DE10025589A1

DE10025589A1 - Bühne für Ladungsteilchen-Mikroskopiesystem

Info

Publication number: DE10025589A1
Application number: DE10025589A
Authority: DE
Inventors: Chiwoei Wayne Lo; Daniel N Bui
Original assignee: Schlumberger Technologies Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: JP2000357482A; KR20010029736A; DE10025589B4; KR100639440B1; TW446986B; FR2798511A1; FR2798511B1; US6252705B1

Abstract

Eine Bühnenbaueinheit zum Halten eines Werkstücks in einem Ladungsteilchen-Mikroskopiesystem enthält einen magnetischen Motor, z. b. einen bürstenlosen linearen Servomotor, der eine X-Plattform antreibt, die auf einer Basis längs der X-Achse fährt, einen nichtmagnetischen Motor, z. B. einen linearen piezoelektrischen Motor, der eine Y-Plattform antreibt, die auf der X-Plattform längs der Y-Achse fährt, und einen nichtmagnetischen Drehmotor, z. B. einen piezoelektrischen Motor, der eine Drehplattform über der Y-Plattform dreht. Die Einschaltdauer des magnetischen Motors ist wesentlich größer als die Einschaltdauer des nichtmagnetischen Motors und des nichtmagnetischen Drehmotors. Diese Tatsache ergibt in Verbindung mit der besonderen Anordnung der Motoren und der Plattformen eine kompakte, dauerhafte und vakuumverträgliche Bühne, die minimale mechanische Schwingungen, eine minimale Störung mit dem Ladungsteilchen-Mikroskop, eine minimale Teilchenerzeugung und eine Bereichsabdeckung mit hoher Geschwindigkeit zeigt.

Description

Die Erfindung betrifft Ladungsteilchen-Systeme und insbe sondere eine Bühne, die für die Verwendung in einem Ladungsteilchen-System geeignet ist.

Da die kritischen Abmessungen mikroelektronischer Schal tungen fortgesetzt kleiner werden, nimmt die Genauigkeit vorhandener optischer Systeme für die Ausführung von Aufgaben wie etwa der Identifizierung von Defekten in bemusterten Substraten (z. B. Halbleiter-Wafern oder optischen Masken) und der Messung kritischer Abmessungen (z. B. der Metalleitungsbreite oder der Kontaktlochgröße) ab. Aus diesem Grund haben Ladungsteilchen-Mikroskopiesy steme wie etwa Ladungsteilchenstrahl-Systeme (z. B. Elektronenstrahl- oder Ionenstrahl-Systeme) mit ihrer hohen Bildauflösung Verbreitung gefunden.

Ein Ladungsteilchen-Mikroskopiesystem enthält typischer weise eine Bühne, die sich in zwei Dimensionen XY-Ebene) bewegt und folgende Anforderungen erfüllt:

a) hohe Durchschnittszeit vor dem Ausfall (MTBF = high meantime before failure),
b) Bereichsabdeckung mit hoher Geschwindigkeit,
c) geringe mechanische Schwingungen während der Bewe gung,
d) Verträglichkeit mit hohem Vakuum (1,333 . 10^-7 kPa oder weniger),
e) minimale Störung (von aktiven oder passiven, stati schen oder sich ändernden Quellen) des Ladungsteil chen-Mikroskops (Linse und Strahl),
f) geringe Teilchenerzeugung und
g) kompakte Struktur.

Eine hohe MTBF (die MTBF ist ein Maß für die Haltbarkeit) der Bühne ist wegen der großen Menge von Wafern, die sich durch eine Fertigungsanlage bewegen, wegen der Anzahl von Prozeßschritten, in denen eine Waferuntersuchung und CD- Messungen erforderlich sind, und wegen des verhältnismä ßig kleinen Gesichtsfeldes der optischen Kolonne des Mikroskops wichtig. Diese Betrachtungen machen auch eine Bereichsabdeckung mit hoher Geschwindigkeit zu einem wesentlichen Gesichtspunkt, damit ein vernünftiger Durch satz erzielt werden kann. Geringe mechanische Schwingun gen sind eine Voraussetzung für eine genaue Messung durch das Ladungsteilchen-Mikroskop, mit dem beispielsweise die Wafer-Untersuchung bei sich bewegender Bühne ausgeführt wird (d. h. die Größe der Schwingungen der Bühne müssen geringer als die durch das Ladungsteilchen-Mikroskop auflösbare Merkmalsgröße sein). Die Kompatibilität mit einem hohen Vakuum ist erforderlich, da in einem Ladungs teilchenstrahl-System der Strahl nicht durch Luft laufen kann, so daß eine Vakuumumgebung erforderlich ist. Die gegenseitige Störung des Ladungsteilchen-Mikroskops mit passiven oder aktiven, statischen oder sich ändernden Quellen muß minimal gemacht werden, um eine Abbildung mit hoher Auflösung und eine präzise Positionierung des Strahls sicherzustellen. Die Verunreinigung von Wafern aufgrund von durch die Bühne erzeugten Teilchen muß so gering wie möglich gehalten werden, um die Verwendung des Systems in der Straße der Fertigungsanlage zuzulassen. Schließlich wird durch eine Bühne mit kompakter Struktur die System-Fußfläche reduziert. Dies ist besonders wich tig, falls das System in einem Reinraum verwendet werden soll, da typischerweise die Kosten der Wartung eines Reinraums zu seiner Größe proportional sind. Außerdem kann eine kleinere Bühne in einer kleineren Vakuumkammer untergebracht werden, die schneller auf das erforderliche Vakuum evakuiert werden kann.

Die X- und Y-Plattformen einer Bühne werden typischer weise entweder durch magnetische Motoren (z. B. lineare bürstenlose Servomotoren) oder nichtmagnetische Motoren (z. B. piezoelektrische Motoren) angetrieben. Da sich die festen und die beweglichen Komponenten eines bürstenlosen magnetischen Motors während des Betriebs nicht berühren, sind sowohl Schwingungen als auch die Teilchenerzeugung dieses Motortyps minimal, ferner ist seine Lebensdauer relativ lang (keine natürliche Abnutzung). Diese Eigen schaften machen den magnetischen Motor zusammen mit seiner hohen Geschwindigkeit und seiner hohen Drehzahl zu einem geeigneten Kandidaten für den Antrieb der X- und Y- Plattformen. Magnetische Motoren besitzen jedoch starke Magneten und ein Gehäuse mit hoher Permeabilität, die die Optik des Ladungsteilchen-Mikroskops und die Strahlposi tionierung ernsthaft stören kann.

Nichtmagnetische Motoren enthalten keine magnetischen Werkstoffe und werden gewöhnlich für eine präzise Bühnen positionierung verwendet. Da sich jedoch die festen und die beweglichen Komponenten nichtmagnetischer Motoren während des Betriebs berühren, besitzen sie eine gerin gere Lebensdauer, führen höhere Schwingungen aus und erzeugen mehr Teilchen als magnetische Motoren. Außerdem besitzen nichtmagnetische Motoren im allgemeinen eine niedrigere Geschwindigkeit und ein geringeres Drehmoment als magnetische Motoren.

Die Fig. 1a und 1b zeigen eine Draufsicht einer verein fachten Bühne 80, die magnetische Motoren verwendet, um sowohl die X-Plattform 30 als auch die Y-Plattform 20 (die übereinander angeordnet sind) anzutreiben. Die magnetischen Motoren befinden sich längs der Kanten der Plattformen und sind durch schraffierte Bereiche 50a, 50b, 60a und 60b bezeichnet. In Fig. 1a ist das Zentrum eines Wafers 40 unter einer optischen Kolonne 10 eines Ladungsteilchen-Mikroskops positioniert. Wie durch die mit A und B markierten Abstände angegeben ist, ist die Kolonne 10 von den magnetischen Motoren 50a/b und 60a/b ausreichend weit getrennt. Daher ist die gegenseitige Störung der magnetischen Motoren 50a/b und 60a/b mit der Kolonne 10 minimal.

Wenn jedoch die linken und rechten Kanten des Wafers 40 unter der Kolonne 10 wie in Fig. 1b positioniert sind, wird der Abstand zwischen der Kolonne 10 und einem der Motoren 50a/b viel kürzer (wie durch den mit A bezeichne ten Abstand angegeben ist). Wegen der großen Nähe des Motors 50b zur Kolonne 10 stören das Magnetfeld (z. B. Magnetbaueinheiten und die magnetische Abschirmung des Motors) und das elektromagnetische Feld (z. B. der Spu len) des Motors 50b die Kolonne 10.

Die gegenseitige Störung mit den magnetischen Motoren 50a/b kann bei Verwendung einer größeren Plattform 20, durch die der Abstand A erhöht wird, reduziert werden. Dies hat jedoch eine größere und schwerere Plattform 20 zur Folge, die größere Motoren erfordert, um beide Platt formen 20 und 30 anzutreiben. Dies unterläuft die Erzie lung einer mechanischen Präzision und die obenerwähnten sieben Anforderungen (i) bis (vii) an eine Bühne.

Die Verwendung nichtmagnetischer Motoren für den Antrieb der X- und Y-Plattformen beseitigt das Problem der gegen seitigen Störung, es verursacht jedoch andere störende Probleme wie etwa mechanische Schwingungen, Teilchener zeugung, langsame Bereichsabdeckung und geringe Lebens dauer.

Angesichts der Nachteile sowohl der magnetischen als auch der nichtmagnetischen Motoren ist eine Bühne für die Verwendung in einem Ladungsteilchen-Mikroskopiesystem erforderlich, die wenigstens die obengenannten sieben Anforderungen erfüllt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bühne für die Verwendung in einem Ladungsteilchen-Mikro skopiesystem zu schaffen, die einen magnetischen Motor und einen nichtmagnetischen Motor umfaßt, so daß: (i) eine hohe Durchschnittszeit vor dem Ausfall (MTBF) er zielt wird, (11) eine Bereichsabdeckung mit hoher Ge schwindigkeit erzielt wird, (iii) mechanische Schwingun gen während der Bewegung minimiert werden, (iv) die Bühne mit einem hohen Vakuum verträglich ist, (v) die gegensei tige Störung mit dem Ladungsteilchen-Mikroskop minimiert wird, (vi) die Teilchenerzeugung minimiert wird und (vii) eine kompakte Struktur erzielt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Bühne nach einem der Ansprüche 1 oder 31 bzw. durch ein Verfahren nach An spruch 38. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprü chen angegeben.

Erfindungsgemäß treibt der magnetische Motor die Bühne längs einer ersten Achse an, während der nichtmagnetische Motor die Bühne längs einer zweiten Achse antreibt. In einer Ausführungsform ist die relative Einschaltdauer des magnetischen Motors wesentlich größer als die relative Einschaltdauer des nichtmagnetischen Motors.

In einer Ausführungsform ist der magnetische Motor ein bürstenloser linearer Servomotor, während der nichtmagne tische Motor ein linearer piezoelektrischer Motor ist.

In einer weiteren Ausführungsform wird zwischen dem magnetischen Motor und einem Mikroskop, das dazu dient, ein Werkstück auf der Bühne zu beobachten, ein konstanter Abstand aufrechterhalten.

In einer weiteren Ausführungsform erzeugt ein nichtmagne tischer Drehmotor eine Drehbewegung, wobei die relative Einschaltdauer des magnetischen Motors wesentlich größer als die relative Einschaltdauer des nichtmagnetischen Drehmotors ist.

In einer weiteren Ausführungsform sind der magnetische Motor, der nichtmagnetische Motor, der nichtmagnetische Drehmotor und die Bühne vakuumverträglich.

In einer weiteren Ausführungsform enthält die Bühne eine erste Plattform, die mit dem magnetischen Motor gekoppelt und auf einer Basis längs der ersten Achse beweglich ist, sowie eine zweite Plattform, die mit dem nichtmagneti schen Motor gekoppelt ist und auf der ersten Plattform längs der zweiten Achse beweglich ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist mit dem nichtmagne tischen Drehmotor ein Drehtisch gekoppelt, der sich auf der zweiten Plattform drehen kann. An der Basis ist ein Mikroskop befestigt und so angeordnet, daß mit ihm ein Werkstück auf der Bühne beobachtet werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform ist der nichtmagneti sche Motor an der ersten Plattform befestigt und von den ersten und zweiten Plattformen eingeschlossen. Der magne tische Motor enthält eine Magnetspurbaueinheit, die an der Basis befestigt ist und eine Öffnung für die Aufnahme einer Spulenbaueinheit besitzt, wobei die Öffnung vom Mikroskop weggerichtet ist.

In einer weiteren Ausführungsform enthält die Bühne eine erste geradlinige Lagerschiene, die der ersten Plattform eine Bewegung auf der Basis ermöglicht, eine zweite geradlinige Lagerschiene, die der zweiten Plattform eine Bewegung auf der ersten Plattform ermöglicht, und ein Drehlager, das dem Drehtisch eine Drehung auf der zweiten Plattform ermöglicht. Zwischen der ersten geradlinigen Lagerschiene und dem Mikroskop wird ein konstanter Ab stand aufrechterhalten. In einer weiteren Ausführungsform ist die erste geradlinige Lagerschiene aus gehärtetem Stahl hergestellt, während die zweite geradlinige Lager schiene und das Drehlager aus gehärtetem Beryllium-Kupfer hergestellt sind. Die erste Plattform, die zweite Platt form und der Drehtisch sind aus Aluminium hergestellt.

In einer weiteren Ausführungsform enthält die Bühne einen weiteren nichtmagnetischen Motor, der mit der Bühne gekoppelt ist, um den Abstand zwischen dem Werkstück und dem Mikroskop einzustellen.

Erfindungsgemäß umfaßt ein Verfahren zum Betreiben einer Bühne die folgenden Schritte: Antreiben der Bühne längs einer ersten Achse durch einen magnetischen Motor und Antreiben der Bühne längs einer zweiten Achse durch einen nichtmagnetischen Motor. In einer Ausführungsform ist die relative Einschaltdauer des magnetischen Motors wesent lich größer als die relative Einschaltdauer des nichtma gnetischen Motors.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens umfaßt die folgenden Schritte: Anordnen eines Werkstücks auf der Bühne unter einem Mikroskop, Bewegen eines zu untersuchenden Bereichs des Werkstücks im Ge sichtsfeld des Mikroskops während der Einschaltdauer des nichtmagnetischen Motors und Untersuchen des Bereichs des Werkstücks während der Einschaltdauer des magnetischen Motors. In einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Bereich einen Streifen des Werkstücks, dessen Breite durch das Gesichtsfeld des Mikroskops definiert ist.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens umfaßt die folgenden Schritte: Anordnen eines Werkstücks auf der Bühne unter einem Mikroskop, Drehen des Werkstücks in der Weise, daß zwei Bereiche des Werk stücks zur ersten Achse parallel sind, und Vergleichen entsprechender Unterbereiche in den beiden Bereichen miteinander. In einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Vergleichsschritt: Erfassen erster Daten aus einem Unter bereich des ersten Bereichs, Bewegen zu einem entspre chenden Unterbereich des zweiten Bereichs während der Einschaltdauer des magnetischen Motors, Erfassen zweiter Daten im Unterbereich des zweiten Bereichs und Verglei chen der ersten und zweiten Daten. In einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Erfassungsschritt: Bewegen eines Streifens eines Unterbereichs in das Gesichtsfeld des Mikroskops während der Einschaltdauer des nichtmagne tischen Motors und Erfassen von Daten im Streifen während der Einschaltdauer des magnetischen Motors, wobei die Breite des Streifens durch das Gesichtsfeld des Mikro skops definiert ist. In einer weiteren Ausführungsform wird der Drehschritt durch einen nichtmagnetischen Dreh motor ausgeführt, wobei die relative Einschaltdauer des magnetischen Motors wesentlich größer als die relative Einschaltdauer des nichtmagnetischen Motors ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut lich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1a, 1b die bereits erwähnten Draufsichten einer herkömmlichen, vereinfachten Bühne mit magne tischen Motoren, die X- und Y-Plattformen an treiben, wobei unter einer optischen Kolonne die Mitte bzw. die linke Kante eines Wafers angeordnet sind;

Fig. 2 eine Bühne für die Verwendung in einem Ladungsteilchen-Mikroskopiesystem gemäß einer Ausführung der Erfindung;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A der Bühne nach Fig. 2;

Fig. 4 den Drehtischabschnitt von Fig. 3, der so beschaffen ist, daß er eine Z-Bewegung ermög licht;

Fig. 5a-5c vereinfachte Draufsichten der Bühne nach Fig. 2, in denen die Mitte, die linke Kante bzw. die untere Kante des Wafers unter der optischen Kolonne positioniert sind;

Fig. 6 eine Draufsicht eines Wafers zur Erläuterung eines spezifischen Bewegungsmusters für die Abdeckung eines Wafers sowie der Bewegungs richtung sowohl des magnetischen als auch des nichtmagnetischen Motors;

Fig. 7a, 7b Draufsichten eines Wafers, in denen zwei Chips dargestellt sind, wobei in Fig. 7b der Wafer von Fig. 7a so gedreht ist, daß die beiden Chips vertikal aufeinander ausgerich tet sind;

Fig. 8 das Bewegungsmuster für die Abdeckung eines der Chips in Fig. 7b sowie die Bewegungsrich tung sowohl des magnetischen als auch des nichtmagnetischen Motors; und

Fig. 9 eine mögliche Anwendung der Bühne der Fig. 2 und 3.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnli che oder gleiche Elemente.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Bühne, die für die Ver wendung in einem Ladungsteilchen-Mikroskopiesystem (z. B. für Untersuchungen von Wafern und optischen Masken und für CD- und Signalformmessungen) geeignet ist, einen magnetischen Motor und einen nichtmagnetischen Motor.

Fig. 2 zeigt eine Bühne 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Bühne 100 umfaßt eine erste Plattform 107 (die im folgenden als schnelle Plattform bezeichnet wird), die auf der Oberseite einer unbeweglichen Basis 113 angebracht ist, eine zweite Plattform 109 (die im folgenden als langsame Plattform bezeichnet wird), die auf der Oberseite der schnellen Plattform 107 angebracht ist (die langsame Plattform 109 ist so gezeigt, daß sie sich oberhalb der schnellen Plattform 107 befindet, ohne sie zu berühren, damit der Innenraum der Bühne 100 sicht bar ist), einen Drehtisch 110, der auf der Oberseite der langsamen Plattform 109 angebracht ist, und ein Wafer- Spannfutter (nicht gezeigt), das einen Wafer festhält und auf der Oberseite des Drehtisches 110 angebracht ist. Ein (nicht gezeigtes) Elektronenstrahlmikroskop wie etwa ein Rasterelektronenmikroskop oder ein Feldemission-Elektro nenstrahlmikroskop ist über dem Drehtisch 110 angeordnet und an der Basis 113 starr befestigt.

Die schnelle Plattform 107 bewegt sich über die Basis 113 längs einer in Fig. 2 mit X-Achse bezeichneten Achse. Die langsame Plattform 109 bewegt sich über der schnellen Plattform 107 längs einer in Fig. 2 mit Y-Achse bezeich neten Achse, wobei die Y-Achse zur X-Achse senkrecht ist. Der Drehtisch 110 kann sich über der langsamen Plattform 107 drehen.

Auf gegenüberliegenden Seiten der Basis 113 befinden sich zwei vakuumverträgliche magnetische Motoren 112a und 112b, die die schnelle Plattform 107 antreiben. Benach bart zu den Motoren 112a/b sind lineare Lagerschienen 117a und 117b angeordnet, die der Plattform 107 ein Gleiten über der Basis 113 längs der X-Achse ermöglichen.

Jeder der Motoren 112a/b enthält herkömmlicherweise eine Spule, die sich längs einer Magnetspur bewegt. In einer Ausführungsform werden für die Motoren 112a/b vakuumver trägliche, bürstenlose lineare Servomotoren (wie etwa der im Handel erhältliche LA-S-1-B-Motor von Anorad Corp. oder der ATS3400-Motor von Aerotech) verwendet, obwohl andere Typen magnetischer Motoren ebenfalls verwendet werden können.

Auf gegenüberliegenden Seiten der Plattform 109 befinden sich zwei vakuumverträgliche nichtmagnetische Motoren 103a und 103b, die die langsame Plattform 109 antreiben. Die geradlinigen Lagerschienen 118a und 118b befinden sich in der Nähe der Motoren 103a/b und ermöglichen der Plattform 109 ein Gleiten über die Plattform 107 längs der Y-Achse.

In einer Ausführungsform werden für die Motoren 103a/b vakuumverträgliche piezoelektrische Linearmotoren wie etwa der im Handel erhältliche SP-8 V-Motor von Anorad Corp. (bei dem die Bewegung durch eine Reihe von PZT- Elementen (Blei-Zirkonat-Titanat-Elementen), die eine keramische "Fingerspitze" gegen eine harte Arbeitsober fläche drücken, erzeugt wird), oder vakuumverträgliche Inchworm-Motoren von Burleigh-Instuments Inc. (in denen die Bewegung über eine sequentielle Aktivierung dreier PZT-Elemente, die mit einer Abtriebswelle gekoppelt sind, erzeugt wird) oder ein vakuumverträglicher MPSL-104-Motor von Micro Plus Systems Inc. verwendet. Außerdem können andere piezoelektrische Motoren wie etwa der im Handel erhältliche vakuumverträgliche Picometer-Motor von New Focus Inc., der eine Drehbewegung längs einer Verstell schraubenspindel nutzt, um eine lineare Bewegung zu erzielen, verwendet werden.

Auf gegenüberliegenden Seiten des Drehtisches 110 befin den sich zwei vakuumverträgliche nichtmagnetische Drehmo toren, die den Drehtisch 110 antreiben (wobei nur ein Motor 102a der beiden nichtmagnetischen Motoren sichtbar ist, da sich der zweite hinter dem Drehtisch 110 direkt gegenüber dem Motor 102a befindet). Ein (nicht gezeigtes) Drehlager, das zur Oberfläche des Drehtisches 110 senk recht ist, befindet sich in der Mitte des Drehtisches 110 und ermöglicht dem Tisch 110 eine Drehung über der Platt form 109.

Sämtliche der obengenannten Typen von piezoelektrischen Motoren mit Ausnahme des Inchworm-Motors können so ange paßt sein, daß sie eine Drehbewegung erzeugen, und können somit als Drehmotoren für den Antrieb des Tisches 110 verwendet werden.

Herkömmlicherweise werden zwei Interferometer-Spiegel 101a und 101b dazu verwendet, die Position der jeweiligen Plattformen 109 bzw. 107 zu verfolgen, wenn diese sich bewegen. Ein optischer Codierer 108 verfolgt die Position des Drehtisches 110, wenn sich dieser bewegt.

Die schnelle Plattform 107 und die langsame Plattform 109 können gemeinsam irgendein Teil eines Werkstücks (z. B. eines Wafers) auf dem Tisch 110 innerhalb des Gesichts feldes des Ladungsteilchen-Mikroskops bewegen. Der Dreh tisch 110 wird dazu verwendet, das Werkstück während Operationen wie etwa der Untersuchung des Werkstücks neu zu orientieren und das Werkstück auf die X- oder Y-Achse auszurichten, indem beispielsweise die horizontale oder die vertikale Kante der auf dem Wafer befindlichen Chips auf die X- oder Y-Achse ausgerichtet wird. Im allgemeinen sollte der Wafer auf die Achse ausgerichtet sein, längs derer die Wafer-Untersuchungen oder -Messungen meistens ausgeführt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn die Bewegung der Plattformen 107 und 109 nicht perfekt zuein ander senkrecht sind (z. B., weil die Plattformen 107 und 109 nicht mechanisch exakt aufeinander ausgerichtet sind). In einer Ausführungsform wird die Wafer-Untersu chung meistens längs der X-Achse ausgeführt, so daß der Wafer auf die X-Achse ausgerichtet wird.

Die nichtmagnetischen Motoren 103a/b sind, statt an der Außenseite der Bühne wie im herkömmlichen Fall angebracht zu sein, in der Bühne 100 angeordnet (d. h. durch die Plattformen 107 und 109 umschlossen, wie in Fig. 2 ge zeigt ist). Dadurch wird die Wafer-Verunreinigung stark reduziert, da die Plattformen 107 und 109 dazu beitragen, Teilchen, die durch den Betrieb dieser Motoren erzeugt werden, davon abzuhalten, den Wafer zu erreichen. Weiter hin dienen die Plattformen 107 und 109 als elektrische Abschirmungen um die Motoren und verhindern somit jegli che Störung durch die Versorgungswechselspannung der Motoren 103a/b.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A der Bühne 100 von Fig. 2. Außerdem ist eine Objektivlinse 111 des Elektronenstrahlmikroskops gezeigt, die direkt über dem Drehtisch 110 angeordnet ist. Die magnetischen Motoren 112a/b sind in die Bühne 100 in der Weise inte griert, daß ihre gegenseitige Störung mit der Objektiv linse 111 (oder sowohl mit der Linse als auch mit dem Strahl) minimiert ist. Jeder der magnetischen Motoren 112a/b enthält eine Magnetspurbaueinheit 106, die von einem Gehäuse 105 umschlossen ist, und eine damit zusam menwirkende Motorspulen-Baueinheit 115, die durch eine Spulenabschirmung 104 bedeckt ist.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Entwürfen, in denen die Motorspulen-Baueinheit unbeweglich ist und die Magnet spurbaueinheit sich bewegt, ist die Magnetspurbaueinheit 106 zusammen mit ihrem Gehäuse 105 an der Basis 113 verschraubt und somit unbeweglich. Falls eine Bewegung der Magnetspurbaueinheit 106 zusammen mit ihrer Anordnung starker Magneten zugelassen würde, würde die Stärke des Magnetfeldes an der Strahlposition schwanken und somit eine Strahldrift induzieren. Außerdem kann ein sich bewegendes Gehäuse 105 die optischen Eigenschaften einer magnetischen Objektivlinse beeinflussen, insbesondere diejenigen der Immersionslinse, die über der Bühne ein starkes Magnetfeld erzeugt. Es wird angemerkt, daß die Magnetspurbaueinheit 106 an der Basis 113 in der Weise verschraubt ist, daß ihre Stirnöffnung, die die Motorspu len-Baueinheit 115 aufnimmt, von der Objektivlinse 111 weggerichtet ist, wodurch die Störung des Magnetfeldes mit dem Strahl reduziert wird.

Die feste Plattform 107 ist mit der Motorspulen-Bauein heit 115 verbunden, weshalb die Bewegung der schnellen Plattform 107 auf die Achse senkrecht zur Ebene von Fig. 3 (X-Achse in Fig. 2) eingeschränkt ist. Die schnelle Plattform 107 trägt die langsame Plattform 109, den Drehtisch 110 und das (nicht gezeigte) Wafer-Spann futter. Die Bewegung der langsamen Plattform 109 erfolgt längs der Achse parallel zur Ebene von Fig. 3 (Y-Achse in Fig. 2).

Für die Bühne 100 der Fig. 2 und 3 kann an eine Z-Achsen bewegung wie in Fig. 4 gezeigt ausgeführt werden. Die Z- Achsenbewegung ermöglicht, den Abstand zwischen einem Werkstück (z. B. einem Wafer) auf dem Drehtisch 110 (Fig. 3) und dem Mikroskop 111 (Fig. 3) einzustellen. In Fig. 4 ist eine Z-Plattform (Neigungsplattform) 82 zwi schen einem Wafer-Spannfutter 83 und dem Drehtisch 110 angeordnet. Ein nichtmagnetischer Motor (nicht gezeigt) ist zwischen der Plattform 82 und dem Drehtisch 110 angeordnet und bewirkt eine Bewegung der Plattform 82 längs der Z-Achse relativ zum Drehtisch 110. Vakuumver trägliche piezoelektrische Motoren wie etwa die im Handel erhältlichen Motoren P-740 und P-741 von Physik Instru mente (PI) GmbH & Co. können verwendet werden (die Moto ren P-740 und P-741 besitzen kompakte Z-Abmessungen und können daher leicht in eine Bühne 100 integriert werden). Während der Bühnenbewegung kann die Z-Plattform 82 konti nuierlich eingestellt werden, um einen konstanten Ar beitsabstand zwischen dem Mikroskop und dem Werkstück aufrechtzuerhalten, so daß für die Wafer-Abbildung stets eine Fokussierung erreicht werden kann.

Die Fig. 5a, 5b und 5c zeigen eine vereinfachte Drauf sicht der Bühne 100 von Fig. 2, in der die Mitte, die linke Kante bzw. die untere Kante des Wafers 40 unter einer optischen Kolonne 10 eines Ladungsteilchen-Mikro skops angeordnet sind. Der Wafer 40 wird durch die durch den magnetischen Motor angetriebene schnelle Plattform 107 in horizontaler Richtung (X-Achse) bewegt und durch die durch den nichtmagnetischen Motor angetriebene lang same Plattform 109 in vertikaler Richtung (Y-Achse) bewegt. Die magnetischen Motoren 112a/b und die geradli nigen Lagerschienen 117a/b befinden sich an der Unter kante bzw. der Oberkante der Plattform 107, während sich die nichtmagnetischen Motoren 103a/b (nicht gezeigt) und die geradlinigen Lagerschienen 118a/b) an den rechten bzw. linken Kanten der Plattform 109 befinden.

Wie in den Fig. 5a, 5b und 5c durch den Abstand B angege ben ist, sind die magnetischen Motoren 112a/b und die Schienen 117a/b von der Kolonne 10 ständig ausreichend weit getrennt (d. h., daß zwischen der Kolonne 10 und den Motoren 112a/b und den Schienen 117a/b unabhängig davon, welcher Bereich des Wafers 40 sich unter der Kolonne 10 befindet, ein fester Abstand B aufrechterhalten wird). Daher wird jegliche gegenseitige Störung der magnetischen Motoren 112a/b und der Schienen 117a/b mit der Kolonne 10 minimiert. Dies ermöglicht die Verwendung eines Werk stoffs mit hoher Permeabilität und langer Lebensdauer wie etwa eines gehärteten Stahls für die Lagerschienen 117/b.

Die nichtmagnetischen Motoren 103a/b und die Schienen 118a/b befinden sich sehr nahe bei der Kolonne 10, wenn die Plattform 109 in eine ihrer Extrempositionen bewegt wird. Dies ist in Fig. 5b gezeigt, in der, wie durch den Abstand A angegeben die Kolonne 10 sehr nahe beim Motor angeordnet ist, der sich an der linken Kante der Platt form 109 und der Lagerschiene 118a befindet. Dies stellt jedoch kein Problem dar, da die motorgetriebene Plattform 109 weder einen magnetischen Werkstoff aufweist noch ein Magnetfeld erzeugt, so daß sie die Kolonne 10 nicht stört. Außerdem sind die Schienen 118a/b aus einem nicht magnetischen Werkstoff mit geringer Permeabilität herge stellt, wodurch jegliche Störung durch die Schienen 118a/b minimiert wird. (Es wird angemerkt, daß, da der Abstand A nicht größer gemacht werden muß, eine kleinere Plattform 20 möglich ist, was zur Erzielung einer kompak ten Bühne beiträgt.)

Die Schienen 118a/b besitzen verspiegelte Oberflächen, um Schwingungen zu minimieren, sie besitzen ferner eine harte Oberfläche, um eine natürliche Abnutzung im Kon taktpunkt zu minimieren, und sie sind aus einem verhält nismäßig festen Werkstoff hergestellt, der einer Verfor mung oder einem Bruch widersteht. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schienen 118a/b aus gehärtetem Beryllium-Kupfer hergestellt (Beryllium-Kupfer wird wär mebehandelt, um die geforderte Härte zu erreichen). Andere Werkstoffe wie etwa Keramik, Phosphor-Bronze und einige Typen nichtmagnetischer Stahllegierungen (z. B. Inconel oder Elgiloy) können ebenfalls verwendet werden. In ähnlicher Weise werden für die Drehmotoren 102a/b (Fig. 2) und für den die Z-Plattform 82 antreibenden Motor (Fig. 4) nichtmagnetische Motoren gewählt, weil sie sich sehr nahe beim Strahl 10 befinden. Das Drehlager des Drehtisches 110 kann aus dem gleichen Werkstoff wie die Schienen 118a/b hergestellt sein. Es wird darauf hinge wiesen, daß Werkstoffe mit niedriger Permeabilität im allgemeinen keine sehr dauerhaften Werkstoffe sind und daher für die Verwendung in Komponenten, die einer natür lichen Abnutzung unterliegen, nicht ideal sind.

Die nachteiligen Auswirkungen nichtmagnetischer Motoren 102a/b und 103a/b (z. B. niedrige Drehzahl, Schwingungen, geringe Lebensdauer und Teilchenerzeugung) und der Lager schienen 118a/b und der Drehlager mit niedriger Permeabi lität auf die Leistung der Bühne 110 werden dadurch minimiert, daß die nichtmagnetischen Motoren nur für verhältnismäßig kurze Zeitperioden eingeschaltet werden (d. h., daß die Einschaltdauer der nichtmagnetischen Motoren 102a/b und 103a/b um einige Größenordnungen kleiner als diejenige der magnetischen Motoren 112a/b ist), wobei sie vorzugsweise nur für die Positionierung des Wafers für einen nachfolgenden Untersuchungszyklus eingeschaltet werden. Dies wird später im einzelnen beschrieben.

Die Bühne 100 kann Aufgaben wie etwa die Untersuchungen von Wafern und optischen Masken in den wohlbekannten Betriebsarten mit ununterbrochener Bewegung oder mit Schrittbewegung ausführen. Der Nutzen der Bühne 100 wird jedoch besser erhalten, wenn sie in der Betriebsart mit ununterbrochener Bewegung verwendet wird. In der Be triebsart mit ununterbrochener Bewegung wird der Wafer untersucht, während die schnelle Plattform 107 bewegt wird. In der Schrittbetriebsart wartet das System darauf, daß sich die Bühne 100 zum gewünschten Ort bewegt, bevor die Untersuchung beginnt.

Fig. 6 ist eine Draufsicht eines Wafers 40 und erläutert ein spezifisches Bewegungsmuster für die Abdeckung eines Wafers (z. B. für die Wafer-Untersuchung), wenn der Wafer in der Betriebsart mit ununterbrochener Bewegung unter sucht wird. Wie gezeigt, wird der Wafer 40 längs vertika ler Streifen (es sind drei Streifen 41, 42 und 43 ge zeigt) untersucht, wovon jeder eine Breite besitzt, die mit C bezeichnet ist und durch das Gesichtsfeld des Ladungsteilchen-Mikroskops definiert ist. Kurze horizon tale Bewegungen bringen jeden Streifen in das Gesichts feld des Mikroskops. Wie in Fig. 6 angegeben ist, werden die vertikalen Bewegungen durch die durch den magneti schen Motor angetriebene schnelle Plattform 107 ausge führt, während die kurzen horizontalen Bewegungen durch die durch den nichtmagnetischen Motor angetriebene lang same Plattform 109 ausgeführt werden.

Jede der kurzen horizontalen Bewegungen durch die lang same Plattform 109 liegt typischerweise im Bereich von 10 µm bis 100 µm, während jede der vertikalen Bewegungen durch die schnelle Plattform 107 typischerweise im Be reich von 10 cm bis 100 cm liegt. Daher liegt die Ein schaltdauer der nichtmagnetischen Motoren 103a/b um drei bis fünf Größenordnungen niedriger als diejenige der magnetischen Motoren 112a/b.

Die hohe Geschwindigkeit der schnellen Plattform 107 ermöglicht eine schnelle Untersuchung von Mustern in jedem Streifen. Sobald ein vollständiger Streifen unter sucht ist, bewegt sich die langsame Plattform 109 zum nächsten Streifen im Gesichtsfeld des Mikroskops. Dies hat zur Folge, daß die Einschaltdauer der nichtmagneti schen Motoren 103a/b erheblich kleiner als diejenige der magnetischen Motoren 112a/b ist, wodurch die nachteiligen Wirkungen der nichtmagnetischen Motoren 103a/b und der Schienen 118a/b auf die Leistung der Bühne 100 minimiert werden. Ferner sind die nichtmagnetischen Motoren 103a/b nur während Nichtuntersuchungsperioden in Betrieb (d. h. nur zur Positionierung des Wafers für den nächsten Unter suchungszyklus,) so daß irgendwelche Schwingungen durch die Motoren 103a/b die Untersuchung nicht nachteilig beeinflussen.

Es wird angemerkt, daß wegen der hohen Einschaltdauer der magnetischen Motoren 112a/b die Schienen 117a/b vorzugs weise die folgenden Eigenschaften besitzen:

a) sie besitzen verspiegelte Oberflächen, um Schwingungen zu minimieren,
b) sie besitzen harte Oberflächen, um die natürliche Abnutzung am Kontaktpunkt zu minimieren, und
c) sie sind aus einem festen Werkstoff hergestellt, der eine Verformung oder einem Bruch widersteht.

Außerdem ermöglicht der große Abstand zwischen den Schie nen 117a/b und der optischen Kolonne 10 die Verwendung eines stärkeren und dauerhafteren Werkstoffs für die Schienen 117a/b, obwohl ein solcher Werkstoff schlechtere magnetische Eigenschaften besitzen könnte. In einer Ausführungsform sind die Schienen 117a/b aus gehärtetem Stahl hergestellt. Andere Werkstoffe wie etwa Keramik oder Stahllegierungen können ebenfalls verwendet werden, solche Werkstoffe sind jedoch im allgemeinen teurer und würden mehr Wartung erfordern.

Die Bühne 100 kann auch in einem Untersuchungssystem für Wafer oder optische Masken verwendet werden, das Untersu chungen durch Vergleichen zweier Chips (z. B. eines Soll- Chips und eines Referenz-Chips) auf einer Strichplatte oder einem Wafer ausführt. Typischerweise sind die beiden Chips aufgrund der großen Datenmenge, die in solchen Untersuchungen erzeugt wird, und der Systemzwänge (z. B. begrenzter Speicherraum) in kleinere Abschnitte unter teilt, wobei zu einer Zeit nur ein Abschnitt untersucht wird. Dies erfordert eine häufige Bewegung zwischen den beiden Chips. Um die Einschaltdauer der nichtmagnetischen Motoren 102a/b und 103a/b zu minimieren und um die Ein schaltdauer magnetischer Motoren 112a/b zu maximieren, wird die Untersuchung der beiden Chips wie in den Fig. 7a, 7b und 8 gezeigt ausgeführt.

In den Fig. 7a, 7b enthält ein Wafer 40 einen zu untersu chenden Chip 61 und einen Referenz-Chip 62. Die Chips 61 und 62 sind in (nicht gezeigte) völlig gleiche Abschnitte unterteilt. Das System erfaßt und speichert Daten von einem ersten Abschnitt des Chips 61, bewegt sich zum Chip 62 und erfaßt Daten vom entsprechenden Abschnitt des Chips 62 und vergleicht dann die beiden Datenmengen hinsichtlich irgendwelcher Diskrepanzen. Nach dem Ver gleich werden die Daten im Systemspeicher mit neuen Daten überschrieben, die vom nächsten Abschnitt des Chips 62 erfaßt werden; Daten vom entsprechenden Abschnitt des Chips 61 werden anschließend erfaßt; dann wird ein weite rer Vergleich der beiden Datenmengen ausgeführt. Die verbleibenden Abschnitte der Chips 61 und 62 werden in ähnlicher Weise untersucht und verglichen.

Es ist ersichtlich, daß dieses Untersuchungsverfahren eine häufige Bewegung zwischen den Chips 61 und 62 erfor dert. Um die magnetischen Motoren 112a/b mit hoher Ge schwindigkeit für die Bewegungen zwischen den Chips 61 und 62 verwenden zu können, wird der Wafer 40 in der Weise gedreht, daß die Chips 61 und 62 vertikal aufeinan der ausgerichtet und zur Bewegung der mittels des magne tischen Motors angetriebenen schnellen Plattform 107 parallel sind, wie in Fig. 7b gezeigt ist. Die Waferdre hung, die durch den Pfeil 65 angegeben ist, kann durch die nichtmagnetischen Drehmotoren 102a/b ausgeführt werden.

Das in Fig. 6 gezeigte Bewegungsmuster wird für die Untersuchung jedes Abschnitts der Chips 61 und 62 verwen det. Dies ist in Fig. 8 gezeigt, worin um der Klarheit willen nur der Chip 61 von Fig. 7b vergrößert dargestellt ist. Die Pfeile geben das Muster der Bewegung und die für jede Bewegung verwendeten Motoren an. Somit maximieren das Drehschema von Fig. 7b und das Bewegungsmuster von Fig. 8 die Einschaltdauer der schnellen und dauerhafteren magnetischen Motoren 112a/b, während sie die Einschalt dauer der langsameren und weniger dauerhaften nichtmagne tischen Motoren 103a/b und 102a/b minimieren.

Es wird angemerkt, daß irgendwelche unbeweglichen oder beweglichen Teile der Bühne, die sich in der Nähe des Elektronenstrahls und der optischen Linse befinden oder in deren Nähe gelangen, aus einem Werkstoff mit niedriger Permeabilität und nicht magnetisch sein müssen. Bei spielsweise können die Plattformen 107 und 109, der Drehtisch 110 in Fig. 2 und die Z-Plattform 82 in Fig. 4 aus einem Werkstoff mit niedriger Permeabilität wie etwa Aluminium, Keramik, Phosphor-Bronze oder bestimmte Arten rostfreien Stahls sein. In einer Ausführungsform sind diese Teile der Bühne 100 aus Aluminium hergestellt, da Aluminium ein geringeres Gewicht und geringere Kosten hat.

Die Bühne 100 ist vakuumverträglich hergestellt, indem vakuumverträgliche Motoren wie oben erwähnt verwendet werden und indem für die Basis 113 oder zwischen der Plattform 107 und der Basis 113 keine Luftlager verwendet werden.

Fig. 9 zeigt ein vereinfachtes Ladungsteilchen-Mikrosko piesystem 11, das für die Untersuchung bemusterter Halb leiterwafer geeignet ist. Fig. 9 veranschaulicht eine mögliche Anwendung der Bühne 100 der Fig. 2 und 3. Das System 11 enthält eine elektronenoptische Kolonne 12, eine Bühne 100 und eine Vakuumkammer 16. Die elektronen optische Kolonne 12 besitzt eine Elektronenstrahlquelle 18 wie etwa eine Elektronenkanone mit thermischer Feld emission (TFE-Elektronenkanone) des Typs, der in den meisten modernen Rasterelektronenmikroskopen (SEM), beispielsweise jenen mit Zirkon-Wolfram-Katode, verwendet wird. Die Elektronenkanone wird durch eine Ionenpumpe 13 direkt gepumpt. Das Hochvakuum in der Elektronenkanone ist von der übrigen Kolonne 12 und von der Kammer 16 wie in den meisten modernen SEMs durch eine (nicht gezeigte) differentielle Pumpblende getrennt. Die primäre Strahl auftreffenergie ist einstellbar, beispielsweise im Be reich von 500 eV bis 1,5 keV. Der Strahlstrom bei einem an einem Wafer-Spannfutter 24 angebrachten Wafer 22 ist etwa durch eine Elektronenstrahl-Kondensorlinse 26 und eine Strahlbegrenzungsblende (nicht gezeigt) beispiels weise im Bereich von ~500 pA bis ~10 nA oder sogar bis zu 25-50 nA bei einer Fleckgröße, die kleiner als 0,1 µm ist, einstellbar. Die elektronenoptische Kolonne 12 bildet zusammen mit einem Wafer-Spannfutter 24, die eine Vorspannungsquelle 28 besitzt, und einer Ladungssteuer platte 15, die ebenfalls eine Vorspannungsquelle 32 besitzt, ein Steuermodul für lokale Ladung (LCCM = Local Charge Control Module).

Die elektronenoptische Kolonne 12 enthält ein großes Gesichtsfeld (FOV = Field of View) der Elektronenstrahl- Objektivlinse 34 wie etwa der bekannten Immersionslinse mit variabler Achse (VAIL = Variable Axis Immersion Lens). Die Objektivlinse 34 kann eine VAIL-Linse ähnlich jener sein, die in den im Handel erhältlichen Elektronen strahl-Abtastsystemen ATE IDS 5000 und IDS 10000 von Schlumberger verwendet wird. Beispielsweise ist die Linse vom Magnetimmersionstyp, bei dem der Wafer in einer "magnetischen Flasche" gehalten wird und eine Parallel ausrichtung und eine effiziente Sammlung sekundärer Elektronen ermöglicht, ohne daß ein starkes elektrostati sches Sammelfeld angelegt werden muß. Ein starkes elek trostatisches Sammelfeld ist unerwünscht, da es eine instabile Oberflächenladung erzeugen kann und eine unab hängige Optimierung der Wafer-Vorspannung, des Extrakti onspotentials und des Energiefilters für eine Steigerung des Spannungskontrasts ausschließen könnte. Die Linse 34 kann sowohl mit Vorablenk- als auch mit Ablenkspulen (nicht gezeigt) ausgerüstet sein, um ein großes FOV (etwa 0,25 mm bis 1,5 mm im Durchmesser) mit hoher Auflösung (etwa 30-100 nm) zu erzielen. In einer Ausführungsform ist ein FOV mit einem Durchmesser von 0,25-1,5 mm bei einer Auflösung von weniger als 50 nm erzielt worden.

Die Objektivlinse 34 ist mit einer "linseninternen" Elektronenflutungskanone 36 und mit einer Flutungsstrahl- Ablenkelektrode 38 ausgerüstet, die eine schnelle Multi plexierung zwischen einer breiten Elektronenflut mit hohem Strom für eine Vorladung des Wafers 22 und seiner Leiter und einem primären Abbildungsstrahl mit niedriger Spannung und hoher Auflösung für eine schnelle Abbildung, die die Ladungszustände der Wafer-Leiter abtastet, ermög licht. Ein primärer Abbildungsstrahl mit niedriger Span nung wird bevorzugt, da er den Wafer 22 nicht beschädigt. Weiterhin kann eine steuerbare Ladung mit einem Strahl mit niedriger Spannung erzielt werden. Eine schnelle Abbildung wird beispielsweise mit einer Pixelerfassungs rate von 1 MHz bis 100 MHz ausgeführt. Eine geeignete Flutungskanone ist in den gleichzeitig anhängigen US- Patentanmeldungen mit der lfd. Nr. 08/782.740, einge reicht am 13. Januar 1997, und mit der lfd. Nr. 09/012.227, eingereicht am 23. Januar 1998, beschrie ben. Die Flutungskanone 36 bildet in Kombination mit dem Wafer-Spannfutter 24 und der Ladungssteuerplatte 15 und ihren jeweiligen Vorspannungsquellen 28 und 32 ein Steu ermodul für globale Ladung (GCCM = Global Charge Control Module). Alternativ wird der Primärstrahl sowohl zum Vorladen der Wafer-Leiter als auch für die Abbildung des Wafers verwendet.

An der Oberfläche des Wafers 22 werden durch Rasterabta stung der Oberfläche mit dem Primärstrahl Sekundärelek tronen erzeugt. Diese Sekundärelektronen werden durch das Linsenfeld gesammelt, so daß sie sich durch die Bohrung der Linse 26 zurückbewegen und vom primären Elektronen strahl durch ein herkömmliches Wien-Filter 14, das ge kreuzte magnetische und elektrische Felder besitzt, getrennt werden. Die Sekundärelektronen werden anschlie ßend von einem Elektronendetektor 17 wie etwa von einer Scintillator-PMT-Kombination, die auch als Evahart-Thorn ley-Detektor bekannt ist, erfaßt. Andere Detektorkombina tionen können ebenfalls verwendet werden. Vorteilhaft werden Vorkehrungen getroffen, um den Elektronendetektor 17 gegen eine Beschädigung oder eine schnelle Alterung durch den starken Sekundärelektronenstrom, der erzeugt wird, wenn der Flutungsstrahl erzeugt wird, abzuschirmen. Der Detektor 17 liefert ein Signal, das verwendet werden kann, um ein Bild des abgetasteten Bereichs des Werk stücks zu erzeugen.

In Fig. 9 werden von der Vorspannungsquelle 32 eine Vorspannung zum Laden der Steuerplatte 15 und von der Vorspannungsquelle 28 eine Vorspannung zum Laden des Wafer-Spannfutters 24 unabhängig voneinander angelegt. Die an das Wafer-Spannfutter 24 angelegte Vorspannung wird effektiv an das Substrat des Wafers 22 angelegt. Diese Vorspannungen können unabhängig voneinander durch Computersteuerung eingestellt werden, falls dies ge wünscht ist, um den Spannungskontrast in Abhängigkeit vom Wafertyp, der abgebildet werden soll, und vom Defekttyp, der erfaßt werden soll, zu optimieren.

Die Bohrung der Linse 34 ist mit einer planaren Filter elektrode 44 ausgerüstet, die auch Energiefiltersieb genannt wird und eine Vorspannungsquelle 46 besitzt. Die Elektrode 44 dient wie in den obenerwähnten Schlumberger- Systemen IDS 5000 und IDS 10000 als Elektronenenergie- Spektrometer mit Bremsfeld. Das Energiefilter kann ver wendet werden, um den Spannungskontrast für bestimmte Wafertypen durch Sammeln von Sekundärelektronen mit einem spezifischen Bremspotential oder einem spezifischen Energiebereich, beispielsweise im Bereich von null bis ~15 eV außerhalb des Wafers, zu optimieren.

Die Bühne 100 ist so ausgerüstet, daß z. B. Wafer bis zu einem Durchmesser von 300 mm gehandhabt werden können, so daß die gesamte obere Oberfläche des Wafers untersucht werden kann. Der Wafer 22 wird auf einem Wafer-Spannfut ter 24 wie etwa einem herkömmlichen elektrostatischen Spannfutter unterstützt. Die Bühne 100 kann sowohl einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb als auch eine präzise Ab astung und einen Schrittbetrieb ausführen, um die Erfas sung von Defekten im größtmöglichen Bereich zu ermögli chen. Beispielsweise kann die Bühne eine Einschwingzeit von weniger als 0,3 s, eine lineare Geschwindigkeit von 100 mm/s und eine Laserinterferometer-Rückkopplung für die Erfassung der Positionsgenauigkeit innerhalb von ~0,1 µm besitzen.

Die Vakuumkammer 16 des Systems 11 wird direkt durch eine Turbopumpe 48 und eine (nicht gezeigte) ölfreie Rückpumpe auf ein Vakuum evakuiert. Die Vakuumkammer 16 ist an einer Plattform 19 mit aktiver Schwingungsisolation angebracht, die Umgebungsschwingungen kompensiert und außerdem im voraus Bewegungen aufgrund einer schnellen Beschleunigung oder Verzögerung der Bühne 100 kompen siert. Ein herkömmliches Waferverriegelungs-Untersystem 52 ist vorgesehen, um den Wafer-Wechsel zeitlich zu minimieren und um in der Hauptvakuumkammer ein hohes Vakuum von etwa 1,333 . 10^-7kPa für lange Perioden aufrechtzuerhalten. Die Aufrechterhaltung des Vakuums in der Vakuumkammer 16 minimiert außerdem die Kohlenwasser stoffverunreinigungen des Wafers. Das Waferverriegelungs- Untersystem 52 umfaßt Waferhandhabungsroboter zum automa tischen Beladen und Entladen von Wafern aus einer Wafer- Kassette 54.

Die kompakte, dauerhafte und vakuumverträgliche Bühne der Erfindung zeigt minimale mechanische Schwingungen, eine minimale Störung mit dem Strahl und der optischen Linse, eine minimale Teilchenerzeugung und eine Bereichsabdec kung mit hoher Geschwindigkeit.

Die erfindungsgemäße Bühne ist allgemein auf Ladungsteil chen-Mikroskopiesysteme oder auf andere Abbildungssysteme und außerdem auf Systeme zur Untersuchung von Wafern und optischen Masken sowie auf Lithographie-Systeme, Systeme zum Messen kritischer Abmessungen und Systeme zum Messen von Signalformen anwendbar. Diese Offenbarung ist daher lediglich erläuternd und nicht einschränkend, wobei dem Fachmann weitere Abwandlungen deutlich werden, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen sollen.

Claims

1. Bühnenbaueinheit, die eine Bühne (100) zum Halten eines Werkstücks enthält, gekennzeichnet durch
einen magnetischen Motor (112a, 112b), der mit der Bühne (100) gekoppelt ist, um sie längs einer ersten Achse (X) anzutreiben, und
einen nichtmagnetischen Motor (103a, 103b), der mit der Bühne (100) gekoppelt ist, um sie längs einer zweiten Achse (Y) anzutreiben.

2. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß während der Bewegung der Bühne (100) die relative Einschaltdauer des magnetischen Motors (112a, 112b) wesentlich größer als die relative Einschaltdauer des nichtmagnetischen Motors (103a, 103b) ist.

3. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem magnetischen Motor (112a, 112b) und einem Mikroskop (111), das so angeordnet ist, daß das Werkstück beobachtet werden kann, ein konstanter Abstand aufrechterhalten wird.

4. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Achse (X) zur zweiten Achse (Y) im wesentlichen senkrecht ist.

5. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der magnetische Motor (112a, 112b) ein vakuumverträglicher, bürstenloser linearer Servomotor ist und der nichtmagnetische Motor (103a, 103b) ein vakuum verträglicher, linearer piezoelektrischer Motor ist.

6. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der nichtmagnetische Motor (103a, 103b) während seiner Einschaltdauer die Bühne (100) für Funk tionen, die nicht der Untersuchung dienen, bewegt.

7. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen nichtmagnetischen Drehmotor (102a, 102b), der mit der Bühne (100) gekoppelt ist, um die Bühne (100) in einer durch die ersten und zweiten Achsen (X, Y) defi nierten Ebene zu drehen, wobei die relative Einschalt dauer des magnetischen Motors (112a, 112b) wesentlich größer als die relative Einschaltdauer des nichtmagneti schen Drehmotors (102a, 102b) ist.

8. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bühne (100), der magnetische Motor (112a, 112b) und der nichtmagnetische Motor (103a, 103b) zum Antreiben der Bühne (100) längs der zweiten Achse (Y) sowie der nichtmagnetische Drehmotor (102a, 102b) in einem Vakuumgehäuse untergebracht sind.

9. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bühne (100) enthält:
eine erste Plattform (107), die mit dem magneti schen Motor (112a, 112b) gekoppelt ist und auf einer Basis (113) längs der ersten Achse (X) beweglich ist, und
eine zweite Plattform (109), die mit dem nichtma gnetischen Motor (103a, 103b) gekoppelt ist und auf der ersten Plattform (107) längs der zweiten Achse (Y) beweg lich ist.

10. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der nichtmagnetische Motor (103a, 103b) an der ersten Plattform (107) befestigt und durch die ersten und zweiten Plattformen (107, 109) umschlossen ist.

11. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Drehtisch (110), der sich auf der zweiten Plattform (109) drehen kann.

12. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (110) mit einem nicht magnetischen Motor (103a, 103b) gekoppelt ist und durch diesen gedreht wird.

13. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmagnetische Motor (102a, 102b), der mit dem Drehtisch (110) gekoppelt ist, ein vakuumverträglicher piezoelektrischer Motor ist.

14. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (110) so beschaffen ist, daß er das Werkstück, das ein Halbleiterwafer ist, tragen kann.

15. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Plattform (107), die zweite Plattform (109) und der Drehtisch (110) wenigstens teil weise aus Aluminium hergestellt sind.

16. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch
eine erste, geradlinige Lagerschiene (117a, 117b), auf der die erste Plattform (107) fährt, um sich auf der Basis (113) zu bewegen,
eine zweite geradlinige Lagerschiene (118a, 118b), auf der die zweite Plattform (109) fährt, um sich auf der ersten Plattform (107) zu bewegen, und
ein Drehlager, auf dem der Drehtisch (110) fährt, um sich auf der zweiten Plattform (109) zu drehen.

17. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite geradlinige Lagerschiene (118a, 118b) und das Drehlager aus einem nichtmagneti schen Werkstoff mit niedriger Permeabilität hergestellt sind.

18. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die zweite, geradlinige Lager schiene (118a, 118b) als auch das Drehlager aus gehärte tem Beryllium-Kupfer, aus Phosphor-Bronze oder aus Kera mik hergestellt sind.

19. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, geradlinige Lagerschiene (117a, 117b) aus gehärtetem Stahl hergestellt ist.

20. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Lagerschienen (117a, 117b, 118a, 118b) und die Drehlager jeweils ver spiegelte, gehärtete Oberflächen besitzen.

21. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten geradlinigen Lagerschiene (117a, 117b) und einem Mikroskop (111), das so angeordnet ist, daß das Werkstück beobachtet werden kann, ein konstanter Abstand aufrechterhalten wird.

22. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Mikroskop (111), das an der Basis (113) befe stigt und so angeordnet ist, daß das Werkstück beobachtet werden kann.

23. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Motor (112a, 112b) eine Magnetspurbaueinheit (106) aufweist, die in bezug auf das Mikroskop (111) unbeweglich ist.

24. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspurbaueinheit (106) an der Basis (113) befestigt ist.

25. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspurbaueinheit (106) eine Öffnung definiert, um eine Spulenbaueinheit aufzunehmen, wobei die Öffnung vom Mikroskop (111) weggerichtet ist.

26. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenbaueinheit (115) an der ersten Plattform (107) befestigt ist.

27. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmagnetische Motor (103a, 103b) während seiner Einschaltdauer die Bühne (100) bewegt, um einen Bereich des Werkstücks in ein Gesichts feld des Mikroskops (111) zu bringen.

28. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen nichtmagnetischen Motor (103a, 103b), der mit der Bühne (100) gekoppelt ist, um die Bühne (100) längs einer dritten Achse (Z) anzutreiben, wobei die dritte Achse (Z) zur ersten Achse (X) und zur zweiten Achse (Y) senkrecht ist.

29. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmagnetische Motor zum An treiben der Bühne (100) längs der dritten Achse (Z) ein piezoelektrischer Motor ist.

30. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmagnetische Motor zum An treiben der Bühne (100) längs der dritten Achse (Z) einen Abstand zwischen dem Werkstück und einem Mikroskop (111) zum Beobachten des Werkstücks einstellt.

31. Bühnenbaueinheit, die eine Bühne (100) zum Halten eines Werkstücks sowie ein mit der Bühne (100) gekoppel tes Mikroskop (111) zum Beobachten des Werkstücks ent hält, gekennzeichnet durch
einen nichtmagnetischen Motor (103a, 103b), der mit der Bühne (100) gekoppelt ist, um einen Bereich des Werkstücks unter dem Mikroskop (111) zu positionieren, und
einen magnetischen Motor (112a, 112b), der mit der Bühne (100) gekoppelt ist, um die Bühne (100) während der Untersuchung des Bereichs des Werkstücks zu bewegen.

32. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bewegung der Bühne (100) die relative Einschaltdauer des magnetischen Motors (112a, 112b) wesentlich größer als die relative Ein schaltdauer des nichtmagnetischen Motors (103a, 103b) ist.

33. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück längs eines geradlini gen Bereichs seiner Oberfläche untersucht wird, der nichtmagnetische Motor (103a, 103b) die Bühne (100) so bewegt, daß ein erster Abschnitt des geradlinigen Be reichs unter dem Mikroskop (111) positioniert wird, und der magnetische Motor (112a, 112b) die Bühne (100) wäh rend der Untersuchung des geradlinigen Bereichs bewegt.

34. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des geradlinigen Bereichs durch das Gesichtsfeld des Mikroskops (111) definiert ist.

35. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück so gedreht wird, daß zwei Bereiche des Werkstücks auf eine Linie ausgerichtet sind, die zu einer Achse parallel ist, längs derer der magnetische Motor (112a, 112b) die Bühne (100) bewegt, wobei entsprechende Unterbereiche in den beiden Bereichen anschließend miteinander verglichen werden.

36. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück durch einen nichtmagne tischen Drehmotor, der mit der Bühne (100) gekoppelt ist, gedreht wird und die relative Einschaltdauer des magneti schen Motors (112a, 112b) wesentlich größer als die relative Einschaltdauer des nichtmagnetischen Drehmotors ist.

37. Bühnenbaueinheit nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Motor (112a, 112b) ein bürstenloser linearer Servomotor ist und der nichtma gnetische Motor (103a, 103b) ein linearer piezoelektri scher Motor ist.

38. Verfahren zum Bewegen einer Bühne (100), die ein Werkstück halten kann, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Antreiben der Bühne (100) längs einer ersten Achse (X) durch einen magnetischen Motor (112a, 112b) und
Antreiben der Bühne (100) längs einer zweiten Achse (Y) durch einen nichtmagnetischen Motor (103a, 103b).

39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeich net, daß die relative Einschaltdauer des magnetischen Motors (112a, 112b) wesentlich größer als die relative Einschaltdauer des nichtmagnetischen Motors (103a, 103b) ist.

40. Verfahren nach Anspruch 39, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Anordnen des Werkstücks auf der Bühne (100) unter einem Mikroskop (111),
Bewegen eines Bereichs des zu untersuchenden Werkstücks in das Gesichtsfeld des Mikroskops (111) während der Einschaltdauer des nichtmagnetischen Motors (103a, 103b) und
Untersuchen des Bereichs des Werkstücks während der Einschaltdauer des magnetischen Motors (112a, 112b).

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeich net, daß der Bereich ein geradliniger Bereich ist, dessen Breite durch das Gesichtsfeld des Mikroskops (111) defi niert ist.

42. Verfahren nach Anspruch 39, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Anordnen des Werkstücks auf der Bühne (100) unter einem Mikroskop (111),
Drehen des Werkstücks, so daß zwei Bereiche des Werkstücks auf eine zur ersten Achse (X) parallele Linie ausgerichtet sind, und
Vergleichen entsprechender Unterbereiche in den beiden Bereichen.

43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeich net, daß der Vergleichsschritt die folgenden Schritte umfaßt:
Erfassen erster Daten aus einem Unterbereich des ersten Bereichs,
Bewegen zu einem entsprechenden Unterbereich des zweiten Bereichs während der Einschaltdauer des magneti schen Motors (112a, 112b)
Erfassen zweiter Daten aus dem Unterbereich des zweiten Bereichs, und
Vergleichen der ersten und zweiten Daten miteinander.

44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeich net, daß die Erfassungsschritte die folgenden Schritte umfassen:
Bewegen eines Streifens eines Unterbereichs in das Gesichtsfeld des Mikroskops (111) während der Ein schaltdauer des nichtmagnetischen Motors (103a, 103b) und
Erfassen von Daten vom Streifen während der Einschaltdauer des magnetischen Motors (112a, 112b) wobei die Breite des Streifens durch das Gesichtsfeld des Mikroskops (111) definiert ist.

45. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeich net, daß der Drehschritt durch einen nichtmagnetischen Drehmotor ausgeführt wird und die relative Einschaltdauer des magnetischen Motors (112a, 112b) wesentlich größer als die relative Einschaltdauer des nichtmagnetischen Drehmotors ist.