JP2001116869A - サンプル検査及び／又は処理装置 - Google Patents

サンプル検査及び／又は処理装置

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JP2001116869A
JP2001116869A JP2000237794A JP2000237794A JP2001116869A JP 2001116869 A JP2001116869 A JP 2001116869A JP 2000237794 A JP2000237794 A JP 2000237794A JP 2000237794 A JP2000237794 A JP 2000237794A JP 2001116869 A JP2001116869 A JP 2001116869A
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probe
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imaging device
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晋平 竹下
Juergen Frosien
フロシーン ユーゲン
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
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    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
    • Y10S977/86—Scanning probe structure
    • Y10S977/872—Positioner

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、コスト効率がよく容易に位置制御
が可能な位置制御手段システムを提供することを目的と
する。 【解決手段】当発明は、ビーム生成手段及び偏向手段を
有するカラムを含むプローブ又は撮像装置を用いてステ
ージ上のサンプルを検査及び/又は処理し、ステージの
プローブ又は撮像装置に対する相対的な位置を位置制御
手段で制御する装置に関する。位置制御手段は、ステー
ジ、及び/又はプローブ又は撮像装置に固定された、ス
テージのカラムに対する相対的な動きの誤差を補正する
べく操作するために偏向手段に接続されたジャイロスコ
ープ手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プローブ又は撮像
装置を用いた、ステージ上のサンプル検査及び/又は処
理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高分解能リソグラフィー及びマイクロマ
シン機器（たとえば電子線リソグラフィーシステムや深
紫外線ステッパー）、検査及びプロセス管理装置（たと
えば測長用走査顕微鏡、欠陥位置検出及び欠陥状態検査
ツール）、及び分析試験装置（走査電子顕微鏡、収束イ
オンビーム装置、原子間力顕微鏡、紫外線や深紫外線や
極紫外線光源を用いた高解像度ツール）は、サンプルを
検査及び/又は処理するために支持し移動するステージ
を必要とする。
【０００３】これらのシステムにおいてより高い解像度
が要求されることから、これらステージにおいても安定
性と位置決めの精密さが要求されている。精密さと安定
性は１００ナノメートル以下まで要求されており、おそ
らく将来的には１ナノメートル以下まで要求される。ス
テージの構造と機械的な設計のみでは、上記課題を解決
することはできない。それゆえ、ステージの位置の正確
さとステージの安定性を保つために、位置制御手段を用
いることが必要となる。
【０００４】ステージの位置制御は、主にリニア光学エ
ンコーダ及びレーザ干渉計という２つのツールによって
なされる。リニア光学エンコーダは、ステージに接続さ
れたステージ設備の可動でない部分に設けられ、その動
きを適切な光学センサで読みとることができる光学グリ
ッドまたは光学格子からなる。レーザ干渉計制御は、ス
テージに取り付けられた鏡において反射される反射ビー
ムと照射ビーム間の干渉を用いる。
【０００５】レーザ光の波長を測定の単位とするため、
１００ナノメートルレンジの精度をもつ光学エンコーダ
に比べ、レーザ干渉計は、（１０ナノメートルレンジ
の）非常に高い位置精度が実現できる。
【０００６】ＥＰＡ０５５９４０２及びＵＳＡ３９３６
７１６にプラットフォームをジャイロスコープ手段で安
定化させる安定化システムが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】リニアエンコーダは、
精度に限界があるという欠点を有する。レーザ干渉計
は、精度でははるかにまさるが大変複雑かつ高価であ
る。精度は、光の経路上での屈折率の変化及び鏡の品質
により規定される。さらに、レーザ干渉計は、ｘ−ｙ座
標系を計測するのに好適であるが、ステージの位置を３
次元座標系で計測するように設置することは非常に難し
い。
【０００８】本発明は、コスト効率がよく容易に位置制
御が可能な位置制御手段システムを提供することを目的
とする。
【０００９】本発明は更に、探針や電子ビームなどのプ
ローブや撮像装置に対するステージの位置の正確な制御
と、外部からの（たとえば振動やドリフトなどの）機械
的要因による誤差を機構的に検出して安定化することと
を両立できる手段を提供することを目的とする。
【００１０】この目的は請求項１から７に記載の特徴に
より達成される。本発明のさらなる具体例は従属項によ
り規定される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の第１の形
態によると、プローブ又は撮像装置を用いてステージ上
のサンプルを検査及び/又は処理する装置で、プローブ
又は撮像装置はビーム生成手段及びビームを偏向する偏
向手段を有する光学カラムにより形成された、プローブ
又は撮像装置に対するステージの相対的な位置が位置制
御手段により制御されている装置は、位置制御手段が、
ステージ、及び/又はプローブ又は撮像装置に固定され
たジャイロスコープ手段を備え、ステージの光学カラム
に対する相対的な動きの誤差を校正するために偏向手段
と処理が連携している。
【００１２】ジャイロスコープ手段は、１次元方向、２
次元方向、及び３次元方向の動きを測定するために設け
られていてもよい。測定されるべき各次元方向について
少なくとも２つのジャイロスコープ素子を有してもよ
い。位置制御手段は、ステージ及び/又はプローブ又は
撮像装置の動きを測定し制御するために設けられてもよ
い。ステージ、及び/又はプローブ又は撮像装置を駆動
し、位置制御手段と処理が連携した少なくとも１つのモ
ータを有してもよい。位置制御手段がステージ、及び/
又はプローブ又は撮像装置の、傾き及び/又は回転運動
を測定するために設けられてもよい。
【００１３】本発明の第２の実施形態によると、プロー
ブや撮像装置を用いてステージ上のサンプルを検査及び
/又は処理する装置であって、プローブ又は撮像装置
は、ビーム生成手段、ビームを偏向する手段、及び画像
処理手段を有する光学カラムにより形成された、プロー
ブ又は撮像装置に対するステージの相対的な位置が位置
制御手段により制御されている装置は、位置制御手段
が、ステージ、及び/又はプローブ又は撮像装置に固定
されたジャイロスコープ手段を備え、ステージの光学カ
ラムに対する相対的な動きの誤差を画像処理の際に考慮
するために画像処理手段と処理が連携している。
【００１４】本発明の第３の実施形態によるサンプルを
検査及び／又は処理する装置は、サンプルを検査及び／
又は処理する手段を格納するカラムと、サンプルを載置
するステージと、カラム及び／又はステージに固定さ
れ、カラムのステージに対する相対的な動きを検出する
ジャイロスコープ手段と、検出された相対的な動きに基
づいて、カラムとステージとの相対的な位置を制御する
位置制御手段とを備える。
【００１５】なお上記の発明の概要は、本発明の必要な
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかか
る発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明
されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に
必須であるとは限らない。
【００１７】物体の高速回転による力で基準方向角度を
維持する性質を利用し相対的な動きを検出するジャイロ
スコープ素子を有するジャイロスコープ手段が１次元方
向，２次元方向，３次元方向の動きを計測するために設
けられている。
【００１８】本実施形態のサンプルを検査及び／又は処
理する装置は、サンプルを検査及び／又は処理する手段
を格納するカラムと、サンプルを載置するステージと、
カラム及び／又はステージに固定され、カラムのステー
ジに対する相対的な動きを検出するジャイロスコープ手
段と、検出された動きに基づいて、カラムとステージと
の相対的な位置を制御する位置制御手段と、サンプルに
照射することにより、サンプルを検査及び／又は処理す
る荷電粒子線を生成するビーム生成手段と、荷電粒子線
を偏向する偏向手段とを備える。サンプルを検査及び／
又は処理する手段は、探針や荷電粒子線などのプローブ
を用いてサンプルを検査する手段や、荷電粒子線などを
照射してサンプルを処理する手段であるのが好ましい。
具体的には、当該検査する手段は、電子ビームを照射し
て、電気部品の良否を判断する電子ビームテスタや、探
針を用いてサンプルの表面状態を検出する原子間力顕微
鏡であってよく、また、当該処理する手段は、電子ビー
ムを用いて、サンプルに所望のパターンを描画する電子
ビーム露光装置であってよい。
【００１９】位置制御手段は（荷電粒子線システム、原
子間力顕微鏡、高分解能ツールなどの）プローブ装置で
好適に使用される。位置制御手段が適用される装置は電
子ビーム露光装置や電子ビームテスタや探針を備えた装
置であってもよい。ステージ及び/又はカラムを備えた
装置であってもよい。位置制御手段は、検出された動き
に基づいて、カラムのサンプルに対する位置を調整して
もよい。位置制御手段は、検出された動きに基づいて、
探針を制御し、探針のサンプルに対する位置を調整して
もよい。
【００２０】好適な実施例では、ステージと、探針や電
子ビームなどのプローブ又は撮像装置との双方またはい
ずれか一方を駆動するために接続され、位置制御装置を
操作する少なくとも１つのモータを有する。
【００２１】以下に説明する実施形態は可動ステージを
有する。別の実施形態においては、探針や電子ビームな
どのプローブまたは撮像装置（すなわちカラムなど）を
移動してもよい。この場合、ジャイロスコープ手段は少
なくともプローブまたは画像装置には固定される必要が
ある。
【００２２】図１及び図２に第１ステージ１ａ及び第２
ステージ１ｂをもつステージ１を示す。検査対象である
サンプル２は、第２ステージ１ｂに載置される。該サン
プルはウエハであってよい。ステージは第１モータ１ｄ
及び第２モータ１ｅによりｘ方向及びｙ方向にそれぞれ
駆動することができる。ステージは、ｚ方向用の第３の
モータを更に備えてもよい。このようなステージは先行
技術により知られている手段であってよい。
【００２３】ステージジャイロスコープ手段３は可動ス
テージ１に固定されている。ジャイロスコープ手段は、
第２ステージ１ｂの裏側に載置されることが望ましい。
ジャイロスコープ手段３は、ステージ上の少なくとも２
点でカラムのステージに対する相対的な動きを検出して
もよい。検出される相対的な動きは、１次元方向、２次
元方向、３次元方向の動きであってよい。検出される相
対的な動きは、カラムのステージに対する傾き又は回転
運動であってもよい。
【００２４】ジャイロスコープ手段は、物体の高速回転
による力で基準方向角度を維持する性質を利用し、位置
的に及び経時的に高精度で動きを検出し測ることができ
る。最近のマイクロマシン技術など電気機械工学の進歩
によりこれらのセンサ、すなわちジャイロスコープ素子
のサイズ、重量、コストが飛躍的に小さくなってきた。
すでに所望の解像度を得るために量子トンネル効果の変
位に対する感受性の高さを用いるトンネル効果に基づく
ジャイロスコープが存在する。
【００２５】ジャイロスコープ手段３は、ステージ１の
１次元方向、２次元方向、及び３次元方向の動きを測定
するよう調整されている。これは所望のすべての方向に
感受性のあるジャイロスコープ素子を用いること、又は
測定したい特定の１次元又は２次元方向に感受性のある
ジャイロスコープ素子を用いることによって実現でき
る。通常、ジャイロスコープ手段は、少なくともモータ
によってステージを駆動できる方向の動きを検出し制御
できるようにする。ステージをｘ方向とｙ方向にのみ駆
動する場合であっても、第３の次元方向（ｚ方向）への
意図しない動きもまた検出できることが望ましい。
【００２６】図３は、第２ステージ１bの異なる位置に
設けられたジャイロスコープ手段３，３’、及び３’’
を有する第２の実施形態を示す。このような配置にする
ことで、３つの独立な位置の測定が可能になり、それに
よってステージ面内でのそれぞれの点の座標を非常に精
密に測定することが可能になる。このような配置によ
り、空動き（所定の軸の周り以外でのステージの回転）
により生じる影響や測定誤差を除くことができる。無
論、２または３以上の独立したジャイロスコープ素子を
特定の１点を測定するために使用してもよい。３つのジ
ャイロスコープを各次元方向にそれぞれ用いることで、
ステージまたは撮像装置の各点の３次元位置を測定する
ことが可能になる。
【００２７】図３に示すサンプルを検査及び/又は処理
する装置は、ステージジャイロスコープ手段３から出力
信号を受け取る位置制御手段を更に備える。位置制御手
段４は、ステージのモータ１ｄやモータ１ｅを駆動する
ように接続されている。それによって、ステージを非常
に正確に駆動することが可能になり、またたとえば振動
やドリフトによりおきる意図しない動きを補正すること
も可能になる。
【００２８】サンプルを検査及び/又は処理する装置
は、探針や電子ビームなどのプローブ又は撮像装置を更
に備える。ここに示す実施形態においては、この装置
は、観察ツール、あるいはビーム（光線、電子ビーム、
イオンビーム）又はプローブを通常用いる光学カラム５
を含む。光学カラム５は、光学カラムに対する相対的な
ステージの位置を測定するために、光学カラム５に固定
されたカラムジャイロスコープ手段６を有する。ステー
ジジャイロスコープ手段３やカラムジャイロスコープ手
段６から位置制御手段４を経由して出力された出力信号
を解析することで、カラム５に対するステージ１の相対
的な位置を測定することが可能になる。カラムジャイロ
スコープ手段６は、また、１次元方向、２次元方向、又
は３次元方向の動きを測定するように調整されている。
【００２９】これによって、ステージの傾き及び/又は
回転運動を測定し制御すること、及び/又はプローブ又
は撮像装置の傾き及び/又は回転運動を測定し制御する
ことが可能になる。
【００３０】図４に示すカラム５は、ビーム（光線、荷
電粒子線）７を生成するための手段５ａ、及びビーム７
を偏向するための偏向手段５ｂを更に備える。
【００３１】系に外乱を持ち込み、歪みや解像度の損失
を起こす機械的要因による振動やドリフトを補正するた
めに、フィードバックループを有することが好ましい。
当該歪みは、たとえば電子ビーム露光装置の場合には露
光パターンの歪みや劣化であり、たとえば画像を取得す
る装置の場合には取得画像の歪みや解像度の劣化であ
る。位置制御手段４は、ステージジャイロスコープ手段
３及び/又はカラムジャイロスコープ手段６の出力信号
を受け取り、カラム５に対する相対的なステージ１の経
時的な動きに対応する補正信号を生成する。該出力信号
は、ジャイロスコープ手段が検出した動きに基づく出力
信号であってよい。増幅や校正の後、これらの信号は、
偏向手段５ｂに振動又はドリフトの干渉による影響を補
正するために供給される。
【００３２】他の実施形態においては、位置制御手段４
は、プローブ又は撮像装置の画像生成手段や画像処理手
段を操作するために接続され、カラムに対するステージ
の意図しない動きについて画像を処理する際に考慮する
ために用いてもよい。
【００３３】以上、本発明を実施の形態を用いて説明し
たが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範
囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又
は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を
加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、
特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３４】
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よればコスト効率がよく容易に位置制御が可能な位置制
御手段システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】可動ステージの模式図。
【図２】図１に示す可動ステージの側面図。
【図３】第２の実施形態による可動ステージの模式図。
【図４】カラムを用いる装置の模式図。
【符号の説明】
１ 可動ステージ １ａ 第１ステージ １ｂ 第２ステージ １ｄ 第１モータ １ｅ 第２モータ ２ サンプル ３、３’、３’’ ジャイロスコープ手段 ４ 位置制御手段 ５ カラム ５ａ ビーム生成手段 ５ｂ 偏向手段 ６ カラムジャイロスコープ手段 ７ ビーム
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 23/225 Ｇ０１Ｎ 23/225

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プローブ又は撮像装置を用いてステー
    ジ上のサンプルを検査及び/又は処理する装置で、前記
    プローブ又は前記撮像装置はビーム生成手段及び前記ビ
    ームを偏向する偏向手段を有する光学カラムにより形成
    された、前記プローブ又は前記撮像装置に対する前記ス
    テージの相対的な位置が位置制御手段により制御されて
    おり、 前記位置制御手段は、前記ステージ、及び/又は前記プ
    ローブ又は前記撮像装置に固定されたジャイロスコープ
    手段を備え、前記ステージの前記光学カラムに対する相
    対的な動きの誤差を校正するために前記偏向手段と処理
    が連携していることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記ジャイロスコープ手段は、１次元方
    向、２次元方向、及び３次元方向の動きを測定するため
    に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 測定されるべき前記各次元方向について
    少なくとも２つのジャイロスコープ素子を有することを
    特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記位置制御手段は前記ステージ及び/
    又は前記プローブ又は前記撮像装置の動きを測定し制御
    するために設けられていることを特徴とする請求項１に
    記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ステージ、及び/又は前記プローブ
    又は前記撮像装置を駆動し、前記位置制御手段と処理が
    連携した少なくとも１つのモータを有することを特徴と
    する請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記位置制御手段が前記ステージ、及び
    /又は前記プローブ又は前記撮像装置の、傾き及び/又は
    回転運動を測定するために設けられていることを特徴と
    する請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 プローブや撮像装置を用いてステージ上
    のサンプルを検査及び/又は処理する装置であって、前
    記プローブ又は前記撮像装置は、ビーム生成手段、前記
    ビームを偏向する手段、及び画像処理手段を有する光学
    カラムにより形成された、前記プローブ又は前記撮像装
    置に対する前記ステージの相対的な位置が位置制御手段
    により制御されており、 前記位置制御手段は、前記ステージ、及び/又は前記プ
    ローブ又は前記撮像装置に固定されたジャイロスコープ
    手段を備え、前記ステージの前記光学カラムに対する相
    対的な動きの誤差を画像処理の際に考慮するために前記
    画像処理手段と処理が連携していることを特徴とする装
    置。
  8. 【請求項８】 サンプルを検査及び／又は処理する装置
    であって、 前記サンプルを検査及び／又は処理する手段を格納する
    カラムと、 前記サンプルを載置するステージと、 前記カラム及び／又は前記ステージに固定され、前記カ
    ラムの前記ステージに対する相対的な動きを検出するジ
    ャイロスコープ手段と、 検出された前記相対的な動きに基づいて、前記カラムと
    前記ステージとの相対的な位置を制御する位置制御手段
    とを備えることを特徴とする装置。
JP2000237794A 1999-08-16 2000-08-04 サンプル検査及び／又は処理装置 Withdrawn JP2001116869A (ja)

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