JP5788719B2 - ステージ装置およびステージ装置の制御方法 - Google Patents
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Description
回転テーブルを回転させる回転機構と、回転テーブルを並進移動させる並進機構と、外部から入力された指令値に従って回転機構と並進機構とを制御するステージ制御手段とを有するステージ装置であって、試料もしくは試料ホルダもしくは回転テーブルに位置および方向を測定可能なマーカーを設け、回転機構と並進機構とを所定の動作パターンに従って動作させたときのマーカーの位置と方向を測定し、この測定の結果から回転テーブルの回転中心位置を同定し、さらに、回転テーブルの回転誤差を補正するための回転角補正量と回転テーブルの回転中心の位置変動を補正するための並進補正量とを回転角に対する補正量テーブルとして作成し、入力された回転角指令値もしくは実回転角に対応した回転角補正量および並進補正量を補正量テーブルから取得し、取得した補正量を用いて回転機構および並進機構を制御するステージ装置を提供する。
本発明の実施例1において、ステージ装置を用いるSEMの構成を図2を用いて説明する。実施例1において、SEM1は電子光学系を備えた鏡筒2、試料室3、ステージ11から構成される。電子銃4から発生した一次電子線5は収束レンズ6、対物レンズ7を通して試料12に照射され、試料12から発生した二次電子9は二次電子検出器10により検出される。一次電子線5は走査偏光器8により観察する試料12の表面を二次元状に走査する。電子光学系制御手段13は走査偏光器8による一次電子線5の走査を制御するとともに、二次電子検出器10により検出される二次電子9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)を生成する。
〔ステージ装置〕
実施例1のステージ装置の具体的構成の一例を、図3を用いて説明する。ステージ11は、試料を直接もしくは試料ホルダを介して搭載する回転テーブル210と、回転テーブル210を回転させる回転機構200と、回転テーブル210を並進移動させる並進機構100から構成される。
〔マーカーの設定〕
本発明では、試料、試料ホルダもしくは回転テーブルに、位置と方向を測定するためのマーカーを設け、回転機構と並進機構を所定パターンに従って動かした時のマーカー位置と方向を測定し、その測定結果から回転テーブルの回転中心および回転誤差および回転中心の位置変動を補正する補正量を求める。
〔回転テーブルの補正量の導出〕
実施例1では、所定のパターンに従って回転機構200および並進機構100を動かし、そのときのマーカーの位置および方向を測定して、回転テーブルの回転中心の同定および回転誤差を補正する回転角補正量、回転中心の位置変動を補正する並進補正量を求める。以下に、その導出方法を図6〜8を用いて説明する。
回転角指令値:θri(i=1、・・・、n)
マーカーの位置:(Xi、Yi)(i=1、・・・、n)
マーカーの方向:θi(i=1、・・・、n)
とする。
〔数1〕
(Xi−Xc)^2+(Yi−Yc)^2=R^2 ・・・(1)
この関係式に対して最小二乗法を適用すれば、もっとも誤差の小さい(Xc、Yc)およびRを同定することができる。
〔数2〕
Δθi=(θi−θoffset)−θri ・・・(2)
ここで、θoffsetは回転テーブルの回転角に対するマーカーの方向のオフセット値である。このΔθiを用いて回転誤差を補正することが可能であり、これを回転角補正量として利用すればよい。
(Xc+Rcos(θri+θ0)、Yc+Rsin(θri+θ0))
ここで、θ0は回転テーブル角度原点からのマーカー初期位置の角度である。そこで、回転機構を回転させたときに上記のマーカー位置の変動分だけ並進機構を移動させればマーカーを仮想中心とした回転が実現できる(これは幾何学的な関係から回転中心位置の補正を行う処理であり、幾何学的回転補正と呼ぶ)。このときは、S1003にて求めた回転角補正と上記の幾何学的回転補正を行いながら、図8に示すように回転角をθri(i=1、・・・、n)と変えていったときのマーカーの位置と方向を測定する。図8は90度ずつ回転させたときの様子を示す。
マーカーの位置:(X2i、Y2i)(i=1、・・・、n)、
マーカーの方向:θ2i(i=1、・・・、n)
回転軸の単純な偏芯、回転軸の傾きである場合には、上記の幾何学的回転補正により回転中心の位置変動を補正することはできるが、非線形的な変動が発生している場合にはこの計測によりマーカーの位置変動が発生する。このマーカーの位置変動量が回転中心の位置変動に相当するので、マーカーの位置変動量を並進補正量とすればよい。
〔特徴点マーカーによる補正操作〕
次にマーカーの設定および測定方法を図9〜11を用いて説明する。図9〜11は、図4に示すマーカーが特徴的な図形の特徴点を持つ場合の、測定時の表示装置14におけるSEM画像の操作画面を示す。図9において、まず必要に応じて並進機構を移動させ、マーカー400をSEM画像500に表示させる。このときは特徴点401〜403を用いてマーカーの代表位置および方向を測定するので、画面上のxカーソル508およびyカーソル509を移動させて、位置を測定する特徴点に合わせる。合わせられたらSetボタン504を押すと、その特徴点の位置が確定され、特徴点位置表示欄501にその座標が表示される。505はCancellボタンである。
〔輪郭形状マーカーによる補正操作〕
図10および図11を用いて、図5に示す輪郭形状パターンをマーカーとして用いる場合の補正を説明する。形状パターンを用いる際にはまずパターンの登録を行う。図10はその登録画面の例である。並進機構を動かして登録したい形状パターン400をSEM画像上に表示させる。次にカーソルを用いて形状パターンを含む領域405を設定しPatternSetボタン510を押す。これにより、エッジ強調、2値化などの画像処理が行われ、形状パターン400がマーカーとして登録される。511はNextボタンである。
〔ステージ装置の制御〕
次に、図1を用いて実施例1のステージ装置の制御方法を説明する。実施例1のステージ装置は、並進機構100と、回転機構200と、外部から与えられた指令値により並進機構100および回転機構200を制御するステージ制御手段300とから構成される。
11 ステージ
12 試料
13 電子光学系制御手段
14 表示装置
15 ステージ制御手段
16 ステージ操作入力手段
100 並進機構
101 並進機構ベース
102 リニアガイド
103 並進機構可動テーブル
104 リニアモータシャフト
105 リニアモータ本体
106 リニアスケール
107 センサヘッド
108 並進位置偏出手段
200 回転機構
205 回転モータ
208 回転角検出手段
210 回転テーブル
300 ステージ制御手段
301 回転機構制御手段
302 並進機構制御手段
303 幾何学的回転補正手段
304 補正量テーブル
305 回転中心同定手段
306 補正量テーブル作成手順
400 マーカーとなる図形
401〜403 特徴点
404 マーカーの代表位置・方向を示すベクトル
405 画像処理領域
500 SEM画像
Claims (12)
- 試料を直接または試料ホルダを介して載置する回転テーブルと、前記回転テーブルを回転させる回転機構と、前記回転テーブルを並進移動させる並進機構と、外部から入力された指令値に従って前記回転機構と前記並進機構とを制御するステージ制御手段と、前記回転テーブルの回転角を検出する回転角検出手段と、前記回転テーブルの並進位置を検出する並進位置検出手段とを有するステージ装置において、
前記試料もしくは前記試料ホルダもしくは前記回転テーブルに設けた位置および方向を測定可能なマーカーと、
前記回転機構と前記並進機構とを所定の動作パターンに従って動作させたときの前記マーカーの位置と方向を測定するマーカー位置方向測定手段と、
前記測定の結果から前記回転テーブルの回転中心位置を同定する回転中心同定手段と、
前記回転テーブルの回転誤差を補正する回転角補正量と前記回転テーブルの回転中心の位置変動を補正する並進補正量とを前記回転テーブルの回転角に対する補正量として作成する補正量テーブル作成手段と、
前記回転角補正量と並進補正量を記録する補正量テーブルと、
入力された回転角指令値もしくは前記回転角検出手段により検出された前記回転テーブルの回転角に対応した回転角補正量および並進補正量を前記補正量テーブルから取得し取得した補正量を用いて前記回転機構を制御する回転機構制御手段および前記並進機構を制御する並進機構制御手段を有することを特徴とするステージ装置。 - 請求項1に記載のステージ装置において、前記補正量テーブル作成手段は、前記回転機構のみを回転させたときの前記マーカーの位置と方向を測定し、その結果から前記回転テーブルの回転中心と、回転誤差を補正する回転角補正量とを求め、
さらに前記補正量テーブル作成手段は、得られた前記回転テーブルの回転中心と回転角
補正量とを用いて前記マーカーを仮想回転中心として回転させるように前記回転機構と前記並進機構とを移動させたときの前記マーカーの位置を測定し、その結果から前記回転テーブルの回転中心の位置変動を補正する並進補正量を求め、求められた回転角補正量と並進補正量とから前記回転テーブルの回転角に対する補正量テーブルを作成することを特徴とするステージ装置。 - 請求項1または2に記載のステージ装置において、前記ステージ制御手段は、入力された回転角指令値に対応した回転角補正量と並進補正量を前記補正量テーブルから取得し、入力された回転角指令値と並進位置指令値に取得した回転角補正量と並進補正量を加算した補正指令値を求め、補正指令値に対して前記回転機構制御手段と前記並進機構制御手段を介して前記回転機構および前記並進機構を制御することを特徴とするステージ装置。
- 請求項1または2に記載のステージ装置において、前記回転角検出手段および前記並進位置検出手段から前記回転テーブルの回転角および並進位置を検出し、前記回転テーブルの回転角に対応した回転角補正量および並進補正量を前記補正量テーブルから取得し、前記回転テーブルの回転角および前記並進位置に対して前記回転角補正量および前記並進補正量を用いて補正回転角および補正並進位置を求め、前記補正回転角および補正並進位置をフィードバック量として用いて前記回転機構および前記並進機構とを制御することを特徴とするステージ装置。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載のステージ装置において、前記マーカーは、SEM画像のなかで少なくとも2つの特徴点を有するパターン、もしくは対称軸が1本以下の輪郭形状を有するパターンとして判定できるマーカーを用いることを特徴とするステージ装置。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載のステージ装置において、操作者がSEM画像を見ながらマーカーを選択するマーカー選択手段を有することを特徴とするステージ装置。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載のステージ装置において、前記回転機構および前記並進機構を駆動する駆動手段としてピエゾモータを用いることを特徴とするステージ装置。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載のステージ装置は、荷電粒子線装置に使用されること
を特徴とするステージ装置。 - 試料を直接または試料ホルダを介して載置する回転テーブルと、前記回転テーブルを回転させる回転機構と、前記回転テーブルを並進移動させる並進機構と、外部から入力された指令値に従って前記回転機構と前記並進機構とを制御するステージ制御手段と、前記回転テーブルの回転角を検出する回転角検出手段と、前記回転テーブルの並進位置を検出する並進位置検出手段とを有するステージ装置の制御方法において、
前記試料もしくは前記試料ホルダもしくは前記回転テーブルに位置および方向を測定可能なマーカーを設け、
前記回転機構と前記並進機構とを所定の動作パターンに従って動作させたときの前記マーカーの位置と方向を測定し、
前記測定の結果から前記回転テーブルの回転中心位置を同定し、
さらに、前記回転テーブルの回転誤差を補正するための回転角補正量と前記回転テーブルの回転中心の位置変動を補正するための並進補正量とを回転角に対する補正量テーブルとして作成し、
入力された回転角指令値もしくは前記回転角検出手段により検出された前記回転テーブルの回転角に対応した回転角補正量および並進補正量を前記補正量テーブルから取得し、
取得した補正量を用いて前記回転機構および前記並進機構を制御することを特徴とするステージ装置の制御方法。 - 請求項9に記載のステージ装置の制御方法において、前記補正量テーブルの作成は、前記回転機構のみを回転させたときの前記マーカーの位置と方向を測定し、
その結果から前記回転テーブルの回転中心と前記回転テーブルの回転誤差を補正するための回転角補正量とを求め、
前記得られた回転テーブルの回転中心と回転角補正量とを用いて前記マーカーを仮想回転中心として回転させるように前記回転機構と前記並進機構とを移動させたときの前記マーカーの少なくとも位置を測定し、
その結果から前記回転テーブルの回転中心の位置変動を補正するための並進補正量を求め、
求められた回転角補正量と並進補正量とから前記回転テーブルの回転角に対する補正量テーブルを作成することを特徴とするステージ装置の制御方法。 - 請求項9または10に記載のステージ装置の制御方法において、
入力された回転角指令値に対応した回転角補正量と並進補正量を前記補正量テーブルか
ら取得し、
入力された回転角指令値と並進位置指令値に取得した回転角補正量と並進補正量を加算した補正指令値を求め、
補正指令値に対して前記回転機構および前記並進機構とを制御する
ことを特徴とするステージ装置の制御方法。 - 請求項9乃至11のいずれかに記載のステージ装置の制御方法において、
回転角検出手段および並進位置検出手段から前記回転テーブルの回転角および並進位置を検出し、
前記回転テーブルの回転角に対応した回転角補正量および並進補正量を前記補正量テーブルから取得し、
前記回転テーブルの回転角および前記並進位置に対して前記回転角補正量および前記並進補正量を用いて補正回転角および補正並進位置を求め、
前記補正回転角および補正並進位置をフィードバック量として用いて前記回転機構および前記並進機構とを制御する
ことを特徴とするステージ装置の制御方法。
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