(57)【要約】【課題】本発明は、真空排気される試料室内に、複数の試料ステージを設置したときの試料室の大型化を抑制可能な試料ステージ装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明では、第１の試料を支持する第１のテーブルと、当該第１のテーブルを第１の方向に移動可能に支持する第２のテーブルと、ガイドが積層配置される試料ステージ装置であって、第２の試料を前記第１の方向に移動可能に支持する第３のテーブルと、前記ガイドに案内され、当該第３のテーブルを前記第２の方向に移動可能に支持する第４のテーブルを備え、前記第２のテーブルと前記第３のテーブルが重なった状態で移動が可能なように、前記第３のテーブルを支持する試料ステージ装置を提案する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に、第１の試料を支持可能な第１のテーブルと、当該第１のテーブルを第１の方向に移動可能に支持する第２のテーブルと、当該第２のテーブルを、前記第１の方向に垂直な第２の方向に移動可能に案内するガイドを備え、前記第１のテーブル、第２のテーブル、及びガイドが、前記第１と第２の方向に対して垂直な方向に積層配置される試料ステージ装置において、
前記第１の試料とは異なる第２の試料を前記第１の方向に移動可能に支持する第３のテーブルと、前記ガイドに案内され、当該第３のテーブルを前記第２の方向に移動可能に支持する第４のテーブルを備え、当該第４のテーブルは、前記第２のテーブルと前記第３のテーブルが、前記第１の方向と第２の方向に対し垂直な方向から見て重なった状態で移動が可能なように、前記第３のテーブルを支持することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の試料を交換するための第１の試料交換位置に、当該第１の試料を位置付けるように前記第１と第２のテーブルを駆動することのできる駆動機構を備え、前記第３のテーブルの前記真空容器の底面に対向する面であって、前記第４のテーブルに支持されない部分は、前記第２のテーブルとの接触がないように、前記第１と第２の方向に垂直な方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の方向から見た前記第３のテーブルの前記真空容器底面に対抗する面の形状が、前記第１と第２の方向に垂直な方向に傾斜していることを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記ガイドは複数列の転動体を有する転がりガイドであることを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記第１及び第３のテーブルの両方の位置を特定するための測長器を備え、当該測長器はレーザ測長器であることを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記ガイドは、ガイドレールとキャリッジにより構成されるＬＭガイドであり、前記第２と第４のテーブルに共通して使用されるものであることを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記第２と第４のテーブルを駆動するアクチュエータは、可動子と固定子により構成されるリニアモータであり、前記第２と第４のテーブルで１つの固定子を共通に使用することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記第２と第４のテーブルでリニアスケールのスケール部品を共通に使用することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記第１のテーブルと、前記第３のテーブルはそれぞれ異なる位置で前記試料の交換を行うことを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項１０】
請求項１において、
試料のアライメントを行う光学顕微鏡を備え、当該光学顕微鏡は、少なくても一方向に移動可能な構造を有し、前記試料を交換する交換位置にて試料を観察することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記第１と第３のテーブル上には、バーミラー及び試料保持機構が設置されていることを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記第１と第２のテーブル、或いは第３と第４のテーブルの一方を選択的に動作させることを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項１３】
請求項１において、
前記第１、或いは第３のテーブルの一方が、前記試料を交換するための交換位置にある場合、他方のテーブルが当該一方のテーブルに接触できないように緩衝部品を配置することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項１４】
請求項１において、
前記試料ステージ装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記第１、或いは第３のテーブルの一方に支持された試料について、前記荷電粒子線装置による処理を行っている間、前記第１、或いは第３のテーブルの他方は、試料交換位置に位置付けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１６】
真空容器内に、第１の試料を支持可能な第１のテーブルと、当該第１のテーブルを第１の方向に移動可能に支持する第２のテーブルと、当該第２のテーブルを、前記第１の方向に垂直な第２の方向に移動可能に案内するガイドと、前記第１の試料を交換するための第１の試料交換位置に位置付けるように前記第１と第２のテーブルを駆動することのできる駆動機構を備えた試料ステージ装置において、
前記第１の試料とは異なる第２の試料を前記第１の方向に移動可能に支持する第３のテーブルと、前記ガイドに案内され、当該第３のテーブルを前記第２の方向に移動可能に支持する第４のテーブルを備え、前記第１のテーブルが前記第１の試料交換位置に位置付けられた状態で、前記第１と第２の方向に対し垂直な方向から見た第２のテーブルの位置と、前記第３のテーブルの可動範囲が部分的に重なった状態で移動が可能なように、前記第４のテーブルの可動範囲が設定されていることを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記第４のテーブルは、前記第３のテーブルの一部を支持すると共に、当該第３のテーブルの前記第４のテーブルに支持されない他部分と、前記第２のテーブルが、第１の方向と第２の方向に対し垂直な方向から見て、部分的に重なることが可能なように前記第４のテーブルによって、前記第３のテーブルを支持することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項１８】
荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出される荷電粒子線が照射される試料を載置できる試料ステージを内蔵する真空容器と、当該真空容器内に、第１の試料を支持可能な第１のテーブルと、当該第１のテーブルを第１の方向に移動可能に支持する第２のテーブルと、当該第２のテーブルを、前記第１の方向に垂直な第２の方向に移動可能に案内するガイドを備え、前記第１のテーブル、第２のテーブル、及びガイドが、前記第１と第２の方向に対して垂直な方向に積層配置される荷電粒子線装置において、
前記第１の試料とは異なる第２の試料を前記第１の方向に移動可能に支持する第３のテーブルと、前記ガイドに案内され、当該第３のテーブルを前記第２の方向に移動可能に支持する第４のテーブルを備え、当該第４のテーブルは、前記第２のテーブルと前記第３のテーブルが、前記第１の方向と第２の方向に対し垂直な方向から見て重なった状態で移動が可能なように、前記第３のテーブルを支持する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、荷電粒子線装置等に用いられるステージ装置、及び当該ステージ装置が搭載された荷電粒子線装置に係り、特に複数のステージを有するステージ装置、及び荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製品の集積度は益々向上し、その回路パターンの更なる高精細化が要求されてきている。半導体ウエハに代表される回路パターンが形成される試料において、品質管理、歩留まり向上を目的に様々な検査手段が用いられている。例えば、荷電粒子線を照射し回路パターンの寸法精度を測定する走査電子顕微鏡（以下、測長ＳＥＭと呼ぶ）や、同じく荷電粒子線を照射し回路パターンの欠陥、或いは付着異物を評価する走査電子顕微鏡（以下、レビューＳＥＭと呼ぶ）などが挙げられる。
【０００３】
荷電粒子線装置に用いられるステージには、特許文献１に例示されているように、真空チャンバ内において、ベース上にＸ方向に案内するＸガイドレールを取り付け、Ｘテーブルを搭載し、更にその上にＹ方向に移動可能なＹテーブルを搭載し、試料（以下、ウエハとする）を保持するホルダ（或いはチャック）を搭載する構成が知られている。
【０００４】
一方、ステッパやスキャナーと呼ばれる半導体の回路パターンを形成する半導体露光装置では、１台の装置に２式のウエハ用ステージを構成することで、一方のステージで露光している間に、もう一方のステージにてウエハ交換、及びウエハのアライメントなどを行い、オーバーヘッド時間と呼ばれる露光以外の時間（オーバーヘッド時間）を実質的に排除する半導体露光装置が実用化されている。
【０００５】
上記半導体露光装置のステージは、特許文献２、４に開示されているエアベアリングにより案内面を摺動させる方式や、特許文献３に開示されている磁気浮上により平面移動させる方式が採用されている。両方式共に高精度な位置決めを実現させている。いずれもウエハを保持するウエハテーブルは平面ベース上にエア浮上、或いは磁気浮上されており、上下方向に拘束、或いは制御されて剛性を保っている。一般にガイド剛性が高いとステージの制御特性は向上するため、精度の良い位置決めが可能となる。また、このような構成によれば、ステージ高さを低く抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２３５８３９号公報
【特許文献２】特許第４０２９１８３号公報（対応米国特許ＵＳＰ６，７９８，４９１）
【特許文献３】特開２００１−１６０５３０号公報（対応米国特許ＵＳＰ６，５０９，９５７）
【特許文献４】特開２０００−１０６３４０号公報（対応米国特許ＵＳＰ６，９０６，７８２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、１の試料室内に複数の試料ステージを設置することによって、装置の高スループット化を実現することができるが、特許文献２乃至４に開示されているようなエアベアリングや磁気浮上を用いる手法では、真空雰囲気内で荷電粒子線を照射する必要のある荷電粒子線装置への適用が困難である。また、特許文献２乃至４では、複数の試料ステージを１の試料室に収めた分、特許文献１のような１の試料ステージからなる装置と比較すると、試料室が大型化することになるが、真空排気される空間は極力小さくすることが望ましい。特許文献１乃至４には、複数の試料ステージを１の試料室に設置したときの試料室の大型化を抑制する点については何ら考慮されていない。
【０００８】
以下に、真空排気される試料室内に、複数の試料ステージを設置したときの試料室の大型化を抑制することを目的とする試料ステージ装置、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】
【０００９】
上記目的を達成するための一態様として、真空容器内に、第１の試料を支持可能な第１のテーブルと、当該第１のテーブルを第１の方向に移動可能に支持する第２のテーブルと、当該第２のテーブルを、前記第１の方向に垂直な第２の方向に移動可能に案内するガイドを備え、前記第１のテーブル、第２のテーブル、及びガイドが、前記第１と第２の方向に対して垂直な方向に積層配置される試料ステージ装置であって、前記第１の試料とは異なる第２の試料を前記第１の方向に移動可能に支持する第３のテーブルと、前記ガイドに案内され、当該第３のテーブルを前記第２の方向に移動可能に支持する第４のテーブルを備え、当該第４のテーブルは、前記第２のテーブルと前記第３のテーブルが、前記第１の方向と第２の方向に対し垂直な方向から見て重なった状態で移動が可能なように、前記第３のテーブルを支持する試料ステージ装置、及び荷電粒子線装置を提案する。
【００１０】
また、上記目的を達成するための具体的な一態様として、真空容器内に、第１の試料を支持可能な第１のテーブルと、当該第１のテーブルを第１の方向に移動可能に支持する第２のテーブルと、当該第２のテーブルを、前記第１の方向に垂直な第２の方向に移動可能に案内するガイドと、前記第１の試料を交換するための第１の試料交換位置に位置付けるように前記第１と第２のテーブルを駆動することのできる駆動機構を備えた試料ステージ装置であって、前記第１の試料とは異なる第２の試料を前記第１の方向に移動可能に支持する第３のテーブルと、前記ガイドに案内され、当該第３のテーブルを前記第２の方向に移動可能に支持する第４のテーブルを備え、前記第１のテーブルが前記第１の試料交換位置に位置付けられた状態で、前記第１と第２の方向に対し垂直な方向から見た第２のテーブルの位置と、前記第３のテーブルの可動範囲が部分的に重なった状態で移動が可能なように、前記第４のテーブルの可動範囲が設定されている試料ステージ装置、及び荷電粒子線装置を提案する。
【００１１】
また、より具体的な態様として、前記第４のテーブルは、前記第３のテーブルの一部を支持すると共に、当該第３のテーブルの前記第４のテーブルに支持されない他部分と、前記第２のテーブルが、第１の方向と第２の方向に対し垂直な方向から見て、部分的に重なることが可能なように前記第４のテーブルによって、前記第３のテーブルを支持する試料ステージ装置、及び荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成によれば、複数の試料ステージを１の試料室に併存させた場合であっても、試料室の大型化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図２】試料室の詳細を説明する平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】２台のステージが接近した時の状態を示す断面図。
【図５】２台のステージでＸ方向のガイド等の共通化を図ったユニットを示す説明図。
【図６】光学顕微鏡の実装位置を示す平面図。
【図７】光学顕微鏡の詳細を示す平面図。
【図８】光学顕微鏡の詳細を示す図７のＢ−Ｂ断面図。
【図９】２台のステージ位置関係を示す平面図。
【図１０】２台のステージ位置関係を示す平面図。
【図１１】２台のステージ位置関係を示す平面図。
【図１２】２台のステージ位置関係を示す平面図。
【図１３】従来ステージによる連続ウエハ処理シーケンスを示す説明図。
【図１４】２台のステージによる連続ウエハ処理シーケンスを示す説明図。
【図１５】試料室の詳細を説明する平面図。
【図１６】図１５のＣ−Ｃ断面図。
【図１７】試料室の詳細を説明する平面図。
【図１８】図１７のＤ−Ｄ断面図。
【図１９】ステージを２台実装した場合のステージ構造を示す平面図。
【図２０】２つの試料ステージの位置関係を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施例では、荷電粒子線装置等に用いられる試料ステージ装置、及び当該試料ステージ装置を搭載した荷電粒子線装置について説明する。特に、試料ステージを１の試料室に複数備えつつ、真空排気される試料室の小型化の実現する試料ステージ装置、及び荷電粒子線装置について説明する。なお、荷電粒子線装置は、スループットの観点から、Ｘステージ及びＹステージのいずれか一方に、他方を積み重ねる積み重ね式のステージを採用することが望ましい。しかしながら、積み重ね式の試料ステージ機構を単に２つ設けると、その真空チャンバ（試料室）の容積は単純に２倍程度となることが容易に予想される。この場合、装置の大型化や、真空ポンプの大型化は必須となり、大幅なコストアップを招く。
【００１５】
大気中で使用される装置では、ウエハテーブルをエアベアリングにより浮上させることが比較的容易であるが、荷電粒子線装置は真空内での撮像・観察が必須であるため、真空環境下でも使用可能な構成にする必要がある。そのためには、拭きだしたエアを近傍から回収するような特殊なエアパッドや、エア回収用の真空ポンプなど装置コストを大幅に増大させる付帯設備が必要となる。
【００１６】
また、磁気浮上の方式では、浮上の他、平面内移動も平面ベースのみで可能となるため、構造が単純となり、２式のステージを構成しても、装置サイズの増加は小さく抑えることが可能である。しかしながら、磁気浮上方式のステージでは移動に伴う磁場変動が荷電粒子線に影響し、フォーカスぼけや、位置ずれ、歪みなどの像障害を引き起こす可能性が高い。また、磁気浮上型のステージは一般的に平面モータと呼ばれる構成であり、製作コストが高い。
【００１７】
本実施例では、エアベアリングや磁気浮上方式を用いることなく、複数の試料ステージを設置可能とすると共に、試料室の小型化を実現する試料ステージ装置、及び荷電粒子線装置について、説明する。また、本実施例によれば、装置のコストを抑えつつ、スループットを向上させることが可能となる。また、積層型のステージ機構は、Ｘ−Ｙ方向の省スペース化を実現できるため、クリーンルーム内に荷電粒子線装置を配置する際の省フットプリント化に寄与できるため、特に半導体デバイスを測定、検査する装置においては理想的なステージ構造であると言える。よって、本実施例では、積層型の試料ステージを複数試料室内に配置可能な構成について説明する。
【００１８】
本実施例では、荷電粒子線を発生し、偏向制御可能なカラムと、試料を移動させるステージと、ステージの位置を計測可能な測長器と、前記カラム、ステージを制御する制御部を備え、真空中にて荷電粒子線を試料に照射することで試料を撮像・観察する荷電粒子線装置において、前記ステージは２式であり、各々のステージは水平面内の一方向に移動可能なＸテーブルと、その直行方向に移動可能なＹテーブルをＸテーブル上にガイドを介して取り付けられている構成であり、一方のステージを構成するＹテーブルが、他方のステージを構成するＸテーブルに高さ方向において重なることが可能な形状である荷電粒子線装置について説明する。
【００１９】
また、前記ステージを構成し、高さ方向において重なるテーブルの断面形状が、高さ方向で概略斜めの形状を有し、その斜めの形状同士が高さ方向で重なる構成についても説明する。また、前記斜めの形状の両端に、テーブルを案内するガイドについて説明する。また、前記ガイドは複数列の転動体を有する転がりガイドである例についても説明する。
【００２０】
また、前記測長器はレーザー測長器であり、その光軸がカラム中心を通る位置に設置され、２式のステージにレーザー測長器とは別に各々リニアスケールについて説明する。また、ステージの案内に使用されるガイドは、ガイドレールとキャリッジにより構成されるＬＭガイドであり、２式のステージでセットのガイドレールを共通に使用する例について説明する。また、ステージのアクチュエータが可動子と固定子により構成されるリニアモータであり、２式のステージで１つの固定子を共通に使用する例について説明する。また、２式のステージでリニアスケールのスケール部品を共通に使用することを特徴とする。
【００２１】
また、２式のステージに対する試料受け渡し位置が異なる例について説明する。
【００２２】
また、試料のアライメントを行う光学顕微鏡は、少なくても一方向に移動可能な構造を有し、概略試料また、受け渡し位置にて試料を観察可能とする例についても説明する。更に、一方のステージが荷電粒子線による試料処理を実施している間、もう一方のステージは概略試料受け渡し位置に留まっている例についても説明する。
【００２３】
また、前記ステージが、Ｘテーブルと、Ｙテーブルと、スペーサを介してＹテーブル上に配置されるトップテーブルにより構成され、トップテーブル上にバーミラー及び試料保持機構を有する例について説明する。また、２台のステージをユーザがマニュアルにて動作させる際は、操作ステージを１台に限定するような操作インターフェースとする例について説明する。また、概略試料受け渡し位置に１台のステージがある場合、もう１台のステージが概略試料受け渡し位置にあるステージに直接接触できない位置に緩衝部品を配置する例について説明する。
【実施例１】
【００２４】
以下、荷電粒子線装置の一態様として、複数の検出器を備えた走査電子顕微鏡を例にとって説明する。複数の検出器を備えた走査電子顕微鏡の一例として、欠陥等の陰影像を形成して欠陥検出を行うレビューＳＥＭがあるが、これに限られることはなく、パターンの寸法を測定する走査電子顕微鏡やイオンビームを試料に照射する集束イオンビーム装置等の他の荷電粒子線装置にも適用が可能である。以下、第１の実施例として、図１ないし図５を参照しつつ説明する。
【００２５】
始めに図１に示す装置構成から説明する。床に設置される架台６には、床振動を除振するマウント７が取り付けられており、更にマウント７は試料室２を支持している。試料室２には電子線を生成、制御するカラム１と、試料を搬送する搬送ロボット４０が内包される搬送室３が取り付けられ、更に予備排気室４が取り付けられている。試料室２は真空ポンプ５により常時真空排気されており、カラム１内も図示しない高真空用ポンプ（イオンポンプなど）により高真空度に保たれている。一方、予備排気室４には大気との隔離を行う大気側ゲートバルブ４２と、試料室２との隔離を行う真空側ゲートバルブ４１が取り付けられており、内部にはウエハ台４３が内包されている。試料室２には、ステージ８が内包されており、水平面内（ＸＹ平面）の駆動が可能となっている。
【００２６】
電子銃１１（荷電粒子源）から放出される電子線１２は、走査偏向器の偏向と、集束レンズの集束作用を受けてウエハ１０に照射される。試料から放出される二次電子や後方散乱電子は検出器１３によって捕捉され、制御部９０によって画像化され、モニタ９１に表示される。
【００２７】
ここで、ウエハの搬送経路を簡単に説明する。大気側ゲートバルブ４２をオープンし、図示しない搬送ロボットによって大気側からウエハ１０を予備排気室４内のウエハ台４３に導入する。大気側ゲートバルブ４２をクローズし、予備排気室４内を図示しない真空ポンプにより真空排気して、真空度が試料室２内と同程度になったら、真空側ゲートバルブ４１をオープンし、試料室２に内包されるステージＡ８Ａ上にウエハ１０をロボット４０により搬送する。ステージＡ８Ａのリフト機構３３を上げて、ロボット４０によりウエハを乗せた後、リフト機構３３を下げて静電チャックＡ３２Ａ上にウエハ１０を配置し、静電吸着を実施する。この時、ステージＢ８Ｂには既に別のウエハが搬送されて、電子線１２のウエハ１０に対する照射に基づいて撮像処理がなされている。ここで、ロボット４０は２つのハンドを有するタイプであり、ウエハのアンロードとロードを１回の試料交換処理で実行できる。
【００２８】
ステージＡ８Ａに搬送されたウエハ１０は、光学顕微鏡５０により観察され、アライメントパターンが検出される。光学顕微鏡５０はＸ方向、及びＺ方向に移動が可能であり、ステージＡ８ＡのＹ方向移動を合わせて、所望のパターンを検出することができる。通常ウエハアライメントに用いるパターンは最低２箇所あれば良く、次の電子線によるアライメントの観察範囲程度（〜□１０μｍ程度）までの座標精度が確保できれば良い。尚、光学顕微鏡５０の配置は、ウエハの交換位置にステージＡ８Ａが移動した際、ウエハ中心付近を通過できるような位置が望ましい。これにより、アライメントパターンをＹ方向に対して、ウエハ中心付近に登録することで、ステージのＹ方向移動は〜数mm程度に収まり、試料室を小さく抑えることが可能となる。
【００２９】
ここで図６ないし図８を参照しつつ、光学顕微鏡の詳細を説明する。光学顕微鏡５０は試料室２上の大気中に配置されており、ウエハの観察は窓ガラス５１を介して行われる。本配置の特徴はステージの試料交換位置近傍に配置されていることであり、試料交換直後に直ちに光学顕微鏡による観察が可能となり、スループットの向上、並びに試料室サイズの小型化に寄与している。
【００３０】
鏡筒５２をＸ軸方向に駆動するアクチュエータとしてステッピングモータ６２とボールネジ６０を使用し、Ｘガイド５７はＬＭガイドを採用している。他の組合せとしては、リニアモータとエアベアリングガイドなども考えられる。またＸ軸の位置情報を得るためにリニアスケール５８を配置して、ステージ座標と光学顕微鏡の座標を連動させて所望のアライメントパターン上に移動させる。フォーカス制御は鏡筒５２をＺ軸方向に移動することで行われ、Ｚガイド５６、ステッピングモータ５５、偏芯カム６１、カムフォロアー５４の組合せにより駆動が成される。鏡筒５２にて拡大された像は、ＣＣＤカメラ５３にて信号変換されて、制御部９０に用いられる。
【００３１】
次に図９ないし図１２を参照しつつ、ステージ交換動作について説明する。光学顕微鏡によるアライメントが終わると、ステージＢ８ＢのウエハＳＥＭ観察が終了するまで試料交換位置Ａ７０Ａに待機し、ステージＢ８Ｂのウエハ観察が終了すると、ステージＢ８Ｂはステージ待機位置Ｂ７１Ｂに移動する。試料交換位置Ａ７０Ａの範囲は比較的狭い範囲となるが、ステージ待機位置Ｂ７１ＢはＹ軸方向に少なくてもウエハ直径分の範囲を有する。これは、ステージＡ８Ａが試料交換位置Ａ７０Ａにある条件で、２台のステージ同士が干渉しないＹ方向範囲を示しており、ステージＢ８Ｂによる観察が終了した時点のＹ座標を引き継ぐことができる。
【００３２】
よって、ステージＢ８ＢはＸ方向移動のみ実行すれば良いため、座標によっては非常に短時間でステージ待機位置Ｂ７１Ｂに移動可能となる。両方のステージが各々ステージ交換位置、及びステージ待機位置に移動したことを確認した後＜図１０参照＞、ステージＡ８Ａはステージ待機位置Ａ７１Ａ、ステージＢ８Ｂは試料交換位置Ｂ７０Ｂの位置に移動する＜図１１、図１２参照＞。試料交換位置Ｂ７０Ｂは試料交換位置Ａ７０Ａと同様、範囲は狭いが、ステージ待機位置Ａ７１Ａはステージ待機位置Ｂ７１Ｂと同様にＹ方向に許容範囲が広い。
【００３３】
その後、ステージＡ８Ａは電子線によるアライメント動作、及び観察に移行し、並行してステージＢ８Ｂは試料交換を行い、処理されたウエハは、逆の流れで予備排気室４を通り、大気へと戻される。そして、ステージＢ８Ｂ上に搬送された新たなウエハは、光学顕微鏡によるウエハアライメント動作に移行する。
【００３４】
ウエハの交換について、ステージＡ８ＡとステージＢ８Ｂは異なる位置に設定されているが、もし同じ位置、例えばＸ方向にて試料室中央付近に配置すると、ステージＡ８Ａにて試料交換している時は、ステージＢ８Ｂの観察領域が制限されてしまう。制限された観察範囲内で試料交換と並行して処理も可能ではあるが、完全自動化にする際には、観察時の座標順序と、次のウエハロードタイミングを同時に考慮しなければならないため、処理が非常に複雑になり、ステージの干渉などのリスクが高くなってしまう。よって、一方のステージが試料交換中に、もう一方のステージのウエハ観察範囲に制限が無いと、複雑な処理をしなくても、安全性を保つことが容易となる。また、観察中のステージは、他方のステージを考慮すること無く、最短の観測座標ルートを生成することができるため、スループットの劣化も無くなる。
【００３５】
また、一方のステージによるＳＥＭ観察中は、もう一方のステージはステージ交換位置に留まっていることで、磁場変動を抑える効果が得られる。前述した光学顕微鏡でのウエハアライメントでは、ステージ移動距離はＹ方向に短距離（〜数mm）であるため、あまり大きな加速度・速度を与えない限り、本ステージによる磁場変動は小さく、且つ電子ビームから離れた位置であるため、電子ビームへの影響は殆ど無い。よって、一方のステージにおけるウエハ交換、及びウエハアライント動作によるもう一方のステージによるＳＥＭ観察への影響は小さく抑えられるため、良好な画像が得られる。公知例のように、大きな移動距離を伴うステージ移動をアライメントで実行してしまうと、その磁場変動により像障害が発生する可能性がある。
【００３６】
また、ステージの移動体を完全に非磁性するためには、セラミックスや、非磁性超鋼などの高価な材料と使用する必要があり、コストアップに繋がる。よって、磁場変動による電子ビームの位置ずれなどは、ステージ座標毎の位置補正を行うことで大幅に低減する方法を適用している場合が多い。ステージが２台あった場合、公知例のように個別に移動すると、ＳＥＭ観察していない方のステージ位置が位置補正データ作成時の位置と異なってしまうため、磁場の分布が補正データ取得時と異なり、正しい位置補正ができなくなる可能性がある。このような問題点に関しても、本発明では、ＳＥＭ観察していない方のステージが、位置補正データを作成する際にもステージ交換位置に留まっていることで、補正データ作成時と同じ磁場分布を再現でき、精度の良い位置補正が実現できる。
【００３７】
測長ＳＥＭや、レビューＳＥＭといった装置では、完全な自動検査以外でもマニュアルでＳＥＭ観察することが多い。この場合、２台のステージがユーザの操作により接触する危険性があるため、マニュアルでのステージ操作においては、必ず１台ずつ操作しなければならないように、操作対象となるステージを切り替え選択するようなインターフェースを備えた方が望ましい。また、一方のステージを操作させるためには、もう一方のステージが必ずステージ交換位置にあることが動作条件だとすれば、少なくてもＳＥＭ観察範囲において、マニュアルでの操作が可能となるようなインターロックを設けるべきである。また、操作中に観察可能範囲を超えるような指令をステージに出した場合、座標入力する方法ならば、動作実行前にチェックし、エラーメッセージを出力して、動作をしないことが必要であり、トラックボールや、ジョイスティックのような指令方法では、観察範囲外以上の方向に移動させるような指令を受け付けないことも重要である。
【００３８】
前述のような一連の流れによれば、試料交換、及び光学顕微鏡によるウエハアライメント時間を実質的に排除できるため、大幅なスループットが見込まれる。この効果について図を参照しつつ説明する。
【００３９】
試料室内の動作に着目すると、基本的なウエハ処理は、試料交換、光学顕微鏡によるアライメント（ＯＭアライメント）、ＳＥＭ観察（ＳＥＭアライメント含む）の３つの動作に大別できる。図１３に示すように、従来装置ではステージが１台であるため、全ての動作がシリーズとなり、試料交換、及びＯＭアライメントがオーバーヘッド時間となって、スループットの向上を妨げている。一方、本実施例の構成によれば、図１４に示すようにステージＡにて試料交換、及びＯＭアライメントが実行されている間に、ステージＢではＳＥＭ観察を並行処理できる。
【００４０】
その後、ステージ交換を行い、ステージＢでは試料交換、及びＯＭアラインメントを実行し、ステージＡではＳＥＭ観察を実行できる。この時、ＳＥＭ観察時間が試料交換とＯＭアライメントとの和以下になると、スループットは極大となり、従来装置に比べて約２倍に向上する。尚、図１４はＳＥＭ観察時間が試料交換とＯＭアライメントとの和が等しくなった場合のシーケンスを示している。仮にＳＥＭ観察時間が試料交換とＯＭアライメントとの和よりも短くなった場合は、待ち時間が発生するため、それ以上スループットは向上しない。
【００４１】
ここで、図２に例示するようなステージ構造によって、試料室の省スペース化を実現できる理由について説明する。図２０は、ＹテーブルＡ３１Ａ（第１のテーブル）がステージ交換位置（試料交換位置）に位置付けられた状態におけるＸテーブルＡ３０Ａの位置２００１と、その際のＹテーブルＢ３１Ｂ（第３のテーブル）の可動範囲２００２との位置関係を示す図である。可動範囲２００２は、カラム中心９（ビームの理想光軸）を中心として、ＹテーブルＢ３１Ｂの約４倍の大きさを持っている。このような可動範囲を設定することによって、ウエハ１０全体を漏れなくカラム中心９下に位置付けることができる。すなわち、可動範囲２００３は、試料全面を測定、検査対象とするのに必要な領域である。この可動範囲２００２内での移動は、ＹテーブルＢ３１ＢとＸテーブルＢ（第４のテーブル）によって行われる。
【００４２】
そして、電子ビームの照射方向（Ｚ方向）から見て、位置２００１と可動範囲２００２が部分的に重畳される（重畳領域２００３）ように、試料ステージを構成する各構成要素が配置されている。このように重畳領域２００３を持つように、各構成要素を配置することによって、Ｘ方向への試料室の増加を抑制しつつ、１の試料室内に複数の試料ステージを配置することが可能となる。また、Ｙテーブル、Ｘテーブル、及びＸテーブルのガイド（Ｘガイド）を、Ｚ方向に積層して配置しているため、複数のステージを配置したとしても、Ｘ−Ｙ方向のスペースの増加を抑制することができる。
【００４３】
次にステージの詳細について説明する。基本的にステージＡ８ＡとステージＢ８Ｂの構造は、ほぼ同じであり、ロボット側から見るとＸ方向に対称形状となっている。よって、基本構造はステージＡ８Ａについて説明する。
【００４４】
試料室２底面に取り付けられているＸガイド３４上にＸテーブルＡ３０Ａが配置され、ＸテーブルＡ３０Ａ上にＹガイドＡ３５Ａが取り付けられている。ＹガイドＡ３５Ａ上にはＹテーブルＡ３１Ａが配置されており、ＹテーブルＡ３１Ａ上には静電チャックＡ３２Ａ、及び基準マークＡ１５Ａが配置されている。ここで、基準マークとは電子線の校正や、ステージ座標の校正などに利用されるもので、観察に適したパターンが形成されている。試料交換時にウエハを持ち上げるリフト機構Ａ３３ＡがＹテーブルＡに配置されることで、ロボットによる試料交換が可能となる。試料室２側面に取り付けられたＸレーザー干渉計２０、及びＹレーザー干渉計２１は、水平方向に関して各々カラム１の中心を測定中心とした配置になっており、高さ方向に関してはウエハ高さ近傍になるよう設計されることで、アッベ誤差を小さく抑えることが可能となる。本レーザー干渉計と各ステージ上のバーミラー２３によって、ステージ（ウエハ）の位置管理が成されている。この情報を基に、所望の位置にステージを移動させて、カラム１からの電子線１２を偏向した際に生じる反射電子を電子検出器１３にて検出し、偏向位置と同期させながらモニタ９１に映すことで、ＳＥＭ像が得られる。ＳＥＭのフォーカスは、Ｚセンサ１４により観察面の高さを測定し、カラム内でフォーカス制御することで、ウエハ観察点で焦点が合致する。ステージＡ８Ａの移動に関してはリニアモータに制御部９０より指令値を与えて駆動させており、レーザー測長値を用いたフィードバック制御を行うことで、高精度な位置決めが可能となる。
【００４５】
ここで、ＸテーブルＡ３０Ａは、ＹテーブルＡ３１Ａ中央付近までの幅で抑えられた設計となっており、ＹテーブルＡ３１ＡとＸテーブルＡ３０Ａの高さ方向において、ＹガイドＡ３５Ａ分の隙間を有している。同様の構成によりステージＢ８Ｂも設計されており、各々の構成部品はＹテーブルＢ３１Ｂ上の部品配置を除き、ステージＡ８Ａと対称の関係である。本構造により、ステージＢ８ＢがステージＡ８Ａに接近した際に、ＸテーブルＡ３０Ａ上にＹテーブルＢ３１Ｂが、ＸテーブルＢ３０Ｂ上にＹテーブルＡ３１Ａが各々高さ方向に一部重なること（オーバーラップ）ができるようになる＜図４参照＞。通常、２台のステージが各々独立に移動しようとすると、単純に２台分の可動領域が試料室に必要となり、図１９に示すような幅の広い試料室が必要となる。
【００４６】
クリーンルーム内でのウエハ搬送はＦＯＵＰを用いた形態が一般的であり、ＦＯＵＰ搬送を自動搬送する際には、装置正面にロードポートを設ける場合が多い。顧客のクリーンルームへの装置設置を考えると装置の幅を広くすると設置できる装置数が減るため、あまり好ましくない。対して装置の奥行に関しては、他の製造装置、検査装置を設置することを考慮し、ある程度余裕のあるレイアウトになっている場合が多い。よって、図１９のような幅の広い装置は顧客への負担を増す結果となってしまう。
【００４７】
一方、本実施例では、一方のステージが試料交換位置にある条件下では、もう一方のステージに乗せたウエハの観察に必要な領域は、オーバーラップ可能な領域が大きくなるほど、従来必要とされた２台分の幅から小さくすることができる。よって、できるだけ試料室を小さく抑えるためには、オーバーラップする比率を多くすれば良く、効果が最大となるオーバーラップ率がＹテーブルに対して大凡半分となる量である。たとえ、それ以上オーバーラップできてもステージ交換の際には２台のステージが擦れ違うために必要なスペース、即ちＹテーブル２台がＸ方向に隙間を確保しつつ並べられる程度は必要となるからである。従って、ＸテーブルＡ３０ＡとＸテーブルＢ３０Ｂは、Ｘ方向にＹテーブルの半分程度までに寸法制限することで、最も効率良く省スペース化がなされる。本効果として、試料室は小型化となり、その内部を真空排気する真空ポンプも小型化が可能となり、装置全体のフットプリントも小さく抑えることができるため、装置コストのみならず、クリーンルームのランニングコストも抑えることができる。
【００４８】
次に、ＹテーブルＢ３１Ｂ上の部品配置について説明する。Ｙテーブル上の部品配置はＸ方向に対称の構成となっていないが、その理由は、同じレーザー測長系を用いて２台のステージの位置管理をするためであり、配置はステージＡ８Ａと同じとなる。また、ステージＡ８Ａ、及びステージＢ８Ｂには、Ｘリニアスケール２４ないし２７Ｂが各々の軸方向に実装されており、レーザー干渉計以外の測定手段を有している。これにより、観察するステージを交換する際には、レーザー干渉計からレーザースケールでの位置管理に切り替えることで、レーザー干渉計からのレーザー光がバーミラー２３から外れても、ステージＡ８Ａ、及びステージＢ８Ｂの位置管理が可能となり、並行動作することができる。
【００４９】
レーザー測長とリニアスケース測長の切り替え動作を図９ないし図１２を用いて説明する。図９において、試料交換中のステージＡ８Ａはリニアスケール測長であり、ＳＥＭ観察中のステージＢ８Ｂはレーザー測長である。ステージＡ８Ａの試料交換が完了し、ステージＢ８ＢでのＳＥＭ観察が終了すると、ステージＢ８Ｂはリニアスケール測長に切り替わる。次に、図１０に示すように各々のステージが、試料交換位置７０Ａとステージ待機位置７１Ｂに移動し、図１１のようにステージ交換動作を行い、図１２に示すステージ待待機位置７１Ａと試料交換位置７０Ｂに移動する。その後、ステージＡ８Ａは始めのウエハ観察位置に移動し、そこでレーザー測長に切り替わる。
【００５０】
ＳＥＭ観察中に使用するレーザー測長以外に、別の測長手段を構成する理由は以下の通りである。観察対象のステージは高い位置精度が要求させるため、アッベ誤差の小さいレーザー干渉計による測長が望ましいが、試料交換時の位置決め精度や、光学顕微鏡によるアライメントでは、あまり高い精度は必要ないため、比較的安価なリニアスケールでの測長で運用可能である。本構成によればバーミラーの長さはＳＥＭ観察領域を測定できる長さで良いため、ステージ交換時に２台のステージが擦れ違う際に必要となるスペースを小さく抑えることができ、試料室の小型化が図れる。例えばΦ３００mmウエハを想定した場合、レーザー光軸直径をΦ６mm、ダブルパス方式としてレーザー光軸ピッチを１２.７mmとすると、バーミラーに必要な長さは、３００mm＋６mm＋１２.７mm≒３１９mmとなる。また、別の測長手段としてレーザー干渉計を用いたシステムを追加することも可能ではあるが、コストは高価になる可能性が高い。
【００５１】
ここで、リニアスケールを真空中で使用するためには、放出ガスの小さい素材で構成することが要求される。また、相対値を測定するタイプよりも、絶対値を測定するタイプの方が、装置の安全性に関して有利である。例えば、エラーや、停電などによりステージが停止し、装置電源を落とした状態から復帰させる際には、リニアスケールが相対値を測定するタイプだった場合は、２つのステージ位置は電源投入時において確定できない。よって、ステージを低速でステージが干渉しないよう方向に移動させて、リミットスイッチなどにより位置を確定させてから、レーザースケールの値をリセットするような初期化動作を行うことが必要となる。この時の移動速度は、リミットスイッチの動作により直ちに停止できる程度の速度に落とす必要があるため、通常のステージ移動速度に比べて遥かに遅く、時間がかかってしまう。その時の動作は、始めに２台のステージはＸ方向に離れるように、ステージＡは−Ｘ方向、ステージＢは＋Ｘ方向に移動し、各々のステージがＸ方向のストロークエンド付近のセンサで感知された後に、Ｙ方向に移動することで、２台のステージは干渉することなく初期化を進めることができる。
【００５２】
一方、リニアスケールが絶対値を測定するタイプだった場合は、電源投入直後に２台のステージ位置情報が得られるため、通常のサーボ制御が可能となり、通常の速度で移動させることができるため、早期に初期状態を得ることが可能となる。
【００５３】
使用するガイドとしては、ＬＭガイドを挙げているが、ＹテーブルがＹガイドに対して外側にオーバーハングしているため、剛性向上を目的に転動体が４列以上で斜め荷重、及び回転モーメントに強いタイプを選定すべきである。また、キャリッジ数を多く（例えば６個）などにすることも剛性向上には効果的である。リニアモータはマグネットに対して、コイルが動くムービングコイルタイプを想定しており、ＸリニアモータのＸ固定子３６（マグネット）は試料室底面中央付近に、ＸリニアモータのＸ可動子Ａ３７Ａ、及びＸ可動子Ｂ３７Ｂは各々Ｘテーブル下面に配置され、ＹリニアモータのＹ固定子Ａ３８Ａ及びＹ固定子Ｂ３８Ｂ（マグネット）は各々Ｘテーブル側面に、ＹリニアモータのＹ可動子Ａ３９Ａ、及びＹ可動子Ｂ３９Ｂは、各々Ｙテーブル側面に配置される。
【００５４】
本配置例では、リニアモータを構成するコイル（可動子）は、銅線、ステンレスなどの非磁性材料を使用すれば、磁場を小さく抑えることが容易であるが、マグネット（固定子）の場合は強磁性体であるため、できるだけ電子ビームから遠ざけて配置した方が影響を小さくできる。よって、Ｙリニアモータの固定子（マグネット）はＸテーブル側面に配置して、ウエハ観察中で最も電子ビームに近づいた場合でも、電子ビーム直下までは至らず、一定の距離を保つ配置としている。
【００５５】
本実施例では、更なるコスト低減として、ステージＡ、及びステージＢ間でのユニット共通化が成されている＜図５参照＞。
【００５６】
始めに、Ｘガイド３４に関して、ＸテーブルＡ３０Ａ、及びＸテーブルＢ３０Ｂは同じガイドレールにキャリッジ３４Ｃを２台分（各４個）取り付けることで、１セット分のガイドレールをコスト低減している。次にＸリニアモータについても同様に、１本のＸ固定子３６に、ステージＡ用のＸ可動子Ａ３７Ａ、及びステージＢ用のＸ可動子Ｂ３７Ｂを使用することで、１個分の固定子コストを低減することが可能となる。最後に、ＸリニアスケールのＸリニアスケール２４に対して、ステージＡ用Ｘ検出ユニットＡ２５ＡとステージＢ用Ｘ検出ユニットＢ２５Ｂを使用することで、スケール１本分のコストダウンを実現できる。また、本実施例はコスト低減のみならず、真空中に入れる部品を減らすことで、真空度向上や、コンタミ低減にも貢献できる。
【実施例２】
【００５７】
次に、第２の実施例について図１５及び図１６を参照しつつ説明する。本構成は第１の実施例に対して、更なる高性能化を図るべく検討がなされており、変更箇所について詳細説明するため、その他共通部分については割愛する。また、実施例１と同様２台のステージは対称の形態であるため、ステージＡを例にして説明する。
【００５８】
始めに、ＸテーブルＡ３０Ａの断面は一部概略斜めになっており、その上にＹガイドＡ３５Ａを介して取り付けられるＹテーブルＡ３１Ａの断面も一部が概略斜め形状となっており、ＸテーブルＡ３０Ａとあまり隙間を作ることなく搭載される。即ち、テーブルの下面（試料室２（真空容器）の下面に対向する面）がＺ軸に対して、傾斜して形成されている。
【００５９】
同様に、ＸテーブルＢ３０Ｂと、ＹテーブルＢ３１ＢはステージＡと対称の形状となっており、断面は各々斜め形状を有している。上記のようなテーブルの斜め形状の理由は、ステージＢ８ＢがステージＡ８Ａに接近した際に、ＸテーブルＡ３０Ａ上にＹテーブルＢ３１Ｂが、ＸテーブルＢ３０Ｂ上にＹテーブルＡ３１Ａが各々高さ方向に一部重なること（オーバーラップ）ができるような構造であることは勿論、Ｙガイド、及び各テーブルの剛性向上を目的としている。Ｙガイドが水平に並んで配置されている第１の実施例に比べて、本実施例では高さ方向に距離を有するため、２本のガイド間距離が長くすることができる。
【００６０】
図１６に示すように水平方向のＹガイド間距離Ｌよりも、斜め方向の距離Ｌ´の方が長いため、回転モーメントに対しての剛性が向上し、ステージの制御特性を改善できる。更にＹテーブル、及びＸテーブルは、ステージ全体の高さは抑えつつ、一部の高さ寸法を増すことができるため、高剛性化が実現できる。
【００６１】
また、ＹテーブルＡ３１Ａ上には複数の（例えば３個）スペーサ８１を介してトップテーブルＡ８０Ａが配置されており、トップテーブルＡ８０Ａ上にバーミラー２３、静電チャックＡ３２Ａ、基準マークＡ１５Ａが配置されている。本構造（トップテーブル追加）の目的は、ウエハ位置決め精度の向上であり、温度変化や、テーブル変形による測長誤差を低減する構造となっている。
【００６２】
始めに温度に関しては、リニアモータの可動子（コイル）は発熱体であり、取り付けられるＹテーブルは温度変化が発生しやすい。よって、Ｙテーブル上に直接、静電チャック、バーミラーが取り付けられていると、ステージ稼動中の温度変化によりＹテーブルは熱膨張し、ウエハとバーミラーの距離が変化するため、レーザー測長値が騙され、ウエハの位置精度が劣化する。本構成では、スペーサを介してトップテーブルを搭載しているため、Ｙテーブルとの熱抵抗が大きくなり、トップテーブル温度変化は小さく抑えられる。よって、トップテーブル上のウエハとバーミラーの変化は小さくなり精度の良い位置決めが可能となる。
【００６３】
次に、ガイドの転動体の出入りによりＹテーブルは変形してしまうが、トップテーブルとの間に介在するスペーサは、各テーブルよりも小さい剛性であるため、スペーサの変形により、Ｙテーブルの変形は吸収されて、トップテーブルまで伝わり難い構造となる。また、温度変化によるＹテーブルの熱膨張についても、スペーサの変形により吸収され直接トップテーブルには伝わりにくく、トップテーブル上のウエハとバーミラーの距離を一定に保つことができる。これにより、ウエハ位置の情報を正確にレーザー測長できることで、ステージ停止精度の向上を図ることが可能となる。
【００６４】
また、温度変化による熱膨張の影響と変形の影響を更に小さく抑える手段として、トップテーブルの材質を、低熱膨張、高剛性の材質にすることが挙げられる。例えば、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＣなどのセラミックスは上記条件を満たす材質であり、アルミのような金属材料に比べて、遥かに低熱膨張、高剛性と言える。
【００６５】
次にＹリニアモータの配置について説明する。ＸテーブルＡ３０Ａの斜面に形成された取り付け面に配置されたＹ固定子Ａ３８Ａは、ウエハ１０に対してある程度距離を保って配置することが容易である。前述したように固定子はマグネットであるため、強磁性であり、ビーム近傍に配置するとＳＥＭ像への影響が出るが、ウエハと距離を取ることで影響を問題ならない範囲まで抑えることが可能である。実施例１では、Ｘテーブルの剛性を保つため、均一な厚みを確保する必要があるため、Ｘテーブル上にＹ固定子を取り付けると、ウエハ上面からの距離が短くなるが、本実施例によれば、Ｘテーブルの一部が厚いため剛性は確保でき、斜面の下方を利用してウエハからの距離ΔＺを長く取ることが容易となる。
【００６６】
また、本実施例の配置では、Ｙ方向のＹ移動重心に対して、ＹリニアモータのＹ固定子Ａ３８Ａの取り付け位置となるＹ作用点を近くに配置することができる。実施例１ではＹ方向の移動重心に対して離れた位置に作用するため、Ｙ方向を基準にするとヨーイング方向の振動モードが発生し易い構造であるが、実施例２では移動重心と作用点の距離は１／３程度まで短縮できるため、前記振動モードは発生し難い構造となる。
【００６７】
また、実施例２では、ウエハ搬送系が２系統独立に構成されており、予備排気室４のロボットＡ４０Ａに投入されたウエハはステージＡ８Ａに搭載され、ＳＥＭ観察後に、ロボットＡ４０Ａによって排出される。同様にロボットＢ４０Ｂから投入されたウエハはステージＢ８Ｂに搭載され、ＳＥＭ観察後に、ロボットＢ４０Ｂによって排出される。実施例１のように予備排気室が１つでは、予備排気動作である大気解放、大気での試料交換、真空引きの一連の処理が２台のステージ処理能力に追い付かず、待ち時間を発生させてしまう可能性がある。一方、本実施例では２系統の独立搬送系で構成されるため、２台のステージにおける処理能力を十分発揮できるようなウエハ搬送の設定が容易となる。また、従来では２種類のウエハ（例えばΦ２００mmウエハとΦ３００mmウエハ、或いはΦ３００mmウエハとΦ４５０mmウエハ）を処理したい場合、可変機構や、交換機構（ホルダなど）が必要であったが、本実施例にて１系統の搬送系と１台のステージをペアとして、各々のウエハサイズに割り当てることで、複数サイズのウエハに対応できる装置が容易に実現できる。但し、本構成では、１種類のウエハサイズを連続的に搬送した場合は、１台のステージのみの観察となるので、スループットは従来と同じである。
【実施例３】
【００６８】
次に、装置の安全性を向上させるべく考案した第３の実施例について図１７及び図１８を参照しつつ説明する。基本的な装置構成は実施例２と同じであるため、異なる部分のみ説明を行う。２台のステージに対して各々のＸテーブルには、Ｘストッパ８２が取り付けられており、試料室内面上壁からぶら下がるように遮蔽ブロック８５、Ｘ調整軸８３、及びＹ調整軸８４が取り付けられている。また、２つのＸテーブル距離Ｈに対して、図中のＸストッパとＸ調整軸８３の距離Ｓが、Ｓ＜ＨとなるようＸ調整軸８３は飛び出し量を調整されている。
【００６９】
一方、Ｙ調整軸は、ＳＥＭ観察領域にあるステージのトップテーブルに対して、ＳＥＭ観察領域とステージ交換位置にあるステージのトップテーブルとの間に配置されるよう飛び出し量を調整している。ステージＡ８Ａがステージ交換位置にある時に、ステージＢ８Ｂが発振などの故障モードに遷移した場合について説明する。−Ｘ方向にステージＢ８Ｂが移動した場合、ステージ交換位置にあるステージＡ８ＡのＸテーブルＡ３０ＡとＸテーブルＢ３０Ｂは直接接触することなく、Ｘストッパ８２とＸ調整軸８３が接触することになる。
【００７０】
また、ステージＢ８ＢがＹ方向に発振して−Ｙ方向に移動した場合、Ｙ調整軸８４にトップテーブルＢ８０Ｂが接触するため、両ステージのトップテーブル同士は接触しない。このように、一方のステージがステージ交換位置にある場合、たとえ他方のステージが発振のような制御不能状態に遷移しても、直接ステージ同士が接触することが無いため、少なくてもステージ交換位置にあるステージは損傷を免れることができる。また、調整軸の材質を柔らかい素材、例えばテフロン（登録商標）のような低アウトガス素材で製作することや、バネを内蔵してショックアブソーバのような構造とすることで、接触した方のステージの損傷を軽減することができる。
【００７１】
上述のような実施例によれば、真空内にて荷電粒子線を制御する装置に対して、コストアップを抑えつつ、ステージを２台実装可能な構成を提供でき、大幅なスループット向上が可能となる。ここで、試料交換位置での光学顕微鏡によるウエハアライメント動作が無い場合でも、試料交換動作を並列化できるため上述の効果は十分に得られることを付け加えておく。また、上述のような実施例ではアクチュエータとしてリニアモータを例に挙げ装置構成を説明してきたが、超音波モータや、ボールネジなどでも同様の効果が得られる。
【００７２】
ステージ位置の測定にはレーザー干渉計とレーザースケールを併用した構成を説明したが、高精度の停止精度が要求されなければ、リニアスケールのみでも実現可能であり、この場合は、高価なレーザー干渉計が不要となるため、更にコストダウンが見込まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１  カラム
２  試料室
３  搬送室
４  予備排気室
５  真空ポンプ
６  架台
７  マウント
８  ステージ
８Ａ  ステージＡ
８Ｂ  ステージＢ
９  カラム中心
１０  ウエハ
１１  電子銃
１２  電子線
１３  検出器
１４  Ｚセンサ
１５Ａ  基準マークＡ
１５Ｂ  基準マークＢ
２０  Ｘレーザー干渉計
２１  Ｙレーザー干渉計
２２  レーザー光
２３  バーミラー
２４  Ｘリニアスケール
２５Ａ  Ｘ検出ユニットＡ
２５Ｂ  Ｘ検出ユニットＢ
２６Ａ  ＹリニアスケールＡ
２６Ｂ  ＹリニアスケールＢ
２７Ａ  Ｙ検出器Ａ
２７Ｂ  Ｙ検出器Ｂ
３０Ａ  ＸテーブルＡ
３０Ｂ  ＸテーブルＢ
３１Ａ  ＹテーブルＡ
３１Ｂ  ＹテーブルＢ
３２Ａ  静電チャックＡ
３２Ｂ  静電チャックＢ
３３Ａ  リフト機構Ａ
３４、５７  Ｘガイド
３４Ｃ  キャリッジ
３５Ａ  ＹガイドＡ
３５Ｂ  ＹガイドＢ
３６  Ｘ固定子
３７Ａ  Ｘ可動子Ａ
３７Ｂ  Ｘ可動子Ｂ
３８Ａ  Ｙ固定子Ａ
３８Ｂ  Ｙ固定子Ｂ
３９Ａ  Ｙ可動子Ａ
３９Ｂ  Ｙ可動子Ｂ
４０  ロボット
４０Ａ  ロボットＡ
４０Ｂ  ロボットＢ
４１  真空側ゲートバルブ
４２  大気側ゲートバルブ
４３  ウエハ台
５０  光学顕微鏡
５１  窓ガラス
５２  鏡筒
５３  ＣＣＤカメラ
５４  カムフォロアー
５５  ステッピングモータ
５６  Ｚガイド
５８  リニアスケール
５９  検出器
６０  ボールネジ
６１  偏芯カム
６２  ステッピングモータ
７０Ａ  試料交換位置Ａ
７０Ｂ  試料交換位置Ｂ
７１Ａ  ステージ待機位置Ａ
７１Ｂ  ステージ待機位置Ｂ
８０Ａ  トップテーブルＡ
８０Ｂ  トップテーブルＢ
８１  スペーサ
８２  Ｘストッパ
８３  Ｘ調整軸
８４  Ｙ調整軸
８５  遮蔽ブロック
９０  制御部
９１  モニタ
【図１】
2013254675.tif 000003
【図２】
2013254675.tif 000004
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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