(57)【要約】【課題】  試料の種類や、サイズ、加工精度のばらつきがあっても、または搬送ロボットの搬送位置がずれても、位置決めが可能な試料位置決め方法及びその方法を用いた線幅測定装置を提供する。【解決手段】  エアフロー用に供給するエアチューブの系統を複数本にした。必ずいずれかの系統のエアチューブはエアリークしないため、試料は十分浮上し、いずれかの吸着板ユニットから吹き出した場合でも、試料は浮上を続けガイド付きエアシリンダーで位置決めすることが可能となる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着板によって試料を位置決め固定し、該固定された試料の線幅を測定するための測定装置であって、上記試料をエアフローによって吹き上げ、位置決めして固定する位置決め方法において、吹き上げるエアフローのための配管系統を少なくとも複数も受けたことを特徴とする試料位置決め方法。
【請求項２】
試料を位置決めし固定する吸着板と、試料の線幅を測定するための撮像部と、該撮像部または上記試料の少なくともいずれか１つを移動させるステージ機構部と、該ステージ機構部を制御する制御装置と、上記撮像部が撮像した画像を処理する画像処理装置で構成されたことを特徴とする線幅測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線幅または寸法等を、測定または検査する装置に関わり、特にパターンの寸法を測定または検査する装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
線幅測定装置または寸法測定装置は、基板（例えば、LCD（ Liquid Crystal Display ）基板）の TFT（ Thin Film Transistor ）や、半導体集積回路のマスクのパターン幅やパターン間隔などの測定を行う装置である。線幅測定装置または寸法測定装置は、例えば、透明ガラス基板（試料）上に形成された膜パターンに照明を照射して得られるパターン像を顕微鏡で拡大し、その画像を CCD（ Charge Coupled Device ）カメラ等の撮像装置で撮像して得られるパターン像を画像処理して、寸法を測定する。以下、線幅測定装置または寸法測定装置あるいは、線幅検査装置または寸法検査装置を、線幅測定装置と総称する。
【０００３】
図１によって、従来の線幅測定装置について説明する。図１は、試料が吸着板に搭載された場合を説明するための図である。
線幅測定装置では、搬送ロボット（図示しない）が、試料 1 を試料台101 から突き出したピン上（図示しない）に搭載し、その後、試料台 101 から突き出したピンを下降させる（突き出しを引っ込める）ことによって、試料 1 が吸着板 2 に置かれる（例えば、特許文献１参照。ただし、特許文献１では、試料がおかれるのは複数の支持ピン上である）。
図１(a) は、試料 1 が吸着板 2 の上に搭載されたときの概略平面図を示す。図１図(b) は、ピンが下降し試料1 が吸着板 2 に置かれた状態（横断面図）を示す。なお、吸着板 2 、エアシリンダベース102 の下部には、試料台 101 があるが、図１(a) では省略している。
【０００４】
吸着板 2 表面は、凹凸加工されており、試料 1 は、吸着板2 表面の凸部（出っ張り部）のエアフロー用の穴 3 から吹き出されたエアーによって浮上する。
次に、吸着板 2 側面に設置されているガイド付きエアシリンダー 4 によって、試料 1 を XY 方向に押して、位置決めを行う。ガイド付きエアシリンダー 4 は、エアシリンダベース 102 上に固定され、エアシリンダベース 102 は試料台101 上に固定されている。
位置決めされた試料 1 を固定するため、吸着板2 表面の凹部を真空（負圧）にし、大気との差圧によって試料1 を固定する。なお、吸着板 2 外周は、凸形状になっている。
【０００５】
一般的に、少しでも隙間ができると、エアリークが発生し、エアフローの浮力が急激に減じて、試料 1 は浮上しない。
試料 1 の試料サイズが小型の場合、試料サイズと同等サイズの吸着板の製作が容易に可能で、かつ平面度確保も容易である。そのため、試料 1 と吸着板 2 の間に隙間 5 はできない。
従って、隙間 5 の発生に起因するエアリークが生じないため、吸着板 2 上面からのエアフローによって、試料 1 を浮上することが容易にできる。
なお、LCD 基板等では、試料サイズ（ X × Y ）は、例えば、700 mm × 700 mm 、1100 mm × 1200 mm 、あるいは、1500 mm × 1850 mm 、等であり、基板厚は 0.5 〜 0.7 mm である。
【０００６】
近年の試料サイズ大型化に伴い、大型の吸着板の製作コストが大となる傾向があり、また、試料 1 と吸着板 2 の間に隙間 5 ができないようにすることが技術的に困難となってきた。このため、図２に示すように、吸着板 2 を複数の吸着板ユニット 6 を並べて組み合わせた構成として使用している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１８６６８１号公報
【特許文献２】特開２００１−３４５５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
測定装置で測定する対象（試料 1 のサイズや厚み、そり具合やたわみ具合、剛性、表面粗さ、等）には多くの種類があり、種類によってはエアフローの吹き上げる力が強くに浮上し過ぎ、試料 1 が流れて吸着板ユニット 6 から試料 1 が外れる。そのため、試料 1 が吸着板ユニット 6 から外れる基板部分 7 よりエアリークが発生し、試料 1 が外れていない基板部分 8 に負圧が発生し、試料 1 が吸着される。その後、ガイド付きエアシリンダー 4 で位置決め動作をしても、試料 1 を基準位置まで押し切れず、正確な位置決めすることができない。即ち、少しでもエアリークが発生すると、浮上せず吸着力が働き、基板を位置決めする力が不足する。
【０００９】
また、試料 1 の種類によっては、エアフローの流量不足や試料 1 のそりのばらつきにより、試料1 が十分浮上せず、ガイド付きエアシリンダー 4 で位置決めしても、十分に試料 1 を押し切れず位置決めすることができない。
【００１０】
更に、同じ種類の試料であっても、それぞれについて、試料サイズ及び加工精度が異なり、そりの状況や凹凸（基板のうねりや表面粗さ等を含む）の度合いも異なるので、それらの違いにより、位置決めが十分にできない場合がある。
【００１１】
更に、図３に示すように、搬送ロボットが、試料 1 を試料台101 の吸着板 2 に置くときに、置く場所が大きく位置ずれする場合がある。このときにも、エアフロー用の穴 3 が１つでも試料 1 からはずれるとエアリークが発生し、試料 1 が十分浮上せず、ガイド付きエアシリンダー 4 で位置決めしても、十分に試料 1 を押し切れず位置決めすることができない。
【００１２】
本発明の目的は、上記のような問題を解決し、試料の種類や、サイズ、加工精度のばらつきがあっても、または搬送ロボットの搬送位置がずれても、位置決めが可能な試料位置決め方法及びその方法を用いた線幅測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の試料位置決め方法及びその方法を用いた線幅測定装置は、試料の種類や、サイズ及び加工精度のばらつきがあっても、あるいは、搬送ロボットの搬送位置がずれても、位置決めが可能な試料位置決め方法及びその方法を用いた線幅測定装置を実現することにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、試料の種類や、サイズ及び加工精度のばらつきがあっても、あるいは、搬送ロボットの搬送位置がずれても、位置決めが可能な試料位置決め方法及びその方法を用いた線幅測定装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図５及び図６によって、基板の位置決め方法の一実施例を説明する。
図５は、試料の線幅を測定するための線幅測定装置の構成の一実施例を示すブロック図である。なお、搬送ロボットにより試料台に試料が戴置、固定され、位置決め動作する手順は、例えば、特開２００４−１８８６６８１号公報に記載されている
LCD 基板等の試料 501 は、試料台 502 でその裏面（被測定対象のパターンが形成されている面を表の面として）を吸着されることによって固定されている。尚、試料台 502 は、図示しない真空ポンプ等で試料 501 の裏面を吸着する、所謂真空チャックの構造になっている。試料台 502 は、除振台 505 上に配置された Y 軸移動ステージ 504 と X 軸移動ステージ 503 の上に設けられている。検査対象物である試料 501 は、X 軸移動ステージ 503 と Y 軸移動ステージ 504 とをそれぞれ、X 軸方向、Y 軸方向に動かすことによって、X 、Y 平面内を移動でき、試料 501 内の所定の位置を光学顕微鏡 508 で観察することができる。所定の位置とは、例えば、配線パターンが形成された所定の位置の線幅を測定し、製品または半製品の良否を判定するもので、前もって定められる位置である。
【００１６】
X 軸移動ステージ 503 と Y 軸移動ステージ 504 は、それぞれ、測定制御部 516 によって手動または自動的に操作され、所定の位置あるいは領域が光学顕微鏡 508 の視野に入るように制御される。試料 501 の検査項目は、例えば、線幅測定装置の場合は、それらの基板上に形成された電極パターンや配線パターンの線幅や間隔等の寸法測定及び、それら電極パターンや配線パターン間の配置のずれ量等である。
【００１７】
照明光源 506 は、ライトガイド 509 で光を光学顕微鏡 508 に導入する。導入された光は検査対物レンズ 511 を介し試料 501 に投射される。投射された光は試料 501 で反射し、その反射光が検査対物レンズ 511 、中間レンズ 514 を介し、カメラ 515 に入射される。カメラ 515 は、入射光を電気信号に変換して測定制御部 516 に出力する。なおこの光は、可視光、赤外線、紫外線、等であり、カメラ 515 はこれらの光を電気信号に変換できる CCD（ Charge Coupled Device ）等の撮像素子である。
【００１８】
変倍機構（レボルバ）510 は、目的に応じて検査対物レンズ 511 を予備アライメント用対物レンズ 512 と交換できるような機構になっている。光軸（ Z 軸）移動ステージ 513 は、検査対物レンズ 511 の焦点距離を合焦点位置に調節するために、検査対物レンズ 11 を装着した光学顕微鏡 508 全体を光軸（ Z 軸）方向に移動するためのものである。中間レンズ 514 は、検査対物レンズ 511 からの像を拡大してカメラ 515 に投影するものである。カメラ 515 が撮像した映像は、測定制御部（検査制御部）516 内の画像処理部 161 に入力される。
【００１９】
光軸（ Z 軸）移動制御部 162 は、検査対物レンズ 511 の焦点距離を適正に調節するために、検査対物レンズ 511 を装着した光学顕微鏡 508 全体を光軸（ Z 軸）方向に移動させるための焦点距離制御部である。尚、焦点距離制御部 162 は、画像処理部 161 からの信号に基づいてオートフォーカス制御する機能も有している。CPU 163 は、測定制御部（検査制御部）516 を制御するプログラムを有し、線幅測定装置を動かす。CPU 163 は、焦点距離制御部 162 、画像処理部 161 、XY 移動制御部 507 を制御するプログラムを有する。XY 移動制御部 507 内には、X 軸移動ステージ503 と Y 軸移動ステージ 504 を移動させる移動制御部 571 、試料台 502 上で試料 501 をガイド付きエアシリンダー 203 、204 、212（後述する。図１〜３では、ガイド付きエアシリンダー 4-4 、4-5 、4-6）でガイド付きエアシリンダー 201 、202 、211（後述する。図１〜３では、ガイド付きエアシリンダー 4-1 、4-2 、4-3）に押し当て、試料 501 を固定する基板押し当て制御部 572 、試料 501 の裏面を試料台 502 に吸着させる基板裏面吸着制御部 573 と試料 501 をエアフローをオンまたはオフするエアフロー制御部 574 から成る。CRT 517 は、画像及び操作スイッチが表示されるモニタ画面であり、マウス等のポインティングデバイスを GUI（ Graphical user interface ）によって操作者が操作することができる。なお、ガイド付きエアシリンダー 201 、202 、211 を動かすためには、図示しないエアコンプレッサ等による空気圧制御方式または油圧ポンプ方式あるいは電動モータ駆動方式を用いる。
検査対象物の試料 501 は、搬送ロボットの基板搬送ハンド 518 で搬送され、試料台 502 上に載置される。図５では、基板搬送ハンド 518 が左右（両矢印の方向）に動き、試料 501 を搬送する。
【００２０】
次に、図６によって基板クランプの方法を説明する。図６は、一般的な基板クランプの方法を説明するための図である。搬送ロボットによって、試料 5011 が吸着板 2 に置かれると、まず、吸着板 2 の吸着板ユニット 6 の凹部からエアーが噴出し、試料 501 を吹き上げる。次に、試料 501 の基板基準面 5101 と 5102（図では太線で示す）をガイド付きエアシリンダー201 ，202 ，211 に押付け、試料 501 を標準位置（201 、202 、211 に）に固定する。即ち、ガイド付きエアシリンダー 203 ，204 ，212 で試料 501 を X 、Y 平面上に矢印の方向に押し、ガイド付きエアシリンダー 201 ，202 ，211 に押し付け、試料 501 の基板基準面 5101 と 5102 を密着させる。
ガイド付きエアシリンダー 201 ，202 ，211 は、ガイド付きエアシリンダー203 ，204 ，212 の力に負けない力を保持できるようになされている。その状態でエアー供給を停止し、試料 501 の裏面を試料台 502 に設けられた吸着板ユニット 6 の複数の凹部を真空または負圧にして吸着する。
試料 501 の吸着後、ガイド付きエアシリンダー 203 ，204 ，212 を、基板押し当て解除で外側に退避する。ガイド付きエアシリンダー201 ，202 ，211 もまた外側に退避する。
【００２１】
以上のように、試料 1 を位置決めすることによって、線幅測定装置等の検査装置において、図６に示すような基板基準面 5101 と 5102 を基準に、例えば、検査したい位置座標 121 〜 128 を事前に登録しておいて、検査対象基板（試料 1 または試料 501 ）を検査する時に読み出し、その位置における配線パターンの線幅等を測定し、検査することができる。
【００２２】
上述のような位置決めにおいて、エアフロー用に供給するエアチューブの配管系統は１系統であった。しかし、本発明では、複数系統のエアチューブの配管系を備える。図４は、本発明の一実施例を説明するためのエアチューブの配管系統を示す図である。9 は配管系Ｉのエアー供給口、10 は配管系ＩＩのエアー供給口、401-1 及び401-2 は配管系Ｉのマニホールド、402-1 及び402-2 は配管系ＩＩのマニホールドである。また、破線は、吸着板ユニット 6 を示し、実線はエアチューブを示す。なお、図６では、エアチューブは２系統に分かれているため、交差して見えるエアチューブのうち、配管が実際につながっているエアチューブ同士には、それと分かるように便宜的に黒丸を付している。
【００２３】
エアー供給口 9 とエアー供給口 10 には、図示しないエアコンプレッサから高圧エアーが供給され、例えば、電磁弁によって供給のオンオフの制御を行う。なお、オンまたはオフの電磁弁の制御は、CPU 163 の指示に応じて、エアフロー制御部 574 が行う。
エアー供給口 9 から入力されたエアーは、入力管 403-1 及び403-2（例えば、エアチューブ径がΦ10 mm ）を通って、マニホールド 401-1 と401-2 に入力する。マニホールド 401-1 と401-2 は、入力されたエアーを複数に分岐するユニットで、それぞれ、複数本のエアチューブ（例えば、エアチューブ径がΦ6 mm ）を出力として有する。これらのエアチューブは、吸着板ユニット 6 に結合し、それぞれの吸着板ユニット 6 にエアーを供給する。
また、エアー供給口 10 から入力されたエアーは、入力管 404-1 及び404-2（例えば、エアチューブ径がΦ10 mm ）を通って、マニホールド 402-1 と402-2 に入力する。マニホールド 402-1 と402-2 は、入力されたエアーを複数に分岐するユニットで、それぞれ、複数本のエアチューブ（例えば、エアチューブ径がΦ6 mm ）を出力として有する。これらのエアチューブは、吸着板ユニット 6 に結合し、それぞれの吸着板ユニット 6 にエアーを供給する。
【００２４】
図４において、配管系Ｉは、吸着板ユニット 6 のうち、搬送ロボットが試料 1 を吸着板 2 上に置いたとき、吸着板ユニット 6 のエアー噴出し口が、必ず存在する場所に接続されている。また、配管系ＩＩは、配管系Ｉが接続されていない吸着板ユニット 6 のエアー噴出し口に接続されている。
図４の実施例によると、配管系ＩＩは、吸着板ユニット 6 の外縁のエアー吹き出し口に接続され、配管系Ｉは、吸着板ユニット 6 の内側のエアー吹き出し口に接続されている。
これによって、試料に位置ずれがあった場合に、通常は、外縁部のどこかのエアー噴出し口が試料から外れる。従って、試料から外れた配管系ＩＩはエアリークを起こし、試料を吹き上げる力が十分働かない。しかし、配管系Ｉに接続されたエアー噴出し口上には、必ず試料があり、エアリークは起きない。
従って、図４に実施例によれば、試料は、搬送ロボットの搬送時の試料の位置ずれがあっても、エアーの吹上げが十分機能し、それによって試料が浮上するので、位置決めが正確かつ確実に実現できる。
【００２５】
また、この配管系を、例えば、２系統ばかりでなく、３系統以上に分離すれば、搬送時の位置ずれだけでなく、試料のサイズや厚み、そり具合やたわみ具合、剛性、表面粗さ、そり、うねり、精度、平面度の違い、等により、１つあるいは、複数の配管系にエアリークが発生しても、残りの配管系では、エアリークが発生せず、確実で正確な位置決めが可能となる。
即ち、配管系統を複数に分け、エアリークを生じない配管系を確保することにより、確実かつ正確に位置決めすることができる。
【００２６】
複数の系統に分けたときの、エアー吹出し口の配置は、小さなブロックごと、あるいは、（１）中央、（２）その周辺、（３）更にそれらの周辺、等に系統を分ける方法があり、また、同じ数の噴出し口で分けるもしくは異なる噴出し口の数にするか、自由である。
なお、配管系の分離数を大きくすると、それぞれについて浮上する力は強くなるが、すべてがエアリークしない場合には、強くなりすぎ、吹き上がりすぎるので、設計上注意が必要である。しかし、試料のサイズや厚み、そり具合やたわみ具合、剛性、表面粗さ、そり、うねり、精度、平面度の違い、等によるばらつきが大きく、常に何らかの原因によりエアーリークが発生するような試料を対象とする場合には、配管系の分離数を大きくすることが有効である。
【００２７】
更に、ガイド付きエアシリンダー 4 と試料 1 のサイズとの差（試料 1 が置ける領域）を小さくすると、試料 1 の位置ずれ量を少なくし、リーク量を減らすことができる。
エアチューブを２本にすることにより、エアフローのエアー流量が２倍になり浮上が十分でない試料 1 も浮上することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】試料が吸着板に搭載された場合を説明するための図。
【図２】吸着板を複数の吸着板ユニットに並べて組み合わせた構成を示す図。
【図３】搬送ロボットが、試料を試料台の吸着板に置くときの置く場所が大きく位置ずれする場合を説明する図。
【図４】本発明の一実施例を説明するためのエアチューブの配管系統を示す図。
【図５】線幅測定装置の構成の一実施例を示すブロック図。
【図６】一般的な基板クランプの方法を説明するための図。
【符号の説明】
【００２９】
1：試料、  2：吸着板、  3：エアフロー用の穴、  4，4-1，4-2，4-3，4-4，4-5，4-6：ガイド付きエアシリンダー、  5：隙間、  6：吸着板ユニット、  7，8：基板部分、  9，10：エアー供給口、  101：試料台、  102：エアシリンダベース、  401-1，401-2，402-1，402-2：マニホールド、  403-1，403-2，404-1，404-2：入力管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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