(57)【要約】【目的】本発明は、サーボ制御により搭載した、荷電粒子線ビームを走査して画像を生成する対象の試料の位置を制御するステージおよびステージ停止位置補正方法に関し、ステージのサーボ制御停止時に微小移動を高精度に検出し、荷電粒子がステージ上の試料を照射する位置をリアルタイムに補正し、画像上でステージの停止位置を応答時間短く、機械的振動や変位等がなく、かつ高精度に補正することを目的とする。【構成】  サーボ制御の停止時にステージの位置の移動を高精度に検出する検出装置と、検出装置で検出された位置の移動量をもとに、試料に照射する荷電粒子線ビームの位置を補正する補正手段とを備えたステージである。【選択図】        図１
2007042514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボ制御により搭載した、荷電粒子線ビームを走査して画像を生成する対象の試料の位置を制御するステージにおいて、
前記サーボ制御の停止時に当該ステージの位置の移動を高精度に検出する検出装置と、
前記検出装置で検出された位置の移動量をもとに、前記試料に照射する荷電粒子線ビームの位置を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とするステージ。
【請求項２】
前記移動量をもとに、前記試料を照射する荷電粒子線ビームの位置を、電磁偏向器あるいは静電偏向器で偏向して補正することを特徴とする請求項１記載のステージ。
【請求項３】
前記サーボ制御の停止時の停止位置について、サーボ制御の再開時に前記補正手段により補正した補正量を補正することを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載のステージ。
【請求項４】
サーボ制御により搭載した、荷電粒子線ビームを走査して画像を生成する対象の試料の位置を制御するステージの停止位置補正方法において、
前記サーボ制御の停止時に当該ステージの位置の移動を高精度に検出する検出装置を設け、
前記検出装置で検出された位置の移動量をもとに、前記試料に照射する荷電粒子線ビームの位置を補正する
ことを特徴とするステージ停止位置補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボ制御により搭載した、荷電粒子線ビームを走査して画像を生成する対象の試料の位置を制御するステージおよびステージ停止位置補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体分野では、ＬＳＩのマスクなどのパターンの描画、測定、検査をするために大きなマスク（例えば８インチサイズ）などをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）のステージに搭載してＸ方向およびＹ方向に広範囲かつ高精度に移動可能にしたものがある。
【０００３】
この際、上述したＳＥＭでステージに搭載したマスクのＳＥＭ像（例えば２次電子画像）を観測する時、ステージ停止中でもサーボ制御系の位置決めフィードバックや、当該サーボ制御系が発生した熱が伝導してステージが微小動作を行うことがあるため、当該動作を回避するためにＳＥＭ像観測中はサーボ制御を停止していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ステージを駆動するサーボ制御系の動作を停止しても、当該ステージを構成するボールネジの熱変化による熱膨張や、超音波モータの接触面摩擦変化などにより停止位置が微小にドリフトなどしてしまうという問題があった。
【０００５】
また、上述したボールネジの熱変化による熱膨張や、超音波モータの接触面摩擦変化などにより停止位置が微小にドリフトする量を検出し、上述したサーボ制御系をその都度、動作させて補正した後、停止させたのでは当該サーボ制御系からの熱でステージがその毎に微小移動してしまいステージを高精度に停止させることができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、これらの問題を解決するため、ステージのサーボ制御停止時に微小移動を高精度に検出し、荷電粒子がステージ上の試料を照射する位置をリアルタイムに補正し、画像上でステージの停止位置を応答時間短く、機械的振動や変位等がなく、かつ高精度に補正することを目的としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、荷電粒子顕微鏡に用いるステージについて当該ステージのサーボ制御停止時に、微小移動を高精度に検出して、荷電粒子がステージ上の試料を照射する位置をリアルタイムに補正することにより、ステージの停止位置を電子制御により応答時間を短く、かつ機械的振動や変位等なく、かつ高精度に補正することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、荷電粒子顕微鏡に用いるステージについて当該ステージのサーボ制御停止時に、微小移動を高精度に検出して、荷電粒子がステージ上の試料を照射する位置をリアルタイムに補正し、ステージの停止位置を電子制御により応答時間を短く、かつ機械的振動や変位等なく、かつ高精度な補正を実現した。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の１実施例構成図を示す。以下、荷電粒子顕微鏡として電子線ビームを使うＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）について詳細に説明する。尚、荷電粒子線顕微鏡としては、電子線ビームの他にイオンビームを使うイオン走査型顕微鏡などがある。
【００１０】
図１の（ａ）は、全体構成図を示す。
図１の（ａ）において、ＳＥＭ１は、走査型電子顕微鏡であって、図示の構成を持つものある。
【００１１】
電子銃２は、電子線ビームを発生するものである（例えばタングステン線の先端を鋭利かつ所定面を持つように形成し、高電圧を印加して電子ビームを引き出すものである）。
【００１２】
アライメントコイル３は、電子銃２から放出される電子線ビームを偏向して軸合せするためのものである。
【００１３】
コンデンサレンズ４は、電子銃２から放出された電子線ビームを集束するものである。
偏向走査コイル５は、対物レンズ７で試料であるマスク１０上に細く絞られた電子線ビームを、Ｘ方向およびＹ方向に走査するためのものである。
【００１４】
シフトコイル６は、電子線ビームが照射するマスク１０上の位置をシフト（Ｘ，Ｙ）するものである（後述するサーボ制御系が停止時のステージ１１の停止位置の微小移動量を補正するものである）。尚、シフトコイル６を独立に設けることなく、上記偏向走査コイル５に信号を加算し、同様に、電子線ビームが照射するマスク１０上の位置をシフト（Ｘ，Ｙ）するようにしてもよい。
【００１５】
対物レンズ７は、電子線ビームをマスク１０上に細く絞るものである。
反射電子検出器８は、電子線ビームをマスク１０に照射して走査したときに反射された反射電子を検出し、増幅して反射電子像を生成するためのものである。反射電子検出器８は、通常、円板状で中心に電子線ビームが通過する孔を開け、全周を例えば４分割した扇型であって、４分割した部分の信号の和で質量数に依存した濃淡を持つ反射電子像を表示したり、左右２つの信号の差で形状の凹凸を強調表示したり、公知の手法でそれぞれの像を構成するようになっている。
【００１６】
２次電子検出器９は、電子線ビームをマスク１０に照射して走査したときに放出された２次電子を集束して検出し、増幅して２次電子像を生成するためのものである。
【００１７】
マスク１０は、ステージ１１の上に搭載（固定）された試料の例である。
ステージ１１は、マスク１０を搭載し、任意の座標位置に正確に移動させるものであって、モータ（あるいは超音波モータ）１２で駆動されるものである。
【００１８】
モータ１２は、ステージ１１を駆動（Ｘ方向、Ｙ方向）するものであって、サーボモータあるいは超音波モータなどである。
【００１９】
レーザ測長システム１３は、レーザを放射してステージ１１に取り付けた反射鏡で反射させて取り込んで干渉させ、超高精度にステージ１１の位置（位置座標）を計測する公知のものである。
【００２０】
図１の（ｂ）は、要部構成図を示す。ここで、シフトコイル６、マスク１０、ステージ１１、モータ（超音波モータ）１２、レーザ測長システム１３は、図１の（ａ）の同一番号のものと同一であるので、説明を省略する。
【００２１】
図１の（ｂ）において、移動指令２０は、切替回路２４をサーボ制御側（図の実線）に切り替えた状態（サーボ制御状態）で、ステージ１１の位置（位置座標（Ｘ、Ｙ座標））を指定した移動指令であって、図示外のアプリケーションプログラムから指令された位置あるいは操作者から指令された位置への移動指令である。
【００２２】
サーボコントローラ２２は、移動指令２０に従い、ステージ１１の位置をレーザ測長システム１３で測定した値（座標（Ｘ、Ｙ））をもとに、超音波モータ１２を駆動制御（公知のサーボ制御）するものである。
【００２３】
ビームシフト制御装置２３は、切替回路２４をサーボ制御の停止中（図の点線）に切り替えた状態（サーボ制御停止中の状態）で、ステージ１１の位置をレーザ測長システム１３で測定した値（座標（Ｘ、Ｙ））をもとに、シフトコイル６を制御して電子線ビームがマスク１０を照射する位置を補正するものである（サーボ制御の停止中に、ステージ１１のドリフトなどによる微小移動をレーザ測長システム１３で測定し、当該測定した値をもとに電子線ビームがマスク１０を照射する位置を電気的（電磁的あるいは静電的）に補正し、結果としてステージ１１の微小移動による影響をキャンセルして測長対象の画像の微小移動を無くすものである）。
【００２４】
切替回路２４は、サーボ制御中は実線に切り替えてサーボコントローラ２２で移動指令２０に従いサーボ制御を行い、一方、サーボ制御停止中は点線に切り替えてビームシフト制御装置２３で電子線ビームのマスク１０上の位置補正を行い、サーボ制御停止中のステージ１１の微小移動を電気的（電磁的あるいは静電的）に補正するためのものである。
【００２５】
次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成の動作を詳細に説明する。
図２は、本発明の動作説明フローチャートを示す。
【００２６】
図２において、Ｓ１は、レーザ測長システム１３でステージ１１の位置（Ｘ，Ｙ）の測定開始する。測定した信号（Ａ／Ｂ相パルス）は、サーボコントローラ２２に送る、およびＳ２からＳ６の処理を行うビームシフト制御装置２３に送る。
【００２７】
Ｓ２は、Ｓ１で送られてきた信号（Ａ／Ｂ相パルス）をアップ／ダウン計数回路に入力する。
【００２８】
Ｓ３は、ステージ停止時（サーボ制御停止開始時）に、Ｓ２で入力された信号（Ａ／Ｂ相パルス）をアップ／ダウンカウンタで計数を開始する。例えば右側に記載したように、
・８ｂｉｔｓ（±１０２４分解能）で例えば６３２８Å／１０２４＝０．６ｎｍ
の位置精度でアップ／ダウンカウンタで、ステージ停止時（サーボ制御停止開始時）からのステージ１１の微小移動（ドリフトなど）のカウントを開始する。
【００２９】
Ｓ４は、像と位置を記憶する。これは、Ｓ３でステージ停止時（サーボ制御停止開始時）の像（画像）と、その位置（レーザ測長システム１３で測定した位置（Ｘ、Ｙ））とを記憶する。
【００３０】
Ｓ５は、Ｄ／Ａ変換する。これは、所定時間毎（例えば画像の１フレーム毎、あるいはレーザ測長システム１３から信号（Ａ／Ｂ相パルス）の１組あるいは所定の複数の通知を受ける毎）に、そのデジタルの微小移動量（サーボ制御停止時を基準にカウントした微小移動量）をアナログの信号に変換する。
【００３１】
Ｓ６は、ビームシフトする。これは、Ｓ５で変換したアナログの信号をもとに、シフトコイル６に所定の電流を流し、電子線ビームのマスク１０上の移動した微小位置を、レーザ測長システム１３で測定した微小移動量だけ振り戻して（サーボ制御停止時の当初の位置に振り戻して）、結果として当該電子線ビームを走査して得た画像（２次電子画像）の微小移動を無くす。
【００３２】
以上によって、図１の（ｂ）でサーボ制御停止時に切替回路２４を実線から点線に切り替えてサーボ制御停止中状態になった場合（Ｓ３でステージ停止時にスタート信号が通知された場合）、サーボ制御停止中のステージ１１はそのままとし（機械的にはそのままとし）、当該ステージ１１に搭載したマスク１０に照射する電子ビームの位置を、当該ステージ１１の微小移動を補正する方向に微小移動し（電気的に（磁界あるいは電界で）電子線ビームのマスク１０の照射位置を補正するように微小移動し）、結果として当該電子ビームをステージ１１上のマスク１０に照射（平面走査照射）して得た画像（２次電子画像、反射電子画像）についてステージ１１の微小移動の影響を完全に無くすことが可能となる。
【００３３】
尚、サーボ制御停止中は、超音波モータ１２などの発熱してステージの微小移動に影響するものは全て電源を断にする、あるいは可及的に小さい一定の発熱量に制御して熱によるステージ１１の微小移動を最小限にする。
【００３４】
次に、Ｓ７は、再開する。これは、移動指令２０が通知されたので、サーボ制御を再開する（図１の（ｂ）の切替回路２４を点線から実線に切り替える）。
【００３５】
Ｓ８は、シフトを加味した像と比較する。これは、サーボ制御停止時の当初の像（像の位置）と、Ｓ６でシフトを繰り替えした後の像（像の位置）とを比較する。
【００３６】
Ｓ９は、誤差が一定以内か判別する。これは、Ｓ８で比較した、サーボ制御停止時の像（像の位置）と、シフトした微小移動量を加味した後の像（像の位置）との誤差が一定以内か判別する。ＹＥＳの場合には、サーボ制御停止中の像の移動誤差が一定以内で修正する必要がないと判明したので、Ｓ１０でＯＫとし、サーボ制御を再開する。一方、ＮＯの場合には、、サーボ制御停止中の像の移動誤差が一定以内でなく修正が必要と判明したので、Ｓ１１で誤差分を補正し、補正後の像の位置を基準にサーボ制御を再開する。尚、再開時に、サーボ制御停止時の像の位置と、サーボ制御開始時の像の位置とを比較する代わりに、マスクの基準位置（基準パターンの所定位置、マスクのアライメント用のパターンの所定位置）をサーボ制御停止時とサーボ制御開始時とを比較して移動誤差を算出するようにしてよもい。
【００３７】
図３は、ステージのドリフト説明図を示す。
図３の（ａ）は、モータ１２への電流（あるいは電圧）の様子を模式的に示す。図中のステージ移動と記載した区間では、図１の（ｂ）のサーボコントローラ２２が、移動指令２０に従い、モータ１２に所定の電流を供給（超音波モータ１２の場合には９０°位相の異なる所定周波数の電圧パルスを圧電素子にそれぞれ供給）して公知のサーボ制御する。
【００３８】
図３の（ｂ）は、ステージ１１のドリフト量の例を模式的に示す。ステージ１１のドリフトは、モータ（超音波モータ）１２に電流／電圧を供給したことによる発熱などによりステージ１１およびステージ１１を保持する機構部分などが熱的に膨張、伸縮などして一定方向に微小移動する性質があるので、これを模式的に示したものである。
【００３９】
図３の（ｃ）は、目標座標からの隔たり量の例を模式的に示す。図３の（ａ）のステージ移動の区間は、図１の（ｂ）のサーボコントローラ２２が移動指令２０に従い、公知のサーボ制御を行うので、目標座標からの隔たり量はほとんどない。しかし、ステージ移動の区間以外の区間では、サーボコントローラ２２によるサーボ制御は、図３の（ｂ）のステージ１１のドリフトにより微小移動するので、このドリフトによる微小移動をレーザ測長システム１３で微小移動量を測定し、例えば図示の０．１２５ｓｅｃ毎に誤差を補正するようにサーボ制御する。このように、サーボ制御をステージ移動区間と、ステージ移動区間の外の停止区間でも連続して行っていると、サーボ制御を行うモータ（超音波モータ）１２が停止した状態でも発熱し、当該発熱した熱がステージ１１およびそれに接続されている機構部分に伝導して膨張、伸縮して大きなドリフトを図示のように発生させてしまい、サーボ制御停止時の位置の微小移動量が非常に大きくなって小さくできない（熱的な影響＋ステージ微動の量が大きい）問題が発生する。
【００４０】
本発明では、後述する図４に示す、ステージ移動区間以外はサーボ制御停止させ、モータ（超音波モータ）１２やその他の発熱部品の電源を断（あるいは可及的に発熱量を小さくした一定制御）にしてステージのドリフト量を最小限にすると共に、最小限のドリフト量（微小移動量）をレーザ測長システム１３で測長し、当該測長した微小移動量だけ振り戻すように電子線ビームのマスク１０の照射位置を電気的（磁界的あるいは静電的）に補正するようにしている。以下説明する。
【００４１】
図４は、本発明のステージ停止位置補正の説明図を示す。
図４の（ａ）は、モータへの電流（あるいは電圧）の様子を模式的に示す。図中のステージ移動と記載した区間では、図１の（ｂ）のサーボコントローラ２２が、移動指令２０に従い、モータ１２に所定の電流を供給（超音波モータ１２の場合には９０°位相の異なる所定周波数の電圧パルスを圧電素子にそれぞれ供給）して公知のサーボ制御する。そして、ステージ停止と記載した区間では、サーボ制御系の電源を断（あるいは可及的に発熱量を小さくした一定に制御）し、ステージ停止時の当該ステージ１１のドリフト量を最小限にする。
【００４２】
図４の（ｂ）は、ステージ１１のドリフト量の例を模式的に示す。ステージ１１のドリフトは、モータ（超音波モータ）１２に電流／電圧を供給したことによる発熱などによりステージ１１およびステージ１１を保持する機構部分などが熱的に膨張、伸縮などして一定方向に微小移動する性質があるので、これを模式的に示したものである。ステージ停止の区間は、上述したように、モータ（超音波モータ）１２の電源を断などして発熱量を小さくするのでドリフト量が小さくなっている。
【００４３】
図４の（ｃ）から図４の（ｅ）は、本発明の動作を説明するものである。
図４の（ｃ）は、モータ１２への電流（あるいは電圧）の様子を模式的に示す。図中のステージ移動と記載した区間では、図１の（ｂ）のサーボコントローラ２２が、移動指令２０に従い、モータ１２に所定の電流を供給（超音波モータ１２の場合には９０°位相の異なる所定周波数の電圧パルスを圧電素子にそれぞれ供給）して公知のサーボ制御する。ステージ移動の区間以外のステージ停止区間では、サーボ制御系の電源を断（あるいは可及的に発熱量を小さくした一定に制御）にする。
【００４４】
図４の（ｄ）は、ステージ１１のドリフト量の例を模式的に示す。ステージ１１のドリフトは、モータ（超音波モータ）１２に電流／電圧を供給したことによる発熱などによりステージ１１およびステージ１１を保持する機構部分などが熱的に膨張、伸縮などして一定方向に微小移動する性質があるので、これを模式的に示したものである。また、ステージ移動の区間以外のステージ停止区間では、サーボ制御系の電源を断（あるいは可及的に発熱量を小さくした一定に制御）し、ステージ停止時の当該ステージ１１のドリフト量を図示のように最小限にする。
【００４５】
図４の（ｅ）は、目標座標からの隔たり量の例を模式的に示す。図４の（ｃ）のステージ移動の区間は、図１の（ｂ）のサーボコントローラ２２が移動指令２０に従い、公知のサーボ制御を行うので、目標座標からの隔たり量はほとんどない。また、サーボ制御停止時には、サーボ制御系の電源を断などにしてステージ１１のドリフト量を最小限にした上で、更に、本発明で図２のＳ６でシフトコイル６に補正電流を流して電子線ビームがステージ１１に搭載したマスク１０の、サーボ制御停止した当初の位置を照射するように振り戻すように補正するため、当該電子線ビームを走査して得た画像（２次電子像、反射電子像）上ではサーボ制御停止中は常に一定でたとえステージ１１が微小移動（微小ドリフト）しても結果として画像は全く移動しないように電気的に補正することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、荷電粒子顕微鏡に用いるステージについて当該ステージのサーボ制御停止時に、微小移動を高精度に検出して、荷電粒子がステージ上の試料を照射する位置をリアルタイムに補正するステージおよびステージ停止位置補正方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のシステム構成図である。
【図２】本発明の動作説明フローチャートである。
【図３】ステージのドリフト説明図である。
【図４】本発明のステージ停止位置補正の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
２：電子銃
３：アライメントコイル
４：コンデンサレンズ
５：偏向走査コイル
６：シフトコイル
７：対物レンズ
８：反射電子検出器
９：２次電子検出器
１０：マスク
１１：ステージ
１２：モータ（超音波モータ）
１３：レーザ測長システム
２０：移動指令
２２：サーボコントローラ
２３：ビームシフト制御装置
２４：切替回路
【図１】
2007042514.tif 000003
【図２】
2007042514.tif 000004
【図３】
2007042514.tif 000005
【図４】
2007042514.tif 000006