JP5524229B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関するものである。

走査型電子顕微鏡、イオン顕微鏡、半導体検査装置等の荷電粒子線装置は、荷電粒子光学鏡筒の内部で、超高真空環境下で発生させた荷電粒子線を試料に照射し、試料から放出された二次電子、あるいは後方散乱された反射電子を検出することによって試料の観察画像を取得する。そのため、試料に対して荷電粒子光学鏡筒が振動すると、荷電粒子線の照射位置が変動し、観察画像に歪が生じたり、パターンのエッジが振動して見えたり、複数の観察画像を加算する場合には加算後の画像のエッジが不鮮明になったりする。上記のように、荷電粒子光学鏡筒の振動は、観察画像の画質の低下を招き、さらには荷電粒子線装置の分解能の低下を引き起こす一因となり得るため、これを抑える工夫が必要である。

荷電粒子光学鏡筒の振動が荷電粒子線装置に与える影響の例として、半導体検査装置を取り上げて説明する。半導体検査装置は、ウェハに露光された半導体デバイスのパターン欠陥を観察し、欠陥の種類ごとに分類する装置である。近年、半導体デバイスの微細化に伴い、検出すべき欠陥サイズも小さくしなければならない状況にある。同時に、時間当たりに検出する欠陥数については多くしなければならない。さらには、半導体デバイスのウェハサイズの主流はφ３００ｍｍからφ４５０ｍｍに移行されることが予測される。以上のように、装置が大型化する中で、高分解能化と高スループット化を実現しなければならない。

半導体検査装置では、ウェハを載置するステージを観察位置に移動させる必要がある。このとき、ステージを停止する際の反力により試料室が加振されて荷電粒子光学鏡筒が振動すると、上述のように検査装置の画質が低下してしまう。さらなるスループットの向上のためには、ステージをある観察位置へと移動させて停止した直後の荷電粒子光学鏡筒の固有振動を、速やかに減衰させる必要がある。

荷電粒子光学鏡筒の制振に関しては、以下の特許文献１〜３記載の技術が開示されている。

特許文献１には、真空チャンバーの上面または荷電粒子光学鏡筒に制振材層を付設して制振効果を高めた電子線描画装置が開示されている。

特許文献２には、荷電粒子光学鏡筒の上部と試料室の四隅をステーで連結し、振動を抑制する効果を高めた電子線描画装置が開示されている。

特許文献３には、荷電粒子光学鏡筒に固定されたイオンポンプを、試料室上に固定されたフレーム（イオンポンプの支持部材）を用いて支持し、更に、イオンポンプのケースとヨークの間に粘弾性材料を用いたダンパーを挿入することにより、フレームが拾う外部振動あるいは試料室から荷電粒子光学鏡筒への振動の伝播を抑制する荷電粒子線装置が開示されている。

実開平１−７６０３１号公報 実開平１−８７５３２号公報 特開２００８−５２９４７号公報

上記特許文献１に記載の技術では、真空チャンバーの上板に設けた制振材層を用いて制振効果を出しているため、鏡筒が上下方向に振動するような振動に対する制振効果は大きいが、鏡筒が試料室に対して傾く振動に対しては効果が無いか非常に小さいと推測される。

上記特許文献２に記載の技術は、鏡筒で発生した振動の試料室への伝播あるいは試料室で発生した振動の鏡筒に対する伝播に対して、伝播を抑制するある程度の効果は有すると推測される。しかしながら、基本的には突っ支い棒で鏡筒を支えているに過ぎないので、振動自体を減衰させる効果は有しておらず、したがって制振効果はない。また、鏡筒とステーでは断面積が全く異なるため、荷電粒子光学鏡筒の剛性と比較して十分な剛性を有する長尺ステーを取り付けることは困難である。つまり、伝播してくる振動に対して変形しないようなステーを取り付けることは困難であり、すなわちステー自身が振動源となる可能性がある。

上記特許文献３に記載の技術では、イオンポンプを構成するヨークとケースとの間及びケースとマグネットとの間にダンパーを介在させ、外部振動の伝播を抑制している。しかしながら、粘弾性材料は一般的に加熱により硬化するので、イオンポンプ内部に粘弾性材料を配置すると、イオンポンプのベーキングがし難くなるという問題がある。ベーキングは荷電粒子線装置の使用間中に繰り返し実施される処理であるため、荷電粒子線装置の制振性能が粘弾性材料の劣化に伴い劣化することになる。

以上のように、上記各特許文献に記載の公知技術では、荷電粒子光学鏡筒の振動に関する一部の性質のみに着目して制振部材を対処的に設けるに留まっており、これに起因して上記のような問題が生じていると考えられる。

本発明は、荷電粒子光学鏡筒の傾きと上下方向の振動の双方を簡易な構成で抑えることのできる手段を備えた荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

本発明は、荷電粒子光学鏡筒と当該荷電粒子光学鏡筒の制振手段を備えた荷電粒子線装置において、前記制振手段を粘弾性シートとこれを支持する支持体とで構成し、この制振手段を、制振部材の取り付け位置における荷電粒子光学鏡筒の円筒面の法線と粘弾性シートのシート面の法線とが少なくとも平行でないように配置することにより、上記の課題を解決する。

本発明の制振機能を備えた支持部材または荷電粒子線装置によれば、荷電粒子光学鏡筒が傾いたときと上下振動したときの双方で、粘弾性体シートにせん断歪みが発生し、これによって傾きや上下振動を抑えることができる。また、本発明の制振機能を備えた支持部材は支持板で粘弾性体シートを挟んだ簡易な構成を有するので、制振に係る構成を簡易化することができる。

実施の形態１に係る荷電粒子線装置１００の全体構成を示す側断面図である。 ステージ１２の構成を示す斜視図である。 荷電粒子光学鏡筒１と試料室１１の接続を示す斜視図である。 荷電粒子光学鏡筒１の固有振動モードを示す図である。 荷電粒子光学鏡筒１の周辺に制振部材１９を配置した構成を示す斜視図である。 制振部材１９が荷電粒子光学鏡筒１の傾きと上下方向の振動をともに抑制する様子を示す図である。 制振部材１９が荷電粒子光学鏡筒１の傾きと上下方向の振動をともに抑制する様子を示す図である。 制振部材１９が荷電粒子光学鏡筒１の傾きと上下方向の振動をともに抑制する様子を示す図である。 制振部材１９が荷電粒子光学鏡筒１の傾きと上下方向の振動をともに抑制する様子を示す図である。 実施の形態２に係る荷電粒子線装置１００の荷電粒子光学鏡筒１の周辺構成図である。 実施の形態３に係る荷電粒子線装置１００の荷電粒子光学鏡筒１の周辺構成図である。 制振部材１９の構造を示す分解図である。 参考実施形態に係る荷電粒子線装置１００の荷電粒子光学鏡筒１の周辺構成図である。 荷電粒子光学鏡筒１と周辺構成を模式化した図である。 粘弾性体シート１６が２枚の金属支持板１７、１８に挟まっている状態を示す図である。 粘弾性体シート１６の変位Ｘとせん断力Ｆの関係を示す図である。 粘弾性体シート１６の損失係数ηを示す図である。 実施の形態８に係る荷電粒子線装置の全体構成を示す斜視図である。 イオンポンプの外観の斜視図である。 イオンポンプの内部構造を示す断面図である。 イオンポンプ内部に設けられたチャンバの内部構成図である。 実施の形態９に係る荷電粒子線装置の全体構成を示す斜視図である。

初めに、本発明の基本的な着想について説明する。

粘弾性シートを用いて制振部材を構成する場合、傾きと上下方向の振動の双方に対して減衰効果を持たせるには、荷電粒子光学鏡筒が傾いたときと上下振動したときの双方で、粘弾性体シートにせん断歪みが発生すればよい。本願発明者らは、このような状況は、せん断歪みの発生面が荷電粒子光学鏡筒の円筒面に対して対向しないように粘弾性シートを配置する、言い換えれば、制振部材の取り付け位置における荷電粒子光学鏡筒の円筒面の法線と粘弾性シートのシート面の法線とが少なくとも平行でない（好ましくは直交する）ように制振部材を配置すれば実現可能であることに想到した。

一方、荷電粒子線装置において、制振部材は、荷電粒子光学鏡筒と試料室の接合部あるいは試料室と架台の接合部など、荷電粒子線装置を構成する要素と要素の接合部に設けられることが従来の常識であった。例えば、特許文献３では、イオンポンプを構成するヨークとケースとの間あるいはケースとマグネットとの間にダンパーを配置している。しかしながら、要素と要素の接合部に制振部材を配置した場合、粘弾性シートの配置態様は、接合面の形状や向きに制約を受けるため、粘弾性シートを上記のように配置することは困難である。

そこで本発明では、荷電粒子光学鏡筒を支持する支持部材自体に粘弾性シートによる制振機能を持たせ、これを制振部材として荷電粒子光学鏡筒に固定することにより、上記のような制振部材の配置を可能とした。

粘弾性シートのシート面の法線と制振部材取り付け位置における荷電粒子光学鏡筒の円筒面の法線が直交するような制振部材の配置態様としては、例えば以下の態様がある。

（１）支持部材に接着ないし固着された粘弾性体シートを、そのシート面を含む平面が荷電粒子光学鏡筒の中心軸に対して直交しないように配置する。

（２）支持部材に接着ないし固着された粘弾性体シートを、そのシート面が荷電粒子光学鏡筒の中心軸に対して平行になるよう配置する。

上記（１）の配置態様の具体例としては、例えば、上記の支持部材を荷電粒子光学鏡筒の中心軸に対して斜傾する向きに配置する構成が考えられる。また、上記（２）の配置態様の具体例としては、例えば、矩形状の粘弾性シートを備えた支持部材を荷電粒子光学鏡筒側面の動径方向に配置する構成が考えられる。

なお、上記の配置態様は本願発明の一形態に過ぎず、粘弾性シートのシート面の法線と荷電粒子光学鏡筒の円筒面の法線とが平行でないように制振部材を配置するという構成を満たす限り、本発明の技術的思想に含まれることは言うまでもない。

＜実施の形態１＞
本実施形態では、制振機能を有する支持部材を荷電粒子光学鏡筒に対して傾斜して配置し、当該支持部材の一端を荷電粒子光学鏡筒に固定し、もう一端を試料室の上面に対して固定した荷電粒子線装置の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る荷電粒子線装置１００の全体構成を示す側断面図である。

荷電粒子光学鏡筒１の内部はイオンポンプ２で超高真空状態に維持されている。荷電粒子光学鏡筒１は、荷電粒子線源３から放出された荷電粒子線４を対物レンズ５で試料６上に収束し、偏向器７で微小に偏向する、荷電粒子光学系を含む。

試料６はロードロック室８から挿入される。ロードロック室８は、ターボ分子ポンプ９Ａとドライポンプ１０Ａで真空排気されて、真空状態に達する。その後、試料６は試料室１１内部のステージ１２に載せられる。なお、試料室１１内部はつねにターボ分子ポンプ９Ｂとドライポンプ１０Ｂで真空状態に維持されている。

試料室１１は除振マウント１３で支持されることにより、床振動から絶縁されている。

図２は、ステージ１２の構成を示す斜視図である。試料室１１に対して、Ｘテーブル１４、Ｙテーブル１５が動くことにより、試料６を２次元方向に移動させることができる。

図３は、荷電粒子光学鏡筒１と試料室１１の接続を示す斜視図である。ここでは周辺部材を省略した。図３に示す構成では、荷電粒子光学鏡筒１は、下端で試料室１１に対してフランジをボルトで締結して固定されているだけである。したがって、ステージ１２の駆動反力が試料室１１に作用すると、荷電粒子光学鏡筒１が振動する。

図４は、荷電粒子光学鏡筒１の固有振動モードを示す図である。ステージ１２の駆動反力が試料室１１に作用すると、図４（ａ）（ｂ）のように、荷電粒子光学鏡筒１の固有振動モードが励起される。

荷電粒子光学鏡筒１が傾くことにより、照射位置のズレが生じる。また、荷電粒子光学鏡筒１が上下方向に振動することによるフォーカスのズレ、さらにはフォーカスがずれることによる照射位置のズレが起きる。したがって、ステージ１２を停止させた直後の照射位置のズレを、できる限り短時間（例えば０．１秒）の内に抑えることが望ましい。半導体検査装置の場合であれば、照射位置のズレをできる限り短時間に微小欠陥サイズ以下（例えば１０ｎｍ以下）に低減させることが必要である。

図５は、荷電粒子光学鏡筒１の周辺に、本実施例の制振機能を有する支持部材１９（以下、制振部材１９と略）を配置した構成を示す斜視図である。制振部材１９は、粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂを、固定側金属支持板１７Ａ、１７Ｂと、可動側支持板１８で挟んだ平面状の構成を有する。

可動側金属支持板１８は、荷電粒子光学鏡筒１の側面に固定されている。可動側金属支持板１８の両側面は、粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂで挟まれている。粘弾性体シート１６Ａは固定側金属支持板１７Ａと可動側金属支持板１８で挟まれ、粘弾性体シート１６Ｂは固定側金属支持板１７Ｂと可動側金属支持板１８で挟まれている。固定側金属支持板１７Ａ、１７Ｂの一端は、試料室１１の上面に固定されている。固定側金属支持板１７Ａ、１７Ｂと可動側金属支持板１８は、粘弾性シートを支持すると共に荷電粒子光学鏡筒１を試料室に対して支持する役割も果たしている。

粘弾性体シート１６Ａと１６Ｂは、シート面が試料室１１に垂直、かつ、シート面が荷電粒子光学鏡筒１の中心軸に平行になるような角度配置で、試料室１１上の４箇所に取り付けられている。荷電粒子光学鏡筒１が試料室１１の上面に対して垂直に固定されているため、上記のような配置によって荷電粒子光学鏡筒１の上下方向の振動を抑えることを図る。これについては後述の図６で改めて説明する。

図６Ａは、制振部材１９が荷電粒子光学鏡筒１の傾きと上下方向の振動をともに抑制する様子を示す図である。また、図６Ｂは荷電粒子光学鏡筒１の上面図である。３本の制振部材１９−１、１９−２、１９−３が、それぞれ荷電粒子光学鏡筒１の円筒面の３回回転対称な位置に取り付けられている。図中の一点鎖線は荷電粒子光学鏡筒１の中心軸６０を示す。また、図中の矢印６１は、制振部材１９に備えられた粘弾性シート１８のシート面の法線を、矢印６２は、荷電粒子光学鏡筒１に対する制振部材１９の取り付け位置から見た円筒面の法線である。以上の図示では、記載の簡易のため、周辺部材を省略した。

荷電粒子光学鏡筒１が図６の右向きに傾くと、可動側金属支持板１８も荷電粒子光学鏡筒１とともに図中の矢印６３で示した向きに傾く。固定側金属支持板１７Ａ、１７Ｂは試料室１１に固定されたままであるので、可動側金属支持板１８の側面の粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂが可動側金属支持板１８に引っ張られ、粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂに図６の右向きのせん断歪みが生じる。これに対する反作用として荷電粒子光学鏡筒１の傾きを抑制する作用が発生する。

荷電粒子光学鏡筒１が図６の上下方向に振動すると、可動側金属支持板１８が荷電粒子光学鏡筒１とともに図６の上下方向（図中の白抜き矢印６４で示した向きに）に振動する。固定側金属支持板１７Ａ、１７Ｂは同様に試料室１１に固定されたままであるので、可動側金属支持板１８の側面の粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂが可動側金属支持板１８に引っ張られ、粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂに図６の上下方向のせん断歪みが生じる。これにより、荷電粒子光学鏡筒１の上下方向に振動を抑制する作用が発生する。

せん断歪の発生面は粘弾性シートのシート面であるので、荷電粒子光学鏡筒１の傾斜に対する有効な抑制効果が発生するためには、荷電粒子光学鏡筒１の傾斜面と粘弾性シートのシート面とが平行（好ましくは同一面内）かあるいは少なくとも直交しない位置関係になっている必要がある。また、荷電粒子光学鏡筒１の上下動に対する有効な抑制効果が発生するためには、上下動の方向（荷電粒子光学鏡筒１の中心軸とほぼ等しい）と粘弾性シートのシート面とが平行である必要がある。

上記２つの要請は、荷電粒子光学鏡筒１の傾斜方向（荷電粒子光学鏡筒の円筒面から見た傾斜面の向き）と荷電粒子光学鏡筒１の円筒面に対する粘弾性シートの配置の方向とが、同じか直交していない（内積がゼロでない）場合に充足される。

例えば、図６Ｂの制振部材１９−２に対しては、荷電粒子光学鏡筒１の傾斜方向が白抜き矢印６５の方向である場合に傾斜に対する最大の抑制効果が得られる。この場合、制振部材１９の取り付け位置における円筒面の法線（すなわち粘弾性シートの配置の方向）とは平行である。

逆に、傾斜方向が白抜き矢印６６の方向である場合には、制振部材１９の取り付け位置における円筒面法線が傾斜方向とは直交するため、傾斜に対する抑制効果は得られない。これは、粘弾性シートの法線方向に傾斜が発生するとせん断歪の発生面がシート面内に存在しなくなるという点から明らかである。

傾斜方向が白抜き矢印６５と６６の間である場合（白抜き矢印６７の場合）には、傾斜によるせん断歪のうち、粘弾性シートに平行な成分によるせん断歪が粘弾性シートに発生し、この反作用としてある程度の傾斜の抑制効果が生じる。

なお図６Ｂに示すように、粘弾性シートの配置の方向が荷電粒子光学鏡筒の円筒面の法線方向である場合には、荷電粒子光学鏡筒の中心軸６０（あるいは荷電粒子光学鏡筒の長手方向）は常に粘弾性シートのシート面内に平行となる。従って、荷電粒子光学鏡筒断面の動径方向に粘弾性シートを配置すれば、上下方向の振動に対する抑制効果が得られる。

以上説明した位置関係を粘弾性シートのシート面の法線を基準にして考えれば、粘弾性シートのシート面法線と上記取り付け位置における荷電粒子光学鏡筒の円筒面法線とが直交しているか平行でないことと同義である。すなわち、粘弾性シートのシート面が荷電粒子光学鏡筒に対して上記の位置関係を取るよう配置することにより、荷電粒子光学鏡筒１の傾きと上下方向の振動をともに抑制することが可能となる。

粘弾性体シート１６のシート面の法線が荷電粒子光学鏡筒１の中心軸と平行である場合、すなわちシート面を含む平面が荷電粒子光学鏡筒１の中心軸に対して直交している場合、荷電粒子光学鏡筒１が上下方向に振動しても粘弾性体シート１６にせん断歪みがあまり生じず、したがって上下方向の振動抑制効果が十分に発揮されない。そこで、本実施の形態１では、粘弾性体シート１６を上述のように配置し、傾きと上下振動の双方を抑制することを図ったのである。

以上、本実施の形態１において、制振部材１９が荷電粒子光学鏡筒１の傾きと上下方向の振動を抑制する仕組みについて説明した。

図６Ｃ、図６Ｄには、制振部材１９の配置の態様の変形例を示した。図６Ｃにおいては、４本の制振部材が荷電粒子光学鏡筒断面の４回回転対称な位置に取り付けられている。このような配置でも、粘弾性シートのシート面の法線６１と、制振部材の取り付け位置における荷電粒子光学鏡筒円筒面の法線方向６２とが直交するという関係を満たしている。同時に、制振部材１９は複数の支持板（１７Ａ、１７Ｂ、１８）が粘弾性体シート１６を挟んで構成され、粘弾性体シート１６のシート面が荷電粒子光学鏡筒１の中心軸に対して平行になる向き（シート面を含む平面が中心軸に対して直交しない向き）に配置されているという関係も満たす。これにより、荷電粒子光学鏡筒１が傾いたときと上下に振動したときの双方で、粘弾性体シート１６にせん断歪みが生じ、これらを抑制する作用を発揮することができる。

図６Ｄには、制振部材１９を荷電粒子光学鏡筒への取り付け位置に対して傾けて配置した変形例を示した。図６Ｄに示した制振部材の配置態様では、弾性シートのシート面の法線６１と、制振部材の取り付け位置における荷電粒子光学鏡筒円筒面の法線方向６２とは直交はしていない。しかしながら完全に平行ではないため、例えば傾斜が白抜き矢印６５の方向に発生しても、粘弾性シートにはある程度のせん断歪が発生する。したがって、図６Ｂや図６Ｃに示した配置態様と比較して弱いものの、ある程度の傾斜の抑制効果を得ることができる。以下の実施の形態でも同様である。

また、以上の説明において、３つあるいは４つの制振部材１９を荷電粒子光学鏡筒１の周囲に配置した例を示したが、制振部材１９の個数は１以上であれば任意でよい。もっとも、制振部材１９の配置位置と個数に応じて制振性能が異なるので、配置スペースや求められる制振性能に応じて最適な個数と配置を適宜選択することが好ましい。

＜実施の形態２＞
図７は、実施の形態２に係る荷電粒子線装置１００の荷電粒子光学鏡筒１の周辺構成図である。

実施の形態１の図５〜図６で説明した構成と異なり、本実施の形態２では荷電粒子光学鏡筒１が試料室１１に対して傾いて取り付けられている。また、制振機能を有する支持部材１９（以下、制振部材１９と略）は、荷電粒子光学鏡筒１が傾いている方向に１つのみ配置されている。なお、粘弾性体シート１６のシート面が荷電粒子光学鏡筒１の中心軸に対して平行になる向き（シート面を含む平面が中心軸に対して直交しない向き）に配置されている点は共通している。その他の構成は実施の形態１と同様である。

制振部材１９が１つのみであるので、制振性能はその分だけ低下するが、粘弾性体シート１６の枚数を増やすなどにより、制振性能を高めることができる。

＜実施の形態３＞
本実施形態では、矩形状の支持部材を荷電粒子光学鏡筒の側方に配置した構成の荷電粒子線装置について説明する。

図８は、実施の形態３に係る荷電粒子線装置１００の荷電粒子光学鏡筒１の周辺構成図である。本実施形態の制振部材は矩形状であり、矩形状の粘弾性シートを略同矩形状の板部材で挟んで形成されている。この矩形状の制振部材１９を、矩形の長手方向の一辺が荷電粒子光学鏡筒の長手方向に対して平行となるように、荷電粒子線の側面に配置する。矩形の別の一辺（長手方向とは直交する辺）は試料室の上面に固定する。このような配置を荷電粒子光学鏡筒の上面からみると、制振部材１９が荷電粒子光学鏡筒の円筒断面の動径方向に延伸するよう配置されていることになる。

実施の形態１の図５〜図６では、制振機能を有する支持部材１９（以下、制振部材１９と略）は荷電粒子光学鏡筒１に対して斜めに傾いて倒れ掛かるようにして配置されているが、本実施形態では制振部材１９が荷電粒子光学鏡筒１の側方に、試料室１１の上面に対して直立するように配置されている点が異なる。ただし、粘弾性シートのシート面の法線と荷電粒子光学鏡筒の円筒面の法線とが直交するように制振部材が配置されているという構成は、実施の形態１，２と共通であり、また、粘弾性体シート１６のシート面が荷電粒子光学鏡筒１の中心軸に対して平行になる向き（シート面を含む平面が中心軸に対して直交しない向き）に配置されている点も共通である。その他の構成は実施の形態１〜２いずれかと同様である。

図８のような構成を有する制振部材１９も、荷電粒子光学鏡筒の傾きと上下方向の振動の双方に対して粘弾性体シートにせん断歪みが発生するため、実施の形態１〜２と同様の効果を発揮することができる。ただし、図８の構成では、固定側金属支持板１７Ａ、１７Ｂと可動側支持板１８をそれぞれ荷電粒子光学鏡筒１と試料室１１の上面に固定するための部材が余分に必要となっている。反面、粘弾性体シート１６の貼付面積が実施の形態１〜２よりも大きくなっているので、その分だけ制振性能が向上している。

＜実施の形態４＞
図９は、制振部材１９の構造を示す分解図である。ここでは実施の形態１〜２で説明した制振部材１９の構造を示すが、実施の形態３で説明した制振部材１９についても、取り付け部分の部材個数を除いて同様の構成を有することを付言しておく。

粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂは、最小枚数の金属支持板１７Ａ、１７Ｂ、１８で挟まれて保持される。粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂは、金属支持板１７Ａ、１７Ｂ、１８に接着または両面テープで貼り付けられる。

固定側金属支持板１７Ａ、１７Ｂに対して、可動側金属支持板１８が面内を移動することにより粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂがせん断変形をする。

固定側金属支持板１７Ａと１７Ｂの間隔はつねに一定であることが望ましいので、これらの間に固定側スペーサブロック２０と可動側スペーサ２１を挿入し、ボルト２３Ａ、２３Ｂと、ナット２４Ａ、２４Ｂで締結している。これにより、可動側金属支持板１８と固定側金属支持板１７の間隔も一定に保たれる。また、粘弾性体シート１６を接着する時のズレを防止する効果、および制振部材１９を試料室１１や荷電粒子光学鏡筒１に固定するときに粘弾性体シート１６の接着部分が剥離しないようにする効果もある。なお、可動側金属支持板１８は各スペーサと干渉しないように穴が開いている。

固定側スペーサブロック２０は試料室１１の上面に取り付けられる。可動側金属支持板１８は、ボルト２３Ｃ、ナット２４Ｃで可動側ブロック２２に連結される。可動側ブロック２２は荷電粒子光学鏡筒１に取り付けられる。各ブロックと試料室１１または荷電粒子光学鏡筒１は、ボルトで締結される（図省略）。

以上のように、本実施の形態４によれば、各金属支持板の間隔を一定に保つスペーサを金属支持板の間に挿入しているので、安定的な制振性能を発揮することができる。また、各金属支持板の間隔を一定に保つことにより、粘弾性体シート１６のズレや剥離を防止する効果も期待できる。

＜実施の形態５＞
以上の実施の形態１〜４では、２枚の粘弾性体シート１６Ａ、１６Ｂを３枚の金属支持板１７Ａ、１７Ｂ、１８で挟む構成を説明したが、これらの枚数は必ずしも上記に限られるものではない。荷電粒子光学鏡筒１の傾きや振動に対して粘弾性体シート１６にせん断歪みが発生するように構成されていれば、粘弾性体シート１６と金属支持板の枚数、挟み方などは任意でよい。

例えば、１枚の粘弾性体シート１６を１枚の固定側金属支持板１７と１枚の可動側金属支持板１８で挟み、固定側金属支持板１７を試料室１１の上面に固定し、可動側金属支持板１８を荷電粒子光学鏡筒１の側面に固定してもよい。

＜参考実施形態＞
本実施形態は、実施の形態１〜５における制振部材１９と比較するため、制振部材１９の構成を変更した参考実施形態である。

図１０は、本参考実施形態に係る荷電粒子線装置１００の荷電粒子光学鏡筒１の周辺構成図である。図１０において、制振部材１９は、荷電粒子光学鏡筒１の側面を取り囲むようにして、円周状に形成されている。

固定側金属支持板１７Ａと１７Ｂは、実施の形態１〜５と同様に、試料室１１の上面に支柱を介して固定されている。可動側金属支持板１８は、固定側金属支持板１７Ａと１７Ｂの間の中央部分に配置され、荷電粒子光学鏡筒１の側面に固定されている。

また、実施の形態１〜５と同様に、固定側金属支持板１７Ａと可動側金属支持板１８が粘弾性体シート１６Ａを挟み、固定側金属支持板１７Ｂと可動側金属支持板１８が粘弾性体シート１６Ｂを挟むようになっている。

実施の形態１〜５と異なるのは、粘弾性シート１６のシート面の法線が、荷電粒子光学鏡筒１の長手方向（ないしは荷電粒子光学鏡筒１の中心軸）と平行な点である。別の言い方をすれば、粘弾性体シート１６のシート面を含む平面が荷電粒子光学鏡筒１の中心軸に対して直交する点である。

荷電粒子光学鏡筒１の傾きが小さい場合は、荷電粒子光学鏡筒１の重心は試料室１１の上面平面内を移動するとみなすことができるため、粘弾性体シート１６にせん断歪みが発生して制振性能を発揮することができる。一方、荷電粒子光学鏡筒１が上下振動した場合は主に粘弾性体シート１６の厚さ方向に力が働くため、せん断歪みはあまり生じないと考えられる。

以上のように、図１０に示した構成では、荷電粒子光学鏡筒１の上下振動成分に対する制振性能は実施の形態１〜５と比較して低いと考えられる。さらには、制振部材１９を支えるための支柱が必要になるため、支柱が高くなるほど水平方向の剛性が低下し、これにともなって制振性能も低下する。

これに対し実施の形態１〜５の構成では、可動側金属支持板１８が動くことによる変位は粘弾性体シート１６のせん断歪みに直接寄与するため、制振性能を十分に発揮することができる。

＜実施の形態６＞
実施の形態６では、制振部材１９の制振性能を定義する数式を導出し、具体的なパラメータを当てはめて制振性能の数値を求める。

図１１は、荷電粒子光学鏡筒１と周辺構成を模式化した図である。ここでは簡易的に、荷電粒子光学鏡筒１を図１１のような円筒形状の倒立振り子とする。荷電粒子光学鏡筒１の全長を２ｈ、重心までの高さをｈ、質量をｍ、鏡筒の半径をｒとする。モーメントの釣合い方程式は下記（数式１）のようになる。

ただし、
θ：鏡筒の傾き角（微小角度では、sinθ≒θとする）
Ｉ：鏡筒の慣性モーメント
Ｃ：鏡筒の取付部の傾き方向の減衰係数
Ｋ：鏡筒の取付部の傾き方向のバネ定数
上記（数式１）は下記（数式２）のように変形することができる。

（数式２）は、減衰比ζおよび固有角振動数ω_ｎを用いて、下記（数式３）のように変形することができる。

減衰比ζと損失係数ηとの関係は、η＝２ζなので、（数式３）は下記（数式４）となる。

固有角振動数ω_ｎを高く、鏡筒の取付剛性（Ｋ）を上げようとしても限界がある。一方で、金属材料の損失係数ηは０．０００１〜０．００１であるのに対して、粘弾性材料では０．０１〜１．０である。

本実施形態では、粘弾性体シート１６を金属支持板で挟んだ平面状の積層構造体（制振部材１９）を、荷電粒子光学鏡筒１の中心軸に平行な角度配置で、一方を試料室１１に取り付け、他方を荷電粒子光学鏡筒１に取り付ける。

次に、鏡筒が振動したときの、粘弾性体シート１６による振動の吸収効果を検討する。 荷電粒子光学鏡筒１の最大傾き角をθ_０とすると、傾き角θは三角関数で、下記（数式５）のように表現できる。

傾き角速度は下記（数式６）で表される。

荷電粒子光学鏡筒１が振動しているときの最大運動エネルギーE₁は、下記（数式７）で表される。

ここで、荷電粒子光学鏡筒１の取付部に回転軸があるときの円柱の慣性モーメントを下記（数式８）に記す。（数式８）の第１項（ｍ・ｈ²）は回転軸からｈだけ離れた質量ｍの慣性モーメント、第２項（Ｉ_G）は中心位置に回転軸があるときの円柱形状の慣性モーメントである。

図１２は、粘弾性体シート１６が２枚の金属支持板１７、１８に挟まっている状態を示す図である。同図は、せん断歪γと変位Ｘの関係、せん断応力τとせん断力Ｆの関係を示す。粘弾性体シート１６がせん断変形するときのせん断歪γは、粘弾性体シート１６の板厚Ｔに対する変位Ｘの比（＝Ｘ／Ｔ）となる。

最大変位をＸ₀とし、最大せん断歪をγ_ｍａｘとすると、最大変位Ｘ₀は下記（数式９）で表される。

（数式８）を（数式７）に代入し、さらにθ_０が微小であるときtanθ_０≒θ_０と近似できるので、最大運動エネルギーをγ_ｍａｘとＴで表すと下記（数式１０）になる。

以下、粘弾性体シート１６の貯蔵弾性率をＧ’、損失係数をη、粘弾性体シート１６の貼付面積をＳとする。

図１３は、粘弾性体シート１６の変位Ｘとせん断力Ｆの関係を示す図である。１枚の粘弾性体シート１６に強制変位Ｘ₀を与えたときに吸収できるエネルギーを、図１３の斜線部に示す。図１３の曲線のＹ切片は、下記（数式１１）の虚数部の係数から、下記（数式１２）で表される。

したがって、粘弾性体シート１６で吸収できるエネルギーE₂は、下記（数式１３）で表される。

粘弾性体シート１６をｎ枚設置したときの振動エネルギーの吸収効率をE₂/E₁として、下記（数式１４）に表す。

（数式１４）ではγ_ｍａｘがなくなっているので、吸収効率はせん断歪の大きさに依らないことがわかる。したがって、吸収効率を高くするためには、粘弾性体の損失特性（G’・η）、貼付面積（Ｓ）を大きくし、粘弾性体シート１６の枚数（ｎ）を多くし、粘弾性体シート１６の板厚（Ｔ）を薄くするとよい。

図１４は、粘弾性体シート１６の損失係数ηを示す図である。損失係数ηは、図１４に示すように材料ごとに異なる角速度依存性があるので、制振させたい帯域で高い損失係数が得られるように材料を選択する必要がある。

以上のように、粘弾性体シート１６の制振性能は、定量的に求めることができる。したがって単に荷電粒子光学鏡筒１の振動特性に対して対処的に粘弾性対シート１６を配置するのではなく、所望の制振性能を発揮するために最適な構成と配置を有する制振部材１９を、本実施形態の検討結果に基づき設計することができる。

＜実施の形態７＞
１実施形態として、下記のパラメータを（数式１４）に代入すると、振動吸収体の吸収エネルギーは、荷電粒子光学鏡筒１の振動エネルギーの１２倍となり、振動振幅の低減や減衰時間の短縮において十分な効果が期待できることがわかる。

（１）質量 ｍ=１００（ｋｇ）
（２）貯蔵弾性率 Ｇ’= ４５０×１０^３（Pa）
（３）損失係数 η＝０．７
（４）粘弾性体シートの面積 Ｓ＝０．０１（ｍ ^２ ）
（５）粘弾性体シートの枚数 ｎ＝２（枚）×２（セット）
（６）粘弾性体シートの厚さ Ｔ＝０．０００５（ｍ）
（７）荷電粒子線光学鏡筒の半径 ｒ=０．１（ｍ）
（８）荷電粒子線光学鏡筒の高さ ２ｈ＝０．６（ｍ）
（９）固有角振動数 ω_ｎ＝３２０（ｒａｄ／ｓ）

＜実施の形態８＞
本実施形態では、実施の形態１で説明した荷電粒子線装置にイオンポンプを取り付けた荷電粒子線装置の実施形態について説明する。

荷電粒子線装置において、荷電粒子光学鏡筒は荷電粒子銃が取り付けられているため、真空試料室と比較して高真空を維持する必要がある。従って、真空試料室用のメインポンプの他にサブポンプを用いて真空排気を行うのが普通であり、一般的にはイオンポンプが使用されている。

しかし、試料室に保持されたステージが移動すると、駆動時や停止時の反力が試料室に作用し、荷電粒子光学鏡筒に支持されているイオンポンプの固有振動が励起される。また、イオンポンプと荷電粒子光学鏡筒とは通常フランジで締結されているため減衰要素がほとんどなく、振動の減衰時間が長いという問題がある。

以上説明したイオンポンプの固有振動により、荷電粒子光学鏡筒が振動して観察画像の画質や荷電粒子線装置の分解能が劣化する。振動の減衰を待つことも考えられるが、上記の通り、振動の減衰時間が長いため、結局、画像の撮像時間が増大する。

図１５には、荷電粒子線装置の全体構成を示す斜視図を示す。実施の形態１〜７で説明した構成と同じ要素については説明は省略する。

数ｍｍ程度の床の平面度を吸収するために、架台３１の脚の底部にはゴムパッド３２が貼られている。架台３１と試料室１１との間には除振マウント１３が設置されており、除振マウント１３の固有振動数より高域の床振動は減衰される。ロードロック室８は試料室１１に固定されていて、大気圧状態でウェハをロードした後はターボ分子ポンプ９Ａでロードロック室８を排気する。ロードロック室が真空になると、ウェハを試料室内部のステージに載せ、試料室１１内に配置された試料に対して荷電粒子線を照射あるいは走査できる状態になる。

荷電粒子光学鏡筒１と試料室１１の接続方法は図５と同じであるが、荷電粒子光学鏡筒１の上部にはイオンポンプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが取り付けられており、荷電粒子銃位置３の空間を超高真空状態に維持している。全体制御部１５０は、以上説明した荷電粒子光学鏡筒や試料室あるいはロードロック室など全体の制御シーケンスを実行する。

全体制御部１５０が半導体デバイスの欠陥検査、欠陥レビューあるいはパターンの寸法計測を行うシーケンスを実行する場合、ステージの高速移動、停止、観察が繰り返される。ステージの駆動反力が試料室に作用すると、試料室が揺れて荷電粒子光学鏡筒１の固有振動が励起される。このような状況では、試料室に対して荷電粒子光学鏡筒が揺れる。制振部材１９の効果によって、荷電粒子光学鏡筒１の固有振動は速やかに減衰され、振動振幅も抑えられる。

図１６にはイオンポンプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの外観の斜視図を示す。イオンポンプは、陽極とチタン製の陰極との間に放電を発生させ、これにより陰極表面のチタンをイオン化させ、チタンイオンのゲッター作用により排気効果を得る真空ポンプである。

フランジ４１は配管４２に溶接され、配管４２はチャンバ４３に溶接されている。ヨーク４４には強力な永久磁石４５Ａ、４５Ａが固定されており、永久磁石の露出面はカバー４６で覆われている。チャンバ４３とヨーク４４はボルトで締結されている。本実施例では、ヨーク４４とカバー４６に内包される要素全体を称してイオンポンプと呼ぶことにする。

イオンポンプの断面を図１７に、チャンバ４３の内部構造を図１８に示す。ヨーク４４にはＮ極とＳ極の永久磁石４５Ａ、４５Ａが固定されており、チャンバ４３に対して強力な一様磁場を形成している。チャンバ４３の内部には、アノード４７（陽極）の上下にチタン製のカソード４８（陰極）が配置されている。カソード４８に対してアノード４７には正の高電圧が印加されている。このため、アノードとカソード間では放電が発生し、気体分子が電子と衝突してイオンになり、イオンはチタン製のカソードに衝突し、カソード表面からチタン原子を叩き出す。チタン原子は化学的に活性であり、水素、酸素、窒素、一酸化炭素等を化学的に吸着するので、チャンバ内の真空度が良くなる。

このように、実施の形態１の制振部材であっても、ステージの移動に起因する荷電粒子線光学鏡筒の傾斜、振動を抑制することはできる。

図１９には、荷電粒子光学鏡筒の制振部材１９に加えて、イオンポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの制振部材を追加した実施例である。

上述の通り、ステージの駆動力の大きさ次第では、荷電粒子光学鏡筒１だけでなくイオンポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの固有振動も励起されることがある。イオンポンプの固有振動モードはヨーク、配管、チャンバの板厚および重量に依存するが、実機の振動モードを評価した結果では、フランジ固定位置を中心としてθx、θy、θz方向に回転する振動モードであることが分っている。

以下に、イオンポンプの制振方法について述べる。試料室１１にイオンポンプ支持フレーム４９をボルトで固定する。粘弾性体シート５１の両面に支持板を接着した制振部材を製作する。この制振部材の一方のイオンポンプ可動側支持板５０をイオンポンプのチャンバに、他方のイオンポンプ固定側支持板５２をイオンポンプ支持フレーム４９にボルトで締結する。これにより、イオンポンプの背面（フランジとの締結面の反対側）に、試料室に固定された制振部材が取り付けられた構造が形成される。これにより、イオンポンプ全体が固有振動数で振動している間は、粘弾性体シート５１にせん断歪が作用するので、減衰効果が発揮される。

以上、本実施の形態のように荷電粒子光学鏡筒用の第１の制振部材と、イオンポンプ用の第２の制振部材とを荷電粒子線装置に用いることにより、ステージ移動に伴う荷電粒子光学鏡筒の振動のみならずイオンポンプの固有振動モードも含めた範囲の振動に対する制振能力を持った荷電粒子線装置を実現することができる。このことは、より駆動力・制動力の大きな試料ステージを搭載可能となることを意味し、従って、荷電粒子線装置のスループットを向上させることが可能となる。

１：荷電粒子光学鏡筒、２：イオンポンプ、３：荷電粒子線源、４：荷電粒子線、５：対物レンズ、６：試料、７：偏向器、８：ロードロック室、９Ａ、９Ｂ：ターボ分子ポンプ、１０Ａ、１０Ｂ：ドライポンプ、１１：試料室、１２：ステージ、１３：除振マウント、１４：Ｘテーブル、１５：Ｙテーブル、１６、１６Ａ、１６Ｂ：粘弾性体シート、１７、１７Ａ、１７Ｂ：固定側金属支持板、１８：可動側金属支持板、１９：制振部材、２０：固定側スペーサブロック、２１：スペーサ、２２：可動側ブロック、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ：ボルト、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ：ナット、４３：チャンバ、４４：ヨーク、４５Ａ、４５Ｂ：永久磁石、４７：アノード（陽極）、４８：カソード（陰極）、４９：イオンポンプ支持フレーム、５０：イオンポンプ可動側支持板、５１：粘弾性体シート、５２：イオンポンプ固定側支持板。

Claims (6)

1. 試料を内部に配置する試料室と、
   荷電粒子線を前記試料に照射する荷電粒子光学系を含む荷電粒子光学鏡筒と、
   一端が前記試料室に固定され、もう一端が前記荷電粒子光学鏡筒に固定された制振部材とを備え、
   前記制振部材は、粘弾性シートと、該粘弾性シートを保持する複数の支持板とを備え、
   更に、前記制振部材は、前記粘弾性シートのシート面が前記荷電粒子光学鏡筒の中心軸に対して直交しないようにかつ前記制振部材の取り付け位置における荷電粒子光学鏡筒の円筒面の法線と粘弾性シートのシート面の法線とが少なくとも平行でないように配置されており、かつ、
   前記制振部材は前記粘弾性シートのシート面が前記試料室の上面に対して垂直になるように配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 試料を内部に配置する試料室と、
   荷電粒子線を前記試料に照射する荷電粒子光学系を含む荷電粒子光学鏡筒と、
   一端が前記試料室に固定され、もう一端が前記荷電粒子光学鏡筒に固定された制振部材とを備え、
   前記制振部材は、粘弾性シートと、該粘弾性シートを保持する複数の支持板とを備え、
   更に、前記粘弾性シートのシート面が、前記荷電粒子光学鏡筒の中心軸に対して直交しないようにかつ荷電粒子光学鏡筒の円筒面に対して対向しないように配置されており、かつ、
   前記制振部材は前記粘弾性シートのシート面が前記試料室の上面に対して垂直になるように配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
   前記制振部材は、前記荷電粒子光学鏡筒の長手方向に対して斜傾する向きに配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
   前記制振部材は、矩形状であり、
   更に前記制振部材を、
   当該矩形の第１の辺が前記荷電粒子光学鏡筒に固定され、当該矩形の第２の辺が前記試料室に固定されるよう配置したことを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
   前記制振部材は、
   前記荷電粒子光学鏡筒側に固定される第１の支持板と、
   前記試料室側に固定される第２の支持板と、
   前記第１の支持板および第２の支持板に接着された粘弾性シートにより構成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
   前記制振部材は、前記第１の支持板と前記第２の支持板との間隔を一定に保つスペーサを備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。

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