JP7130553B2 - 観察または測定装置、及び、観察または測定方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、試料を載置するステージを備える観察または測定装置、及び、観察または測定方法に関する。

半導体デバイスの製造に使用するマスクなどの微細な加工がされた試料の検査や評価のために、電子顕微鏡等の観察装置や、パターンの寸法などを測定する測定装置が使用される。例えば、半導体デバイスにあっては、半導体素子の微細化に伴い、素子の形成に用いられるマスクの観察または測定装置にも、それに対応した高解像度化や高精度化が求められる。即ち、半導体素子の微細なパターンをウェーハに形成するためのマスクパターンも微細化し、マスクも高い精度で形状や寸法を観察または測定して評価する必要がある。その観察または測定には、高解像度走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」と記す）が用いられる。ＳＥＭによるマスクパターンの観察または測定では、試料であるマスクに電子線を照射して得られる二次電子信号を画像化処理して二次電子像を取得し、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て寸法を導き出す。例えば、ＳＥＭでは、非常に高い観察倍率において、よりノイズの少ない二次電子像を得ることが重要となる。また、取得されたパターンの像を何枚も重ね合わせてコントラストを向上させることが求められる。このような要求に応えるために、試料ステージには、高精度で試料の位置決めを行う必要がある。

このような観察または測定装置は、試料の位置決めのために、試料ステージのガイド機構と駆動機構とが設けられる。例えば、Ｘ軸Ｙ軸方向に設けられたガイド機構に沿って試料ステージを駆動することにより、試料の所定位置の観察または測定が行われる。駆動機構には、摩擦力によって駆動力を伝達する超音波モータなどのアクチュエータが使用される。

上記のように、試料ステージが摩擦力によって駆動される場合、時間の経過と共に、ステージガイドなどの駆動機構には、摩擦による摩耗が生じる。試料の観察または測定において、例えば、局所的なパターンの寸法測定を行う場合のように、観察または測定箇所が局所的な領域（例えば、縦横約１００μｍ（マイクロメートル）の領域）に集中し、試料ステージの移動がその領域の中で繰り返されることがある。試料ステージの移動が特定の領域の中で繰り返されると、ステージガイドなどの駆動機構の摩耗が一様ではなく、ある場所に偏って生じてしまう。ステージガイドなどの駆動機構の摩耗は試料の位置決め精度の低下を招く。そのため、摩耗したステージガイド等の駆動機構を適正な時期に交換する必要がある。摩耗する箇所に偏りが生じると、その箇所の摩耗が早く進み、その箇所の観察または測定精度が低下する。また、測定精度の低下のために、ステージガイドなどの駆動機構の交換時期が早まる。

特開２０１４－１２７３０６号公報

本発明は、観察や測定において試料ステージの移動が偏る場合が生じても、局所的な測定精度の低下を抑制し、試料ステージの駆動機構の寿命を延ばし、ダウンタイムを短縮できる観察または測定装置、及び、観察または測定方法を提供することを目的とする。

本発明に従う実施形態に係る測定装置は、試料を載置する試料ステージと、複数の座標で順次観察または測定を行うために、摩擦力で前記試料ステージを駆動し、前記試料を順次移動させる駆動機構と、前記試料ステージの移動履歴を取得し、保持する移動履歴保持部と、前記試料における前記複数の座標において前記観察または前記測定を実行させるとともに、保持された前記移動履歴に基づき、新たに前記観察または前記測定を行うための前記試料ステージ上における前記試料の向きまたは位置を決定する制御部と、前記決定に基づいて、前記試料の前記向きまたは前記位置を変更して前記試料を前記試料ステージ上に載置する位置変更機構と、を備える。

本発明によれば、試料ステージの移動履歴に基づいて試料ステージにおける試料の配置位置を変更することにより、駆動機構の摩擦を分散させ、試料ステージの駆動機構の寿命を延ばし、ダウンタイムを短縮することができる。

図１は、実施形態に係る装置の一例となる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の概略的な構成例を示す図である。 図２Ａは、実施形態に係る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の制御部の動作を示すフローチャートである。 図２Ｂは、実施形態に係る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の制御部の動作を示すフローチャートである。 図３は、実施形態に従ってＳＥＭが観察または測定ジョブを行うための観察または測定位置に係る一連の位置・条件の例を示す。 図４は、試料ステージの動きによる試料ステージの位置毎の移動履歴を模式的に示した図である。 図５Ａは、新たな観察または測定ジョブが開始されたときの、制御部の動作を模式的に示す図である。 図５Ｂは、新たな観察または測定ジョブが開始されたときの、制御部の動作を模式的に示す図である。 図５Ｃは、新たな観察または測定ジョブが開始されたときの、制御部の動作を模式的に示す図である。 図５Ｄは、新たな観察または測定ジョブが開始されたときの、制御部の動作を模式的に示す図である。 図５Ｅは、新たな観察または測定ジョブが開始されたときの、制御部の動作を模式的に示す図である。 図６Ａは、試料ステージの移動速度制御の例を示す図である。 図６Ｂは、図６Ａに示された試料ステージの移動速度制御を行った場合の試料ステージの加速度を示す図である。 図６Ｃは、試料ステージに図６Ｂの加速度を生じさせるための摩擦力による摩耗量を概念的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る観察または測定装置を、ＳＥＭの例で説明する。

本実施形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）１は、観察または測定の対象物である試料２を載置する試料ステージ３を備える。ステージ駆動機構４は、試料２の所定位置が観察または測定の位置となるように試料ステージ３を移動する。ステージ駆動機構４は、摩擦を駆動伝達力として試料ステージ３に与えることにより、試料ステージ３を駆動する。このため、ステージ駆動機構４は、超音波モータなどの駆動力摩擦伝達型のアクチュエータ４１と、アクチュエータ４１の駆動部から摩擦力を受けるステージガイド４２とを備える。図１にはＸ軸方向のステージ駆動機構４が示されるが、Ｙ軸方向にも同様のステージ駆動機構が備わる。試料２、試料ステージ３、ステージ駆動機構４は、真空または所定のガスが密封された環境で試料の観測または測定を行うために、気密の試料室５の中に設けられる。鏡筒６が、試料室５の上に立つ。鏡筒６の内部には、電子線の光源６１が設けられる。簡便化のために詳細は示されないが、光源６１から放射された電子線を試料２の所定位置（または、領域）に照射するため、および、試料２の所定位置（または、領域）から反射された電子線を検出器に導くために用いられる光学系６２も鏡筒６の内部に設けられる。ステージ駆動機構４が試料ステージ３をＸ軸・Ｙ軸方向に移動することにより、試料ステージ３に載置された試料２の所定位置（観察・測定位置）が電子線の照射位置に移動する。尚、電子線の光源６１を例に挙げたが、光の光源であっても、Ｘ線源であっても、観測または測定に適したものであればよい。また、観察または測定装置は、試料２によって反射された電子線などを検出する代わりに、試料２を透過した電子線などを検出して観測または測定を行う構成であってもよい。また、試料ステージ３には、高さ方向（Ｚ方向）の調整機構や、平面に垂直な軸まわりの回転を与える駆動機構が与えられてもよい。

ステージ駆動機構４による試料ステージ３の移動は、例えば、試料室５の外側から試料ステージ３に向けてＸ軸とＹ軸方向に照射されるレーザ光を利用したインターフェロメータ等による測距により、試料ステージ３のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置の変化として検出される。試料ステージ３の移動に伴う位置座標（Ｘ座標とＹ座標）の位置変化は、位置座標のデータとして、後述する制御部１０に送られる（図１の線７で示す）。

試料室５に隣接して試料配置室８が設けられる。試料配置室８内には、試料２が試料ステージ３に配置される位置（向き、または、Ｘ軸および／またはＹ軸方向の位置）を変更するための位置変更機構９が設けられる。位置変更機構９は、試料２を載せた状態で回転、または、Ｘ軸および／またはＹ軸方向にシフトされるテーブル９１と、後述する制御部１０による試料２の位置の決定に従い、テーブル９１を回転、または、Ｘ軸および／またはＹ軸方向に移動させるテーブル駆動機構９２とを備える。試料配置室８も気密に保たれる。試料２は、試料配置室８において変更された位置を保ったまま、図示しないローディング機構（ロボットアーム機構など）によって試料配置室８から試料室５に搬送され、試料ステージ３に載置される。図示はされないが、試料配置室８と試料室５との間には、試料２を通過させるための開口部が形成されている。テーブル駆動機構９２は、例えば、ステッピングモータを駆動源として使用できる。

ＳＥＭ１は、本実施形態に従ってステージ駆動機構４、および、位置変更機構９の制御、試料２の観察または測定を実行させる制御部１０を備える。制御部１０は、後述する試料ステージ３における試料２の位置を決定する位置決定部１０１、位置に応じて観察または測定する座標を変換する座標変換部１０２を備える。制御部１０は、マイクロプロセッサなどのＣＰＵデバイスであっても、パーソナルコンピュータなどのコンピュータ装置であってもよい。本実施形態に従った処理を実行するプログラムや種々のデータを記憶する記憶部１１が設けられる。記憶部１１は、例えば、半導体メモリデバイス、磁気ディスク装置などの外部記憶装置であってよい。図示はされないが、制御部１０には、試料ステージ３、ステージ駆動機構４、位置変更機構９などのＳＥＭ１のコンポーネンツ、および、キーボードなどの入力装置や外部記憶装置やディスプレイ装置などの出力装置といった他の入出力機器とのデータのやり取りを行うためのバスやインターフェース部も与えられる。

記憶部１１は、本実施形態に係る制御部１０の処理に関係する情報の保持部として、試料ステージ３の移動履歴を記憶する移動履歴保持部１１１、新たな観察または測定のためのジョブのための位置・条件を記憶する、新たな観察または測定ジョブのための位置・条件保持部１１２、後述するように、観察または測定ジョブのための位置・条件（新たな観察または測定ジョブのための位置・条件が本実施形態に従って変換された場合の変換後の位置・条件を含む）を記憶する位置・条件保持部１１３を備える。ここで、ジョブとは、観察または測定対象である試料２に対する、観察または測定の開始から観察または測定の終了までの一連の観察または測定処理を意味する。

図２Ａ、図２Ｂに、本実施形態に従った制御部１０の動作を示す。

ＳＥＭ１が、ステージ駆動機構４の摩耗による消耗部品、例えば、ステージガイド４２を交換した初期状態にあると考える。図２Ａは、この初期状態において、ある試料２に対して、最初の観察または測定のジョブが開始される場合の制御部１０の動作を示す。

ステップＳ１において、制御部１０は、最初の観察または測定のジョブのための一連の位置・条件を位置・条件保持部１１３に格納する。観察または測定のジョブのための一連の位置・条件のデータは、ユーザによる制御部１０への指示に従い、位置・条件保持部１１３に読み込まれる。

図３は、本実施形態に従った観察または測定ジョブのための一連の位置・条件の例を示す。一連の位置・条件は、観察または測定ジョブにおける試料２の観察または測定の位置（例えば、測定点１、測定点２、測定点３、測定点４、・・）３０の順序に、少なくとも、観察または測定位置３２と、それらの位置の各々での測定条件３４とを有するデータ構造である。例えば、観察または測定位置３２は、マイクロメートル（μｍ）の単位で表されるＸ座標とＹ座標からなる。観察または測定条件３４は、例えば、加速電圧、ビーム電流、倍率、測定時間、測定サイズ、及び、測定速度等であり、図示しない条件も適宜設定される。図３において示された観察または測定の位置（例えば、測定点１、測定点２、測定点３、測定点４、・・）３０の順序は、実際にはデータとして用意されなくてもよく、データ構造の中で、観察または測定点の各々に対応する観察または測定位置３２と観察または測定条件３４とが、観察または測定の順序通りに読み出せる構造になっていればよい。

図２Ａに戻って、ステップＳ１が終了すると、位置・条件保持部１１３は、最初の観察または測定ジョブのための一連の位置３２と条件３４とを記憶する。制御部１０は、ステップＳ２において、位置・条件保持部１１３に記憶された位置３２と条件３４とを、測定の順序に従って読み出す。制御部１０は、位置３２と条件３４に基づいて、試料２の当該観察または測定位置を電子線の照射位置に移動するために試料ステージ３をＸ軸方向、Ｙ軸方向にどれだけ動かせばよいか算出する。制御部１０は、算出された試料ステージの移動を、ステージ駆動機構４のアクチュエータ４１に指示する（図１の線１３に示される）。

次に、制御部１０は、ステップ３において、試料ステージ３の移動に伴う試料ステージ３の位置毎の移動履歴を計数する。

ここで、制御部１０がステップ３において行う処理の具体例を、図４を参照して説明する。図４は、試料ステージ３を上方から見たときの、試料ステージ３の動き、Ｘ軸方向のステージガイド４２Ｘ、Ｙ軸方向のステージガイド４２Ｙ、Ｘ軸・Ｙ軸方向のアクチュエータ（例えば、超音波モータ）４１の駆動部４１１Ｘ、４１１Ｙの関係を模式的に示した図である。尚、説明の理解を容易にするため、アクチュエータ４１は図示されない。

前述のように、試料ステージ３の位置座標（Ｘ座標とＹ座標）は、制御部１０に送られる。（図１の線７で示す）制御部１０は、試料ステージ３の位置座標から、試料２の現在の観察または測定位置がＭ1（Ｓｘ１，Ｓｙ１）であることを算出する。ここで、次の観察または測定位置が、Ｍ２（Ｓｘ２，Ｓｙ２）に設定されているとする。制御部１０は、現在の観察または測定位置Ｍ１での観察または測定が終了すると、次の観察または測定位置Ｍ２のために試料ステージ３を移動するべく、アクチュエータ４１を制御する。図４では、制御部１０は、試料ステージ３を移動することで、相対的に、Ｍ２が光学系６２の下（観察または測定位置）にくるように制御する。

ここで、Ｘ軸方向のステージガイド４２Ｘ上の複数の位置が、ｘ０、ｘ１、・・、ｘ６・・に設定される。図４において、現在の観察または測定位置がＭ１（Ｓｘ１，Ｓｙ１）であるとき、Ｘ軸方向のステージ駆動機構４のアクチュエータ４１の駆動部４１１Ｘはｘ３の位置でステージガイド４２Ｘに接する。同様に、Ｙ軸方向のステージ駆動機構４のアクチュエータ４１の駆動部４１１Ｙは、ｙ５においてステージガイド４２Ｙに接する。尚、試料ステージ３のＸ－Ｙ座標系に対して、試料ステージ３に固定されたアクチュエータ４１の駆動部４１１Ｘ、４１１Ｙの位置、および、試料室５内に固定されたステージガイド４２Ｘ、４２Ｙの位置（ｘ０～ｘ６など、ｙ０～ｙ７など）の相対関係は一意に決まるので、制御部１０は、上述した試料ステージ３の位置座標から、駆動部４１１Ｘ、４１１Ｙのステージガイド４２Ｘ、４２Ｙ上の位置を算出できる。すなわち、試料ステージの位置は、ステージガイドの位置に対応する。

試料２の観察または測定位置が、現在の観察または測定位置Ｍ１から次の観察または測定位置Ｍ２に変わる場合、試料ステージ３は、－Ｘ方向に（Ｓｘ２－Ｓｘ１）、＋Ｙ方向に（Ｓｙ１－Ｓｙ２）だけ移動するように、Ｘ軸方向とＹ軸方向のアクチュエータ４１によって摩擦駆動される。

上述のように、制御部１０は、試料ステージ３の移動に伴う試料ステージ３の位置座標の変化を知らされる。従って、制御部１０は、Ｘ軸・Ｙ軸方向の駆動部４１１Ｘ、４１１Ｙが、それぞれ、ステージガイド４２Ｘ、４２Ｙのどの位置を通過したかを検出できる。図４示す例では、制御部１０は、Ｘ軸の駆動部４１１Ｘが、Ｘ軸のステージガイド４２Ｘのｘ３を出発し、ｘ４、ｘ５を横切り、ｘ６に到達したことを検出する。また、制御部１０は、Ｙ軸の駆動部４１１Ｙが、Ｙ軸のステージガイド４２Ｙのｙ５から出発し、ｙ４、ｙ３、ｙ２を横切り、ｙ１に到達したことを検出する。

そして、制御部１０は、Ｘ軸方向のステージガイド４２Ｘについて、ｘ４を横切ったときｘ４に対応する移動履歴を＋１し、ｘ５を横切ったときｘ５に対応する移動履歴を＋１する。また、制御部１０は、Ｙ軸方向のステージガイド４２Ｙについて、ｙ４を横切ったときにｙ４に対応する移動履歴を＋１し、ｙ３を横切ったときにｙ３に対応する移動履歴を＋１し、ｙ２を横切ったときにｙ２に対応する移動履歴を＋１する。

制御部１０は、ステップＳ４において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のステージガイド４２Ｘ、４２Ｙの全区間の各々の位置について計数された通算の移動履歴を、記憶部１１の移動履歴保持部１１１に記憶する。

尚、Ｘ軸方向またはＹ軸方向のステージガイド４２Ｘ、４２Ｙの位置毎間の間隔は、例えば、５μｍ（マイクロメートル）に設定される。これは、ＳＥＭ１の試料ステージ３の動作の最低距離が５μｍ（マイクロメートル）であり、それ以下の距離では試料２の移動は生じないことに基づいて決められる。ただし、ステージガイド４２Ｘ、４２Ｙの各位置の設定は、その間隔も含め、様々に設定可能である。

制御部１０は、ステップＳ５において、位置・条件保持部１１３の観察または測定の順序から、最後の観察または測定位置の観察または測定が終了したか、即ち、ジョブが終了したか否かを判断する。ジョブが終了していなければ、制御部１０は、ステップＳ２に戻り、次の観察または測定位置のための処理を行う。ジョブが終了した場合、制御部１０は、ステップＳ６において、記憶部１１の移動履歴保持部１１１に記憶された通算の移動履歴を保存して処理を終了する。保存された通算の移動履歴は、処理が終了しても消去されないで残される。制御部１０が、観察または測定ジョブにわたって、観察または測定位置が変わる度に、上述した移動履歴の計数を繰り返すことによって、通算の移動履歴が記憶部１１の移動履歴保持部１１１に記憶される。従って、保存される通算の移動履歴は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のステージガイド４２Ｘ、４２Ｙの各位置における摩耗度を示す情報となる。

図２Ｂは、通算の移動履歴が保存されている状態で、次の観察または測定のジョブが開始される場合の制御部１０の動作を示す。

制御部１０は、ステップＳ７において、ユーザからの入力などにより、次の観察または測定のジョブの開始を指示される。次の観察または測定のジョブは、新たな観察または測定のジョブが開始される場合、または、先の観察または測定のジョブが繰り返される場合を含む。

次に、制御部１０は、ステップＳ８において、次の観察または測定のジョブのための位置３０・条件３２を読み込み、新たなジョブのために位置・条件保持部１１２に格納する。

次に、ステップＳ９において、制御部１０は、新たなジョブのために位置・条件保持部１１２に記憶された位置３０・条件３２を読み出し、新たな観察または測定ジョブの開始から終了までを通算して、Ｘ軸方向とＹ軸方向の試料ステージ３の移動をシミュレートする。これは、少なくとも観察または測定の位置が観察または測定の順序で与えられるので、制御部１０は、観察または測定の位置座標を順番に読み出しことによって、ある時点の観察または測定位置から次の観察または測定位置への試料ステージ３のＸ軸方向とＹ軸方向に移動を制御する。ジョブの開始から終了までの試料ステージ３の移動がシミュレートされるので、制御部１０は、試料ステージ３の位置毎の、即ち、Ｘ軸方向のステージガイド４２ＸとＹ方向のステージガイド４２Ｙの位置毎の、駆動部４１１Ｘ、４１１Ｙの通過回数（以下、「新たなジョブの移動度数」という）を計算により推定する。

次に、制御部１０により実行される処理を模式的に示した図５Ａないし図５Ｅを参照し、試料２の試料ステージ３に対する位置の変更が回転である場合を例にして、ステップＳ１０からステップＳ１２を説明する。

制御部１０は、ステップＳ１０において、試料ステージ３の位置毎に計算により求められた新たなジョブの移動度数に基づき、試料ステーに３に対する試料２の配置を様々に変更した場合の移動度数のパターンを得る。具体的には、制御部１０は、試料２の配置変更に従って、ステップＳ９において求められた新たなジョブの移動度数において、各移動度数に対応する位置座標を座標変換する。

図５Ａは、ステップＳ６におけるＳＥＭ１の状態を模式的に示した図である。即ち、試料ステージ３のＸ軸方向の位置毎の移動履歴（Ｘ軸方向のステージガイド４２Ｘの位置毎の移動履歴に対応）１１１Ｘと、試料ステージ３のＹ軸方向の位置毎の移動履歴（Ｙ軸方向のステージガイド４２Ｙの位置毎の移動履歴に対応）１１１Ｙが、記憶部１１の移動履歴保持部１１１に記憶されている。

図５Ｂにおいて、ブロック５００、５２０は、それぞれ、ステップＳ９において計算により求められた、Ｘ軸方向とＹ軸方向の新たなジョブの移動度数の値を示す。新たなジョブの移動度数の値は、試料ステージ３のＸ軸方向の位置毎（Ｘ軸方向のステージガイド４２Ｘの位置毎）、試料ステージ３のＹ軸方向の位置毎（Ｙ軸方向のステージガイド４２Ｙの位置毎）に求められる。図５Ｂのブロック５００、５２０は、新たなジョブのための観察または測定位置を示す座標が標準のＸ－Ｙ座標系（即ち、回転角が０度）にあるとした場合の第１の移動度数パターンを示す。

図５Ｃにおいて、ブロック５０１、５０２は、試料２を９０度回転して試料ステージ３に配置するとした場合のＸ軸方向とＹ軸方向の新たなジョブの移動度数の第２のパターンの値を示す。ブロック５０１の移動度数の値は、図５Ｂのブロック５００で示された試料ステージ３のＸ軸方向の位置毎の移動度数の値が、９０度回転されたことによって試料ステージ３のＹ軸方向の位置毎の移動度数になったことを示す。ブロック５２１の移動度数の値は、図５Ｂのブロック５２０で示された試料ステージ３のＹ軸方向の位置毎の移動度数の値が、９０度回転されたことによって試料ステージ３のＸ軸方向の位置毎の移動度数になったことを示す。

図５Ｄにおいて、ブロック５０２、５２２は、試料２を１８０度回転して試料ステージ３に配置するとした場合のＸ軸方向とＹ軸方向の新たなジョブの移動度数の第３のパターンの値を示す。ブロック５０２の移動度数の値は、図５Ｂのブロック５００で示された試料ステージ３のＸ軸方向の位置毎の移動度数の値が、１８０度回転されたことによって試料ステージ３のＸ軸方向の位置毎の移動度数になったことを示す。ブロック５２２の移動度数の値は、図５Ｂのブロック５２０で示された試料ステージ３のＹ軸方向の位置毎の移動度数の値が、１８０度回転されたことによって試料ステージ３のＹ軸方向の位置毎の移動度数になったことを示す。

図５Ｅにおいて、ブロック５０３、５２３は、試料２を２７０度回転して試料ステージ３に配置するとした場合のＸ軸方向とＹ軸方向の新たなジョブの移動度数の第４のパターンの値を示す。ブロック５０３の移動度数の値は、図５Ｂのブロック５００で示された試料ステージ３のＸ軸方向の位置毎の移動度数の値が、２７０度回転されたことによって試料ステージ３のＹ軸方向の位置毎の移動度数になったことを示す。ブロック５２３の移動度数の値は、図５Ｂのブロック５２０で示された試料ステージ３のＹ軸方向の位置毎の移動度数の値が、２７０度回転されたことによって試料ステージ３のＸ軸方向の位置毎の移動度数になったことを示す。

この例では、制御部１０は、ステップＳ１０において、第１ないし第４の４つの移動度数パターンを生成する。尚、試料２の位置の変更が回転である場合を例としたが、Ｘ軸方向へのシフトおよび／またはＹ軸方向へのシフトであってもよい。また、回転角度は９０度単位の変化でなくても、任意の角度でよい。

次に、制御部１０は、ステップＳ１１において、生成された新たなジョブの複数の移動度数パターンと移動履歴保持部１１１に記憶された移動履歴とを加算した結果よって、試料ステージ３に対する試料２の最適な位置を選択する。図５Ｂないし図５Ｅにおいて、ブロック（加算結果）６００ないし６０３、ブロック（加算結果）６２０ないし６２３が、試料２をそれぞれの角度で配置したときの、試料ステージ３のＸ軸方向とＹ軸方向の位置毎の移動度数の加算結果を示す。ブロック６００ないし６０３、ブロック６２０ないし６２３の移動度数は、新たな観察または測定のジョブにおいて試料２をそれぞれの角度に配置したと仮定した場合に、当該ジョブの終了時に予測される移動履歴を示す。

次に、制御部１０は、ステップＳ１２において、上記加算結果に基づき、どのパターンが最適かを判断する。具体的には、図５Ｂないし図５Ｅに示すように、制御部１０は、ブロック（加算結果）６００、６０１、６０２、６０３、６２０、６２１、６２２、６２３のそれぞれにおける最大値を求める。最大値が最も小さいものが、新たなジョブの終了時にステージガイド４２Ｘ、４２Ｙの摩耗を最も少なくする試料２の配置となる。試料ステージ３のＸ軸方向とＹ方向の位置毎（ステージガイド４２Ｘ、４２Ｙの位置毎）の移動度数について、図５Ｂに示す回転０度の例では、Ｘ軸方向の最大移動度数（Ｘ－ＭＡＸ）は９９０２、Ｙ軸方向の最大移動度数（Ｙ－ＭＡＸ）は８７８５となる。図５Ｃに示す回転９０度の例では、Ｘ－ＭＡＸは９１５３、Ｙ－ＭＡＸは９０６９となる。図５Ｄに示す回転１８０度の例では、Ｘ－ＭＡＸは９７６７、Ｙ－ＭＡＸは８９７７となる。図５Ｄに示す回転２７０度の例では、Ｘ－ＭＡＸは９３４５、Ｙ－ＭＡＸは９５３４、となる。

各回転角度における最大移動度数は、それぞれ、０度：９９０２、９０度：９１５３、１８０度：９７６７、２７０度：９５３４であるので、位置決定部１０１は、ステップＳ１２において、試料２を９０度回転して試料ステージ３に配置した場合にステージガイド４２Ｘ、４２Ｙの摩耗が最も少なくなると判断し、試料２の位置を決定する。尚、試料２の位置の決定方法は種々可能であり、例えば、加算後の移動度数の分散が最も大きくなる（即ち、摩耗が分散している）ものを最適と決定してもよい。また、ステージガイド４２Ｘ、４２Ｙに態様限度となる限界値を経験から決定することが可能なので、限界値と最大移動度数との差が最大であることによって最適な位置を決定してもよい。制御部１０は、試料２が決定された位置（上述の例では９０度回転された位置）で試料ステージ３に配置されるように、位置変更機構９のテーブル駆動機構９２に対し位置を変更（例えば、９０度回転）する指示を行う（図１の線１２に示す）。

図２Ｂに戻って、座標変換部１０２は、ステップ１３において、変更された試料２の位置に応じて、記憶部１１の新たなジョブのための位置・条件保持部１１２に記憶された新たなジョブのための観察または測定位置を、変更された試料２の位置に応じて変換する。この変換は、座標系がＸ軸および／またはＹ軸方向にシフトする、または、座標系が回転するだけなので、観察または測定位置のＸ座標／Ｙ座標のシフト、あるいは、回転角度θ（上述の例では９０度）に基づく正弦・余弦演算により行われ得る。このようにして求められた変換後の新たなジョブのための位置・条件が、位置・条件保持部１１３に記憶される。

その後、処理はステップＳ２に戻り、制御部１０は、新たなジョブのための観察または測定を、位置・条件保持部１１３に格納された変換後の位置・条件に従って行う。制御部１０は、変換後の位置・条件に従ってステージ駆動機構４を制御し（図１の線１３）、試料ステージ３を所定位置に移動する。

従って、新たなジョブが終了した時点で、例えば図５Ｃ（試料２を９０度回転して配置）のブロック６０１、６２１に示される最大度数の少ない移動履歴が得られるので、遍在的に大きな摩擦が生じることを防止し、ステージ駆動機構４の寿命を延ばすことができる。

（変形例）
試料ステージ３が摩擦を駆動力とするアクチュエータ４１によって駆動される場合、試料ステージ３が加速度移動するときに、アクチュエータ４１はステージガイド４２に大きな摩擦力を及ぼす。例えば、試料２の観察または測定位置を変更する場合、次の観察または測定位置までの試料ステージ３の移動速度は、次の位置までの移動時間ｔに対して、加速、定速、及び、減速を伴う図６Ａに示すような速度パターン（台形速度制御と呼ばれる）となるように設定される。

図６Ｂにおいて、アクチュエータ４１は、図６Ａに示す速度パターンで試料ステージ３を移動させるために、停止状態から加速度ａで目標速度まで加速し、停止する目的位置に達する前に加速度（－ａ）で減速して、目的位置の近傍で位置制御にはいる。従って、図６Ｃに示すように、摩擦による摩耗量は、加速度ａ、－ａを生じさせるための摩擦力がステージガイド４２に加えられているときに大きくなると考えられる。

上述の実施形態では、試料ステージ３のＸ軸方向とＹ軸方向の位置毎（ステージガイド４２Ｘ、４２Ｙの位置毎）の通過回数を、通過の度に＋１ずつ加算していた。しかし、大きな摩擦力が発生する区間に対応する位置については、重みをつけて通過回数をカウントするなど、試料ステージ３の移動状態に伴う重み付けをして加算していけば、実際の摩耗をより正確に反映した移動履歴を残すことができる。

また、上述の実施形態では、制御部１０は、試料ステージ３の位置毎の移動履歴を、試料ステージ３の実際の移動に伴い、当該位置を通過する回数をカウントすることによって生成した。他の変形例として、制御部１０は、観察または測定ジョブ毎に与えられる観察または測定の位置・条件をシミュレートすることによって、計算によって試料ステージ３の位置毎の移動履歴を生成し、ジョブにわたって計算による移動履歴を累積していってもよい。試料ステージ３の位置毎の移動履歴が取得され、ジョブにわたって移動履歴が累積されて保存されればよいので、移動履歴を取得する方法は、前述の実施形態のように実際のステージの移動に伴う移動履歴を取得するものであっても、観察または測定の位置・条件からシミュレートすることによって移動履歴を取得するものであっても良い。

なお、本発明は、前記実施形態及び前記変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態及び変形例は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。

１…走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、２…試料、３…試料ステージ、４…ステージ駆動機構、５…試料室、６…鏡筒、８…試料配置室、９…位置変更機構、１０…制御部、１１…記憶部、３２…測定位置、３４…測定条件、４１…アクチュエータ、４２，４２Ｘ，４２Ｙ…ステージガイド、６１…光源、６２…光学系、９１…テーブル、９２…テーブル駆動機構、１０１…位置決定部、１０２…座標変換部、１１１…移動履歴保持部、１１１Ｘ，１１１Ｙ…移動履歴、１１２…位置・条件保持部、１１３…位置・条件保持部、４１１Ｘ…駆動部、４１１Ｙ…駆動部。

Claims (5)

1. 試料を載置する試料ステージと、
   複数の座標で順次観察または測定を行うために、摩擦力で前記試料ステージを駆動し、前記試料を順次移動させる駆動機構と、
   前記試料ステージの移動履歴を取得し、保持する移動履歴保持部と、
   前記試料における前記複数の座標において前記観察または前記測定を実行させるとともに、保持された前記移動履歴に基づき、新たに前記観察または前記測定を行うための前記試料ステージ上における前記試料の向きまたは位置を決定する制御部と、
   前記決定に基づいて、前記試料の前記向きまたは前記位置を変更して前記試料を前記試料ステージ上に載置する位置変更機構と、
   を備える、観察または測定装置。
2. 前記移動履歴は、前記試料ステージの移動状態に基づく重み付けを含む、請求項１に記載の観察または測定装置。
3. 決定された前記向きまたは前記位置に基づき、新たな前記観察または前記測定を行う前記複数の座標を座標変換する座標変換部を、さらに有する、請求項１又は請求項２に記載の観察または測定装置。
4. 位置変更機構は、前記試料を載置するテーブルを含み、前記テーブルにより回転させた前記試料を前記試料ステージ上に搬送する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の観察または測定装置。
5. 複数の座標において観察または測定を行うために、試料を載置する試料ステージを、摩擦力で駆動し、前記試料を順次移動させ、
   前記試料ステージの移動履歴を取得し、保持し、
   前記移動履歴に基づき、新たに前記観察または前記測定を行うための前記試料ステージ上における前記試料の向きまたは位置を決定し、
   前記決定に基づき、新たな前記観察または前記測定を行う前記試料の前記向きまたは前記位置を変更して前記試料ステージ上に載置することにより、前記試料ステージ上における前記試料の前記向きまたは前記位置を変更する、
   ことを備える、観察または測定方法。

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