(57)【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ステージを３箇所で上下方向に移動させる３つの圧電素子と、
前記ＸＹステージと前記Ｚステージとに接続され、前記Ｚステージを前記ＸＹステージ側へと与圧する引っ張りばねと、
前記ＸＹステージと前記Ｚステージとに接続され、前記Ｚステージを支持する弾性ヒンジと、
を備え、
前記弾性ヒンジには、３つの領域に区切る平行する２箇所の薄肉部が形成された板部材を用い、前記３つの領域のうち中央の領域には貫通する開口部が形成され、前記中央の領域の貫通する開口部内には前記圧電素子が配置され、前記３つの領域のうち端部の領域の一方は前記ＸＹステージに接続され、前記３つの領域のうち端部の領域の他方は前記Ｚステージに接続されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
前記基板検査装置は、さらに、
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Ｚステージ上に配置され、直線方向に移動するロッドを有する直線方向駆動部と、
前記ロッドに接続され、弾性変形しながら前記ロッドの動きに合わせて前記θステージを回転させる弾性部材と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
【請求項３】
前記θステージ上には、前記被検査基板が配置され、
前記基板検査装置は、さらに、前記Ｚステージ上に配置された、レーザー光を用いてＸ方向或いはＹ方向の位置を測長するための反射ミラーを備えたことを特徴とする請求項２記載の基板検査装置。
【請求項４】
前記基板検査装置は、さらに、前記３つのＺ方向駆動部の各Ｚ方向駆動部による前記Ｚステージの移動量を計測する３つの変位計を備えたことを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
【請求項５】
前記Ｚステージには、気体を用いて前記θステージを浮上させるための開口部が形成され、
前記基板検査装置は、さらに、前記開口部に供給する気体の供給量を調整する流量調整弁を備えたことを特徴とする請求項２記載の基板検査装置。
【請求項６】
前記θステージは、前記Ｚステージに真空チャックされることを特徴とする請求項２記載の基板検査装置。
【請求項７】
前記θステージ上には、前記被検査基板が配置され、
前記基板検査装置は、さらに、前記θステージ上に、前記被検査基板の側面に水平方向斜めからレーザー光を照射して前記被検査基板の有無を計測するレーザーセンサーを備えたことを特徴とする請求項２記載の基板検査装置。
【請求項８】
前記基板検査装置は、さらに、
前記θステージ上に配置され、前記被検査基板を保持する保持具と、
前記保持具上に配置され、前記被検査基板を検査するための検査光の光量を測定する光量測定部と、
を備えたことを特徴とする請求項２記載の基板検査装置。
【請求項９】
前記基板検査装置は、さらに、前記保持具上に前記被検査基板と非接触で配置された温度センサーを備えたことを特徴とする請求項８記載の基板検査装置。
【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）。
【特許文献１】特開平６−１２３７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、基板検査装置のステージ機構について考察するに、基板の欠陥検査を行なう場合に、光学系の光を照射する基板の検査面の上下方向（ｚ方向）の位置変化（焦点距離）が大きいと、光学系のオートフォーカスレンズの焦点深度が小さいため検査ができない場合が生じる。そのため、Ｚ方向の移動については、微動できる機構を具備する必要がある。例えば、Ｚ移動機構はサーボモータを動力源として変芯円盤で駆動することが考えられる。しかし、ストロークとしては数十μｍと小さくすることもできると思われるが、ストローク機構が変芯円盤であるのため、変芯円盤の軌道に沿った制御しかできず、状況に合わせたリニア駆動ができないので制御が困難となるといった問題があった。
【０００８】
さらに、基板の検査面の位置変化に影響する要素として、ＸＹステージの走行精度すなわち上下動（ピッチングを含む）が大きいと基板も同じように変化しながら移動するため、検査面のＺ方向位置がずれてしまうといった問題が生じる。このように複合的な原因は、検査画像の解析度に影響を与えてしまい高精度な検査が困難になってしまう。
【０００９】
そして、特許文献１に記載の技術のように、Ｚ方向の移動について微動できる機構として圧電素子を用いたとしても、対向する２点の位置を圧電素子で駆動するのでは上述したような様々な要因により刻々と変化する基板の検査面の平面精度を保つ制御が難しい。
【００１０】
本発明は、かかる問題点を克服し、より高精度な検査面の位置を保つ基板検査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】
【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、上下方向に移動するＺステージと、
前記Ｚステージを３箇所で上下方向に移動させる３つの圧電素子と、
前記ＸＹステージと前記Ｚステージとに接続され、前記Ｚステージを前記ＸＹステージ側へと与圧する引っ張りばねと、
前記ＸＹステージと前記Ｚステージとに接続され、前記Ｚステージを支持する弾性ヒンジと、
を備え、
前記弾性ヒンジには、３つの領域に区切る平行する２箇所の薄肉部が形成された板部材を用い、前記３つの領域のうち中央の領域には貫通する開口部が形成され、前記中央の領域の貫通する開口部内には前記圧電素子が配置され、前記３つの領域のうち端部の領域の一方は前記ＸＹステージに接続され、前記３つの領域のうち端部の領域の他方は前記Ｚステージに接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被検査基板をＺ方向に微動させながら検査面の高さや角度を高精度に制御することができる。よって、被検査基板をより高精度な検査面の位置に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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を保持して配置した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。
【００１４】
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。
【００１５】
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Ｘ矢視図の一部を示す図である。
図４は、図２のＹ矢視図の一部を示す図である。
図５は、図２のＺ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。図２において、ＸＹステージ１２１上に上下方向（Ｚ方向、或いは光軸方向ともいう。）に移動するＺステージ１０３が配置されている。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。
【００１６】
また、図３に示す引っ張りばね３１０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。引っ張りばね３１０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３１０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。ここでは、アクチュエータ機構１０７ａの両側に引っ張りばね３１０を配置することで、両側から均等な力で与圧することができる。また、図２に示すように、アクチュエータ機構１０７ａが配置された側とは反対側に配置されたアクチュエータ機構１０７ｂとアクチュエータ機構１０７ｃについては、同じＺステージ１０３の側面に配置可能であるため、アクチュエータ機構１０７ｂとアクチュエータ機構１０７ｃの近傍にそれぞれ１つずつの引っ張りばね３１０を配置することで、各引っ張りばね３１０により均等な力で与圧することができる。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っ張りばね３１０を配置し、Ｚ・θステージ１２２の浮上りを抑制している。
【００１７】
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の移動量を計測して、その距離を管理するために、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）１０９を配置している。
【００１８】
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。
【００１９】
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、外周に４個の軸受けを同心円で配置している。そして、４個の軸受けのうちの隣り合う２個は固定型軸受１１０とし、２個の固定型軸受１１０と対向する位置に配置された他の２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。
【００２０】
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と取り付け部材３０４とを介して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θ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、取り付け部材３０４とＺステージ１０３間には、θステージ１０６に対して引っ張りばね３０６でロッド３０８の移動方向に与圧を与えている。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θ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。
【００２１】
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。図３に示す接続口３１２からかかる孔ｈに空気を供給する。さらに、Ｚステージ１０３上には、θステージ１０６を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から続く図４及び図５に示す接続口３１４から真空引きする。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、θステージ１０６上には、基板１０１を保持する保持具１０２が配置される。保持具１０２には、基板１０１が保持される。そして、θステージ１０６上には、基板１０１が保持具１０２に搭載されているか否かを判別するために発光部１１５と反射ミラー１１６との組合せによる直線光回帰型レーザーセンサーを設けている。基板１０１を通過する時の屈折率の関係によりレーザー光１４１が反射ミラー１１６で反射された後さらに発光部１１５に戻ってくるか、又は途中で乱反射してしまうかによって、基板１０１の有無を判断することが可能である。ここで、発光部１１５から照射されたレーザー光１４１が基板１０１の側面の約真中近傍に水平方向から照射されるように発光部１１５と反射ミラー１１６とを配置する。基板１０１の側面から反対側の側面を透過させることにより基板１０１内の光路を長くすることができる。さらに、水平方向でありながら基板１０１の側面と直交する方向とはある角度をもって傾けて通過させるように発光部１１５と反射ミラー１１６とを配置する。言い換えれば、直線光回帰型レーザーセンサーは、基板１０１の側面に水平方向斜めからレーザー光１４１を照射して基板１０１の有無を計測する。これにより、さらに基板１０１内の光路を長くすることができる。基板１０１内の光路を長くすることで、レーザー光１４１の屈折率を高め基板１０１が保持具１０２に配置されるのに配置されていないような誤検出を低減させることができる。
【００２５】
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。また、保持具１０２には光量測定部の一例となる反射用光量センサー１４３と透過用光量センサー１４４とが配置されている。基板に近い保持具１０２に配置することで、より正確な検査光の光量を測定することができる。
本実施の形態１では、基板検査装置１００は、基板１０１に検査光を透過させて検査する場合について記載しているが、基板１０１の検査面に対して、検査光を反射させて検査してもよい。ここでは、基板検査装置１００がかかる透過型としても反射型としても使用できるように、反射用光量センサー１４３と透過用光量センサー１４４を配置しておくと好適である。そして、透過型として検査する場合には、透過用光量センサー１４４が、基板１０１の検査面の上方から検査光を基板１０１に照射する際の検査光の光量を測定する。そして、反射型として検査する場合には、反射用光量センサー１４３が、基板１０１の検査面の下方から検査光を基板１０１に照射する際の検査光の光量を測定する。上下逆に配置することで、透過型としても反射型としても使用することができる。
【００２６】
また、保持具１０２には、基板１０１と非接触で温度センサー１４５が配置されている。基板１０１に近い保持具１０２に配置することで、より正確な温度を測定することができる。また、基板１０１と非接触とすることで、基板検査装置１００で温度センサー１４５の像を誤って検出しないようにすることができる。さらに、基板１０１の搬送の場合など基板１０１に損傷を与えないようにすることができる。
【００２７】
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の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。そして、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、基板１０１のＸＹ方向の位置を常時把握し、データ処理させている。
【００２８】
図６は、図２のＡ矢視図の一部を示す図である。
図７は、図２のＣ矢視図の一部を示す図である。
図６と図７では、θステージ外周に配置している４個の軸受けの詳細断面の一例を示している。
図６では、θステージ１０６の同心円外周に２個配置している固定型軸受１１０の構成を示している。固定型軸受１１０は、回転ガイド軸受けで、固定型軸受１１０の軸３１６はＺステージ１０３側に固定されている。固定型軸受１１０の外輪３１８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、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。
図７では、θステージ１０６の同心円外周に２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側に固定されるが、後方より軸台１４６を押し付け可能な押付調整ネジ１４７が配置されている。押付調整ネジ１４７により一定の与圧を軸受けに付加した後、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、図６と同じ物を使用すればよい。
【００２９】
図８は、図２のＢ矢視図の一部を示す図である。
図８では、θステージ上に配置している直線光回帰型レーザーセンサーの詳細断面を示している。上述したように、基板１０１が保持具１０２に搭載されているか否かを判別するために直線光回帰型レーザーセンサーを設けている。レーザー光１４１は発光部１１５から発光させ、基板１０１の板厚の約真中近傍を傾けて通過させた後、発光部１１５の反対側に設けた反射ミラー１１６に光が当り発光部１１５に戻ってくる方式のセンサーである。通常の使い方としては基板１０１が無い状態で光軸合せをし、基板１０１を置いた場合、レーザー光１４１が基板１０１を通過する時の屈折率の関係により発光部１１５に戻ってこないことによって、基板１０１の有無を判断することが可能である。ここでは、基板１０１の高さに合わせるため、保持具１０２を貫通させるように光路用の穴が形成されている。
【００３０】
上述したようにアクチュエータ機構１０７の移動距離を管理するために各アクチュエータ機構１０７近傍にマイクロセンス（静電容量型変位計）１０９を配置している。マイクロセンス１０９は測定対象物と数十μｍの初期ギャップ調整が必要なため、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ている。
図９は、図５のＷ部の詳細図である。
図１０は、図３のＶ部の詳細図である。
図９と図１０では、上述したＺステージ１０３の駆動源となるピエゾ近傍に配置しているマイクロセンス（静電容量型変位計）１０９の詳細図である。
Ｚステージ１０３の三箇所に配置している駆動源となるピエゾ素子で駆動する各アクチュエータ機構１０７の近傍にそれぞれマイクロセンス（静電容量型変位計）１０９を配置している。各マイクロセンス１０９で各アクチュエータ機構１０７の移動量、すなわち、Ｚステージ１０３の３箇所の移動量を計測している。
図９のマイクロセンス１０９の取付け例を説明すると、ＸＹステージ１２１に取り付けられたテーパー型測定対象物１２４とＺステージ１０３に取り付けられたマイクロセンス１０９とは数十μｍの初期ギャップ調整が必要である。テーパー型測定対象物１２４の反対面に同じくテーパー型ブロック１２５をＸＹステージ１２１に配置し、テーパー面を調整ネジ１２６により左右方向に移動することにより、細かなギャップ調整が可能になる。
図１０のマイクロセンス１０９の取付け例を説明すると、測定対象物はＸＹステージ１２１に固定している。Ｚステージ１０３に取り付けられたマイクロセンス１０９を保持しているサポートブロック１２７を１本の調整ネジ１２８で上下に移動できる構造にしている。サポートブロック１２７は台座１２９に設けられたインロー部を基準に精度良く上下できる構造となっている。調整後各々固定ネジでロックする構造としている。
【００３１】
図１１は、図９のＰ部の内部詳細図である。
図１１では、Ｚステージの三箇所に配置した駆動機構源の詳細を示している。Ｚステージ１０３の駆動源であるアクチュエータ機構１０７は、ピエゾ素子３２４、固定フランジ１３０、フランジ付筒状ケーシング１３１、調整ネジ１３２を有している。アクチュエータ機構１０７はＸＹステージ１２１に固定フランジ１３０を介して固定されている。反対側はＺステージ１０３にフランジ付筒状ケーシング１３１が取り付けられている。そして、フランジ付筒状ケーシング１３１の中にピエゾ素子３２４が収納され、上端に上下方向に調整可能な調整ネジ１３２を具備している。調整ネジ１３２を移動することによりＺステージ１０３の高さを変えられる構造で、３個のピエゾ素子３２４でＺ・θステージ１２２の全負荷を支持している。
【００３２】
また、Ｚステージ１０３のＸ・Ｙ・θ方向の支持については上述した弾性ヒンジ１０８が支持している。弾性ヒンジ１０８は一方の領域がＺ台座１３３を介してＸＹステージ１２１に接続されて固定され、反対側の領域がＺステージ１０３に直接接続されて固定されている。
【００３３】
図１２は、弾性ヒンジの構成の一例を示す図である。
図１２に示すように、弾性ヒンジ１０８は、領域３４２、領域３４４、領域３４６といった３つの領域に区切る平行する２箇所の薄肉部３４８が形成された板部材を用いる。そして、例えば、領域３４２がネジ穴を使ってＺ台座１３３を介してＸＹステージ１２１に接続されて固定され、領域３４４がネジ穴を使ってＺステージ１０３に接続されて固定される。そして、ここでは、領域３４６の中央部に開口部が形成され、アクチュエータ機構１０７のフランジ付筒状ケーシング１３１の移動に干渉しないように形成されている。弾性ヒンジ１０８の材料としては、例えば、ステンレス、チタン、アルミ等が好適である。
【００３４】
図１３は、Ｚ方向に移動した状態での弾性ヒンジの構成の一例を示す図である。
図１３に示すように、領域３４２はＺ台座１３３に、領域３４４はＺステージ１０３に固定されているため、固定面から変形することができないが、２箇所の薄肉部３４８が形成されているために、かかる２箇所の薄肉部３４８が弾性変形して中央に位置する領域３４６を介してピエゾ素子の移動に追従することができる。ここでは、板部材を３つの領域に区切る平行する２箇所の薄肉部３４８を形成するだけなので、単純な構造でＺステージ１０３を支持することができる。
【００３５】
図１４は、図２のＬ部の詳細図である。
図１５は、図１４のＬ矢視図の一部を示す図である。
図１６は、図１４のＭ矢視図の一部を示す図である。
保持具１０２の主目的は基板１０１を保持することである。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。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１３８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、上述した反射用光量センサー１４３及び透過用光量センサー１４４や温度センサー１４５などが搭載されている。
【００３６】
図１７は、図１４のＩ部の詳細図である。
図１８は、図１７のＮ矢視図の一部を示す図である。
図１７と図１８では保持具１０２に搭載されている反射用光量センサー１４３及び透過用光量センサー１４４を示している。
光量センサーは検査用レーザー光の光量変化をチェックするために設けられていて、Ｓｉフォトダイオード１３９によって光量を測定している。光量変化を伴う要因としてはレーザー本体の光源に起因するもの、また光学系１１８レンズの劣化や曇りによる影響で光量低下を生ずることなどがある。詳細に説明しないが、反射用光量センサー１４３及び透過用光量センサー１４４の違いは光学系の検査方法の違いによるもので、基板１０１の検査面を検査光が透過して検査する方法が透過型検査で、また検査面で検査光が反射して検査する方法が反射型検査である。本装置においては両方式の検査を同時に行うことが可能であるため、両方式の光量センサーが必要である。
【００３７】
図１９は、図１４のＧ部の詳細図である。
図２０は、図１９のＤ矢視図の一部を示す図である。
図１９と図２０では、保持具に搭載されている温度計センサー（熱電対）を示している。
上述した温度センサー１４５は台座１４０に保持し、可能な限り基板１０１の近傍に取付けし、基板１０１周辺の温度をモニターできるようにしている。また、この温度情報を利用して図示していないが装置チャンバー内の温度管理空調システムにフィードバックすることにより基板１０１近傍の温度を一定にコントロールすることも可能である。温度センサー１４５の材質の例としてクロメル−アルメルなどが好適である。
【００３８】
図２１は、図１４のＨ部の詳細図である。
図２２は、図２１のＥ矢視図の一部を示す図である。
図２３は、図２１のＪ部の詳細図である。
図２４は、図２１のＫ矢視図の一部を示す図である。
図２１〜図２４では、保持具１０１に搭載されている基板１０１の衝撃吸収及び落下防止用柔軟ブロック１３７の周辺を示している。また、基板１０１を保持する真空チャック溝１３８を示している。
柔軟ブロック１３７は基板１０１の４隅にそれぞれ配置されていて、保持具１０２の下面に各スペーサ部材３４２を介して取付られた各取付部材３４０上に配置される。柔軟ブロック１３７は、基板１０１と非接触に配置され、ネジ等により取付部材３４０と固定されている。柔軟ブロック１３７は、ＸＹ方向に一部空洞部がある構造で、例えば、樹脂系材で製作するが、金属で製作されても構わない。取付部材３４０には、真空チャック溝１３８が形成され、配管を介して真空引きされる。そして、取付部材３４０は、基板１０１と接触するため樹脂系材で製作することが望ましい。取付部材３４０上では、柔軟ブロック１３７と基板１０１は所定量のスキマを有するようにして固定されるが、基板１０１の位置決めはロボットハンド１２３で行われる。また、取付部材３４０における基板１０１を載せる４隅の面は真空チャックし高精度に保持するために、面精度を数μｍ以下に仕上げ、４隅の面高さも高精度に管理することが望ましい。
【００３９】
図２５は、オートフォーカス光学系とピエゾの制御系の一例を示すブロック図である。
図２５では、Ｚステージ１０３を上下方向に移動させる場合のオートフォーカス（Ａ／Ｆ）光学系３６２からの信号に基づいてピエゾ素子３２４を制御する制御系の一例を示している。演算処理を行なうＣＰＵ３６０は、Ａ／Ｆ光学系３６２からＺステージ１０３上の基板１０１に照射する検査光の焦点位置に関する情報を信号処理回路３６４を介してセンサー信号として入力する。ＣＰＵ３６０は、予め設定されたＡ／Ｆ目標値とセンサー信号との偏差を偏差信号としてサーボコントローラ３６６に出力する。サーボコントローラ３６６では、ＣＰＵ３６０からの命令に従い、３箇所に配置された各アクチュエータ機構１０７内のピエゾ素子３２４を制御するドライバー３７２を介して駆動させる。ピエゾ素子３２４の駆動変位量は、マイクロセンス１０９により計測され、サーボコントローラ３６６にフィードバックされ、各ピエゾ素子３２４の制御に利用される。よって、基板１０１をＺ方向に微動させながら検査面の高さや角度を高精度に制御することができる。その結果、基板１０１をより高精度な検査面の位置に保つことができる。
【００４０】
以上のように本実施の形態によれば、上下方向に微動するＺステージ１０３をピエゾ（圧電素子）駆動によるリニア型駆動にすることにより制御性を良くすることができる。また、回転方向に微動するθステージ１０６を具備することにより基板１０１とＸＹステージ１２１の走行精度つまり傾き成分に対する回転方向の位置合せが可能となる。その結果、検査時間を短縮することができる。
そして、以上説明したように、上記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。
【００４１】
実施の形態２．
図２６は、実施の形態２におけるθステージ浮上機構の配管系統の一例を示す概念図である。
図２７は、実施の形態２におけるθステージ浮上機構を説明するためのθステージとＺステージの断面概念図である。
実施の形態２における基板検査装置１００のその他の構成は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。上述したように、Ｚステージ１０３には、気体、ここでは空気（Ａｉｒ）を用いてＺステージ１０３上に配置されたθステージ１０６を浮上させるための開口部ｈが形成されている。そして、実施の形態２における基板検査装置１００では、さらに、かかる各開口部ｈに供給する気体の供給量を調整する流量調整弁３５２をそれぞれ備えている。かかる構成にすることにより、各開口部ｈに供給する気体の供給量を調整することができる。その結果、浮上位置をコントロールすることができる。また、ここでは、流量調整弁を用いているが、空気の圧力調整弁を用いても同様の効果を得ることができ好適である。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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Ｘ矢視図の一部を示す図である。
【図４】図２のＹ矢視図の一部を示す図である。
【図５】図２のＺ矢視図の一部を示す図である。
【図６】図２のＡ矢視図の一部を示す図である。
【図７】図２のＣ矢視図の一部を示す図である。
【図８】図２のＢ矢視図の一部を示す図である。
【図９】図５のＷ部の詳細図である。
【図１０】図３のＶ部の詳細図である。
【図１１】図９のＰ部の内部詳細図である。
【図１２】弾性ヒンジの構成の一例を示す図である。
【図１３】Ｚ方向に移動した状態での弾性ヒンジの構成の一例を示す図である。
【図１４】図２のＬ部の詳細図である。
【図１５】図１４のＬ矢視図の一部を示す図である。
【図１６】図１４のＭ矢視図の一部を示す図である。
【図１７】図１４のＩ部の詳細図である。
【図１８】図１７のＮ矢視図の一部を示す図である。
【図１９】図１４のＧ部の詳細図である。
【図２０】図１９のＤ矢視図の一部を示す図である。
【図２１】図１４のＨ部の詳細図である。
【図２２】図２１のＥ矢視図の一部を示す図である。
【図２３】図２１のＪ部の詳細図である。
【図２４】図２１のＫ矢視図の一部を示す図である。
【図２５】オートフォーカス光学系とピエゾの制御系の一例を示すブロック図である。
【図２６】実施の形態２におけるθステージ浮上機構の配管系統の一例を示す概念図である。
【図２７】実施の形態２におけるθステージ浮上機構を説明するためのθステージとＺステージの断面概念図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  基板検査装置
１０１  基板
１０２  保持具
１０３  Ｚステージ
１０４，１０５  反射ミラー
１０６  θステージ
１０７  アクチュエータ機構
１０８  弾性ヒンジ
１０９  マイクロセンス
１１２  θ駆動用リニアアクチュエータ
１１３  弾性部材
１１４  θ真空チャック溝
１１５  発光部
１１６  反射ミラー
１２１  ＸＹステージ
１３８  真空チャック溝
１４１  レーザー光
１４３  反射用光量センサー
１４４  透過用光量センサー
１４５  温度センサー
３０８  ロッド
３１０  引っ張りばね
３４２，３４４，３４６  領域
３４８  薄肉部
【図１】
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【図２】
0004435730.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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