(57)【要約】【課題】  ステージを移動させることで生じるステージ駆動反力が装置本体に作用してロッキングを引き起こすことを防止・低減した荷電粒子線装置を提供すること。【解決手段】  本発明の荷電粒子線装置は、電子光学鏡筒、試料室、及びこの試料室内で移動するステージを少なくとも備えた装置本体と、この装置本体を支持する重力方向に対して傾斜した複数の除振マウントを備え、ステージの重心高さと、装置本体の重心高さと、複数の除振マウントの支持中心高さとが同じ高さを有するように構成する。これにより装置本体のロッキングを低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子光学鏡筒、試料室、及び該試料室内で移動するステージを少なくとも備えた装置本体と、該装置本体を支持する重力方向に対して傾斜した複数の除振マウントを備えた荷電粒子線装置であって、
前記ステージの重心の高さと、前記装置本体の重心の高さと、前記複数の除振マウントの支持中心の高さとが同じ高さを有する荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記除振マウントが１つ以上のコイルバネからなる請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記複数の除振マウントが個々に調整されたバネ定数を有する請求項２に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記コイルバネに減衰材が巻かれている請求項２又は３に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記除振マウントが少なくとも上取付板と、下取付板と、該上取付板及び下取付板の間に配置されたコイルバネとからなり、前記上取付板及び下取付板の前記コイルバネの取付面が水平方向に対して傾斜した互いに平行な傾斜面を有し、該傾斜面に前記コイルバネが配置され、該コイルバネの軸線方向が重力方向に対して傾斜している請求項１乃至４のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記除振マウントが少なくとも上取付板と、下取付板と、該上取付板及び下取付板の間に配置されたコイルバネとからなり、前記上取付板及び下取付板が水平方向に対して傾斜した互いに平行な底面を有する穴又は溝を有し、前記コイルバネが該穴又は溝に配置され、該コイルバネの軸線方向が重力方向に対して傾斜している請求項１乃至４のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
電子光学鏡筒、試料室、及び該試料室内で移動するステージを少なくとも有する装置本体を重力方向に対して傾斜した複数のコイルバネからなる除振マウントで支持する荷電粒子線装置の支持方法であって、
前記除振マウントのコイルバネの支持中心の高さを、前記ステージの重心高さ及び前記装置本体の重心高さと一致させるように調整する荷電粒子線装置の支持方法。
【請求項８】
前記複数の除振マウントの各バネ定数及び／又は前記除振マウントの傾斜角度を調整することで、前記コイルバネの支持中心高さを前記ステージ重心高さ及び前記装置本体の重心高さと一致させる請求項７記載の支持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は床からの振動を減衰する除振マウントを備えた荷電粒子線装置およびその支持方法に関し、特に傾斜したコイルバネからなる除振マウントを備えた荷電粒子線装置及びその支持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの配線パターンやドットパターンの不良や欠陥を解析する検査装置など電子ビームを利用した荷電粒子線装置では、試料が大口径化するとともに線幅の微細化が進み、高分解能かつ高スループットに不良や欠陥を検出することが要求されている。しかしながら、電子光学鏡筒と試料室等から構成される装置本体は振動に敏感であり、床からの振動の影響で試料に走査する電子ビームがずれる等により高分解能化、高スループット化に支障をきたしていた。このため、従来では本体下部の外周部４隅に除振マウントを配置し、これにより床からの振動を減衰する構成が採られている。
【０００３】
図８はこの従来の荷電粒子線装置における除振マウントの支持構成を示したものである。図に示すように、この従来構成の荷電粒子線装置は、電子光学鏡筒２１、試料室２２、ステージ２３を備えており、これらが下面外周部に配置された除振マウント２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄ（図８中には２４ａ、２４ｂのみ示されているが、実際には奥に同様の除振マウント２４ｃ及び２４ｄが配置されている）によって支持された構成を有している。
【０００４】
図９はこの除振マウント２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄの具体的構成を示す図である。この従来の除振マウント２４ａ−２４ｄは、上取付板２６と下取付板２７の間に金属製のコイルバネ２８を配置し、このコイルバネ２８の周囲を樹脂製の減衰材２９で覆った構成を有している。図に示すように、このコイルバネ２８は重力方向に垂直に配置されているため、除振マウントの支持中心（弾性支持中心）の位置は装置本体２０（電子線鏡筒２１と試料室２２）と除振マウント２４との接触面の高さと同一の位置、即ち図６に示したＢ点の位置となる。このためステージ２３を駆動（図中の矢印ａ）させるとステージ駆動反力（図中の矢印ｂ）が作用して、ステージ駆動反力と、除振マウント２４の支持中心位置Ｂからステージ２３の反力作用点Ａまでの垂直方向（重力方向）の距離との積がモーメント（図中の矢印ｃ）として装置本体２０に作用する。そしてこのモーメントが装置本体２０にロッキングを引き起こして振動振幅を増幅させる問題を生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、除振マウントの支持中心の高さがステージ重心の高さと一致していない装置では、ステージを駆動することで生じるステージ駆動反力の影響を受け、装置本体にロッキングを引き起こしてしまう。この結果、移動可能な試料ステージを有する荷電粒子線装置において高解像度、高分解能の画像解析等を行うことに支障をきたしていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため本発明の荷電粒子線装置は、電子光学鏡筒、試料室、及びこの試料室内で試料を載置して移動するステージを少なくとも備えた装置本体と、この装置本体を支持する重力方向に対して傾斜した複数の除振マウントを備え、ステージの重心高さと、装置本体の重心高さと、複数の除振マウントの支持中心高さとが同じ高さを有するように構成する。これにより装置本体のロッキングを防止し高解像度、高分解能の荷電粒子線装置を実現することができる。
【０００７】
また、本発明では除振マウントを１つ以上のコイルバネから構成するのが好ましい。コイルバネの場合、コイルバネの軸線方向のバネ定数を軸線に垂直な方向のバネ定数より大きくすることが容易であるため、除振マウント全体の支持中心（弾性支持中心）の位置を調整する上で好ましい。また除振マウントのコイルバネは装置の配置位置等の状況に応じてそれぞれ個別に調整したバネ定数を有するように設けると良い。またコイルバネに減衰材を巻いた構成としても良い。
【０００８】
また、この除振マウントは上取付板と、下取付板と、これら上下取付板の間に配置されたコイルバネとから構成し、上取付板及び下取付板のコイルバネ取付面を水平方向（重力方向に垂直な方向）に対して傾斜した互いに平行な傾斜面を設け、この傾斜面にコイルバネを配置した構成、又は上取付板及び下取付板が水平方向（重力方向に垂直な方向）に対して傾斜した互いに平行な底面を有する穴又は溝を有し、この穴又は溝にコイルバネをはめ込んだ構成とし、コイルバネの軸線方向が重力方向に対して傾斜するように設けると良い。
【０００９】
さらに、本発明の荷電粒子線装置の支持方法は、電子光学鏡筒、試料室、及び該試料室内で試料を載置して移動するステージを少なくとも有する装置本体を重力方向に対して傾斜した複数のコイルバネからなる除振マウントで支持し、この除振マウントのコイルバネの支持中心高さを、前記ステージの重心高さ及び前記装置本体の重心高さと一致させるように調整する。この際、除振マウントの各バネ定数を調整すること、及び／又は除振マウントを配置する傾斜角度（重力方向に対する除振マウントの傾斜角度）を調整することで除振マウントの支持中心高さを調整することができる。これにより装置本体のロッキングを低減し、高解像度・高分解能の荷電粒子線装置を実現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】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明にかかる荷電粒子線装置の一実施形態を示す概略図である。本発明の荷電粒子線装置１０は、電子銃や集束レンズ等の電子光学系などを有する電子光学鏡筒１１と、真空ポンプ（図示せず）により内部を真空に保持することのできる試料室１２と、この試料室１２の内部において試料を載置して移動することのできるステージ１３と、これら電子光学鏡筒１１、試料室１２及びステージ１３を含む装置本体を支持する支持板１５と、この支持板１５の下面の４隅に配置されたコイルバネからなる除振マウント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄ（図１中には１４ａと１４ｂのみ示しているが、実際には奥に同様の除振マウント１４ｃと１４ｄが配置されている）とを備えている。この除振マウント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄは重力方向に傾斜して取り付けられており、これら除振マウントの支持中心（図１中のＥ点）の高さがステージ１３の重心高さ及び装置本体の重心高さと一致するように構成されている。
【００１１】
このようにステージ１３の重心高さと装置本体の重心高さを一致させることで、ステージ１３を駆動したときの反力が装置本体の重心高さ及びステージ１３の重心高さの水平方向にしか作用しないようできる。また、全除振マウント１４の支持中心Ｅ（弾性支持中心）の高さを装置本体の重心高さと一致させることによって装置本体のロッキングを低減することができる。この結果、高解像度・高分解能な荷電粒子線装置を実現することができる。
【００１２】
また、図２に示したように、ステージ１３がフルストロークで移動した場合、荷重点移動に伴うモーメントが装置本体に作用し変位ｘ１が生じるが、図２に示したように装置本体を傾斜支持することでこの荷重点移動に伴う横方向（水平方向）の変位を低減することもできる。
【００１３】
即ち、この横方向の変位ｘ１は、装置本体の傾きをθ１、支持中心Ｅとステージ駆動中心Ｄとの垂直方向の距離をｈｓ１とすると、ｘ１＝ｈｓ１・ｔａｎθ１となる。一方、図３に示したように垂直方向に配置した除振マウントで装置本体を支持した場合には横方向の変位ｘ２は、装置本体の傾きをθ２、支持中心Ｅとステージ駆動中心Ｄとの垂直方向の距離をｈｓ２とすると、ｘ２＝ｈｓ２・ｔａｎθ２となる。ここで装置本体の傾き量が両者で同じ（θ１＝θ２）であればｈｓ１＜ｈｓ２であるため、ｘ１＜ｘ２となる。つまり本発明の如く装置本体を傾斜支持することで、ステージ１３が移動した場合の加重点移動に伴うモーメントが装置本体に作用して生じる装置本体の変位を低減することができる。
【００１４】
なお、本実施形態では装置本体を支持する支持板１５を設ける構成としたが、この支持板１５を設けずに、装置本体下面に直接除振マウント１４を設ける構成としても良い。また下記詳述するように、除振マウント１４はコイルバネ以外の弾性部材からなるものを用いることもできる。また、本実施形態では４つの除振マウント１４ａ−１４ｄを設けた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。即ち、この除振マウント１４は、少なくとも３つ以上設ければ上記と同様の効果を得ることが可能である。さらに、複数の除振マウント１４ａ−１４ｄは各除振マウントの配置位置によってそれぞれのバネ定数を調整して設けても良く、特に装置本体の荷重が各除振マウントに均等に加わらない場合や装置を配置する位置が傾斜している場合等は各除振マウント１４ａ−１４ｄのバネ定数を各々調整する必要がある。
【００１５】
次に、除振マウントの支持中心（弾性支持中心）位置を制御する原理について説明する。
まず、図１に示すように、重力方向に対して傾斜して設けた除振マウント１４ａ−１４ｄのコイルバネの軸線方向の交点Ｐ及びコイルバネの軸線方向に対して直角な方向の交点をＱとした場合の交点Ｐ及びＱにおける水平方向（重力方向に垂直な方向）及び垂直方向（重力方向）に等価なバネ定数を求める。
【００１６】
装置本体による荷重Ｗにより一つの除振マウント１４ａにかかる荷重Ｆ１がバネの一端Ａ点に作用すると図４に示すようにＡ’点まで圧縮される。このときのたわみ量をδ’、バネ定数をｋｐ１とすると
Ｆ１／ｃｏｓα＝δ’・ｋｐ１                    （１）
となる。但し、αはコイルバネの傾斜角である。ここで装置本体が均等に支持されている場合には装置本体は垂直に沈み込み荷重の作用点はＡ’’点となる。この際の垂直方向（重力方向）のたわみ量をδとすると
δ’＝δ・ｃｏｓα                                                    （２）
となる。また、除振マウント１４ａのＰ点における垂直方向に等価なバネ定数をｋｐｚ１とすると、
Ｆ１＝δ・ｋｐｚ１                              （３）
となる。（１）から（３）よりｋｐｚ１＝ｋｐ１・ｃｏｓ２αの関係が成り立つ。４つ全ての除振マウントも同様にして求めると、除振マウント１４ａ−１４ｄ全体の交点Ｐにおける垂直方向に等価なバネ定数ｋｐｚはｋｐｚ＝（ｋｐ１＋ｋｐ２＋ｋｐ３＋ｋｐ４）ｃｏｓ２αとなる。但し、ｋｐ１からｋｐ４はそれぞれ除振マウント１４ａから１４ｄのコイルバネの軸線方向のバネ定数である。
【００１７】
同様にして除振マウント１４ａ−１４ｄ全体のＰ点における水平方向に等価なバネ定数ｋｐｘ、Ｑ点における水平方向に等価なバネ定数ｋｑｘ、Ｑ点における垂直方向に等価なバネ定数ｋｑｚを求めると、
ｋｐｘ＝（ｋｐ１＋ｋｐ２＋ｋｐ３＋ｋｐ４）ｓｉｎ２α＝ｋｐｓｉｎ２α
ｋｑｘ＝（ｋｑ１＋ｋｑ２＋ｋｑ３＋ｋｑ４）ｃｏｓ２α＝ｋｑｃｏｓ２α
ｋｑｚ＝（ｋｑ１＋ｋｑ２＋ｋｑ３＋ｋｑ４）ｓｉｎ２α＝ｋｑｓｉｎ２α
となる。但し、ｋｑ１からｋｑ４は除振マウント１４ａから１４ｄのコイルバネの軸線方向に対して直角な方向のバネ定数である。また、ｋｐ１＋ｋｐ２＋ｋｐ３＋ｋｐ４＝ｋｐ、ｋｑ１＋ｋｑ２＋ｋｑ３＋ｋｑ４＝ｋｑとする。
【００１８】
次に傾斜支持が成立する条件を求める。図５は除振マウント１４の支持点Ｓと、Ｐ点及びＱ点と、４つのコイルバネの弾性支持中心Ｅ点との関係を示している。ここで、除振マウントの支持点Ｓから弾性支持中心Ｅまでの水平方向の距離をｂ、垂直方向の距離をｈとする。
【００１９】
傾斜支持が成立する場合には、てこの原理からＱ点における水平方向に等価なバネ定数（上記説明したようにｋｑｃｏｓ２α）とＰ点における水平方向に等価なバネ定数（上記説明したようにｋｐｓｉｎ２α）との比はＰＥとＱＥの距離の比と等しくなるため、
ＱＥ／ＰＥ＝ｋｐｓｉｎ２α／ｋｑｃｏｓ２α      （４）
となり、また、図５から
ＱＥ＝ｈ＋ｂ・ｓｉｎα／ｃｏｓα                                      （５）
ＰＥ＝ｂ・ｔａｎα−ｈ                                                （６）
であるため、（４）から（６）よりｂとｈの関係は
ｈ／ｂ＝｛（ｋｐ−ｋｑ）ｓｉｎα・ｃｏｓα｝／｛ｋｐｓｉｎ２α＋ｋｑｃｏｓ２α｝    （７）
となる。この関係式より解るように、傾斜角αを調整すること及び／又はコイルバネ定数を調整することで弾性支持中心Ｅの位置（ｈとｂにより支持中心Ｅの位置が決まる）を調整することができる。即ち、傾斜角やバネ定数を調整することで弾性支持中心Ｅの位置を装置本体の重心やステージ１３の重心と一致させることが可能である。
【００２０】
（７）式はｔａｎαの二次方程式であり、傾斜角αは
【数１】
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となる。ここでｔａｎαは正であるため、ｋｑ／ｋｐ＜１、即ちｋｐ＞ｋｑの関係を満たす必要がある。本発明の除振マウントではコイルバネを用いたが、コイルバネの場合、ｋｐ＞＞ｋｑの関係を容易に満たすことができるので好適である。但し、ｋｐ＞ｋｑの関係を満たす弾性部材であれば本発明の除振マウントに用いることができる。なお、空気バネの場合にはｋｐとｋｑがほぼ同じであるため、本発明の除振マウントとしてはあまり好適ではない。
【００２１】
次に本発明にかかる除振マウントの具体的構成を説明する。図６は除振マウント１４の一実施形態の構成を示している。本発明の除振マウント１４は上取付板１６、下取付板１７、上取付板１６と下取付板１７の間に配置される金属製のコイルバネ１８、及びコイルバネの周囲に巻かれた樹脂製の減衰材１９により構成されている。図６に示すように、上取付板１６及び下取付板１７のコイルバネ１８が取り付けられる取付面は水平方向（重力方向に垂直な方向）に対して傾斜した互いに平行な傾斜面を有し、この傾斜面にコイルバネ１８が取り付けられている。このためコイルバネ１８の軸線方向は重力方向に対して傾斜している。この構成では、上取付板１６と下取付板１７の傾斜面の角度を調整することで容易にコイルバネの傾斜度（図１の角度α）を調整することができる。
【００２２】
図７は除振マウント１４のもう一つ別の実施形態の構成を示している。上記実施形態と同様に本実施形態の除振マウント１４は、上取付板１６、下取付板１７、コイルバネ１８及び減衰材１９から構成されている。図７に示すように、上取付板１６及び下取付板１７は水平方向（重力方向に垂直な方向）に対して傾斜した互いに平行な底面を有する穴若しくは溝が設けられている。コイルバネ１８はこの穴若しくは溝にはめ込む形で設けられ、コイルバネ１８の軸線方向は重力方向に対して傾斜（傾斜角α）している。この構成ではコイルバネ１８が上取付板１６及び下取付板１７にはめ込まれているため、除振マウント１４の高さを低く抑えることができる。特に、上取付板１６及び下取付板１７の穴若しくは溝の深さは適宜調整することができ、これによりコイルバネ１８のはめ込み量を調整することができる。また、本構成では上取付板１６と下取付板１７をコイルバネ１８に取り付けるのが容易である利点も有する。
【００２３】
なお、上記実施形態のコイルバネ１８は金属製であるが、他の材料で構成されたものであっても良い。また、減衰材１９は必ずしも設ける必要はなく、また樹脂製以外の減衰材１９（例えばオイルダンパなど）を用いることもできる。さらに上記実施形態では２つのコイルバネ１８からなる除振マウント１４を例示したが、１つ又は３つ以上のコイルバネ１８からなる除振マウント１４としても良い。
【００２４】
以上、本発明の荷電粒子線装置の実施形態を図面を参照して説明したが、これは単なる例示であって様々な改良、変更、追加等が当然可能である。即ち、本発明の荷電粒子線装置は検査装置や顕微鏡等の電子ビームを利用した様々な装置を含み、これら装置本体のロッキングを低減して高解像度、高分解能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の荷電粒子線装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】垂直方向に対して傾斜させた除振マウントで支持された装置本体のステージ移動に伴う変位を示す概略図である。
【図３】垂直方向の除振マウントで支持された装置本体のステージ移動に伴う変位を示す概略図である。
【図４】本発明の除振マウントの支持条件を説明する図である。
【図５】本発明の除振マウントの支持条件を説明する図である。
【図６】本発明の除振マウントの一構成を示す図である。
【図７】本発明の除振マウントの別の構成を示す図である。
【図８】従来の荷電粒子線装置の支持構成を示す概略図である。
【図９】従来の除振マウントの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０    荷電粒子線装置
１１、２１    電子光学鏡筒
１２、２２    試料室
１３、２３    ステージ
１４、２４    除振マウント
１５    支持板
１６、２６    上取付板
１７、２７    下取付板
１８、２８    コイルバネ
１９、２９    減衰材
２０    装置本体
【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】
2009016284.tif 000009
【図７】
2009016284.tif 000010
【図８】
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【図９】
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