JPS6244852B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微小変位装置に関し、特に、半導体製
造に用いられるマスク等の部品を微小に変位させ
て検査するに適した外観検査装置に関する。

LSIホトマスク外観検査装置の一例を第１図に
示す。

被検査物体であるホトマスク１はマスク載せ台
２上に載置され、マスク載せ台２は板ばね７，
８、ボルト９，１０、スペーサ１１，１２，１
３、プレート１４を介してＸ−Ｙステージ１５上
に載置される。マスク載せ台２はさらに、右ピン
ト合せねじ３、左ピント合せねじ５を連結され、
右ピント合せねじ３は右サーボモータ４に、左ピ
ント合せねじ５は左サーボモータ６にそれぞれ連
結されている。サーボモータ４，６はプレート１
４に固定されている。サーボモータ４または６が
回転するとピント合せねじ３または５が回転し、
マスク載せ台２が上下動する。ホトマスク１は右
照明レンズ１７、左照明レンズ１８によつて下側
２ケ所から照明されており、ホトマスク１の上方
には右対物レンズ１９、左対物レンズ２０が設け
られている。対物レンズ１９，２０によつてホト
マスク１のパターンは拡大投影され、各対物レン
ズ１９，２０の上方に設置した右パターンセンサ
２１、左パターンセンサ２２上に結像する。各パ
ターンセンサ２１，２２の出力信号は欠陥判定部
２３に入力されるように電気的に連結される。パ
ターン検出のための各対物レンズ１９，２０はそ
れぞれ先端にノズルが形成されており、エアーが
供給できる構造となつている。エアーはそれぞれ
右ギヤツプ検出部２４、左ギヤツプ検出部２５を
通して供給される。ギヤツプ検出はエアマイクロ
メータの原理を用いており、それぞれのギヤツプ
検出部２４，２５は各対物レンズ１９，２０のノ
ズルの背圧とエア供給圧との差を検出することに
よつてギヤツプｇ_R，ｇ_Lの検出を行う。ギヤツプ
検出部２４，２５の出力信号は、それぞれ右モー
タコントローラ２６、左モータコントローラ２７
に導かれ、右モータコントローラ２６は右サーボ
モータ４を、左モータコントローラ２７は左サー
ボモータ６を駆動する。

上記構成の装置で検査はつぎのように自動的に
行われる。なおホトマスク１は第２図に示す如
く、規則正しく碁盤目状に配置された回路パター
ン（チツプパターンという）を有している。

検査の初期状態で、右対物レンズ１９は例えば
第２図のチツプパターン２８上に、左対物レンズ
２０はチツプパターン２９上に位置するように、
Ｘ−Ｙステージ１５と対物レンズ１９，２０の間
隔が位置決めされる。（位置決め機構部は図示し
ない。）これによつて右パターンセンサ２１と左
パターンセンサ２２によつてLSI回路パターンの
同一場所の検知が行われる。

次に対物レンズ間隔を保持したまゝＸ−Ｙステ
ージを移動して第２図の矢印の順序でホトマスク
１の全面を検査する。右パターンセンサ２１と左
パターンセンサ２２との出力信号を欠陥判定部２
３で比較し、違いが検出されれば欠陥部と判定す
る。ホトマスク１にはいくらかうねりがあるから
位置誤差を生じ、Ｘ−Ｙステージ１５の運動につ
いての誤差も存在するので対物レンズのピント合
せを常に行う必要がある。第１図では説明を簡略
化するためピント合せねじ３，５とサーボモータ
４，６によつて行うと示したが、ホトマスク１で
の１μｍの欠陥を検査するために対物レンズのピ
ント合せ精度は±0.5μｍとする必要がある。こ
のため、従来は第３図に示す微小変位機構を３ケ
設けて自動焦点用駆動装置として使用している。

第３図においてモータ３０に取付けられたギヤ
３１に噛み合うギヤ３２に送りねじ３３が連結さ
れねじ３３はベース３４に固定したナツト３７と
ねじ係合する。ベース３４に設けられた支持具３
５にピン３６が固定され、ピン３６に枢着された
レバー３８の一端は送りねじ３３の先端に接する
ようにばね３９の力を受け、レバー３８の他端は
板ばね７，８で保持されたマスク載せ台２に接し
て矢印方向の微小運動をマスク載せ台２に与え
る。マスク載せ台２の矢印方向の運動は、レバー
３８のレバー比、送りねじ３３のねじピツチ、ギ
ヤ３１とギヤ３２とのギヤ比、モータ３０の回転
角によつて、決定される。ホトマスク検査装置の
ピント合せ精度を±0.5μｍ、マスク載せ台２の
移動分解能を0.25μｍとすると、例えば、モータ
３０の回転角1.8゜、ギヤ比１：５、レバー比
１：２、送りねじ３３のピツチ0.5mmとすること
が必要となる。

しかし最近ではLSIパターンの微細化に伴つ
て、さらに微小な（例えば１μｍ以下）欠陥を検
出する必要が生じている。このためには高い解像
力のレンズが必要であり、鮮明な画像を得るため
に±0.2μｍ程度の焦点合せ精度が要求され、微
小変位機構も0.1μｍ以下の性能が必要となる。
第３図の従来装置の場合、送りねじ３３の精度を
向上する必要があり、レバー比を大とする必要が
ある。しかしこの装置では送りねじ３３の精度に
よつてマスク載せ台の精度が決定される。例えば
送りねじ３３に0.5μｍのガタが存在するとレバ
ー比１：２の場合は、0.25μｍ、レバー比１：５
の場合は0.1μの誤差がマスク載せ台２に生ずる
ことになる。尚、レバー比を大とすると剛性の問
題が生じ、装置が大型化する欠点もある。

本発明の目的は上述した従来装置の欠点を除去
し、0.1μｍ以下の高精度の微小変位を可能とし
た微小変化機構を得るにある。

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、
水平方向に移動可能なＸ−Ｙステージと、該Ｘ−
Ｙステージに平行な板ばねによつて鉛直方向に微
動可能に支持され、検査対象を載置する載せ台
と、結像光学系と撮像素子とを備え、前記検査対
象の表面を撮像すべく配置された撮像手段と、前
記結像光学系と前記検査対象の表面との間の距離
を測定する測定手段と、くさび作用を行うべく水
平面に対して傾斜した上面を有し、前記Ｘ−Ｙス
テージ上で水平方向に移動可能で、且つ摺動自在
に支持された移動台と、前記Ｘ−Ｙステージに設
置された回転駆動源と、該回転駆動源の出力に対
して上記移動台の移動方向に移動でき、且つ回転
連結する連結部材を介して上記回転駆動源の出力
に連結されて上記移動台を水平方向に移動せしめ
る送りねじと、前記Ｘ−Ｙステージ上に設けられ
たブロツクの上記移動台側に取付けられた板ばね
と、該板ばねに一端を取付け、この板ばねを支点
として揺動できるように支持され、上記支点から
上記移動台の傾斜した上面に接する第１の部分ま
での距離が上記支点から前記載せ台の下面に接す
る第２の部分までの距離より長くなるように形成
されたレバーとを有する微小変位機構と、前記測
定手段によつて測定された距離が前記撮像手段の
合焦点距離となるよう各々の前記微小変位機構の
回転駆動源を駆動制御する手段とを備えたことを
特徴とする外観検査装置である。

以下本発明の実施例を第４図に基いて説明す
る。

第４図は第１図のLSIホトマスク検査装置に本
発明を適用した断面図である。

モータ４０にはギヤ４１が取付けられており、
ギヤ４１と噛み合うギヤ４２に送りねじ４３が固
着されねじ４３はベース４４に固定したナツト４
５とねじ係合する。なお、ギヤ４１とギヤ４２と
は、モータ４０の出力に対して上記移動台の移動
方向に移動でき、且つ回転連結する連結部材を形
成する。ベース４４に固定された案内４４Ａに沿
つて矢印Ａ方向に移動可能の移動台４６がねじ４
３に接しており、この接触を与えるためばね４７
が設けられている。移動台４６にはくさび作用を
行う斜面４６Ａが設けられている。ベース４４に
固定されているブロツク４８に垂直な板ばね４９
と水平な板ばね５０とが取付けられており、板ば
ね４９，５０にレバー５１が揺動可能に位置決め
支持される。板ばね４９，５０は本発明による弾
性支持手段を構成する。レバー５１には移動台４
６の斜面４６Ａに接する第１の作用端としてピン
５３、ローラ５２が設けられ、マスク載せ台２と
接する第２の作用端として鋼球５５が設けられて
いる。レバー５１はばね５４によつてベース４４
に向つて引張られ、斜面４６Ａとローラ５２との
確実な接触を与える。

上述構成において以下の動作を行う。

モータ４０が回転するとギヤ４１，４２を介し
て送りねじ４３が回転する。送りねじ４３はベー
ス４４に固定されたナツトと係合しているから、
送りねじ４３が図示左右方向に移動し、これに伴
つて移動台４６が同一方向（Ａ方向）に移動せし
められる。斜面４６Ａに接しているローラ５２は
上下方向に移動し、このときレバー５１は板ばね
４９，５０の交点を支点として揺動する。レバー
５１に取付けられた鋼球５５はローラ５２の上下
方向移動量のｃ／ｄだけ上下方向（Ｂ方向）に移
動する。

モータ４０の回転角を７・５゜、ギヤ４１，４
２のギヤ比を５：１、送りねじ４３のピツチと
０・５mm、移動台４６の斜面４６Ａの勾配を１／
８・33、ローラ５２と鋼球５５との位置関係の比
を５：１とすると、マスク載せ台２の分解能は ７．５゜／３６０゜×１／５×500μｍ×１／８・３
３×１／５＝0.05μｍ となる。この場合、送りねじ４３に0.5μｍのが
たが存在してもマスク載せ台には約1/40、すなわ
ち0.01μｍの誤差が生ずるのみで、これは分解能
の約1/5であり、性能に与える影響が小である。

板ばね４９と板ばね５０とを十字に配置した弾
性位置決め支持手段により、レバー５１の支点を
中心とする揺動運動が高い精度で行われる。さら
に、モータ４０の回転角を第３図に説明したもの
に対比して大とすることができるから、モータを
小型のものとすることができ、望ましい実施例に
おいて装置全体の高さを40mm以下とすることがで
き、小型化が達成された。

本発明をLSIホトマスク検査装置の自動焦点合
せのための駆動装置として使用して0.05μｍの分
解能が得られ、±0.2μｍ以内のピント合せが可能
となつた。

上述のように、従来0.25μｍの分解能の微小変
位しか得られず、従つてLSIホトマスク検査装置
のピント合せ精度が±0.5μｍが限度であつた
が、本発明により0.05μｍの分解能の微小変位が
得られ、焦点深度が±0.2μｍの高解像レンズの
使用が可能となり、0.5〜１μｍの小さい欠陥も
検出可能となり、LSIホトマスク、従つてLSIの
生産性を大幅に向上させることができた。

本発明はLSIホトマスク検査装置に限定される
ものではなく、各種微細パターンの外観検査装置
の自動焦点合せ用駆動装置として使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はLSIホトマスク検査装置の概略側面
図、第２図はLSIホトマスクとその検査順序を示
す平面図、第３図は第１図のLSIホトマスク検査
装置に使用される従来の微小変位装置の概略図、
第４図は本発明による微小変位装置の構成を示す
概略図である。 １：ホトマスク、２：マスク載せ台（変位対象
物）、４０：モータ、４１，４２：ギヤ、４３：
送りねじ、４６：移動台、４６Ａ：斜面、５２：
ローラ（第１の作用端）、５１：レバー、５５：
鋼球（第２の作用端）、４９，５０：板ばね（支
持手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平方向に移動可能なＸ−Ｙステージと、 該Ｘ−Ｙステージに平行な板ばねによつて鉛直
   方向に微動可能に支持され、検査対象を載置する
   載せ台と、 結像光学系と撮像素子とを備え、前記検査対象
   の表面を撮像すべく配置された撮像手段と、 前記結像光学系と前記検査対象の表面との間の
   距離を測定する測定手段と、 くさび作用を行うべく水平面に対して傾斜した
   上面を有し、前記Ｘ−Ｙステージ上で水平方向に
   移動可能で、且つ摺動自在に支持された移動台
   と、前記Ｘ−Ｙステージに設置された回転駆動源
   と、該回転駆動源の出力に対して上記移動台の移
   動方向に移動でき、且つ回転連結する連結部材を
   介して上記回転駆動源の出力に連結されて上記移
   動台を水平方向に移動せしめる送りねじと、前記
   Ｘ−Ｙステージ上に設けられたブロツクの上記移
   動台側に取付けられた板ばねと、該板ばねに一端
   を取付け、この板ばねを支点として揺動できるよ
   うに支持され、上記支点から上記移動台の傾斜し
   た上面に接する第１の部分までの距離が上記支点
   から前記載せ台の下面に接する第２の部分までの
   距離より長くなるように形成されたレバーとを有
   する微小変位機構と、 前記測定手段によつて測定された距離が前記撮
   像手段の合焦点距離となるよう各々の前記微小変
   位機構の回転駆動源を駆動制御する手段とを備え
   たことを特徴とする外観検査装置。 ２ 前記板ばねを、＋形状に形成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の外観検査装
   置。 ３ 前記レバーの第１の部分を線接触する力点で
   形成し、前記レバーの第２の部分を点接触する作
   用点で形成したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の外観検査装置。