JP2023068825A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラムに対するトップテーブルの位置を正確かつ高速に位置決めすることが可能なステージ装置およびそのステージ装置を備えた荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】本発明に係る荷電粒子線装置は、第１移動テーブルおよび前記第１移動テーブルの上方に配置された第２移動テーブルを備え、試料室と前記第１移動テーブルとの間の第１相対位置、前記試料室と第２移動テーブルとの間の第２相対位置、および、前記鏡筒と前記試料との間の第３相対位置、を計測し、前記第１相対位置と前記第２相対位置に応じて、前記第１移動テーブルと前記第２移動テーブルとの間の相対位置を補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

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。通常、半導体ウェハ上に形成したパターンを評価し、あるいは形成されたウェハの欠陥を検査するために、走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅと称す）が用いられている。特にパターンの形状寸法を評価するためには測長ＳＥＭが用いられる。

測長ＳＥＭは、ウェハ上に電子線を照射し、得られた２次電子信号を画像処理し、その明暗の変化からパターンのエッジを判別してウェハ上に形成されたパターンの寸法を測定する装置である。測長ＳＥＭには、ウェハ全域を観察、検査するために、ウェハ上の所望の個所をビームの照射位置に位置決めすることが可能なＸＹステージが設けられている。このＸＹステージは、例えば回転モータとボールねじによって駆動されるものやリニアモータを用いて駆動するものがある。また、ＸＹ平面のみでなく、Ｚ軸やＺ軸まわりの回転運動などを実施するステージが用いられる場合もある。特に近年、超精密な位置決めを実現するために、例えば空気などの圧力または電磁気力を用いた非接触方式の浮上ステージを構成する場合も多い。

このような浮上型ステージの構成はいくつかの種類が存在する。例えば制御性、製造性、保守性の観点から、従来型のスタック（２段重ね）型ＸＹステージにおいて、上側の軸を浮上型に構成する場合がある。このような構成の場合、下軸は１方向にのみ可動するのに対し、上軸は複数方向（典型的には６自由度方向）に可動することができる。また、浮上ステージに限らず、案内機構や弾性ヒンジなどを用いて下軸の移動テーブルに対してウェハ等を載置するトップテーブルが複数方向（例えばＸとＺ方向など）に稼働することができる構成が可能である。

このような構成のステージ装置においては、その自由度方向それぞれに動作可能なように駆動手段（モータ）を配置し、各自由度に対応する位置検出手段（センサ）を設けてその計測結果を常時駆動手段へフィードバックすることにより、各自由度に対応する制御量が制御される。この位置検出手段としては、リニアスケールやレーザ干渉計などが一般的である。

例えば複数のリニアスケールを用いて、下軸テーブルに対するトップテーブルの複数方向の位置を検出した場合、トップテーブルの絶対的な精度向上が難しいという課題がある。この要因として、トップテーブル位置は下軸テーブルに対して位置制御がされるので、下軸テーブルの変形や姿勢変化などの影響を受けることが挙げられる。また、トップテーブルはリニアスケールのセンサ値を用いて制御されるので、リニアスケール単体の精度やリニアスケールの取付け精度（角度ずれなど）の影響を大きく受ける。その結果、センサ値上では正確に位置決めできていても、電子線を照射するカラム基準での位置においてずれが生じ、結果としてＳＥＭ像での位置精度が悪化するという課題がある。

一方、カラムや試料室基準でのトップテーブルの位置を直接検出する方法として、レーザ干渉計と反射ミラーを用いる方法も知られている。レーザ干渉計は、反射ミラーに対してレーザ光を照射し、反射波との干渉によって数十ピコメートルオーダの分解能でステージ位置を検出するこができる。また、ウェハと同じ高さにおいて計測を実施できるので、アッベ誤差が最小となり，測長ＳＥＭをはじめ多くの精密ステージの位置計測において広く利用されている。しかしながら、レーザ干渉計を用いた場合でも、下軸テーブルとトップテーブルの相対的な位置を計測することができないので、それだけではトップテーブルと下軸テーブルの位置を精度よく制御することができない。

同様に、高さ方向に関しても、下軸テーブルの影響やセンサ精度の影響により、カラムを基準としたトップテーブルの高さを合わせることは容易ではない。ＳＥＭにおける焦点合わせを高速高精度に実施するために、カラムを基準とした高さセンサ（以降、Ｚセンサと呼ぶ）が設置されていることが多いものの、その応答性は低く、Ｚセンサ値によるフィードバック制御は現実的ではない。

このような課題に対し、特許文献１には、対物レンズを用いて荷電粒子ビームを収束させるように決定した合焦電流に基づいて試料表面と対物レンズの高さを調整する技術が開示されている。

ＵＳ２０１９／０１１３４７０（ＵＳ１０３４５２５０）

特許文献１に開示された技術によれば、試料表面の高さに合わせてトップテーブルの位置を制御することにより、ウェハを所望の高さに合わせることが可能である。しかし、対物レンズを用いて合焦電流を算出するので、高さ合わせに要する時間が増大し、計測検査のスループットが低下する。また、高さ方向以外の例えばＸＹ方向に関して位置精度を向上することはできない。

本発明の目的は、上記課題に対処し、カラムに対するトップテーブルの位置を正確かつ高速に位置決めすることが可能なステージ装置およびそのステージ装置を備えた荷電粒子線装置を提供することである。

本発明に係る荷電粒子線装置は、第１移動テーブルおよび前記第１移動テーブルの上方に配置された第２移動テーブルを備え、試料室と前記第１移動テーブルとの間の第１相対位置、前記試料室と第２移動テーブルとの間の第２相対位置、および、前記鏡筒と前記試料との間の第３相対位置、を計測し、前記第１相対位置と前記第２相対位置に応じて、前記第１移動テーブルと前記第２移動テーブルとの間の相対位置を補正する。

本発明に係る荷電粒子線装置によれば、第１移動テーブル（下軸テーブル）の変形、姿勢変化やセンサ組立て誤差などがあった場合でも、第１移動テーブルと第２移動テーブル（トップテーブル）との間の相対位置を補正することにより、カラムに対する第２移動テーブルの位置を正確かつ高速に位置決めすることが可能となる。

荷電粒子線装置１００の側断面図である。 荷電粒子線装置１００の上面構成図である。 荷電粒子線装置１００の上面構成図である。 トップテーブル４上の調整サンプル７の配置図である。 ステージ座標と補正点を示す概念図である。 補正マップ生成の流れを示したフローチャートである。 ウェハ検査処理の流れを示したフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子線装置１００の側断面図である。図１において、試料室１内側の底面には、２つのＹリニアガイド１０ａ、１０ｂを介してＹ方向（紙面奥行き方向）に自由に移動できるＹテーブル５が配置されるとともに、Ｙリニアモータ１２（図面上の１２ａと１２ｂ）が試料室１とＹテーブル５間にＹ方向に相対的に推力を発生させるように配置される。試料室１にはＹリニアスケール１１ａがＹ方向に配置され、それと対向するようにＹリニアスケール検出器１１ｂがＹテーブル５の底面に配置されている。Ｙリニアスケール１１ａは、Ｙテーブル５と試料室１との間のＹ方向の相対変位量を計測する。

Ｙテーブル５の上方にはトップテーブル４が配置されている。Ｙテーブル５上には、Ｘリニアモータ１４（図面上では固定子１４ａと可動子１４ｂ）が、Ｙテーブル５とトップテーブル４間においてＸ方向に推力を発生させるように配置される。また、Ｙテーブル５には、Ｘリニアスケール１３ａが配置され、それと対向するようにＸリニアスケール検出器１３ｂがトップテーブル４の底面に配置されている。Ｘリニアスケール１３ａは、トップテーブル４とＹテーブル５との間のＸ方向の相対変位量を計測する。

さらに、Ｙテーブル５とトップテーブル４の間には、Ｘ方向以外の５自由度（Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）をフィードバック制御によって拘束するための５個のモータ（図示せず）および５個のリニアスケール（図示せず）が構成されている。５個のモータに関しては、例えばリニアモータやボイスコイルモータのような直動モータを用いて構成することが可能である。この場合、例えばＹ方向２個、Ｚ方向３個のモータを組み合わせて用いることにより、５自由度の推力およびモーメントを発生させることができる。また、いくつかのモータとして回転モータを用いることも可能であるし、５個以上のモータを用いて冗長なシステムを構成することも可能である。同様に、５個のリニアスケールに関しても、例えばＹ方向２個、Ｚ方向３個のリニアスケールを組み合わせて用いることにより、５自由度の変位および姿勢変化を検出することができる。また、リニアスケール以外の光学式センサや静電容量を用いた位置センサなど、さまざまな位置センサを用いて同様にステージを構成することが可能である。得られた５軸のリニアスケール値を用いて制御装置６がフィードバック制御演算を実施し、５軸のモータ推力を適切に制御する。これにより、Ｘ方向以外の疑似的な拘束を実現する（疑似的にＸ方向においてのみ移動させる）。その結果、Ｘリニアスケール１３ａとＸリニアモータ１４を用いてトップテーブル４をＸ方向に位置決めすることができる。

以上により、Ｙテーブル５は試料室１に対してＹ方向に位置決め可能であり、トップテーブル４はＹテーブル５に対してＸ方向を含む複数方向に位置決め可能な、試料ステージを構成することが可能となる。

トップテーブル４上にはウェハ２が配置される。ウェハ２の配置には機械的拘束力または静電気力等の保持力を備えたウェハ保持機構が用いられる。

試料室１上には、天板８およびカラム３が配置される。カラム３には、電子線によって２次電子像を生成するための電子光学系が備えられている。また、カラム３は、カラム３とウェハ２との間の相対的な高さを検出するＺセンサ１７（光学式センサ）を備える。Ｚセンサ１７は、発光部１７ａと受光部１７ｂから構成され、ウェハ２表面の高さ変化を光学的に検出することができる。

トップテーブル４上にはＸミラー１５ｘが配置されている。試料室１の側面には、Ｘレーザ干渉計１６ｘが配置されている。Ｘレーザ干渉計１６ｘは、Ｘミラー１５ｘに対してレーザ光を照射し、その反射光を用いて試料室１とトップテーブル４との間のＸ方向の相対変位量（以下、Ｘレーザ値と呼ぶ）を計測する。Ｘミラー１５ｘは、ＹＺ平面上に鏡面を持ち、Ｙ方向に長い棒状の形状をしており、Ｙテーブル５がＹ方向に移動した際にもレーザ光を反射することができる。Ｙ方向についても同様に、Ｙレーザ干渉計１６ｙ（図２に示す）およびＹミラー１５ｙ（図２に示す）によって試料室１とトップテーブル４との間のＹ方向の相対変位量（以下、Ｙレーザ値と呼ぶ）を計測することができる。ＸＹ方向それぞれのレーザ干渉計（１６ｘ、１６ｙ）は、トップテーブル４の可動範囲のうち、対応するＸＹ方向のバーミラー（１５ｘ、１５ｙ）に対してレーザ光が照射される領域のみで有効な値を計測することができる。また、レーザ干渉計は、一度レーザ光が反射されない位置にＸテーブルが移動すると、それ以降は、レーザ値のオフセット量が不定となり、絶対的な位置を計測することはできない。

制御装置６は、演算処理部、モータ駆動用アンプ等を備える。制御装置６は、前述したトップテーブルの５軸制御に加え、ＸＹ方向のレーザ値およびスケール値を入力として、リニアモータの駆動電流を制御することによってステージをＸＹ方向に駆動し、所望の位置に位置決めを行う。リニアモータの制御方法としては、ＰＩＤ制御等を用いることが可能である。

以上の構成により、ウェハ２を試料室１に対して概ねＸＹ平面上で移動するとともに、トップテーブル４とＹテーブル５との間の相対高さ（Ｚ方向）や姿勢（θｘ、θｙ、θｚ方向）がわずかに動作可能となり、ウェハ２上の任意の座標において、カラム３による２次電子像（ＳＥＭ像）を取得することができる。

さらに、トップテーブル４上には、調整サンプル７が配置される。調整サンプル７は、主に電子ビームを照射する電子光学系の調整に用いられ、ウェハ２を保持していない状態においても、調整に必要なＳＥＭ画像が取得できるようにトップテーブル４上に配置されている。調整サンプル７の高さは、ウェハ２と一致するように設置される。これにより、ウェハ２を観察時の電子光学系の設定状態において、調整サンプル７を同様に観察することが可能である。なお、調整サンプル７は、トップテーブル４上に複数配置されることが一般的である。

図２は、荷電粒子線装置１００の上面構成図である。図２のテーブル位置配置は、ウェハ２を観察可能な状態となっている。図１と同様の符号に関する説明は省略する。

レーザ干渉計１６ｘおよび１６ｙのレーザ光は、ミラー１５ｘおよび１５ｙに対して照射されており、ステージのＸＹ座標はスケール値およびレーザ値によってともに計測可能である。

図中の位置Ｐ１は、レーザ干渉計１６ｘおよび１６ｙから照射されるレーザ光の交点であり、カラム３の中心（２次電子画像を取得するための電子線が照射される位置）がＰ１と一致するようにカラム３が配置される。これにより、ウェハのＺ軸まわりの姿勢変化（ヨーイング）に対するアッベ誤差無く測定点（電子線照射位置）の位置情報をレーザ値によって計測できる。また、Ｚセンサ１７（図示せず）も位置Ｐ１におけるウェハ２の高さを取得するように構成されており、結果として電子ビーム照射位置におけるウェハ２とカラム３の相対高さを検出することができる。

制御装置６は、ウェハ２の計測位置情報に基づき、所望の観察位置が位置Ｐ１に一致するようにＹテーブル５およびトップテーブル４の位置を制御することにより、ＳＥＭ観察を実施する。

トップテーブル４上には、調整サンプル７が３個配置されている（７ａ、７ｂ、７ｃ）。それぞれの調整サンプルは、ウェハ２の周辺でトップテーブル４の４辺の内側、かつＸミラー１５ｘとＹミラー１５ｙの有効範囲（レーザ干渉計１６のレーザ光が照射可能な位置）に配置されており、互いに対して距離を隔てた位置に配置されている。このように調整サンプル７を配置することにより、後述する基準点による補正処理の精度を向上することができる。

図３は、荷電粒子線装置１００の上面構成図である。図３のテーブル位置配置は、調整サンプル７ａを観察可能な状態となっている。図１および図２と同様の符号に関する説明は省略する。

電子ビーム照射位置Ｐ１には、調整サンプル７ａが位置決めされており、調整サンプル７ａにおけるＳＥＭ画像が取得可能である。このとき、レーザ干渉計１６ｘおよび１６ｙのレーザ光は、ミラー１５ｘおよび１５ｙに対して照射されており、ステージのＸＹ座標はスケール値およびレーザ値によってともに計測可能である。

このように、調整サンプル７を観察することは、ステージ上にウェハ２を保持していない状態でも可能であるので、電子光学系の調整、校正時などにおいて調整サンプル７が用いられる。また、調整サンプル７の高さはＺセンサで検出される。

図４は、本実施形態におけるトップテーブル４上の調整サンプル７の配置図である。図４に示すように、調整サンプル７の配置位置と基準点については、いくつかの例が考えられる。

図４（１）は、３個の調整サンプルと３個の基準点を設けた例である。図４（１）において、３個の調整サンプル７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれトップテーブル４上の左上、左下、右上位置に設置されている。それぞれの調整サンプル内には、ステージ位置補正マップの基準情報を測定する基準点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃが設定されている。後述する補正処理において、これら基準点の位置にステージを移動させた後、ＸＹレーザ値、Ｚセンサ値およびスケール値を取得する。そのため、それぞれの調整サンプルは、トップテーブル４の内側、かつＸミラー１５ｘとＹミラー１５ｙの有効範囲（レーザ干渉計１６のレーザ光が照射可能な位置）である必要がある。このとき、３個の基準点は互いに離れた位置に設定することによりで、例えばＺセンサ値から換算される姿勢角θｘおよびθｙの検出感度を高めることができる。

図４（２）は、４個の調整サンプルと４個の基準点を設けた例である。調整サンプルおよび基準点の数は３個以上であることが望ましいが、３個に限られたものではなく、４個以上の設置することも可能である。この場合、３個の場合と比較して、平均化効果により精度向上する可能性がある。

図４（３）は、２個の調整サンプルと３個の基準点を設けた例である。図４（３）においては、調整サンプル７ａには２個の基準点Ｐａ１、Ｐａ２が設定されている。調整サンプル７ｃ上に設定された基準点Ｐｃと合わせて３点の基準点が用いられる。このとき、姿勢検出感度の観点から、同一の調整サンプル内に設定される基準点に関しても、互いに距離を取るように設定することが望ましい。

なお、基準点における調整サンプル７の高さは、電子光学系調整の観点では、概ねウェハ２と同じ高さに設定されることが望ましいが、本実施形態においては、必ずしもウェハ２と同等の高さである必要はない。すなわち、各調整サンプルの高さが既知であればよく、それぞれの高さが異なっていても問題ない。

図５は、本実施形態におけるステージ座標と補正点を示す概念図である。図５において、横軸はステージのＸ座標、縦軸はステージのＹ座標を示す。座標Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃは、それぞれ図４（１）における基準点Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃをＳＥＭで観察する場合のステージ座標である。例えば図４（１）において、トップテーブル４の左上側に配置された基準点ＰａをＳＥＭで観察する場合、ステージは右下側（Ｘ軸＋側、Ｙ軸－側）に移動する必要があり、図４（１）における物理的な配置とは反対側がステージ座標となる。Ｅｘ１は、Ｙレーザ干渉計１６ｙが有効なＸ座標範囲、すなわちＹミラー１５ｙの長さの領域である。同様にＥｙ１は、Ｘレーザ干渉計１６ｘが有効なＹ座標範囲、すなわちＸミラー１５ｘの長さの領域である。Ｅｘ１およびＥｙ１で囲まれた領域は、レーザ干渉計が有効な範囲であり、ＳＥＭ撮像可能な領域となる。補正点Ｒｍ１およびＲｍ２は、レーザ干渉計の有効範囲内を一定間隔での格子点状に分布した点である。補正点は、後述するトップテーブルの位置補正のためのデータを取得する点である（すなわち位置の実測値を取得する点である）。

補正点Ｒｍ１（図中白丸で示す）はウェハ２の範囲内の点であるので、レーザ干渉計の値とともにＺセンサ値も取得することが可能である。一方、レーザ有効範囲の四隅付近にある補正点Ｒｍ２（図中黒丸で示す）は、ウェハ２がビーム照射位置にないことから、Ｚセンサ値を取得することができない。よって、補正点Ｒｍ１においては、リニアスケール値、レーザ値、Ｚセンサ値を補正情報として取得する。一方、補正点Ｒｍ２においては、Ｚセンサ値が取得できないことからリニアスケール値とレーザ値を補正情報として取得する。また、基準点Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃにおいては、ウェハ２と同一の高さに調整された調整サンプル７上を観察するので、リニアスケール値、レーザ値およびＺセンサ値の全てを取得することができる。

図６は、本実施形態における補正マップ生成の流れを示したフローチャートである。本フローチャートは、トップテーブル４上には、ウェハ２が載置された状態で処理を開始する。本フローチャートは、制御装置６によって実施される。

Ｓ６０１において、ステージがあらかじめ設定された基準点位置へ移動する。Ｓ６０２において、制御装置６は、基準点位置において、レーザ値、リニアスケール値、Ｚセンサ値を取得して記憶する。各センサ情報は、例えば１秒間などの平均データとして取得することが望ましい。Ｓ６０３において、制御装置６は、設定された全ての基準点のセンサ値取得が完了したかどうかを判別する。全ての基準点測定が終了していない場合はＳ６０１およびＳ６０２の処理を繰り返し、終了した場合はＳ６０４に移行する。本実施形態では、基準点の点数は３点であるから、結果としてＳ６０１およびＳ６０２の処理を３回ずつ実行することになる。

Ｓ６０４において、制御装置６は、Ｓ６０２で測定したセンサ値を用いて、基準点の現時点における初期値からのずれ量（オフセット量）を算出する。具体的には、あらかじめ設定された基準点の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および姿勢角（θｘ、θｙ、θｚ）と現在ステージ位置との間の差分を算出し、この差分量を現在状態における基準点ずれ量としてメモリ６０５（制御装置６が備えている）に保存する。より具体的には、例えば、３個の基準点それぞれにおけるＺセンサ値を用いることにより、Ｚ方向の高さおよびθｘ、θｙ方向の姿勢角に対するずれ量を算出することができる。同様にＸＹ方向およびθｚ方向に関してもレーザ値を用いることによりずれ量を算出することができる。オフセット量は温度や気圧のような環境変化などによって変化する可能性があるので、本ステップにおいて補正マップ生成時のステージ状態を保存しておくことにより、後述する実稼働時と本フローチャート実施時との間の変動を補正することが可能となる。

Ｓ６０６において、ステージがあらかじめ設定された補正点位置へ移動する。Ｓ６０７において、制御装置６は、補正点位置において、レーザ値、リニアスケール値、Ｚセンサ値を取得して記憶する。各センサ情報は、Ｓ６０２と同様に平均データとして取得することが望ましい。Ｓ６０８において、制御装置６は、設定された全ての補正点のセンサ値取得が完了したかどうかを判別する。全ての補正点測定が終了していない場合はＳ６０６およびＳ６０７の処理を繰り返し、終了した場合はＳ６０９に移行する。補正点の点数は任意に決めることが可能である。補正点の数を多く設定すれば、より正確な補正が期待できる反面、保存メモリの容量増加や補正マップ生成に時間を要するデメリットもある。本実施形態では、図５に示すような数十点程度の補正点を設定しており、Ｓ６０６およびＳ６０７の処理を数十回ずつ実行することになる。

全ての補正点でのセンサ値取得が終了すると、Ｓ６０９において、制御装置６は、補正式を算出する。補正式とは、各ステージ座標において、カラム３に対してウェハ２を所望の位置に位置決めするための制御目標位置（浮上系においては浮上量および姿勢角）を算出するための関数である。制御目標位置は、各ステージ座標におけるＹテーブル５とトップテーブル４との間の相対位置および姿勢角の目標値である。補正式の形式としては、図５における測定点のセンサ値を用いて、直線補間やスプライン補間などの方法で任意の座標における制御目標位置を算出する補正マップ型が有効である。この場合、補間に用いる座標ごとの各種係数をメモリ６０５に保管する。また別の方法として、補正点で得られたセンサ値を用いて、最小２乗法などの手法でＸＹ座標の関数として制御目標位置を算出するような数式での実現も可能である。この場合、各補正に用いる数式の係数をメモリ６０５に保存する。なお、数式を用いた場合のＸＹ座標に関する次数は任意に設定可能であり、１次式とする直線状や０次式とする座標によらず固定値とする運用も可能である。これらの低次の補正式は、特に補正点の点数が少ない場合に有効である。

以上のように、メモリ６０５に格納された補正式を用いることにより、任意のＸＹ座標において、Ｙテーブル５とトップテーブル４との間の相対位置および姿勢角の制御目標位置が算出可能となる。これを用いてトップテーブル４を制御することにより、あらゆるステージ座標において、カラム３に対してウェハ２を所望の位置に位置決めすることが可能となる。

図６に示した補正マップ生成処理は、ステージの組み立て後の調整時や定期メンテナンス時などに実施することもできる。これにより、経時的な変化にも対応し、適切な位置決め精度を維持することが可能である。

Ｓ６０４やＳ６０９において、メモリ６０５に保存される基準点オフセットおよび補正式の情報は、ステージ機構の機械的な状態を示していると言える。すなわち、メモリ６０５に保管される情報の推移は、長期間におけるステージ機械的な経時変化と捉えることができ、ステージ機構の部品交換を含めたメンテナンス時期の予測や、故障に至る前の予兆診断などを行うことも可能である。

図７は、本実施形態におけるウェハ検査処理の流れを示したフローチャートである。本フローチャートは、トップテーブル４上にウェハ２が載置されていない検査前の状態で処理を開始する。本フローチャートは、制御装置６によって実施される。

Ｓ７０１において、まずウェハ２をトップテーブル４上に配置する。Ｓ７０２において、制御装置６は、光学顕微鏡やＳＥＭを用いて、トップテーブル４上のウェハ２の配置位置を検出するアライメント処理を実施する。

Ｓ７０３において、ステージがあらかじめ設定された基準点位置へ移動する。Ｓ７０４において、制御装置６は、基準点位置において、レーザ値、リニアスケール値、Ｚセンサ値を取得して記憶する。各センサ情報は、例えば１秒間などの平均データとして取得することが望ましい。Ｓ７０５において、制御装置６は、設定された全ての基準点のセンサ値取得が完了したかどうかを判別する。全ての基準点測定が終了していない場合はＳ７０３およびＳ７０４の処理を繰り返し、終了した場合はＳ７０６に移行する。Ｓ７０３～Ｓ７０５の処理は図６におけるＳ６０１～Ｓ６０３の処理と同じである。

Ｓ７０６において、制御装置６は、Ｓ７０４で測定したセンサ値を用いて現在のオフセット値を算出する。Ｓ７０６における演算処理の内容はＳ６０４と同様である。得られたオフセット量はメモリ６０５に保存する。この結果、メモリ６０５には、Ｓ６０４で算出した補正マップ生成時の基準点オフセット量と、Ｓ７０６で算出した現在の基準点オフセット量が保存される。

Ｓ７０８において、制御装置６は、メモリ６０５の情報を用いて、次のステージ移動先の測定点における補正量（制御目標位置）を算出する。具体的には、まずメモリ６０５に格納されている補正式から、移動先のステージ座標における制御目標位置を計算（補間演算または数式へ座標値を代入）する。補正式によって計算した制御目標位置に対してＳ７０６で算出したオフセット量を足し合わせることにより、次の測定点における制御目標位置（浮上量および姿勢角）を算出する。

オフセット量は、基準点の初期位置に対する現在位置の差分を算出することができればどのような形式であってもよい。例えばＳ６０４において計算したオフセットを補正式のなかにあらかじめ入れ込んでおき、Ｓ７０６においては、現在の基準点オフセット（Ｓ７０６）と補正マップ生成時の基準点オフセット（Ｓ６０４）との間の差分を求めてこれを補正式の計算結果に対して加算してもよい。

Ｓ７０９において、制御装置６は、次の測定点へステージを移動させる。このとき、Ｓ７０８で算出した制御目標位置（浮上量および姿勢角）を用いてトップテーブル４の位置を補正することにより、常にカラム３に対して正確な位置決めをすることが可能となる。Ｓ７１０において、制御装置６は、測定点においてＳＥＭ画像を撮像し、得られた画像からウェハ２上のパターンの検査や計測を実施する。

Ｓ７１１において、制御装置６は、設定された全ての測定点の検査が終了したかどうかを判定し、全測定点終了した場合は、Ｓ７１３においてウェハ２を搬出し、一連のウェハ処理を終了する。Ｓ７１１において、まだ測定点が残っている場合は、Ｓ７１２において再校正の要否を判断する。この再校正とは、基準点のオフセット算出処理（Ｓ７０３～Ｓ７０６）を再度実施することを指している。これは、長時間同一ウェハを検査し続けた場合、ステージ自身や周囲環境の変化（温度、気圧など）によってステージ構造に変形が生じるような場合に有効であり、再度現在の基準点オフセットを算出することにより、位置補正の精度が向上することが期待できる。

Ｓ７１２における再校正の条件としては、以下のようなものが考えられる：
（ａ）Ｓ７１０のＳＥＭ撮像時にはオートフォーカス処理を実施する場合が多い。そこで撮像後のフォーカス値（カラム３からウェハ２の高さに相当）から、補正テーブル作成時からのトップテーブル４の高さずれ量を算出（推定）し、そのずれ量が閾値を超えた場合に、再校正を実施する。高さ以外の計測結果についてずれ量を推定できるのであれば、その推定結果を閾値と比較して再校正の要否を判定してもよい。高さ以外の計測結果としては例えば、カラムの傾きなどが考えられる；
（ｂ）前回基準点オフセット算出時から一定時間経過した場合や、荷電粒子線装置１００の物理状態を計測するセンサの計測値（例：温度センサにより検出するステージ温度またはその周辺温度）が一定以上変化した場合、などのように、ステージや荷電粒子線装置１００自体の物理状態が変化したと想定される条件を満たした場合に、再校正を実施する；
（ｃ）ＳＥＭ撮像後のＳＥＭ画像において測定点パターンの画像中心からのずれ量（視野ずれ量）を検出する。ＳＥＭ装置は、観察したいパターンを指定すると、そのパターンが視野中心に配置されるように構成されている。観察したいパターンが視野中心に配置されなければ、視野ずれ量が発生していることになる。その視野ずれ量が閾値よりも大きくなった場合、再校正を実施する。

このように、図７に示した実際のウェハ検査処理においては、現在の基準点オフセット量と、あらかじめ測定した補正点の情報とその時の基準点オフセット量を用いることにより、検査スループットを低下することなく高精度な補正が実現できる。

＜本発明のまとめ＞
以上述べてきたように、本実施形態に係る荷電粒子線装置１００は、下軸テーブルの変形、姿勢変化やセンサ組立て誤差などがあった場合であっても、Ｙテーブル５とトップテーブル４との間の相対位置を補正することにより、カラム３に対するトップテーブル４の位置を正確かつ高速に位置決めすることが可能となる。すなわち、基準点の正確な座標を用いて補正テーブルをあらかじめ作成しておき、ステージ位置を指定する際はこの補正テーブルを用いて制御目標位置を導出することにより、Ｙテーブル５とトップテーブル４との間の相対位置を制御しつつも、ステージを正確に位置決めすることができる。

＜本発明の変形例について＞
以上の実施形態においては、下軸の案内機構としてリニアガイドを用い、上軸の案内機構として磁気軸受けを用いる構成を用いたが、その他の案内機構（例えば、流体軸受けや弾性支持構造など）を用いた任意の組み合わせが可能である。また、Ｙテーブル５に対してトップテーブル４はＸ方向を含めて６自由度で可動としたが、弾性支持構造などを用いてその一部を拘束することも十分可能である。

以上の実施形態において、試料室１に対するトップテーブル４の位置はレーザ干渉計１６によって計測することとしたが、その他の計測器を用いてもよい。例えば光学式センサなどを用いることが考えられる。

以上の実施形態においては、補正点は図５に示すように格子点状に構成したが、格子点以外の点を補正点として設定することも可能である。

以上の実施形態においては、Ｓ７１２において再校正が必要と判断された場合に自動的に再校正を実行するようにしたが、これに代えてまたはこれと併用して、ユーザに対して再校正を促すワーニングを表示する方法も有効である。

以上の実施形態において、制御装置６は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置が実行することによって構成することもできる。

１ 試料室
２ ウェハ
３ カラム
４ トップテーブル
５ Ｙテーブル
６ 制御装置
７ 調整サンプル
８ 天板
１０ Ｙリニアガイド
１１ Ｙリニアスケール
１２ Ｙリニアモータ
１３ Ｘリニアスケール
１４ Ｘリニアモータ
１５ バーミラー
１６ レーザ干渉計
１７ Ｚセンサ
１００ 荷電粒子線装置

Claims (14)

1. 試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
   試料室、
   前記試料室に対して第１方向に移動可能な第１移動テーブル、
   前記第１移動テーブルに対して複数方向に移動可能な第２移動テーブル、
   前記第２移動テーブルの上方に配置され前記試料に対して前記荷電粒子線を照射する鏡筒、
   前記試料室と前記第１移動テーブルとの間の第１相対位置、前記試料室と前記第２移動テーブルとの間の第２相対位置、および、前記鏡筒と前記試料との間の第３相対位置、を計測する位置検出部、
   前記第１移動テーブルと前記第２移動テーブルを駆動する制御部、
   を備え、
   前記制御部は、前記第１相対位置と前記第２相対位置に応じて、前記第１移動テーブルと前記第２移動テーブルとの間の相対位置を補正する
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 前記位置検出部は、リニアスケールを用いて前記第１相対位置を計測し、
   前記位置検出部は、レーザ干渉計または光学式センサを用いて前記第２相対位置を計測し、
   前記位置検出部は、光学式センサを用いて前記第３相対位置を計測する
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
3. 前記制御部は、前記第２移動テーブル上の基準点における前記第１相対位置、前記基準点における前記第２相対位置、および、前記基準点における前記第３相対位置の第１セットを取得し、
   前記制御部は、前記第１セットを用いて、前記基準点の既知座標と前記基準点の座標の測定値との間のオフセット量を計算し、
   前記制御部は、前記オフセット量を用いて、前記第２移動テーブルの目標位置に対する前記第２移動テーブルの位置ずれを補正する
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
4. 前記制御部は、
   前記第２移動テーブル上の補正点における前記第１相対位置と前記補正点における前記第２相対位置の第２セット、
   または、
   前記補正点における前記第１相対位置、前記補正点における前記第２相対位置、および前記補正点における前記第３相対位置の第３セット、
   のうち少なくともいずれかを取得し、
   前記制御部は、前記第２セットまたは前記第３セットのうち少なくともいずれかを用いて、前記補正点を基準として前記第２移動テーブルを指定位置に移動させるための制御目標位置を計算する補正式を特定し、
   前記制御部は、前記補正式を用いて、前記第２移動テーブルを前記指定位置に対して位置決めする
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
5. 前記制御部は、前記第１移動テーブルと前記第２移動テーブルとの間の相対位置、および、前記第１移動テーブルと前記第２移動テーブルとの間の相対姿勢、の関数として、前記補正式を特定する
   ことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線装置。
6. 前記補正式は、複数の前記補正点の間の座標における前記制御目標位置を、前記複数の前記補正点における前記位置検出部による計測結果を補間することによって計算するように構成されている
   ことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線装置。
7. 前記制御部は、前記第２移動テーブル上の基準点における前記第１相対位置、前記基準点における前記第２相対位置、および、前記基準点における前記第３相対位置の第１セットを取得し、
   前記制御部は、前記第１セットを用いて、前記基準点の既知座標と前記基準点の座標の測定値との間のオフセット量を計算し、
   前記制御部は、
   前記第２移動テーブル上の補正点における前記第１相対位置と前記補正点における前記第２相対位置の第２セット、
   または、
   前記補正点における前記第１相対位置、前記補正点における前記第２相対位置、および前記補正点における前記第３相対位置の第３セット、
   のうち少なくともいずれかを取得し、
   前記制御部は、前記第２セットまたは前記第３セットのうち少なくともいずれかを用いて、前記補正点を基準として前記第２移動テーブルを指定位置に移動させるための制御目標位置を計算する補正式を特定し、
   前記制御部は、前記補正式を用いて前記制御目標位置を計算するとともに、前記制御目標位置と前記オフセット量を加算することにより、前記第２移動テーブルを前記指定位置に対して位置決めする
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
8. 前記基準点は、前記第２移動テーブル上に設置された調整サンプル上の位置に配置されており、
   前記基準点は、前記位置検出部が前記第２相対位置を計測することができる範囲内に配置されている
   ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
9. 前記基準点は、前記第２移動テーブル上に３点以上配置されている
   ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
10. 前記位置検出部は、前記試料上ではない前記補正点については、前記第１相対位置と前記第２相対位置を計測するとともに、前記第３相対位置は計測せず、
    前記位置検出部は、前記試料上の前記補正点については、前記第１相対位置、前記第２相対位置、および前記第３相対位置を計測し、
    前記制御部は、前記試料上ではない前記補正点については前記第２セットを取得し、
    前記制御部は、前記試料上の前記補正点については前記第３セットを取得する
    ことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線装置。
11. 前記制御部は、前記第１セットの現在値が、前記オフセット量を計算した時点から閾値以上変化しているのか否かを推定し、
    前記制御部は、前記第１セットの現在値が前記閾値以上変化したと推定する場合は前記第１セットを前記位置検出部によって再計測し、
    前記制御部は、前記再計測によって取得した前記第１セットを用いて、前記オフセット量を再計算する
    ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
12. 前記制御部は、前記第１セットの現在値が、前記オフセット量を計算した時点から閾値以上変化しているのか否かを推定し、
    前記制御部は、前記第１セットの現在値が前記閾値以上変化したと推定する場合は前記第１セットを前記位置検出部によって再計測するように促すメッセージを出力する
    ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
13. 前記制御部は、前記第１セットの現在値が、前記オフセット量を計算した時点から閾値以上変化しているのか否かを推定し、
    前記制御部は、前記第１セットの現在値が前記閾値以上変化したと推定する場合は前記第１セットを前記位置検出部によって再計測するかまたは前記再計測を実施するように促すメッセージを出力し、
    前記制御部は、前記第１セットを取得してからの経過時間、または、前記第１セットを取得した時点からの前記荷電粒子線装置の物理状態の変化量のうち少なくともいずれかを用いて、前記推定を実施する
    ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
14. 前記制御部は、前記試料に対して前記荷電粒子線を照射することによって生じる２次粒子を検出した結果を用いて、前記試料の観察画像を生成し、
    前記制御部は、前記第１セットの現在値が、前記オフセット量を計算した時点から閾値以上変化しているのか否かを推定し、
    前記制御部は、前記第１セットの現在値が前記閾値以上変化したと推定する場合は前記第１セットを前記位置検出部によって再計測するかまたは前記再計測を実施するように促すメッセージを出力し、
    前記制御部は、前記観察画像の視野中心のずれ量が閾値を超えたか否かによって、前記推定を実施する
    ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。

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