長寸法測定装置
【課題】使い勝手の良い長寸法測定装置を提供すること。
【解決手段】長寸法測定装置１は、試料２が載置し、配置位置が固定されている試料台１０と、試料２に形成されたパターンに照明光を照射する照明ユニット２０と、照明光から得られたパターンの像を撮像する撮像ユニット３０と、試料台１０の平面度を調整し試料台１０を支持する平面度調整機構１２と、エアを試料台１０に送気し、試料台１０からエアを吸引する送気吸引部１６と、試料台１０にて浮上している試料２に吸着する吸着機構４０と、撮像ユニット３０をＺ方向に移動させるＺステージ５１と、撮像ユニット３０をＸ方向に移動させるＸステージ５２と、吸着機構４０を介して試料２をＹ方向に移動させるＹステージ５３と、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する干渉測定ユニット６０とを具備している。
【解決手段】長寸法測定装置１は、試料２が載置し、配置位置が固定されている試料台１０と、試料２に形成されたパターンに照明光を照射する照明ユニット２０と、照明光から得られたパターンの像を撮像する撮像ユニット３０と、試料台１０の平面度を調整し試料台１０を支持する平面度調整機構１２と、エアを試料台１０に送気し、試料台１０からエアを吸引する送気吸引部１６と、試料台１０にて浮上している試料２に吸着する吸着機構４０と、撮像ユニット３０をＺ方向に移動させるＺステージ５１と、撮像ユニット３０をＸ方向に移動させるＸステージ５２と、吸着機構４０を介して試料２をＹ方向に移動させるＹステージ５３と、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する干渉測定ユニット６０とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＣＤ基板などの試料に形成されたパターン上の２点間の距離を、ステージの位置と撮像したパターンの像の位置とを基に測定する長寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、長寸法測定装置は、ＬＣＤ基板などの試料に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する。そのために長寸法測定装置は、試料に形成されたパターンに照明光を照明ユニットから照明し、この照明光から得られたパターンの像を撮像ユニットによって拡大して撮像する。
【０００３】
照明ユニットは、試料台に載置されている試料を透過する照明光を試料に形成されたパターンに照射する照明部と、照明部の光軸と撮像ユニットの光軸とを一致させるために、撮像ユニットのＸＹ方向の移動に同期して照明部をＸＹ方向に移動させ、照明部を位置決めする照明ステージとを有している。
【０００４】
照明光の照明方式には、反射照明方式と、透過照明方式とが挙げられる。
反射照明方式は、撮像ユニットから同軸で照明光を落射照明し、試料からの反射光を画像として捕らえる。
透過照明方式は、照明光を試料の裏側から照射し、試料を透過する透過光を画像として捕らえる。
長寸法測定装置は、反射照明方式と透過照明方式とを試料に応じて使い分ける。
【０００５】
撮像ユニットは、ＸＹ移動する。
【０００６】
長寸法測定装置は、照明ユニットと撮像ユニットとが搭載されるステージベースを有している。
【０００７】
長寸法測定装置に配設されている撮像ユニットを有する試料測定装置は、例えば特許文献１に開示されている。一般的に、試料測定装置の試料台の平面度精度を測定開始前にきちっと調整しておくことが必要であるが、調整には膨大な時間と労力が必要となる。そのためこの試料測定装置は、これらを解決し、短時間で平面データを測定及び調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２９２６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、長寸法測定装置では、照明部と撮像ユニットとの両方がＸＹ移動するため、Ｙ方向の駆動重量が非常に大きくなる。このためステージベースには、移動のための加速・減速時にて、慣性エネルギを吸収する非常に重たい石定盤が用いられる。これにより長寸法測定装置の全体重量は非常に重たくなり、さらに長寸法測定装置は高価となってしまう。
また照明部と撮像ユニットとがＹ方向に移動する際、それぞれの駆動重量は大きく、且つ２軸が必要になる。そのため長寸法測定装置は高価になり、長寸法測定装置の消費電力が増大する傾向にある。
また照明部がＹ方向に移動するため、照明ステージは試料台のＸ方向における両端でしかステージベースに固定できない。そのためガラス材質の試料台は、例えば太鼓のような中空構造になるため、十分な剛性を確保しにくい。また試料台の平面度の調整には、限界がある。
【００１０】
また試料台から試料を取り外す時に静電気が発生するために、試料と試料台とが密着し、試料が試料台に貼り付いてしまい、試料が容易に試料台から取り外せない問題がある。この対策として、静電気を除去する除電部を試料台周辺に複数配置する方法がある。しかしながら、長寸法測定装置は高価になり、効果にも限界がある。
さらにパターンが試料の両面に形成されている場合、試料が試料台に接触すると、接触面におけるパターンが損傷する問題がある。
そこで試料台においては、上述したように試料台に試料を密着させる方式の他に、試料台に支持ピンを千鳥状に配置し、試料と試料台との接触を小さくする方式が存在する。
この方式では、支持ピンによる試料と試料台との接触の減少により、静電気による試料台への試料の貼り付き（密着）及び接触面におけるパターンの損傷を軽減することができる。しかしながら支持ピンが接触面におけるパターンと部分的に接触するため、この部分でのパターンの損傷の回避は困難である。またこの方式では、試料おいて支持ピンによって支持されていない部分が撓み、試料の平面度の確保に限界が生じる。さらにこの方式では、試料は、外部振動に弱い。また試料と試料台との接触が少ないため、投入された試料がサーマルチャンバ内の雰囲気温度に落ち着くまで多大な時間がかかる。
【００１１】
また撮像ユニットがＸＹ方向に移動する際に、２軸のモータ及び２軸のレーザ測定長システムが必要となり、長寸法測定装置は高価となってしまう。この対策として、撮像ユニットをＸ方向にのみ移動させ、試料台をＹ方向にのみ移動させ、Ｘ方向とＹ方向との移動を分離させることが考えられる。この方式ではＹ方向の移動において、モータ及レーザ測長システムを１軸にして安価にすることができ、かつ重量を軽減することができる。しかしながら試料台の重量が比較的大きいため、上述したようにステージベースには非常に重たい石定盤が使用される。そのため結果的に、長寸法測定装置の軽量化には限界があり、長寸法測定装置は高価になる。
【００１２】
このように長寸法測定装置において、全体重量が重く、高価で、消費電力が増大してしまう。
また試料台に十分な剛性を確保しにくく、試料台の平面度の調整に限界がある。
【００１３】
また静電気によって試料が試料台に貼り付き容易に取り外せず、除電部を用いると長寸法測定装置は高価になり、パターンが試料の両面に形成されていると試料台に接触する接触面におけるパターンが損傷する。また支持ピンを用いると、支持ピンとの接触部分のパターンが損傷し、試料おいて支持ピンによって支持されていない部分が撓み、試料の平面度の確保に限界が生じ、試料は外部振動に弱くなり、試料がサーマルチャンバ内の雰囲気温度に落ち着くまで多大な時間がかかる。
【００１４】
また撮像ユニットがＸＹ方向に移動すると、長寸法測定装置は高価になり、１軸に移動させるにしても、ステージベースが重くなり、長寸法測定装置全体の軽量化に限界があり、高価になる。
【００１５】
このように使い勝手が良くない。
【００１６】
そのため本発明は、上記事情に鑑み、使い勝手の良い長寸法測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は目的を達成するために、試料に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する長寸法測定装置であって、前記試料が載置し、配置位置が固定されている試料台と、前記試料台の下方に固定され、前記試料台に載置された前記試料の裏面側から前記パターンに照明光を照射する照明ユニットと、前記試料台の上方に配設され、前記パターンを透過した前記照明光から得られた前記パターンの像を撮像する撮像ユニットと、前記試料台の平面度を調整する平面度調整部と、前記平面度調整部が載置され、前記平面度調整部を介して前記試料台を支持するＬ字形状の支持部とを有する平面度調整機構と、前記試料台に載置されている前記試料を前記試料台から浮上させるためにエアを前記試料台に送気し、前記試料の浮上量が所望となるように前記試料台から前記エアを吸引する送気吸引部と、前記試料台にて浮上している前記試料の端部を前記試料の裏面側から吸着する吸着機構と、前記撮像ユニットが搭載され、前記試料台上にて前記撮像ユニットを上下方向に移動させるＺステージと、前記Ｚステージが搭載され、前記Ｚステージを前記上下方向に直交する左右方向に移動させることで、前記Ｚステージを介して前記試料台の上方に配設されている前記撮像ユニットを前記左右方向に移動させるＸステージと、前記吸着機構が搭載され、前記吸着機構を前記左右方向と前記上下方向とに直交する前後方向に移動することで前記吸着機構を介して前記試料を前記前後方向に移動させるＹステージと、前記撮像ユニットの位置と前記試料の位置とをレーザの干渉によって測定し、前記パターンの像の位置を測定し、測定結果を基に、前記試料に形成された前記パターン上の２点間の距離を測定する干渉測定ユニットと、を具備することを特徴とする長寸法測定装置を提供する。
【００１８】
また本発明は目的を達成するために、前記吸着機構は、前記吸着機構を前記上下方向に移動させて、前記試料台の平面度誤差と前記Ｙステージの高さ方向の真直度誤差とを吸収するサスペンション機構を有することを特徴とする上記に記載の長寸法測定装置を提供する。
【００１９】
また本発明は目的を達成するために、前記照明ユニットは、前記試料台に載置された前記試料と前記試料台とを透過する前記照明光を前記試料に形成された前記パターンに照射する照明部と、前記照明部の光軸と前記撮像ユニットの光軸とを一致させるために、前記撮像ユニットの前記左右方向の移動に同期して前記照明部を前記左右方向に移動させ、前記照明部を位置決めする照明試料台と、を有することを特徴とする上記に記載の長寸法測定装置を提供する。
【００２０】
また本発明は目的を達成するために、前記吸着機構と前記Ｙステージとからなるユニットが１つ配設される場合、前記ユニットは、前記試料の前記左右方向における両端の前記左右方向における中点を通り前記前後方向に延びている前記試料の中心線上に配設され、前記ユニットが複数配設される場合、前記ユニットは前記中心線に対して前記左右方向に対称に配設され、前記吸着機構が１つの前記Ｙステージに搭載されている場合、前記吸着機構は前記中心線に対して前記左右方向に対称に配設され、前記前後方向における前記Ｙステージの中心軸は前記中心線上に配設されることを特徴とする上記に記載の長寸法測定装置を提供する。
【００２１】
また本発明は目的を達成するために、前記平面度調整機構と前記送気吸引部と前記照明ユニットと前記Ｘステージと前記Ｙステージと前記干渉ユニットとが搭載される試料台ベースと、前記試料台ベースが搭載する架台と、前記試料台ベースと前記架台との間に配設され、前記試料台ベースを除振する除振部と、をさらに具備することを特徴とする上記に記載の長寸法測定装置を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、使い勝手の良い長寸法測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係る長寸法測定装置の斜視図である。
【図２】図２は、プレートの平面度調整機構を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）は、試料台の上面図である。図３（Ｂ）は、試料台の側面図である。
【図４】図４は、吸着機構部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図１を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお以下において、長寸法測定装置１の高さ方向を上下方向またはＺ方向、Ｚ方向に直交する長寸法測定装置１の幅方向を左右方向またはＸ方向、Ｚ方向とＸ方向とに直交する長寸法測定装置１の長さ方向を前後方向またはＹ方向と称する。
本実施形態の長寸法測定装置１は、例えば同軸落射照明または透過照明方式を用いて、ＬＣＤ基板などの試料２に形成された図示しないパターン上の２点間の距離を測定する。
【００２５】
長寸法測定装置１は、試料２が載置し、配置位置が固定され移動しないガラス材質または金属材質の試料台１０と、試料台１０の下方に固定され、試料台１０に載置された試料２の裏面２ａ側から試料台１０の隙間を通して試料２に形成されたパターンに照明光を照射する照明ユニット２０と、試料台１０の上方に配設され、パターンを透過した照明光から得られたパターンの像（以下、パターン像）を拡大して撮像する撮像ユニット３０とを有している。撮像ユニット３０は同軸で照明光を落射照明する機能を有している。
【００２６】
試料台１０は、照明光と撮像ユニット３０の光軸とが挿通し、Ｘ方向に沿って配設されている長穴形状の開口部１０ａを有している。
【００２７】
試料台１０，１０ｈ，１０ｉは、後述するステージベース７０に固定されている平面度調整機構１２に配設されている。平面度調整機構１２は、試料２の平面度（撓み）誤差によって生じるパターン上の２点間の距離の測定誤差を最小限に抑えるために、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度を所望となるように調整する平面度調整部１３と、ステージベース７０から延設され、平面度調整部１３が載置され、平面度調整部１３を介して試料台１０，１０ｈ，１０ｉを支持するＬ字形状の支持部１４とを有している。
【００２８】
図１と図２（Ａ）と図３（Ａ）とに示すように、平面度調整部１３は、例えばボルトなどであり、支持部１４の後述する一辺１４ａに載置されている後述する台１４ｄと試料台１０とを固定する。図２（Ｂ）に示すように、平面度調整部１３にはバネが巻かれ、平面度調整部１３は、試料台１０と台１４ｄとを固定する際に、締るまたは緩まることで試料台１０の平面度を調整する。平面度調整部１３は、複数配設されている。なおこのような平面度調整部１３は、図２（Ｃ）と図３（Ｂ）とに示すように後述する吸着機構４０側におけるレール状の試料台１０ｈと、後述するＸステージ側におけるレール状の試料台１０ｉとにも配設されている。
【００２９】
支持部１４において、Ｌ字の一辺１４ａはＸ方向に沿って配設され、Ｌ字の他辺１４ｂはＺ方向に沿ってステージベース７０から立設し、支持部１４は、一辺１４ａと他辺１４ｂとに連結し、一辺１４ａと他辺１４ｂとを支持する筋交い１４ｃを有しており、剛性（強度）を確保している。支持部１４は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉのＸ方向の両端、且つＹ方向に並んで配設されている。このように支持部１４は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉを多点で支持している。Ｙ方向に並んで配設されている２つの支持部１４（一辺１４ａ）には、２つの平面度調整部１３がＸ方向にずれた状態でＹ方向に沿って配設されている。つまり２つの支持部１４と、２つの平面度調整部１３とによって１つのユニット１５が形成される。
【００３０】
またＸ方向において、一方の一辺１４ａの先端と、他方の一辺１４ａの先端との間には、隙間部１４ｆが配設されている。この隙間部１４ｆは、開口部１０ａと同様にＹ方向に沿って配設され、Ｚ方向において開口部１０ａの下方に配置されている。
【００３１】
また試料台１０には、試料台１０に載置されている試料２を試料台１０から浮上させるためにエアを試料台１０に送気し、試料２の浮上量が所望となるように試料台１０からエアを吸引する送気吸引部１６が配設されている。またこの送気吸引部１６は、試料台１０ｈ，１０ｉに載置されている試料２を試料台１０ｈ，１０ｉから浮上させるためにエアを試料台１０ｈ，１０ｉに送気する。また送気吸引部１６は、サーマルチャンバの雰囲気温度と同一のエアを、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの裏面１０ｂから表面１０ｃに向けて送気し、試料台１０，１０ｈ，１０ｉに載置されている試料２を試料台１０，１０ｈ，１０ｉから浮上させる。また送気吸引部１６は、試料２の浮上量が一定となるように、エアを試料台１０の表面１０ｃから裏面１０ｂに向けて吸引する。このように送気吸引部１６は、エアを送気の圧力と吸引の圧力とのバランスをとることで、試料２の浮上量を調整する。
なお送気吸引部１６が試料台１０からのみエアを吸引する理由は、撮像ユニット３０が試料２を試料台１０上にて撮像するため、試料台１０ｈ，１０ｉよりも試料台１０における試料２の浮上量を精密に制御する必要があるためである。
【００３２】
なお図３に示すように、試料台１０は、エアが裏面１０ｂから表面１０ｃに吹き出す吹出口１０ｆと、エアが表面１０ｃから裏面１０ｂに向けて吸引される吸引口１０ｇとを複数有している。吹出口１０ｆと吸引口１０ｇとは、千鳥状（互い違い）に配設されている。
なお図３に示すように、吹出口１０ｆは、レール状の試料台１０ｈ，１０ｉにも配設されている。この吹出口１０ｆは、例えばボルトなどの平面度調整部１３のための孔を兼ねていてもよい。
【００３３】
照明ユニット２０は、試料２と試料台１０とを透過する照明光（透過光）を試料２に形成されたパターンに照射する照明部２１と、照明部２１の光軸と撮像ユニット３０の光軸とを一致させるために、撮像ユニット３０のＸ方向の移動に同期して照明部２１をＸ方向に移動させ、照明部２１を位置決めする照明ステージ２２とを有している。照明部２１は、試料２を透過する照明光（透過光）を、試料２の裏面２ａ側から試料台１０を介して試料２に形成されたパターンに向けて照射する。照明部２１は、Ｙ方向とＺ方向とには移動せず、Ｙ方向とＺ方向とにおいて位置決めされている。照明ステージ２２は、支持部１４と干渉しない。
【００３４】
撮像ユニット３０は、照明部２１から照明された試料２に形成されたパターンの像を拡大して撮像する顕微鏡とＣＣＤカメラとの少なくとも一方を有している。
【００３５】
長寸法測定装置１は、送気吸引部１６が試料台１０，１０ｈ，１０ｉに送気するエアの温度を、サーマルチャンバ内の配管経路をエアが流れる間に、サーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるようにしている。なお本実施形態では、送気吸引部１６が試料台１０，１０ｈ，１０ｉに送気するエアの温度をサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように調整する温度調整部３５を有していてもよい。
【００３６】
また長寸法測定装置１は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて浮上している試料２の端部２ｂを試料２の裏面２ａ側から吸着する吸着機構４０を有している。
吸着機構４０は、Ｙ方向に配設され、試料２をＹ方向に移動させる。
【００３７】
図４に示すように、吸着機構４０は、吸着パッド４０ａによって裏面２ａ側から吸着する。
【００３８】
吸着機構４０は、試料２が試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて安定して浮上するように吸着機構４０をＺ方向に微小に移動させて、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度誤差と後述するＹステージ５３の高さ方向の真直度誤差と吸収するサスペンション機構４１をさらに有している。サスペンション機構４１のバネ力は、送気吸引部１６における吹き出し、吸い込みによるエア浮上剛性よりも、十分小さく設定されている。サスペンション機構４１は、試料２が浮上した状態で移動した際、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度誤差と後述するＹステージ５３の高さ方向の真直度誤差となどのＺ方向の変化量を吸収し、後述する測定部６６の吹き出し、吸引によるＺ方向の拘束力と干渉しないようにしている。
【００３９】
長寸法測定装置１は、撮像ユニット３０が搭載され、試料台１０上にて撮像ユニット３０をＺ方向に移動させるＺステージ５１と、Ｚステージ５１が搭載され、Ｚステージ５１をＸ方向に移動させることで、Ｚステージ５１を介して試料台１０の上方に配設されている撮像ユニット３０をＸ方向に移動させるＸステージ５２と、吸着機構４０が搭載され、吸着機構４０をＹ方向に移動することで吸着機構４０を介して試料２をＹ方向に移動させるＹステージ５３とを有している。
【００４０】
Ｚステージ５１は、撮像ユニット３０をＺ方向に移動させ、試料２のパターンに撮像ユニット３０の焦点を合わせる。Ｚステージ５１とＸステージ５２とＹステージ５３とは、試料２の熱膨張と、Ｚステージ５１とＸステージ５２とＹステージ５３との熱膨張とによる誤差を軽減するため、温度が一定に保持されたサーマルチャンバに設置される。
またＺステージ５１とＸステージ５２とは、試料台１０の上方に配置される。
【００４１】
なお撮像ユニット３０は、上述したように、Ｚステージ５１によってＺ方向に移動し、Ｘステージ５２によってＸ方向に移動するのみであり、Ｙ方向には移動しない。つまり撮像ユニット３０は、Ｙ方向において位置決めされている。
【００４２】
なお吸着機構４０とＹステージ５３とは、１つのユニット５４として配設されている。ユニット５４が１つ配設される場合、Ｙ方向における試料２の動作に対してヨーイングを最小限に抑えるために、ユニット５４は、試料２のＸ方向における両端２ｃのＸ方向における中点２ｄを通りＹ方向に延びている試料２の中心線２ｆ上に配設される。このときＹ方向における吸着機構４０の中心軸とＹ方向におけるＹステージ５３の中心軸とが、中心線２ｆ上に配設される。
そのため吸着機構４０がＹ方向に移動する際、吸着機構４０は中心線２ｆに沿って移動する。またＹステージ５３と吸着機構４０とは試料台１０，１０ｈ，１０ｉと平面度調整機構１２とに干渉しないように、吸着機構４０はＹ方向に沿って配設されている開口部１０ａ内と隙間部１４ｆ内とをＹ方向に沿って移動し、Ｙステージ５３は、支持部１４（一辺１４ａ）の下方に配設され、Ｘ方向において一方の他辺１４ｂと他方の他辺１４ｂとの間に配設される。つまりＹステージ５３は、一方の支持部１４と他方の支持部１４とによって両側と上方とを覆われる。またＹ方向に移動する吸着機構４０とＹステージ５３とは、照明ユニット２０に干渉しない。
【００４３】
なお、試料２が大型となり、複数の吸着機構４０が端部２ｂを吸着する場合、ユニット５４が複数配設される。この場合、Ｙ方向における試料２の動作に対してヨーイングを最小限に抑えるために、これらユニット５４は、図示はしないが中心線２ｆに対してＸ方向に対称に配設される。
また複数の吸着機構４０が１つのＹステージ５３に搭載されている場合、図示はしないが、これら吸着機構４０は上記同様に中心線２ｆに対してＸ方向に対称に配設され、Ｙ方向におけるＹステージ５３の中心軸は中心線２ｆ上に配設される。
【００４４】
また長寸法測定装置１は、撮像ユニット３０の位置と試料２の位置とをレーザの干渉によって測定し、撮像ユニット３０が撮像したパターンの像を画像処理し、画像処理によってパターンの像の位置を測定し、これら測定結果を基に、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する干渉測定ユニット６０を有している。干渉測定ユニット６０は、例えばレーザ干渉計である。
【００４５】
干渉測定ユニット６０は、レーザを照射するレーザ照射部６１と、レーザ照射部６１から照射されたレーザを撮像ユニット３０側と吸着機構４０側とに向けて反射するミラーである反射部６２と、撮像ユニット３０に配設され、反射部６２によって反射されたレーザを照射され、このレーザを反射する撮像側反射部６３と、吸着機構４０の試料２近傍に配設され、反射部６２によって反射されたレーザを照射され、このレーザを反射する試料側反射部６４と、撮像側反射部６３から反射された反射光と、試料側反射部６４から反射された反射光との干渉を測定し、測定結果を基に、撮像ユニット３０の位置と試料２の位置とを測定する干渉計６５とを有している。
また干渉測定ユニット６０は、撮像ユニット３０が撮像したパターンの像を画像処理し、画像処理によってパターンの像の位置を測定する測定部６６を有している。測定部６６は、さらに、干渉計６５における測定結果（撮像ユニット３０の位置と試料２の位置）と、測定部６６における測定結果（パターンの像の位置）とを基に、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する。
【００４６】
干渉測定ユニット６０は、後述するステージベース７０に配設される。
【００４７】
長寸法測定装置１は、支持部１４と照明ステージ２２とＸステージ５２とＹステージ５３とが搭載されるステージベース７０と、ステージベース７０が搭載する架台７１と、ステージベース７０と架台７１との間に配設され、床振動を減衰して、ステージベース７０を除振し、測定の安定性を確保する除振部７３とを有している。
【００４８】
次に本実施形態の動作方法について説明する。
平面度調整機構１２は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度を所望となるように調整し、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの高さ位置を調整する。試料２は、試料台１０ｈに載置される。サスペンション機構４１は、試料２が試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて安定して浮上するように吸着機構４０をＺ方向に微小に移動させて、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度誤差とＹステージ５３の高さ方向の真直度誤差とを吸収する。
【００４９】
次に長寸法測定装置１は、送気吸引部１６が送気するエアの温度をサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように調整する。なおこの動作は、温度調整部３５によって行われてもよい。次に送気吸引部１６は、試料台１０において、吹出口１０ｆから長寸法測定装置１または温度調整部３５によって温度が調整されたエアを送気し、吸引口１０ｇからエアを吸引し、試料２を試料台１０から所望量浮上させる。また送気吸引部１６は、試料台１０ｈ，１０ｉにおいて、吹出口１０ｆから長寸法測定装置１または温度調整部３５によって温度が調整されたエアを送気し、試料２を試料台１０ｈ，１０ｉから所望量浮上させる。このとき試料２の温度は、長寸法測定装置１または温度調整部３５が温度を調整し、送気吸引部１６が送気したエアによってサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように調整される。次に吸着機構４０は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて浮上している試料２の端部２ｂを試料２の裏面２ａ側から吸着パッド４０ａによって吸着する。
【００５０】
次に試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定するために、測定するパターン部分（以下、測定パターン）を、位置決めされている撮像ユニット３０のＹ方向の位置に配置する必要がある。
そのため位置決めされている撮像ユニット３０のＹ方向の位置に、測定パターンが配置されるように、Ｙステージ５３は、吸着機構４０をＹ方向に移動して、試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて所望量浮上している試料２を吸着機構４０を介してＹ方向に移動させる。このとき吸着機構４０は、中心線２ｆに沿って移動する。
またこのとき吸着機構４０はＹ方向に沿って配設されている開口部１０ａ内と隙間部１４ｆ内とをＹ方向に沿って移動するために、吸着機構４０は試料台１０，１０ｈ，１０ｉと平面度調整機構１２とに干渉せずに移動する。
【００５１】
次にＸステージ５２は、測定パターンの上方に撮像ユニット３０が配設されるように、Ｚステージ５１をＸ方向に移動させる。
【００５２】
このとき照明ステージ２２は、Ｘステージ５２による撮像ユニット３０のＸ方向の移動に同期して照明部２１をＸ方向に移動させ、照明部２１を位置決めする。このとき照明部２１と測定パターンと撮像ユニット３０とがＺ方向において同一直線上に配設される。そして照明部２１の光軸と、撮像ユニット３０の光軸とは一致する。
【００５３】
次にＺステージ５１は、撮像ユニット３０の焦点が測定パターンに合うように、撮像ユニット３０をＺ方向に移動させる。
【００５４】
このようにＹ方向には、吸着機構４０と試料２とのみが移動する。
【００５５】
そして照明部２１は、照明光を測定パターンにおけるパターンに照射する。照明光は、試料２を透過する。撮像ユニット３０は、焦点が合った状態で、照明光から得られたパターンの像（以下、パターン像）を拡大して撮像する。
【００５６】
次に、レーザは、レーザ照射部６１から照射され、反射部６２によって撮像側反射部６３と試料側反射部６４とに向けて反射され、撮像側反射部６３によって干渉計６５に向けて反射され、試料側反射部６４によって干渉計６５に向けて反射される。そして干渉計６５は、撮像側反射部６３から反射された反射光と、試料２側反射鏡から反射された反射光との干渉を測定し、測定結果を基に、撮像ユニット３０の位置と試料２の位置とを測定する。
また測定部６６は、撮像ユニット３０が撮像したパターンの像を画像処理し、画像処理によってパターンの像の位置を測定する。そして測定部６６は、干渉計６５における測定結果と、測定部６６における測定結果とを基に、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する。
【００５７】
なお上記の動作中に、除振部７３は、床振動を減衰して、ステージベース７０を除振し、測定の安定性を確保する。
【００５８】
このように本実施形態では、吸着機構４０と試料２とのみをＹ方向に移動させるために、Ｙ方向の駆動重量を大幅に低減できる。これにより本実施形態では、長寸法測定装置１の全体重量を軽量化でき、長寸法測定装置１を安価にでき、長寸法測定装置１の消費電力を低減することができる。
また本実施形態では、平面度調整部１３を介して試料台１０，１０ｈ，１０ｉを多点で支持する支持部１４によって十分な剛性を確保することができる。また本実施形態では、支持部１４に筋交い１４ｃを配設することで、より十分な剛性を確保することができる。また本実施形態では、照明部２１がＸ方向に移動するが、平面度調整部１３によってガラス質の試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度を所望となるように調整でき、試料２の平面度（撓み）誤差によって生じるパターン上の２点間の距離の測定誤差を最小限に抑えることができる。また本実施形態では、支持部１４によって試料２が外部振動の影響を受けにくくなる。
【００５９】
また本実施形態では、送気吸引部１６によって試料２を試料台１０，１０ｈ，１０ｉから浮上させるために、試料台１０，１０ｈ，１０ｉに対して試料２を非接触にすることができる。これにより本実施形態では、試料２と試料台１０，１０ｈ，１０ｉとの密着を防止でき、試料２が試料台１０，１０ｈ，１０ｉに貼り付くことを防止でき、試料２を容易に試料台１０，１０ｈ，１０ｉから取り外すことができる。また本実施形態では、静電気を除去する除電部を不要にでき、長寸法測定装置１を安価にすることができる。
また本実施形態では、送気吸引部１６によって、エアを送気の圧力と吸引の圧力とのバランスをとることができ、試料２の浮上量を調整でき、撮像ユニット３０におけるオートフォーカス範囲を調整でき、オートフォーカスの時間を短縮することができる。
【００６０】
また本実施形態では、上述したように試料台１０，１０ｈ，１０ｉに対して試料２を非接触にすることができるために、パターンが試料２の両面に形成されていても、試料台１０，１０ｈ，１０ｉに接触する接触面におけるパターンの損傷を防止することができる。
また本実施形態では、送気吸引部１６によって試料２を試料台１０，１０ｈ，１０ｉから浮上させて、試料台１０，１０ｈ，１０ｉに対して試料２を非接触にするために、支持ピンを用いることがなく、支持ピンによるパターンの損傷を防止できる。また本実施形態では、支持ピンを用いないために、試料２の撓みを防止でき、試料２の平面度を容易に確保でき、試料２が外部振動の影響を受けにくくなる。また本実施形態では、送気吸引部１６によって試料２を試料台１０，１０ｈ，１０ｉから浮上させる際に、送気吸引部１６が送気するエアの温度をサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように長寸法測定装置１または温度調整部３５によって調整できるために、エアによって試料２の温度をサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように調整することができる。これにより本実施形態では、試料２がサーマルチャンバの雰囲気温度に落ち着くまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００６１】
また本実施形態では、撮像ユニット３０をＸ方向のみを移動させるために、撮像ユニット３０を１軸にでき、長寸法測定装置１を軽量化且つ安価にすることができる。
【００６２】
このように本実施形態では、使い勝手を良くすることができる。
【００６３】
また本実施形態では、サスペンション機構４１によって、吸着機構４０をＺ方向に微小に移動できる。これにより本実施形態では、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度誤差とＹステージ５３の高さ方向の真直度誤差とを吸収することができる。
【００６４】
また本実施形態では、撮像ユニット３０と照明部２１とはＹ方向に移動せず、撮像ユニット３０のＸ方向の移動に同期して照明部２１を照明ステージ２２によってＸ方向に移動できるために、容易に撮像ユニット３０の光軸と照明部２１の光軸とを一致させることができ、撮像ユニット３０と照明部２１との位置合わせを不要にすることができる。
【００６５】
また本実施形態では、吸着機構４０とＹステージ５３とを中心線２ｆ上に配設することで、Ｙ方向における試料２の動作に対してヨーイングを最小限に抑えることができ、試料２を斜行させることなくＹ方向に移動させることができる。
【００６６】
また本実施形態では、除振部７３によってステージベース７０を除振することができるために、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離する際に、測定の安定性を確保することができ、試料２がＸ軸周りとＹ軸周りとに傾くことを防止することができる。
【００６７】
また本実施形態では、試料台１０に吹出口１０ｆと吸引口１０ｇとを配設しているが、これに限定する必要はなく、例えば多孔質材によって吹出と吸引とが行われてもよい。
【００６８】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００６９】
１…長寸法測定装置、２…試料、２ａ…裏面、２ｂ…端部、２ｆ…中心線、１０，１０ｈ，１０ｉ…試料台、１０ａ…開口部、１０ｂ…裏面、１０ｃ…表面、１０ｆ…吹出口、１０ｇ…吸引口、１２…平面度調整機構、１３…平面度調整部、１４…支持部、１４ａ…一辺、１４ｂ…他辺、１４ｃ…筋交い、１５…ユニット、１６…送気吸引部、２０…照明ユニット、２１…照明部、２２…照明ステージ、３０…撮像ユニット、３５…温度調整部、４０…吸着機構、４１…サスペンション機構、５１…Ｚステージ、５２…Ｘステージ、５３…Ｙステージ、５４…ユニット、６０…干渉測定ユニット、７０…ステージベース、７１…架台、７３…除振部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＣＤ基板などの試料に形成されたパターン上の２点間の距離を、ステージの位置と撮像したパターンの像の位置とを基に測定する長寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、長寸法測定装置は、ＬＣＤ基板などの試料に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する。そのために長寸法測定装置は、試料に形成されたパターンに照明光を照明ユニットから照明し、この照明光から得られたパターンの像を撮像ユニットによって拡大して撮像する。
【０００３】
照明ユニットは、試料台に載置されている試料を透過する照明光を試料に形成されたパターンに照射する照明部と、照明部の光軸と撮像ユニットの光軸とを一致させるために、撮像ユニットのＸＹ方向の移動に同期して照明部をＸＹ方向に移動させ、照明部を位置決めする照明ステージとを有している。
【０００４】
照明光の照明方式には、反射照明方式と、透過照明方式とが挙げられる。
反射照明方式は、撮像ユニットから同軸で照明光を落射照明し、試料からの反射光を画像として捕らえる。
透過照明方式は、照明光を試料の裏側から照射し、試料を透過する透過光を画像として捕らえる。
長寸法測定装置は、反射照明方式と透過照明方式とを試料に応じて使い分ける。
【０００５】
撮像ユニットは、ＸＹ移動する。
【０００６】
長寸法測定装置は、照明ユニットと撮像ユニットとが搭載されるステージベースを有している。
【０００７】
長寸法測定装置に配設されている撮像ユニットを有する試料測定装置は、例えば特許文献１に開示されている。一般的に、試料測定装置の試料台の平面度精度を測定開始前にきちっと調整しておくことが必要であるが、調整には膨大な時間と労力が必要となる。そのためこの試料測定装置は、これらを解決し、短時間で平面データを測定及び調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２９２６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、長寸法測定装置では、照明部と撮像ユニットとの両方がＸＹ移動するため、Ｙ方向の駆動重量が非常に大きくなる。このためステージベースには、移動のための加速・減速時にて、慣性エネルギを吸収する非常に重たい石定盤が用いられる。これにより長寸法測定装置の全体重量は非常に重たくなり、さらに長寸法測定装置は高価となってしまう。
また照明部と撮像ユニットとがＹ方向に移動する際、それぞれの駆動重量は大きく、且つ２軸が必要になる。そのため長寸法測定装置は高価になり、長寸法測定装置の消費電力が増大する傾向にある。
また照明部がＹ方向に移動するため、照明ステージは試料台のＸ方向における両端でしかステージベースに固定できない。そのためガラス材質の試料台は、例えば太鼓のような中空構造になるため、十分な剛性を確保しにくい。また試料台の平面度の調整には、限界がある。
【００１０】
また試料台から試料を取り外す時に静電気が発生するために、試料と試料台とが密着し、試料が試料台に貼り付いてしまい、試料が容易に試料台から取り外せない問題がある。この対策として、静電気を除去する除電部を試料台周辺に複数配置する方法がある。しかしながら、長寸法測定装置は高価になり、効果にも限界がある。
さらにパターンが試料の両面に形成されている場合、試料が試料台に接触すると、接触面におけるパターンが損傷する問題がある。
そこで試料台においては、上述したように試料台に試料を密着させる方式の他に、試料台に支持ピンを千鳥状に配置し、試料と試料台との接触を小さくする方式が存在する。
この方式では、支持ピンによる試料と試料台との接触の減少により、静電気による試料台への試料の貼り付き（密着）及び接触面におけるパターンの損傷を軽減することができる。しかしながら支持ピンが接触面におけるパターンと部分的に接触するため、この部分でのパターンの損傷の回避は困難である。またこの方式では、試料おいて支持ピンによって支持されていない部分が撓み、試料の平面度の確保に限界が生じる。さらにこの方式では、試料は、外部振動に弱い。また試料と試料台との接触が少ないため、投入された試料がサーマルチャンバ内の雰囲気温度に落ち着くまで多大な時間がかかる。
【００１１】
また撮像ユニットがＸＹ方向に移動する際に、２軸のモータ及び２軸のレーザ測定長システムが必要となり、長寸法測定装置は高価となってしまう。この対策として、撮像ユニットをＸ方向にのみ移動させ、試料台をＹ方向にのみ移動させ、Ｘ方向とＹ方向との移動を分離させることが考えられる。この方式ではＹ方向の移動において、モータ及レーザ測長システムを１軸にして安価にすることができ、かつ重量を軽減することができる。しかしながら試料台の重量が比較的大きいため、上述したようにステージベースには非常に重たい石定盤が使用される。そのため結果的に、長寸法測定装置の軽量化には限界があり、長寸法測定装置は高価になる。
【００１２】
このように長寸法測定装置において、全体重量が重く、高価で、消費電力が増大してしまう。
また試料台に十分な剛性を確保しにくく、試料台の平面度の調整に限界がある。
【００１３】
また静電気によって試料が試料台に貼り付き容易に取り外せず、除電部を用いると長寸法測定装置は高価になり、パターンが試料の両面に形成されていると試料台に接触する接触面におけるパターンが損傷する。また支持ピンを用いると、支持ピンとの接触部分のパターンが損傷し、試料おいて支持ピンによって支持されていない部分が撓み、試料の平面度の確保に限界が生じ、試料は外部振動に弱くなり、試料がサーマルチャンバ内の雰囲気温度に落ち着くまで多大な時間がかかる。
【００１４】
また撮像ユニットがＸＹ方向に移動すると、長寸法測定装置は高価になり、１軸に移動させるにしても、ステージベースが重くなり、長寸法測定装置全体の軽量化に限界があり、高価になる。
【００１５】
このように使い勝手が良くない。
【００１６】
そのため本発明は、上記事情に鑑み、使い勝手の良い長寸法測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は目的を達成するために、試料に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する長寸法測定装置であって、前記試料が載置し、配置位置が固定されている試料台と、前記試料台の下方に固定され、前記試料台に載置された前記試料の裏面側から前記パターンに照明光を照射する照明ユニットと、前記試料台の上方に配設され、前記パターンを透過した前記照明光から得られた前記パターンの像を撮像する撮像ユニットと、前記試料台の平面度を調整する平面度調整部と、前記平面度調整部が載置され、前記平面度調整部を介して前記試料台を支持するＬ字形状の支持部とを有する平面度調整機構と、前記試料台に載置されている前記試料を前記試料台から浮上させるためにエアを前記試料台に送気し、前記試料の浮上量が所望となるように前記試料台から前記エアを吸引する送気吸引部と、前記試料台にて浮上している前記試料の端部を前記試料の裏面側から吸着する吸着機構と、前記撮像ユニットが搭載され、前記試料台上にて前記撮像ユニットを上下方向に移動させるＺステージと、前記Ｚステージが搭載され、前記Ｚステージを前記上下方向に直交する左右方向に移動させることで、前記Ｚステージを介して前記試料台の上方に配設されている前記撮像ユニットを前記左右方向に移動させるＸステージと、前記吸着機構が搭載され、前記吸着機構を前記左右方向と前記上下方向とに直交する前後方向に移動することで前記吸着機構を介して前記試料を前記前後方向に移動させるＹステージと、前記撮像ユニットの位置と前記試料の位置とをレーザの干渉によって測定し、前記パターンの像の位置を測定し、測定結果を基に、前記試料に形成された前記パターン上の２点間の距離を測定する干渉測定ユニットと、を具備することを特徴とする長寸法測定装置を提供する。
【００１８】
また本発明は目的を達成するために、前記吸着機構は、前記吸着機構を前記上下方向に移動させて、前記試料台の平面度誤差と前記Ｙステージの高さ方向の真直度誤差とを吸収するサスペンション機構を有することを特徴とする上記に記載の長寸法測定装置を提供する。
【００１９】
また本発明は目的を達成するために、前記照明ユニットは、前記試料台に載置された前記試料と前記試料台とを透過する前記照明光を前記試料に形成された前記パターンに照射する照明部と、前記照明部の光軸と前記撮像ユニットの光軸とを一致させるために、前記撮像ユニットの前記左右方向の移動に同期して前記照明部を前記左右方向に移動させ、前記照明部を位置決めする照明試料台と、を有することを特徴とする上記に記載の長寸法測定装置を提供する。
【００２０】
また本発明は目的を達成するために、前記吸着機構と前記Ｙステージとからなるユニットが１つ配設される場合、前記ユニットは、前記試料の前記左右方向における両端の前記左右方向における中点を通り前記前後方向に延びている前記試料の中心線上に配設され、前記ユニットが複数配設される場合、前記ユニットは前記中心線に対して前記左右方向に対称に配設され、前記吸着機構が１つの前記Ｙステージに搭載されている場合、前記吸着機構は前記中心線に対して前記左右方向に対称に配設され、前記前後方向における前記Ｙステージの中心軸は前記中心線上に配設されることを特徴とする上記に記載の長寸法測定装置を提供する。
【００２１】
また本発明は目的を達成するために、前記平面度調整機構と前記送気吸引部と前記照明ユニットと前記Ｘステージと前記Ｙステージと前記干渉ユニットとが搭載される試料台ベースと、前記試料台ベースが搭載する架台と、前記試料台ベースと前記架台との間に配設され、前記試料台ベースを除振する除振部と、をさらに具備することを特徴とする上記に記載の長寸法測定装置を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、使い勝手の良い長寸法測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係る長寸法測定装置の斜視図である。
【図２】図２は、プレートの平面度調整機構を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）は、試料台の上面図である。図３（Ｂ）は、試料台の側面図である。
【図４】図４は、吸着機構部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図１を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお以下において、長寸法測定装置１の高さ方向を上下方向またはＺ方向、Ｚ方向に直交する長寸法測定装置１の幅方向を左右方向またはＸ方向、Ｚ方向とＸ方向とに直交する長寸法測定装置１の長さ方向を前後方向またはＹ方向と称する。
本実施形態の長寸法測定装置１は、例えば同軸落射照明または透過照明方式を用いて、ＬＣＤ基板などの試料２に形成された図示しないパターン上の２点間の距離を測定する。
【００２５】
長寸法測定装置１は、試料２が載置し、配置位置が固定され移動しないガラス材質または金属材質の試料台１０と、試料台１０の下方に固定され、試料台１０に載置された試料２の裏面２ａ側から試料台１０の隙間を通して試料２に形成されたパターンに照明光を照射する照明ユニット２０と、試料台１０の上方に配設され、パターンを透過した照明光から得られたパターンの像（以下、パターン像）を拡大して撮像する撮像ユニット３０とを有している。撮像ユニット３０は同軸で照明光を落射照明する機能を有している。
【００２６】
試料台１０は、照明光と撮像ユニット３０の光軸とが挿通し、Ｘ方向に沿って配設されている長穴形状の開口部１０ａを有している。
【００２７】
試料台１０，１０ｈ，１０ｉは、後述するステージベース７０に固定されている平面度調整機構１２に配設されている。平面度調整機構１２は、試料２の平面度（撓み）誤差によって生じるパターン上の２点間の距離の測定誤差を最小限に抑えるために、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度を所望となるように調整する平面度調整部１３と、ステージベース７０から延設され、平面度調整部１３が載置され、平面度調整部１３を介して試料台１０，１０ｈ，１０ｉを支持するＬ字形状の支持部１４とを有している。
【００２８】
図１と図２（Ａ）と図３（Ａ）とに示すように、平面度調整部１３は、例えばボルトなどであり、支持部１４の後述する一辺１４ａに載置されている後述する台１４ｄと試料台１０とを固定する。図２（Ｂ）に示すように、平面度調整部１３にはバネが巻かれ、平面度調整部１３は、試料台１０と台１４ｄとを固定する際に、締るまたは緩まることで試料台１０の平面度を調整する。平面度調整部１３は、複数配設されている。なおこのような平面度調整部１３は、図２（Ｃ）と図３（Ｂ）とに示すように後述する吸着機構４０側におけるレール状の試料台１０ｈと、後述するＸステージ側におけるレール状の試料台１０ｉとにも配設されている。
【００２９】
支持部１４において、Ｌ字の一辺１４ａはＸ方向に沿って配設され、Ｌ字の他辺１４ｂはＺ方向に沿ってステージベース７０から立設し、支持部１４は、一辺１４ａと他辺１４ｂとに連結し、一辺１４ａと他辺１４ｂとを支持する筋交い１４ｃを有しており、剛性（強度）を確保している。支持部１４は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉのＸ方向の両端、且つＹ方向に並んで配設されている。このように支持部１４は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉを多点で支持している。Ｙ方向に並んで配設されている２つの支持部１４（一辺１４ａ）には、２つの平面度調整部１３がＸ方向にずれた状態でＹ方向に沿って配設されている。つまり２つの支持部１４と、２つの平面度調整部１３とによって１つのユニット１５が形成される。
【００３０】
またＸ方向において、一方の一辺１４ａの先端と、他方の一辺１４ａの先端との間には、隙間部１４ｆが配設されている。この隙間部１４ｆは、開口部１０ａと同様にＹ方向に沿って配設され、Ｚ方向において開口部１０ａの下方に配置されている。
【００３１】
また試料台１０には、試料台１０に載置されている試料２を試料台１０から浮上させるためにエアを試料台１０に送気し、試料２の浮上量が所望となるように試料台１０からエアを吸引する送気吸引部１６が配設されている。またこの送気吸引部１６は、試料台１０ｈ，１０ｉに載置されている試料２を試料台１０ｈ，１０ｉから浮上させるためにエアを試料台１０ｈ，１０ｉに送気する。また送気吸引部１６は、サーマルチャンバの雰囲気温度と同一のエアを、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの裏面１０ｂから表面１０ｃに向けて送気し、試料台１０，１０ｈ，１０ｉに載置されている試料２を試料台１０，１０ｈ，１０ｉから浮上させる。また送気吸引部１６は、試料２の浮上量が一定となるように、エアを試料台１０の表面１０ｃから裏面１０ｂに向けて吸引する。このように送気吸引部１６は、エアを送気の圧力と吸引の圧力とのバランスをとることで、試料２の浮上量を調整する。
なお送気吸引部１６が試料台１０からのみエアを吸引する理由は、撮像ユニット３０が試料２を試料台１０上にて撮像するため、試料台１０ｈ，１０ｉよりも試料台１０における試料２の浮上量を精密に制御する必要があるためである。
【００３２】
なお図３に示すように、試料台１０は、エアが裏面１０ｂから表面１０ｃに吹き出す吹出口１０ｆと、エアが表面１０ｃから裏面１０ｂに向けて吸引される吸引口１０ｇとを複数有している。吹出口１０ｆと吸引口１０ｇとは、千鳥状（互い違い）に配設されている。
なお図３に示すように、吹出口１０ｆは、レール状の試料台１０ｈ，１０ｉにも配設されている。この吹出口１０ｆは、例えばボルトなどの平面度調整部１３のための孔を兼ねていてもよい。
【００３３】
照明ユニット２０は、試料２と試料台１０とを透過する照明光（透過光）を試料２に形成されたパターンに照射する照明部２１と、照明部２１の光軸と撮像ユニット３０の光軸とを一致させるために、撮像ユニット３０のＸ方向の移動に同期して照明部２１をＸ方向に移動させ、照明部２１を位置決めする照明ステージ２２とを有している。照明部２１は、試料２を透過する照明光（透過光）を、試料２の裏面２ａ側から試料台１０を介して試料２に形成されたパターンに向けて照射する。照明部２１は、Ｙ方向とＺ方向とには移動せず、Ｙ方向とＺ方向とにおいて位置決めされている。照明ステージ２２は、支持部１４と干渉しない。
【００３４】
撮像ユニット３０は、照明部２１から照明された試料２に形成されたパターンの像を拡大して撮像する顕微鏡とＣＣＤカメラとの少なくとも一方を有している。
【００３５】
長寸法測定装置１は、送気吸引部１６が試料台１０，１０ｈ，１０ｉに送気するエアの温度を、サーマルチャンバ内の配管経路をエアが流れる間に、サーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるようにしている。なお本実施形態では、送気吸引部１６が試料台１０，１０ｈ，１０ｉに送気するエアの温度をサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように調整する温度調整部３５を有していてもよい。
【００３６】
また長寸法測定装置１は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて浮上している試料２の端部２ｂを試料２の裏面２ａ側から吸着する吸着機構４０を有している。
吸着機構４０は、Ｙ方向に配設され、試料２をＹ方向に移動させる。
【００３７】
図４に示すように、吸着機構４０は、吸着パッド４０ａによって裏面２ａ側から吸着する。
【００３８】
吸着機構４０は、試料２が試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて安定して浮上するように吸着機構４０をＺ方向に微小に移動させて、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度誤差と後述するＹステージ５３の高さ方向の真直度誤差と吸収するサスペンション機構４１をさらに有している。サスペンション機構４１のバネ力は、送気吸引部１６における吹き出し、吸い込みによるエア浮上剛性よりも、十分小さく設定されている。サスペンション機構４１は、試料２が浮上した状態で移動した際、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度誤差と後述するＹステージ５３の高さ方向の真直度誤差となどのＺ方向の変化量を吸収し、後述する測定部６６の吹き出し、吸引によるＺ方向の拘束力と干渉しないようにしている。
【００３９】
長寸法測定装置１は、撮像ユニット３０が搭載され、試料台１０上にて撮像ユニット３０をＺ方向に移動させるＺステージ５１と、Ｚステージ５１が搭載され、Ｚステージ５１をＸ方向に移動させることで、Ｚステージ５１を介して試料台１０の上方に配設されている撮像ユニット３０をＸ方向に移動させるＸステージ５２と、吸着機構４０が搭載され、吸着機構４０をＹ方向に移動することで吸着機構４０を介して試料２をＹ方向に移動させるＹステージ５３とを有している。
【００４０】
Ｚステージ５１は、撮像ユニット３０をＺ方向に移動させ、試料２のパターンに撮像ユニット３０の焦点を合わせる。Ｚステージ５１とＸステージ５２とＹステージ５３とは、試料２の熱膨張と、Ｚステージ５１とＸステージ５２とＹステージ５３との熱膨張とによる誤差を軽減するため、温度が一定に保持されたサーマルチャンバに設置される。
またＺステージ５１とＸステージ５２とは、試料台１０の上方に配置される。
【００４１】
なお撮像ユニット３０は、上述したように、Ｚステージ５１によってＺ方向に移動し、Ｘステージ５２によってＸ方向に移動するのみであり、Ｙ方向には移動しない。つまり撮像ユニット３０は、Ｙ方向において位置決めされている。
【００４２】
なお吸着機構４０とＹステージ５３とは、１つのユニット５４として配設されている。ユニット５４が１つ配設される場合、Ｙ方向における試料２の動作に対してヨーイングを最小限に抑えるために、ユニット５４は、試料２のＸ方向における両端２ｃのＸ方向における中点２ｄを通りＹ方向に延びている試料２の中心線２ｆ上に配設される。このときＹ方向における吸着機構４０の中心軸とＹ方向におけるＹステージ５３の中心軸とが、中心線２ｆ上に配設される。
そのため吸着機構４０がＹ方向に移動する際、吸着機構４０は中心線２ｆに沿って移動する。またＹステージ５３と吸着機構４０とは試料台１０，１０ｈ，１０ｉと平面度調整機構１２とに干渉しないように、吸着機構４０はＹ方向に沿って配設されている開口部１０ａ内と隙間部１４ｆ内とをＹ方向に沿って移動し、Ｙステージ５３は、支持部１４（一辺１４ａ）の下方に配設され、Ｘ方向において一方の他辺１４ｂと他方の他辺１４ｂとの間に配設される。つまりＹステージ５３は、一方の支持部１４と他方の支持部１４とによって両側と上方とを覆われる。またＹ方向に移動する吸着機構４０とＹステージ５３とは、照明ユニット２０に干渉しない。
【００４３】
なお、試料２が大型となり、複数の吸着機構４０が端部２ｂを吸着する場合、ユニット５４が複数配設される。この場合、Ｙ方向における試料２の動作に対してヨーイングを最小限に抑えるために、これらユニット５４は、図示はしないが中心線２ｆに対してＸ方向に対称に配設される。
また複数の吸着機構４０が１つのＹステージ５３に搭載されている場合、図示はしないが、これら吸着機構４０は上記同様に中心線２ｆに対してＸ方向に対称に配設され、Ｙ方向におけるＹステージ５３の中心軸は中心線２ｆ上に配設される。
【００４４】
また長寸法測定装置１は、撮像ユニット３０の位置と試料２の位置とをレーザの干渉によって測定し、撮像ユニット３０が撮像したパターンの像を画像処理し、画像処理によってパターンの像の位置を測定し、これら測定結果を基に、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する干渉測定ユニット６０を有している。干渉測定ユニット６０は、例えばレーザ干渉計である。
【００４５】
干渉測定ユニット６０は、レーザを照射するレーザ照射部６１と、レーザ照射部６１から照射されたレーザを撮像ユニット３０側と吸着機構４０側とに向けて反射するミラーである反射部６２と、撮像ユニット３０に配設され、反射部６２によって反射されたレーザを照射され、このレーザを反射する撮像側反射部６３と、吸着機構４０の試料２近傍に配設され、反射部６２によって反射されたレーザを照射され、このレーザを反射する試料側反射部６４と、撮像側反射部６３から反射された反射光と、試料側反射部６４から反射された反射光との干渉を測定し、測定結果を基に、撮像ユニット３０の位置と試料２の位置とを測定する干渉計６５とを有している。
また干渉測定ユニット６０は、撮像ユニット３０が撮像したパターンの像を画像処理し、画像処理によってパターンの像の位置を測定する測定部６６を有している。測定部６６は、さらに、干渉計６５における測定結果（撮像ユニット３０の位置と試料２の位置）と、測定部６６における測定結果（パターンの像の位置）とを基に、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する。
【００４６】
干渉測定ユニット６０は、後述するステージベース７０に配設される。
【００４７】
長寸法測定装置１は、支持部１４と照明ステージ２２とＸステージ５２とＹステージ５３とが搭載されるステージベース７０と、ステージベース７０が搭載する架台７１と、ステージベース７０と架台７１との間に配設され、床振動を減衰して、ステージベース７０を除振し、測定の安定性を確保する除振部７３とを有している。
【００４８】
次に本実施形態の動作方法について説明する。
平面度調整機構１２は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度を所望となるように調整し、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの高さ位置を調整する。試料２は、試料台１０ｈに載置される。サスペンション機構４１は、試料２が試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて安定して浮上するように吸着機構４０をＺ方向に微小に移動させて、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度誤差とＹステージ５３の高さ方向の真直度誤差とを吸収する。
【００４９】
次に長寸法測定装置１は、送気吸引部１６が送気するエアの温度をサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように調整する。なおこの動作は、温度調整部３５によって行われてもよい。次に送気吸引部１６は、試料台１０において、吹出口１０ｆから長寸法測定装置１または温度調整部３５によって温度が調整されたエアを送気し、吸引口１０ｇからエアを吸引し、試料２を試料台１０から所望量浮上させる。また送気吸引部１６は、試料台１０ｈ，１０ｉにおいて、吹出口１０ｆから長寸法測定装置１または温度調整部３５によって温度が調整されたエアを送気し、試料２を試料台１０ｈ，１０ｉから所望量浮上させる。このとき試料２の温度は、長寸法測定装置１または温度調整部３５が温度を調整し、送気吸引部１６が送気したエアによってサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように調整される。次に吸着機構４０は、試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて浮上している試料２の端部２ｂを試料２の裏面２ａ側から吸着パッド４０ａによって吸着する。
【００５０】
次に試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定するために、測定するパターン部分（以下、測定パターン）を、位置決めされている撮像ユニット３０のＹ方向の位置に配置する必要がある。
そのため位置決めされている撮像ユニット３０のＹ方向の位置に、測定パターンが配置されるように、Ｙステージ５３は、吸着機構４０をＹ方向に移動して、試料台１０，１０ｈ，１０ｉにて所望量浮上している試料２を吸着機構４０を介してＹ方向に移動させる。このとき吸着機構４０は、中心線２ｆに沿って移動する。
またこのとき吸着機構４０はＹ方向に沿って配設されている開口部１０ａ内と隙間部１４ｆ内とをＹ方向に沿って移動するために、吸着機構４０は試料台１０，１０ｈ，１０ｉと平面度調整機構１２とに干渉せずに移動する。
【００５１】
次にＸステージ５２は、測定パターンの上方に撮像ユニット３０が配設されるように、Ｚステージ５１をＸ方向に移動させる。
【００５２】
このとき照明ステージ２２は、Ｘステージ５２による撮像ユニット３０のＸ方向の移動に同期して照明部２１をＸ方向に移動させ、照明部２１を位置決めする。このとき照明部２１と測定パターンと撮像ユニット３０とがＺ方向において同一直線上に配設される。そして照明部２１の光軸と、撮像ユニット３０の光軸とは一致する。
【００５３】
次にＺステージ５１は、撮像ユニット３０の焦点が測定パターンに合うように、撮像ユニット３０をＺ方向に移動させる。
【００５４】
このようにＹ方向には、吸着機構４０と試料２とのみが移動する。
【００５５】
そして照明部２１は、照明光を測定パターンにおけるパターンに照射する。照明光は、試料２を透過する。撮像ユニット３０は、焦点が合った状態で、照明光から得られたパターンの像（以下、パターン像）を拡大して撮像する。
【００５６】
次に、レーザは、レーザ照射部６１から照射され、反射部６２によって撮像側反射部６３と試料側反射部６４とに向けて反射され、撮像側反射部６３によって干渉計６５に向けて反射され、試料側反射部６４によって干渉計６５に向けて反射される。そして干渉計６５は、撮像側反射部６３から反射された反射光と、試料２側反射鏡から反射された反射光との干渉を測定し、測定結果を基に、撮像ユニット３０の位置と試料２の位置とを測定する。
また測定部６６は、撮像ユニット３０が撮像したパターンの像を画像処理し、画像処理によってパターンの像の位置を測定する。そして測定部６６は、干渉計６５における測定結果と、測定部６６における測定結果とを基に、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する。
【００５７】
なお上記の動作中に、除振部７３は、床振動を減衰して、ステージベース７０を除振し、測定の安定性を確保する。
【００５８】
このように本実施形態では、吸着機構４０と試料２とのみをＹ方向に移動させるために、Ｙ方向の駆動重量を大幅に低減できる。これにより本実施形態では、長寸法測定装置１の全体重量を軽量化でき、長寸法測定装置１を安価にでき、長寸法測定装置１の消費電力を低減することができる。
また本実施形態では、平面度調整部１３を介して試料台１０，１０ｈ，１０ｉを多点で支持する支持部１４によって十分な剛性を確保することができる。また本実施形態では、支持部１４に筋交い１４ｃを配設することで、より十分な剛性を確保することができる。また本実施形態では、照明部２１がＸ方向に移動するが、平面度調整部１３によってガラス質の試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度を所望となるように調整でき、試料２の平面度（撓み）誤差によって生じるパターン上の２点間の距離の測定誤差を最小限に抑えることができる。また本実施形態では、支持部１４によって試料２が外部振動の影響を受けにくくなる。
【００５９】
また本実施形態では、送気吸引部１６によって試料２を試料台１０，１０ｈ，１０ｉから浮上させるために、試料台１０，１０ｈ，１０ｉに対して試料２を非接触にすることができる。これにより本実施形態では、試料２と試料台１０，１０ｈ，１０ｉとの密着を防止でき、試料２が試料台１０，１０ｈ，１０ｉに貼り付くことを防止でき、試料２を容易に試料台１０，１０ｈ，１０ｉから取り外すことができる。また本実施形態では、静電気を除去する除電部を不要にでき、長寸法測定装置１を安価にすることができる。
また本実施形態では、送気吸引部１６によって、エアを送気の圧力と吸引の圧力とのバランスをとることができ、試料２の浮上量を調整でき、撮像ユニット３０におけるオートフォーカス範囲を調整でき、オートフォーカスの時間を短縮することができる。
【００６０】
また本実施形態では、上述したように試料台１０，１０ｈ，１０ｉに対して試料２を非接触にすることができるために、パターンが試料２の両面に形成されていても、試料台１０，１０ｈ，１０ｉに接触する接触面におけるパターンの損傷を防止することができる。
また本実施形態では、送気吸引部１６によって試料２を試料台１０，１０ｈ，１０ｉから浮上させて、試料台１０，１０ｈ，１０ｉに対して試料２を非接触にするために、支持ピンを用いることがなく、支持ピンによるパターンの損傷を防止できる。また本実施形態では、支持ピンを用いないために、試料２の撓みを防止でき、試料２の平面度を容易に確保でき、試料２が外部振動の影響を受けにくくなる。また本実施形態では、送気吸引部１６によって試料２を試料台１０，１０ｈ，１０ｉから浮上させる際に、送気吸引部１６が送気するエアの温度をサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように長寸法測定装置１または温度調整部３５によって調整できるために、エアによって試料２の温度をサーマルチャンバの雰囲気温度と同一となるように調整することができる。これにより本実施形態では、試料２がサーマルチャンバの雰囲気温度に落ち着くまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００６１】
また本実施形態では、撮像ユニット３０をＸ方向のみを移動させるために、撮像ユニット３０を１軸にでき、長寸法測定装置１を軽量化且つ安価にすることができる。
【００６２】
このように本実施形態では、使い勝手を良くすることができる。
【００６３】
また本実施形態では、サスペンション機構４１によって、吸着機構４０をＺ方向に微小に移動できる。これにより本実施形態では、試料台１０，１０ｈ，１０ｉの平面度誤差とＹステージ５３の高さ方向の真直度誤差とを吸収することができる。
【００６４】
また本実施形態では、撮像ユニット３０と照明部２１とはＹ方向に移動せず、撮像ユニット３０のＸ方向の移動に同期して照明部２１を照明ステージ２２によってＸ方向に移動できるために、容易に撮像ユニット３０の光軸と照明部２１の光軸とを一致させることができ、撮像ユニット３０と照明部２１との位置合わせを不要にすることができる。
【００６５】
また本実施形態では、吸着機構４０とＹステージ５３とを中心線２ｆ上に配設することで、Ｙ方向における試料２の動作に対してヨーイングを最小限に抑えることができ、試料２を斜行させることなくＹ方向に移動させることができる。
【００６６】
また本実施形態では、除振部７３によってステージベース７０を除振することができるために、試料２に形成されたパターン上の２点間の距離する際に、測定の安定性を確保することができ、試料２がＸ軸周りとＹ軸周りとに傾くことを防止することができる。
【００６７】
また本実施形態では、試料台１０に吹出口１０ｆと吸引口１０ｇとを配設しているが、これに限定する必要はなく、例えば多孔質材によって吹出と吸引とが行われてもよい。
【００６８】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００６９】
１…長寸法測定装置、２…試料、２ａ…裏面、２ｂ…端部、２ｆ…中心線、１０，１０ｈ，１０ｉ…試料台、１０ａ…開口部、１０ｂ…裏面、１０ｃ…表面、１０ｆ…吹出口、１０ｇ…吸引口、１２…平面度調整機構、１３…平面度調整部、１４…支持部、１４ａ…一辺、１４ｂ…他辺、１４ｃ…筋交い、１５…ユニット、１６…送気吸引部、２０…照明ユニット、２１…照明部、２２…照明ステージ、３０…撮像ユニット、３５…温度調整部、４０…吸着機構、４１…サスペンション機構、５１…Ｚステージ、５２…Ｘステージ、５３…Ｙステージ、５４…ユニット、６０…干渉測定ユニット、７０…ステージベース、７１…架台、７３…除振部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する長寸法測定装置であって、
前記試料が載置し、配置位置が固定されている試料台と、
前記試料台の下方に固定され、前記試料台に載置された前記試料の裏面側から前記パターンに照明光を照射する照明ユニットと、
前記試料台の上方に配設され、前記パターンを透過した前記照明光から得られた前記パターンの像を撮像する撮像ユニットと、
前記試料台の平面度を調整する平面度調整部と、前記平面度調整部が載置され、前記平面度調整部を介して前記試料台を支持するＬ字形状の支持部とを有する平面度調整機構と、
前記試料台に載置されている前記試料を前記試料台から浮上させるためにエアを前記試料台に送気し、前記試料の浮上量が所望となるように前記試料台から前記エアを吸引する送気吸引部と、
前記試料台にて浮上している前記試料の端部を前記試料の裏面側から吸着する吸着機構と、
前記撮像ユニットが搭載され、前記試料台上にて前記撮像ユニットを上下方向に移動させるＺステージと、
前記Ｚステージが搭載され、前記Ｚステージを前記上下方向に直交する左右方向に移動させることで、前記Ｚステージを介して前記試料台の上方に配設されている前記撮像ユニットを前記左右方向に移動させるＸステージと、
前記吸着機構が搭載され、前記吸着機構を前記左右方向と前記上下方向とに直交する前後方向に移動することで前記吸着機構を介して前記試料を前記前後方向に移動させるＹステージと、
前記撮像ユニットの位置と前記試料の位置とをレーザの干渉によって測定し、前記パターンの像の位置を測定し、測定結果を基に、前記試料に形成された前記パターン上の２点間の距離を測定する干渉測定ユニットと、
を具備することを特徴とする長寸法測定装置。
【請求項１】
試料に形成されたパターン上の２点間の距離を測定する長寸法測定装置であって、
前記試料が載置し、配置位置が固定されている試料台と、
前記試料台の下方に固定され、前記試料台に載置された前記試料の裏面側から前記パターンに照明光を照射する照明ユニットと、
前記試料台の上方に配設され、前記パターンを透過した前記照明光から得られた前記パターンの像を撮像する撮像ユニットと、
前記試料台の平面度を調整する平面度調整部と、前記平面度調整部が載置され、前記平面度調整部を介して前記試料台を支持するＬ字形状の支持部とを有する平面度調整機構と、
前記試料台に載置されている前記試料を前記試料台から浮上させるためにエアを前記試料台に送気し、前記試料の浮上量が所望となるように前記試料台から前記エアを吸引する送気吸引部と、
前記試料台にて浮上している前記試料の端部を前記試料の裏面側から吸着する吸着機構と、
前記撮像ユニットが搭載され、前記試料台上にて前記撮像ユニットを上下方向に移動させるＺステージと、
前記Ｚステージが搭載され、前記Ｚステージを前記上下方向に直交する左右方向に移動させることで、前記Ｚステージを介して前記試料台の上方に配設されている前記撮像ユニットを前記左右方向に移動させるＸステージと、
前記吸着機構が搭載され、前記吸着機構を前記左右方向と前記上下方向とに直交する前後方向に移動することで前記吸着機構を介して前記試料を前記前後方向に移動させるＹステージと、
前記撮像ユニットの位置と前記試料の位置とをレーザの干渉によって測定し、前記パターンの像の位置を測定し、測定結果を基に、前記試料に形成された前記パターン上の２点間の距離を測定する干渉測定ユニットと、
を具備することを特徴とする長寸法測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２３７３４５（Ｐ２０１１−２３７３４５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０４４７（Ｐ２０１０−１１０４４７）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００１６６６５０）株式会社日立国際電気エンジニアリング (100)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００１６６６５０）株式会社日立国際電気エンジニアリング (100)
【Ｆターム（参考）】
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