JPH02310493A - 移動ステージ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、走査型トンネル顕微鏡、精密測定機器、半導
体製造装置等において試料台の位置決めを行なう移動ス
テージ装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、原子、分子オーダーの分解能を有する走査型トン
ネル顕微鏡が開発され、表面構造解析、表面粗さ計測な
どに応用されている。

この走査型トンネル顕＠鏡は、導電性試料と導電性探針
の間に電圧を印加してｉｎｎ程度の距離まで接近させて
トンネル電流を流した場合、その距離によりトンネル電
流が指数関数的に変化することを利用したものである。

すなわち、その探針として先端を電解研摩等で非常に先
鋭に仕上げたものを用い、導電性物質からなる試料表面
との距離を一定に保ちながら２次元的に走査すると、試
斜面の原子配列または凹凸の形状によりトンネル電流が
変化するので、これにより試料の表面像を得ることがで
きる（「固体物理Ｊ　Ｖｏｌ、２２　Ｎ’ｏ、３１９８
７　　ｆ’Ｐ１７Ｂ−１８８）。

そして走査型トンネル顕Ｉ！鏡はこの原理を利用したも
のとして、表面粗さ計、３次元測定機、線幅測定機など
への応用が試みられており、これらによってシリコンウ
ェハ、超平面などの試料表面の観察が行なわれている。

このように比較的大きな試料例えば６〜８インチ程度の
シリコンウェハを観察するときには、その試料内の任意
の部分を観察する必要があり、試料を載せる移動ステー
ジは試料の最大長さ以上のストロークが必要とされる。

￥Ｓ５図はこのような走査型トンネル顕微鏡の原理を応
用した従来の８動ステージを示す。同図において、１は
タングステン、ｐｔなとの金属からなる先鋭な探針、２
は探針１を２次元的に走査しまたは試料３に接近させる
探針駆動機構であり、固定フレーム６に固定されている
。また、４は試料３を載せる移動台、５はその移動台を
案内する直線案内機構であり、その両端は固定フレーム
６に固定されている。

このような装置で試料３の表面の任意の部分を観察する
場合、移動台４によって観察部分が探針１の真下にくる
ように位置決めし、そして探針１を探針駆動機構２によ
って接近させてから探針１で２次元的に走査して観察を
行なう。

このように微小部分を高分解能で測定する装置において
は、探針１と試料３間の剛性すなわち、探針１を支持す
る探針駆動機構２、これを固定する固定フレーム６、こ
れに固定された直線案内機構５、およびその上の移動台
４という構造物の総合的剛性が高いことが外部振動によ
る影響を防ぐのに非常に有効である。すなわち、探針１
と試料３間の機械的な共振周波数が高ければ高いほど外
部の振動の伝達率を小さくすることができ、振幅を圧縮
することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来例では、試料が大きいため、その
任意の部分を観察しようとすると直線案内機構の長さは
試料の最大長さの倍以上も必要であり、またそれに伴な
い、固定フレームのスパンも同程度の長さを必要とし、
したがって探針と試料間の剛性は極端に小さくなり外部
振動の影響を受は易いという欠点があった。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
移動ステージにおいて、探針と試料間の剛性を高め、外
部振動の影響を受は難くすることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明では、試料を保持するス
テージ手段を備え、ステージ手段を穆動させることによ
りステージ手段上に保持された試料を対象物に対し位置
合せする８動ステージ装置において、対象物が固定され
ている部材とステージ手段の一部とを対象物の近傍にお
いて係合させて固定する手段を具備するようにしている
。

通常は、ステージ手段は前記ステージ手段の一部を対象
物に対して近接させる手段を備える。ス　−テージ手段
はまた、試料を微動させて対象物に対し微小な位置決め
を行なう微動手段を備え、試料はこの微動手段を介して
ステージ手段に保持される。

［作用］ この構成において、試料を対象物に対して位置合せする
には、まず、通常、比較的長いストロークの案内手段お
よび駆動手段によって比較的粗い精度でステージ手段を
駆動させ位置合せを行なう。そしてこの後、試料と対象
物とを近接させてから必要に応じて微動手段によフて微
小な位置決めを行なうのであるが、この微小位置決めに
先立ち、対象物が固定されている部材とステージ手段と
が電磁力や減圧による吸着などによって固定され、対象
物と試料間の剛性が高められる。したがって、装置外部
からの振動による有意な影響を受けずに微小位置決めや
その後の対象物すなわち探針などによる試料の走査や検
査が行なわれる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る移動ステージを備えた
走査型トンネル顕微鏡の説明図である。

同図に示すように、この移動ステージは、移動台４と昇
降台８を含むステージ手段を備え、ステージ手段を移動
させることによりステージ手段上に載置された試料３を
探針１に対し位置合せするようになっており、ざらに探
針１が固定されている固定フレーム６と昇降台８とを固
定する固定機構７を備える。

探針１は探針駆動機構２を介して固定フレーム６に固定
されている。探針１はトンネル電流検出回路１１に接続
され、試料３にはバイアス電源１３よりバイアス電圧が
与えられる。探針１は探針駆動回路１２、探針駆動機構
２により駆動され探針−試料間の距１ｌＩＩｌｉ（Ｚ方
向）をトンネル電流が一定になるように制御する。この
とき、探針駆動回路１２、探針駆動機構２により探針１
を試料３の平面に沿ってＸ、Ｙ方向に走査して、探針１
のＺ方向の駆動電圧の変化分をモニタ一手段１４でモニ
ターすることにより試料３の表面形状（凹凸）の像を得
ることができる。移動台４は直線案内機構５によって案
内・保持されて移動できるようになっており、直線案内
機構５の両端は、固定フレーム６に固定されている。移
動台４上には昇降台８が両端固定の平行ばね９により傾
かないように支持され、昇降台８の中心部には昇降台８
を移動台４に対して上下に駆動するための圧電素子１１
が組み込まれており、これらによって移動台４と探針１
とを近接させる手段を構成している。さらに昇降台８の
上には、シリコンウェハなどの試料３を載せて微動させ
る微動機構１０が配置されており、微動機構１０の周辺
部には、固定フレーム６と係合する固定機構７が設けら
れている。固定フレーム６の固定機構７に対向する面は
平滑に仕上げられている。

次に動作を説明する。試料３の任意の部分を観察するに
はまず、移動台４を、直線案内機構５に沿って移動させ
、試料３の観察したい部分が探針１の直下にく゛るよう
にして停止させる。そして、その状態で昇降台８を圧電
素子１１により上昇させて固定機構７を固定フレーム６
に軽く押し当て、固定機構７により昇降台８と固定フレ
ーム６とを係合する。その後、探針１を探針駆動機構２
により試料３の表面まで接近させ、２次元的に探針１を
走査させて観察する。その際、微小な位置合せが必要な
ときに微動機構１０を用いる。観察後は探針１を試料３
の表面から離し、固定機構７を解除して昇降台８を下降
させ、移動台４を再び観察したい位置まで移動させる。

このように本実施例においては探針の位置になるべく近
い場所で試料を固定機構により固定しているため、探針
と試料間の、これらを支持する構造物のパスは短く、探
針と試料間の剛性は非常に向上しており、したがって外
部振動の影響を受けにくい。

次に、第２図を用いて固定機構７について詳細に説明す
る。

第２図（Ａ）の固定機構は電磁石を用いたもので、図中
、２１は昇降台８に固定された強磁性体からなるヨーク
、２２はコイルであり、固定時にはコイル２２に電流を
流し、強磁性体からなる固定フレーム６の面に吸引固定
する。

第２図（Ｂ）の固定機構は静電力を利用したものであり
、図中、２３はＡ１２０３などの絶縁層、２４は昇降台
８に固定されたＭＯｌＷなどからなる電極である。固定
時には電極２４と固定フレーム６間に電圧を印加し、静
電力により吸引固定を行なう。

そして、第２図（、Ｃ）は真空チャックを利用したもの
を示し、その固定機構は、穴２５とその各々の穴を連通
ずる穴を有した部材２６を備え、外部からその連通穴を
負圧に保つことにより、固定フレーム６の面に吸引固定
するものである。

以上のような固定機構によれば、任意の位置において容
易に固定および解除の動作ができるという効果がある。

次に、第３図によって示される、昇降台８を昇降させる
機構の他の例を説明する。

これは、インチウオームの原理を用いたもので、昇降台
８の部分８ａおよび部分８ｂ間は昇降用の圧電素子３３
で接続されており、固定時には圧電素子３１．３２によ
り各々ロックされている。上昇時には、部分８ｂはロッ
クしたままで圧電素子３１による部分８ａのロックを解
除してから昇降用の圧電素子３３を伸ばし、その状態で
圧電素子３１により部分８ａをロックする。次に、圧電
素子３２を解除して、圧電素子３３を収縮させ、その状
態で再び圧電素子３２により部分８ｂをロックする。こ
の動作を繰り返すことにより次々と昇降台８を上に送る
ことができる。

次に、第４図により微動機構１０の説明をする。

固定機構７で昇降台８を固定フレーム６に固定した後、
昇降台８上において試料３を探針１に対し微小に位置合
せする必要がある場合があり、その位置合せを微動機構
１０により行なう、＠動機構１０は同図に示すように、
試料３を載置して微動する微動ステージ４３および微動
ステージ４３を微動させる圧電素子４１ａ、４１ｂを備
える。

微動ステージ４３は弾性支柱４２により２次元的に移動
可能なように昇降台８上に弾性支持されている。圧電素
子４１ａ、４１ｂはそれぞれ一端を昇降台８に固定され
、それぞれ他端で微動ステージ４３をＸおよびｙ方向に
押圧しており、それらの伸縮により微動ステージ８をｘ
、ｙ方向に微動させ、部材３の微小な位置決めを容易に
行なえるようになっている。

以上、走査型トンネル顕微鏡を例として、探針と試料と
の位置決めを行なう移動ステージについて説明したが、
同様の機構は、他の精密測定機器、半導体製造装置など
にも応用できる。例えば、試料としてシリコンなどのウ
ェハ、位置決めする対象物としてマスクを考えたときも
同様の移動ステージを用いることができ、その場合にお
いても同様に外部振動を受は難いという効果がある。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、移動ステージ装置
において、対象物が固定されている部材とステージ手段
とを固定する手段を設けたため、試料と対象物の間の支
持構造物の総合剛性を高くすることができ、したがって
外部の振動の影響を受は難く、対象物と試料間の安定し
た位置合せや対象物すなわち検出部などによる試料の走
査や検査が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る移動ステージを備え
た走査型トンネル顕微鏡の説明図、第２図（Ａ）〜（Ｃ
）は、第１図の装置の固定機構の斜視図、 第３図は、第１図の装置の昇降台の説明図、第４図は、
第１図の装置の微動機構の説明図、そして 第５図は、従来例の説明図である。 １：探針、２：探針駆動機構、３：試料、４：移動台、
５：直線案内機構、 ６：固定フレーム、７：固定機構、 ８：昇降台、１０：微動機構。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 第２図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料を保持するステージ手段を備え、ステージ手
   段を対象物に対しステージ手段と対象物の間に設けられ
   た駆動手段によって移動させることによりステージ手段
   上に保持された試料を対象物に対し位置合せする移動ス
   テージ装置において、対象物が固定されている部材とス
   テージ手段の一部とを駆動手段を介さずに直接係合させ
   て固定する手段を具備することを特徴とする移動ステー
   ジ装置。
2. （２）ステージ手段は前記ステージ手段の一部を対象物
   に対して近接させる手段を備える、請求項１記載の移動
   ステージ装置。
3. （３）ステージ手段は試料を微動させて対象物に対し微
   小な位置決めを行なう微動手段を備え、試料はこの微動
   手段を介してステージ手段に保持される、請求項１記載
   の移動ステージ装置。