JP2017208155A - Charged particle beam system having stage device capable of measuring weight - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は，走査電子顕微鏡などの荷電粒子線装置にかかり、特に、観察試料を搭載し移動させて観察視野の移動を行うステージ装置に関する。
The present invention relates to a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope, and more particularly to a stage apparatus that moves an observation field by mounting and moving an observation sample.
代表的な荷電粒子線装置である走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、観察試料の表面へ電子ビーム（一次電子線）を二次元状に走査しながら照射し、これにより試料から二次的に発生する二次電子の強度を、一次電子線の走査と同期して走査生成される画像の輝度変調入力とすることで、試料表面の観察画像（ＳＥＭ画像）を取得する。このとき、観察対象となる試料表面の選択は、試料を搭載するステージを移動することにより行われる。通常、操作者は、ＳＥＭ画像を見ながらトラックボールなどの操作入力手段を操作して、目的とする試料表面部分がＳＥＭ画像として得られまでステージを移動させる。 A scanning electron microscope (SEM), which is a typical charged particle beam apparatus, irradiates the surface of an observation sample while scanning it with an electron beam (primary electron beam) in a two-dimensional manner, thereby generating secondary from the sample. An observation image (SEM image) of the sample surface is acquired by using the intensity of secondary electrons as luminance modulation input of an image generated by scanning in synchronization with the scanning of the primary electron beam. At this time, the sample surface to be observed is selected by moving the stage on which the sample is mounted. Usually, an operator operates an operation input unit such as a trackball while viewing an SEM image, and moves the stage until a target sample surface portion is obtained as an SEM image.
ＳＥＭに用いられているステージ装置としては、例えば、特開２００５−１２３１２９号公報（特許文献１）に示す機構構成のものが知られている。
As a stage device used in the SEM, for example, one having a mechanism configuration shown in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-123129 (Patent Document 1) is known.
本願発明者が、重い試料を高精度で観察することについて鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。 The inventor of the present application diligently studied to observe a heavy sample with high accuracy, and as a result, the following knowledge was obtained.
例えば、ＳＥＭで半導体パターンの欠陥や不良の観察を行う場合には，従来は大きな半導体ウェハから観察対象部分をダイシングして小さな試料を作成し、それをステージに搭載して観察していた。しかしながら、ダイシングすることなく半導体ウェハをそのまま観察したいとの潜在的ニーズがある。また、重量の重い大型の試料への対応が潜在的に望まれており、ＳＥＭの用途の拡大が見込める。 For example, when observing a defect or defect of a semiconductor pattern with an SEM, conventionally, a small sample is created by dicing an observation target portion from a large semiconductor wafer, and the sample is mounted on a stage for observation. However, there is a potential need to observe a semiconductor wafer as it is without dicing. In addition, it is potentially desired to deal with a large sample having a heavy weight, and the application of SEM can be expected to expand.
重量の重い大型の試料をステージ移動させる際には、試料負荷やステージ位置によりステージが変形したり、ステージを駆動するモータの推力不足によりステージが動作しなかったり、最悪、ステージが破損したりする恐れがある。 When moving a large sample with a heavy weight, the stage may be deformed depending on the sample load or stage position, the stage may not operate due to insufficient thrust of the motor that drives the stage, or the stage may be damaged. There is a fear.
また、半導体ウェハなどを観察する場合には半導体のＣＡＤ図面などから観察対象位置の座標を直接指定しステージを位置決めしたいというニーズがあるが、ステージが変形している場合には、指定された座標への十分な位置決め精度が得られないという課題がある。 Also, when observing a semiconductor wafer or the like, there is a need to position the stage by directly specifying the coordinates of the observation target position from a semiconductor CAD drawing or the like, but if the stage is deformed, the specified coordinates There is a problem that sufficient positioning accuracy cannot be obtained.
本発明の目的は、重い試料でも安全で高精度な位置決めをすることに関する。
The object of the present invention relates to the safe and highly accurate positioning of a heavy sample.
本発明は，荷電粒子線装置が試料重量を計測する重量計測手段を有することに関する。
The present invention relates to a charged particle beam apparatus having weight measuring means for measuring a sample weight.
本発明によれば、試料重量を計測することにより、試料負荷の変動があっても安全で高精度な位置決めを実現できる。
According to the present invention, by measuring the sample weight, safe and highly accurate positioning can be realized even if the sample load varies.
実施例では、試料を搭載し移動させるステージ装置を備え、ステージ装置に搭載された試料の重量を計測する重量計測手段を有する荷電粒子線装置を開示する。 In the embodiment, a charged particle beam apparatus including a stage apparatus for mounting and moving a sample and having a weight measuring means for measuring the weight of the sample mounted on the stage apparatus is disclosed.
また、実施例では、試料の重量が所定より重い場合に警告を表示する表示装置を備える荷電粒子線装置を開示する。 In addition, the embodiment discloses a charged particle beam apparatus including a display device that displays a warning when the weight of a sample is heavier than a predetermined weight.
また、実施例では、試料の重量が所定より重い場合にステージの動作を制限する荷電粒子線装置を開示する。 In addition, the embodiment discloses a charged particle beam apparatus that limits the operation of the stage when the weight of the sample is heavier than a predetermined value.
また、実施例では、試料の重量とステージ位置の情報に基づいてステージの駆動を最適化する荷電粒子線装置を開示する。 In addition, the embodiment discloses a charged particle beam apparatus that optimizes driving of the stage based on the weight of the sample and information on the stage position.
また、実施例では、試料の重量とステージ位置の情報に基づいてステージの変形量を推定する荷電粒子線装置を開示する。 In addition, the embodiment discloses a charged particle beam apparatus that estimates the amount of deformation of a stage based on information on the weight of the sample and the stage position.
また、実施例では、ステージ装置が片持ち構造であり、ステージ支持部に配置された変形量検出手段の出力から試料重量を演算する荷電粒子線装置を開示する。 In addition, in the embodiment, a charged particle beam apparatus is disclosed in which the stage apparatus has a cantilever structure and the sample weight is calculated from the output of the deformation amount detection means disposed on the stage support.
また、実施例では、試料が取り付けられる試料ホルダに変形量検出手段が配置されている荷電粒子線装置を開示する。 In addition, the embodiment discloses a charged particle beam apparatus in which a deformation amount detection unit is arranged in a sample holder to which a sample is attached.
以下、上記およびその他の本発明の新規な特徴と効果について図面を参酌して説明する。 The above and other novel features and effects of the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお、以下の実施例では，ＳＥＭを例に説明するが、本発明は、走査電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、イオン顕微鏡、集束イオンビーム装置、これらと試料加工装置との複合装置、またはこれらを応用した解析・検査装置にも適用可能である。
In the following embodiments, SEM will be described as an example. However, the present invention relates to a scanning electron microscope, a scanning transmission electron microscope, a transmission electron microscope, an ion microscope, a focused ion beam device, and a composite device of these and a sample processing device. Or an analysis / inspection apparatus using these.
図１は、本実施例にかかるＳＥＭの構成を説明する図である。図１を用いて、重量を計測できるステージ装置を備えたＳＥＭの構成を説明する．ＳＥＭ１は、電子光学系を備えた鏡筒２、試料室３、ステージ４、ステージに搭載する試料５、試料をステージに取り付けるための試料ホルダ６などから構成される。電子銃７から発生した一次電子線８は、収束レンズ９および対物レンズ１０を通して試料５に照射され、これにより試料５から発生した二次電子１１は、二次電子検出器１２により検出される。一次電子線８は、走査偏光器１３により、観察する試料５の表面を二次元状に走査する。電子光学系制御手段１４は、走査偏光器１３による一次電子線８の走査を制御するとともに、二次電子検出器１２により検出される二次電子１１の強度を一次電子線の走査と同期して走査生成される画像の輝度変調入力とすることにより、試料表面の観察画像（ＳＥＭ画像）を生成する。生成されたＳＥＭ画像は、表示装置１５に表示される。観察対象となる試料５は、試料室３内に置かれたステージ４に搭載される。ステージ４は、試料５を並進・回転移動させるものであり、水平方向（ＸＹ方向）、上下方向（Ｚ方向）、回転（Ｚ軸回りの回転）および傾斜（Ｘ軸周りの回転）などの自由度を持つ。ステージ制御手段１６は、トラックボールやジョイスティックなどの入力デバイスであるステージ操作入力手段１７からの入力に従いステージ４を制御する。また、ステージ操作入力手段１７としてネットワークやシリアルなどで接続されたＰＣを用いてもよい。 FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the SEM according to the present embodiment. The configuration of an SEM equipped with a stage device capable of measuring weight will be described with reference to FIG. The SEM 1 includes a lens barrel 2 having an electron optical system, a sample chamber 3, a stage 4, a sample 5 mounted on the stage, a sample holder 6 for attaching the sample to the stage, and the like. The primary electron beam 8 generated from the electron gun 7 is irradiated to the sample 5 through the converging lens 9 and the objective lens 10, whereby the secondary electrons 11 generated from the sample 5 are detected by the secondary electron detector 12. The primary electron beam 8 scans the surface of the sample 5 to be observed two-dimensionally by the scanning polarizer 13. The electron optical system control means 14 controls the scanning of the primary electron beam 8 by the scanning polarizer 13 and synchronizes the intensity of the secondary electrons 11 detected by the secondary electron detector 12 with the scanning of the primary electron beam. An observation image (SEM image) of the sample surface is generated by using the luminance modulation input of the scanned image. The generated SEM image is displayed on the display device 15. A sample 5 to be observed is mounted on a stage 4 placed in the sample chamber 3. The stage 4 translates and rotationally moves the sample 5 and is free of horizontal direction (XY direction), vertical direction (Z direction), rotation (rotation around the Z axis), inclination (rotation around the X axis), and the like. Have a degree. The stage control means 16 controls the stage 4 according to the input from the stage operation input means 17 which is an input device such as a trackball or a joystick. Further, a PC connected via a network or serial may be used as the stage operation input means 17.
図２は、本実施例にかかるステージ装置の機構構成を説明する図である。図２を用いてステージ４の構成について説明する。ステージ４のベースとなるステージケース１８は、試料室３の壁面に取り付けられている。ステージケース１８に取り付けられたＺ軸用リニアガイド１９を介して、ステージ全体をＺ軸方向に昇降させるＺテーブル２０が取り付けられている。Ｚテーブル２０には、ステージ全体をＸ軸回りに回転させるためのチルト軸２１が取り付けられており、その軸の先端にチルトベース２２が取り付けられている。チルトベース２２には、図示していないガイドを介してＸ軸方向に移動するＸテーブル２３、Ｙ軸方向に移動するＹテーブル２４、Ｚ軸回りに回転するローテーションテーブル２５が取り付けられている。試料５を取り付けた試料ホルダ６は、ローテーションテーブル２５に取り付けられている。Ｘテーブル２３は、ユニバーサルジョイント・テレスコープ２７、ボールネジ（図示せず）を介してステージケース１８に取り付けたモータ２６の動力を伝達し駆動される。Ｚテーブル２１、チルト軸２２、およびＹテーブル２４も、同様に図示していない動力伝達系を介してステージケース１８に取り付けたモータの動力を伝達し駆動される。 FIG. 2 is a diagram for explaining a mechanism configuration of the stage apparatus according to the present embodiment. The configuration of the stage 4 will be described with reference to FIG. A stage case 18 serving as a base of the stage 4 is attached to the wall surface of the sample chamber 3. A Z table 20 is attached to raise and lower the entire stage in the Z-axis direction via a Z-axis linear guide 19 attached to the stage case 18. A tilt shaft 21 for rotating the entire stage about the X axis is attached to the Z table 20, and a tilt base 22 is attached to the tip of the axis. An X table 23 that moves in the X-axis direction, a Y table 24 that moves in the Y-axis direction, and a rotation table 25 that rotates about the Z-axis are attached to the tilt base 22 via a guide (not shown). The sample holder 6 to which the sample 5 is attached is attached to the rotation table 25. The X table 23 is driven by transmitting the power of a motor 26 attached to the stage case 18 via a universal joint telescope 27 and a ball screw (not shown). Similarly, the Z table 21, the tilt shaft 22, and the Y table 24 are driven by transmitting the power of a motor attached to the stage case 18 through a power transmission system (not shown).
図３は、本実施例にかかる試料重量推定手段を説明する図である。本実施例の特徴の一つである試料重量を計測する試料重量計測手段の構成について、図３を用いて説明する。
本実施例にかかるステージ装置は、図２で説明したようにステージケース１８をベースとした片持ちステージとなっている。このようなステージ構成においては、片持ちステージの根元となるチルト軸２１で、試料負荷やステージ自重を集中して受けている。そこで、チルト軸２１に変形量検出手段２８を取り付け、軸の変形を検出する。変形量検出手段は、例えば歪みセンサで構成する。試料重量演算手段２９では、変形量検出手段２８により検出されたチルト軸２１の変形量からチルト軸に加わる力を計算し、計算により得られた値からステージ自重を減算することにより試料重量を演算する。変形量検出手段は、例えば図４および図５に示すようにするのが望ましい。
FIG. 3 is a diagram for explaining the sample weight estimating means according to the present embodiment. The configuration of the sample weight measuring means for measuring the sample weight, which is one of the features of this embodiment, will be described with reference to FIG.
The stage apparatus according to the present embodiment is a cantilevered stage based on the stage case 18 as described in FIG. In such a stage configuration, the tilt shaft 21 which is the base of the cantilever stage receives the sample load and the stage's own weight in a concentrated manner. Therefore, the deformation amount detecting means 28 is attached to the tilt shaft 21 to detect the deformation of the shaft. The deformation amount detecting means is constituted by a strain sensor, for example. In the sample weight calculation means 29, the force applied to the tilt axis is calculated from the deformation amount of the tilt shaft 21 detected by the deformation amount detection means 28, and the sample weight is calculated by subtracting the stage weight from the calculated value. To do. Desirably, the deformation amount detecting means is as shown in FIGS. 4 and 5, for example.
図４は、本実施例にかかる変形量検出手段の設置例を説明する図である。ここでは、チルト軸２１の表面に３つの変形量検出手段２８が等間隔で配置されている。この配置によれば、最小限の変形量検出手段によりチルト軸の歪みを検出できる。 FIG. 4 is a diagram for explaining an installation example of the deformation amount detecting means according to the present embodiment. Here, three deformation amount detecting means 28 are arranged at equal intervals on the surface of the tilt shaft 21. According to this arrangement, the distortion of the tilt axis can be detected by the minimum deformation amount detection means.
また、図５は、本実施例にかかる変形量検出手段の別の設置例を説明する図である。ここでは、チルト軸２１の表面に４つの変形量検出手段２８が等間隔で配置されている。この配置によれば、チルト軸の縦横の歪みを高精度に検出できる。 FIG. 5 is a diagram for explaining another installation example of the deformation amount detecting means according to the present embodiment. Here, four deformation amount detecting means 28 are arranged at equal intervals on the surface of the tilt shaft 21. According to this arrangement, the vertical and horizontal distortion of the tilt axis can be detected with high accuracy.
以上の試料重量推定手段により、試料重量を計測することができる。計測された試料重量を用いて、ステージの許容搭載重量より過大な試料が搭載された場合には計測を表示し、ステージの動作を制限する。また、試料負荷やステージ位置の情報からステージを駆動する制御パラメータを最適化すれば、ステージの位置決め精度を向上させることができる。本実施例によれば、安全で高精度な位置決めができるステージ装置、およびこれを搭載した荷電粒子線装置を提供することができる。
The sample weight can be measured by the above sample weight estimation means. Using the measured sample weight, when a sample that is larger than the allowable mounting weight of the stage is loaded, the measurement is displayed and the operation of the stage is limited. Further, if the control parameters for driving the stage are optimized based on the information on the sample load and the stage position, the stage positioning accuracy can be improved. According to the present embodiment, it is possible to provide a stage device capable of safe and highly accurate positioning, and a charged particle beam device equipped with the stage device.
本実施例では、試料重量を求める別の一方法を説明する。以下、実施例1との相違点を中心に説明する。 In this embodiment, another method for obtaining the sample weight will be described. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described.
本実施例にかかる方法においては、予め既知の重量の試料を用意し、その試料を搭載したときの変形量検出手段２８の出力を測定する。試料重量を変化させて測定を行い、試料重量に対する変形量検出手段２８の出力との相関関係をテーブルとして求めておく。実際に試料重量を計測する際は、変形量検出手段２８の出力を測定し、その値と、予め求めておいたテーブルから試料重量を求める。 In the method according to this embodiment, a sample having a known weight is prepared in advance, and the output of the deformation amount detection means 28 when the sample is mounted is measured. Measurement is performed while changing the sample weight, and a correlation between the sample weight and the output of the deformation detection means 28 is obtained as a table. When actually measuring the sample weight, the output of the deformation amount detecting means 28 is measured, and the sample weight is obtained from the value and a previously obtained table.
本実施例によれば、試料重量を簡便に求めることができる。
According to this embodiment, the sample weight can be easily obtained.
本実施例では、別の試料重量推定手段について説明する。以下、実施例１〜２との相違点を中心に説明する。 In this embodiment, another sample weight estimation means will be described. Hereinafter, the difference from the first and second embodiments will be mainly described.
図６は、本実施例にかかる試料重量推定手段を説明する図である。本実施例を図６を用いて説明する。本実施例では、変形量検出手段３０が試料ホルダ６に取り付けられている。これにより、試料重量を直接測定することができる。 FIG. 6 is a diagram for explaining the sample weight estimating means according to the present embodiment. This embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the deformation amount detection means 30 is attached to the sample holder 6. Thereby, the sample weight can be directly measured.
試料重量を求める方法としては、実施例１で述べたように試料ホルダ６の変形量から試料ホルダ６に加わる力を求めるようにしてもよいし、実施例２で述べたように試料重量と変形量検出手段の出力との相関を予め求めておき、それを用いて求めるようにしてもよい。 As a method for obtaining the sample weight, the force applied to the sample holder 6 may be obtained from the deformation amount of the sample holder 6 as described in the first embodiment, or the sample weight and the deformation as described in the second embodiment. Correlation with the output of the quantity detection means may be obtained in advance and may be obtained using it.
本実施例によれば、試料重量を高精度に求めることができる。
According to the present embodiment, the sample weight can be obtained with high accuracy.
本実施例では、試料重量に応じたステージ制御について説明する。以下、実施例１〜３との相違点を中心に説明する。 In this embodiment, the stage control according to the sample weight will be described. Hereinafter, it demonstrates centering on difference with Examples 1-3.
図７は、本実施例にかかるステージ制御を説明する図である。本実施例について、図７を用いて説明する。本実施例の特徴の一つは、実施例１〜３で述べた形態に対して、試料重量演算手段２９から演算された試料重量と、ステージ制御手段１６から出力されるステージ位置とから観察点位置の変形量を演算しステージ指令値に対する補正量を求めるステージ変形補正量演算手段３１を付加したことである。 FIG. 7 is a diagram for explaining the stage control according to the present embodiment. This embodiment will be described with reference to FIG. One of the features of the present embodiment is that the observation point is determined from the sample weight calculated from the sample weight calculation means 29 and the stage position output from the stage control means 16 with respect to the forms described in the first to third embodiments. This is the addition of stage deformation correction amount calculation means 31 for calculating the position deformation amount and obtaining the correction amount for the stage command value.
本実施例によれば、ステージ変形補正量演算手段３１で得られた補正量をステージ操作入力手段１７から入力されるステージ指令値に加算してステージを制御することにより、試料負荷やステージ位置によるステージの変形をキャンセルし高精度な位置決めを実現することができる。
According to the present embodiment, the stage is controlled by adding the correction amount obtained by the stage deformation correction amount calculating unit 31 to the stage command value input from the stage operation input unit 17, thereby depending on the sample load and the stage position. It is possible to cancel the deformation of the stage and realize a highly accurate positioning.
上述した実施例によれば、以下の効果を得ることができ，安全で高精度な位置決めができるステージ装置、およびこれを搭載した荷電粒子線装置を提供することができる。
・ステージの許容搭載重量より過大な試料が搭載された場合には警告を表示し、ステージの動作を制限する。
・試料負荷やステージ位置の情報からステージを駆動する制御パラメータを最適化し、ステージの位置決め精度を向上させる。
・試料負荷やステージ位置の情報からステージの変形量を推定し、それを補償することでステージの高精度な位置決めが実現できる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained, and a stage device capable of safe and highly accurate positioning, and a charged particle beam device equipped with the stage device can be provided.
・ If a sample that is larger than the allowable weight of the stage is loaded, a warning is displayed and the stage operation is restricted.
-Optimize the control parameters for driving the stage based on information on the sample load and stage position, and improve the stage positioning accuracy.
・ Highly accurate positioning of the stage can be realized by estimating the amount of deformation of the stage from information on the sample load and stage position and compensating for it.
１ 走査電子顕微鏡
２ 鏡筒
３ 試料室
４ ステージ
５ 試料
６ 試料ホルダ
７ 電子銃
８ 一次電子線
９ 収束レンズ
１０ 対物レンズ
１１ 二次電子
１２ 二次電子検出器
１３ 走査偏光器
１４ 電子光学系制御手段
１５ 表示装置
１６ ステージ制御手段
１７ ステージ操作入力手段
１８ ステージケース
１９ Ｚ軸リニアガイド
２０ Ｚテーブル
２１ チルト軸
２２ チルトベース
２３ Ｘテーブル
２４ Ｙテーブル
２５ ローテーションテーブル
２６ モータ
２７ ユニバーサルジョイント・テレスコープ
２８ 変形量検出手段
２９ 試料重量演算手段
３０ 変形量検出手段
３１ ステージ変形補正量演算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scanning electron microscope 2 Barrel 3 Sample chamber 4 Stage 5 Sample 6 Sample holder 7 Electron gun 8 Primary electron beam 9 Converging lens 10 Objective lens 11 Secondary electron 12 Secondary electron detector 13 Scanning polarizer 14 Electron optical system control means DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Display apparatus 16 Stage control means 17 Stage operation input means 18 Stage case 19 Z-axis linear guide 20 Z table 21 Tilt axis 22 Tilt base 23 X table 24 Y table 25 Rotation table 26 Motor 27 Universal joint telescope 28 Deformation amount detection Means 29 Sample weight calculation means 30 Deformation amount detection means 31 Stage deformation correction amount calculation means
Claims (7)
前記ステージ装置に搭載された前記試料の重量を計測する重量計測手段を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
In a charged particle beam device equipped with a stage device for loading and moving a sample,
A charged particle beam apparatus comprising weight measuring means for measuring the weight of the sample mounted on the stage apparatus.
前記試料の重量が所定より重い場合に警告を表示する表示装置を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
The charged particle beam device according to claim 1,
A charged particle beam apparatus comprising: a display device that displays a warning when the weight of the sample is heavier than a predetermined value.
前記試料の重量が所定より重い場合にステージの動作を制限することを特徴とする荷電粒子線装置。
The charged particle beam device according to claim 1,
A charged particle beam apparatus that restricts the operation of the stage when the weight of the sample is heavier than a predetermined value.
前記試料の重量とステージ位置の情報に基づいてステージの駆動を最適化することを特徴とする荷電粒子線装置。
The charged particle beam device according to claim 1,
A charged particle beam apparatus characterized by optimizing stage drive based on information on the weight of the sample and stage position.
前記試料の重量とステージ位置の情報に基づいてステージの変形量を推定することを特徴とする荷電粒子線装置。
The charged particle beam device according to claim 1,
A charged particle beam apparatus characterized by estimating a deformation amount of a stage based on information on a weight of the sample and a stage position.
前記ステージ装置が片持ち構造であり、ステージ支持部に配置された変形量検出手段の出力から試料重量を演算することを特徴とする荷電粒子線装置。
The charged particle beam device according to claim 1,
A charged particle beam apparatus characterized in that the stage apparatus has a cantilever structure, and a sample weight is calculated from an output of a deformation amount detecting means arranged on a stage support.
前記試料が取り付けられる試料ホルダに変形量検出手段が配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 1,
A charged particle beam apparatus, wherein a deformation amount detecting means is arranged on a sample holder to which the sample is attached.
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