JP2015018978A

JP2015018978A - アクティブブレーキ、アクティブブレーキを備えた試料ステージ、及び荷電粒子線装置

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Publication number: JP2015018978A
Application number: JP2013145961A
Authority: JP
Inventors: 宗大高橋; Munehiro Takahashi; 水落　真樹; Maki Mizuochi; 真樹水落
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: JP6214946B2

Abstract

【課題】本発明は、試料を搭載するトップテーブルの微小振動を抑え、例えば荷電粒子線装置であれば、観察像の像質あるいは寸法測定値の精度を向上することができるアクティブブレーキ、試料ステージ、及び荷電粒子線装置の提供を目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために本発明では、ブレーキパッド（５０２）と、当該ブレーキパッドをブレーキレールに押圧する押圧部材（５０１）を備えたアクティブブレーキであって、ブレーキパッドを支持する可撓性の板バネ（５０４）を備え、ブレーキパッドの被押圧部（５０５）、及び押圧部材の当該被押圧部との接触部（５０５）の少なくとも一方に、前記ブレーキパッドの傾斜を許容する曲面、或いは斜面が設けたアクティブブレーキを提案する。【選択図】図５

Description

本発明は、アクティブブレーキ、アクティブブレーキを備えた試料ステージ、及び電子顕微鏡等の荷電粒子装置に係り、特に、位置ずれの抑制に効果の高いアクティブブレーキ等に関する。

近年の半導体素子の微細化に伴い、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と称す）が用いられる。

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。

そこで、試料ステージに摺動部材（摺動ブレーキ）を取り付け、振動等に対しての機械剛性を高くする技術（特許文献１参照）がある。しかし、摺動部材を用いた場合は、試料ステージの移動時にはこの摺動部材による摩擦力が試料ステージの移動を妨げるため、試料ステージの位置決めが遅れることになっていた。さらに、さらに、試料ステージの移動時にこの摺動部材が摩擦により発生させる熱は、部材の熱収縮によるドリフトを発生させる要因にもなっていた。機械剛性を高め微小振動を抑制しつつ、移動時の摩擦熱によるドリフトも抑制する技術として、摺動部材の接触とその解除をアクチュエータにより制御する技術（特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）がある。以後、このような方式のブレーキをアクティブブレーキと呼ぶ。

特開２００２−１８４３３９号公報（図１）特開２０１１−１５９４６２号公報（図３）ＵＳＰ４５０５４６４号（図５）ＵＳＰ６５９１７５７Ｂ１号（図３）

試料ステージ装置では、トップテーブルに微小振動が発生すると、観察試料が振動し、観察像が劣化する。ステージの微小振動を抑制するには、前述のようなアクティブブレーキ機構によって、ステージの振動抑制を行うことが有効である。しかし、特許文献２、３、４に開示されているようなアクティブブレーキを用いた場合、定常振動の抑制には一定の効果が得られるものの、ブレーキ動作時直後の振動や位置ずれによってる像質の劣化する可能性がある。ステージ移動後のアクティブブレーキによる振動の減衰時間が長い場合、装置のスループット低下につながる。

以下に、試料を搭載するトップテーブルの微小振動を抑え、例えば荷電粒子線装置であれば、観察像の像質あるいは寸法測定値の精度を向上することを目的とするアクティブブレーキについて説明する。

上記目的を達成するための一態様として、ブレーキパッドと、当該ブレーキパッドをブレーキレールに押圧する押圧部材を備えたアクティブブレーキにおいて、前記ブレーキパッドを支持する可撓性の板バネを備え、前記ブレーキパッドの被押圧部、及び前記押圧部材の当該被押圧部との接触部の少なくとも一方に、前記ブレーキパッドの傾斜を許容する曲面、或いは斜面が設けられるアクティブブレーキ、当該アクティブブレーキを備えた試料ステージ、及び荷電粒子線装置を提案する。

上記構成によれば、ブレーキ動作時直後の振動や位置ずれの抑制が可能となる。

アクティブブレーキを有する試料ステージが設けられた荷電粒子線装置を示す図である。アクティブブレーキを有する試料ステージ装置を示す図である。アクティブブレーキの第１の構成例を示す図である。圧電アクチュエータ先端にブレーキパッドを固定したアクティブブレーキのブレーキレールとの接触状態の例を示す図である。アクティブブレーキのブレーキパッドとブレーキレールとの接触状態の例を示す図である。アクティブブレーキの圧電アクチュエータの先端形状とブレーキベースの形状のバリエーションの例を示す図である。圧電アクチュエータの変位と発生力の関係を示す図である。フレーム剛性が低い場合と、フレーム剛性が高い場合のフレームの弾性変形とブレーキパッドの押しつけ力を示す図である。アクティブブレーキの具体的な構成を示す図である。アクティブブレーキの可動部の例を示す図である。可動質量が大きい場合と小さい場合のアクティブブレーキ動作時のテーブル位置軌跡を示す図である。アクティブブレーキを荷電粒子装置ステージに搭載した場合の構成を示す図である。アクティブブレーキによりＸテーブルが弾性変形する場合のＹテーブルの位置ずれと、テーブル位置との関係を示す図である。位置ずれ補正を行わない場合と位置ずれ補正を行った場合の目標位置と位置軌跡を示した図である。アクティブブレーキの平面構成を示す図である。アクティブブレーキの構成を示す図である。アクティブブレーキの構成を示す図である。

以下に説明する実施例はアクティブブレーキに係り、ブレーキパッドと、ブレーキパッドによる被摺動面であるブレーキレールを備えたブレーキ機構に関するものである。ブレーキパッドが、通常はステージの進行方向に平行である平面のブレーキ面の形状に追従してその向きを変えることができるように構成されているため、以下、平面追従アクティブブレーキとして説明する。平面追従アクティブブレーキは、テーブルに固定された板バネと、板バネにより柔軟に支持されたブレーキパッドと、ブレーキパッドを下方向に押し出すための圧電アクチュエータと、を有し、圧電アクチュエータとブレーキパッド上面の接触部は、少なくとも一つの曲面で構成され点接触にて接触し、ブレーキパッドとブレーキレールの接触部は双方平面であり、板バネが弾性変形することでブレーキレールの傾きにならって平面接触するブレーキパッドと、を有する。

上記構成によれば、試料を搭載するトップテーブルに振動や位置ずれを発生させることなく、ステージ移動後の残留振動や定常的な微小振動およびドリフトを瞬時に抑えて、観察像の像質あるいは寸法測定値の精度および装置のスループットを向上できる試料ステージを実現するための平面追従アクティブブレーキが提供される。

図１を参照して、荷電粒子装置の例を説明する。ここでは、荷電粒子装置の例として測長ＳＥＭ（ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を説明する。本例の測側長ＳＥＭは、走査電子顕微鏡の光学系を収納する鏡筒１１と、該鏡筒１１に接続された真空チャンバ１２を有する。真空チャンバ１２内には、試料ステージ装置が設けられている。

試料ステージ装置は、トップテーブル１０１の下に、中間テーブル１０３およびブレーキレール１０４を有し、両者の下に、平面追従アクティブブレーキ１０２が設けられている。トップテーブル１０１の上に、観察対象であるウェハなどの試料１１０が配置されている。中間テーブル１０３は、矢印Ｂにて示すように、リニアモータ及びリニアガイドを含むステージ機構１０７により、真空チャンバ１２内のベースに対して駆動される。

平面追従アクティブブレーキ１０２は、圧電アクチュエータ１０２ａと固定部材１０２ｂとブレーキパッド１０２ｃを有する。固定部材１０２ｂは中間テーブル１０３に装着されている。圧電アクチュエータ１０２ａは、固定部材１０２ｂに装着されており、ブレーキパッドを押しだすことができる。

試料ステージ装置には、トップテーブル１０１の位置を検出する位置検出装置が設けられている。本例の位置検出装置は、トップテーブル１０１に設けられた平面ミラー１１１と、真空チャンバ１２に設けられたレーザ干渉計１１２を含む。レーザ干渉計１１２からのレーザ光は、平面ミラー１１１を反射して再び、レーザ干渉計１１２に戻る。レーザ干渉計１１２は、発信したレーザ光と反射したレーザ光から、トップテーブル１０１の変位及び位置を検出するように構成されている。ここでは位置検出装置の例として、平面ミラーとレーザ干渉計を含む構成を説明したが、他の構成であってもよい。

測長ＳＥＭによって試料１１０を観察する場合には、ステージ機構１０７によって試料の位置決めが行われる。トップテーブル１０１の現在位置は、レーザ干渉計１１２によって、正確に測定され、制御部１１３に送られる。制御部１１３は、トップテーブル１０１の現在位置に基づいて、ステージ機構１０７のリニアモータを駆動する。こうして、位置検出装置と制御部１１３とステージ機構１０７とを含むフィードバック制御系により、試料１１０上の観察位置が走査電子顕微鏡の光学系の光軸上に配置される。

走査電子顕微鏡の光学系からの電子線は、試料１１０上に照射される。試料１１０から発生する二次電子を検出器によって検出され、走査像が得られる。こうして、試料１１０上の回路パターンの線幅などの情報を取得することができる。

中間テーブル１０３は、ステージ機構１０７のリニアモータのような駆動機構によって常時駆動されている場合、中間テーブル１０３には、リニアモータから微小な振動が継続的に伝達される。中間テーブル１０３が振動すると、試料を搭載したトップテーブル１０１が振動する。

特に、テーブル停止中の振動は観察像の像質や測定精度に大きく影響する。そこで、停止中の振動を抑制するために、リニアモータの駆動をテーブル移動時のみ行い、テーブルが停止中はリニアモータの駆動を行わないようにする。しかし、その場合、テーブル停止中にテーブル位置を駆動方向に拘束するものがないため、テーブル位置にドリフトが発生するため、同じ位置を観察することが困難となる。また、テーブル停止中に振動外乱が入った場合、テーブルを駆動方向に拘束するものがないため、テーブル駆動方向の振動が発生する。そこで、本例では、平面追従アクティブブレーキ１０２を設け、テーブル停止中のドリフトと振動抑制を行う。

本例の測長ＳＥＭでは、トップテーブル１０１の変位は、レーザ干渉計１１２によって検出され、制御部１１３に送られる。制御部１１３は、トップテーブル１０１の変位を計測し、テーブルが目標位置に近づくと、制御部１１３からの制御信号によって、平面追従アクティブブレーキ１０２が動作し、ブレーキパッド１０２ｃがブレーキレール１０４に押し付けられる。ブレーキパッド１０２ｃとブレーキレール１０４が接触することで、中間テーブル１０３と真空チャンバ１２の間のばね剛性が向上、固有振動数が増大し、微小振動が抑制される。

また、テーブル移動後は駆動要素の推力を遮断し、アクティブブレーキのみを作用させることで、駆動要素の推力ノイズがテーブルに伝達し微小振動が発生することを抑制する。

図２を参照して、試料ステージ装置の構成を詳述する。試料ステージ装置は、ウェハ２０１を搭載するチャック２０２とチャックを搭載するテーブル２０３を有し、テーブルはリニアガイド２０４によって案内されベース２０５に対してＸ軸方向に相対運動を行う。ベース２０５にはブレーキレール２０６が固定されており、テーブル２０３移動完了後にテーブル２０３に搭載されたアクティブブレーキ２０７によってブレーキパッド２０８をブレーキレール２０９に押し付ける。

図３Ａ及び図３Ｂを参照して平面追従アクティブブレーキの構造を説明する。図３Ａは、本例の平面追従アクティブブレーキの平面図である。図３Ｂは、図３Ａの切断線Ａ−Ａからみた本例の平面追従アクティブブレーキの断面図である。図示のようにベース３０２の上面に沿って、Ｘ軸及びＹ軸をとり、垂直上方にＺ軸をとる。

本例の平面追従アクティブブレーキは、フレーム下面の両端付近に板バネが固定されており、板バネを挟むようにパッドベースおよびパッドが固定されている。さらに、フレームには圧電アクチュエータを通す穴が開けられており、フレームに対してクランプを用いて圧電アクチュエータを固定している。板バネ３０５は圧電アクチュエータ３０１による非押圧時には、ステージの進行方向に平行な面を持つが、圧電アクチュエータに電圧を印加すると、圧電アクチュエータの先端でパッドベースが下方向に押し出され、板バネが下に凸な形状に弾性変形しパッドがレールに押し付けられる。更に、板バネ３０５は、ブレーキパッド３０７の非押圧時に、当該ブレーキパッド３０７がブレーキレール３０２に非接触となるように、フレーム３０４に支持されている。フレーム３０４は、板バネ３０５の一端と他端の２個所を支持することによって、大きく姿勢を乱すことなく、ブレーキレールの被接触面へのブレーキパッド３０７の追従を可能としている。

図４を参照して板バネを用いない場合のアクティブブレーキの課題を説明する。板バネを用いずに圧電アクチュエータの先端にブレーキパッドを固定する場合について考える。レール４０３とブレーキパッド４０２が平行に接触しない場合において、ブレーキパッド４０２が均等にブレーキレールに押し付けらず、ブレーキパッドの片当たりが生じる。これによって、垂直方向の押しつけ力を作用させることができず、ステージ駆動方向に外乱が生じることになり、テーブル位置が微小に移動する位置ずれが発生する。テーブルの位置ずれは、ステージの位置決め精度劣化につながる。

図５を参照して平面追従アクティブブレーキを用いた場合の位置ずれ抑制効果について説明する。圧電アクチュエータ５０１の先端部５０５によりパッドベース５０６が下方向に押し出され、ブレーキパッド５０２がブレーキレール５０３に押し付けられる。ブレーキベース５０６およびブレーキパッド５０２は板バネ５０４により柔軟に支持されており、パッドベース５０５は図５のように傾いたとしても圧電アクチュエータ先端５０５と常に点接触するように構成されている。換言すれば、板バネ５０４は、ブレーキパッド５０２のブレーキレール５０３の傾きに沿った傾斜に追従するように可撓性部材で構成されている。また、ブレーキパッド５０２の被押圧部であるブレーキベース５０６の傾斜（ブレーキパッド５０２の傾斜）を許容するような曲面、或いは斜面が圧電アクチュエータ５０１の先端部５０５（押圧部材の被押圧部との接触部）に設けられている。先端部５０５が曲面で構成されているため、ブレーキベース５０６の傾斜に応じて、先端部５０５のブレーキベース５０６との接触位置が変化するが、接触位置の変化によらず、所定の押圧力をもって、ブレーキベース５０６を押圧することができる。このような構成によれば、ブレーキレール５０３が傾いている場合でも、ブレーキパッド５０２がブレーキレール５０３の傾きに合わせて傾くため、図４のような片当たりが発生せず、位置ずれが抑制される。

図６Ａから図６Ｄを参照して圧電アクチュエータ先端の形状とブレーキパッド裏面のパッドベース形状のその他の構成を示す。図５で示したように、ブレーキパッドをブレーキレールの傾きに習わせるためには、図６Ａのように、圧電アクチュエータ６０１の先端部６０２ａが球状の凸面でパッドベース６０３ａが平坦であることが有効である。ここで、圧電アクチュエータの先端は必ずしも球面である必要はなく、頂点がない凸な曲面であれば同等の効果が得られる。また、先端部は、限りなく頂点がないことが望ましいが、面の多い多角形とし、多数の斜面によって、実質的な曲面を作り出すようにしても良い。

他にも、位置ずれを防止しるための、圧電アクチュエータ先端の形状とパッドベース上面の形状のその他の構成の例として、図６Ｂ、図６Ｃならびに図６Ｄのような構成が挙げられる。

図６Ｂは圧電アクチュエータ６０１の先端６０２ｂが平坦でパッドベース６０３ｂ上面が球面となっている。即ち、図６Ａとは逆に押圧部材の接触部ではなく、被押圧部が斜面を持っている。また、図６Ｃは圧電アクチュエータ６０１先端６０２ｃが球面でパッドは球状の凹面となっている。さらに、図６Ｄは圧電アクチュエータ６０１先端６０２ｄが球状の凹面で、６０３ｄが球状の凸面となっている。更に、図６Ｅは、板バネ６０４が被押圧部となる例を示す図である。板バネ６０４とブレーキパッド６０５の接触面が強固に接着されていれば、板バネ６０４を押圧部材の被接触部であるブレーキベースとすることもできる。但し、押圧部材の押圧力が先端６０２ａに集中する構造となっているため、大きな押圧力を許容する硬質のブレーキベースを設けることが望ましい。以上のどの組み合わせであってもパッドをレールに対して習わせることが可能である。

図７を参照して圧電アクチュエータ変位と発生力の関係の例を示す。圧電アクチュエータは変位７０４を完全に抑え込んだときの発生力７０３が最大となり、変位７０４が増加するとともに発生力７０３が直線的に低下し、変位７０４が最大の場合では発生力７０３が0Nとなる。しかしながら、現実的には圧電アクチュエータの取り付け部分の剛性が無限大であることはないため変位７０４を完全に抑え込むことは不可能である。そのため、平面追従アクティブブレーキの圧電アクチュエータの発生力は、アクティブブレーキにおいて圧電アクチュエータを固定しているフレームの剛性により左右され、フレーム剛性が高い場合の点７０１ではフレーム剛性が低い場合の点７０２よりも高い発生力が得られる。すなわち、所望の発生力を得るためには、一定以上のフレーム剛性を確保し圧電アクチュエータの変位７０４を抑える必要がある。

図８Ａおよび図８Ｂを参照して平面追従アクティブブレーキのフレーム剛性と発生力の関係の例を示す。

図８Ａにフレーム８０４の剛性が低い場合の例を示す。圧電アクチュエータ８０３でブレーキパッド８０７をブレーキレール８０６に押しつけると、ブレーキレール８０６からブレーキパッド８０７に反力がかかり、ブレーキパッド８０７から圧電アクチュエータ８０３に上向きに力がかかる。さらに、圧電アクチュエータ８０３の押しつけ力の反作用でフレーム８０４に上向きの力がかかりフレームに弾性変形８０１が生じる。フレーム８０４の剛性が低い場合、弾性変形８０１が大きくなり圧電アクチュエータ８０３の変位が弾性変形８０１の分だけ増大するため、圧電アクチュエータ８０３の発生力が低下する。それにより、アクティブブレーキによる固有振動数の増加量が低下し、振動除去効果が半減する。また、圧電アクチュエータ８０３のストロークが弾性変形８０１の分だけ有効に使えないため、ストロークの長い圧電アクチュエータが必要になる。

一方、図８Ｂのフレーム８０４の剛性が高い場合では、フレーム８０４の弾性変形８０１が小さくなるため、圧電アクチュエータ８０３の力が低下せず、押しつけ力８０１が低下しない。そのため、高い振動除去効果が得られるとともに、圧電アクチュエータ８０３のストロークを有効に活用可能である。

図９を参照して平面追従アクティブブレーキのフレームの構造の例を示す。圧電アクチュエータ９０１は、クランプ９０６を用いてフレーム９０２に固定する。フレーム９０２には、圧電アクチュエータ９０１との接触を避けるために、圧電アクチュエータ９０１の直径を超える通し穴９０３を設ける。また、フレーム９０２の下面には板バネ９０５を取り付けるため、板バネ９０５が変形する時における干渉を避けるために、フレーム９０２下面には板バネの避け９０４を設ける。このようにフレーム９０２を一体構造で作成し、圧電アクチュエータ９０３および板バネ９０５との干渉を避ける最低限の加工のみを行うことで高い剛性を実現しパッド押付時の弾性変形を抑制することにより、圧電アクチュエータ９０１の発生力低下を最小化することが可能である。

図１０Ａから図１０Ｄを参照して平面追従アクティブブレーキの構成が最も可動部の質量が小さくなることを説明する。

図１０Ａは本例の可動部の構成を示しており、この場合の可動部質量はブレーキパッド１００５とパッドベース１００４、圧電アクチュエータ１００１の先端１００２と、圧電アクチュエータ１００１の質量の一部の合計のみである。

図１０Ｂは圧電アクチュエータの代わりに、発生力が同等の電磁モータによりパッドを押し付ける場合の構成の例である。この場合の可動質量は、パッドと可動子であり、可動子は永久磁石あるいはコイルの質量の合計であり、一般的に圧電アクチュエータと同等の発生力を出すためには大型なモータが必要であるため、図１０Ａの構成に比べて可動質量が増大する。

図１０Ｃはクサビ機構を用いることで横方向に配置した圧電アクチュエータ１００１の力を縦方向に変換し、ブレーキパッド１００５を押し付ける構成の例である。この場合の可動質量は、クサビ機構１０３１ｂとクサビ機構のガイド１０３２の質量の合計となり、図１０Ａの構成に比べて可動質量が大きい。

図１０Ｄは回転軸受１０４２により支持されたＬ字形のアーム１０４１により、圧電アクチュエータ１００１の変位を拡大しブレーキパッド１００５のストローク拡大を図った構成の例である。この場合の可動質量は、アームの一部の質量のみである。しかし、圧電アクチュエータ１００１の発生力低下を防止するためには、Ｌ字形のアーム１０４１の弾性変形を小さくする必要があり、そのためにアーム１０４１の剛性を高める必要がある。そのため、図１０Ａの場合に比べて可動質量が大きくなる。

以上のことから、図１０Ａの構成が最も可動質量が小さくなる構成であると言える。

図１１を参照してアクティブブレーキのブレーキパッドがブレーキレールに接触した際の、テーブルの変位の例を示す。

図１１Ａに可動質量が大きい場合のテーブル変位の例を、また、図１１Ｂに可動質量が小さい場合のテーブル変位の例を示す。縦軸はテーブルの変位１１０４を横軸は時間１１０５を表し、ブレーキの動作開始時間１１０６からパッドの接触による振動が生じている。可動質量が大きい場合では、図１１Ａのように、振幅１１０１ａが大きく撮像時に振動が残留すると像質の劣化が問題となる。また、減衰時間１１０２ａが長く、スループットが低下する。一方、可動質量が小さい場合は、図１１Ｂのように、振幅１１０１ｂが小さくなり像質の向上が可能である。また、減衰時間１１０２ｂも短くスループットの向上が可能である。さらに、図１１Ａの場合に比べて、衝撃が小さいため、位置ずれ１１０３ｂが小さく高精度な位置決めが可能である。

図１２を参照して本例の圧電アクチュエータを用いた平面追従アクティブブレーキと、電磁モータを用いたアクティブブレーキのステージ上におけるレイアウトの差について説明する。

図１２Ａは本例の平面追従アクティブブレーキ１２０５を、荷電粒子装置における試料ステージのテーブル１２０４ａ直下に配置した構成の例である。荷電粒子装置では電子線１２０１が対物レンズ１２０２によりウェハ１２０３に照射される。電子線１２０１は磁場の影響を受けやすいため、磁性材料をウェハ１２０３付近に配置することができない。しかし、平面追従アクティブブレーキ１２０５の構成要素である圧電アクチュエータはケーシングなどの金属部を非磁性材料で作成することが可能であり、平面追従アクティブブレーキ１２０５の他の部品も非磁性材料で作成することが可能であるため、平面追従アクティブブレーキ１２０５はウェハ１２０３直下への配置が可能である。この配置ではブレーキパッド１２０７からウェハ１２０３までの距離が小さく、ウェハ１２０３の位置で高い振動抑制効果が得られる。

一方、図１２Ｂは電磁モータを用いた場合のアクティブブレーキ１２０８をステージに搭載した構成の例である。電磁モータを使用したアクティブブレーキ１２０８がテーブル１２０４ｂ直下にあると電子線１２０１が曲がり、像の歪みにつながる。そのため、電磁モータを使用したアクティブブレーキ１２０８はテーブル１２０４ｂ直下に配置することができず、テーブル１２０４ｂから離れた位置に配置する必要がある。この場合、ブレーキパッド１２０７からウェハ１２０３までの距離が大きく、テーブル１２０４ｂの弾性振動によりウェハ１２０３の位置では振動抑制効果が低下する。

図１３を参照して平面追従アクティブブレーキをＸＹステージに適用した場合に生じる位置ずれとその補正方法の例について説明する。

図１３Ａは平面追従アクティブブレーキをＸＹテーブルへの適用した場合においてＸテーブルの弾性変形によるＹテーブルの位置ずれの模式図の例である。この構成例では、Ｘテーブル１３０４の上に、Ｙテーブル１３０３が配置され、Ｙテーブルのミラー１３０２を干渉計１３０１で計測しテーブルの位置計測を行っている。Ｘテーブル１３０４の剛性が低い場合、アクティブブレーキ１３０５によりＸテーブル１３０４に弾性変形が生じることがある。その場合、Ｙテーブル１３０３が傾くため、ミラー１３０２の位置が移動し、テーブルの位置がずれて計測される。

図１３ＢはＹテーブルの位置とＸテーブルの弾性変形による位置ずれとの関係の例を表す。このようなＸテーブルの弾性変形によるＹテーブルの位置ずれには、Ｙテーブルの位置が同じであれば再現性がある。そのため、Ｙテーブルの位置に対する位置ずれ量をマッピングして補正することが可能である。Ｙテーブルの位置に対する位置ずれをあらかじめ計測しておき、補正曲線１３１３を作成しておく。そして、Ｙテーブル座標１３１２と補正曲線１３１３との交点１３１０から位置ずれＹテーブルの位置ずれ１３１１の予測値を得る。この補正曲線１３１０を得るには、実機を用いて実験的に得る他、有限要素法などの構造解析を使用して計算することも可能である。

図１４を参照して図１３で説明した位置ずれを考慮した位置決め目標値の補正について説明する。

図１４Ａは位置ずれの補正を行わない場合の、ステージの位置軌跡１４０２と目標位置１４０３と到達位置１４０４の例である。ステージの制御系によりテーブルが位置目標１４０３に移動した後、ブレーキが動作するため位置ずれ１４０１が生じる。これによりテーブルは到達位置１４０４に移動し、位置ずれ分が位置決め誤差となる。

図１４Ｂは図１３Ｂで説明したようにＸテーブルの弾性変形による位置ずれ分を補正する場合の位置軌跡１４０２と目標位置１４０６を示す。目標位置１４０６が設定された後、目標位置１４０６のＹ座標から図１３Ｂで説明した方法により位置ずれの予測値を得る。さらに、目標位置１４０６から位置ずれの予測値を引くことで仮目標位置１４０５を求め、仮目標位置１４０５を目標位置としてテーブルの移動を行う。テーブル移動後にブレーキを動作させることで位置ずれ１４０１が生じるため、テーブルは当初の目標位置１４０６に精度よく移動する。これは、平面追従アクティブブレーキの位置ずれにサブミクロンの精度の再現性があるために有効な補正方法である。

図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して平面追従アクティブブレーキの更に他の例の構造を説明する。図１５Ａはガイドレールをブレーキレールに固定した場合の構成の例である。

ベース１５０６にブレーキレール１５０５を固定し、ブレーキレール１５０５の上面にリニアガイド１５０３を固定する。テーブルに固定した圧電アクチュエータ１５０１によりブレーキパッド１５０２をブレーキレール１５０５に押し付けブレーキ動作を行う。

図１５Ｂはステージ上の任意の位置である位置Ｐ１５０８ａおよび位置Ｑ１５０８ｂにＸ方向にテーブル１５０４を移動した場合のブレーキパッド１５０２とブレーキレール１５０５の関係を示した例である。

リニアガイド１５０３がブレーキレール１５０５の凹凸にならい、テーブル１５０４はリニアガイド１５０３の凹凸に沿って移動するためブレーキパッドの軌跡１５０４もブレーキレール１５０３にならって平行になる。これにより、位置Ｐ１５０８ａでのパッド隙間１５０７ａと位置Ｑ１５０８ｂでのパッド隙間１５０７ｂは等しくなる。すなわち、リニアガイド１５０３のガイドレールの固定面と案内面の高さの公差値で、パッド隙間の分布を管理することが可能となる。それにより、平面追従ブレーキの圧電アクチュエータ１５０１のストロークにおける余裕分を縮め、圧電アクチュエータのコストダウンあるいは余裕分を押しつけ分に充てることで発生力の向上が可能である。

図１６を参照して平面追従アクティブブレーキの更に他の例の構造を説明する。

ベース１６０５にブレーキレール１６０４が配置され、ブレーキレール１６０４上にリニアガイド１６０２が固定される。リニアガイド１６０２によりＸ軸テーブル１６０３が案内され、Ｘ軸テーブル１６０３上にＹ軸テーブル１６０７が搭載される。Ｙ軸テーブル１６０７にはウェハ１６０８およびミラー１６０９が搭載される。この構成では、Ｘ軸テーブル１６０３の変形を抑制するためにリニアガイド１６０２を平面追従アクティブブレーキ１６０１の両側に配置している。この構成によりＸ軸テーブル１６０３の弾性変形によるＹ軸テーブル１６０７の傾きが抑制されるためミラー１６０９の位置ずれが最小化される。また、図１５の構成と同様に、ブレーキレール１６０４の凹凸にリニアガイド１６０２がならうためパッド隙間も一定となる。

図１７を参照して平面追従アクティブブレーキの更に他の例の構造を説明する。図１７Ａに平面図を図１７Ｂに直線ＦＦでの断面図を示す。

ベース１７０４にブレーキレール１７０７を固定し、ブレーキレール１７０７にリニアガイドのガイドレール１７０３を固定する。ガイドレール１７０３にキャリッジ１７０６を取り付け、その上にテーブル１７０２を搭載する。テーブル１７０２には、平面追従アクティブブレーキの圧電アクチュエータ１７０１が固定される。板バネ１７０９にはパッドベース１７１０およびブレーキパッド１７０８ａおよびブレーキパッド１７０８ｂが取り付けられ、圧電アクチュエータによりパッドベース１７１０を押すと、ブレーキレール１７０７上面のガイドレール１７０３の両側の範囲１７０８ｃおよび１７０８ｄで、ブレーキパッド１７０８ａおよび１７０８ｂが接触する。ブレーキパッド１７０８ａと１７０８ｂで厚みに差がある場合でも、板バネ１７０９の変形により圧電アクチュエータ１７０１の力がリニアガイドの両端で均等にかかる。そのため、図１６の例の場合と同様に、テーブル１７０２に弾性変形が生じない。

また、ブレーキレール１７０７にリニアガイド１７０３を固定しているため、パッド隙間も一定に保つことも可能である。さらに、図１７の構成では図１６の場合に対して、リニアガイドがブレーキ１つに対して１本で済むため、ブレーキ１つに対しリニアガイドが２本の図１６の場合に比べて、摩擦抵抗やコストの増加を避けることが可能である。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１１鏡筒
１２真空チャンバ
１０１トップテーブル
１０２平面追従アクティブブレーキ
１０２ｃブレーキパッド
１０３中間テーブル（ステージ）
１０４ブレーキレール
１０７ステージ機構
１１０試料
１１１平面ミラー
１１２レーザ干渉計
１１３制御部
２０１ウェハ
２０２チャック
２０３テーブル
２０４リニアガイド
２０５ベース
２０６ブレーキレール
２０７アクティブブレーキ
２０８ブレーキパッド
２０９ブレーキレール
３０１圧電アクチュエータ
３０２ブレーキレール
３０３クランプ
３０４フレーム
３０５板バネ
３０７ブレーキパッド
３０８パッドベース
４０１圧電アクチュエータ
４０２ブレーキパッド
４０３ブレーキレール
５０１圧電アクチュエータ
５０２ブレーキパッド
５０３ブレーキレール
５０４板バネ
５０５圧電アクチュエータ先端
６０１圧電アクチュエータ
６０２ａ、６０２ｂ、６０３ｃ、６０４ｄ先端部
６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃ、６０４ｄパッドベース
６０４板バネ
６０５ブレーキパッド
７０１フレームの剛性が高い場合の点
７０２フレームの剛性が低い場合の点
７０３発生力
７０４圧電アクチュエータ変位
８０１弾性変形
８０２押しつけ力
８０３圧電アクチュエータ
８０４フレーム
８０５板バネ
８０６ブレーキレール
８０７ブレーキパッド
９０１圧電アクチュエータ
９０２フレーム
９０３通し穴
９０４板バネの避け
１００１圧電アクチュエータ
１００２先端
１００３板バネ
１００４パッドベース
１００５ブレーキパッド
１０１１可動子
１０１２固定子
１０３１ａ、１０３１ｂクサビ機構
１０４１アーム
１０４２軸受
１１０１ａ、１１０１ｂ振幅
１１０２ａ、１１０２ｂ減衰時間
１１０３ａ、１１０３ｂ位置ずれ
１１０４位置
１１０５時間
１１０６ブレーキ動作開始時間
１２０１電子線
１２０２対物レンズ
１２０３ウェハ
１２０４ａ、１２０４ｂテーブル
１２０５平面追従アクティブブレーキ
１２０６ブレーキレール
１２０７ブレーキパッド
１２０８電磁モータを使用したアクティブブレーキ
１３０１レーザ干渉計
１３０２ミラー
１３０３Ｙテーブル
１３０４Ｘテーブル
１３１０交点
１３１１Ｙテーブルの位置ずれ
１３１２Ｙテーブル座標
１４０１位置ずれ
１４０２位置軌跡
１４０３目標位置
１４０４到達位置
１４０５補正前目標位置
１４０６補正後目標位置
１５０１圧電アクチュエータ
１５０２ブレーキパッド
１５０３リニアガイド
１５０４ブレーキパッドの軌跡
１５０５ブレーキレール
１５０６ベース
１５０７ａ、１５０７ｂパッド隙間
１５０８ａ位置Ｐ
１５０８ｂ位置Ｑ
１６０１圧電アクチュエータ
１６０２リニアガイド
１６０３テーブル
１６０４ブレーキレール
１６０５ベース
１６０６ブレーキパッド
１７０１圧電アクチュエータ
１７０２テーブル
１７０３ガイドレール
１７０４ベース
１７０６キャリッジ
１７０７ブレーキレール
１７０８ａ、１７０８ｂブレーキパッド
１７０８ｃ、１７０８ｄブレーキパッド接触範囲
１７０９板バネ
１７１０パッドベース

Claims

ブレーキパッドと、当該ブレーキパッドをブレーキレールに押圧する押圧部材を備えたアクティブブレーキにおいて、
前記ブレーキパッドを支持する可撓性の板バネを備え、前記ブレーキパッドの被押圧部、及び前記押圧部材の当該被押圧部との接触部の少なくとも一方に、前記ブレーキパッドの傾斜を許容する曲面、或いは斜面が設けられることを特徴とするアクティブブレーキ。
請求項１において、
前記板バネは、前記押圧部材による押圧時に、前記ブレーキレールに向かって撓むように構成されていることを特徴とするアクティブブレーキ。
請求項２において、
前記板バネは、前記押圧部材による非押圧時には、前記ブレーキレールに平行な面を有することを特徴とするアクティブブレーキ。
請求項１において、
前記板バネを支持するためのフレームを備え、当該フレームは、前記板バネの一端を支持する第１の支持部と、前記板バネの他端を支持する第２の支持部を備えたことを特徴とするアクティブブレーキ。
請求項１において、
前記押圧部材による押圧時に、前記被押圧部と前記接触部が点接触するように、当該被押圧部、及び前記被接触部が構成されていることを特徴とするアクティブブレーキ。
請求項１において、
前記板バネは、前記ブレーキパッドが、前記ブレーキレールの傾きに応じて、傾斜するように、前記ブレーキパッドを支持することを特徴とするアクティブブレーキ。
試料を搭載するためのテーブルと、当該テーブルを所定の方向に移動させる駆動機構と、前記テーブルの前記所定の方向への移動を制限するブレーキ機構を備えた試料ステージにおいて、
前記ブレーキ機構は、ブレーキパッドと、当該ブレーキパッドをブレーキレールに押圧する押圧部材と、前記ブレーキパッドを支持する可撓性の板バネを備え、前記ブレーキパッドの被押圧部、及び前記押圧部材の当該被押圧部との接触部の少なくとも一方に、前記ブレーキパッドの傾斜を許容する曲面、或いは斜面が設けられることを特徴とする試料ステージ。
請求項７において、
前記板バネは、前記押圧部材による押圧時に、前記ブレーキレールに向かって撓むように構成されていることを特徴とする試料ステージ。
請求項８において、
前記板バネは、前記押圧部材による非押圧時には、前記ブレーキレールに平行な面を有することを特徴とする試料ステージ。
請求項７において、
前記板バネを支持するためのフレームを備え、当該フレームは、前記板バネの一端を支持する第１の支持部と、前記板バネの他端を支持する第２の支持部を備えたことを特徴とする試料ステージ。
請求項７において、
前記押圧部材による押圧時に、前記被押圧部と前記接触部が点接触するように、当該被押圧部、及び前記被接触部が構成されていることを特徴とする試料ステージ。
請求項７において、
前記板バネは、前記ブレーキパッドが、前記ブレーキレールの傾きに応じて、傾斜するように、前記ブレーキパッドを支持することを特徴とする試料ステージ。
荷電粒子ビームを照射するための荷電粒子光学系と、前記荷電粒子線が照射される試料を搭載するためのテーブルと、当該テーブルを所定の方向に移動させる駆動機構と、前記テーブルの前記所定の方向への移動を制限するブレーキ機構を備えた荷電粒子線装置において、
前記ブレーキ機構は、ブレーキパッドと、当該ブレーキパッドをブレーキレールに押圧する押圧部材と、前記ブレーキパッドを支持する可撓性の板バネを備え、前記ブレーキパッドの被押圧部、及び前記押圧部材の当該被押圧部との接触部の少なくとも一方に、前記ブレーキパッドの傾斜を許容する曲面、或いは斜面が設けられることを特徴とする荷電粒子線装置。