特開 2023-167730 ステージ装置、荷電粒子線装置及び真空装置

(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】P2023167730

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】ステージ装置、荷電粒子線装置及び真空装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20231116BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20231116BHJP

   G12B 5/00 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

H01J37/20 D

H01J37/28 B

G12B5/00 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022079130

(22)【出願日】2022-05-13

(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】高橋 宗大

(72)【発明者】

【氏名】水落 真樹

(72)【発明者】

【氏名】加藤 孝宜

(72)【発明者】

【氏名】西岡 明

【テーマコード（参考）】

2F078

5C101

【Ｆターム（参考）】

2F078CA01

2F078CA08

2F078CB05

2F078CB13

2F078CC04

2F078CC13

2F078CC14

2F078CC16

5C101AA03

5C101BB04

5C101FF02

5C101FF48

5C101FF56

5C101GG19

(57)【要約】

【課題】姿勢誤差の抑制が可能でかつ高速の位置決めが可能なステージ装置並びにこれを用いた荷電粒子線装置及び真空装置を提供する。
【解決手段】位置決めの対象物を設置する試料設置部と、試料設置部の鉛直方向の変位を計測するために用いるスケール板と、スケール板を支持する下軸テーブルと、を備えるステージ装置であって、スケール板と下軸テーブルとの間には、自由な支持部が設けられている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

位置決めの対象物を設置する試料設置部と、
前記試料設置部の鉛直方向の変位を計測するために用いるスケール板と、
前記スケール板を支持する下軸テーブルと、を備え、
前記スケール板と前記下軸テーブルとの間には、自由な支持部が設けられている、ステージ装置。

【請求項2】

前記スケール板を固定するスケールトレイを更に備え、
前記下軸テーブルと前記スケールトレイとの間には、自由なスケールトレイ支持部が設けられている、請求項１記載のステージ装置。

【請求項3】

前記スケールトレイは、前記スケールトレイの長手方向に間隔を設けて配置された二つの前記スケールトレイ支持部により支持される、請求項２記載のステージ装置。

【請求項4】

前記スケールトレイ支持部は、弾性支持部材である、請求項２記載のステージ装置。

【請求項5】

前記スケールトレイ支持部は、前記下軸テーブルの中立軸に設置されている、請求項２記載のステージ装置。

【請求項6】

前記スケールトレイは、断面が上側開放のコの字形状であり、
前記スケール板は、前記スケールトレイの凹部の側壁面に固定されている、請求項２記載のステージ装置。

【請求項7】

前記スケールトレイは、減衰材料で形成されている、請求項２記載のステージ装置。

【請求項8】

前記弾性支持部材は、断熱材料で形成されている、請求項４に記載のステージ装置。

【請求項9】

前記試料設置部を支持する上軸テーブルを更に備え、
前記上軸テーブルは、磁気浮上が可能な構成を有する、請求項１記載のステージ装置。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載のステージ装置を有する、荷電粒子線装置。

【請求項11】

請求項１～９のいずれか一項に記載のステージ装置を有する、真空装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ステージ装置、荷電粒子線装置及び真空装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体関連装置のためのデバイスステージおよびウエハを正確に位置決めして支持するためのステージに関する技術が知られている。

【0003】

特に、真空内のステージでは、磁気浮上案内を適用することで非接触支持と六軸制御とにより位置決め精度が向上する。磁気浮上案内では、直進方向Ｘ軸の位置計測に加えて、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置と三軸周りの回転角度Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚの姿勢の五軸方向の位置・姿勢とを計測し制御することが必要となる。

【0004】

特許文献１には、試料ステージの位置を検出する第１の位置検出装置が検出可能なステージ移動範囲の一部に、試料ステージが位置するときに、第２の位置検出装置により試料ステージの位置を検出し、第２の位置検出装置によって得られる位置検出結果に基づいて、第１の位置検出装置のオフセット量を調整するステージ装置を用いることにより、ミラーの小型化と、高精度な位置検出の両立を可能とすることが開示されている。ここで、第１の位置検出装置については、テーブル上にミラーが配置され、試料室の側面にレーザ干渉計が配置された例が示されている。また、第２の位置検出装置については、テーブル上に絶対スケールが配置され、試料室に絶対スケール検出器が配置された例が示されている。第２の位置検出装置は、試料ステージが配置されるベースと試料ステージの距離の絶対量を計測する絶対位置検出装置である。ベース上には、２つのＹリニアガイドを介してＹ方向に自由に移動できるＹテーブルが配置され、Ｙテーブル上には、２つのＸリニアガイドを介してＸ方向に自由に移動できるＸテーブルが配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５－１６２３９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

半導体ウエハの製造、測定、検査などの工程では、半導体ウエハの正確な位置決めを行うために、特許文献１などに記載のステージ装置が用いられる。このようなステージ装置においては、ナノメートルスケールの高い位置精度が求められる。

【0007】

特に、案内要素を非接触化する磁気浮上ステージでは、リニアスケールを用いて位置決めを行う。しかしながら、スケール板を設置するＹテーブル（下軸テーブル）の熱変形などによる湾曲によって、位置基準であるスケール板が曲がり、浮上テーブルの姿勢誤差が発生する場合がある。

【0008】

特許文献１に記載のステージ装置のように下軸テーブルにスケール板を設置する場合には、Ｘテーブル（上軸テーブル）すなわち浮上軸に姿勢誤差が発生することが問題となる。特に、スループットを向上するためにステージの移動速度を上げる場合、モータ発熱や摩擦熱が増大し、テーブルの熱変形が増大する。すなわち、下軸テーブルの熱変形による姿勢誤差がより顕著になる。

【0009】

この問題の対応策として、スケール板が変位可能となるようにばね等によって下軸テーブルに支持することにより、熱変形が他の部品に伝わりにくくすることが考えられる。しかしながら、ばね部でスケール板の支持剛性が低下するため、スケール板の振動が新たな課題となる。

【0010】

また、下軸ガイドの転動体移動などによる歪みや、気圧変動による試料室の変形によっても下軸テーブルの変形が発生し、スケール板が変形することも課題となる。

【0011】

本開示の目的は、姿勢誤差の抑制が可能でかつ高速の位置決めが可能なステージ装置並びにこれを用いた荷電粒子線装置及び真空装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示のステージ装置は、位置決めの対象物を設置する試料設置部と、試料設置部の鉛直方向の変位を計測するために用いるスケール板と、スケール板を支持する下軸テーブルと、を備え、スケール板と下軸テーブルとの間には、自由な支持部が設けられている。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、姿勢誤差の抑制が可能でかつ高速の位置決めが可能なステージ装置並びにこれを用いた荷電粒子線装置及び真空装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ステージの構成を示す側面図である。

【図2】従来のステージの構成例を示す斜視図である。

【図3】従来のステージにおける熱変形を示す模式側面図である。

【図4】アッベ誤差の発生原理を説明するための模式側面図である。

【図5】実施形態のステージ装置の例を示す斜視図である。

【図6】図５のスケールトレイ５０１を示す斜視図である。

【図7】図５のＸテーブル５１１を示す斜視図である。

【図8A】図５のスケールトレイ５０１及びＸテーブル５１１を組み合わせた状態を示す正面図である。

【図8B】図５のスケールトレイ５０１及びＸテーブル５１１を組み合わせた状態を示す上面図である。

【図9】実施形態における六軸計測のためのスケール板及びヘッドの配置の例を示す斜視図である。

【図10】実施形態のスケールトレイ構造のＸＺ平面での断面図である。

【図11】実施形態のスケールトレイ構造のＹＺ平面での断面図である。

【図12】スケールトレイの弾性支持部の詳細構造の例を示す斜視図である。

【図13】試料室の変形例を示す斜視図である。

【図14】実施形態の半導体計測装置を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示の実施形態に係るステージ装置、荷電粒子線装置および真空装置について、図面を参照して説明する。ここで、真空装置とは、装置の所定部分を減圧状態に保つように構成されているものをいい、半導体計測装置を含む。

【0016】

図１は、ステージの構成を示す側面図である。

【0017】

本図に示すように、ステージ装置１０４は、テーブル１０１と、ベース１０２と、リニアガイド１０３と、を有する。ベース１０２の上には、リニアガイド１０３が固定されている。テーブル１０１の下面には、キャリッジ１５０が設けられている。キャリッジ１５０は、リニアガイド１０３に設置されている。この構成により、テーブル１０１は、図面に垂直な方向であるＸ軸方向に移動可能となっている。

【0018】

図２は、従来のステージの構成例を示す斜視図である。

【0019】

本図においては、Ｙ軸の上にＸ軸が設置されるスタック型のＸＹステージを示している。本図に示すＸＹステージは、図１の一軸のステージを二段重ねにした構成であり、図１のベース１０２が図２のベース２０３に相当する。

【0020】

Ｘテーブル２０１は、Ｙテーブル２０２に対してＸ軸方向に移動可能に設置されている。Ｙテーブル２０２は、ベース２０３に対してＹ軸方向に移動可能に設置されている。これにより、ＸＹ平面内における位置決めが可能である。

【0021】

上軸のＸ軸は、磁気浮上案内を適用しており、Ｘテーブル２０１は、Ｙテーブル２０２に対して非接触に支持されている。

【0022】

磁気浮上ステージでは、浮上部の六軸の位置・姿勢計測が必要である。このため、６個のリニアスケールによって、その位置と姿勢が計測される。リニアスケールは、スケール板とスケールヘッドとの相対変位を計測する位置センサである。スケール板は、ガラスの長尺の板であり、一般的にはステージの固定側に設置される。また、スケールヘッドは、ステージの可動側に設置される。

【0023】

Ｘテーブル２０１の下面部には、スケールヘッド２０５が設置されている。Ｙテーブル２０２の上面部には、スケール板２０４が設置されている。スケール板２０４及びスケールヘッド２０５はいずれも、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を計測するために用いるものである。これにより、Ｘテーブル２０１とＹテーブル２０２とのＸ軸方向及びＹ軸方向についての相対位置変化を計測することができる。

【0024】

また、Ｙテーブル２０２の一方の側面部には、スケール板２０６が設置されている。ベース２０３の上面部には、スケールヘッド２０７が設置されている。スケールヘッド２０７は、Ｘテーブル２０１の一方の支持部に設置されている。スケール板２０６とスケールヘッド２０７とは、対向するように配置されている。同様に、Ｙテーブル２０２の反対側の側面部には、スケール板２０８が設置されている。ベース２０３の上面部には、スケールヘッド２０９が設置されている。スケールヘッド２０９は、Ｘテーブル２０１の他方の支持部に設置されている。スケール板２０８とスケールヘッド２０９とは、対向するように配置されている。スケール板２０６、２０８及びスケールヘッド２０７、２０９はいずれも、Ｚ軸方向の位置を計測するために用いるものである。これにより、Ｘテーブル２０１とＹテーブル２０２とのＺ軸方向についての相対位置変化を計測することができる。また、スケールヘッド２０７及びスケールヘッド２０９の計測値の差を計算することにより、Ｘ軸周りの回転方向の姿勢変化を計測することもできる。

【0025】

図３は、図２の従来のステージにおける熱変形を示す模式側面図である。

【0026】

図３においては、Ｙテーブル２０２の熱変形によりＸテーブル２０１の姿勢変化が発生している。

【0027】

ステージを高速で駆動すると、モータ発熱が増大し、テーブルの熱変形が発生する。特に、スケール板２０６が設置されているＹテーブル２０２の温度上昇が起こると、Ｙテーブル２０２がＺ軸方向（上方）に凸になるような熱変形が発生する。これは、Ｙテーブル２０２がリニアガイド３０６により底面の一部が拘束された状態で、Ｙテーブル２０２がＸ軸方向に熱膨張することによる。これにより、スケール板２０６も上に凸に弓なりに反ることになる。

【0028】

Ｘテーブル２０１のＹ軸周りの姿勢は、Ｚ軸方向の位置を計測するために用いるスケールヘッド３０２、３０３のそれぞれとスケール板２０６とのＺ軸方向の距離を計測することにより検出する。スケール板２０６が反ると、Ｘテーブル２０１に傾きが生じる。また、Ｘテーブル２０１の位置は、レーザ干渉計により、バーミラー３０５にレーザ光軸３０１を照射して計測される。

【0029】

試料３０４の上面とバーミラー３０５のレーザ光軸３０１の照射点とは、高さの差があるため、後述するアッベ誤差が発生する。このように、スケール支持部の熱変形に伴うスケール板２０６の変形により、位置決め精度が低下する。

【0030】

下軸ガイドの転動体の移動などによる歪みや、気圧変動による試料室の変形によっても、同様の現象が生じ得る。

【0031】

つぎに、アッベ誤差とその発生原理を説明する。

【0032】

図４は、アッベ誤差の発生原理を説明するための模式側面図である。

【0033】

本図においては、テーブルと試料とミラーとを一つの剛体として、直方体４０１としてモデル化している。レーザ光軸と試料観察点との高さの差をＡとし、テーブルの傾きをφとすると、テーブルが傾くことによる観察点の位置ずれＤは、Ｄ＝Ａ・φと表される。

【0034】

上記の高さの差Ａを「アッベオフセット」、位置ずれＤを「アッベ誤差」と呼ぶ。荷電粒子線装置の場合で考えると、測定及び観察の対象である直方体４０１の上面にある観察目標点４０５に当たるべき電子ビーム４０７のビーム照射点４０６がアッベ誤差Ｄの分だけずれて、視野ずれδが発生する。

【0035】

図５は、本実施形態のステージ装置の例を示す斜視図である。

【0036】

本図に示すステージ装置は、スケール支持構造であるスケールトレイ構造を有する。

【0037】

本図においては、ステージ装置は、下から順に、ベース２０３と、Ｙテーブル５０２と、スケールトレイ５０１と、Ｘテーブル５１１と、を有する。Ｙテーブル５０２は、断面が上側開放のコの字形状であり、その凹部にスケールトレイ５０１が設置されている。スケールトレイ５０１も、同様に、断面が上側開放のコの字形状である。スケールトレイ５０１の凹部には、スケール板２０４、２０６、２０８が集約して固定されている。スケール板２０４はスケールトレイ５０１の凹部の底部に設置されている。スケール板２０６、２０８は、凹部の側壁面に互いに対向する位置に設置されている。

【0038】

スケールトレイ５０１では、Ｚ軸方向のスケール板２０６、２０８の座面が縦方向のリブとして作用して、スケールトレイ５０１の曲げ剛性を向上させる。

【0039】

図６は、図５のスケールトレイ５０１を示す斜視図である。

【0040】

図６に示すように、スケールトレイ５０１の長手方向（Ｘ軸方向）に沿ってスケール板２０４、２０６、２０８が設置されている。

【0041】

図７は、図５のＸテーブル５１１を示す斜視図である。

【0042】

図７に示すように、Ｘテーブル５１１の下面には、Ｘ軸用ヘッド６０１と、Ｙ軸用ヘッド６０２、６０３と、Ｚ軸用ヘッド６０４、６０５、６０６と、が設置されている。

【0043】

図８Ａは、図５のスケールトレイ５０１及びＸテーブル５１１を組み合わせた状態を示す正面図である。

【0044】

図８Ａにおいては、スケール板２０６とＺ軸用ヘッド６０５とが対向し、スケール板２０８とＺ軸用ヘッド６０６とが対向し、スケール板２０４とＹ軸用ヘッド６０２とが対向するように配置されている。

【0045】

図８Ｂは、図５のスケールトレイ５０１及びＸテーブル５１１を組み合わせた状態を示す上面図である。 図８Ｂにおいては、Ｘテーブル５１１は、Ｘ軸方向に移動可能である。

【0046】

図９は、本実施形態における六軸計測のためのスケール板及びヘッドの配置の例を示す斜視図である。

【0047】

本図においては、Ｘテーブル５１１を除去して、Ｘテーブル５１１の下面に設置されているＸ軸用ヘッド６０１、Ｙ軸用ヘッド６０２、６０３及びＺ軸用ヘッド６０４、６０５、６０６が見えるように示している。

【0048】

また、Ｙ軸用ヘッド６０２とＹ軸用ヘッド６０３とのＸ軸方向の距離Ｌ_ＹＸ、Ｚ軸用ヘッド６０４とＺ軸用ヘッド６０６とのＹ軸方向の距離Ｌ_ＺＹ、及びＺ軸用ヘッド６０４と６０５とのＸ軸方向の距離Ｌ_ＺＸを示している。

【0049】

スケール板２０４は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の二方向の位置計測に用いられる。Ｘ軸用ヘッド６０１とスケール板２０４との相対変位からＸテーブルのＹテーブルに対するＸ軸方向の位置が計測される。Ｙ軸用ヘッド６０２とスケール板２０４との相対変位をＹ_１、Ｙ軸用ヘッド６０３とスケール板２０４との相対変位をＹ_２とすると、ＸテーブルのＹテーブルに対するＹ軸方向変位Ｙは、次の式（１）により求められる。

【0050】

Ｙ＝（Ｙ_１＋Ｙ_２）／２ …（１）
また、ＸテーブルのＹテーブルに対するＺ軸周りの回転角度Ｒ_Ｚは、次の式（２）により求められる。

【0051】

Ｒ_Ｚ＝（Ｙ_２－Ｙ_１）／Ｌ_ＹＸ …（２）
Ｚ軸用ヘッド６０４とスケール板２０６との相対変位をＺ_１、Ｚ軸用ヘッド６０５とスケール板２０６との相対変位をＺ_２、Ｚ軸用ヘッド６０６とスケール板２０８との相対変位をＺ_３とすると、ＸテーブルのＹテーブルに対するＺ軸方向変位Ｚは、次の式（３）により求められる。

【0052】

Ｚ＝（Ｚ_１＋Ｚ_２＋Ｚ_３）／３ …（３）
また、ＸテーブルのＹテーブルに対するＸ軸周りの回転角度Ｒ_Ｘは、次の式（４）により求められる。

【0053】

Ｒ_Ｘ＝（Ｚ_３－Ｚ_１）／Ｌ_ＺＹ …（４）
また、ＸテーブルのＹテーブルに対するＹ軸周りの回転角度Ｒ_Ｙは、次の式（５）により求められる。

【0054】

Ｒ_Ｙ＝（Ｚ_１－Ｚ_２）／Ｌ_ＺＸ …（５）
図１０は、本実施形態のスケールトレイ構造のＸＺ平面での断面図である。本図は、断面図であるため、スケールは１本のみ示している。

【0055】

本図においては、Ｙテーブル５０２の上にスケールトレイ５０１が設置されている。また、スケールトレイ５０１の上方には、Ｘテーブル２０１が設置されている。Ｙテーブル５０２とスケールトレイ５０１との間には、二つの弾性支持部材７０１が設置されている。言い換えると、スケールトレイ５０１は、弾性支持部材７０１を介して二点で支持されている。これにより、本図に示すようにＹテーブル５０２が反った場合であっても、Ｙテーブル５０２の曲げ変形がスケールトレイ５０１には伝わらないようにすることができ、スケール板２０６の形状変形が防止され、その直線性が保たれる。これにより、Ｘテーブル２０１の傾きを抑制し、前述のアッベ誤差による視野ずれも抑制可能となる。なお、Ｙテーブル５０２の中立軸７０２においては、Ｙテーブル５０２が反ったとしても、圧縮も引っ張りも発生しない。

【0056】

弾性支持部材７０１は、スケールトレイ５０１あるいはＹテーブル５０２の一部を凸に突き出して、別部品ではない形で実現してもよい。言い換えると、弾性支持部材７０１は、スケールトレイ５０１又はＹテーブル５０２の一部として形成してもよい。ただし、変形が他の部品に伝わらないようにする効果を得るためには、別部品とすることが望ましい。

【0057】

また、スケールトレイ５０１とＹテーブル５０２とは、材質を揃えるなどして、少なくとも線膨張係数が近い素材で製造することが望ましい。それにより、両者の線膨張差によるバイメタル効果によるスケールトレイ５０１の反りを抑制することが可能である。

【0058】

また、上記のように線膨張係数が近い素材用いた場合には、弾性支持部材７０１は、伝熱性の高い材質で製造し、スケールトレイ５０１とＹテーブル５０２との温度差を小さくすることが有効である。

【0059】

図１１は、本実施形態のスケールトレイ構造のＹＺ平面での断面図である。

【0060】

本図においては、スケールトレイ５０１は、Ｙテーブル５０２の凹部に設置されている。弾性支持部材７０１は、Ｙテーブル５０２の中立軸７０２上に配置することが可能である。すなわち、中立軸７０２においては、曲げ変形時に圧縮応力も引っ張り応力も発生しない。図１０を用いて説明すると、Ｙテーブル５０２が反っても中立軸７０２上では圧縮も引っ張りも発生しないため、弾性支持部材７０１のＸ軸方向の間隔は変化しない。よって、スケールトレイ５０１のゆがみ等の形状変形を防止することができる。

【0061】

以上の作用により、モータ発熱やガイド歪み、気圧変動による試料室の変形等によって、Ｙテーブル５０２（下軸テーブル）が変形する場合でも、スケール板が変形することを防ぐことが可能である。

【0062】

図１２は、スケールトレイの弾性支持部の詳細構造の例を示す斜視図である。

【0063】

本図においては、Ｙテーブル５０２の上面に弾性支持部材７０１が四つ設置されている。これらの弾性支持部材７０１の上にスケールトレイ５０１が設置されるようになっている。弾性支持部材７０１は、接続ボルト穴９０１に挿入するボルトによりＹテーブル５０２に固定される。弾性支持部材７０１の中央部には、接続ボルト穴９０２が設けられている。接続ボルト穴９０２に挿入するボルトにより、スケールトレイ５０１が弾性支持部材７０１に固定される。弾性支持部材７０１の２つの接続ボルト穴９０１は、Ｙ軸方向に並ぶように配置されている。これにより、Ｙテーブル５０２がＹ軸周りに変形しやすいようにしている。

【0064】

また、本図に示すように、弾性支持部材７０１は、Ｙテーブル５０２に掘り込み（凹部）を設けて埋めるように配置してもよい。こうすることで、Ｙテーブル５０２のコの字形の掘り込み量を弾性支持部材７０１の高さ分だけ抑えてＹテーブル５０２の曲げ剛性を確保することが可能である。

【0065】

図１３は、スケールトレイごと交換できるようにメンテナンスハッチを設けた構成の例を示す斜視図である。

【0066】

本図においては、試料室１００１の側壁に、スケールトレイ５０１を交換するために用いるメンテナンスハッチ１００２を設けている。メンテナンスハッチ１００２は、スケール板が集約されているスケールトレイ５０１の出し入れが可能な寸法を有する。

【0067】

これにより、メンテナンスの際などに、Ｘテーブル２０１を取り外さずに、スケールトレイ５０１及びスケール板をまとめて交換することができる。

【0068】

このほか、変形例として、次のものが考えられる。

【0069】

図５のスケールトレイ５０１の材質を工夫して、スケールトレイ５０１の曲げ振動の減衰性の高い材料を用いることが考えられる。

【0070】

振動減衰性の高い材料としては、制振合金やセラミクスや樹脂材などがある。

【0071】

また、スケールトレイ５０１やＹテーブル５０２の材質に低熱膨張材料を用いることも有効と考えられる。これにより、Ｙテーブル５０２の熱変形によるスケール板２０４、２０６、２０８の反りを更に低減することが可能となる。

【0072】

また、弾性支持部材７０１の材料をセラミクスや樹脂などの金属に比べて断熱性の高い材料とすることも有効と考えられる。これにより、スケールトレイ５０１の温度変化を抑制して、Ｙテーブル５０２上でのスケールトレイ５０１の反りを低減することができる。ただし、前述のようなスケールトレイ５０１とＹテーブル５０２の温度差を揃える観点からは、断熱材料としない方がよい場合もあるため、温度上昇量が大きい装置では有効ではない場合もある。

【0073】

最後に、本実施形態に係る半導体計測装置について説明する。なお、半導体計測装置は、荷電粒子線装置又は真空装置の一例である。半導体計測装置の一例としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の応用装置としての測長ＳＥＭがある。

【0074】

図１４は、本実施形態のスケールトレイ構造を有するステージを設置した半導体計測装置を示す模式断面図である。

【0075】

本図に示す半導体計測装置は、ステージ装置１０４を収容する真空チャンバ１９０１と、電子光学系鏡筒１９０２と、レーザ干渉計１９０４と、コントローラ１９０５と、を備えている。

【0076】

真空チャンバ１９０１には、対象物１９０６の位置決めを行うステージ装置１０４が収容されている。真空チャンバ１９０１の支持部には、制振マウント１９０３が設けられている。真空チャンバ１９０１の上部は、蓋１９１４で覆われている。真空チャンバ１９０１は、図示を省略している真空ポンプによって内部が減圧されて大気圧よりも低圧の真空状態になる。

【0077】

ステージ装置１０４は、テーブル１０１（Ｙテーブル）と、スケールトレイ５０１と、Ｘテーブル２０１と、を含む。テーブル１０１の下面には、可動部１９１３が設けられている。テーブル１０１とスケールトレイ５０１との間には、弾性支持部材７０１が設けられている。弾性支持部材７０１は、スケールトレイ５０１を支持している。Ｘテーブル２０１の下面には、スケールヘッド１１０１が設けられている。Ｘテーブル２０１の上部には、試料台１９１０（試料設置部）と、バーミラー３０５と、が設置されている。試料台１９１０には、半導体ウエハなどの対象物１９０６が設置されるようになっている。 半導体計測装置は、ステージ装置１０４によって対象物１９０６の位置決めを行い、電子光学系鏡筒１９０２から電子ビームを対象物１９０６に照射し、対象物１９０６の表面に形成されたパターンを撮像し、パターンの線幅の計測や形状精度の評価を行う。レーザ干渉計１９０４は、バーミラー３０５にレーザ光１９１５を照射し、その反射光を検出する。コントローラ１９０５は、レーザ干渉計１９０４の検出信号を用いて、バーミラー３０５の位置を計測し、試料台１９１０に保持されている対象物１９０６の位置決めを制御する。

【0078】

本実施形態に係る半導体計測装置は、スケールトレイ構造を有するステージ装置を備えている。これにより、ウエハなどの対象物の位置決め精度を向上することができる。そして、荷電粒子線装置としての半導体計測装置の検査精度を向上させることができる。また、ステージ装置は、上軸テーブルの浮上機構が磁気浮上式である。このため、真空装置である半導体計測装置への適用が容易である。本実施形態のスケールトレイ構造によれば、下軸テーブルの熱変形が他の部品に影響を与えないようにすることが可能である。このため、ステージが高速に移動しモータ発熱が大きくなる高速の検査パターン観察時の視野位置決め精度が向上するなどの優れた効果を発揮することができる。なお、本開示の荷電粒子線装置および真空装置の適用分野は、半導体計測装置に限定されない。

【0079】

なお、上述の実施形態においては、磁気浮上案内を前提として説明しているが、本開示のステージ装置は、これに限定されるものではなく、空気静圧案内においても適用可能である。

【0080】

以下、本開示に係る望ましい実施形態についてまとめて説明する。

【0081】

ステージ装置は、位置決めの対象物を設置する試料設置部と、試料設置部の鉛直方向の変位を計測するために用いるスケール板と、スケール板を下方にて支持する下軸テーブルと、を備え、スケール板と下軸テーブルとの間には、自由な支持部が設けられている。ここで、自由な支持部とは、支持部を挟み込んだ二つの部材のうち少なくとも一方が支持部に拘束されずに相対的に移動可能であることをいう。図１０等に示す弾性支持部材７０１は、自由な支持部の一例である。

【0082】

ステージ装置は、スケール板を固定するスケールトレイを更に備え、下軸テーブルとスケールトレイとの間には、自由なスケールトレイ支持部が設けられている。

【0083】

スケールトレイは、スケールトレイの長手方向に間隔を設けて配置された二つのスケールトレイ支持部により支持される。図１０等に示す弾性支持部材７０１は、自由なスケールトレイ支持部の一例である。

【0084】

スケールトレイ支持部は、弾性支持部材である。

【0085】

スケールトレイ支持部は、下軸テーブルの中立軸に設置されている。

【0086】

スケールトレイは、断面が上側開放のコの字形状であり、スケール板は、スケールトレイの凹部の側壁面に固定されている。

【0087】

スケールトレイは、減衰材料で形成されている。

【0088】

弾性支持部材は、断熱材料で形成されている。

【0089】

ステージ装置は、試料設置部を支持する上軸テーブルを更に備え、上軸テーブルは、磁気浮上が可能な構成を有する。

【0090】

荷電粒子線装置は、ステージ装置を有する。

【0091】

真空装置は、ステージ装置を有する。

【0092】

以上、図面を用いて本開示の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

【符号の説明】

【0093】

１０１：テーブル、１０２、２０３：ベース、１０３：リニアガイド、１０４：ステージ装置、２０１、５１１：Ｘテーブル、２０２、５０２：Ｙテーブル、２０４、２０６、２０８：スケール板、２０５、２０７、２０９、３０２、３０３：スケールヘッド、３０１：レーザ光軸、３０４：試料、３０５：バーミラー、４０１：直方体、４０５：観察目標点、４０６：ビーム照射点、４０７：電子ビーム、５０１：スケールトレイ、６０１：Ｘ軸用ヘッド、６０２、６０３：Ｙ軸用ヘッド、６０４、６０５、６０６：Ｚ軸用ヘッド、７０１：弾性支持部材、７０２：中立軸、９０１、９０２：接続ボルト穴、１００１：試料室、１００２：メンテナンスハッチ、１９０１：真空チャンバ、１９０２：電子光学系鏡筒、１９０３：制振マウント、１９０４：レーザ干渉計、１９０５：コントローラ、１９０６：対象物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】