JP3753944B2 - 配列精度測定装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【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
Claims (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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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