JP2007035559A - ステージおよびステージの微粉検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子顕微鏡に用いるステージについて、機械駆動する超音波モータを構成するステータとロータの接触部分の近傍に光を照射して発生した微粉によって散乱したを光をもとに微粉をリアルタイムに検出および警報を発する。
【解決手段】 ステータとロータとの接触部分あるいは近傍に光を照射する光源と、光が接触部分あるいは近傍に発生した微粉によって散乱された光あるいは散乱されない光を検出し、電気信号として検出する受光素子とを有するステージである。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子の力で駆動されるステータと摩擦力で前記ステータに固定するロータとからなる超音波モータを用いた荷電粒子顕微鏡用のステージおよびステージの微粉検出方法に関するものである。

半導体分野では、ＬＳＩのマスクなどのパターンの描画、測定、検査をするために大きなマスク（例えば８インチサイズ）などを搭載してＸ方向およびＹ方向に広範囲かつ高精度に移動可能なステージとして、超音波モータを利用して機械的に駆動するステージがある。例えば、１ｎｍ以下の微細な駆動制御を可能とし、かつ電源ＯＦＦ時の位置保持能力の高いという２つの大きな優位点を持つ超音波モータを駆動源としたステージがある。超音波モータは、ステータと呼ばれる超音波の振動をステージの駆動力として伝える部分と、ステータの動きを受けて左右方向に運動するロータと呼ばれる部分で構成される。両者は、摩擦力で、ステージの推進力を生み出す。ステータとロータの部材の摩擦力によって摩擦粉が生ずる。

この摩擦粉が、ステータとロータとの間に入り込み、ステージの移動精度を劣化させる原因となる。更に、摩擦粉がステージに搭載した試料（例えば、ＬＳＩ用マスク）に付着して汚染してしまい、重大障害につながる場合もある。

以上のように、発塵の問題は、特に、荷電粒子顕微鏡（例えば走査型電子顕微鏡、ＳＥＭ）などの真空中でステージを駆動する場合には、大気中の発塵の振る舞いと異なりどのような問題を引き起こすか予測が困難である。

従来、大気中で発塵状態を検出するには、大気中の測定対象の周辺の大気を吸引し、吸引した菅の一部に磨耗粉を検出する光学系を付加して発塵状態を計測していた。

しかし、荷電粒子顕微鏡が扱う真空中では、大気中のように周辺の大気を吸引して微粉を収集できず、測定が困難であるという問題があった。

また、他の手法とし、作業前と作業後のステージ上の実際の試料の一部に付着した磨耗粉の数を観察し、その計測結果の増減から磨耗粉の発生の状態を管理することが行なわれていた。しかし、この手法では、作業前と作業後の磨耗粉の増減しかわからず、リアルタイムに発塵の状態を検出・測定できないという問題があった。更に、発塵が許容量以上となったことを検出して警報を発したりなどができないという問題もあった。

本発明は、これらの問題を解決するため、荷電粒子顕微鏡に用いるステージについて、機械駆動する超音波モータを構成するステータとロータの接触部分の近傍に光を照射して発生した微粉によって散乱したを光をもとに当該微粉をリアルタイムに検出および警報を発することを目的としている。

本発明は、荷電粒子顕微鏡に用いるステージについて、機械駆動する超音波モータを構成するステータとロータの接触部分の近傍に光を照射して発生した微粉によって散乱した光をもとに当該微粉をリアルタイムに検出および警報を発することが可能となる。

本発明は、荷電粒子顕微鏡に用いるステージについて、機械駆動する超音波モータを構成するステータとロータの接触部分の近傍に光を照射して発生した微粉によって散乱したを光をもとに当該微粉をリアルタイムに検出および警報を発することを実現した。

図１は、本発明の１実施例構造図を示す。
図１の（ａ）は、全体構造図（平面図）を示す。

図１の（ａ）において、ステージ１は、荷電粒子顕微鏡用のステージであって、真空中に配置され、２組のステージ１に配置された各々の超音波モータ１０によってＸ方向、Ｙ方向に駆動されるものであって、ここでは、図示のように、ステージ（本体１）と、駆動部である超音波モータ１０、更に、発生した微粉を検出する１１から１３などの構造からなるものである。

ステージ（本体）１は、試料（例えばマスク）を搭載し、Ｘ方向およびＹ方向に高精度かつ広範囲に移動可能な機構である。図示の構造は、Ｘ方向あるいはＹ方向の１組のみを示す。

超音波モータ１０は、ステージ（本体）１をＸ方向（あるいはＹ方向）に高精度かつ広範囲に移動（駆動）するものであって、ステータ２、ロータ３、圧電セラミック４、電源５，６などから構成されるものである。尚、超音波モータ１０によるステージ（本体）１の駆動量は、図示外のレーザ測長器によって高精度に測定しながら当該駆動量を自動調整する。

ステータ２は、通常、アルミナで作成され、ロータ１に接触する部分は極めて滑らかに加工し、かつ耐磨耗性加工（例えば窒素、炭素、ホウ素、チタン、アルゴン、クロム、ニッケル、銅、インジウム、銀、モリブデンあるいはその化合物のいずれか１つ以上であって、これ以外でも、耐摩耗性が向上するものをイオン打ち込みして耐磨耗性の加工）したものである。ステータ２は、公知のように、電源５，６から電圧を印加した圧電セラミック４によって駆動され、接するロータ３を図上で左方向あるいは右方向に移動させるものである。

ロータ３は、通常、アルミナで作成され、ステータ２に接触する部分は極めて平坦に加工されたものである（ステータ２と同様に、耐磨耗性加工を施す）。

圧電セラミック４は、電源５，６から印加された位相の電圧に従い伸縮してステータ２を駆動するものである。

電源５，６は、図示のように位相の異なる（Ｃｏｓ ωｔ，Ｓｉｎ ωｔ）所定周波数の電圧（パルス電圧）を発生し、圧電セラミック４を駆動するものである。

光源１１は、ステータ２とロータ３との接触部から発生する微粉を検出するための光を発生するものであって、点光源、平行光源、あるいはレーザなどの光源である。

レンズ１２は、光源１１から放出された光を、ステータ２とロータ３との接触部分あるいは近傍に照射し、発生した微粉によって散乱した光（あるいは直接の光）を集光し、感度を向上させたりなどするものである。

受光素子１３は、レンズ１２で集光した光を電気信号に変換するものである。ステータ２とロータ３との接触部分から微粉が発生（放出）されると、光源１１から放出された光が、当該微粉に衝突して散乱され、レンズ１２で当該散乱した光を集光し、受光素子１３で電気信号に変換し、その信号を記録する。尚、微粉で散乱された光を受光素子１３で検出する場合には、光源１１からの直接光は図示外の小さな丸い遮光板（暗視野用フィルタ）１４で遮断し、散乱光のみが受光素子１３に入射して電気信号（いわゆる暗視野信号）のみを検出するようにする。また、逆に直接光のみを受光素子１３で検出する場合には、光源１１からの直接光のみを通過させる丸い小さな絞り（明視野用フィルタ）を微粉検出領域と当該受光素子１３の間に入れて当該直接光のみを受光素子１３で検出して信号（いわゆる明視野信号）を検出するようにする。尚、光源１１から受光素子１３までの光路（光の軸中心）が直線でないときはプリズムあるいは反射鏡を用い適宜、当該光路を調整する。

図１の（ｂ）は、ロータ３の要部を拡大した図を示す。図示のように、ステータ２がロータ３に接触しながら駆動すると、ステータ２とロータ３とには、摩擦力で材料（通常、アルミナ）が磨耗した微粉（磨耗粉）が発生し、一部が付着し、他は周囲に放出される。このうち、付着した微粉は、ステータ２がロータ３を駆動するときに駆動がスムーズできなく、駆動ムラが発生し、超音波モータ１０によるステージ（本体）１の移動がスムーズでなくなる。一方、周囲に放出された微粉（磨耗粉）は、ステージ（本体）１に固定した試料（例えばマスク）の上に付着し、重大障害を引き起こす場合がある。

次に、図２の説明図を用い、ステータ２とロータ３との接触部分で微粉（磨耗粉）が発生したときの検出について詳細に説明する。

図２は、本発明の説明図を示す。
図２の（ａ）は、全体の平面図を示す。

図２の（ａ）において、光源である半導体レーザ１１から放出されたレーザ（光）は、超音波モータ１０を構成するステータ２とロータ３との接触する部分から微粉（磨耗粉）が発生する部分に照射する。微粉が発生する部分に照射されたレーザは、ここでは、暗視野用フィルタ（明視野のときは不要）１４で中心の直接のレーザは遮断し、微粉で散乱したレーザをレンズ１２で集光し受光素子１３で電気信号に変換する。検出された信号は、図示外のメモリに蓄積（デジタルの値に変換して記録）すると共に、検出した信号の変化信号（例えば超音波モータ１０を駆動しないときの信号を基準に、超音波モータ１０を駆動したときの信号変化）が所定閾値以上のとき（例えば所定閾値の値が所定時間以上継続、あるいは所定回数以上となったとき）に、微粉（磨耗粉）が発生と警報を表示（あるいは音声で発声）する。

尚、明視野の場合には、図示の暗視野フィルタ１４の代わりに、既述した小さな孔の開いた板（明視野用フィルタ、絞り）を配置し、明視野信号を、受光素子１３で検出し、検出した信号変化が所定閾値以下のとき（例えば所定閾値の値が所定時間以上継続、あるいは所定回数以上となったとき）に、微粉（磨耗粉）が発生と警報を表示（あるいは音声で発声）する。

図２の（ｂ）は、磨耗粉が発生し、レーザが当該磨耗粉で散乱して暗視野信号を検出するときの様子（正面図）を模式的に示す。

図２の（ｂ）において、半導体レーザ１１から放出されたレーザは、超音波モータ１０を構成するステータ２とロータ３との摩擦によって発生した磨耗粉によって図示点線で示すように散乱される。散乱しないレーザ（直接レーザ）は、図示の暗視野用フィルタ１４で遮断され、散乱したレーザ（散乱レーザ）がレンズ１２によって集光され、受光素子（ＣＣＤ）１３に入射して電気信号に変換されて検出される。検出された信号は、図示外のメモリに蓄積される。検出された信号のレベルをリアルタイムに表示（磨耗粉の発生状態のモニタ表示）すると共に、当該検出された信号と、超音波モータ１０を駆動しないときの信号（基準信号）とを比較し、検出された信号が所定閾値以上のとき（所定閾値以上の値が所定時間以上継続したとき、あるいは所定回数越えたとき）に、所定量以上の磨耗粉が放出されと警報を表示する（あるいは発声する）。そして、当該警報を見た管理者は、ステージ１に取り付けた超音波モータ１０の寿命などを判定し、清掃、チェックあるいは交換などする。

図２の（ｃ）は、磨耗粉反射板１５および光通過窓１６を設けて磨耗粉の検出効率を向上させる例を示す。図示の例は、磨耗粉反射板１５で囲んで発生した磨耗粉を領域内に可及的に溜め、検出効率を向上させる例である。超音波モータ１０を構成するステータ２とロータ３との摩擦によって発生した磨耗粉は、図示の磨耗粉反射板１５で反射させて図示の領域に可及的に多くの時間留まらせ、光通過窓１６からレーザを入射してレーザの散乱確率を向上させ、結果として磨耗粉の検出感度を向上させる。
尚、図２の（ｃ）では、磨耗粉を複数枚（あるいは１枚でもよい）の磨耗粉反射板１５でレーザの通路に可及的に多く（長い時間滞留する）ようにして検出感度を向上させたが、これに限られず、レーザ通路に孔を空けた収集容器あるいは収集板（例えば円錐の頭部に穴をあけ、中間に図示のレーザ光が通過する孔を空けた収集容器あるいは当該収集容器の一部を切り出した収集板）でもよい。

本発明は、圧電素子の力で駆動されるステータと摩擦力で前記ステータに固定するロータとからなる超音波モータを用いた荷電粒子顕微鏡用のステージおよびステージの微粉検出方法に関するものである。

本発明の１実施例構造図である。 本発明の説明図である。

符号の説明

１：ステージ
２：ステータ
３：ロータ
４：圧電セラミック
５，６：電源
１０：超音波モータ
１１：光源（半導体レーザ）
１２：レンズ
１３：受光素子
１４：暗視野用フィルタ
１５：磨耗粉反射板
１６：光通過窓

Claims (7)

1. 圧電素子の力で駆動されるステータと摩擦力で前記ステータに固定するロータとからなる超音波モータを用いた荷電粒子顕微鏡用のステージにおいて、
   前記ステータと前記ロータとの接触部分あるいは近傍に光を照射する光源と、
   前記光が前記接触部分あるいは近傍に発生した微粉によって散乱された光あるいは散乱されない光を受光し、電気信号として検出する受光素子と
   を有するステージ。
2. 前記照射された直接の光を遮断し、前記微粉で散乱された光を検出することを特徴とする請求項１記載のステージ。
3. 前記微粉で散乱した光をレンズで集光して検出することを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載のステージ。
4. 前記検出した信号変化が、所定閾値以上のときに警報を発することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のステージ。
5. 前記ステータと前記ロータとの接触部分あるいは近傍に、発生した微粉を収集する収集板を配置し、前記光の散乱による検出効率を向上させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のステージ。
6. 前記光源は点光源、平行光源あるいはレーザを用いた光源としたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のステージ。
7. 圧電素子の力で駆動されるステータと、摩擦力で前記ステータに固定するロータとからなる超音波モータを用いた荷電粒子顕微鏡用のステージの微粉検出方法において、
   光源によって前記ステータと前記ロータとの接触部分あるいは近傍に光を照射するステップと、
   受光素子によって前記光が前記接触部分あるいは近傍に発生した微粉によって散乱された光あるいは散乱されない光を受光し、電気信号として検出するステップと
   を有するステージの微粉検出方法。

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