JP5153181B2 - 動的に駆動されるステージミラー及びチャック組立体を備えるｚステージ - Google Patents

Description

本発明は基材処理に関する。より詳細には、本発明は基材処理における基材支持に関する。

現代の半導体システムでは、大抵の場合、半導体基材の位置を正確に測定することが重要である。半導体ウエハの計測及び検査において一般に用いられる装置の一例は、電子顕微鏡である。図１には、従来技術による電子ビーム顕微鏡システム１００を示す。電子光学カラム１０２はウエハ１０４の面上に電子ビーム１０１を集中させる。ウエハ１０４によって散乱された電子は、画像を形成するために捕集される。ウエハ１０４の様々な部分における欠陥の位置を特定するため、ウエハ１０４は、通常、ウエハ１０４の平面にほぼ平行なＸ，Ｙ方向へチャック（及びウエハ）が平行移動するあいだに、チャック１０６及びＸＹステージ１０８を有する支持部１０５上で処理される。電子ビーム顕微鏡１００は真空チャンバ１０３中で動作する必要があるため、通常、チャック１０６は高電圧静電チャックである。ウエハ１０４の位置の変化は干渉計システム１１２を用いて測定することが可能である。干渉計システム１１２は、ステージミラー１１０の測定を行う。ステージミラー１１０は、Ｘ軸及びＹ軸のうちの一方又は両方に垂直に配向されている高度研磨面１１４を含む。干渉計１１２では、光線１１６（例えば、レーザによる）がビームスプリッタ１１８によって分割される。光の一部（参照ビームと呼ばれることもある）は固定ミラー１２０で反射され、ビームスプリッタ１１８へ戻される。光の別の一部（測定ビームと呼ばれることもある）は高度研磨面１１４で反射され、ビームスプリッタ１１８へ戻される。ビームスプリッタ１１８は両方の部分を組み合わせ、組み合わせられた光学信号は光検出器１１９へ向かう。ステージミラー１１０の運動の結果、光検出器１１９からの干渉信号は予測可能に変化する。

ウエハ１０４がＸ及びＹ方向へ運動するとき、ウエハ１０４の表面の起伏又は傾きの結果、電子ビーム１０１の焦点深度が変化する場合がある。ウエハ表面の起伏の変化に合わせて調節するために、支持部１０５はＺステージ１２２を備える場合がある。Ｚステージ１２２はステージプレート１２４、１つ以上の圧電アクチュエータ１２６を含む。ウエハチャック１０６は順応性マウント１２８によってＺステージプレート１２４へ取り付けられている。高圧断路器１３０は、チャック１０６とＺステージプレート１２４との間を電気的に絶縁する。ステージミラー１１０は、例えば、球及びＶ字溝タイプ、球及び円錐タイプ並びに球及び平面タイプのうちの１つ以上など、キネマティックマウント１３２によって、Ｚステージプレート１２４へ取り付けられている。従来技術による多くのシステムでは、ウエハ表面を解析して勾配が決定されると、次いで、ウエハを静的に水平にするようにＺステージ１２２が上下動される。そうしたシステムでは、ウエハの起伏の変化に応じ、ウエハ１０４の高さを動的に調節することは不可能である。

さらに、ウエハチャック１０６を備えるＺステージ１２２は、通常ではＸＹステージ１０８へ剛直に結合されているステージミラー１１０から、機械的に分離されている。この取り付けの結果、ステージミラー１１０上の研磨面１１４とウエハチャック１０６との間の破線１３４（計測ループと呼ばれることもある）によって示すような、長い機械的な経路が存在する。この長い経路のため、ウエハチャック１０６とステージミラー１１０との間の相対運動による静的、動的なＸＹ位置の誤差は、電子ビーム１０１によって適切にトラッキングされない。代わりに、これらの誤差は比較的低速な帯域幅でのコンピュータによる画像アラインメント（位置合わせ）によってトラッキングされる。これらの誤差には、走査間誤差、走査内誤差、及び高周波数（カーネル間）誤差が含まれる。図１に示すよ
うなシステムでは、例えば、キャパシタゲージなど、ウエハチャック１０６に隣接して配置される位置センサ１３６は、チャック１０６とステージミラー１１０との間の相対変位ΔＸを測定することによって、それらの誤差を特定するために用いられ得る。

代替の従来技術の設計、例えば、イーテックシステムズ（Ｅｔｅｃ ｓｙｓｔｅｍｓ）により設計された、Ｍｅｂｅｓ Ｅｘａｒａでは、基材（例えば、マスク）は、ステージミラー１１０へ結合される場合があるが、Ｘ，Ｙ方向へマスクを走査する前に予め位置合わせされ、走査中、Ｚ方向には動的に調節されない。この設計では、基材の静的な事前の位置合わせは走査の前に割り当てられ、走査中、光学焦点面へ動的に調節されることはない。このため、他の何らかの手段によって、高さの変化を補償する必要がある。

従来技術では、基材チャック１０６とステージミラー１１０との間の相対運動によるトラッキング誤差に対処する試みが行われているが、偏向システムの帯域幅、干渉計のデータレート及びデータの劣化によって制限されている。これらの誤差は、誤った欠陥検知又は検査感度の損失を引き起こすのに充分なほど大きい場合がある。

したがって、当該技術分野においては、これらの欠点を克服する基材支持システムの必要が存在する。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、基材チャックと、基材チャックへ結合されているＺステージと、Ｚステージへ取り付けられているステージミラーと、ステージミラーに対する基材チャックの変位を感知するように構成されている１つ以上の相対位置センサと、１つ以上の相対位置センサは１つ以上のフィードバックループにおいてステージミラーに対する基材チャックの運動を動的に補償するための１つ以上の動的補償手段と結合されていることと、からなることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、動的補償手段はＺステージへの運動を与えるように構成されている１つ以上のアクチュエータを含むことを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の装置において、１つ以上のアクチュエータは基材チャック及びステージミラーをＺ方向へ運動させるように構成されている１つ以上のＺステージアクチュエータを含むことを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の装置において、Ｚステージへ結合されているＸＹステージと、１つ以上のアクチュエータはＺ方向にほぼ垂直な平面においてＺステージを運動させるように構成されている１つ以上のＸＹステージアクチュエータを含むことと、を含むことを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の装置において、Ｚステージアクチュエータ及びＸＹステージアクチュエータのうちの一方又は両方に組み込まれている１つ以上の追加の相対位置センサを含むことを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、ステージミラーへ結合されている干渉計を含むことを要旨とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、基材チャックは静電チャックであることを要旨とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、真空チャンバと、基材チャック、ステージミラー及びＺステージは真空チャンバ内に配置されていることと、を含むことを要旨とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、１つ以上の相対位置センサは基材チャックに隣接するステージミラーへ取り付けられている静電容量センサ、誘導センサ又は光学センサを含むことを要旨とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、ＺステージとＸＹステージとの間の結合はＸＹ平面及びＺ軸回りの回転の拘束における高剛性並びにＺ軸に沿ったＺステージの自由運動ことを要旨とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、基材チャックがＺ軸に沿って運動することを可能としつつ、基材チャックはＸＹ平面及びＺ軸回りの回転の拘束における運動に関する高い剛性ことを要旨とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、基材チャックは基材チャックの６つの運動自由度に対する拘束によってＺステージへ取り付けられていることを要旨とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、エネルギビームカラムと、動的補償手段はフィードバックループにおいて１つ以上の相対位置センサへ結合されているエネルギビームカラムのＸＹビーム偏向機構を含むことと、を含むことを要旨とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の装置において、エネルギビームカラムは電子光学カラムであることを要旨とする。
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の装置において、１つ以上の相対位置センサは干渉計を含むことを要旨とする。

請求項１６に記載の発明は、基材チャックへ結合されているＺステージと、Ｚステージへ取り付けられているステージミラーと、Ｚステージへ結合されているＸＹステージと、Ｚステージは基材チャック及びステージミラーをＺ方向へ運動させるように構成されている１つ以上のＺステージアクチュエータを含むことと、ＸＹステージはＺ方向にほぼ垂直な平面においてＺステージを運動させるように構成されている１つ以上のＸＹステージアクチュエータを含むことと、からなる基材チャックを有するタイプの基材支持装置において、ステージミラーに対する基材チャックの運動を動的に補償するための方法であって、ステージミラーに対する基材チャックの変位を感知する工程と、Ｚステージアクチュエータ及びＸＹステージアクチュエータのうちの一方又は両方がステージミラーに対する基材チャックの運動を動的に補償するように、１つ以上のフィードバックループにおける変位に比例した信号をＺステージアクチュエータ及びＸＹステージアクチュエータのうちの一方又は両方と結合する工程と、からなることを要旨とする。

請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の方法において、フィードバックループにおけるエネルギビームカラムのＸＹビーム偏向機構を１つ以上の相対位置センサへ結合することによってエネルギビームカラムの位置を補正する工程を含むことを要旨とする。

請求項１８に記載の発明は、Ｚステージプレートと、ステージミラーと、Ｚステージプレートへ取り付けられている１つ以上のアクチュエータと、１つ以上のアクチュエータは
、ＺステージプレートがＺ方向に垂直な平面における１つ以上の方向に走査されるとき、ＺステージをＺ方向へ運動させるように構成されていることと、基材チャックの６つの運動自由度に対する拘束によってステージミラーへ取り付けられている基材チャックと、からなることを要旨とする。

請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、基材チャックはステージミラーにキネマティックに取り付けられていることを要旨とする。
請求項２０に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、基材チャックはステージミラーに組み込まれていることを要旨とする。

請求項２１に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、ステージミラーは基材チャックに組み込まれていることを要旨とする。
請求項２２に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、１つ以上のアクチュエータはＺステージプレートとステージミラーとの間に結合されている１つ以上の圧電アクチュエータを含むことを要旨とする。

請求項２３に記載の発明は、請求項２２に記載の装置において、Ｚステージプレートと基材チャック及びステージミラーのうちの一方又は両方との間に結合されている拘束と、拘束はＺ方向に垂直な１つ以上の方向におけるステージミラー及びチャックのうちの一方又は両方の運動を制限するように構成されていることと、を含むことを要旨とする。

請求項２４に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、１つ以上のアクチュエータは１つ以上の荷重屈曲部を含むことを要旨とする。
請求項２５に記載の発明は、請求項２４に記載の装置において、各荷重屈曲部は、Ｚステージプレートへ取り付けられている基部と、基部から側方に伸びているカンチレバー部分と、カンチレバー部分は基部とカンチレバー部分の自由端との間に結合されている平行四辺形屈曲部を含むことと、を含むことを要旨とする。

請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の装置において、基部及びカンチレバー部分は単一のブロックの材料から一体に形成されていることを要旨とする。
請求項２７に記載の発明は、請求項２５に記載の装置において、基部及びカンチレバー部分はチタンから製造されていることを要旨とする。

請求項２８に記載の発明は、請求項２５に記載の装置において、平行四辺形屈曲部は、下アームからＺ方向に沿って離れている上アームを含むことと、上アームは第１の弾性ヒンジによって基部へ接続され、第２の弾性ヒンジによって自由端へ接続されていることと、下アームは第３の弾性ヒンジによって基部へ接続され、第４の弾性ヒンジによって自由端へ接続されていることと、を含むことを要旨とする。

請求項２９に記載の発明は、請求項２８に記載の装置において、平行四辺形屈曲部は上アームと下アームとの間に位置するレバーブロックを含むことと、レバーブロックは第１の弾性ヒンジと第２の弾性ヒンジと間で上アームへ取り付けられていることと、を含むことを要旨とする。

請求項３０に記載の発明は、請求項２９に記載の装置において、アクチュエータによるレバーブロックに対する側方への荷重によって自由端をＺ方向へ運動させるように、基部とレバーブロックとの間に動作可能に結合されているアクチュエータを含むことを要旨とする。

請求項３１に記載の発明は、請求項３０に記載の装置において、アクチュエータは圧電
アクチュエータであることを要旨とする。
請求項３２に記載の発明は、請求項３１に記載の装置において、圧電アクチュエータは湾曲面とのジョイントを含むことと、ジョイントは湾曲面がレバーブロックに接するように圧電アクチュエータの端部に位置することと、を含むことを要旨とする。

請求項３３に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、Ｚステージへ結合されているＸＹステージと、ＸＹステージはＺ方向にほぼ垂直な平面においてＺステージプレートを運動させるように構成されている１つ以上のＸＹステージアクチュエータを含むことと、を含むことを要旨とする。

請求項３４に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、ステージミラーへ結合されている干渉計を含むことを要旨とする。
請求項３５に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、基材チャックは静電チャックであることを要旨とする。

請求項３６に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、真空チャンバと、基材チャック、ステージミラー及びＺステージプレートは真空チャンバ内に配置されていることと、を含むことを要旨とする。

請求項３７に記載の発明は、請求項１８に記載の装置において、エネルギビームカラムはフィードバックループにおいて１つ以上の相対位置センサへ結合されているＸＹビーム偏向機構を含むことを要旨とする。

請求項３８に記載の発明は、請求項３７に記載の装置において、エネルギビームカラムは電子光学カラムであることを要旨とする。
請求項３９に記載の発明は、請求項３７に記載の装置において、１つ以上の相対位置センサは干渉計を含むことを要旨とする。

本発明の第１の実施形態では、ＸＹ方向にエネルギビーム（例えば電子ビーム１０１）を移動させる閉ループ駆動と、Ｚステージのアクチュエータとのうちの一方又は両方へ、チャック位置センサからのフィードバック信号を結合し、ステージミラー１１０に対するチャック１０６の運動を補償することによって、図１に示すタイプの従来の基材支持システムが修正される。図２に示すように、基材支持システム２００は、上述において図１に関して説明した機構の多くを含んでよい。図１の支持システム１００と共通する機構は、図２に同じ参照符号によって示され、識別される。基材支持システム２００は、Ｚステージプレート１２４を有するＺステージ１２２と、Ｚアクチュエータ１２６とを含む。基材支持チャック１０６は、例えば、静電チャックであり、例えば、屈曲部１２８によって、Ｚステージプレート１２４へ順応性に接続される。好適には、屈曲部１２８は、チャック１０６がＺ軸に沿って運動することを可能としつつ、ＸＹ平面及びＺ軸回りの回転の拘束における運動に関する高剛性を特徴とする。

Ｚステージ１２２は、Ｘステージ１４２とＹステージ１４４とを有する、ＸＹステージ１４０へ取り付けられている。好適には、Ｚステージ１２２とＸＹステージ１４０との間の結合は、ＺステージがＺ軸に沿って運動することを可能としつつ、ＸＹ平面及びＺ軸回りの回転の拘束における運動に関する高剛性を特徴とする。Ｘステージ１４２は、Ｘ方向に作動荷重を提供するＸアクチュエータ１４６を含む。Ｙステージ１４４は、例えば、Ｘ方向に垂直なＹ方向に作動荷重を提供するＹアクチュエータ１４８を含む。ステージミラー１１０は、例えば、３つの球及び溝のタイプのマウント１３２によって、Ｚステージプレート１２４へキネマティックに取り付けられている。ステージミラー１１０は、干渉計
１１２の反射面として用いられ得る、研磨面１１４を含んでもよい。Ｚアクチュエータ１２６（例えば、圧電アクチュエータ）は、Ｘ方向及びＹ方向に対し直角な（即ち、垂直な）Ｚ方向に沿って、Ｚステージプレートに対してチャック１０６を運動させる、作動荷重を提供する。基材チャック１０６、ステージミラー１１０及びＺステージ１２２は、真空チャンバ１０３内に配置されてもよい。

１つ以上の相対位置センサ１３６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のうちの１つ以上に関し、ステージミラー１１０に対する基材チャック１０６の変位を感知するように構成されている。例として、チャック１０６がＸ方向に量Ｘ_１だけ運動し、ステージミラー１１０が異なる量Ｘ_２だけ運動する場合、センサ１３６は相対変位ΔＸ＝Ｘ_１−Ｘ_２を感知する。センサ１３６は、例えば、静電容量センサ、誘導センサ、又は光学センサなど、任意の適切な運動センサであってよい。例として、位置センサ１３６が基材チャック１０６に隣接するステージミラー１１０へ取り付けられている静電容量センサである場合、この静電容量センサは、決定可能な手法によって、チャック１０６とステージミラー１１０との間の相対変位ΔＸに応じて異なる信号を生成する。なお、干渉計１１２は、光学的な相対位置センサの一形態と見なされ得る。ステージミラー１１０に対する基材チャック１０６の運動をアクチュエータが動的に補償することが可能であるように、相対位置センサ１３６と、干渉計１１２の光検出器１１９とのうちの一方又は両方は、１つ以上の外部フィードバックループ１５０においてアクチュエータ１２６，１４６，１４８のうちの１つ以上へ結合されてもよい。本発明の一定の実施形態では、上述において図１に関して説明した計測ループ１３４に隣接する１つのセンサと、アクチュエータと同じ位置にある１つ以上のセンサとを有することが望ましい。Ｚアクチュエータ１２６及びＸＹステージアクチュエータ１４６，１４８のうちの一方又は両方には、１つ以上の追加の相対位置センサが組み込まれている。

電子ビーム１０１の位置を精密に補正するため、電子光学カラム１０２におけるＸＹビーム偏向機構１０７（例えば、静電気ビーム偏向プレート又はビーム偏向電磁石）は、内部フィードバックループ１５２を介して干渉計１１２の光検出器１１９と、位置センサ１３６とのうちの一方又は両方へ結合されている。内部フィードバックループ１５２によって、ウエハ１０４に対する電子ビーム１０１の位置の精密なＸＹ補正が可能となる。同じ概念がイオンビーム（例えば、静電気又は電磁気によるビーム偏向を用いる）、レーザビーム（例えば、補正機構１０７としてビームステアリングミラーを用いる）など、他のエネルギビームのビーム位置補正に対し適用されてよいことが、当業者には認識される。

例えば、システム２００が電子ビームによる基材支持に用いられる場合など、幾つかの用途では、ステージ制御ループ（例えば、外部フィードバックループ１５０）及びアクチュエータ１４６，１４８は、大きな追従誤差（例えば、約１００ｎｍ〜約２マイクロメートル）を有する場合がある。システムがピクセルの約１／１０に位置合わせしたイメージを必要とする場合、さらに２つの制御機構が用いられる。即ち、干渉計１１２及び追加のチャック位置センサ１３６のうちの一方又は両方からのステージミラー位置信号に従うビーム偏向と、画像コンピュータ（図示せず）とによって、他の機構が残差を残す程度に、画像の動的な位置合わせが実行される。このコンピュータは、約２５０ナノメータ（ｎｍ）の範囲から約２．５ｎｍの範囲にまで位置誤差を補正することが可能である。干渉計１１２からの位置信号がステージ制御アクチュエータ１４６，１４８へフィードバックされてもよく、その場合、位置調節のオーダーを数百ミリメートルから約２マイクロメートルにまで低下させることが可能である。ステージ制御アクチュエータは、数マイクロメートルの残差を残す場合がある。ステージフィードバックループが比較的低速（例えば数１０Ｈｚ）である場合、外部フィードバックループ１５０及びステージアクチュエータ１４６，１４８は、ローラ振動その他の原因による２５０ｎｍから２マイクロメートルのオーダーの画像ジッタを補正するには充分高速ではない。このギャップは電子ビーム補正によっ
て満たされ得る。電子ビーム補正は、例えば、約１０ｋＨｚと充分に高速であり、数ナノメータかそれよりも良好な精度を有する。現在利用可能な干渉計の精度は約０．１ｎｍであり得るが、この精度は機械的、電気的な雑音によって、約２ｎｍとなる場合がある。

本発明の他の実施形態では、計測ループが短縮されてもよく、ステージミラーへチャックを直接取り付けることによって、基材チャック１０６とステージミラー１１０との間の相対変位は有意に減少され得る。これは、Ｚ方向に走査可能なシステムでは行われていない。これは、主として、基材チャックの質量が比較的大きいためである。アクチュエータが充分に強力であり、かつ、屈曲部が充分に剛直なＺステージは、従来、開発されていない。一般に、電子ビームシステムにおける基材支持には、圧電アクチュエータを用いることが望ましい。ボイスコイルアクチュエータは、電子ビームと干渉し得る磁界を生成するため、通常、用いられない。ボイスコイルアクチュエータは、磁気的に充分に遮蔽されるか、電子ビームから遠くに配置されるか、又はその両方の場合に用いられ得る。圧電スタックによる直接的なＺ作動では、所望のＺ変位を生成するには、比較的長い圧電アクチュエータ及び比較的長い順応性の屈曲部が必要となる。結果として、ステージミラー及びチャックはＸＹ平面において揺動する傾向がある。

図３には、本発明の代替の一実施形態による基材支持装置３００を示す。一般に、装置３００は、Ｚステージプレート３２２、ステージミラー３１０及び基材チャック３０６を含む。Ｚステージプレート３２２は、Ｚステージプレート３２２、ステージミラー３１０及び基材チャック３０６をＸＹ平面において走査することの可能なＸＹステージ３０８へ取り付けられている。例えば、電子ビーム又はイオンビームのシステムと共に装置３００が使用可能であるように、チャック３０６、ステージミラー３１０、Ｚステージプレート３２２及びＸＹステージ３０８は、真空チャンバ３０３中に位置してもよい。

エネルギビームカラム３０２は、基材チャック３０６上の基材３０４へ向けられたエネルギビーム３０１を生成する。ＸＹビーム偏向機構３０７は、ＸＹ平面（即ち、基材３０４の平面）においてエネルギビーム３０１を操作する。例として、エネルギビームカラム３０２が電子ビームカラムである場合、エネルギビーム３０１は電子ビームである。これに代えて、エネルギビームカラム３０２は、例えば、赤外、可視又は紫外光など、何らかの形態のエネルギ電磁放射を生成するイオン光学カラム又は光学カラムであってもよい。電子又はイオンの光学カラムの場合、ＸＹビーム偏向機構３０７は静電気偏向プレート若しくは電磁石又は両者の何らかの組み合わせを含んでよい。赤外、可視又は紫外の光学カラム（例えば、電磁放射源としてのレーザに基づく）の場合、ＸＹビーム偏向機構３０７はビームステアリングミラーを含んでよい。

例えば、静電容量センサなど、１つ以上のセンサ３３６は、チャック３０６とステージミラー３１０との間の相対運動を測定するために、基材チャック３０６に隣接して配置されてよい。センサ３３６と干渉計の光検出器３１９とのうちの一方又は両方は、上述のように、外部フィードバックループ３５０において、ＸＹステージ上のアクチュエータ３４６へ結合されてよい。同様に、光検出器３１９及びセンサ３３６のうちの一方又は両方は、上述のように、内部フィードバックループ３５２によって、ビーム偏向機構３０７へ結合されてよい。

チャック３０６は、双極性又は単極性の静電チャックであってよい。ステージミラー３１０は、アルミナなどの電気絶縁材料から製造されてよい。これに代えて、導電性材料又は炭化ケイ素などの半導体材料が用いられてもよい。ステージミラー３１０は、Ｘ軸及びＹ軸のうちの一方又は両方に垂直に配向されている高度研磨面３１４を含む。高度研磨面３１４は、ビームスプリッタ３１８、固定ミラー３２０及び光検出器３１９を有する干渉計３１２の反射面として働く。ビームスプリッタ３１８は、光線３１６（例えば、レーザ
による）を分割する。光の一部３１６は固定ミラー３２０で反射され、ビームスプリッタ３１８へ戻される。光の別の一部は高度研磨面３１４で反射され、ビームスプリッタ３１８へ戻される。ビームスプリッタ３１８は両方の部分を組み合わせ、組み合わされた光学信号は光検出器３１９へ向かう。ステージミラー３１０の運動の結果、光検出器３１９からの干渉信号は予測可能に変化する。

基材チャック３０６はステージミラー３１０へ取り付けられており、ステージミラー３１０に対する基材チャック３０６の６つの運動自由度に対する拘束を有する。例として、チャック３０６は、球及び円錐マウント、球及び溝マウント、並びに球及び平面マウントによって、ステージミラー３１０へキネマティックに取り付けられている。キネマティックな取り付けとは、一般に、６つの自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った並進運動及びＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの回転）に対し独立な（即ち、冗長でない）拘束を与えるマウントを指す。キネマティックな取り付けの一例では、ステージミラー３１０は、球及びＶ字溝タイプのマウント、円錐及び球タイプのマウント、並びに球及び平面タイプのマウントによって、Ｚステージプレート３２２へ取り付けられている。チャック３０６に対する拘束が厳密にキネマティックである必要はない。例えば、チャック３０６は、溝が互いに対して１２０°の角度に位置合わせされている３つの球及び溝マウントによって取り付けられる。球は支持部であってもよく、Ｖ字溝はチャック３０６の背面に形成されてもよい。３つの球を有するチャックを３つのＶ字溝が支持する方式は、３つの球を有するチャックを円錐（又は三面体の穴）、Ｖ字、及び平面が支持する方式と同じく、完全にキネマティックである。これらの２つの方式は等化であるが、荷重と運動のバランスが異なる。３つのＶ字溝の方式は、対称性のためバランスがより良好である。これに代えて、チャック３０６が、例えば、ボルト又はねじによってステージミラー３１０へ剛直に取り付けられてもよく、チャック３０６がステージミラー３１０へ組み込まれてもよい。或いは、ステージミラー３１０がチャック３０６へ組み込まれてもよい。好適には、屈曲部４００は、ステージミラー３１０がＺ軸に沿って運動することを可能としつつ、ＸＹ平面及びＺ軸回りの回転の拘束における運動に関する高剛性を特徴とする。

１つ以上の荷重屈曲部４００は、ステージミラー３１０をＺステージプレート３２２へ結合している。荷重屈曲部４００は、Ｚステージプレート３２２がＺ方向に垂直なＸＹ平面において走査されるとき、ステージミラー３１０及び基材チャック３０６をＺ方向へ運動させるように構成されている、アクチュエータを含む。２つ以上の荷重屈曲部４００を用いると、各荷重屈曲部４００のＺ偏向を独立に調節することによって、ステージミラー３１０及び基材チャック３０６の傾斜が制御される。

図４に示すように、各荷重屈曲部４００は基部４０２と、カンチレバー部分４０４とを含む。基部４０２は、ボルト又はねじなどの適切な手段によって、Ｚステージプレート３２２へ固定されている。カンチレバー部分４０４は、基部４０２から側方（例えばＸ又はＹ方向）に伸びている。カンチレバー部分４０４は、基部４０２とカンチレバー部分４０４の自由端４０６との間に結合されている、平行四辺形屈曲部４０３を含む。基部４０２及びカンチレバー部分４０４（平行四辺形屈曲部４０３を含む）は、単一のブロックの材料から一体に形成されてよい。好適には、材料は、高強度と、高電気抵抗と、質量に対して比較的高い剛性とを提供する材料である。また、材料のヤング率対降伏応力の比が高いことも望ましい。適切な材料の一例は、チタンである。

平行四辺形屈曲部４０３は、上アーム４０８及び下アーム４１０を含む。上アーム４０８及び下アーム４１０は、互いにほぼ平行である。上アームはＺ方向に沿って下アーム４１０から距離ｃだけ離れている。レバーブロック４１２は上アーム４０８から下がっている。溝４１４によって、レバーブロックは基部４０２、自由端４０６及び下アーム４１０から分離されている。第１の弾性ヒンジ４１６は、上アーム４０８を基部４０２へ接続し
ている。第２の弾性ヒンジ４１８は、上アーム４０８を自由端４０６へ接続している。第３の弾性ヒンジ４２０は、下アーム４１０を基部４０２へ接続している。第４の弾性ヒンジ４２２は、下アーム４１０を自由端４０６へ接続している。第１、第２のヒンジ４１６，４１８は、側方に距離ｂだけ離れている。同様に、第３、第４のヒンジ４２０，４２２は、互いから側方にほぼ等しい距離ｂだけ分離されている。ヒンジ４１６，４１８，４２０，４２２は、上、下アーム４０８，４１０と、基部及び自由端４０６のうちの１つ以上との間の接合点における材料など、適切なものによって形成されてよい。電気絶縁材料から製造されている断路器４０５は、自由端４０６をステージミラー３１０へ接続してもよい。

カンチレバー部分４０４のアーム及びヒンジの構成の結果、レバーブロック４１２に作用する側方向きの荷重Ｆによって、自由端４０６はＺ方向に動かされる。そうした側方荷重Ｆは、基部４０２のボア４２６に位置し、ねじ切り栓４２８により適所に固定されている圧電アクチュエータ４２４によって、制御可能に提供されてよい。圧電アクチュエータ４２４は、レバーブロック４１２に対して側方に拡張することが可能である。圧電アクチュエータ４２４は、レバーブロック４１２に接する湾曲面（例えば、球面）４３０を備えるジョイント端部を含んでもよい。上アーム４０８から距離ａに位置する点において、端部表面４３０はレバーブロック４１２と接触する。ジョイント端部の湾曲面４３０は、圧電アクチュエータの屈曲を防止していることが望ましい。比ｂ／ａによって、平行四辺形屈曲部４０３のてこ比及び剛性が決定される。

平行四辺形屈曲部４０３及びレバーブロック４１２によって、側方荷重Ｆがカンチレバー４０４の自由端４０６の垂直運動に変換されることが可能となる。したがって、高さの限定された荷重屈曲部４００においては、比較的長い圧電アクチュエータ４２４が用いられ得る。この組み合わせによって、荷重屈曲部は、比較的剛直かつ頑強となる。通常の圧電スタックは、スタック長さ１ミリメートル毎に、側方に約１マイクロメートル拡張し得る。したがって、１００ミリメートルの圧電アクチュエータ４２４の場合には、約１００マイクロメートルまで拡張し得る。ｂ及びａを適切に選択することによって、荷重屈曲部４００は、圧電アクチュエータの１００マイクロメートルの拡張を、自由端４０６の約３００マイクロメートルの運動へ、変換することが可能である。荷重屈曲部４００の設計によって側方の高剛性が提供され、この高剛性によって、ステージミラー３１０はＸＹステージ３０８へ良好に結合される。また、荷重屈曲部４００のＺ剛性によって、Ｚ方向における運動の高帯域の制御が可能となる。

他のタイプの圧電式アクチュエータも、動的及び磁気的な要件を満たす限り、圧電アクチュエータ４２４の代替として適切である。例えば、圧電アクチュエータの代わりにボイスコイルタイプアクチュエータが用いられてもよい。電子ビーム用途では、電子ビームを妨害しないようにするために、ボイスコイルタイプアクチュエータの磁気的な遮蔽が必要な場合がある。

図４に示すタイプの荷重屈曲部を用いる図３に示すタイプの基材支持装置は、図１に示す従来技術のタイプの基材支持と比較して、相当に性能が改良される。図１に示すタイプの従来技術のシステムにおけるトラッキングされない誤差は、測定によると、約１００ｎｍのオーダーである。対照的に、図３に示すタイプの基材支持では、ステージミラー３１０に対するウエハチャック３０６の小さな動的寄生運動によるトラッキング誤差は、測定によると、０．１ｎｍのオーダーの標準偏差であり、ほぼ３桁改良されている。また、２つのタイプの基材支持について、走査間誤差、走査内誤差、及びカーネル間誤差を比較する試験も行った。これらの試験の結果を、次のテーブル１にまとめる。

走査間誤差には、刈り幅の加速及び減速の一回りの終了によるウエハ及びチャックの変位が含まれる。走査間誤差は、ウエハと干渉計ミラーとの間の平均のトラッキングされない誤差である。

走査内誤差は、ステージを等速で走査しているときのチャックとステージミラーとの間の変位として測定される。チャックはステージベアリングによる振動のみを受ける。
画像補正はカーネルと呼ばれる刈り幅の小断片に基づく。この場合、カーネルは、１２マイクロ秒毎に各々取得される４８の垂直走査線を含む。したがって、線周波数は８３．３ｋＨｚであり、カーネル周波数は１７３６Ｈｚである。画像はカーネル周波数にて再び位置合わせされるため、カーネル間誤差は画像コンピュータの位置合わせシステムが取り扱う必要がある残差の誤差である。

なお、図１のタイプの装置における誤差は全て、試験毎に変化した。さらに、図３のタイプの装置における走査間誤差の値は、約５ｍ／ｓ^２の加速度（重力による加速度の約半分）を超えて装置が揺動したときにのみ生じた。本発明の実施形態は、図３，４に示す代替のアクチュエータ及び屈曲部を含んでもよい。例えば、図５に示すように、基材支持装置５００は、垂直の圧電アクチュエータ５２６を有するＺステージプレート５２２へ結合されているステージミラー５１０を有してもよい。ステージミラー５１０は、干渉計の反射面として用いられ得る、高度研磨面５１４を含んでもよい。チャック５０６は、上述のように、ステージミラー５１０へ剛直に又はキネマティックに取り付けられていてもよい。Ｚステージプレート５２２はＸＹステージ５０８へ取り付けられていてもよい。１つ以上のアクチュエータ５２６は、Ｚステージプレート５２２とステージミラー５１０との間に直接結合されていてよい。例として、アクチュエータ５２６はＺ方向に拡張する圧電アクチュエータであり得る。１つ以上の拘束５２５は、Ｚステージプレート５２２と、チャック及びステージミラー５１０のうちの一方又は両方との間に接続されていてもよい。拘束５３１はＺ方向に垂直な１つ以上の方向におけるステージミラー５１０及びチャック５０６のうちの一方又は両方の運動を制限するように構成されている。例として、拘束５３１はＺ方向に平行なＶ字溝５３３を各々含んでもよい。球ベアリング５３５は、Ｖ字溝５３３とステージミラー５１０のリセス５３７との間に配置されている。

エネルギビームカラム５０２は、基材チャック５０６上の基材５０４へ向けられたエネルギビーム５０１を生成する。ＸＹビーム偏向機構５０７は、ＸＹ平面（即ち、基材５０４の平面）においてエネルギビーム５０１を操作する。例として、エネルギビームカラム５０２は、例えば、赤外、可視、又は紫外光など、何らかの形態のエネルギ電磁放射を生成する電子ビームカラム、イオン光学カラム、又は光学カラムであってよい。

例えば、静電容量センサなど、１つ以上のセンサ５３６が、チャック５０６とステージミラー５１０との間の相対運動を測定するために、基材チャック５０６に隣接して配置さ
れてよい。センサ５３６と干渉計５１２の光検出器５１９とのうちの一方又は両方は、上述のように、外部フィードバックループ５４６において、ＸＹステージ上のアクチュエータへ結合されてよい。同様に、光検出器５１９及びセンサ５３６のうちの一方又は両方は、上述のように、内部フィードバックループ５５０によって、エネルギビームカラム５０２のビーム偏向機構５０７へ結合されてよい。

上述のテーブル１に見られるように、本発明の実施形態では、従来技術の基材支持装置と比較して、走査間誤差、走査内誤差、及びカーネル間誤差が低減される。本発明の実施形態は、特に、基材の平面に垂直な方向における基材の運動の影響を受けやすい用途に適合する。そうした用途の例には、次に限定されないが、ウエハ検査、レチクル検査、リソグラフィ又はレチクル印刷が含まれる。また、実施形態は、特に、電子顕微鏡検査、イオンビーム加工、電子ビーム加工などを含む、真空において用いる用途に適切である。

従来技術の電子顕微鏡と共に用いられる基材支持システムの概略側断面図。 本発明の一実施形態による基材支持システムの概略側断面図。 本発明の代替の一実施形態による基材支持システムの概略側断面図。 （Ａ）図３の基材支持システムによって用いられ得る荷重屈曲部の三次元図、（Ｂ）Ｂ−Ｂ’線に沿って得られる図４（Ａ）の荷重屈曲部の側断面図。 （Ａ）本発明の代替の一実施形態による基材支持システムの概略側断面図、（Ｂ）図５（Ａ）の基材支持システムの平面図。

符号の説明

１０２…電子光学カラム、１０３，３０３…真空チャンバ、１０６，３０６，５０６…基材チャック、１０７，３０７，５０７…ＸＹビーム偏向機構、１０８，１４０，３０８，５０８…ＸＹステージ、１１０，３１０，５１０…ステージミラー、１１２，３１２，５１２…干渉計、１２２…Ｚステージ、１２４，３２２，５２２…Ｚステージプレート、１２６，１４６，１４８，３４６，５２６，５４６…アクチュエータ、４２４…圧電アクチュエータ、１２８…屈曲部、１３６…相対位置センサ、３００，５００…基材支持装置、３０２，５０２…エネルギビームカラム、３０７，５０７…ビーム偏向機構、４００…荷重屈曲部、４０２…基部、４０３…平行四辺形屈曲部、４０４…カンチレバー部分、４０６…自由端、４０８…上アーム、４１０…下アーム、４１２…レバーブロック、４１６…第１の弾性ヒンジ、４１８…第２の弾性ヒンジ、４２０…第３の弾性ヒンジ、４２２…第４の弾性ヒンジ、４３０…湾曲面、５２５，５３１…拘束。

Claims (7)

1. 基板支持装置において、該装置が、
   Ｚステージプレートと、
   ステージミラーと、
   Ｚステージプレートへ取り付けられている１つ以上のアクチュエータであって、１つ以上のアクチュエータは、ＺステージプレートがＺ方向に垂直な平面において１つ以上の方向に移動されるとき、Ｚ方向にステージミラーを運動させるように構成されており、Ｚ方向がＸ方向及びＹ方向に垂直な方向である、前記アクチュエータと、
   基材チャックの６つの運動自由度を拘束するようにステージミラーへ取り付けられている基材チャックと、を備え、
   前記１つ以上のアクチュエータは、Ｚステージプレート上に配置されており、
   ステージミラーは、前記１つ以上のアクチュエータ上に配置されており、
   基材チャックは、ステージミラー上に配置されており、
   前記１つ以上のアクチュエータが１つ以上の荷重屈曲部を含み、
   各荷重屈曲部は、
   Ｚステージプレートへ取り付けられている基部と、
   基部から側方に伸びているカンチレバー部分と、を含み、
   カンチレバー部分の自由端がステージミラーを支持しており、
   カンチレバー部分が、基部とカンチレバー部分の自由端との間に結合されている平行四辺形屈曲部を含み、
   平行四辺形屈曲部は、Ｚ方向に沿って互いに離間している上アームと下アームとを含み、上アームは、第１の弾性ヒンジによって基部へ接続されるとともに、第２の弾性ヒンジによって自由端へ接続されており、下アームは、第３の弾性ヒンジによって基部へ接続されるとともに、第４の弾性ヒンジによって自由端へ接続されている、基材支持装置。
2. 基部及びカンチレバー部分が単一のブロックの材料から一体に形成されている請求項１に記載の装置。
3. 基部及びカンチレバー部分がチタンから製造されている請求項１に記載の装置。
4. 平行四辺形屈曲部は、上アームと下アームとの間に位置するレバーブロックを含み、
   レバーブロックは、第１の弾性ヒンジと第２の弾性ヒンジとの間で上アームへ取り付けられている請求項１に記載の装置。
5. アクチュエータによるレバーブロックに対する側方への荷重によってカンチレバー部分の自由端をＺ方向へ運動させるように、基部とレバーブロックとの間に動作可能に結合されているアクチュエータを含む請求項４に記載の装置。
6. アクチュエータは圧電アクチュエータである請求項５に記載の装置。
7. 圧電アクチュエータは湾曲面を有するジョイント部を備え、同ジョイント部は湾曲面がレバーブロックに接するように圧電アクチュエータの端部に配置される請求項６に記載の装置。

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