TW528881B - Position measuring apparatus - Google Patents

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TW528881B
TW528881B TW091101298A TW91101298A TW528881B TW 528881 B TW528881 B TW 528881B TW 091101298 A TW091101298 A TW 091101298A TW 91101298 A TW91101298 A TW 91101298A TW 528881 B TW528881 B TW 528881B
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axis direction
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TW091101298A
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Tamotsu Tominaga
Satoshi Hirokawa
Original Assignee
Hitachi Int Electric Inc
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Description

528881 A7 B7 五、發明説明(]) 〔發明之領域〕 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種精度優異地測定例如在液晶基板或 液晶顯示元件等之製程中形成於其表面之圖案以及形成於 爲了此之光罩、半導體晶圓上之薄膜磁頭等電子元件等之 精.密圖案的位置測定裝置。 (習知技術) 薄膜磁頭係將多數磁頭藉由薄膜處理形成於半導體晶 圓上,然後,個別地切出形成於該半導體晶圓上之多數磁 頭,加工成各個磁頭。所以,若燒結於晶圓上的磁頭之排 列之筆直精度較差時,則形成於晶圓上之各磁頭之磁極形 狀或尺寸成爲不均勻,使得到之磁頭之特性成爲不一定。 所以,被要求以高精度測定形成於半導體晶圓上的多數磁 頭之排列(以下稱爲磁頭列)的筆直度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 習知,作爲用以測定此種排列之筆直的裝置,有將半. 導體晶圓載置固定於使用直動靜壓空氣軸承所引導之X載 物台,成爲將其上面之被測定部之排列方向與X載物台之 移動方向一致,一面使用電視顯微鏡測定該晶圓,一面在 上述X載物台上每測定節距地移動晶圓能精度優異地測定 排列之筆直度。 該方法係以上述直動靜壓空氣軸承之筆直引導精度作 爲基準而精度優異地測定排列之筆直,然而很難避免驅動 X載物台之球形螺旋或線性馬達等之空氣軸承部的空氣振 動之影響,所以很難得到0 . 0 2 // m以內之測定再現性 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ~~ " 528881 A7
又,作爲其他方法,也有例如在半導體領域中,作爲 曝光裝置所使用之圖示於所附之第5圖之裝置,在將晶圓 4 6裝載於其上面的X — γ載物台41設置平行於X — γ 軸之正交平面鏡4 2使用測定上述正交平面鏡4 2與其間 之變位的雷射干涉計4 3、4 4來測定該載物台4 1之軸 及Y軸之移動的方法。 然而,在上述之習知方法中,以正交平面鏡4 2作成 基準來測定晶圓4 6上之被測定部(亦即所形成之電子元 件)之排列之筆直度,惟爲了測定有關於該晶圓上之全測 定區域之排列的筆直度,必須在全測定領域定位上述X 一 Y載物台4 1及正交平面鏡4 2。所以,須將上述正交平 面鏡4 2與雷射干涉計4 3、4 4之間設定在涵蓋上述全 測定區域以上距離。例如,測定區域爲2 0 0 m m 4時, 上述平面鏡4 2與雷射干涉計4 3、4 4之間係成爲至少 距2 0 0 m m以上。這時候,若溫度變化〇 · 5 °C,則藉 由在其間的空氣之折射率之變化,會變化成2 0 Ommx 〇· 5°Cx 1 · Ox 1 0 一 6/°C=lx 1 〇-4mm = 〇· 1 // m,被指摘此乃直接成爲測定誤差的缺點問題。 另一方面,欲測定如上述之薄膜磁頭的電子元件之排 列的筆直度時,該測定誤差係須成爲0 . 0 1 // m以內, 爲了此,僅在測定時之溫度差也須保持在0 · 0 5 °C以內 。又,在上述習知技術之測定裝置中,除了溫度差以外, 對於氣壓變動也將該變動抑制較小,而對於其他之機械性 本紙張尺度適用中國國家榇準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印焚 528881 A7 B7 五、發明説明(3) 之熱膨脹也須抑制成較小,而將此經濟性地加以實現,在 實際上有困難。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又,例如在液晶基板或液晶顯示元件之製程等,必須 測定形成於其表面的光罩等之精密圖案之尺寸。以往,作 爲用以測定該精密圖案之裝置,一般眾知一面在X- Y載 物台上移動被測定物之基板,一面以電視顯微鏡等攝影其 表面之精密圖案者。 然而,近年來,利用該液晶基板或液晶顯示元件的顯 示裝置,係強烈地被要求其大型化或高精密化,而隨著該 要求,在進行此等液晶基板或液晶顯示元件上之精密圖案 之尺寸測定的二維測定裝置,也被要求更正確地測定高精 密化地形成於此等大型化之基板或元件之表面上的精密圖 案。具體而言,在最近,成爲有關於數百公厘至千公厘( 數100mm〜1000mm)之範圍被要求〇· l//m 以下之測定再現性(測定精度)。 經濟部智慧財產局員工消资合作社印製 習知在此些測定,例如使用如所附之第6圖所示的二 維測定裝置。亦即,如圖所示,在底座1上設置定位被測 定物的X載物台2,及在橫跨該X載物台2所設置之門型 框2 1上設置Y載物台2 2,而在該Y載物台2 2組裝Z 載物台2 7 ,又在該Z載物台上裝載電視顯微鏡2 9。如 此,一面移動此些X載物台2,Y載物台2 2,Z載物台 2 7,一面以檢測裝置之電視顯微鏡2 9,在被測定物之 上述基板上進行定位。又,此些X載物台2及Y載物台 2 2之移動量係藉由雷射干涉計8 a,8b,3 8與平面 本紙ffc尺度適財國國家揉準(CNS )八4體(210 X297公楚) ' 528881 A7 ___B7 五、發明説明(4) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 鏡7 a ’ 7 b ’ 3 了進行局精度地測定。由此,由上述電 視#頁微1見2 9及未圖不之畫像處理裝置所測定的顯微鏡視 野內之被測定點位置,以及藉由上述雷射干涉計8 a, 8 b,3 8所測定之X載物台2及Y載物台2 2之移動量 ,.來測定上述被測定物上之被測定點之二維尺寸(χ方向 及Υ方向之位置)。 然而,在成爲上述習知技術的二維測定裝置及其方法 ’係例如在尺寸測定之測定再現誤差加上載物台之χ — γ 軸方向之移動時的筆直誤差之構造。亦即,例如朝χ軸方 向移動載物台時,因隨著載物台之移動的偏搖或滾動等之 影響而在Υ軸(垂直於進行方向之方向)產生變動,此乃 成爲誤差之原因。如此須將該X - Υ軸方向之移動的筆直 再現性提高至最大限度,在習知,例如在該X 一 γ軸方向 之載物台之引導,使用靜壓空氣軸承5 3 a,’5 3 b, 6 3及驅動線性馬達5 4,6 4之組合。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印焚 然而,依照此些技術,測定再現精度係成爲大約 0 .lem〜〇.2//m,因而由此所得到之筆直引導再 現性係成爲大約〇 · 2 /z m。但是,如上所述地,隨著被 測定物之大型化,具有數1 〇 〇 m m〜1 〇 〇 0 m m之移 動量的靜壓空氣軸承,係有關於其大小尺寸需要高精度之 加工之故,因而成爲極高價格者。又,線性馬達也是高價 格’而且其發熱量也大,因此在被要求高測定再現精度或 筆直引導再現性之裝置會有因熱變位所產生的大測定誤差 而較不理想。 本紙張尺度適用中國國家梯準(CNS ) Μ規格(2i〇X297公釐) 528881 A7 ____B7_ 五、發明説明(5) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又’作爲其他之二維測定裝置及方法,如所附之第7 圖所示,眾知有將電視顯微鏡2 9定位於z方向,之後, 將被測定物1 〇 1在X - Y載物台1 〇 2 (未圖示,惟與 上述同樣’重疊乂載物台與γ載物台之構造)上定位於X —Ύ方向者。又,在該X 一 γ載物台1 〇 2之被測定物之 外側(側面),設有具平行於X - Y軸之反射面的平面鏡 1 〇7a , 1〇7b,仍藉由雷射干涉計108a , 1 0 8 b,高精度地測定又一丫軸方向之移動量者。 又’在該裝置及方法,係設成從上述雷射干涉計 1〇8a , 1 〇8b朝平面鏡l〇7a ,l〇7b出射的 雷射光線之交點與上述電視顯微鏡2 9之光軸一致,且設 成與被測定面(被測定物之上面)大約相同Z位寘,在原 理上,X — Y軸方向之移動時,使用雷射干涉計可檢測筆 直度之再現誤差者。具體而言,例如χ _ γ載物台1 0 2 朝X方向移動時,若使用雷射干涉計1 〇 8 b測定平行於 該X軸之平面鏡1 〇 7 b之變位,則成爲可測定在X軸之 移動筆直度(亦即,在Y軸方向之變位)。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 可是,在成爲上述之習知技術的二維測定裝眞及方法 ,也藉由利用雷射干涉計,成爲可測定載物台移動時之筆 直度,然而,被指摘如下之缺點問題。 亦即,橫跨朝X 一 γ方向移動的定位工件台1 〇 2配 設有Z載物台1〇9 ;又雷射干涉計i〇8a ,1〇8b 配設於上述X - Y載物台1 〇 2之端部構造之故,因而安 裝此些之基台1 1 〇之尺寸會變大。所以隨著X — Υ載物 :紙張尺度適用中國國家榇痒(CNS ) Α4· Οιοχ297公釐')-^ 528881 A7 ____ B7 ____ 五、發明説明(6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 台1 0 2之移動,使得依該載物台重量的負荷重心點會移 動,上述基台1 1 0會變形,隨著該變形,設於基台上之 雷射干涉計108a,l〇8b與平面鏡107a ’ 1 0 7 b之間的距離或位置關係,有難以正確且咼精度地 輒定各載物台之移動距離的問題。 又,在上述之構成中,雷射干涉計l〇8a ’ 1〇8 b與平面鏡1 〇 7 a ,1 〇 7 b之間的距離’係形 成比被測定物之尺寸(例如數1 0〇m m〜1 0〇0 m m )更大之故,因而各載物台之移動距離之測定容易受到溫 度或氣壓等環境之影響,也有測定誤差變大的缺點問題。 亦即,例如將平面鏡與雷射干涉計之間配置成距大約 2 OOmm之距離,溫度變化0 · 5°C時,隨著空氣之折
射率之變化,測定距離係僅變化2 0 0 m m X 0 · _ 5 °C X 1 〇 一 6°C=lxl〇— 4mm=〇. l//m,而此値直接成 爲測定誤差。所以,這樣子並不一定能得到充分之測定再 現精度或筆直引導再現性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 亦即,如上所述地,隨著被測定物之大型化及該圖案 之高精密化,有關於數1 0 Omm〜1 〇 〇〇mm之範圍 被要求大約0 . 1 // m以下之測定再現性,然而在上述之 習知技術中,X - Y軸方向之移動的筆直再現誤差直接成 爲測定誤差,又來自載物台之驅動系統之發熱也大之故, 因而不適用於上述之超精密測定,且其價格也成爲極高價 格者。 本紙張尺度適用中國國家榇準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) 528881 A7 B7 五、發明説明(7) (發明之槪要) 本發明係鑑於上述之習知技術的缺點問題而創作者, 因此本發明之第一項目的係在於提供一種特別是可經濟性 地實現大約0 . 0 1 // m之精度之排列之測定再現性的二 維測定裝置。 又本發明之第二項目的係在於提供一種不必使用如上 述之高價格之引導驅動系統,能大幅度地減低移動X — Y 載物台時之筆直再現誤差而可得到充分之測定再現性,且 對於大型化也可低價格地構成裝置的二維測定裝置。 .爲了達成該上述之目的,依照本發明之第一態樣,提 供一種二維測定裝置,屬於具備:基台,及配置於上述基 台上而在其上面載置被測定物之被測定物保持部,及朝X 軸方向可移動上述被測定物保持部之X載物台,及朝X軸 方向引導驅動該X載物台之X軸引導驅動手段,及安裝於 上述X載物台之上方之畫像檢測手段;從藉由上述畫像檢 測手段所檢測之晝像信號測定上述被測定物之排列精度的 二維測定裝置,其特徵爲:近接對向於上述被測定物保持 部之X軸方向之側面,設置檢測上述X載物台之X軸方向 之直進移動時X載物台之側方變位,亦即X載物台之Y軸 方向移動之筆直變動的手段,且依據藉由上述畫像檢測手 段所檢測之晝像信號與使用上述筆直變動檢測手段所測定 之筆直變動,精度優異地測定上述被測定物之排列之筆直 度。 又,依照上述本發明的二維測定裝置之具體性態樣, 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) Μ規格(210X:297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 528881 A7 B7 五、發明説明(8) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又在上述基台上,設置橫跨上述X載物台並朝與該X載物 台正交之方向可移動的Y載物台,同時將上述晝像檢測手 段安裝於該Y載物台上也可以。依照該構成,成爲可一面 將上述被測定物更朝與上述X載物台成正交之Y軸方向移 動一面精定優異地測定X軸方向之排列。 又,依照本發明之其他具體性態樣,藉由於上述X載 物台與上述被測定物保持部之間,又設置可旋轉上述被測 定物之0旋轉載物台,自動地修正依裝置之排列精度測定 時的上述被測定物之傾斜,成爲可平行於X軸方向,而可 高精度地測定排列。 依照本發明之第一項態樣,即使藉由較低價格地可得 到之球形螺旋或/及馬達構成上述X軸引導驅動手段,也 成爲以充分高測定精度而精度優異地測定被測定物之排列 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依照本發明之第二項態樣,一種二維測定裝置,屬於 具備:在表面載置被測定物之被測定物保持部,及配設於 基台上且朝二維平面之X軸方向移動上述被測定物保持部 之X載物台,及配設於上述基台上且朝垂直於上述X軸之 Y軸方向延伸所配置之副基台,及朝上述二維平面之Y軸 方向移動上述副基台上之Y載物台,及安裝於上述Y載物 台且朝垂直於上述二維平面之Z軸方向可移動之畫像檢測 手段,及朝上述X軸方向引導驅動上述X載物台之X軸引 導驅動手段,及朝上述Y軸方向引導驅動上述Y載物台之 Y軸引導驅動手段;從藉由上述晝像檢測手段所檢測之晝 本紙張尺度適用中國國家榇準(CNS )八4規格(210X297公釐) 528881 A7 B7 五、發明説明(9) 像信號測定上述被測定物之二維尺寸的二維測定裝置,其 特徵爲:將檢測上述被測定物保持部之X軸方向移動時之 Y軸方向之筆直誤差的手段,近接對向設置於上述被測定 物保持部之X軸方向之側面,且將檢測上述被測定物保持 部.之Y軸方向移動時之X軸方向之筆直誤差之手段,近接 對向設置於上述被測定物保持部之γ軸方向之側面。 依照上述本發明的二維測定裝置之具體性態樣,上述 _直誤差檢測手段係可成爲以高精度地檢測各載物台之筆 S i吳差’又,即使分別以較低價格地可構成之電動馬達與 Ϊ求形循環型線性導件構成上述X軸引導驅動手段與上述γ 聿由引導驅動手段,也可得到所期望之測定再現性(測定精 ® ) °又,上述筆直誤差檢測手段係分別藉由三角測量方 式之雷射變位計,或是雷射干涉計所構成較理想。_ 又,上述筆直誤差檢測手段係分別以從上述被測定物 保持部之X軸方向及Y軸方向側距數m m至數十m m之距 離對向配置較理想。且上述X軸引導驅動手段與上述Y軸 引導驅動手段係藉由分別在數百mm〜千mm之範圍內朝 X — Y方向可移動上述被測定物保持部,可對應於近年來 其大型化或高精密化被強烈地要求的液晶基板或液晶顯示 元件上之圖案尺寸測定。 (發明之實施形態) 以下,一面參照所附圖或一面說明本發明之實施形態 一'。首先,在第1圖,表不有成爲依本發明之實施形態的 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家榇準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -12- 528881 A7 _______________ B7 五、發明説明(1C) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) =維測定裝置,具體而言,該裝置係精度優異地測定形成 在如 '薄膜磁頭之半導體晶圓上的電子元件之排列之筆直度 的排列精度測定裝置。 在圖中也表示,在基台1配設有藉由直動空氣軸承3 被.引導’同時藉由球形螺旋朝x軸方向驅動的方形狀X載 物/台6 °又’作爲該驅動機構,在較低價格之球形螺旋5 ’又結合仍較小型又低價格之電動馬達4,因而也可自動 地朝X軸方向驅動,依照該構成,也可將裝置較低價格地 構成。又,在該載物台6上又設有板狀之微動Z載物台 6 a °該微動z載物台6 a係在自動聚焦時,用以在數十 // m範圍內朝上下方向(z軸方向)移動被測定物的半導 體晶圓4 6者,例如藉由壓電元件被驅動向圖之Z軸方向 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在該微動Z載物台6 a上,安裝有圓盤狀之β載物台 6 b ’而在該上面,設有將被測定物之半導體晶圓4 6保 持於該上面的所謂半導體晶圓保持部6 c。又,該Θ載物 台6 b係爲了將形成於半導體晶圓4 6上的複數磁頭 4 6 a之排列方向與上述X載物台6之移動方向(X軸方 向)一致,而在圖之X — Y平面內施以旋轉者。 又,在微動Z載物台6a ,具體而言,在圖之右邊且 朝X軸方向延伸之一面的端面,安裝有平行於上述X載物 台6之移動方向之反射面的方柱狀平面鏡1 3。又,由圖 也可知,於相對向於該平面鏡1 3之反射面的近接位置, 配設有雷射干涉計1 4。又,該平面鏡1 3與雷射干涉計 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 528881 A7 '一 B7 ' .......... 五、發明説明(Ή) 1 4之間的距離d,係例如設定成距該反射面2 m m或該 値以下而被固定於上述基台1上。亦即,2rnmgD>〇 。該平面鏡1 3係在上述微動Z載物台6 a之端面中,設 ®對應於上述X載物台6之移動距離的所有範圍。 在習知方式,雷射干涉計係爲了正確地計測載物台之 移動距離,配置於與載物台之移動方向相同方向來進行照 射雷射光之故,因而無法以此載物台之移動距離更短之距 離來配置載物台與雷射干涉計。但是,在本發明,雷射干 渉計係測定載物台之移動筆直度者之故,因而可配置在對 方^載物台之移動方向呈直角方向(雷射之照射方向)。所 以’雷射干涉計與載物台之間的距離係比載物台之最大移 霞力距離更短。特別是對於要求精度者,儘量近接地配置較 理想。 在上述實施形態中,在上述基台1上,橫跨上述X載 物台6又固定有門型(或是ϋ型)之副基台2 1 ,而在該 副基台2 1上,正交於上述X載物台6,安裝有Υ載物台 2 2。又,該Υ載物台2 2係藉由球形螺旋2 5可朝圖之 Υ軸方向移動。又,作爲該驅動機構,在較低價格之球形 螺旋,再結合仍較小型又低價格之電動馬達4 5,因而也 可朝Υ軸方向自動地驅動,依照該構成,可成爲較低價格 地構成裝置。又,由該構成可知,X載物台6與Υ載物台 2 2係成爲可獨立地驅動。 在該Υ載物台22上又設有Ζ粗動載物台27 ,且在 該Ζ粗動載物台2 7上安裝有電視顯微鏡2 9。又,藉由 I--------裝------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -14- 528881 A7 —----?z_ 五、發明説明(12) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) D:^電視顯微鏡2 9所得到之影像信號係被連接於圖之畫像 處理裝置1 7,又例如被連接於電腦裝置1 8。又,由圖 可知,在該電腦裝置1 8,也輸入藉由上述雷射干涉計 1 4所測定的平面鏡1 3之位置資料。 以下,一面參照所附之第2圖之流程圖一面說明如上 述地詳述其構成的本發明之排列精度測定裝置之動作。 首先,藉由未圖示之自動機器臂等,將被測定物之將 多數磁頭形成於其表面的半導體晶圓4 6,載置固定於上 述裝置之晶圓保持部6 C上(步驟s 1 )。 之後,依據來自上述電腦裝置1 8之指令,藉由未圖 示之控制部之動作,來驅動X載物台6及Y載物台2 2。 由此,使得形成於上述半導體晶圓4 6上的磁頭列4 6 a 之一端的磁頭定位成位於電視顯微鏡2 9之視野內(步驟 S 2 )。然後,在畫像處理部1 7抽出使用該電視顯微鏡 .2 9所得到的畫像之對比,藉由微動Z載物台6 a之動作 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使得該對比成爲最優良並朝上下方向(Z軸方向)移動上 述半導體晶圓4 6,得到銳利之畫像(步驟S 3 )。如此 ’上述晝像處理部1 7係抽出該視野內之磁頭之位置,並 將該抽出之位置傳送至電腦裝置1 8而記憶該位置(步驟 S 4 )。 然後,驅動X載物台6 ,使得形成於上述半導體晶圓 4 6上旳磁頭列4 6 a之另一端之磁頭定位成爲在電視顯 微鏡2 9之視野內(步驟S 5 ),經過與上述同樣之過程 ,抽出該磁頭之位置,並傳送至電腦裝置1 8進行記憶( 本紙張尺度適用中國國家榇準(CNS ) A4規格(210X 29<7公釐) 528881 A7 ____B7_ 五、發明説明(13) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 步驟S 6 )。由此,電腦裝置1 8係從形成於上述半導體 晶圓4 6上的磁頭列4 6 a之兩端(亦即,其一端與另一 端)之位置,算出該磁頭列4 6 a對於X載物台之方向( X軸方向)之傾斜(步驟S 7 )。之後,依據該算出結果 電腦裝置1 8係藉由未圖示之控制部來控制驅動上述裝 置之Θ載物台6 b,如此定位成平行於上述半導體晶圚 4 6上之磁頭列4 6 a之X載物台之移動方向(X軸方向 )(步驟S 8 )。 然後,藉由驅動X載物台6,上述半導體晶圓4 6上 之磁頭列4 6 a之各磁頭依次定位成爲在上述電視顯微鏡 2 9之視野內(步驟S 9 )。這時候,從藉由上述雷射干 涉計1 4所測定的平面鏡1 3之位置,及在上述電視顯微 .鏡2 9及晝像處理部1 7所測定的磁頭之位置,‘藉由上述 電腦裝置1 8算出以上述平面鏡1 3作爲基準的磁頭之排 列狀態(排列精度)(步驟S 1 0 )。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 亦即,依照上述之構成,則朝X軸方向驅動上述X載 物台6時所發生之不良影響,亦即依驅動X載物台6之球 形螺旋或線性馬達等之驅動機構4對於筆直引導之影響’ 或是依直動空氣軸承3之空氣振動之影響所產生之誤差’ 作爲與藉由上述雷射干涉計1 4所測定的上述平面鏡1 3 之間的位置變動而被測定。藉由將在上述電視顯微鏡2 9 及畫像處理部1 7所測定的磁頭之位置修正該測定之位置 變動分量。亦即,可成爲以上述平面鏡1 3作爲基準,極 高精度地測定磁頭之排列精度。 本紙張尺度適用中國國家榇準(CNS ) A4規格(210X297公羡) .1fi . " 528881 A7 B7 五、發明説明(14) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 這時候,藉由上述雷射干涉計1 4所測定的雷射干涉 計1 4與平面鏡1 3之間的距離D係如上述地配設於極近 距離。具體而言,設定成2mm或該數値以下之距離。所 以,起因於依溫度差之其間之折射率變化的測定誤差係例 如.在其溫度差爲〇 . 5它時’成爲2mmx 〇 · 5°Cx 1 〇 6/C 二:1·〇χ1〇 mm 二亦 即,對於作爲目的的測定再現誤差之0 . 0 1 /z m成爲十 分之一〜(1/10),可知.可達成充分之測定精度。 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印災 如上所述地,依照本發明之排列精度測定裝置,將該 定位載物台機構在X軸、Y軸作成獨立之構造,還有作成 將定位被測定物之X軸之筆直度平行於X載物台6之移動 方向的平面鏡,及使用近接於該平面鏡所配置的雷射干涉 計進行測定的構造,成爲可實現極高精度之測定。又,對 於攝影被測定物的半導體晶圓4 6上之磁頭列4 6 a (亦 即,各磁頭)的上述電視顯微鏡,係例如使用其照明光之 波長爲2〇0 n m〜4 0 0 n m之短波長的電視顯微鏡, 俾能提高其分解能而得到更高尺寸再現性較理想。又,上 述Y載物台及Z載物台係配置成以上述電視顯微鏡爲中心 對於Y軸方向形成對稱,因而能將其熱變形抑制成最小限 度較理想。 又,在上述實施形態中,作爲該被測定物,對於半導 體晶圓上之磁頭列的磁頭,詳述其排列精度之測定,然而 ,本發明係並不被限定於此者,除此以外,當然也使用於 需要高筆直度之測定的各種測定也有效。又在上述實施形 本紙浪尺度適用中國國家標準(CNS )八4規格(21〇x297公釐) -17- 528881 A7 __ B7 五、發明説明(15) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 態中,也可使用例如靜電電容式感測器,作爲測定與上述 X載物台一起移動之平面鏡之位置的雷射干涉計。又,上 述平面鏡也在上述實施形態爲被安裝於微動Z載物台6 a 之側面,惟該安裝位置係與上述X載物台平行地移動之部 位就可以,例如也可以安裝於X載物台之側面。 此外,在上述實施形態中,對於被測定物之半導體晶 圓上的複數列磁頭,爲了測定其排列精度(亦即,爲了也 可作成對於電視顯微鏡之Y軸方向之移動),在上述基台 上,又固定橫跨X載物台而呈門型(或是c型)之副基台 ,又在該副基台上安裝Y載物台。然而,例如僅移動X載 物台來測定被測定物之排列精度(筆直度)者,當然不必 安裝該Y載物台。 以下,一面參照所附圖式之第3圖及第4圖一面說明 本發明的第二實施例。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第3圖係表示本發明之第二實施例之二維測定裝置的 立體圖;在該圖中,參照記號1係表示成爲本裝置之基台 ,6係表示X載物台。又在該基台1上,橫跨上述X載物 台6地設有門型(或c型)之副基台2 1 ,而於該副基台 上設有Y載物台22。
另一方面,在上述門型副基台2 1仍設有球形循環型 線性導件2 3 a,2 3 b,及Y軸馬達2 4等;上述Y載 物台2 2係一面被此等球形循環型線性導件所引導,一面 藉由被結合於Y軸馬達2 4的球形螺旋2 5被驅動而朝Y 軸方向移動。又,該Y載物台2 2係配設成正交於上述X 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS )八4規格(210X297公釐) ~ ' 528881 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明(y 載物台6。 在該門型副基台2 1又安裝有Z載物台基台26。又 在該Z載物台基台2 6 ,配設有Z載物台2 7成爲正交於 該X軸方向及γ軸方向。又,在該Z載物台2 7配設有檢 測.器安裝工作台2 8,而檢測被測定物之表面之檢測器的 電視顯微鏡2 9,安裝於該檢測器安裝工作台2 8。 又’在該基台1安裝有球形循環型線性導件3 a, 3 b ’ X軸馬達,及結合於該X軸馬達的球形螺旋5,由 此’上述X載物台6係一面被球形循環型線性導件3 a, 3 b引導’一面藉由結合於X軸馬達4之球形螺旋5,朝 X軸方向驅動。亦即,在本實施例之形態中,如上所述地 ’代替隨著大型化成爲極高價格者之靜壓空氣軸承或也高 價格之線性馬達,可成爲採用可較低價格地構成之機構, 例如可採用電動馬達與球形循環型線性導件。 另一方面,在上述X載物台6之上面,安裝有被測定 物保持部6 c。亦即,在該被測定物保持部6 c之上面, 裝載有被測定物的液晶基板或液晶元件並加以固定。又, 如圖也所示,在上述被測定物保持部6 c之Y軸方向端面 (側面),圓形之反射鏡7 a ,7 b安裝於與被測定面大 約相同高度位置。又,在相對向於此些反射鏡7 a ,7 b 的上述基台1上之位置,安裝有X軸雷射干涉計8 a , 8 b及雷射管9 (雷射振盪器),從該雷射管9所出射的 雷射光係經由射束分裂器1 0 ,反射鏡1 1 a ,1 1 b ( 包含半透明反射鏡)被入射於上述X軸雷射干涉計8 a, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -19- 528881 A7 —B7 五、發明説明(17) 8 b。此些雷射光係經此些X軸雷射干涉計8 a ,8 b入 射於上述反射鏡7 a ,7 b而反射,再入射於上述X軸雷 射干涉計8 a ,8 b ,在該雷射干涉計利用雷射光之干涉 ,測定上述X載物台6之X軸方向的移動量。 在上述被測定物保持部6 c之X軸方向端面(側面) ,於與被測定面大約相同高度位置,安裝有具與X軸平行 之平面1 2的橫長形狀之反射鏡的X軸筆直桿1 3。在近 接且對向於該X軸筆直桿1 3 ,安裝有例如三角測量方式 的雷射變位計1 4,由此可計測與上述X軸平行之平面 1 2,換言之,上述X載物台6之Y軸方向的變位量。亦 即,依照該構成,將上述X載物台6利用較低價格之驅動 ’引導機構朝X軸方向移動時所發生之筆直誤差,特別是 成爲可高精度地計測將X載物台6朝X軸方向移動時的Y 軸方向之變位(變動)。 又,在上述Z載物台基台2 6中檢測器的電視顯微鏡 2 9,位於接近被測定面之位置也安裝有圓形反射鏡3 7 ’另一方面,在對向於上述基台1上的上述反射鏡3 7之 位置’位於雷射光可朝Y軸平行地出入射的高度位置,安 裝有Y軸雷射干涉計3 8。具體而言,該Y軸雷射干涉計 3 8係配置於上述之三角測量方式之雷射變位計1 4之上 咅15 °依照該構成,從上述雷射管9射出後在射束分裂器 1 0所分離的雷射光,係經由反射鏡3 1 a,3 1 b而入 射於Y軸雷射干涉計3 8。之後,該雷射光係入射於上述 反射鏡3 7上後反射,再進入於上述Y軸雷射干涉計3 8 本紙張尺度適用中周國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 528881 A7 B7 五、發明説明(d (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,在該雷射干涉計利用雷射光之干涉來測定Y軸方向之移 動量。又,嚴格地,上述X載物台6係不會朝γ軸方向移 動,惟在此,電視顯微鏡2 9在上述門型副基台2 1之Z 載物台2 7上朝Y軸方向移動之故,因而成爲可測定上述 X.載物台6之Y軸方向的相對性變位量。 又,在上述門型副基台2 1之下面,位於接近於上述 被測定面之高度位置,也配設有具有平行於Y軸之平面 4 2之橫長形狀之反射鏡的Y軸筆直桿4 3。另一方面, 近接且對向於平行於該Y軸之平面4 2,如在圖中以虛線 所示,安裝有雷射變位計4 4 (三角測量方式)。由此可 計測與上述Y軸平行之平面4 2,換言之,上述Y載物台 2 2之X軸方向的(更具體而言,與上述Y軸平行之平面 4 2及上述檢測器安裝工作台2 8之間的)變位量。亦即 ,依照該構成,成爲可計測將上述Y載物台2 2利用較低 價格之驅動,引導機構(具體而言,球形循環型線性導件 2 3a,2 3b或是Y軸馬達24等)朝Y軸方向移動時 的筆直誤差。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又,上述X軸方向及Y軸方向之移動動作,係依據來 自未圖示之控制裝置之指令,旋轉驅動上述X軸馬達4及 Y軸馬達2 4。由此,移動在其上面裝載固定被測定物之 液晶基板或液晶顯示元件的被測定物保持部6 c及Z載物 台2 7,成爲將該被測定部分(基板上之精密圖案等)定 位在電視顯微鏡2 9之視野內。 之後,仍藉由來自未圖示之聚焦控制裝置之指令’將 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS )八4規格(210X297公釐) 528881 A7 B7 五、發明説明(19) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 上述檢測器安裝工作台2 8定位在Z軸方向。此時之Z軸 方向之移動量,係起因於被測定物的玻璃基板等之厚度不 均勻或彎曲的大約數百// m,此乃如日本特願平1 〇 -1 8 6 2 1 1號(特開2〇0 0 — 1 9 4 1 5號公報)所 示.,使用藉由彈性引導使得筆直引導之再現精度大約 0 · 0 1 // m的微動Z載物台所構成。 如此地將在電視顯微鏡2 9之野視內定位而在聚焦狀 態所得的畫像,藉由未圖示之畫像處理裝置及電腦進行處 理,算出畫面內之被測定點之位置或微細之圖案尺寸。又 ,這時候,對於隨著上述X、Y載物台之X — Y軸方向之 移動所進行的移動量(尺寸)之測定,如下地進行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如所附之第4圖之流程圖所示地,首先,從以上述之 雷射干涉計8 a ,8 b所檢測的X載物台6之X軸方向之 移動量(例如,在X軸上之兩點間的距離),及以上述雷 射干涉計3 8所檢測之Y載物台2 2之Y軸之位置’藉由 電腦算出該Y軸上之位置的上述電視顯微鏡2 9之X軸方 向的移動量(尺寸測定)(步驟S 1 1 )。這時候,隨著 X載物台6之X軸方向之移動,藉由偏搖或滾動等之影響 ,產生大約數之Y軸方向之偏差(筆直誤差)°然而 ,該Y軸方向之筆直誤差係藉由上述雷射變位計1 4所檢 測,並將該檢測之誤差(偏差)量傳送至上述電腦(步驟 S 1 2 )。由此,電腦係修正上述誤差(偏差)量而算出 X載物台6之X軸方向之移動量(步驟S13) ° 然後,Y載物台2 2之Y軸方向之移動量(尺寸測定 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) -22 - "" 528881
經濟部智慧財產局員工消費合作社印IL A7 B7 五、發明説明(2c) ),係藉由電腦算出作爲藉由上述Y軸雷射干涉計3 8所 檢測的Y軸方向之移動量(步驟S 1 4 )。這時候,隨著 Y載物台2 2之Y軸方向之移動’仍受到偏搖或滾動等之 影響,產生大約數# m之X軸方向之偏差(筆直誤差)。 然.而,該X軸方向之筆直誤差係藉由上述雷射變位計4 4 所檢測,而在該雷射變位計’將該檢測之誤差(偏差)量 傳送至上述電腦(步驟S 1 '5 )。由此,電腦係修正上述 誤差(偏差)量並算出Y載物台2 2之Y軸方向的移動量 (步驟S 1 6 )。 .又,在成爲上述實施形態的測定裝置所使用的雷射變 位計,係所謂三角測量方式的變位計,在溫度變化爲 〇 . 1 °C以內之熱室內,具有0 · 0 5 // m以內之測定再 .現精度。所以’依據如上述地所算出之X載物台與Y載物 台之移動量,及先前所算出的上述電視顯微鏡2 9之視野 內之測定點位置’可成爲將形成於被測定物之上述基板上 的精密圖案之尺寸藉由電腦在0 · 1/zm以內之再現精度 進行測定。 如此,在成爲上述實施形態之測定裝置,互相地近接 且對向所配置的雷射變位計1 4與X軸筆直桿1 3之間的 距離,及雷射變位計4 4與Y軸筆直桿4 3之間的距離爲 8 m m。該距離係例如與由上述第7圖所示之習知測定裝 置的雷射千涉計1 〇 8 a與平面鏡1 〇 7 a之間的距離, 及雷射千涉計1 〇 8 b與平面鏡1 〇 7 b之間的距離(大 約1 2 0 0 m m )相比較’成爲1 / 1 〇 〇以下,最多估 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS )八4規格(210X297公釐) ----*----—^装------tr------ (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 528881 A7 _ __B7 五、發明説明(21) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 計也成爲1 / 1 0以下,由此,可成爲將依溫度差對於測 定距離之誤差影響減低至1 / 1 0以下。又,上述之距離 係並不被限定於8 m m,藉由所求出的誤差容許度,可適 當地設定在數十mm以內之範圍。尤其是被要求精度時, 設·定在數m m以內較理想。 如上所述,依照成爲本發明之上述實施形態的測定裝 置,可極高精度地修正移動裝置之X - Y載物台時所產生 的筆直再現誤差之故,因而不必使用如在上述之習知技術 所述的靜壓空氣軸承之高價格的引導驅動系統,即使使用 低價格之球形循環型線性導件或馬達,也可進行二維(X 一 Y軸方向)的高精度測定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^ 又,在成爲上述所述之實施形態的二維測定裝置,爲 了測定,檢測X - Y軸方向之載物台移動的筆直誤差(筆 直度)並加以修正,作爲使用上述三角測量方式的雷射變 位計進行說明,惟本發明係並不被限定於此者,例如也可 使用在上述中用以測定,檢測X - Y軸方向之載物台之移 動量所使用的小型雷射干涉計或靜電電容型變位計等高精 度之可比較測定的變位計。 由以上之詳細說明可知,依照本發明之二維測定裝置 ,可構成較低價格,且以高精度可測定被測定物之排列狀 態,特別是發揮可成爲經濟地實現大約0 . 0 1 // m之排 列精度,甚至於大約0 . 〇 〇 1 // m之排列精度的極優異 之效果。 又,依照本發明,發揮不必使用高價格之引導驅動系 -24- 本紙張尺度適用中國國家梯準(CNS )八4規格(210X297公釐) 528881 A7 ___ B7 五、發明説明(22) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 統,大幅度地減低移動X - Y載物台時之筆直再現誤差而 可得到充分之測定再現性,且可提供一種對於大型化也可 低價格地構成裝置的二維測定裝置之優異效果。 (.圖式之簡單說明) 第1圖係表示本發明之第一實施例之二維測定裝置之 構造之包含部分電路的立體圖。 第2圖係表示第1圖之二維測定裝置之磁頭列之排歹[] 精度之測定動作之詳細的流程圖。 第3圖係表示用以說明本發明之第二實施例之二維測 定裝置之構成的立體圖。 第4圖係表示用以說明第3圖之本發明之二維測定裝 置之移動量(尺寸)之測定動作的流程圖。 第5圖係表示習知技術之二維測定裝置之一例子的圖 式。 第6圖係表示習知技術之二維測定裝置之其他例的圖 式。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第7圖係表示作爲習知技術之一例子而在半導體領域 中使用作爲曝光裝置之裝置的前視圖。 元件對照表 1 :基台 3 :直動空氣軸承 4 :電動馬達 5,2 5 :球形螺旋 6:Χ載物台 6a:微動Ζ載物台 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) M規格(21〇 χ 29?公釐) 528881 A7 B7 :檢測器安裝工作台 29 五、發明説明(23) 6 b : 0載物台 1 3 :平面鏡 1 8 :電腦裝置 2 2 : Y載物台 2. 6 : Z載物台基台 2 8 3 7 :反射鏡 4 2 :平面 4 4 :雷射變位計 4 6 :半導體晶圓 6 c :晶圓保持部 1 4 :雷射千涉計 2 1 :副基台 2 4 : Y軸馬達 2 7 : Z載物台 :電視顯微鏡 3 8 : Y軸雷射干涉計 4 3 : Y軸筆直桿 4 5 :電動馬達 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 26- 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)

Claims (1)

  1. 528881 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 1 1 · 一種被測定物之位置測定裝置,屬於具備:基台 ,及配置於該基台上而於其上面載置被測定物的被測定物 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 保持部,及可將上述被測定物保持部朝第一軸方向移動的 弟一'載物台’及將上述第一'載物台朝上述第一'軸方向引導 驅動的第一軸引導驅動手段,及安裝於上述第一載物台之 上方的畫像檢測手段;從藉由上述畫像檢測手段所檢測之 晝像信號來測定上述被測定物之位置的位置測定裝置,其 特徵爲:於上述被測定物保持部之第一軸方向之側面設置 檢測上述第一載物台之第一軸方向之移動時的上述第、一載 物台之筆直變動的筆直變動檢測手段,且以上述筆直變動 檢測手段所得到之信號修正藉由上述畫像檢測手段所檢測 的畫像信號。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之位置測定裝置,其 中,於上述基台上又設置橫跨於上述第一載物台並朝與該· 第一載物台正交之方向可移動的第二載物台,同時將上述 晝像檢測手段安裝於該第二載物台上者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 _如申請專利範圍第1項所述1之位置測定裝置,其 中,上述筆直變動檢測手段係由:安裝於上述被測定物保 持部之上述第一軸方向之側面的平面鏡,及近接對向於該 中面鏡之反射面所設置的雷射干涉計所構成者。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之位置測定裝置,其 中,上述雷射干涉計與上述平面鏡之間的距離,係比上述 第一載物台之最大移動距離短者。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之位置測定裝置,其 本紙張尺度適用中國國家摞準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -27 - "' *、申請專利範圍 2 中,上述雷射干涉計與上述平面鏡之間的距離,係設定在 數m m以內者。 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁} 6 .如申請專利範圍第1項所述之位置測定裝置,其 中,在上述第一載物台與上述被測定物保持部之間,又設 毚可旋轉上述被測定物的旋轉載物台者。 7 .如申請專利範圍第1項所述之位置測定裝置,其 中,將上述第一載物台朝上述第一軸方向引導驅動的第一 軸引導驅動手段,係由球形螺旋或/及線性馬達所構成的 HI動機構所構成者。 8 · —種位置測定裝置,屬於具備:基台,及載置被 铷定物的被測定物保持部,及配置於基台上方而肩負上述 被測定物保持部,且將此朝第一軸方向移動的第一載物台 缝濟部智慧財產局員X消費合作社印製 ’及配設於上述基台上而朝垂直於上述第一軸之第二軸方 昀延伸所配置的副基台,及朝上述第二軸方向移動上述副· _台上的第二載物台,及將上述第一載物台朝上述第一軸 方向引導驅動的第一軸引導驅動手段,及將上述第二載物 台朝上述第二軸方向引導驅動的第二軸引導驅動手段,及 安裝於上述第二載物台而可朝垂直於第一載物台之第三軸 方向移動的畫像檢測手段,攝影上述被測定物,並輸出該 _像信號的晝像檢測手段;從藉由上述晝像檢測手段所檢 _之晝像信號來測定上述被測定物之位置的位置測定裝置 ’其特徵爲··將檢測上述第一載物台之第一軸方向之直線 移動時之側方變動的第一檢測手段,近接設於上述第一載 物台之第一軸方向之側面,且將檢測上述第二載物台之第 本紙張尺中國國家揉準(CNS ) A4現格(210X297公釐) :28 - ' 一— - 528881 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 二軸方向之直線移動時之側方變動的第二檢測手段,近接 設於上述第二載物台之第二軸方向之側面;具有以上述第 一與第二檢測手段所得到之信號修正藉由上述畫像檢測手 段所檢測之畫像信號的修正手段。 9 .如申請專利範圍第8項所述之位置測定裝置,其 中,將上述第一檢測手段與上述第一載物台之第一軸方向 之側面之間的第一距離及上述第二檢測手段與上述第二載 物台之第二軸方向之側面之間的第二距離,分別比第一載 物台之第一軸方向之最大移動距離及第二載物台之第二軸 方向之最大移動距離短者。 1〇·如申請專利範圍第9項所述之位置測定裝置、 其中,將上述第一與第二檢測手段,及上述第一載物台之 第一軸方向側面,及上述第二載物台之第二軸方向之側面 之各該之間的第一與第二距離設定在數m m以內者。 1 1 .如申請專利範圍第8項所述之位置測定裝置, 其中,將上述第一軸引導驅動手段與上述第二軸引導驅動 手段,分別以電動馬達與球形循環型線性導件所構成者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 2 .如申請專利範圍第8項所述之位置測定裝置, 其中,將上述第一與第二檢測手段,分別由三角測量方式 之雷射變位計,或雷射干涉計所構成者。 1 3 .如申請專利範圍第2項所述之位置測定裝置, 其中,上述第一載物台與上述第二載物台係分別可移動在 數百mm至千mm之範圍者。 -29- 本紙張尺度適用中國國家椋準(CNS ) A4規格(210X 297公釐)
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