試料位置決め装置、試料ステージ、荷電粒子線装置
【課題】試料を搭載するトップテーブルの微小振動を抑えて観察像の像質あるいは寸法測定値の精度を向上させることができる試料位置決め技術を提供する。
【解決手段】本発明に係る試料位置決め装置は、トップテーブルを停止させるアクティブブレーキ、アクティブブレーキを囲む内枠、内枠を囲む外枠、およびアクティブブレーキを駆動するアクチュエータを備える。アクチュエータは、アクティブブレーキを駆動してトップテーブルをステージに対して停止させた後、外枠を押圧してトップテーブルの位置を調整する。
【解決手段】本発明に係る試料位置決め装置は、トップテーブルを停止させるアクティブブレーキ、アクティブブレーキを囲む内枠、内枠を囲む外枠、およびアクティブブレーキを駆動するアクチュエータを備える。アクチュエータは、アクティブブレーキを駆動してトップテーブルをステージに対して停止させた後、外枠を押圧してトップテーブルの位置を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象試料を位置決めする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の微細化にともない、製造装置のみならず、検査や評価装置にもそれに対応した高精度化が要求されている。例えば、半導体ウェハ上に形成したパターンの形状寸法が正しいか否かを評価するためには、測長機能を備えた走査型電子顕微鏡（以下、測長ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅと称す）が用いられている。測長ＳＥＭは、電子を試料に照射して試料を測長する、荷電粒子線装置の１種である。
【０００３】
測長ＳＥＭを用いて試料を評価する場合に、試料ステージの位置決め精度が観察像の解像度およびパターン寸法などの測定精度に大きく影響する。特に、試料観察のために試料ステージを所定の位置に停止させた状態においても、ステージに微小振動が生じている場合は、振動により観察像の像質が劣化する。
【０００４】
下記特許文献１では、ステージの進行方向に対して、斜め方向に伸縮する２つの圧電アクチュエータを用いた超音波モータを使用し、それらの圧電アクチュエータの印加電圧に位相差を設けることにより、通常の高速な移動と微小な移動の両方を実現する方法が提案されている。
【０００５】
下記特許文献２では、対称形状の２つのアクティブブレーキを用いて、ブレーキを動作させる圧電アクチュエータの印加電圧をそれぞれ制御することにより、ブレーキパッドがステージに接触することによるステージの位置ずれを抑制する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２４２３４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
観察対象となるパターン、あるいは異物や欠陥が微細になるほど、撮像倍率を向上させる必要があり、試料の位置決めを行うステージの位置決め精度の向上が重要である。そこで、試料を搭載するトップテーブルの部分にステージよりも高精度な位置決め精度を持つ微動機構を搭載し、位置決め精度を向上させることが有効であると考えられる。
【０００８】
しかし、従来の微動機構では、リニアモータから発生する微小振動により観察像劣化が顕著となる。リニアモータからの微小振動を排除するには、リニアモータの出力を停止する必要があるが、リニアモータの出力を停止するとテーブルのドリフトを補償できない。ドリフトを補償するには摩擦のないアクティブブレーキが有効であるが、アクティブブレーキを作動させるときにテーブルに外乱が発生するため、アクティブブレーキのみを使用すると位置決め誤差が残ると考えられる。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、試料を搭載するトップテーブルの微小振動を抑えて観察像の像質あるいは寸法測定値の精度を向上させることができる試料位置決め技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る試料位置決め装置は、トップテーブルを停止させるアクティブブレーキ、アクティブブレーキを囲む内枠、内枠を囲む外枠、およびアクティブブレーキを駆動するアクチュエータを備える。アクチュエータは、アクティブブレーキを駆動してトップテーブルをステージに対して停止させた後、外枠を押圧してトップテーブルの位置を調整する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る試料位置決め装置によれば、試料を搭載するトップテーブルのドリフトを抑制し、その微小振動を抑えて、観察像の像質あるいは寸法測定値の精度を向上できる試料位置決め装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る試料位置決め装置１０６を搭載した測長ＳＥＭ１００の構成を示す側断面図である。
【図２】試料位置決め装置１０６を搭載したステージ１０３の構成を示す図である。
【図３】試料位置決め装置１０６を斜め下方向から見た斜視図である。
【図４】試料位置決め装置１０６の上面図および側面図である。
【図５】ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄの角度を様々に変えた場合における試料位置決め装置１０６の形状例を示す図である。
【図６】ブレーキ接続ロッド３０１の傾きとロッドヒンジ部の位置との間の関係を示す図である。
【図７】ロッドヒンジ部座標６０１を（Ｘ，０）、ロッドヒンジ部座標６０２を（０，Ｙ）としたときのＸ／ＬとＹ／Ｌの関係を示すグラフである。
【図８】測長シーケンスとトップテーブル１０４の振動との関係を示すグラフである。
【図９】図８の測長シーケンスにおける各部の出力変動を示す図である。
【図１０】圧電アクチュエータ１０７に対する印加電圧と試料位置決め装置１０６の変位との間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る試料位置決め装置１０６を搭載した測長ＳＥＭ１００の構成を示す側断面図である。はじめに図１を用いて測長ＳＥＭ１００の全体構成を説明し、図２以降で試料位置決め装置１０６の詳細構成を説明する。
【００１４】
真空チャンバ１０２内部には、観察対象であるウェハなどの試料１１０を位置決めするためのステージ１０３が設置されている。ステージ１０３は、リニアモータにより推力を与えられ駆動される。
【００１５】
試料位置決め装置１０６はステージ１０３の上に設置されており、圧電アクチュエータ１０７によりステージ１０３と同一の方向に駆動される。制御部１１１は、例えばマイクロコントローラなどの演算装置であり、圧電アクチュエータ１０７を駆動制御する他、測長ＳＥＭ１００の全体動作を制御する。
【００１６】
試料位置決め装置１０６の上には、試料１１０を搭載するためのトップテーブル１０４が設置されている。試料位置決め装置１０６およびトップテーブル１０４は、中間テーブル１０８の上に載置されている。
【００１７】
レーザ干渉計１０５は、トップテーブル１０４の位置を計測することによって試料１１０の位置を計測し、その結果を制御部１１１に通知する、位置計測部である。制御部１１１は、その計測結果に基づきフィードバック制御演算を実施し、試料１１０の観察点が鏡筒１０１の真下に来るようにトップテーブル１０４の位置制御指令を作成し、指定位置と測定結果の差が数十ナノメートル以内となるように、ステージ１０３を位置決めする。
【００１８】
鏡筒１０１は、トップテーブル１０４上の試料１１０に対して電子線を照射する。制御部１１１は、試料１１０から発生する二次電子に基づいて試料１１０の観察像を取得し、試料１１０上の回路パターンの線幅などの情報を取得する。
【００１９】
ステージ１０３は、リニアモータにより常時駆動されているため、微小振動が継続的に発生し、この微小振動がトップテーブル１０４の位置決め精度に影響する。そこで、試料位置決め装置１０６は、リニアモータがステージ１０３を駆動することにより発生する残留振動をアクティブ除振する。
【００２０】
ステージ１０３と試料位置決め装置１０６は、どちらも真空チャンバ１０２内において試料１１０を位置決めする位置決め機構である点は共通する。しかし、ステージ１０３が数百ミリメートルオーダの可動ストローク内において試料１１０を位置決めすることに対して、試料位置決め装置１０６は数十ナノメートルの微小な可動ストローク内において高速に位置決めする点で、その特性が異なっている。これら特性の違いについては以下に詳述する。
【００２１】
図２は、試料位置決め装置１０６を搭載したステージ１０３の構成を示す図である。以下図２にしたがって、ステージ１０３の構成を説明する。
【００２２】
ベース２０１上には、Ｘ軸方向の案内であるＸ軸リニアガイド２０７ａとＹ軸方向の案内であるＹ軸リニアガイド２０８ａが固定されている。Ｘ軸リニアガイド２０７ａ上にはＸ軸方向に移動するＸ軸中間スライダ２０２ａが固定され、Ｙ軸リニアガイド２０８ａ上にはＹ軸方向に移動するＹ軸中間スライダ２０２ｂが固定されている。
【００２３】
Ｘ軸中間スライダ２０２ａは、Ｘ軸方向に推力を発生する二つのＸ軸リニアモータ２０９ａによりＸ軸方向に駆動される。Ｙ軸中間スライダ２０２ｂは、Ｙ軸方向に推力を発生する二つのＹ軸リニアモータ２０９ｂによりＹ軸方向に駆動される。
【００２４】
Ｙ軸中間スライダ２０２ｂ上には、Ｘ軸方向の案内であるＸ軸リニアガイド２０７ｂが固定されている。Ｘ軸リニアガイド２０７ｂにより中間テーブル１０８が支持され、中間テーブル１０８をＸ軸方向へ移動させることができる。また、Ｘ軸方向に推力を発生する２つのＸ軸リニアモータ２０９ａによりＸ軸方向の推力が得られ、Ｘ軸中間スライダ２０２ａおよびＸ軸中間スライダ２０２ａ上のＹ軸リニアガイド２０８ｂを介して中間テーブル１０８にＸ軸方向の推力が伝達される。
【００２５】
上記構成により、Ｘ軸およびＹ軸方向の案内および駆動が実現され、中間テーブル１０８を水平面内において任意の位置に移動させることができる。
【００２６】
ベース２０１上にはブレーキプレート２１２が固定されている。試料位置決め装置１０６のアクティブブレーキ（詳細は後述）を作動させることにより、アクティブブレーキのブレーキパッド３０４（図３で後述）が下方に押し出されてブレーキプレート２１２に押し付けられ、水平方向のブレーキ力が得られる。
【００２７】
中間テーブル１０８、Ｘ軸中間スライダ２０２ａ、Ｙ軸中間スライダ２０２ｂには、ブレーキパッド３０４の動作と干渉しないようにするため、中央にブレーキパッド３０４の通る穴を設けた枠型の構造としている。
【００２８】
中間テーブル１０８の上には試料位置決め装置１０６が固定され、さらにその上にトップテーブル１０４が固定される。トップテーブル１０４には、Ｘ軸レーザ干渉計１０５ａが照射したＸ軸方向のレーザ光を反射するＸ軸平面ミラー１０９ａと、Ｙ軸レーザ干渉計１０５ｂが照射したＹ軸方向のレーザ光を反射するＹ軸平面ミラー１０９ｂとが設けられている。
【００２９】
図３は、試料位置決め装置１０６を斜め下方向から見た斜視図である。以下図３にしたがって、試料位置決め装置１０６の詳細構成を説明する。
【００３０】
ブレーキパッド３０４は、ブレーキプレート２１２に押し付けることによってＸＹ平面内のブレーキ力を得るための部材であり、中央のブレーキパッド固定部３０５に固定されている。ブレーキパッド固定部３０５には、梁状部材である４つのブレーキ接続ロッド３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄが接続されている。
【００３１】
各ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄの外側には、４つの圧電アクチュエータ１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄがそれぞれ配置されている。圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄとブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄの間には、内枠３０６が配置されている。
【００３２】
全ての圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄに同極性の電圧を印加して伸縮させることにより、内枠３０６が変形してブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄが内枠３０６の中心に向かって変位する。これにより、ブレーキパッド固定部３０５が下方向に押し出され、ブレーキパッド３０４がブレーキプレート２１２と接触し、ＸＹ平面内におけるブレーキ力が得られる。すなわち、ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄ、圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄ、ブレーキパッド３０４、ブレーキパッド固定部３０５が協調動作することにより、アクティブブレーキとしての機能を発揮することができる。
【００３３】
圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄの外側には、外枠３０７が配置されている。外枠３０７の上には、トップテーブル１０４が固定される。内枠３０６の４隅と外枠３０７の４隅は、弾性支持部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄで接続されている。弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄは、圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄを動作させるときに内枠３０６または外枠３０７がＸＹ平面に対して傾かないように支持する。
【００３４】
図４は、試料位置決め装置１０６の上面図および側面図である。以下図４にしたがって試料位置決め装置１０６の概略動作を説明する。
【００３５】
試料位置決め装置１０６は、主に弾性フレームと圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄから構成される。弾性フレームは、内枠３０６、内枠３０６を囲むように配置された外枠３０７、内枠３０６の外側の隅と外枠３０７の内側の隅をつなぐ４つの弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄから構成される。
【００３６】
内枠３０６は中間テーブル１０８上に固定されており、外枠３０７上にトップテーブル１０４が固定される。内枠３０６と外枠３０７の間は、４つの圧電アクチュエータ３０３ａ〜３０３ｄで架橋されている。
【００３７】
圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄを全て伸ばすと、ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄがブレーキパッド固定部３０５を下方向に押し出し、ブレーキパッド３０４をブレーキプレート２１２に押し付ける。これにより、内枠３０６がブレーキプレート２１２に対して動かないように制動力を得ることができる。
【００３８】
また、対向する圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂの組み合わせ、あるいは圧電アクチュエータ１０７ｃと１０７ｄの組み合わせを用いて、外枠３０７に対して力を与えることにより、弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄを変形させ、内枠３０６に対して外枠３０７を変位させることができる。例えば、ブレーキパッド３０４をブレーキプレート２１２に押し付けた後、圧電アクチュエータ１０７ａを伸ばし圧電アクチュエータ１０７ｂを縮めると、図４のＸ軸負方向にブレーキパッド固定部３０５を変位させることができる。
【００３９】
試料１１０を位置決めする際には、まず所望位置にステージ１０３を移動させた後、圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄを駆動してアクティブブレーキを作動させ、ステージ１０３に対するトップテーブル１０４の位置を数百ミリメートルオーダで調整する。その後、対向する圧電アクチュエータを反対方向に動作させてトップテーブル１０４の位置を数十ナノメートルオーダで微調整する。
【００４０】
トップテーブル１０４の位置を微調整する際には、ブレーキパッド３０４がブレーキプレート２１２と接触して押し付けられているので、圧電アクチュエータを動作させても内枠３０６はほぼ変形せず、外枠３０７のみを変位させることができる。また、外枠３０７を変位させる際に圧電アクチュエータが動作する量は、ブレーキパッド３０４を押し出す際の動作量と比較してごく僅かである。すなわち、トップテーブル１０４の位置を微調整する際に内枠３０６が変形することによってトップテーブル１０４の位置決め精度に及ぼす影響はほとんどない。
【００４１】
また、本実施形態１における弾性フレームは、弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄのＸ軸方向に対する角度である弾性支持部角度４０１を４５度とし、内枠３０６および外枠３０７に対して斜め方向に弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄを形成している。これにより、単一の弾性支持部によって内枠３０６および外枠３０７をＸ方向およびＹ方向に案内することができるため、Ｘ方向およびＹ方向それぞれに案内機構を設ける必要がない。
【００４２】
なお、図４に示した弾性フレームは、内枠３０６および外枠３０７の形状が正方形であり、弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄの弾性支持部角度４０１が４５度、すなわち、内枠３０６および外枠３０７の対角線方向となっているが、これに限られるものではない。例えば、弾性支持部角度４０１が４５度以外の角度であっても、外枠３０７がＸ方向およびＹ方向の両方向に変位できれば、弾性支持部としての機能を果たすことができる。さらに、弾性支持部角度４０１の設計値を変えることにより、外枠３０７のＸ方向およびＹ方向における変位量を調整することができる。
【００４３】
図５は、ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄの角度を様々に変えた場合における試料位置決め装置１０６の形状例を示す図である。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ブレーキパッド固定部３０５と内枠３０６を接続するブレーキ接続ロッド３０１の斜め方向の角度を変化させることにより、ロッドヒンジ部５１１ａの水平方向の変位に対するロッドヒンジ部５１１ｂの垂直方向の可動量を変えることができる。ただし、ブレーキ接続ロッド長さ５１２を一定値Ｌとする。
【００４４】
図６は、ブレーキ接続ロッド３０１の傾きとロッドヒンジ部の位置との間の関係を示す図である。ロッドヒンジ部座標６０１が図５のロッドヒンジ部５１１ａに対応し、ロッドヒンジ部座標６０２が図５のロッドヒンジ部５１１ｂに対応している。
【００４５】
ロッドヒンジ部５１１ａは水平方向にのみ変位し、ロッドヒンジ部５１１ｂは垂直方向にのみ変位する場合を考える。すなわち、ロッドヒンジ部座標６０１のＹ座標を０、ロッドヒンジ部６０２のＸ座標を０とする。ブレーキ接続ロッド３０１の長さを一定とするため、ロッドヒンジ部座標６０１とロッドヒンジ部座標６０２との間の距離は一定値Ｌとする。ブレーキ接続ロッド３０１がＸＹ平面に対して形成する角度は、ロッド角度６０３とする。
【００４６】
図７は、図６で説明した条件の下で、ロッドヒンジ部座標６０１を（Ｘ，０）、ロッドヒンジ部座標６０２を（０，Ｙ）とし、−Ｌ＜Ｘ＜０および−Ｌ＜Ｙ＜０の範囲でヒンジ部座標を変化させたときのＸ／ＬとＹ／Ｌの関係を示すグラフである。
【００４７】
点７０２は、Ｘ／Ｌ＝０すなわちブレーキ接続ロッド３０１が水平である場合に対応しており、Ｘの変化に対するＹの変化が最大である。すなわち、ブレーキ接続ロッド３０１を水平にすることにより、図５におけるロッドヒンジ部５１１ａの水平方向の変位に対するロッドヒンジ部５１１ｂの変位が最大となり、圧電アクチュエータ１０７の変位に対するブレーキパッド固定部３０５の変位が最大となる。
【００４８】
点７０３は、Ｙ／Ｌ＝０すなわちブレーキ接続ロッド３０１が垂直である場合に対応しており、圧電アクチュエータ１０７の変位に対するブレーキパッド固定部３０５の変位が最小となる。
【００４９】
したがって、図５（ａ）のようにブレーキ接続ロッドが水平に近い場合にブレーキパッド３０４の変位量が最大となり、図５（ｂ）あるいは（ｃ）のようにロッド角度６０３が大きくなるのにともなって、ブレーキパッド３０４の変位量は小さくなる。
【００５０】
ブレーキ接続ロッド３０１が水平になるほど、ロッドヒンジ部５１１ｂが下方向ではなく上方向に変位する可能性が大きくなり、安定したブレーキ力が得られない。また、ブレーキパッド３０４がブレーキプレート２１２に接触することによる衝撃力が問題となる場合は、ロッド角度６０３を調整してブレーキパッド３０４の変位を抑えることが有効である。この関係を利用して、ブレーキパッド３０４を変位させる必要がある量に基づき、ブレーキ接続ロッド３０１の角度を設計することができる。
【００５１】
図８は、測長シーケンスとトップテーブル１０４の振動との関係を示すグラフである。測長シーケンスでは、はじめに例えば数十ミリメートルオーダで測長点へステージを移動させた後、測長点へのアドレッシングおよび高倍率へのオートフォーカスが実施され、続いて高倍率で画像が取得される。試料位置決め装置１０６は、高倍率で画像取得するときにおけるナノメートルオーダの微小残留振動８０１を抑制するために用いられる。すなわち、制御部１１１は、主に測長シーケンスにおける高倍率画像取得を実施しているときに試料位置決め装置１０６を制御する。
【００５２】
図９は、図８の測長シーケンスにおけるリニアモータ、試料位置決め装置１０６、および試料位置決め装置１０６が備えるアクティブブレーキそれぞれの出力変動を示す図である。以下図９にしたがって、測長シーケンスにおける各要素の動作を説明する。
【００５３】
測長点へステージ１０３を移動させるときは、リニアモータのみでステージ１０３を位置決めする。すなわち、リニアモータの推力最大値には制限をかけず１００％とし、試料位置決め装置１０６およびアクティブブレーキを使用しない。
【００５４】
測長点へのアドレッシングおよび高倍率へのオートフォーカスを実施する段階で、リニアモータ推力を減少させるべく、推力の最大値に制限をかける。同時にアクティブブレーキを徐々に作用させるために、全ての圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄに対する印加電圧を徐々に増大させる。これによりブレーキパッド３０４の変位が次第に増加し、ブレーキパッド３０４とブレーキプレート２１２が接触した時点で最大値に達する。
【００５５】
ブレーキパッド３０４の変位が最大値に達した後、対向する圧電アクチュエータ１０７間の印加電圧の差分の最大値を徐々に増加させる。これにより、外枠３０７が変位できる最大幅が次第に増加する。
【００５６】
以上のように、制御部１１１は、リニアモータによってステージ１０３を高速移動させている状態から、試料位置決め装置１０６によってアクティブ除振する状態への遷移を連続的に実施し、急峻なステップ状の出力変化によってインパルス状の振動が発生することを防止する。
【００５７】
図１０は、圧電アクチュエータ１０７に対する印加電圧と試料位置決め装置１０６の変位との間の関係を示す図である。図１０（ａ）（ｂ）は、対向する圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂに対する印加電圧の変化を示す。図１０（ｃ）は、ブレーキパッド３０４の変位を示す。図１０（ｄ）は、ブレーキパッド３０４がブレーキプレート２１２と接触した以降における外枠３０７の変位を示す。
【００５８】
図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、アクティブブレーキを作動させるときは、制御部１１１は圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂともに正極性の電圧を印加する。これら印加電圧の和がブレーキパッド３０４の変位となる。アクティブブレーキが作動してブレーキパッド３０４の変位が最大に達した後、そのときの印加電圧を維持する。
【００５９】
アクティブブレーキを作動させた後、外枠３０７を微小変位させることによってトップテーブル１０４の位置を微調整するときは、制御部１１１は圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂへ反対極性の電圧を印加する。これら印加電圧の差によって、圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂは逆向きに動作し、外枠３０７を微小変位させてトップテーブル１０４の位置を微調整する。このときの微小変位は、トップテーブル１０４の振動を打ち消す方向とする。
【００６０】
このように、制御部１１１は、圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂに対する印加電圧の和と差によってそれぞれアクティブブレーキのブレーキ力とトップテーブル１０４の位置を制御するので、同じ圧電アクチュエータ１０７に対する動作制御でありながら、それぞれを独立に制御することができる。
【００６１】
なお、トップテーブル１０４の位置を微調整するために圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂへ印加する反対極性の電圧は、アクティブブレーキを作動させるために印加する同極性の電圧と比べて、例えば１００分の１程度の僅かなものである。そのため、圧電アクチュエータ１０７に対する印加電圧の大きさの観点でも、アクティブブレーキの動作制御とトップテーブル１０４の位置制御は、互いにほとんど干渉しない。したがって、これら２つの観点から、制御部１１１はアクティブブレーキのブレーキ力とトップテーブル１０４の位置を独立して制御することができるといえる。
【００６２】
また、一般に圧電アクチュエータに対して負の印加電圧をかけると圧電アクチュエータが破損する可能性がある。図１０においては、トップテーブル１０４の位置を微調整するため圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂに反対極性の電圧を印加するので、このときにいずれかの圧電アクチュエータに負電圧が印加される可能性がある。そこで、圧電アクチュエータの印加電圧に対して例えば１０Ｖのバイアス電圧をかけた上で、１０Ｖの前後±１０Ｖの範囲で圧電アクチュエータを使用し、破損を防止するのが一般的である。
【００６３】
しかし本実施形態１では、アクティブブレーキを作動させた後にトップテーブル１０４の位置を微調整するので、その時点では圧電アクチュエータに対する印加電圧は反対極性の電圧よりも例えば１００倍程度の大きな値になっており、圧電アクチュエータに負電圧が印加される可能性は実質的にないといえる。すなわち、本実施形態１では、アクティブブレーキを作動させることが、圧電アクチュエータにバイアス電圧を設定する役割を兼ねていることになるので、制御動作を簡易化することができる点で有利である。
【００６４】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る試料位置決め装置１０６は、ステージ１０３上に配置され、ブレーキパッド３０４をステージ１０３上のブレーキプレート２１２に押し付けてトップテーブル１０４を停止させた上で外枠３０７を変位させてトップテーブル１０４をアクティブ除振する。これにより、リニアモータの出力を停止させることなく試料１１０を精度よく位置決めすることができる。
【００６５】
また、本実施形態１に係る試料位置決め装置１０６は、トップテーブル１０４の位置を微調整するときは、アクティブブレーキを作動させるときよりも例えば１００分の１程度に小さい電圧を、圧電アクチュエータ１０７に印加する。これにより、トップテーブル１０４の位置を微調整するときは内枠３０６がほとんど動かないので、内枠３０６の変位が位置決め精度に及ぼす影響を抑えることができる。
【００６６】
また、本実施形態１に係る試料位置決め装置１０６は、アクティブブレーキを作動させた後にトップテーブル１０４の位置を微調整する。これにより、対向する圧電アクチュエータ１０７に反対極性の電圧を印加するときは、印加電圧が全体として大きな値になっているので、圧電アクチュエータ１０７に負電圧が印加される可能性は実質的にない。すなわち、圧電アクチュエータ１０７にバイアス電圧を印加する必要がなくなり、制御部１１１の制御動作を簡易化することができる。
【００６７】
＜実施の形態２＞
実施形態１では、本発明者によってなされた発明を具体的に説明したが、本発明は実施形態１で説明した態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６８】
例えば、レーザ干渉計１０５、制御部１１１は、試料位置決め装置１０６の一部として構成することもできるし、これらを別部品として構成して適当な接続線などによって接続して協調動作させることもできる。その他の部品などについても同様である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１：鏡筒
１０２：真空チャンバ
１０３：ステージ
１０４：トップテーブル
１０５：レーザ干渉計
１０５ａ：Ｘ軸レーザ干渉計
１０５ｂ：Ｙ軸レーザ干渉計
１０６：試料位置決め装置
１０７：圧電アクチュエータ
１０７ａ〜１０７ｄ：圧電アクチュエータ
１０８：中間テーブル
１０９：平面ミラー
１０９ａ：Ｘ軸平面ミラー
１０９ｂ：Ｙ軸平面ミラー
１１０：試料
２０１：ベース
２０２ａ：Ｘ軸中間スライダ
２０２ｂ：Ｙ軸中間スライダ
２０７ａ：Ｘ軸リニアガイド
２０７ｂ：Ｘ軸リニアガイド
２０８ａ：Ｙ軸リニアガイド
２０８ｂ：Ｙ軸リニアガイド
２０９ａ：Ｘ軸リニアモータ
２０９ｂ：Ｙ軸リニアモータ
２１２：ブレーキプレート
３０１ａ〜３０１ｄ：ブレーキ接続ロッド
３０３ａ〜３０３ｄ：弾性支持部
３０４：ブレーキパッド
３０５：ブレーキパッド固定部
３０６：内枠
３０７：外枠
４０１：弾性支持部角度
５１１ａ〜５１１ｂ：ロッドヒンジ部
５１２：ブレーキ接続ロッド長さ
６０１〜６０２：ロッドヒンジ部座標
６０３：ロッド角度
８０１：残留振動振幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象試料を位置決めする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の微細化にともない、製造装置のみならず、検査や評価装置にもそれに対応した高精度化が要求されている。例えば、半導体ウェハ上に形成したパターンの形状寸法が正しいか否かを評価するためには、測長機能を備えた走査型電子顕微鏡（以下、測長ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅと称す）が用いられている。測長ＳＥＭは、電子を試料に照射して試料を測長する、荷電粒子線装置の１種である。
【０００３】
測長ＳＥＭを用いて試料を評価する場合に、試料ステージの位置決め精度が観察像の解像度およびパターン寸法などの測定精度に大きく影響する。特に、試料観察のために試料ステージを所定の位置に停止させた状態においても、ステージに微小振動が生じている場合は、振動により観察像の像質が劣化する。
【０００４】
下記特許文献１では、ステージの進行方向に対して、斜め方向に伸縮する２つの圧電アクチュエータを用いた超音波モータを使用し、それらの圧電アクチュエータの印加電圧に位相差を設けることにより、通常の高速な移動と微小な移動の両方を実現する方法が提案されている。
【０００５】
下記特許文献２では、対称形状の２つのアクティブブレーキを用いて、ブレーキを動作させる圧電アクチュエータの印加電圧をそれぞれ制御することにより、ブレーキパッドがステージに接触することによるステージの位置ずれを抑制する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２４２３４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
観察対象となるパターン、あるいは異物や欠陥が微細になるほど、撮像倍率を向上させる必要があり、試料の位置決めを行うステージの位置決め精度の向上が重要である。そこで、試料を搭載するトップテーブルの部分にステージよりも高精度な位置決め精度を持つ微動機構を搭載し、位置決め精度を向上させることが有効であると考えられる。
【０００８】
しかし、従来の微動機構では、リニアモータから発生する微小振動により観察像劣化が顕著となる。リニアモータからの微小振動を排除するには、リニアモータの出力を停止する必要があるが、リニアモータの出力を停止するとテーブルのドリフトを補償できない。ドリフトを補償するには摩擦のないアクティブブレーキが有効であるが、アクティブブレーキを作動させるときにテーブルに外乱が発生するため、アクティブブレーキのみを使用すると位置決め誤差が残ると考えられる。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、試料を搭載するトップテーブルの微小振動を抑えて観察像の像質あるいは寸法測定値の精度を向上させることができる試料位置決め技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る試料位置決め装置は、トップテーブルを停止させるアクティブブレーキ、アクティブブレーキを囲む内枠、内枠を囲む外枠、およびアクティブブレーキを駆動するアクチュエータを備える。アクチュエータは、アクティブブレーキを駆動してトップテーブルをステージに対して停止させた後、外枠を押圧してトップテーブルの位置を調整する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る試料位置決め装置によれば、試料を搭載するトップテーブルのドリフトを抑制し、その微小振動を抑えて、観察像の像質あるいは寸法測定値の精度を向上できる試料位置決め装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る試料位置決め装置１０６を搭載した測長ＳＥＭ１００の構成を示す側断面図である。
【図２】試料位置決め装置１０６を搭載したステージ１０３の構成を示す図である。
【図３】試料位置決め装置１０６を斜め下方向から見た斜視図である。
【図４】試料位置決め装置１０６の上面図および側面図である。
【図５】ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄの角度を様々に変えた場合における試料位置決め装置１０６の形状例を示す図である。
【図６】ブレーキ接続ロッド３０１の傾きとロッドヒンジ部の位置との間の関係を示す図である。
【図７】ロッドヒンジ部座標６０１を（Ｘ，０）、ロッドヒンジ部座標６０２を（０，Ｙ）としたときのＸ／ＬとＹ／Ｌの関係を示すグラフである。
【図８】測長シーケンスとトップテーブル１０４の振動との関係を示すグラフである。
【図９】図８の測長シーケンスにおける各部の出力変動を示す図である。
【図１０】圧電アクチュエータ１０７に対する印加電圧と試料位置決め装置１０６の変位との間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る試料位置決め装置１０６を搭載した測長ＳＥＭ１００の構成を示す側断面図である。はじめに図１を用いて測長ＳＥＭ１００の全体構成を説明し、図２以降で試料位置決め装置１０６の詳細構成を説明する。
【００１４】
真空チャンバ１０２内部には、観察対象であるウェハなどの試料１１０を位置決めするためのステージ１０３が設置されている。ステージ１０３は、リニアモータにより推力を与えられ駆動される。
【００１５】
試料位置決め装置１０６はステージ１０３の上に設置されており、圧電アクチュエータ１０７によりステージ１０３と同一の方向に駆動される。制御部１１１は、例えばマイクロコントローラなどの演算装置であり、圧電アクチュエータ１０７を駆動制御する他、測長ＳＥＭ１００の全体動作を制御する。
【００１６】
試料位置決め装置１０６の上には、試料１１０を搭載するためのトップテーブル１０４が設置されている。試料位置決め装置１０６およびトップテーブル１０４は、中間テーブル１０８の上に載置されている。
【００１７】
レーザ干渉計１０５は、トップテーブル１０４の位置を計測することによって試料１１０の位置を計測し、その結果を制御部１１１に通知する、位置計測部である。制御部１１１は、その計測結果に基づきフィードバック制御演算を実施し、試料１１０の観察点が鏡筒１０１の真下に来るようにトップテーブル１０４の位置制御指令を作成し、指定位置と測定結果の差が数十ナノメートル以内となるように、ステージ１０３を位置決めする。
【００１８】
鏡筒１０１は、トップテーブル１０４上の試料１１０に対して電子線を照射する。制御部１１１は、試料１１０から発生する二次電子に基づいて試料１１０の観察像を取得し、試料１１０上の回路パターンの線幅などの情報を取得する。
【００１９】
ステージ１０３は、リニアモータにより常時駆動されているため、微小振動が継続的に発生し、この微小振動がトップテーブル１０４の位置決め精度に影響する。そこで、試料位置決め装置１０６は、リニアモータがステージ１０３を駆動することにより発生する残留振動をアクティブ除振する。
【００２０】
ステージ１０３と試料位置決め装置１０６は、どちらも真空チャンバ１０２内において試料１１０を位置決めする位置決め機構である点は共通する。しかし、ステージ１０３が数百ミリメートルオーダの可動ストローク内において試料１１０を位置決めすることに対して、試料位置決め装置１０６は数十ナノメートルの微小な可動ストローク内において高速に位置決めする点で、その特性が異なっている。これら特性の違いについては以下に詳述する。
【００２１】
図２は、試料位置決め装置１０６を搭載したステージ１０３の構成を示す図である。以下図２にしたがって、ステージ１０３の構成を説明する。
【００２２】
ベース２０１上には、Ｘ軸方向の案内であるＸ軸リニアガイド２０７ａとＹ軸方向の案内であるＹ軸リニアガイド２０８ａが固定されている。Ｘ軸リニアガイド２０７ａ上にはＸ軸方向に移動するＸ軸中間スライダ２０２ａが固定され、Ｙ軸リニアガイド２０８ａ上にはＹ軸方向に移動するＹ軸中間スライダ２０２ｂが固定されている。
【００２３】
Ｘ軸中間スライダ２０２ａは、Ｘ軸方向に推力を発生する二つのＸ軸リニアモータ２０９ａによりＸ軸方向に駆動される。Ｙ軸中間スライダ２０２ｂは、Ｙ軸方向に推力を発生する二つのＹ軸リニアモータ２０９ｂによりＹ軸方向に駆動される。
【００２４】
Ｙ軸中間スライダ２０２ｂ上には、Ｘ軸方向の案内であるＸ軸リニアガイド２０７ｂが固定されている。Ｘ軸リニアガイド２０７ｂにより中間テーブル１０８が支持され、中間テーブル１０８をＸ軸方向へ移動させることができる。また、Ｘ軸方向に推力を発生する２つのＸ軸リニアモータ２０９ａによりＸ軸方向の推力が得られ、Ｘ軸中間スライダ２０２ａおよびＸ軸中間スライダ２０２ａ上のＹ軸リニアガイド２０８ｂを介して中間テーブル１０８にＸ軸方向の推力が伝達される。
【００２５】
上記構成により、Ｘ軸およびＹ軸方向の案内および駆動が実現され、中間テーブル１０８を水平面内において任意の位置に移動させることができる。
【００２６】
ベース２０１上にはブレーキプレート２１２が固定されている。試料位置決め装置１０６のアクティブブレーキ（詳細は後述）を作動させることにより、アクティブブレーキのブレーキパッド３０４（図３で後述）が下方に押し出されてブレーキプレート２１２に押し付けられ、水平方向のブレーキ力が得られる。
【００２７】
中間テーブル１０８、Ｘ軸中間スライダ２０２ａ、Ｙ軸中間スライダ２０２ｂには、ブレーキパッド３０４の動作と干渉しないようにするため、中央にブレーキパッド３０４の通る穴を設けた枠型の構造としている。
【００２８】
中間テーブル１０８の上には試料位置決め装置１０６が固定され、さらにその上にトップテーブル１０４が固定される。トップテーブル１０４には、Ｘ軸レーザ干渉計１０５ａが照射したＸ軸方向のレーザ光を反射するＸ軸平面ミラー１０９ａと、Ｙ軸レーザ干渉計１０５ｂが照射したＹ軸方向のレーザ光を反射するＹ軸平面ミラー１０９ｂとが設けられている。
【００２９】
図３は、試料位置決め装置１０６を斜め下方向から見た斜視図である。以下図３にしたがって、試料位置決め装置１０６の詳細構成を説明する。
【００３０】
ブレーキパッド３０４は、ブレーキプレート２１２に押し付けることによってＸＹ平面内のブレーキ力を得るための部材であり、中央のブレーキパッド固定部３０５に固定されている。ブレーキパッド固定部３０５には、梁状部材である４つのブレーキ接続ロッド３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄが接続されている。
【００３１】
各ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄの外側には、４つの圧電アクチュエータ１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄがそれぞれ配置されている。圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄとブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄの間には、内枠３０６が配置されている。
【００３２】
全ての圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄに同極性の電圧を印加して伸縮させることにより、内枠３０６が変形してブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄが内枠３０６の中心に向かって変位する。これにより、ブレーキパッド固定部３０５が下方向に押し出され、ブレーキパッド３０４がブレーキプレート２１２と接触し、ＸＹ平面内におけるブレーキ力が得られる。すなわち、ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄ、圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄ、ブレーキパッド３０４、ブレーキパッド固定部３０５が協調動作することにより、アクティブブレーキとしての機能を発揮することができる。
【００３３】
圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄの外側には、外枠３０７が配置されている。外枠３０７の上には、トップテーブル１０４が固定される。内枠３０６の４隅と外枠３０７の４隅は、弾性支持部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄで接続されている。弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄは、圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄを動作させるときに内枠３０６または外枠３０７がＸＹ平面に対して傾かないように支持する。
【００３４】
図４は、試料位置決め装置１０６の上面図および側面図である。以下図４にしたがって試料位置決め装置１０６の概略動作を説明する。
【００３５】
試料位置決め装置１０６は、主に弾性フレームと圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄから構成される。弾性フレームは、内枠３０６、内枠３０６を囲むように配置された外枠３０７、内枠３０６の外側の隅と外枠３０７の内側の隅をつなぐ４つの弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄから構成される。
【００３６】
内枠３０６は中間テーブル１０８上に固定されており、外枠３０７上にトップテーブル１０４が固定される。内枠３０６と外枠３０７の間は、４つの圧電アクチュエータ３０３ａ〜３０３ｄで架橋されている。
【００３７】
圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄを全て伸ばすと、ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄがブレーキパッド固定部３０５を下方向に押し出し、ブレーキパッド３０４をブレーキプレート２１２に押し付ける。これにより、内枠３０６がブレーキプレート２１２に対して動かないように制動力を得ることができる。
【００３８】
また、対向する圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂの組み合わせ、あるいは圧電アクチュエータ１０７ｃと１０７ｄの組み合わせを用いて、外枠３０７に対して力を与えることにより、弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄを変形させ、内枠３０６に対して外枠３０７を変位させることができる。例えば、ブレーキパッド３０４をブレーキプレート２１２に押し付けた後、圧電アクチュエータ１０７ａを伸ばし圧電アクチュエータ１０７ｂを縮めると、図４のＸ軸負方向にブレーキパッド固定部３０５を変位させることができる。
【００３９】
試料１１０を位置決めする際には、まず所望位置にステージ１０３を移動させた後、圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄを駆動してアクティブブレーキを作動させ、ステージ１０３に対するトップテーブル１０４の位置を数百ミリメートルオーダで調整する。その後、対向する圧電アクチュエータを反対方向に動作させてトップテーブル１０４の位置を数十ナノメートルオーダで微調整する。
【００４０】
トップテーブル１０４の位置を微調整する際には、ブレーキパッド３０４がブレーキプレート２１２と接触して押し付けられているので、圧電アクチュエータを動作させても内枠３０６はほぼ変形せず、外枠３０７のみを変位させることができる。また、外枠３０７を変位させる際に圧電アクチュエータが動作する量は、ブレーキパッド３０４を押し出す際の動作量と比較してごく僅かである。すなわち、トップテーブル１０４の位置を微調整する際に内枠３０６が変形することによってトップテーブル１０４の位置決め精度に及ぼす影響はほとんどない。
【００４１】
また、本実施形態１における弾性フレームは、弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄのＸ軸方向に対する角度である弾性支持部角度４０１を４５度とし、内枠３０６および外枠３０７に対して斜め方向に弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄを形成している。これにより、単一の弾性支持部によって内枠３０６および外枠３０７をＸ方向およびＹ方向に案内することができるため、Ｘ方向およびＹ方向それぞれに案内機構を設ける必要がない。
【００４２】
なお、図４に示した弾性フレームは、内枠３０６および外枠３０７の形状が正方形であり、弾性支持部３０３ａ〜３０３ｄの弾性支持部角度４０１が４５度、すなわち、内枠３０６および外枠３０７の対角線方向となっているが、これに限られるものではない。例えば、弾性支持部角度４０１が４５度以外の角度であっても、外枠３０７がＸ方向およびＹ方向の両方向に変位できれば、弾性支持部としての機能を果たすことができる。さらに、弾性支持部角度４０１の設計値を変えることにより、外枠３０７のＸ方向およびＹ方向における変位量を調整することができる。
【００４３】
図５は、ブレーキ接続ロッド３０１ａ〜３０１ｄの角度を様々に変えた場合における試料位置決め装置１０６の形状例を示す図である。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ブレーキパッド固定部３０５と内枠３０６を接続するブレーキ接続ロッド３０１の斜め方向の角度を変化させることにより、ロッドヒンジ部５１１ａの水平方向の変位に対するロッドヒンジ部５１１ｂの垂直方向の可動量を変えることができる。ただし、ブレーキ接続ロッド長さ５１２を一定値Ｌとする。
【００４４】
図６は、ブレーキ接続ロッド３０１の傾きとロッドヒンジ部の位置との間の関係を示す図である。ロッドヒンジ部座標６０１が図５のロッドヒンジ部５１１ａに対応し、ロッドヒンジ部座標６０２が図５のロッドヒンジ部５１１ｂに対応している。
【００４５】
ロッドヒンジ部５１１ａは水平方向にのみ変位し、ロッドヒンジ部５１１ｂは垂直方向にのみ変位する場合を考える。すなわち、ロッドヒンジ部座標６０１のＹ座標を０、ロッドヒンジ部６０２のＸ座標を０とする。ブレーキ接続ロッド３０１の長さを一定とするため、ロッドヒンジ部座標６０１とロッドヒンジ部座標６０２との間の距離は一定値Ｌとする。ブレーキ接続ロッド３０１がＸＹ平面に対して形成する角度は、ロッド角度６０３とする。
【００４６】
図７は、図６で説明した条件の下で、ロッドヒンジ部座標６０１を（Ｘ，０）、ロッドヒンジ部座標６０２を（０，Ｙ）とし、−Ｌ＜Ｘ＜０および−Ｌ＜Ｙ＜０の範囲でヒンジ部座標を変化させたときのＸ／ＬとＹ／Ｌの関係を示すグラフである。
【００４７】
点７０２は、Ｘ／Ｌ＝０すなわちブレーキ接続ロッド３０１が水平である場合に対応しており、Ｘの変化に対するＹの変化が最大である。すなわち、ブレーキ接続ロッド３０１を水平にすることにより、図５におけるロッドヒンジ部５１１ａの水平方向の変位に対するロッドヒンジ部５１１ｂの変位が最大となり、圧電アクチュエータ１０７の変位に対するブレーキパッド固定部３０５の変位が最大となる。
【００４８】
点７０３は、Ｙ／Ｌ＝０すなわちブレーキ接続ロッド３０１が垂直である場合に対応しており、圧電アクチュエータ１０７の変位に対するブレーキパッド固定部３０５の変位が最小となる。
【００４９】
したがって、図５（ａ）のようにブレーキ接続ロッドが水平に近い場合にブレーキパッド３０４の変位量が最大となり、図５（ｂ）あるいは（ｃ）のようにロッド角度６０３が大きくなるのにともなって、ブレーキパッド３０４の変位量は小さくなる。
【００５０】
ブレーキ接続ロッド３０１が水平になるほど、ロッドヒンジ部５１１ｂが下方向ではなく上方向に変位する可能性が大きくなり、安定したブレーキ力が得られない。また、ブレーキパッド３０４がブレーキプレート２１２に接触することによる衝撃力が問題となる場合は、ロッド角度６０３を調整してブレーキパッド３０４の変位を抑えることが有効である。この関係を利用して、ブレーキパッド３０４を変位させる必要がある量に基づき、ブレーキ接続ロッド３０１の角度を設計することができる。
【００５１】
図８は、測長シーケンスとトップテーブル１０４の振動との関係を示すグラフである。測長シーケンスでは、はじめに例えば数十ミリメートルオーダで測長点へステージを移動させた後、測長点へのアドレッシングおよび高倍率へのオートフォーカスが実施され、続いて高倍率で画像が取得される。試料位置決め装置１０６は、高倍率で画像取得するときにおけるナノメートルオーダの微小残留振動８０１を抑制するために用いられる。すなわち、制御部１１１は、主に測長シーケンスにおける高倍率画像取得を実施しているときに試料位置決め装置１０６を制御する。
【００５２】
図９は、図８の測長シーケンスにおけるリニアモータ、試料位置決め装置１０６、および試料位置決め装置１０６が備えるアクティブブレーキそれぞれの出力変動を示す図である。以下図９にしたがって、測長シーケンスにおける各要素の動作を説明する。
【００５３】
測長点へステージ１０３を移動させるときは、リニアモータのみでステージ１０３を位置決めする。すなわち、リニアモータの推力最大値には制限をかけず１００％とし、試料位置決め装置１０６およびアクティブブレーキを使用しない。
【００５４】
測長点へのアドレッシングおよび高倍率へのオートフォーカスを実施する段階で、リニアモータ推力を減少させるべく、推力の最大値に制限をかける。同時にアクティブブレーキを徐々に作用させるために、全ての圧電アクチュエータ１０７ａ〜１０７ｄに対する印加電圧を徐々に増大させる。これによりブレーキパッド３０４の変位が次第に増加し、ブレーキパッド３０４とブレーキプレート２１２が接触した時点で最大値に達する。
【００５５】
ブレーキパッド３０４の変位が最大値に達した後、対向する圧電アクチュエータ１０７間の印加電圧の差分の最大値を徐々に増加させる。これにより、外枠３０７が変位できる最大幅が次第に増加する。
【００５６】
以上のように、制御部１１１は、リニアモータによってステージ１０３を高速移動させている状態から、試料位置決め装置１０６によってアクティブ除振する状態への遷移を連続的に実施し、急峻なステップ状の出力変化によってインパルス状の振動が発生することを防止する。
【００５７】
図１０は、圧電アクチュエータ１０７に対する印加電圧と試料位置決め装置１０６の変位との間の関係を示す図である。図１０（ａ）（ｂ）は、対向する圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂに対する印加電圧の変化を示す。図１０（ｃ）は、ブレーキパッド３０４の変位を示す。図１０（ｄ）は、ブレーキパッド３０４がブレーキプレート２１２と接触した以降における外枠３０７の変位を示す。
【００５８】
図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、アクティブブレーキを作動させるときは、制御部１１１は圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂともに正極性の電圧を印加する。これら印加電圧の和がブレーキパッド３０４の変位となる。アクティブブレーキが作動してブレーキパッド３０４の変位が最大に達した後、そのときの印加電圧を維持する。
【００５９】
アクティブブレーキを作動させた後、外枠３０７を微小変位させることによってトップテーブル１０４の位置を微調整するときは、制御部１１１は圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂへ反対極性の電圧を印加する。これら印加電圧の差によって、圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂは逆向きに動作し、外枠３０７を微小変位させてトップテーブル１０４の位置を微調整する。このときの微小変位は、トップテーブル１０４の振動を打ち消す方向とする。
【００６０】
このように、制御部１１１は、圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂに対する印加電圧の和と差によってそれぞれアクティブブレーキのブレーキ力とトップテーブル１０４の位置を制御するので、同じ圧電アクチュエータ１０７に対する動作制御でありながら、それぞれを独立に制御することができる。
【００６１】
なお、トップテーブル１０４の位置を微調整するために圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂへ印加する反対極性の電圧は、アクティブブレーキを作動させるために印加する同極性の電圧と比べて、例えば１００分の１程度の僅かなものである。そのため、圧電アクチュエータ１０７に対する印加電圧の大きさの観点でも、アクティブブレーキの動作制御とトップテーブル１０４の位置制御は、互いにほとんど干渉しない。したがって、これら２つの観点から、制御部１１１はアクティブブレーキのブレーキ力とトップテーブル１０４の位置を独立して制御することができるといえる。
【００６２】
また、一般に圧電アクチュエータに対して負の印加電圧をかけると圧電アクチュエータが破損する可能性がある。図１０においては、トップテーブル１０４の位置を微調整するため圧電アクチュエータ１０７ａと１０７ｂに反対極性の電圧を印加するので、このときにいずれかの圧電アクチュエータに負電圧が印加される可能性がある。そこで、圧電アクチュエータの印加電圧に対して例えば１０Ｖのバイアス電圧をかけた上で、１０Ｖの前後±１０Ｖの範囲で圧電アクチュエータを使用し、破損を防止するのが一般的である。
【００６３】
しかし本実施形態１では、アクティブブレーキを作動させた後にトップテーブル１０４の位置を微調整するので、その時点では圧電アクチュエータに対する印加電圧は反対極性の電圧よりも例えば１００倍程度の大きな値になっており、圧電アクチュエータに負電圧が印加される可能性は実質的にないといえる。すなわち、本実施形態１では、アクティブブレーキを作動させることが、圧電アクチュエータにバイアス電圧を設定する役割を兼ねていることになるので、制御動作を簡易化することができる点で有利である。
【００６４】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る試料位置決め装置１０６は、ステージ１０３上に配置され、ブレーキパッド３０４をステージ１０３上のブレーキプレート２１２に押し付けてトップテーブル１０４を停止させた上で外枠３０７を変位させてトップテーブル１０４をアクティブ除振する。これにより、リニアモータの出力を停止させることなく試料１１０を精度よく位置決めすることができる。
【００６５】
また、本実施形態１に係る試料位置決め装置１０６は、トップテーブル１０４の位置を微調整するときは、アクティブブレーキを作動させるときよりも例えば１００分の１程度に小さい電圧を、圧電アクチュエータ１０７に印加する。これにより、トップテーブル１０４の位置を微調整するときは内枠３０６がほとんど動かないので、内枠３０６の変位が位置決め精度に及ぼす影響を抑えることができる。
【００６６】
また、本実施形態１に係る試料位置決め装置１０６は、アクティブブレーキを作動させた後にトップテーブル１０４の位置を微調整する。これにより、対向する圧電アクチュエータ１０７に反対極性の電圧を印加するときは、印加電圧が全体として大きな値になっているので、圧電アクチュエータ１０７に負電圧が印加される可能性は実質的にない。すなわち、圧電アクチュエータ１０７にバイアス電圧を印加する必要がなくなり、制御部１１１の制御動作を簡易化することができる。
【００６７】
＜実施の形態２＞
実施形態１では、本発明者によってなされた発明を具体的に説明したが、本発明は実施形態１で説明した態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６８】
例えば、レーザ干渉計１０５、制御部１１１は、試料位置決め装置１０６の一部として構成することもできるし、これらを別部品として構成して適当な接続線などによって接続して協調動作させることもできる。その他の部品などについても同様である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１：鏡筒
１０２：真空チャンバ
１０３：ステージ
１０４：トップテーブル
１０５：レーザ干渉計
１０５ａ：Ｘ軸レーザ干渉計
１０５ｂ：Ｙ軸レーザ干渉計
１０６：試料位置決め装置
１０７：圧電アクチュエータ
１０７ａ〜１０７ｄ：圧電アクチュエータ
１０８：中間テーブル
１０９：平面ミラー
１０９ａ：Ｘ軸平面ミラー
１０９ｂ：Ｙ軸平面ミラー
１１０：試料
２０１：ベース
２０２ａ：Ｘ軸中間スライダ
２０２ｂ：Ｙ軸中間スライダ
２０７ａ：Ｘ軸リニアガイド
２０７ｂ：Ｘ軸リニアガイド
２０８ａ：Ｙ軸リニアガイド
２０８ｂ：Ｙ軸リニアガイド
２０９ａ：Ｘ軸リニアモータ
２０９ｂ：Ｙ軸リニアモータ
２１２：ブレーキプレート
３０１ａ〜３０１ｄ：ブレーキ接続ロッド
３０３ａ〜３０３ｄ：弾性支持部
３０４：ブレーキパッド
３０５：ブレーキパッド固定部
３０６：内枠
３０７：外枠
４０１：弾性支持部角度
５１１ａ〜５１１ｂ：ロッドヒンジ部
５１２：ブレーキ接続ロッド長さ
６０１〜６０２：ロッドヒンジ部座標
６０３：ロッド角度
８０１：残留振動振幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料をステージに対して位置決めする装置であって、
前記試料を載置するトップテーブルと、
前記トップテーブの下方に配置され、前記トップテーブルが前記ステージに対して移動する方向に対する反力を発生させて前記トップテーブルを停止させるアクティブブレーキと、
前記トップテーブの下方に配置され、前記アクティブブレーキの周囲を囲む内枠と、
前記トップテーブの下方に配置され、前記内枠の周囲を囲む外枠と、
前記内枠と前記外枠の間に配置され、前記アクティブブレーキを駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記アクティブブレーキは前記内枠に固定され、前記トップテーブルは前記外枠に固定されており、
前記アクチュエータは、
前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させた後、前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整する
ことを特徴とする試料位置決め装置。
【請求項２】
前記アクチュエータの動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整するときは、前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させるときよりも、前記アクチュエータの稼動量を小さくする
ことを特徴とする請求項１記載の試料位置決め装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、
前記内枠に沿って前記アクティブブレーキの周囲に複数配置され、
全ての前記複数のアクチュエータが同極性に動作すると前記アクティブブレーキを駆動し、前記複数のアクチュエータのうち少なくともいずれかが他の前記アクチュエータとは反対の極性に動作するとその極性差分に応じて前記外枠を押圧するように構成されており、
前記制御部は、
前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させるときは、前記複数のアクチュエータ全てを同極性に動作させ、
前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整するときは、前記複数のアクチュエータのうち少なくともいずれかに対して他の前記アクチュエータとは反対の極性に動作させる
ことを特徴とする請求項２記載の試料位置決め装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、
負電圧を印加すると破損する圧電アクチュエータを用いて構成されており、
前記制御部は、
前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整するときは、前記複数のアクチュエータのうち少なくともいずれかに対して、所定のバイアス電圧を基準として負極性の電圧を印加し、その他の前記アクチュエータには前記バイアス電圧を基準として正極性の電圧を印加し、
前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させるときは、前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整する際に前記アクチュエータに負極性の電圧を印加しても印加電圧が負電圧とならない程度に十分大きい正電圧を、前記バイアス電圧として印加する
ことを特徴とする請求項３記載の試料位置決め装置。
【請求項５】
前記アクティブブレーキは、
ブレーキパッドを前記ステージに対して押し付けて前記反力を得るように構成されており、
前記アクチュエータは、
前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させるときは、前記ブレーキパッドを前記ステージに向かって押し出すことにより前記ブレーキパッドを前記ステージに対して押し付ける
ことを特徴とする請求項１記載の試料位置決め装置。
【請求項６】
前記アクティブブレーキは、
前記ステージに対して押し付けることにより前記反力を得るように構成されたブレーキパッドと、
前記ブレーキパッドと前記内枠を機械的に接続する梁状部材と、
を有し、
前記アクチュエータは、
前記アクティブブレーキを駆動するときは前記梁状部材を押し出すことによって前記ブレーキパッドを下方に押し出して、前記ブレーキパッドを前記ステージに対して押し付ける
ことを特徴とする請求項１記載の試料位置決め装置。
【請求項７】
前記内枠と前記外枠を接続する弾性を備えた弾性支持部を備え、
前記弾性支持部は、前記アクチュエータが前記外枠を押圧する方向に対して斜め向きの方向に、前記内枠と前記外枠を架橋して接続している
ことを特徴とする請求項１記載の試料位置決め装置。
【請求項８】
前記内枠は前記アクティブブレーキの周囲を囲む矩形枠として構成され、前記外枠は前記内枠の周囲を囲む矩形枠として構成されており、
前記弾性支持部は、
前記内枠の角部と前記外枠の角部との間を架橋しており、
前記アクティブブレーキは、
前記ステージに対して押し付けることにより前記反力を得るように構成されたブレーキパッドと、
前記ブレーキパッドと前記内枠の各辺との間を架橋する梁状部材と、
を有し、
前記アクチュエータは、
前記内枠の各辺と前記外枠の各辺との間にそれぞれ配置されており、
前記アクティブブレーキを駆動するときは前記梁状部材を押し出すことによって前記ブレーキパッドを下方に押し出して、前記ブレーキパッドを前記ステージに対して押し付ける
ことを特徴とする請求項７記載の試料位置決め装置。
【請求項９】
前記トップテーブルの位置を計測する位置計測部を備え、
前記制御部は、
前記位置測定部が計測する前記トップテーブルの位置に基づき、前記アクチュエータに印加する電圧をフィードバック制御する
ことを特徴とする請求項２記載の試料位置決め装置。
【請求項１０】
請求項１記載の試料位置決め装置を備えたことを特徴とする試料ステージ。
【請求項１１】
請求項１０記載の試料ステージを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１】
試料をステージに対して位置決めする装置であって、
前記試料を載置するトップテーブルと、
前記トップテーブの下方に配置され、前記トップテーブルが前記ステージに対して移動する方向に対する反力を発生させて前記トップテーブルを停止させるアクティブブレーキと、
前記トップテーブの下方に配置され、前記アクティブブレーキの周囲を囲む内枠と、
前記トップテーブの下方に配置され、前記内枠の周囲を囲む外枠と、
前記内枠と前記外枠の間に配置され、前記アクティブブレーキを駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記アクティブブレーキは前記内枠に固定され、前記トップテーブルは前記外枠に固定されており、
前記アクチュエータは、
前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させた後、前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整する
ことを特徴とする試料位置決め装置。
【請求項２】
前記アクチュエータの動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整するときは、前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させるときよりも、前記アクチュエータの稼動量を小さくする
ことを特徴とする請求項１記載の試料位置決め装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、
前記内枠に沿って前記アクティブブレーキの周囲に複数配置され、
全ての前記複数のアクチュエータが同極性に動作すると前記アクティブブレーキを駆動し、前記複数のアクチュエータのうち少なくともいずれかが他の前記アクチュエータとは反対の極性に動作するとその極性差分に応じて前記外枠を押圧するように構成されており、
前記制御部は、
前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させるときは、前記複数のアクチュエータ全てを同極性に動作させ、
前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整するときは、前記複数のアクチュエータのうち少なくともいずれかに対して他の前記アクチュエータとは反対の極性に動作させる
ことを特徴とする請求項２記載の試料位置決め装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、
負電圧を印加すると破損する圧電アクチュエータを用いて構成されており、
前記制御部は、
前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整するときは、前記複数のアクチュエータのうち少なくともいずれかに対して、所定のバイアス電圧を基準として負極性の電圧を印加し、その他の前記アクチュエータには前記バイアス電圧を基準として正極性の電圧を印加し、
前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させるときは、前記外枠を押圧して前記トップテーブルの位置を調整する際に前記アクチュエータに負極性の電圧を印加しても印加電圧が負電圧とならない程度に十分大きい正電圧を、前記バイアス電圧として印加する
ことを特徴とする請求項３記載の試料位置決め装置。
【請求項５】
前記アクティブブレーキは、
ブレーキパッドを前記ステージに対して押し付けて前記反力を得るように構成されており、
前記アクチュエータは、
前記アクティブブレーキを駆動して前記トップテーブルを前記ステージに対して停止させるときは、前記ブレーキパッドを前記ステージに向かって押し出すことにより前記ブレーキパッドを前記ステージに対して押し付ける
ことを特徴とする請求項１記載の試料位置決め装置。
【請求項６】
前記アクティブブレーキは、
前記ステージに対して押し付けることにより前記反力を得るように構成されたブレーキパッドと、
前記ブレーキパッドと前記内枠を機械的に接続する梁状部材と、
を有し、
前記アクチュエータは、
前記アクティブブレーキを駆動するときは前記梁状部材を押し出すことによって前記ブレーキパッドを下方に押し出して、前記ブレーキパッドを前記ステージに対して押し付ける
ことを特徴とする請求項１記載の試料位置決め装置。
【請求項７】
前記内枠と前記外枠を接続する弾性を備えた弾性支持部を備え、
前記弾性支持部は、前記アクチュエータが前記外枠を押圧する方向に対して斜め向きの方向に、前記内枠と前記外枠を架橋して接続している
ことを特徴とする請求項１記載の試料位置決め装置。
【請求項８】
前記内枠は前記アクティブブレーキの周囲を囲む矩形枠として構成され、前記外枠は前記内枠の周囲を囲む矩形枠として構成されており、
前記弾性支持部は、
前記内枠の角部と前記外枠の角部との間を架橋しており、
前記アクティブブレーキは、
前記ステージに対して押し付けることにより前記反力を得るように構成されたブレーキパッドと、
前記ブレーキパッドと前記内枠の各辺との間を架橋する梁状部材と、
を有し、
前記アクチュエータは、
前記内枠の各辺と前記外枠の各辺との間にそれぞれ配置されており、
前記アクティブブレーキを駆動するときは前記梁状部材を押し出すことによって前記ブレーキパッドを下方に押し出して、前記ブレーキパッドを前記ステージに対して押し付ける
ことを特徴とする請求項７記載の試料位置決め装置。
【請求項９】
前記トップテーブルの位置を計測する位置計測部を備え、
前記制御部は、
前記位置測定部が計測する前記トップテーブルの位置に基づき、前記アクチュエータに印加する電圧をフィードバック制御する
ことを特徴とする請求項２記載の試料位置決め装置。
【請求項１０】
請求項１記載の試料位置決め装置を備えたことを特徴とする試料ステージ。
【請求項１１】
請求項１０記載の試料ステージを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０１８３７（Ｐ２０１３−１０１８３７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５０６４（Ｐ２０１１−２４５０６４）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【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２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【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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