JP2007324045A - 電子顕微鏡装置およびブレーキ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージを高速移動しても低振動であり、ステージ停止時のドリフトが小さく、高精度の位置決めを行える電子顕微鏡装置およびブレーキ機構に関する。
【解決手段】ステージ１１０をブレーキングするブレーキ機構は、電子顕微鏡装置１に具備される。ブレーキレール１０２は、ステージ１１０が移動可能な方向に沿って敷設されている。２つのピエゾ素子１０４，１０４は、ブレーキレール１０２の両側に位置するようにステージ１１０に備えられている。ステージ駆動装置５０は、これらのピエゾ素子１０４，１０４への印加電圧を変化させ、ステージ１１０の停止時、これらのピエゾ素子１０４，１０４が伸長し、ブレーキレール１０２を押圧するようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステージを高速移動しても低振動であり、ステージ停止時のドリフトが小さく、高精度の位置決めを行える電子顕微鏡装置およびブレーキ機構に関する。

走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope; SEM）は、収束した電子線をプローブとして試料表面を走査し、試料から放出された反射電子（backscattered electron）や二次電子（secondary electron）を検出して、試料のSEM像を得る。このような電子線などの荷電粒子線をプローブとする顕微鏡は、多様な研究開発分野に利用されるだけでなく、製造分野にも応用されるようになった。例えば、走査型電子顕微鏡によって観察対象（試料）のSEM像を得る技術は、半導体の微細構造の観察に応用され、半導体製造プロセスに不可欠なものとなっている。

半導体集積回路は、近年、そのパターンが微細化し、例えばパターン幅が１００ｎｍ以下のものも多い。このため、ウェーハ上の、例えば数十ｎｍ程度の微小な異物欠陥が、製品に障害を与えることがある。走査型電子顕微鏡の技術を利用し、このような障害の原因となり得る異物欠陥を観察撮像する検査装置に、欠陥検査装置やレビューSEMなどがある。

これらの検査装置には、高スループット化に加えて、高精度の画像を得ることが求められることとなった。それには、ウェーハを載置するステージは、高速に移動して正確に位置決めを行うことと、停止時に振動やドリフトを抑えることとが必要となる。

例えば、レビューSEMによってウェーハの評価を行うには、プロセス中のウェーハを取り出して評価を行い、再びプロセスに戻す。ウェーハは、評価のために分割できないから、ステージは、ウェーハの直径に相当するストロークを有する必要がある。

ウェーハのサイズ（直径）は、現在、３００ｍｍが主流になり、大径化が進みつつある。ウェーハの大径化に対応するには、ステージを大型化し、ストロークを大きくする必要がある。また、高スループット化を図るには、ステージの移動を高速化する必要がある。それらを実現するには、ステージを駆動するモータを大出力化し、駆動力を大きくすることがひとつの方法である。しかし、大出力モータは、駆動軸の温度上昇が大きくなり、ステージの振動やドリフトが大きくなる問題があった。

従来、２つの平行板バネ機構によって２つの与圧部材を支持し、ネジを回転させて与圧部材の間隔を押し広げ、ベースの滑り面への与圧を調整できる制動機構を取り付けた「電子顕微鏡用試料ステージ」が知られている（例えば、特許文献１参照）。

従来、ボールネジの温度上昇による熱ドリフトを回避するため、駆動用のロッドとテーブルのガイド部との間にギャップを空け、ロッドとテーブルとを機械的に分離した試料ステージを有する「電子顕微鏡装置」が知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、ピエゾ素子へ正の電圧を印加すると、ピエゾ素子が左右方向に広がる変形を起こし、２つの柱部の境界部が支点となって、ブレーキングパッドがブレーキングレールを挟む方向に変位することによりブレーキングをする「ターゲット移動装置」が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−１８４３３９号公報（段落［００３０］、図１，図６） 特開２００４−１３４１５５号公報（段落［００２１］、図１） 特開２００１−１９６０２１号公報（段落［００３１］、図３）

しかし、従来の「電子顕微鏡用試料ステージ」（特許文献１記載）では、（１）摺動摩擦力をより大きく調整し、充分な制動力によって慣性によるドリフトを抑制することと、（２）摺動摩擦力をより小さく調整し、移動テーブルの移動を高速化すること、を同時に実現することが困難であった。また、板バネの‘かえり’が振動およびドリフトの一因となることがあり、試料ステージの位置決め精度の向上を阻んでいた。

また、前記「電子顕微鏡装置」（特許文献２記載）では、ステージの停止時には、熱ドリフトぶんがギャップで吸収されるが、板ばねを含む制動機構によって、ステージの移動時も停止時も常に一定の制動力を働かせているため、前記した「電子顕微鏡用試料ステージ」（特許文献１記載）と同様な問題点があった。

また、従来の「ターゲット移動装置」（特許文献３記載）では、そのブレーキング機構は、多数の溝を削って、２つの柱部やその薄い境界部などを形成しているため、全体に剛性が低くなり、たわんでドリフトが発生しやすい問題点があった。また、ピエゾ素子の変形は、柱部を介し、境界部を支点として、間接にブレーキパッドに伝わるため、充分な制動力を得られず、慣性ドリフトを生じやすい問題点があった。

そこで、本発明は、ステージを高速移動しても低振動であり、ステージ停止時のドリフトが小さく、高精度の位置決めを行える電子顕微鏡装置およびブレーキ機構を提供することを目的とする。

本発明の電子顕微鏡装置およびブレーキ機構は、ステージの停止時、ブレーキレールの両側に位置する一対のピエゾ素子が伸長し、ブレーキレールを押圧するように、これら一対のピエゾ素子への印加電圧を変化させるように構成したものであって、その具体的な手段については、本発明による実施形態の詳細な説明を通じて、その技術的思想を表現することとする。

本発明によれば、ステージ停止時における熱ドリフトや振動によるノイズを抑え、かつ、位置決め精度が高い電子顕微鏡装置および試料ステージ機構を提供できる。

次に、添付した各図を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態の電子顕微鏡装置１を示す概略構成図である。
この電子顕微鏡装置１は、試料室２と、試料室２の上部に連接された鏡筒２６と、試料室２の下部に連接された真空ポンプ３０と、干渉計１９と、ステージ駆動装置５０と、制御装置４０と、表示装置４１とを具備している。

鏡筒２６は、電子源から電子を引き出し電子線２１として出射する電子銃２０と、電子銃２０から出射された電子線２１を集束するコンデンサレンズ２７と、制御装置４０の制御により電子線２１の軌道を偏向させる偏向器２２と、電子線２１を試料であるウェーハ１７に収束させる対物レンズ２８と、ウェーハ１７から放射される二次電子２４を取り込んで検出信号を生成する二次電子検出器２５と、を具備している。二次電子検出器２５の代わりに、または二次電子検出器２５に加えて、ウェーハ１７からの反射電子を検出する反射電子検出器（図示せず）を具備してもよい。

なお、本説明において、電子線２１の光軸方向をＺ方向（一次電子の進行方向を正）とし、Ｚ方向に垂直な一方向をＹ方向（図１の右手方向を正）とし、Ｚ方向およびＹ方向に対し垂直な一方向を、Ｘ方向（図１の紙面を貫いて垂直上方を正）とする。

欠陥検査装置４２は、電子顕微鏡装置１と連携して動作する装置であり、所定の欠陥のあるウェーハ１７上の部位の座標などの情報を制御装置４０に提供する。
制御装置４０は、二次電子検出器２５によって生成された検出信号を信号処理し、画像信号または画像データを生成して、表示装置４１へ送る。また、制御装置４０は、欠陥検査装置４２から取得した情報を基に、観察撮像すべき部位の座標を、順次、ステージ駆動装置５０へ送り、その撮像を行えるようにする。
表示装置４１は、制御装置４０から送られた画像信号または画像データを基に、視野内のウェーハ１７の画像を表示する。
真空ポンプ３０は、試料室２内を真空引きし、所定の真空度に保つ。

試料室２内には、試料ステージ機構３が設置されている。試料ステージ機構３は、試料室２内の床面から上方（鏡筒２６に近い方）へ向かって、ベース４と、Ｘベース５と、Ｙベース６と、を積み重ねて構成されている。

Ｙベース６には、Ｘ方向に延在するバーミラー１８が設置されている。
干渉計１９は、例えばレーザ干渉計であり、バーミラー１８との距離を計測することにより、Ｙベース６のＹ方向に関する位置を読み取る。
同様に、Ｘベース５には、Ｙ方向に延在するバーミラー（図示せず）が設置されている。
別の干渉計（図示せず）は、このバーミラー（図示せず）との距離を計測することにより、Ｘベース５のＸ方向に関する位置を読み取る。

Ｙベース６は、Ｘベース５上にＹ方向に延在するＹ滑り案内７によってその軌道が定まり、所定方向（Ｙ方向）に沿って往復移動させることができる。Ｙベース６は、Ｙロッド９により押し引きされることにより、Ｘベース５上を移動する。Ｙロッド９は、Ｙボールネジ８の回転によって、往復直線移動する。Ｙボールネジ８は、パルスモータ１４の真空シールを施したシャフト１３に結合され、パルスモータ１４の運転に伴って回転する。

Ｙベース６に設けられたガイド部１１と、Ｙロッド９に設けられたピン１０との間は、わずかにギャップ１２が空いているため、Ｙベース６と、Ｙロッド９との連結を機械的に切り離すことができる。ギャップ１２の幅は、例えば、５０[μｍ]である。

ベース４上には、Ｙ滑り案内７と直角に交差し、同様の構成を有するＸ滑り案内１５が延在し、Ｘベース５はＸ滑り案内１５に沿って移動可能である。Ｘベース５においても同様にガイド部（図示せず）とピン（図示せず）との間にギャップ（図示せず）があり、Ｘボールネジ（図示せず）の回転によって、往復直線移動する。Ｘボールネジ（図示せず）は、パルスモータ（図示せず）のシャフト（図示せず）に結合され、パルスモータ（図示せず）の運転に伴って回転する。

このように、Ｘベース５の移動機構とＹベース６の移動機構とは、その移動方向が異なるほかは、基本的に同一の構成であるので、これらをステージ１１０と総称することとする。また、単にロッドという場合、Ｘロッド（図示せず）およびＹロッド９のいずれか、または、総称を意味する。

Ｙベース６の上面には、試料ホルダ１６が搭載されている。また、試料ホルダ１６上には、ウェーハ１７が固定または載置されている。また、Ｙベース６上には、ステージ位置制御用にバーミラー１８を取り付け、干渉計１９を用いて位置測定が行なわれる。

ステージ駆動装置５０は、干渉計１９によって測定された試料ステージ機構３の位置に基づいて、パルスモータ１４を制御して、Ｙ方向のステージ１１０の位置制御を行う。ステージ駆動装置５０は、同様に、Ｘ方向のステージ１１０の位置制御も行う。

Ｘベース５にはピエゾ素子１０４（図４参照）を用いたブレーキ１０１が搭載されていて、ブレーキング時および位置補正時に、ベース４に取り付けられたブレーキレール１０２を挟み込んで動作する。
同様に、Ｙベース６において同様なブレーキ（図示せず）が搭載され、Ｘベース５において同様なブレーキレール（図示せず）が搭載されている。

試料ステージ機構３を搭載したレビュー用の電子顕微鏡装置１によって、ウェーハ１７の欠陥を評価する手順例は、おおよそ次の通りである（図１参照）。
まず、制御装置４０は、評価対象となりうる欠陥がウェーハ１７上のどの位置にあるかを欠陥検査装置４２から取得し、内部の記憶部（図示せず）に、その座標を予め登録する。
次に、制御装置４０は、その座標で特定される欠陥の中から、評価すべき欠陥および評価条件を決定する。

評価するに際して、ステージ駆動装置５０は、制御装置４０から評価すべき欠陥の部位まで、パルスモータ１４を駆動し、ステージ１１０を移動させる。そして、鏡筒２６内の電子光学系は、電子線２１をウェーハ１７上に照射し、偏向器２２は、電子線２１を偏向させてウェーハ１７上の視野内を走査する。

電子線２１の照射によってウェーハ１７から放出された二次電子（または反射電子）は、二次電子検出器２５で検出される。得られた検出信号を基に、制御装置４０は、数万倍から数十万倍の二次電子像（または反射電子像）を生成し、表示装置４１に表示させる。制御装置４０は、この二次電子像のコントラストの変化から欠陥を認識し、所定の欠陥の検出および画像取得を行う。
その後、次の指定位置に移動し、同様に画像収得を繰り返し行う。

次に、図２から図６までを参照し、本実施形態のステージ１１０の位置決め方法について説明する。

図３は、ステージ１１０を位置決めする概念を示した説明図である（適宜、図２参照）。
図３（ａ）に示すように、本実施形態では、開始位置Ａにあるステージ１１０（Ｙベース６；図１参照）を、目標位置Ｃへ移動させるために、（１）まず、仮目標位置Ｂへ移動させた後、目標位置Ｃへ移動させる。仮目標位置Ｂは、開始位置Ａから目標位置Ｃを見たとき、目標位置Ｃより遠方であり、具体的には、目標位置Ｃを所定量（オフセット値Ｌｏ）だけオーバシュートした位置である。

ここでは、一例として、オフセット値Ｌｏを、２００[μｍ]とし、開始位置Ａの座標を、（０，０）[μｍ]とし、目標位置Ｃの座標を、（７００，５００）[μｍ]とする。したがって、この場合、仮目標位置Ｂの座標は、（９００，７００）[μｍ]となる。その後、ガイド部１１とピン１０との機械的な結合を分離するため、微小なオフセット量だけロッドを引き戻して、目標位置Ｃに位置決めする。

詳細に説明すると、まず、ステージ駆動装置５０は、干渉計１９を制御し、ステージ１１０の開始位置Ａを検出する（図２のステップＳ１０）。ここで、開始位置Ａの座標は、（０，０）[μｍ]とする。

ここで、図３（ｂ）を参照し、Ｙロッド９の先端のピン１０とＹベース６のガイド部１１との位置関係について説明する。
ガイド部１１には、幅Ｌｇの溝が形成されている。この溝に、直径Ｒｐのピン１０が係合している。ここで、（ガイド部１１の溝の幅Ｌｇ）は、（ピン１０の直径Ｒｐ）よりも大きくしておく。このため、ガイド部１１の溝にピン１０が係合しているとき、ガイド部１１とピン１０との間に、ギャップ１２が形成される。このギャップ１２は、おのおの、幅ｇ１、幅ｇ２を有する。例えば、ガイド部１１の溝の幅Ｌｇを１３．０５[ｍｍ]とし、ピン１０の直径Ｒｐを１３[ｍｍ]としたとき、このギャップ１２の幅ｇ１および幅ｇ２の合計値は、０．０５[ｍｍ]（５０[μｍ]）となる。

図３（ｂ）に示す状態では、ピン１０は、ガイド部１１の両側面から離れている。すなわち、ステージ１１０（図１参照）と駆動機構の間は機械的に結合を分離された状態となっている。この状態は、図３（ｅ）も同じであり、その理由については、図３（ｅ）を用いて後述する。ここで、ギャップ１２の幅ｇ１が３０[μｍ]であり、ギャップ１２の幅ｇ２が２０[μｍ]であるとする。これらの値は、実際の装置で実験的に求めることができる。

次に、ステージ駆動装置５０は、制御装置４０の制御により、目標位置Ｃの座標を設定する（図２のステップＳ２０）。目標位置Ｃは、あらかじめ、パターン形状の評価方法により、次に評価すべき位置の座標データが制御装置４０に登録されているので、この登録されたデータを読み込んで設定を行う。ここで、目標位置Ｃは、座標（７００，５００）[μｍ]であるとする。

次に、ステージ駆動装置５０は、仮目標位置Ｂの座標を算出する（図２のステップＳ３０）。仮目標位置Ｂは、開始位置Ａから目標位置Ｃを見たとき、目標位置Ｃよりも遠方の位置であり、目標位置Ｃを所定量（オフセット値Ｌｏ）だけオーバシュートした位置である。例えば、オフセット値Ｌｏが２００[μｍ]である場合、仮目標位置Ｂの座標は、（９００，７００）[μｍ]となる。

次に、ステージ駆動装置５０は、パルスモータ１４を駆動して、ステージ１１０を、仮目標位置Ｂへ移動させる（図２のステップＳ４０）。Ｘ方向に関して、ステージ１１０をＸ軸方向に移動させるパルスモータ（図示せず）を、ステージ１１０の移動量が９００[μｍ]に相当する回転量だけ回転させる。同様にして、Ｙ方向に関して、ステージ１１０をＹ軸方向に移動させるパルスモータ１４（図１参照）を、ステージ１１０の移動量が７００[μｍ]に相当する回転量だけ回転させる。

仮目標位置Ｂにステージ１１０を移動後、ステージ駆動装置５０は、干渉計１９（Ｘ方向については図示せず）を用いて、現在位置を検出する。ここで、仮目標位置Ｂに移動が完了した時点では、図３（ｃ）に示すように、ピン１０は、ガイド部１１の一方の側面１１ａに押し付けられている。ここで、図３（ｂ）に示したように、ピン１０は、ガイド部１１の両側面から離れており、ギャップ１２の幅ｇ２があるため、このギャップ１２の幅ｇ２（２０[μｍ]）だけ、移動量が少なくなるため、移動後の仮目標位置Ｂの実際の座標は、（８８０，６８０）[μｍ]となる。

次に、ステージ駆動装置５０は、パルスモータ１４を駆動して、ステージ１１０を目標位置Ｃへ移動させる（図２のステップＳ５０）。ここで、仮目標位置Ｂの座標が（８８０，６８０）[μｍ]であり、目標位置Ｃの座標が（７００，５００）[μｍ]であるとすると、本来の移動量は、Ｘ方向に（−１８０[μｍ]）、Ｙ方向に（−１８０[μｍ]）である。しかし、図３（ｄ）に示すように、目標位置Ｃにおいては、ピン１０は他方のガイド部１１の側面１１ｂに接触する状態となるため、さらに、５０[μｍ]の移動量が必要となるので、パルスモータ１４を駆動して、Ｘ方向に（−２３０[μｍ]）、Ｙ方向に（−２３０[μｍ]）移動させることにより、ステージ１１０が目標位置Ｃに移動する。

次に、ステージ駆動装置５０は、ステージ１１０が許容範囲内に位置しているか否かを判定する（図２のステップＳ６０）。すなわち、目標位置Ｃに移動後、そのときのステージ１１０の位置を干渉計１９などにより測定する。ステージ駆動装置５０は、目標位置Ｃに対して、許容範囲を規定する距離Ｌｐが設定されている。そして、実際の位置が、許容範囲内であるか否かを判定する。許容範囲は、当初設定した目標位置Ｃの座標に対して、例えば、±５[μｍ]の範囲内とする（すなわち、Ｌｐ＝１０[μｍ]）。許容範囲内に位置していない場合には、図２のステップＳ５０に戻り、再度、目標位置Ｃに移動する手順を繰り返す。

許容範囲内にあるときは、ステージ駆動装置５０は、パルスモータ１４（図１参照）を駆動して、ロッドを所定の引戻距離Ｌｒだけ引き戻して（図２のステップＳ７０）、ピン１０とガイド部１１を切り離す。引戻距離Ｌｒは、ギャップ１２の幅ｇ１および幅ｇ２の合計値よりも少ない値に設定しておく。この例では、引戻距離Ｌｒは、例えば、Ｘ方向に３０[μｍ]とし、Ｙ方向に３０[μｍ]とする。これにより、図３（ｅ）に示すように、ピン１０は、ガイド部１１の両側面から離れた状態となる。

以上説明したように、駆動用のロッド（ＸロッドおよびＹロッド９）がテーブル（Ｘベース５およびＹベース６）から機械的に分離されているため、ボールネジ（ＸボールネジおよびＹボールネジ８）の温度の昇降によりロッドが伸縮しても、熱によるドリフトが発生しない。

次に、図４を参照して、ステージ１１０のブレーキングおよび詳細位置補正方法について説明する。
図４（ａ）および図４（ｄ）はステージ１１０とブレーキ１０１およびステージ駆動装置５０の位置関係を示している。ステージ１１０にはバーミラー１８およびブレーキ１０１が取り付けられ、ブレーキ１０１にはピエゾ素子１０４が取り付けられている。

図５は、ピエゾ素子１０４について入力電圧に対する伸長量の関係の一例を示すグラフである。
ピエゾ素子１０４は、印加電圧が高いほど、伸長量が大きいことが分かる。ピエゾ素子１０４は、印加電圧によって伸長量が一義的に決定されることが好ましいことから、ヒステリシスの小さいものを選択するとよい。

ロッドの引き戻しを行い（図２のステップＳ７０）、その直後、図４（ｂ）に示すように、ステージ駆動装置５０は、ピエゾ素子１０４に電圧を印加し、ピエゾ素子１０４を両方同時に伸長させて、ベース４に取り付けられたブレーキレール１０２を挟み込んで押圧し、ブレーキングを行う（図２のステップＳ８０）。この動作は、Ｘ軸およびＹ軸について、同時に行う。

次に、ステージ駆動装置５０は、バーミラー１８および干渉計１９を用いて、現在のステージ１１０の位置をリアルタイムに検出する（図２のステップＳ９０）。ステージ駆動装置５０は、その検出結果から、ドリフトが生じたか否かを判断する（図２のステップＳ１００）。ここで、ステージ１１０の現在位置がドリフトや振動などにより変化していない場合（図２のステップＳ１００のＮｏ）、図２のステップＳ９０以降の処理を繰り返す。

ここで、ステージ１１０の現在位置がドリフトや振動などにより変化している場合（図２のステップＳ１００のＹｅｓ）、ステージ駆動装置５０は、印加電圧を変化させて、ピエゾ素子１０４，１０４をドリフト方向と逆方向に伸縮させる。ここで、ドリフト方向は進行方向に発生する可能性が高いため、進行方向と直交する軸（Ｘ方向のドリフトであればＹ軸）のピエゾ素子１０４を伸縮させることになる（図４（ｃ））。例えば、レーザの読み込みが１[ｍｓ]ごとに実施されるとして、ブレーキング開始を０[ｍｓ]としたときに、１[ｍｓ]までのドリフト量が（Ｘ，Ｙ）＝（１０，１５）[ｎｍ]と求められた場合、Ｘブレーキに搭載されているピエゾ素子１０４をドリフト方向とは逆に±１５[ｎｍ]、Ｙブレーキに搭載されているピエゾ素子１０４を±１０[ｎｍ]伸縮させることでドリフトを補償する（図２のステップＳ１１０）。そして、図２のステップＳ９０以降の処理を繰り返す。

これにより、ロッドの引き戻し後に発生するドリフト、振動の低減および補正が可能となり、ノイズの少ない二次電子像を得ることが可能となる。

図６（ａ）は、本実施形態のステージ１１０の移動を模式的に示すグラフであり、図６（ｂ）は、比較例のステージ（図示せず）の移動を模式的に示すグラフである。
比較例の電子顕微鏡装置は、ピエゾ素子１０４を用いたブレーキ１０１を有していないほかは、本実施形態の電子顕微鏡装置１と同様の構成である。

図６（ａ）に示すように、本実施形態の電子顕微鏡装置１では、ステージ１１０が所定の減速開始位置に到達したら、ステージ駆動装置５０は、ブレーキ１０１のピエゾ素子１０４に電圧を印加するので、ステージ１１０が減速し始める。減速開始位置は、ブレーキ１０１の能力、ステージ１１０の最高速度、ステージ１１０の慣性質量などを勘案して、停止目標位置においてステージ１１０の速度が充分に低くなるように決定される。

ステージ１１０が停止目標位置に達するとき、ステージ駆動装置５０はさらなる電圧をピエゾ素子１０４に印加するので、ブレーキ１０１は、ステージ１１０が完全に停止するようにブレーキングを行う。これとほぼ同時に、ロッドの引き戻しが行われ、ロッドとステージ１１０とが機械的に分離される。

このように、ピエゾ素子１０４を用いたブレーキ１０１によって、ロッドの引き戻しと同時にステージ１１０を停止できるので、ステージ１１０の停止時における熱ドリフトや振動によるノイズを抑え、かつ高精度な位置決め制御装置を用いた電子顕微鏡装置１を得ることができる。

図６（ｂ）に示すように、比較例の電子顕微鏡装置では、ブレーキ１０１は、仮目標位置Ｂで減速を開始し、目標位置Ｃに到着後、ロッドの引き戻しを行っている。これにより、ロッドの熱ドリフトは発生しないが、ステージ１１０や試料室２のたわみなどによるドリフトが発生し、位置ズレが生じる可能性があった。

本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）ステージ１１０を移動させている間、ブレーキングが解除され、慣性ドリフト防止のための摩擦力を掛けないため、ステージ１１０を高速に移動させても、振動を抑制できる。
（２）ステージ１１０を移動させている間、ブレーキングが解除され、ブレーキパッドとしても作用するピエゾ素子１０４とブレーキレール１０２とが接触しないため、試料室２内の発塵が少なくて済む。
（３）ブレーキキャリパ１０３の形状が単純であり、ブレーキ１０１の剛性を高くできるため、ステージ１１０のドリフトを小さくできる。
（４）ステージ１１０を停止させているとき、仮にドリフトが生じても、ステージ駆動装置５０の制御により複数のピエゾ素子１０４がおのおの伸縮するので、ドリフトが補償され、正確な位置決めが維持される。

本発明は、半導体素子製造分野における検査評価用の電子顕微鏡に用いる試料ステージ機構に用いるのに好適である。

本発明による一実施形態の電子顕微鏡装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態による電子顕微鏡装置におけるステージの位置決め制御の内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるステージを位置決めする概念を示した説明図である。 本発明の一実施形態によるステージのブレーキングおよび詳細位置補正方法を示す説明図である。 ピエゾ素子について入力電圧に対する伸長量の関係の一例を示すグラフである。 本実施形態のステージの移動と、比較例のステージの移動とを比較して模式的に示すグラフである。

符号の説明

１ 電子顕微鏡装置
２ 試料室
３ 試料ステージ機構
４ ベース
５ Ｘベース
６ Ｙベース
７ Ｙ滑り案内
８ Ｙボールネジ
９ Ｙロッド
１０ ピン
１１ ガイド部
１１ａ，１１ｂ 側面
１２ ギャップ
１３ シャフト
１４ パルスモータ
１５ Ｘ滑り案内
１６ 試料ホルダ
１７ ウェーハ
１８ バーミラー
１９ 干渉計
２０ 電子銃
２１ 電子線
２２ 偏向器
２４ 二次電子
２５ 二次電子検出器
２６ 鏡筒
２７ コンデンサレンズ
２８ 対物レンズ
３０ 真空ポンプ
４０ 制御装置
４１ 表示装置
４２ 欠陥検査装置
５０ ステージ駆動装置
１０１ ブレーキ
１０２ ブレーキレール
１０３ ブレーキキャリパ
１０４ ピエゾ素子
１１０ ステージ

Claims (10)

1. 案内機構に沿って移動可能なステージを含む試料ステージ機構と、前記ステージを移動させるステージ駆動機構と、前記ステージをブレーキングするブレーキ機構と、を具備した電子顕微鏡装置であって、
   前記ブレーキ機構は、
   前記ステージが移動可能な方向に沿って敷設されたブレーキレールと、
   前記ブレーキレールの両側に位置するように前記ステージに備えられた一対のピエゾ素子と、
   を具備し、
   前記ステージ駆動機構は、さらに、前記ステージの停止時、前記一対のピエゾ素子が伸長し前記ブレーキレールを押圧するように当該一対のピエゾ素子への印加電圧を変化させる、
   ことを特徴とする電子顕微鏡装置。
2. 第１の案内機構に沿って第１の方向に移動可能な第１のステージおよび前記第１のステージに備えられた第２の案内機構に沿って第２の方向に移動可能な第２のステージを含む試料ステージ機構と、前記第１のステージおよび前記第２のステージを移動させるステージ駆動機構と、前記第１のステージをブレーキングする第１のブレーキ機構と、前記第２のステージをブレーキングする第２のブレーキ機構と、を具備した電子顕微鏡装置であって、
   前記第１のブレーキ機構は、
   前記第１のステージが移動可能な方向に沿って敷設された第１のブレーキレールと、
   前記第１のブレーキレールの両側に位置するように前記ステージに備えられた第１の一対のピエゾ素子と、
   を具備し、
   前記第２のブレーキ機構は、
   前記第２のステージが移動可能な方向に沿って敷設された第２のブレーキレールと、
   前記第２のブレーキレールの両側に位置するように前記ステージに備えられた第２の一対のピエゾ素子と、
   を具備し、
   前記ステージ駆動機構は、さらに、前記第１のステージおよび前記第２のステージの停止時、前記第１の一対のピエゾ素子が伸長し前記第１のブレーキレールを押圧するように当該第１のピエゾ素子への印加電圧を変化させ、前記第２の一対のピエゾ素子が伸長し前記第２のブレーキレールを押圧するように当該第２の一対のピエゾ素子への印加電圧を変化させる、
   ことを特徴とする電子顕微鏡装置。
3. 前記ステージ駆動機構は、おのおのの前記ピエゾ素子への印加電圧を独立して変化させ得ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子顕微鏡装置。
4. 前記第１のステージの位置を読み取る第１の測距機構と、
   前記第２のステージの位置を読み取る第２の測距機構と、
   さらに具備し、
   前記ステージ駆動機構は、前記第１のステージおよび前記第２のステージの停止時、前記第１の測距機構によって読み取られた前記第１のステージの位置に応じて前記第２のピエゾ素子のおのおのへの印加電圧を変化させ、前記第２の測距機構によって読み取られた前記第２のステージの位置に応じて前記第１のピエゾ素子のおのおのへの印加電圧を変化させ、前記第１のステージおよび前記第２のステージを所定の移動目標へ微動させることを特徴とする請求項２に記載の電子顕微鏡装置。
5. 前記ステージ駆動機構は、前記ステージ、前記第１のステージまたは前記第２のステージにギャップを介して係合していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子顕微鏡装置。
6. 前記ステージ駆動機構は、前記ステージ、前記第１のステージまたは前記第２のステージを所定の目標位置まで移動させる場合、前記目標位置より遠方の仮目標位置へ移動させた後、前記目標位置へ引き戻すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子顕微鏡装置。
7. 案内機構に沿って移動可能なステージを含む試料ステージ機構と、前記ステージを移動させるステージ駆動機構と、を具備した電子顕微鏡装置に備えられ、前記ステージをブレーキングするブレーキ機構であって、
   前記ステージが移動可能な方向に沿って敷設されたブレーキレールと、
   前記ブレーキレールの両側に位置するように前記ステージに備えられた一対のピエゾ素子と、
   を具備し、
   前記ステージ駆動機構は、さらに、前記ステージの停止時、前記一対のピエゾ素子が伸長し前記ブレーキレールを押圧するように当該一対のピエゾ素子への印加電圧を変化させる、
   ことを特徴とするブレーキ機構。
8. 第１の案内機構に沿って第１の方向に移動可能な第１のステージおよび前記第１のステージに備えられた第２の案内機構に沿って第２の方向に移動可能な第２のステージを含む試料ステージ機構と、前記第１のステージおよび前記第２のステージを移動させるステージ駆動機構と、を具備した電子顕微鏡装置に備えられ、前記第１のステージをブレーキングする第１のブレーキ機構と、前記第２のステージをブレーキングする第２のブレーキ機構と、からなるブレーキ機構であって、
   前記第１のブレーキ機構は、
   前記第１のステージが移動可能な方向に沿って敷設された第１のブレーキレールと、
   前記第１のブレーキレールの両側に位置するように前記ステージに備えられた第１の一対のピエゾ素子と、
   を具備し、
   前記第２のブレーキ機構は、
   前記第２のステージが移動可能な方向に沿って敷設された第２のブレーキレールと、
   前記第２のブレーキレールの両側に位置するように前記ステージに備えられた第２の一対のピエゾ素子と、
   を具備し、
   前記ステージ駆動機構は、さらに、前記第１のステージおよび前記第２のステージの停止時、前記第１の一対のピエゾ素子が伸長し前記第１のブレーキレールを押圧するように当該第１のピエゾ素子への印加電圧を変化させ、前記第２の一対のピエゾ素子が伸長し前記第２のブレーキレールを押圧するように当該第２の一対のピエゾ素子への印加電圧を変化させる、
   ことを特徴とするブレーキ機構。
9. 前記第１のステージの位置を読み取る第１の測距機構と、
   前記第２のステージの位置を読み取る第２の測距機構と、
   さらに具備し、
   前記ステージ駆動機構は、前記第１のステージおよび前記第２のステージの停止時、前記第１の測距機構によって読み取られた前記第１のステージの位置に応じて前記第２のピエゾ素子のおのおのへの印加電圧を変化させ、前記第２の測距機構によって読み取られた前記第２のステージの位置に応じて前記第１のピエゾ素子のおのおのへの印加電圧を変化させ、前記第１のステージおよび前記第２のステージを所定の移動目標へ微動させることを特徴とする請求項８記載のブレーキ機構。
10. 前記ステージ駆動機構は、前記ステージ、前記第１のステージまたは前記第２のステージを所定の目標位置まで移動させる場合、前記目標位置より遠方の仮目標位置へ移動させた後、前記目標位置へ引き戻すことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のブレーキ機構。

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