(57)【要約】【課題】試料を搭載する上段テーブルの熱変形と温度上昇を低減させるステージ装置、及びそれを備える荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】試料を搭載する上段テーブルを第一の方向に移動させる上段ステージと、前記上段ステージを搭載する中段テーブルを前記第一の方向に直交する第二の方向に移動させる中段ステージと、前記中段ステージを搭載する下段テーブルを前記第一の方向と前記第二の方向に直交する第三の方向に移動させる下段ステージとを備えるステージ装置であって、前記上段テーブルと前記中段テーブルの材質は前記下段テーブルの材質よりも熱膨張係数が小さく、前記下段テーブルの材質は前記上段テーブルと前記中段テーブルの材質よりも熱伝導率が高いことを特徴とする。【選択図】図２
2019212559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を搭載する上段テーブルを第一の方向に移動させる上段ステージと、
前記上段ステージを搭載する中段テーブルを前記第一の方向に直交する第二の方向に移動させる中段ステージと、
前記中段ステージを搭載する下段テーブルを前記第一の方向と前記第二の方向に直交する第三の方向に移動させる下段ステージとを備えるステージ装置であって、
前記上段テーブルと前記中段テーブルの材質は前記下段テーブルの材質よりも熱膨張係数が小さく、
前記下段テーブルの材質は前記上段テーブルと前記中段テーブルの材質よりも熱伝導率が高いことを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステージ装置であって、
前記上段ステージに、前記第二の方向に反射面を備えるミラーと、前記第三の方向に反射面を備えるミラーとを備え、それらのミラーの反射面の距離計測によって上段テーブルに搭載した試料の位置を求めることを特徴とするステージ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のステージ装置であって、
前記中段ステージは、前記中段テーブルを前記第二の方向に案内するガイド部と、前記中段テーブルと前記ガイド部とを接続する接続部を有し、
前記接続部は、前記第二の方向を回転軸とする前記ガイド部との接続部の変形に対する剛性が、他の方向を回転軸とする変形に対する剛性よりも低いことを特徴とするステージ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のステージ装置であって、
前記接続部が前記ガイド部に接触する面は、前記第三の方向よりも前記第二の方向に長い形状を有することを特徴とするステージ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のステージ装置であって、
前記上段テーブルと前記中段テーブルの材質はセラミックス複合材であって、
前記下段テーブルの材質はアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とするステージ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のステージ装置であって、
前記セラミックス複合材は、アルミニウムをマトリクス材とすることを特徴とするステージ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のステージ装置であって、
前記上段ステージは、前記上段テーブルを前記第一の方向に移動させる駆動力を発し、前記中段テーブルに固定される駆動部を有し、
前記中段ステージは、前記中段テーブルを前記第二の方向に案内するガイド部を有し、
前記ガイド部は前記駆動部から所定の距離の範囲内に配置されることを特徴とするステージ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のステージ装置であって、
前記ガイド部と前記駆動部とは前記第一の方向にそって並べられて配置されることを特徴とするステージ装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のステージ装置を備え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、ステージ装置及びそれを用いた荷電粒子線装置に係り、特に三軸方向に動作可能なステージ装置であって、その駆動に伴う発熱でステージが熱変形してステージの位置決め精度が悪化することを抑制したステージ装置及び荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の微細化に伴い、製造装置のみならず、検査や評価装置にもそれに対応した高精度化が要求されている。半導体ウェハ上に形成した回路の形状寸法を測定する装置として電子顕微鏡を用いるものがあり、このような装置を測長ＳＥＭと称する。従来の測長ＳＥＭにおいては、ウェハ表面の平面内での寸法計測が主に行われてきた。一方、近年の半導体素子の多層構造化に伴い、半導体素子の検査においても、平面内の計測だけでなく、深さ方向の寸法計測も求められるようになってきた。電子顕微鏡の特徴として、光学式の顕微鏡に比べて、様々な深さが混ざった撮像対象に対しても比較的全体的にピントが合う特性を持つが、その特性だけで十分とは言えない状況になりつつある。そこで、ウェハ上で深さが変化する対象物を撮像する際は、電子顕微鏡の電子線の加速電圧を上げて、高エネルギー状態の電子で撮像する方法が有効となる。電子顕微鏡の特性として、電子線の加速電圧を上げると、磁気レンズによって電子線の焦点が合う所までの焦点距離が伸びる。このため、加速電圧を変化させる場合は、磁気レンズによる対物レンズとウェハまでの距離を変化させる必要がある。このため、加速電圧を変化させる機能を備えた測長ＳＥＭにおいては、ウェハを移動させるステージ装置において、平面内の移動の他に、その平面に垂直な方向にウェハを移動させる機能を有することが求められる。また、測長ＳＥＭ以外の荷電粒子線を用いた検査装置においても、ウェハなどの試料を移動させるステージ装置においては、同様の目的から三軸方向の動作が求められる。
【０００３】
一方、電子顕微鏡のような荷電粒子線を照射する装置においては、その荷電粒子を通すために、ウェハなどの試料を高真空の空間に置く必要がある。よって、荷電粒子線装置内のステージ装置は高真空中に置かれることとなり、大気中で存在するような対流熱伝達が生じない。このため、ステージ内で生じた発熱が外部に逃げにくい状況にあり、発熱によるステージの温度上昇が起き易い。ステージの各部品が温度上昇すると、その分の熱膨張が生じ、部品ごとの膨張量の違いや、組まれている装置の拘束状態によって、ステージは複雑な熱変形を起こす。このステージの熱変形は、ステージによってウェハの観察位置を決める上での位置誤差に直結する。この位置誤差が大きくなると、ナノオーダーで形成されている半導体素子の回路網のどこを見ているのかが分からなくなってしまう。よって、本発明が対象とするステージにおいては、非常に微小な熱変形をも抑える必要がある。また、ウェハの位置誤差を生じさせる熱変形としては、ステージの熱変形の他に、ウェハ自身の熱膨張もある。よって、ウェハの熱膨張を抑えるために、ウェハと接する箇所のステージ温度を常に一定に保つことも必要となる。
【０００４】
このような熱変形の問題を解決するためのステージ技術の一例として、特許文献１に示される技術がある。この文献１では、基盤、および基盤上に載置されるステージ、ガイド部、伝達部の各材質をセラミックスとすることを示している。本技術では、セラミックスの具体的な例としてアルミナを示しており、アルミ系などの金属と比べて、アルミナが低熱伝導率、低熱膨張係数であることを利用して高精度化することが示されている。
【０００５】
また、高精度なステージに用いるための材料としては、特許文献２に示される技術がある。この文献２では、セラミックス粉末を強化材にし、アルミニウムもしくはアルミニウム合金をマトリクス材とする金属−セラミックス複合材をステージ部材として示しており、これによってアルミニウム合金やアルミナを用いる場合に生じる課題を解決することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１４２５５８号公報
【特許文献２】特開２００２−１６７２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ステージの材質にアルミナなどのセラミックス材を用いる場合、アルミニウム合金などの金属に比べて熱伝導率が低いことで、ステージ内で生じた発熱をステージの外に逃がす性質が低下し、ステージの温度が上昇しやすくなる問題がある。アルミナなどのセラミックス材は一般に、アルミニウム合金などの金属に比べると温度に対する線膨張係数が非常に小さい特徴を持つ。このため、アルミニウム合金などを用いた場合に比べて、たとえ温度上昇量が大きくなったとしても、線膨張係数の小ささによって熱変形を小さくすることができることが多い。しかし、温度上昇量が拡大してしまうことは残るため、ステージが運んでいるウェハ自身の温度も上昇させてしまう。これによってウェハの熱膨張が生じてしまうため、最終的なウェハの位置精度を高めることが出来ない。
【０００８】
一方、マトリクス材にアルミニウムを用いたセラミックス複合材を用いると、アルミナなどのセラミックス材に比べて熱伝導率を高めることが可能になり、上記の温度上昇量が拡大してしまう問題を緩和させることが可能になる。
【０００９】
しかし、金属のみで構成するアルミニウム合金などに比べると、セラミックス複合材の熱伝導率は劣るため、アルミニウム合金で構成したステージに比べると、セラミックス複合材を用いたステージは温度上昇量が拡大してしまう。
【００１０】
また、各種材料を組み合わせて、いいとこ取りの設計をしようとしても、異なる材質が接する箇所が必ず生じることで、接する材料どうしの膨張率の違いによって、形状が反ってしまう熱変形が生じ、位置精度を高められないという課題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、試料を搭載する上段テーブルを第一の方向に移動させる上段ステージと、前記上段ステージを搭載する中段テーブルを前記第一の方向に直交する第二の方向に移動させる中段ステージと、前記中段ステージを搭載する下段テーブルを前記第一の方向と前記第二の方向に直交する第三の方向に移動させる下段ステージとを備えるステージ装置であって、前記上段テーブルと前記中段テーブルの材質にアルミニウムをマトリクス材に用いたセラミックス複合材を用い、下段ステージのテーブルを構成する部品にアルミニウムもしくはアルミニウム合金を用いる。さらに、中段ステージのテーブル部品と、中段ステージが移動する方向にガイドするガイド機構の間に、移動する軸に対して回転方向の曲げ剛性を低下させる機構を介して、テーブル部品とガイド機構を接続する。また、前記上段テーブルにミラーを設置して、そのミラーの反射面の距離計測に基づいて試料の位置を把握し、それによってステージの位置決め制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記ステージ装置を備えることを特徴とする荷電粒子線装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、試料の位置を高精度に把握することが可能なステージ装置、及びそれを備える荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の荷電粒子線装置の一例の全体構成図である。
【図２】実施例１のステージ装置の一例の正面図である。
【図３】実施例１のステージ装置の一例の側面図である。
【図４】実施例１の接続部の一例を説明する斜視図である。
【図５】実施例１の接続部の一例を説明する断面図であって変形前の図である。
【図６】実施例１の接続部の一例を説明する断面図であって変形後の図である。
【図７】実施例１のアクチュエータの一例を説明するための図である。
【図８】実施例２のアクチュエータの一例を説明するための図である。
【図９】実施例２のアクチュエータの他の例を説明するための図である。
【図１０】実施例３のステージ装置の一例の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
以下、図面に従って本発明に係るステージ装置および荷電粒子線装置の実施例について説明する。本発明に係るステージ装置は、試料を搭載する上段テーブルを第一の方向に移動させる上段ステージと、上段ステージを搭載する中段テーブルを第一の方向に直交する第二の方向に移動させる中段ステージと、中段ステージを搭載する下段テーブルを第一の方向と第二の方向に直交する第三の方向に移動させる下段ステージとを備える。なお、本実施例では、第一の方向をＺ方向、第二の方向をＹ方向、第三の方向をＸ方向として説明する。以下の説明および図面において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。
【００１６】
図１は荷電粒子線装置１００の全体構成図である。荷電粒子線装置１００は、電子光学系鏡筒１０１と試料室１０２を備える。電子光学系鏡筒１０１は、試料室１０２に配置される試料１０３、例えばウェハに対して電子線を照射し、試料１０３から放出される二次電子または反射電子を検出し、検出信号を出力する。出力された検出信号を変換して得られる画像は、試料１０３上のパターンの線幅の計測や形状精度の評価に用いられる。なお、図１では電子線の照射方向をＺ方向とする。電子線をガス分子に衝突させることなく試料１０３へ照射するために、試料室１０２内は真空状態に保たれる。
【００１７】
試料室１０２は除振マウント１０４により支持される。試料室１０２内には、Ｚ方向と直交する方向であるＸ方向及びＹ方向、並びにＺ方向に移動可能であって試料１０３を搭載するステージ装置１０５が配置される。試料室１０２に設けられるレーザー干渉計１０６からレーザー光１０７をステージ装置１０５に設けられるミラー１０８に照射することによりステージ装置１０５の位置が計測され、計測結果に基づいてコントローラ１０９によりステージ装置１０５の位置が制御される。
【００１８】
図２及び図３を用いて本実施例のステージ装置１０５について説明する。図２は正面図であり、図３は図２を見る方向を９０度ずらした図、すなわち側面図である。ステージ装置１０５は、Ｚ方向に移動可能な上段ステージ２００と、Ｙ方向に移動可能な中段ステージ２０１と、Ｘ方向に移動可能な下段ステージ２０２と、ベース部５とがＺ方向に重ねられて構成される。なお、試料室１０２内は真空状態に保たれるので、ステージ装置１０５の各部での発熱は各ステージからより下位のステージへ伝熱し、ベース部５を介してステージ装置１０５の外へ逃がされる。以下、各部について説明する。
【００１９】
まず上段ステージ２００について説明する。上段ステージ２００は、チャック１と支柱１-２と上段テーブル２とアクチュエータ７を有する。
【００２０】
チャック１はＸＹ面にひろがる平板であり、試料であるウェハを固定する。試料の固定には例えば静電力が用いられ、ステージ装置１０５が移動したときでも試料がずれない程度の静電力で試料が固定される。チャック１には、熱膨張係数が小さく、熱伝導率が低く、非電動性であり、高硬度な材質が好ましく、例えばアルミナが用いられる。チャック１にアルミナのような材質が用いられることにより、試料の熱変形と試料への伝熱を抑制できる。
【００２１】
上段テーブル２はＸＹ面にひろがる平板であり、上段テーブル２の上にチャック１が配置される。上段テーブル２には熱膨張係数が小さく、熱伝導率が低く、ヤング率/密度が高い材質が好ましく、例えばセラミックス複合材が用いられる。セラミック複合材には、アルミニウムをマトリクス材とするものが好ましい。上段テーブル２にセラミックス複合材のような材質が用いられることにより、チャック１の熱変形と試料への伝熱を抑制できる。なお、チャック１と上段テーブル２の熱膨張は小さいものの、両者の材質の違いによる熱膨張の差が生じ、その影響はＸＹ面において顕著に表れる。そこで、チャック１と上段テーブル２とを支柱１-２を介して接続することにより、熱膨張の差の影響を受ける領域を限定する。また支柱１-２が変形することより、チャック１の歪みを防止でき、試料の歪みも防止できる。
【００２２】
上段テーブル２の上には、ステージ装置１０５の位置の計測に用いられるミラー１０８ｘ、１０８ｙも設けられる。なおミラー１０８ｘがＸ方向の位置の計測に、ミラー１０８ｙがＹ方向の位置の計測に、それぞれ用いられる。上段テーブル２にセラミックス複合材のような材質が用いられることにより、ミラー１０８ｘ、１０８ｙの位置ずれを抑制できるので、高精度に位置が制御される。
【００２３】
アクチュエータ７は、上段テーブル２をＺ方向に移動させる駆動力を発する駆動部として機能し、上段テーブル２と中段ステージ２０１との間に設けられる。アクチュエータ７は発熱するので、本実施例では４つのアクチュエータ７のそれぞれが上段テーブル２の四隅に配置される。このような配置により、アクチュエータ７から試料への伝熱経路が長くなり、試料への伝熱を抑制できる。アクチュエータ７の詳細については図７を用いて後述する。なお、本実施例では、アクチュエータ７を４つ配置する構成を示しているが、他の数で構成することもありえる。
【００２４】
次に中段ステージ２０１について説明する。中段ステージ２０１は、中段テーブル３と中段スライド部１０と中段レール部１１と接続部１２を有する。
【００２５】
中段テーブル３はＸＹ面にひろがる平板であり、中段テーブル３にはアクチュエータ７が固定されて、上段ステージ２００が搭載される。中段テーブル３には、上段テーブル２と同様に、熱膨張係数が小さく、熱伝導率が低く、ヤング率/密度が高い材質が好ましく、例えばセラミックス複合材が用いられる。中段テーブル３にセラミックス複合材のような材質が用いられることにより、上段ステージ２００の熱変形と上段ステージ２００への伝熱を抑制できる。なお、中段テーブル３と上段テーブル２とは同じ材質であるので両者の熱膨張は等しく、中段テーブル３と上段テーブル２の熱変形を抑制できる。
【００２６】
中段スライド部１０は、中段レール部１１とともに中段テーブル３の移動方向を制限するガイド部として機能し、中段レール部１１の上を摺動できるように転動体を有する。本実施例では４つの中段スライド部１０のそれぞれが中段テーブル３の四隅に配置される。なお、中段スライド部１０は下段ステージ２０２への伝熱経路の一部となるので、中段スライド部１０はアクチュエータ７から所定の距離の範囲内に配置されることが好ましい。さらに中段スライド部１０とアクチュエータ７はＺ方向に沿って並べられて配置されることがより好ましい。このような配置により、アクチュエータ７での発熱が下段ステージ２０２へ伝熱する経路をより短くでき、中段テーブル３の温度上昇を抑制できる。
【００２７】
中段レール部１１は、下段ステージ２０２の上にＹ方向に沿って配置される。中段スライド部１０と中段レール部１１は高硬度であって高精度に加工可能な材質であることが好ましく、例えば鉄鋼材が用いられる。Ｙ方向に沿って配置される中段レール部１１の上を中段スライド部１０が摺動することにより、中段テーブル３の移動方向はＹ方向に制限される。すなわち、中段テーブル３は、中段スライド部１０と中段レール部１１によりＹ方向に案内される。
【００２８】
接続部１２は、中段テーブル３と中段スライド部１０の間に配置され、中段スライド部１０が変形する方向を制限しながら、中段テーブル３と中段スライド部１０を接続する。接続部１２の詳細については図４乃至６を用いて後述する。
【００２９】
中段テーブル３には中段用リニアモータの可動子８も接続される。可動子８が、下段ステージ２０２に固定される中段用リニアモータの固定子９の上を移動することにより、中段テーブル３がＹ方向に駆動される。本実施例では可動子８をコイル部品で、固定子９を磁石部品で構成する。このような構成により、中段テーブル３側を軽量化でき中段テーブル３の動作の制御性が良くなる。なお、コイル部品で構成される可動子８での発熱を中段テーブル３に伝えにくくするために、可動子８と中段テーブル３との間に熱伝導率が低い材質を介在させても良い。
【００３０】
次に下段ステージ２０２について説明する。下段ステージ２０２は、下段テーブル４と下段スライド部１３と下段レール部１４を有する。
【００３１】
下段テーブル４はＸＹ面にひろがる平板であり、下段テーブル４には中段レール部１１が固定され、中段ステージ２０１が搭載される。下段テーブル４には、熱伝導率が高く、軽量な材質が好ましく、例えばアルミニウムやアルミニウム合金が用いられる。下段テーブル４にアルミニウム合金のような材質が用いられることにより、中段ステージ２０１及び上段ステージ２００での発熱をより小さな温度差で伝熱させることができる。
【００３２】
下段スライド部１３は、下段レール部１４とともに下段テーブル４の移動方向を制限するガイド部として機能し、下段レール部１４の上を摺動できるように転動体を有する。本実施例では４つの下段スライド部１３のそれぞれが下段テーブル４の四隅に配置される。
【００３３】
下段レール部１４は、ベース部５の上にＸ方向に沿って配置される。下段スライド部１３と下段レール部１４は高硬度であって高精度に加工可能な材質であることが好ましく、例えば鉄鋼材が用いられる。Ｘ方向に沿って配置される下段レール部１４の上を下段スライド部１３が摺動することにより、下段テーブル４の移動方向はＸ方向に制限される。すなわち、下段テーブル４は、下段スライド部１３と下段レール部１４によりＸ方向に案内される。
【００３４】
下段テーブル４には下段用リニアモータの可動子１６も接続される。可動子１６が、ベース部５に固定される下段用リニアモータの固定子１７の上を移動することにより、下段テーブル４がＸ方向に駆動される。
【００３５】
次にベース部５について説明する。ベース部５は試料室１０２の一部であり、ベース部５には下段レール部１４が固定され、下段ステージ２０２が搭載される。ベース部５には、熱伝導率が高く、軽量な材質が好ましく、例えばアルミニウムやアルミニウム合金が用いられる。ベース部５は下段テーブル４と同じ材質であることが好ましく、両者を同じ材質とすることにより熱膨張の差によって生じる熱変形を抑制できる。
【００３６】
ベース部５の内部には冷却管１５が設けられ、冷却管１５内を冷却水が流れることにより試料室１０２内が所定の温度に保たれる。ベース部５にアルミニウム合金のような熱伝導率の高い材質が用いられることにより、ステージ装置１０５での発熱をより小さな温度差で伝熱させることができ、温度差によって生じる熱変形を抑制できる。
【００３７】
以上説明したように、本実施例のステージ装置１０５は、上段テーブル２と中段テーブル３がセラミックス複合材であって、下段テーブル４がアルミニウムまたはアルミニウム合金である。すなわち、上段テーブル２と中段テーブル３の材質は下段テーブル４の材質よりも熱膨張係数が小さく、下段テーブル４の材質は上段テーブル２と中段テーブル３の材質よりも熱伝導率が高い。このような構成により、上段テーブル２と中段テーブル３の熱膨張は小さくかつ等しく、ステージ装置１０５での発熱は下段テーブル４を有する下段ステージ２０２を介してステージ装置１０５の外へ逃がされる。その結果、試料１０３を搭載する上段テーブル２の熱変形と温度上昇を低減させることができる。
【００３８】
図４乃至６を用いて接続部１２について説明する。図４は斜視図であり、構造の理解を助けるために一部透視図となっている。図５と図６はＸＺ面での断面図であって、中段スライド部１０が変形する前と後をそれぞれ示す図である。なお、図６は実際に生じる変形を拡大して、模式的に示した図である。また、図４乃至６は４つの接続部１２の中の一つを示した図である。
【００３９】
接続部１２は、Ｙ方向を回転軸とする中段スライド部１０の変形に対する剛性が、Ｘ方向やＺ方向を回転軸とする中段スライド部１０の変形に対する剛性よりも低くなるように、中段テーブル３と中段スライド部１０を接続する部材である。接続部１２はネジ３３により中段テーブル３に固定され、ネジ３４により中段スライド部１０に固定される。接続部１２が中段スライド部１０に接触する面は、Ｘ方向よりもＹ方向に長い形状を有する。
【００４０】
前述のように、中段テーブル３は下段テーブル４よりも熱膨張係数が小さいので、ステージ装置１０５の温度が上昇すると、中段テーブル３よりも下段テーブル４の熱膨張量が大きくなる。その結果、図６中の矢印で示すように相対的に、中段テーブル３は−Ｘ方向に、下段テーブル４は＋Ｘ方向に変位し、両者の間に変位差６０が生じる。このような変位に対して、中段テーブル３と中段スライド部１０は接続部１２によって接続されているので、中段スライド部１０がＹ方向を回転軸として傾き、この傾きにより変位差６０が吸収される。
【００４１】
なお、中段スライド部１０は、転動体を介して中段レール部１１に接触しており、中段スライド部１０と中段レール部１１との接触面積は小さく、中段スライド部１０がＹ方向を回転軸として傾くことに対する反力は比較的小さい。このため、変位差６０を原因としてテーブルが湾曲するような変形を避けることができる。また中段テーブル３と下段テーブル４の間のＹ方向の変位差は、中段テーブル３と下段テーブル４がＹ方向に相対的に移動可能であることによりテーブルが湾曲するような変形は生じない。
【００４２】
図７を用いてアクチュエータ７について説明する。図７の上側は図２と同じ方向から見た図であり、２点鎖線でつないだ下側の図は２点鎖線の方向に投影された図である。アクチュエータ７は、上側斜面部１９、下側斜面部２０、超音波モータ２１を有する。
【００４３】
上側斜面部１９は、ＸＹ面に対して傾斜する斜面を有し、上段テーブル２に固定される。下側斜面部２０は、ＸＹ面に対して傾斜する斜面を有し、中段テーブル３に固定される。下側斜面部２０の上には、上側斜面部１９が摺動面７０にそって摺動できるように配置され、Ｙ方向への移動は制限される。摺動面７０には転動体を介在させても良い。
【００４４】
超音波モータ２１は下側斜面部２０に固定され、内部に備える発振子を高速に振動させることによりアーム２２を図中の両側矢印の方向に駆動する。アーム２２は上側斜面部１９と押し付け接触しており、アーム２２の駆動により上側斜面部１９が摺動面７０にそって移動する。上段テーブル２は上側斜面部１９とともに移動し、例えば２’、１９’の位置から２、１９の位置へ移動する。上段テーブル２が上側斜面部１９とともに移動することにより、上段テーブル２のＺ方向の位置を制御できる。なお、上段テーブル２がＸ方向に移動した分は、下段テーブル４を移動させることで相殺される。また、本実施例では、上側斜面部１９がＸ方向に移動するが、このアクチュエータの設置方向を９０°変えて、Ｙ方向に移動する向きに設置してもよい。その場合は、Ｚ方向に移動させるためにＹ方向に移動した分を、中段テーブルが逆方向に動くことで相殺させる。
【００４５】
なお、超音波モータ２１を下側斜面部２０に固定することにより、超音波モータ２１の発熱が上段テーブル２に直接伝熱することを抑制できる。また摺動面７０に転動体を介在させることにより、摺動面７０での摩擦が低減でき、超音波モータ２１の負荷や摩擦熱を低減できる。さらに、転動体を介在させることは摺動面７０での接触面積を小さくできるので、摺動面７０を介した伝熱を抑制できる。以上述べたように、図７に示すアクチュエータ７によれば、上段テーブル２の温度上昇を抑制することができる。
【００４６】
上記構成を総合的に用いることにより、第１に、上段テーブルと中段テーブルの材質がそろえられ、両者の膨張率が異なる際に生じる熱変形を防止できる。次に、この熱変形の防止によって、上段ステージの形状が保たれ、そこに設置されているミラーが傾くことが防止される。位置計測を行う際、レーザー干渉計を用いて、レーザーをミラーに当てて反射させ、入射光と反射光を干渉させると、非常に高精度な距離の計測ができる。しかし、その際、ミラーの反射面にわずかな傾きが生じると、計測している距離が変化し、その変化量がステージの位置誤差につながる。よって、上段テーブルと中段テーブルの膨張率をそろえることで上段テーブルの変形を防ぐことは、そこに設置するミラーの傾きを防止することを通じてステージの位置精度を高めることを可能にする。
【００４７】
また、たとえ上段テーブルと中段テーブルの材質をそろえていても、アルミニウム合金のようにより線膨張係数が大きい材料を用いた場合は、両者のわずかな温度差によって生じる膨張量の差が、上段ステージが反ってしまう変形につながる。また、アルミナのようなセラミックス材を用いて両者の材質をそろえると、熱変形は抑えられるが、温度上昇が大きくなってウェハの熱膨張が生じてしまう。よって、アルミニウムをマトリクス材に用いたセラミックス複合材を用いて、上段テーブルと中段テーブルの材質をそろえることで、上記の問題がはじめて解決される。
【００４８】
次に、真空中に設置されるステージ装置に対しては、空気を介しての放熱ができないため、固体の熱伝導のみで放熱がなされる。よって上下に相対するステージどうしでは、ガイド機構のみが固体接触している箇所となるため、ガイド機構を通じて放熱が行われる。このため、上・中・下の三段で構成されたステージ装置の場合、上段ステージで発生した熱は、ガイド機構を通じて、中段ステージに伝わり、中段ステージでは、中段ステージを動かすために生じた熱と、上段ステージから伝えられた熱の合計を下段ステージに伝えることになる。さらに、下段ステージは上・中・下の三段全てで発生した熱はガイド機構を通じてそのベース部分に流すことになる。よって、もっとも通過熱量が大きい下段ステージのテーブル部品に対して、セラミックス複合材よりも熱伝導率が高いアルミニウム合金を用いることで、下段ステージの温度上昇をより低減することが可能になる。また、下段ステージの温度上昇を抑制することは、その上に載っている中段ステージと上段ステージの温度も下げることにつながり、最終的にウェハの温度上昇を防止し、ウェハの熱膨張を抑えることが可能になる。
【００４９】
上記の構成を用いた場合、中段テーブルと下段テーブルの材質が異なることになり、両者の線膨張係数の違いによって、ステージが反ってしまう可能性がある。これに対して、中段ステージのガイド機構と中段テーブルの間に曲げ剛性を低下させる機構を介していることで、中段テーブルと下段テーブルの膨張差による反りが抑制される。すなわち、下段テーブルがアルミニウム合金であることで、より膨張する場合、下段テーブルに固定されるレールの間隔がより広がり、それにつながる中段テーブルはそこまで広がらないことになる。ガイドレールの間隔が広がるとそれに拘束されるスライド部品の間隔も広がり、その変位によって中段テーブルを広げようとする力が働くが、スライド部品と中段テーブルの間の部品がガイド軸に対して回転方向に変形することで、スライド部品の変位が吸収される。これにより、中段テーブルを広げようとする力が低減され、中段テーブルの湾曲が抑制される。また、この仕組みだけでは中段テーブルの熱変形を抑制しきれなかった分に関して、上段テーブルとの間に機構部品が介されることで、ここで変形の吸収により、上段テーブルの湾曲は問題ないレベルに低減される。これらのことにより、異なる材質を組み合わせて用いることで生じる熱変形が抑えられ、ミラーを設置するテーブルの湾曲がなくなり、これによってミラーの反射面のわずかな角度変化もなくことで、反射面の距離計測の精度が向上し、これによって試料の位置が把握される精度が高まり、高精度な位置決め制御が可能となるステージ装置を実現することができ、かつ、高精度な荷電粒子線装置を実現できる。
【実施例２】
【００５０】
実施例１では、上段テーブル２をＺ方向に移動させるアクチュエータ７として図７に示す構成について説明した。上段テーブル２をＺ方向に移動させるアクチュエータは図７に示す構成には限られないので、本実施例では他の構成について説明する。
【００５１】
図８を用いて、上段テーブル２をＺ方向に移動させるアクチュエータ２４について、図７と対比させながら説明する。図８では、図７の上側斜面部１９が上側斜面部２３に置き換えられる。また本実施例では、上段テーブル２のＸ方向への移動を制限する図示しない部材が追加される。
【００５２】
上側斜面部２３は、ＸＹ面に対して傾斜する斜面を有し、上段テーブル２には固定されず、摺動面８０を介して上段テーブル２に接する。なお、上側斜面部２３が、下側斜面部２０の上に摺動面７０にそって摺動でき、Ｙ方向への移動が制限されることと、超音波モータ２１が下側斜面部２０に固定されることは実施例１と同じである。
【００５３】
超音波モータ２１のアーム２２の駆動により、上側斜面部２３が摺動面７０にそって移動し、例えば２３’の位置から２３の位置へ移動する。上段テーブル２は、上側斜面部２３の移動にともなって、摺動面８０で摺動しながらＺ方向に移動し、例えば２’の位置から２の位置へ移動する。図８に示す構成によれば、下段テーブル４の移動が不要になるので、実施例１よりも位置の制御を容易にできる。
【００５４】
図９を用いて、上段テーブル２をＺ方向に移動させるアクチュエータ２５について、図７と対比させながら説明する。図９では、図７の下側斜面部２０が下側斜面部２６に置き換えられるとともに、超音波モータ２１の代わりにモータ２８とネジ軸２９が備えられる。また本実施例では、上段テーブル２のＸ方向への移動を制限する図示しない部材が追加される。
【００５５】
下側斜面部２６は、ＸＹ面に対して傾斜する斜面を有し、中段テーブル３には固定されず、摺動面９０を介して中段テーブル３に接する。なお、上段テーブル２が上側斜面部１９に固定されることと、上側斜面部１９が下側斜面部２６の上に摺動面７０にそって摺動できるように配置され、Ｙ方向への移動が制限されることは実施例１と同じである。
【００５６】
モータ２８は中段テーブル３に固定され、ネジ軸２９を介して下側斜面部２６に接続される。モータ２８とネジ軸２９は、いわゆるボールネジ機構を構成し、モータ２８の回転動作がネジ軸２９の直線動作に変換されることにより、下側斜面部２６がＸ方向に移動し、例えば２６’の位置から２６の位置へ移動する。上側斜面部１９に固定される上段テーブル２は、下側斜面部２６の移動にともなってＺ方向に移動し、例えば２’の位置から２の位置へ移動する。
【００５７】
図９に示す構成によれば、下段テーブル４の移動が不要になるので、実施例１よりも位置の制御を容易にできる。また、モータ２８が中段テーブル３に固定されるので、モータ２８の発熱が上段テーブル２に直接伝熱するのを防ぐことができる。
【実施例３】
【００５８】
実施例１では、中段テーブル３に接続される中段用リニアモータの可動子８をコイル部品で、下段ステージ２０２に固定される中段用リニアモータの固定子９を磁石部品で構成することについて説明した。本実施例では両部品を入れ替える構成について説明する。
【００５９】
図１０を用いて、本実施例について説明する。本実施例では、中段テーブル３に接続される中段用リニアモータの可動子３０を磁石部品で、下段ステージ２０２に固定される中段用リニアモータの固定子３１をコイル部品で構成する。このような構成により、コイル部品で構成される固定子３１での発熱が中段テーブル３に伝熱することを抑制でき、中段テーブル３の温度上昇を小さくすることができる。
【００６０】
また、本実施例では、下段テーブル４と下段スライド部１３との間に、両者を接続する接続部３２を設けても良い。接続部３２は、Ｘ方向を回転軸とする下段スライド部１３の変形に対する剛性が、Ｙ方向やＺ方向を回転軸とする下段スライド部１３の変形に対する剛性よりも低くなるように、下段テーブル４と下段スライド部１３を接続する部材である。接続部３２が下段スライド部１３に接触する面は、Ｙ方向よりもＸ方向に長い形状を有する。
【００６１】
下段テーブル４と下段スライド部１３が接続部３２によって接続されることにより、下段テーブル４とベース部５との間にＹ方向での変位差が生じても、下段スライド部１３がＸ方向を回転軸として傾くので、この傾きによりＹ方向での変位差は吸収される。
【００６２】
以上、複数の実施例について説明したが、本発明のステージ装置１０５および荷電粒子線装置１００は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。
【符号の説明】
【００６３】
１：チャック、２：上段テーブル、３：中段テーブル、４：下段テーブル、５：ベース部、７：アクチュエータ、８：中段用リニアモータの可動子、９：中段用リニアモータの固定子、１０：中段スライド部、１１：中段レール部、１２：接続部、１３：下段スライド部１３、１４：下段レール部、１５：冷却管、１６：下段用リニアモータの可動子、１７：下段用リニアモータの固定子、１９：上側斜面部、２０：下側斜面部、２１：超音波モータ、２２：アーム、２３：上側斜面部、２４：アクチュエータ、２５：アクチュエータ、２６：下側斜面部、２８：モータ、２９：ネジ軸、３０：中段用リニアモータの可動子、３１：中段用リニアモータの固定子、３２：接続部、３３：ネジ、３４：ネジ、６０：変位差、７０：摺動面、８０：摺動面、９０：摺動面、１００：荷電粒子線装置、１０１：電子光学系鏡筒、１０２：試料室、１０３：試料、１０４：除振マウント、１０５：ステージ装置、１０６：レーザー干渉計、１０７：レーザー光、１０８：ミラー、１０８ｘ：ミラー、１０８ｙ：ミラー、１０９：コントローラ
【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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