KR950007196B1 - Apparatus for positioning sample - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 본 발명의 시료 위치 결정장치의 일실시예의 종단면도.1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a sample positioning device of the present invention.
제2도는 제1도에서 나타낸 실시예의 부분 상측면도.2 is a partial top side view of the embodiment shown in FIG.
본 발명은 예를들어, 축소된 투영광로장치 또는 전자선묘화장치에서 시료위치 결정장치에 관한 것이다. 시료위치 결정장치의 분야에서, 상기 장치는 시료위치 결정하는데 정밀도가 높고 위치 결정과 제조하는데 필요한 시간이 짧은 것이 요구된다. 이러한 목적을 위해, 종래의 위치 결정장치는 시료를 단계로 이동시키기 위한 대충 조정 구동기구와 미소 조정구동기구를 구비한 스테이지를 이용하고, 시료 위치 결정하기 위한 대충조점이 대충조정 구동기구에 의해 행해진 후 시료위치 결정을 위한 미소 조정이 미소 조정 구동기구에 의해 행해진다.The present invention relates, for example, to a sample positioning device in a reduced projection optical path device or electron beam drawing device. In the field of sample positioning apparatus, the apparatus is required to have high precision for sample positioning and short time required for positioning and manufacturing. For this purpose, the conventional positioning device utilizes a stage having a roughly adjusting drive mechanism and a microadjusting driving mechanism for moving a sample to a step, and a roughness point for positioning a sample is performed by the roughly adjusting drive mechanism. Subsequent fine adjustment for sample positioning is performed by the fine adjustment drive mechanism.
예를들어, "시료 위치 결정장치"로 명칭되고 1978년 6월 8일에 발간된 일본국 특허공개공보 제53-64478호에 공표된 시료위치 결정을 위한 장치의 발명가중 한명은 본 발명의 발명가인데 그는 X, Y 그리고 Z축으로 이동하는 대충 조정스테이지 상에서 X, Y 그리고 Z축으로 이동 가능한 미소 조정 스테이지와 그 구동기구를 장착한다.For example, one of the inventors of the apparatus for sample positioning, entitled "Sample Positioning Device" and published in Japanese Patent Publication No. 53-64478, issued on June 8, 1978, is an inventor of the present invention. He is equipped with a microadjustment stage and its drive mechanism which can move in the X, Y and Z axes on roughly adjustable stages in the X, Y and Z axes.
"시료 이동 장치, 시료 이동 시스템 그리고 반도체 제조장치"로 명칭되고 1990년 5월 29일에 발행된 일본국 특허 공개공보 제2-13915호는, X, Y 그리고 Z축으로 이동 가능하여 X, Y축 평면에서 미소 회전하고 상·하 방향으로 미소 경사로 이동하는 미소 조정 스테이지에 상하방향으로 하나의 관통공간을 형성하고, 그 공간내에 X, Y 그리고 Z축으로 이동 가능한 대충 조정 스테이지와 독립하여 배치되는 것이 제1도에서 나타난다.Japanese Patent Laid-Open No. 2-13915, entitled "Sample Transfer Device, Sample Transfer System, and Semiconductor Manufacturing Device" and issued May 29, 1990, is movable in the X, Y, and Z axes, A through space is formed in the micro adjustment stage that rotates finely in the axial plane and moves in a small inclination in the up and down directions, and is disposed independently of the coarse adjustment stage that can move in the X, Y and Z axes in the space. Is shown in FIG.
일본국 특허공개공보 제2-13915호의 장치는 Z축 구동 기구를 통해 미소 조정 스테이지와 대충 조정 스테이지 사이의 상측과 하측 위치 관계를 변환하고 미소 조정 스테이지에서 대충 조정 스테이지 또는 그 반대로 두 스테이지에 장착된 시료 고정 베이스를 통과시킬 수 있다. 대충 조정 스테이지에 의한 시료 위치 결정의 경우, 대충 조정 스테이지의 상측면은 미소 조정 스테이지의 상측면 보다 더 높게되고, 대충 조정 장치는 쳐크를 통해 시료 고정 베이스를 흡수해서 고정한다. 미소 조정 스테이지에 의한 시료위치 결정의 경우, 미소 조정 스테이지의 상측면은 미소 조정 스테이지 보다 더 높게되고, 미소 조정 스테이지는 시료위치 결정을 위한 시료고정 베이스를 고정하고 각 방향으로 시료의 위치 결정이 일어난다.The apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. 2-13915 converts the upper and lower positional relationship between the minute adjustment stage and the rough adjustment stage via a Z axis drive mechanism, and is mounted on the two stages in the rough adjustment stage or vice versa. The sample holding base can be passed through. In the case of sample positioning by the rough adjustment stage, the upper side of the rough adjustment stage is higher than the upper side of the fine adjustment stage, and the rough adjustment device absorbs and fixes the sample fixing base through the chuck. In the case of sample positioning by the microadjustment stage, the upper side of the microadjustment stage becomes higher than the microadjustment stage, and the microadjustment stage fixes the sample fixing base for the sample positioning and the positioning of the specimen occurs in each direction. .
일본국 특허공개공보 제2-13915호의 장치는 대충 고정 스테이지상에 미소 조정 스테이지를 장착하지 않는다. 반면에 일본국 특허공개공보 제53-64478호의 장치가 대충 조정 스테이상에 미소 조정 스테이지를 장착한다. 일본국 특허공개공보 제2-13915호의 장치는 미소 조정 스테이지와 독립하여 대층 조정 장치를 이동할 수 있다. 따라서, 일본국 특허공개공보 제2-13915호의 장치는 경부하로 대충 조정 스테이지를 이동할 수 있고, 구동 기계의 초기전류와 구동 전류는 적을 수 있다. 장치의 전력손실과 장치의 발열량이 작아진다. 장치의 발열에 의해 야기된 에어드래프트가 레이저를 이용한 길이측정의 오차가 적어지도록 작아진다, 그러나, 종전기술은 개선되어진 다음의 결점을 가지고 있다.The apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. 2-13915 does not mount the micro adjustment stage on the roughly fixed stage. On the other hand, the apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. 53-64478 roughly mounts a fine adjustment stage on the adjustment stage. The apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. 2-13915 can move the large-scale adjustment device independently of the micro adjustment stage. Therefore, the apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. 2-13915 can roughly move the adjustment stage at light load, and the initial current and drive current of the drive machine can be small. The power loss of the device and the amount of heat generated by the device are reduced. The air draft caused by the heating of the device becomes smaller so that the error of the length measurement using the laser becomes smaller. However, the prior art has the following drawbacks which are improved.
최근에, 웨이퍼 같은 시료가 8인치 정도의 긴 크기로 만들어지고, 시료고정 베이스가 또한 길어지고, 시료의 노출 영역이 시료고정 베이스의 이동 영역이 넓어지도록 확장되는 경향이 있다.In recent years, samples such as wafers are made to be as long as 8 inches long, the sample holding base is also lengthened, and the exposed area of the sample tends to expand so that the moving area of the sample fixing base is widened.
이러한 경우에, 웨이퍼가 일본국 특허공개공보 제2-13915호에 의해 보여진 장치를 이용하여 위치 결정되면, 대충 조정 스테이지는 처음에 시료고정 베이스가 점차 이동하고, 다음에 시료 고정 베이스는 시료 고정 베이스를 미소 위치결정 하기 위해 대충 고정 스테이지에서 미소 조정 스테이지로 옮겨진다. 이때에, 대충 조정 스테이지가 아직 이동되지 않은 초기위치로 대충 조정 스테이지가 되돌아간다. 대충 조정 스테이지와 미소 조정 스테이지를 이용한 상기 동작을 반복함으로써, 시료에의 노출과 전자선 묘화가 일어난다.In this case, when the wafer is positioned using the apparatus shown in Japanese Patent Laid-Open No. 2-13915, the rough adjustment stage initially moves the sample fixing base gradually, and then the sample fixing base moves to the sample fixing base. It is transferred from the fixed stage to the microadjustment stage for the micro positioning. At this time, the rough adjustment stage returns to the initial position where the rough adjustment stage is not yet moved. By repeating the above operations using the roughly adjusting stage and the minutely adjusting stage, exposure to the sample and electron beam drawing occur.
대충 조정 스테이지를 점차 이동시키는 각 시기에, 대충 조정 스테이지와 미소 조정 스테이지 사이의 위치 관계가 변화된다. 따라서, 대충 조정 스테이지는 시료 고정 베이스의 중심과 원주를 항상 고정하거나 체크하지 않고, 때때로 대충 조정 스테이지는 시료 고정 베이스의 단지 한쪽 종단부를 고정하고 쳐크한다.At each time when the rough adjustment stage is gradually moved, the positional relationship between the rough adjustment stage and the minute adjustment stage is changed. Thus, the coarse adjustment stage does not always fix or check the center and the circumference of the sample holding base, and sometimes the coarse adjusting stage fixes and chucks only one end of the sample holding base.
시료 고정 베이스가 대형일 때, 시료고정 베이스를 지지하는 대충 조정 스테이지가 시료 고정 베이스의 한쪽 단부를 쳐크할 때, 대충 조정 스테이지 또는 그 지지 기구가 무게 때문에 편향되어 시료 고정 베이스 또는 시료 고정베이스에 장착된 시료는 편향으로 야기된 악영향을 받는다.When the sample holding base is large, when the roughly adjusting stage supporting the sample holding base chucks one end of the sample holding base, the roughly adjusting stage or its supporting mechanism is biased due to the weight and mounted on the sample holding base or the sample holding base. The sample is adversely affected by deflection.
대형의 웨이퍼 또는 시료고정 베이스는 대충 조정 스테이지의 쳐크 구조의 대형화를 초래한다. 대형 전자 쳐크가 시료고정 베이스의 고정을 위해 사용될 때, 장치의 구동전류에 의해 야기된 발열량이 증가된다. 발열은 시료고정 베이스를 열에 의해 팽창하도록 시료 고정 베이스에 전도될때, 시료 고정 베이스의 위치 결정은 악영향을 받는다. 레이저 길이 측정장치에서의 광로상의 공기진동은 장치의 발열에 의해 야기되고 길이의 정확한 측정을 방해한다.Large wafers or sample holding bases result in an enlargement of the chuck structure of the rough adjustment stage. When a large electron chuck is used for fixing the sample holding base, the amount of heat generated by the driving current of the device is increased. When the exotherm is conducted to the sample holding base to expand the sample holding base by heat, the positioning of the sample holding base is adversely affected. Air vibrations on the optical path in the laser length measuring device are caused by the heat generation of the device and prevent the accurate measurement of the length.
대충 조정 스테이지가 스테이지의 중심 밖인 한 개의 지점에서 지지되고, X축과 Y축의 방향으로 직진할 때, 회전력은 시료 고정 베이스의 한 개의 지지점을 중심으로 스테이지를 회전시키기 위해 대충 조정 스테이지에 작용한다.When the coarse adjustment stage is supported at one point outside the center of the stage and goes straight in the direction of the X and Y axes, the rotational force acts on the coarse adjustment stage to rotate the stage about one support point of the sample holding base.
본 발명의 목적은 정확도를 증가시킬 수 있는 시료위치 결정을 위한 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 시료위치 결정과 미소 조정 스테이지의 구동기계의 시료와 구동기계의 위치 결정을 위해 장치의 프레임을 통해 미소 조정 스테이지로 대충 조정 스테이지의 X축과 Y축 구동기계의 진동을 전달하지 않는 시료위치 결정장치를 제공하고, 시료 위치 결정에 필요한 시간과 시료의 처리시간이 단축되도록 한다.It is an object of the present invention to provide an apparatus for sample positioning which can increase the accuracy. Another object of the present invention is to roughly transmit the vibrations of the X- and Y-axis drive machines of the rough adjustment stage to the fine adjustment stage through the frame of the device for the sample positioning and the sample of the drive machine of the fine adjustment stage and the positioning of the drive machine. Provide a sample positioning device that does not have a time, and shorten the time required for sample positioning and the processing time of the sample.
첫번째 목적을 얻기 위해, 본 발명은 다음과 같이 진행된다:To achieve the first object, the present invention proceeds as follows:
즉, 본 발명의 장치는 X, Y축의 최소한 2차원으로 이동 가능한 대충 조정스테이지, 3차원으로 이동가능한 미소 조정 스테이지로 이루어진다. 기본적으로 대충 조정 스테이지와 미소 조정 스테이지는 기계적 연결없이 서로 독립적이다.That is, the apparatus of the present invention consists of a roughly adjusting stage movable in at least two dimensions of the X and Y axes, and a microadjusting stage movable in three dimensions. Basically the coarse and fine adjustment stages are independent of each other without mechanical connection.
더욱이, 대충 조정 스테이지는 시료 고정 베이스를 지지하기 위한 돌출부를 구성한다. 상기 돌출부는 각각 대충 조정 기구에 의해 지지되고 표면상에서 분산되는 베이스의 상측면에 제공된다. 반대로 미소 조정 스테이지는 많은 관통공간이 제공된다. 각 돌출부는 미소 조정 스테이지의 상기 관통공간내에 배열된다. 미소 조정 스테이지의 하측면은 대충 조정 스테이지의 베이스의 상측면쪽에 향한다. 관통공간내에 돌출부를 각각 분산하여 배열함으로써, 돌출부는 후술하는 것과 같이 대충 조정장치로서 작용한다.Moreover, the coarse adjustment stage constitutes a protrusion for supporting the sample holding base. The protrusions are provided on the upper side of the base, respectively supported by the rough adjustment mechanism and distributed on the surface. In contrast, the microadjustment stage is provided with a large through space. Each protrusion is arranged in the through space of the micro adjustment stage. The lower side of the micro adjustment stage is roughly directed toward the upper side of the base of the adjustment stage. By dispersing and arranging the projections in the through space, the projections function as roughly adjusting devices as described later.
즉, 대충 조정 스테이지와 미소 조정 스테이지는 대충 조정 스테이지와 미소 조정 스테이지의 돌출부의 상측면의 높이를 상대적으로 변화시키면서, 시료 고정 베이스를 대충 조정장치에서 미소 조정 장치로 또는 그 반대로 옮김으로써 대충 조정 스테이지 또는 미소 조정 스테이지의 Z축 구동기구중 어떤 것을 통해 대충 조정 스테이지와 미소 조정 스테이지 사이의 상대적 레벨 관계가 변화된다.That is, the rough adjusting stage and the micro adjusting stage roughly adjust the rough adjusting stage by moving the sample holding base from the rough adjusting device to the micro adjusting device or vice versa while relatively changing the heights of the upper sides of the projections of the rough adjusting stage and the micro adjusting stage. Alternatively, the relative level relationship between the coarse adjustment stage and the micro adjustment stage is changed through any of the Z axis drive mechanisms of the micro adjustment stage.
두번째 목적을 이루기 위해, 본 발명은 본 발명의 두번째 목적의 해결수단이 서론으로 첫번째 목적의 상기 해결수단이 취해진다. 대충 조정 장치의 X, Y축의 대충 조정 구동기구는 미소 조정 스테이지를 지지하는 프레임에서 분리해 배열된다. 대충 조정 구동 기구와 대충 조정 스테이지는 접합금속을 통해 접합된다.In order to achieve the second object, the present invention takes the solution of the second object of the present invention as an introduction to the solution of the first object. The rough adjustment drive mechanisms of the X and Y axes of the rough adjustment device are arranged separately from the frame supporting the micro adjustment stage. The rough adjustment drive mechanism and the rough adjustment stage are joined via a joining metal.
두번째 목적의 해결수단 적용으로서, 대충 조정 스테이지는 X, Y축 대충 조정 구동 기구와 다른 Z축 대충 조종 구동기구에 의해 지지된다. 이 경우에, X, Y축 대충 조정 구동기구와 대충 조정 스테이지는 가요성 그리고 탄력성 부재를 통해 접합된다.As a second purpose solution application, the rough adjustment stage is supported by the X, Y axis rough adjustment drive mechanism and the other Z axis rough control drive mechanism. In this case, the X, Y axis rough adjustment drive mechanism and the rough adjustment stage are joined via the flexible and elastic member.
첫번째 목적의 해결수단에 따르면, 미소 조정 스테이지와 대충 조정 스테이지가 상대적으로 상하 이동할 때, 대충 조정 스테이지의 돌출부의 상측면은 미소 조정 스테이지의 상측면 보다 높거나, 반대로 미소 조정 스테이지의 상측면은 대충 조정 스테이지의 돌출부의 상측면 보다 높다.According to the solution of the first object, when the micro adjustment stage and the rough adjustment stage move relatively up and down, the upper side of the projection of the rough adjustment stage is higher than the upper side of the micro adjustment stage, or conversely, the upper side of the micro adjustment stage is roughly It is higher than the upper side of the protrusion of the adjustment stage.
시료 위치가 대충 조정되면, 시료 고정 베이스는 돌출부에 고정된다. 그후에, 대충 조정 스테이지 또는 시료고정 베이스는 대충 조정 구동 기구에 의해 점차 이동된다.When the sample position is roughly adjusted, the sample holding base is fixed to the protrusion. Thereafter, the rough adjustment stage or the sample fixing base is gradually moved by the rough adjustment driving mechanism.
시료 고정 베이스가 대충 조정 스테이지에서 미소 조정 스테이지로 옮겨진 후, X, Y축 평면의 회전자(△θ)과 상하방향의 경사각(△λ)의 △X, △Y 그리고 △Z의 방향으로의 미소 조정이 일어난다. 이때에, 대충 조정 스테이지는 초기 위치로 돌아간다.After the sample fixing base is roughly moved from the adjustment stage to the micro adjustment stage, the rotor in the X and Y axis planes (Δθ) and the microscopic angles in the directions of ΔX, ΔY and ΔZ of the inclination angle Δλ in the vertical direction. Adjustment takes place. At this time, the rough adjustment stage returns to the initial position.
상기 동작을 반복함으로써, 시료 고정 베이스와 대충 조정 스테이지 사이의 상대위치가 변화된다. 시료 고정 베이스가 대충 조정 스테이지에 근거해 분산되어 제공되는 돌출부에 의해 고정되기 때문에, 시료 고정 베이스와 대충 조정 스테이지 사이의 상대 위치가 변화될때에도, 종래 장치에서와 같이 시료고정 베이스의 한쪽 단부가 대충 조정 스테이지 사이의 상대 위치가 변화될때에도, 종래 장치에서와 같이 시료고정 베이스의 한쪽 단부가 대충 조정 스테이지의 한 돌출부에 의해 지지되는 현상이 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 전에 설명된 시료 고정 베이스의 돌출에 의해 야기된 뒤틀림의 발생을 방지할 수 있다.By repeating the above operation, the relative position between the sample holding base and the roughly adjusting stage is changed. Since the sample holding base is fixed by projections provided distributedly based on the rough adjusting stage, even when the relative position between the sample holding base and the rough adjusting stage is changed, one end of the sample holding base is roughly as in the conventional apparatus. Even when the relative position between the adjusting stages is changed, the phenomenon in which one end of the sample fixing base is roughly supported by one protrusion of the adjusting stage can be prevented as in the conventional apparatus. Thus, the apparatus of the present invention can prevent the occurrence of distortion caused by the protrusion of the sample holding base described previously.
대충 조정 스테이지가 X축과 Y축의 방향으로 직진할 때, 대충 조정 스테이지가 대충 조정 스테이지의 돌출부에 의해 시료고정 베이스를 지지하기 때문에, 대충 조정 스테이지는 회전력을 발생하지 않는다. 대충 조정 스테이지는 돌출부에 부착된 쳐크에 의해 시료 고정 베이스를 고정할 때, 분산된 쳐크는 각각 시료 고정 베이스를 흡수한다.When the rough adjustment stage is straight in the directions of the X and Y axes, the rough adjustment stage does not generate rotational force because the rough adjustment stage supports the sample fixing base by the projection of the rough adjustment stage. When the rough adjustment stage secures the sample holding base by the chuck attached to the protrusion, the dispersed chucks each absorb the sample holding base.
전자기 쳐크에 이용될 때, 쳐크가 베이스상에 분산된 돌출부에 부착되어 쳐크에 의한 발열이 유일한 하나의 쳐크가 이용되는 종래의 장치와 비교하여 적어지기 때문에, 시료공정 베이스의 열팽창에 의한 변형이 방지되고, 전자 쳐크의 발열에 의한 공기진동이 공기 진동에 의해 야기된 레이저 길이 측정의 오차를 방지하면서 발생되지 않는다.When used for electromagnetic chuck, the chuck is attached to the protrusions distributed on the base, so that the heat generated by the chuck is less than in the conventional apparatus in which only one chuck is used, thereby preventing deformation due to thermal expansion of the sample processing base. In addition, air vibration due to heat generation of the electron chuck is not generated while preventing an error in laser length measurement caused by air vibration.
상기 각 기능에 의해, 시료의 고정밀 위치 결정이 수행될 수 있다.By each of the above functions, high precision positioning of the sample can be performed.
두번째 목적의 해결수단에 따라서, 대충 조정 스테이지의 X, Y축의 구동기구가 프레임에서 분리되기 때문에, 구동기구의 진동은 대충 조정 스테이지의 이동 동안 시료고정 베이스에 전달되지 않아서, 시료의 미소위치 결정이 시료대충조정이 일어난 바로 직후에 미소 조정 스테이지에 의해 일어나고, 시료위치 결정에 필요한 시간이 단축된다.According to the solution of the second object, since the drive mechanisms on the X and Y axes of the rough adjustment stage are separated from the frame, the vibration of the drive mechanism is not transmitted to the sample holding base during the movement of the rough adjustment stage, so that the micro positioning of the sample is performed. Immediately after the sample roughening occurs, the microadjusting stage occurs, and the time required for sample positioning is shortened.
X, Y축의 대충 조정 구동기구와 대충 조정 스테이지는 가요성 그리고 탄력성 부재에 의해 접합되고 대충 조정 스테이지가 Z축 방향으로 이동될 때, 이동에 의한 진동이 탄력성부재의 탄력 변형을 이용하여 흡수될 수 있기 때문에, 대충 조정 스테이지는 이동으로 인해 손상되지 않는다.When the rough adjustment drive mechanism of the X and Y axes and the rough adjustment stage are joined by the flexible and elastic members and the rough adjustment stage is moved in the Z-axis direction, vibrations caused by the movement can be absorbed using the elastic deformation of the elastic members. Because of this, the coarse adjustment stage is not damaged by the movement.
제1도와 2도를 참조하면, 1은 장치의 프레임을 나타낸다. 대충 조정 스테이지(3)와 미소 조정 스테이지(4)는 프레임(1)의 스페이스(2)내에 공급된다.1 and 2, 1 represents a frame of the device. The rough adjustment stage 3 and the fine adjustment stage 4 are supplied in the space 2 of the frame 1.
대충 조정 스테이지(3)은 직각 형태의 베이스(3A)와 베이스(3A)의 상측면에 분산되어 공급된 돌출부(3B₁)...(3Bn)로 구성된다. 제2도에서의 실시예에서, 돌출부는 3B₁...3B8인 8개 부분으로 구성된다.The roughly adjusting stage 3 is comprised from the base 3A of a right angle form, and the protrusion parts 3B '... 3Bn distributed and supplied to the upper side surface of the base 3A. In the embodiment in FIG. 2, the protrusions 3B₁ ... 3B 8 which is composed of eight parts.
제2도에서, 후술된 시료 고정 베이스(5)가 생략된다. 제2도에서 나타내듯이, 대충 조정 스테이지(3)는 가용성 그리고 탄력성 부재(10)를 통하여 스테이지 (3A)의 한쪽에 X축 대충 조정 구동기구(6)에 연결되고 스테이지(3A)의 다른쪽에는 Y축 대충 조정 구동기구가 연결된다. 대충 조정 스테이지(3)은 또한 접합부재(10)과 베이스(3A) 아래에 위치한 Z축 대충 조정 구동기구(도시되지 않음)에 의해 지지된다.In FIG. 2, the sample holding base 5 described below is omitted. As shown in FIG. 2, the rough adjustment stage 3 is connected to the X axis rough adjustment drive mechanism 6 on one side of the stage 3A via the fusible and resilient member 10 and on the other side of the stage 3A. Y-axis rough adjustment driving mechanism is connected. The rough adjustment stage 3 is also supported by a Z-axis rough adjustment drive mechanism (not shown) located below the joining member 10 and the base 3A.
본 실시예의 X축 대충 조정구동기구(6)과 Y축 대충 조정구동기구(7)은 각각 스크루우 막대(8)의 드라이버와 시동기(9)로 구성되고, 프레임(1)에서 분리된다. 대충 조정 스테이지(3)은 ±25mm 내에서 행정이 형성되고 ±2μm 정확도로 멈춘다. 스크루우 막대(8)은 프레임(1)을 통과한다. 막대의 팁(8)과 대충 조정 스테이지(3)은 상기와 같이 유연성 접합부재(10)을 통해 접합된다. 돌출부(3B₁)-(3B₁)의 상측면 상에, 각 돌출부의 전자기 쳐크(11)가 제공된다.The X-axis rough adjustment driving mechanism 6 and the Y-axis rough adjustment driving mechanism 7 of this embodiment are each composed of a driver and a starter 9 of the screw rod 8 and are separated from the frame 1. Roughly adjusting stage 3 forms a stroke within ± 25mm and stops with ± 2μm accuracy. The screw rod 8 passes through the frame 1. The tip 8 of the rod and roughly adjusting stage 3 are joined via the flexible joining member 10 as described above. On the upper surface of the projections 3B '-(3B'), an electromagnetic chuck 11 of each projection is provided.
미소 조정 스테이지(4)는 직각으로 형성되고 대충 조정 스테이지(3)와 비교하여 넓은 영역을 가진다. 대충 조정 스테이지(4)는 상·하 방향으로 스테이지(4)를 관통하는 많은 관통공간을 구비한다. 관통공간(4A)은 돌출부(3B₁)-(3B8)에 상응하는 8개의 공간(4A₁)-(4A8)으로 구성된다. 관통공간은 미소 조정 스테이지(4)를 통하여 분산되어 위치한다.The fine adjustment stage 4 is formed at a right angle and has a large area in comparison with the rough adjustment stage 3. The roughly adjusting stage 4 has many through spaces which penetrate the stage 4 in an up-down direction. Through space (4A) has projections (3B₁) - it consists of (4A 8) - 8 of spaces (4A₁) corresponding to (3B 8). The through spaces are distributed and located through the micro adjustment stage 4.
미소 조정 스테이지(3)의 베이스(3A)는 미소 조정 스테이지(4) 하부에 위치한다. 돌출부(3B₁)-(3B8)는 관통구멍(4A₁-4A8)에 삽입된다. 미소 조정 스테이지(4)는 X축 미소 조정 구동기구(12), Y축 미소 조정 구동기구(13) 그리고 Z축 미소 조정 구동기구(14)에 의해 지지된다. X, Y 그리고 Z축 미소 조정 구동기구는 예를들어, 압전 소자의 작동기에 의해 형성된다. 각 압전소자는 80μm 내에서 이동될 수 있다. Z축 미소 조정 구동기구는 3점에서 미소 조정 스테이지(4)를 지지한다. 세 개의 Z축 미소 조정 구동기구의 변위량을 미분함으로써, 상·하 방향으로의 경사(△λ)의 제어가 행해진다.The base 3A of the micro adjustment stage 3 is located below the micro adjustment stage 4. The projections 3B'- 3B 8 are inserted into the through holes 4A'-4A 8 . The fine adjustment stage 4 is supported by the X-axis fine adjustment drive mechanism 12, the Y-axis fine adjustment drive mechanism 13, and the Z-axis fine adjustment drive mechanism 14. The X, Y and Z axis fine adjustment drive mechanisms are formed, for example, by actuators of piezoelectric elements. Each piezoelectric element can be moved within 80 μm. The Z axis fine adjustment drive mechanism supports the micro adjustment stage 4 at three points. By differentiating the displacement amounts of the three Z-axis fine adjustment drive mechanisms, the control of the inclination Δλ in the up and down directions is performed.
X축 미소 조정 구동기구(12)와 Y축 미소 조정 구동기구를 연합함으로서, 미소 회전각(△θ)은 X, Y축 평면에서 얻어진다. 압전 작동기(12)(13) 그리고 (14)을 이용하여, △X와 △Y의 미소 조정이 ±0.02μm 내에서 일어날 수 있고, △Z는 ±0.1μm 내에서 일어나고, △θ는 ±0.02μm/20mm 내에서 일어나고, △λ의 경사는 ±0.1μm/20mm 내에서 조정된다.By associating the X-axis fine adjustment drive mechanism 12 with the Y-axis fine adjustment drive mechanism, the micro-rotation angle Δθ is obtained in the X and Y axis planes. Using the piezoelectric actuators 12 (13) and (14), fine adjustment of ΔX and ΔY can occur within ± 0.02 μm, ΔZ occurs within ± 0.1 μm, and Δθ is ± 0.02 μm. Occurs within / 20 mm, and the inclination of Δλ is adjusted within ± 0.1 μm / 20 mm.
스테이지(3)과 (4)를 조립하여, 각 스테이지는 독립하여 이동될 수 있다. 분명히, 대충 조정 스테이지(3)와 미소 조정 스테이지(4)는 돌출부(3B)와 미소 조정 스테이지(4) 사이의 공간을 유지하는 X, Y축의 두 방향으로 그리고 Z축 방향으로 이동될 수 있다. 많은 전자기 쳐크(13)은 미소 조정 스테이지(4)의 상측면상에 분산되어 제공된다. 부수적으로, 전기자 쳐크(13)가 생략된다. 미소 조정 스테이지(4)가 초미세 범위에서 이동되기 때문에, 적은 쇼크가 장치에 주어져도 시료 고정 베이스(5)는 쳐크 없이 고정된 위치에서 유지될 수 있다.By assembling the stages 3 and 4, each stage can be moved independently. Clearly, the rough adjustment stage 3 and the fine adjustment stage 4 can be moved in two directions of the X and Y axes and in the Z axis direction, which maintains the space between the protrusion 3B and the micro adjustment stage 4. Many electromagnetic chunks 13 are distributed and provided on the upper side of the micro adjustment stage 4. Incidentally, the armature chuck 13 is omitted. Since the microadjustment stage 4 is moved in the ultrafine range, the sample holding base 5 can be held in a fixed position without chucking even if little shock is given to the apparatus.
시료 고정 베이스(5)는 대충 조정 스테이지(3)와 미소 조정 스테이지(4) 위에 제공된다. 시료 고정 베이스(5)는 시료(16)를 흡수하기 위한 진공 흡수기(15)와 미러와 레이저를 이용한 시료 사이의 길이를 측정하기 위한 미러(17)을 장착한다.The sample fixing base 5 is provided on the rough adjustment stage 3 and the fine adjustment stage 4. The sample fixing base 5 is equipped with a vacuum absorber 15 for absorbing the sample 16 and a mirror 17 for measuring the length between the mirror and the sample using the laser.
아래에서 본 발명의 장치의 동작을 설명한다.The operation of the apparatus of the present invention is described below.
시료(16)의 위치 결정이 일어날 때, 미소 조정 스테이지(4)는 Z축 미소 조정 구동 기구를 이용하여 대충 조정 스테이지(3)의 돌출부(3B)에서 10μm 아래에 위치 결정된다. 이 상태에서, 대충 조정 스테이지(3)의 돌출부(3B)는 시료 고정 베이스(5)를 지지한다. 전기자 쳐크(11)을 동작시켜서, 시료고정 베이스(5)가 돌출부(3B)에 의해 흡수된다. 이 경우에, 시료고정 베이스는 시료고정 베이스의 크기와 관련하여 모든 돌출부(3B₁)-(3Bn)에 의해 항상 지지되는 않는다. 그러나 세 돌출부 상에서 최소한 세 개의 전기자 쳐크에 의해 지지된다.When the positioning of the sample 16 takes place, the fine adjustment stage 4 is positioned 10 μm below the projection 3B of the rough adjustment stage 3 using the Z-axis fine adjustment drive mechanism. In this state, the projection 3B of the roughly adjusting stage 3 supports the sample holding base 5. By operating the armature chuck 11, the sample fixing base 5 is absorbed by the protrusion 3B. In this case, the sample fixing base is not always supported by all the projections 3B '-(3Bn) with respect to the size of the sample fixing base. However, it is supported by at least three armature chucks on three protrusions.
그 다음에, 시료고정 베이스(5)는 X축 대충 조정 구동기구(6)와 Y축 대충 조정 구동기구를 겨쳐 X와 Y축의 방향으로 단계적으로 보내진다.Then, the sample fixing base 5 is sent stepwise in the directions of the X and Y axes, facing the X axis rough adjustment drive mechanism 6 and the Y axis rough adjustment drive mechanism.
본 실시예의 대충 조정 스테이지(3)은 140ms 내에서 15mm 단계로 시료고정 베이스(5)을 이동시키기 때문에, 시료 고정 베이스(5)는 0.04G의 가속을 받는다. 전기자 쳐크(11)의 흡수력은 쳐크 금속으로 S20C을 선택하여, 화학적 니켈판 10-20μm을 상기 금속으로 납땜하고, 0.1∼0.2 암페어의 전류를 코일(도시되지 않음)에 흐르게 함으로써 얻어질 수 있다.Since the rough adjustment stage 3 of this embodiment moves the sample holding base 5 in steps of 15 mm within 140 ms, the sample holding base 5 is subjected to an acceleration of 0.04G. The absorbing force of the armature chuck 11 can be obtained by selecting S20C as the chuck metal, soldering a 10-20 μm chemical nickel plate with the metal, and flowing a current of 0.1 to 0.2 amps to the coil (not shown).
종래의 대형화에서는 전기자 쳐크는 약 1 암페어가 코일에 흘러야만 했다.본 발명의 전류치는 0.1-0.2암페어에서, 코일의 온도 상승은 0.5℃ 아래로 억제된다. 대충 조정이 완료된 후에, 세개의 Z축 압전 작동기(14)가 대충 조정스테이지(3)의 돌출부(3B)의 상측면 보다 10μm 높은 미소 조정 스테이지(4)에 연장된다. 이때에, 대충 조정 스테이지(3)의 전기자 쳐크(11)의 스위치가 오프되고, 미소 조정 스테이지(4)의 전기자 쳐크(13)의 다른 스위치(도시되지 않음)가 온된다. 이 방법으로, 시료고정 베이스(5)는 대충 조정 스테이지에서 미소 조정 스테이지(4)로 통과되고 미소 조정 스테이지(4)에 의해 흡수된다. 이때에, 대충 조정 스테이지는 초기위치로 되돌아온다.In the conventional enlargement, the armature chuck had to flow about 1 amp to the coil. At the current value of 0.1-0.2 amp, the temperature rise of the coil is suppressed below 0.5 ° C. After the rough adjustment is completed, three Z-axis piezoelectric actuators 14 extend to the fine adjustment stage 4 which is 10 m higher than the upper side of the projection 3B of the rough adjustment stage 3. At this time, the switch of the armature chuck 11 of the rough adjustment stage 3 is turned off, and the other switch (not shown) of the armature chuck 13 of the fine adjustment stage 4 is turned on. In this way, the sample fixing base 5 is passed from the rough adjustment stage to the micro adjustment stage 4 and absorbed by the micro adjustment stage 4. At this time, the rough adjustment stage returns to the initial position.
그 다음에, △X, △Y 그리고 △Z의 방향으로 시료(16) 위에 시료고정 베이스(5)의 미소 조정, △θ의 미소 회전 조정 그리고 △λ의 미소 경사 조정은 X, Y 그리고 Z의 압전 작동기(12),(13) 그리고 (14)을 이용하여 일어난다.Then, the fine adjustment of the sample fixing base 5 on the sample 16 in the directions of ΔX, ΔY and ΔZ, the fine rotation adjustment of Δθ and the fine inclination adjustment of Δλ are made of X, Y and Z. Piezoelectric actuators 12, 13 and 14 are used to produce this.
상기 대충 조정 위치결과가 미소 조정 위치 결정을 반복함으로써, 시료(16)에의 광투사와 전자선 묘화가 미리 설정된 각 시료위치에서 수행된다. 대충 조정 스테이지(3)와 시료 고정 베이스(5) 사이의 상대위치가 각 광투사와 전자선 묘화에서 점차 변화되기 때문에, 돌출의 상대위치도 또한 점차 변한다.The rough adjustment position result repeats the fine adjustment position determination, whereby light projection to the sample 16 and electron beam drawing are performed at each preset sample position. Since the relative position between the coarse adjustment stage 3 and the sample holding base 5 gradually changes in each light projection and electron beam drawing, the relative position of the protrusion also gradually changes.
본 발명의 실시예에 따르면, 다음의 효과가 얻어진다. 대충 조정 스테이지(3)와 미소 조정 스테이지(4)와는 독립적으로 이동하기 때문에, 대충 조정의 구동력 부하가 감소될 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the following effects are obtained. Since the coarse adjustment stage 3 and the fine adjustment stage 4 move independently, the driving force load of the coarse adjustment can be reduced.
시료 고정 베이스(5)가 대충 조정 스테이지(3)의 많은 돌출부(3B₁-3Bn) 사이에서 최소한 3개의 돌출부에 의해 흡수되기 때문에, 시료고정 베이스(5)와 대충 조정 스테이지(3) 사이의 상대위치가 변화될 때에도, 본 발명의 실시예의 장치는 한 방향으로 시료고정 베이스에 장착된 시료의 오우버행을 야기하는 시료의 캔틸레버형 홀딩을 방지할 수 있다. 반대로, 본 영역의 종래 장치는 상기 설명되었듯이 캔틸레버형 홀딩에서 시료를 고정하여야 한다. 따라서, 본 발명은 시료 고정 베이스(5)의 오우버행에 의해 야기된 뒤틀림의 발생을 방지할 수 있다.Since the sample holding base 5 is absorbed by at least three protrusions between the many protrusions 3B₁-3Bn of the roughly adjusting stage 3, the relative position between the sample fixing base 5 and the roughly adjusting stage 3. Even when is changed, the device of the embodiment of the present invention can prevent the cantilevered holding of the sample causing the overhang of the sample mounted on the sample holding base in one direction. In contrast, prior art devices in this area must hold the sample in the cantilevered holding as described above. Therefore, the present invention can prevent the occurrence of distortion caused by the overhang of the sample fixing base 5.
본 발명의 실시예의 장치는 돌출부(3B₁-3Bn) 사이에서 최소한 3개의 돌출부에 의해 시료고정 베이스(5)를 흡수하기 때문에, 대충 조정 스테이지가 X와 Y축에 직질될 때 대충 조정 스테이지는 회전력의 작용을 방지할 수 있다.Since the apparatus of the embodiment of the present invention absorbs the sample fixing base 5 by at least three protrusions between the protrusions 3B₁-3Bn, the roughly adjusting stage is of the rotational force when the roughening stage is woven on the X and Y axes. The action can be prevented.
대충 조정 스테이지(3)의 전기자 쳐크(11)가 분산되어 제공되기 때문에, 각 전기자 쳐크(11)는 작게되고, 전기자 쳐크(11)에서의 발열량이 억제되고, 시료고정 베이스(5)의 열팽창에 의해 야기된 변형이 방지되고 발열에 의해 야기된 공기진동이 레이저 이용 길이 측정의 오차가 방지되도록 억제될 수 있다. 따라서, 시료의 고정밀 위치측정이 상기 동작에 의해 일어날 수 있다.Since the armature chucks 11 of the roughly adjusting stage 3 are distributed and provided, each armature chuck 11 becomes small, the amount of heat generated in the armature chucks 11 is suppressed, and the thermal expansion of the sample fixing base 5 is prevented. The deformation caused by the deformation is prevented and the air vibration caused by the heat generation can be suppressed so that the error of the laser use length measurement is prevented. Therefore, high precision positioning of the sample can occur by the above operation.
대충 조정 스테이지(3)의 X와 Y축의 구동기구(6)와 (7)은 프레이(1)에서 분리되어 제공되기 때문에, 구동기구의 진동은 대충 조정 스테이지(3)의 이동 동안에 시료 고정 베이스(5)에 전달되지 않아, 대충 고정이 행해지는 후 미소 조정에 필요한 조정시간이 단축될 수 있다. 구체적으로, 각 광투사와 전자선 묘화의 각 한 단계에서 시료 위치 결정하는 필요한 시간은 상기 단계 이동에서 15mm의 대충 조정과 대충 조정후 일어나는 미소 조정을 포함하여 0.4msec 내이다.Since the drive mechanisms 6 and 7 of the X and Y axes of the rough adjustment stage 3 are provided separately from the frame 1, the vibration of the drive mechanism may cause the vibration of the drive mechanism to be adjusted during the movement of the rough adjustment stage 3. Since it is not delivered to 5), the adjustment time required for the fine adjustment after the rough fixing is performed can be shortened. Specifically, the required time for sample positioning in each step of each light projection and electron beam drawing is within 0.4 msec, including rough adjustment of 15 mm in the step movement and micro adjustment occurring after the rough adjustment.
돌출부(3B₁)-(3Bn)에 의해 삽입된 미소 조정 스테이지(4)의 관통공간(4A)이 상기 실시예에서 많은 직각 모양의 공간(4A₁)-(4An)에 의해 형성되어도, 관통공간은 노치에 의해 만들어진다. 더욱이, 관통공간은 대신에 한공간으로 될 수 있고, 여기에 돌출부(3B₁)-(3Bn)은 함께 수용될 수도 있다.Although the through space 4A of the micro adjustment stage 4 inserted by the protrusions 3B '-(3Bn) is formed by the many right-angle spaces 4A'-(4An) in the above embodiment, the through space is notched. Is made by Furthermore, the through space may instead be one space, where the projections 3B '-(3Bn) may be housed together.
제1본 발명의 해결수단은 미소 조정 스테이지가 대충 조정 스테이지와는 독립하여 제공되고, 시료 고정 수단이 대충 조정 스테이지의 많은 돌출부에 의해 고정되기 때문에, 시료 고정 수단의 오우버행에 의해 야기된 편향이 방지되고, 대충 조정 스테이지의 X, Y축의 안정된 이동이 유지된다. 발열량이 전기자 쳐크가 이용될 때 억제되기 때문에, 고정밀의 시료위치 결정이 시료고정 베이스가 대형화일지라도 수행될 수 있다.The solution of the first aspect of the present invention is that since the microadjustment stage is provided independently of the rough adjustment stage, and the sample holding means is fixed by many protrusions of the rough adjusting stage, deflection caused by the overhang of the sample holding means is prevented. It is prevented and stable movement of the X and Y axes of the rough adjustment stage is maintained. Since the calorific value is suppressed when the armature chuck is used, high precision sample positioning can be performed even if the sample fixing base is enlarged.
제2본 발명의 해결수단은 X와 Y축 구동기구의 진동이 구동기구의 이동 동안 시료고정 베이스에 전달되지 않는 것이기 때문에, 대충 조정이 완료된 후 일어나는 미소 조정의 조정시간이 단축되어 시료위치 결정과 과정이 단축될 수 있다.The solution of the second aspect of the present invention is that the vibration of the X and Y axis drive mechanisms is not transmitted to the sample holding base during the movement of the drive mechanisms, so that the adjustment time of the fine adjustments occurring after rough adjustment is completed is shortened. The process can be shortened.
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