真空内処理装置
【課題】トップテーブルの小型化と、トップテーブル質量の軽量化を実現しつつ、かつ長尺の反射体を必要とせず真空試料室の小型化が可能な真空内処理装置ないし荷電粒子線装置を実現する。
【解決手段】測長に使用する一対の干渉計および反射体の両者が可動となるようステージを構成し、かつステージが持つ複数の移動軸のうち上記一対の干渉計および反射体によって測長が行われる方向とは交差する移動軸と平行な方向に対して、上記一対の干渉計および反射体が互いに対向する状態を保ったまま移動できるようにステージを構成する。
【解決手段】測長に使用する一対の干渉計および反射体の両者が可動となるようステージを構成し、かつステージが持つ複数の移動軸のうち上記一対の干渉計および反射体によって測長が行われる方向とは交差する移動軸と平行な方向に対して、上記一対の干渉計および反射体が互いに対向する状態を保ったまま移動できるようにステージを構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空内処理装置、特に試料の観察を行う走査電子顕微鏡、およびイオンビーム加工を行う荷電粒子線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製品の集積度は益々の向上が求められており、その回路パターンは更に高精細化してきている。精細なパターンの製造、及び検査を行うためには、ウエハを正確に所望な位置に移動する必要がある。ウェハが所望な位置に移動したかを確認する手段として、一般的にレーザ測長器が採用されている。
【０００３】
レーザ測長器は、レーザヘッドより照射された直交する２種類の偏向されたレーザ光を干渉計内にて分離し、一方を基準光として干渉計内に反射させて、もう一方を測定光として被測定物となる反射鏡に反射させた後、再び干渉計内に取り込み、基準光と重ねて干渉光を発生させる。干渉光はフォトディテクター（以下、レシーバと呼ぶ）により電気信号に変換され、レーザ基板にて位置情報へ変換される。反射鏡と干渉計との相対変化により干渉光は変化するため、その変化をレーザ基板内のカウンタにて加算・減算することで位置管理がなされる。
【０００４】
レーザ測長器を使用する検査装置は、荷電粒子線を照射しウエハ上の回路パターンの寸法精度を測定する走査型電子顕微鏡（以下、測長ＳＥＭと呼ぶ）、荷電粒子線を照射しウエハ上の回路パターンの欠陥、或いは付着異物を評価する走査型電子顕微鏡（以下、レビューＳＥＭと呼ぶ）などが挙げられる。
【０００５】
近年のレビューＳＥＭは、多機能化が進み、本来の荷電粒子線による異物の観察機構だけでなく、光学顕微鏡による異物の検出・観察機構、表面電位計によるウエハの帯電状況計測機構なども付加されてきている。試料となるウエハを移動するトップテーブルは、これら各機構を中心としてウエハ直径分の距離を確保できる範囲を移動する必要がある。つまり、多機能化によりステージの移動範囲（ステージストローク）は広がる傾向にある。これに加えて、量産コストの低下を図るべく、従来まで主流だったΦ３００ｍｍウエハに代えて、Φ４５０ｍｍウエハの導入も検討されており、更なるステージストロークの増加が要求されている。
【０００６】
ステージストロークが増大すると、試料室が大型化するため、コストが増加する。また、ステージ移動時間も増加するため、半導体製品のスループットが低下し、やはりコストが増加する。ステージ移動時間を減少させるためには、ステージ移動速度や加速度を上げる必要があり、そのためには試料を載せるトップテーブル質量は出来る限り軽減させなければならない。
【０００７】
図１１は、光学顕微鏡を搭載したレビューＳＥＭ装置の従来例を示す図である。レーザヘッド４０からのレーザ光は、ビームスプリッタ４１により分離され、干渉計２３Ｘと２３Ｙに入射した後、反射鏡の役目となるバーミラー２２で反射され、再度干渉計２３Ｘと２３Ｙに入射する。この状態でトップテーブルが移動すると、ドップラー効果による干渉光が発生する。この干渉光をレシーバ４２で検出し、レーザユニット７５で電気信号に変換することで、トップテーブル２１Ａの位置管理を行う。図１１のように、一般的には、長く重いバーミラー２２がトップテーブル２１Ａに設置されるため、トップテーブル２１Ａは重量化する。また、トップテーブル２１Ａはバーミラーにより実質的に大型化し、これによりトップテーブル２１Ａの移動範囲を包含する試料室２も大型化する。
【０００８】
特許文献１では、重いバーミラーをトップテーブルから除去するかわりに軽い干渉計を配置し、逆に試料室内のベース上にバーミラーを固定配置する構造が提案されている。これにより、トップテーブル質量を軽量化でき、加速度を上げつつ、振動等のステージ特性劣化要因を抑える効果が得られる。また、トップテーブルを小型化できるので、試料室を小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−３５１９０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されるステージでは、バーミラー自体はやはり真空試料室内に配置されるものであり、かつトップテーブルの移動ストローク程度の長さを確保する必要がある。従って、トップテーブルの小型化という点では効果があるが、真空試料室自体の小型化に対しては余り効果がない。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、トップテーブルの小型化と、トップテーブル質量の軽量化を実現しつつ、かつ、バーミラーのような長尺の反射体を必要とせず真空試料室の小型化が可能な真空内処理装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
真空内処理装置内に配置されるステージは、移動方向に応じた移動軸を有する。例えば、ＸＹステージの場合は、互いに直交するＸ軸およびＹ軸２つの移動軸を持ち、試料台や試料固着装置など各種の構造物が載置されるトップテーブルは、２つの移動軸各々に沿って移動可能である。ＸＹステージの場合、原理的には、２つの移動軸が交差さえしていれば、ＸＹ面内方向での任意位置へのステージ移動が可能である。
【００１３】
さて、従来技術の問題は、干渉計と当該干渉計に光を反射させる反射体の一方または両者が固定であるという点に起因する。例えば、特許文献１に開示される構造のステージでは、Ｘ方向またはＹ方向の移動軸に沿った方向に干渉計および反射体が一対ずつ配置された構成を有している。ステージは一方の移動軸と交差する方向に対しても移動できるように構成されているが、反射体は固定されている。そのため、反射体には上記交差方向に対する移動ストローク分の長さが必要となる。
【００１４】
そこで本発明は、測長に使用される一対の干渉計および反射体の両者が可動となるようステージを構成し、かつステージが持つ複数の移動軸のうち、測長が行われる干渉計および反射体の組がなす方向（あるいは当該方向と平行な方向）とは交差する移動軸（あるいは当該移動軸に平行な方向）に沿って、上記干渉計および反射体の組が互いに対向する位置関係を保ったまま移動できるようにステージを構成することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トップテーブルの小型化と、トップテーブル質量の軽量化を実現しつつ、真空試料室の小型化が可能な真空内処理装置ないし荷電粒子線装置が実現される。荷電粒子線装置においては、装置容積のうち真空試料室がかなりの部分を占めるので、真空試料室が小型化されることにより、設置スペースが少ない荷電粒子線装置を実現することができる。ひいては、真空排気に要する時間も少なく、荷電粒子光学カラムや真空試料室内を高真空に維持可能で、試料汚染や放電の少ない荷電粒子線装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のレビューＳＥＭを示す説明図
【図２】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図３】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す側面図
【図４】本発明のステージ、及びレーザ測長器の各寸法を示す平面図
【図５】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図６】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す側面図
【図７】試料室へのバーミラーの固定方法を示す断面図
【図８】ステージ移動時のＳＥＭ中心と干渉計測定軸とのずれを示す平面図
【図９】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図１０】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図１１】従来のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図１２】従来のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、真空内処理装置、特に試料の観察を行う走査電子顕微鏡、およびイオンビーム加工を行う荷電粒子線装置に関するものである。
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【００１９】
本実施形態では、真空内処理装置のうちレビューＳＥＭなどの荷電粒子線装置を例に説明するが、レビューＳＥＭに限ることなく、真空中でレーザ測長器を使用する装置であれば同様の効果が期待できる。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
はじめに、本発明の第１の実施形態について、図１ないし図４を参照しつつ説明する。
【００２１】
（レビューＳＥＭの装置構成）
図１は、本実施形態のレビューＳＥＭの概略構成図である。床に設置される架台６には、床振動を除振するマウント４が取付けられており、更にマウント４は試料室２を支持している。試料室２には、電子線を生成・制御する光学カラム１、試料を搬送する搬送ロボット３１が内包されるロードロック３が取付けられている。試料室２は真空ポンプ５により常時真空排気されており、光学カラム１内も図示しない真空ポンプにより高真空度に保たれている。一方、ロードロック３には、大気との隔離を行う大気側ゲートバルブ３３、試料室２との隔離を行う真空側ゲートバルブ３２が取付けられている。
【００２２】
ステージ２１には、ウエハ１０を静電吸着する静電チャック２４、ステージ２１の相対的な距離変化をレーザ測長によって把握するための干渉計２３及び反射鏡２６、が取り付けられている。ステージ２１の位置管理は、ステージの位置情報を生成する位置制御部７１、ステージ駆動を行うステージ制御部７２、により行う。ステージ制御部７２では現在の位置情報と目的座標との偏差が無くなるようにフィードバック制御を行っている。フィードバック制御には単純な位置フィードバックのみで行う制御や、ステージの速度情報、ステージ位置偏差の積分情報を加えて応答速度と位置決め精度を向上させるＰＩＤ制御などが考えられる。
【００２３】
光学カラム１には、電子銃１１により発生した電子線１２を収束させる電子レンズ１３、及び電子レンズ１６、所望の軌道に偏向させる偏向器１４、電子線の照射により試料１０から発生する反射電子、或いは２次電子を検出する検出器１５、が取り付けられている。ウエハ１０の画像は、偏向器１４の制御情報と得られた検出器１５からの情報を基に画像制御部７３により生成され、モニタ７４により表示される。
【００２４】
試料室２の上方には、試料の高さ検出を行う光学式のＺセンサ２５が取付けられており、常時ウエハの高さをモニタ可能であり、Ｚセンサ２５から得られた信号は位置制御部７１で位置変換された後、カラム制御部に伝達される。この信号によりカラム制御部は電子レンズの光学条件を変更し、試料の高さが変化してもフォーカスがずれないよう処理している。
【００２５】
前述したステージ位置情報は光学カラム１の制御を行うカラム制御部７０にも伝達され、偏向器１４が生成する電子線の偏向制御信号を補正する。偏向器１４は、ウエハ位置に電子線の偏向中心を位置決めする位置偏向器１４Ａ、撮像するために荷電粒子線を高速で目的視野内を走査する走査偏向器１４Ｂ、に分かれており、これらの偏向器の制御は偏向制御部１７によって各々制御される。例えば、ステージの現在位置が目標座標より偏向範囲内（例えば１０μｍ以内）にずれていた場合、その偏差を位置制御部７１からカラム制御部７０に伝達し、偏差が無い状態の偏向指令値に偏差分を補正量として加える。上記一連の動作により、ウエハが正確に画像中心となるように位置決めすることができる。
【００２６】
（レーザ測長器の構成および動作）
次に、本実施形態のレーザ測長器構成および動作について、図２、及び図３を参照しつつ詳細に説明する。
【００２７】
図２は、本実施形態のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図であり、図３は、本実施形態のステージ、及びレーザ測長器構成を示す側面図である。
【００２８】
本実施形態では、トップテーブル２１Ａには、Ｘ反射鏡２６ＸとＹ反射鏡２６Ｙが実装され、Ｘスライダ２１ＸとＹスライダ２１Ｙには、それぞれＸ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙが実装されていることを特徴とする。以下、詳細に説明する。
【００２９】
Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙは、Ｘ取付け台５７Ｘと、図示しないＹ取付け台を介して、Ｘスライダ２１Ｘ及びＹスライダ２１Ｙの一方の端部に取付けられている。Ｘスライダ２１ＸおよびＹスライダ２１Ｙは、各々、Ｘ方向の移動軸およびＹ方向の移動軸に沿ってＸ方向ないしＹ方向に移動することが可能である。この移動軸は、仮想的なものである場合もあれば、スライダの移動のために使用される何らかの物理的な軸部材である場合もある。よって、Ｘ干渉計２３Ｘは、Ｘスライダ２１Ｘと共にＹ方向に移動し、Ｙ干渉計２３Ｙは、Ｙスライダ２１Ｙと共にＸ方向に移動することとなる。
【００３０】
Ｘスライダ２１Ｘは、両端に連結されるＹ取付けスペーサ２９ＹによってＹガイド２８Ｙに取り付けられ、Ｙガイド２８ＹによってＹ方向に案内される。ここで、案内とは、特定の方向のみに移動を可能として、その他の方向には移動しない動作を意味する。一方、Ｙスライダ２１Ｙは、両端に連結されるＸ取付けスペーサ２９ＸによってＸガイド２８Ｘに取り付けられ、Ｘガイド２８ＸによってＸ方向に案内される。前述のように、Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙは、Ｘスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙの一方の端部に取付けられている。従って、Ｘスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙが、Ｙガイド２８ＹまたはＸガイド２８Ｘに沿って、それぞれＹ方向ないしＸ方向に移動すれば、Ｘ干渉計２３ＸまたはＹ干渉計２３Ｙも、Ｙガイド２８ＹまたはＸガイド２８Ｘに沿って、Ｙ方向ないしＸ方向に移動することになる。Ｘガイド２８ＸまたはＹガイド２８Ｙの移動軸が、Ｘスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙの移動軸と平行であることは図から明らかである。
【００３１】
更にまた、トップテーブル２１Ａは、Ｘスライダ２１Ｘ上のＸスライダガイド２７Ｘと連結され、トップテーブル２１Ａは、Ｙスライダ２１Ｙ上のＹスライダガイド２７Ｙと、連結ベース２１Ｂ及び連結柱２１Ｃによって連結される。よって、トップテーブル２１Ａもまた、Ｘスライダ２１Ｘの移動軸またはＹスライダ２１Ｙの移動軸に沿って、ＸＹ水平面内を移動可能となる。
【００３２】
以上の構成を採用した場合の光学経路について説明する。まず、図２において、レーザヘッド４０から照射されるレーザ光は、透過窓５６を通過し、試料室２に導入される。その後、ビームスプリッタ４１にて２経路に分割され、各々Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙに導入される。Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙに導入されたレーザ光は、トップテーブル２１Ａに実装されたＸ反射鏡２６ＸとＹ反射鏡２６Ｙにより反射され、再びＸ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙに導入される。Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙで干渉したレーザ光は、ミラー４９により曲げられ、各々透過窓５６を通過して、レシーバ４２に入射する。ここで、干渉光が電気信号に変換された後、レーザユニット７５へと伝達されて、位置情報と変換される。なお、本実施形態では、ダブルパス方式を想定しているため、干渉計と反射鏡間は２本のレーザ光が記載されているが、反射鏡をコーナキューブに変更し、干渉計をシングルパス用に変更することでも、シングルパスレーザ測長系として問題なく動作可能となる。
【００３３】
さて、図２に示される通り、Ｘ干渉計２３ＸとＸ反射鏡２６ＸおよびＹ干渉計２３ＹとＹ反射鏡２６Ｙとは、各々光学経路を構成しており、これらの光学経路はいずれもＸスライダ２１ＸおよびＹスライダ２１Ｙ上に存在する。前述の通り、反射体はトップテーブル上に取付けられており、かつ干渉計はＸスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙの一方の端部に固定されている。Ｘスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙは、Ｙガイド２８ＹまたはＸガイド２８Ｘ沿ってそれぞれ移動可能である。
【００３４】
このような構成を採用することで、Ｘ、Ｙそれぞれの干渉計と反射体の組は、互いに対向する位置関係を保ったまま、スライダまたはガイドの移動軸に沿って移動することが可能となる。従って、トップテーブルがどのように動いても、光学経路は干渉計と反射体との間から外れることがない。よって、従来必要だった長尺のバーミラーは不要で真空試料室のサイズを小型化でき、かつ従来と変わらない測長機能を実現することができる。すなわち、トップテーブル２１ＡがＸ方向へ移動すれば、Ｘ反射鏡２６ＸとＸ干渉計２３Ｘによって干渉光が検出される。Ｙ方向へ移動すればＹ反射鏡２６ＹとＹ干渉計２３Ｙによって干渉光が検出される。干渉光は電気信号に変換され、ステージ２１の位置管理が行われる。
【００３５】
加えて、以上説明した真空内処理装置では、トップテーブル側に光反射手段を設け、スライダ端部側に干渉計を設けている。従って、反射鏡、ビームスプリッタ等の光学部品をトップテーブル上に配置する必要がなく、トップテーブルの小型化、更にはトップテーブル質量の軽量化を実現することができる。これにより、試料室を小型化させ、コストを削減できる。また、ステージ移動時間を減少させ、半導体製品のスループットを向上させることができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、トップテーブルの小型化を重視するために、トップテーブルに反射鏡を、スライダに干渉計を設置する構成を示したが、トップテーブルに干渉計を、スライダに反射鏡を設置しても、ステージの位置管理ができることは言うまでもない。
【００３７】
トップテーブルに干渉計を、スライダに反射鏡を設置する構成の場合は、特許文献１と比較して、トップテーブルの小型化は期待できない。しかし、特許文献１のように、試料室内壁にバーミラーを設置する必要がないため、熱膨張により試料室２の外周が伸縮しても、スライダに設置された反射鏡への影響はない。よって、熱膨張による位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【００３８】
＜従来技術と本実施形態との比較＞
従来技術と第1の実施形態とを比較し、本実施形態の真空内処理装置の効果を検証する。
【００３９】
（従来技術の試料室内寸、およびトップテーブル質量）
ここでは、従来技術である、トップテーブルにバーミラーを設置した光学顕微鏡機構を有するレビューＳＥＭ装置（図１１）の場合の、試料室内寸、およびトップテーブル質量を計算する。
【００４０】
まず、試料室内寸を計算するため、バーミラーに必要な長さを求める。レビューＳＥＭ装置に加えて、光学顕微鏡（以下、ＯＭと呼ぶ）を有する場合、ステージは、両機構の中心位置に対してΦ３００ｍｍウエハを全面移動させる必要がある（図１１の点線部）。図１２に示すようなＳＥＭ中心６０とＯＭ中心６１のオフセット量（Ｘof、Ｙof）を有する場合、バーミラーに必要な長さＬｂは以下のように表せる。
【００４１】
Ｌｂ＝ウエハ直径＋ＳＥＭ中心とＯＭ中心のオフセット量＋レーザ光直径＋レーザ光軸距離
＝３００＋１５０＋６＋１２．７＝４６８．７ｍｍ
【００４２】
なお、以下の数値を用いてＬｂを計算した。
ウエハ直径：Φ３００ｍｍ
ＳＥＭ中心とＯＭ中心のオフセット量（Ｘｏｆ、Ｙｏｆ）：１５０ｍｍ
レーザ光直径：６ｍｍ
レーザ光軸距離（バーミラーへのダブルパス光軸間距離）：１２．７ｍｍ
【００４３】
実際は、バーミラーの反射面精度を保証する領域は、バーミラー外形より１〜２ｍｍ程度内側になるため、バーミラーの長さＬｂは最低４７０ｍｍ以上となる。
【００４４】
バーミラーの長さが求まれば、試料室の内寸は、以下のように表せる。
【００４５】
Ｌｘ（Ｌｙ）＝バーミラー長さ（Ｌｂ）＋ステージストローク
＝４７０ｍｍ＋４５０ｍｍ＝９２０ｍｍ
【００４６】
なお、以下の数値を用いてＬｘ（Ｌｙ）を計算した。
Ｌｂ：４７０ｍｍ
ステージストローク：ウエハ直径＋ＳＥＭ中心とＯＭ中心のオフセット量＝４５０ｍｍ
【００４７】
実際には、バーミラーと試料室内壁に隙間が必要である。したがって、試料室内寸は９３０ｍｍ程度になる。
【００４８】
次に、トップテーブル質量に加算されるバーミラー質量を計算する。バーミラー形状をΦ３０ｍｍ×４７０ｍｍ、材質を一般的な石英ガラスと仮定すると、１本当り約０．９ｋｇ程度となる。したがって、１．８ｋｇ程度がトップテーブル質量に加算される。
【００４９】
（特許文献１の試料室内寸、およびトップテーブル質量）
ここでは、トップテーブルに干渉計を設置した光学顕微鏡機構を有するレビューＳＥＭ装置（特許文献１）の場合の、試料室内寸、およびトップテーブル質量を計算する。
【００５０】
まず、試料室内寸を計算するため、トップテーブルサイズを求める。干渉計は通常８０ｍｍ程度の大きさで構成できるため、トップテーブルに必要な干渉計搭載スペースを８０ｍｍとすると、トップテーブルサイズ（Ｌｔｘ、Ｌｔｙ）は以下のように表せる。
【００５１】
Ｌｔｘ（Ｌｔｙ）＝ウエハ直径＋干渉計搭載スペース
＝３００ｍｍ＋８０ｍｍ＝３８０ｍｍ
【００５２】
トップテーブルサイズが求まれば、試料室内寸は以下のように表せる。
【００５３】
Ｌｘ（Ｌｙ）＝トップテーブルサイズ（Ｌｔｘ、Ｌｔｙ）＋ステージストローク＋バーミラー取付けスペース（Ｌｂｔ）
＝３８０ｍｍ＋４５０ｍｍ＋５０ｍｍ＝８８０ｍｍ
【００５４】
実際には、干渉計とバーミラー、及びトップテーブルと試料室に各々隙間が必要であるため、試料室内寸は８９０ｍｍ程度となる。
【００５５】
次に、トップテーブル質量に加算される干渉計質量を計算する。干渉計は１個当り約０．３ｋｇであるため、０．６ｋｇ程度がトップテーブル質量に加算される。
【００５６】
（本実施形態での試料室内寸、およびトップテーブル質量）
最後に、トップテーブルに反射鏡を設置した光学顕微鏡機構を有するレビューＳＥＭ装置の場合の、試料室内寸、およびトップテーブル質量を計算する。
【００５７】
まず、試料室内寸を計算するため、トップテーブルサイズを求める。トップテーブルに設置するダブルパスの反射に必要な反射鏡長さは、以下のように表せる。
【００５８】
光軸距離１２．７ｍｍ＋レーザ光径６ｍｍ＋裕度５ｍｍ＝２３．６ｍｍ
つまり、通常のダブルパス光学系では３０ｍｍ程度で十分の長さとなる。よって、反射鏡の長さに適した厚みは、加工、及びミラー単体の剛性保持を考慮して５ｍｍ程度で十分である。角度の調整機構などを考慮して反射鏡の取付けに必要なスペースを２０ｍｍとすると、トップテーブルサイズ（Ｌｔｘ、Ｌｔｙ）は以下のように表せる。
【００５９】
Ｌｔｘ（Ｌｔｙ）＝ウエハ直径＋反射鏡搭載スペース
＝３００ｍｍ＋２０ｍｍ＝３２０ｍｍ
【００６０】
トップテーブルサイズが求まれば、試料室内寸は図４に示すように、以下のように表せる。
【００６１】
Ｌｘ（Ｌｙ）＝トップテーブルサイズ（Ｌｔｘ／Ｌｔｙ）＋ステージストローク＋干渉計サイズ（Ｌｉｔ）
＝３２０ｍｍ＋４５０ｍｍ＋８０ｍｍ＝８５０ｍｍ
【００６２】
実際には、干渉計、トップテーブルと試料室に各々隙間が必要であるため、試料室内寸は８６０ｍｍ程度になる。
【００６３】
次に、トップテーブル質量に加算される反射鏡質量を計算する。反射鏡形状をΦ３０ｍｍ×５ｍｍ、材質を一般的な石英ガラスと仮定すると、１個当り０．０１ｋｇ程度となる。したがって、０．０２ｋｇ程度がトップテーブル質量に加算される。
【００６４】
（従来技術と比較した本実施形態の効果）
従来技術と比較した本実施形態の効果について検証する。まず、本実施形態による試料室内寸は、図１１に表す従来技術と比較して９３０ｍｍ−８６０ｍｍ＝７０ｍｍの小型化、特許文献１と比較して８９０ｍｍ−８６０ｍｍ＝３０ｍｍの小型化、が実現可能となる。
【００６５】
次に、トップテーブル質量は、図１１に表す従来技術と比較して１．８ｋｇ−０．０２ｋｇ＝１．７８ｋｇの軽量化、特許文献１と比較して０．６ｋｇ−０．０２ｋｇ＝０．５８ｋｇの軽量化、が実現可能となる。
【００６６】
以上より、本実施形態の真空内処理装置によれば、トップテーブルの小型化、軽量化を実現することで、ステージ移動速度、加速度を向上させることができる。これにより、ステージ移動時間を減少させ、半導体製品のスループットを向上させることができる。また、ステージ振動、位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【００６７】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について、図５、図６を参照しつつ説明する。第１の実施形態では、トップテーブルに設置された反射鏡を参照鏡として、この参照鏡へ参照光を入射させることで基準光としていた。ここでは、カラム近傍の試料室内壁上部に取り付けたバーミラーを参照鏡とする構成について説明する。
【００６８】
（レーザ測長器の構成）
本実施形態で用いる干渉計は、干渉計以外に反射鏡を配置して参照鏡とし、この参照鏡へ参照光を入射させることで基準光とするタイプである。すなわち、干渉計に構成される参照鏡に参照光を入射させることで基準光とするタイプ（図１１）ではない。本実施形態で用いる干渉計は、レーザ測長器メーカより一般に市販されており、多くのユーザに使用されている。
【００６９】
本実施形態では、参照鏡をＸバーミラー２２Ｘと、Ｙバーミラー２２Ｙとして配置している。各々のバーミラーは、バーミラー取付け台５１により、試料室２の光学カラム１近傍に位置する真空内壁上部に取付けられており、このバーミラーへ参照光を入射させることで基準光とする。
【００７０】
このように、光学カラム１の近傍に参照鏡であるバーミラーを実装することで、温度傾斜により試料室２の外周壁に光学カラム１との温度差が生じても、カラム近傍の温度でステージ位置を測定できる。また、熱膨張により試料室２の外周が伸縮しても、バーミラーの歪み等の影響を減少させることができる。
【００７１】
また、基準光を生成するためのバーミラーは試料室２の真空内壁上部（天井板の壁面）に固定されているため、干渉計が実装されるＸスライダ２１Ｘ、及びＹスライダ２１Ｙに、移動方向と直交方向に歪みが生じても、測長誤差は生じない。同時に、干渉計の動きが制約される場合、すなわちＸガイド２８Ｘ、及びＹガイド２８Ｙのガイド剛性が小さく、歪みが大きい場合でも、干渉計の位置変動を測長誤差に含まない。よって、ステージ振動、位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【００７２】
次に、本実施形態のバーミラーの固定方法について説明する。図７は、試料室へのバーミラー２２Ｘの固定方法を示す断面図である。バーミラー２２Ｘは試料室２の内壁に取付けられているミラー台５１上に配置され、調整ネジ５３に押しバネ５５、及び押付けピン５４によって生ずるバネ力によって押し付けられて、動かないよう固定されている。Ｘ軸、Ｙ軸のバーミラーの直角度はこの調整ネジ５３によって調整できる。なお、Ｙバーミラ２２Ｙも同様の構成である。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について、図８、図９を参照しつつ説明する。第1の実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向の測長軸は１軸ずつであった。ここでは、Ｘ方向の測長軸をもう１軸追加してヨーイングを計測可能とするため、Ｘ１干渉計２３Ｘ１に加えて２３Ｘ２がＸスライダ２１Ｘに取付けられていることを特徴とする。
【００７４】
（レーザ測長器の構成）
図８は、第１の実施形態において、ステージが移動した時のＳＥＭ中心６０と干渉計のずれ量（ΔＸ、ΔＹ）を示したものである。通常、ステージの姿勢精度に起因する位置決め誤差は、基準ウエハを用いた測定誤差を予め計測して、それを補正値として実際のステージ移動座標に合わせて補正することで、殆どが除去できる。しかしながら、ステージのガイドや、テーブル剛性などの要因で、若干の不再現（ばらつき）が発生し、位置決め誤差が生じてしまう。
【００７５】
ヨーイングの不再現をΔθとしたときに発生するアッベ誤差ΔＤｘ、ΔＤｙは以下のように表せる。
【００７６】
ΔＤｘ≒ΔＹ・Δθ
ΔＤｙ≒ΔＸ・Δθ
【００７７】
Φ３００ｍｍウエハ外周を例にとり、Δθ＝５μｒａｄと仮定すると、
ΔＤｘ≒１５０ｍｍ・５μｒａｄ＝７５０ｎｍ
となる。上記位置決め誤差を許容できる装置ならば問題無いが、本実施形態では、上記誤差が許容できない場合に、位置決め精度を向上させたレビューＳＥＭについて説明する。
【００７８】
図９は、本実施形態のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図である。
【００７９】
Ｘ１干渉計２３Ｘ１によりＸ方向のステージ位置を、Ｘ１干渉計２３Ｘ１とＸ２干渉計２３Ｘ２の差分によりヨーイングを、各々測定する構成である。第１の実施形態との違いは、３軸測長になったことでミラ−４９、透過窓５６、レシーバ４２が各々３軸に増えたこと、Ｘ反射鏡２６Ｘがヨーイング軸に対応できるよう長くなったこと、である。
【００８０】
ここで、Ｘ反射鏡２６Ｘが必要な長さＬＸｙａｗは以下のように表せる。
【００８１】
ＬＸｙａｗ＝光軸距離１２．７ｍｍ＋レーザ光径６ｍｍ＋裕度５ｍｍ＋（ヨーイング測定光軸とＸ距離測定光軸距離２６ｍｍ）
＝４９．６ｍｍ
【００８２】
一般的なウエハ外形はΦ２００ｍｍ、或いはΦ３００ｍｍであるため、それらを保持するトップテーブルの大きさは少なくとも同程度の大きさが必要となる。これに加えて、従来は、トップテーブルに、トップテーブルの大きさ以上の長さを持つバーミラーを設置するか、ある程度の幅・大きさを持つ干渉計を２つ設置するのが一般的である。
【００８３】
上記計算からわかるように、本実施形態では、Ｘ反射鏡２６Ｘをトップテーブル外形よりも遥かに短く、薄く、かつ小さく構成できる。つまり、Ｘ反射鏡２６Ｘを搭載するトップテーブルを小さく構成することができる。
【００８４】
このような構成により、試料室内寸を小さくでき、装置コスト、ならびにフットプリントの低減が可能となる。
【００８５】
また、トップテーブル２１Ａのヨーイングを常に測定できるため、ステージ位置とヨーイング不再現量を元に位置補正が可能となる。
【００８６】
予め基準ウエハにて測定した時の、各測定座標（Ｘｎ、Ｙｍ）と位置決め誤差（ΔＸｎ、ΔＹｍ）とその時のヨーイング（θｎ）をセットで記憶しておき（例えばテーブルとして）、実際に位置決めした時の座標（Ｘ1'、Ｙ1'）と、ヨーイング（θ1'）により、以下のような補正量の操作が可能となる。
【００８７】
ΔＸ1'＝ΔＸ1＋Ｘ1'・（θ1−θ1'）
ΔＹ1'＝ΔＹ1＋Ｙ1'・（θ1−θ1'）
【００８８】
なお、本実施形態では、トップテーブルが単純なテーブル形式である場合について説明したが、各テーブル間の座標を1次補完する方式や、多項式を用いた曲面補正式などでも同じ効果が得られる。いずれの方式を採用しても、第一の実施形態に比べると飛躍的に位置決め精度が向上できるため、比較的位置決め精度の高い要求がある装置に対しても十分対応可能となる。また、観察点（ＳＥＭ中心とウエハの交点）からのレーザ光軸距離が最も離れることで、アッベ誤差が大きくなるヨーイングに焦点を絞って測長軸を追加しているが、この他にピッチング、ローリングについても応用でき、これらについても一定の改善効果を得ることができる。
【００８９】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について、図１０を参照しつつ説明する。ここでは、第１〜第３の実施形態で用いた試料室内のミラー４９に代えて、光ファイバによって干渉計にレーザ光を導入することを特徴とする。
【００９０】
（レーザ測長器の構成および動作）
レーザヘッド４０から照射されるレ−ザ光を２経路に分割する分光ユニット４３は、ビームスプリッタ４１、ミラー４９、集光レンズ４３Ａ、光ファイバ接続部４３Ｂにより構成される。なお、本実施形態では２軸に分光しているが、同様の構成により、更に多くの軸数でも対応可能である。
【００９１】
分光ユニット４３には光ファイバ４８が接続され、試料室２に設けられた照射側フィードスルー４４の大気側に接続される。その後、照射側フィードスルー４４の真空側から再度光ファイバが接続され、Ｘ取付け台５７Ｘ、及びＹ取付け台５７Ｙまで引回され、照射ユニット４６へ接続される。
【００９２】
照射ユニット４６は、図示しないコリメートレンズと、光ファイバ接続部品により形成できるが、特許文献１で示されるような２周波レーザを別個の光ファイバにて導入し、照射ユニット内にて偏光スプリッタにより２周波レーザとして合成した後、干渉計へ照射することも可能である。
【００９３】
Ｘ干渉計２３Ｘ、及びＹ干渉計２３Ｙは、ウエハ１０の軸中心に一致するよう配置されており、照射ユニット４６と各々の干渉計の位置関係はアライメントされて、ファイバを接続するだけで干渉計への適切な入射角と位置が確保できる。
【００９４】
トップテーブル２１Ａに配置されるＸ反射鏡２６Ｘ、及びＹ反射鏡２６Ｙに入反射したレーザ光を受光する受光ピックアップ４７は、光ファイバにて受光側フィードスルーの真空側に接続される。なお、受光ピックアップには、図示しない集光レンズが入口に実装されており、レーザ光を光ファイバーに導入する機能を有している。その後、照射側フィードスルー４４の大気側から再度光ファイバ４８が接続され、レシーバ４２に接続され、電気信号に変換され、レーザユニット７５へと伝達されて、位置情報へと変換される。
【００９５】
本実施形態では、照明ユニット、受光ピックアップ、干渉計を分離して表記しているが、これらを１ユニットとして構成することも可能であり、このような一体型の構成にすることで、コンパクト化と取付け容易性向上が実現できる。ここで、真空側の光ファイバについては、放出ガスによる汚染を低減するために、被覆は四フッ化エキレン樹脂のような低アウトガス材料が好ましい。また、光ファイバにダメージが出ない程度の温度（例えば８０℃）にて真空脱ガスを実施してから実装すると更に放出ガスの発生量を低減させることができる。また、光ファイバのフィードスルーを照射側と受光側に分けているが、装置レイアウトによっては、測長軸毎に、照射用の光ファイバと受光用の光ファイバを接続できるフィードスルーに分けても良い。または、全ての照射用の光ファイバと受光用の光ファイバを接続できる一個のフィードスルーでも良い。
【００９６】
従来、特許文献１のようなトップテーブル上の干渉計へ光ファイバを導入したとしても、２次元平面を移動するトップテーブルへ光ファイバを引回す必要があるため、光学経路が煩雑化する。また、光ファイバの長さが長くなると、光ファイバの被覆に用いられる樹脂が揮発することで発生する放出ガスも増加し、真空内処理装置の真空度への影響も問題となる。
【００９７】
しかしながら、本実施形態では上記構成により、真空中で可動する光ファイバをトップテーブルまで引回すことなく、短い長さで実装することができる。これにより、光ファイバの被覆に使用される樹脂の量を少なくすることができるため、放出ガスの発生量を低減させることができる。
【００９８】
また、本実施形態の光ファイバは、Ｘ方向またはＹ方向どちらか１次元方向へ可動すれば足りるため、引回しが容易である。これにより、折れ、擦れなどの光ファイバへのダメージも低減できる。
【００９９】
＜まとめ＞
本実施形態では、従来トップテーブル２１Ａに設置していたバーミラーまたは干渉計を除去し、トップテーブル２１ＡにＸ反射鏡２６ＸとＹ反射鏡２６Ｙを設置する。また、Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙは、Ｘスライダ２１ＸとＹスライダ２１Ｙに設置する。
【０１００】
このような構成により、トップテーブルの小型化、軽量化を実現でき、ステージ移動速度、加速度を向上させることができる。これにより、ステージ移動時間を減少させ、半導体製品のスループットを向上させることができる。また、ステージ振動、位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【０１０１】
また、本実施形態では、カラム近傍の試料室内壁上部に、参照鏡としてバーミラーを取り付ける。
【０１０２】
このような構成により、温度傾斜により試料室２の外周壁に光学カラム１との温度差が生じても、カラム近傍の温度でステージ位置を測定できる。別の言い方をすれば、熱膨張により試料室２の外周が伸縮しても、バーミラーの歪み等の影響を減少させることができる。
【０１０３】
また、干渉計が実装されるＸスライダ２１Ｘ、及びＹスライダ２１Ｙに、移動方向と直交方向に歪みが生じる場合、またはＸガイド２８Ｘ、及びＹガイド２８Ｙのガイド剛性が小さく、歪みが大きい場合でも、干渉計の位置変動が測長誤差に含まれない。よって、ステージ振動、位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【０１０４】
また、本実施形態では、Ｘ１干渉計２３Ｘ１に加えて、２３Ｘ２をＸスライダ２１Ｘに取り付ける。
【０１０５】
このような構成により、Ｘ反射鏡２６Ｘを搭載するトップテーブルを小さく構成しながらも、Ｘ方向の測長軸をもう１軸追加することができ、ヨーイング計測が可能となる。これにより、試料室内寸を小さくでき、装置コスト、ならびにフットプリントの低減が可能となる。また、トップテーブルのヨーイングを常に測定できるため、ステージ位置とヨーイング不再現量を元に位置補正が可能となる。
【０１０６】
また、本実施形態では、スライダに取り付けられた干渉計に、光ファイバを用いてレーザ光を導入する。
【０１０７】
このような構成により、光ファイバをトップテーブルまで引回すことなく、短い長さで実装することができる。これにより、光ファイバの被覆に使用される樹脂の量を少なくすることができるため、放出ガスの発生量を低減させることができる。また、本実施形態の光ファイバは、Ｘ方向またはＹ方向どちらか１次元方向へ可動すれば足りるため、引回しが容易である。これにより、折れ、擦れなどの光ファイバへのダメージも低減できる。
【０１０８】
この場合、光ファイバの被覆は四フッ化エキレン樹脂であれば、さらに放出ガスの発生量を低減させることができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１・・・カラム、２・・・試料室、３・・・ロードロック、４・・・マウント、５・・・真空ポンプ、６・・・架台、７・・・干渉計容器、１０・・・ウエハ、１１・・・電子銃、１２・・・電子線、１３・・・電子レンズ、１４・・・偏向器、１４Ａ・・・位置偏向器、１４Ｂ・・・走査偏向器、１５・・・検出器、１６・・・電子レンズ、１７・・・偏向制御部、２１・・・ステージ、２１Ａ・・・トップテーブル、２１Ｂ・・・連結ベース、２１Ｃ・・・連結柱、２１Ｘ・・・Ｘスライダ、２１Ｙ・・・Ｙスライダ、２２・・・バーミラー、２２Ｘ・・・Ｘバーミラー、２２Ｙ・・・Ｙバーミラー、２３・・・干渉計、２３Ｘ・・・Ｘ干渉計、２３Ｘ１・・・Ｘ1干渉計、２３Ｘ２・・・Ｘ２干渉計、２３Ｙ・・・Ｙ干渉計、２４・・・静電チャック、２５・・・Ｚセンサ、２６・・・反射鏡、２６Ｘ・・・Ｘ反射鏡、２６Ｙ・・・Ｙ反射鏡、２７Ｘ・・・Ｘスライダガイド、２７Ｙ・・・Ｙスライダガイド、２８Ｘ・・・Ｘガイド、２８Ｙ・・・Ｙガイド、２９Ｘ・・・Ｘ取付けスペーサ、２９Ｙ・・・Ｙ取付けスペーサ、３１・・・搬送ロボット、３２・・・真空側ゲートバルブ、３３・・・大気側ゲートバルブ、４０・・・レーザヘッド、４１・・・ビームスプリッタ、４２・・・レシーバ、４３・・・分光ユニット、４３Ａ・・・集光レンズ、４３Ｂ・・・光ファイバ接続部、４４・・・照射側フィードスルー、４５・・・受光側フィードスルー、４６・・・照射ユニット、４７・・・受光ピックアップ、４８・・・光ファイバ、４９・・・ミラー、５１・・・ミラー台、５２・・・ネジ受け、５３・・・調整ネジ、５４・・・押付けピン、５５・・・押しバネ、５６・・・透過窓、５７Ｘ・・・Ｘ取付け台、５７Ｙ・・・Ｙ取付け台、６０・・・ＳＥＭ中心、６１・・・ＯＭ中心、７０・・・カラム制御部、７１・・・位置制御部、７２・・・ステージ制御部、７３・・・画像制御部、７４・・・モニタ、７５・・・レーザユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空内処理装置、特に試料の観察を行う走査電子顕微鏡、およびイオンビーム加工を行う荷電粒子線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製品の集積度は益々の向上が求められており、その回路パターンは更に高精細化してきている。精細なパターンの製造、及び検査を行うためには、ウエハを正確に所望な位置に移動する必要がある。ウェハが所望な位置に移動したかを確認する手段として、一般的にレーザ測長器が採用されている。
【０００３】
レーザ測長器は、レーザヘッドより照射された直交する２種類の偏向されたレーザ光を干渉計内にて分離し、一方を基準光として干渉計内に反射させて、もう一方を測定光として被測定物となる反射鏡に反射させた後、再び干渉計内に取り込み、基準光と重ねて干渉光を発生させる。干渉光はフォトディテクター（以下、レシーバと呼ぶ）により電気信号に変換され、レーザ基板にて位置情報へ変換される。反射鏡と干渉計との相対変化により干渉光は変化するため、その変化をレーザ基板内のカウンタにて加算・減算することで位置管理がなされる。
【０００４】
レーザ測長器を使用する検査装置は、荷電粒子線を照射しウエハ上の回路パターンの寸法精度を測定する走査型電子顕微鏡（以下、測長ＳＥＭと呼ぶ）、荷電粒子線を照射しウエハ上の回路パターンの欠陥、或いは付着異物を評価する走査型電子顕微鏡（以下、レビューＳＥＭと呼ぶ）などが挙げられる。
【０００５】
近年のレビューＳＥＭは、多機能化が進み、本来の荷電粒子線による異物の観察機構だけでなく、光学顕微鏡による異物の検出・観察機構、表面電位計によるウエハの帯電状況計測機構なども付加されてきている。試料となるウエハを移動するトップテーブルは、これら各機構を中心としてウエハ直径分の距離を確保できる範囲を移動する必要がある。つまり、多機能化によりステージの移動範囲（ステージストローク）は広がる傾向にある。これに加えて、量産コストの低下を図るべく、従来まで主流だったΦ３００ｍｍウエハに代えて、Φ４５０ｍｍウエハの導入も検討されており、更なるステージストロークの増加が要求されている。
【０００６】
ステージストロークが増大すると、試料室が大型化するため、コストが増加する。また、ステージ移動時間も増加するため、半導体製品のスループットが低下し、やはりコストが増加する。ステージ移動時間を減少させるためには、ステージ移動速度や加速度を上げる必要があり、そのためには試料を載せるトップテーブル質量は出来る限り軽減させなければならない。
【０００７】
図１１は、光学顕微鏡を搭載したレビューＳＥＭ装置の従来例を示す図である。レーザヘッド４０からのレーザ光は、ビームスプリッタ４１により分離され、干渉計２３Ｘと２３Ｙに入射した後、反射鏡の役目となるバーミラー２２で反射され、再度干渉計２３Ｘと２３Ｙに入射する。この状態でトップテーブルが移動すると、ドップラー効果による干渉光が発生する。この干渉光をレシーバ４２で検出し、レーザユニット７５で電気信号に変換することで、トップテーブル２１Ａの位置管理を行う。図１１のように、一般的には、長く重いバーミラー２２がトップテーブル２１Ａに設置されるため、トップテーブル２１Ａは重量化する。また、トップテーブル２１Ａはバーミラーにより実質的に大型化し、これによりトップテーブル２１Ａの移動範囲を包含する試料室２も大型化する。
【０００８】
特許文献１では、重いバーミラーをトップテーブルから除去するかわりに軽い干渉計を配置し、逆に試料室内のベース上にバーミラーを固定配置する構造が提案されている。これにより、トップテーブル質量を軽量化でき、加速度を上げつつ、振動等のステージ特性劣化要因を抑える効果が得られる。また、トップテーブルを小型化できるので、試料室を小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−３５１９０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されるステージでは、バーミラー自体はやはり真空試料室内に配置されるものであり、かつトップテーブルの移動ストローク程度の長さを確保する必要がある。従って、トップテーブルの小型化という点では効果があるが、真空試料室自体の小型化に対しては余り効果がない。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、トップテーブルの小型化と、トップテーブル質量の軽量化を実現しつつ、かつ、バーミラーのような長尺の反射体を必要とせず真空試料室の小型化が可能な真空内処理装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
真空内処理装置内に配置されるステージは、移動方向に応じた移動軸を有する。例えば、ＸＹステージの場合は、互いに直交するＸ軸およびＹ軸２つの移動軸を持ち、試料台や試料固着装置など各種の構造物が載置されるトップテーブルは、２つの移動軸各々に沿って移動可能である。ＸＹステージの場合、原理的には、２つの移動軸が交差さえしていれば、ＸＹ面内方向での任意位置へのステージ移動が可能である。
【００１３】
さて、従来技術の問題は、干渉計と当該干渉計に光を反射させる反射体の一方または両者が固定であるという点に起因する。例えば、特許文献１に開示される構造のステージでは、Ｘ方向またはＹ方向の移動軸に沿った方向に干渉計および反射体が一対ずつ配置された構成を有している。ステージは一方の移動軸と交差する方向に対しても移動できるように構成されているが、反射体は固定されている。そのため、反射体には上記交差方向に対する移動ストローク分の長さが必要となる。
【００１４】
そこで本発明は、測長に使用される一対の干渉計および反射体の両者が可動となるようステージを構成し、かつステージが持つ複数の移動軸のうち、測長が行われる干渉計および反射体の組がなす方向（あるいは当該方向と平行な方向）とは交差する移動軸（あるいは当該移動軸に平行な方向）に沿って、上記干渉計および反射体の組が互いに対向する位置関係を保ったまま移動できるようにステージを構成することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トップテーブルの小型化と、トップテーブル質量の軽量化を実現しつつ、真空試料室の小型化が可能な真空内処理装置ないし荷電粒子線装置が実現される。荷電粒子線装置においては、装置容積のうち真空試料室がかなりの部分を占めるので、真空試料室が小型化されることにより、設置スペースが少ない荷電粒子線装置を実現することができる。ひいては、真空排気に要する時間も少なく、荷電粒子光学カラムや真空試料室内を高真空に維持可能で、試料汚染や放電の少ない荷電粒子線装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のレビューＳＥＭを示す説明図
【図２】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図３】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す側面図
【図４】本発明のステージ、及びレーザ測長器の各寸法を示す平面図
【図５】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図６】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す側面図
【図７】試料室へのバーミラーの固定方法を示す断面図
【図８】ステージ移動時のＳＥＭ中心と干渉計測定軸とのずれを示す平面図
【図９】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図１０】本発明のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図１１】従来のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【図１２】従来のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、真空内処理装置、特に試料の観察を行う走査電子顕微鏡、およびイオンビーム加工を行う荷電粒子線装置に関するものである。
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【００１９】
本実施形態では、真空内処理装置のうちレビューＳＥＭなどの荷電粒子線装置を例に説明するが、レビューＳＥＭに限ることなく、真空中でレーザ測長器を使用する装置であれば同様の効果が期待できる。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
はじめに、本発明の第１の実施形態について、図１ないし図４を参照しつつ説明する。
【００２１】
（レビューＳＥＭの装置構成）
図１は、本実施形態のレビューＳＥＭの概略構成図である。床に設置される架台６には、床振動を除振するマウント４が取付けられており、更にマウント４は試料室２を支持している。試料室２には、電子線を生成・制御する光学カラム１、試料を搬送する搬送ロボット３１が内包されるロードロック３が取付けられている。試料室２は真空ポンプ５により常時真空排気されており、光学カラム１内も図示しない真空ポンプにより高真空度に保たれている。一方、ロードロック３には、大気との隔離を行う大気側ゲートバルブ３３、試料室２との隔離を行う真空側ゲートバルブ３２が取付けられている。
【００２２】
ステージ２１には、ウエハ１０を静電吸着する静電チャック２４、ステージ２１の相対的な距離変化をレーザ測長によって把握するための干渉計２３及び反射鏡２６、が取り付けられている。ステージ２１の位置管理は、ステージの位置情報を生成する位置制御部７１、ステージ駆動を行うステージ制御部７２、により行う。ステージ制御部７２では現在の位置情報と目的座標との偏差が無くなるようにフィードバック制御を行っている。フィードバック制御には単純な位置フィードバックのみで行う制御や、ステージの速度情報、ステージ位置偏差の積分情報を加えて応答速度と位置決め精度を向上させるＰＩＤ制御などが考えられる。
【００２３】
光学カラム１には、電子銃１１により発生した電子線１２を収束させる電子レンズ１３、及び電子レンズ１６、所望の軌道に偏向させる偏向器１４、電子線の照射により試料１０から発生する反射電子、或いは２次電子を検出する検出器１５、が取り付けられている。ウエハ１０の画像は、偏向器１４の制御情報と得られた検出器１５からの情報を基に画像制御部７３により生成され、モニタ７４により表示される。
【００２４】
試料室２の上方には、試料の高さ検出を行う光学式のＺセンサ２５が取付けられており、常時ウエハの高さをモニタ可能であり、Ｚセンサ２５から得られた信号は位置制御部７１で位置変換された後、カラム制御部に伝達される。この信号によりカラム制御部は電子レンズの光学条件を変更し、試料の高さが変化してもフォーカスがずれないよう処理している。
【００２５】
前述したステージ位置情報は光学カラム１の制御を行うカラム制御部７０にも伝達され、偏向器１４が生成する電子線の偏向制御信号を補正する。偏向器１４は、ウエハ位置に電子線の偏向中心を位置決めする位置偏向器１４Ａ、撮像するために荷電粒子線を高速で目的視野内を走査する走査偏向器１４Ｂ、に分かれており、これらの偏向器の制御は偏向制御部１７によって各々制御される。例えば、ステージの現在位置が目標座標より偏向範囲内（例えば１０μｍ以内）にずれていた場合、その偏差を位置制御部７１からカラム制御部７０に伝達し、偏差が無い状態の偏向指令値に偏差分を補正量として加える。上記一連の動作により、ウエハが正確に画像中心となるように位置決めすることができる。
【００２６】
（レーザ測長器の構成および動作）
次に、本実施形態のレーザ測長器構成および動作について、図２、及び図３を参照しつつ詳細に説明する。
【００２７】
図２は、本実施形態のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図であり、図３は、本実施形態のステージ、及びレーザ測長器構成を示す側面図である。
【００２８】
本実施形態では、トップテーブル２１Ａには、Ｘ反射鏡２６ＸとＹ反射鏡２６Ｙが実装され、Ｘスライダ２１ＸとＹスライダ２１Ｙには、それぞれＸ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙが実装されていることを特徴とする。以下、詳細に説明する。
【００２９】
Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙは、Ｘ取付け台５７Ｘと、図示しないＹ取付け台を介して、Ｘスライダ２１Ｘ及びＹスライダ２１Ｙの一方の端部に取付けられている。Ｘスライダ２１ＸおよびＹスライダ２１Ｙは、各々、Ｘ方向の移動軸およびＹ方向の移動軸に沿ってＸ方向ないしＹ方向に移動することが可能である。この移動軸は、仮想的なものである場合もあれば、スライダの移動のために使用される何らかの物理的な軸部材である場合もある。よって、Ｘ干渉計２３Ｘは、Ｘスライダ２１Ｘと共にＹ方向に移動し、Ｙ干渉計２３Ｙは、Ｙスライダ２１Ｙと共にＸ方向に移動することとなる。
【００３０】
Ｘスライダ２１Ｘは、両端に連結されるＹ取付けスペーサ２９ＹによってＹガイド２８Ｙに取り付けられ、Ｙガイド２８ＹによってＹ方向に案内される。ここで、案内とは、特定の方向のみに移動を可能として、その他の方向には移動しない動作を意味する。一方、Ｙスライダ２１Ｙは、両端に連結されるＸ取付けスペーサ２９ＸによってＸガイド２８Ｘに取り付けられ、Ｘガイド２８ＸによってＸ方向に案内される。前述のように、Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙは、Ｘスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙの一方の端部に取付けられている。従って、Ｘスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙが、Ｙガイド２８ＹまたはＸガイド２８Ｘに沿って、それぞれＹ方向ないしＸ方向に移動すれば、Ｘ干渉計２３ＸまたはＹ干渉計２３Ｙも、Ｙガイド２８ＹまたはＸガイド２８Ｘに沿って、Ｙ方向ないしＸ方向に移動することになる。Ｘガイド２８ＸまたはＹガイド２８Ｙの移動軸が、Ｘスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙの移動軸と平行であることは図から明らかである。
【００３１】
更にまた、トップテーブル２１Ａは、Ｘスライダ２１Ｘ上のＸスライダガイド２７Ｘと連結され、トップテーブル２１Ａは、Ｙスライダ２１Ｙ上のＹスライダガイド２７Ｙと、連結ベース２１Ｂ及び連結柱２１Ｃによって連結される。よって、トップテーブル２１Ａもまた、Ｘスライダ２１Ｘの移動軸またはＹスライダ２１Ｙの移動軸に沿って、ＸＹ水平面内を移動可能となる。
【００３２】
以上の構成を採用した場合の光学経路について説明する。まず、図２において、レーザヘッド４０から照射されるレーザ光は、透過窓５６を通過し、試料室２に導入される。その後、ビームスプリッタ４１にて２経路に分割され、各々Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙに導入される。Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙに導入されたレーザ光は、トップテーブル２１Ａに実装されたＸ反射鏡２６ＸとＹ反射鏡２６Ｙにより反射され、再びＸ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙに導入される。Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙで干渉したレーザ光は、ミラー４９により曲げられ、各々透過窓５６を通過して、レシーバ４２に入射する。ここで、干渉光が電気信号に変換された後、レーザユニット７５へと伝達されて、位置情報と変換される。なお、本実施形態では、ダブルパス方式を想定しているため、干渉計と反射鏡間は２本のレーザ光が記載されているが、反射鏡をコーナキューブに変更し、干渉計をシングルパス用に変更することでも、シングルパスレーザ測長系として問題なく動作可能となる。
【００３３】
さて、図２に示される通り、Ｘ干渉計２３ＸとＸ反射鏡２６ＸおよびＹ干渉計２３ＹとＹ反射鏡２６Ｙとは、各々光学経路を構成しており、これらの光学経路はいずれもＸスライダ２１ＸおよびＹスライダ２１Ｙ上に存在する。前述の通り、反射体はトップテーブル上に取付けられており、かつ干渉計はＸスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙの一方の端部に固定されている。Ｘスライダ２１ＸまたはＹスライダ２１Ｙは、Ｙガイド２８ＹまたはＸガイド２８Ｘ沿ってそれぞれ移動可能である。
【００３４】
このような構成を採用することで、Ｘ、Ｙそれぞれの干渉計と反射体の組は、互いに対向する位置関係を保ったまま、スライダまたはガイドの移動軸に沿って移動することが可能となる。従って、トップテーブルがどのように動いても、光学経路は干渉計と反射体との間から外れることがない。よって、従来必要だった長尺のバーミラーは不要で真空試料室のサイズを小型化でき、かつ従来と変わらない測長機能を実現することができる。すなわち、トップテーブル２１ＡがＸ方向へ移動すれば、Ｘ反射鏡２６ＸとＸ干渉計２３Ｘによって干渉光が検出される。Ｙ方向へ移動すればＹ反射鏡２６ＹとＹ干渉計２３Ｙによって干渉光が検出される。干渉光は電気信号に変換され、ステージ２１の位置管理が行われる。
【００３５】
加えて、以上説明した真空内処理装置では、トップテーブル側に光反射手段を設け、スライダ端部側に干渉計を設けている。従って、反射鏡、ビームスプリッタ等の光学部品をトップテーブル上に配置する必要がなく、トップテーブルの小型化、更にはトップテーブル質量の軽量化を実現することができる。これにより、試料室を小型化させ、コストを削減できる。また、ステージ移動時間を減少させ、半導体製品のスループットを向上させることができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、トップテーブルの小型化を重視するために、トップテーブルに反射鏡を、スライダに干渉計を設置する構成を示したが、トップテーブルに干渉計を、スライダに反射鏡を設置しても、ステージの位置管理ができることは言うまでもない。
【００３７】
トップテーブルに干渉計を、スライダに反射鏡を設置する構成の場合は、特許文献１と比較して、トップテーブルの小型化は期待できない。しかし、特許文献１のように、試料室内壁にバーミラーを設置する必要がないため、熱膨張により試料室２の外周が伸縮しても、スライダに設置された反射鏡への影響はない。よって、熱膨張による位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【００３８】
＜従来技術と本実施形態との比較＞
従来技術と第1の実施形態とを比較し、本実施形態の真空内処理装置の効果を検証する。
【００３９】
（従来技術の試料室内寸、およびトップテーブル質量）
ここでは、従来技術である、トップテーブルにバーミラーを設置した光学顕微鏡機構を有するレビューＳＥＭ装置（図１１）の場合の、試料室内寸、およびトップテーブル質量を計算する。
【００４０】
まず、試料室内寸を計算するため、バーミラーに必要な長さを求める。レビューＳＥＭ装置に加えて、光学顕微鏡（以下、ＯＭと呼ぶ）を有する場合、ステージは、両機構の中心位置に対してΦ３００ｍｍウエハを全面移動させる必要がある（図１１の点線部）。図１２に示すようなＳＥＭ中心６０とＯＭ中心６１のオフセット量（Ｘof、Ｙof）を有する場合、バーミラーに必要な長さＬｂは以下のように表せる。
【００４１】
Ｌｂ＝ウエハ直径＋ＳＥＭ中心とＯＭ中心のオフセット量＋レーザ光直径＋レーザ光軸距離
＝３００＋１５０＋６＋１２．７＝４６８．７ｍｍ
【００４２】
なお、以下の数値を用いてＬｂを計算した。
ウエハ直径：Φ３００ｍｍ
ＳＥＭ中心とＯＭ中心のオフセット量（Ｘｏｆ、Ｙｏｆ）：１５０ｍｍ
レーザ光直径：６ｍｍ
レーザ光軸距離（バーミラーへのダブルパス光軸間距離）：１２．７ｍｍ
【００４３】
実際は、バーミラーの反射面精度を保証する領域は、バーミラー外形より１〜２ｍｍ程度内側になるため、バーミラーの長さＬｂは最低４７０ｍｍ以上となる。
【００４４】
バーミラーの長さが求まれば、試料室の内寸は、以下のように表せる。
【００４５】
Ｌｘ（Ｌｙ）＝バーミラー長さ（Ｌｂ）＋ステージストローク
＝４７０ｍｍ＋４５０ｍｍ＝９２０ｍｍ
【００４６】
なお、以下の数値を用いてＬｘ（Ｌｙ）を計算した。
Ｌｂ：４７０ｍｍ
ステージストローク：ウエハ直径＋ＳＥＭ中心とＯＭ中心のオフセット量＝４５０ｍｍ
【００４７】
実際には、バーミラーと試料室内壁に隙間が必要である。したがって、試料室内寸は９３０ｍｍ程度になる。
【００４８】
次に、トップテーブル質量に加算されるバーミラー質量を計算する。バーミラー形状をΦ３０ｍｍ×４７０ｍｍ、材質を一般的な石英ガラスと仮定すると、１本当り約０．９ｋｇ程度となる。したがって、１．８ｋｇ程度がトップテーブル質量に加算される。
【００４９】
（特許文献１の試料室内寸、およびトップテーブル質量）
ここでは、トップテーブルに干渉計を設置した光学顕微鏡機構を有するレビューＳＥＭ装置（特許文献１）の場合の、試料室内寸、およびトップテーブル質量を計算する。
【００５０】
まず、試料室内寸を計算するため、トップテーブルサイズを求める。干渉計は通常８０ｍｍ程度の大きさで構成できるため、トップテーブルに必要な干渉計搭載スペースを８０ｍｍとすると、トップテーブルサイズ（Ｌｔｘ、Ｌｔｙ）は以下のように表せる。
【００５１】
Ｌｔｘ（Ｌｔｙ）＝ウエハ直径＋干渉計搭載スペース
＝３００ｍｍ＋８０ｍｍ＝３８０ｍｍ
【００５２】
トップテーブルサイズが求まれば、試料室内寸は以下のように表せる。
【００５３】
Ｌｘ（Ｌｙ）＝トップテーブルサイズ（Ｌｔｘ、Ｌｔｙ）＋ステージストローク＋バーミラー取付けスペース（Ｌｂｔ）
＝３８０ｍｍ＋４５０ｍｍ＋５０ｍｍ＝８８０ｍｍ
【００５４】
実際には、干渉計とバーミラー、及びトップテーブルと試料室に各々隙間が必要であるため、試料室内寸は８９０ｍｍ程度となる。
【００５５】
次に、トップテーブル質量に加算される干渉計質量を計算する。干渉計は１個当り約０．３ｋｇであるため、０．６ｋｇ程度がトップテーブル質量に加算される。
【００５６】
（本実施形態での試料室内寸、およびトップテーブル質量）
最後に、トップテーブルに反射鏡を設置した光学顕微鏡機構を有するレビューＳＥＭ装置の場合の、試料室内寸、およびトップテーブル質量を計算する。
【００５７】
まず、試料室内寸を計算するため、トップテーブルサイズを求める。トップテーブルに設置するダブルパスの反射に必要な反射鏡長さは、以下のように表せる。
【００５８】
光軸距離１２．７ｍｍ＋レーザ光径６ｍｍ＋裕度５ｍｍ＝２３．６ｍｍ
つまり、通常のダブルパス光学系では３０ｍｍ程度で十分の長さとなる。よって、反射鏡の長さに適した厚みは、加工、及びミラー単体の剛性保持を考慮して５ｍｍ程度で十分である。角度の調整機構などを考慮して反射鏡の取付けに必要なスペースを２０ｍｍとすると、トップテーブルサイズ（Ｌｔｘ、Ｌｔｙ）は以下のように表せる。
【００５９】
Ｌｔｘ（Ｌｔｙ）＝ウエハ直径＋反射鏡搭載スペース
＝３００ｍｍ＋２０ｍｍ＝３２０ｍｍ
【００６０】
トップテーブルサイズが求まれば、試料室内寸は図４に示すように、以下のように表せる。
【００６１】
Ｌｘ（Ｌｙ）＝トップテーブルサイズ（Ｌｔｘ／Ｌｔｙ）＋ステージストローク＋干渉計サイズ（Ｌｉｔ）
＝３２０ｍｍ＋４５０ｍｍ＋８０ｍｍ＝８５０ｍｍ
【００６２】
実際には、干渉計、トップテーブルと試料室に各々隙間が必要であるため、試料室内寸は８６０ｍｍ程度になる。
【００６３】
次に、トップテーブル質量に加算される反射鏡質量を計算する。反射鏡形状をΦ３０ｍｍ×５ｍｍ、材質を一般的な石英ガラスと仮定すると、１個当り０．０１ｋｇ程度となる。したがって、０．０２ｋｇ程度がトップテーブル質量に加算される。
【００６４】
（従来技術と比較した本実施形態の効果）
従来技術と比較した本実施形態の効果について検証する。まず、本実施形態による試料室内寸は、図１１に表す従来技術と比較して９３０ｍｍ−８６０ｍｍ＝７０ｍｍの小型化、特許文献１と比較して８９０ｍｍ−８６０ｍｍ＝３０ｍｍの小型化、が実現可能となる。
【００６５】
次に、トップテーブル質量は、図１１に表す従来技術と比較して１．８ｋｇ−０．０２ｋｇ＝１．７８ｋｇの軽量化、特許文献１と比較して０．６ｋｇ−０．０２ｋｇ＝０．５８ｋｇの軽量化、が実現可能となる。
【００６６】
以上より、本実施形態の真空内処理装置によれば、トップテーブルの小型化、軽量化を実現することで、ステージ移動速度、加速度を向上させることができる。これにより、ステージ移動時間を減少させ、半導体製品のスループットを向上させることができる。また、ステージ振動、位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【００６７】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について、図５、図６を参照しつつ説明する。第１の実施形態では、トップテーブルに設置された反射鏡を参照鏡として、この参照鏡へ参照光を入射させることで基準光としていた。ここでは、カラム近傍の試料室内壁上部に取り付けたバーミラーを参照鏡とする構成について説明する。
【００６８】
（レーザ測長器の構成）
本実施形態で用いる干渉計は、干渉計以外に反射鏡を配置して参照鏡とし、この参照鏡へ参照光を入射させることで基準光とするタイプである。すなわち、干渉計に構成される参照鏡に参照光を入射させることで基準光とするタイプ（図１１）ではない。本実施形態で用いる干渉計は、レーザ測長器メーカより一般に市販されており、多くのユーザに使用されている。
【００６９】
本実施形態では、参照鏡をＸバーミラー２２Ｘと、Ｙバーミラー２２Ｙとして配置している。各々のバーミラーは、バーミラー取付け台５１により、試料室２の光学カラム１近傍に位置する真空内壁上部に取付けられており、このバーミラーへ参照光を入射させることで基準光とする。
【００７０】
このように、光学カラム１の近傍に参照鏡であるバーミラーを実装することで、温度傾斜により試料室２の外周壁に光学カラム１との温度差が生じても、カラム近傍の温度でステージ位置を測定できる。また、熱膨張により試料室２の外周が伸縮しても、バーミラーの歪み等の影響を減少させることができる。
【００７１】
また、基準光を生成するためのバーミラーは試料室２の真空内壁上部（天井板の壁面）に固定されているため、干渉計が実装されるＸスライダ２１Ｘ、及びＹスライダ２１Ｙに、移動方向と直交方向に歪みが生じても、測長誤差は生じない。同時に、干渉計の動きが制約される場合、すなわちＸガイド２８Ｘ、及びＹガイド２８Ｙのガイド剛性が小さく、歪みが大きい場合でも、干渉計の位置変動を測長誤差に含まない。よって、ステージ振動、位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【００７２】
次に、本実施形態のバーミラーの固定方法について説明する。図７は、試料室へのバーミラー２２Ｘの固定方法を示す断面図である。バーミラー２２Ｘは試料室２の内壁に取付けられているミラー台５１上に配置され、調整ネジ５３に押しバネ５５、及び押付けピン５４によって生ずるバネ力によって押し付けられて、動かないよう固定されている。Ｘ軸、Ｙ軸のバーミラーの直角度はこの調整ネジ５３によって調整できる。なお、Ｙバーミラ２２Ｙも同様の構成である。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について、図８、図９を参照しつつ説明する。第1の実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向の測長軸は１軸ずつであった。ここでは、Ｘ方向の測長軸をもう１軸追加してヨーイングを計測可能とするため、Ｘ１干渉計２３Ｘ１に加えて２３Ｘ２がＸスライダ２１Ｘに取付けられていることを特徴とする。
【００７４】
（レーザ測長器の構成）
図８は、第１の実施形態において、ステージが移動した時のＳＥＭ中心６０と干渉計のずれ量（ΔＸ、ΔＹ）を示したものである。通常、ステージの姿勢精度に起因する位置決め誤差は、基準ウエハを用いた測定誤差を予め計測して、それを補正値として実際のステージ移動座標に合わせて補正することで、殆どが除去できる。しかしながら、ステージのガイドや、テーブル剛性などの要因で、若干の不再現（ばらつき）が発生し、位置決め誤差が生じてしまう。
【００７５】
ヨーイングの不再現をΔθとしたときに発生するアッベ誤差ΔＤｘ、ΔＤｙは以下のように表せる。
【００７６】
ΔＤｘ≒ΔＹ・Δθ
ΔＤｙ≒ΔＸ・Δθ
【００７７】
Φ３００ｍｍウエハ外周を例にとり、Δθ＝５μｒａｄと仮定すると、
ΔＤｘ≒１５０ｍｍ・５μｒａｄ＝７５０ｎｍ
となる。上記位置決め誤差を許容できる装置ならば問題無いが、本実施形態では、上記誤差が許容できない場合に、位置決め精度を向上させたレビューＳＥＭについて説明する。
【００７８】
図９は、本実施形態のステージ、及びレーザ測長器構成を示す平面図である。
【００７９】
Ｘ１干渉計２３Ｘ１によりＸ方向のステージ位置を、Ｘ１干渉計２３Ｘ１とＸ２干渉計２３Ｘ２の差分によりヨーイングを、各々測定する構成である。第１の実施形態との違いは、３軸測長になったことでミラ−４９、透過窓５６、レシーバ４２が各々３軸に増えたこと、Ｘ反射鏡２６Ｘがヨーイング軸に対応できるよう長くなったこと、である。
【００８０】
ここで、Ｘ反射鏡２６Ｘが必要な長さＬＸｙａｗは以下のように表せる。
【００８１】
ＬＸｙａｗ＝光軸距離１２．７ｍｍ＋レーザ光径６ｍｍ＋裕度５ｍｍ＋（ヨーイング測定光軸とＸ距離測定光軸距離２６ｍｍ）
＝４９．６ｍｍ
【００８２】
一般的なウエハ外形はΦ２００ｍｍ、或いはΦ３００ｍｍであるため、それらを保持するトップテーブルの大きさは少なくとも同程度の大きさが必要となる。これに加えて、従来は、トップテーブルに、トップテーブルの大きさ以上の長さを持つバーミラーを設置するか、ある程度の幅・大きさを持つ干渉計を２つ設置するのが一般的である。
【００８３】
上記計算からわかるように、本実施形態では、Ｘ反射鏡２６Ｘをトップテーブル外形よりも遥かに短く、薄く、かつ小さく構成できる。つまり、Ｘ反射鏡２６Ｘを搭載するトップテーブルを小さく構成することができる。
【００８４】
このような構成により、試料室内寸を小さくでき、装置コスト、ならびにフットプリントの低減が可能となる。
【００８５】
また、トップテーブル２１Ａのヨーイングを常に測定できるため、ステージ位置とヨーイング不再現量を元に位置補正が可能となる。
【００８６】
予め基準ウエハにて測定した時の、各測定座標（Ｘｎ、Ｙｍ）と位置決め誤差（ΔＸｎ、ΔＹｍ）とその時のヨーイング（θｎ）をセットで記憶しておき（例えばテーブルとして）、実際に位置決めした時の座標（Ｘ1'、Ｙ1'）と、ヨーイング（θ1'）により、以下のような補正量の操作が可能となる。
【００８７】
ΔＸ1'＝ΔＸ1＋Ｘ1'・（θ1−θ1'）
ΔＹ1'＝ΔＹ1＋Ｙ1'・（θ1−θ1'）
【００８８】
なお、本実施形態では、トップテーブルが単純なテーブル形式である場合について説明したが、各テーブル間の座標を1次補完する方式や、多項式を用いた曲面補正式などでも同じ効果が得られる。いずれの方式を採用しても、第一の実施形態に比べると飛躍的に位置決め精度が向上できるため、比較的位置決め精度の高い要求がある装置に対しても十分対応可能となる。また、観察点（ＳＥＭ中心とウエハの交点）からのレーザ光軸距離が最も離れることで、アッベ誤差が大きくなるヨーイングに焦点を絞って測長軸を追加しているが、この他にピッチング、ローリングについても応用でき、これらについても一定の改善効果を得ることができる。
【００８９】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について、図１０を参照しつつ説明する。ここでは、第１〜第３の実施形態で用いた試料室内のミラー４９に代えて、光ファイバによって干渉計にレーザ光を導入することを特徴とする。
【００９０】
（レーザ測長器の構成および動作）
レーザヘッド４０から照射されるレ−ザ光を２経路に分割する分光ユニット４３は、ビームスプリッタ４１、ミラー４９、集光レンズ４３Ａ、光ファイバ接続部４３Ｂにより構成される。なお、本実施形態では２軸に分光しているが、同様の構成により、更に多くの軸数でも対応可能である。
【００９１】
分光ユニット４３には光ファイバ４８が接続され、試料室２に設けられた照射側フィードスルー４４の大気側に接続される。その後、照射側フィードスルー４４の真空側から再度光ファイバが接続され、Ｘ取付け台５７Ｘ、及びＹ取付け台５７Ｙまで引回され、照射ユニット４６へ接続される。
【００９２】
照射ユニット４６は、図示しないコリメートレンズと、光ファイバ接続部品により形成できるが、特許文献１で示されるような２周波レーザを別個の光ファイバにて導入し、照射ユニット内にて偏光スプリッタにより２周波レーザとして合成した後、干渉計へ照射することも可能である。
【００９３】
Ｘ干渉計２３Ｘ、及びＹ干渉計２３Ｙは、ウエハ１０の軸中心に一致するよう配置されており、照射ユニット４６と各々の干渉計の位置関係はアライメントされて、ファイバを接続するだけで干渉計への適切な入射角と位置が確保できる。
【００９４】
トップテーブル２１Ａに配置されるＸ反射鏡２６Ｘ、及びＹ反射鏡２６Ｙに入反射したレーザ光を受光する受光ピックアップ４７は、光ファイバにて受光側フィードスルーの真空側に接続される。なお、受光ピックアップには、図示しない集光レンズが入口に実装されており、レーザ光を光ファイバーに導入する機能を有している。その後、照射側フィードスルー４４の大気側から再度光ファイバ４８が接続され、レシーバ４２に接続され、電気信号に変換され、レーザユニット７５へと伝達されて、位置情報へと変換される。
【００９５】
本実施形態では、照明ユニット、受光ピックアップ、干渉計を分離して表記しているが、これらを１ユニットとして構成することも可能であり、このような一体型の構成にすることで、コンパクト化と取付け容易性向上が実現できる。ここで、真空側の光ファイバについては、放出ガスによる汚染を低減するために、被覆は四フッ化エキレン樹脂のような低アウトガス材料が好ましい。また、光ファイバにダメージが出ない程度の温度（例えば８０℃）にて真空脱ガスを実施してから実装すると更に放出ガスの発生量を低減させることができる。また、光ファイバのフィードスルーを照射側と受光側に分けているが、装置レイアウトによっては、測長軸毎に、照射用の光ファイバと受光用の光ファイバを接続できるフィードスルーに分けても良い。または、全ての照射用の光ファイバと受光用の光ファイバを接続できる一個のフィードスルーでも良い。
【００９６】
従来、特許文献１のようなトップテーブル上の干渉計へ光ファイバを導入したとしても、２次元平面を移動するトップテーブルへ光ファイバを引回す必要があるため、光学経路が煩雑化する。また、光ファイバの長さが長くなると、光ファイバの被覆に用いられる樹脂が揮発することで発生する放出ガスも増加し、真空内処理装置の真空度への影響も問題となる。
【００９７】
しかしながら、本実施形態では上記構成により、真空中で可動する光ファイバをトップテーブルまで引回すことなく、短い長さで実装することができる。これにより、光ファイバの被覆に使用される樹脂の量を少なくすることができるため、放出ガスの発生量を低減させることができる。
【００９８】
また、本実施形態の光ファイバは、Ｘ方向またはＹ方向どちらか１次元方向へ可動すれば足りるため、引回しが容易である。これにより、折れ、擦れなどの光ファイバへのダメージも低減できる。
【００９９】
＜まとめ＞
本実施形態では、従来トップテーブル２１Ａに設置していたバーミラーまたは干渉計を除去し、トップテーブル２１ＡにＸ反射鏡２６ＸとＹ反射鏡２６Ｙを設置する。また、Ｘ干渉計２３ＸとＹ干渉計２３Ｙは、Ｘスライダ２１ＸとＹスライダ２１Ｙに設置する。
【０１００】
このような構成により、トップテーブルの小型化、軽量化を実現でき、ステージ移動速度、加速度を向上させることができる。これにより、ステージ移動時間を減少させ、半導体製品のスループットを向上させることができる。また、ステージ振動、位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【０１０１】
また、本実施形態では、カラム近傍の試料室内壁上部に、参照鏡としてバーミラーを取り付ける。
【０１０２】
このような構成により、温度傾斜により試料室２の外周壁に光学カラム１との温度差が生じても、カラム近傍の温度でステージ位置を測定できる。別の言い方をすれば、熱膨張により試料室２の外周が伸縮しても、バーミラーの歪み等の影響を減少させることができる。
【０１０３】
また、干渉計が実装されるＸスライダ２１Ｘ、及びＹスライダ２１Ｙに、移動方向と直交方向に歪みが生じる場合、またはＸガイド２８Ｘ、及びＹガイド２８Ｙのガイド剛性が小さく、歪みが大きい場合でも、干渉計の位置変動が測長誤差に含まれない。よって、ステージ振動、位置決め精度への影響を軽減でき、優れた動特性が得られることになる。
【０１０４】
また、本実施形態では、Ｘ１干渉計２３Ｘ１に加えて、２３Ｘ２をＸスライダ２１Ｘに取り付ける。
【０１０５】
このような構成により、Ｘ反射鏡２６Ｘを搭載するトップテーブルを小さく構成しながらも、Ｘ方向の測長軸をもう１軸追加することができ、ヨーイング計測が可能となる。これにより、試料室内寸を小さくでき、装置コスト、ならびにフットプリントの低減が可能となる。また、トップテーブルのヨーイングを常に測定できるため、ステージ位置とヨーイング不再現量を元に位置補正が可能となる。
【０１０６】
また、本実施形態では、スライダに取り付けられた干渉計に、光ファイバを用いてレーザ光を導入する。
【０１０７】
このような構成により、光ファイバをトップテーブルまで引回すことなく、短い長さで実装することができる。これにより、光ファイバの被覆に使用される樹脂の量を少なくすることができるため、放出ガスの発生量を低減させることができる。また、本実施形態の光ファイバは、Ｘ方向またはＹ方向どちらか１次元方向へ可動すれば足りるため、引回しが容易である。これにより、折れ、擦れなどの光ファイバへのダメージも低減できる。
【０１０８】
この場合、光ファイバの被覆は四フッ化エキレン樹脂であれば、さらに放出ガスの発生量を低減させることができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１・・・カラム、２・・・試料室、３・・・ロードロック、４・・・マウント、５・・・真空ポンプ、６・・・架台、７・・・干渉計容器、１０・・・ウエハ、１１・・・電子銃、１２・・・電子線、１３・・・電子レンズ、１４・・・偏向器、１４Ａ・・・位置偏向器、１４Ｂ・・・走査偏向器、１５・・・検出器、１６・・・電子レンズ、１７・・・偏向制御部、２１・・・ステージ、２１Ａ・・・トップテーブル、２１Ｂ・・・連結ベース、２１Ｃ・・・連結柱、２１Ｘ・・・Ｘスライダ、２１Ｙ・・・Ｙスライダ、２２・・・バーミラー、２２Ｘ・・・Ｘバーミラー、２２Ｙ・・・Ｙバーミラー、２３・・・干渉計、２３Ｘ・・・Ｘ干渉計、２３Ｘ１・・・Ｘ1干渉計、２３Ｘ２・・・Ｘ２干渉計、２３Ｙ・・・Ｙ干渉計、２４・・・静電チャック、２５・・・Ｚセンサ、２６・・・反射鏡、２６Ｘ・・・Ｘ反射鏡、２６Ｙ・・・Ｙ反射鏡、２７Ｘ・・・Ｘスライダガイド、２７Ｙ・・・Ｙスライダガイド、２８Ｘ・・・Ｘガイド、２８Ｙ・・・Ｙガイド、２９Ｘ・・・Ｘ取付けスペーサ、２９Ｙ・・・Ｙ取付けスペーサ、３１・・・搬送ロボット、３２・・・真空側ゲートバルブ、３３・・・大気側ゲートバルブ、４０・・・レーザヘッド、４１・・・ビームスプリッタ、４２・・・レシーバ、４３・・・分光ユニット、４３Ａ・・・集光レンズ、４３Ｂ・・・光ファイバ接続部、４４・・・照射側フィードスルー、４５・・・受光側フィードスルー、４６・・・照射ユニット、４７・・・受光ピックアップ、４８・・・光ファイバ、４９・・・ミラー、５１・・・ミラー台、５２・・・ネジ受け、５３・・・調整ネジ、５４・・・押付けピン、５５・・・押しバネ、５６・・・透過窓、５７Ｘ・・・Ｘ取付け台、５７Ｙ・・・Ｙ取付け台、６０・・・ＳＥＭ中心、６１・・・ＯＭ中心、７０・・・カラム制御部、７１・・・位置制御部、７２・・・ステージ制御部、７３・・・画像制御部、７４・・・モニタ、７５・・・レーザユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空試料室と、当該真空試料室内に格納された試料ステージとを有する真空内処理装置であって、
前記試料ステージに設けられ、互いに交差する第１の移動軸および第２の移動軸に沿って移動できるよう配置されたトップテーブルと、
一方が前記トップテーブル上に配置され、かつ他方が前記トップテーブルとは離間されて配置された一対の光反射手段および第１の干渉計と、
前記第１の干渉計に対して光を導入する手段と、
前記第１の干渉計の出力光を検出するレシーバとを備え、
前記一対の光反射手段および第１の干渉計は、前記第１の移動軸に対して平行に配置され、かつ、当該一対の光反射手段および第１の干渉計が、互いに対向する位置関係を保ったまま前記第２の移動軸に沿って移動可能であることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空内処理装置において、
前記一対の光反射手段および第１の干渉計が、前記第１の移動軸と平行な方向に少なくとも一つ、かつ前記第２の移動軸と平行な方向に少なくとも一つ備えられたことを特徴とする真空内処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の真空内処理装置において、
前記光反射手段と対向する位置に配置された第２の干渉計を有し、
前記光反射手段、前記第１の干渉計および第２の干渉計からなる組が、前記第２の移動軸と平行な軸方向に移動可能であることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の真空内処理装置において、
前記光を前記干渉計に導入、導出する光ファイバと、
該光ファイバを大気中から真空中へ導入するフィードスルーとを備えることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の真空内処理装置において、
前記光ファイバは、四フッ化エキレン樹脂を含む被覆を備えることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載の真空内処理装置において、
前記真空試料室の天井壁面に取り付けられたバーミラーを有し、
当該バーミラーの長手方向が前記第２の移動軸と平行であることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項７】
真空室内で、ＸＹ水平面を移動するトップテーブルの位置をレーザ光により測長する真空内処理装置において、
前記トップテーブルに取り付けられ、前記トップテーブルをＹ軸方向にスライドさせるＸ軸スライダと、
前記トップテーブルに取り付けられ、前記トップテーブルをＸ軸方向にスライドさせるＹ軸スライダと、
前記Ｘ軸スライダおよびＹ軸スライダを駆動して前記トップテーブルを所望の位置に移動するステージ制御部と、
前記Ｘ軸スライダに取り付けられ、前記Ｘ軸スライダと連動してＹ軸を平行移動し、前記レーザ光を受光して干渉光を生成するＸ干渉計と、
前記Ｙ軸スライダに取り付けられ、前記Ｙ軸スライダと連動してＸ軸を平行移動し、前記レーザ光を受光して干渉光を生成するＹ干渉計と、
前記トップテーブルに設置され、前記Ｘ干渉計と同じＹ軸上に位置し、前記干渉光を反射するＸ反射鏡と、
前記トップテーブルに設置され、前記Ｙ干渉計と同じＸ軸上に位置し、前記干渉光を反射するＹ反射鏡と、
を有することを特徴とする真空内処理装置。
【請求項１】
真空試料室と、当該真空試料室内に格納された試料ステージとを有する真空内処理装置であって、
前記試料ステージに設けられ、互いに交差する第１の移動軸および第２の移動軸に沿って移動できるよう配置されたトップテーブルと、
一方が前記トップテーブル上に配置され、かつ他方が前記トップテーブルとは離間されて配置された一対の光反射手段および第１の干渉計と、
前記第１の干渉計に対して光を導入する手段と、
前記第１の干渉計の出力光を検出するレシーバとを備え、
前記一対の光反射手段および第１の干渉計は、前記第１の移動軸に対して平行に配置され、かつ、当該一対の光反射手段および第１の干渉計が、互いに対向する位置関係を保ったまま前記第２の移動軸に沿って移動可能であることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空内処理装置において、
前記一対の光反射手段および第１の干渉計が、前記第１の移動軸と平行な方向に少なくとも一つ、かつ前記第２の移動軸と平行な方向に少なくとも一つ備えられたことを特徴とする真空内処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の真空内処理装置において、
前記光反射手段と対向する位置に配置された第２の干渉計を有し、
前記光反射手段、前記第１の干渉計および第２の干渉計からなる組が、前記第２の移動軸と平行な軸方向に移動可能であることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の真空内処理装置において、
前記光を前記干渉計に導入、導出する光ファイバと、
該光ファイバを大気中から真空中へ導入するフィードスルーとを備えることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の真空内処理装置において、
前記光ファイバは、四フッ化エキレン樹脂を含む被覆を備えることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載の真空内処理装置において、
前記真空試料室の天井壁面に取り付けられたバーミラーを有し、
当該バーミラーの長手方向が前記第２の移動軸と平行であることを特徴とする真空内処理装置。
【請求項７】
真空室内で、ＸＹ水平面を移動するトップテーブルの位置をレーザ光により測長する真空内処理装置において、
前記トップテーブルに取り付けられ、前記トップテーブルをＹ軸方向にスライドさせるＸ軸スライダと、
前記トップテーブルに取り付けられ、前記トップテーブルをＸ軸方向にスライドさせるＹ軸スライダと、
前記Ｘ軸スライダおよびＹ軸スライダを駆動して前記トップテーブルを所望の位置に移動するステージ制御部と、
前記Ｘ軸スライダに取り付けられ、前記Ｘ軸スライダと連動してＹ軸を平行移動し、前記レーザ光を受光して干渉光を生成するＸ干渉計と、
前記Ｙ軸スライダに取り付けられ、前記Ｙ軸スライダと連動してＸ軸を平行移動し、前記レーザ光を受光して干渉光を生成するＹ干渉計と、
前記トップテーブルに設置され、前記Ｘ干渉計と同じＹ軸上に位置し、前記干渉光を反射するＸ反射鏡と、
前記トップテーブルに設置され、前記Ｙ干渉計と同じＸ軸上に位置し、前記干渉光を反射するＹ反射鏡と、
を有することを特徴とする真空内処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１５４９５８（Ｐ２０１１−１５４９５８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６９７１（Ｐ２０１０−１６９７１）
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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