(57)【要約】【課題】  本発明は、Ｚ軸機構を有するステージの視野位置決め精度の向上を実現するステージ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に、試料を第１の方向に移動させる第１のテーブル（１０５）と、当該第１のテーブルを前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動させる第２の駆動機構（６０１）と、第１のテーブルの位置を計測するレーザ干渉計光軸（１１５）を第２の方向に可動させる機能を備えたことを特徴とする試料ステージ装置を提案する。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載せるためのテーブルと、当該テーブルをＸ方向に移動させる第１の駆動機構と、テーブルに設置されるミラーと、当該ミラーに向かってレーザ光を照射すると共にミラーからの反射光を受光することによって前記テーブルのＸ方向の位置を測定するレーザ干渉計を備えたステージ装置において、
前記テーブルをＺ方向に移動させる第２の駆動機構と、レーザ干渉計の光軸をＺ方向に移動させる光軸移動機構を備えたステージ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光軸移動機構は、前記レーザ干渉計をＺ方向に移動させる移動機構であることを特徴とするステージ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記レーザ干渉計は、前記レーザ干渉計の光源から放出されるレーザを前記ミラーに向かって反射する反射部材を備え、前記光軸移動機構は、当該反射部材の前記レーザ干渉計の光源に対するＺ方向の相対位置を変化させる移動機構である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、
前記反射部材は、ベンダーミラーであることを特徴とするステージ装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記反射部材は、ペンダタハミラーであることを特徴とするステージ装置。
【請求項６】
請求項３において、
前記反射部材は、ペンダタハプリズムである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、
前記テーブルは、前記試料を支持する静電チャック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、
前記第２の駆動機構と前記光軸移動機構を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記第２の駆動機構に追従して、前記光軸が移動するように前記光軸移動機構を制御することを特徴とするステージ装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記第２の駆動機構と前記光軸移動機構を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記テーブル上に載せられた試料表面のＺ方向の位置と、前記光軸のＺ方向の位置が一致するように、前記光軸移動機構を制御することを特徴とするステージ装置。
【請求項１０】
荷電粒子ビームを照射するための荷電粒子ビーム鏡筒と、前記荷電粒子ビームの照射対象である試料を移動させるステージを備えた荷電粒子線装置であって、
前記ステージは、試料を載せるためのテーブルと、当該テーブルをＸ方向に移動させる第１の駆動機構と、テーブルに設置されるミラーと、当該ミラーに向かってレーザ光を照射すると共にミラーからの反射光を受光することによって前記テーブルのＸ方向の位置を測定するレーザ干渉計と、前記テーブルをＺ方向に移動させる第２の駆動機構と、レーザ干渉計の光軸をＺ方向に移動させる光軸移動機構を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第２の駆動機構と前記光軸移動機構を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記第２の駆動機構に追従して、前記光軸が移動するように前記光軸移動機構を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記第２の駆動機構と前記光軸移動機構を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記テーブル上に載せられた試料表面のＺ方向の位置と、前記光軸のＺ方向の位置が一致するように、前記光軸移動機構を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１において、
前記レーザ干渉計の光源から放出されるレーザを前記テーブルに設置されるミラーに向かって反射する少なくとも２枚以上のミラーを備え、
前記光軸移動機構は、前記２枚のミラーが固定されＺ方向に垂直な軸回りに回転可能な可動機構を備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記可動機構に低熱膨張材料を用いることを特徴とするステージ装置。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記２枚のミラーの回転中心と前記可動機構の重心を一致させることを特徴とするステージ装置。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記可動機構を支持する軸に減衰の高い材料を用いることを特徴とするステージ装置。
【請求項１７】
請求項１３において、
前記可動機構の駆動用モータは、ブレーキ付のモータまたは超音波モータであることを特徴とするステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ステージ装置、及び荷電粒子線装置に係り、特に、ステージのアッベ誤差およびガイド起因のテーブル変形による位置決め誤差を抑制する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの製造、測定、検査等に用いられる電子顕微鏡等の荷電粒子線装置には、試料の所望の位置にビームを照射するために、試料の位置を移動させるステージが設けられている。このようなステージは２次元方向に試料を移動させるべく少なくとも２方向に試料を移動させるための駆動機構が備えられている。また、ステージの位置測定にはレーザ干渉計が使用されることが一般的である。
【０００３】
特許文献１には、テーブルの傾きを測定し、傾斜に応じた計測誤差を補正するステージ装置が開示されている。より具体的には特許文献１では、テーブルに固定したミラーの水平方向位置を測定する干渉計に加えて、高さ方向に間隔を設けた２点を測定しミラーの傾きを計測するための干渉計を２個増設している。このような構成によれば、ステージの傾斜に伴う計測誤差を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８９０２３３号（対応米国特許ＵＳＰ７，４９９，１８０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の構成によれば、水平面内を（ＸＹの二軸に）動作するステージにおいて、ステージの傾斜に伴う計測誤差を低減することができるが、干渉計を増設する必要があり装置コストが増大する。また、傾き測定のためには、ミラーの高さの異なる２点を測定する必要があり、ミラー高さの拡大が必要となる。さらに、鉛直方向（Ｚ方向）にも位置決めを行うステージでは、Ｚ方向の可動ストロークに応じてミラーの高さをさらに拡大する必要がある。ミラーの拡大はコスト増大に加えて、ステージの可動質量の増大、さらに、ステージ移動によるミラーの振動増大、およびモータ発熱の増大による熱変形起因の位置決め誤差増大につながる。
【０００６】
以下に、アッベ誤差の低減とミラー軽量化の両立の実現を目的とするステージ装置、及び荷電粒子線装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための一態様として、試料を載せるためのテーブルと、当該テーブルをＸ方向に移動させる第１の駆動機構と、テーブルに設置されるミラーと、当該ミラーに向かってレーザ光を照射すると共にミラーからの反射光を受光することによって前記テーブルのＸ方向の位置を測定するレーザ干渉計を備えたステージ装置、及び荷電粒子線装置であって、テーブルをＺ方向に移動させる第２の駆動機構と、レーザ干渉計の光軸をＺ方向に移動させる光軸移動機構を備えたステージ装置、及び荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、アッベ誤差の低減とミラー軽量化の両立を可能とするステージ装置、及び荷電粒子線装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】荷電粒子線装置の構成を示す図である。
【図２】テーブルの傾きによる位置決め誤差を説明する図である。
【図３】アッベ誤差の発生原理を説明する図である。
【図４】テーブル変形による視野すれを説明する図である。
【図５】補正マップ作成のためのウェハアライメントを説明する図である。
【図６】Ｚ機構搭載のステージの構成例を示す図である。
【図７】干渉計を可動させるステージの構成例を示す図である。
【図８】ベンダーのみを可動させるステージの構成例を示す図である。
【図９】可動ベンダーにペンタダハミラーを適用した構成例の図である。
【図１０】可動ベンダーにペンタダハプリズムを適用した構成例の図である。
【図１１】ペンタダハミラーが傾いた場合の光軸の変化を説明する図である。
【図１２】チャックが可動でミラーが固定の場合の構成例を示す図である。
【図１３】アッベ誤差と変形による誤差の抑制効果切り替えを示す図である。
【図１４】カラム参照と光軸可動を適用した構成例を示す図である。
【図１５】２枚のミラーを一体で回転させる方式の構成例を示す図である。
【図１６】回転可動部の回転による光軸の高さ変化を説明する図である。
【図１７】ミラーを固定する回転可動部の形状例を示す図である。
【図１８】電磁モータと電磁ブレーキを適用した構成例を示す図である。
【図１９】超音波モータを適用した場合の構成例を示す図である。
【図２０】可動部ドリフト時の光路長変化の相殺原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
近年の半導体素子の微細化に伴い、製造装置のみならず、検査装置や計測装置にも位置決め精度の高精度化が要求されている。例えば、所望の検査箇所を探すためには、ステージの位置座標を基準としてウェハ上のパターンのＳＥＭ画像を取得する。ステージに位置決め誤差がある場合でも、ウェハの目標値からの位置偏差を正確に測定できていれば電子ビームを偏向させることでステージの位置偏差を補正し、所望のパターンを測定することができる。ただし、ウェハの目標値からの位置偏差を正確に測定できない場合、電子ビームの補正に誤差が生じるため所望のパターンの位置に電子ビームを照射できず視野ずれが発生する。このように発生する観察目標のパターン位置と、ステージ位置偏差を補正した上で照射した電子ビーム照射位置との距離を視野位置決め誤差と呼ぶ。デバイスのパターン微細化が進行する程、視野位置決め誤差が生じると所望の検査箇所に辿り着くことが困難となる。
【００１１】
ここで、レーザ光軸の高さとウェハ上面の観察面の高さに差がある場合、テーブルの傾き変化に応じてアッベ誤差が生じる。更に視野位置決め誤差を低減するには、上述したアッベ誤差の低減に加えて、テーブル変形による位置決め誤差の低減も重要である。テーブル変形は、テーブルの熱変形に起因するものとガイドの転動体通過に起因するもの、ガイドの形状誤差に起因するものがある。これらのテーブル変形に関しても、アッベ誤差同様にレーザ干渉計の光軸高さと密接に関係しており、Ｚ軸機構が搭載され試料が上下動するステージにおいて光軸可動して理想的な高さに保つことで視野位置決め精度を向上させることが可能である。また、熱変形に起因する視野ずれは、ステージの可動質量を低減してモータ発熱を最小化することでも対処できる。
【００１２】
そこで、ステージ可動質量を増大することなく、アッベ誤差およびテーブル変形による影響を低減し、視野位置決め精度向上を実現することを考える。
【００１３】
ウェハを搬送可能なステージを有する荷電粒子線装置では、テーブルの傾きの計測（ピッチング計測）を行うことで、計測位置誤差を低減することが可能である。しかし、計測位置誤差の補正を実現するためには、干渉計を複数搭載する必要があり、その分ミラー質量やそれに要するコストが増大する。更にＺ方向に移動するステージの場合、ミラー高さのＺ軸ストローク分の拡大が必要になりミラー質量がさらに増大する。ミラー寸法が拡大すると、ミラーを支持するためにテーブルの大型化も必要となり、ステージの可動質量が大きく増大する。これにより、ステージのモータ発熱が増大し、熱変形により位置決め精度が劣化する。また、ステージ移動時のカラムや試料室の振動が増大し、移動後の振動減衰待ち時間の延長が必要となりスループット向上が困難となる。また、ミラー寸法が拡大すると、それを納める試料室も拡大する必要があり、装置の大型化および製造コスト増大にもつながる。
【００１４】
これに対し、後述する実施例に例示する構造では、試料室の外にある干渉計部分に部品を追加する構造であり、ステージの可動質量を増大することなくアッベ誤差の排除が可能となる。
【００１５】
以下に、ステージの寸法や可動質量を増大させることなくアッベ誤差を抑え、例えば荷電粒子線装置であれば、視野位置決め精度を向上することを目的とするステージ構造について説明する。
【００１６】
以下の実施例では、主に試料を支持し、当該試料をＸＹＺ方向に移動させるＸＹＺ機構、あるいは当該試料をＸＺ方向に移動させるＸＺ機構を備えた試料ステージ装置であって、Ｘ方向測定用あるいはＸＹ方向測定用のレーザ干渉計光軸をＺ方向に可動させる機能を備えたステージ装置、及び荷電粒子線装置について説明する。
【００１７】
上記構成によれば、ステージの軽量化と視野位置決め誤差低減の両立が可能となる。また、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向の位置決め機構を有するステージ装置において、Ｚ機構をどの位置に固定した場合でもアッベ誤差および変形による視野ずれを最小化することが可能となり、視野位置決め精度を向上することが可能となる。
【実施例１】
【００１８】
以下に説明する実施例は、ＸＹＺステージにおいて、ＸあるいはＹもしくは両方の位置測定用のレーザ干渉計の光軸をＺ方向に可動する構造を備えたステージ装置に関するものである。一般的なＺ機構を備えたＸＹステージでは、ＸＹ方向を測定する干渉計の光軸高さとＺ機構により位置決めされる試料の高さの差が、Ｚ機構の位置により変化するためアッベ誤差が増減する。
【００１９】
試料を高い位置にした場合および低い位置にした場合の両方において高い位置決め精度を確保する必要がある場合、干渉計光軸と試料の高さの差がどちらかの場合、あるいは両方の場合で大きくなり、アッベ誤差が大きくなるため、両方の場合において位置決め精度を高くすることが困難である。
【００２０】
本開示のステージ構造は、ステージの干渉計の光軸をＺ機構に合わせて上下させる構成となっていることを特徴としている。上記構成によれば、試料がＺ機構によりどの高さに位置決めされていたとしてもアッベ誤差を常に０にすることが可能であり、高い視野位置決め精度を有するステージ構造が提供される。
【００２１】
図１を参照して、荷電粒子線装置の例を説明する。ここでは、荷電粒子線装置の例として、半導体計測装置（以下、測長ＳＥＭ）の例を説明する。測長ＳＥＭでは、試料室１１２上に、電子光学系鏡筒１０１が搭載されており、試料室１１２は除振マウント１１３により支持されている。電子光学系鏡筒１０１から電子ビームをウェハ１０６上に照射し、ウェハ１０６上のパターンを撮像し、パターンの線幅の計測や形状精度の評価を行う。試料室１１２内には、テーブル１０５を可動部とするステージが搭載され、テーブル１０５には観察対象であるウェハ１０６を搭載するチャック１０８が固定されている。テーブル１０５は図示しないリニアモータやピエゾアクチュエータ等の駆動機構により移動可能に構成されている。本実施例では、テーブルをＸ方向に移動させる駆動機構（第１の駆動機構）、テーブルをＹ方向に移動させる駆動機構（第３の駆動機構）、テーブルをＺ方向に移動させる駆動機構（第２の駆動機構）を備えたステージ装置について説明する。
【００２２】
また、テーブル１０５はガイド１０７により支持され、レーザ干渉計１０４により、ミラー１１１の位置を計測しステージ座標を得て、コントローラ１０９（制御装置）により位置決め制御される。コントローラ１０９は、後述するようにＺ機構（第２の駆動機構）を駆動するための信号を供給すると共に、Ｚ機構に追従して、或いは選択されたモードに応じて、レーザ干渉計のレーザ光軸の高さを調整するための信号を、光軸を移動させるための機構に供給する。
【００２３】
テーブル１０５に変形が生じるとチャック１０８とミラー１１１の間の相対距離が変動し、レーザ測長値でウェハ上の観察点の位置を管理する場合に像のずれが生じる。ただし、テーブルの変形も含めてレーザ測長値と像のずれに再現性がある場合は、像のずれ量を座標に対して記録することで補正マップを作成することが可能である。ステージの現在位置測定値と目標位置の差分に対して、この補正マップの像のずれ量を足し合わせた分だけ電子ビームをシフトさせると、再現性のあるテーブル変形起因の視野位置決め誤差を０に近い値とすることが可能である。しかしながら、テーブルの変形に再現性がない場合や、再現性のない成分が混入している場合、補正マップを用いても視野位置決め誤差が残る。特に、パターン間隔が数ｎｍのデバイスを計測するためには、この視野位置決め誤差を極限まで低減する必要がある。
【００２４】
図２を参照して、テーブルの姿勢誤差が視野位置決め誤差につながることを説明する模式図を示す。電子ビーム２０１がウェハ１０６の中心に照射されている状態から、テーブル１０５が傾いた場合を示している。テーブルが傾いた場合、ミラー１１１と電子ビーム２０１のＸ軸方向の相対距離２０２が変化しないにもかかわらず、ミラー１１１と観察点のＸ軸方向の相対距離に変化が生じ像ずれ２０３となる。このように、テーブルの傾きが変化すると場合、ミラーと観察目標点の水平方向の距離が変化し、それが視野位置決め誤差となる。
【００２５】
このようなテーブルの傾きはステージを＋Ｘ方向に移動した場合と、−Ｘ方向に移動した場合でも生じることがある。この傾きを一定化させるために常に＋Ｘ方向からの移動を行うなどの方法を取ると、観察前に余分な動作が必要となり装置スループットの低下につながる。すなわち、根本的にアッベ誤差を低減する方法を採る必要がある。
【００２６】
図３を参照して、アッベ誤差の発生原理を説明する図を示す。ここでは、テーブルと試料とミラーを剛体として、一つの直方体３０１としてモデル化している。レーザ光軸と試料観察点の高さの差をＡ（図３では３０２）とし、テーブルの傾きをφ（図３では３０３）とすると、テーブルが傾くことによる観察点の位置ずれＤ（図３では２０３）はＤ＝Ａ・φと表される。
【００２７】
すなわち、傾きが一定であれば、高さの差３０２に比例して位置ずれ２０３が大きくなる。反対に、観察面の高さとレーザ光軸の高さを揃えて、高さの差３０２を０にできれば、傾きによる位置ずれ２０３を０にすることが可能である。例えば、傾きが０．１秒程度で、アッベ誤差を１ｎｍ以下にしたいのであれば、高さの差を約２ｍｍ以下にできればよい。
【００２８】
図４（Ａ）を参照して、テーブルの変形が視野位置決め誤差につながることを説明する模式図を示す。ステージ装置において、チャックやミラーを搭載するテーブル１０５は、様々な要因により変形が生じる。例えば、転がりガイドのコロやボールなどの転動体の軸受面への出入りに伴うスライダの歪みの伝達（以下、転動体通過による歪み）、ガイドの形状誤差による変形、ベースあるいは試料室や下軸テーブルの気圧変化や熱変形によるガイドの反りの伝達などが挙げられる。テーブル１０５が変形すると、ミラー１１１とチャック１０８の相対距離が変化し、ウェハ１０６上の観察目標点と電子ビーム２０３の間に位置ずれ２０１が生じ視野ずれとなる。
【００２９】
図４（Ｂ）のようにテーブル１０５の変形中心を測定することでテーブル曲げによる位置ずれ２０３を低減することが可能である。ただし、Ｚ方向に位置決めされる場合、レーザ光軸１１５とテーブル１０５の曲げ中心がＺ機構の位置によりずれるため変形が大きくなる。また、アッベ誤差と変形のどちらが大きいかにより、試料表面に合わせるか、テーブル曲げ中心に合わせるかのバランスを考慮し、視野位置決め誤差が最小となる高さで設計を行うことが有効である。
【００３０】
図５を参照して、ウェハアライメントによる補正マップ作成手順と再現性のある傾きの補正原理について説明する図を示す。
【００３１】
チャック１０８も厳密には傾きがあり、Ｚ機構によりチャックが上下する場合、チャックの傾きも上下動の度に変化する。また、ウェハ１０６も厚みが必ずしも一定ではなく傾きがある。これらの影響を補正するために、レーザ干渉計で測定したテーブル位置とウェハの観察点との間で相関マップを作成する。
【００３２】
例えば、ウェハ上に設けた２点の目印を観察し、その時の電子ビーム２０１の偏向量とレーザ干渉計の値を保存する。これを基準にして、補正マップを作成することで、ウェハの再現性のある傾きやウェハが一様に伸びる熱膨張の影響を排除できる。この操作をウェハアライメントと呼ぶ。
【００３３】
ウェハアライメントを、ウェハを載せる度、あるいはＺ機構を動作させる度に行うことで、Ｚ機構の傾きの再現性は問題とならない。
【００３４】
図６を参照して、Ｚ機構搭載のステージの例を示す。この構成例ではチャック１０８とミラー１１１がＺ機構６０１により一体で上下する。また、干渉計１０４は試料室１１２側面に固定されている。
【００３５】
ミラー１１１とチャック１０８を一体でＺ機構６０１上に配置することで、ミラーとチャックの相対振動を抑えることが可能である。ミラーの位置に合わせて電子ビームの偏向量を補正することでテーブルの振動を補正することが可能である。この補正効果を最大化するためには、ミラーとチャックを一体で動作させることが有効である。ただし、この例の場合、ミラー１１１は光軸１１５に対して上下動するためＺ機構６０１のストローク分だけ高さを拡大する必要がある。
【００３６】
この例では、試料１０６が下に移動した場合に、試料面と光軸１１５の高さが一致し、試料が上に移動した場合には光軸高さが試料面よりも低くなりアッベ誤差が増大する。また、図４Ｂで示したようにテーブル変形中心に光軸を合わせた場合、試料が上にある場合あるいは試料が下にある場合のどちらかで変形の影響が大きくなり視野位置決め誤差が大きくなる。
【００３７】
図７を参照して、チャックとミラーが一体でＺ機構により上下する構造で、干渉計ごと可動する場合の例を示す。
【００３８】
干渉計１０４はガイドを有する干渉計駆動機構７０１（光軸移動機構）により上下方向に可動する。また、干渉計上下動の推力を与えるアクチュエータには超音波モータを使用して、干渉計を位置決めした後は、アクチュエータへの電力供給をＯＦＦにして、電源ノイズによりアクチュエータが振動することを防止する。超音波モータであれば、電源をＯＦＦにした場合でも保持力が残るため、新たに支持構造を追加する必要がない。反対に停止中の支持構造を用いることで、超音波モータ以外の保持力がないアクチュエータを用いることも可能である。
【００３９】
ただし、干渉計を上下動させる場合、干渉計の質量が大きいために振動低減の観点から案内には高い剛性が要求され、アクチュエータに関しても高い保持力が要求される。これにより、装置が大型化する。また、案内とアクチュエータの大型化によりコスト増大につながる。
【００４０】
干渉計ごと上下動させる場合、干渉計のケーブル７０２も可動させる必要がある。干渉計のケーブルには、電気配線の他、発熱防止のために光源を干渉計の外に配置するタイプでは、光源の光を干渉計に導くために光ファイバーケーブルが用いられている。これらのケーブルは可動ケーブルとして設計されている例は少なく、ケーブル寿命の面から信頼性が低下する。
【００４１】
図８を参照して、チャックとミラーがＺ機構により一体で上下する構造で、かつ干渉計は固定でベンダー（ベンダーミラー）が可動する場合の例を示す。図７で説明した干渉計１０４ごと上下動させる構造例では、干渉計１０４の質量による振動増加の課題と、ケーブル寿命の課題が存在する。これに対して、レーザ光源を含む干渉計１０４を固定とし、光軸を曲げるベンダー８０２（反射部材）のみを上下動させることで、上記の課題を解決することが可能である。即ち、光源等に対し、反射部材のＺ方向の相対位置が変化するように、反射部材を選択的に移動させる。
【００４２】
図８では、干渉計から出たレーザ光は一旦固定ベンダー８０１により下方向に曲げられ、その後、可動ベンダー８０２によりテーブルに固定されたミラーに導かれる。
【００４３】
可動ベンダー８０２はガイド可動部と合わせても干渉計１０４ごと上下動させる場合に比べて軽量であるため、ガイドおよびアクチュエータで構成されるベンダー駆動機構８０３を小型化することが可能である。また、ベンダー８０３はミラーあるいはプリズムで構成させるため配線を通す必要がなく、ケーブル寿命が問題とならない。
【００４４】
図９を参照して、図８のベンダー可動方式の構造に対して、可動側ベンダーにペンタダハミラーを用いた場合の構成例を示す。
【００４５】
図８の可動ベンダー８０２に対して、光軸に対して単純に４５度の反射面を持つ一枚のミラーを適用した場合、可動ベンダー８０２を案内するガイドの姿勢誤差によっては、可動ベンダー８０２が傾き、テーブルに導かれる光軸１１５が傾く可能性がある。レーザ干渉計は光軸ずれが大きくなるとＳ／Ｎ比が低下し、測定ノイズが増大するため、結果的にテーブルの位置決め精度が低下する問題につながる可能性がある。
【００４６】
この課題に対して、可動ベンダーにペンタダハミラー９０１を用いることで、可動ベンダーが傾いた場合でもテーブルに照射されるレーザ光軸の傾き変化を防止することが可能である。ペンタダハミラー９０１はガイド９０３により案内されＺ方向に可動する。超音波アクチュエータ９０２により、Ｚ方向の可動時の推力と停止中の保持力が得られる。
【００４７】
図１０を参照して、図９の構成の可動ベンダーにペンタダハプリズムを適用した場合の構成例を示す。図１０のように、可動ベンダーにはペンタダハミラーと同様の機能を有するペンタダハプリズムを用いることも可能である。
【００４８】
図１１（Ａ１）および図１１（Ａ２）を参照して、可動ベンダーに適用したペンタダハミラーの傾きと光軸の関係について説明する図を示す。ガイドの姿勢誤差により可動ベンダーがＹ軸回りに傾いた場合、ペンタダハミラーの作用によりテーブルに向かうレーザ光軸は傾きを変えずに平行移動する。この移動量Δ（図１１（Ａ２）では１１０３）は、ペンタダハミラーの反射点の間の距離Ｌ（図１１（Ａ２）では１１０４）と、ペンタダハミラーの傾きθ（図１１（Ａ２）では１１０７）から、Δ＝Ｌ・θと計算される。
【００４９】
例えば、ガイドの姿勢誤差が０．１秒、ペンタダハミラーの反射点間の距離が１０ｍｍの場合、テーブルに向かうレーザ光軸の上下方向の平行移動量は５ｎｍとなる。これによって生じるアッベ誤差は、前述した式１より、０．００２５ｐｍ程度であり装置仕様に影響のないレベルであることがわかる。
【００５０】
図１１（Ｂ１）および図１１（Ｂ２）を参照して、ペンタダハミラーを用いた可動ベンダーがＸ軸回りに傾いた場合の光軸ずれについて説明する図を示す。図１１（Ｂ１）のペンタダハミラーがＸ軸回りに傾いた場合の光軸のずれを図１１（Ｂ２）に示す。図１１（Ｂ２）では、光軸とＹ方向のなす平面上に光軸を投射して示している。ここで、Ｘ方向としてＸ方向とＺ方向の中間の４５度の方向を定義する。
【００５１】
ＹＺ平面のレーザ光は第一の反射面１１１０で反射した後、ＸＹ平面内を進むこの時、光軸には第一の反射面１１１０のＸ軸回りの傾き１１０８の２倍の傾き１１０９がＸ’軸に対して生じる、しかし、ペンタダハミラー９０１は一体部品のため第二の反射面１１１１も同様にＸ軸回りに傾くため第二の反射面１１１１において反射した後は、ＸＹ平面内においてレーザ光軸はＸ方向と平行に戻る。この時の光軸の平行移動量は、前述した値と同様に計算されるため、十分無視できるほど小さい。また、可動ベンダーがＺ軸回りに傾く場合でも同様である。
【００５２】
上記の光軸傾きの補償効果は同じ機能を有するペンタダハプリズムの場合でも同様の効果が得られる。
【００５３】
なお、半導体ウェハ等を測定、検査する装置にはＺセンサと呼ばれる試料の高さ計測装置が備えられている場合がある。Ｚセンサは半導体ウェハ表面にレーザ光を照射し、その反射光を２次元センサ等で検出することによって試料の高さを測定する装置である。２次元センサの反射光の到達位置に応じて、試料の高さを計測することができる。上述のようにアッペ誤差は、観察面（試料表面）とレーザ光軸を揃えることによって解消できるため、Ｚセンサによる高さ計測結果に応じて、光軸と観察面のＺ方向の位置が一致するように、光軸を調整しても良い。
【実施例２】
【００５４】
図１２を参照して、チャックのみをＺ機構で上下し、ミラーはテーブルに固定しＺ方向に可動しない場合において、干渉計は固定でベンダーが可動する場合の構成例を示す。図６の例では、電子ビームの偏向補正機能を利用して、テーブルの振動の補正効果を最大化するためにミラーとチャックを一体でＺ機構により位置決めする構成としたが、Ｚ機構６０１の負担を軽減するためにチャック１０８のみを上下動させる構成も考えられる。その場合においても、試料面高さはＺ軸機構６０１により変化するため、レーザ光軸１１５を上下に可動させることでアッベ誤差の低減を行うことが視野位置決め精度向上において有効である。
【００５５】
ミラー１１１はＺ機構６０１の可動ストロークをカバーする高さとし、図８の構成と同様に、ベンダー８０２のみ可動する構成とすることで干渉計１０４の振動およびケーブル７０２の寿命低下の課題を解決することができる。
【実施例３】
【００５６】
図１３を参照して、誤差要因をモード切替する機能を説明する図を示す。Ｚ軸機構が同じ高さの場合において、干渉計のレーザ光軸のみを上下に可動させることで、アッベ誤差を優先して低減するか、テーブル変形による誤差を優先して低減するかを切り替えることが可能である。
【００５７】
例えば、駆動距離が大きい場合やモータの発熱が大きい場合など、テーブル変形が大きい場合は、光軸１１５を図１３（Ｂ）のように下げてテーブル変形の影響が小さい状態でテーブル位置を測定する。反対に、移動距離が小さく、テーブルの折り返しが多く傾き変化によるアッベ誤差が支配的な場合では、図１３（Ａ）のように光軸１１５を上げてアッベ誤差を低減した状態で運用する。また、両者の中間的な状態では、光軸高さを中間にし、視野位置決め誤差が最小となると予想される状態でテーブル位置を計測する。これにより、干渉計光軸を可動式とすることで、ステージの運用方法に合わせて視野位置決め誤差が小さくなる状態を実現可能である。
【実施例４】
【００５８】
図１４を参照して、カラムの位置を測定する差動干渉計の場合に干渉計光軸を可動させる構成の例を示す。
【００５９】
この構成例では、電子光学系鏡筒１０１（以下、カラム）に、カラム参照ミラー１４０１を取り付け、差動干渉計１４０３でカラム１０１とテーブル１０５に取り付けたミラー１１１の相対距離を計測し、試料室の熱膨張などの影響をキャンセルすることが可能となり、視野位置決め精度を向上させることが可能である。
【００６０】
天板１１４には、カラム参照ミラー１４０１を計測するレーザ光軸を通すために掘り込み１４０２を設ける必要がある。この場合に図７のように干渉計ごと動作させる方式を適用すると、カラムを計測する側の光軸も上下動することになる。すなわち、天板１１４の掘り込み１４０２を大きくする必要が生じて、カラム１０１の倒れ振動により像揺れが発生する可能性がある。一方、ベンダー８０２のみ可動する方式を取ると、カラムを参照する光軸を通すための掘り込み１４０２は最小限で済むため、天板１１４の剛性低下を抑えることが可能である。
【実施例５】
【００６１】
図１５を参照して、２枚のミラーを一体で回転させる方式の構成例を示す。この構成例では、レーザ光軸１１５の高さ変化を起こすために、上側ミラー１５０２および下側ミラー１５０３を固定した回転可動部１５０１をＹ軸回りに傾ける動作を行い、レーザ光軸１１５のＺ方向の平行移動を実現する。これにより、ウェハ１０６上面とレーザ光軸１１５の高さの差を低減しアッベ誤差を小さくすることができる。なお、本実施例においては、回転可動部１５０１が、２枚のミラーが固定されＹ軸回りに回転可能な可動機構に該当する。なお、本実施例ではＸ軸方向に測定するためＹ軸周りに回動可能な回転可動部１５０１を説明するが、Ｙ軸方向に測定する場合はＸ軸周りに回動可能な回転可動部１５０１を用いる。
【００６２】
図１６を参照して、回転可動部の回転により光軸の高さを変化させる動作原理を説明する。
【００６３】
上側ミラー１５０２および下側ミラー１５０３を固定した回転可動部の傾き角度１６０５に対して、上側ミラー１５０２で反射した光軸１６０２には、角度１６０５の２倍の傾き角度１６０６が生じる。これにより、光軸１６０４を少ない動作角度で光軸１６０３の高さまで動かすことが可能である。
【００６４】
なお、図１６では、回転可動部の回転軸を上側ミラーの光軸の反射点としたが、回転可動部の回転軸はどこにでも設けることが可能である。回転軸の位置は回転可動部の重心と一致させることが望ましい。これにより、外乱が入った場合において、回転可動部の回転軸まわりの回転振動によるレーザ測長値の変動を最小化することが可能である。
【００６５】
次に、図１７を参照して、ミラーを固定する回転可動部の形状例を示す。上側ミラー１５０２と下側ミラー１５０３は、回転可動部１５０１に対して、レーザ光を反射させる面を接着面として固定し、回転可動部１５０１は、インバー材などの低熱膨張材料で製作することが望ましい。そのように固定することで、系の温度が変化した場合において、上側ミラー１５０２および下側ミラー１５０３の厚みが熱膨張により変化したとしても、図１６でいうところの光軸１６０２の長さに対して影響を与えない。また、回転可動部の熱変形も低熱膨張材を用いていることから小さいため、光路長変化を小さく抑えることが可能である。低膨張材料としてはインバー材、スーパーインバー材、ガラスセラミック材などが挙げられる。
【００６６】
なお、回転可動部１５０１の回転中心１７０１は、上側ミラー１５０２および下側ミラー１５０３と回転可動部１５０１、さらに回転可動部と一体で回転するその他の部品を含めた系の重心を通る軸を中心として回転させることが望ましい。そのように回転中心を配置することで、系にステージから加減速に応じた加振力が外乱入力として作用した場合における回転可動部の回転振動を小さくすることができ、レーザ測長値の振動を抑えられる。
【００６７】
次に、図１８を参照して、アクチュエータに電磁モータを適用し、可動部の固定に電磁ブレーキを適用した構成例を示すこの構成例では、電磁モータ１８０１により、回転可動部１５０１を回転させる。電磁モータ１８０１は、回転動作後に励磁をOFFにすることで、電磁モータ１８０１からの微小な振動が回転可動部１５０１に伝わることを防止する。
【００６８】
干渉計１０４は、干渉計ベース１８０７に固定し、支持柱１８０８により干渉計ベース１８０７を支持する。
【００６９】
支持柱１８０８に低熱膨張材料を用いると、干渉計１０４のＸ方向移動によるレーザ測長値の変動を抑制可能である。あるいは、図１４のように、干渉計１０４に差動干渉計１４０３を用いることで、支持柱１８０８の熱膨張による干渉計１０４のＸ方向の移動を相殺することが可能である。
【００７０】
回転可動部１５０１の回転軸１７０１回りの剛性を高めるために、電磁ブレーキ１８０２を設置してもよい。また、電磁モータ１８０１を電磁ブレーキ付のモータとすることで、より高い剛性を実現することもできる。
【００７１】
カップリング１８０５を用いることで、回転可動部１５０１のスムーズな回転が可能である。ただし、カップリング１８０５は、可動部１５０１の回転剛性を低下させないよう極力剛性の高いものを選定することが望ましい。
【００７２】
軸受１８０３によりシャフト１８０４を支持する。軸受１８０３は、隣合わせに２個配置し対向した予圧を与えることでシャフト１８０４に固定された可動部１５０１のＹ方向およびＺ方向の剛性を向上可能である。
【００７３】
シャフト１８０４に、制振合金あるいはセラミクス材料などの減衰の高い材料を用いることで、可動部１５０１のＹ軸回りの回転振動を瞬時に減衰することもできる。
【００７４】
次に、図１９を参照して、アクチュエータに超音波モータを適用した場合の構成例を示す。図１８の電磁モータの代替として、超音波モータ１９０１を用いて、図１８の電磁ブレーキを省略してもよい。超音波モータは回転方向の剛性が高く、減衰性も高いため、可動部の回転振動を抑制することが可能である。また、ブレーキ付のモータまたは超音波モータは、電力供給を遮断しても保持力を残すことができるため、発熱を生じずに回転可動部１５０１の保持が可能であり、アクチュエータの発熱に起因する回転可動部１５０１の熱膨張を防ぎ、測長値の変動を抑えることが可能である。
【００７５】
図２０を参照して、回転可動部が可動部支持部の熱変形によりドリフトした場合の光路長変化の相殺原理を説明する。実施例５の２枚のミラーを一体で回転させる方式では、可動部１５０１を支持する軸受１８０３などが熱変形し、可動部１５０１の位置が変化した場合においても、測長値の変動を抑えることが可能である。
【００７６】
図２０を参照して、可動部ドリフト時の光路長変化の相殺原理を説明する。図２０（Ａ）のように、上側ミラー１５０２と下側ミラー１５０３が一体で横方向に移動した場合、干渉計から上側ミラーまでの光路長２００１は、長さ２００４だけ収縮し、下側ミラー２００５からステージミラー１１１までの光路長は、長さ２００５だけ伸長する。上側ミラー１５０２と下側ミラー１５０３の間の距離は変化しないため、干渉計からステージミラーまでの光路長が変化せず、レーザ測長値の変動が相殺される。また、図２０（Ｂ）のように、上側ミラー１５０２と下側ミラー１５０３が一体で垂直方向に移動した場合においても、光路長変化は同様な形となるため、レーザ測長値が変動しない。つまり、図１８および図１９において、回転可動部１５０１が、軸受１８０３などの熱膨張でＸ方向あるいはＺ方向に移動してもレーザ測長値の変動がなくテーブルの位置測定誤差を抑えることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１０１  電子光学系鏡筒
１０４  レーザ干渉計
１０５  テーブル
１０６  ウェハ
１０７  ガイド
１０８  チャック
１０９  コントローラ
１１１  ステージミラー
１１２  試料室
１１３  除振マウント
１１４  天板
１１５  レーザ干渉計光軸
２０１  電子ビーム
２０２  ミラーと観察点の相対距離
２０３  視野ずれ
２０４  観察目標点
３０１  測定および観察対象
３０２  アッベオフセット
３０３  傾き
３０４  アッベ誤差
３０５  観察目標点
３０６  ビーム照射点
６０１  Ｚ機構
７０１  干渉計駆動機構
７０２  干渉計ケーブル
８０１  固定側ベンダー
８０２  可動側ベンダー
８０３  ベンダー駆動機構
９０１  ペンタダハミラー
９０２  超音波アクチュエータ
９０３  リニアガイド
１００１  ペンタダハプリズム
１１０１  固定ベンダーから降りるレーザ光軸
１１０２  テーブル計測に向かうレーザ光軸
１１０３  Ｚ方向の光軸ずれ
１１０４  反射点間の距離
１１０５  Ｙ方向の光軸ずれ
１１０７  ベンダーのＹ軸回りの傾き
１１０８  ベンダーのＸ軸回りの傾き
１１０９  光軸の傾き
１１１０  第一の反射面
１１１１  第二の反射面
１４０１  カラム参照ミラー
１４０２  カラム参照光路用掘り込み
１４０３  差動干渉計
１５０１  回転可動部
１５０２  上側ミラー
１５０３  下側ミラー
１６０１  干渉計からの光軸
１６０２  上側ミラーで曲げられた光軸
１６０３  ステージへ向かう光軸
１６０４  ステージへ向かう光軸
１６０５  可動部の回転角度
１６０６  光軸の回転角度
１７０１  回転可動部の回転軸
１８０１  モータ
１８０２  電磁ブレーキ
１８０３  軸受
１８０４  シャフト
１８０５  カップリング
１８０６  ベース
１８０７  干渉計ベース
１８０８  干渉計ベース支持柱
１９０１  超音波モータ
２００１  干渉計から可動部までの光路長
２００２  ミラー間の光路長
２００３  下側ミラーからステージミラーまでの光路長
２００４  光路長減少分
２００５  光路長増加分
【図１】
2019067745.tif 000003
【図２】
2019067745.tif 000004
【図３】
2019067745.tif 000005
【図４】
2019067745.tif 000006
【図５】
2019067745.tif 000007
【図６】
2019067745.tif 000008
【図７】
2019067745.tif 000009
【図８】
2019067745.tif 000010
【図９】
2019067745.tif 000011
【図１０】
2019067745.tif 000012
【図１１】
2019067745.tif 000013
【図１２】
2019067745.tif 000014
【図１３】
2019067745.tif 000015
【図１４】
2019067745.tif 000016
【図１５】
2019067745.tif 000017
【図１６】
2019067745.tif 000018
【図１７】
2019067745.tif 000019
【図１８】
2019067745.tif 000020
【図１９】
2019067745.tif 000021
【図２０】
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