TW202022312A - 載台裝置及荷電粒子線裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種實現兼顧阿貝誤差之減低與反射鏡輕量化之技術。 本發明之一態樣揭示一種載台裝置，其具備：試樣台，其載置試樣；第1驅動機構，其使試樣台於第1方向移動；位置測量元件，其測量試樣台之驅動方向即第1方向之位置；刻度元件，其具有與位置測量元件之第1方向之第1測定軸平行且與該第1測定軸高度不同的刻度測定軸，測定試樣台之第1方向之位置；及控制器，其使用位置測量元件之測量值、及刻度元件之測量值，算出試樣台之姿勢，並修正試樣台之阿貝誤差。

Description

載台裝置及荷電粒子線裝置
本發明係關於一種載台裝置及荷電粒子線裝置。
在用於半導體晶圓之製造、測定、檢查等之電子顯微鏡等荷電粒子線裝置中，為了對試樣之所需之位置照射光束，設置有使試樣之位置移動之載台。此種載台為了使試樣於二維方向上移動，具備用以使試樣於至少2個方向上移動之驅動機構。又，載台之位置測定中通常使用雷射干涉儀。
例如，專利文獻1中揭示一種載台裝置，其測定平台之斜率，修正與斜率對應之測量誤差。更具體而言，於專利文獻1中，除測定固定於平台之反射鏡之水平方向位置之干涉儀以外，增設2個用以測定於高度方向設置有間距之2點並測量反射鏡之斜率之干涉儀。根據此種構成，於在水平面內(沿XY之二軸)動作之載台中，能夠降低伴隨載台之傾斜所產生之測量誤差(阿貝誤差)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3890233號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，於欲降低阿貝誤差之情形時，如專利文獻1所示之先前技術中存在各種問題。例如，除位置測量用干涉儀以外，需要增設斜率測量用干涉儀，測長系統之成本變為2倍，裝置成本增大。又，為了測定斜率，需要測定反射鏡之高度不同之2點，需要擴大反射鏡高度。進而，需要將2台干涉儀橫向排列，反射鏡之長度亦增大。又，在亦於鉛直方向(Z方向)進行定位之載台中，需要根據Z方向之可動行程進而擴大反射鏡之高度。反射鏡之擴大除反射鏡及平台之製造成本增大以外，由載台移動所引起之反射鏡之振動增大。進而，由於可動質量之增大，馬達發熱增加，導致熱變形引起之定位誤差增大。 本發明係鑒於此種狀況而完成者，提供一種實現兼顧阿貝誤差之降低與反射鏡輕量化之技術。 [解決問題之技術手段]
為了達成上述問題，本發明之一態樣揭示一種載台裝置，其具備：試樣台，其載置試樣；第1驅動機構，其使試樣台於第1方向移動；位置測量元件，其測量試樣台之驅動方向即第1方向之位置；刻度元件，其具有與位置測量元件之第1方向之第1測定軸平行且與該第1測定軸高度不同的刻度測定軸，測量試樣台之第1方向之位置；及控制器，其使用位置測量元件之測量值、及刻度元件之測量值，算出試樣台之姿勢，並修正試樣台之阿貝誤差。
與本發明相關聯之進一步之特徵由本說明書之記載、隨附圖式而明確。又，本發明之態樣藉由元件及多種元件之組合以及以下之詳細記載與隨附之申請專利範圍之樣態而達成實現。 需理解，本說明書之記載僅為典型之例示，而並非將本發明之申請專利範圍或應用例於任何意義上進行限定。 [發明之效果]
根據本發明，於載台裝置及荷電粒子線裝置中，能夠實現兼顧阿貝誤差之降低與反射鏡輕量化。
本實施形態揭示一種修正荷電粒子線裝置等中所使用之載台裝置之由阿貝誤差所引起之定位誤差之技術。
以下，針對兼顧本實施形態之阿貝誤差降低與防止裝置規模之長大化，詳細地進行說明。再者，在此之前，首先，針對阿貝誤差產生因素及阿貝誤差降低之必要性進行敍述，使技術問題得以進一步呈現。
＜阿貝誤差產生因素及阿貝誤差降低之必要性＞ 隨著近年來之半導體素子之微細化，不僅製造裝置，對檢查裝置或測量裝置亦要求定位精度之高精度化。例如，為了搜尋所需之檢查部位，以載台之位置座標為基準獲得晶圓上之圖案之SEM(scanning electron microscope，掃描式電子顯微鏡)圖像。即便於載台存在定位誤差之情形時，只要能夠準確地測定晶圓之距目標值之位置偏差，則藉由使電子束偏向，亦能夠修正載台之位置偏差，測定所需之圖案。但，於無法準確地測定晶圓之距目標值之位置偏差之情形時，由於電子束之修正產生誤差，故無法對所需之圖案之位置照射電子束，而產生視野偏差。將以此方式產生之觀察目標之圖案位置與修正載台位置偏差後所照射之電子束照射位置之距離稱為視野定位誤差。裝置之圖案微細化進展程度越高，若產生視野定位誤差，則越難以到達所需之檢查部位。 於此，於雷射光軸之高度與晶圓上表面之觀察面之高度存在差之情形時，根據平台之斜率變化而產生阿貝誤差。
於具有能夠搬送晶圓之載台之荷電粒子線裝置中，藉由進行平台之斜率之測量(縱搖測量)，能夠修正阿貝誤差，降低視野定位誤差。但，於增設干涉儀而測量斜率之情形時，相應地，反射鏡質量或其所需之成本增大。進而，於Z方向上移動之載台之情形時，需要擴大反射鏡高度之Z軸行程量，反射鏡質量進一步增加。若反射鏡尺寸擴大，則為了支持反射鏡，亦需要使平台大型化，載台之可動質量大幅增大。藉此，載台之馬達發熱增大，因熱變形而導致視野定位精度劣化。又，載台移動時之管柱或試樣室之振動增大，需要延長移動後之振動衰減等待時間，從而難以提高產能。又，若反射鏡尺寸擴大，則亦需要擴大將其收納之試樣室，此亦導致裝置之大型化及製造成本增大。即，不僅需要增設干涉儀，而且對載台裝置中之其他構成要素之影響亦較大。
對此，本實施形態例示於載台裝置中之平台下表面追加線性刻度尺之構造。通常，線性刻度尺與干涉儀相比，小型、輕量、低價，能夠不增大載台之可動質量或製造成本而排除阿貝誤差。即，根據本實施形態，不增大載台之尺寸或可動質量而抑制阿貝誤差，若為例如荷電粒子線裝置，則能夠提高視野定位精度。
具體而言，本實施形態主要針對載台裝置及荷電粒子線裝置進行說明，該載台裝置係具備支持試樣並使該試樣於X方向及Y方向上移動之X方向及Y方向移動機構、或使該試樣於X方向上移動之X方向移動機構之試樣載台裝置，且具備X方向及Y方向測定用雷射干涉儀、及與雷射干涉儀之光軸不同之高度之X方向及Y方向測定用線性刻度尺。根據該構成，能夠兼顧載台之輕量化與視野定位誤差降低。再者，亦能夠將本實施形態之技術思想應用於具有X-Y-Z軸方向之定位機構之載台裝置。於此情形時，無論於將Z機構固定於何位置之情形時，均能夠將由阿貝誤差所引起之視野偏差最小化，從而能夠提高視野定位精度。
(1)第1實施形態 第1實施形態係關於一種載台裝置，其具備如下功能：於XY載台(XY平台：X方向及Y方向移動機構)中，在與雷射干涉儀之光軸不同之高度測量XY載台之XY位置，並修正阿貝誤差。尤其，於一般之具備Z機構之XY載台中，由於測定XY方向之干涉儀之光軸高度與由Z機構定位之試樣之高度之差因Z機構之位置而變化，故阿貝誤差增減。又，於搭載有Z載台之載台裝置或荷電粒子線裝置中，欲於將試樣置於較高之位置及置於較低之位置兩種情形時確保較高之定位精度時，干涉儀光軸與試樣之高度之差於上述任一情形時、或兩種情形時變大，阿貝誤差變大。因此，於兩種情形(將試樣載置於較高之位置及較低之位置兩個位置之情形)時，難以提高定位精度。
本實施形態之載台構造之特徵在於形成如下構成：除進行載台之位置測量之干涉儀以外，具備具有與干涉儀光軸平行且不同高度之測定軸之斜率測量用線性刻度尺。根據該構成，提供一種無論試樣由Z機構定位於何高度，均能夠測量斜率並修正阿貝誤差，且具有較高之視野定位精度之載台構造。以下，針對第1實施形態，詳細地進行說明。
＜荷電粒子線裝置之構成例＞ 本發明之技術例如可應用於荷電粒子線裝置。因此，參照圖1，針對荷電粒子線裝置之構成例進行說明。此處，作為荷電粒子線裝置之一例，列舉半導體測量裝置(以下，測長SEM)。
測長SEM具備搭載於試樣室112上之電子光學系統鏡筒101。試樣室112由除振座架113所支持。測長SEM自電子光學系統鏡筒101將電子束照射至晶圓106上，拍攝晶圓106上之圖案，並進行圖案之線寬之測量或形狀精度之評估。於試樣室112內搭載有將試樣台105設為可動部之載台(例如，XY載台)，於試樣台105固定有供搭載作為觀察對象之晶圓106之吸盤108。平台(例如，包括Y平台與載置於其上之X平台之平台)105藉由未圖示之線性馬達或壓電致動器等驅動機構可移動地構成。於本實施形態中，針對具備使平台(例如，X平台)於X方向上移動之驅動機構(第1驅動機構)、使平台(例如，Y平台)於Y方向上移動之驅動機構(第2驅動機構)之載台裝置進行說明。
又，試樣台105由導件107所支持，藉由雷射干涉儀104測量反射鏡111之位置而獲得載台座標，藉由控制器109(控制裝置)進行定位控制。控制器109如下所述般供給用以驅動XY載台機構(第1及第2驅動機構)之訊號。
於此種測長SEM中，例如，於雷射測長值與圖像之偏差具有再現性之情形時，藉由對座標記錄圖像之偏差量而製作修正映射表，能夠修正圖像之偏差量。具體而言，若使電子束移動對載台之當前位置測定值與目標位置之差量加上該修正映射表之圖像之偏差量所得之量，則能夠使具有再現性之平台姿勢變化引起之視野定位誤差為接近0之值。然而，於平台之姿勢變化無再現性之情形或混入無再現性之成分之情形等時，即便使用修正映射表，有時亦會殘存視野定位誤差。尤其，為了測量圖案間距為數nm之裝置，需要將該視野定位誤差降低至極限。
＜平台之姿勢誤差與視野定位誤差之關係＞ 圖2係用以說明平台之姿勢誤差導致視野定位誤差之模式圖。圖2表示試樣台105自電子束201照射至晶圓106之中心之狀態傾斜之情形。
於試樣台105傾斜之情形時，反射鏡111與電子束201之X軸方向之相對距離202變化，反射鏡111與觀察點之X軸方向之相對距離產生變化，成為位置偏差(視野偏差、圖像偏差)203。如此，若試樣台105之斜率變化，則反射鏡111與觀察目標點之水平方向之距離變化，其成為視野定位誤差。
＜阿貝誤差之產生原理＞ 圖3係用以說明阿貝誤差之產生原理之圖。此處，將試樣台105、試樣(晶圓)106及反射鏡111模型化為由一個長方體(測定及觀察對象)301所構成之剛體。
於圖3中，若將雷射光軸115與試樣觀察點之高度之差設為A(圖3中，高度302：阿貝偏位)，將平台之斜率設為
Figure 02_image001
(圖3中，斜率303)，則由試樣台105傾斜所引起之觀察點之位置偏差D(圖3中，位置偏差203)表示為D＝A・
Figure 02_image001
。
即，若斜率固定，則位置偏差(D203)與高度之差(A302)成比例地變大。另一方面，若能夠使觀察面之高度與雷射光軸115之高度一致而使高度之差302為0，則能夠將由斜率所引起之位置偏差203設為0。例如，於欲將阿貝誤差設為1 nm以下之情形時，需要使斜率為0.1秒左右，且使高度之差約為2 mm以下。
＜干涉儀追加方式之問題＞ 為了測定阿貝誤差，根據先前之構成例(專利文獻1中揭示之技術)，增設干涉儀(干涉儀追加方式)。此處，針對干涉儀追加方式之問題進行討論。圖4係用以說明作為進行平台之斜率測量之代表性公知例的干涉儀追加方式之問題之圖。
於圖4A所示之載台中，藉由雷射干涉儀104測量X平台405及Y平台406之位置。惟於該構成中，無法測量平台之斜率。
相對於此，於圖4B所示之載台中，追加雷射干涉儀404，藉由2條雷射光束(光軸401及401')之測量值之差量求出反射鏡111之斜率，將其設為平台之斜率(干涉儀追加方式)。該方式存在如下問題：需要追加高價之干涉儀，或需要擴大反射鏡111之長度及高度(成本增加、振動增加)。
此處，針對需要擴大反射鏡111之高度之理由，詳細地進行說明。圖5係用以具體地說明圖4B所示之干涉儀追加方式中需要擴大反射鏡111之高度之理由之圖。
圖5A係僅測量圖4A之位置之情形之X軸棒鏡之XZ平面之剖面。參照圖5A可知，所需之反射鏡111之有效面之高度502由雷射光束之束徑501決定。又，可知反射鏡111之整體高度尺寸503由反射鏡固定用零件504之尺寸決定。
另一方面，圖5B係藉由圖4B之干涉儀測量平台斜率之情形之X軸棒鏡之XZ平面之剖面。於此情形時，所需之反射鏡有效面之高度502由雷射光束之束徑501及干涉儀之雷射光束之間距508決定。與圖5A之情形相比，反射鏡111之有效範圍(高度502)變大，反射鏡111之尺寸505需要擴大反射鏡111之高度503。又，為了確保反射鏡研磨時之剛性，X方向之厚度亦變大。由此，載台之平台之反射鏡支持部507亦不得不擴大，因此，反射鏡之振動增大，平台之質量亦增大。 進而，亦針對需要擴大反射鏡111之長度之理由進行說明。圖6係用以具體地說明需要擴大反射鏡之長度之理由之圖。
參照圖6，於藉由干涉儀測量平台斜率之情形時，由於將位置測定用干涉儀403與斜率測定用干涉儀404相鄰設置，故需要延長干涉儀403及404之設置間距601之量、反射鏡111之長度。藉此，為了穩定地支持反射鏡111，需要擴大頂部平台(亦稱為X平台)405之面積，及伴隨於此，需要擴大Y平台406之面積，從而導致可動質量之增大。又，若反射鏡111之長度延長，為了避免干涉試樣室112，亦需要擴大試樣室112，從而導致裝置製造成本或佔據面積之擴大。
＜實現兼顧阿貝誤差之降低與反射鏡輕量化之構成例＞ 圖7係表示本實施形態之載台裝置之構成例之圖。於圖7所示之載台裝置中，於試樣室底面407之上搭載有試樣台105之Y平台406，於Y平台406上搭載有試樣台105之頂部平台405，於頂部平台405上搭載有晶圓106。藉由雷射干涉儀104測量各平台之位置。又，藉由固定於試樣室底面407及Y平台406上之線性刻度尺702、以及安裝於Y平台406之底面及頂部平台(X平台)405之底面各者之刻度頭703，而測量各平台之位置。繼而，利用藉由雷射干涉儀104測量所得之平台位置及藉由刻度尺702測量所得之平台位置，算出平台之姿勢。此處，雷射干涉儀與刻度尺之測定軸需要與X方向或Y方向平行且於Z方向上存在間距。
如此，於本實施形態中，不進行如先前例之干涉儀增設，而是藉由增設線性刻度尺702與刻度頭703，測定各平台之斜率(阿貝誤差)。藉由採用此種構成測定阿貝誤差，並修正測定所得之阿貝誤差，能夠兼顧降低阿貝誤差之問題與反射鏡輕量化、防止載台裝置之大規模化之問題。以下，針對阿貝誤差之測定，詳細地進行說明。
＜利用刻度尺之姿勢檢測＞ 圖8係用以說明本實施形態之利用刻度尺之姿勢檢測方法之概念圖。
於圖8A中，將雷射干涉儀光軸115與刻度尺702之測定軸之高度之差801設為L。繼而，如圖8B所示，考慮頂部平台405傾斜之情形。若將頂部平台405之相對於Y平台406之斜率802設為θy，則相對於相同之雷射值，產生刻度值之變化803。若將該刻度與雷射值之差量設為E，則如式(1)之關係成立。 E＝L・θy･･･(1) 藉由式(1)可導出式(2)。 θy＝E/L･･･(2)
根據式(2)求出平台之斜率θy。只要根據該斜率θy求出使用圖2及圖3進行說明之阿貝誤差，則能夠修正雷射值與晶圓觀察點之位置偏差、即視野偏差。
＜平台之斜率檢測之詳情：先前例(僅使用干涉儀之情形)與本實施形態(使用干涉儀與線性刻度尺之情形)＞ 圖9係用以對本實施形態之使用雷射與刻度尺之斜率檢測方法之優點進行說明之圖。圖9表示於產生相同之縱搖(平台相對於行進方向前傾)之情形時之阿貝誤差與感測器之測定值之關係。圖9A表示干涉儀追加方式之情形，圖9B表示本實施形態之刻度尺併用方式之情形。
如圖9A所示，於使用雷射干涉儀104及404之斜率測量之情形時，由於頂部平台405產生傾斜角度905(相當於圖8B中之斜率802)，故來自雷射干涉儀404之下側之雷射(測定軸(光軸)401')之測定位置(測定點)909向位置(雷射測長點)910移動。藉此，相對於藉由雷射干涉儀404之測定軸(光軸)401'獲得之測定位置909，產生雷射值之差量(刻度值之變化)901。再者，測定軸902表示藉由測長SEM讀取之晶圓之高度。
此處，若將差量(刻度值之變化)901設為E1，將干涉儀404之上下之雷射光束之間距508設為L1，將上側之雷射光束與晶圓106之高度之差設為L2，則基於傾斜角度905之觀察點(觀察目標之位置)908與移動後之觀察點907之間距、即視野偏差E2可如式(3)所示般求出。 E1/L1＝E2/L2･･･(3) 繼而，根據式(3)導出式(4)。 E2＝E1・L2/L1･･･(4)
於E1之雷射測定值中存在雜訊之情形時，只要能夠延長L1，則E1之雜訊對E2之測定值造成之影響亦較小。但，為了擴大L1，需要擴大反射鏡高度502，故就可動部質量或裝置成本之方面而言，難以如此進行。因此，於先前例中，測量E1之雷射干涉儀404需要高分辨率且高精度，進而存在成本高之可能性。
另一方面，於圖9B之刻度尺併用方式(本實施形態)中，由於能夠取較大之刻度尺702與雷射干涉儀104之雷射光軸115之高度之差801(L1)，故因微小之傾斜角度905，而較大地顯示出成為E1之刻度之差量(刻度值之變化)901。即，即便於E1中存在雜訊或誤差之情形時，由於L1較大，故亦能高精度且高分辨率地求出E2。又，通常，與干涉儀相比，線性刻度尺便宜，就裝置成本之方面而言亦有利。
＜由平擺所引起之誤差＞ 圖10係用以說明於雷射光軸115與刻度尺702錯開之情形時因頂部平台405之平擺(繞Z軸之旋轉)而產生誤差之圖。
如圖10所示，於雷射光軸115x與刻度尺702x之位置僅錯開距離1003之情形時，於圖7之方式中，由於頂部平台405之平擺(θz旋轉)，縱搖(θy旋轉)測量有時會產生誤差E1004。若將距離1003設為L3，則該誤差E可如式(5)所示。 E＝θz・L3･･･(5)
再者，於L3較小之情形、或平擺θz較小之情形時，由於誤差E微小，故無需考慮θz，因此即便於圖7之構成中亦能夠測量斜率。
＜刻度尺與雷射光軸之位置偏差之影響＞ 圖11係用以對於刻度尺之測定位置與干涉儀之測定位置錯開之情形時高精度地測量斜率之方法進行說明之圖。於圖7所示之構成(對於各平台，刻度尺與刻度頭之組為各1個)中，於利用雷射干涉儀(光軸115x)104所得之頂部平台405之測量位置與利用刻度尺702x所得之測量位置之偏差(位置偏差L3：距離1003)較大之情形或平擺θz較大之情形時，誤差E變大(參照式(5))，縱搖測量之精度降低。因此，為了應付此種狀況，如圖11所示，亦可追加測量與驅動方向垂直之方向之位移之X軸用垂直軸刻度尺1101及Y軸用垂直軸刻度尺1102(對於各平台，刻度尺與刻度頭之組各為2個)。X軸用垂直軸刻度尺1101測量頂部平台405之Y方向之位移，Y軸用垂直軸刻度尺1102測量Y平台406之X方向之位移。藉此，修正由平擺所引起之刻度尺702x之X方向之位置偏差，取利用測量X軸方向之距離之雷射干涉儀104(雷射光軸115x)測定之位置與經修正之刻度尺702x之測定值之差量，藉此能夠求出縱搖。又，根據利用另一個干涉儀(光軸115y)所得之X平台405之測定位置與垂直於X平台405之移動方向(X方向)之方向(Y方向)之平台的利用X軸用刻度尺1101所得之測量位置之差量，能夠求出橫搖(θx)(橫搖：平台若如朝橫向傾倒之運動)。 藉由上述方法，能夠求出頂部平台(X平台)405之相對於Y平台406之斜率(θx及θy)。
同樣地，關於Y平台406，亦能夠求出Y平台406之相對於試樣室112之斜率。繼而，藉由將頂部平台405之相對於Y平台406之斜率與Y平台406之相對於試樣室112之斜率相加，能夠求出頂部平台405相對於試樣室112之斜率，並用於修正阿貝誤差。
＜頂部平台之平擺及縱搖算出＞ 圖12係針對圖11之雷射干涉儀104與X軸用刻度尺702x及X軸用垂直軸1101之配置，僅抽出Y平台406與頂部平台405進行表示之圖。又，圖13係用以對頂部平台405之平擺算出進行說明之圖。
(i)頂部平台405之平擺 參照圖13A，針對求出頂部平台405之平擺之方法進行說明。於圖13A中，根據2個X軸用垂直軸刻度頭11031及11032之讀取值(測量值)之差量、及刻度尺(X軸刻度尺)702x與雷射干涉儀104之雷射光軸115之水平(Y方向)距離1305(距離L3)，能夠藉由式(6)求出頂部平台(X平台)405相對於Y平台406之平擺θz。 θz＝(Vx1－Vx2)/Lvx･･･(6)
再者，於式(6)中，Vx1表示1個X軸用垂直軸刻度頭11031之讀取值(測量值)，Vx2表示另一個X軸用垂直軸之刻度頭11032讀取值(測量值)。
(ii)頂部平台之縱搖 繼而，參照圖13B，針對求出頂部平台405之縱搖(繞Y軸之旋轉角)之方法進行說明。如上所述，於存在平擺θz之情形時，若利用X軸用刻度頭703x與來自雷射干涉儀104之雷射光束之測量值求出縱搖θy，則會產生誤差。因此，求出假定圖13A之刻度頭703x位於雷射光軸115上之情形時之假想位置1301，利用假想位置1301與雷射之測量值之差量，求出縱搖θy(角度1304)。刻度頭703x之假想位置1301係指將刻度頭703x向Y方向移動至與雷射光軸115一致之位置。繼而，於產生平擺θz時，藉由算出距離1305(距離L3)×θz，與無平擺θz之情形相比較，可知刻度頭703x之假想位置偏移多少。即，於存在平擺θz之情形時，若使用刻度頭703x之位置測定值Xscl，則頭假想位置1301之位置Xscl_h可如式(7)所示。 Xscl_h＝Xscl＋L3・θz･･･(7) 此處，L3(刻度尺(X軸刻度尺)702x與雷射干涉儀104之雷射光軸115之距離1305)係Y座標之函數，使用載台之位置座標。
(iii)進而，參照圖13B，縱搖θy如式(8)所示。 θy＝(Xlsr－Xscl_h)/Lvz･･･(8) 此處，Xlsr表示雷射干涉儀104之X軸方向雷射之測量值，Xscl_h表示藉由式(6)求出之刻度頭703x之假想位置，Lvz表示刻度尺(X軸刻度尺)702x與雷射干涉儀104之雷射光軸115之間的高度1304。
＜頂部平台之橫搖算出＞ 圖14係用以說明求出頂部平台405之橫搖θx之方法之圖。
(i)如圖14A所示，若將2個X軸用垂直軸刻度頭11031及11032之讀取值(測量值)分別設為Vx1及Vx2，則假定X軸用刻度頭703x位於來自干涉儀(雷射光軸115y)104之雷射之正下方之點1401之情形時之X軸用刻度頭703x之讀取值(測量值)Vx_h可如式(9)所示。 Vx_h＝(Vx1・Lvx2＋Vx2・Lvx1)/(Lvx1＋Lvx2)･･･(9)
再者，Lvx1及Lvx2表示X軸用垂直軸刻度尺11031及11032與雷射光軸115y之X方向之距離，可根據載台裝置之X座標求出。
(ii)又，如圖14B所示，若如上所述般將X軸用刻度頭703x之假想位置之讀取值(測量值)設為Vx_h，將雷射光軸115y與X軸用刻度尺1101之高度之差801設為Ls2，將利用干涉儀(雷射光軸115y)104所得之頂部平台405之測量位置設為Ylsr，則橫搖θx可如式(10)所示。 θx＝(Ylsr－Vx_h)/Ls2･･･(10) 再者，(Ylsr-Vx_h)表示頂部平台405傾斜時之變化量(以未傾斜時為基準)。
＜Y平台之平擺及縱搖算出＞ 於圖12至14中，針對載置於Y平台406上之頂部平台(X平台)405之位移(旋轉或傾斜)進行了探討，於圖15至18中，針對Y平台406之位移進行探討。
(i)關於雷射干涉儀與線性刻度尺之配置 圖15係針對圖11之雷射干涉儀104與Y軸用刻度尺(線性刻度尺)702y及1102之配置，僅抽出測定試樣室底面407與Y平台406之位置關係之元件進行表示之圖。
如圖15所示，2個雷射干涉儀104為了測量頂部平台(X平台)405之位置而設置，不藉由雷射干涉儀104測量Y平台406之位置。於試樣室底面407，設置有測量Y方向之Y平台406之位置之Y軸用刻度尺702y、及與Y軸用刻度尺702y平行之Y軸用垂直軸刻度尺1102。又，於Y平台406之底面，設置有測量Y平台406之Y方向之位置之刻度頭703y、及測量與Y平台406之驅動方向(Y方向)垂直之方向(X方向)之位移之Y軸用垂直軸刻度頭11041及11042。
(ii)Y平台406之平擺 圖16係用以對Y平台406之平擺算出方法進行說明之圖。再者，若以使利用雷射干涉儀104之雷射測得之測量位置與利用X軸用刻度尺(線性刻度尺)702x測得之X方向之測量位置一致之方式(因為用於頂部平台405之線性刻度尺設置於Y平台406之上)設計載台裝置，則Y平台406不於X軸方向移動。即，即便移動Y平台406，雷射照射之位置(X軸上之位置)與線性刻度尺之測量位置(X軸上之位置)亦不會錯開。因此，於此情形時，無需求出Y平台406之平擺θz，僅考慮縱搖θx及橫搖θy即可。
若由雷射干涉儀104之雷射測得之測量位置與由X軸用刻度尺702x測得之X方向之測量位置不一致，必須考慮平擺θz。於此種情形時，可根據2個Y軸用垂直軸刻度頭11041及11042之測量值(讀取值)之差量，基於式(11)求出Y平台406相對於試樣室底面407之平擺θz。 θz＝(Vy1－Vy2)/Lvy･･･(11)
此處，Vy1及Vy2表示2個Y軸用垂直軸刻度頭11041及11042之測量值(讀取值)，Lvy表示2個垂直軸刻度頭11041及11042之Y方向之間距1601。
(iii)Y平台406之縱搖 圖17係用以說明求出Y平台406之縱搖θx之方法之圖。
縱搖θx可使用來自干涉儀(雷射光軸115y)之雷射測得之測量值Yslr與Y軸用刻度尺(線性刻度尺)702y之刻度頭703y之測定值Yscl_h之差量值、及雷射光軸115y距試樣室底面407之高度Ls2，基於式(12)求出。 θx＝(Ylsr－Yscl_h)/Ls2･･･(12)
＜算出Y平台之橫搖＞ 圖18係用以說明Y平台406相對於試樣室底面407之橫搖方向之斜率θy之求出方法之圖。
於圖18A中，若將2個Y軸用垂直軸刻度頭11041及11042之測量值(讀取值)分別設為Vy1及Vy2，則於假定Y軸用垂直軸刻度頭11041及11042位於來自干涉儀(光軸115x)之雷射之正下方之點(假想頭之位置)1803之情形之Y軸用垂直軸刻度頭11041及11042之測量值(讀取值)Vy_h(假想頭之位置1803之值)可如式(13)所示。 Vy_h＝(Vy1・Lvy2＋Vy2・Lvy1)/(Lvy1＋Lvy2)･･･(13)
此處，Lv1及Lv2表示Y軸用垂直軸刻度頭11041及11042與雷射光軸115x之距離(Y方向)，其等之值可根據載台之Y座標(自操作員所給出之指令值)求出。
參照圖18B，若將Y軸用垂直軸刻度尺1102與雷射光軸115x之高度(Z方向之距離)1806設為Ls4，則Y平台406之斜率θy可基於式(14)求出。 θy＝(Xlsr－Vy_h)/Ls4･･･(14)
＜頂部平台之相對於試樣室底面之斜率＞ 圖19係用以對頂部平台(X平台)405相對於試樣室底面407之斜率之算出進行說明之圖。
參照圖19，頂部平台405相對於試樣室底面407之繞Y軸之斜率θy如式(15)所示，可藉由Y平台406相對於試樣室底面407之斜率θy2與頂部平台405相對於Y平台406之斜率θy1之和表現。 θy＝θy1＋θy2･･･(15) 同樣地，繞X軸之旋轉θx可如式(16)所示。 θx＝θx1＋θx2･･･(16)
＜刻度尺之誤差修正＞ 不僅頂部平台405及Y平台406，刻度尺702、702x、702y、1101、及1102亦係可能包含誤差之元件。雷射干涉儀104由於使用雷射光束進行測量(以光之波長為基準，測量客觀)，故測定值包含誤差之可能性極少，但刻度尺於製作時包含人或機械要素，故測定值包含誤差之可能性極高，各刻度尺之誤差亦不同(存在差異)。因此，需要修正刻度尺之誤差。
圖20係用以對刻度尺之誤差修正進行說明之圖。如圖20A所示，於刻度尺2001(相當於刻度尺702、702x、702y、1101、及1102)之格子2002之間距不固定之情形時，用刻度尺2001測定之平台位置會產生誤差。即，可知，若使用刻度值藉由與雷射干涉儀之值之差量求出斜率，則斜率測量會有誤差。
圖20B係例示雷射之值與刻度尺之值之差量之圖。於圖20B中，將相對於X座標2005之雷射之值與刻度尺之值之差量(誤差)設為縱軸2006。繼而，對以雷射之值為基準之情形時之刻度尺之誤差波形2007以任意之間距繪製點2008(修正映射表之點)，製作刻度尺相對於X座標之誤差映射表。藉由使用該誤差映射表修正各刻度尺之測量值，即便於各刻度尺之測量值存在誤差之情形時，亦能夠精度良好地求出平台405及406之斜率。
＜平台翹曲之情形時之斜率測量精度＞ 圖21係用以說明即便於平台(頂部平台405及Y平台406)翹曲之情形時亦能夠精度良好地進行斜率測量之圖。
如圖21A所示，例如，可理解，於Y平台406未翹曲之情形時，刻度尺702x之測量值準確地表示平台406之位置。再者，於圖21A中，表示自Y方向觀察圖7之構成之Y平台406及X軸用刻度尺702之情況。
另一方面，如圖21B所示，於Y平台406自原來之形狀2106如形狀2105般因熱變形而翹曲之情形時，顯示出於Y平台406之中立軸(投出中心)2103之上側延伸且於下側收縮之行為。又，X軸用刻度尺702x亦同樣地翹曲，於X軸用刻度尺702x之中立軸(刻度尺之彎曲中心)2102之上下產生伸縮。
但，由於相對於Y平台406之厚度2107而言，X軸用刻度尺之厚度2108較小，故X軸用刻度尺702x之延伸小至可忽視，不影響上述斜率測定。為了提高該效果，針對X軸用刻度尺702x與Y平台之固定，可不藉由螺栓等遍及X軸用刻度尺702x之X方向總長進行固定，而是設為使用板彈簧等限定固定部位且具有於X方向上滑動之自由度之固定。
＜運算之動作主體＞ 於本實施形態中，例如，荷電粒子線裝置(測長SEM)之控制器109自雷射干涉儀104、各刻度頭703、703x、703y、11031、11032、11041、及11042獲得測量值，基於上述式(1)至(15)執行運算處理，算出平擺θz、縱搖θx、及橫搖θy之值。繼而，控制器109基於算出之平擺θz、縱搖θx、及橫搖θy之值，修正載台裝置或荷電粒子線裝置之阿貝誤差。 又，控制器109亦執行上述刻度尺之誤差修正。
(2)第2實施形態 圖22係表示使用雙軸刻度尺將垂直軸刻度尺與驅動軸之刻度尺合併之情形時之構成例之圖。
於圖22所示之構成中，將圖11中之刻度尺1101及1102與刻度尺702x及702y分別合併為能夠二軸測量之刻度尺2201及刻度尺2202。藉此，刻度尺之搭載根數自4根減少至2根，能夠使載台輕量化。
(3)第3實施形態 亦可將於第1實施形態中使用之雷射干涉儀104替換為能夠測量XY方向之平面刻度尺。
(4)實施形態之總結 (i)於本實施形態中，針對於包括X平台及Y平台之試樣台中修正X平台及Y平台兩者之阿貝誤差進行說明，但亦可對至少任一個平台之阿貝誤差進行修正。
本實施形態之載台裝置具備：第1驅動機構，其使試樣台(例如，X平台)於第1方向(例如，X方向)上移動；位置測量元件(例如，雷射干涉儀)，其測量試樣台之驅動方向即第1方向之位置；刻度元件(線性刻度尺與刻度頭)，其具有與位置測量元件之第1方向之第1測定軸(例如，雷射干涉儀之雷射光軸)平行且與該第1測定軸高度不同的刻度測定軸，測量試樣台之第1方向之位置；及控制器，其利用位置測量元件之測量值、及刻度元件之測量值，算出試樣台之姿勢(例如，X平台之平擺、縱搖、橫搖)，並修正試樣台之阿貝誤差。藉由採用此種構成，能夠不使載台裝置長大化而降低載台裝置之阿貝誤差。
(ii)於位置測量元件包括例如雷射干涉儀之情形時，該位置測量元件包括第1雷射干涉儀，該第1雷射干涉儀藉由對設置於試樣台(例如，X平台)之第1反射鏡照射雷射光，並接收來自該第1反射鏡之反射光，而測量試樣台之第1方向(例如，X方向)之位置。又，刻度元件包括：刻度尺，其以與試樣台(例如，X平台)保持規定之距離之方式安裝於供載置試樣台之載置面(例如，Y平台之上表面)；及刻度頭，其讀取該刻度尺之值。於此情形時，控制器利用位置測量元件之測量值與刻度元件之測量值之差量之變化量，算出試樣台(例如，X平台)之姿勢。控制器算出試樣台(X平台)之平擺，並利用該算出之平擺算出試樣台之縱搖。如此，於本實施形態中，使用2種位置測量構件算出姿勢。由於刻度元件(線性刻度尺與刻度頭)與干涉儀相比，能夠非常便宜地獲取，故能夠修正阿貝誤差，與追加干涉儀相比而言，能夠顯著降低載台裝置之成本增加。
例如，於算出試樣台(X平台)之平擺之情形時，亦可使刻度元件具有測量與第1方向(X方向)垂直之第2方向(Y方向)之試樣台(X平台)之位移之2個以上刻度頭。於此情形時，控制器利用2個以上刻度頭之測量值，算出平擺。如此，由於能夠測量與移動方向(X方向)垂直之方向(Y方向)之位移(旋轉、扭轉)，故能夠準確地算出平擺。
(iii)於試樣台包括於第1方向(X方向)上驅動之第1平台(X平台)、及於與第1方向垂直之第2方向(Y方向)上移動之第2平台(Y平台)之情形時，第1平台(X平台)以於第2平台(Y平台)之上移動之方式載置。繼而，位置測量元件進而包括第2雷射干涉儀，該第2雷射干涉儀藉由對設置於試樣台之與第1反射鏡不同之第2反射鏡照射雷射光，並接收來自該第2反射鏡之反射光，而測量上述試樣台之與第1方向垂直之第2方向(Y方向)之位置。又，刻度元件具備：複數個第1平台用刻度尺，其等以與第1平台(X平台)保持規定之距離之方式安裝於第2平台(Y平台)之第1面(X平台之載置面：上表面)；及複數個第1平台用刻度頭，其等讀取複數個刻度尺之值；控制器利用複數個第1平台用刻度頭之測量值，算出第1平台之第1方向之位移與第2方向之位移，並算出第1平台之阿貝誤差。進而，第2平台(Y平台)以於載台裝置之設置面(例如，試樣台底面)之上移動之方式載置。於此情形時，刻度元件進而具備：複數個第2平台用刻度尺，其等以與第2平台(Y平台)保持規定之距離之方式安裝於載台裝置之設置面(試樣台底面)；及複數個第2平台用刻度頭，其等讀取複數個刻度尺之值。控制器利用複數個第2平台用刻度頭之測量值，算出第2平台之第1方向之位移與第2方向之位移，並算出第2平台之阿貝誤差。進而，控制器藉由將第1平台阿貝誤差與第2平台之阿貝誤差相加，算出試樣台之阿貝誤差。藉此，能夠一面避免載台裝置之長大化，一面修正由X平台及Y平台兩者所引起之阿貝誤差。
(iv)控制器使用保持刻度元件之相對於雷射值之誤差值之修正映射表，自刻度元件之測量值去除誤差值，取雷射值與去除誤差值後之刻度元件之測量值之差量，算出試樣台之姿勢。刻度元件存在包括人為因素之可能性，由於該人為因素而導致刻度元件本身包含誤差。因此，藉由除去刻度元件本身所包含之誤差，能夠更精度良好地執行阿貝誤差修正。
101:電子光學系統鏡筒 104:雷射干涉儀 105:試樣台 106:晶圓 107:導件 108:吸盤 109:控制器 111:載台之反射鏡 112:試樣室 113:除振座架 114:頂板 115:雷射干涉儀光軸 115x:雷射干涉儀光軸 115y:雷射干涉儀光軸 201:電子束 202:反射鏡與觀察點之相對距離 203:位置偏差(視野偏差) 204:觀察目標點 301:測定及觀察對象(長方體) 302:阿貝偏位 303:斜率 304:阿貝誤差 305:觀察目標點 306:光束照射點 401:光軸 401':光軸 403:位置測定用干涉儀 404:雷射干涉儀 405:頂部平台(X平台) 406:Y平台 407:試樣室底面 501:雷射光束之直徑 502:反射鏡高度 503:反射鏡之整體高度尺寸 504:反射鏡固定用零件 505:反射鏡之尺寸 507:反射鏡支持部 508:干涉儀之上下之雷射光束之間距 601:干涉儀403及404之設置間距 701:致動器 702:刻度尺 702x:X軸用刻度尺 702y:Y軸用刻度尺 703:刻度頭 703x:X軸用刻度頭 703y:Y軸用刻度頭 801:雷射光軸與刻度測定軸之高度之差L 802:頂部平台之繞Y軸之斜率θy 803:刻度值之變化E 901:刻度值之變化 902:利用測長SEM所得之晶圓之高度之測定軸 904:刻度尺之測量方向 905:平台之傾斜角度 906:平台傾斜前之刻度尺位置 907:平台傾斜後之晶圓上之觀察目標之位置 908:平台傾斜前之晶圓上之觀察目標之位置 909:雷射干涉儀之測定位置 910:平台傾斜後之下側之雷射測長點 911:平台傾斜後之刻度頭之位置 1001:θz旋轉前之頂部平台 1002:θz旋轉後之頂部平台 1003:刻度尺與雷射之距離L3 1004:誤差E 1005:平擺θz 1101:X軸用垂直軸刻度尺 1102:Y軸用垂直軸刻度尺 1201、1202:雷射光軸與X軸用垂直軸刻度頭之距離 1301:頭之假想位置 1302:頂部平台相對於Y平台之平擺θz 1303:雷射值與刻度值之差量 1304:頂部平台之相對於Y平台之縱搖θx 1305:刻度尺與雷射光軸之距離Lvz 1401:假想頭之位置 1402:頂部平台之橫搖角度θy 1403:刻度尺測量值與雷射測量值之差量 1601:Y軸用垂直軸刻度頭之間距Lvy 1701:Y平台相對於試樣室底面之斜率θx 1801、1802:Y軸垂直軸刻度頭與雷射光軸之Y方向之距離 1803:假想之頭位置 1804:刻度尺測量值與雷射測量值之差量 1805:Y平台之相對於試樣室之傾斜角度θy 1806:X軸方向雷射光軸與Y軸用垂直軸刻度尺之Z方向之距離Ls4 1901:Y平台相對於試樣室底面之斜率 1902:頂部平台相對於Y平台之斜率 1903:頂部平台相對於試樣室底面之斜率θy 2001:刻度尺 2002:格子 2003:窄格子間距 2004:寬格子間距 2005:X方向座標 2006:刻度值相對於雷射值之誤差 2007:刻度值相對於雷射值之誤差波形 2008:修正映射表之點 2101:Y平台 2102:刻度尺之中立軸 2103:Y平台之中立軸 2104:平台上表面之長度變化 2105:變形後之Y平台之形狀 2106:變形前之Y平台之形狀 2107:Y平台之厚度 2108:刻度尺之厚度 2201:雙軸刻度尺 2202:雙軸刻度尺 11031、11032:X軸用垂直軸刻度頭 11041、11042:Y軸用垂直軸刻度頭
圖1係表示荷電粒子線裝置之構成之圖。 圖2係說明基於平台之斜率所產生之定位誤差之圖。 圖3係說明阿貝誤差之產生原理之圖。 圖4A、B係說明使用干涉儀測量平台之斜率之構成之圖。 圖5A、B係針對使用干涉儀之情形時之反射鏡之擴大進行說明之圖。 圖6係針對使用干涉儀之情形時之反射鏡之延長進行說明之圖。 圖7係說明使用干涉儀與刻度尺測量斜率之構成之圖。 圖8A、B係說明使用干涉儀與刻度尺之斜率測量之原理之圖。 圖9A、B係說明使用干涉儀與刻度尺之斜率測量之優點之圖。 圖10係X軸刻度尺與X雷射光軸之位置錯開之情形時之圖。 圖11係表示追加垂直軸刻度尺之情形時之構成例之圖。 圖12係用以說明頂部平台之斜率測量之構成之圖。 圖13A、B係說明頂部平台之θy方向之斜率測量方法之圖。 圖14A、B係說明頂部平台之θx方向之斜率測量方法之圖。 圖15係用以說明用於測量Y平台之斜率之構成之圖。 圖16係說明Y平台之θz方向之斜率測量方法之圖。 圖17係說明Y平台之θx方向之斜率測量方法之圖。 圖18A、B係說明Y平台之θy方向之斜率測量方法之圖。 圖19係說明頂部平台相對於試樣室之斜率算出之圖。 圖20A、B係說明刻度誤差之修正方法之圖。 圖21A、B係說明由刻度尺之翹曲所引起之誤差微小之圖。 圖22係表示於使用雙軸刻度尺將垂直軸刻度尺與驅動軸之刻度尺合併之情形時之構成例之圖。
107:導件
111:反射鏡
115:雷射光軸
405:頂部平台(X平台)
406:Y平台
407:試樣室底面
702:刻度尺
703:刻度頭
801:雷射光軸與刻度測定軸之高度之差L
802:頂部平台之繞Y軸之斜率θy
803:刻度值之變化E

Claims (11)

  1. 一種載台裝置，其具備： 試樣台，其載置試樣； 第1驅動機構，其使上述試樣台於第1方向移動； 位置測量元件，其測定上述試樣台之驅動方向即上述第1方向之位置； 刻度元件，其具有與上述位置測量元件之上述第1方向之第1測定軸平行且與該第1測定軸高度不同的刻度測定軸，測量上述試樣台之上述第1方向之位置；及 控制器，其使用上述位置測量元件之測量值、及上述刻度元件之測量值，算出上述試樣台之姿勢，並修正上述試樣台之阿貝誤差。
  2. 如請求項1之載台裝置，其中上述位置測量元件包括第1雷射干涉儀，該第1雷射干涉儀藉由對設置於上述試樣台之第1反射鏡照射雷射光，且接收來自該第1反射鏡之反射光，而測量上述試樣台之上述第1方向之位置； 上述刻度元件包括：刻度尺，其以與上述試樣台保持規定之距離之方式安裝於供載置上述試樣台之載置面；及刻度頭，其讀取該刻度尺之值。
  3. 如請求項2之載台裝置，其中上述控制器使用上述位置測量元件之測量值與上述刻度元件之測量值之差量之變化量，算出上述試樣台之姿勢。
  4. 如請求項3之載台裝置，其中上述控制器算出上述試樣台之平擺，使用該算出之平擺而算出上述試樣台之縱搖。
  5. 如請求項4之載台裝置，其中上述刻度元件包括2個以上之上述刻度頭，該等2個以上之上述刻度頭測量與上述第1方向垂直之第2方向之上述試樣台之位移； 上述控制器使用上述2個以上之刻度頭之測量值，算出上述平擺。
  6. 如請求項2之載台裝置，其中上述試樣台具備： 第1平台，其於上述第1方向驅動；及 第2平台，其於與上述第1方向垂直之第2方向上移動；且 上述第1平台以於上述第2平台之上移動之方式被載置； 上述位置測量元件進而包括第2雷射干涉儀，該第2雷射干涉儀藉由對設置於上述試樣台之與上述第1反射鏡不同之第2反射鏡照射雷射光，且接收來自該第2反射鏡之反射光，而測量上述試樣台之與上述第1方向垂直之第2方向之位置； 上述刻度元件具備： 複數個第1平台用刻度尺，其等以與上述第1平台保持規定距離之方式安裝於上述第2平台之第1面；及 複數個第1平台用刻度頭，其等讀取上述複數個刻度尺之值； 上述控制器使用上述複數個第1平台用刻度頭之測量值，算出上述第1平台之上述第1方向之位移與上述第2方向之位移，並算出上述第1平台之阿貝誤差。
  7. 如請求項6之載台裝置，其中上述第2平台以於上述載台裝置之設置面之上移動之方式被載置； 上述刻度元件進而具備： 複數個第2平台用刻度尺，其等以與上述第2平台保持規定距離之方式安裝於上述載台裝置之設置面；及 複數個第2平台用刻度頭，其等讀取上述複數個刻度尺之值； 上述控制器使用上述複數個第2平台用刻度頭之測量值，算出上述第2平台之上述第1方向之位移與上述第2方向之位移，並算出上述第2平台之阿貝誤差。
  8. 如請求項7之載台裝置，其中上述控制器藉由將上述第1平台之阿貝誤差與上述第2平台之阿貝誤差相加，而算出上述試樣台之阿貝誤差。
  9. 如請求項2之載台裝置，其中上述控制器使用保持上述刻度元件之相對於雷射值之誤差值的修正映射表，自上述刻度元件之測量值去除上述誤差值，取上述雷射值與去除上述誤差值後之上述刻度元件之測量值之差量，算出上述試樣台之姿勢。
  10. 如請求項1之載台裝置，其中上述位置測量元件包括可測量二軸方向之平面刻度尺。
  11. 一種荷電粒子線裝置，其具備： 荷電粒子線鏡筒，其用以對試樣照射荷電粒子線；及 如請求項1之載台裝置。
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