特開 2023-159700 ステージ装置、荷電粒子線装置、及び光学式検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023159700

(43)【公開日】2023-11-01

(54)【発明の名称】ステージ装置、荷電粒子線装置、及び光学式検査装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20231025BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20231025BHJP

【ＦＩ】

H01J37/20 A

H01L21/68 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022069576

(22)【出願日】2022-04-20

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】加藤 孝宜

(72)【発明者】

【氏名】水落 真樹

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宗大

(72)【発明者】

【氏名】小川 博紀

【テーマコード（参考）】

5C101

5F131

【Ｆターム（参考）】

5C101BB03

5C101BB04

5C101FF02

5C101FF57

5C101FF58

5C101FF59

5C101FF60

5C101GG19

5C101GG26

5F131AA02

5F131BA39

5F131CA32

5F131DC18

5F131EA02

5F131KA34

5F131KA55

5F131KA63

5F131KA72

(57)【要約】

【課題】下方のテーブルの回転振動に伴う浮上ステージ（上方のテーブル）の残留振動を低減できて、スループットの向上が可能なステージ装置を提供することである。
【解決手段】ベース１０６の上を移動可能な第１のテーブル１０４と、第１のテーブル１０４の上を浮上して移動可能であり、第１部分と、第１部分よりも下方の第２部分とを有する第２のテーブル１０２と、第２のテーブル１０２の第１部分の位置を計測する第１の位置計測デバイス６００と、第２のテーブル１０２の第２部分の位置を計測する第２の位置計測デバイス３００と、第２のテーブル１０２を駆動するモータ２００を制御するコンピュータ６０１とを備える。コンピュータ６０１は、第１の位置計測デバイス６００が計測した第１部分の位置についての情報と、第２の位置計測デバイス３００が計測した第２部分の位置についての情報とに基づいて、第２のテーブル１０２を駆動する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベースと、
前記ベースの上を移動可能な第１のテーブルと、
前記第１のテーブルの上を浮上して移動可能であり、第１部分と、前記第１部分よりも下方の第２部分とを有する第２のテーブルと、
前記第２のテーブルの前記第１部分の位置を計測する第１の位置計測デバイスと、
前記第２のテーブルの前記第２部分の位置を計測する第２の位置計測デバイスと、
前記第２のテーブルを駆動するモータと、
前記モータを制御するコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータは、前記第１の位置計測デバイスが計測した前記第１部分の位置についての情報と、前記第２の位置計測デバイスが計測した前記第２部分の位置についての情報とに基づいて、前記第２のテーブルを駆動する、
ことを特徴とするステージ装置。

【請求項2】

前記コンピュータは、前記第１の位置計測デバイスの計測値と、前記第２の位置計測デバイスの計測値とに基づいて、前記第１のテーブルの回転振動の周波数を導出し、前記周波数を用いて前記第２のテーブルを駆動する、
請求項１に記載のステージ装置。

【請求項3】

前記コンピュータは、前記第１の位置計測デバイスの計測値と、前記第２の位置計測デバイスの計測値とに基づいて、前記第２のテーブルの並進距離と回転角度の少なくとも一方を求める、
請求項１に記載のステージ装置。

【請求項4】

前記コンピュータは、前記第２の位置計測デバイスの計測値から前記周波数の成分を除去するフィルタ処理を行い、前記フィルタ処理が施された前記第２の位置計測デバイスの計測値を用いて前記第２のテーブルを駆動する、
請求項２に記載のステージ装置。

【請求項5】

前記コンピュータは、前記モータに対して前記周波数の成分を相殺する駆動信号を算出し、前記駆動信号を前記モータに与えて前記第２のテーブルを駆動する、
請求項２に記載のステージ装置。

【請求項6】

前記第２のテーブルの前記第１部分は、前記第２のテーブルが浮上しているときの回転中心よりも上方の部分であり、
前記第２のテーブルの前記第２部分は、前記回転中心よりも下方の部分である、
請求項１に記載のステージ装置。

【請求項7】

前記コンピュータは、前記第１の位置計測デバイスの計測値の周波数特性と、前記第２の位置計測デバイスの計測値の周波数特性とに基づいて、前記第１のテーブルの回転振動の周波数を導出し、前記周波数を用いて前記第２のテーブルを駆動する、
請求項６に記載のステージ装置。

【請求項8】

前記第１の位置計測デバイスは、前記第２のテーブルの上部に設置されたミラーを備えるレーザ干渉計であり、
前記第２の位置計測デバイスは、前記第１のテーブルに対する前記第２のテーブルの相対的な位置を計測する光学式センサである、
請求項１に記載のステージ装置。

【請求項9】

前記第１のテーブルの回転振動の周波数が予め既知であり、
前記コンピュータは、前記周波数が前記第１のテーブル上での座標ごとに記録されたマップを保存する、
請求項１に記載のステージ装置。

【請求項10】

前記第１のテーブルの振動を検出するセンサと、
前記第１のテーブルを駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記コンピュータは、前記センサが検出した情報を用いて、前記第１のテーブルの振動を制振するように前記アクチュエータを駆動する、
請求項１に記載のステージ装置。

【請求項11】

ベースと、
前記ベースの上を移動可能な第１のテーブルと、
前記第１のテーブルの上を浮上して移動可能な第２のテーブルと、
前記第１のテーブルに対する前記第２のテーブルの相対位置を計測する位置計測デバイスと、
前記第２のテーブルを駆動するモータと、
前記モータを制御するコンピュータと、
を備え、
前記第１のテーブルの回転振動の周波数が予め既知であり、
前記コンピュータは、前記周波数についての情報を保存しており、
前記コンピュータは、前記位置計測デバイスの計測値から前記周波数の成分を除去するフィルタ処理を行い、前記フィルタ処理が施された前記位置計測デバイスの計測値を用いて前記第２のテーブルを駆動する、
ことを特徴とするステージ装置。

【請求項12】

ステージ装置と、
前記ステージ装置を収容したチャンバと、
前記チャンバに設置され、荷電粒子線源を備える鏡筒と、
を備え、
前記ステージ装置は、請求項１から１１のいずれか１項に記載のステージ装置である、
ことを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項13】

ステージ装置と、
前記ステージ装置を収容したチャンバと、
前記チャンバに設置され、光源を備える鏡筒と、
を備え、
前記ステージ装置は、請求項１から１１のいずれか１項に記載のステージ装置である、
ことを特徴とする光学式検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステージ装置と、ステージ装置を備える荷電粒子線装置と光学式検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体の製造、計測、及び検査などの工程では、ウエハなどの半導体デバイスの位置を正確に決定するために、ＸＹステージがステージ装置に用いられている。ステージ装置には、二段のテーブル（ＸテーブルとＹテーブル）が上下方向に積み重なって配置されたスタック型のステージ装置が用いられることがある。

【0003】

ＸＹステージの駆動機構には、例えば、リニアガイドを用いて、回転モータとボールねじによって駆動する機構やリニアモータを用いて駆動する機構がある。また、ＸＹ平面内での運動のみならず、Ｚ軸に平行な運動やＺ軸周りの回転運動などを行うステージが、半導体デバイスの位置決めに用いられる場合もある。特に、近年では、超精密な位置決めを実現するために、静圧軸受けや電磁気力を用いた非接触方式の浮上ステージを用いることが多い。

【0004】

スタック型のステージ装置では、上方のテーブルのみを浮上ステージで構成し、下方のテーブルをリニアガイドで案内する構成や、上下両方のテーブルを浮上ステージとする構成が用いられることがある。この場合、高精度な位置決めを実現するために、上方のテーブル（浮上ステージ）を制御性の優れた６軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚの並進方向と、θｘ、θｙ、θｚの回転方向）の駆動機構で駆動し、上方のテーブルの重心を６軸方向で制御する構成が採用されている。

【0005】

浮上ステージの位置を検出する方法には、光学式センサを用いる方法と、レーザ干渉計を用いる方法がある。光学式センサ（例えば、リニアスケール）を用いる方法では、例えば、リニアスケールのスケール部を下方のテーブルに配置し、受光部を上方のテーブルに配置して、これら２つのテーブルの相対位置を検出することで、浮上ステージの位置を検出する。レーザ干渉計を用いる方法では、レーザ干渉計と反射ミラーを用いてレーザ光と反射波の干渉によって浮上ステージの位置を検出する。これらの方法で検出した位置を用いてフィードバック制御をすることで、浮上ステージの位置を高精度に制御することができる。

【0006】

浮上ステージを備えるスタック型のステージ装置の例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたステージ装置は、ステージの駆動方向（Ｙ方向）に推力を発生するリニアモータと、リニアモータを覆うヨークを備え、浮上部が永久磁石と電磁石を有し、駆動方向用のリニアモータを利用してＺ方向の浮上力を得る構成を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１９－１７９８７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

浮上ステージを備えるスタック型のステージ装置では、本質的に、上方のテーブル（浮上ステージ）と下方のテーブルとの間で重心の高さ位置が互いに異なる。一般的に、浮上ステージの駆動機構は、位置精度の向上のために浮上ステージの重心の高さ位置を制御する。このため、浮上ステージ（上方のテーブル）を駆動した際の駆動反力が、下方のテーブルの重心の高さ位置とは異なる高さ位置に加わり、下方のテーブルに回転モーメントが生じる。

【0009】

ここで、リニアスケールを用いて浮上ステージの位置を計測する場合を例に挙げて、下方のテーブルの回転振動の影響を考える。リニアスケールが計測する信号（浮上ステージの位置を示す信号）には、下方のテーブルの回転振動に起因した成分（ナノメータオーダの微小な成分）が重畳する。この微小な成分（下方のテーブルの回転振動）が重畳した位置信号を用いて浮上ステージを追従制御すると、下方のテーブルの回転振動に合わせて浮上ステージが追従制御されてしまい、浮上ステージの回転振動が増加する。また、浮上ステージを追従制御する際の駆動反力が下方のテーブルに作用するため、下方のテーブルの回転振動の更なる増加を招く。

【0010】

このように、特許文献１に開示された技術などの従来の技術には、単純な構成で浮上ステージを制御できるものの、下方のテーブルの回転振動に起因して浮上ステージの残留振動（浮上ステージの移動後に浮上ステージに残っている振動）が増加するという課題がある。浮上ステージの残留振動が増加すると、この残留振動が減衰するのを待つ時間が長くなり、ステージ装置のスループットの向上が困難である。

【0011】

本発明の目的は、下方のテーブルの回転振動に伴う浮上ステージ（上方のテーブル）の残留振動を低減できて、スループットの向上が可能なステージ装置と、このステージ装置を備える荷電粒子線装置と光学式検査装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明によるステージ装置は、ベースと、前記ベースの上を移動可能な第１のテーブルと、前記第１のテーブルの上を浮上して移動可能であり、第１部分と、前記第１部分よりも下方の第２部分とを有する第２のテーブルと、前記第２のテーブルの前記第１部分の位置を計測する第１の位置計測デバイスと、前記第２のテーブルの前記第２部分の位置を計測する第２の位置計測デバイスと、前記第２のテーブルを駆動するモータと、前記モータを制御するコンピュータとを備える。前記コンピュータは、前記第１の位置計測デバイスが計測した前記第１部分の位置についての情報と、前記第２の位置計測デバイスが計測した前記第２部分の位置についての情報とに基づいて、前記第２のテーブルを駆動する。

【0013】

本発明によるステージ装置は、ベースと、前記ベースの上を移動可能な第１のテーブルと、前記第１のテーブルの上を浮上して移動可能な第２のテーブルと、前記第１のテーブルに対する前記第２のテーブルの相対位置を計測する位置計測デバイスと、前記第２のテーブルを駆動するモータと、前記モータを制御するコンピュータとを備える構成を備えてもよい。前記第１のテーブルの回転振動の周波数が予め既知であり、前記コンピュータは、前記周波数についての情報を保存しており、前記コンピュータは、前記位置計測デバイスの計測値から前記周波数の成分を除去するフィルタ処理を行い、前記フィルタ処理が施された前記位置計測デバイスの計測値を用いて前記第２のテーブルを駆動する。

【0014】

本発明による荷電粒子線装置は、ステージ装置と、前記ステージ装置を収容したチャンバと、前記チャンバに設置され、荷電粒子線源を備える鏡筒とを備える。前記ステージ装置は、上記のステージ装置である。

【0015】

本発明による光学式検査装置は、ステージ装置と、前記ステージ装置を収容したチャンバと、前記チャンバに設置され、光源を備える鏡筒とを備える。前記ステージ装置は、上記のステージ装置である。

【発明の効果】

【0016】

本発明によると、下方のテーブルの回転振動に伴う浮上ステージ（上方のテーブル）の残留振動を低減できて、スループットの向上が可能なステージ装置と、このステージ装置を備える荷電粒子線装置と光学式検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】従来のスタック型のステージ装置の構成の例を示す図である。

【図2】従来の、浮上ステージを備えるスタック型のステージ装置の構成の例を示す図である。

【図3】浮上ステージであるＸテーブルの相対位置を計測する方法の例を示す図である。

【図4A】従来の、浮上ステージを備えるスタック型のステージ装置において、Ｙテーブルの回転振動がＸテーブルに与える影響の例を示す図である。

【図4B】本発明の実施例によるステージ装置において、Ｙテーブルに回転振動が生じたときの、Ｘテーブルの姿勢の例を示す図である。

【図5A】Ｘテーブルのみが駆動された場合の、Ｘテーブルの振動の波形の例を示す図である。

【図5B】ＸテーブルとＹテーブルが同時に駆動された場合の、Ｘテーブルの振動の波形の例を示す図である。

【図6】本発明の実施例１によるステージ装置の構成を示す図である。

【図7】Ｙテーブルの回転振動に対する、リニアスケールの計測値とレーザ干渉の計測値との周波数特性の違いを示す図である。

【図8】実施例１によるステージ装置が浮上ステージであるＸテーブルを移動させる処理のフローチャートを示す図である。

【図9A】コンピュータシステムがフィルタ処理を行う前のリニアスケールの計測値の例を示す図である。

【図9B】コンピュータシステムが行うフィルタ処理のフィルタ周波数特性の例を示す図である。

【図9C】コンピュータシステムがフィルタ処理を行った後のリニアスケールの計測値の例を示す図である。

【図10】本発明の実施例２によるステージ装置の構成を示す図である。

【図11】Ｙテーブルの回転振動の周波数についての情報を記録している振動周波数マップの例を示す図である。

【図12】実施例２によるステージ装置が浮上ステージであるＸテーブルを移動させる処理のフローチャートを示す図である。

【図13】本発明の実施例３によるステージ装置の構成を示す図である。

【図14】本発明の実施例４によるステージ装置の構成を示す図である。

【図15】本発明の実施例５による荷電粒子線装置または光学式検査装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明によるステージ装置は、２つのテーブルが上下方向に配置されたスタック型のステージ装置であって、少なくとも上方のテーブルが浮上ステージで構成されており、下方のテーブルの回転振動に伴う上方のテーブル（浮上ステージ）の振動（例えば、残留振動）を低減でき、スループットの向上が可能である。

【0019】

初めに、スタック型のステージ装置について、図面を参照して説明する。以下では、水平面内で互いに直交する方向をＸ方向とＹ方向とし、水平面に垂直な方向をＺ方向または高さ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を、それぞれＸ軸の方向、Ｙ軸の方向、及びＺ軸の方向と呼ぶこともある。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

【0020】

図１は、従来のスタック型のステージ装置の構成の例を示す図である。図１に示すステージ装置は、ＸＹステージとも呼ばれ、ベース１０６と、下方のテーブルであるＹテーブル１０４と、上方のテーブルであるＸテーブル１０２を備える。Ｘテーブル１０２は、上部にトップテーブル１０１を備える。

【0021】

ベース１０６は、Ｙテーブル１０４とＸテーブル１０２を支持する部材である。

【0022】

Ｙテーブル１０４は、リニアガイド１０５ｙとガイドキャリッジ１０３ｙを介して、ベース１０６の上部に位置する。Ｙテーブル１０４は、Ｙリニアモータ（図示せず）に駆動されて、ベース１０６の上をＹ方向（紙面に平行な方向）に移動可能である。Ｙリニアモータは、ベース１０６とＹテーブル１０４との間に配置され、Ｙテーブル１０４をＹ方向に移動させる推力を発生する。

【0023】

ベース１０６とＹテーブル１０４には、ベース１０６とＹテーブル１０４との相対位置を計測するためのリニアスケール（図示せず）が配置されている。このリニアスケールは、ベース１０６に対するＹテーブル１０４のＹ方向の相対変位量を計測する。

【0024】

Ｘテーブル１０２は、リニアガイド１０５ｘとガイドキャリッジ１０３ｘを介して、Ｙテーブル１０４の上部に位置する。Ｘテーブル１０２は、Ｘリニアモータ（図示せず）に駆動されて、Ｙテーブル１０４の上をＸ方向（紙面に垂直な方向）に移動可能である。Ｘリニアモータは、Ｙテーブル１０４とＸテーブル１０２との間に配置され、Ｘテーブル１０２をＸ方向に移動させる推力を発生する。

【0025】

Ｙテーブル１０４とＸテーブル１０２には、Ｙテーブル１０４とＸテーブル１０２との相対位置を計測するためのリニアスケール（図示せず）が配置されている。このリニアスケールは、Ｙテーブル１０４に対するＸテーブル１０２のＸ方向の相対変位量を計測する。

【0026】

トップテーブル１０１の上面には、半導体ウエハなどの対象物が載置される。Ｘテーブル１０２とＹテーブル１０４がＸＹ平面上を移動することで、半導体ウエハなどの対象物の位置を決めることができる。

【0027】

次に、浮上ステージを備えるスタック型のステージ装置と、下方のテーブルであるＹテーブル１０４の回転振動について説明する。

【0028】

図２は、従来の、浮上ステージを備えるスタック型のステージ装置の構成の例を示す図である。図２に示すステージ装置では、Ｙテーブル１０４は、図１に示した従来のステージ装置（ＸＹステージ）と同様に、リニアガイド１０５ｙとガイドキャリッジ１０３ｙを介してＹ方向に移動可能である。以下では、図２に示すステージ装置について、図１に示したステージ装置と異なる構成を主に説明する。

【0029】

Ｘテーブル１０２は、電磁気力による推力によって浮上力と推進力を得る浮上ステージである。Ｘテーブル１０２は、モータ２００によりＹ方向の推力を得て駆動される。モータ２００は、Ｙテーブル１０４に配置されたＹモータヨーク２０１と、Ｘテーブル１０２に配置されたＹモータコイル２０２を備え、Ｘテーブル１０２を移動させる。Ｘテーブル１０２は、モータ２００だけでなく、６軸方向に推力を発生する複数のモータ（図示せず）により駆動され、６自由度で姿勢が制御される。６軸方向とは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θｘ軸、θｙ軸、及びθｚ軸の方向である。θｘ軸、θｙ軸、及びθｚ軸は、それぞれＸ軸周り、Ｙ軸周り、及びＺ軸周りの方向である。

【0030】

浮上ステージであるＸテーブル１０２を駆動する複数のモータは、一般に、トップテーブル１０１の位置を高精度に定めることができるように、浮上ステージの駆動重心に推力を与えるように配置される。

【0031】

図２に示すようなステージ装置では、以下のようにして、Ｘテーブル１０２が駆動されたときと、Ｙテーブル１０４が駆動されたときに、Ｙテーブル１０４に回転振動が発生する。

【0032】

図２に示すステージ装置では、従来のＸＹステージ（図１）とは異なり、Ｘテーブル１０２は、Ｙ方向に推力が発生して駆動される。Ｘテーブル１０２が駆動されると、この推力の駆動反力２０３は、Ｙモータヨーク２０１を介してＹテーブル１０４に作用する。駆動反力２０３は、Ｙテーブル１０４の重心の高さ位置（高さ方向の位置）と異なる高さ位置に作用するので、Ｙテーブル１０４には、回転振動（特に、Ｘ軸周りの回転振動）が発生する。

【0033】

また、Ｙテーブル１０４を位置決めするためにＹテーブル１０４が駆動されると、Ｙテーブル１０４の駆動力２０４は、駆動反力２０３と互いに逆方向に作用するので、Ｙテーブル１０４には、Ｘ軸周りの回転モーメント２０５によってＸ軸周りの回転振動が発生する。

【0034】

図２には、Ｙテーブル１０４が、リニアガイド１０５ｙとガイドキャリッジ１０３ｙを介して移動する例を示している。Ｙテーブル１０４が浮上ステージである場合でも、スタック型のステージ装置では、上方のテーブル（Ｘテーブル１０２）と下方のテーブル（Ｙテーブル１０４）との間で重心の高さ位置が本質的に互いに異なるため、Ｙテーブル１０４には、図２に示した例と同様の回転振動が生じる。

【0035】

なお、Ｙテーブル１０４には、Ｙ軸周りの回転モーメントによってＹ軸周りの回転振動が発生したり、Ｚ軸周りの回転モーメントによってＺ軸周りの回転振動が発生したりすることもある。以下の説明では、代表例として、Ｙテーブル１０４に、Ｘ軸周りの回転モーメント２０５によってＸ軸周りの回転振動が発生する場合について説明する。

【0036】

図３は、浮上ステージであるＸテーブル１０２の相対位置を計測する方法の例を示す図である。図３には、一例として、光学式センサであるリニアスケール３００を用いて、Ｘテーブル１０２の位置を計測する方法を示している。なお、Ｘテーブル１０２の位置を計測するセンサには、リニアスケール３００以外の光学式センサや静電容量を用いた位置センサを用いてもよい。

【0037】

リニアスケール３００は、光を発する光源と、光源からの光を反射するスケール部３０２と、スケール部３０２で反射した光を読み取る受光部３０１を備える。図３に示すリニアスケール３００では、一例として、受光部３０１が光源を備えている。

【0038】

スケール部３０２は、Ｙテーブル１０４の上部（上面）に設置されている。受光部３０１は、Ｘテーブル１０２の下部（下面）に設置されている。このような配置により、リニアスケール３００は、Ｙテーブル１０４に対するＸテーブル１０２の相対的な位置を計測することができる。また、Ｘテーブル１０２は、Ｘテーブル１０２の６軸方向の姿勢を検出するための６個または６個以上のリニアスケール（図示せず）を備えることができる。リニアスケール３００の計測値は、Ｘテーブル１０２を駆動するためのフィードバック制御演算に用いられる。

【0039】

図４Ａは、従来の、浮上ステージを備えるスタック型のステージ装置において、Ｙテーブル１０４の回転振動がＸテーブル１０２に与える影響の例を示す図である。

【0040】

Ｙテーブル１０４に回転振動が生じると、リニアスケール３００の計測値にＹテーブル１０４の回転振動の成分が重畳する。この計測値を用いて浮上ステージであるＸテーブル１０２を追従制御すると、Ｘテーブル１０２は、Ｙテーブル１０４との相対的な変位量がゼロになるようにフィードバック制御されるため、Ｘテーブル１０２には、Ｙテーブル１０４の回転振動に追従して回転振動が生じる。この回転振動は、図４Ａに示すようにＸテーブル１０２を水平面４００に対して傾かせて、Ｘテーブル１０２の位置決め精度を低下させるので、振動（残留振動）が減衰するまでの時間が待ち時間となってステージ装置のスループットを低下させる。

【0041】

図４Ｂは、本発明の実施例によるステージ装置において、Ｙテーブル１０４に回転振動が生じたときの、Ｘテーブル１０２の姿勢の例を示す図である。本発明の実施例によるステージ装置では、以下に説明するように、Ｙテーブル１０４に回転振動が生じた場合でも、この回転振動の影響を低減することができるので、Ｘテーブル１０２が理想的な姿勢（例えば、図４Ｂに示すようなＸテーブル１０２が水平面４００に平行な姿勢）を維持できて、ステージ装置のスループットを向上させることができる。

【0042】

図５Ａと図５Ｂは、浮上ステージであるＸテーブル１０２の振動の波形の例を示す図である。

【0043】

図５Ａには、Ｘテーブル１０２のみが駆動された場合の、Ｘテーブル１０２の振動の波形の例を示している。Ｘテーブル１０２だけが駆動されているため、駆動反力２０３（図２）のみがＹテーブル１０４に作用する。Ｘテーブル１０２には、駆動反力２０３のみによって発生したＹテーブル１０４の回転振動により、図５Ａに示すような振動が生じる。

【0044】

図５Ｂには、Ｘテーブル１０２とＹテーブル１０４が同時に駆動された場合の、Ｘテーブル１０２の振動の波形の例を示している。この場合は、Ｙテーブル１０４に駆動力２０４（図２）が作用してＸ軸周りの回転モーメント２０５が発生するので、Ｙテーブル１０４の回転振動は、Ｘテーブル１０２のみを駆動した場合よりも増加する。従って、図５Ｂに示すように、Ｘテーブル１０２には、図５Ａに示した振動よりも大きな振動が生じる。

【0045】

すなわち、Ｘテーブル１０２とＹテーブル１０４を同時に駆動すると、Ｘテーブル１０２のみを駆動した場合よりも、Ｙテーブル１０４の回転振動によるＸテーブル１０２の振動は、増大する。

【0046】

以下では、本発明の実施例によるステージ装置と荷電粒子線装置と光学式検査装置について、図面を参照して説明する。

【実施例0047】

図６は、本発明の実施例１によるステージ装置の構成を示す図である。本実施例によるステージ装置は、浮上ステージを備えるスタック型のステージ装置である。以下では、本実施例によるステージ装置について、図２に示した従来のステージ装置と異なる構成を主に説明する。

【0048】

本実施例によるステージ装置は、Ｘテーブル１０２の第１部分の位置を計測する第１の位置計測デバイスと、Ｘテーブル１０２の第２部分の位置を計測する第２の位置計測デバイスと、コンピュータシステム６０１を備える。Ｘテーブル１０２の第１部分とは、トップテーブル１０１の上面である。すなわち、Ｘテーブル１０２の第１部分の位置は、トップテーブル１０１に載置された対象物（例えば、半導体ウエハなど）の位置に近い位置であり、Ｘテーブル１０２の回転中心６０４よりも上方の位置である。Ｘテーブル１０２の第２部分とは、Ｘテーブル１０２において、第１部分よりも下方で、Ｘテーブル１０２の回転中心６０４よりも下方の部分である。Ｘテーブル１０２の回転中心６０４は、Ｘテーブル１０２が浮上しているときの回転中心である。

【0049】

第１の位置計測デバイスは、例えばレーザ干渉計６００である。レーザ干渉計６００は、レーザ光６０３を照射する光源６０５と、トップテーブル１０１の上面に設置された反射ミラー６０２を備える。レーザ干渉計６００は、光源６０５から照射されたレーザ光６０３と反射ミラー６０２によるレーザ光６０３の反射光との干渉に基づいて、Ｘテーブル１０２のＹ方向とＺ方向の位置を計測する。なお、図６には、レーザ干渉計６００がＸテーブル１０２のＹ方向の位置を計測するための構成を示しているが、レーザ干渉計６００は、Ｘテーブル１０２のＸ方向の位置を計測するための構成（例えば、図示していない反射ミラー）を備えて、Ｘテーブル１０２のＸ方向とＺ方向の位置を計測することができる。

【0050】

レーザ干渉計６００を用いることにより、トップテーブル１０１に載置された対象物（例えば、半導体ウエハなど）の位置に近い位置での計測が可能であり、対象物を載置するＸテーブル１０２の位置をアッベ誤差の少ない高精度で計測することができる。なお、第１の位置計測デバイスとして、レーザ干渉計６００の代わりに、トップテーブル１０１上に配置された平面スケールを用いることもできる。

【0051】

第２の位置計測デバイスは、例えばリニアスケール３００である。リニアスケール３００は、Ｙテーブル１０４に対するＸテーブル１０２の相対位置を計測する。

【0052】

コンピュータシステム６０１は、コンピュータで構成された装置であり、ステージ装置に関する演算と制御などを実行する。例えば、コンピュータシステム６０１は、モータ２００を制御することで、Ｘテーブル１０２を移動させる。コンピュータシステム６０１は、レーザ干渉計６００が計測したＸテーブル１０２の位置についての情報と、リニアスケール３００が計測したＸテーブル１０２の位置についての情報を用いてフィードバック制御演算を行い、モータ２００を駆動することで、Ｘテーブル１０２の浮上力や推進力を発生させ、Ｘテーブル１０２を制御する。

【0053】

Ｘテーブル１０２は、浮上ステージであり、コンピュータシステム６０１により制御されて移動したり姿勢を変更したりする。Ｘテーブル１０２は、浮上しているときに、Ｙテーブル１０４の回転振動に合わせて追従制御され、回転振動を起こすことがある。この回転振動の中心が、Ｘテーブル１０２の回転中心６０４である。

【0054】

第１の位置計測デバイスであるレーザ干渉計６００は、Ｘテーブル１０２の第１部分の位置を計測する。第２の位置計測デバイスであるリニアスケール３００は、Ｘテーブル１０２の第２部分の位置を計測する。すなわち、レーザ干渉計６００は、Ｘテーブル１０２の回転中心６０４よりも上方の部分の位置を計測するように設置され、リニアスケール３００はＸテーブル１０２の回転中心６０４よりも下方の部分の位置を計測するように設置されている。

【0055】

本実施例によるステージ装置は、このような、レーザ干渉計６００とリニアスケール３００とが高さ方向においてＸテーブル１０２の回転中心６０４に対して互いに反対の位置にある構成により、Ｙテーブル１０４に回転振動が発生した場合に、Ｘテーブル１０２の振動をレーザ干渉計６００とリニアスケール３００とで互いに逆位相で計測可能である。すなわち、本実施例によるステージ装置では、レーザ干渉計６００の計測値の符号と、リニアスケール３００の計測値の符号とが、互いに逆に変化する。

【0056】

コンピュータシステム６０１は、図７を用いて後述する方法を用いて、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数を算出する。本実施例によるステージ装置は、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数を、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）を用いてリアルタイムに高速に算出してもよく、コンピュータシステム６０１以外のコンピュータシステムを用いてオフラインで算出してもよい。

【0057】

Ｙテーブル１０４の回転振動によるＸテーブル１０２の振動を防止する方法として、例えば、リニアスケール３００の計測値（Ｙテーブル１０４に対するＸテーブル１０２の相対的な位置の信号）からＹテーブル１０４の回転振動の周波数成分を除去するフィルタ処理を行う方法がある。このフィルタ処理の計算には、コンピュータシステム６０１がデジタル処理で実行してもよく、ＦＰＧＡを用いて実行してもよい。

【0058】

コンピュータシステム６０１は、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数成分を除去した位置信号（リニアスケール３００の計測値）を用いてＸテーブル１０２を制御することで、Ｙテーブル１０４の回転振動によるＸテーブル１０２への影響を低減することが可能である。すなわち、コンピュータシステム６０１は、Ｙテーブル１０４の回転振動に伴うＸテーブル１０２（浮上ステージ）の残留振動を低減することができる。

【0059】

また、Ｙテーブル１０４の回転振動によるＸテーブル１０２への影響を低減する他の方法として、次のような方法がある。すなわち、コンピュータシステム６０１は、Ｘテーブル１０２のモータ２００に対して、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数成分を相殺する駆動信号を算出し、この駆動信号をモータ２００に与えてＸテーブル１０２を駆動してもよい。コンピュータシステム６０１は、この駆動信号をモータ２００に与えることにより、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数成分が除去された信号でＸテーブル１０２を制御することができる。

【0060】

図７は、Ｙテーブル１０４の回転振動に対する、リニアスケール３００の計測値とレーザ干渉計６００の計測値との周波数特性の違いを示す図である。図７を用いて、コンピュータシステム６０１がＹテーブル１０４の回転振動の周波数を算出する方法について説明する。

【0061】

スケール振動特性７０１は、リニアスケール３００を用いて計測したＸテーブル１０２の振動の周波数特性である。スケール振動特性７０１は、リニアスケール３００の計測信号、すなわちリニアスケール３００が計測したＸテーブル１０２の位置の時間変化（振幅）を周波数領域へ変換することで、求めることができる。

【0062】

レーザ振動特性７０２は、レーザ干渉計６００を用いて計測したＸテーブル１０２の振動の周波数特性である。レーザ振動特性７０２は、レーザ干渉計６００の計測信号、すなわちレーザ干渉計６００が計測したＸテーブル１０２の位置の時間変化（振幅）を周波数領域へ変換することで、求めることができる。

【0063】

リニアスケール３００は、Ｙテーブル１０４を基準にしてＸテーブル１０２の位置を計測する。このため、リニアスケール３００の計測値、すなわちスケール振動特性７０１には、Ｙテーブル１０４の回転振動の情報が豊富に含まれている。一方、レーザ干渉計６００は、Ｘテーブル１０２の位置を、Ｙテーブル１０４を基準にせずに直接計測する。このため、レーザ干渉計６００の計測値、すなわちレーザ振動特性７０２には、Ｙテーブル１０４の回転振動の情報があまり含まれていない。

【0064】

従って、スケール振動特性７０１は、レーザ振動特性７０２よりも振動の振幅が大きい。スケール振動特性７０１の振幅は、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数で最も大きくなると考えられる。

【0065】

また、上述したように、本実施例によるステージ装置では、Ｙテーブル１０４に回転振動が発生した場合に、レーザ干渉計６００とリニアスケール３００とが互いに逆位相でＸテーブル１０２の振動を検出する。すなわち、レーザ干渉計６００の計測値の符号とリニアスケール３００の計測値の符号とが互いに逆に変化し、スケール振動特性７０１とレーザ振動特性７０２とは、図７に示すように互いに逆位相の関係にある。

【0066】

以上のことから、コンピュータシステム６０１は、スケール振動特性７０１とレーザ振動特性７０２とが互いに逆位相の関係（レーザ干渉計６００の計測信号とリニアスケール３００の計測信号とが互いに逆位相の関係）にあって、かつスケール振動特性７０１の振幅が最も大きい周波数を、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３とすることができる。

【0067】

コンピュータシステム６０１は、例えばフーリエ変換などを用いて、Ｙテーブル１０４に回転振動が発生した場合の、Ｘテーブル１０２の振動の位相と、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３を求めることができる。具体的には、コンピュータシステム６０１は、リニアスケール３００の計測値の信号とレーザ干渉計６００の計測値の信号に対してフーリエ変換を実施して、図７に示すようなＸテーブル１０２の振動の周波数特性（スケール振動特性７０１とレーザ振動特性７０２）を求め、スケール振動特性７０１とレーザ振動特性７０２の位相と振幅を算出することで、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３を算出することができる。

【0068】

なお、以上の説明では、Ｙテーブル１０４にＸ軸周りの回転振動（図２）が発生した場合について説明したが、Ｙテーブル１０４にＹ軸周りの回転振動やＺ軸周りの回転振動が発生した場合にも、同様にしてＹテーブル１０４の回転振動の周波数７０３を算出することができる。

【0069】

Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３の算出には、フーリエ変換を用いる方法だけでなく、制御対象であるＸテーブル１０２の周波数特性を計測する方法や、振動の伝達関数モデルを用いてモデル出力と位置検出信号とを一致させるように周波数を同定する方法や、人口知能（ＡＩ）を用いて学習的に算出する方法などを用いてもよい。

【0070】

図８は、本実施例によるステージ装置が浮上ステージであるＸテーブル１０２を移動させる処理のフローチャートを示す図である。

【0071】

処理Ｓ８０１では、コンピュータシステム６０１は、トップテーブル１０１に載置された対象物（例えば、半導体ウエハ）上の指定された座標を基に、Ｘテーブル１０２を移動させる位置の座標（目標座標）を決定する。対象物上の指定された座標とは、例えば、ステージ装置のユーザやステージ装置に接続された装置によって指定された座標であり、対象物におけるユーザが観察したい位置の座標のうちの１つとすることができる。

【0072】

処理Ｓ８０２では、コンピュータシステム６０１は、Ｘテーブル１０２の現在の座標と目標座標に基づいてモータ２００の駆動指令を作成し、モータ２００を駆動させてＸテーブル１０２の移動を開始する。

【0073】

処理Ｓ８０３では、コンピュータシステム６０１は、移動中のＸテーブル１０２の位置をリニアスケール３００で計測する。リニアスケール３００がＸテーブル１０２の６軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の並進方向と、θｘ軸、θｙ軸、及びθｚ軸の回転方向）について計測すると、コンピュータシステム６０１は、Ｘテーブル１０２の６軸方向の位置と姿勢を算出することができる。

【0074】

処理Ｓ８０４では、コンピュータシステム６０１は、図７を用いて説明した方法に従って、レーザ干渉計６００の計測値とリニアスケール３００の計測値を用いて、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３を導出する。

【0075】

処理Ｓ８０５では、コンピュータシステム６０１は、リニアスケール３００の計測値に対してフィルタ処理を行い、リニアスケール３００の計測値（Ｘテーブル１０２の位置を示す信号）から、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３の成分を除去する。このフィルタ処理については、図９を用いて後述する。なお、コンピュータシステム６０１は、フィルタ処理を、６軸方向のうち１軸（例えばＹ軸）方向だけのリニアスケール３００の計測値に対して行ってもよく、６軸方向全てのリニアスケール３００の計測値に対して行ってもよい。

【0076】

処理Ｓ８０６では、コンピュータシステム６０１は、Ｘテーブル１０２を駆動するモータ２００の駆動指令を生成する。コンピュータシステム６０１は、フィルタ処理が施されたリニアスケール３００の計測値から、フィードバック制御方法を用いて、Ｘテーブル１０２を６軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の並進方向と、θｘ軸、θｙ軸、及びθｚ軸の回転方向）のうち少なくとも１軸方向に駆動するモータ２００の駆動指令を計算する。フィードバック制御の計算には、例えば、ＰＩＤ制御などの既存の制御則を用いることができる。このようにして、コンピュータシステム６０１は、Ｘテーブル１０２を移動させるときの、Ｘテーブル１０２の並進距離と回転角度の少なくとも一方を求めることができる。

【0077】

処理Ｓ８０７では、コンピュータシステム６０１は、生成した駆動指令を基にモータ２００を駆動して、Ｘテーブル１０２の位置と姿勢を制御してＸテーブル１０２を移動させる。

【0078】

処理Ｓ８０３から処理Ｓ８０７は、Ｘテーブル１０２の移動中に周期的に実施される。

【0079】

処理Ｓ８０８では、コンピュータシステム６０１は、Ｘテーブル１０２が目標座標に到達している場合に、Ｘテーブル１０２の移動を完了する。Ｘテーブル１０２の移動が完了したら、例えば、対象物（例えば、半導体ウエハ）の観察などの対象物についての処理が実行される。

【0080】

処理Ｓ８０９では、コンピュータシステム６０１は、対象物についての処理が終了したか否かを判定する。コンピュータシステム６０１は、例えば、ステージ装置のユーザやステージ装置に接続された装置を介して提供された情報を基に、対象物についての処理が終了したか否かを判定することができる。対象物についての処理が終了していなければ、処理Ｓ８０１に戻る。

【0081】

以下では、図９Ａから図９Ｃを参照して、図８に示したフローチャートの処理Ｓ８０５で実行するフィルタ処理について説明する。上述したように、コンピュータシステム６０１は、リニアスケール３００の計測値（Ｘテーブル１０２の位置を示す信号）から、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３の成分を除去するフィルタ処理を行う。

【0082】

図９Ａは、コンピュータシステム６０１がフィルタ処理を行う前のリニアスケール３００の計測値の例を示す図である。リニアスケール３００が計測したＸテーブル１０２の位置は、Ｘテーブル１０２の回転振動に、Ｙテーブル１０４の回転振動に起因した微小な振動成分が重畳した波形で表される。

【0083】

図９Ｂは、コンピュータシステム６０１が行うフィルタ処理のフィルタ周波数特性９０２の例を示す図である。フィルタ周波数特性９０２は、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３と、回転振動の周波数７０３の幅９０１を用いて定めることができる。回転振動の周波数７０３の幅９０１は、任意に定めることができる。フィルタ周波数特性９０２は、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３の近傍の周波数成分（幅９０１で定められる周波数成分）を低減する特性を持つ。このようなフィルタ周波数特性９０２を持つデジタルフィルタとして、既存の任意のフィルタ、例えばノッチフィルタを用いることができる。

【0084】

図９Ｃは、コンピュータシステム６０１がフィルタ処理を行った後のリニアスケール３００の計測値の例を示す図である。コンピュータシステム６０１は、図９Ａに示すリニアスケール３００の計測値に対し、図９Ｂに示すフィルタ周波数特性９０２を持つフィルタ処理を行うことで、リニアスケール３００の計測値からＹテーブル１０４の回転振動の周波数７０３の成分を除去する。図９Ｃに示すリニアスケール３００の計測値では、図９Ａに見られる、Ｙテーブル１０４の回転振動に起因した微小な振動成分が除去されており、Ｘテーブル１０２の回転振動に起因する振動成分だけが残っている。

【0085】

コンピュータシステム６０１は、図９Ｃに示すようなフィルタ処理が施されたリニアスケール３００の計測値に基づいて、Ｘテーブル１０２を移動させる（図８の処理Ｓ８０６、処理Ｓ８０７）。このため、本実施例によるステージ装置は、Ｙテーブル１０４の回転振動の影響を低減することができ、Ｘテーブル１０２の位置と姿勢の制御を精度良く行うことができるとともにＸテーブル１０２の残留振動を低減できて、スループットを向上させることができる。

【実施例0086】

本発明の実施例２によるステージ装置について説明する。以下では、本実施例によるステージ装置について、実施例１によるステージ装置と異なる点を主に説明する。

【0087】

本実施例では、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３は、事前の計測や構造解析から既知である。Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３は、打撃試験や振動モードの測定などにより実測する方法や、３次元解析ツールなどを用いて計算する方法で、予め求めることができる。

【0088】

本実施例によるステージ装置は、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３が予め既知であるので、レーザ干渉計６００によるＸテーブル１０２の第１部分の位置の計測を省略することができる。Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３についての情報は、コンピュータシステム６０１が保存している。コンピュータシステム６０１は、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３が記録された振動周波数マップを保存することもできる。

【0089】

図１０は、本実施例によるステージ装置の構成を示す図である。本実施例によるステージ装置は、実施例１によるステージ装置（図６）と同様の構成を備えるが、レーザ干渉計６００（反射ミラー６０２、光源６０５）を備えない点が実施例１によるステージ装置と異なる。

【0090】

図１１は、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３についての情報を記録している振動周波数マップ１１０１の例を示す図である。ステージ装置では、ステージ座標（Ｙテーブル１０４上での座標）に応じて、ステージ（Ｙテーブル１０４）の荷重や姿勢が変化し、回転振動の周波数７０３が変化することが考えられる。そこで、回転振動の周波数７０３をステージ座標ごとに振動周波数マップ１１０１に記録し、フィルタ処理で除去する回転振動の周波数７０３の成分をステージ座標に応じて変えてもよい。

【0091】

図１１には、一例として、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３がステージ座標ごとに記録されている振動周波数マップ１１０１の例を示している。図１１に示す例では、振動周波数マップ１１０１は、対象物である半導体ウエハの形状を反映して円形である。なお、図１１では、振動周波数マップ１１０１をＸ軸とＹ軸の二次元で表しているが、振動周波数マップ１１０１は、Ｚ軸、θｘ軸、θｙ軸、及びθｚ軸などの方向も用いて多次元的に表すこともできる。

【0092】

図１２は、本実施例によるステージ装置が浮上ステージであるＸテーブル１０２を移動させる処理のフローチャートを示す図である。

【0093】

処理Ｓ１２０１から処理Ｓ１２０３までは、図８に示した処理Ｓ８０１から処理Ｓ８０３までと同じである。

【0094】

処理Ｓ１２０４では、コンピュータシステム６０１は、実施例１で図８に示した処理Ｓ８０５と同様に、リニアスケール３００の計測値に対してフィルタ処理を行い、リニアスケール３００の計測値（Ｘテーブル１０２の位置を示す信号）から、Ｙテーブル１０４の回転振動の周波数７０３の成分を除去する。但し、コンピュータシステム６０１は、予め求められたＹテーブル１０４の回転振動の周波数７０３を保存しているので、保存しているＹテーブル１０４の回転振動の周波数７０３を用いて、実施例１と同様のフィルタ処理を行う。フィルタ処理で除去する回転振動の周波数７０３の成分をステージ座標に応じて変える場合には、コンピュータシステム６０１は、振動周波数マップ１１０１に記録されている情報を用いる。

【0095】

処理Ｓ１２０５から処理Ｓ１２０８までは、図８に示した処理Ｓ８０６から処理Ｓ８０９までと同じである。

【0096】

本実施例によるステージ装置は、実施例１によるステージ装置と同様に、Ｙテーブル１０４の回転振動の影響を低減することができ、Ｘテーブル１０２の位置と姿勢の制御を精度良く行うことができるとともにＸテーブル１０２の残留振動を低減できて、スループットを向上させることができる。