TWI667682B - Platform device and charged particle beam device - Google Patents

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Abstract

本發明目的在於提供一種實現兼顧長行程驅動與減低對驅動機構的負擔之平台裝置。 　　為達成上述目的，提出一種平台裝置，具備：令試料於第1方向移動之第1桌台(201)、及令該第1桌台於和前述第1方向不同的第2方向移動之第2桌台(203)、及令各自的桌台移動之移動機構、及支撐移動機構(202)之移動體(207)、及令該移動體跟隨第2桌台而移動之第3移動機構。

Description

平台裝置、及帶電粒子線裝置
[0001] 本揭示係平台裝置、及帶電粒子線裝置，特別有關實現平台的輕量化或抑制平台的定位誤差等之平台裝置、及帶電粒子線裝置。
[0002] 半導體晶圓的製造、測定、檢查等所使用之電子顯微鏡等帶電粒子線裝置中，為了對試料的期望的位置照射射束，係設有令試料的位置移動之平台。這樣的平台為了於2維方向令試料移動，備有用來至少於2方向令試料移動之驅動機構。此外，專利文獻1中，揭示併用了粗動平台與微動平台之平台裝置。更具體而言，專利文獻1中揭示一種平台裝置，將承載著試料的平台以可於2方向微動驅動之第2驅動裝置予以支撐，並且將該第2驅動裝置藉由使其於1方向移動之粗動機構亦即第1驅動裝置予以支撐。藉由這樣將驅動機構分成2個，能夠減輕一方的驅動機構的負荷(可動質量)。更具體而言，是揭示一種平台裝置，將承載著試料的平台以使其往一方向及另一方向移動之空氣靜壓軸承(第2驅動裝置)予以支撐，再令第2驅動裝置以單軸平台(第1驅動裝置)來移動。藉由這樣將驅動機構分成複數個，便可減輕1個驅動機構承擔之負擔。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0003] 　　[專利文獻1]日本特開2003-45785號公報
[發明所欲解決之問題] 　　[0004] 按照專利文獻1揭示之構成，雖能謀求減低用來進行微動驅動之驅動機構的負荷，但無法減低用來進行長行程(stroke)驅動之驅動機構的負擔。特別是測定、檢查半導體晶圓等之裝置，係處理圓盤狀的大型試料(半導體晶圓)，因此渴望在採用進行長行程驅動之驅動機構的條件下，使該驅動機構的負擔減低。 　　[0005] 以下，提出一種目的在於實現兼顧長行程驅動與減低對驅動機構的負擔之平台裝置、及帶電粒子線裝置。 [解決問題之技術手段] 　　[0006] 作為用來達成上述目的之一個態樣，提出一種平台裝置及帶電粒子線裝置，係具備支撐試料而令該試料於第1方向移動之第1桌台、及令該第1桌台於和前述第1方向不同的第2方向移動之第2桌台的平台裝置，具備：產生令前述第1桌台往前述第1方向移動的驅動力之第1移動機構、及產生令前述第2桌台往前述第2方向移動的驅動力之第2移動機構、及支撐前述第1移動機構中包含的定子之移動體、及令該移動體跟隨前述第2桌台的往前述第2移動方向的移動而移動之第3移動機構。 [發明之效果] 　　[0007] 按照上述構成，便可兼顧長行程驅動與減低對驅動機構的負擔。
[0009] 隨著近年來半導體元件的微細化，不僅是製造裝置，對檢查裝置或計測裝置亦要求應付檢查／計測處增加之高產能化。例如，當將定位時間縮短成一半的情形下，必須將加速度提高到4倍。為了在同一平台將加速度設為4倍，必須將馬達推力設為4倍，必須將馬達的線圈電流量設為4倍。馬達發熱，係和電流量的平方成比例而增大，因此當將定位時間縮短成一半的情形下馬達發熱量會成為16倍。 　　[0010] 另一方面，當馬達的推力常數為一定的情形下，馬達電流量係和平台的可動質量成比例。也就是說，馬達發熱量和可動質量的平方成比例，因此當將平台的可動質量減低成4分之1的情形下，馬達發熱會成為16分之1，而可抵消將定位時間設為一半的情形下之發熱增加。 　　[0011] 如以上般，平台的可動質量的輕量化，在發熱減低、產能提升中為以平方效益作用之重要要素。鑑此，思考將可動質量中佔大比例的馬達定子予以分離。 　　[0012] 以下說明之實施例中，特別有關於X-Y方向令試料移動之平台裝置，說明一種並非由下段桌台來負責使上段的桌台移動之驅動機構的定子之移動，而是在底部(例如真空腔室的底面)上設置和下段桌台於同一方向移動之移動體，藉此支撐上段桌台的驅動機構的定子，並且設有令該移動體跟隨下段桌台而移動之驅動機構的平台裝置。為此之具體的構成，提出一種試料平台裝置，及使用了前述平台之帶電粒子線裝置，例如係具備支撐試料而令該試料於第1方向移動之第1桌台(上段桌台)、及令該第1桌台於和前述第1方向不同的第2方向移動之第2桌台(下段桌台)的試料平台裝置，其特徵為，具備：可動體(移動體)，支撐令前述第1桌台於前述第1方向移動之驅動機構中包含之定子，並且隨著前述第2桌台的移動，令前述定子於前述第2方向移動。移動體，採用和驅動下段桌台之驅動機構不同的驅動機構，藉此能夠分散用來令上段桌台的移動機構移動之負荷。 　　[0013] 按照上述構成，在具有線性馬達的平台裝置中，可容易地減輕可動質量，抑制高加速化所造成之發熱增加，可縮短定位時間。 [實施例1] 　　[0014] 以下說明之實施例，係有關在堆疊(stack)型的XY平台中，具備了將上軸定子從下軸桌台予以分離之構造的平台裝置。一般的堆疊型的XY平台中，用來驅動上軸桌台的上軸馬達定子，係裝載於下軸桌台。馬達定子多半為由永久磁鐵與鐵等材質所製作之軛(yoke)，質量大，因此下軸桌台的可動質量會增大。特別是，相較於上軸桌台而言，下軸桌台係上軸桌台的質量也成為可動質量，因此堆疊型的XY平台中，會有對下軸馬達的負荷大而發熱增大、或下軸桌台的振動特性及定位特性劣化之情況。 　　[0015] 本揭示之平台構造，其特徵為，用來驅動上軸桌台的上軸馬達定子，構成為裝載於和下軸桌台不同之移動體，而以跟隨下軸桌台之方式獨立驅動。按照上述構成，提供一種抑制馬達發熱及平台殘留振動，可達成高視野定位精度與高速定位之平台構造。 　　[0016] 參照圖1，說明帶電粒子線裝置的例子。此處，作為帶電粒子線裝置的例子，說明半導體計測裝置(以下稱測長SEM)的例子。測長SEM中，於試料室112上，裝載有電子光學系統鏡筒101，試料室112藉由除振座架113而受到支撐。從電子光學系統鏡筒101將電子束照射至晶圓106上，拍攝晶圓106上的圖樣，進行圖樣的線寬之計測或形狀精度之評估。在試料室112內，裝載以桌台105作為可動部之平台，在桌台105固定有裝載觀察對象亦即晶圓106之夾盤108。此外，桌台105藉由導件107而受到支撐，藉由雷射干涉計104計測鏡111的位置來得到平台座標，藉由控制器109受到定位控制。 　　[0017] 若桌台105發生變形則夾盤108與鏡111之間的相對距離會變動，當以雷射測長值來管理晶圓上的觀察點的位置的情形下會發生像的偏差。但，包括桌台的變形在內，當雷射測長值與像的偏差有再現性(reproducibility)的情形下，藉由對座標記錄像的偏差量，可作成修正對映。將修正對映的像的偏差量，從平台的目標位置座標或射束平移量扣除，藉此針對有再現性的桌台變形，可使對於像的偏差之影響成為趨近0的值。 　　[0018] 然而，當桌台的變形無再現性的情形下、或摻雜有無再現性的成分的情形下，即使使用修正對映也無法使位置偏差的影響成為0。將此不可修正的像的偏差稱為視野定位誤差。特別是，為了計測圖樣間隔為數nm的元件，必須將此視野定位誤差減低至極限。 　　[0019] 馬達發熱或導件內的摩擦發熱所造成之平台或晶圓的熱變形，並沒有完全的再現性，以尺度(order)而言亦大，因此倚靠溫度控制或熱變形修正，視野定位誤差的減低效果不充分。鑑此，從源頭減低發熱量便顯得重要。 　　[0020] 參照圖2，說明本揭示提出之堆疊型的XY平台中將上軸定子從下軸桌台予以分離而成之平台構造(以下稱馬達分離構造)的構成例。本實施例中說明的平台裝置，作為產生驅動力的移動機構，係採用包含定子與動子之線性馬達機構。圖2例子中，在試料室底部206上設置有用來令試料於X-Y方向移動之平台機構。另，試料室在帶電粒子線裝置的情形下係為真空腔室，平台機構配置於真空腔室底面、或配置於配置在真空腔室底面上的支撐構件等之上。 　　[0021] 保持半導體晶圓等試料之上軸桌台201(第1桌台)，被支撐在設有將上軸桌台201於X方向導引之導軌的下軸桌台203(第2桌台)。下軸桌台203，受到導軌205導引，藉由包含下軸馬達定子204與未圖示之下軸馬達動子的線性馬達(第2移動機構)而於Y方向移動。 　　[0022] 一般的平台中，是把將上軸桌台201予以定位之線性馬達的定子裝載於下軸桌台203，但當定子為軛的情形下，下軸桌台質量會增大，而會產生下軸驅動時的發熱增加或控制性劣化之問題。相對於此，圖2的構成中，將質量大的上軸馬達定子202和下軸桌台203分離，以可跟隨下軸桌台203之方式，設置和導軌205相對應之托架(carriage)及驅動要素及位置感測器。藉此，大幅減低下軸可動部的質量，進行控制性之提升及發熱之減低。其結果，實現產能提升及抑制熱變形引起之視野偏差。 　　[0023] 此外，由於令上軸馬達定子202藉由和下軸桌台203的驅動機構不同的驅動機構來移動，即使將上軸馬達定子202增大，也不會成為對下軸桌台203的驅動機構之負擔。其結果，可達成上軸馬達定子202的大型化。若定子大型化則馬達的推力常數會上昇，因此相應地，能夠減少供給至動子之電流量，而可降低供給電流所造成之發熱量。基於傳遞至桌台的熱量降低，能夠抑制桌台的熱膨脹，可將帶電粒子束的照射位置精度維持在高狀態。 　　[0024] 參照圖3，揭示本構成之平台的模型圖。為了令上軸馬達定子202跟隨支撐上軸馬達動子301的下軸桌台203而移動，係設置支撐上軸馬達定子202之移動體207，設置用來令該移動體207和下軸桌台203共同移動之移動機構(第3移動機構)。像這樣本實施例中，是令構成用來使第1桌台移動的第1移動機構之定子與動子，各自藉由不同的驅動機構而移動。 　　[0025] 第2移動機構和第3移動機構，係使用共通的定子，另一方面具有不同的動子，惟線性馬達的軛所形成的磁場與線圈之位置關係，於垂直於驅動方向之方向，能夠容許mm尺度的位置誤差，因此只要相對於上軸馬達定子202的下軸桌台203而言之跟隨誤差為數100μm尺度以下，則不會造成控制性的劣化而很容易實現。作用於上軸馬達定子202之上軸桌台201的驅動方向的馬達反力，會藉由導軌205而受到支撐，不會造成定位誤差。
圖4為支撐上軸馬達定子202之移動體207用的，設有馬達動子402之平台構造示意圖。本實施例中，構成驅動下軸桌台203的線性馬達之馬達動子401、和馬達動子402，是構成為在共通的定子(下軸馬達定子204)內移動。此外，是構成為共用用來辨明桌台或移動體的位置之標尺。上軸馬達定子202之定位，是共用下軸桌台203及下軸馬達定子204及下軸用標尺405，可抑制成本增加。
以下軸用標尺讀頭403測定下軸桌台203的位置，以標尺讀頭404測定上軸馬達定子202的位置。標尺405，可以二個讀頭403及404來共用。標尺讀頭係藉由讀入標尺的刻度或物理量等來辨明桌台等的位置之物，其檢測面和標尺相向配置。
下軸桌台203，受到馬達動子401驅動。上軸馬達定子202，受到馬達動子402驅動。下軸馬達定子204，可以動子401及402來共用。
參照圖5，揭示將支撐上軸定子的導件予以另行設置之構成例。將支撐上軸定子的導軌502，和支撐下軸桌台203的導軌501另行設置，藉由可防止驅動上軸馬達定子202之馬達的熱透過導軌501傳遞至本平台。特別是， 當為了低發熱化而使上軸桌台201的線圈電流降低的情形下，若要保有最大推力必須將上軸馬達定子202大型化而提昇磁通量密度。在該情形下，上軸馬達定子202的質量會增大，定子驅動側的發熱會增大。即使在該情形下，藉由將導件分離，可抑制對晶圓的傳熱。此外，上軸馬達定子202的定位精度，不像下軸桌台203那樣要求高精度，因此亦可將導軌502變更成剛性低的低摩擦之物等來因應。此外，即使將導軌502改為低精度之物來謀求成本減低，下軸桌台203的定位精度也不會劣化。
參照圖6，揭示使用了2組馬達的構成例。即使構成為除了專精於高推力之馬達601及603外，更裝載專精於高解析力之馬達602及604的情形下，下軸桌台203的搭載物的質量仍幾乎不會增大，可兼顧高速化與高精度化。
馬達定子601及603，為了可以低電流輸出大推力，係採用被製作成磁通量密度高而推力常數大者(第1移動機構)。此外，馬達定子602及604，為了抑制對於電流雜訊之振動產生，係採用被製作成磁通量密度低以使推力常數變小者(第4移動機構)。此外，馬達定子602及604，只要可在SEM觀察範圍內驅動即可，故將行程縮短，藉此可減低成本。
圖6示例般的構成中，除了構成圖4示例般的第1移動機構之馬達動子401、構成第3移動機構之馬達動子402外，更設置構成令支撐馬達602(定子)的移動體605跟隨第1移動機構或第3移動機構而移動的第5移動機構之馬達動子(未圖示)。圖6例子中，2個移動體和桌台係連動移動。 　　[0033] 作為使用二種馬達的情形下之運用方法，是當晶圓交換時或晶片間移動等高速定位時，使用大推力的馬達601及603，以低電流進行高速的定位，抑制馬達發熱。當SEM觀察時，使用低振動的馬達602及604，抑制電流雜訊所造成之像搖動。 　　[0034] 參照圖7，揭示下軸桌台及上軸定子的定位控制系統。揭示本平台的控制系統的方塊圖。上軸定子，是以和下軸桌台的位置經常保持一定的相對距離之方式受到獨立控制。 　　[0035] 藉由下軸桌台控制器701，下軸桌台受控體(plant)特性702受到控制，將以線性標尺403及404等讀取的下軸桌台與上軸定子之相對位移使用作為上軸定子驅動馬達控制器703之指令值，來進行上軸定子驅動馬達受控體特性704的位置控制。另，上軸桌台的控制系統，可和一般的控制系統相同。 [實施例2] 　　[0036] 參照圖8，揭示動磁化(Moving Magnet；MM化)的構成例。此構成中，在本平台不產生馬達發熱，僅有導件的摩擦熱，因此可達成大幅的產能提升。此外，藉由線圈選擇器切換流通電流之線圈，藉此使得電磁波不會從未和磁鐵重疊之線圈部分發出，而可防止對於像雜訊之影響。 　　[0037] 此外，在下軸桌台側安裝上軸馬達軛802，在移動體側安裝上軸馬達線圈801，藉此能使在桌台側產生的發熱量成為近乎零，故可抑制桌台的熱膨脹。下軸側的驅動機構亦同，下軸馬達線圈803係設置成和桌台非接觸，因此一樣可使桌台側的發熱量極小化。 　　[0038] 此外，當進行動磁化，使用線圈選擇器的情形下，必須從定子亦即線圈配線出多數條纜線。於平台可動時纜線的電阻會成為定位誤差因素，因此發熱抑制與定位精度提升會成為取捨(trade-off)。但，如上述構成般藉由將定子分離，纜線的電阻便不會成為本平台的誤差，因此可達成高精度化。
[0039]
101‧‧‧電子光學系統鏡筒
104‧‧‧雷射干涉計
105‧‧‧桌台
106‧‧‧晶圓
107‧‧‧導件
108‧‧‧夾盤
109‧‧‧控制器
111‧‧‧鏡
112‧‧‧試料室
113‧‧‧除振座架
201‧‧‧上軸桌台
202‧‧‧上軸馬達定子
203‧‧‧下軸桌台
204‧‧‧下軸馬達定子
205‧‧‧導軌
206‧‧‧試料室底部
207‧‧‧上軸定子移動體
301‧‧‧上軸馬達動子
401‧‧‧下軸桌台驅動用馬達動子
402‧‧‧上軸馬達定子驅動用馬達動子
403‧‧‧下軸用標尺讀頭
404‧‧‧上軸馬達定子位置測定用標尺讀頭
405‧‧‧下軸用標尺
501‧‧‧下軸桌台用導軌
502‧‧‧上軸定子用導軌
601‧‧‧上軸馬達定子A(大推力)
602‧‧‧上軸馬達定子B(高解析力)
603‧‧‧下軸馬達定子A(大推力)
604‧‧‧下軸馬達定子B(高解析力)
701‧‧‧下軸桌台控制器
702‧‧‧下軸桌台受控體特性
703‧‧‧上軸定子驅動馬達控制器
704‧‧‧上軸定子驅動馬達受控體特性
801‧‧‧上軸馬達線圈
802‧‧‧上軸馬達軛
803‧‧‧下軸馬達線圈
[0008] 　　[圖1]帶電粒子線裝置的構成示意圖。 　　[圖2]馬達分離構造的平台構成的例子示意圖。 　　[圖3]馬達分離構造的模型圖示意圖。 　　[圖4]下軸定子與標尺之共用構造的例子示意圖。 　　[圖5]將支撐上軸定子的導件予以另行設置的構成例示意圖。 　　[圖6]使用了2組馬達的構成例示意圖。 　　[圖7]下軸桌台及上軸定子的定位控制系統示意圖。 　　[圖8]將定子做成線圈的情形下的構成例示意圖。

Claims (7)

  1. 一種平台裝置，係具備支撐試料而令該試料於第1方向移動之第1桌台、及令該第1桌台於和前述第1方向不同的第2方向移動之第2桌台的平台裝置，其特徵為，具備：產生令前述第1桌台往前述第1方向移動的驅動力之第1移動機構、及產生令前述第2桌台往前述第2方向移動的驅動力之第2移動機構、及支撐前述第1移動機構中包含的定子之移動體、及令該移動體跟隨前述第2桌台的往前述第2移動方向的移動而移動之第3移動機構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之平台裝置，其中，前述第1移動機構中包含之動子、和前述第3移動機構中包含之動子，是在共通的定子內移動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之平台裝置，其中，具備：沿著前述第2方向設置之標尺、及在前述第2桌台設置成和前述標尺相向之第1標尺讀頭、及在前述移動體設置成和前述標尺相向之第2標尺讀頭。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之平台裝置，其中，具備：將前述第2桌台於前述第2方向導引之第1導軌、及將前述移動體於前述第2方向導引之第2導軌。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之平台裝置，其中，具備：產生令前述第1桌台往前述第1方向移動的驅動力之第4移動機構、及支撐該第4移動機構中包含的定子之移動體、及令該移動體跟隨前述第2桌台的往前述第2移動方向的移動而移動之第5移動機構。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之平台裝置，其中，前述第1移動機構中包含之馬達、和前述第4移動機構中包含之馬達，推力常數相異。
  7. 一種帶電粒子線裝置，係具備用來對配置於試料室內的試料照射帶電粒子束之帶電粒子線鏡筒、及支撐前述試料而令該試料於第1方向移動之第1桌台、及令該第1桌台於和前述第1方向不同的第2方向移動之第2桌台的帶電粒子線裝置，其特徵為，具備：產生令前述第1桌台往前述第1方向移動的驅動力之第1移動機構、及產生令前述第2桌台往前述第2方向移動的驅動力之第2移動機構、及支撐前述第1移動機構中包含的定子之移動體、及令該移動體跟隨前述第2桌台的往前述第2移動方向的移動而移動之第3移動機構。
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