JP6430702B2

JP6430702B2 - レーザ測長器の反射鏡の支持構造

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Publication number: JP6430702B2
Application number: JP2014004137A
Authority: JP
Inventors: 松太郎宮本
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: JP2015132542A

Description

本発明は、測定対象物に取り付けられた反射鏡に向けて出射されたレーザ光と、反射鏡で反射された反射光から測定対象物の位置や移動量を測長するレーザ測長器（以下、「測長器」ともいう。）の反射鏡の支持構造に関する。

材料の加工を行う半導体製造装置や試料の検査を行う検査装置などでは、加工や検査の対象である材料や試料を保持して任意の位置に移動させるステージが装備されている。このステージは、一般的に、その最上部に材料や試料を保持する静電チャックなどの保持手段を具備したテーブルが設けられ、このテーブル上にはテーブルの位置を測長するレーザ測長器の反射鏡が設置されており、測長器で検出した測長値による、ステージ駆動源に対するフィードバック制御により、テーブルで保持した材料や試料を所望の移動量や移動速度で高精度に制御して変位させるように構成されている。

このようなステージ最上部に設けられたテーブルに対する反射鏡の保持は、例えば図８に示されるように、ステージ１００の最上部に設けられたテーブル１０１自体に反射鏡１０２用の座面や位置決めのための構造を形成し、反射鏡１０２をテーブル１０１に直接固定し保持する形態が一般的であった。同図中、符番１０３は反射鏡１０２に向けてレーザ光を出射し、反射鏡１０２の反射光を受光する測長器である（例えば特許文献１参照）。
また、反射鏡の姿勢（アライメント）調整は、ネジや固定ピン、板バネなどの鋼製の調整部品を反射鏡に直に接触させ、これら調整部品の反射鏡に対する接触圧やねじ込み深さなどを適宜に変えることより行っていた。

特開平５−３１５２２１号公報

前記半導体製造装置や検査装置の内、電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子線を利用して加工や検査を行う電子線応用装置における、材料などを保持したテーブルの測長は、加工材料などの微細化に伴って数ｎｍ以下（１０^−９ｍ以下）レベルまで要求されている。従って、テーブルを測長する基準となる反射鏡は、テーブル上に正確な姿勢精度で取り付けられている必要がある。そのためには、正確な姿勢精度を得るための調整がなされていることが必要であり、調整後の経時変化による調整位置からの変位が生じないことが望まれる。

然し乍ら、前述のようにステージのテーブルの上面に反射鏡を直接固定し保持させた場合には以下のような問題がある。
反射鏡は、一般に溶融石英などの低熱膨張材料の表面にアルミニウムを蒸着して鏡面を形成し、平面度、直線度及び直角度とも極めて高精度に仕上げられるが、この製作精度は表面に何も取り付けられていない所謂フリーの状態で確保されるものであり、これをステージのテーブルに直に固定して保持した場合、取り付け剛性確保のために反射鏡をテーブルに強く押し付けたりテーブルに固く締結したりして固定すると、反射鏡の保持箇所に押圧力や締結力が集中してかかり、鏡面が反ったり捻れたりするなどの局所的な変形を反射鏡に生じさせて製作精度の劣化を来たすことがある。
また、反射鏡の姿勢の調整も、テーブルに反射鏡を保持させた箇所の位置を微妙に調整した後、調整ボルトを強く押し付けるなどして保持箇所の保持力を強くして行うため、調整時には反射鏡の姿勢が正確に調整されていたとしても、調整後の固定操作により保持箇所に外力が集中し、反射鏡の姿勢がずれたり反射鏡が変形したりすることがある。
さらに、ステージのテーブルに反射鏡を直に固定し保持させる形態では、テーブルと反射鏡の接触部分において、ステージ上でテーブルが移動した際のテーブル自体の変形や経時変化によるテーブル表面の劣化などの影響を反射鏡が直接受けてしまい、結果的に反射鏡自身の変形や取り付け位置部位の変位を生じてしまい、正確な姿勢精度や鏡面形状を維持できないことがある。
反射鏡が変形し、或いは正確な姿勢に保持されていないと正確な測長結果が得られず、テーブル上に保持された材料などをステージ上の目的の位置に正確且つ精密に移動させることができなくなる。

本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、テーブルなどに反射鏡を固定し保持する際の反射鏡の局所的な変形の発生を防止して、反射鏡を当初の製作精度を維持して安定的に保持することができるようにし、測長器の測長値検出精度を高めることを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は、ステージ上をスライド移動自在に設置された測定対象物に取り付けられた反射鏡に向けてレーザ光を出射して測定対象物の位置を測長するレーザ測長器の反射鏡の支持構造において、
反射鏡が載る座面を備えた凹部を有する反射鏡ホルダーを備え、
この反射鏡ホルダーの前記座面に反射鏡が載せられて当該反射鏡の下面部及び、正面部又は背面部の少なくとも何れか一方が前記凹部で支持されているとともに、
一側に弾性体が備えられた押さえ板が、前記座面に載せられた反射鏡の正面部又は背面部に前記弾性体が面するように配置され、この弾性体が反射鏡ホルダーの外面に留め付けられる留めネジで反射鏡表面に押し付けられ、かつ当該押し付けられた面の反対面の方へ向けて弾圧付勢された状態で反射鏡が前記反対面を前記凹部の内面に接触させて反射鏡ホルダーに保持され、
前記反射鏡ホルダーに保持された反射鏡の測定対象物に対する反射鏡の保持姿勢が調整された後に当該反射鏡ホルダーが測定対象物の取り付け部に固定され、
レーザ測長器から前記反射鏡の正面部に向けてレーザ光が出射されるようにした構成を有することを特徴とする。

これによれば、テーブルなどの測定対象物に反射鏡を直接に固定し保持せずに、測定対象物に固定した反射鏡ホルダーに反射鏡を保持させてあるので、ステージ上でテーブルを移動させるような測定対象物を変位させた際に生じる当該測定対象物自体の変形や経時変化の影響を反射鏡が直接受けるようなことはなく、また、押さえ板に備えられた弾性体を反射鏡の表面に押圧させ、反射鏡を弾性体が押し付けられた面の反対面の方へ向けて弾圧付勢することで、反射鏡が反射鏡ホルダーに保持されるように設けてあるので、反射鏡にかかる外力が局所的に集中することが回避され、従来の如き調整ボルトなどのメタル部品で反射鏡を保持させる場合と比較して反射鏡を局所的に変形させる影響が最小化され、反射鏡の鏡面精度を当初の製作精度に維持することができる。

また、従来のメタル部品に伴う、金属材料特有の振動周波数特性や非振動減衰性（反射鏡保持部の固有振動数の帯域が狭く、且つ、減衰し難い）が弾性体を介して反射鏡を保持することにより改善され、結果的に、制御対象であるステージの制御性が向上するとともに、反射鏡保持部の長期間での経時変化を生じさせてしまう極微小な振動も低減され、初期の保持状態を長期間、例えば一般的な装置の設計寿命期間に相当する１０年程度の期間に亘って維持することが可能となる。
さらに、弾性体を使用することにより、メタル部品に無い、接触面での適度な押圧力と、それに伴う適度な摩擦力が得られ、押圧方向だけでなく任意の方向での適度な保持力を得ることができる。

前記構成のレーザ測長器の反射鏡の支持構造において、反射鏡の保持姿勢を変える姿勢調整手段を反射鏡ホルダーが具備していることが好ましい。
これによれば、反射鏡の取り付けは、先ず反射鏡を反射鏡ホルダーに保持させ、次いで反射鏡ホルダーの測定対象物に対する反射鏡の保持姿勢を姿勢調整手段で調整した後、反射鏡ホルダーを測定対象物に固定する手順で行われる。反射鏡の保持姿勢を調整した後、反射鏡ホルダーを測定対象物に固定することで、姿勢調整によって反射鏡が変形することはなく、調整を容易に行えるとともに、調整後の反射鏡の保持力（保持剛性）も確保することができる。反射鏡の姿勢は、反射鏡ホルダーの測定対象物に対する取り付け位置を姿勢調整手段で適宜に変えることで調整されるので、測定対象物自体の変形や経時変化による影響によって反射鏡の姿勢が変わることはなく、調整後の姿勢に維持される。

前記構成のレーザ測長器の反射鏡の支持構造において、押さえ板に取り付けられて反射鏡の表面を弾圧付勢する弾性体は、Ｏリング状、つまり円環形状のものを用い、押さえ板には凹溝などの弾性体を保持する部位が設けられた構成を有することが好ましい。
弾性体としてＯリングを用いれば容易且つ廉価に弾圧付勢手段を構成することができる。Ｏリングの好適な材質としては、ニトリルゴムの他に耐食性及び耐熱性が良好なフッ素ゴムなどを挙げることができる。同様な材質のゴム材や、耐食性と耐熱性が良好な合成樹脂材により弾性体を形成してもよい。
押さえ板に設ける弾性体を保持する部位の形状は、一般的な所謂Ｏリング溝が考えられる。ここで、一般的なＯリング溝寸法は、任意の気体・液体・流体をシールすること想定しており、Ｏリングのシール（押圧）面での圧縮率（所謂、つぶし率等）は８〜３０％程度に設定されるが、反射鏡の保持を目的とした本発明では、適度の押圧力と摩擦力及び振動特性を得るため１０〜２０％程度であることが好ましい。

また、押さえ板に、弾性体と反射鏡との間の空間の排気をするための孔部を設ければ、反射鏡を真空容器などの真空環境下に設置する際に、弾性体の内側空間の空気が押さえ板の孔部を通して排出されるので、真空性能を阻害する空気溜まりを無くすことができてより好ましい。

また、前記構成のレーザ測長器の反射鏡の支持構造において、反射鏡を反射鏡ホルダーで保持する形態として、反射鏡の正面部又は背面部を押さえ板の弾性体で、当該弾性体が押し付けられた面とは反対側の面に向けて弾圧付勢するだけでなく、反射鏡の両側面部のうちの少なくとも一側の側面部に、反射鏡を弾圧付勢する手段を反射鏡ホルダーに設けて、弾性体を介して他側の側面部に向けて弾圧付勢すれば、反射鏡の保持剛性を高めることができる。反射鏡の両側面部に弾圧付勢する手段を設け、両側面部において互いに弾性体を介して他側の側面部に向けて弾圧付勢するように設けてもよい。
さらに、反射鏡の保持剛性を高めるため、反射鏡の上面部に、弾性体を介して下方へ反射鏡を弾圧付勢する手段を反射鏡ホルダーに設けてもよい。

本発明によれば、反射鏡を、反射鏡ホルダーを介して測定対象物に保持されるように構成してあるので、測定対象物自体の変形や経時変化の影響を反射鏡が直接受けることはなく、また、押さえ板に備えられた弾性体を介して反射鏡の表面を押圧して反射鏡を保持しているので、接触面での適度な押圧力とそれに伴う適度な摩擦力が得られ、押圧方向だけでなく任意の方向での適度な保持力が得られるとともに、反射鏡に局所的な変形を生じさせずに、反射鏡を当初の製作精度を維持して安定的に保持することができ、これにより測長器の測長値検出精度を高めることが可能となる。

真空容器内のステージ測長系に本発明を適用した場合の真空容器内の構成を示した図である。本発明の一実施形態における反射鏡を保持したテーブルの外観図である。図２のテーブル及び反射鏡の要部断面図である。図２に示された押さえ板の正面図（Ａ）と縦断面図（Ｂ）である。図２における反射鏡保持部位を拡大して示した図である。図２に示された姿勢調整手段の要部を破断した平面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明における反射鏡の支持構造の他の形態を示した図である。テーブルに反射鏡を取り付けた従来構成を示した図である。

本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明を電子線応用装置の真空容器内に設置されるステージ測長系に適用した場合の真空容器内の構成を示しており、図中、符号１は真空容器、２はステージ、３はステージの最上部に設置されたテーブル、４はテーブル３の一のコーナー部を挟んでテーブル３に保持された反射鏡、５は取付台６上に設置されたレーザ測長器、７は光軸調整器、８はピックアップである。

同図において、テーブル３はその上面に載せた材料や試料などを静電チャックなどの保持手段で保持し、図示されないステージ駆動源によりステージ２上をスライド移動自在に設置されており、光軸調整器７を介して測長器５からテーブル３に保持された反射鏡４の正面部４ａに向けてレーザ光を出射し、反射鏡４の正面部４ａで反射された反射光を測長器５で受光し、さらにピックアップ８に入力して前記出射光と反射光からテーブル３の位置や移動量を検出し、検出した測長値による前記ステージ駆動源に対するフィードバック制御によって、テーブル３を所望の移動量や移動速度で高精度に制御して、その上面で保持した材料や試料を所望の位置に変位させることができるように構成してある。

図２は反射鏡４を保持したテーブル３の外観を示しており、同図に示されるように、平面視略正方形を呈するテーブル３の一のコーナー部を挟んで隣り合う二側辺に反射鏡ホルダー９が取り付けられ、反射鏡４は、反射鏡ホルダー９の外側部に設けられた凹部９ｂ内に収容され、且つその表面がＯリング１１を備えた複数の押さえ板１０により弾圧付勢されて、反射鏡ホルダー９上に保持されている。

詳しくは、反射鏡４は、低熱膨張材料の表面にアルミニウムを蒸着して鏡面を形成し、平面度、直線度及び直角度とも高精度に仕上げて、断面略正方形を呈する角柱形に形成してある。

反射鏡ホルダー９は、図２及び図３に示されるように、その内側にテーブル３の上面に固定される取付け部９ａ、外側に反射鏡４が載る座面を備えた凹部９ｂをそれぞれ有してテーブル３に対して着脱自在に形成されており、凹部９ｂ内の座面に載せた反射鏡４を、凹部９ｂの表面で当該反射鏡４の背面部４ｂと下面部４ｃを支持して、凹部９ｂの座面上に保持することができるように設けてある。また、反射鏡ホルダー９の取付け部９ａの側部両端部分には、後述する如く、凹部９ｂの座面上に保持された反射鏡４のテーブル３に対する保持姿勢（保持角度）を調整する姿勢調整手段１２をそれぞれ設けてある。

押さえ板１０は、薄肉の帯状鋼板からなり、図４に示されるように、その上半部の面内に形成されたリング形の凹溝１０ａ内に、弾性体であるＯリング１１が装着されて保持され、その下半部の面内に留めネジ１３が挿通する孔部１０ｂが形成されているとともに、Ｏリング１１が備えられた上半部の面内であって凹溝１０ａの中央に、Ｏリング１１の中央開口に通ずる排気用の孔部１０ｃを設けて形成してある。
図３及び図５に示されるように、押さえ板１０は、反射鏡ホルダー９の凹部９ｂの座面に載せた反射鏡４の正面部４ａにＯリング１１が面するように配置した状態で、孔部１０ｂに挿通した留めネジ１３を反射鏡ホルダー９の凹部９ｂ下側の外面に留め付けて取り付けられ、押さえ板１０の固定に伴って反射鏡４の正面部４ａ表面にＯリング１１が押し付けられ、押さえ板１０とともに反射鏡４が後方へ弾圧付勢されることで、反射鏡４が凹部９ｂ内に保持されるようになっている。また、反射鏡４をその正面部４ａにＯリング１１を押し付けて弾圧付勢した状態で、押さえ板１０の下半部内面は反射鏡ホルダー９の凹部９ｂ下側の外側端面にメタルタッチにより接合するようになっている。

本形態では、図２に示されるように、凹部９ｂの座面に載せた反射鏡４を、反射鏡ホルダー９の凹部９ｂ下側の外面に所定の間隔を開けて取り付けられた三つの押さえ板１０により、その正面部４ａにＯリング１１を押し付けて反射鏡４の後面部４ｂ側へ弾圧付勢し、また、反射鏡４の長手両端部の両側面も反射鏡ホルダー９の両側端部にそれぞれ取り付けられた押さえ板１０により、その側面部にＯリング１１を押し付けて対向する他側の側面に向けてそれぞれ弾圧付勢して、反射鏡ホルダー９に保持し取り付けてある。

また、反射鏡ホルダー９に設けた姿勢調整手段１２は、図６に示されるように、テーブル３の上面に留めネジ１３，１３を留め付けて一体に固着される姿勢調整体１２ａの側部から、ロックナット１４，１４をそれぞれ挟んで引きボルト１５と押しボルト１６を反射鏡ホルダー９の側面に螺合し又は押し付けて構成され、反射鏡４を保持した反射鏡ホルダー９への引きボルト１５と押しボルト１６の螺合深さや押し付け量を適宜に調整することにより、反射鏡ホルダー９のテーブル３との取り付け位置、つまりテーブル３の側辺に対する反射鏡ホルダー９の接続位置（接続角度）を変位させることで、テーブル３に対する反射鏡４の保持姿勢が調整されるようになっている。

これらの部材からなる本形態の反射鏡の支持構造は、以下の手順により反射鏡４をテーブル３に保持することができる。
先ず、テーブル３に反射鏡ホルダー９を仮固定しておき、この反射鏡ホルダー９の凹部９ｂに反射鏡４を載せて支持させる。
次いで、押さえ板１０を反射鏡４の正面部４ａにＯリング１１が面するように配置して反射鏡ホルダー９の凹部９ｂ下側の外面にネジ留めして取り付け、反射鏡４の正面部４ａにＯリング１１を押し付けて反射鏡４を後方へ弾圧付勢し、また、反射鏡４の長手両端部の両側面も反射鏡ホルダー９の両側端部にそれぞれ取り付けられた押さえ板１０で、その側面部にＯリング１１を弾圧接させて対向する他側の側面に向けてそれぞれ付勢して、反射鏡４を凹部９ｂ内の座面上に保持させる。
そして、反射鏡ホルダー９のテーブル３に対する反射鏡４の保持姿勢を姿勢調整手段１２で調整した後、反射鏡ホルダー９の取付け部９ａの通孔に挿通した固定ボルト１７をテーブル３の上面に形成された穴部にネジ入れて、反射鏡ホルダー９をテーブル３に本固定することで反射鏡４のテーブル３への取り付けが完了する。

本形態の反射鏡の支持構造によれば、反射鏡４をテーブル３に直接に固定せずに、反射鏡ホルダー９を介してテーブル３に取り付けてあるので、ステージ２上でテーブル３を移動させた際に生じるテーブル３自体の変形や経時変化の影響を反射鏡４が直接受けるようなことはなく、また、押さえ板１０に備えられたＯリング１１を反射鏡４の表面に押圧させて反射鏡４が反射鏡ホルダー９に保持されるように設けてあるので、反射鏡４を局所的に変形させる影響が最小化され、反射鏡４の鏡面精度を当初の製作精度に維持することが可能である。
また、反射鏡４の保持姿勢を姿勢調整手段１２で調整した後に、反射鏡ホルダー９をテーブル３に固定することで、姿勢調整によって反射鏡４が変形することはなく、調整後の反射鏡４の保持力を確保して、反射鏡４を調整後の姿勢に維持することが可能である。

なお、図示した形態では、反射鏡４が収容される反射鏡ホルダー９の凹部９ｂを、反射鏡ホルダー９の外側部分を長手方向に沿って段状に凹ませた形状に設けたが、反射鏡ホルダー９の上面を反射鏡４が収容される深さに凹状に凹ませた形状に設けてもよく、また、図７（Ａ）に示されるように、凹部９ｂ内に反射鏡４とＯリング１１を備えた押さえ板１０を配置して反射鏡４の正面部４ａにＯリング１１を押し付けて背面部４ｂ側へ押圧し、或いは同図（Ｂ）に示されるように、反射鏡４の背面部４ｂにＯリング１１を押し付けて正面部４ａで側へ押圧して凹部９ｂ上に反射鏡４が保持されるように設けてもよい。
また、反射鏡４の正面部４ａと両側面部を押さえ板１０のＯリング１１が弾圧接するように設けたが、反射鏡４の上面部にＯリング１１が接合するように押さえ板１０を取り付け、このＯリング１１で反射鏡４を下方へ弾圧付勢するように設けてよい。Ｏリング１１に代えて、他の弾性体を用いてもよい。さらに、真空容器１内に反射鏡４を配置する形態を示したが、本発明は、大気下に設置される他の装置にレーザ測長器５と反射鏡４を設置する形態にも適用可能である。
図示した反射鏡４は反射鏡ホルダー９、押さえ板１０、姿勢調整手段１２の形態は一例であり、本発明はこれに限定されず、他の適宜な形態で構成することが可能である。

１真空容器、２ステージ、３テーブル、４反射鏡、５測長計、６取付台、７光軸調整器、８ピックアップ、９反射鏡ホルダー、９ａ取付け部、９ｂ凹部、１０押さえ板、１１Ｏリング、１２姿勢調整手段、１３留めネジ、１４ロックナット、１５引きボルト、１６押しボルト、１７固定ボルト

Claims

ステージ上をスライド移動自在に設置された測定対象物に取り付けられた反射鏡に向けてレーザ光を出射して測定対象物の位置を測長するレーザ測長器の反射鏡の支持構造において、
反射鏡が載る座面を備えた凹部を有する反射鏡ホルダーを備え、
この反射鏡ホルダーの前記座面に反射鏡が載せられて当該反射鏡の下面部及び、正面部又は背面部の少なくとも何れか一方が前記凹部で支持されているとともに、
一側に弾性体が備えられた押さえ板が、前記座面に載せられた反射鏡の正面部又は背面部に前記弾性体が面するように配置され、この弾性体が反射鏡ホルダーの外面に留め付けられる留めネジで反射鏡表面に押し付けられ、かつ当該押し付けられた面の反対面の方へ向けて弾圧付勢された状態で反射鏡が前記反対面を前記凹部の内面に接触させて反射鏡ホルダーに保持され、
前記反射鏡ホルダーに保持された反射鏡の測定対象物に対する反射鏡の保持姿勢が調整された後に当該反射鏡ホルダーが測定対象物の取り付け部に固定され、
レーザ測長器から前記反射鏡の正面部に向けてレーザ光が出射されるようにした構成を有することを特徴とするレーザ測長器の反射鏡の支持構造。
反射鏡の保持姿勢を変える姿勢調整手段を反射鏡ホルダーが具備した構成を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ測長器の反射鏡の支持構造。
弾性体はＯリング形状であり、この弾性体を保持する凹溝が押さえ板に設けられた構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ測長器の反射鏡の支持構造。
押さえ板に弾性体と反射鏡との間の空間を排気するための孔部が形成された構成を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザ測長器の反射鏡の支持構造。
反射鏡の両側面部のうちの少なくとも一側の側面部を、弾性体を介して他側の側面部に向けて反射鏡を弾圧付勢する手段を反射鏡ホルダーが具備した構成を有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のレーザ測長器の反射鏡の支持構造。
反射鏡の上面部を、弾性体を介して下方へ反射鏡を弾圧付勢する手段を反射鏡ホルダーが具備した構成を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレーザ測長器の反射鏡の支持構造。