JP6277037B2 - Charged particle beam equipment - Google Patents

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本発明は、荷電粒子線装置に係り、特にリニアモータ等から発生する磁場の影響等を抑制し得る荷電粒子線装置に関する。   The present invention relates to a charged particle beam apparatus, and more particularly to a charged particle beam apparatus capable of suppressing the influence of a magnetic field generated from a linear motor or the like.

走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置は、荷電粒子源(電子源等)から放出されるビームを細く絞って、試料に照射する装置である。一方、半導体ウェーハ等の大型の試料を測定対象とする走査電子顕微鏡には、任意の個所へのビーム走査を可能とすべく、少なくともX−Y方向へ試料を移動させる試料ステージが設けられている。特許文献1には、試料ステージを備えた走査電子顕微鏡が開示されている。また、特許文献1には、試料ステージ上に配置された板状の磁極と、試料上に設置された対物レンズからなるインレンズユニットが開示されている。   A charged particle beam apparatus typified by a scanning electron microscope is an apparatus that irradiates a sample by narrowing a beam emitted from a charged particle source (such as an electron source). On the other hand, a scanning electron microscope for measuring a large sample such as a semiconductor wafer is provided with a sample stage for moving the sample at least in the XY direction so as to enable beam scanning to an arbitrary position. . Patent Document 1 discloses a scanning electron microscope provided with a sample stage. Patent Document 1 discloses an in-lens unit including a plate-shaped magnetic pole disposed on a sample stage and an objective lens installed on the sample.

特開平5−174766号公報JP-A-5-174766

一方、昨今のチップコスト低減の要求に伴い、半導体ウェーハの大型化、パターンの高集積化が求められている。半導体ウェーハが大型化すると、その分、半導体ウェーハを測定するための走査電子顕微鏡に内蔵された試料ステージに負荷がかかり、相対的に高い停止位置精度や、ステージ速度を実現することが困難となる。更に、パターンの高集積化により、プロセス管理を適正行うための測定点の数も増大する傾向にあり、その分、試料ステージにかかる負荷も増大する。特許文献1に開示されたインレンズ型対物レンズを備えた走査電子顕微鏡によれば、アウトレンズ型の対物レンズと比較して、高い分解能による試料観察を行うことが可能となるが、板状の磁性体が試料ステージの可動部に設置されるため、その分、重量が嵩み、試料ステージへの負荷低減を実現することが困難となる。   On the other hand, with the recent demand for chip cost reduction, there is a demand for larger semiconductor wafers and higher pattern integration. When the size of the semiconductor wafer increases, a load is applied to the sample stage built in the scanning electron microscope for measuring the semiconductor wafer, and it becomes difficult to achieve relatively high stop position accuracy and stage speed. . Furthermore, the high integration of patterns tends to increase the number of measurement points for proper process management, and the load on the sample stage increases accordingly. According to the scanning electron microscope provided with the in-lens type objective lens disclosed in Patent Document 1, it is possible to perform sample observation with high resolution as compared with the out-lens type objective lens. Since the magnetic body is installed on the movable part of the sample stage, the weight increases accordingly, and it is difficult to reduce the load on the sample stage.

以下に、ステージへの負荷を低減しつつ、高精度な測定や検査を行うことを目的とする荷電粒子線装置を提案する。更に、試料ステージの移動に伴う磁場の変動を抑制しつつ、高速な試料移動を行うことを目的とする荷電粒子線装置を提案する。   The following proposes a charged particle beam apparatus that aims to perform highly accurate measurement and inspection while reducing the load on the stage. Furthermore, a charged particle beam apparatus is proposed that aims to perform high-speed sample movement while suppressing fluctuations in the magnetic field accompanying movement of the sample stage.

上記目的を達成するための一態様として、以下に荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、前記荷電粒子ビームが照射される試料を載置するテーブルを備えた荷電粒子線装置であって、前記テーブルを一の方向に案内するガイドと、当該ガイドと前記対物レンズの間に配置される複数の板状磁性体を備え、前記ガイドは磁性体で構成されると共に、前記荷電粒子ビームの照射方向から見て、前記複数の板状磁性体間のギャップに位置するように配置される荷電粒子線装置を提案する。   As an aspect for achieving the above object, a charged particle beam including an objective lens for focusing a charged particle beam emitted from a charged particle source and a table on which a sample irradiated with the charged particle beam is placed is described below. An apparatus comprising: a guide for guiding the table in one direction; and a plurality of plate-like magnetic bodies disposed between the guide and the objective lens, the guide being made of a magnetic body, The present invention proposes a charged particle beam apparatus disposed so as to be positioned in a gap between the plurality of plate-like magnetic bodies as viewed from the irradiation direction of the charged particle beam.

また、上記目的を達成するための他の態様として、以下に荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、前記荷電粒子ビームが照射される試料を載置するテーブルを備えた荷電粒子線装置であって、前記テーブルを一の方向に移動させる駆動力を発生するムービングコイル式のリニアモータと、前記ムービングコイルと前記対物レンズとの間に配置される板状の磁性体とを備えた荷電粒子線装置を提案する。   Further, as another aspect for achieving the above object, an objective lens for focusing a charged particle beam emitted from a charged particle source and a table for placing a sample irradiated with the charged particle beam are provided below. A charged particle beam device, a moving coil type linear motor that generates a driving force for moving the table in one direction, and a plate-like magnetic body disposed between the moving coil and the objective lens; We propose a charged particle beam device equipped with

上記一の態様によれば、ステージの軽量化に基づく測定、検査の高速化と、荷電粒子ビームのフォーカス調整の高速化の両立を実現することが可能となる。また、上記他の態様によれば、ムービングコイル式のリニアモータを採用した場合であっても、荷電粒子ビームに対する磁場の影響を抑制することが可能となる。   According to the above aspect, it is possible to realize both the speeding up of the measurement and inspection based on the weight reduction of the stage and the speeding up of the focus adjustment of the charged particle beam. In addition, according to the other aspect, even when a moving coil linear motor is employed, it is possible to suppress the influence of the magnetic field on the charged particle beam.

走査電子顕微鏡の概略を示す図。The figure which shows the outline of a scanning electron microscope. 走査電子顕微鏡のステージ装置の概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of the stage apparatus of a scanning electron microscope. ステージ装置のトップテーブルの概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of the top table of a stage apparatus. 分割された分割電極を内蔵するトップテーブルの概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of the top table which incorporates the divided | segmented electrode. ムービングコイル型リニアモータの概略図。Schematic of a moving coil type linear motor. 可動ステージの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a movable stage. 試料が紙面右側に移動したとき(ビームを試料の左側端部近傍に照射するとき)の対物レンズとステージの構成要素との位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship of the objective lens and the component of a stage when a sample moves to the paper surface right side (when a beam is irradiated to the left end part vicinity of a sample). 試料が紙面中央に位置付けられたとき(ビームを試料の中心に照射するとき)の対物レンズとステージの構成要素との位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship of the objective lens and the component of a stage when a sample is located in the paper surface center (when a beam is irradiated to the center of a sample). 試料が紙面左側に移動したとき(ビームを試料の右側端部近傍に照射するとき)の対物レンズとステージの構成要素との位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship of the objective lens and the component of a stage when a sample moves to the paper surface left side (when a beam is irradiated to the right end part vicinity of a sample). 試料下に板状磁性体を設置した荷電粒子線装置の一例を示す図(ビームを試料の左側端部近傍に照射する状態を示す図)。The figure which shows an example of the charged particle beam apparatus which installed the plate-shaped magnetic body under the sample (The figure which shows the state which irradiates the beam to the left end part vicinity of a sample). 試料下に板状磁性体を設置した荷電粒子線装置の一例を示す図(ビームを試料の中心に照射する状態を示す図)。The figure which shows an example of the charged particle beam apparatus which installed the plate-shaped magnetic body under the sample (the figure which shows the state which irradiates a beam to the center of a sample). 試料下に板状磁性体を設置した荷電粒子線装置の一例を示す図(ビームを試料の右側端部近傍に照射する状態を示す図)。The figure which shows an example of the charged particle beam apparatus which installed the plate-shaped magnetic body under the sample (The figure which shows the state which irradiates the beam to the right end part vicinity of a sample). 可動ステージ位置と磁場強度の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a movable stage position and magnetic field intensity. 板状磁性体の幅と磁場強度の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the width | variety of a plate-shaped magnetic body, and a magnetic field intensity.

電子顕微鏡は、可動ステージを用いて撮像対象を移動させ、撮像対象の様々な位置の撮像を行う装置である。可動ステージの高速移動や高精度位置決めのためには、可動ステージの駆動力として,リニアモータを用いることが望ましい。しかし、電子顕微鏡では,電子軌道上の磁場変動を避ける必要がある。よって可動ステージの移動に伴って生じる磁場変動も避けなければならない。
リニアモータは、制御電流が通電されるコイルと永久磁石とを備え、電磁力によって駆動力を発生する。以下に説明する実施例では、ムービングコイル型のリニアモータについて説明する。ムービングコイル型のリニアモータは、レール状に並べた永久磁石列を有する界磁子と、制御電流を通電するコイルを有する可動子から構成される。界磁子における可動子移動方向長さが、ほぼ可動子の移動ストロークに相当する。
An electron microscope is an apparatus that moves an imaging target using a movable stage and images various positions of the imaging target. For high-speed movement and high-precision positioning of the movable stage, it is desirable to use a linear motor as the driving force for the movable stage. However, in an electron microscope, it is necessary to avoid magnetic field fluctuations on the electron orbit. Therefore, magnetic field fluctuations that occur with the movement of the movable stage must be avoided.
The linear motor includes a coil through which a control current is passed and a permanent magnet, and generates a driving force by an electromagnetic force. In the embodiment described below, a moving coil linear motor will be described. A moving coil type linear motor includes a field element having permanent magnet arrays arranged in a rail shape and a mover having a coil for supplying a control current. The length of the field element in the moving direction of the mover substantially corresponds to the moving stroke of the mover.

電子顕微鏡の可動ステージにリニアモータを用いる場合、前述の界磁子を固定し、磁場変動を抑制する構成も可能である。しかし、より部品点数の少ない可動ステージとするためには、界磁子が移動する構成とすることが望ましい。一方で、界磁子が移動すると、磁場の発生源が移動することになるため、ビームに対して影響を与える可能性がある。   When a linear motor is used for the movable stage of the electron microscope, a configuration in which the above-described field element is fixed and magnetic field fluctuation is suppressed is also possible. However, in order to obtain a movable stage with a smaller number of parts, it is desirable that the field element move. On the other hand, if the field element moves, the source of the magnetic field moves, which may affect the beam.

以下に説明する実施例は、リニアモータを構成する磁性体の移動に基づくビームへの影響を抑制する機構を備えた走査電子顕微鏡に関するものである。なお、以下の実施例では走査電子顕微鏡を例に採って説明するが、走査電子顕微鏡と同等に磁場によってビームが偏向される可能性のある集束イオンビーム装置等の他の荷電粒子線装置への適用も可能である。   The embodiment described below relates to a scanning electron microscope provided with a mechanism for suppressing the influence on a beam based on the movement of a magnetic body constituting a linear motor. In the following embodiments, a scanning electron microscope will be described as an example. However, as in the case of the scanning electron microscope, other charged particle beam devices such as a focused ion beam device in which a beam may be deflected by a magnetic field are described. Application is also possible.

以下に説明する実施例では、主に磁場レンズ、可動ステージを有する電子顕微鏡において、前記可動ステージは板状磁性体を有しており、前記板状磁性体の板厚方向は、前記磁場レンズの光軸と平行であって、前記可動ステージの可動方向の板状磁性体長さが、試料の長さよりも大きく、試料が板状磁性体からはみ出さない構造とした電子顕微鏡について説明する。また、上記板状磁性体を複数の板状磁性体で構成すると共に、当該複数の板状磁性体間のギャップに、磁性体で構成された試料ステージを案内するガイドを配置した例について、併せて説明する。このような構成によれば、界磁子の移動によるビームに対する影響を抑制することが可能となる。また、磁性体で構成されたガイドと、リニアモータと、複数の板状磁性体を用いて、移動する磁性体を比透磁率、厚さ分布のない無限平板に近づけることによって、テーブル(試料を載置するためのトップテーブル)の全面に亘って板状磁性体を配置する場合と比較して、テーブル重量を抑制することができ、ステージへの負荷を低減することが可能となる。   In an embodiment described below, in an electron microscope mainly including a magnetic lens and a movable stage, the movable stage has a plate-like magnetic body, and the thickness direction of the plate-like magnetic body is the same as that of the magnetic lens. A description will be given of an electron microscope that is parallel to the optical axis and has a structure in which the length of the plate-like magnetic body in the movable direction of the movable stage is larger than the length of the sample so that the sample does not protrude from the plate-like magnetic body. Further, an example in which the plate-like magnetic body is constituted by a plurality of plate-like magnetic bodies and a guide for guiding a sample stage made of the magnetic body is arranged in a gap between the plurality of plate-like magnetic bodies is also combined. I will explain. According to such a configuration, it is possible to suppress the influence on the beam due to the movement of the field element. Further, by using a guide made of a magnetic material, a linear motor, and a plurality of plate-like magnetic materials, the moving magnetic material is brought close to an infinite flat plate having no relative magnetic permeability and thickness distribution, and a table (sample is removed). The table weight can be suppressed and the load on the stage can be reduced as compared with the case where the plate-like magnetic body is arranged over the entire surface of the top table).

以下、図面を用いて、板状磁性体を有する試料ステージを備えた電子顕微鏡について説明する。図1は走査電子顕微鏡の概略を示す図である。制御装置113はユーザーインターフェースからオペレータによって入力された電子の加速電圧,ウェーハ110の情報,観察位置情報などを基に、電子光学系、ステージ109等の制御を行う。ウェーハ110は図示されないウェーハ搬送装置を介して、試料交換室を経由した後、試料室108にある試料ステージ109上に固定される。 制御装置113は、引出電極や加速電極への印加電圧、ウェーハ110へ印加するリターディング電圧、試料ステージ109内に内蔵された静電チャックへの印加電圧、第一コンデンサレンズ104と第二コンデンサレンズ105、及び対物レンズ107への励磁電流等を制御する。   Hereinafter, the electron microscope provided with the sample stage which has a plate-shaped magnetic body is demonstrated using drawing. FIG. 1 is a diagram showing an outline of a scanning electron microscope. The control device 113 controls the electron optical system, the stage 109, and the like based on the acceleration voltage of electrons input from the user interface by the operator, information on the wafer 110, observation position information, and the like. The wafer 110 passes through the sample exchange chamber via a wafer transfer device (not shown), and is then fixed on the sample stage 109 in the sample chamber 108. The control device 113 includes an applied voltage to the extraction electrode and the acceleration electrode, a retarding voltage applied to the wafer 110, an applied voltage to the electrostatic chuck built in the sample stage 109, the first condenser lens 104 and the second condenser lens. 105 and the excitation current to the objective lens 107 are controlled.

引出電極102により電子源101から引き出された電子ビーム103は、第一コンデンサレンズ104、第二コンデンサレンズ105、及び対物レンズ107により収束されウェーハ110上に照射される。途中電子ビーム103は、走査偏向器106によってウェーハ110上を二次元的に走査される。   The electron beam 103 extracted from the electron source 101 by the extraction electrode 102 is converged by the first condenser lens 104, the second condenser lens 105, and the objective lens 107 and irradiated onto the wafer 110. The intermediate electron beam 103 is scanned two-dimensionally on the wafer 110 by the scanning deflector 106.

上記ウェーハ110への電子ビーム103の照射に起因して、ウェーハ110から放出される二次電子111は二次電子検出器112により捕捉され、図示しない二次電子信号増幅器を介して二次電子像表示装置114の輝度信号として使用される。また二次電子像表示装置114の偏向信号と、走査偏向器106の偏向信号とは同期しているため、二次電子像表示装置114上にはウェーハ110上のパターン形状が忠実に再現される。   The secondary electrons 111 emitted from the wafer 110 due to the irradiation of the electron beam 103 onto the wafer 110 are captured by the secondary electron detector 112, and the secondary electron image is transmitted through a secondary electron signal amplifier (not shown). Used as a luminance signal of the display device 114. Further, since the deflection signal of the secondary electron image display device 114 and the deflection signal of the scanning deflector 106 are synchronized, the pattern shape on the wafer 110 is faithfully reproduced on the secondary electron image display device 114. .

ウェーハ110上のパターンを高速に測定、或いは検査するためには試料ステージ109が所望の観察点にウェーハ110を高速に位置付けると共に、速やかに停止させる必要がある。また、所望の観察点に視野を位置づけた後、速やかにフォーカス調整を行う必要がある。このような高速測定、高速検査を可能とするステージを図2に例示する。   In order to measure or inspect the pattern on the wafer 110 at a high speed, the sample stage 109 needs to position the wafer 110 at a desired observation point at a high speed and stop it quickly. Further, it is necessary to quickly adjust the focus after positioning the visual field at a desired observation point. FIG. 2 illustrates a stage that enables such high-speed measurement and high-speed inspection.

図2は、ステージ装置の外観見取図である。ステージ機構は、ベース201に対してXガイド202によってX方向(図2に示す座標軸のX方向)にのみ可動なXテーブル203と、同じくベース101に対してYガイド110によってY方向(図1に示す座標軸のY方向)にのみ可動なYテーブル204とがある。なお、本実施例では、X方向を第1の方向、Y方向を第2の方向として説明する。   FIG. 2 is a sketch of the appearance of the stage apparatus. The stage mechanism includes an X table 203 that is movable only in the X direction (X direction of the coordinate axes shown in FIG. 2) with respect to the base 201 and the Y guide 110 with respect to the base 101 (see FIG. 1). There is a Y table 204 that is movable only in the Y direction of the coordinate axes shown. In this embodiment, the X direction is described as a first direction and the Y direction is described as a second direction.

Xテーブル203の両端には第1の駆動機構であるXモータ可動子205が固定され、Xモータ可動子205のコイルに電流を流すことで、ベース201に固定されたXモータ固定子206(マグネット)との間に電磁気力による推力が発生する。同じくYテーブル207の両端には第1の駆動機構であるYモータ可動子208が固定され、Yモータ可動子208のコイルに電流を流すことで、ベース201に固定されたYモータ固定子209(マグネット)との間に電磁気力による推力が発生する。   An X motor movable element 205, which is a first drive mechanism, is fixed to both ends of the X table 203, and an X motor stator 206 (magnet) fixed to the base 201 by flowing a current through the coil of the X motor movable element 205. ) Generates thrust by electromagnetic force. Similarly, a Y motor movable element 208 as a first drive mechanism is fixed to both ends of the Y table 207, and a current is passed through the coil of the Y motor movable element 208, whereby a Y motor stator 209 ( Thrust due to electromagnetic force is generated between the magnet and the magnet.

Yテーブル207上にはXサブガイド210によってサブテーブル211がYテーブル207上をX方向に可動に結合されている。Xテーブル203上にはYサブガイド212によって案内されるトップテーブル213が連結部材214を介して結合されている。トップテーブル213にはウェーハ110を支持するための試料支持機構(静電チャックなど)が内蔵されている。また、トップテーブル213には後述する板状磁性体が内蔵されている。   On the Y table 207, a sub table 211 is movably coupled in the X direction on the Y table 207 by an X sub guide 210. A top table 213 guided by a Y sub guide 212 is coupled to the X table 203 via a connecting member 214. The top table 213 incorporates a sample support mechanism (electrostatic chuck or the like) for supporting the wafer 110. Further, the top table 213 incorporates a plate-like magnetic body to be described later.

図3は板状磁性体が内蔵されたトップテーブルの概要を示す図である。図3の上図は、3枚の板状磁性体301、302、303が内蔵されたトップテーブル213をy方向から見たときの図、図3の下図はz方向から見た図である。板状磁性体301、302、303は、磁場発生源であるモータ可動子からのビーム照射点に対する磁場の影響を抑制するためのシールドとして機能すると共に、対物レンズ107のレンズギャップ115から漏洩する漏洩磁場の変動を抑制するための磁路として機能する。試料側に向かってレンズギャップ115が開放された対物レンズは、下磁極開放型レンズ、或いはセミインレンズと呼ばれ、対物レンズ107の漏洩磁場内に、試料が配置される。このようなレンズ構成によれば、集束磁場中に試料を配置することになるため、対物レンズ主面と試料間の距離(ワーキングディスタンス)を短くすることができ、電子顕微鏡の高分解能化を実現することが可能となる。その一方で対物レンズの直下で磁場の大きさが変化すると、集束磁場に影響を与え、その結果、フォーカス調整に時間がかかることが考えられる。本実施例は、対物レンズの集束磁場以外の磁場の影響を抑制しつつ、ステージの可動部材の軽量化を実現することで、フォーカス調整時間の短縮化と、テーブル軽量化によるステージ移動時間の高速化の両立による測定、検査の高スループット化を実現するためのものである。   FIG. 3 is a diagram showing an outline of a top table in which a plate-like magnetic body is incorporated. The upper diagram of FIG. 3 is a diagram when the top table 213 incorporating the three plate-like magnetic bodies 301, 302, and 303 is viewed from the y direction, and the lower diagram of FIG. 3 is a diagram viewed from the z direction. The plate-like magnetic bodies 301, 302, and 303 function as a shield for suppressing the influence of the magnetic field on the beam irradiation point from the motor movable element that is a magnetic field generation source and leak from the lens gap 115 of the objective lens 107. It functions as a magnetic path for suppressing fluctuations in the magnetic field. The objective lens with the lens gap 115 opened toward the sample side is called a lower magnetic pole open lens or semi-in lens, and the sample is placed in the leakage magnetic field of the objective lens 107. According to such a lens configuration, since the sample is placed in the focused magnetic field, the distance between the objective lens main surface and the sample (working distance) can be shortened, and high resolution of the electron microscope can be realized. It becomes possible to do. On the other hand, if the magnitude of the magnetic field changes directly below the objective lens, it may affect the focusing magnetic field, and as a result, it may take time for focus adjustment. This embodiment reduces the focus adjustment time and speeds up the stage movement time by reducing the weight of the table by reducing the weight of the movable member of the stage while suppressing the influence of the magnetic field other than the focusing magnetic field of the objective lens. This is to realize high throughput of measurement and inspection by realizing both.

テーブルの軽量化のために、板状磁性体301、302、303間には、ギャップが設けられている。このギャップは、トップテーブル213のX−Y方向全体を板状磁性体で覆う場合と比べて、トップテーブル213全体の重量を軽量化するために設けられている。また、図3に例示するステージ構造では、板状磁性体間のギャップ直下に、Yサブガイド212a、212bが配置されている。トップテーブル213は、連結部材214a、連結部材214bに支持され、Yサブガイド212a、212bによって案内される。このYサブガイド212a、bも、板状磁性体と同様に磁性材料で形成されている。   In order to reduce the weight of the table, a gap is provided between the plate-like magnetic bodies 301, 302, and 303. This gap is provided in order to reduce the weight of the entire top table 213 compared to the case where the entire XY direction of the top table 213 is covered with a plate-like magnetic body. Further, in the stage structure illustrated in FIG. 3, Y sub guides 212a and 212b are arranged immediately below the gap between the plate-like magnetic bodies. The top table 213 is supported by the connecting member 214a and the connecting member 214b, and is guided by the Y sub guides 212a and 212b. The Y sub guides 212a and 212b are also formed of a magnetic material in the same manner as the plate-like magnetic body.

このようにテーブルを案内するガイドの案内方向(Y方向)と、当該テーブルのもう1つの移動方向(X方向)に直交する方向(Z方向、或いは電子ビームの照射方向)から見て、板状磁性体間のギャップに、磁性材料で形成されたYサブガイド212a、212bが位置するように、各構成要素を配置する。このように構成することによって、トップテーブル213の試料が位置する領域に、磁性体である可動子、ガイドが移動することによって生じる磁場変動を抑制し、トップテーブルの軽量化をはかることが可能となる。試料(ウェーハ)が配置されるトップテーブルの領域下に、ガイド或いは板状磁性体のいずれかが配置されるように構成することで、上記効果を実現することが可能となる。この効果の詳細については更に後述する。   Thus, a plate shape is seen from the guide direction (Y direction) of the guide for guiding the table and the direction (Z direction or electron beam irradiation direction) perpendicular to the other movement direction (X direction) of the table. Each component is arranged so that the Y sub-guides 212a and 212b made of a magnetic material are positioned in the gap between the magnetic bodies. By configuring in this way, it is possible to suppress the fluctuation of the magnetic field caused by the mover and the guide that are magnetic bodies moving to the region where the sample of the top table 213 is located, and to reduce the weight of the top table. Become. By configuring the guide or the plate-like magnetic body to be disposed under the area of the top table where the sample (wafer) is disposed, the above-described effect can be realized. Details of this effect will be described later.

上述のように、磁場を発生する可動子(ムービングコイル)を備えたリニアモータを、荷電粒子線装置用の試料ステージ(トップテーブル)駆動源として採用する場合、リニアモータからの漏洩磁場に注意しなければならない。電子軌道上の磁場変動は電子ビームを曲げ、撮像のxy方向の軌道ずれ、z方向の軌道ずれを引き起こすためである。以下、それぞれ位置ずれ、フォーカスずれと記す。図5に、ムービングコイル型リニアモータの概略図を示す。Y方向リニアモータ9は、Y方向リニアモータ可動子9−1、Y方向リニアモータ界磁子9−2からなる。Y方向リニアモータ界磁子9−2はS極とN極が交互となるよう直線状に並べられた永久磁石列と、永久磁石列の外側に配置され、開放面を有する箱型のヨークからなる。Y方向リニアモータ可動子9−1は、コイルを含有し永久磁石列間の空隙に配置される。   As mentioned above, when a linear motor equipped with a mover (moving coil) that generates a magnetic field is used as a sample stage (top table) drive source for a charged particle beam apparatus, pay attention to the leakage magnetic field from the linear motor. There must be. This is because the magnetic field fluctuation on the electron trajectory bends the electron beam and causes a trajectory shift in the xy direction and a trajectory shift in the z direction. Hereinafter, they are referred to as a position shift and a focus shift, respectively. FIG. 5 shows a schematic diagram of a moving coil linear motor. The Y direction linear motor 9 includes a Y direction linear motor movable element 9-1 and a Y direction linear motor field element 9-2. The Y-direction linear motor field element 9-2 is composed of a permanent magnet array arranged in a straight line so that S poles and N poles are alternately arranged, and a box-shaped yoke arranged outside the permanent magnet array and having an open surface. Become. The Y-direction linear motor mover 9-1 includes a coil and is disposed in the gap between the permanent magnet rows.

X方向リニアモータ10は、X方向リニアモータ可動子10−1、X方向リニアモータ界磁子10−2からなる。X方向リニアモータ可動子10−1、界磁子10−2はそれぞれY方向リニアモータ可動子9−1、界磁子9−2と同様の構造である。永久磁石列の作る磁場と,可動子内のコイルが作る磁場との相互作用で,可動子は移動,位置決めが行われる。   The X-direction linear motor 10 includes an X-direction linear motor movable element 10-1 and an X-direction linear motor field element 10-2. The X-direction linear motor mover 10-1 and the field element 10-2 have the same structure as the Y-direction linear motor mover 9-1 and the field element 9-2, respectively. The mover is moved and positioned by the interaction between the magnetic field created by the permanent magnet array and the magnetic field created by the coil in the mover.

永久磁石は残留磁束密度が高く、且つ保磁力の大きい材料が好ましく、例えばネオジム磁石などが好ましい。永久磁石の配列は前述の通り、S極とN極が交互となるよう直線状に並べられる必要がある。漏洩磁束を減らすため、例えばハルバッハ配列にすることがより好ましい。ヨークには透磁率が数百から数千程度の材料が好ましく、例えば純鉄、Fe−Si、パーマロイなどが好ましい。   The permanent magnet is preferably made of a material having a high residual magnetic flux density and a large coercive force, such as a neodymium magnet. As described above, the arrangement of the permanent magnets needs to be arranged linearly so that the south pole and the north pole are alternately arranged. In order to reduce the leakage magnetic flux, for example, a Halbach array is more preferable. The yoke is preferably made of a material having a magnetic permeability of several hundred to several thousand, such as pure iron, Fe-Si, and permalloy.

図6に可動ステージの構成例を示す。この例では、可動ステージは試料ステージ6、Y方向リニアモータ9、X方向リニアモータ10からなる。XYステージの駆動力には,X方向Y方向,それぞれの移動を担うリニアモータが少なくとも1台ずつ必要である。X方向リニアモータ界磁子10−2は試料室容器(図示せず)に固定されており、移動しない。一方、Y方向リニアモータ界磁子9−2はX方向リニアモータ可動子10−1に接続されており、X方向に移動が可能である。更に、試料ステージ6はY方向リニアモータ可動子9−1に接続されており、XY方向に移動が可能である。   FIG. 6 shows a configuration example of the movable stage. In this example, the movable stage includes a sample stage 6, a Y direction linear motor 9, and an X direction linear motor 10. The driving force of the XY stage requires at least one linear motor that is responsible for each movement in the X direction and the Y direction. The X-direction linear motor field element 10-2 is fixed to a sample chamber container (not shown) and does not move. On the other hand, the Y direction linear motor field element 9-2 is connected to the X direction linear motor movable element 10-1, and can move in the X direction. Furthermore, the sample stage 6 is connected to the Y-direction linear motor movable element 9-1 and can move in the XY directions.

本実施例ではY方向リニアモータ9、X方向リニアモータ10いずれもヨークの開放面がz軸正の方向となっているが、ヨークの開放面をxy平面にする、すなわちリニアモータを横置きにしても構わない。   In this embodiment, both the Y-direction linear motor 9 and the X-direction linear motor 10 have the yoke open surface in the positive z-axis direction. However, the yoke open surface is set to the xy plane, that is, the linear motor is placed horizontally. It doesn't matter.

可動ステージは磁性体を有しており、可動ステージの移動に伴って対物レンズ2の内部の磁場分布が変化する。可動ステージを対物レンズ2から遠ざけることで,この磁場変動を抑制することが可能であるが、その分試料室容器5を大きくする必要がある。そこで,磁性体移動による磁場変動を抑制する施策が必要となる。以下、可動ステージ位置と磁場強度の関係を述べる。   The movable stage has a magnetic material, and the magnetic field distribution inside the objective lens 2 changes as the movable stage moves. Although it is possible to suppress this magnetic field fluctuation by moving the movable stage away from the objective lens 2, it is necessary to enlarge the sample chamber container 5 accordingly. Therefore, it is necessary to take measures to suppress magnetic field fluctuations due to magnetic material movement. The relationship between the movable stage position and the magnetic field strength will be described below.

図7に、試料の左端にビームを照射するときの対物レンズとステージを構成する構成要素との位置関係を例示する。図7に例示する状態では、試料左端観察時に対物レンズ2の直下にガイド11が配置される。したがって、ガイド11の磁化によって、対物レンズ2の内部の磁場強度が強くなる。なお、図中の矢印は光軸8からY方向リニアモータ9までの距離を表す。   FIG. 7 illustrates the positional relationship between the objective lens and the components constituting the stage when the left end of the sample is irradiated with the beam. In the state illustrated in FIG. 7, the guide 11 is disposed immediately below the objective lens 2 when observing the left end of the sample. Therefore, the magnetic field strength inside the objective lens 2 is increased by the magnetization of the guide 11. The arrow in the figure represents the distance from the optical axis 8 to the Y-direction linear motor 9.

図8に、試料の中央にビームを照射するときの対物レンズとステージを構成する構成要素との位置関係を例示する。図8に例示する状態では、試料中央観察時に対物レンズ2の直下に磁性体が配置されない。したがって、対物レンズ2の内部の磁場強度が強くなる。   FIG. 8 illustrates the positional relationship between the objective lens and the components constituting the stage when the beam is irradiated onto the center of the sample. In the state illustrated in FIG. 8, the magnetic body is not disposed immediately below the objective lens 2 when observing the center of the sample. Accordingly, the magnetic field strength inside the objective lens 2 is increased.

図9に、試料の右端にビームを照射するときの対物レンズとステージを構成する構成要素との位置関係を例示する。図9に例示する状態では、試料右端観察時に対物レンズ2の直下にガイド11が配置される。したがって、ガイド11の磁化によって、対物レンズ2の内部の磁場強度が強くなる。   FIG. 9 illustrates the positional relationship between the objective lens and the components constituting the stage when the right end of the sample is irradiated with the beam. In the state illustrated in FIG. 9, the guide 11 is disposed directly below the objective lens 2 when observing the right end of the sample. Therefore, the magnetic field strength inside the objective lens 2 is increased by the magnetization of the guide 11.

図10〜12に、試料ステージ(トップテーブル)内に板状磁性体を配置したときの荷電粒子線装置を構成する各構成要素の位置関係を例示する。図10〜12に例示する状態では、可動ステージの位置によらず対物レンズ2の直下に板状磁性体12が配置される。したがって、可動ステージの位置によらず板状磁性体12の磁化によって、対物レンズ2の内部の磁場強度が強くなっている。対物レンズ内の磁場強度は、CAE(Computer Aided Engineerring)解析によって求めることができる。   FIGS. 10 to 12 illustrate the positional relationship of each component constituting the charged particle beam apparatus when a plate-like magnetic body is disposed in the sample stage (top table). In the state illustrated in FIGS. 10 to 12, the plate-like magnetic body 12 is disposed directly below the objective lens 2 regardless of the position of the movable stage. Therefore, the magnetic field strength inside the objective lens 2 is increased by the magnetization of the plate-like magnetic body 12 regardless of the position of the movable stage. The magnetic field strength in the objective lens can be obtained by CAE (Computer Aided Engineering) analysis.

図13に、可動ステージ位置と磁場強度の関係を示す。横軸は光軸からY方向リニアモータまでの距離、縦軸は対物レンズ内の磁場強度である。板状磁性体のない構造では、試料左端、試料右端、試料中央の順に磁場強度が強い。試料左端観察時は、Y方向リニアモータ9が光軸に近づくため、試料右端観察時よりも磁場強度が強い。試料中央観察時は、対物レンズ2の直下に磁性体が配置されないため、最も磁場強度が弱い。一方、板状磁性体を可動ステージに内在させた構造では、試料中央観察時に対物レンズ2の直下に板状磁性体12が配置されるため、可動ステージの位置によらず、対物レンズ2の内部の磁場強度を一定に保つことができる。   FIG. 13 shows the relationship between the movable stage position and the magnetic field strength. The horizontal axis is the distance from the optical axis to the Y-direction linear motor, and the vertical axis is the magnetic field strength in the objective lens. In a structure without a plate-like magnetic body, the magnetic field strength is strong in the order of the sample left end, sample right end, and sample center. When observing the left end of the sample, the Y-direction linear motor 9 approaches the optical axis, so the magnetic field strength is stronger than when observing the right end of the sample. When observing the center of the sample, since the magnetic material is not disposed directly below the objective lens 2, the magnetic field strength is the weakest. On the other hand, in the structure in which the plate-like magnetic body is embedded in the movable stage, the plate-like magnetic body 12 is disposed immediately below the objective lens 2 when observing the center of the sample. The magnetic field strength can be kept constant.

図14は、板状磁性体の幅と磁場強度の関係を示すグラフである。板状磁性体の幅が大きいほど、磁性体移動による磁場変動が小さくなり、可動ステージの移動距離、すなわち試料直径以上であれば良い。例えば、可動ステージの移動距離が300mmであれば、板状磁性体の幅を300mmより大きくすれば良い。磁性体を無限平板とすることで、磁場変動を小さくできるが、実装できる大きさには制限があるため、板状磁性体の幅は試料直径よりも大きくすることが好ましい。   FIG. 14 is a graph showing the relationship between the width of the plate-like magnetic body and the magnetic field strength. The larger the width of the plate-like magnetic body, the smaller the fluctuation of the magnetic field due to the movement of the magnetic body. For example, if the moving distance of the movable stage is 300 mm, the width of the plate-like magnetic body may be made larger than 300 mm. By making the magnetic body an infinite flat plate, the magnetic field fluctuation can be reduced, but since the size that can be mounted is limited, the width of the plate-like magnetic body is preferably larger than the sample diameter.

以上のような前提を踏まえ、板状磁性体の具体的な構造について説明する。図4は、分割され、各板状磁性体間にギャップが設けられた可動ステージの概要を示す図である。板状磁性体12が複数に分割されており、試料下部の領域がガイド11、或いは板状磁性体12のいずれかが配置される構造である。図4に例示する構成によれば、単に板状磁性体を配置する場合と比較して、最小限の磁性体で可動ステージを構成できることである。追加する部品を最小限とすることで、可動ステージの重量が増加することなく、高速位置決めが可能である。   Based on the above assumptions, a specific structure of the plate-like magnetic body will be described. FIG. 4 is a diagram showing an outline of the movable stage which is divided and provided with a gap between the respective plate-like magnetic bodies. The plate-like magnetic body 12 is divided into a plurality of parts, and either the guide 11 or the plate-like magnetic body 12 is arranged in the lower region of the sample. According to the configuration illustrated in FIG. 4, the movable stage can be configured with a minimum number of magnetic bodies as compared with the case where a plate-like magnetic body is simply disposed. By minimizing the number of parts to be added, high-speed positioning is possible without increasing the weight of the movable stage.

また、ガイド11、板状磁性体12を、の比透磁率がほぼ等しい材料で構成することが望ましい。ガイド11は、外力に対する変形を防ぐため、剛性の高い材料が好ましく、例えば鉄系材料が好ましい。板状磁性体12の比透磁率を、ガイド11と揃えることで、可動ステージを移動させても対物レンズ2の直下の比透磁率の変化が小さく、磁場強度を一定に保つことができる。この構造のもう一つの利点は、板状磁性体12、ガイド11の比透磁率の差によって生じる磁場変動が小さくなることである。   Further, it is desirable that the guide 11 and the plate-like magnetic body 12 are made of a material having a substantially equal relative permeability. The guide 11 is preferably made of a material having high rigidity in order to prevent deformation due to external force, for example, an iron-based material. By aligning the relative magnetic permeability of the plate-like magnetic body 12 with that of the guide 11, even if the movable stage is moved, the change of the relative magnetic permeability directly below the objective lens 2 is small, and the magnetic field strength can be kept constant. Another advantage of this structure is that the magnetic field fluctuation caused by the difference in relative permeability between the plate-like magnetic body 12 and the guide 11 is reduced.

更に望ましくは、実施例4はガイド11、板状磁性体12を同じ材料で構成する。板状磁性体12の材料を、ガイド11と揃えることで、可動ステージを移動させても対物レンズ2の直下の比透磁率が変わらず、磁場強度を一定に保つことができる。この構造のもう一つの利点は、板状磁性体12、ガイド11の比透磁率の差によって生じる磁場変動がなくなることである。   More preferably, in the fourth embodiment, the guide 11 and the plate-like magnetic body 12 are made of the same material. By aligning the material of the plate-like magnetic body 12 with the guide 11, even if the movable stage is moved, the relative magnetic permeability just below the objective lens 2 does not change, and the magnetic field strength can be kept constant. Another advantage of this structure is that magnetic field fluctuations caused by the difference in relative permeability between the plate-like magnetic body 12 and the guide 11 are eliminated.

上述のようなリニアモータを用いれば、可動ステージによる磁場変動を減らすことができる。したがって、可動ステージ移動による電子軌道ずれを抑制でき、かつ高速移動可能な可動ステージを提供できる。また、高分解能、かつ高スループットの電子顕微鏡を提供できる。特に、ステージの軽量化とフォーカス調整の高速化の両立が可能となるため、荷電粒子ビームを用いた測定、検査の高速化を実現することができる。   If a linear motor as described above is used, magnetic field fluctuations due to the movable stage can be reduced. Therefore, it is possible to provide a movable stage that can suppress the deviation of the electron trajectory due to the movement of the movable stage and can move at high speed. In addition, an electron microscope with high resolution and high throughput can be provided. In particular, since it is possible to reduce the weight of the stage and increase the speed of focus adjustment, it is possible to increase the speed of measurement and inspection using a charged particle beam.

1 電子銃
2 電子レンズ
3 カラム
4 二次電子検出部
5 試料室容器
6 試料ステージ
7 試料
8 光軸
9 Y方向リニアモータ
9−1 Y方向リニアモータ可動子
9−2 Y方向リニアモータ界磁子
10 X方向リニアモータ
10−1 X方向リニアモータ可動子
10−2 X方向リニアモータ界磁子
11 ガイド
12 板状磁性体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2 Electron lens 3 Column 4 Secondary electron detection part 5 Sample chamber container 6 Sample stage 7 Sample 8 Optical axis 9 Y direction linear motor 9-1 Y direction linear motor movable element 9-2 Y direction linear motor field element 10 X direction linear motor 10-1 X direction linear motor mover 10-2 X direction linear motor field element 11 Guide 12 Plate-like magnetic body

Claims (3)

荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、前記荷電粒子ビームが照射される試料を載置するテーブルを備えた荷電粒子線装置において、
前記テーブルを一の方向に案内するガイドと、当該ガイドと前記対物レンズの間に配置される複数の板状磁性体を備え、前記ガイドは磁性体で構成されると共に、前記荷電粒子ビームの照射方向から見て、前記複数の板状磁性体間のギャップに位置するように配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
In a charged particle beam apparatus comprising an objective lens for focusing a charged particle beam emitted from a charged particle source and a table for placing a sample irradiated with the charged particle beam,
A guide for guiding the table in one direction; and a plurality of plate-like magnetic bodies arranged between the guide and the objective lens. The guide is made of a magnetic body and is irradiated with the charged particle beam. A charged particle beam device, wherein the charged particle beam device is disposed so as to be positioned in a gap between the plurality of plate-like magnetic bodies when viewed from a direction.
請求項1において、
前記板状磁性体と、前記ガイドが、比透磁率のほぼ等しい材料で構成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
In claim 1,
The charged particle beam device, wherein the plate-like magnetic body and the guide are made of a material having substantially the same relative magnetic permeability.
請求項2において、
前記板状磁性体と前記ガイドは、同じ材料で構成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
In claim 2,
The charged particle beam apparatus, wherein the plate-like magnetic body and the guide are made of the same material.
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