(57)【要約】【課題】従来の技術では、並び精度の測定再現性（３σ）は、数十ｎｍ程度であり、ウエハの加工後の後工程で必要な数ｎｍの精度に対し精度不足である。精度目標を達成するには、並び精度測定中の被測定物の変位、装置を構成する部品の熱変位、経時変化を除去または減少させる必要がある。【解決手段】「並び精度検出」および「アライメント検出」の２種類の顕微鏡を配設することにより、並び精度検出時の対物レンズの交換を必要としないため、対物レンズ交換時の光軸のずれ（交換時の再現性）および経時変化の影響を減少または除去することができる。また、並び精度検出の顕微鏡は、光軸を中心にして左右対称構造にすることにより熱変位を減少することができる。【選択図】　図５
2004045388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも測定倍率の小さい第１の光学顕微鏡と測定倍率の大きい第２の光学顕微鏡と、被測定物を保持する保持部と、上記第１と第２の光学顕微鏡の視野内に上記被測定物の保持部を移動する移動機構部と、上記被測定物の光学像を上記第１と第２の光学顕微鏡を介して撮像する第１と第２の撮像装置と、上記第１と第２の撮像装置から得られる映像信号を処理する信号処理装置と、上記移動機構部を制御する制御部からなり、
上記第１の光学顕微鏡で測定した上記被測定物の位置座標に基づいて上記第２の光学顕微鏡で測定する上記被測定物の位置座標を制御することを特徴とする高精度寸法測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の高精度寸法測定装置において、
上記被測定物は、ウエハであり、
上記第１の光学顕微鏡は、上記ウエハのアライメント用に使用され、
上記第２の光学顕微鏡は、上記ウエハに形成されているパターンの測定用に使用されることを特徴とする高精度寸法測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の高精度寸法測定装置において、
上記第１の光学顕微鏡の測定倍率は、約５倍であり、
上記第２の光学顕微鏡の測定倍率は、約２５０倍であることを特徴とする高精度寸法測定装置。
【請求項４】
請求項２記載の高精度寸法測定装置において、更に、上記第２の光学顕微鏡を保持する基盤を有し、上記第２の光学顕微鏡は、上記基盤に支持部材により支持されると共に、上記支持部材は、上記光学顕微鏡の光軸に対して軸対象に上記基盤に支持されていることを特徴とする高精度寸法測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の高精度寸法測定装置において、上記基盤及び上記支持部材は石材からからなることを特徴とする高精度寸法測定装置。
【請求項６】
請求項２記載の高精度寸法測定装置において、更に照明光導入用ガイド部を備え、上記第２の光学顕微鏡は、上記被測定物を照明する照明光導入部を有し、上記照明光導入用ガイド部と上記照明光導入部が非接触で結合されることを特徴とする高精度寸法測定装置。
【請求項７】
請求項２記載の高精度寸法測定装置において、上記第２の光学顕微鏡は、上記半導体ウエハに形成されているパターンの並び精度測定用に使用されることを特徴とする高精度寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウエハ等の製造工程に於いて使用する、半導体の並び精度を測定、検査する高精度寸法測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高精度寸法測定装置には、並び精度測定装置やアライメント測定装置がある。
先ず、並び精度の測定について、半導体ウエハを測定対象例として説明する。
図１は代表的な半導体ウエハを示す。なお、この図は分かりやすくするための図で、忠実な縮尺ではない。
【０００３】
まず、半導体ウエハ上に多数の集積回路パターンを１つずつ作成する工程について説明する。　図において、例えば直径　１５０　ｍｍ　の半導体ウエハ　４７　は、Ｓｉ　等の単結晶基板　等からなり、その表面に微細な集積回路パターン（以下、ＩＣ　パターン）を形成するものである。オリエンテーションフラット　４８　は、半導体ウエハ　４７　の円形の１辺を切欠いたもので、結晶面の方向を明らかにするためと、半導体ウエハ　４７　の回転軸（θ）方向の位置を決めるものである。ＩＣ　パターン　５０　は、半導体ウエハ　４７　上に複数個形成される。例えば、図１では例えば、１個が　１　ｍｍ　×　２０　ｍｍ　の矩形の　ＩＣ　パターン　５０　である。ＩＣ　パターン　５０　は、図１の場合に、例えば、１個ずつリソグラフィ技術を用いて投影露光して、その後不純物のドープ、拡散等の処理を繰り返して形成される。
【０００４】
アライメントマーク　４９　は、露光時に、半導体ウエハ　４７　上の各　ＩＣ　パターン５０　の　ｘ　，ｙ　，θ方向の位置を決めるために、通常、半導体ウエハ　４７　に複数個配置され、その内の２個（可能な限り離れた位置の２個）を用いて、ｘ　，ｙ　，θの位置座標の補正に使用する。アライメントマークの長さは、例えば３００　μｍ　である。アライメントマークとオリエンテーションフラット　４８　との距離は、半導体ウエハ毎に異なり、例えば　１　ｍｍ　程度のズレがありうる。従って、まず、アライメントマークを検出し検出されたアライメントマークの位置に基いて、半導体ウエハ　４７　が測定装置上の正確な位置に位置合わせされる。これを半導体ウエハのアライメントと呼ぶ。
次に半導体ウエハが測定装置に正しく位置合わせされた後、半導体ウエハ　４７　上に　ＩＣ　チップが形成される。ＩＣ　チップは、複数の　ＩＣ　パターンの組合せによって形成される。即ち、まずチップ形成のための露光は、アライメントマーク　４９　の位置を基準として相対的な距離の場所に、各々の　ＩＣ　パターン　５０　を形成するように実行される。従って、アライメントマーク　４９　の位置座標を求め、測定装置の　ｘ　，ｙ　，θ座標との相対的な位置を算出して、位置補正をしてから、各　ＩＣ　パターン　５０　の露光が行われる。
【０００５】
上記のようにして半導体ウエハ上に作成した多数の　ＩＣ　パターンは、その後のスクライビング工程により個々の　ＩＣ　チップに分離される。多数の　ＩＣ　パターンを作りつけた半導体ウエハから個々の　ＩＣ　チップをスクライビングによって切り出すためにはまず、アライメントマークを基準とする一列の　ＩＣ　パターンの位置のバラツキが所定の基準値以下（例えば、　１０　μｍ以下）でなければならない。なぜなら、スクライビング方向の一列の　ＩＣ　の並びのバラツキが　１０　μｍ以上あると、スクライビングによって１つの　ＩＣ　パターンの一部が切断され、不良の　ＩＣ　チップとなってしまうからである。よって、個々の　ＩＣ　パターンの切り出しの前に、アライメントマークの検出とアライメントマーク位置に対する　ＩＣ　パターンの位置のバラツキ、即ち並び精度（　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｃｃｕｒａｃｙ　）の測定を行ない、所定のばらつき範囲にあるか否かを測定し、ＩＣ　の製造工程の改善及び歩留まりの向上に役立てるものである。特に、並び精度の測定には高精度の距離の測定が必要である。
【０００６】
記載すべき先行技術文献は発見できなかった。
【０００７】
本発明者等は、本発明に至る過程で、半導体ウエハ　４７　の位置合わせ用のアライメント測定装置と　ＩＣ　パターン　５０　の並びを測定する並び精度測定装置とを同一顕微鏡を用いて測定するが、半導体ウエハ上の　ＩＣ　チップの並びのバラツキを検出する「並び精度検出」用と半導体ウエハの設置位置ずれを検出する「アライメント検出」用として互いに異なる倍率の対物レンズを用意しておき、検出に際し、対物レンズをその都度交換し或いは切換えて、以って、一つの顕微鏡を兼用して測定することを検討した。異なる倍率の対物レンズを使用する理由は被測定物の大きさが違うためである。即ち、被測定物の一方は半導体ウエハ上の半導体素子であり、そのサイズは上述の如く例えば　１　ｍｍ　×　２０　ｍｍ　あるいはそれより小さく、もう一方は半導体ウエハそのものの設置上の基準点であるアライメントマークであり例えば　３００　μｍ　の大きさである。
【０００８】
１つの顕微鏡を兼用した場合、測定及び位置合わせは以下のようにして行われる。
最初にアライメントマーク検出と位置合せは以下のように行なわれる：
１．オリエンテーションフラット　４８　を利用して測定対象の半導体ウエハ　４７　を被測定物搭載及び保持するテーブル（戴置台）上に位置決めする。
２．顕微鏡の対物レンズとして低倍率（例えば光学倍率５倍）のものを用いて、左側のアライメントマーク　４９　の実際の位置（Ｘ１，Ｙ１）と設計位置（Ｘ０，Ｙ０）とを比較する（このときの顕微鏡の視野、即ち、図示しない画像表示装置の表示範囲は例えば１ｍｍである。また、設計位置（Ｘ０，Ｙ０）とは、戴置台の基準位置、例えば、座標軸の原点である。）。
３．右側のアライメントマークの実際の位置（Ｘ２，Ｙ２）について２．と同様の測定を行う。
４．上記２項と３項から半導体ウエハと傾き（θ）を算出する。
５．算出した（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）と測定装置の（Ｘ０，Ｙ０）との相対的な位置を算出して前もって設定されている位置とのズレ量を補正する。
【０００９】
次に、光学系を半導体素子検出用の高倍率（例えば、光学倍率　２５０　倍）のものに換え、その光軸を光学系のそれに合わせた上で、以下のように半導体素子の検出（並び精度）をする。
１．上記高倍率の対物レンズによる観察下で、半導体ウエハ　４９　を移動して先頭の　ＩＣ　パターン位置を光軸と合わせる（このときの顕微鏡の視野、即ち、図示しない画像表示装置の表示範囲は、例えば　２０　μｍ　である。）。
２．先頭の　ＩＣ　パターン位置の　ｙ　軸上の距離を測定する。
３．半導体ウエハを次の　ＩＣ　パターン位置まで　ｘ　方向に移動して次のパターン位置の　ｙ　軸上の距離を求める。
４．上記３項の処理を繰り返して、各パターン位置で　ｙ　軸上の距離を求める。
５．求めたパターン位置の　ｙ　軸上のバラツキに基づき半導体ウエハ　４７　の良否を判定する。
半導体ウエハの良否の判定基準は、例えば、全ての　ＩＣ　パターンの　ｙ　軸上のバラツキの絶対値が　５　ｎｍ　以内であれば良品、それより大きい　ＩＣ　パターンがあると不良品とする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような同一顕微鏡を用いて並び精度を測定する場合の問題点を一つの顕微鏡を兼用した場合の並び精度測定装置の一構成例を示す図２に言及して説明する。
図２に於いて、１は被測定物、２は顕微鏡ユニット、３は顕微鏡支持部、４は測定時の被測定物照明用の光を供給するための光源の軸、即ち、顕微鏡ユニット２の光軸中心、５は顕微鏡ユニット２を支えるアルミニウム製の支柱、５００は支柱５の中心軸、６は支柱５を支える石定盤、７は支柱５の中心軸５００と光軸４との距離、８は被測定物１の保持部を示す。顕微鏡ユニット２の支持には、顕微鏡ユニット２の片方の端部である顕微鏡支持部３をアルミ支柱５が支持する片持ち式を用いている。
【００１１】
図２の並び精度測定装置の構造の場合、支柱５の中心軸５００と顕微鏡ユニット２の光軸中心４との距離が大きく（例えば、２００　ｍｍ　程度）、かつ、支柱５は材質がアルミニウムで熱膨張係数が　２３．７　ｐｐｍ／℃と大きいため、温度が　０．０５　℃変化すると、熱変位誤差が約　２４０　ｎｍ　と、かなり大きくなってしまい問題である。
【００１２】
次に、被測定物の保持部８について、一つの並び精度測定装置の別の構成例を示す図３に言及して説明する。この構成例も本発明者等が本発明をする過程で考案し検討したものである。
図３に於いて、１０は被測定物１を載せて固定（保持）するための戴置台、１１は被測定物１と戴置台１０を位置合わせ（アライメント）のために水平方向に回転させるθ回転機構、１２は並び精度測定の際に被測定物を顕微鏡に対して移動させるときの真直度（　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓ　）を測定するための測長計を示す。
被測定物としての例えば半導体ウエハ上の各列における半導体素子間の並びのバラツキを測定するためには、半導体ウエハを載せた戴置台を　ｘ　軸上に沿って移動させ半導体ウエハ上の各半導体素子の　ｙ　軸上の距離を測定する必要がある。
移動の際、半導体ウエハを載せた戴置台１０　が真っ直ぐに移動するのが理想であるが、戴置台１０　はいくらかの揺らぎ（　ｗａｇｇｌｉｎｇ　ｏｒ　ｗｏｂｂｌｉｎｇ　）を持ちながら進むのが現実である。そこで、測長計１２を用いて戴置台の移動の揺らぎを補正する。
【００１３】
次に、並び精度の測定方法について、半導体ウエハ（以下、半導体ウエハ）４７上の半導体素子（　ＩＣ　パターン）の並び状態を拡大して示した図４に言及して説明する。
図に於いて、２０は半導体ウエハ上の半導体素子、２１は半導体ウエハと、この半導体ウエハ上の半導体素子配置寸法の基準点を示すアライメントマークであるが、実際は、アライメントマークは極めて大きく視野内には入ってこない、２２と２３はそれぞれ、半導体ウエハ上の半導体素子配置上の横方向の　ｘ　軸と　ｙ　軸を表す。半導体ウエハを顕微鏡に対し　ｘ　軸方向に移動させながら各半導体素子を顕微鏡で拡大し、ＣＣＤ　カメラで撮像された各半導体素子２０の位置Ｔ０−Ｔｎにおける例えば、　ｙ　軸上の最大と最小の配置差であるΔＹを検出する。即ち、半導体ウエハを　ｘ　軸上の各Ｔｎの位置（但し、ｎ＝０，１，２，‥‥‥，ｎ）に移動させ、顕微鏡で拡大し、ＣＣＤ　カメラで撮像する。撮像したそれぞれの位置Ｔ０−Ｔｎで所定の大きさを持つ半導体素子の中心位置を画像処理で求めて、半導体素子それぞれの中心位置の　ｙ　軸上の距離を求めて、それの最大値と最小値との差ΔＹを算出する。
【００１４】
本発明者等の検討によれば、しかし、上述のような並び測定装置では、得られる並び精度の測定再現性（３σ）が数十　ｎｍ　程度とかなり大きく、半導体ウエハの加工後の後工程（とりわけスクライビング工程）で必要な数　ｎｍ　の精度に対し精度不足であることが分かった。測定再現性（３σ）は、統計計算上の偏差を示し３σが数十　ｎｍ　の場合は、全データにおいての数十　ｎｍ　の範囲に　９９．７　％のデータが存在することを示す。
【００１５】
本発明者等の考察の結果、図２または図３の、１つの顕微鏡で対物レンズを交換してアライメントマークと半導体素子の位置を検出する方式で必要な測定再現性が得られない理由が明らかになった。即ち、並び精度の測定は測定装置全体を温度変化を±　１　℃程度に抑えた恒温槽中で行うが、半導体ウエハ上の一列上の全半導体素子について並び精度を測定するのに、およそ　６０　秒かかる。そして、この６０秒の間に周囲温度の変化のために、測定精度が悪化してしまうことをつきとめた。
換言すると、３σ＝数十　ｎｍ　の目標を達成するためには、少なくとも　６０　秒の間は所定の測定精度を維持できる構成とすれば、再現性の良い並び精度測定が可能となる。そのような構成を達成するためには、並び精度測定中の被測定物の変位、並び精度測定装置を構成する部品の熱変位と経時変位を除去または減少させる必要がある。
本発明の目的は、上記要求を満足する、高精度の寸法測定装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の高精度寸法測定装置は、少なくとも測定倍率の小さい第１の光学顕微鏡と測定倍率の大きい第２の光学顕微鏡と、被測定物を保持する保持部と、上記第１と第２の光学顕微鏡の視野内に上記被測定物の保持部を移動する移動機構部と、上記被測定物の光学像を上記第１と第２の光学顕微鏡を介して撮像する第１と第２の撮像装置と、上記第１と第２の撮像装置から得られる映像信号を処理する信号処理装置と、上記移動機構部を制御する制御部からなり、上記第１の光学顕微鏡で測定した上記被測定物の位置座標に基づいて上記第２の光学顕微鏡で測定する上記被測定物の位置座標を制御することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一側面による高精度寸法測定装置において上記被測定物は、ウエハであり、上記第１の光学顕微鏡は、上記ウエハのアライメント用に使用され、上記第２の光学顕微鏡は、上記ウエハに形成されているパターンの測定用に使用されることを特徴とする。
また、本発明の一側面による高精度寸法測定装置において、上記第１の光学顕微鏡の測定倍率は、約５倍であり、上記第２の光学顕微鏡の測定倍率は、約２５０倍である。
【００１８】
また、本発明の一側面による高精度寸法測定装置において、更に、上記第２の光学顕微鏡を保持する基盤を有し、上記第２の光学顕微鏡は、上記基盤に支持部材により支持されると共に、上記支持部材は、上記光学顕微鏡の光軸に対して軸対象に上記基盤に支持されてい。
また、本発明の一側面による高精度寸法測定装置において、上記基盤及び上記支持部材は石材からからなる。
また、本発明の一側面による高精度寸法測定装置において、更に、照明光導入用ガイド部を備え、上記第２の光学顕微鏡は、上記被測定物を照明する照明光導入部を有し、上記照明光導入用ガイド部と上記照明光導入部が非接触で結合される。
また、本発明の一側面による高精度寸法測定装置において、上記第２の光学顕微鏡は、上記半導体ウエハに形成されているパターンの並び精度測定用に使用される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の並び精度測定装置の概念を示す図５に言及して本発明の原理について説明する。
本発明では、図５に示したように、アライメント検出用顕微鏡　１００　と並び精度測定用顕微鏡　１０２　とをそれぞれ独立して設け、半導体ウエハ（以下、半導体ウエハ）などの被測定物　１０１　を共通の可動台　１０４　上に置く構成とした。
即ち、まず、半導体ウエハ　１０１　がアライメント検出用顕微鏡　１００　下に位置するよう可動台を移動させて前述した方法で２箇所のアライメントマーク　４９　の位置を検出する。アライメント検出用顕微鏡　１００　は、アライメントマークが比較的大きいため（例えば　３００　μｍ　）、光学倍率は低倍率で良く（例えば、５　倍）、よって温度変化は特に問題にならない。
【００２０】
検出した２つのアライメントマーク　４９　の位置から半導体ウエハの位置座標（ｘ　，ｙ　）及び、角度変位θを求め、先に説明した基準位置（Ｘ０，Ｙ０）のそれと一致するよう補正する。次に可動台　１０４　を　ｘ　軸に沿って動かして半導体ウエハ　４７　を並び精度検出用顕微鏡下に移動させ並び精度を測定する。並び精度測定用顕微鏡　１０２　は、光学倍率が例えば　２５０　倍と高倍率であるので、測定精度再現性３σ＝数十　ｎｍ　の目標を達成するためには温度変化に対して並び精度測定中の顕微鏡全体の及びその構成部品の熱変位と経時変位を除去またはできる限り減少させる必要がある。
そのような理由から、並び精度測定専用の顕微鏡　１０２　を独立して設けているのである。
並び精度測定専用の顕微鏡　１０２　を独立して設け、かつ、熱変位と経時変化を極力少なくする構造とすることが可能となる。
【００２１】
図５（ａ）　は、ａ−ａの断面図を示している。図５（ａ）　に示すように、並び精度測定用顕微鏡　１０２　は、固定部　１１２　に固定されている。そして、並び精度測定用顕微鏡　１０２　の光軸　１０３（即ち、顕微鏡本体の中心）とこの顕微鏡の固定部　１１２　の中心とが一致している。また、この固定部　１１２　は、該顕微鏡　１０２　の光軸に関して軸対称に設けた複数のボルト　１０８　で石天板　１０６　に固定されている。即ち、軸対象に固定される。このように、顕微鏡　１０２　は、その光軸を中心にして軸対称に固定されているので、多少の熱変位や経時変化に対して、顕微鏡の光軸がほとんど変化しないように構成されている。尚、１０５　は光透過用の開口、１０９　はプリズムを示す。
【００２２】
また、一実施例に於いて、石天板　１０６　を石定盤で支持する支柱　１１９　の材質を御影石材で構成している。御影石の熱膨張係数は約　９．１０　ｐｐｍ／℃であるため、熱変位誤差が約　９０　ｎｍ　とアルミニウムで形成した場合に比し、小さくすることが可能となる。
更に、一実施例に於いて、並び精度測定用顕微鏡　１０２　と被測定物照射用の光を供給する照明部　１１０　との接続は、物理的に非接触としている。即ち、図示しない光源から図示しない複数の光ファイバーによって光を入射された照明部　１１０と顕微鏡　１０２　とは物理的には非接触に構成されており、照明部　１１０　の熱が顕微鏡　１０２　本体に伝達されない様にしている。なお、外部からの光の影響を無くすため、顕微鏡　１０２　に円筒状の出っ張り部　１０７　を設け、その内径を、円筒状の照明部　１１０　の外径より大きくした入れ子構造としている。
【００２３】
一実施例に於いて、アライメント検出位置補正（　ｘ　，ｙ　，θの補正）を終了した後、戴置台に置くことにより測定中被測定物が動くことがなくなる。これにより被測定物を戴置台上で回転する必要がない為、戴置台と移動手段との一体化構造が可能になり、真直度補正時の誤差が減少できる。
【００２４】
以下で本発明の実施例について図面に言及して説明する。同様な部材には同様な参照符号を付す。
図６は、本発明の一実施例の並び精度測定装置の一部分を展開した正面図、図７は、本発明の一実施例の並び精度測定装置の部分立面図を含む一部分を展開した側面図を示す。この装置は、限定されないが、半導体ウエハ等内の　ＩＣ　パターン等の半導体素子の並び精度を検査するものである。図６の（ａ）、図７の（ａ）に示すように、定盤　３１　上に、被測定物　１　をまずアライメント検出用顕微鏡　３４の光軸位置に、ついで並び精度測定用顕微鏡　３３　の光軸位置に位置決めするための移動機構が配設されている。即ち、定盤　３１　上にはＹステージ　３５　が配設されておりＹステージ　３５　上にＸステージ　３６　が配設されている。Ｙステージ　３５　は、Ｙステージ駆動用モータ　３５１　で駆動されて図７の左右方向に移動し、Ｘステージ　３６　は、図示されていないＸステージ駆動用モータで駆動され図６の左右方向に移動する。また、Ｘステージ　３６　上には被測定物　３２　を保持する吸着板（戴置台）３７　が配設されている。Ｘステージ　３６　の移動時の真直度（　ｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓ　）の補正は、被測定物を固定した吸着板　３７　上の基準点から真直バー　３８　までの距離を変位計ベース　４０　上の変位計（測長計）３９　で測定する。真直バー　３８はλ／２０　程度の平面度なので、Ｘステージの位置により測定値に補正が必要である。この補正処理は変位計　３９　からの信号を後述の演算処理装置　２８０（図９）で処理して行う。並び精度測定用顕微鏡　３３　及びアライメント検出用顕微鏡　３４　は、定盤　３１　より立ちあがっている４本の石支柱　４１　上の石天板　４２　に保持されている。尚、並び精度測定用顕微鏡　３３　の光軸とアライメント検出用顕微鏡　３４　の光軸は、本実施例においては、７５　ｍｍである。
【００２５】
図６と７において、６０　は複数の光ファイバーからなる照明部であり、図示しない光源からの光を顕微鏡内に導き被測定物を照明する。図６（ｂ）は照明部　６０と並び精度検出用顕微鏡　３３　との結合部（図５の固定部　１１２　）の断面を示す。図示のように、顕微鏡　３３　にはその鏡筒部に光ファイバを受け入れるための円筒形状の出っ張り部分　６２　が設けてあり、その内径は照明部　６０　と物理的に非接触となるよう照明部　６０　の外形より大きくなっており、いわゆる「入れ子構造」としている。この構造により、照明部　６０　の熱が顕微鏡　３３　に熱伝導により直接伝えられることを防止することができる。
【００２６】
図７の部分上面図（ｂ）は並び精度測定用顕微鏡　３３　の石天板　４２　への固定方法を示す。並び精度測定用顕微鏡　３３　は、顕微鏡の固定部或いは台座　８０　を６本の固定ボルト　４５　によって石天板　４２　に締結することにより石天板　４２　上に固定されている。これらの６本の固定用ボルト　４５　は光軸　４６　に対し軸対称または左右対称に配置されている。これにより、並び精度測定用顕微鏡　３３　が熱により変位が生じた場合でも、光軸４６を中心に軸対象または左右対称に均等に変位が生じ、結果、光軸　４６　にズレが発生しない。
【００２７】
６４　は顕微鏡　３４　のオートフォーカス用Ｚ軸微動機構であり、例えば特開２０００−２９８２３９号公報（ＪＰ−Ａ−２９８２３９／００）に記載のもの或いはそれと同等以上の性能を持った任意のものを使えば良い。以下で、Ｚ軸微動機構　６４　を図１０〜１３に言及して詳細に説明する。図１０〜１３はそれぞれ、この機構　６４　の側断面図、側面図、平面図、底面図を示す。
【００２８】
図１０は本発明の一実施例の側断面図、図１１は図１０の正面図、図１２は図１０の平面図、図１３は図１０の底面図である。２０１　はベースで連結板２０２　、２０３を介して図示しない鏡筒に取付けられた上部プレート　４０４　に固定されている。ベース　２０１　には上下部に、上、下より円弧切込によって形成された弾性ヒンジ　４０５　、４０６　が、光軸　４０７　に平行に配設されている。弾性ヒンジ　４０５　、　４０６の延長部には平行リンク　４０８　、４０９　が光軸　４０７　に直角な方向に配設され、その端部に上下より円弧切込によって形成された弾性ヒンジ　４１０　、４１１　が、光軸　４０７　に平行に配設されている。弾性ヒンジ　４１０　、４１１　の延長部には連結板　４１２　、４１３　を介して図示しない対物レンズブロックを取付けた下部プレート　４１４　に固定された可動ブロック　４１５　が配設されている。また、ベース　２０１　の下端には、水平方向から切込を入れた弾性ヒンジ　４１６　が設けられており、その延長上に水平腕　４１７　が配設され、そのベース側端部には水平方向から切込を入れた弾性ヒンジ　４１８　が、可動ブロック側には水平方向から切込を入れた弾性ヒンジ　４１９　が設けられており、弾性ヒンジ　４１６　、４１８　、４１９　は、光軸　４０７　に垂直な同一面上に配設されている。弾性ヒンジ　４１８　の上部には圧電素子　４２０　の下端面　２２１　に接する、圧電素子当接面　４２２　を持つ圧電素子当接ブロック　４２３　が形成されている。また、弾性ヒンジ　４１９　の連続部には連結ブロック　４２４　が形成され、その上端部には弾性ヒンジ　４１９　が形成されて水平腕　４１７　と可動ブロック　４１５　とを連結している。圧電素子　４２０　の上部には弾性ヒンジ　４１８　と９０°交差する方向から切込を入れて形成した弾性ヒンジ　４２７　を有する圧電素子支持ブロック　４２８　がベース　２０１に固定されている。可動ブロック　４１５　と上部プレート　４０４　の間には圧縮ばね　４２９　が圧縮された状態で配設されている。この動作は圧縮ばね　４２９　の反発力で上部プレート　４０４　から可動ブロック　４１５　を下に押すと、上部プレート　４０４　が連結板　２０２　、２０３　を介してベース　２０１　に固定されているため、ベース　２０１　対して可動ブロック　４１５　、連結ブロック　４２４　を介して水平腕　４１７　を押下げようとする。水平腕　４１７　は弾性ヒンジ　４１９　を介して下方に押され、弾性ヒンジ　４１６　を支点にして時計方向に回転しようとし、弾性ヒンジ　４１８　、圧電素子当接ブロック　４２３　を介して圧電素子　４２０　を押す。
圧電素子　４２０　は圧電素子支持ブロック　４２８　と圧電素子当接ブロック　４２３　に挟まれて圧縮された状態で保持される。この状態で図示しない制御装置からの制御によって、圧電素子　４２０　に電圧が印加され、圧電素子　４２０　が伸びると圧電素子当接ブロック　４２３　、弾性ヒンジ　４１８　を介して水平腕　４１７　を押し、水平腕　４１７　が、弾性ヒンジ　４１６　を支点にして反時計方向に回転し、連結棒　４２４　を介して可動ブロック　４１５　を押し上げる。可動ブロック　４１５　は弾性ヒンジ　４１５　、　４１６　、４１０　、４１１　と平行リンク　４０８、４０９　に案内されて、上方に変位する。すると、可動ブロック　４１５　は連結板　４１２　、４１３　、下部プレート　４１４　を介して対物レンズを上方に変位させる。このとき水平腕　４１７　は弾性ヒンジ　４１６　を支点とするテコとして働き、弾性ヒンジ　４１６　と　４１９　の距離が弾性ヒンジ　４０６　と　４１１　間の距離及び弾性ヒンジ　４０５　と　４１０　の間の距離と異る為、弾性ヒンジ　４１９　の水平方向の位置と、弾性ヒンジ　４１０　、４１１　の水平方向の変位量が相違し、また水平腕　４１７　の傾斜と平行リンク　４０９　と　４０８　の傾斜も相違する。しかし、水平腕　４１７　と可動ブロック　４１５　の間には弾性ヒンジ　４１９　と　４２５　及び連結ブロック　４２４　があるため、連結ブロック　４２４　が傾斜して、水平腕　４１７　と可動ブロック　４１５　の間の水平方向の位置ずれを吸収する。従って位置ずれに伴う微少なこじれが発生する事なく、可動ブロック　４１５　の厳密な平行変位が実現できるため真直度の再現精度が向上する。また、圧電素子　４２０　の上下端面は完全に平行にならないが弾性ヒンジ　４１８　と弾性ヒンジ　４２７　が９０°交差しているため、圧電素子　４２０　の上下端面の平行からのずれ、すなわち傾斜に対応して傾くことができ、圧電素子当接面　４２２　と　４２６　が、圧電素子　４２０　の上下端面に倣うことができ、従ってベース　２０１　と水平腕　４１７　の間でこじる力が働かない為に真直度の再現劣化要因が発生しない。本実施例では平行リンク　４０８　、４０９　の腕の長さ　５０　ｍｍ　、弾性ヒンジの最小肉厚　０．５　ｍｍ　とし、ベース　２０１　、可動ブロック　４１５　、平行リンク　４０８　、４０９　、水平腕　４１７　等を厚さ　４０　ｍｍ　の炭素鋼からワイヤカット加工により一体切出し加工を行った。この真直度は、上下移動量　１００　μ　ｍ　に対し、０．００３　μｍ　以内、真直度の再現性は　０．００２　μｍ　以内が得られた。
【００２９】
以上述べた如く、上記によれば弾性支点４節リンク機構の下部に圧電素子駆動、弾性支点テコ機構を結合し、圧電素子当接部に９０°交差する弾性支点を付加するのみで　１　ｎｍ　オーダの真直度再現性を有する顕微鏡用Ｚ軸微動機構を実現できる。
【００３０】
次に、図８と９に言及して、本実施例の構成をアライメントの方法と関連させながら更に説明する。
図８（ａ）は図７から切り出したアライメントに関係する部分の断面を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）の１点鎖線で囲んだ部分の断面を更に詳細を示し、図８（ｃ）は図８（ｂ）の、吸着板　３７　上に被測定物として半導体ウエハ　１　を載せた様子を示す。
【００３１】
人による手置き、または、図示しない搬送ロボットで吸着板　３７　上に被測定物３２　を配置する。吸着板　３７　は、掘込み構造、掘込み口　３７１　にＺθステージ　４３が挿入されている。Ｚθステージ　４３　のＺ方向（上下）及びθ方向（ｘ−ｙ平面上での回転）の移動はＺθステージ駆動部　４３１　によってなされる。Ｚθステージ　４３　の可動部　４３２　には３本のリフトピン　４４　配設されていて、これらのリフトピン　４４　がＺ方向およびθ方向に移動および回転する。その際、リフトピン４４　が吸着板　３７　に衝突しないように、吸着板　３７　には、穴　３７２　が３個設けられている。リフトピン　４４　は中空構造となっていて、Ｚθステージ　４３　が動いた際、半導体ウエハ　３２　がリフトピン　４４　上で動かないように、図示しない真空ポンプにより、リフトピン内を真空に排気できるようになっている。Ｘステージ　３６　およびＹステージ　３５　を移動させ、半導体ウエハ　３２　をアライメント検出用顕微鏡　３４　下に位置決めし、Ｚθステージ　４３　のリフトピン　４４　を上昇させた後、前述した方法により半導体ウエハ　３２　のｘ−ｙ平面上の位置及び傾き（θ方向の回転）を測定して座標（　ｘ　，ｙ　，θ）を求め、リフトピン　４４　をθ回転させて半導体ウエハ　３２　のθ方向の位置を調整する。その後、リフトピン　４４　を下降させ吸着板　３７　上に半導体ウエハ　３２　を置く。
【００３２】
吸着板　３７　には、Ｘステージ　３６　及びＹステージ　３５　が移動した際に半導体ウエハ　３２　が動かないように図示しない吸着機構が設けられている。半導体ウエハ３２　の測定した位置座標（　ｘ　，ｙ　）は、図９の演算処理装置　２８０　に取り囲まれ、測定系の位置座標との間で補正が実施される。
なお、吸着板　３７　および真直バー　３８　は、低膨張材質を用い、かつ一体構造になっているため熱による膨張により、どちらか一方が大きな熱変位を起こすことがない。従って、精度良く真直度補正を行うことが可能である。
以上の操作で、被測定物である半導体ウエハ　３２　のアライメントが完了した。
【００３３】
次に、半導体ウエハ　３２　を吸着板　３７　上に固定したままＸステージを移動させて、半導体ウエハ　３２　を並び精度測定用顕微鏡下に配置し、並び精度の測定を実施する。
この移動は、図９の操作部　２８１　から操作して、ＸＹステージ制御部　２８７　がＸステージ駆動用モータを回転させて行う。以下で、並び精度の測定について説明する。
【００３４】
まず、並び精度測定の前段階として以下の操作を行い光軸を合わせる。
まず、半導体ウエハ　３２　のθ方向の修正を以下のように行う。
ｘ　軸及び　ｙ　軸方向の位置決め終了後、リフトビン　４４　を上昇させて、半導体ウエハ　３２　を吸着板　３７　から　ｚ　軸方向の上側に持ち上げる。先述のように、リフトピン　４４　は中空構造であり、真空チャックによって被測定物　１　を固定して支えている。それから、リフトピン　４４　を回転させてθ方向の修正を行う。その後、リフトピン　４４　を降下させ、半導体ウエハ　３２を再び吸着板　３７に接触させる。先述のように吸着板　３７　にも図示しない吸着機構があり、被測定物　１　を固定する。その後、リフトピン　４４　の真空チャックによる固定を解除する。
【００３５】
この後、例えば、先述のような方法で並び精度測定を始める。即ち、図１に於いて、各列の　ＩＣ　パターンについて左から右への順序で各　ＩＣ　パターンのＹ軸上の距離を測り、ＩＣ　パターンの並びのバラツキを算出する。これを、例えば、半導体ウエハ　３２　の下側（オリエンテーションフラットから見て）から上側への順序で、ＩＣ　パターンの各列毎に行う。
【００３６】
上述の実施例の並び精度測定装置の制御回路を示す図９に言及して、該並び精度測定装置の制御回路について説明する。
図９に於いて、アライメント検出用顕微鏡　３４　或いは並び精度測定用顕微鏡　３３　で投影された被写体（例えば、半導体ウエハなどの被測定物）を　ＣＣＤ　カメラ　３４０　または　３３０　で撮像し、アライメント／並び精度演算処理装置　２８０　でアライメントマークの位置の測定、測定データからのウエハの（　ｘ　，ｙ　，θ）の算出、被測定物上の各半導体素子（例えば、ウエハ上の　ＩＣ　パターン等）の位置の測定、測定値に基づく並びのバラツキの計算等の処理を実行する。
【００３７】
操作部　２８１　が演算処理装置　２８０　に接続されている。演算処理装置　２８０　は　ＣＰＵ２８２　、ＲＯＭ　２８３　、フレームメモリ　２８４　、変位計　３９　からの信号を入力とする変位計測部　２８５　、並び精度測定用顕微鏡　３３　のオートフォーカス用　Ｚ　軸微動機構　６４　を制御するＺ　軸微動制御部　２８６　で構成される。ＣＣＤ　カメラで撮像された映像は、演算処理装置　２８５に接続されたモニタ　２７０　上に表示される。
【００３８】
被測定物は、ＸＹステージ上に設置された吸着板　３７　に搭載され、顕微鏡　３４　または　３３　の視野に移動される。この移動は、ＣＰＵ　２８１が　ＸＹ　ステージ制御部　２８７　へ　ＲＳ−２３２Ｃ　回線を介して命令する。また、Ｚθステージ　３９　による被測定物のＺ方向の移動およびθ方向（Ｘ―Ｙ平面上での回転）の移動の制御は同じく　ＣＰＵ　２８２　がＺθステージ制御部に命令し、図示しないＺ軸移動モータおよびθ軸移動モータを駆動し、吸着板　３７　を上下移動させ、また、被測定物を固定した３つのリフトビン　４４　を回転させて行う。なお、並び精度測定用顕微鏡　３３の対物レンズは上記オートフォーカス用Ｚ軸微動機構　６４　により上下方向に微動され、合焦点を得る。
【００３９】
以上の制御方法と制御回路の構成は当業者が周知の画像処理技術を用いて、本願の開示に基づき容易に実施出来る程度のものなので、これ以上の詳述は無用であろう。なお、例えば、２００２年２月２６日出願の米国特許出願　Ｓｅｒ．　Ｎｏ．　１０／０８２１２０　に記載された画像処理回路を修正して実現しても良い。
本発明は、並び精度に限らず、あらゆる精密測定用の顕微鏡に用いることができる。
上記実施例の並び精度測定装置は測定再現性（３σ）が高く、極めて優れた測定精度を有するものである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の並び精度測定装置において、以上の対策を施すことにより測定再現性（３σ）が向上し、極めて優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定対象の一例としての半導体ウエハを示す図。
【図２】本発明者等が発明の過程で検討した片持ち顕微鏡取りつけ構造を示す図。
【図３】本発明者等が発明の過程で検討した被測定物を保持する保持装置の構成を示す図。
【図４】半導体ウエハ上の半導体素子の並び状態の一例を示す図。
【図５】本発明の原理を説明するための並び精度測定装置の概念図。
【図６】本発明の実施例の並び精度測定装置の一部分を展開した正面図。
【図７】図７の並び精度測定装置の一部分を展開した側面図。
【図８】図６と図７の並び精度測定装置の被測定物保持部を更に詳細に説明するための図。
【図９】電気処理部も含めた本発明の実施例の並び精度測定装置の全体を示す図。
【図１０】Ｚ軸微動機構の側断面図。
【図１１】図１０のＺ軸微動機構の側面図。
【図１２】図１０のＺ軸微動機構の平面図。
【図１３】図１０のＺ軸微動機構の底面図。
【符号の説明】
１：被測定物、　２：顕微鏡ユニット、　３：顕微鏡支持部、　４：光軸、　５：支柱、　６：石定盤、　４７：半導体ウエハ、　４８：オリエンテーションフラット、４９：アライメントマーク、　５０：ＩＣ　パターン、　１００：アライメント検出用顕微鏡、　１０１：半導体ウエハ、　１０２：並び精度測定用顕微鏡、　１０３：光軸、　１０４：可動台、　１０５：開口、　１０６：石天板、　１０７：出っ張り部、　１０８：ボルト、　１０９：プリズム、　１１０：照明部、　１１２：固定部、　１１９：支柱。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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