JP6501388B2 - 移動・傾斜機構 - Google Patents

Description

本発明は、超小型でミクロンオーダーの精密移動可能でかつ力のある移動・傾斜機構に関するものである。

従来、微細移動として、小型でサブミクロンオーダーの超精密な移動距離制御が可能で、かつ、力のあるアクチュエーターとして圧電素子が広く利用されている。

この圧電素子は、１００Ｖ程度の電圧を加えることで、数ミクロンから数十ミクロン伸縮する性質があり、かつ、非常に剛性が高い。そのため、精密な位置決め装置として使われている。

しかしながら、１００Ｖ当たり、数ミクロンから数十ミクロンの可動範囲では、ストロークが短すぎて使いにくい場合が沢山あり、数百ミクロン以上のストロークがあると大変便利な場合が多い。

それを実現するために、圧電素子は何らかの変位拡大機構を利用したものが工夫されているが、折角圧電素子のサイズが小さいにも関わらず、圧電素子本体から外に大きくはみ出した変位拡大機構を有しておりサイズが大きい。つまり体積当たりの、ストローク×発生力、の大きさが小さいという問題があった。

また、圧電素子の支持部とは別に外部に変位拡大のために利用する梃子（レバー）の支点を必要とし設置が不便である。さらには、単なるディスクリート部品の塊なので、装置ごとに性能を保証することも難しいという問題もあった。

本発明は、これらの問題を解決するため、圧電素子のコンパクトさを生かしたまま、変位を拡大できる変位拡大機構を内蔵した一体型の微動機構装置を提供することを目的とし、数百ミクロン以上のストロークを実現し、かつ、剛性も高く、非常にコンパクトで使いやすく便利な微動機構を実現した。

更に、電子顕微鏡などでは、設置環境等から来る振動によって測定対象が振動して拡大画像の分解能等が劣化することが知られている。本発明を利用して、真空チャンバー天板に対して測定対象を測定時のみアドホックで固定して画像に現れる振動を止める方法も開示する。

そのため、本発明は、圧電素子に電圧を印加して測定対象を移動あるいは傾斜あるいは両者をさせる移動・傾斜機構において、支柱と、支柱の周辺に対称に配置した電圧を印加すると伸縮する圧電素子と、圧電素子の一端を固定する台座と、台座に一端を固定した圧電素子の他端を力点に接続し、かつ台座に一端を固定した支柱の他端を支点に接続したレバーと、レバーの作用点に接続した上蓋とを備え、圧電素子に電圧を印加したことによる圧電素子の伸縮に伴う力点の移動に伴い、レバーの支点を中心に、レバーの作用点に接続した上蓋をＺ軸方向に移動およびＺ軸方向に対して傾斜のいずれか１つ以上を行うようにしている。

この際、圧電素子を支柱に対して対称に２つ以上を設けるようにしている。

また、圧電素子の他端をレバーの力点に突起で接触するようにしている。

また、レバーの支点と力点との距離をａ，支点と作用点との距離をｂとしたとき、圧電素子の他端の伸縮をｂ／ａ倍に増幅するようにしている。

また、作用点に柔軟性の上蓋を接続するようにしている。

また、レバーは、各作用点を上蓋に接続し、各力点を圧電素子の他端に接続し、支点を支柱の他端に接続するようにしている。

また、レバーの作用点を可及的に支点に近づけて傾斜しやすくするようにしている。

また、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹステージの上に、３組の移動・傾斜機構を搭載してこの上にサンプルホルダを３点固定したステージを構成するようにしている。

また、３組の移動・傾斜機構の圧電素子に所定の電圧を印加し、サンプルホルダ３に固定したサンプルのＺ方向の高さおよび傾きのいずれか１つ以上を調整するようにしている。

また、サンプルを固定したサンプルホルダを、対物レンズに連結した天板あるいは鏡筒に、撮影時にアドホック固定して画像振動を軽減するようにしている。

また、アドホック固定は、静電吸着とするようにしている。

本発明は、（１）非常に小型でありながら、強い力と、数百ミクロン以上のストロークが実現できる。

（２）形状がコンパクトであり、場所を取らない。

（３）変位拡大機構が装置内部にあるため、装置が小型になり装置設置は、変位を期待する場所に挟み込むだけで実現できる。

（４）多軸のアクチュエーターを１つの微動機構で実現することが可能となり、１方向の移動だけでなく、傾斜も可能になる。

（５）測定対象を天板に対して測定時にアドホックに固定することで、測定時に邪魔となる測定対象の振動を簡単に防げるようになる。振動自身をダンパーなどで制御しないので大掛かりな除振装置が不要となるため、コストダウンや装置のサイズダウン、フットプリント削減に寄与する。

本発明は、内蔵された変位拡大機構により、圧電素子の変位を拡大する微動機構を実現した。

図１は、本発明の１実施例構成図を示す。

図１の（ａ）は全体図を示し、図１の（ａ−１）は全体図の正面からの側面図を示し、図１の（ａ−２）はレバー１の要部を拡大した様子を模式的に示し、図１の（ｂ）は図１の（ａ）のレバー１の要部説明図を示す。

図１において、レバー１は、支柱４を支点１１とし、圧電素子３による伸縮を力点１２に作用させ、上蓋６に作用点１３によるＺ方向の移動を作用させるためのレバー（梃子）であって、棒状、角状、板状などの形状を有するものであり、本発明では支点１１を中心に対称（左右、前後、更に、任意角度で対称）に設けたものである。図１は左右対称の１組、図２は左右対称および前後対称の２組、更に、中心に支点を有する１つの円板、矩形板などの薄い板でもよい。

柔軟部２は、レバー１がたわむように柔軟にするものであって、レバー１の支点１１を支柱４に固定（支持）したときに、レバー１の力点１２に圧電素子３の伸縮が作用して当該レバー１をたわませるためのものである。レバー１をたわませる剛性のある薄い板（例えばリン青銅、ベリリウム合金などのばね材の薄板、更に、真鍮、ステンレスなどの薄板）で作製した場合には不要である。

圧電素子３は、電圧を印加したときに伸縮するものであって、ここでは、台座７に棒状の一端を固定し、他端をレバー１の力点１２に接続したものである。圧電素子３に電圧を印加すると、当該圧電素子３が伸縮してレバー１の力点１１を、上方向あるいは下方向（Ｚ方向とする）に移動させるように働き、図１ではレバー１の作用点１３を上方向あるいは下方向に増幅した移動量だけ移動させるものである。圧電素子３は、支点１１を中心に図１では左右対称の位置にそれぞれ設けてあるため、右側および左側のレバー１の作用点１３を上方向あるいは下方向のいずれかにそれぞれ増幅（後述するｂ／ａ倍だけ増幅）した移動量だけ移動させることとなる。

支柱４は、レバー１の支点１１を保持するものであって、図１では棒状で、一端を台座７に固定し、他端にレバー１の支点１１を保持（固定）するものである。

歪ゲージ５は、圧電素子３の支点側および作用点側に取り付けたものであって、圧電素子３に電圧を印加したときの当該圧電素子３の伸縮量をそれぞれ測定するゲージである。

上蓋６は、レバー１の支点１１を中心に左右対称の作用点１３に接続（固定）した板であって、Ｚ軸方向に移動およびＺ軸方向に対して傾斜させる対象のサンプルなどを搭載するためのものである。

図１の（ｂ）において、レバー１は、支柱４に接続（固定）された支点１１、圧電素子３に接続された力点１２、および上蓋６に接続された作用点１３から構成されている様子を模式的に示したものである。支点１１と力点１２との距離をａ、力点１２と作用点１３との距離をｂとしたとき、力点１２に対して作用点１３の移動量はｂ／ａ倍に増幅されることとなる。本発明は、このｂ／ａ倍の移動量を増幅する機構を内蔵させることにより、圧電素子３自身の伸縮量をｂ／ａに増幅し、大幅な移動量を確保したものである。

次に、図１の構成の動作を説明する。

（１）図１の構成のもとで、レバー１の左右対称の位置に接続した２組の圧電素子３にそれぞれ同じ電圧を印加すると、２組の圧電素子３がそれぞれ伸縮して力点１２を上方向あるいは下方向にそれぞれ移動させる。

（２）（１）の左右の力点１２の上方向あるいは下方向へのそれぞれの移動に伴い、それぞれの作用点１３がｂ／ａ倍されただけ上方向あるいは下方向に移動し、上蓋の左右をそれぞれ同移動量だけ移動させる。これにより、上蓋の支点１１に対応する上部の部分が上方向あるいは下方向（Ｚ方向）に圧電素子３の伸縮量のｂ／ａ倍した移動量だけ移動させることが可能となる。尚、圧電素子３の移動量は、当該圧電素子３の支点側、作用点側に固定した歪ゲージ５でその伸縮量をそれぞれ測定し、その平均で移動量を算出（測定）し、所望の電圧を圧電素子３に印加するようにすればよい。このようにすれば圧電素子３のヒステリシス等の非線形性も補正できる。

（３）例えばレバー１を、ａ＝２ｍｍ，ｂ＝１０ｍｍとすればｂ／ａ＝５倍だけ増幅する。そして、圧電素子３として、長さ２０ｍｍで１００Ｖを印加して２０μ伸縮させれば、その５倍の１００μだけ上蓋６を上方向あるいは下方向（Ｚ方向）に移動させることが可能となる。尚、圧電素子３に正あるいは負の逆電圧を印加すると、移動量を逆方向にすることができ、上蓋６は上方向あるいは下方向に移動することなく、傾斜することとなるので、傾斜機構としても使用できる。

（４）圧電素子３は発生力が３０００Ｎ以上と大きく、剛性も１９０Ｎ以上と大きいため、断面が１平方センチメートルの圧電素子３を用いた場合、１μのたわみを許せば、２０Ｋｇ以上の荷重を載せることが出来る。従って、それを複数用いて５倍程度移動量を拡大しても数Ｋｇ以上の荷重に耐えるため、半導体用のフォトマスクおよびそのパレットなどを載せて上下移動することも容易に出来ることが判明した。この際、大きな変位（移動量）を得るためには、てこの原理から出来るだけ、力点１２を支点１１に近づけることが設計上重要であるため、図１の（ａ−２）に示すように、柔軟部２を支点１１の近くに設けてこれを実現しやすくしたものである。尚、実際の製造に際しては、レバー１のばね材の厚さ、断面積などを支点１１の近くで薄く、小さくしてもよい。

図２は、本発明の１実施例構成図（その２）を示す。図２は、圧電素子３を同心円状の１つとした実施例構成図を示す。図２中の１、４、６，７は図１中の同一番号と同じであるので説明を省略する。

図２において、圧電素子３１は、円筒状の圧電素子であって、支柱４の周囲に円筒状の圧電素子を配置したものである。

突起３１は、円筒状の圧電素子３１の支柱４に近い部分に設けた突起であって、レバー１の力点１２として接続（接触）する部分となるものである。図２では、支柱４の左右の当該支柱４に可及的に近い部分に突起３１を設けてレバー１の力点１２に接触するようにしている。

以上のように、圧電素子３１を支柱４を取り巻く円筒状にすることにより、
（１）圧電素子３１の断面積を大きくすることができ、より大きな荷重に耐えられる（図２の装置の単位面積当たりの変位量×荷重が大きくなる）。

（２）また、支柱４の周辺に配置された圧電素子３１は１つの圧電素子なので、変位量（移動量）のばらつきも無い。例えば、直径が３ｃｍの装置であれば、その外周ぎりぎりまでのサイズを持つ圧電素子３１を利用可能で、５倍変位量をとっても１０Ｋｇ近い荷重に耐えることが出来る。力点１２が出来るだけ支点１１に近くなるように、圧電素子３１の先端には、支点に近い方に突起３１を設けることにより、圧電素子３１が大きくなっても、支点１１と力点１２の距離を近く保つことが出来る。

図３は本発明の１実施例構成図（その３）を示し、図３の（ａ−１）は全体の正面から見た側面図を示し、図３の（ａ−２）は上面からみた模式図を示す。この図３は、図１、図２が中心に支柱４を配置しその周辺に圧電素子３、３１を配置したのと逆に、中心に圧電素子３を配置してその周辺に支柱４０を配置した実施例構成図を示す。

図３において、圧電素子３は、中心に配置した円柱状あるいは矩形状の圧電素子である。

支柱４０は、圧電素子３の周辺に配置した支柱であって、本例では圧電素子３の周辺に設けた円筒状の支柱である。

突起３１は、圧電素子３の周辺であって、かつ左右対称および前後対称の位置に配置してレバー１の力点１２に対応する位置に設けたものである。本例の場合には、レバー１の支点１１を中心に、力点１２と作用点１３とを左右に分離して設けたものである（いわゆる天秤のレバー１と同じである）。

ベアリング３２は、支柱４０の上に固定して支点１１となるものである。

次に、図３の構成および特徴を説明する。

（１）圧電素子３を中心に４本のレバー１が周辺に伸びている。圧電素子３に設けた突起３１がレバー１の力点１２に対応して当該レバー１に変位を加える働きをする。

（２）圧電素子３に電圧を印加すると、圧電素子３の突起３１を介してレバー１の力点１２に加えられた変位は、支柱４０に固定したべリング３２に接続されたレバー１の支点１１を介して拡大されてレバー１の作用点１３に増幅される。

（３）増幅されたレバー１の作用点１３を剛性のある上蓋６の両端に接続することで、上蓋６が上あるいは下方向（Ｚ方向）に増幅された移動量だけ移動する。

（４）以上のように構成すれば、１本の圧電素子３で構成できる。また、出来るだけ、圧電素子３１を太く（断面積をおおきく）した方が、大きな荷重に耐えられる。但し、余り大きくしすぎると、レバー１のｂ／ａの増幅率を大きく取ることが困難となる。

（５）また、支柱４０の端部に突起３１を設けて、支点１１が圧電素子３に近づくように工夫する。レバー１には回転自由度だけが必要なので、摩擦が小さくなるように非常に小さなベアリング３２を用い、支点１１で支えても良い。このようにしておけば、装置を上下さかさまにしても、破損しないし、設置が容易になる。

図４は、本発明の１実施例構成図(その４)を示す。図４は、台座７の部分から外筒２２が伸びており、圧電素子３を取り囲んでいる。外観は一本の筒の様に見えるように成っている。外筒２２と内筒２１との間には、わずかに隙間が空いている。

また、レバー１の作用点１３となる部材は、茶筒の様に装置全体を取り囲むように配置され、わずかに隙間が設けられている。このようにすれば、本装置は１つのパイプの様に扱うことが可能となり、ハンドリングが容易となる。レバー１の作用点１３の隙間を制御すれば、可動軸が曲がってしまうことを避けることも出来る。

また、大きな衝撃が加えられた時の変形も防止できる。

また、圧電素子３には圧電素子駆動用の高圧アンプ４１から電圧が供給され、その供給電圧はＰＣ４２等の制御装置から制御信号をアンプ４１に送ることによって実現される。

図５は本発明の１実施例構成図（その５）を示し、図５の（ａ−１）は正面から見た側面図を示し、図５の（ａ−２）は上面から見た模式図を示す。ここで、図５は、１つの装置で複数の圧電素子３による多軸動作を実現した例を示す。

図５において、圧電素子３は、円筒状の圧電素子を複数に分割したものであって、ここでは、４つの独立した同等の圧電素子３を左右対称および前後対称に配置したものである。

外筒２３は、台座７に固定し、４つの圧電素子３の外周に設けたものである。

次に、図５の構成および動作を説明する。

（１）図５の圧電素子３は、それぞれの圧電素子に、独立したアンプ４１が接続され、それぞれの圧電素子３の伸縮量をＰＣ４２からの指令によって決めることが出来るように構成されている。

（２）図５の場合には、アクチュエーター（圧電素子３）が４つあるので、全てのアクチュエータ（圧電素子３）に同じ電気信号を送れば１軸方向（上あるいは下方向のＺ軸方向）に上蓋６を伸縮する運動が行われ、それぞれ異なった電圧を供給すれば、上蓋６を右左前後に傾斜させることが可能となる。

図６は本発明の他の実施例構成図を示し、図６の（ａ−１）は正面からの見た側面図を示し、図６の（ａ−２）は上から見た模式図を示す。図６はフォトマスクを上下運動させるのに最適な、Ｚ軸ステージの応用例を示す。実際の利用にあたっては、本装置をＸＹステージ等の移動手段の上に乗せてＸＹＺステージとして利用する。

図６において、フォトマスク４３は、走査型電子顕微鏡などの測長、検査装置におけるサンプルである。

マスクパレット４４は、フォトマスク４３を保持するものである。

Ｚ軸可動装置４５は、図１から５で説明した本発明のＺ軸方向の移動・傾斜装置であって、ここでは、図６の（ａ−２）に示すように、マスクパレット４４をＰ１（Ｘ１、Ｙ１）、Ｐ２（Ｘ２、Ｙ２）、Ｐ３（Ｘ３、Ｙ３）で保持するものである。

次に、図６の構成および動作を説明する。

（１）図６の（ａ−２）に示す３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置）に、図６の（ａ−１）に示すようにＺ軸可動装置４５を配置し、マスクパレット４４を保持する。

（２）（１）で３つのＺ軸可動装置４５でマスクパレット４４を保持したことにより、フォトマスク４３の、図示外の走査型電子顕微鏡を用いた測長装置の対物レンズへの高さ（Ｚ方向）を所望の位置に移動できるＺ軸ステージを構成する。マスクパレット４４への作用点（接触点）は位置決めが正確になるようにルビーボール等を用いて当該マスクパレット４４のそこに３点接触するようにすることが望ましい。

（３）本発明の装置は非常に小型なので、従来の装置において利用されている、マスクパレット４４の支柱をそのまま置き換えることが出来る。従って、従来のステージの設計変更や製造変更しなくても、Ｚ軸可動機構を搭載して実装することが容易に出来る。

（４）Ｚ軸可動装置４５は全体が金属で覆われているため、真空装置内部で有機物を除去するために行われるプラズマ洗浄等を行っても素子が破壊することが無い。Ｚ軸可動装置４５の外周のケースを非磁性材料で作ることにより、電子ビームに影響を避けることが出来る。それぞれのＺ軸可動装置４５を独立に制御すれば、フォトマスク４３を傾斜させたり、Ｚ軸方向に微細に移動させたりし、図示外の対物レンズに対して精密に平行にすることが出来る。これらの制御は別途設けたフォトマスク高さ測定装置（レーザ干渉計など）からの信号を用いて行うことが出来る。

図７は、本発明の説明図（Ｚ軸＋傾斜可能装置）を示す。図７は、電子顕微鏡で観察するためのサンプルを積極的に傾斜させるために最適なステージへの応用例を示す。

図７において、サンプル４６は、電子顕微鏡などで観察する対象のサンプル（例えばフォトマスクなど）である。

サンプルホルダー４７は、サンプル４６を保持するものである。

作用点４８は、既述した上蓋６の上に、レバー１の支点１１の真上の点を中心に、対称にここでは左右に２つ設けた作用点である。図示の２つの対称の作用点の上にサンプルホルダー４７を固定する。

次に、図７の構成および動作を説明する。

（１）図７は、サンプルホルダー４５（図６のマスクパレット４４に相当）の中心部分に本発明のＺ軸可動装置４５を配置することに特徴がある。

（２）（１）のようにすることによって、マスクパレットはＺ軸方向に移動（左右対称に配置した圧電素子（１）、（２）に同じ電圧を印加してＺ軸方向に移動）できるばかりでなく、傾斜（例えば左右対称に配置した圧電素子（１）、（２）に逆電圧を印加して傾斜）させることが出来る。傾斜角度を大きくするためには、出来るだけ作用点４８がレバー１の支点１１（中心）の近くなるように設計することが大事で、距離を１ｍｍ程度に設計すれば１０度近く傾斜させることが出来る。

図８は、本発明の他の実施例構成図（その２）を示す。図８は従来の走査型電子顕微鏡は床の上に除振台、その上にチャンバー（試料室）、その上にＸＹステージ、さらにその上に測定対象（フォトマスク）というように機械的に積み重ねた構造となっている。そのため、床で生じた振動（主に各種装置の駆動源であるモータが発生する１００／１２０Ｈｚの振動、更に交通機関の振動）は何らかの形で測定対象（マスクウェハ）に振動として伝わるという経路を本質的に持っている。そのため、従来は、画像（マスクウェハの画像）の揺れを無くすためには、床から来る振動を遮断することが必須と考えられ、沢山の振動遮断方法が考えられてきた。本発明はこの方法を根本的に変え、床からの機械振動を止めるのではなく、従来とは全く逆に、電子顕微鏡で測定されるサンプルを測定するときに天板あるいは電子ビームコラムに対して、アドホックに剛体結合することによって、測定対象が天板やコラム（つまりこれに接続された対物レンズ）と全く同じように振動するようにして、対物レンズからみたときの振動をなくし電子顕微鏡で得られる画像の振動を除去したものである。

そのために図８では、マスクパレット（サンプルホルダー）４４の上に、本発明のＺ軸可動装置４５を設け、Ｚ軸可動装置４５を伸ばしたときのみ、天板５２と機械的な剛体結合が起こる構造を持たせている。以下順次詳細に説明する。

図８において、電子ビームコラム５１は、走査型電子顕微鏡の鏡筒であって、公知の電子ビームを発生する電子銃、発生された電子ビームを集束する集束レンズ、集束された電子ビームを対物レンズ５３で細く絞ってフォトマスク４３上に照射された電子ビームを走査する走査偏向系などから構成されるものである。

天板５２は、電子ビームコラム５１および対物レンズ５３を固定、更に、静電吸着器５４でマスクパレット４４を静電吸着して固定するためのものである。内部は真空に排気される。

対物レンズ５３は、天板５２に固定した対物レンズであって、電子ビームを細く絞ってフォトマスク４３上に照射するものである。

静電吸着器５４は、マスクパレット４４を天板５２に静電吸着して固定するものであって、少なくとも３点でマスクパレット４４を天板５２に静電吸着するものである。静電吸着器５４でマスクパレット４４を天板５２に固定したときは、Ｚ軸可動装置４５はＸＹステージ５６とマスクパレット４４との間の結合を可及的に疎（圧電素子に印加する電圧を外部から制御して機械的な結合を可及的に疎）にする。

力検出装置５５は、Ｚ軸可動装置４５とマスクパレット４４との間に加わる力を検出する素子である。静電吸着器５４でマスクパレット４４を天板５２に静電吸着したときに、力検出装置５５に加わる力が最小ないし０になるように、Ｚ軸可動装置４５の圧電素子に印加する電圧を外部から制御するためのものである。

ＸＹステージ５６は、Ｚ軸可動装置４５、その上にマスクパレット４４、更にその上にフォトマスク４３を搭載し、フォトマスク４３上の任意の場所に電子ビームを照射させるようにＸ方向およびＹ方向に、図示外のレーザー干渉計でリアルタイムに計測しながら移動させるためのものである。

底板５７は、ＸＹステージ５６などを固定するものである。

ドバイバー５８は、Ｚ軸可動装置４５、静電吸着器５４などを駆動する駆動回路であって、ＰＣ５９からの指示に基づいて所定の電圧などを印加するためのものである。

次に、構成を説明する。

（１）電子顕微鏡の対物レンズ５３の先端とフォトマスク（測定対象）４３の表面は通常数ｍｍのギャップ（空間）があり、これをＷＤ（ワーキングディスタンス）と呼ぶ。フォトマスク４３はＸＹステージ５６等のＸ方向およびＹ方向に移動する移動機構の上に図示のように配置されており、自由に移動できるようになっている。

（２）一方、フォトマスク（測定対象）４３は装置全体の設置環境から来る振動の影響を受けるため、ＸＹステージ上に乗せられているフォトマスク４３は、無視できない程度の振動を常にしている。観察分解能がｎｍのオーダーになると、除振装置では画像上の振動除去が事実上極めて困難となり、ＸＹテーブル自身の共振周波数に一致するような、ｎｍオーダー振動が残るようになってしまうのが現状である。

（３）ｎｍの振動自身を取り除くことは非常に困難である。しかしながら、電子顕微鏡で観察される画像の振動は、電子ビームコラム５１で起こる振動と、フォトマスク４３で起こる振動との差分の振動であることに発明者は注目した。

（４）つまり、電子顕微鏡装置の全体が振動してもフォトマスク（サンプル）４３と電子ビームコラム５１（特に対物レンズ５３）とが全く同じように振動すれば、観察される画像には振動は現れなくなるという点である。

（４）図８では、図１から図７で説明した本発明のＺ軸駆動装置４５を用い、フォトマスク（測定対象）４３を測定時だけコンピュータから指令を与えて、天板（対物レンズ５３）５２に機械的に接触させることでフォトマスク４３と天板と５２を機械的に剛体固定し、フォトマスク４３を電子ビームコラム５１や天板５２や対物レンズ５３と全く同じように揺れるようにして、結果として画像に現れるＸＹ平面振動を抑止する。

（５）図８では、外部エネルギーによる振動を停止させる訳ではないので、大きなエネルギーは不要であり、容易に天板５２の振動、つまりは電子ビームコラム５１（対物レンズ５３）の振動と測定対象試料の振動とが一致させることで画像上の振動を除去出来る。静電吸着器５４の先端が天板５２に良く接触して、力学的に剛体結合されるように、シリコーン等の滑り止め材料を接触部分に用いても良い。

（６）図８の構成にすると、電子顕微鏡が設置環境からの振動によって振動しても、フォトマスク（測定試料）４３は測定時に天板５２、電子ビームコラム５１、対物レンズ５３に対して力学的に剛体固定されるため、両者の間の振動の差分が無くなり、完全に停止した観察画像を得ることができる。これにより、振動による影響を無くしてあるいは極めて小さくして電子顕微鏡の画像分解能は各段に上昇させることができる。

（７）測定時以外は、静電吸着器５４をＯＦＦにするので、フォトマスク４３をＸＹ方向に自由に動かすことが可能なので、ＸＹステージ５６を用いて所望の測定場所に移動させることができる。

（８）Ｚ軸可動装置４５、図８に示したようなフォトマスク４３の全体を上下する機構として導入しても良いし、マスクパレット４４上に天板５２に対してアドホックな固定が出来るようにＺ軸可動装置４５を取り付けても良い。

次に、図９のフローチャートの順番に従い、図８の構成の動作を詳細に説明する。

図９は、本発明の動作説明フローチャートを示す。

図９において、Ｓ１は、測定対象をＸＹステージで指示位置に移動させる。これは、図８のＸＹステージ５６を用いてフォトマスク４３が指示位置にくるように、図示外のレーザー干渉計でリアルタイムにＸ方向およびＹ方向を測定しつつ移動させ、電子ビームを平面走査して画像を撮影する場所に移動させる。

Ｓ２は、ＸＹステージ５６の移動制御を停止させるステップである。

Ｓ３は、天板と測定対象をアドホックに剛体結合する。これは、図８の静電吸着器５４をＯＮにして測定対象（マスクパレット４４）を天板５２に静電吸着させ、測定対象と天板５２とを機械的に剛体結合する。

Ｓ４は、測定する。これは、Ｓ３の測定対象（マスクパレット４４に搭載したフォトマスク５３）を天板５２に剛体結合した状態で、細く絞った電子ビームをフォトマスク５３上に照射しつつ平面走査し、そのときに放出された２次電子を図示外の検出器で検出・増幅し、画像を取得する。そして、画像上のパターンの寸法などを測定する。

Ｓ５は、アドホック剛体結合を解除する。これは、図８の静電吸着器５４をＯＦＦにし、剛体結合を解除し、ＸＹステージ５６で移動可能にする。

Ｓ６は、測定終了か判別する。ＹＥＳの場合には、終了する。ＮＯの場合には、Ｓ１に戻り、繰り返す。

以上によって、図８の構成のもとで、ＸＹステージ５６で所望の撮影場所にフォトマスク４３を移動させた後、静電吸着器５４でフォトマスク４３を搭載したマスクパレットＳ３を天板５２に静電吸着して剛体結合して外部振動の影響を無くした状態でフォトマスク４３の画像を撮影してそのパターンの寸法を測定する。撮影後に、静電吸着器５４をＯＦＦにし、ＸＹステージ５６で次の撮影場所に移動することを繰り返すことが可能となる。

図１０は、本発明の動作説明フローチャート（その２）を示す。図１０は、図６から図８の構成のもとで、フォトマスク４３のＺ軸方向の高さを水平に調整する場合の手順の詳細フローチャートを示す。

図１０において、Ｓ１１は、現在状態を測定する。

Ｓ１２は、移動指示を受け取る。これは、Ｓ１１で測定した現在状態のＰ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｐ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２），Ｐ３（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）の各座標情報をもとに、フォトマスク４３を水平に調整するための座標情報をＰ１０（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、Ｐ２０（ｘ２、ｙ２、ｚ２），Ｐ３０（ｘ３、ｙ３、ｚ３）の各座標情報を受け取る。

Ｓ１３は、差分を算出する。これは、現在状態と移動指示状態との差分を下記のように算出する。ここでは、通常、ｘ１，Ｘ１は同じ、ｙ１，Ｙ１は同じであるので、ｚ１，Ｚ２の差分のみを算出することとなる。

・（ｘ１−Ｘ１）≒０
・（ｙ１−Ｙ１）≒０
・（ｚ１−Ｚ１）
Ｓ１４は、各圧電素子を駆動する。これは、Ｓ１３で算出した差分に相当する距離だけ移動させるように各圧電素子に電圧を増加あるいは減少させる。

Ｓ１５は、確認、再度現在位置を測定する。これは、Ｓ１４で差分に相当する距離だけ移動させるように各圧電素子の電圧を増加あるいは減少させたので、再度、現在位置のＰ１，Ｐ２，Ｐ３のｘ、ｙ、ｚの座標を測定し、所定の範囲に入っているか確認する。

Ｓ１６は、許容値以内か判別する。ＹＥＳの場合には終了する。ＮＯの場合にはＳ１１以降を繰り返す。

以上によって、図６から図８の構成中の３つのＺ軸可動装置４５の装着した座標Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３についてフォトマスク４３上の基準マークなどをもとに水平に保持されるように当該座標Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の値のうち各Ｚを移動指示し、フォトマスク４３を水平に自動調整することが可能となる。

図１１は、本発明のサンプル高さ制御テーブル例を示す。現在位置は調整前の現在状態のＰ１，Ｐ２，Ｐ３の座標である（図６参照）。制御後位置は調整後の状態のＰ１０．Ｐ２０．Ｐ３０の座標である。各座標は、フォトマスク４３が変わる毎に変動するので、その都度、現在位置を測定し、フォトマスク４３が水平に保持されるように制御後位置を調整することにより、フォトマスク４３を常に水平に保持させることが可能となる。

本発明の１実施例構造図である。 本発明の１実施例構成図（その２）である。 本発明の１実施例構成図（その３）である。 本発明の１実施例構成図（その４）である。 本発明の１実施例構成図（その５）である。 本発明の他の実施例構成図である。 本発明の説明図である。 本発明の他の実施例構成図（その２）である。 本発明の動作説明フローチャートである。 本発明の動作説明フローチャート（その２）である。 本発明のサンプル高さ制御テーブル例である。

１：レバー
２：柔軟部
３：圧電素子
４、４０：支柱
５：歪ゲージ
６：上蓋
７：台座
１１：支点
１２：力点
１３、４８：作用点
２１：内筒
２２、２３：外筒
３１：突起
３２：ベアリング
４１：アンプ
４２、５９：ＰＣ（パソコン）
４３：フォトマスク
４４：マスクパレット
４５：Ｚ軸可動装置
４６：サンプル
４７：サンプルホルダー
５１：電子ビームコラム
５２：天板
５３：対物レンズ
５４：静電吸着器
５５：力検出器
５６：ＸＹステージ
５７：底板
５８：ドライバー
６０：サンプル高さ制御テーブル

Claims (10)

1. 圧電素子に電圧を印加して測定対象を移動あるいは傾斜あるいは両者をさせる移動・傾斜機構において、
   支柱と、
   前記支柱の周辺に対称に配置した、電圧を印加すると伸縮する、２つ以上の圧電素子と、
   前記圧電素子の一端を固定する台座と、
   前記台座に一端を固定した圧電素子の他端を力点に接続し、かつ前記台座に一端を固定した支柱の他端を支点に接続したレバーと、
   前記レバーの作用点に接続した上蓋とを備え、
   前記圧電素子に電圧を印加したことによる当該圧電素子の伸縮に伴う前記力点の移動に伴い、前記レバーの支点を中心に、前記レバーの作用点に接続した上蓋をＺ軸方向に移動およびＺ軸方向に対して傾斜のいずれか１つ以上を行うことを特徴とする移動・傾斜機構。
2. 前記圧電素子の他端を前記レバーの力点に突起で接触するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の移動・傾斜機構。
3. 前記レバーの支点と力点との距離をａ，支点と作用点との距離をｂとしたとき、前記圧電素子の他端の伸縮をｂ／ａ倍に増幅したことを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の移動・傾斜機構。
4. 前記作用点に柔軟性の前記上蓋を接続したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の移動・傾斜機構。
5. 前記レバーは、各作用点を前記上蓋に接続し、各力点を前記圧電素子の他端に接続し、支点を前記支柱の他端に接続したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の移動・傾斜機構。
6. 前記レバーの作用点を可及的に支点に近づけて傾斜しやすくしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の移動・傾斜機構。
7. Ｘ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹステージの上に、３組の前記移動・傾斜機構を搭載してこの上にサンプルホルダを３点固定したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の移動・傾斜機構。
8. 前記３組の移動・傾斜機構の圧電素子に所定の電圧を印加し、サンプルホルダ３に固定したサンプルのＺ方向の高さおよび傾きの１つ以上を調整することを特徴とする請求項７に記載の移動・傾斜機構。
9. サンプルを固定した前記サンプルホルダを、対物レンズに連結した天板あるいは鏡筒に、撮影時にアドホック固定して画像振動を軽減したことを特徴とする請求項７あるいは請求項８に記載の移動・傾斜機構。
10. 前記アドホック固定は、静電吸着としたことを特徴とする請求項９記載の移動・傾斜機構。

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