(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベース上に配置されたθステージと、前記θステージの上面に被測定物を載置する被測定物保持部と、前記被測定物保持部をＸ軸方向に移動可能なＸステージと、前記θステージを回転駆動するθステージ駆動手段と、前記ＸステージをＸ軸方向に案内駆動するＸ軸案内駆動手段と、前記Ｘステージの上方に取り付けられた画像検出手段とを備え、前記画像検出手段により検出した画像信号から前記被測定物の配列精度を測定する配列精度測定装置であって、前記被測定物保持部のＸ軸方向の側面に対向した近接位置に、前記Ｘステージの移動方向における真直変動を検出するため、前記被測定物保持部のＸ軸方向の側面に取り付けられた平面鏡と、当該平面鏡の反射面に対向した近接位置に設けられたレーザ干渉計とから構成された真直変動検出手段を設け、かつ、前記画像検出手段により前記被測定物の配列の両端の位置から前記Ｘステージの移動方向に対する傾きを検出して前記θステージ駆動手段により前記Ｘステージの移動方向に一致させると共に、前記画像検出手段により検出した画像信号と前記真直変動検出手段で測定した真直変動とに基づいて、前記被測定物の配列精度を測定することを特徴とする配列精度測定装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の配列精度測定装置において、さらに、前記ベース上には、
前記Ｘステージを跨いでそれと直交する方向に移動可能なＹステージと、
前記Ｙステージ上に前記画像検出手段を取り付けたＺ粗動ステージと、
前記Ｘステージ上に設けた微動Ｚステージとを設け、
さらに、前記画像検出手段に接続された画像処理装置を備えており、
前記画像検出手段と前記画像処理装置により、前記被測定物の配列の両端の位置を測定して記憶し、当該記憶された前記被測定物の配列の両端の位置から前記Ｘステージの移動方向に対する傾きを算出することを特徴とする配列精度測定装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載の配列精度測定装置において、前記微動Ｚステージが圧電素子により構成されていることを特徴とする配列精度測定装置。
【請求項４】
前記請求項１に記載の配列精度測定装置において、前記平面鏡と前記レーザ干渉計との間の距離が２ｍｍ又はそれ以下であることを特徴とする配列精度測定装置。
【請求項５】
ベースと、前記ベース上に配置されたθステージと、前記θステージの上面に被測定物を載置する被測定物保持部と、前記被測定物保持部をＸ軸方向に移動可能なＸステージと、前記θステージを回転駆動するθステージ駆動手段と、前記ＸステージをＸ軸方向に案内駆動するＸ軸案内駆動手段と、前記Ｘステージの上方に取り付けられた画像検出手段と、前記被測定物保持部のＸ軸方向の側面に対向した近接位置に、前記Ｘステージの移動方向における真直変動を検出するため、前記被測定物保持部のＸ軸方向の側面に取り付けられた平面鏡と、当該平面鏡の反射面に対向した近接位置に設けられたレーザ干渉計とから構成された真直変動検出手段とを備えた配列精度測定方法において、
前記被測定物を前記θステージの上面に載置固定し、
前記Ｘステージ及びＹステージを駆動し、前記画像検出手段により前記被測定物の配列の一端の位置を測定してこれを記憶し、
前記Ｘステージ及びＹステージを駆動し、前記画像検出手段により前記被測定物の配列の他端の位置を測定してこれを記憶し、
前記記憶した一端及び他端の位置から、前記被測定物の配列の傾きを算出し、
前記算出した傾きに基づいて前記θステージを駆動し、前記被測定物の配列を前記Ｘステージの移動方向に一致させ、その後、
前記Ｘステージを駆動して前記被測定物を、順次、前記画像検出手段の画像を検出し、
前記検出した画像から得られる位置と前記レーザ干渉計から得られた測定位置から、前記被測定物の配列精度を測定することを特徴とする配列精度測定方法。
【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、薄膜磁気ヘッドのような、半導体ウェハ上に形成された電子デバイスの配列精度を測定する配列精度測定装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜磁気ヘッドは、多数の磁気ヘッドを半導体ウェハ上に薄膜プロセスによって形成し、その後、この半導体ウェハ上に形成したヘッド列を棒状に切り出し、一括して加工する。そのため、ウェハ上に焼き付けたヘッドの配列の真直精度が悪いと、ウェハ上に形成された個々の磁気ヘッドの磁極形状や寸法が不均一（ばらばら）となってしまい、得られる磁気ヘッドの特性が一定でなくなってしまう。そのため、半導体ウェハ上に形成されるヘッド列の配列精度を高い真直精度で測定することが要求されている。
【０００３】
従来、このような配列精度を測定するための装置としては、直動静圧空気軸受で案内するＸステージに、半導体ウェハを、その上の被測定部の配列方向をＸステージの移動方向と一致するように搭載固定し、これをテレビ顕微鏡で測定しながら、上記Ｘステージで測定ピッチ毎にウェハを移動させて配列精度を測定するものがあった。
【０００４】
この方法は、上記直動静圧空気軸受の真直案内精度を基準にして配列精度を測定するが、しかしながら、Ｘステージを駆動するボールねじやリニアモータ等の駆動機構の真直案内への影響や、空気軸受部での空気の振動の影響を避けることが難しく、そのため、０．０２μｍ以内の測定再現性を得ることは困難であった。
【０００５】
また、その他の方法としては、例えば半導体分野において露光装置として使用される添付の図３に示す装置のように、その上にウェハ６を搭載したＸ‐Ｙステージ２１にＸ−Ｙ軸に平行する直交平面鏡２２を設け、このステージ２１のＸ軸及びＹ軸の移動を、上記直交平面鏡２２とその間の変位を測定するレーザ干渉計２３、２４で測定する方法もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法では、直交平面鏡２２を基準としてウェハ６上の被測定部（すなわち、形成された電子デバイス）の配列精度を測定していあるが、しかしながら、このウェハ６上の全エリアにわたって配列精度を測定するためには、上記Ｘ‐Ｙステージ２１及び直交平面鏡２２を全エリアで位置決めする必要がある。そのため、上記直交平面鏡２２とレーザ干渉計２３、２４との間を上記全エリア以上の距離に設定しなければならない。例えば、測定エリアが２００ｍｍφの場合、上記平面鏡２２とレーザ干渉計２３、２４との間は少なくとも２００ｍｍ以上離れることとなる。この時、温度が０．５℃変化すると、その間における空気の屈折率の変化によって、２００ｍｍ×０．５℃×１０-6／ｍｍ・℃＝１×１０-4ｍｍ＝０．１μｍ変化してしまい、これがそのまま測定誤差となってしまうという問題点が指摘されていた。
【０００７】
一方、上記した薄膜磁気ヘッドのような電子デバイスの配列精度を測定する場合、その測定誤差は０．０１μｍ以内にする必要があり、その為には、測定時の温度差だけでも０．０５℃以内に保つ必要がある。また、上記従来技術の測定装置では、その他、気圧の変動についてもこれを小さく抑え、他の機械的な熱膨張についても小さく抑える必要があり、これを経済的に実現することは実際には困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記した従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、特に０．０１μｍ程度の配列精度の測定再現性を経済的に実現することが可能な配列精度測定装置及びその方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる上記の目的を達成すべく、本発明によれば、ベースと、前記ベース上に配置されてその上面に被測定物を載置する被測定物保持部と、前記被測定物保持部をＸ軸方向に移動可能なＸステージと、前記ＸステージをＸ軸方向に案内駆動するＸ軸案内駆動手段と、前記Ｘステージの上方に取り付けられた画像検出手段とを備え、前記画像検出手段により検出した画像信号から前記被測定物の配列精度を測定する配列精度測定装置において、前記被測定物保持部のＸ軸方向の側面に近接・対向して、前記Ｘステージの移動方向ににおける変位、すなわちＸステージのＸ方向移動の真直変動を検出する手段を設け、かつ、前記前記画像検出手段により検出した画像信号と前記真直変動検出手段で測定した真直変動とに基づいて、前記被測定物の配列精度を測定する配列精度測定装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、前記の配列精度測定装置において、さらに、前記ベース上には、前記Ｘステージを跨いでそれと直交する方向に移動可能なＹステージを設けると共に、前記画像検出手段を当該Ｙステージ上に取り付けてもよい。これによれば、前記被測定物をさらに前記Ｘステージと直交するＹ軸方向に移動しながらＸ軸方向の配列精度を測定することが可能となる。
【００１１】
また、本発明によれば、前記真直変動検出手段を、前記被測定物保持部のＸ軸方向の側面に取り付けられた平面鏡と、当該平面鏡の反射面に近接・対向して設けられたレーザ干渉計とから構成することにより、０．００１μｍ程度の高い測定精度を達成することが可能となる。
【００１２】
加えて、本発明によれば、前記Ｘステージと前記被測定物保持部との間に、さらに、前記被測定物を回転可能なθ回転ステージを設けることより、装置による配列精度測定の際における前記被測定物の傾斜を自動的に補正し、Ｘ軸方向に平行にすることが可能となり、高精度の配列精度の測定を可能にする。
【００１３】
そして、本発明によれば、前記Ｘ軸案内駆動手段を、比較的安価に入手可能なボールねじ又は／及びモータにより構成しても、十分高い測定精度で被測定物の配列精度を測定することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
まず、図１には、本発明になる一実施の形態になる配列精度測定装置が示されており、この装置は、具体的には、薄膜磁気ヘッドのような半導体ウェハ上に形成された電子デバイスの配列精度を測定するものである。
【００１５】
図にも示すように、ベース（基台）１上には、直動空気軸受２により案内されると共に、ボールねじ３によってＸ軸方向に駆動される方形状のＸステージ４が配設されている。なお、この駆動機構としては、比較的安価なボールねじに、さらに、やはり比較的小形で安価な電動モータを結合し、もって、自動的にＸ軸方向に駆動することも可能であり、これによれば、装置を比較的安価に構成することが可能になる。また、このＸステージ４上には、さらに、板状の微動Ｚステージ５が設けられている。なお、この微動Ｚステージ５は、オートフォーカス時において被測定物である半導体ウェハを数十μｍの範囲で上下方向（Ｚ軸方向）に移動させるためのものであり、例えば圧電素子により図のＺ軸方向に駆動される。
【００１６】
この微動Ｚステージ５上には、円盤状のθステージ９が取り付けられ、その上には、さらに、その上に被測定物であるウェハ６を保持する、所謂、ウェハ保持部７が設けられている。なお、このθステージ９は、ウェハ６上に形成された磁気ヘッド列８の配列方向を上記Ｘステージ４の移動方向（Ｘ軸方向）と一致させるため、図のＸ−Ｙ平面内で回転させるためのものである。
【００１７】
また、微動Ｚステージ５には、具体的には、図の右側でＸ軸方向に延びた一の面である端面には、上記Ｘステージ４の移動方向に平行な反射面を有する角柱状の平面鏡１０が取り付けられている。また、図からも明らかなように、この平面鏡１０の反射面に対向した近接位置に、レーザ干渉計１１が配設されている。なお、この平面鏡１０とレーザ干渉計１１との間の距離は、例えばその反射面から２ｍｍあるいはそれ以下に設定されて上記ベース１上に固定されている。また、この平面鏡１０は、上記微動Ｚステージ５の端面において、上記Ｘステージ４の移動距離に対応する範囲にわたって設けられている。
【００１８】
上記の実施の形態では、上記ベース１上には、さらに、上記Ｘステージ４を跨いで門状（あるいは、「コ」の字状）のサブベース１２が固定されており、このサブベース１２上には、上記Ｘステージ４に直交して、Ｙステージ１３が取り付けられている。なお、このＹステージ１３は、ボールねじ１４によって図のＹ軸方向に移動可能となっている。なお、この駆動機構としては、比較的安価なボールねじに、さらに、やはり比較的小形で安価な電動モータを結合し、もって、自動的にＸ軸方向に駆動することも可能であり、これによれば、装置を比較的安価に構成することが可能になる。
【００１９】
このＹステージ１３上には、さらに、Ｚ粗動ステージ１５が設けられ、かつ、このＺ粗動ステージ１５上にはテレビ顕微鏡１６が取り付けられている。なお、このテレビ顕微鏡１６により得られた映像信号は、図の画像処理装置１７に接続され、さらに、例えば、コンピュータ装置１８に接続されている。また、図からも明らかなように、このコンピュータ装置１８には、上記レーザ干渉計１１によって測定される平面鏡１０の位置データも入力されている。
【００２０】
続いて、上記にその構成を詳細に説明した本発明の配列精度測定装置の動作について、以下に、添付の図２のフローを参照しながら説明する。
まず、図示しないロボットアームなどにより、被測定物である、その表面に多数の磁気ヘッドを形成した半導体ウェハ６を、上記装置のウェハ保持部７上に載置固定する（ステップＳ１）。
【００２１】
次に、上記コンピュータ装置１８からの指令に基づき、図示しない制御部の働きによって、Ｘステージ４及びＹステージ１３を駆動する。これにより、上記ウェハ６上に形成されたヘッド列８の一端の磁気ヘッドがテレビ顕微鏡１６の視野内に位置するように位置決めする（ステップＳ２）。その後、このテレビ顕微鏡１６で得られた画像のコントラストを画像処理部１７で抽出し、このコントラストが最良となるように微動Ｚステージ５の働きにより上記ウェハ６を上下方向（Ｚ軸方向）に移動し、もって、シャープな画像を得る（ステップＳ３）。このようにして、上記画像処理部１７はその視野内の磁気ヘッドの位置を抽出し、その抽出した位置をコンピュータ装置１８に送ってその位置を記憶しておく（ステップＳ４）。
【００２２】
次いで、Ｘステージ４を駆動し、上記ウェハ６上に形成されたヘッド列８の他端の磁気ヘッドがテレビ顕微鏡１６の視野内になるように位置決めし（ステップＳ５）、上記と同様の過程を経て、その磁気ヘッドの位置を抽出し、コンピュータ装置１８に送って記憶する（ステップＳ６）。これにより、コンピュータ装置１８は、上記ウェハ６上に形成されたヘッド列８の両端（即ち、その一端と他端）の位置から、そのヘッド列８のＸステージの移動方向（Ｘ軸方向）に対する傾きを算出する（ステップＳ７）。そして、この算出結果に基づいて、コンピュータ装置１８は、図示しない制御部に指令することにより上記装置のθステージ９を制御駆動し、もって、上記ウェハ６上のヘッド列８がＸステージの移動方向（Ｘ軸方向）に平行になるように位置決めする（ステップＳ８）。
【００２３】
次に、Ｘステージ４を駆動することによって、上記ウェハ６上のヘッド列８の各磁気ヘッドが順次、上記テレビ顕微鏡１６の視野内になる位置決めする（ステップＳ９）。この時、上記レーザ干渉計１１によって測定される平面鏡１０の位置と、上記テレビ顕微鏡１６及び画像処理部１７で測定された磁気ヘッドの位置とから、上記平面鏡１０を基準とした磁気ヘッドの配列の状態（配列精度）を、上記コンピュータ装置１８により算出する（ステップＳ１０）こととなる。
【００２４】
すなわち、上記の構成によれば、上記Ｘステージ４をＸ軸方向に駆動する際に生じる悪影響、すなわち、Ｘステージ４を駆動するボールねじやリニアモータなどの駆動機構による真直案内への影響や、直動空気軸受２部での空気の振動による影響を、上記レーザ干渉計１１によって測定される上記平面鏡１０との間の位置変動として測定する。そして、この測定した位置変動分を、上記テレビ顕微鏡１６及び画像処理部１７で測定された磁気ヘッドの位置に加算又は除算することにより、上記平面鏡１０を基準として、磁気ヘッドの配列精度を極めて精度高く測定することが可能となる。
【００２５】
この時、上記レーザ干渉計１１によって測定される、レーザ干渉計１１と平面鏡１０との間の位置は、上述したように、互いに対向した近接位置に配設され、具体的には、２ｍｍあるいはそれ以下の距離に設定されている。そのため、温度差によるその間の屈折率変化に起因する測定誤差は、例えばその温度差が０．５℃の場合には、２ｍｍ×０．５℃×１０-6／ｍｍ・℃＝１×１０-6ｍｍ＝０．００１μｍとなる。すなわち、目標とする測定再現誤差である０．０１μｍに対して十分の一（１／１０）となり、十分な測定精度を達成することが可能であることが分かる。
【００２６】
以上に述べたように、本発明の配列精度測定装置によれば、その位置決めステージ機構を、Ｘ軸、Ｙ軸で独立した構造とした従来からの装置に加えて、単に、被測定物を位置決めするＸ軸の真直度をレーザ干渉計で測定するという構造上及び測定機構上も比較的簡単な工夫をすることにより、非常に高い精度測定を実現することを可能としている。なお、被測定物であるウェハ６上のヘッド列８の各磁気ヘッドを撮像する上記テレビ顕微鏡については、その分解能を高くしてより高い寸法再現性が得られるように、例えば、その照明光の波長が２００ｎｍ〜４００ｎｍの短波長のテレビ顕微鏡を用いることが望ましい。また、上記Ｙステージ及びＺステージは、上記テレビ顕微鏡を中心にしてＹ軸方向に対して対称となるように配置し、もって、その熱変形を最小限に抑えることが望ましい。
【００２７】
なお、上記の実施の形態においては、その被測定物として、ウェハ上のヘッド列の磁気ヘッドについて、その配列精度の測定について詳細に述べたが、しかしながら、本発明はこれのみに限定することなく、これ以外にも、高い真直度の測定が必要な各種の測定に用いても有効であることは勿論である。また、上記の実施の形態においては、上記Ｘステージと一緒に移動する平面鏡の位置を測定するレーザ干渉計を、これに代え、例えば静電容量式のセンサーを使用することも可能である。また、上記の平面鏡も、上記の実施の形態では微動Ｚステージ５の側面に取り付けられているが、その取付け位置は、上記Ｘステージと平行に移動する部位であればよく、例えば、Ｘステージの側面に取り付けてもよい。
【００２８】
加えて、上記の実施の形態においては、被測定物であるウェハ上の複数列の磁気ヘッドについてその配列精度を測定するため（すなわち、テレビ顕微鏡のＹ軸方向への移動をも可能とするため）、上記ベース上には、さらに、Ｘステージを跨いで門状（あるいは、「コ」の字状）のサブベースを固定し、このサブベース上にＹステージを取り付けている。しかしながら、例えば、Ｘステージだけを移動して被測定物の配列精度（真直度）を測定するものにおいては、かかるＹステージを取り付ける必要がないことは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上の詳細な説明からも明らかなように、本発明の配列精度測定装置によれば、比較的安価に構成可能なであり、かつ、被測定物の配列状態を高い精度で測定可能であり、特に０．０１μｍ程度の、更には、０．００１μｍ程度の配列精度の測定再現性を経済的に実現することが可能になるという、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】本発明の一実施の形態になる配列精度測定装置の構造を示す、一部回路を含む斜視図である。
【図２】上記配列精度測定装置におけるヘッド列の配列精度の測定動作の詳細を示すフローチャート図である。
【図３】従来技術の一例として、半導体分野において露光装置として使用される装置を示す上面図である。
【符号の説明】
１  ベース（基台）
３  ボールねじ
４  Ｘステージ
５  微動Ｚステージ
６  （半導体）ウェハ
７  ウェハ保持部
８  磁気ヘッド列
９  θステージ
１０  平面鏡
１１  レーザ干渉計
１２  サブベース
１３  Ｙステージ
１４  ボールねじ
１５  Ｚ粗動ステージ
１６  テレビ顕微鏡
１７  画像処理装置
１８  コンピュータ装置
【図１】
0003753944.tif 000002
【図２】
0003753944.tif 000003
【図３】
0003753944.tif 000004