JP4866045B2 - 電子顕微鏡装置および同装置における試料ステージの位置決め制御方法 - Google Patents
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Description
測長SEMでは、ウェーハ上に電子線を照射し、得られた二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寸法を導き出している(例えば、特許文献1参照)。
現状、ウェーハサイズは300mmが主流になっており、そのためのステージはかなりの大型になる。同時にスループット向上の観点からステージの高速化のための高出力駆動機構が必要となり、モータや駆動軸の発熱による温度上昇が発生する。
しかしながら、nmオーダでステージや電子線の位置制御を行うためには、高分解能かつ高速でステージの位置を計測するシステムと、サーボ制御を行うためのサーボ回路、サーボモータおよびその調整が必要となり、システムの複雑化と装置のコストアップにつながってしまう。また、サーボ制御の場合、停止状態でも微少な振動が発生しており、装置全体を加振させ二次電子像に影響を及ぼすことがある。
図1において、真空ポンプ1により真空排気可能な試料室2の内部には、試料ステージ3が搭載されている。試料ステージ3は、ベース4、センターテーブル5、トップテーブル6などから構成される。センターテーブル5は、ベース4上にある案内機構としてのX滑り案内部材7により拘束され、一方向(X方向(図1中左右方向))に移動が可能となっている。センターテーブル5はまた、駆動機構としてのXボールネジ8の回転によって直線運動を行うXロッド9により押し引きされるが、Xロッド9先端のピン10とセンターテーブル5のガイド部11には50μmのギャップ12が空いている。Xボールネジ8は、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(PM)14により回転が可能である。
制御装置100は、レーザ干渉計19によって測定された試料ステージ3の位置に基づいてPM14を制御してX方向およびY方向のステージ位置制御を行う。
評価時、制御装置100は、登録された内容に基づき、自動的にその座標位置まで試料ステージを移動した後、電子線21をウェーハ17上に照射し、偏向器22で走査して数万倍から数十万倍の二次電子像を取得し、CRT28上に表示する。そして、この二次電子像の明暗の変化からパターンの形状を判別し、指定した形状(パターン線幅やピッチ等)の寸法値を算出する。その後、次に登録されたチップの座標位置に移動し、同様に画像取得を繰り返し行う。
図2は、本発明実施形態に係る電子顕微鏡装置における試料ステージの位置決め制御方法の実行手順を示すフローチャートである。また、図3は、本発明実施形態に係る電子顕微鏡装置における試料ステージの位置決め制御方法を説明するために引用した図である。
次に、ステップS20において、制御装置100は、レーザ干渉計19を用いて試料ステージ3の現在位置、ここでは図3に示すA点を検出する。
次に、ステップS90で予め設定しておいた速度(低速)で試料ステージ3を動作させ、ステップS100で現在位置を監視しながら、ステップS110で停止位置に到達するまで低速移動を継続する(N)。
このため、ピン10、つまりXロッド9(図1参照)の引き戻し量(図3:Lr)を、ギャップ(=g1+g2、すなわちガイド部11の溝幅Lgとピン10の直径Rpの差)の半分(ここでは25μm)に設定することで、ピン10の両側に均等なギャップ(空間)が形成されることとなる。
また、前記した本発明実施形態によれば、目標位置の手前に高速で移動し、その後足りない距離を微動送り移動するために無駄な動作がなく、短時間の位置決めが可能である。これより、サーボ制御を用いずに安価で単純なオープンループ制御であっても、スループットを落すことなく、ドリフトや振動による像質の劣化が少ない二次電子像を得ることが可能となる。
これに対して低速微動送りは必ずピン10がガイド部11aに接触して止まるため、引き戻し方向のギャップが確保できる利点があり、そのため(1)のオフセット値に値を入れる(仮の目標位置を設定する)ことは有効である。
図4に示されるように、試料ステージ3(図1参照)を構成するベース4の上には、転送面47と、制動機構を持たない2個の転がり部材7a、7bが設けられ、その上にセンターテーブル5が配置されている。センターテーブル5は、転がり部材7a、7bに沿って直線運動を行う構造となっている。そして、センターテーブル5の中央部にはバネの弾性力を利用した制動機構40が設けられている。
このことにより、センターテーブル5に滑り案内部材7を使用しなくてもドリフトが小さく、位置決め精度の高い試料ステージ13を構成することができる。
4 ベース
5 センターテーブル
6 トップテーブル
7 X滑り案内部材
8 Xボールネジ
9 Xロッド
10 ピン
12 ギャップ
15 Y滑り案内部材
19 レーザ干渉計
100 制御装置
Claims (4)
- 案内機構を備えたベースと、
前記案内機構に沿って移動するテーブルと、
前記テーブルを駆動する駆動機構と、
前記テーブルの位置を測定する位置検出器とにより構成される試料ステージ
を備えた電子顕微鏡装置であって、
前記テーブルと前記駆動機構との結合部にギャップを設けると共に、
前記テーブルの移動前の位置からの目標位置までの移動距離が、前記ギャップより大きい場合、前記移動距離に応じた粗動送り制御を行い、
前記テーブルの移動前の位置からの目標位置までの移動距離が、前記ギャップに等しいかそれより小さい場合、前記位置検出器による測定値と、予め設定される目標値との偏差を監視し、その偏差の値によって前記テーブルの駆動を停止させるための微動送り制御と、前記テーブルの停止後、前記ギャップにより前記テーブルと前記駆動機構との結合を分離するための位置制御とを行う制御手段
を備えたことを特徴とする電子顕微鏡装置。 - 前記試料ステージにおける案内機構は、転送面と、転がり部材とから構成され、前記転がり部材に沿って直線運動を行う前記テーブルに、前記制動力を確保する制動機構、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電子顕微鏡装置。 - 前記テーブル上に、当該テーブルの移動方向に対して垂直方向に移動させる案内機構を配置し、前記案内機構に、更に別のテーブルを積載して2次元移動を行わせ、前記積載されたテーブルと当該テーブルを駆動する駆動機構との結合部にギャップを設けると共に、前記制御手段が、前記積載されたテーブルの停止時に前記積載されたテーブルと前記駆動機構との結合を分離する位置制御を行うこと、
を特徴とする請求項1に記載の電子顕微鏡装置。 - 案内機構を備えたベースと、
前記案内機構に沿って移動するテーブルと、
前記テーブルを駆動する駆動機構と、
前記テーブルの位置を測定する位置検出器とにより構成される試料ステージ
を備えた電子顕微鏡装置における前記試料ステージの位置決め制御方法であって、
前記試料ステージの位置制御を行う制御装置は、
前記テーブルの移動前の位置からの目標位置までの移動距離が、前記テーブルと前記駆動機構との結合部に設けられるギャップより大きい場合、前記移動距離に応じた粗動送り制御を行い、
前記テーブルの移動前の位置からの目標位置までの移動距離が、前記ギャップに等しいかそれより小さい場合、前記位置検出器による測定値と、予め設定される目標値との偏差を監視し、前記偏差の値によって前記テーブルを停止させるための微動送り制御を行い、
前記テーブルを停止させた後、前記ギャップにより前記テーブルと前記駆動機構との結合を分離するための位置制御を行う、
処理を実行することを特徴とする電子顕微鏡装置における試料ステージの位置決め制御方法。
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