう側に位置する。当業者であれば、光学センサ５２の位置が、例えば必要とされる精度、移動装置素子のジオメトリ、支持板アパーチャの配置と干渉しうる支持板内部の素子、その他のようなファクタを考慮して、特定用途に関する所望に応じて選択されうることが分かるであろう。
【００４０】
図１１に示される実施例は、２つの光学センサ５２を有する。光学センサ５２の数は、決定的な測定数として最小限に選択され、測定数は、６自由度を有する平面の位置を決定するために必要な光学センサの数としてここに規定される。決定的な測定数は、用いられる特定の光学センサの自由度に依存して変わる。一実施例において、光学センサ５２が、３の並進測定及び３の回転測定を行う６自由度の光学センサである場合、決定的な測定数は１である。別の実施例において、光学センサ５２が、各々が２の独立した並進を測定する２自由度光学センサである場合、決定的な測定数は３である。例えば、１つの光学センサは、Ｘ及びＹ並進を測定することができ、別の光学センサは、Ｙ及びＺ並進を測定することができ、更に別の光学センサは、Ｘ及びＺ並進を測定することができる。更に別の実施例において、自由度は、それぞれ異なる光学センサについて異なりうる。例えば、１つの光学センサは、Ｘ、Ｙ及びＺ並進を測定する３自由度の光学センサでありえ、別の光学センサは、Ｘ及びＹ並進を測定する２自由度光学センサでありえ、更に別の光学センサは、Ｚ並進を測定する１自由度の光学センサでありえる。当業者であれば、並進光学センサの決定的な測定数は、６の独立した並進測定を提供する光学センサの任意の数であることが分かるであろう。
【００４１】
光学センサ５２の数は更に、決定的な測定数より大きいように選択されることができる。例えば、１つの６自由度光学センサが、冗長な位置測定を提供するために、例えば６自由度光学センサ、３自由度光学センサ又は１自由度光学センサのような別の光学センサとともに使用されることができる。測定が平面モータの自由度を越え、すなわち、位置情報が過剰決定されるので、測定は、計算される位置に変換される。一実施例において、例えばＸ並進のような特定の方向における過剰決定される測定が、平均される。別の実施例において、過剰決定される測定は、位置に関して重み付けされ、例えば測定ポイントとワーキングポイントとの間の距離によって各測定が重み付けされる。光学センサ５２から位置情報信号５１を受け取るプロセッサ５３は、計算された位置への変換を実施することができる。
【００４２】
同様の構成要素が図２と同様の参照数字を共有する図１２Ａ−図１２Ｂは、本発明により作られる移動装置の更に別の実施例の概略図である。図１２Ａは、移動装置５０の側面図であり、図１２Ｂは、支持板アパーチャ５６を示す支持板５４の上面図である。この例において、ワーキングビーム７６は、ワークピース４０上に広がっており、それゆえ、ワーキングポイント７０は、ワークピース４０の表面上の幅広い面である。平面モータの厚み及び／又はワーキングポイント７０の幅広い平面が、アッベ効果、すなわち平面モータのピッチ及びヨーから生じるエラーを打ち消すために大きい場合、付加の光学センサが、特に有用である。ワークピース４０上のワーキングポイント７０が、点ではなく面である場合、特定のポイントをワーキングポイント７０の面に位置付ける際のアッベエラーは、特定のポイントと測定ポイント７２との間の距離、すなわち２Ｄ格子６８、平面モータ５８及びワークピース４０の組み合わされた厚みと、特定のポイントと測定ポイント７２との間のワーキングポイント７０の面内の距離と、の両方に依存する。
【００４３】
光学センサ５２は、特定用途に関して所望の数の自由度を有する任意の適切な光学センサでありえる。ここに規定されるように、光学センサの自由度は、光学センサが測定することができる並進及び／又は回転の独立した数である。一実施例において、光学センサは、６自由度、３自由度、２自由度、１自由度の光学センサ又はそれらの組み合わせである。例示的な６自由度が、図７−図９及び関連する文に記述されている。光学センサは、位置検知検出器でありえ、位置検知検出器は、並進の１又は複数の方向を測定することができる光学センサとしてここに規定される。例示的な位置検知検出器は、OPTRA, Inc.(Topsfield, Massachusetts, USA)から入手可能なNanoGrid Planar Encoder System及びDr. Johannes Heidenhain GmbH(Traunreut, Germany)から入手可能なPP 281 R Two-Coordinate Incremental Encoderである。
【００４４】
図１２Ａ−図１２Ｂの実施例において、３又はそれ以上の光学センサが、付加の精度を提供するために使用される。光学センサの数は、６自由度をもつ平面の位置を決定するために必要な光学センサの数としてここに規定される、少なくとも決定的な測定数である。３つの測定ポイントの間に１０センチメートルの隔たりを有する三角形の非線形パターンに配置される３つの２自由度光学センサが、並進の０．１ナノメートル及び回転の１ナノラジアンの測定反復性を達成することができる。当業者であれば、精度が２Ｄ格子の品質にも依存することを分かるであろう。光学センサ５２の数は更に、決定的な測定数より多くなるように選択されることができ、それにより、位置情報は過剰決定される。光学センサからの位置情報信号を受け取るプロセッサは、計算された位置への変換を実施することができる。
【００４５】
移動装置５０は、平面モータ５８上に配置される２Ｄ格子６８の動きを検出することによって、平面モータ５８の移動を決定する３つの光学センサ５２を有する。この例において、３つの光学センサ５２は、ワークピース４０上のワーキングポイント７０から距離をおいた所の、平面モータ５８の向こう側に位置する。ただし、所望の場合、光学センサ５２のうちの１つは、ワーキングポイント７０から平面モータ５８を横切った向こう側に位置することができる。当業者であれば、光学センサ５２の位置が、特定用途に関する所望に応じて、例えば必要とされる精度、移動装置素子のジオメトリ、支持板アパーチャの配置と干渉しうる支持板内部の素子、その他のようなファクタを考慮して、選択されうることが分かるであろう。
【００４６】
光学センサ５２は、三角形の非線形パターンに配置されるので、３自由度の光学センサが、並進及び回転を測定するために使用されることができる。多くのアプリケーションについて、システムの視野、すなわちワークピース４０の表面上のワーキングポイント７０の幅広い面、に匹敵する距離だけセンサを隔てることが十分である。例えば、リソグラフィにおいて、視野（ダイのサイズとも呼ばれる）は、多くの場合、２６×３２ミリメートルである。その場合、一般的な隔たりの距離は、３０ミリメートルである。６自由度の光学センサ又はさまざまな自由度の光学センサの混合が、使用されることもできる。付加の光学センサが、特定用途に関する所望に応じて、付加されることができる。ワーキングポイント７０が、幅広い面ではなく、鋭い点である場合、測定ポイント７２は、所望に応じて、ワーキングポイント７０の近くにあり、又はワークピース４０のエッジにありうる。
【００４７】
ここに開示される本発明の実施例が、好適なものと考えられるが、さまざまな変更及び変形が、本発明の範囲から逸脱することなく行われることができる。本発明の範囲は、添付の請求項に示されており、本発明の等価なものの意味及び範囲内にあるすべての変更は、本発明に含まれることが意図される。
【図１】
2011503529.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011503529.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011503529.tif 000007
【図６Ａ】
2011503529.tif 000008
【図６Ｂ】
2011503529.tif 000009
【図７Ａ】
2011503529.tif 000010
【図７Ｂ】
2011503529.tif 000011
【図８】
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【図９Ａ】
2011503529.tif 000013
【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
2011503529.tif 000015
【図１０Ｂ】
2011503529.tif 000016
【図１１】
2011503529.tif 000017
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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