(57)【要約】【課題】アッベ誤差の低減とミラー軽量化の両立を実現する技術を提供する。【解決手段】本開示は、一態様として、試料を載置する試料テーブルと、試料テーブルを第１方向に移動させる第１の駆動機構と、試料テーブルの駆動方向である第１方向の位置を計測する位置計測要素と、位置計測要素による第１方向の第１測定軸と平行であって、当該第１測定軸とは高さが異なるスケール測定軸を有し、試料テーブルの第１方向の位置を計測するスケール要素と、位置計測要素による計測値と、スケール要素による計測値とを用いて、試料テーブルの姿勢を算出し、試料テーブルのアッベ誤差を補正するコントローラと、を備える、ステージ装置について提案する。【選択図】図８
2020091983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置する試料テーブルと、
前記試料テーブルを第１方向に移動させる第１の駆動機構と、
前記試料テーブルの駆動方向である前記第１方向の位置を計測する位置計測要素と、
前記位置計測要素による前記第１方向の第１測定軸と平行であって、当該第１測定軸とは高さが異なるスケール測定軸を有し、前記試料テーブルの前記第１方向の位置を計測するスケール要素と、
前記位置計測要素による計測値と、前記スケール要素による計測値とを用いて、前記試料テーブルの姿勢を算出し、前記試料テーブルのアッベ誤差を補正するコントローラと、
を備える、ステージ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記位置計測要素は、前記試料テーブルに設けられた第１ミラーに対してレーザ光を照射し、当該第１ミラーからの反射光を受光することによって前記試料テーブルの前記第１方向の位置を計測する第１のレーザ干渉計を含み、
前記スケール要素は、前記試料テーブルと所定の距離を保つように前記試料テーブルが載置される載置面に取り付けられたスケールと、当該スケールの値を読み取るスケールヘッドと、を含む、ステージ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記コントローラは、前記位置計測要素による計測値と、前記スケール要素による計測値との差分の変化量を用いて、前記試料テーブルの姿勢を算出する、ステージ装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記コントローラは、前記試料テーブルのヨーイングを算出し、当該算出したヨーイングを用いて前記試料テーブルのピッチングを算出する、ステージ装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記スケール要素は、前記第１方向と垂直な第２方向の前記試料テーブルの変位を計測する、２つ以上の前記スケールヘッドを含み、
前記コントローラは、前記２つ以上のスケールヘッドの計測値を用いて、前記ヨーイングを算出する、ステージ装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記試料テーブルは、
前記第１方向に駆動する第１テーブルと、
前記第１方向と垂直な第２方向に移動する第２テーブルと、を備え、
前記第１テーブルは、前記第２テーブルの上を移動するように載置されており、
前記位置計測要素は、さらに、前記試料テーブルに設けられた、前記第１ミラーとは異なる第２ミラーに対してレーザ光を照射し、当該第２ミラーからの反射光を受光することによって前記試料テーブルの、前記第１方向と垂直な第２方向の位置を計測する第２のレーザ干渉計を含み、
前記スケール要素は、
前記第１テーブルと所定の距離を保つように前記第２テーブルの第１面に取り付けられた複数の第１テーブル用スケールと、
前記複数のスケールの値を読み取る複数の第１テーブル用スケールヘッドと、を備え、
前記コントローラは、前記複数の第１テーブル用スケールヘッドの計測値を用いて、前記第１テーブルの前記第１方向の変位と、前記第２方向の変位を算出し、前記第１テーブルのアッベ誤差を算出する、ステージ装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記第２テーブルは、前記ステージ装置の設置面の上を移動するように載置されており、
前記スケール要素は、さらに、
前記第２テーブルと所定の距離を保つように前記ステージ装置の設置面に取り付けられた複数の第２テーブル用スケールと、
前記複数のスケールの値を読み取る複数の第２テーブル用スケールヘッドと、を備え、
前記コントローラは、前記複数の第２テーブル用スケールヘッドの計測値を用いて、前記第２テーブルの前記第１方向の変位と、前記第２方向の変位を算出し、前記第２テーブルのアッベ誤差を算出する、ステージ装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記コントローラは、前記第１テーブルのアッベ誤差と、前記第２テーブルのアッベ誤差とを加算することにより、前記試料テーブルのアッベ誤差を算出する、ステージ装置。
【請求項９】
請求項２において、
前記コントローラは、前記スケール要素のレーザ値に対する誤差値を保持する補正マップを用いて、前記スケール要素の計測値から前記誤差値を除去し、前記レーザ値と前記誤差値が除去された前記スケール要素の計測値との差分を取り、前記試料テーブルの姿勢を算出する、ステージ装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記位置計測要素は、二軸方向を計測可能な平面スケールを含む、ステージ装置。
【請求項１１】
荷電粒子線を試料に照射するための荷電粒子ビーム鏡筒と、
請求項１に記載のステージ装置と、
を備える、荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ステージ装置、及び荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの製造、測定、検査等に用いられる電子顕微鏡等の荷電粒子線装置には、試料の所望の位置にビームを照射するために、試料の位置を移動させるステージが設けられている。このようなステージは２次元方向に試料を移動させるべく少なくとも２方向に試料を移動させるための駆動機構が備えられている。また、ステージの位置測定にはレーザ干渉計が使用されることが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、テーブルの傾きを測定し、傾斜に応じた計測誤差を補正するステージ装置が開示されている。より具体的には、特許文献１では、テーブルに固定したミラーの水平方向位置を測定する干渉計に加えて、高さ方向に間隔を設けた２点を測定しミラーの傾きを計測するための干渉計を２個増設している。このような構成によれば、水平面内を（ＸＹの二軸に）動作するステージにおいて、ステージの傾斜に伴う計測誤差（アッベ誤差）を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８９０２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アッベ誤差を低減しようとする場合、特許文献１に示されるような従来技術には、様々な課題がある。例えば、位置計測用の干渉計に加えて、傾き計測用の干渉計を増設する必要があり、測長系のコストが２倍となり装置コストが増大してしまう。また、傾き測定のためには、ミラーの高さの異なる２点を測定する必要があり、ミラー高さの拡大が必要となる。さらに、２台の干渉計を横に並べる必要があり、ミラーの長さも増大する。また、鉛直方向（Ｚ方向）にも位置決めを行うステージでは、Ｚ方向の可動ストロークに応じてミラーの高さをさらに拡大する必要がある。ミラーの拡大は、ミラーおよびテーブルの製造コスト増大に加えて、ステージ移動によるミラーの振動が増大する。さらに、可動質量の増大によりモータ発熱が増加し、熱変形起因の位置決め誤差の増大につながる。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、アッベ誤差の低減とミラー軽量化の両立を実現する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、本開示は、一態様として、試料を載置する試料テーブルと、試料テーブルを第１方向に移動させる第１の駆動機構と、試料テーブルの駆動方向である第１方向の位置を計測する位置計測要素と、位置計測要素による第１方向の第１測定軸と平行であって、当該第１測定軸とは高さが異なるスケール測定軸を有し、試料テーブルの第１方向の位置を計測するスケール要素と、位置計測要素による計測値と、スケール要素による計測値とを用いて、試料テーブルの姿勢を算出し、試料テーブルのアッベ誤差を補正するコントローラと、を備える、ステージ装置について提案する。
【０００７】
本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、ステージ装置および荷電粒子線装置において、アッベ誤差の低減とミラー軽量化の両立を実現することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】荷電粒子線装置の構成を示す図である。
【図２】テーブルの傾きによる位置決め誤差を説明する図である。
【図３】アッベ誤差の発生原理を説明する図である。
【図４】干渉計を用いてテーブルの傾きを計測する構成を説明する図である。
【図５】干渉計を用いる場合のミラーの拡大について説明する図である。
【図６】干渉計を用いる場合のミラーの延長について説明する図である。
【図７】干渉計とスケールを用いて傾きを計測する構成を説明する図である。
【図８】干渉計とスケールを用いた傾き計測の原理を説明する図である。
【図９】干渉計とスケールを用いた傾き計測の利点を説明する図である。
【図１０】Ｘ軸スケールとＸレーザ光軸の位置がずれた場合の図である。
【図１１】垂直軸スケールを追加した場合の構成例を示す図である。
【図１２】トップテーブルの傾き計測の構成を説明するための図である。
【図１３】トップテーブルのθｙ方向の傾き計測方法を説明する図である。
【図１４】トップテーブルのθｘ方向の傾き計測方法を説明する図である。
【図１５】Ｙテーブルの傾き計測のための構成を説明するための図である。
【図１６】Ｙテーブルのθｚ方向の傾き計測方法を説明する図である。
【図１７】Ｙテーブルのθｘ方向の傾き計測方法を説明する図である。
【図１８】Ｙテーブルのθｙ方向の傾き計測方法を説明する図である。
【図１９】試料室に対するトップテーブルの傾き算出を説明する図である。
【図２０】スケール誤差の補正方法を説明する図である。
【図２１】スケールの反りによる誤差が微小であることを説明する図である。
【図２２】二軸スケールを用いて、垂直軸スケールと駆動軸のスケールを統合する場合の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態は、荷電粒子線装置などで用いられるステージ装置のアッベ誤差による位置決め誤差を補正する技術について開示する。
【００１１】
以下、本実施形態によるアッベ誤差低減と装置規模の長大化防止の両立について詳細に説明する。なお、その前に、まず、アッベ誤差発生要因およびアッベ誤差低減の必要性について述べ、技術的課題についてさらに浮き彫りにする。
【００１２】
＜アッベ誤差発生要因およびアッベ誤差低減の必要性＞
近年の半導体素子の微細化に伴い、製造装置のみならず、検査装置や計測装置にも位置決め精度の高精度化が要求されている。例えば、所望の検査箇所を探すためには、ステージの位置座標を基準としてウェハ上のパターンのＳＥＭ画像を取得する。ステージに位置決め誤差がある場合でも、ウェハの目標値からの位置偏差を正確に測定できていれば電子ビームを偏向させることでステージの位置偏差を補正し、所望のパターンを測定することができる。ただし、ウェハの目標値からの位置偏差を正確に測定できない場合、電子ビームの補正に誤差が生じるため、所望のパターンの位置に電子ビームを照射できず視野ずれが発生する。このように発生する観察目標のパターン位置と、ステージ位置偏差を補正した上で照射した電子ビーム照射位置との距離を視野位置決め誤差と呼ぶ。デバイスのパターン微細化が進行する程、視野位置決め誤差が生じると所望の検査箇所に辿り着くことが困難となる。
ここで、レーザ光軸の高さとウェハ上面の観察面の高さに差がある場合、テーブルの傾き変化に応じてアッベ誤差が生じる。
【００１３】
ウェハを搬送可能なステージを有する荷電粒子線装置では、テーブルの傾きの計測（ピッチング計測）を行うことで、アッベ誤差を補正し、視野位置決め誤差を低減することが可能である。しかし、干渉計を増設して、傾きを計測する場合、その分ミラー質量やそれに要するコストが増大する。更にＺ方向に移動するステージの場合、ミラー高さのＺ軸ストローク分の拡大が必要になりミラー質量がさらに増大する。ミラー寸法が拡大すると、ミラーを支持するためにテーブルの大型化も必要となり、ステージの可動質量が大きく増大する。これにより、ステージのモータ発熱が増大し、熱変形により視野位置決め精度が劣化する。また、ステージ移動時のカラムや試料室の振動が増大し、移動後の振動減衰待ち時間の延長が必要となりスループット向上が困難となる。また、ミラー寸法が拡大すると、それを納める試料室も拡大する必要があり、装置の大型化および製造コスト増大にもつながる。つまり、干渉計の増設が必要となるだけでなく、ステージ装置における他の構成要素への影響も大きい。
【００１４】
これに対し、本実施形態は、ステージ装置におけるテーブル下面にリニアスケールを追加する構造について例示する。一般に、リニアスケールは、干渉計と比べて小形・軽量・低価格であり、ステージの可動質量や製造コストを増大することなくアッベ誤差の排除が可能となる。すなわち、本実施形態によれば、ステージの寸法や可動質量を増大させることなくアッベ誤差を抑え、例えば荷電粒子線装置であれば、視野位置決め精度を向上することが可能となる。
【００１５】
具体的には、本実施形態は、主に試料を支持し、当該試料をＸ方向およびＹ方向に移動させるＸ方向およびＹ方向移動機構あるいは当該試料をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構を備える試料ステージ装置であって、Ｘ方向およびＹ方向測定用レーザ干渉計と、レーザ干渉計の光軸と異なる高さにおけるＸ方向およびＹ方向測定用リニアスケールを備えるステージ装置、及び荷電粒子線装置について説明する。当該構成によれば、ステージの軽量化と視野位置決め誤差低減の両立が可能となる。なお、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向の位置決め機構を有するステージ装置に対しても本実施形態の技術的思想を適用することができる。この場合、Ｚ機構をどの位置に固定した場合でもアッベ誤差による視野ずれを最小化することが可能となり、視野位置決め精度を向上することが可能となる。
【００１６】
（１）第１の実施形態
第１の実施形態は、ＸＹステージ（ＸＹテーブル：Ｘ方向およびＹ方向移動機構）において、レーザ干渉計の光軸とは異なる高さでＸＹステージのＸＹ位置を計測し、アッベ誤差を補正する機能を備えたステージ装置に関するものである。特に、一般的なＺ機構を備えたＸＹステージでは、ＸＹ方向を測定する干渉計の光軸高さとＺ機構により位置決めされる試料の高さの差が、Ｚ機構の位置により変化するためアッベ誤差が増減する。また、Ｚステージを搭載したステージ装置あるいは荷電粒子線装置では、試料を高い位置にした場合および低い位置にした場合の両方において高い位置決め精度を確保しようとすると、干渉計光軸と試料の高さの差が、上記どちらかの場合、あるいは両方の場合で大きくなり、アッベ誤差が大きくなる。このため、両方の場合（試料を高い位置および低い位置の両方の位置に載置した場合）において位置決め精度を高くすることが困難である。
【００１７】
本実施形態によるステージ構造は、ステージの位置計測を行う干渉計の他に、干渉計光軸と平行かつ異なる高さの測定軸を持つ傾き計測用のリニアスケールを備える構成をなすことを特徴としている。当該構成によれば、試料がＺ機構によりどの高さに位置決めされていたとしても、傾きを計測してアッベ誤差を補正することが可能であり、高い視野位置決め精度を有するステージ構造が提供される。以下、第１の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
＜荷電粒子線装置の構成例＞
本開示による技術は、例えば、荷電粒子線装置に適用することができる。そこで、図１を参照して、荷電粒子線装置の構成例について説明する。ここでは、荷電粒子線装置の一例として、半導体計測装置（以下、測長ＳＥＭ）を挙げる。
【００１９】
測長ＳＥＭは、試料室１１２上に搭載された電子光学系鏡筒１０１を備えている。試料室１１２は、除振マウント１１３により支持されている。測長ＳＥＭは、電子光学系鏡筒１０１から電子ビームをウェハ１０６上に照射し、ウェハ１０６上のパターンを撮像し、パターンの線幅の計測や形状精度の評価を行う。試料室１１２内には、試料テーブル１０５を可動部とするステージ（例えば、ＸＹステージ）が搭載され、試料テーブル１０５には観察対象であるウェハ１０６を搭載するチャック１０８が固定されている。テーブル（例えば、Ｙテーブルと、その上に載置されたＸテーブルにより構成されるテーブル）１０５は、図示しないリニアモータやピエゾアクチュエータ等の駆動機構により移動可能に構成されている。本実施形態では、テーブル（例えば、Ｘテーブル）をＸ方向に移動させる駆動機構（第１の駆動機構）、テーブル（例えば、Ｙテーブル）をＹ方向に移動させる駆動機構（第２の駆動機構）を備えたステージ装置について説明する。
【００２０】
また、試料テーブル１０５は、ガイド１０７により支持され、レーザ干渉計１０４により、ミラー１１１の位置を計測しステージ座標を得て、コントローラ１０９（制御装置）により位置決め制御される。コントローラ１０９は、後述するようにＸＹステージ機構（第１および第２の駆動機構）を駆動するための信号を供給する。
【００２１】
このような測長ＳＥＭにおいて、例えば、レーザ測長値と像のずれに再現性がある場合は、像のずれ量を座標に対して記録することで補正マップを作成し、像のずれ量を補正することが可能である。具体的には、ステージの現在位置測定値と目標位置の差分に対して、この補正マップの像のずれ量を足し合わせた分だけ電子ビームをシフトさせると、再現性のあるテーブル姿勢変化起因の視野位置決め誤差を０に近い値とすることが可能である。しかしながら、テーブルの姿勢変化に再現性がない場合や再現性のない成分が混入している場合など、補正マップを用いても視野位置決め誤差が残ることがある。特に、パターン間隔が数ｎｍのデバイスを計測するためには、この視野位置決め誤差を極限まで低減する必要がある。
【００２２】
＜テーブルの姿勢誤差と視野位置決め誤差との関係＞
図２は、テーブルの姿勢誤差が視野位置決め誤差につながることを説明するための模式図である。図２は、電子ビーム２０１がウェハ１０６の中心に照射されている状態から、試料テーブル１０５が傾いた場合を示している。
【００２３】
試料テーブル１０５が傾いた場合、ミラー１１１と電子ビーム２０１のＸ軸方向の相対距離２０２が変化し、ミラー１１１と観察点のＸ軸方向の相対距離に変化が生じ、位置ずれ（視野ずれ、像ずれ）２０３となる。このように試料テーブル１０５の傾きが変化すると、ミラー１１１と観察目標点の水平方向の距離が変化し、それが視野位置決め誤差となる。
【００２４】
＜アッベ誤差の発生原理＞
図３は、アッベ誤差の発生原理を説明するための図である。ここでは、試料テーブル１０５と試料（ウェハ）１０６とミラー１１１を一つの直方体（測定および観察対象）３０１からなる剛体としてモデル化している。
【００２５】
図３において、レーザ光軸１１５と試料観察点の高さの差をＡ（図３では高さ３０２：アッベオフセット）とし、テーブルの傾きをφ（図３では傾き３０３）とすると、試料テーブル１０５が傾くことによる観察点の位置ずれＤ（図３では位置ずれ２０３）は、Ｄ＝Ａ・φと表される。
【００２６】
すなわち、傾きが一定であれば、高さの差（Ａ３０２）に比例して位置ずれ（Ｄ２０３）が大きくなる。一方、観察面の高さとレーザ光軸１１５の高さを揃えて、高さの差３０２を０にできれば、傾きによる位置ずれ２０３を０にすることが可能である。例えば、アッベ誤差を１ｎｍ以下にしたい場合には、傾きを０．１秒程度、高さの差を約２ｍｍ以下にする必要がある。
【００２７】
＜干渉計追加方式の課題＞
アッベ誤差を測定するために、従来の構成例（特許文献１に開示の技術）によれば干渉計を増設している（干渉計追加方式）。ここでは、干渉計追加方式の課題について議論する。図４は、テーブルの傾き計測を行う代表的な公知例である干渉計追加方式の課題を説明するための図である。
【００２８】
図４Ａに示されるステージでは、レーザ干渉計１０４により、Ｘテーブル４０５およびＹテーブル４０６の位置を計測する。ただし、この構成では、テーブルの傾きは計測できない。
【００２９】
これに対し、図４Ｂに示されるステージでは、レーザ干渉計４０４が追加されており、２本のレーザビーム（光軸４０１および４０１’）による計測値の差分により、ミラー１１１の傾きを求め、これをテーブルの傾きとしている（干渉計追加方式）。この方式では、高価な干渉計の追加が必要であることや、ミラー１１１の長さおよび高さの拡大が必要（コスト増、振動増）という課題がある。
【００３０】
ここで、ミラー１１１の高さ拡大が必要な理由について詳細に言及する。図５は、図４Ｂに示される干渉計追加方式で、ミラー１１１の高さ拡大が必要な理由を具体的に説明するための図である。
【００３１】
図５Ａは、図４Ａの位置のみを計測する場合のＸ軸バーミラーのＸＺ平面での断面である。図５Ａを参照すると、必要なミラー１１１の有効面の高さ５０２は、レーザビームの径５０１により決まることが分かる。また、ミラー固定用部品５０４の寸法からミラー１１１の全体高さ寸法５０３が決まることが分かる。
【００３２】
一方、図５Ｂは、図４Ｂの干渉計でテーブル傾きを計測する場合のＸ軸バーミラーのＸＺ平面での断面である。この場合、必要なミラー有効面の高さ５０２は、レーザビームの径５０１と、干渉計のレーザビームの間隔５０８により決まる。図５Ａの場合と比べ、ミラー１１１の有効範囲（高さ５０２）が大きくなり、ミラー１１１の寸法５０５は、ミラー１１１の高さ５０３の拡大が必要となる。また、ミラー研磨時の剛性確保のためＸ方向の厚みも大きくなる。それにより、ステージのテーブルのミラー支持部５０７も拡大せざるを得ず、よってミラーの振動が増大し、テーブルの質量も増大する。
さらに、ミラー１１１の長さ拡大が必要な理由についても言及する。図６は、ミラーの長さ拡大が必要な理由を具体的に説明するための図である。
【００３３】
図６を参照すると、干渉計でテーブル傾きを計測する場合、位置測定用の干渉計４０３と傾き測定用の干渉計４０４を隣り合わせで設置するため、干渉計４０３および４０４の設置間隔６０１の分、ミラー１１１の長さを延長する必要がある。これによって、ミラー１１１を安定して支持するためには、トップテーブル（Ｘテーブルともいう）４０５の面積拡大およびそれに伴って、Ｙテーブル４０６の面積拡大が必要となり、可動質量の増大を招いてしまう。また、ミラー１１１の長さが伸びると、試料室１１２との干渉回避のため試料室１１２の拡大も必要となり、装置製造コストやフットプリントの拡大を招く。
【００３４】
＜アッベ誤差の低減とミラー軽量化の両立を実現する構成例＞
図７は、本実施形態によるステージ装置の構成例を示す図である。図７に示されるステージ装置では、試料室底面４０７の上に試料テーブル１０５のＹテーブル４０６が搭載され、その上に試料テーブル１０５のトップテーブル４０５が搭載され、その上にウェハ１０６が搭載される。レーザ干渉計１０４で、それぞれのテーブルの位置を計測する。また、試料室底面４０７およびＹテーブル４０６上に固定されたリニアスケール７０２と、Ｙテーブル４０６の底面およびトップテーブル（Ｘテーブル）４０５の底面のそれぞれに取り付けられたスケールヘッド７０３とにより、それぞれのテーブルの位置が計測される。そして、レーザ干渉計１０４で計測したテーブル位置とスケール７０２で計測したテーブル位置とを用いて、テーブルの姿勢を算出する。ここで、レーザ干渉計とスケールの測定軸は、Ｘ方向あるいはＹ方向に平行かつＺ方向に間隔がある必要がある。
【００３５】
このように、本実施形態では、従来例のような干渉計増設を行うことなく、リニアスケール７０２とスケールヘッド７０３の増設により、各テーブルの傾き（アッベ誤差）を測定するようにしている。このような構成を採用してアッベ誤差を測定し、測定したアッベ誤差を補正することにより、アッベ誤差の低減という課題とミラー軽量化・ステージ装置の大規模化防止という課題を両立することができるようになる。以下、アッベ誤差の測定について詳細に説明する。
【００３６】
＜スケールを利用した姿勢検出＞
図８は、本実施形態による、スケールを利用した姿勢検出方法を説明するための概念図である。
【００３７】
図８Ａにおいて、レーザ干渉計光軸１１５とスケール７０２の測定軸の高さの差８０１をＬとする。そして、図８Ｂのように、トップテーブル４０５が傾いた場合を考える。トップテーブル４０５のＹテーブル４０６に対する傾き８０２をθｙとすると、同じレーザ値に対して、スケール値の変化８０３が生じる。このスケールとレーザ値の差分をＥとすると、式（１）のような関係が成り立つ。
Ｅ＝Ｌ・θｙ  ・・・  （１）
式（１）より、式（２）を導出できる。
θｙ＝Ｅ／Ｌ  ・・・  （２）
【００３８】
式（２）から、テーブルの傾きθｙが求まる。この傾きθｙから図２および図３を用いて説明したアッベ誤差を求めれば、レーザ値とウェハ観察点の位置ずれ、すなわち視野ずれを補正することが可能となる。
【００３９】
＜テーブルの傾き検出の詳細：従来例（干渉計のみを用いた場合）と本実施形態（干渉計とリニアスケールを用いた場合）＞
図９は、本実施形態による、レーザとスケールを用いた傾き検出方法の利点について説明するための図である。図９は、同じピッチング（テーブルが進行方向に対して前のめりになること）が生じた場合における、アッベ誤差とセンサの測定値の関係を表している。図９Ａは、干渉計追加方式の場合を示し、図９Ｂは、本実施形態のスケール併用方式の場合を示している。
【００４０】
図９Ａに示されるように、レーザ干渉計１０４および４０４を用いた傾き計測の場合では、トップテーブル４０５に傾き角度９０５（図８Ｂにおける傾き８０２に相当）が生じることで、レーザ干渉計４０４からの下側のレーザ（測定軸（光軸）４０１’）での測定位置（測定点）９０９が、位置（レーザ測長点）９１０に移動する。これにより、レーザ干渉計４０４の測定軸（光軸）４０１’で得られた測定位置９０９に対して、レーザ値の差分（スケール値の変化）９０１が生じる。なお、測定軸９０２は、測長ＳＥＭで読んだウェハの高さを示している。
【００４１】
ここで、差分（スケール値の変化）９０１をＥ１、干渉計４０４の上下のレーザビームの間隔５０８をＬ１、上側のレーザビームとウェハ１０６の高さの差をＬ２とすると、傾き角度９０５による観察点（観察目標の位置）９０８と移動後の観察点９０７の間隔、すなわち視野ずれＥ２は、式（３）のように求めることができる。
Ｅ１／Ｌ１＝Ｅ２／Ｌ２  ・・・  （３）
そして、式（３）から式（４）が導出される。
Ｅ２＝Ｅ１・Ｌ２／Ｌ１  ・・・  （４）
【００４２】
Ｅ１のレーザ測定値にノイズがある場合でも、Ｌ１を長くとることができれば、Ｅ１のノイズが、Ｅ２の測定値に与える影響が小さい。しかし、Ｌ１を拡大するためには、ミラー高さ５０２の拡大が必要となるため、可動部質量や装置コストの面からそのようにするのは困難である。このため、従来例では、Ｅ１を計測するレーザ干渉計４０４が、高分解能かつ高精度である必要があり、さらにコスト高となる可能性がある。
【００４３】
一方、図９Ｂのスケール併用方式（本実施形態）では、スケール７０２とレーザ干渉計１０４のレーザ光軸１１５の高さの差８０１（Ｌ１）を大きくとることができるため、わずかな傾き角度９０５により、Ｅ１となるスケールの差分（スケール値の変化）９０１が大きく現れる。すなわち、Ｅ１にノイズや誤差がある場合でも、Ｌ１が大きいため、Ｅ２が高精度かつ高分解能に求まる。また、一般的に、干渉計に比べてリニアスケールは安価であり、装置コストの面からも有利である。
【００４４】
＜ヨーイングによる誤差＞
図１０は、レーザ光軸１１５とスケール７０２がずれている場合に、トップテーブル４０５のヨーイング（Ｚ軸周りの回転）により誤差が発生することを説明するための図である。
【００４５】
図１０に示されるように、レーザ光軸１１５ｘとスケール７０２ｘの位置が距離１００３だけずれている場合、図７の方式では、トップテーブル４０５のヨーイング（θｚ回転）により、ピッチング（θｙ回転）計測に誤差Ｅ１００４が生じることがある。この誤差Ｅは、距離１００３をＬ３とすると、式（５）のように表すことができる。
Ｅ＝θｚ・Ｌ３  ・・・  （５）
【００４６】
なお、Ｌ３が小さい場合や、ヨーイングθｚが小さい場合は、誤差Ｅが微小となるため、θｚを考慮する必要がないため、図７の構成でも傾き計測が可能である。
【００４７】
＜スケールとレーザ光軸の位置ずれの影響＞
図１１は、スケールによる測定位置と干渉計による測定位置がずれた場合においても高精度に傾きを計測する方法について説明するための図である。図７に示す構成（各テーブルに対してスケールとスケールヘッドの組が１つずつ）では、レーザ干渉計（光軸１１５ｘ）１０４によるトップテーブル４０５の計測位置とスケール７０２ｘによる計測位置とのずれ（位置ずれＬ３：距離１００３）が大きい場合やヨーイングθｚが大きい場合、誤差Ｅが大きくなり（式（５）参照）、ピッチング計測の精度が低下する。そこで、このような状況に対処するために、図１１に示すように、駆動方向に垂直な方向の変位を計測するＸ軸用垂直軸スケール１１０１およびＹ軸用垂直軸スケール１１０２を追加するようにしてもよい（各テーブルに対してスケールとスケールヘッドの組が２つずつ）。Ｘ軸用垂直軸スケール１１０１は、トップテーブル４０５のＹ方向の変位を計測し、Ｙ軸用垂直軸スケール１１０２は、Ｙテーブル４０６のＸ方向の変位を計測する。これにより、ヨーイングによるスケール７０２ｘのＸ方向の位置ずれを補正し、Ｘ軸方向の距離を計測するレーザ干渉計１０４（レーザ光軸１１５ｘ）によって測定された位置と補正されたスケール７０２ｘの測定値との差分を取ることによりピッチングを求めることができる。また、もう１つの干渉計（光軸１１５ｙ）によるＸテーブル４０５の測定位置とＸテーブル４０５の移動方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）のテーブルの、Ｘ軸用スケール１１０１による計測位置との差分から、ローリング（θｘ）（ローリング：テーブルの横方向に倒れるような動き）を求めることができる。
上記の方法で、トップテーブル（Ｘテーブル）４０５のＹテーブル４０６に対する傾き（θｘおよびθｙ）を求めることができる。
【００４８】
同様に、Ｙテーブル４０６に関しても、Ｙテーブル４０６の試料室１１２に対する傾きを求めることができる。そして、トップテーブル４０５のＹテーブル４０６に対する傾きとＹテーブル４０６の試料室１１２に対する傾きとを加算することにより、試料室１１２に対するトップテーブル４０５の傾きを求め、アッベ誤差補正に利用することができる。
【００４９】
＜トップテーブルのヨーイングおよびピッチング算出＞
図１２は、図１１のレーザ干渉計１０４とＸ軸用スケール７０２ｘおよびＸ軸用垂直軸１１０１の配置について、Ｙテーブル４０６とトップテーブル４０５のみを抜き出して示した図である。また、図１３は、トップテーブル４０５のヨーイング算出について説明するための図である。
【００５０】
（i）トップテーブル４０５のヨーイング
図１３Ａを参照して、トップテーブル４０５のヨーイングを求める方法について説明する。図１３Ａにおいて、２つのＸ軸用垂直軸スケールヘッド１１０３１および１１０３２の読み取り値（計測値）の差分、およびスケール（Ｘ軸スケール）７０２ｘとレーザ干渉計１０４のレーザ光軸１１５との水平（Ｙ方向）距離１３０５（距離Ｌ３）から、Ｙテーブル４０６に対するトップテーブル（Ｘテーブル）４０５のヨーイングθｚを式（６）から求めることができる。
θｚ＝（Ｖｘ１−Ｖｘ２）／Ｌｖｘ  ・・・  （６）
【００５１】
なお、式（６）において、Ｖｘ１は、１つのＸ軸用垂直軸スケールヘッド１１０３１の読み取り値（計測値）を示し、Ｖｘ２は、もう１つのＸ軸用垂直軸のスケールヘッド１１０３２読み取り値（計測値）を示している。
【００５２】
（ii）トップテーブルのピッチング
次に、図１３Ｂを参照して、トップテーブル４０５のピッチング（Ｙ軸周りの回転角）を求める方法について説明する。前述したように、ヨーイングθｚがある場合は、Ｘ軸用スケールヘッド７０３ｘとレーザ干渉計１０４からのレーザビームによる計測値を用いてピッチングθｙを求めると誤差が生じる。そこで、図１３Ａのスケールヘッド７０３ｘがレーザ光軸１１５上にあると仮定した場合の仮想的位置１３０１を求め、仮想的位置１３０１とレーザによる計測値との差分により、ピッチングθｙ（角度１３０４）を求める。スケールヘッド７０３ｘの仮想的位置１３０１とは、スケールヘッド７０３ｘをＹ方向にレーザ光軸１１５と一致するまで移動した位置となる。そして、ヨーイングθｚが生じたとき、距離１３０５（距離Ｌ３）×θｚを算出することにより、ヨーイングθｚが無い場合と比較して、スケールヘッド７０３ｘの仮想的位置がどれだけずれたかが分かる。つまり、ヨーイングθｚがある場合、スケールヘッド７０３ｘの位置測定値Ｘｓｃｌを用いると、ヘッド仮想的位置１３０１の位置Ｘｓｃｌ_ｈは、式（７）のように表すことができる。
Ｘｓｃｌ_ｈ＝Ｘｓｃｌ  ＋  Ｌ３・θｚ  ・・・  （７）
ここで、Ｌ３（スケール（Ｘ軸スケール）７０２ｘとレーザ干渉計１０４のレーザ光軸１１５との距離１３０５）は、Ｙ座標の関数であり、ステージの位置座標を使用する。
【００５３】
（iii）さらに、図１３Ｂを参照すると、ピッチングθｙは、式（８）のように表される。
θｙ＝（Ｘｌｓｒ  −  Ｘｓｃｌ_ｈ）／Ｌｖｚ  ・・・  （８）
ここで、Ｘｌｓｒは、レーザ干渉計１０４によるＸ軸方向レーザの計測値、Ｘｓｃｌ_ｈは、式（６）で求められるスケールヘッド７０３ｘの仮想的位置、Ｌｖｚは、スケール（Ｘ軸スケール）７０２ｘとレーザ干渉計１０４のレーザ光軸１１５との高さ１３０４をそれぞれ示している。
【００５４】
＜トップテーブルのローリング算出＞
図１４は、トップテーブル４０５のローリングθxを求める方法を説明するための図である。
【００５５】
（i）図１４Ａに示すように、２つのＸ軸用垂直軸スケールヘッド１１０３１および１１０３２の読み値（計測値）をそれぞれＶｘ１およびＶｘ２とすると、Ｘ軸用スケールヘッド７０３ｘが干渉計（レーザ光軸１１５ｙ）１０４からのレーザの直下の点１４０１にあると仮定した場合の、Ｘ軸用スケールヘッド７０３ｘの読み値（計測値）Ｖｘ_ｈは、式（９）のように表すことができる。
Ｖｘ_ｈ  ＝  （Ｖｘ１・Ｌｖｘ２＋Ｖｘ２・Ｌｖｘ１）／（Ｌｖｘ１＋Ｌｖｘ２）  ・・・  （９）
【００５６】
なお、Ｌｖｘ１およびＬｖｘ２は、Ｘ軸用垂直軸スケール１１０３１および１１０３２とレーザ光軸１１５ｙとのＸ方向の距離を表し、ステージ装置のＸ座標から求めることができる。
【００５７】
（ii）また、図１４Ｂに示すように、上述のようにＸ軸用スケールヘッド７０３ｘの仮想的位置の読み値（計測値）をＶｘ_ｈとし、レーザ光軸１１５ｙとＸ軸用スケール１１０１との高さの差８０１をＬｓ２、干渉計（レーザ光軸１１５ｙ）１０４によるトップテーブル４０５の計測位置をＹｌｓｒとすると、ローリングθｘは、式（１０）のように表すことができる。
θｘ＝（Ｙｌｓｒ  −  Ｖｘ_ｈ）／Ｌｓ２  ・・・  （１０）
なお、（Ｙｌｓｒ  −  Ｖｘ_ｈ）は、トップテーブル４０５が傾いたときの変化量（傾いていないときを基準）を示している。
【００５８】
＜Ｙテーブルのヨーイングおよびピッチング算出＞
図１２から１４では、Ｙテーブル４０６上に載置されたトップテーブル（Ｘテーブル）４０５の変位（回転や傾き）について考察したが、図１５から１８ではＹテーブル４０６の変位について考察する。
【００５９】
（i）レーザ干渉計とリニアスケールの配置について
図１５は、図１１のレーザ干渉計１０４とＹ軸用スケール（リニアスケール）７０２ｙおよび１１０２の配置について、試料室底面４０７とＹテーブル４０６の位置関係を測定する要素のみを抜き出して示した図である。
【００６０】
図１５に示されるように、２つのレーザ干渉計１０４は、トップテーブル（Ｘテーブル）４０５の位置計測のために設けられており、レーザ干渉計１０４によってＹテーブル４０６の位置は計測されない。試料室底面４０７には、Ｙ方向のＹテーブル４０６の位置を計測するＹ軸用スケール７０２ｙと、Ｙ軸用スケール７０２ｙと平行なＹ軸用垂直軸スケール１１０２が設置されている。また、Ｙテーブル４０６の底面には、Ｙテーブル４０６のＹ方向の位置を計測するスケールヘッド７０３ｙと、Ｙテーブル４０６の駆動方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）の変位を計測するＹ軸用垂直軸スケールヘッド１１０４１および１１０４２が設置されている。
【００６１】
（ii）Ｙテーブル４０６のヨーイング
図１６は、Ｙテーブル４０６のヨーイング算出方法について説明するための図である。なお、レーザ干渉計１０４のレーザによる計測位置とＸ軸用スケール（リニアスケール）７０２ｘによるＸ方向の計測位置とを揃えるように（トップテーブル４０５のためのリニアスケールはＹテーブル４０６の上に設置されているため）ステージ装置を設計すれば、Ｙテーブル４０６はＸ軸方向には動かない。つまり、Ｙテーブル４０６を動かしてもレーザが照射される位置（Ｘ軸上の位置）とリニアスケールによる計測位置（Ｘ軸上の位置）とはずれない。よって、この場合には、Ｙテーブル４０６のヨーイングθｚを求める必要はなくなり、ピッチングθｘおよびローリングθｙのみ考えればよい。
【００６２】
ヨーイングθｚを考慮しなければいけないのは、レーザ干渉計１０４のレーザによる計測位置とＸ軸用スケール７０２ｘによるＸ方向の計測位置とが揃っていない場合である。このような場合、２つのＹ軸用垂直軸スケールヘッド１１０４１および１１０４２の計測値（読み取り値）の差分から、試料室底面４０７に対するＹテーブル４０６のヨーイングθｚを、式（１１）に基づいて求めることができる。
θｚ＝（Ｖｙ１−Ｖｙ２）／Ｌｖｙ  ・・・  （１１）
【００６３】
ここで、Ｖｙ１およびＶｙ２は、２つのＹ軸用垂直軸スケールヘッド１１０４１および１１０４２の計測値（読み取り値）を、Ｌｖｙは、２つの垂直軸スケールヘッド１１０４１および１１０４２のＹ方向の間隔１６０１を表している。
【００６４】
（iii）Ｙテーブル４０６のピッチング
図１７は、Ｙテーブル４０６のピッチングθｘを求める方法を説明するための図である。
【００６５】
ピッチングθｘは、干渉計（レーザ光軸１１５ｙ）からのレーザによる計測値ＹｓｌｒとＹ軸用スケール（リニアスケール）７０２ｙのスケールヘッド７０３ｙの測定値Ｙｓｃｌ_ｈとの差分値と、レーザ光軸１１５ｙの試料室底面４０７からの高さＬｓ２とを用いて、式（１２）に基づいて求めることができる。
θｘ＝（Ｙｌｓｒ−Ｙｓｃｌ_ｈ）／Ｌｓ２  ・・・  （１２）
【００６６】
＜Ｙテーブルのローリング算出＞
図１８は、試料室底面４０７に対するＹテーブル４０６のローリング方向の傾きθｙの求め方を説明するための図である。
【００６７】
図１８Ａにおいて、２つのＹ軸用垂直軸スケールヘッド１１０４１および１１０４２の計測値（読み値）をそれぞれＶｙ１およびＶｙ２とすると、Ｙ軸用垂直軸スケールヘッド１１０４１および１１０４２が干渉計（光軸１１５ｘ）からのレーザの直下の点（仮想ヘッドの位置）１８０３にあると仮定した場合の、Ｙ軸用垂直軸スケールヘッド１１０４１および１１０４２の計測値（読み値）Ｖｙ＿ｈ（仮想ヘッドの位置１８０３の値）は、式（１３）のように表すことができる。
Ｖｙ_ｈ＝（Ｖｙ１・Ｌｖｙ２＋Ｖｙ２・Ｌｖｙ１）／（Ｌｖｙ１＋Ｌｖｙ２）    ・・・  （１３）
【００６８】
ここで、Ｌｖ１およびＬｖ２は、Ｙ軸用垂直軸スケールヘッド１１０４１および１１０４２とレーザ光軸１１５ｘとの距離（Ｙ方向）を表わしており、それらの値は、ステージのＹ座標（オペレータから与えられる指令値）から求めることができる。
【００６９】
図１８Ｂを参照して、Ｙ軸用垂直軸スケール１１０２とレーザ光軸１１５ｘとの高さ（Ｚ方向の距離）１８０６をＬｓ４とすると、Ｙテーブル４０６の傾きθｙは、式（１４）に基づいて求めることができる。
θｙ＝（Ｘｌｓｒ−Ｖｙ_ｈ）／Ｌｓ４  ・・・  （１４）
【００７０】
＜トップテーブルの試料室底面に対する傾き＞
図１９は、試料室底面４０７に対するトップテーブル（Ｘテーブル）４０５の傾きの算出について説明するための図である。
【００７１】
図１９を参照すると、  試料室底面４０７に対するトップテーブル４０５のＹ軸周りの傾きθｙは、式（１５）に示されるように、試料室底面４０７に対するＹテーブル４０６の傾きθｙ２と、Ｙテーブル４０６に対するトップテーブル４０５の傾きθｙ１の和によって表現することできる。
θｙ  =  θｙ１  ＋  θｙ２  ・・・  （１５）
同様に、Ｘ軸周りの回転θｘは、式（１６）のように表すことができる。
θｘ  =  θｘ１  ＋  θｘ２  ・・・  （１６）
【００７２】
＜スケールの誤差補正＞
トップテーブル４０５およびＹテーブル４０６だけでなく、スケール７０２、７０２ｘ、７０２ｙ、１１０１、および１１０２も誤差を含みうる要素である。レーザ干渉計１０４は、レーザビームを用いて計測するため（光の波長を基準としており、計測が客観的である）、測定値に誤差が含まれることになる可能性が極めて少ないが、スケールは作製時に人的あるいは機械的要素が含まれるため、測定値に誤差が含まれることになる可能性が極めて高く、個々のスケールの誤差も異なってくる（ばらつきがある）。そこで、スケールの誤差を補正する必要がある。
【００７３】
図２０は、スケールの誤差補正について説明するための図である。図２０Ａに示されるように、スケール２００１（スケール７０２、７０２ｘ、７０２ｙ、１１０１、および１１０２に相当）の格子２００２の間隔が一定ではない場合、スケール２００１で測定したテーブル位置に誤差が生じる。すなわち、スケール値を用いてレーザ干渉計の値との差分で傾きを求めると、傾き計測に誤差が乗ることが分かる。
【００７４】
図２０Ｂは、レーザの値とスケールの値の差分を例示した図である。図２０Ｂでは、Ｘ座標２００５に対する、レーザの値とスケールの値の差分（誤差）を縦軸２００６としている。そして、レーザの値を基準とした場合のスケールの誤差波形２００７に対して、任意の間隔で点２００８（補正マップの点）をプロットし、Ｘ座標に対するスケールの誤差マップを作成する。この誤差マップを用いて個々のスケールの計測値を補正することで、個々のスケールの計測値に誤差がある場合でも、テーブル４０５および４０６の傾きを精度よく求めることが可能となる。
【００７５】
＜テーブルが反ってしまっている場合の傾き計測精度＞
図２１は、テーブル（トップテーブル４０５およびＹテーブル４０６）が反った場合でも傾き計測が精度よく行えることを説明するための図である。
【００７６】
図２１Ａに示されるように、例えば、Ｙテーブル４０６が反っていない場合にはスケール７０２ｘによる計測値がテーブル４０６の位置を正確に表すことが理解できる。なお、図２１Ａでは、図７の構成のＹテーブル４０６およびＸ軸用スケール７０２をＹ方向から見た様子が示されている。
【００７７】
一方、図２１Ｂに示すように、Ｙテーブル４０６が元の形状２１０６から形状２１０５のように熱変形で反ってしまった場合、Ｙテーブル４０６の中立軸（投げ中心）２１０３の上側では伸び、下側では縮む挙動を示すことになる。また、Ｘ軸用スケール７０２ｘも同様に反り、Ｘ軸用スケール７０２ｘの中立軸（スケールの曲げ中心）２１０２の上下で伸び縮みが発生する。
【００７８】
しかし、Ｙテーブル４０６の厚み２１０７に対して、Ｘ軸用スケールの厚み２１０８は小さいため、Ｘ軸用スケール７０２ｘの伸びは無視できるほど小さく、前述の傾き測定には影響しない。この効果を高めるためには、Ｘ軸用スケール７０２ｘとＹテーブルの固定を、Ｘ軸用スケール７０２ｘのＸ方向全長に渡ってボルトなどで固定するのではなく、板バネなどを使用して固定箇所を限定し、Ｘ方向に滑る自由度を持たせた固定としてもよい。
【００７９】
＜演算の動作主体＞
本実施形態において、例えば、荷電粒子線装置（測長ＳＥＭ）のコントローラ１０９は、レーザ干渉計１０４、各スケールヘッド７０３、７０３ｘ、７０３ｙ、１１０３１、１１０３２、１１０４１、および１１０４２から計測値を取得し、上述の式（１）から（１５）に基づいて演算処理を実行して、ヨーイングθｚ、ピッチングθｘ、およびローリングθｙの値を算出する。そして、コントローラ１０９は、算出したヨーイングθｚ、ピッチングθｘ、およびローリングθｙの値に基づいて、ステージ装置あるいは荷電粒子線装置のアッベ誤差を補正する。
また、コントローラ１０９は、上述のスケールの誤差補正も実行する。
【００８０】
（２）第２の実施形態
図２２は、二軸スケールを用いて、垂直軸スケールと駆動軸のスケールを統合する場合の構成例を示す図である。
【００８１】
図２２に示す構成では、図１１におけるスケール１１０１および１１０２とスケール７０２ｘおよび７０２ｙを、それぞれ二軸計測可能なスケール２２０１およびスケール２２０２に統合している。これにより、スケールの搭載本数が４本から２本に減り、ステージの軽量化が可能である。
【００８２】
（３）第３の実施形態
第１の実施形態で用いたレーザ干渉計１０４を、ＸＹ方向を計測可能な平面スケールに置き換えることも可能である。
【００８３】
（４）実施形態のまとめ
（i）本実施形態では、ＸテーブルとＹテーブルとを含む試料テーブルにおいて、ＸテーブルおよびＹテーブルの両方のアッベ誤差を補正することについて説明しているが、少なくともいずれか１つのテーブルについてのアッベ誤差を補正するようにしてもよい。
【００８４】
本実施形態によるステージ装置は、試料テーブル（例えば、Ｘテーブル）を第１方向（例えば、Ｘ方向）に移動させる第１の駆動機構と、試料テーブルの駆動方向である第１方向の位置を計測する位置計測要素（例えば、レーザ干渉計）と、位置計測要素による第１方向の第１測定軸（例えば、レーザ干渉計のレーザ光軸）と平行であって、当該第１測定軸とは高さが異なるスケール測定軸を有し、試料テーブルの第１方向の位置を計測するスケール要素（リニアスケールとスケールヘッド）と、位置計測要素による計測値と、スケール要素による計測値とを用いて、試料テーブルの姿勢（例えば、Ｘテーブルのヨーイング、ピッチング、ローリング）を算出し、試料テーブルのアッベ誤差を補正するコントローラと、を備えている。このような構成を採用することにより、ステージ装置を長大化することなく、ステージ装置のアッベ誤差を低減することが可能となる。
【００８５】
（ii）位置計測要素が例えばレーザ干渉計で構成される場合、当該位置計測要素は、試料テーブル（例えば、Ｘテーブル）に設けられた第１ミラーに対してレーザ光を照射し、当該第１ミラーからの反射光を受光することによって試料テーブルの第１方向（例えば、Ｘ方向）の位置を計測する第１のレーザ干渉計を含む。また、スケール要素は、試料テーブル（例えば、Ｘテーブル）と所定の距離を保つように試料テーブルが載置される載置面（例えば、Ｙテーブルの上面）に取り付けられたスケールと、当該スケールの値を読み取るスケールヘッドと、を含んでいる。この場合、コントローラは、位置計測要素による計測値と、スケール要素による計測値との差分の変化量を用いて、試料テーブル（例えば、Ｘテーブル）の姿勢を算出する。コントローラは、試料テーブル（Ｘテーブル）のヨーイングを算出し、当該算出したヨーイングを用いて試料テーブルのピッチングを算出する。このように、本実施形態では、２種類の位置計測手段を用いて姿勢を算出している。スケール要素（リニアスケールとスケールヘッド）は、干渉計に比べて非常に安価に入手可能であるため、アッベ誤差を補正することを可能にするが、干渉計を追加するよりもステージ装置のコスト増加を著しく低く抑えることが可能となる。
【００８６】
例えば、試料テーブル（Ｘテーブル）のヨーイングを算出する場合、第１方向（Ｘ方向）と垂直な第２方向（Ｙ方向）の試料テーブル（Ｘテーブル）の変位を計測する、２つ以上のスケールヘッドをスケール要素に持たせるようにしてもよい。この場合、コントローラは、２つ以上のスケールヘッドの計測値を用いて、ヨーイングを算出する。このように移動方向（Ｘ方向）と垂直な方向（Ｙ方向）の変位（回転・ねじれ）を計測することができるので、正確にヨーイングを算出することが可能となる。
【００８７】
（iii）試料テーブルが、第１方向（Ｘ方向）に駆動する第１テーブル（Ｘテーブル）と、第１方向と垂直な第２方向（Ｙ方向）に移動する第２テーブル（Ｙテーブル）と、によって構成される場合、第１テーブル（Ｘテーブル）は、第２テーブル（Ｙテーブル）の上を移動するように載置される。そして、位置計測要素は、さらに、試料テーブルに設けられた、第１ミラーとは異なる第２ミラーに対してレーザ光を照射し、当該第２ミラーからの反射光を受光することによって前記試料テーブルの、第１方向と垂直な第２方向（Ｙ方向）の位置を計測する第２のレーザ干渉計を含む。また、スケール要素は、第１テーブル（Ｘテーブル）と所定の距離を保つように第２テーブル（Ｙテーブル）の第１面（Ｘテーブルの載置面：上面）に取り付けられた複数の第１テーブル用スケールと、複数のスケールの値を読み取る複数の第１テーブル用スケールヘッドと、を備え、コントローラは、複数の第１テーブル用スケールヘッドの計測値を用いて、第１テーブルの第１方向の変位と、第２方向の変位を算出し、第１テーブルのアッベ誤差を算出する。さらに、第２テーブル（Ｙテーブル）は、ステージ装置の設置面（例えば、試料台底面）の上を移動するように載置されている。この場合、スケール要素は、さらに、第２テーブル（Ｙテーブル）と所定の距離を保つようにステージ装置の設置面（試料台底面）に取り付けられた複数の第２テーブル用スケールと、複数のスケールの値を読み取る複数の第２テーブル用スケールヘッドと、を備える。コントローラは、複数の第２テーブル用スケールヘッドの計測値を用いて、第２テーブルの第１方向の変位と、第２方向の変位を算出し、第２テーブルのアッベ誤差を算出する。さらに、コントローラは、第１テーブルアッベ誤差と、第２テーブルのアッベ誤差とを加算することにより、試料テーブルのアッベ誤差を算出する。このようにすることにより、ステージ装置の長大化を回避しつつ、ＸテーブルおよびＹテーブルの両方に起因するアッベ誤差を補正することができる。
【００８８】
（iv）コントローラは、スケール要素のレーザ値に対する誤差値を保持する補正マップを用いて、スケール要素の計測値から誤差値を除去し、レーザ値と誤差値が除去されたスケール要素の計測値との差分を取り、試料テーブルの姿勢を算出する。スケール要素は人為的要因が含まれる可能性があり、この人為的要因によりスケール要素自体に誤差が含まれてしまう。そのため、スケール要素自体に含まれる誤差を取り除くことにより、アッベ誤差補正をより精度良く実行することが可能となる。
【符号の説明】
【００８９】
１０１  電子光学系鏡筒
１０４  レーザ干渉計
１０５  試料テーブル
１０６  ウェハ
１０７  ガイド
１０８  チャック
１０９  コントローラ
１１１  ステージのミラー
１１２  試料室
１１３  除振マウント
１１４  天板
１１５，１１５ｘ，１１５ｙ  レーザ干渉計光軸
２０１  電子ビーム
２０２  ミラーと観察点の相対距離
２０３  位置ずれ（視野ずれ）
２０４  観察目標点
３０１  測定および観察対象（直方体）
３０２  アッベオフセット
３０３  傾き
３０４  アッベ誤差
３０５  観察目標点
３０６  ビーム照射点
４０５  トップテーブル（Ｘテーブル）
４０６  Ｙテーブル
７０１  アクチュエータ
７０２  スケール
７０２ｘ  Ｘ軸用スケール
７０２ｙ  Ｙ軸用スケール
７０３  スケールヘッド
７０３ｘ  Ｘ軸用スケールヘッド
７０３ｙ  Ｙ軸用スケールヘッド
８０１  レーザ光軸とスケール測定軸の高さの差Ｌ
８０２  トップテーブルのＹ軸周りの傾きθｙ
８０３  スケール値の変化Ｅ
９０１  スケール値の変化
９０２  測長ＳＥＭによるウェハの高さの測定軸
９０４  スケールの計測方向
９０５  テーブルの傾き角度
９０６  テーブルが傾く前のスケール位置
９０７  テーブルが傾いた後のウェハ上の観察目標の位置
９０８  テーブルが傾く前のウェハ上の観察目標の位置
９０９  レーザ干渉計での測定位置
９１０  テーブルが傾いた後の下側のレーザ測長点
９１１  テーブルが傾いた後のスケールヘッドの位置
１００１  θｚ回転前のトップテーブル
１００２  θｚ回転後のトップテーブル
１００３  スケールとレーザの距離Ｌ３
１００４  誤差Ｅ
１００５  ヨーイングθｚ
１１５ｘ  Ｘ軸のレーザ光軸
１１５ｙ  Ｙ軸のレーザ光軸
１１０１  Ｘ軸用垂直軸スケール
１１０２  Ｙ軸用垂直軸スケール
１１０３１，１１０３２  Ｘ軸用垂直軸スケールヘッド
１１０４１，１１０４２  Ｙ軸用垂直軸スケールヘッド
１２０１，１２０２  レーザ光軸とＸ軸用垂直軸スケールヘッドとの距離
１３０１  ヘッドの仮想的位置
１３０２  Ｙテーブルに対するトップテーブルのヨーイングθｚ
１３０３  レーザ値とスケール値の差分
１３０４  トップテーブルのＹテーブルに対するピッチングθｘ
１３０５  スケールとレーザ光軸との距離Ｌｖｚ
１４０１  仮想ヘッドの位置
１４０２  トップテーブルのローリング角度θｙ
１４０３  スケール計測値とレーザ計測値との差分
１６０１  Ｙ軸用垂直軸スケールヘッドの間隔Ｌｖｙ
１７０１  試料室底面に対するＹテーブルの傾きθｘ
１８０１，１８０２  Ｙ軸垂直軸スケールヘッドとレーザ光軸とのＹ方向の距離
１８０３  仮想のヘッド位置
１８０４  スケール計測値とレーザ計測値との差分
１８０５  Ｙテーブルの試料室に対する傾き角度θｙ
１８０６  Ｘ軸方向レーザ光軸とＹ軸用垂直軸スケールとのＺ方向の距離Ｌｓ４
１９０１  試料室底面に対するＹテーブルの傾き
１９０２  Ｙテーブルに対するトップテーブルの傾き
１９０３  試料室底面に対するトップテーブルの傾きθｙ
２００１  スケール
２００２  格子
２００３  狭い格子間隔
２００４  広い格子間隔
２００５  Ｘ方向座標
２００６  レーザ値に対するスケール値の誤差
２００７  レーザ値に対するスケール値の誤差波形
２００８  補正マップの点
２１０１  Ｙテーブル
２１０２  スケールの中立軸
２１０３  Ｙテーブルの中立軸
２１０４  テーブル上面の長さ変化
２１０５  変形後のＹテーブルの形状
２１０６  変形前のＹテーブルの形状
２１０７  Ｙテーブルの厚み
２１０８  スケールの厚み
２２０１  二軸スケール
２２０２  二軸スケール
【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】
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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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【図２１】
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【図２２】
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