基板検査装置
【目的】検査処理時間を短縮させる基板検査装置を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の基板検査装置１００は、基板１０１を検査する基板検査装置１００において、水平方向に移動するＸＹステージ１２１と、前記ＸＹステージ１２１上に配置され、上下方向と回転方向に移動するＺ・θステージ１２２と、基板１０１の検査面の高さ位置が、Ｚ・θステージ１２２の重心高さ位置に配置されるように基板１０１を保持する保持具１０２と、を備えたことを特徴とする。
【構成】本発明の一態様の基板検査装置１００は、基板１０１を検査する基板検査装置１００において、水平方向に移動するＸＹステージ１２１と、前記ＸＹステージ１２１上に配置され、上下方向と回転方向に移動するＺ・θステージ１２２と、基板１０１の検査面の高さ位置が、Ｚ・θステージ１２２の重心高さ位置に配置されるように基板１０１を保持する保持具１０２と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板検査装置に係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの極めて小さなパターンの欠陥を検査する装置に関する。
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができるパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。
【０００３】
ここで、上述したようなパターン描画装置で作成されたウェハやマスクのパターンには、その製作過程でさまざまな欠陥が発生することが知られている。このような欠陥は、製作された半導体素子の動作を不可能にすることだけではなく、製造の歩留まりにも大きく影響することになる。よって、最終的な製品にかかる欠陥が生じないようにするためにも、製造過程において、欠陥を検出して修正や再製作工程にまわす検査修正工程が半導体製造では重要な技術となる。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）は、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパターンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査する基板検査装置の開発も急務となってきている。
【０００５】
そこで、かかるウェハやマスク等の基板に生じた欠陥を検査検出する基板検査装置の開発が試みられている。基板検査装置では、一般に、ＸＹステージ上において、保持具で保持された基板をＸＹ方向に所定の速度で連続移動或いはステップ移動させ、かかる移動を繰り返しながらレーザー光源を用いた光学系により光学画像を得る。そして、かかる光学画像を処理しながら基板に生じた欠陥の有無を検査する。
例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ検査」や、マスクパターンを描画する時に使用した設計データとなるＣＡＤデータやＣＡＤデータを装置入力フォーマットに変換した描画データをベースに設計画像データを生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像データとを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はＸＹステージ上に載置され、ＸＹステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサー上に結像される。センサーで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。
【０００６】
ここで、上述したＸＹステージを含めたテーブル装置で、対向する２箇所の位置にそれぞれ圧電素子で光軸方向に変位させる技術が文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、θステージをエア浮上させる記載が文献に開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１２３７８７号公報
【特許文献２】特開昭５９−４６６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、基板が配置されるステージのＸ・Ｙ方向及びＺ方向の重心位置と基板の検査面の位置がかけ離れていると、ＸＹステージが走行する際の加減速の影響（加速度）が重心位置と検査面との距離分、つまりモーメント負荷となる為、基板のピッチング・ヨーイング又はローリングなどの姿勢変化に影響を与えることがある。このような複合的な原因による基板の姿勢変化を調整しようとすると検査処理に時間を費やすことになるといった問題があった。
【０００９】
また、基板の角度補正のためθステージを配置することになるが、θステージを回転させる場合に、回転中心位置への芯出し調整に時間がかかるといった問題があった。芯出し調整に時間がかかると検査処理に時間を費やすことになるといった問題があった。
また、θステージを回転させる場合には、エア浮上させる摩擦を減らした状態で回転させることが望ましいが、浮上量の調整もまた時間がかかるといった問題があった。
また、θステージの回転角度は、微小角度であるのに対して、θステージの軸受には、角度の際限を必要としないリング状の外輪が用いられていた。
【００１０】
本発明は、かかる問題点を克服し、検査処理時間を短縮させる基板検査装置を提供することを目的とする。また、他の目的として、θステージにおける微小角度の移動を効率良く支持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様の基板検査装置は、
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向と回転方向に移動するＺ・θステージと、
前記被検査基板の検査面の高さ位置が、前記Ｚ・θステージの重心高さ位置に配置されるように前記被検査基板を保持する保持部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の態様の基板検査装置は、
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
前記θステージの外周を支持し、前記Ｚステージに固定されて配置された２つの固定型軸受と、
前記θステージの外周を支持し、前記θステージの回転中心に向かって位置を調整自在に前記Ｚステージに配置された１つの調整型軸受と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の態様の基板検査装置は、
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
棒状に形成され、前記θステージに接続して前記θステージの回転を弾性変形しながら支持する弾性部材と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他の態様の基板検査装置は、
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
前記θステージの外周面に気体を吹きつけて前記θステージの回転を支持する気体軸受と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、被検査基板の姿勢の調整時間を短縮することができる。よって、被検査基板の検査処理時間を短縮することができる。また、本発明の一態様によれば、θステージにおける微小角度の駆動を効率良く支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１における基板検査装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
【図３】図２のＱ矢視図の一部を示す図である。
【図４】図２のＢ矢視図の一部を示す図である。
【図５】実施の形態２におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
【図６】図５のＡ矢視図の一部を示す図である。
【図７】図５のＳ矢視図の一部を示す図である。
【図８】実施の形態３におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
【図９】図８のＤ矢視図の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における基板検査装置の構成を示す概念図である。
図１において、基準ベースとなる定盤１２０は、設置床から除振台１１９を介して取り付けられている。定盤１２０上には、レーザー光源１１７と、反射ミラー２１１，２１２，２１３、受光器２１４といった光学系１１８が配置される。また、定盤１２０上には、ＸＹステージ１２１、及びＸＹステージ１２１の上に上下方向と回転方向に移動するＺ・θステージ１２２が搭載される。ここで、Ｚ・θステージ１２２上には、被検査基板となる基板１０１を保持する保持部の一例となる保持具１０２が搭載される。基板１０１は、図示していないローダーによって搬送され、所定の受け渡し位置で定盤１２０と別置き（又は連結）のロボットハンド１２３のチャッキング機構でチャッキングされ、ロボットハンド１２３により基板検査装置１００内の保持具１０２の所定位置に搭載配置される。言い換えれば、基板１０１は、搬送機構やロボットハンド１２３等の組み合わせによりＺ・θステージ１２２上に搬送され、ロボットハンド１２３により基板検査装置１００内の保持具１０２の保持位置となる中央部の所定位置に搭載配置される。また、保持具１０２の平面には、基板１０１の幅よりも大きな開口面の開口部が形成される。保持具１０２の開口部は、検査用の光学系のレーザー光が透過できるように、及びロボットハンド１２３の基板１０１搭載時のチャック機構動作の干渉回避ができるように設けられている。
ここで、基板検査装置１００及び基板検査システムは、クリーンルームチャンバー内に設置され、クリーン度や温度が厳しく管理された環境で使用されることが望ましい。
【００１８】
以下、基板検査装置の動作について説明する。
ＸＹステージ１２１がＺ・θステージ１２２上で保持具１０２に保持された基板１０１を水平方向（光軸方向と直交する方向）となるＸＹ方向に所定の速度で連続移動或いはステップ移動を繰り返しながら、レーザー光源１１７から照射されたレーザー光が反射ミラー２１１，２１２で反射され、基板１０１の検査位置となるパターン像を透過した後、反射ミラー２１３で反射され、受光器２１４で受光される。かかる光学系１１８により光学画像を得ることができる。そして、かかる光学画像を図示していない画像処理装置により処理することにより基板１０１に生じた欠陥の有無を検査する。
【００１９】
図２は、実施の形態１におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
図３は、図２のＱ矢視図の一部を示す図である。
ただし、各図において、縮尺等は一致させている訳ではない。
ここで、上述したＺ・θステージ１２２は、Ｚステージ１０３とθステージ１０６を有している。Ｚステージ１０３は、ＸＹステージ１２１上に配置され、中央部に開口部が形成されている。Ｚステージ１０３は、上下方向（Ｚ方向、或いは光軸方向ともいう。）に移動する。そして、θステージ１０６は、Ｚステージ１０３に形成された開口部に落とし込むように配置され、開口部の底面に配置される。θステージ１０６は、回転方向に移動する。また、θステージ１０６には、基板１０１を保持する保持具１０２が配置されている。そして、基板１０１の検査面（保持具１０２と接触する側の面）の高さ位置が、Ｚ・θステージ１２２の重心高さ位置に配置されるように保持具１０２で基板が保持される。基板１０１の検査面の高さ位置とＺ・θステージ１２２の重心高さ位置とを合わせることで、ＸＹステージ１２１が走行する際の加減速の影響（加速度）によるモーメント負荷の発生を無くす、或いは低減することができる。その結果、基板１０１のピッチング・ヨーイング又はローリングなどの姿勢変化への影響を無くす、或いは小さくすることができる。
また、ＸＹ方向についても基板１０１の検査面の中心位置とＺ・θステージ１２２の重心位置とがずれているとＸＹ平面自体に傾き成分（Ｚ方向成分）が生じている場合にモーメント負荷が生じる場合がある。そこで、高さ方向と同様に、水平方向についても、基板１０１の検査面の中心位置座標（Ｘ，Ｙ）がＺ・θステージ１２２の重心位置座標（Ｘ，Ｙ）に一致するように保持具１０２で基板１０１を保持する。ＸＹ方向についても基板１０１の検査面の中心位置とＺ・θステージ１２２の重心位置とを合わせることで、基板１０１のヨーイングなどの姿勢変化への影響をさらに無くす、或いは小さくすることができる。よって、従来、かかる姿勢変化に対応するために画像の取り込み重複幅を広げて画像を取り込む必要があったが、かかる画像の取り込み重複幅を無くす、或いは狭めることができ、検査時間を短縮することができる。
【００２０】
また、図２において、そして、ＸＹステージ１２１とＺステージ１０３間は、略均等な角度で振り分けられた３つのピエゾ（圧電素子の一例）をそれぞれ搭載した３つのアクチュエータ機構１０７（ａ，ｂ，ｃ）で接続され、Ｚステージ１０３を３箇所で上下方向に移動させる。３つのアクチュエータ機構１０７は、Ｚ・θステージ１２２の全質量を負荷できる構造で、個々に高さ調整機構を具備している。アクチュエータ機構１０７は、ピエゾを用いるためＺステージ１０３をＺ方向に微動させることができる。さらに、変芯円盤と異なりリニア駆動させることができる。さらに、３点でＺステージ１０３を駆動するため面の傾き制御（チルト調整）を容易にすることができ、基板１０１の平面度を高精度に保つことができる。また、２点でＺステージ１０３を駆動する場合には、面の傾き制御が困難となり、さらに、４点以上でＺステージ１０３を駆動する場合には、少なくとも２点以上のアクチュエータ機構１０７を駆動させなければ面制御が困難となるが、本実施の形態１のように３点でＺステージ１０３を駆動することにより、面の傾き制御ができるだけでなく面の角度によっては１点で調整することもできる。１点で調整することで制御を容易にすることができる。
【００２１】
また、基板１０１の検査面の位置変化に影響する要素として、例えば、ＸＹステージ１２１の走行精度すなわち上下動（含むピッチング）が大きいと基板１０１も同じように変化しながら移動するため光学系のオートフォーカスに多少なりとも影響をおよぼすことになる。そこで、本実施の形態のように、Ｚステージ１０３はピエゾ（圧電素子）を駆動源とし、３箇所に配置し、Ｚ・θステージ１２２の全質量を負荷しながら個々に高さ調整することで、基板１０１の上下動に追従させることができる。
【００２２】
また、図示していない引っ張りばねが、ＸＹステージ１２１とＺステージ１０３とに固定部材を介して接続され、Ｚステージ１０３をＸＹステージ１２１側へと与圧する。与圧することで、Ｚステージ１０３の浮上り防止を抑制している。引張バネはバネ力を調整できる構造を有している。その結果、アクチュエータ機構１０７の動作をＺステージ１０３に正確に伝達することができる。また、引っ張りばねで構成することで、場所をとらずに簡易な方法でＺステージ１０３に与圧を与えることができる。以上のように、アクチュエータ機構１０７の両端または片側近傍に引張バネを配置することで、Ｚ・θステージ１２２の浮上りを抑制している。
【００２３】
また、３つのピエゾ素子による各アクチュエータ機構１０７の移動によるＺステージ１０３の移動量は、例えば、３つの各アクチュエータ機構１０７近傍に３つの変位計の一例となる各マイクロセンス（静電容量型変位計）等を配置して計測すればよい。また、マイクロセンスは測定対象物と数十μｍの初期ギャップ調整が必要となるが、かかる場合にはテーパースライド型やネジ調整型などのギャップ調整機構を備えればよい。
【００２４】
また、Ｘ・Ｙ・θ方向の支持は３つの弾性ヒンジ１０８を介してＸＹステージ１２１とＺステージ１０３とに接続され、ＸＹステージ１２１とＺステージ１０３を連結している。３つの弾性ヒンジ１０８は、各アクチュエータ機構１０７の動きに合わせて弾性変形しながらＺステージ１０３を支持することができる。
【００２５】
また、Ｚステージ１０３上には基板１０１の中心を仮想中心軸として回転方向に移動するθステージ１０６が配置される。θステージ１０６は額縁形状（フレーム形状ともいう）をしていて、θステージ１０６の回転をガイドする機構として、外周に３個の軸受けを同心円で配置している。そして、３個の軸受けのうちの２個は固定型軸受１１０とし、他の１個についてはスキマ調整用として回転軸芯方向に調整機構を備えている調整型軸受１１１とすると好適である。調整型軸受１１１を用いることで回転軸芯を合わせることができる。２つの固定型軸受１１０は、θステージ１０６の外周を支持し、Ｚステージ１０３に固定されて配置される。そして、１つの調整型軸受１１１は、θステージ１０６の外周を支持し、θステージ１０６の回転中心に向かって位置を調整自在にＺステージ１０３に配置される。
【００２６】
また、θステージ１０６の回転位置合せ方法については以下のように実施される。θステージ１０６を回転させる時には空気圧にて浮上させた状態において、基板１０１の検査面に描かれているパターン領域の端から端までをＸＹステージ１２１で移動させ、Ｘ又はＹ方向の一方の走行軸に対してパターンの傾きを所定量以下に合わせ、θステージ１０６を着座させ、真空チャックで固定する。一旦回転位置合せをした後、画像で確認して良否を判断するが、ダメなときは所定精度以下に入るまで上述の動作を何度か繰返して調整する。
【００２７】
ここで、θステージ１０６の回転をガイドする機構として、固定型軸受１１０を２個、また回転軸芯方向に調整可能な調整型軸受１１１を２個として、回転軸中心に計４個を周囲に配置する構成も考えられる。しかしながら固定型２個と調整型２個の組合せの場合、互いに干渉しやすい状況が発生し、θステージ１０６回転面と接触する軸受との間にスキマが生じることがある。そのため、ＸＹステージ１２１の走行軸と基板１０１に描かれているパターン面との回転方向の位置合せをする際、θステージ１０６の回転精度が悪いと回転位置合せに時間がかかることになる。そこで、本実施の形態１のように、固定型２個と調整型１個の組合せにすることにより、互いの干渉を避けることができる。その結果、θステージ１０６回転面と接触する軸受との間のスキマを無くすことができる。
【００２８】
Ｚステージ１０３上には、ＸＹ平面上を直線方向に移動するロッド３０８を有する直線方向駆動部の一例となるθ駆動用リニアアクチュエータ１１２がθステージ１０６の外側で配置されている。θ駆動用リニアアクチュエータ１１２には、位置制御がし易いエンコーダー内蔵型を用いると好適である。
また、ロッド３０８には、弾性変形しながらロッド３０８の移動に伴う動きに合わせてθステージ１０６を回転させる弾性部材１１３が接続される。弾性部材１１３は、取り付け部材３０２を介してθステージ１０６に接続されている。弾性部材１１３を用いることで、ロッド３０８の直線方向の動きをθステージ１０６が移動する回転方向に変換することができる。言い換えれば、θステージ１０６が回転することによる起こるオフセット量を弾性構造部材１１３の変形により吸収することが可能である。
弾性部材１１３は、例えば、φ１〜２ｍｍ程度の細い棒状の線材（ワイヤー）を用いると好適である。例えば、ステンレスの線材を用いると好適である。断面が円形の線材を用いることで上下左右に同じ力で変形させることができる。そのため、θステージ１０６をスムーズに回転させることができる。また、θ駆動用リニアアクチュエータ１１２は、例えば、ロッド３０８をネジ機構により移動させる。そして、図示していない引っ張りばねでロッド３０８の移動方向に与圧を与えると好適である。与圧を与えることで、θ駆動用リニアアクチュエータ１１２のネジ機構で生じる移動方向のバックラッシュ分のガタを生じさせないようにすることができる。また、移動量のリミッターについてはリニアアクチュエータ１１２に内臓又は外部に図示していないフォトセンサーを取り付けて、かかるフォトセンサーにより制御し、原点位置についてもフォトセンサーで位置決めすればよい。
【００２９】
また、Ｚステージ１０３上には、気体（例えば、空気）を用いてθステージ１０６を上述したように浮上させるための開口部となる孔ｈが形成されている。図２では、４箇所に形成され、Ｚステージ１０３の側面から外部につながっている。さらに、Ｚステージ１０３上には、θステージ１０６を上述したように真空チャックするための開口部となるθ真空チャック溝１１４が形成されている。図２では、４箇所に形成され、Ｚステージ１０３の側面から外部につながっている。かかるθ真空チャック溝１１４から真空引きする。
【００３０】
θステージ１０６の駆動方法として、検査時はθステージ１０６下面をＺステージ１０３上面に設けられたθ真空チャック溝１１４によりＺステージ１０３上面に吸着（真空チャック）した状態（着座した状態）で検査する。また、基板１０１の回転方向の位置合せをする時にはＺステージ１０３上面に設けられた孔ｈよりθステージ１０６下面に向けて空気を吹き出し、数１０μｍ以下でＺステージ１０３上面からθステージ１０６を浮上させた状態でθ駆動用リニアアクチュエータ１１２を駆動させ、光学系の画像処理で確認しながら回転位置合せを実施する。
【００３１】
ここで、基板１０１を保持具１０２に登載する場合での基板１０１の位置決め精度やＸＹステージ１２１の検査方向の走行精度によっては、傾き精度（ヨーイング）の要素も考慮する必要が生じる。しかしながら、かかる傾き精度の要素を考慮して画像の取り込み重複幅を広げて画像を取り込むと、非常に検査時間がかかり効率の悪いといった問題が生じる。そこで、本実施の形態１のようにθステージ１０６を備えたことで、傾き精度を向上させることができる。よって、画像の取り込み重複幅を小さくすることができる。その結果、検査時間を短縮させることができる。
【００３２】
また、基板１０１を保持する保持具１０２はθステージ１０６の中央部に配置され搭載されている。保持具１０２はθステージ１０６上に設けられた複数個のピン１４２により位置決めすることができる。そして、保持具１０２は光学系のメンテナンスの際に着脱可能に配置されている。保持具１０２のほぼ中央近傍に基板１０１をロボットハンド１２３にて搭載するが、設置場所の４隅には基板１０１のズレ防止用の柔軟ブロック１３７が配置されている。図３では、柔軟ブロック１３７等は省略されている。また基板１０１を設置する面は高精度に平面出し及び高さ管理され、そこには真空チャック溝が具備されていて図２では省略した配管を介して真空引きされ、検査時には確実に真空保持され、ズレが生じないように構成している。また、保持具１０２には図示していないが「反射用光量センサー」・「透過用光量センサー」や「温度センサー」などが搭載されていると好適である。
【００３３】
また、Ｚステージ上１０３には、基板１０１の画像処理位置データを計測するために、レーザー光を用いてＸ方向とＹ方向の位置を測長するためにレーザー測長用の角棒状の反射ミラー１０４と反射ミラー１０５をＸ方向及びＹ方向に具備している。反射ミラー１０４と反射ミラー１０５の固定は図示していない弾性構造体で必要方向を支持し、ミラーにたわみが生じないように工夫をし、ＸＹステージ１２１が動作し加速度がかかっても動かないように固定されていると好適である。Ｚステージ上１０３に反射ミラー１０４と反射ミラー１０５とを配置することで、ＸＹステージ１２１に配置する場合と比べ基板位置に近いため、基板１０１面の高さとレーザー測長用の反射位置の高さとを合わせ易くすることができる。さらに、Ｚステージ上１０３に配置することで、θステージ１０６上に配置する場合にθステージ１０６が回転することにより生じる反射ミラーの角度変化を防止することができる。Ｚステージ１０３上に配置されたレーザー測長用の反射ミラー１０４と反射ミラー１０５で、検査中の基板１０１のＸＹ方向の位置をリアルタイムでデータ処理している。
【００３４】
図４は、図２のＢ矢視図の一部を示す図である。
図４では、θステージ１０６の同心円外周に１個配置している調整型軸受１１１の構成を示している。調整型軸受１１１も回転ガイド軸受けで、θステージ１０６の回転中心方向への調整が可能に構成されている。調整型軸受１１１の軸台１４６は軸と一体に形成され、Ｚステージ１０３側にネジ等で固定されるが、かかるネジを通す固定用の穴を長穴等にしておくことで回転中心方向への調整が可能に構成されている。一定の与圧をθステージ１０６の同心円外周に付加した後、軸台１４６はＺステージ１０３側に固定される。それによってθステージ１０６の外周方向の遊びを除去することができる。調整型軸受１１１の外輪３２０は、軸台１４６の軸にはめられている。固定型軸受１１０の外輪はθステージ１０６の外周円とスキマ無く接触している。但し、固定型軸受１１０と調整型軸受１１１とは共に、θステージ１０６が数十μ浮上する際には上下方向に移動可能な軸受構造を有するため、θステージ１０６の上下の負荷にはならないように滑る。
【００３５】
以上のように、Ｚ・θステージ１２２全体の重心位置と基板１０１の中心と検査面位置を一致させることにより、ＸＹステージ１２１の加減速の時のモーメント負荷を低減又は無視することができる。さらに、Ｚステージ１０３のフレームの中にθステージ１０６を落とし込む構造にすることにより、全体高さを低くすることができるので振動面でも有利である。さらに、θステージ１０６の回転ガイドを高精度なガイド機構にすることにより回転中心の芯ズレ及び遊びを最小限にすることが可能で、回転の位置合せを短時間に効率良く行なうことができる。その結果、検査時間を短縮することができる。
【００３６】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
図５において、基板検査装置１００について、Ｚ・θステージ１２２が固定型軸受１１０と調整型軸受１１１との代わりにθステージ１０６の同心円外周に４個配置している棒状の弾性ヒンジ１１５を備えた点、θステージ１０６フレームの上面にかかるように、位置決めブロック１３９をＺステージ１０３に複数個配置した点、及びＺステージ１０３に位置決めブロック１３９の内部流路に空気を供給するための流路が形成された点以外は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。よって、実施の形態２でも、実施の形態１と同様、θステージ１０６はＺステージ１０３の構造体の中に落とし込まれるような形でＺステージ１０３に形成された開口部に搭載されている。Ｚ・θステージ１２２全体の重心位置Ｘ・Ｙ・Ｚと基板１０１の検査面がほぼ一致する位置に配置されている。
【００３７】
図６は、図５のＡ矢視図の一部を示す図である。
弾性部材の一例となる棒状に形成された弾性ヒンジ１１５は、一方はθステージ１０６に、片側は取付部材１５６を介してＺステージ１０３側に固定されている。実施の形態２では、θステージ１０６を回転させるときには、Ｚステージ１０３上面に設けられた溝１１４から空気を吹き出し、θステージ１０６を空気圧にて数十μ浮上させ、外側に配置しているリニアアクチュエータ１１２と弾性部材１１３を介して連結されている状態でリニアアクチュエータ１１２を駆動させることでθステージ１０６を回転させる。θステージ１０６を着座させた後は、Ｚステージ１０３上面に設けられた孔ｈあるいは溝１１４によりＺステージ１０３上面に吸着（真空チャック）した状態（着座した状態）で固定し、検査モードに入る。棒状の弾性ヒンジ１１５は回転方向及び上下方向に柔軟に撓む構造であれば良い。弾性ヒンジ１１５は、θステージ１０６の回転を弾性変形しながら支持する。弾性ヒンジ１１５の強度は、４本の弾性ヒンジ１１５を弾性変形させた場合に弾性部材１１３が座屈しない程度の強度であればよい。材料として、例えばステンレス、チタン、アルミニウム等が好適である。また、φ１ｍｍ程度の棒材が好適である。断面が円形な棒材を用いると回転方向及び上下方向に同じ力で弾性変形するため好適である。また、ここでは、４本で支持しているが、３本でも構わない。３本にすることで部品点数を減らすことができる。或いは５本以上でも構わない。
以上のように、本実施の形態２によれば、回転ガイド軸受けを用いなくともθステージ１０６における微小角度の駆動を効率良く支持することができる。また、弾性ヒンジ１１５の弾性変形によりθステージ１０６の回転方向にテンションがかかるため、θ駆動用リニアアクチュエータ１１２に与圧を与えることができる。その結果、θ駆動用リニアアクチュエータ１１２のネジ機構で生じる移動方向のバックラッシュ分のガタを生じさせないようにすることができる。
【００３８】
図７は、図５のＳ矢視図の一部を示す図である。
上述したように、Ｚステージ１０３には、θステージ１０６の上面の一部に被さるように位置決めブロック１３９が配置される。θステージ１０６が浮上しても位置決めブロック１３９により拘束され、浮上高さ位置を制御することができる。さらに、位置決めブロック１３９の下面には、溝１５２が形成され、溝１５２からはＺステージ１０３へと続く流路１５４が形成されている。そして、Ｚステージ１０３にも流路１５４から続く流路が形成され、外部へと繋がっている。そして、Ｚステージ１０３の開口部上面に形成された溝１１４から空気を吹き出し、θステージ１０６を浮上させる場合に、位置決めブロック１３９下面の溝１５２からも空気を吹き出す。溝１５２からも空気を下向きに供給して吹き出すことによりθステージ１０６の浮上高さを制御することができる。
以上のように、本実施の形態２によれば、上下からの空気圧により所定量の浮上量を確保することができる。溝１１４用の流路と溝１５２用の流路とを別系統とすることで、エア配管系統の切り替えにより溝１１４を真空チャック機構として流用することができる。
【００３９】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
図８において、基板検査装置１００について、Ｚ・θステージ１２２が固定型軸受１１０と調整型軸受１１１との代わりにθステージ１０６の同心円外周に４個配置している静圧空気軸受ブロック１１６を備えた点、Ｚステージ１０３上面に溝１１４及び孔ｈを設けていない点、及びＺステージ１０３に静圧空気軸受ブロック１１６の内部流路に空気を供給するための流路が形成された点以外は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。よって、実施の形態３でも、実施の形態１と同様、θステージ１０６はＺステージ１０３の構造体の中に落とし込まれるような形でＺステージ１０３に形成された開口部に搭載されている。Ｚ・θステージ１２２全体の重心位置Ｘ・Ｙ・Ｚと基板１０１の検査面がほぼ一致する位置に配置されている。
【００４０】
図９は、図８のＤ矢視図の一部を示す図である。
図９において、気体軸受の一例となる静圧空気軸受ブロック１１６は、Ｚステージ１０３の開口部の底面に固定されている。そして、θステージ１０６の外周回転面及び上面とは数μｍのスキマを有した状態で配置される。そして、流路１６９を介して溝１６６からθステージ１０６の下面に向けて、流路１６８を介して溝１６４からθステージ１０６の回転する外周面に向けて、及び流路１６８を介して溝１６２からθステージ１０６の上面に向けて空気を吹付けることにより非接触な状態で浮上させることができる。そして、浮上させた状態で基板１０１の回転位置合せをし、検査時はＺステージ１０３に着座させる。そして、流路１６８と流路１６９とを別系統とすることで、流路１６９と溝１６６とをエア配管系統の切り替えにより真空チャック機構として流用することができる。そして、溝１６６を流用して流路１６９につながるエア配管系統の切り替えにより真空チャックして固定保持する。回転精度はθステージ１０６や静圧空気軸受ブロック１１６の加工精度に依存し、剛性は浮上ギャップや軸受面積及び供給空気圧力に依存するので必要条件において決定すればよい。
以上のように、静圧空気軸受ブロック１１６は、θステージ１０６の外周面に気体を吹きつけてθステージ１０６の回転を支持すると共に、θステージ１０６がＺステージ１０３から浮上する場合に、θステージ１０６の上面に空気を吹きつけることにより、浮上量を制御することができる。また、ここでは、静圧空気軸受ブロック１１６を用いて、４箇所で支持しているが、３箇所でも構わない。３箇所にすることで部品点数を減らすことができる。或いは５箇所以上でも構わない。
【００４１】
以上説明したように、上記各実施の形態によれば、基板１０１を高精度なＺ・θステージ１２２に搭載及び管理・調整することにより、無駄な検査時間を排除することにより必要最小時間で検査ができる。その結果、効率良く信頼性の高い基板検査装置を提供することができる。
【００４２】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、θステージ１０６を浮上、外周面の回転支持、或いは上面への供給による浮上量制御に用いる気体は、空気に限るものではなく、その他の気体でも構わない。例えば、窒素等でも好適である。
【００４３】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
【００４４】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての基板検査装置、基板検査方法、及びステージ機構は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４５】
１００ 基板検査装置
１０１ 基板
１０２ 保持具
１０３ Ｚステージ
１０６ θステージ
１１２ リニアアクチュエータ
１１３ 弾性部材
１１４，１５２，１６２，１６４，１６６ 溝
１１５ 弾性ヒンジ
１１６ 静圧空気軸受ブロック
１２１ ＸＹステージ
１２２ Ｚ・θステージ
１３９ 位置決めブロック
１５４，１６８，１６９ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板検査装置に係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの極めて小さなパターンの欠陥を検査する装置に関する。
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができるパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。
【０００３】
ここで、上述したようなパターン描画装置で作成されたウェハやマスクのパターンには、その製作過程でさまざまな欠陥が発生することが知られている。このような欠陥は、製作された半導体素子の動作を不可能にすることだけではなく、製造の歩留まりにも大きく影響することになる。よって、最終的な製品にかかる欠陥が生じないようにするためにも、製造過程において、欠陥を検出して修正や再製作工程にまわす検査修正工程が半導体製造では重要な技術となる。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）は、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパターンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査する基板検査装置の開発も急務となってきている。
【０００５】
そこで、かかるウェハやマスク等の基板に生じた欠陥を検査検出する基板検査装置の開発が試みられている。基板検査装置では、一般に、ＸＹステージ上において、保持具で保持された基板をＸＹ方向に所定の速度で連続移動或いはステップ移動させ、かかる移動を繰り返しながらレーザー光源を用いた光学系により光学画像を得る。そして、かかる光学画像を処理しながら基板に生じた欠陥の有無を検査する。
例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ検査」や、マスクパターンを描画する時に使用した設計データとなるＣＡＤデータやＣＡＤデータを装置入力フォーマットに変換した描画データをベースに設計画像データを生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像データとを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はＸＹステージ上に載置され、ＸＹステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサー上に結像される。センサーで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。
【０００６】
ここで、上述したＸＹステージを含めたテーブル装置で、対向する２箇所の位置にそれぞれ圧電素子で光軸方向に変位させる技術が文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、θステージをエア浮上させる記載が文献に開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１２３７８７号公報
【特許文献２】特開昭５９−４６６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、基板が配置されるステージのＸ・Ｙ方向及びＺ方向の重心位置と基板の検査面の位置がかけ離れていると、ＸＹステージが走行する際の加減速の影響（加速度）が重心位置と検査面との距離分、つまりモーメント負荷となる為、基板のピッチング・ヨーイング又はローリングなどの姿勢変化に影響を与えることがある。このような複合的な原因による基板の姿勢変化を調整しようとすると検査処理に時間を費やすことになるといった問題があった。
【０００９】
また、基板の角度補正のためθステージを配置することになるが、θステージを回転させる場合に、回転中心位置への芯出し調整に時間がかかるといった問題があった。芯出し調整に時間がかかると検査処理に時間を費やすことになるといった問題があった。
また、θステージを回転させる場合には、エア浮上させる摩擦を減らした状態で回転させることが望ましいが、浮上量の調整もまた時間がかかるといった問題があった。
また、θステージの回転角度は、微小角度であるのに対して、θステージの軸受には、角度の際限を必要としないリング状の外輪が用いられていた。
【００１０】
本発明は、かかる問題点を克服し、検査処理時間を短縮させる基板検査装置を提供することを目的とする。また、他の目的として、θステージにおける微小角度の移動を効率良く支持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様の基板検査装置は、
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向と回転方向に移動するＺ・θステージと、
前記被検査基板の検査面の高さ位置が、前記Ｚ・θステージの重心高さ位置に配置されるように前記被検査基板を保持する保持部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の態様の基板検査装置は、
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
前記θステージの外周を支持し、前記Ｚステージに固定されて配置された２つの固定型軸受と、
前記θステージの外周を支持し、前記θステージの回転中心に向かって位置を調整自在に前記Ｚステージに配置された１つの調整型軸受と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の態様の基板検査装置は、
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
棒状に形成され、前記θステージに接続して前記θステージの回転を弾性変形しながら支持する弾性部材と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他の態様の基板検査装置は、
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
前記θステージの外周面に気体を吹きつけて前記θステージの回転を支持する気体軸受と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、被検査基板の姿勢の調整時間を短縮することができる。よって、被検査基板の検査処理時間を短縮することができる。また、本発明の一態様によれば、θステージにおける微小角度の駆動を効率良く支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１における基板検査装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
【図３】図２のＱ矢視図の一部を示す図である。
【図４】図２のＢ矢視図の一部を示す図である。
【図５】実施の形態２におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
【図６】図５のＡ矢視図の一部を示す図である。
【図７】図５のＳ矢視図の一部を示す図である。
【図８】実施の形態３におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
【図９】図８のＤ矢視図の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における基板検査装置の構成を示す概念図である。
図１において、基準ベースとなる定盤１２０は、設置床から除振台１１９を介して取り付けられている。定盤１２０上には、レーザー光源１１７と、反射ミラー２１１，２１２，２１３、受光器２１４といった光学系１１８が配置される。また、定盤１２０上には、ＸＹステージ１２１、及びＸＹステージ１２１の上に上下方向と回転方向に移動するＺ・θステージ１２２が搭載される。ここで、Ｚ・θステージ１２２上には、被検査基板となる基板１０１を保持する保持部の一例となる保持具１０２が搭載される。基板１０１は、図示していないローダーによって搬送され、所定の受け渡し位置で定盤１２０と別置き（又は連結）のロボットハンド１２３のチャッキング機構でチャッキングされ、ロボットハンド１２３により基板検査装置１００内の保持具１０２の所定位置に搭載配置される。言い換えれば、基板１０１は、搬送機構やロボットハンド１２３等の組み合わせによりＺ・θステージ１２２上に搬送され、ロボットハンド１２３により基板検査装置１００内の保持具１０２の保持位置となる中央部の所定位置に搭載配置される。また、保持具１０２の平面には、基板１０１の幅よりも大きな開口面の開口部が形成される。保持具１０２の開口部は、検査用の光学系のレーザー光が透過できるように、及びロボットハンド１２３の基板１０１搭載時のチャック機構動作の干渉回避ができるように設けられている。
ここで、基板検査装置１００及び基板検査システムは、クリーンルームチャンバー内に設置され、クリーン度や温度が厳しく管理された環境で使用されることが望ましい。
【００１８】
以下、基板検査装置の動作について説明する。
ＸＹステージ１２１がＺ・θステージ１２２上で保持具１０２に保持された基板１０１を水平方向（光軸方向と直交する方向）となるＸＹ方向に所定の速度で連続移動或いはステップ移動を繰り返しながら、レーザー光源１１７から照射されたレーザー光が反射ミラー２１１，２１２で反射され、基板１０１の検査位置となるパターン像を透過した後、反射ミラー２１３で反射され、受光器２１４で受光される。かかる光学系１１８により光学画像を得ることができる。そして、かかる光学画像を図示していない画像処理装置により処理することにより基板１０１に生じた欠陥の有無を検査する。
【００１９】
図２は、実施の形態１におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
図３は、図２のＱ矢視図の一部を示す図である。
ただし、各図において、縮尺等は一致させている訳ではない。
ここで、上述したＺ・θステージ１２２は、Ｚステージ１０３とθステージ１０６を有している。Ｚステージ１０３は、ＸＹステージ１２１上に配置され、中央部に開口部が形成されている。Ｚステージ１０３は、上下方向（Ｚ方向、或いは光軸方向ともいう。）に移動する。そして、θステージ１０６は、Ｚステージ１０３に形成された開口部に落とし込むように配置され、開口部の底面に配置される。θステージ１０６は、回転方向に移動する。また、θステージ１０６には、基板１０１を保持する保持具１０２が配置されている。そして、基板１０１の検査面（保持具１０２と接触する側の面）の高さ位置が、Ｚ・θステージ１２２の重心高さ位置に配置されるように保持具１０２で基板が保持される。基板１０１の検査面の高さ位置とＺ・θステージ１２２の重心高さ位置とを合わせることで、ＸＹステージ１２１が走行する際の加減速の影響（加速度）によるモーメント負荷の発生を無くす、或いは低減することができる。その結果、基板１０１のピッチング・ヨーイング又はローリングなどの姿勢変化への影響を無くす、或いは小さくすることができる。
また、ＸＹ方向についても基板１０１の検査面の中心位置とＺ・θステージ１２２の重心位置とがずれているとＸＹ平面自体に傾き成分（Ｚ方向成分）が生じている場合にモーメント負荷が生じる場合がある。そこで、高さ方向と同様に、水平方向についても、基板１０１の検査面の中心位置座標（Ｘ，Ｙ）がＺ・θステージ１２２の重心位置座標（Ｘ，Ｙ）に一致するように保持具１０２で基板１０１を保持する。ＸＹ方向についても基板１０１の検査面の中心位置とＺ・θステージ１２２の重心位置とを合わせることで、基板１０１のヨーイングなどの姿勢変化への影響をさらに無くす、或いは小さくすることができる。よって、従来、かかる姿勢変化に対応するために画像の取り込み重複幅を広げて画像を取り込む必要があったが、かかる画像の取り込み重複幅を無くす、或いは狭めることができ、検査時間を短縮することができる。
【００２０】
また、図２において、そして、ＸＹステージ１２１とＺステージ１０３間は、略均等な角度で振り分けられた３つのピエゾ（圧電素子の一例）をそれぞれ搭載した３つのアクチュエータ機構１０７（ａ，ｂ，ｃ）で接続され、Ｚステージ１０３を３箇所で上下方向に移動させる。３つのアクチュエータ機構１０７は、Ｚ・θステージ１２２の全質量を負荷できる構造で、個々に高さ調整機構を具備している。アクチュエータ機構１０７は、ピエゾを用いるためＺステージ１０３をＺ方向に微動させることができる。さらに、変芯円盤と異なりリニア駆動させることができる。さらに、３点でＺステージ１０３を駆動するため面の傾き制御（チルト調整）を容易にすることができ、基板１０１の平面度を高精度に保つことができる。また、２点でＺステージ１０３を駆動する場合には、面の傾き制御が困難となり、さらに、４点以上でＺステージ１０３を駆動する場合には、少なくとも２点以上のアクチュエータ機構１０７を駆動させなければ面制御が困難となるが、本実施の形態１のように３点でＺステージ１０３を駆動することにより、面の傾き制御ができるだけでなく面の角度によっては１点で調整することもできる。１点で調整することで制御を容易にすることができる。
【００２１】
また、基板１０１の検査面の位置変化に影響する要素として、例えば、ＸＹステージ１２１の走行精度すなわち上下動（含むピッチング）が大きいと基板１０１も同じように変化しながら移動するため光学系のオートフォーカスに多少なりとも影響をおよぼすことになる。そこで、本実施の形態のように、Ｚステージ１０３はピエゾ（圧電素子）を駆動源とし、３箇所に配置し、Ｚ・θステージ１２２の全質量を負荷しながら個々に高さ調整することで、基板１０１の上下動に追従させることができる。
【００２２】
また、図示していない引っ張りばねが、ＸＹステージ１２１とＺステージ１０３とに固定部材を介して接続され、Ｚステージ１０３をＸＹステージ１２１側へと与圧する。与圧することで、Ｚステージ１０３の浮上り防止を抑制している。引張バネはバネ力を調整できる構造を有している。その結果、アクチュエータ機構１０７の動作をＺステージ１０３に正確に伝達することができる。また、引っ張りばねで構成することで、場所をとらずに簡易な方法でＺステージ１０３に与圧を与えることができる。以上のように、アクチュエータ機構１０７の両端または片側近傍に引張バネを配置することで、Ｚ・θステージ１２２の浮上りを抑制している。
【００２３】
また、３つのピエゾ素子による各アクチュエータ機構１０７の移動によるＺステージ１０３の移動量は、例えば、３つの各アクチュエータ機構１０７近傍に３つの変位計の一例となる各マイクロセンス（静電容量型変位計）等を配置して計測すればよい。また、マイクロセンスは測定対象物と数十μｍの初期ギャップ調整が必要となるが、かかる場合にはテーパースライド型やネジ調整型などのギャップ調整機構を備えればよい。
【００２４】
また、Ｘ・Ｙ・θ方向の支持は３つの弾性ヒンジ１０８を介してＸＹステージ１２１とＺステージ１０３とに接続され、ＸＹステージ１２１とＺステージ１０３を連結している。３つの弾性ヒンジ１０８は、各アクチュエータ機構１０７の動きに合わせて弾性変形しながらＺステージ１０３を支持することができる。
【００２５】
また、Ｚステージ１０３上には基板１０１の中心を仮想中心軸として回転方向に移動するθステージ１０６が配置される。θステージ１０６は額縁形状（フレーム形状ともいう）をしていて、θステージ１０６の回転をガイドする機構として、外周に３個の軸受けを同心円で配置している。そして、３個の軸受けのうちの２個は固定型軸受１１０とし、他の１個についてはスキマ調整用として回転軸芯方向に調整機構を備えている調整型軸受１１１とすると好適である。調整型軸受１１１を用いることで回転軸芯を合わせることができる。２つの固定型軸受１１０は、θステージ１０６の外周を支持し、Ｚステージ１０３に固定されて配置される。そして、１つの調整型軸受１１１は、θステージ１０６の外周を支持し、θステージ１０６の回転中心に向かって位置を調整自在にＺステージ１０３に配置される。
【００２６】
また、θステージ１０６の回転位置合せ方法については以下のように実施される。θステージ１０６を回転させる時には空気圧にて浮上させた状態において、基板１０１の検査面に描かれているパターン領域の端から端までをＸＹステージ１２１で移動させ、Ｘ又はＹ方向の一方の走行軸に対してパターンの傾きを所定量以下に合わせ、θステージ１０６を着座させ、真空チャックで固定する。一旦回転位置合せをした後、画像で確認して良否を判断するが、ダメなときは所定精度以下に入るまで上述の動作を何度か繰返して調整する。
【００２７】
ここで、θステージ１０６の回転をガイドする機構として、固定型軸受１１０を２個、また回転軸芯方向に調整可能な調整型軸受１１１を２個として、回転軸中心に計４個を周囲に配置する構成も考えられる。しかしながら固定型２個と調整型２個の組合せの場合、互いに干渉しやすい状況が発生し、θステージ１０６回転面と接触する軸受との間にスキマが生じることがある。そのため、ＸＹステージ１２１の走行軸と基板１０１に描かれているパターン面との回転方向の位置合せをする際、θステージ１０６の回転精度が悪いと回転位置合せに時間がかかることになる。そこで、本実施の形態１のように、固定型２個と調整型１個の組合せにすることにより、互いの干渉を避けることができる。その結果、θステージ１０６回転面と接触する軸受との間のスキマを無くすことができる。
【００２８】
Ｚステージ１０３上には、ＸＹ平面上を直線方向に移動するロッド３０８を有する直線方向駆動部の一例となるθ駆動用リニアアクチュエータ１１２がθステージ１０６の外側で配置されている。θ駆動用リニアアクチュエータ１１２には、位置制御がし易いエンコーダー内蔵型を用いると好適である。
また、ロッド３０８には、弾性変形しながらロッド３０８の移動に伴う動きに合わせてθステージ１０６を回転させる弾性部材１１３が接続される。弾性部材１１３は、取り付け部材３０２を介してθステージ１０６に接続されている。弾性部材１１３を用いることで、ロッド３０８の直線方向の動きをθステージ１０６が移動する回転方向に変換することができる。言い換えれば、θステージ１０６が回転することによる起こるオフセット量を弾性構造部材１１３の変形により吸収することが可能である。
弾性部材１１３は、例えば、φ１〜２ｍｍ程度の細い棒状の線材（ワイヤー）を用いると好適である。例えば、ステンレスの線材を用いると好適である。断面が円形の線材を用いることで上下左右に同じ力で変形させることができる。そのため、θステージ１０６をスムーズに回転させることができる。また、θ駆動用リニアアクチュエータ１１２は、例えば、ロッド３０８をネジ機構により移動させる。そして、図示していない引っ張りばねでロッド３０８の移動方向に与圧を与えると好適である。与圧を与えることで、θ駆動用リニアアクチュエータ１１２のネジ機構で生じる移動方向のバックラッシュ分のガタを生じさせないようにすることができる。また、移動量のリミッターについてはリニアアクチュエータ１１２に内臓又は外部に図示していないフォトセンサーを取り付けて、かかるフォトセンサーにより制御し、原点位置についてもフォトセンサーで位置決めすればよい。
【００２９】
また、Ｚステージ１０３上には、気体（例えば、空気）を用いてθステージ１０６を上述したように浮上させるための開口部となる孔ｈが形成されている。図２では、４箇所に形成され、Ｚステージ１０３の側面から外部につながっている。さらに、Ｚステージ１０３上には、θステージ１０６を上述したように真空チャックするための開口部となるθ真空チャック溝１１４が形成されている。図２では、４箇所に形成され、Ｚステージ１０３の側面から外部につながっている。かかるθ真空チャック溝１１４から真空引きする。
【００３０】
θステージ１０６の駆動方法として、検査時はθステージ１０６下面をＺステージ１０３上面に設けられたθ真空チャック溝１１４によりＺステージ１０３上面に吸着（真空チャック）した状態（着座した状態）で検査する。また、基板１０１の回転方向の位置合せをする時にはＺステージ１０３上面に設けられた孔ｈよりθステージ１０６下面に向けて空気を吹き出し、数１０μｍ以下でＺステージ１０３上面からθステージ１０６を浮上させた状態でθ駆動用リニアアクチュエータ１１２を駆動させ、光学系の画像処理で確認しながら回転位置合せを実施する。
【００３１】
ここで、基板１０１を保持具１０２に登載する場合での基板１０１の位置決め精度やＸＹステージ１２１の検査方向の走行精度によっては、傾き精度（ヨーイング）の要素も考慮する必要が生じる。しかしながら、かかる傾き精度の要素を考慮して画像の取り込み重複幅を広げて画像を取り込むと、非常に検査時間がかかり効率の悪いといった問題が生じる。そこで、本実施の形態１のようにθステージ１０６を備えたことで、傾き精度を向上させることができる。よって、画像の取り込み重複幅を小さくすることができる。その結果、検査時間を短縮させることができる。
【００３２】
また、基板１０１を保持する保持具１０２はθステージ１０６の中央部に配置され搭載されている。保持具１０２はθステージ１０６上に設けられた複数個のピン１４２により位置決めすることができる。そして、保持具１０２は光学系のメンテナンスの際に着脱可能に配置されている。保持具１０２のほぼ中央近傍に基板１０１をロボットハンド１２３にて搭載するが、設置場所の４隅には基板１０１のズレ防止用の柔軟ブロック１３７が配置されている。図３では、柔軟ブロック１３７等は省略されている。また基板１０１を設置する面は高精度に平面出し及び高さ管理され、そこには真空チャック溝が具備されていて図２では省略した配管を介して真空引きされ、検査時には確実に真空保持され、ズレが生じないように構成している。また、保持具１０２には図示していないが「反射用光量センサー」・「透過用光量センサー」や「温度センサー」などが搭載されていると好適である。
【００３３】
また、Ｚステージ上１０３には、基板１０１の画像処理位置データを計測するために、レーザー光を用いてＸ方向とＹ方向の位置を測長するためにレーザー測長用の角棒状の反射ミラー１０４と反射ミラー１０５をＸ方向及びＹ方向に具備している。反射ミラー１０４と反射ミラー１０５の固定は図示していない弾性構造体で必要方向を支持し、ミラーにたわみが生じないように工夫をし、ＸＹステージ１２１が動作し加速度がかかっても動かないように固定されていると好適である。Ｚステージ上１０３に反射ミラー１０４と反射ミラー１０５とを配置することで、ＸＹステージ１２１に配置する場合と比べ基板位置に近いため、基板１０１面の高さとレーザー測長用の反射位置の高さとを合わせ易くすることができる。さらに、Ｚステージ上１０３に配置することで、θステージ１０６上に配置する場合にθステージ１０６が回転することにより生じる反射ミラーの角度変化を防止することができる。Ｚステージ１０３上に配置されたレーザー測長用の反射ミラー１０４と反射ミラー１０５で、検査中の基板１０１のＸＹ方向の位置をリアルタイムでデータ処理している。
【００３４】
図４は、図２のＢ矢視図の一部を示す図である。
図４では、θステージ１０６の同心円外周に１個配置している調整型軸受１１１の構成を示している。調整型軸受１１１も回転ガイド軸受けで、θステージ１０６の回転中心方向への調整が可能に構成されている。調整型軸受１１１の軸台１４６は軸と一体に形成され、Ｚステージ１０３側にネジ等で固定されるが、かかるネジを通す固定用の穴を長穴等にしておくことで回転中心方向への調整が可能に構成されている。一定の与圧をθステージ１０６の同心円外周に付加した後、軸台１４６はＺステージ１０３側に固定される。それによってθステージ１０６の外周方向の遊びを除去することができる。調整型軸受１１１の外輪３２０は、軸台１４６の軸にはめられている。固定型軸受１１０の外輪はθステージ１０６の外周円とスキマ無く接触している。但し、固定型軸受１１０と調整型軸受１１１とは共に、θステージ１０６が数十μ浮上する際には上下方向に移動可能な軸受構造を有するため、θステージ１０６の上下の負荷にはならないように滑る。
【００３５】
以上のように、Ｚ・θステージ１２２全体の重心位置と基板１０１の中心と検査面位置を一致させることにより、ＸＹステージ１２１の加減速の時のモーメント負荷を低減又は無視することができる。さらに、Ｚステージ１０３のフレームの中にθステージ１０６を落とし込む構造にすることにより、全体高さを低くすることができるので振動面でも有利である。さらに、θステージ１０６の回転ガイドを高精度なガイド機構にすることにより回転中心の芯ズレ及び遊びを最小限にすることが可能で、回転の位置合せを短時間に効率良く行なうことができる。その結果、検査時間を短縮することができる。
【００３６】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
図５において、基板検査装置１００について、Ｚ・θステージ１２２が固定型軸受１１０と調整型軸受１１１との代わりにθステージ１０６の同心円外周に４個配置している棒状の弾性ヒンジ１１５を備えた点、θステージ１０６フレームの上面にかかるように、位置決めブロック１３９をＺステージ１０３に複数個配置した点、及びＺステージ１０３に位置決めブロック１３９の内部流路に空気を供給するための流路が形成された点以外は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。よって、実施の形態２でも、実施の形態１と同様、θステージ１０６はＺステージ１０３の構造体の中に落とし込まれるような形でＺステージ１０３に形成された開口部に搭載されている。Ｚ・θステージ１２２全体の重心位置Ｘ・Ｙ・Ｚと基板１０１の検査面がほぼ一致する位置に配置されている。
【００３７】
図６は、図５のＡ矢視図の一部を示す図である。
弾性部材の一例となる棒状に形成された弾性ヒンジ１１５は、一方はθステージ１０６に、片側は取付部材１５６を介してＺステージ１０３側に固定されている。実施の形態２では、θステージ１０６を回転させるときには、Ｚステージ１０３上面に設けられた溝１１４から空気を吹き出し、θステージ１０６を空気圧にて数十μ浮上させ、外側に配置しているリニアアクチュエータ１１２と弾性部材１１３を介して連結されている状態でリニアアクチュエータ１１２を駆動させることでθステージ１０６を回転させる。θステージ１０６を着座させた後は、Ｚステージ１０３上面に設けられた孔ｈあるいは溝１１４によりＺステージ１０３上面に吸着（真空チャック）した状態（着座した状態）で固定し、検査モードに入る。棒状の弾性ヒンジ１１５は回転方向及び上下方向に柔軟に撓む構造であれば良い。弾性ヒンジ１１５は、θステージ１０６の回転を弾性変形しながら支持する。弾性ヒンジ１１５の強度は、４本の弾性ヒンジ１１５を弾性変形させた場合に弾性部材１１３が座屈しない程度の強度であればよい。材料として、例えばステンレス、チタン、アルミニウム等が好適である。また、φ１ｍｍ程度の棒材が好適である。断面が円形な棒材を用いると回転方向及び上下方向に同じ力で弾性変形するため好適である。また、ここでは、４本で支持しているが、３本でも構わない。３本にすることで部品点数を減らすことができる。或いは５本以上でも構わない。
以上のように、本実施の形態２によれば、回転ガイド軸受けを用いなくともθステージ１０６における微小角度の駆動を効率良く支持することができる。また、弾性ヒンジ１１５の弾性変形によりθステージ１０６の回転方向にテンションがかかるため、θ駆動用リニアアクチュエータ１１２に与圧を与えることができる。その結果、θ駆動用リニアアクチュエータ１１２のネジ機構で生じる移動方向のバックラッシュ分のガタを生じさせないようにすることができる。
【００３８】
図７は、図５のＳ矢視図の一部を示す図である。
上述したように、Ｚステージ１０３には、θステージ１０６の上面の一部に被さるように位置決めブロック１３９が配置される。θステージ１０６が浮上しても位置決めブロック１３９により拘束され、浮上高さ位置を制御することができる。さらに、位置決めブロック１３９の下面には、溝１５２が形成され、溝１５２からはＺステージ１０３へと続く流路１５４が形成されている。そして、Ｚステージ１０３にも流路１５４から続く流路が形成され、外部へと繋がっている。そして、Ｚステージ１０３の開口部上面に形成された溝１１４から空気を吹き出し、θステージ１０６を浮上させる場合に、位置決めブロック１３９下面の溝１５２からも空気を吹き出す。溝１５２からも空気を下向きに供給して吹き出すことによりθステージ１０６の浮上高さを制御することができる。
以上のように、本実施の形態２によれば、上下からの空気圧により所定量の浮上量を確保することができる。溝１１４用の流路と溝１５２用の流路とを別系統とすることで、エア配管系統の切り替えにより溝１１４を真空チャック機構として流用することができる。
【００３９】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３におけるＺ・θステージの構成の一例を示す平面図である。
図８において、基板検査装置１００について、Ｚ・θステージ１２２が固定型軸受１１０と調整型軸受１１１との代わりにθステージ１０６の同心円外周に４個配置している静圧空気軸受ブロック１１６を備えた点、Ｚステージ１０３上面に溝１１４及び孔ｈを設けていない点、及びＺステージ１０３に静圧空気軸受ブロック１１６の内部流路に空気を供給するための流路が形成された点以外は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。よって、実施の形態３でも、実施の形態１と同様、θステージ１０６はＺステージ１０３の構造体の中に落とし込まれるような形でＺステージ１０３に形成された開口部に搭載されている。Ｚ・θステージ１２２全体の重心位置Ｘ・Ｙ・Ｚと基板１０１の検査面がほぼ一致する位置に配置されている。
【００４０】
図９は、図８のＤ矢視図の一部を示す図である。
図９において、気体軸受の一例となる静圧空気軸受ブロック１１６は、Ｚステージ１０３の開口部の底面に固定されている。そして、θステージ１０６の外周回転面及び上面とは数μｍのスキマを有した状態で配置される。そして、流路１６９を介して溝１６６からθステージ１０６の下面に向けて、流路１６８を介して溝１６４からθステージ１０６の回転する外周面に向けて、及び流路１６８を介して溝１６２からθステージ１０６の上面に向けて空気を吹付けることにより非接触な状態で浮上させることができる。そして、浮上させた状態で基板１０１の回転位置合せをし、検査時はＺステージ１０３に着座させる。そして、流路１６８と流路１６９とを別系統とすることで、流路１６９と溝１６６とをエア配管系統の切り替えにより真空チャック機構として流用することができる。そして、溝１６６を流用して流路１６９につながるエア配管系統の切り替えにより真空チャックして固定保持する。回転精度はθステージ１０６や静圧空気軸受ブロック１１６の加工精度に依存し、剛性は浮上ギャップや軸受面積及び供給空気圧力に依存するので必要条件において決定すればよい。
以上のように、静圧空気軸受ブロック１１６は、θステージ１０６の外周面に気体を吹きつけてθステージ１０６の回転を支持すると共に、θステージ１０６がＺステージ１０３から浮上する場合に、θステージ１０６の上面に空気を吹きつけることにより、浮上量を制御することができる。また、ここでは、静圧空気軸受ブロック１１６を用いて、４箇所で支持しているが、３箇所でも構わない。３箇所にすることで部品点数を減らすことができる。或いは５箇所以上でも構わない。
【００４１】
以上説明したように、上記各実施の形態によれば、基板１０１を高精度なＺ・θステージ１２２に搭載及び管理・調整することにより、無駄な検査時間を排除することにより必要最小時間で検査ができる。その結果、効率良く信頼性の高い基板検査装置を提供することができる。
【００４２】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、θステージ１０６を浮上、外周面の回転支持、或いは上面への供給による浮上量制御に用いる気体は、空気に限るものではなく、その他の気体でも構わない。例えば、窒素等でも好適である。
【００４３】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
【００４４】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての基板検査装置、基板検査方法、及びステージ機構は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４５】
１００ 基板検査装置
１０１ 基板
１０２ 保持具
１０３ Ｚステージ
１０６ θステージ
１１２ リニアアクチュエータ
１１３ 弾性部材
１１４，１５２，１６２，１６４，１６６ 溝
１１５ 弾性ヒンジ
１１６ 静圧空気軸受ブロック
１２１ ＸＹステージ
１２２ Ｚ・θステージ
１３９ 位置決めブロック
１５４，１６８，１６９ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
前記θステージの外周を支持し、前記Ｚステージに固定されて配置された２つの固定型軸受と、
前記θステージの外周を支持し、前記θステージの回転中心に向かって位置を調整自在に前記Ｚステージに配置された１つの調整型軸受と、
を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
棒状に形成され、前記θステージに接続して前記θステージの回転を弾性変形しながら支持する弾性部材と、
を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項３】
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
前記θステージの外周面に気体を吹きつけて前記θステージの回転を支持する気体軸受と、
を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項４】
前記θステージは、前記Ｚステージから浮上して回転し、
前記気体軸受は、さらに、前記θステージの上面に気体を吹きつけることを特徴とする請求項３記載の基板検査装置。
【請求項１】
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
前記θステージの外周を支持し、前記Ｚステージに固定されて配置された２つの固定型軸受と、
前記θステージの外周を支持し、前記θステージの回転中心に向かって位置を調整自在に前記Ｚステージに配置された１つの調整型軸受と、
を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
棒状に形成され、前記θステージに接続して前記θステージの回転を弾性変形しながら支持する弾性部材と、
を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項３】
被検査基板を検査する基板検査装置において、
水平方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上に配置され、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージ上に配置され、回転方向に移動するθステージと、
前記θステージの外周面に気体を吹きつけて前記θステージの回転を支持する気体軸受と、
を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項４】
前記θステージは、前記Ｚステージから浮上して回転し、
前記気体軸受は、さらに、前記θステージの上面に気体を吹きつけることを特徴とする請求項３記載の基板検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１０５４３９（Ｐ２００９−１０５４３９Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３３１（Ｐ２００９−２２３３１）
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【分割の表示】特願２００５−３３６４８７（Ｐ２００５−３３６４８７）の分割
【原出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（３０５００８９８３）アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社 (105)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【分割の表示】特願２００５−３３６４８７（Ｐ２００５−３３６４８７）の分割
【原出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（３０５００８９８３）アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社 (105)
【Ｆターム（参考）】
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