JP2002365026A

JP2002365026A - 基板検査装置

Info

Publication number: JP2002365026A
Application number: JP2001172613A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Koike; 晴彦小池; Kazuyuki Irito; 和之入戸; Makoto Takahashi; 誠高橋; Ryutaro Yoshimoto; 竜太郎吉本
Original assignee: Sigma Technos Co Ltd
Current assignee: Sigma Technos Co Ltd
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】サブミクロンの分解能と高速での検査が可能
な基板検査装置を提供する。【解決手段】基板Ｗの画像を取得するラインセンサカ
メラ６と、ラインセンサカメラ６に直交する方向に基板
Ｗを走査するＸ軸ステージ２と、ラインセンサカメラ６
と平行な方向に基板Ｗを移動させるＹ軸ステージ３と、
ラインセンサカメラ６を保持するＺ軸ステージ４を備え
る。各軸ステージ２０は、グラナイト製のガイドレール
２１及びスライダ２２と静圧ガス軸受２７とからなる静
圧ガス軸受式のリニアガイド機構を備えると共に、非接
触式の駆動機構及び位置検出機構として、リニアモータ
２４及びリニアスケールエンコーダ２５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラインセンサカメ
ラを用いることで、半導体ウエハ、液晶パネル、ＰＤＰ
（プラズマディスプレイパネル）等の基板を検査する基
板検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の基板の検査においては、素子の
高密度化に伴い、サブミクロンレベルの高分解能と高速
での検査が要求されるようになってきた。従来、この種
の基板検査装置としては、ＣＣＤカメラを用いた装置と
ラインセンサカメラを用いた装置とが知られている。

【０００３】ＣＣＤカメラを用いた装置は、図４（ａ）
に示すように、ＣＣＤカメラ１０１で基板Ｗの画像を取
得し、その画像データに基づいて検査を行うというもの
である。図４（ｂ）の符号１０２は基板Ｗ上の検査エリ
アを示す。この場合、現在のところ、ＣＣＤカメラの視
野（光学倍率が１倍で約□５ｍｍ）内を最高４２万画素
で検出しているが、ＣＣＤカメラの先端に高倍率鏡筒を
付けることで、理論的的には１画素サブミクロンの高分
解能が実現可能となる。

【０００４】また、ラインセンサカメラを用いた装置
は、図５（ａ）に示すように、検査対象の基板Ｗの画像
を取得するラインセンサカメラ１０５と、ラインセンサ
カメラ１０５に直交する方向に基板Ｗを１ライン毎に移
動する１軸ステージ（Ｘ軸ステージ）１０８とを有し、
１軸ステージ１０８による移動に伴うラインセンサカメ
ラ１０５の取得画像に基づいて基板Ｗを検査するという
ものである。図５（ｂ）の符号１１２は基板Ｗ上の検査
エリアを示す。この場合、ラインセンサカメラ１０５に
直交する方向に基板Ｗを移動する１軸ステージ１０８の
ガイド機構には、ガイドレール１０６とスライダ１０７
をボール軸受で支持するＬＭガイド方式のものが用いら
れ、ステージ駆動機構には、ボールネジ１０９とモータ
１１０を組み合わせたボールネジ式のものが用いられて
いる。

【０００５】このラインセンサカメラを用いた装置の場
合、ラインセンサカメラ１０５が１ライン３５ｍｍ当た
り５０００画素で基板画像を取得することができるの
で、ラインセンサカメラ１０５の先端に高倍率鏡筒を付
けることで、１画素サブミクロンの高分解能が実現可能
となる。その場合、視野が１／５の７ｍｍ幅となり、８
インチ（φ２００ｍｍ）の半導体ウエハを検査する場
合、ラインセンサカメラ１０５に直交するＸ軸方向の走
査に加え、ラインセンサカメラ１０５に平行なＹ軸方向
のピッチ送りが必要となり、その位置決め回数が３０回
となる。ここで、１ライン当たりの検出速度を２０ｍｍ
／ｓｅｃと考えると、全ラインで１０ｓｅｃとなり、ウ
エハ１毎を検査するのに５分間必要であることが分か
る。従って、時間的には検査が可能と言える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＣ
ＣＤカメラを用いた装置の場合、ＣＣＤカメラの先端に
高倍率鏡筒を付けることにより、理屈上はサブミクロン
の高分解能を実現することが可能になるが、視野が１／
５の□１ｍｍと小さくなるため、８インチ（φ２００ｍ
ｍ）の半導体ウエハを検査する場合には、ＸＹステージ
による位置決め回数が３万回に達することになり、１箇
所当たりの画像取得時間を０．５ｓｅｃとして考える
と、ウエハ１枚を検査するのに４時間を要することにな
ってしまい、実用は無理である。そこで、画素数の非常
に大きなＣＣＤカメラの実現が望まれるが、現段階では
非常に高価なものとなってしまい、現実的ではない。

【０００７】一方、ラインセンサカメラを用いた装置の
場合、１軸ステージが、通常、ボールネジ＋ボールガイ
ド（ＬＭガイド）を使用しているため、画像取得の上で
重要なファクタである速度むらが、ボールネジ誤差、ガ
イドボール周りのノッキング等の影響で±３％以上出て
画像にひずみや明暗が発生してしまう。そのため、特に
サブミクロンの領域では、そのままでは使えない状況に
ある。また、同様にピッチ送り用の搬送装置において
も、通常のステージを使用すると、位置決め精度ばかり
でなく、真直度、角度誤差等の影響で数ミクロンの分解
能がいっぱいで、とてもサブミクロンの画像合成までは
難しいといった状況にある。

【０００８】このように、従来のＣＣＤカメラやライン
センサカメラを用いた基板検査装置では、素子の高密度
化に対応するサブミクロン分解能の検出及び高速検出が
達成できないという問題があった。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮し、従来装置で
は実現できなかった、サブミクロンの分解能と高速での
検査が可能な基板検査装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、検査
対象基板の画像を取得するラインセンサカメラと、該ラ
インセンサカメラに直交する方向に基板及びラインセン
サカメラを相対走査する１軸ステージ（Ｘ軸ステージ）
とを有し、該１軸ステージによる走査に伴うラインセン
サカメラの取得画像に基づいて基板を検査する基板検査
装置において、前記１軸ステージが、ガイドレールと、
ガイドレールに沿った方向のみにスライドするスライダ
と、前記ガイドレールとスライダの案内面間にガスを供
給しガス圧によってスライダを支持する静圧ガス軸受と
からなる静圧ガス軸受式のリニアガイド機構を備えると
共に、前記ガイドレールに対してスライダを非接触で駆
動するリニアモータ式のステージ駆動機構を備えている
ことを特徴としている。

【００１１】この装置では、１軸ステージのガイド機構
に静圧ガス軸受を採用し、駆動機構にリニアモータを採
用したので、「ボールネジ＋ボールガイド」を用いた従
来方式と違って、高精度で極めてスムーズな送りが可能
となる。従って、１軸ステージによって等速で連続的に
機械的走査を行うのに同期させて、ラインセンサカメラ
による電気的走査で画像を取得することができ、基板に
対して連続した走査が可能となる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１において、前
記基板及びラインセンサカメラをラインセンサカメラに
直交する方向に相対走査する１軸ステージを第１の１軸
ステージ（Ｘ軸ステージ）とした場合、前記ラインセン
サカメラと平行な方向に基板とラインセンサカメラを相
対的に移動させる、第１の１軸ステージと同構造の第２
の１軸ステージ（Ｙ軸ステージ）を備えていることを特
徴としている。

【００１３】この装置では、ラインセンサカメラのピッ
チ送りの精度を格段に高めることができ、画像合成が容
易になる。

【００１４】請求項３の発明は、請求項２において、前
記第１、第２の１軸ステージ（Ｘ軸ステージ及びＹ軸ス
テージ）と直交する方向に基板とラインセンサカメラを
相対的に移動させる、第１、第２の１軸ステージと同構
造の第３の１軸ステージ（Ｚ軸ステージ）を備えている
ことを特徴としている。

【００１５】本発明の検査装置では、検査自体が高倍率
であるため、ラインセンサカメラの焦点深度がミクロン
単位となる。そこで、第３の１軸ステージを設けてライ
ンセンサカメラの焦点を合わせるようにしている。

【００１６】ここで、請求項１または２における第１、
第２の１軸ステージの組み込み方としては、各種のもの
が考えられるが、請求項４の発明では、第１、第２の１
軸ステージを共に基板の支持系に組み込んで、基板側を
移動するようにしている。請求項５の発明では、第１、
第２の１軸ステージを共にラインセンサカメラの支持系
に組み込んで、ラインセンサカメラ側を移動するように
している。請求項６の発明では、第１、第２の１軸ステ
ージのうちの一方を基板の支持系、他方をラインセンサ
カメラの支持系に組み込んで、それぞれ基板とラインセ
ンサカメラを移動するようにしている。

【００１７】請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれ
かにおいて、前記１軸ステージの構成要素であるガイド
レール及びスライダがグラナイトで構成されていること
を特徴としている。

【００１８】このようにグラナイトでガイドレール及び
スライダを構成したことで、ステージに高い剛性と精度
を持たせることができる。

【００１９】請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれ
かにおいて、前記１軸ステージが、スライダの位置制御
のための位置検出手段として、非接触リニアスケールエ
ンコーダを備えていることを特徴としている。

【００２０】このように非接触リニアスケールエンコー
ダで位置検出を行いながらスライダの位置制御を行うこ
とにより、高精度の走査が可能になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１（ａ）は第１実施形態の基板検
査装置の側面図、（ｂ）は１軸ステージの原理説明用の
断面図である。

【００２２】この基板検査装置は、十分な剛性を持つグ
ラナイト（御影石）製の定盤１と、その上に設置された
Ｘ軸ステージ（第１の１軸ステージ）２と、Ｘ軸ステー
ジ２上に設けられたＹ軸ステージ（第２の１軸ステー
ジ）３と、Ｘ軸ステージ２及びＹ軸ステージ３を跨ぐ形
で定盤１の上に立設された十分な強度を持つ門型支柱５
と、門型支柱５の上部水平梁に設けられたＺ軸ステージ
（第３の１軸ステージ）４と、Ｚ軸ステージ４上に設け
られらラインセンサカメラ６とを備えており、Ｘ軸ステ
ージ２による走査及びＹ軸ステージ３によるピッチ送り
に伴うラインセンサカメラ６の取得画像に基づいて基板
Ｗを検査する。

【００２３】Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は直交３軸であり、Ｘ軸
ステージ２は矢印で示すＸ軸方向にスライダを移動さ
せ、Ｙ軸ステージ３は矢印で示すＹ軸方向にスライダを
移動させ、Ｚ軸ステージ４は矢印で示すＺ軸方向にスラ
イダを移動させる。Ｙ軸ステージ３のスライダの上面
が、ワークである基板（例えばウエハ）Ｗを載置する吸
着プレート面となっている。ラインセンサカメラ６は、
その基板Ｗを上から撮像できるようにＺ軸ステージ４に
装備されており、ラインセンサカメラ６のラインの方向
はＹ軸と平行になっている。従って、Ｘ軸ステージ２
は、ラインセンサカメラ６に直交する方向に基板Ｗを走
査することになる。

【００２４】Ｘ軸ステージ２、Ｙ軸ステージ３、Ｚ軸ス
テージ４として使用する１軸ステージ２０は、図１
（ｂ）に基本原理を示すように、ガイドレール２１と、
ガイドレール２１に沿った方向のみにスライドするスラ
イダ（実質的なステージに相当）２２と、ガイドレール
２１とスライダ２２の案内面２３Ａ、２３Ｂ間にガス
（微小矢印）を供給しガス圧によってスライダ２２を非
接触で支持する静圧ガス軸受２７（図ではガス噴射孔と
して示す）とからなる静圧ガス軸受式のリニアガイド機
構を備えている。

【００２５】また、ステージ駆動機構として、ガイドレ
ール２１に対してスライダ２２を非接触で駆動する完全
非接触型のＡＣリニアモータ２４を備え、スライダ２２
の位置制御のための位置検出機構として、ガイドレール
２１に対するスライダ２２の位置を非接触で検出する完
全非接触型のリニアスケールエンコーダ２５を備えてい
る。ここで、リニアモータ２４は、ガイドレール２１側
の固定部２４Ａと、スライダ２２側の可動部２４Ｂの組
み合わせからなる。リニアスケールエンコーダ２５も、
ガイドレール２１側の固定部２５Ａと、スライダ２２側
の可動部２５Ｂの組み合わせからなる。

【００２６】従って、Ｘ軸ステージ２とＹ軸ステージ３
の組み合わせ部分である２軸ステージは、Ｘ軸ステージ
２のガイドレール２１を定盤１側に設け、Ｘ軸ステージ
２のスライダ２２にＹ軸ステージ３のガイドレール２１
を設け、Ｙ軸ステージ３のスライダ２２に基板Ｗの吸着
プレートを設けた構成となっている。

【００２７】なお、図１（ｂ）に示した１軸ステージ２
０の構成は、本図示例に限らず、種々の変更が可能であ
る。特に、ガイドレール２１とスライダ２２の組み合わ
せ形状や、リニアモータ２４及びリニアスケールエンコ
ーダ２５の配置等は、任意に変更が可能である。

【００２８】但し、ガイドレール２１とスライダ２２の
材質は、グラナイトを使用するのが精度確保の上で望ま
しい。グラナイトを使用することで、真直度、直角度、
平面度を、数ミクロンレベルの仕上がりにすることがで
きるからである。また、配線や配管は、各ステージ２、
３、４の移動時の滑らかさを考慮した形態とする必要が
ある。また、基板の吸着プレート面は、高水準な平面度
を出してある。

【００２９】この基板検査装置を使用して基板検査を行
う場合、ラインセンサカメラ６で１ラインをスキャンす
ると同時に、直交するＸ軸ステージ２の送りを超一定速
送りで行う。そうすることで、基板Ｗに対して連続的な
走査が可能となる。

【００３０】この場合、十分な剛性を持ったグラナイト
製の定盤１に、十分な強度を持った門型支柱５を立て
て、その門型支柱５にラインセンサカメラ６を装備して
いるので、振動、ひずみを極力抑えることができる。な
お、検査時の振動を抑えるために、定盤１の下に防振台
を設置してもよい。また、各１軸ステージ２、３、４に
静圧ガス軸受式のリニアガイド機構やリニアモータ２４
及びリニアスケールエンコーダ２５を使用しているの
で、バックラッシュ等による速度むらや誤差が生じにく
く、高精度の制御が可能となる。しかも、各１軸ステー
ジ２、３、４のガイドレール２１やスライダ２２にはグ
ラナイト製のものを使用しているので、高精度の仕上が
りを維持でき、焦点のボケ、ラインのゆれ等を最小限に
抑えることができて、高速で高分解能の検査を行うこと
ができる。

【００３１】因みに、Ｘ軸ステージ２の送りは、速度む
ら０．２％以下の超一定速送りにすることができる。こ
こで、例えば、サブミクロン（１μｍ以下）の画像検査
の考え方からすると、１画素当たり１μｍ（５０００画
素・３５ｍｍ幅を光学倍率７倍で５ｍｍ幅とした）と考
えた場合、スキャンレートを５０Ｋとすると、同じ分解
能、同じ尺度の画像を得る場合に、送り速度は１０ｍｍ
／ｓｅｃとなり、同じ１μｍの精度を必要とした場合、
速度むらは０．２％以下が必要となる。一方、従来のス
テージ（ボールネジ＋ＬＭガイド方式）では、送り速度
１０ｍｍ／ｓｅｃの場合に、速度むらは２０〜３０％と
なり、とても十分は精度はでない。従って、上記の検査
装置では、速度むら０．２％以下での超一定速送りが可
能であることから、従来のラインセンサカメラを用いた
検査装置では不可能であった十分高精度なサブミクロン
単位の高分解能の検査が行える。

【００３２】また、１列当たりの幅が５ｍｍであるた
め、姿勢変化が究極的に少なくなり、サブミクロンの位
置決め精度が可能なＹ軸ステージ３でピッチ送りするこ
とで、画像取り込み後の画像合成時にもサブミクロンの
検査が行える。また、検査自体が高倍率のため、焦点深
度がミクロン単位となるが、位置決め精度の高い上に姿
勢の変化も最小限に抑えられるＺ軸ステージ４でライン
センサカメラ６の位置合わせを行うので、焦点ずれ等も
解消でき、高精度の検査が可能になる。

【００３３】以上のように、ラインセンサカメラ６と、
「超等速」、「高精度」、「高姿勢安定性」を備えたＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸ステージ２、３、４を組み合わせたこと
により、従来の技術では達成できなかった、高密度化に
対応するサブミクロン分解能の検出及び高速検出が可能
となった。

【００３４】なお、上述の第１実施形態では、Ｘ軸ステ
ージ２とＹ軸ステージ３を、共に基板Ｗの支持系（定盤
１側）に組み込んで、基板Ｗ側をラインセンサカメラ６
に対して移動するようにしているが、図２の第２実施形
態の基板検査装置に示すように、Ｘ軸ステージ１２とＹ
軸ステージ３を共にラインセンサカメラ６の支持系（門
型支柱１５側＝門型支柱１５と定盤１との間及び門型支
柱１５の上部水平梁とＺ軸ステージ４との間）に組み込
んで、ラインセンサカメラ６側を移動するようにしても
よいし、図３の第３実施形態の基板検査装置に示すよう
に、Ｘ軸ステージ２を基板Ｗの支持系（定盤１側＝定盤
１と基板Ｗの間）、Ｙ軸ステージ３をラインセンサカメ
ラ６の支持系（門型支柱５側＝門型支柱１５の上部水平
梁とＺ軸ステージ４との間）に組み込んで、Ｘ軸方向の
移動は基板Ｗの移動で行い、Ｙ軸方向の移動はラインセ
ンサカメラ６の移動で行うようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜８の発
明によれば、ラインセンサカメラに直交する方向の走査
を行う１軸ステージのガイド機構に静圧ガス軸受を採用
し、駆動機構にリニアモータを採用したので、速度むら
がなく、高精度でスムーズな送りが可能となり、サブミ
クロンの分解能を高速検査で実現できる。従って、確実
に欠陥を検出して歩留まりの向上を達成することがで
き、今後のより一層の素子の高密度化の一助となる。

【００３６】特に、請求項２の発明によれば、ラインセ
ンサカメラと平行な方向に基板とラインセンサカメラを
相対的に移動させる第２の１軸ステージを設け、その第
２の１軸ステージを第１の１軸ステージと同構造にした
ので、ラインセンサカメラのピッチ送りの精度を格段に
高めることができ、画像合成が容易になる。

【００３７】また、請求項３の発明によれば、第３の１
軸ステージを設けているので、検査自体が高倍率である
ためにラインセンサカメラの焦点深度がミクロン単位と
なるが、ラインセンサカメラの焦点を精密に合わせるこ
とができる。

【００３８】また、請求項４〜６の発明のように第１、
第２の１軸ステージを組み込むことで、ラインセンサカ
メラに直交する方向の走査とラインセンサカメラに平行
な方向のピッチ送りを行うことができる。

【００３９】また、請求項７の発明によれば、グラナイ
トで１軸ステージのガイドレール及びスライダを構成し
たので、ステージに高い剛性と精度を持たせることがで
き、高分解能の検査が可能となる。

【００４０】請求項８の発明によれば、非接触リニアス
ケールエンコーダで位置検出を行いながらステージ（ス
ライダ）の位置制御を行うことができるので、高精度の
走査が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成図で、（ａ）は全
体構成を示す側面図、（ｂ）は１軸ステージの原理構成
を示す断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態の側面図である。

【図３】本発明の第３実施形態の側面図である。

【図４】従来のＣＣＤカメラを用いた検査装置の説明図
で、（ａ）は概略構成を示す側面図、（ｂ）はウエハ上
の検査エリアを示す平面図である。

【図５】従来のラインセンサカメラを用いた検査装置の
説明図で、（ａ）は概略構成を示す側面図、（ｂ）はウ
エハ上の検査エリアを示す平面図である。

【符号の説明】

１定盤２，１２Ｘ軸ステージ３，１３Ｙ軸ステージ４Ｚ軸ステージ５，１５門型支柱６ラインセンサカメラ２０１軸ステージ２１ガイドレール２２スライダ２３Ａ，２３Ｂ案内面２４リニアモータ２５リニアスケールエンコーダ２７静圧ガス軸受Ｗ基板

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年６月１３日（２００１．６．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【図３】

【図１】

【図４】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋誠埼玉県日高市下高萩新田17−２シグマテクノス株式会社内 (72)発明者吉本竜太郎埼玉県日高市下高萩新田17−２シグマテクノス株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA49 BB03 BB15 CC19 DD03 DD06 JJ02 JJ25 MM02 PP12 2F078 CA08 CB05 CB09 CB10 CB12 CB16 4M106 AA01 BA04 CA38 DB02 DB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象基板の画像を取得するラインセ
ンサカメラと、該ラインセンサカメラに直交する方向に
基板及びラインセンサカメラを相対走査する１軸ステー
ジとを有し、該１軸ステージによる走査に伴うラインセ
ンサカメラの取得画像に基づいて基板を検査する基板検
査装置において、前記１軸ステージが、ガイドレールと、該ガイドレール
に沿った方向のみにスライドするスライダと、前記ガイ
ドレールとスライダの案内面間にガスを供給しガス圧に
よってスライダを支持する静圧ガス軸受とからなる静圧
ガス軸受式のリニアガイド機構を備えると共に、前記ガ
イドレールに対してスライダを非接触で駆動するリニア
モータ式のステージ駆動機構を備えていることを特徴と
する基板検査装置。
【請求項２】前記基板及びラインセンサカメラをライ
ンセンサカメラに直交する方向に相対走査する１軸ステ
ージを第１の１軸ステージとした場合、前記ラインセン
サカメラと平行な方向に基板とラインセンサカメラを相
対的に移動させる、第１の１軸ステージと同構造の第２
の１軸ステージを備えている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】前記第１、第２の１軸ステージと直交す
る方向に基板とラインセンサカメラを相対的に移動させ
る、第１、第２の１軸ステージと同構造の第３の１軸ス
テージを備えてい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４】前記第１、第２の１軸ステージが、共に
基板の支持系に組み込まれていることを特徴とする請求
項２または３記載の基板検査装置。
【請求項５】前記第１、第２の１軸ステージが、共に
ラインセンサカメラの支持系に組み込まれていることを
特徴とする請求項２または３記載の基板検査装置。
【請求項６】前記第１、第２の１軸ステージのうちの
一方が基板の支持系に組み込まれ、他方がラインセンサ
カメラの支持系に組み込まれていることを特徴とする請
求項２または３記載の基板検査装置。
【請求項７】前記１軸ステージの構成要素であるガイ
ドレール及びスライダがグラナイトで構成されているこ
とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の基板検
査装置。
【請求項８】前記１軸ステージが、スライダの位置制
御のための位置検出手段として、非接触リニアスケール
エンコーダを備えていることを特徴とする請求項１〜７
のいずれかに記載の基板検査装置。