(57)【要約】【課題】  本発明は、リニアモータの発熱の変動により生じるステージの温度分布の変化を抑制することで、位置制御の精度を向上させたステージ装置およびそれを用いた荷電粒子線装置の提供を目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するため、リニアモータのコイルとテーブルを接続する箇所の間にヒータを設置し、コイルの発熱量の低下をヒータで補うことで、温度変化を抑制するとともに、ヒータが発熱する時とコイルが発熱する時のいずれであってもステージに形成される温度分布を同じにし、温度分布で決まるステージの熱変形状態を変化させないことで、ステージの位置計測の精度を向上させる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が載置されるテーブルと、前記テーブルを所定の方向に駆動するリニアモータを備えたステージ装置において、
前記リニアモータは、コイル或いは永久磁石の一方を有する可動子と、コイル或いは永久磁石の他方を有する固定子を含み、前記可動子と前記テーブルの間にヒータを介在させたことを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記テーブルを案内するスライドユニットと、当該スライドユニットに接すると共に、前記テーブルの移動方向を規制するレールと、当該レールに接する冷却機構を備えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ヒータと前記スライドユニットの間に設置される温度センサと、当該温度センサによる温度計測に基づいて、前記ヒータを制御する制御装置を備えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記制御装置は、前記温度センサによる計測結果が一定、或いは所定範囲内となるように、前記ヒータを制御することを特徴とするステージ装置。
【請求項５】
請求項１２において、
前記試料を第１の方向に移動させる第１のテーブルと、前記第１のテーブルの上に搭載され、前記試料を第２の方向に移動させる第２のテーブルとを備え、前記ヒータは、当該第２のテーブルを駆動するリニアモータの可動子と第２のテーブルとの間に設置されることを特徴とするステージ装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第２のテーブルを案内するスライドユニットと、前記第２のテーブルを移動させる可動子に接触すると共に、前記スライドユニットと接続される熱バイパス部材と、当該熱バイパス部材と、前記第２のテーブルとの間に設置される熱抵抗部材を備えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項７】
請求項１において、
ステージの動作状態からリニアモータの発熱量を推定し、その推定に基づいてヒータの発熱量を制御する制御装置を備えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記ヒータは電熱線を用いたヒータであり、その電熱線は電流の向きが逆方向になる配線を近接させて一組みとし、逆向きで一組になった配線どうしは逆向きの配線の間隔より離すことを特徴とするステージ装置。
【請求項９】
荷電粒子源と、この荷電粒子源から放出されるビームが照射される試料を搭載するテーブルと、そのテーブルを移動させるステージ機構と、このステージ機構が設置される真空チャンバを備えた荷電粒子線装置において、
前記テーブルを移動させると共に、コイル或いは永久磁石の一方を有する可動子と、コイル或いは永久磁石の他方を有する固定子を含むリニアモータと、前記可動子と前記テーブルとの間に設置されるヒータを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ装置及びそれを用いた荷電粒子線装置に係り、特にステージを駆動することによる発熱の変化によって生じる影響を抑制するのに好適なステージ装置及び荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の微細化に伴い、製造装置のみならず、検査や評価装置にもそれに対応した高精度化が要求されている。半導体デバイスの出来栄えを評価するためのツールとして、測長機能を備えた走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭ）が知られている。
【０００３】
測長ＳＥＭは、ウェハ上に電子線を照射することによって得られる二次電子信号を画像処理し、その明暗の変化からパターンのエッジを判別して寸法を測定する装置である。
【０００４】
測長ＳＥＭには、ウェハの所望の個所の測定を可能とするために、電子ビーム光軸に対して直交する方向（Ｘ−Ｙ方向）に、ウェハを移動するＸ−Ｙステージが設けられている。また、ビームの照射位置を特定するための手段として、レーザー干渉計が用いられている。
【０００５】
特許文献１には、ステージに設置したミラーバーにレーザーを照射することによって、ステージ位置（ウェハ位置）を特定するレーザー干渉計が開示されている。特許文献１には、リニアモータを駆動源とするステージ装置が開示され、更に、ステージの駆動履歴に基づいて、ステージの駆動量を制御する手法が説明されている。
【０００６】
また、特許文献２には、ステージ停止時における駆動用モータの温度低下に伴うステージの位置変動を抑制すべく、駆動用モータに、駆動に必要な励磁電流よりも少ない電流を供給することによって、温度低下を抑制する手法が説明されている。
【０００７】
更に特許文献３には、荷電粒子描画装置の試料台の試料に対向する上面に発熱体を設けることによって、試料と試料台の温度差に基づく位置変動を抑制する手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−５１３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１６８４号公報
【特許文献３】特開２００２−３５３１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
荷電粒子線装置等に用いられるステージ装置の駆動源の一種として、リニアモータが知られている。リニアモータは例えばコイルからなる可動子と、永久磁石からなる固定子から構成され、コイルに電流を供給することによって、駆動力を発生する駆動源である。一方、可動子と固定子は、リニアモータの原理上、非接触であるため、コイルで発生した熱は、固定子を介して逃がすことができず、可動子に接続されたテーブルに伝達する。特に荷電粒子線装置の場合、試料室の雰囲気が真空に保たれているため、空気を介して熱を逃がすことができない。即ち、コイルで発生した熱は可動子に接続されているステージに伝達することになり、その熱の影響によって、ステージ位置が変動する可能性がある。
【００１０】
一方、測長ＳＥＭ等の測定装置は、レシピと呼ばれる制御プログラムによって制御され、測定目的に応じて適切なレシピが設定される。しかしながら、レシピを変えると、ステージに伝達する熱が変化する場合がある。例えば、ステージの移動量が大きなレシピと、それ程、ステージを移動させないレシピとでは、ステージに伝達する熱が異なる。即ち、測定条件を変えると、ステージの温度が変化することになる。
【００１１】
発明者らの検討によって、このような温度変化を抑制すれば、レーザー干渉計等を用いたステージ位置の計測誤差を抑制できることが明らかになった。特許文献１乃至３には、リニアモータで発生した熱が変化したときに、その影響を抑制する手段についての開示がない。特に、特許文献２に説明されているようなステッピングモータとは、熱伝達経路が異なるリニアモータ固有の状況に鑑みて、熱変化に応じた対策を施すことが望ましい。
【００１２】
以下に、測定、或いは検査条件の変化に伴って起こり得るリニアモータ可動子の発熱の変化に依らず、高精度なステージ制御を行うことを目的とするステージ装置及び荷電粒子線装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する一態様として、試料が載置されるテーブルと、前記テーブルを所定の方向に駆動するリニアモータを備えたステージ装置であって、前記リニアモータは、コイル或いは永久磁石の一方を有する可動子と、コイル或いは永久磁石の他方を有する固定子を含み、前記可動子と前記テーブルの間にヒータを介在させたステージ装置、及び当該ステージ装置を搭載した荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成によれば、測定、或いは検査条件の変化に伴って起こり得るリニアモータの発熱の変化に依らず、高精度なステージ制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】リニアモータを駆動源とするステージ装置を備えた荷電粒子線装置の一例を示す図（実施例１）。
【図２】リニアモータを駆動源とするステージ装置の一例を示す図。
【図３】ステージ装置の下段ステージ用レールに垂直な方向の断面図。
【図４】ステージ装置の上段ステージ用レールに垂直な方向の断面図。
【図５】ステージ装置の温度制御システムの一例を示す図。
【図６】温度制御システムのヒータの構成を示す図。
【図７】ステージ装置の主要部分を示す図（実施例２）。
【図８】実施例２の上段ステージ用レールに垂直な方向の断面図。
【図９】ステージ装置の主要部分を示す図（実施例３）。
【図１０】実施例３の上段ステージ用レールに垂直な方向の断面図。
【図１１】ヒータ制御アルゴリズムの一例を示す図（実施例４）。
【図１２】走査電子顕微鏡の概要を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ＸＹステージの直動運動を作り出すための代表的な機構として、回転モータとボールネジを用いた機構、および、リニアモータを用いる機構の２つがある。ステッピングモータのような回転モータを用いる場合、回転運動を直線運動に変わるために機械的な接触箇所が存在する。
【００１７】
一方、リニアモータはそれが不要であるため、駆動機構における可動子と固定子は非接触になる。測長ＳＥＭのような荷電粒子線を扱う装置においては、真空中にステージ装置を配置しなければならず、非接触の箇所は空気を介しての伝熱が出来なくなる。このため、非接触式のリニアモータを用いると、放熱経路を失うことになる。
【００１８】
ステッピングモータの場合は、回転を直動に変換するための接触箇所で熱伝導が生じ、モータの発熱を接触箇所より先に逃がすことが出来る。一方、リニアモータの場合、可動子にコイルを用い、固定子に永久磁石を用いた構成では、コイルに電流を流した時に生じるジュール発熱を固定子側に逃がすことが出来ない。
【００１９】
このため、可動子と一体となって移動するステージの温度上昇を避けられない。このため、荷電粒子線を扱う装置のＸＹステージにリニアモータを用いると、温度変動を抑えることがより困難になる。
【００２０】
測長ＳＥＭのような半導体検査装置では、検査メニューを決めて、同じ動作で次々とウェハの検査をしていく。ウェハ１枚あたりの動作パターンは同じなので、それを繰り返す間はリニアモータにかかる負荷は一定となり、コイルで発生する発熱量も一定になる。しかし、検査メニューを変更したり、検査自体を休止する時間ができたりすると、そこでリニアモータの発熱量が変化する。
【００２１】
一般にリニアモータの発熱は何らかの手段で放熱されているので、その放熱側の状態を変えずに発熱量が変化すると、ステージの温度が変化することになる。ステージの温度が変化すると、熱膨張の影響でステージの位置が変化する他に、ステージ自身の変形も生じる。ステージに設置したミラーバーとレーザー干渉計を用いてステージの位置計測を行う場合、ミラーバーの反射面の角度が変化すると、その角度分で計測結果に誤差が生じる。ＸＹステージでは、２軸方向に移動できるようにするために、上段ステージと下段ステージを備え、上段ステージが下段ステージの上を移動する。そのため、下段ステージが熱変形によって湾曲すると、下段ステージの平面度が変化し、その上を移動する上段ステージの水平角が変化する。これによりミラーバーの反射面の角度が変化し、ステージの位置計測結果が変化してしまう。よって、ステージの温度分布が変化すると、熱膨張で位置が変化する他に、位置計測の誤差が増大して、位置の認識情報の方が変化する。
【００２２】
このような位置計測の誤差が発生するため、リニアモータの発熱量の変動による熱変形を抑制する上では、ウェハを搭載する箇所の温度を一定に保つだけでなく、下段ステージのようなその他の箇所の熱変形の変動を抑えることも求められる。
【００２３】
以下の実施例にて、上記状況に鑑み、測定条件や検査条件を変えたときに発生する熱変化を抑制することによって、測定、検査条件に依らず、ステージに伝達される熱の変化を抑制することが可能なステージ装置について説明する。
【００２４】
より具体的には、真空中に配置した試料に荷電粒子線を照射し、その試料をステージに固定し、ステージを移動させることで荷電粒子を照射する試料の位置を変更する装置において、そのステージ装置の構成は、試料を搭置するテーブルにスライドユニットを固定し、そのスライドユニットがレールに拘束されて移動する構造をとり、かつ、そのステージを上下２段にすることで２軸方向への移動を可能にした上で、上段ステージおよび下段ステージの駆動にはリニアモータを用い、そのリニアモータは可動子にコイルを有し、固定子に永久磁石を有した上で、上段ステージのリニアモータの可動子と上段ステージのテーブルを接続する箇所の間にヒータを備え、リニアモータの可動子の発熱が低下する時に、ヒータを発熱させる。
【００２５】
上記の構成を用いることにより、ステージの稼働状況が変化しても、可動子の発熱とヒータの発熱を合計した発熱量の変化は小さくすることが出来る。これにより、ヒータ付近の局所的な温度の時間変化を抑制するとともに、発熱源からテーブルに伝わり、スライドユニットを介してレールに熱が伝わることで、上段ステージから下段ステージまで全体に形成される温度分布の時間変化も小さくすることが出来る。これにより、ステージ全体の温度分布で決まるステージの熱変形の状態が、時間的に変化することがなくなり、ステージ位置を把握するための計測誤差が小さくなる。
【００２６】
以下に説明する実施例は、主に荷電粒子線装置等に用いられるステージ装置に関するものである。例えば、回路の形状寸法を評価するために用いられる測長ＳＥＭや上位の欠陥検査装置にて得られた欠陥の座標情報に基づいて欠陥をレビューするＳＥＭは荷電粒子線装置の代表例である。その他、イオンビームを試料に照射し、加工を行う装置であってもよい。測長ＳＥＭなどの装置には、半導体ウェハのように大型の試料上に形成された微細な回路パターンや欠陥の箇所に位置を合せるためのステージ装置が内蔵されている。特に昨今の測長ＳＥＭでは、測定箇所が数千点に及ぶこともあり、ステージを駆動するリニアモータの発熱が増大する傾向にある。このため、ステージの駆動機構で生じる発熱で生じる問題に対して、より効果的な対策が求められる。これを解決手段として、以下、図面を用いて実施例を説明する。
【００２７】
図１２は、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）の概要を示す図である。電子源１０１から引出電極１０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム１０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ１０４によって、絞られた後に、走査偏向器１０５により、試料１０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム１０３は試料台１０８（ステージ装置）に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ１０６のレンズ作用によって集束されて試料１０９上に照射される。試料室１０７内部は図示しない真空ポンプによって所定の真空度に維持されている。
【００２８】
電子ビーム１０３が試料１０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子１１０が放出される。放出された電子１１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極１１２に衝突し、二次電子１１１を生じさせる。変換電極１１２から放出された二次電子１１１は、検出器１１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器１１３の出力が変化する。この出力に応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器１０５への偏向信号と、検出器１１３の出力との同期をとることで、走査領域の画像を形成する。
【００２９】
なお、図１の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。
【００３０】
制御装置１２０は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。制御装置１２０には、演算装置が内蔵されており、後述するステージ装置やヒータの制御を実行する。
【実施例１】
【００３１】
図１〜４は第１の実施例における装置構成を様々な表示方法で示したものであり、一つの構造を示している。
【００３２】
図１は、全体構成が分かるように、外観を示したものであるが、装置の内部が分かるように透視的に図示している。試料室１は、真空容器となっていて、その内部の真空空間にステージ装置を有している。その試料室１の中央上面にカラム２が取り付けられる。カラム２は荷電粒子線（＝電子線）を発生させて、試料（＝ウェハ）に照射し、それによって得られる二次電子の計測を行う。カラムの構造は複雑であるが、ここでは位置のみを示すため簡略化した形状で示した。
【００３３】
試料室１の底面には冷却板５が取り付けられ、真空容器である試料室１を外側から冷却している。冷却板５には、内部に冷却水を流すことで、試料室１から伝わる熱を除去することが出来る。試料室１の内部には、上段ステージと下段ステージからなるステージ装置が内蔵されており、上段ステージは上段テーブル４を中心として構成される。下段ステージは下段テーブル３を中心として構成される。上段ステージを駆動するリニアモータはコイルを有する可動子と永久磁石を有する固定子からなり、固定子１２を下段テーブル３に固定することで、上段テーブルが下段テーブルに対して移動出来るようになる。下段ステージを駆動するためのリニアモータの固定子１５はの永久磁石を有するものであって、試料室１に固定される。
【００３４】
図２は、図１と同じ角度で見た斜視図であり、試料室１、カラム２、冷却板５、下段用リニアモータ固定子１５を非表示にして、ステージの構造を分かり易くしたものである。上段テーブル４にはチャック６が固定されており、チャック６は試料（＝ウェハ）に直接触れてステージに固定する。チャック６は、静電気などの力でウェハを吸い付け、ウェハを交換する時に、吸い付け力を解除する。上段テーブル４には、ミラー７、８が固定されており、レーザー干渉計（図示していない）を用いて反射面との距離を計測し、その計測結果から座標を計算する。よって、電子線が照射されるウェハの座標は、このミラー７、８の位置から求めれる。上段ステージはコイルを有する可動子１０と、永久磁石を有する固定子１２からなるリニアモータによって駆動され、可動子１０がテーブル４と一体になって移動する。可動子１０をテーブル４に接続するにあたっては、接続用部品９とヒータ１１が間に挟まる。ヒータ１１は可動子１０の発熱を補うことで、ステージの温度を一定に保つためのものである。ヒータ１１は薄型構造にすることで、部品９と可動子１０で挟むことが容易になり、３者をボルト（図示していない）で押えて固定できる。これにより、ヒータ１１の接触面の密着度が向上し、熱の伝わりが良くなって、温度むらの低減を図ることができる。
【００３５】
下段テーブル３の上面にはガイドレール１７が２本固定され、上段テーブルの動きを拘束する。また、下段テーブル３は、試料室１に固定されたガイドレール１８に動きを拘束されて移動する。よって、上段テーブル４は、下段テーブル３に対してガイドレール１７の長手方向に移動し、その移動量はミラー７の反射面の距離計測によって把握される。同様に下段テーブル３は、試料室１に対してガイドレール１８の長手方向に移動し、その移動量はミラー８の反射面の距離計測によって把握される。これらの計測から、テーブル４のＸＹ座標が求まり、それによってウェハのＸＹ座標が把握される。
【００３６】
図３は、図１に例示したステージ装置の断面図であり、断面の方向はガイドレール１８の長手方向に垂直であり、断面位置と向きは、図４に示したＢ-Ｂ断面である。試料室１の上面に配置されるカラム２は、ウェハを高倍率で撮影するために、ウェハとの距離が近くなくてはならず、ウェハを載せるチャック６と、カラム２は近付いて存在する。上段テーブル４はガイドレール１７に沿って移動するため、紙面の横方向に移動し、ミラー７の右側の垂直面が反射面となってその移動距離の計測を行う。
【００３７】
上段テーブル４は四隅に脚あって、その脚がスライドユニット２０と接続している。よって上段テーブル４には四隅にスライドユニット２０が設置されている。スライドユニットは内部に多数のボールもしくはコロによる転動体を有しており、その転動体がガイドレールとスライドユニット本体の両方に対して転がり接触している。これにより、摩擦が小さく、かつ、ガタや遊びがない状態でテーブルを移動させ、かつ、一方向にしか移動できないように拘束することが出来る。下段テーブル３にガイドレール１７が固定されていることで、上段テーブル４は下段テーブル３に対して、紙面の横方向にしか動くことが出来ず、紙面に垂直が方向の動きは、全て下段ステージが担うようになる。
【００３８】
下段テーブル３は四隅にスライドユニット２１を接続し、その４つのスライドユニット２１は２本のガイドレール１８に拘束され、下段テーブル３は紙面の垂直方向にのみ移動できるようになっている。また、下段テーブル３は、可動子１４と固定子１５からなるリニアモータによって駆動され、このリニアモータは、可動子１４がコイルを有し、固定子１５が永久磁石を有している。可動子１４は下段テーブル３と一体となって移動するが、その接続には、接続用部品１３と、熱抵抗用部品１６を介している。
【００３９】
また、接続用部品１３にはスライドユニット２２を固定し、このスライドユニット２２がガイドレール１９と接触し、かつ、ガイドレール１９を試料室１に固定している。こうすることで、可動子１４が発した熱を、テーブル３よりも試料室１の方に伝わり易いようにしている。すなわち、熱抵抗用部品１６の材質に樹脂やセラミックなどの熱伝導率が低い材料を用いると、部品１３からテーブル３への熱伝導が阻害される。
【００４０】
一方、可動子１４で発生した熱はどこかに伝わらない限り消滅することはないので、部品１３からスライドユニット２２に伝わり、ガイドレール１９を介して試料室１に伝わる。試料室１の底面を冷却板１５で冷やすことにより、全体としての温度上昇を少なくできる。すなわち、熱源である可動子１４から冷却源である冷却板５までの伝熱経路において、その全体の熱抵抗をより小さくすることで、可動子１４の温度上昇を抑制することが出来る。このことは、可動子１４とテーブル３の温度差が小さくなることを意味し、可動子１４が発した熱がテーブル３に伝わって生じる温度上昇を抑制することが出来る。よって、可動子１４の発熱量の変化に伴うテーブル３の温度変化も小さくすることが出来る。
【００４１】
図４は、図３と同様、図１に例示したステージ装置の断面図であり、断面の方向はガイドレール２０の長手方向に垂直であり、断面位置と向きは、図３に示したＡ-Ａ断面である。下段テーブル３はガイドレール１８に沿って移動するため、紙面の横方向に移動し、ミラー８の左側の垂直面が反射面となってその移動距離の計測を行う。スライドユニット２２は、ガイドレール１９の長手方向に２コ配置することで伝熱促進を図っている。その他、図３で説明したことは、同じ部品番号を付けていることで説明を省略する。
【００４２】
上段テーブル４を駆動するリニアモータは可動子１０と固定子１２から成り、固定子１２は下段テーブル３に固定される。固定子１２は永久磁石を有し、可動子１０がコイルを有する。リニアモータを駆動する時は、コイルに電流を流し、その電流に比例した電磁力を推力にしてステージを移動させる。コイルは、銅線のように電気抵抗が低い材料を用いて構成するが、電気抵抗をゼロにすることは出来ないので、電流×抵抗電圧に比例したジュール発熱が発生する。抵抗電圧は電流×電気抵抗に比例して発生するため、結果として、ジュール発熱はコイルに流す電流の２乗に比例して発生する。
【００４３】
ステージを移動させる際は、最初にステージを加速する際に加速のための推力が必要となり、必要な推力に応じて、コイルに電流を流す必要がある。ステージの移動速度を等速で維持する際は、摩擦抵抗分の推力を発生させる必要があり、その分の電流をコイルに流す。ステージを減速して、所定の位置にステージを止める際は、加速の際と逆向きの推力が必要となり、必要な推力に応じて加速の際と逆向きの電流をコイルに流す。
【００４４】
ステージが移動している時、固定子の永久磁石によって形成される磁場をコイルが横切ることになるため、ステージの移動速度に比例してコイルには誘導起電力が発生している。誘導起電力は移動速度を減速させる方向に働くため、ステージ減速の際はコイルに発生している誘導起電力を利用することが出来る。すなわち、ステージ減速時は可動子のコイルで発電することが可能であるが、ジュール発熱としては、発電しているかどうかに関係なく、流れている電流の２乗に比例して発熱が生じる。よって、ステージを減速する際も、減速に必要な推力に応じてジュール発熱が発生する。測長ＳＥＭのような検査装置の場合、一箇所の検査を行うために、その場所に移動する動作を一回行い、その１回の中で加速と減速、および等速移動を行っている。
【００４５】
また、電子線を照射して撮像している間は、ステージは停止しているので、その間はリニアモータに通電されることはなく、ジュール発熱は発生していない。このように瞬間、瞬間では、コイルで発生しているジュール発熱は変化しているが、その時間間隔は短いため、モータ可動子の熱容量に吸収され、モータ可動子としての温度変化は非常に小さいもので済み、この温度変化は問題にならない。ステージの温度変化としては、上記の瞬間、瞬間の発熱量の変動による温度変動が問題になるのではなく、一連の動作を繰り返している時の平均発熱量が、動作パターンの変化によって変化する時に生じる。動作パターンの変化によって、リニアモータの平均発熱量が変化する時に、それでも温度変化を小さくするために利用するのが、ヒータ１１である。例えば、ステージの移動サイクルが速く、リニアモータの平均発熱量が高くなる動作パターンで検査をし続けていた状態から、ステージの移動サイクルが遅く、リニアモータの平均発熱量が低い動作パターンに切り替わった時、何もしないでいると、ステージ温度は低下していく。
【００４６】
この温度変化によって、ステージの熱変形状態は変化していき、温度低下分の収縮が起きる。この際、収縮量だけ位置変化するとともに、ステージが湾曲するような変形の状態にも変化が生じ、ステージの位置計測を行うための、ミラーの反射面の角度にも変化が起きる。
【００４７】
ステージの位置計測を行うにあたっては、あらかじめ基準となる位置で計測を行い、それに基づいて様々な補正を行いながら真の位置を把握している。そのため、ミラーの反射面に求められるのは完全な垂直度ではなく、基準位置で計測を行った時と状態が変化しないことである。このため温度の絶対値が一定範囲内にあることよりも、時間的に変化しないことの方が重要となる。
【００４８】
よって、ステージの動作パターンを切り替えた時に、ステージの温度が徐々に低下していくような状態は避けるべきである。本実施例では、このような温度変化をヒータ１１を利用して抑制する。すなわち、可動子１０の平均発熱量が動作パターンの切り替えによって低下した時に、その低下分をヒータ１１が発熱するようにすると、可動子とヒータの合計発熱量は切り替えの前後で変化しないことになる。しかも、リニアモータの可動子１０は、固定子１２に対して一切接触する箇所が存在せず、かつ、真空容器の中に配置されているため、空気を介して可動子１０から固定子１２に伝熱することもない。そのため、可動子１０の発熱はそれにつながっている部品９に全て伝わる。このため、可動子１０の発熱が減って、替わりにヒータ１１の発熱量を増やした場合、合計の発熱量が同じであれば、部品９に伝わる熱量は同じになる。
【００４９】
可動子とテーブルとを接続する接続部材、或いは接続部材がなく可動子が直接テーブルに取り付けられている場合は、テーブルが、実質的に可動子に接触する唯一の熱伝達経路となるため、可動子の熱変化に起因するステージへの影響を抑制するためには、その伝達経路で熱変化を補償すると良い。図４等に例示するような位置にヒータを配置することによって、可動子の熱変化のテーブルに対する影響を、ステージの動作条件の変化に依らず、均一にすることができる。なお、ヒータの配置位置は、接続部材がある場合には、接続部材と可動子との間、接続部材の内部、接続部材とテーブルの間等が考えられる。
【００５０】
部品９に伝わった熱量はそこから先に接続された部品に伝わり、上段テーブル４、スライドユニット２０、ガイドレール１７、下段テーブル３、スライドユニット２１、ガイドレール１８、試料室１、冷却板５の順に伝わっていく。熱伝導は必ず温度が高い方から低い方への生じるため、熱源側から順番に熱が流れていく順に温度が低下していく。その温度差が、ステージ全体の温度分布となるが、熱源が可動子１０からヒータ１１に切り替わっても、そこから発せられる熱量が同じであれば、ステージ全体に形成される温度分布も同じになる。
【００５１】
よって、動作パターンが変わっても、ヒータ１１を利用することで、下段テーブル３の温度を一定に保つことも可能になり、下段テーブル３の湾曲状態に変化がなくなる。よって、その上にある上段テーブル４の傾斜角も変化せず、ミラー７、８の反射面の角度も変化しなくなる。これによって、ステージ位置の計測精度が高まると同時に、チャック６の温度も一定になり、これに接触するウェハの温度変化もなくすことができる。よって、ウェハの温度変化による膨張・収縮による位置変化なども同時になくすことが出来る。
【００５２】
図５は、第１の実施例におけるステージの構成に、ヒータの制御系を加えたシステム構成図である。このような制御系は制御装置１２０に内蔵されている。ここで示した構成は以降の第２、第３の実施例にも適用できる。ヒータ１１には、電力配線３０によって電流が供給される。その電流を制御するにあたって、ヒータ１１の近傍に温度センサ２６を配置する。より具体的には、温度センサ２６の計測位置は、ヒータ１１を両面から挟み込んで固定する際に、温度センサ２６も同様に挟まれる位置にする。そうすることで、ヒータ１１に接続する部品の温度を温度センサ２６が検知することが可能になる。温度センサ２６は温調器２７に接続し、温度器２７が温度を把握する。
【００５３】
温調器２７は電気機器であるため、電源２９と接続している。温調器２７によってヒータの出力を制御するにあたっては、あらかじめ目標温度を決めておく。その目標温度から温度センサ２６で計測した温度が下回った時にヒータ１１を作動させる。同時に、目標温度からずれに応じて、ヒータに供給する電力を決める。この電力を決めるための演算方法としては、ＰＩＤ制御などがある。ＰＩＤ制御では、出力値を決めるにあたり、目標値からのずれに比例する要素と、ずれの積分値に応じる要素と、ずれの時間変化に応じる要素を組み合わせて演算する。
【００５４】
さらに、それらの要素に関わる係数を制御動作中にオートチューニングし、より最適な係数で演算して制御することも可能である。温調器２７で決めた電力の指令値は信号線３１でアンプ２８に送られる。アンプ２８は電源２９から電力を得て、信号線３１の信号値に比例した電力の出力を行う。ヒータの電力を制御するにあたっては、一定電圧の出力のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、ＯＮとＯＦＦの時間割合を制御する手法もある。
【００５５】
この方式の場合、出力電圧を変化させる必要がないために、機器構成としては安価で済む。しかし、ヒータに電気を流している時は、その電流に比例して、電熱線の周りに磁場が形成され、その磁場は、わずかながら電子顕微鏡の電子線の軌道にも影響を及ぼす。電子線を通す空間に磁場を与えたとしても、それが変化しない一定の磁場であれば問題はないが、瞬間、瞬間で変化する磁場であると、電子線の軌道のずれが一定でなくなり、撮像にとってのノイズとなる。このため、ヒータの電流がＯＮ／ＯＦＦされた時のような比較的大きな磁場の変化を避けるため、ヒータへの電力供給にあたっては、ＯＮ／ＯＦＦの時間割合で供給電力を決めるのではなく、電圧を変化させて電力を制御する方がよい。
【００５６】
この場合、ヒータに流れる電流は徐々に変化することになり、電流が作り出す磁場の変化も小さくて済む。これにより、撮像に影響するノイズが低減される。よって、アンプ２８は、信号線３１を通じて受けた指令値に比例して、ヒータに電力を供給する際の電圧もしくは電流を変化させるものであることが好ましい。
【００５７】
可動子の熱変化のテーブルに対する影響を抑制するためには、温度設定に基づくヒータ制御と、コイルとヒータの合計発熱量の制御が考えられるが、温度設定に基づいてヒータ制御を行う場合、例えば、ステージが最も酷使される状態における温度を目標温度とすることによって、加熱制御のみで、ステージ温度の安定化を実現することが可能となる。
【００５８】
図６は、第１の実施例に用いるヒータ１１の詳細を示した図である。ここで示した構成は以降の第２、第３の実施例にも適用できる。ヒータ１１はその端子部分で電力配線３０と接合し、電力が供給される。電力配線３０は２本の配線からなり、１本の電熱線３２の両端に接続される。電熱線３２の素材にはニクロムや、ＳＵＳ、チタンなどを適用することができる。電熱線３２には、磁場の影響を受けにくくするために、非磁性体を使用することが好ましい。
【００５９】
電熱線３２の配線形状をデザインするにあたっては、逆向きの電流になる線を近付けてペアにするのがよい。直線の電熱線が単独で存在するときは、その電線の周りに同心円状の磁場が形成されるが、逆向きの電線がすぐ近くに存在すると、お互いの磁場が干渉して、磁場のキャンセルが起きる。このため、電熱線３２は、図６の左側において、２箇所Ｕ字状に折り返している。この折り返した配線にすることで、磁場をキャンセルすることが可能になる。また、折り返しによって出来たペアどうしは、間隔を開ける。これは、ペアどうしを近付けた場合、近付いた隣の相手との磁場のキャンセルが起き、ペアにした相手との磁場のキャンセル効果が薄れるためである。
【００６０】
ヒータ１１を構成するにあたっては、電熱線だけでなく、電気的な絶縁を行う構成も必要となる。そのため、電熱線３２は、絶縁材３３で挟まれた構造にする。このことで、ヒータと他の部品を組み立てた時には、電気的な絶縁を保つことが出来る。絶縁材３３の材質としては、ポリイミドのような比較的高温に耐えられる樹脂材を使用することもできる。
【００６１】
その場合、電熱線３２の両面から覆うポリイミドシートの接合に、接着剤を使用するのではなく、熱的な溶着によってポリイミドシートどうしを接合することが好ましい。電子顕微鏡は、高い真空度を保った環境で使用することが必要であり、接着剤を使用すると、その成分の蒸発が起き、蒸発が枯れるまで、真空度を悪化させることになる。絶縁材３３としては、その他にも、アルミナのようなセラミクスを使用してもよい。
【００６２】
その場合、セラミクス板の表面に蒸着によって電熱線を形成し、その上でもう一枚のセラミクス板で挟んでもよい。ヒータ１１の近傍に設置する温度センサ２６は、ヒータ１１と一体化させてもよいし、別体にしてもよい。ただし、電熱線３２と温度センサ２６が重なることは避けて配置するのがよい。ヒータ１１は、可動子と接続部品に挟まれるので、両者をボルトで締結するのがよく、ヒータ１１には、ボルトが貫通するための穴をあけておくのがよい。
【実施例２】
【００６３】
図７、８は第２の実施例における装置構成を示したものであり、一つの構造を示している。実施例１と同じ構造の箇所は説明を省略する。
【００６４】
図７は、第１の実施例の図２と同じ角度で見た斜視図であり、図２と同様の部品を非表示にして、ステージの構造を分かり易くしたものある。その上で、図７は上段ステージの一部をカットし、ステージの内部構造を分かり易くした。第２の実施例が第１の実施例と異なる所は、ヒータ１１と上段テーブル４の間の構造である。ヒータ１１の上側に接する部品として熱バイパス部品２３が存在し、この熱バイパス部品２３と、上段テーブル４は熱抵抗部品２４を介して接続される。このため、熱バイパス部品２３は、上段テーブル４とは接触しない。
【００６５】
図８は、第１の実施例の図４と同じ断面位置での断面図であり、特に熱バイパス部品２３の接続関係が分かるように示している。上段ステージ用のリニアモータの可動子１０は、その上面がヒータ１１と接しており、ヒータ１１の上面は熱バイパス部品２３が接している。熱バイパス部品２３の上面には熱抵抗部品２４が接しており、これが上段テーブル４に接続されている。熱バイパス部品２３はヒータ１１および熱抵抗部品２４と接した上で、熱バイパス用スライドユニット２５に接続している。
【００６６】
熱バイパス用スライドユニット２５は、下段テーブルに設置されたガイドレール１７と接触している。リニアモータ可動子１０およびヒータ１１の両方もしくは一方が発熱しても、その熱量は全て熱バイパス部品２３に伝わる。そこから先の伝熱経路としては、熱抵抗部品２４に伝わる経路と、熱バイパス用スライドユニット２５に伝わる経路とが存在する。熱抵抗部品２４の熱抵抗が大きいほど、熱バイパス用スライドユニット２５の経路に流れる熱の割合が増大する。このことは上段ステージ４に伝わる熱量が低下することを意味する。上段ステージ４に伝わる熱量が低下すると、可動子１０の発熱によって生じる上段ステージ４の温度上昇が小さくなる。そうなると、チャック６の温度上昇も小さくなり、これに接触するウェハの温度変化も小さくなる。よって熱抵抗部品２４には、樹脂やセラミクスなどの熱伝導率が低い材質を使用して、熱抵抗を大きくすることが好ましい。一方、熱バイパス用スライドユニット２５に伝わった熱量はガイドレール１７、下段テーブル３を通じて最終的に冷却板５へと流れていく。熱バイパス部品２３を用いることで、チャック６の温度変化をハード的に小さくすることは、ヒータ１１で温度制御するにしても、制御が楽になることなので好ましい。
【実施例３】
【００６７】
図９、１０は第３の実施例における装置構成を示したものであり、一つの構造を示している。前回同様、実施例１と同じ構造の箇所は説明を省略する。
【００６８】
図９は、第１の実施例の図２と同じ角度で見た斜視図であり、図２と同様の部品を非表示にして、ステージの構造を分かり易くしたものある。本実施では、上段テーブル４’を駆動するためのリニアモータの構成が異なり、可動子３４が永久磁石を有し、固定子３５がコイルを有する。可動子３４は上段テーブル４’と接続されており、上段テーブル４’と一体になって移動する。
【００６９】
図１０は、第１の実施例の図４と同じ断面位置での断面図であり、特に上段ステージ用リニアモータの周りの接続関係が分かるように示している。上段テーブル４’に接続される可動子３４は、永久磁石を有する部品であるため発熱しない。このため、上段ステージを駆動しても直接的には上段テーブル４’の温度上昇を招くことがない。上段テーブル４’の温度変化が小さければチャック６の温度変化も小さくなり、本実施例は、温度変化を小さくするためのハード構成として有効である。ただし、リニアモータの固定子３５はコイルを有するため、上段ステージの動作に伴って固定子３５に発熱を生じる。固定子３５はヒータ１１’を挟んで下段テーブル３’と接続する。よって、固定子３５の発熱は全て下段テーブル３’に伝わる。これによって生じる下段テーブル３’の温度変化を抑制するためにヒータ１１’を使用する。すなわち、上段ステージの稼働量が減って、固定子３５の平均発熱量が低下した時、その低下分をヒータ１１’が補うことで、合計発熱量が一定になり、温度変化を防ぐことが可能になる。
【実施例４】
【００７０】
図１１は、図５に示した温度センサ２６を用いたシステム構成以外で、ヒータの電力を制御する手法を説明するアルゴリズムの図である。このため、ステージのハード構成の組合せとしては、実施例１から３の構成と組み合わせることができる。
【００７１】
図１１に示すアルゴリズムにおいて、最初は、測長ＳＥＭなどの検査装置の使用状態を決定する。使用状態を大別すると、検査装置を使用する場合と、使用しない場合に分かれ、使用しない場合は「ステージ休止」になる。この場合はあらかじめ決めておいたターゲットの発熱量をそのままヒータの発熱量として出力する。検査装置が次の仕事を待つ間も、その間は仕事をしていないので「ステージ休止」にあたる。ステージ休止中にヒータを用いて予熱しておくことで、その後、ステージの稼働が始まって、リニアモータの発熱が始まっても、ヒータの発熱を切ることで、ステージの温度変化をなくすことが出来る。この予熱動作は、図５の温度センサをシステムにおいても有効であり、ステージ稼働前に既にステージを暖めておけば、その後の温度変化を小さくすることが可能である。
【００７２】
温度センサを用いない場合に戻って、「ステージ休止」以外は何かしら仕事をする状態にある。その際は、どのような検査をするかがプログラミングされる。これによってウェハの検査パターンが定まる。検査パターンが定まると、１枚のウェハの全検査箇所が定まり、その検査箇所をたどるためのステージの全動作経路を算出することが出来る。その動作に対して、上段ステージの動作量と動作時間を抽出すると、上段ステージ用リニアモータの平均発熱量を算出することが出来る。この予測発熱量と、あらかじめ決めておいたターゲット発熱量との差分をヒータの発熱量とすることで、ヒータの出力を決めることができる。ウェハの検査パターンが同じである間は、計算方法で決めた出力でヒータの発熱を続ける。この制御アルゴリズムを用いると、計算の負荷はかかるが、温度センサが不要済む利点がある。
【符号の説明】
【００７３】
１  試料室
２  カラム
３  下段テーブル
４  上段テーブル
５  冷却板
６  チャック
７  ミラー（上段用）
８  ミラー（下段用）
９  上段用可動子接続部品
１０  上段用リニアモータ可動子
１１  予熱ヒータ
１２  上段用リニアモータ固定子
１３  下段用可動子接続部品
１４  下段用リニアモータ可動子
１５  下段用リニアモータ固定子
１６  熱抵抗用部品（下段ステージ用）
１７  上段ステージ用ガイドレール
１８  下段ステージ用ガイドレール
１９  放熱用ガイドレール
２０  上段用スライドユニット
２１  下段用スライドユニット
２２  放熱用スライドユニット
２３  熱バイパス部品
２４  熱抵抗部品（上段ステージ用）
２５  熱バイパス用スライドユニット
２６  温度センサ
２７  温調器
２８  アンプ
２９  電源
３０  ヒータ電力配線
３１  信号配線
３２  電熱線
３３  絶縁材
３４  上段用リニアモータ可動子
３５  上段用リニアモータ固定子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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