JP2017073503A - ステージ装置および荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージ部の振動または揺動を抑制し、微細なパターンを描画することができるステージ装置および荷電粒子ビーム描画装置を提供する。
【解決手段】本実施形態によるステージ装置は、真空容器内に設けられ、対象物を搭載可能なステージ部と、第１方向へ延伸する第１シャフトであって、ステージ部に取り付けられた第１軸受けと該第１シャフトとの間の気体層によりステージ部を該第１方向に沿って移動可能とする第１シャフトと、第１方向と交差する第２方向へ延伸する第２シャフトであって、ステージ部に取り付けられた第２軸受けと該第２シャフトとの間の気体層によりステージ部を該第２方向に沿って移動可能とする第２シャフトと、ステージ部の側面を用いて、ステージ部の位置変動を検知する第１検知部と、ステージ部の底面を用いて、ステージ部の水平方向の位置を検知する第２検知部と、第１検知部で検知された位置変動と、第２検知部で検知された位置に基づき、ステージ部の位置を制御する制御部とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明による実施形態は、ステージ装置および荷電粒子ビーム描画装置に関する。

半導体装置のパターンの微細化にともなって、リソグラフィ技術に用いられるマスク（レチクル）パターンも微細化されている。微細なパターンを有する高精度なマスクを製造するためには、高い解像度を有する荷電粒子ビーム描画装置が用いられる。

荷電粒子ビーム描画装置は、真空容器内においてマスクやブランクなどの対象物を支持するステージ部を移動させつつ、ステージ部上の対象物の所定位置に荷電粒子ビームを偏向して照射し、その対象物にパターンを描画する。

このような対象物を支持したステージ部を移動させるステージ装置の駆動には、通常リニアモータが用いられている。近年、ウェーハの露光装置などにおいて、機械的な摩擦を回避して、発塵、熱や外部からの振動の影響を抑えるために、非接触で駆動することが好ましく、電磁力駆動方式のリニアモータが開発されている。

国際公開ＷＯ２００２／０８０１８５号パンフレット

上述したように、高精度のステージ駆動には、摩擦駆動ではなく非接触駆動を用いることが好ましいが、荷電粒子ビーム描画装置においては、磁場によりビーム軌道が影響を受けることから、電磁力駆動方式を用いることができない。そこで、エアーベアリングを用いることが検討されている。

エアーベアリングを用いたステージ装置により、磁場を用いることなく滑らかな移動が可能であるが、エアーを用いるため、より振動（または揺動）し易くなるという問題がある。ステージ部の振動（または揺動）は、微細なパターンの描画に悪影響を与える。

そこで、ステージ部の振動（または揺動）による対象物の位置変動を高精度に検出し、位置制御することが可能なステージ装置および荷電粒子ビーム描画装置を提供する。

本実施形態によるステージ装置は、真空容器内に設けられ、対象物を搭載可能なステージ部と、第１方向へ延伸する第１シャフトであって、ステージ部に取り付けられた第１軸受けと該第１シャフトとの間の気体層によりステージ部を該第１方向に沿って移動可能とする第１シャフトと、第１方向と交差する第２方向へ延伸する第２シャフトであって、ステージ部に取り付けられた第２軸受けと該第２シャフトとの間の気体層によりステージ部を該第２方向に沿って移動可能とする第２シャフトと、ステージ部の側面を用いて、ステージ部の位置変動を検知する第１検知部と、ステージ部の底面を用いて、ステージ部の水平方向の位置を検知する第２検知部と、第１検知部で検知された位置変動と、第２検知部で検知された位置に基づき、ステージ部の位置を制御する制御部とを備える。

本実施形態による荷電粒子ビーム描画装置は、真空中で荷電粒子ビームを移動可能なステージ部上に搭載される対象物の所定位置に照射してパターンを描画する描画部と、描画部の制御を行う制御部と、第１方向へ延伸する第１シャフトであって、対象物を搭載可能なステージ部に取り付けられた第１軸受けと該第１シャフトとの間の気体層によりステージ部を該第１方向に沿って移動可能とする第１シャフトと、第１方向と交差する第２方向へ延伸する第２シャフトであって、ステージ部に取り付けられた第２軸受けと該第２シャフトとの間の気体層によりステージ部を該第２方向に沿って移動可能とする第２シャフトと、ステージ部の側面を用いて、ステージ部の位置変動を検知する第１検知部と、ステージ部の底面を用いて、ステージ部の水平方向の位置を検知する第２検知部と、を備え、
制御部は、第１検知部で検知された位置変動と、第２検知部で検知された位置に基づき、ステージ部の位置を制御する。

本実施形態による荷電粒子ビーム描画装置１の構成の一例を示すブロック図。 ステージ部１１、ステージ移動機構１２、ステージ位置測定部１３およびレーザ干渉計１１６、１１９を含むステージ装置の構成の一例を示す平面図。 ステージ部１１、ステージ移動機構１２、ステージ位置測定部１３およびレーザ干渉計１１６、１１９を含むステージ装置の構成の一例を示す側面図。 ステージ部１１の構成の一例を示す断面図。 カウンタウェイトＣＷによるステージ部１１の振動抑制効果を示すグラフ。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、本実施形態による荷電粒子ビーム描画装置１の構成の一例を示すブロック図である。荷電粒子ビーム描画装置１（以下、描画装置１ともいう）は、荷電粒子ビームによる描画を行う描画部２と、描画部２を制御する制御部３とを備えている。描画装置１は、荷電粒子ビームとして例えば電子ビームを用いた可変成形型の描画装置の一例である。なお、荷電粒子ビームは電子ビームに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームであってもよい。

描画部２は、描画対象となる対象物Ｗを収容する真空容器である描画チャンバ（描画室）２ａと、描画チャンバ２ａにつながる光学鏡筒２ｂとを有している。描画チャンバ２ａは気密性（密閉性）を有しており、真空容器（減圧容器）として機能する。また、光学鏡筒２ｂは、描画チャンバ２ａの上面に設けられており、光学系により電子ビームを成形及び偏向し、描画チャンバ２ａ内の対象物Ｗに対して照射する。このとき、描画チャンバ２ａ及び光学鏡筒２ｂの両方の内部は減圧されて真空状態（減圧状態）となっている。

描画チャンバ２ａ内には、マスクやブランクなどの対象物Ｗを支持するステージ部１１と、ステージ部１１を移動させるステージ移動機構１２と、ステージ部１１の位置を測定するステージ位置測定部１３とがさらに設けられている。ステージ移動機構１２は、水平面内で互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向（以下、単にＸ方向及びＹ方向という）にステージ部１１を移動させる機構である。また、ステージ位置測定部１３は、ステージ部１１の下面に設けられた二次元スケール１３ａの目盛りを検出部であるエンコーダヘッド１３ｂにより検出し、ステージ部１１の位置を測定する測定部である。尚、図１では図示しないが、ステージ部１１の振動（揺動）を検知するために、レーザ干渉計１１６、１１９が描画チャンバ２ａの側壁部に設けられている。レーザ干渉計１１６、１１９については、図２を参照して後で説明する。

光学鏡筒２ｂ内には、電子ビームＢを出射する電子銃などの出射部２１と、電子ビームＢを集光する照明レンズ２２と、ビーム成形用の第１成形アパーチャ２３と、投影用の投影レンズ２４と、ビーム成形用の成形偏向器２５と、ビーム成形用の第２成形アパーチャ２６と、対象物Ｗ上にビーム焦点を結ぶ対物レンズ２７と、対象物Ｗに対するビームショット位置を制御するための副偏向器２８及び主偏向器２９とが配置されている。

制御部３は、描画データを記憶する描画データ記憶部３ａと、描画データを処理してショットデータを生成するショットデータ生成部３ｂと、描画部２を制御する描画制御部３ｃとを備えている。なお、ショットデータ生成部３ｂや描画制御部３ｃは、電気回路などのハードウエアにより構成されてもよく、また、各機能を実行するプログラムなどのソフトウエアにより構成されてもよく、あるいは、それらの両方の組合せにより構成されてもよい。

描画データ記憶部３ａは、対象物Ｗにパターンを描画するための描画データを記憶する記憶部である。描画データは、半導体集積回路の設計者などによって作成された設計データ（レイアウトデータ）が荷電粒子ビーム描画装置１用のフォーマットに変換されたデータであり、外部装置から描画データ記憶部３ａに入力されて保存されている。描画データ記憶部３ａとしては、例えば、磁気ディスク装置や半導体ディスク装置（フラッシュメモリ）などを用いることが可能である。

ショットデータ生成部３ｂは、描画データにより規定される描画パターンをストライプ状（短冊状）の複数のストライプ領域に分割し、さらに、各ストライプ領域を行列状の多数のサブ領域に分割する。加えて、ショットデータ生成部３ｂは、各サブ領域内の図形の形状や大きさ、位置などを決定し、さらに、図形を一回のショットで描画不可能である場合には、描画可能な複数の部分領域に分割し、ショットデータを生成する。なお、ストライプ領域の短手方向（幅方向）の長さは電子ビームＢを主偏向で偏向可能な長さに設定されている。

描画制御部３ｃは、前述の描画パターンを描画する際、ステージ移動機構１２によりステージ部１１をストライプ領域の長手方向に移動させつつ、電子ビームＢを主偏向器２９により各サブ領域に位置決めし、副偏向器２８によりサブ領域の所定位置にショットして図形を描画する。その後、一つのストライプ領域の描画が完了すると、ステージ部１１を幅方向にステップ移動させてから次のストライプ領域の描画を行い、これを繰り返して対象物Ｗの描画領域の全体に電子ビームＢによる描画を行う（描画動作の一例）。なお、描画中には、ステージ部１１が一方向に連続的に移動しているため、描画原点がステージ部１１の移動に追従するように、主偏向器２９によってサブ領域の描画原点をトラッキングさせている。また、描画制御部３ｃは、第１検知部としてのレーザ干渉計１１６、１１９で検知された位置変動と第２検知部としてのエンコーダヘッド１３ｂで検知された位置とに基づき、ステージ部１１の位置を制御する。

このように電子ビームＢは、副偏向器２８と主偏向器２９によって偏向され、連続的に移動するステージ部１１に追従しながら、その照射位置が決められる。ステージ部１１の長手方向の移動を連続的に行うとともに、ステージ部１１の移動に電子ビームＢのショット位置を追従させることで、描画時間を短縮することができる。ただし、ステージ部１１の長手方向の移動を連続して行っているが、これに限るものではなく、例えば、ステージ部１１を停止させた状態で一つのサブ領域の描画を行い、次のサブ領域に移動するときは描画を行わないステップアンドリピート方式の描画方法を用いてもよい。

このような電子ビームＢによる描画において、ステージ位置測定部１３により測定されたステージ部１１の位置情報は、ステージ部１１の移動に関する制御（フィードバック制御）だけではなく、副偏向器２８や主偏向器２９などの制御、すなわち照射位置の制御（描画の制御）にも用いられる。このため、ステージ位置測定部１３の測定精度は描画精度に大きく影響することになる。

次に、ステージ移動機構１２、ステージ位置測定部１３およびレーザ干渉計１１６、１１９について説明する。

図２および図３は、ステージ部１１、ステージ移動機構１２、ステージ位置測定部１３およびレーザ干渉計１１６、１１９を含むステージ装置の構成の一例を示す平面図および側面図である。ステージ移動機構１２は、ステージ部１１をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構１２ａと、Ｘ方向移動機構１２ａをＹ方向に移動させる一対のＹ方向移動機構１２ｂ、１２ｃと、Ｙ方向レーザ干渉計１１６と、Ｘ方向レーザ干渉計１１９とを備えている。

Ｘ方向移動機構１２ａは、ステージ部１１を支持し、ステージ部１１を第１方向としてのＸ方向に案内して移動させる機構である。また、一対のＹ方向移動機構１２ｂ及び１２ｃは、Ｙ方向移動機構１２ａを支持し、Ｘ方向移動機構１２ａをステージ部１１と共に第２方向としてのＹ方向に案内して移動させる機構である。

Ｘ方向移動機構１２ａの第１シャフト１２１ａは、第１方向としてのＸ方向に延伸しており、第１軸受け１２２ａに挿入されている。第１シャフト１２１ａと第１軸受け１２２ａとの間には間隙が設けられ、その間隙には気体が供給される。これにより、第１シャフト１２１ａと第１軸受け１２２ａとの間に気体層が生成され、第１軸受け１２２ａは第１シャフト１２１ａに沿ってＸ方向に滑らかに移動することができる。このように、第１シャフト１２１ａおよび第１軸受け１２２ａは、Ｘ方向移動機構１２ａとして機能する。

ステージ部１１の搭載部（図４（Ａ）の２００）は、第１軸受け１２２ａに取り付けられており、第１軸受け１２２ａとともに第１シャフト１２１ａの延伸方向（Ｘ方向）に移動可能に構成されている。気体層の気圧は、ステージ部１１（搭載部、第１軸受け１２２ａ）および対象物の重量により第１軸受け１２２ａが第１シャフト１２１aに接触しないように調節される。このように、気体層は、エアーベアリング機構として機能する。気体層は、空気、不活性ガス等の層でよい。ステージ部１１のより詳細な構成については、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して後で説明する。

Ｙ方向移動機構１２ｂの第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃは、第１シャフト１２１ａに対してほぼ直交する第２方向（Ｙ方向）に延伸しており、それぞれ第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃに挿入されている。第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃは、それぞれ底板２ａ１に固定されている。第２シャフト１２１ｂと第２軸受け１２２ｂとの間および第２シャフト１２１ｃと第２軸受け１２２ｃとの間には間隙が設けられ、その間隙には気体が供給される。これにより、第２シャフト１２１ｂと第２軸受け１２２ｂとの間および第２シャフト１２１ｃと第２軸受け１２２ｃとの間に気体層が生成され、第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃは、それぞれ第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃに沿ってＹ方向に滑らかに移動することができる。第１シャフト１２１ａの両端は、それぞれ第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃに取り付けられており、第１シャフト１２１ａは、第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃとともに第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃの延伸方向（Ｙ方向）に移動可能に構成されている。このように、第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃとともに第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃは、Ｙ方向移動機構１２ｂとして機能する。

第２シャフト１２１ｃと第２軸受け１２２ｃとの間の気体層の気圧は、ステージ部１１、第１シャフト１２１a、第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃおよび対象物の重量により第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃが第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃに接触しないように調節される。このように、第２シャフト１２１ｃと第２軸受け１２２ｃとの間の気体層も、エアーベアリング機構として機能する。

このようなＸ方向移動機構１２ａおよびＹ方向移動機構１２ｂ、１２ｃによって、ステージ部１１はＸＹ平面内を自在に移動することができる。尚、Ｘ方向とＹ方向は、便宜的に規定されたものであり、それらの方向は互いに入れ替えてもよい。

ステージ位置測定部１３は、ステージ部１１の底部に設けられた二次元スケール１３ａと、二次元スケール１３ａの目盛りを検出するエンコーダヘッド１３ｂとを備えている。

二次元スケール１３ａは、ステージ部１１の底部に設けられており、Ｘ方向及びＹ方向の格子状の目盛り（例えば、グレーティング）を有している。目盛りは、エンコーダヘッド１３ｂにより検出可能に形成され、Ｘ方向及びＹ方向に等間隔に配置されている。二次元スケール１３ａは、少なくとも二方向（例えば、Ｘ方向及びＹ方向）に目盛りを有するスケールであればよく、任意の二次元スケールを用いることができる。

第２検知部としてのエンコーダヘッド１３ｂは、二次元スケール１３ａに対してレーザ光を照射し、二次元スケール１３ａで反射したレーザ光を受光する反射型のレーザセンサである。エンコーダヘッド１３ｂは、二次元スケール１３ａの目盛りをカウントすることによって測長を行い、ステージ部１１の位置を検出することができる。エンコーダヘッド１３ｂは、反射型のレーザセンサ以外にも、二次元スケール１３ａに対応させて、その目盛りを検出可能な任意のエンコーダヘッドでよい。

なお、エンコーダヘッド１３ｂの個数は特に限定されない。例えば、エンコーダヘッド１３ｂは、二個以上設けてもよい。

エンコーダヘッド１３ｂは、描画チャンバ２ａの底部にある蓋体３１上に設けられている。蓋体３１は、描画チャンバ２ａの底板２ａ１に形成された貫通孔である開口部Ｈ１を塞ぐように、底板２ａ１の下面にＯリングなどの密封部材（図示せず）を介して設けられ、ボルトなどの複数の固定部材３２によって固定されている。なお、底板２ａ１の四隅には、それぞれ脚部２ａ２が設けられている。

蓋体３１は、台座３１ａ及び支持板３１ｂにより構成されている。台座３１ａの上面にエンコーダヘッド１３ｂが設けられている。台座３１ａが支持板３１ｂの上面に固定されている。蓋体３１は、台座３１ａの高さ調整によりエンコーダヘッド１３ｂの高さ位置を決定し、エンコーダヘッド１３ｂを二次元スケール１３ａの下方に位置付けて支持する支持体として機能する。

また、蓋体３１は、各固定部材３２の取り付けや取り外しにより着脱可能であり、開口部Ｈ１を開閉することが可能な構造になっている。蓋体３１は、エンコーダヘッド１３ｂの交換（例えば、故障や寿命による交換）などのメンテナンス時にメンテナンス作業者によってエンコーダヘッド１３ｂごと取り外され、蓋体３１上のエンコーダヘッド１３ｂのメンテナンスが行われる。なお、エンコーダヘッド１３ｂは、底板２ａ１に開口部を設けることなく直接取り付けられてもよい。

二次元スケール１３ａおよびエンコーダヘッド１３ｂとともに、対象物Ｗ面高さにおけるステージ部１１の位置、振動（揺動）を検知するために、第１検知部としてレーザ干渉計１１６、１１９が設けられている。レーザ干渉計１１６、１１９は、レーザ光によってステージ部１１の振動（揺動）を検知可能にするために、ステージ部１１の側面に設けられたミラーＭｙ、Ｍｘにレーザ光を照射する。

尚、ステージ部１１の振動は、ステージ部１１の揺動（例えば、ヨーイング、ピッチング、ローリング）を含むものとして、以下、まとめて、ステージ部１１の振動等という。

Ｘ方向レーザ干渉計１１６は、描画チャンバ２ａの側壁に設けられた干渉計チャンバ１１７内に設けられている。Ｘ方向レーザ干渉計１１６は、レーザ発生源１２５において生成されたレーザ光を、開口１１５を介してステージ部１１の側面に設けられたミラーＭｘの対象物Ｗの表面と同じ水平位置に照射する。ミラーＭｘにおいて反射したレーザ光は、Ｘ方向レーザ干渉計１１６において干渉し、干渉したレーザ光はレシーバ１２７において受光される。描画装置１は、レーザ光の干渉縞に基づいて、所謂、アッベ誤差のないように、トラッキング制御のための対象物Ｗの表面における振動等によるステージ部１１のＸ方向の描画位置変動を検知することができる。

同様に、Ｙ方向レーザ干渉計１１９は、描画チャンバ２ａの側壁に設けられた干渉計チャンバ１２０内に設けられている。Ｙ方向レーザ干渉計１１９は、レーザ発生源１２６において生成されたレーザ光を、開口１１８を介してステージ部１１の側面に設けられたミラーＭｙの対象物面と同じ水平位置に照射する。ミラーにおいて反射したレーザ光は、Ｙ方向レーザ干渉計１１９において干渉し、干渉したレーザ光はレシーバ１２８において受光される。描画装置１は、レーザ光の干渉縞に基づいて、所謂、アッベ誤差のないように、トラッキング制御のための対象物Ｗ面における振動等によるステージ部１１のＹ方向の描画位置変動を検知することができる。

図２において、干渉計チャンバ１１７、１２０は、開口１１５、１１８を介して描画チャンバ２ａの内部と連通しているが、透明窓（図示せず）によって描画チャンバ２ａの内部と分離されていてもよい。

描画チャンバ２ａの側壁は、内部気圧が一定であっても、外部の気圧（大気圧）によって若干へこんだり、膨らんだりする場合がある。従って、ステージ部１１とＸ方向レーザ干渉計１１６との距離およびステージ部１１とＹ方向レーザ干渉計１１９との距離は、描画チャンバ２ａ内の気圧を一定としても、外部の大気圧の変化によって幾分変化する。よって、Ｘ方向レーザ干渉計１１６およびＹ方向レーザ干渉計１１９は、対象物Ｗ上の位置を測定することも可能ではあるが、ステージ部１１の振動等による変位（ＸＹ方向の位置変動）を高精度に検知することができる。

このようにしてレーザ干渉計１１６、１１９により検知される位置変動に基づきビームとステージ間の相対位置ずれがほぼ０になるようにステージの動きにビームを追従させるトラッキング制御が行われる。このようなトラッキング制御により、レーザ干渉計１１９で計測されたサブ領域の描画開始からの対象物Ｗ面の変位は、主偏向制御にリアルタイムでフィードバックされる。このようにしてサブ領域はステージと同じ動きをし、ステージの動きを考慮せずにショットを位置決めすることができる。

一方、二次元スケール１３ａはステージ部１１の下面に設けられ、かつ、エンコーダヘッド１３ｂは、二次元スケールに対向して底板２ａ１（或いは開口部が設けられた底板２ａ１に取り付けられた蓋体３１）に配置されている。従って、描画チャンバ２ａの壁面（底面）が重力方向に若干移動しても、二次元スケール１３ａおよびエンコーダヘッド１３ｂは、ステージ部１１の水平面内における位置を正確に測定することができる。

即ち、本実施形態では、二次元スケール１３ａおよびエンコーダヘッド１３ｂがステージ部１１の位置を測定する役目を果たし、レーザ干渉計１１６、１１９が振動等による対象物Ｗ面におけるステージ部１１の描画位置変動を検知する役目を果たす。これにより、本実施形態によるステージ装置は、ステージ部１１の水平面内における位置を正確に測定し、かつ、対象物Ｗ面の描画位置変動を検知することができる。

次に、本実施形態によるステージ部１１について説明する。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、ステージ部１１の構成の一例を示す断面図である。図４（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面（Ｘ方向に対して垂直方向の断面）を示す。図４（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面（Ｙ方向に対して垂直方向の断面）を示す。

上述したように、レーザ干渉計によりステージの振動等を検知し、これを補正してステージ位置を制御（トラッキング制御）することができるが、振動等が小さければ、より高精度の制御を行うことができる。

そのため、ステージ部１１は、第１軸受け１２２ａと、搭載部２００と、カウンタウェイトＣＷと、二次元スケール１３ａとを備えている。搭載部２００は、第１軸受け１２２ａ上に設けられ、対象物Ｗを搭載することができるように構成されている。

カウンタウェイトＣＷは、第１軸受け１２２ａの下部（底面）に取り付けられている。カウンタウェイトＣＷは、ステージ部１１の重心Ｇを低下させて、該重心Ｇの高さ位置が第１シャフト１２１ａの上面と底面との間にあるように取り付けられている。即ち、カウンタウェイトＣＷは、重心Ｇが第１シャフト１２１ａの内側に位置するように設けられる。

カウンタウェイトＣＷの重量や形状は、ステージ部１１を構成する他の要素（搭載部２００、第１軸受け１２２ａおよび二次元スケール１３ａ）の重量や位置に応じて決定される。例えば、重心Ｇは、図４（Ａ）に示すように、第１シャフト１２１ａの延伸方向（Ｘ方向）に対する垂直方向における第１シャフト１２１ａの断面形状の内側（範囲Ｒａ、Ｒｂ内）にある。勿論、対象物Ｗの重量が無視できない場合には、対象物Ｗの重量も考慮して、カウンタウェイトＣＷの重量や形状を決定すればよい。

好ましくは、重心Ｇの位置は、上記第１シャフト１２１ａの断面形状の中心または重心にほぼ一致する。以下、上記第１シャフト１２１ａの断面形状の中心または重心は、第１シャフト１２１ａの中心軸または重心軸とも呼ぶ。第１シャフト１２１ａの中心軸または重心軸は、第１シャフト１２１ａの断面形状の中心または重心を通る直線であり、例えば、図４（Ａ）に示す第１シャフト１２１ａの断面において略四角形の２つの対角線の交点を通る直線上にある。

カウンタウェイトＣＷは、第１軸受け１２２ａの底面に設けられ、カウンタウェイトＣＷの底面には二次元スケール１３ａが設けられている。即ち、カウンタウェイトＣＷは、第１軸受け１２２ａと二次元スケール１３ａとの間に設けられている。これにより、カウンタウェイトＣＷは、エンコーダヘッド１３ｂが二次元スケール１３ａからの反射レーザ光を受光することを妨げることなく、ステージ部１１の重心Ｇを下方へ移動させることができる。

もし、カウンタウェイトＣＷが設けられていない場合、ステージ部１１の重心Ｇは、第１シャフト１２１ａの上方に位置する。従って、ステージ部１１がＸ方向に移動する際に加減速すると、ステージ部１１は、振動等し易くなる。例えば、図４（Ａ）に示す矢印のようにステージ部１１がローリングしたり、図４（Ｂ）に示す矢印のようにステージ部１１がピッチングし易くなる。

これに対し、本実施形態のようにステージ部１１の下部にカウンタウェイトＣＷが設けられることによって、ステージ部１１の重心Ｇの高さ位置が第１シャフト１２１ａの上面と底面との間に位置する。これにより、ステージ部１１がＸ方向に加減速する際の振動等を抑え、また、ステージ部１１が振動等しても、短時間でその振動等を減衰させることができる。

特に、ステージ部１１の重心Ｇの高さ位置を第１シャフト１２１ａの中心軸または重心軸の高さにほぼ一致させることによって、ステージ部１１の振動等が最も抑制されかつ、減衰時間を短縮することができる。

図５は、カウンタウェイトＣＷによるステージ部１１の振動抑制効果を示すグラフである。縦軸は、Ｙ方向の振動等を示す。横軸は、時間を示す。図５のグラフによれば、カウンタウェイトＣＷの無いステージ部では、大きな振動が長時間継続している。一方、カウンタウェイトＣＷを設けた本実施形態によるステージ部１１では、振動が短時間で減衰していることが分かる。このように短時間で振動等を減衰させることができるため、位置変動を低減し、より高精度の制御が可能となる。

また、カウンタウェイトＣＷを第１軸受け１２１ａと二次元スケール１３ａとの間に設けることによって、二次元スケール１３ａの位置が下方へ下がる。これにより、図４（Ｂ）に示すように、二次元スケール１３ａの下面（スケール面）と第１シャフト１２１ａの中心軸または重心軸との間の距離Ｄａ２が、レーザ干渉計１１６、１１９によるステージ部１１の検出位置（対象物Ｗの位置）と第１シャフト１２１ａの中心軸または重心軸との間の距離Ｄａ１に接近する。即ち、エンコーダヘッド１３ｂによるレーザ光の照射位置と第１シャフト１２１ａの中心軸または重心軸の距離Ｄａ２が、レーザ干渉計１１６、１１９によるレーザ光の照射位置と第１シャフト１２１ａの中心軸または重心軸との高距離Ｄａ１に接近する。これにより、所謂、アッベ誤差が、レーザ干渉計１１６、１１９による検出結果とエンコーダヘッド１３ｂによる検出結果との間で小さくなる。さらに、距離Ｄａ２を距離Ｄａ１にほぼ等しくすれば、レーザ干渉計１１６、１１９による検出結果とエンコーダヘッド１３ｂによる検出結果とにおけるアッベ誤差が、ほぼ無くなるので、より高精度の位置制御が可能となる。

このように、本実施形態によれば、カウンタウェイトＣＷを設けることによって、ステージ部１１の重心Ｇ位置を第１シャフト１２１ａの中心軸または重心軸位置に接近させてステージ部１１の振動等を抑制することができる。そのため、振動等による位置変動を低減することができる。尚且つ、レーザ干渉計１１６、１１９による測定位置およびエンコーダヘッド１３ｂによる測定位置を第１シャフト１２１ａからほぼ等しい距離にすることによって、レーザ干渉計１１６、１１９による測定結果とエンコーダヘッド１３ｂによる測定結果とのアッベ誤差を抑制することができる。

カウンタウェイトＣＷの材質は、描画チャンバ２ａ内の減圧環境に悪影響を与えない限り任意でよい。従って、カウンタウェイトＣＷは、金属等で形成されてもよい。さらに、カウンタウェイトＣＷは、搭載部２００と同じ材料および同じ形状でもよい。これにより、レーザ干渉計１１６、１１９による測定位置およびエンコーダヘッド１３ｂによる測定位置を第１シャフト１２１ａからほぼ等しい距離にすることが容易となる。即ち、カウンタウェイトＣＷを搭載部２００と同じ材料および同じ形状にすることによって、距離Ｄａ１と距離Ｄａ２とを容易に接近させあるいは容易にほぼ等しくすることができる。

以上、ステージ部１１がＸ方向に移動する際の重心Ｇについて説明した。しかし、本実施形態は、Ｙ方向についても同様に適用することができる。この場合、Ｙ方向に移動可能な構成は、ステージ部１１、第１シャフト１２１ａおよび第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃである。従って、Ｘ方向に移動可能なステージ部１１の重心Ｇに代えて、ステージ部１１、第１シャフト１２１ａおよび第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃの重心を考慮する必要がある。即ち、この場合、ステージ部１１、第１シャフト１２１ａおよび第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃの重心の高さ位置が、第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃの上面と底面との間の範囲あるようにカウンタウェイトＣＷを調節する。これにより、ステージ部１１がＹ方向に移動する場合についても本実施形態の効果を得ることができる。

さらに、ステージ部１１、第１シャフト１２１ａおよび第２軸受け１２２ｂ、１２２ｃの重心が、第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃの延伸方向（Ｙ方向）に対して垂直方向における第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃの断面形状の中心または重心の高さとほぼ同じ高さに位置することが好ましい。これにより、さらにステージ部１１は、振動等し難くなり、かつ、短時間で振動等が減衰され得る。

尚、第１シャフト１２１ａの中心軸または重心軸の高さ位置は、第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃの中心軸または重心軸の高さ位置と等しくすることが好ましい。これにより、ステージ部１１の重心Ｇの高さ位置は、第１シャフト１２１ａおよび第２シャフト１２１ｂ、１２１ｃの両方の中心軸または重心軸の高さに接近させ、あるいは、ほぼ等しくすることができ、振動等やアッベ誤差を抑え高精度な制御が可能となる。

上記実施形態において、高さは、水平面に対して垂直方向（重力方向）の高さである。また、上記ステージ装置は、荷電粒子ビーム描画装置以外の真空装置（例えば、真空露光装置）のステージ部分にも適用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１・・・ステージ部、１２・・・ステージ移動機構、２ａ１・・・底板、１２１ａ・・・第１シャフト、１２２ａ・・・第１軸受け、１２１ｂ、１２１ｃ・・・第２シャフト、１２２ｂ、１２２ｃ・・・第２軸受け、１３ａ・・・二次元スケール、１３ｂ・・・エンコーダヘッド、１１６、１１９・・・レーザ干渉計

Claims (5)

1. 真空容器内に設けられ、対象物を搭載可能なステージ部と、
   第１方向へ延伸する第１シャフトであって、前記ステージ部に取り付けられた第１軸受けと該第１シャフトとの間の気体層により前記ステージ部を該第１方向に沿って移動可能とする第１シャフトと、
   前記第１方向と交差する第２方向へ延伸する第２シャフトであって、前記ステージ部に取り付けられた第２軸受けと該第２シャフトとの間の気体層により前記ステージ部を該第２方向に沿って移動可能とする第２シャフトと、
   前記ステージ部の側面を用いて、前記ステージ部の位置変動を検知する第１検知部と、
   前記ステージ部の底面を用いて、前記ステージ部の水平方向の位置を検知する第２検知部と、
   前記第１検知部で検知された位置変動と、前記第２検知部で検知された位置に基づき、前記ステージ部の位置を制御する制御部と、
   を備えるステージ装置。
2. 前記ステージ部は、
   前記第１軸受け上に設けられ前記対象物を搭載可能な搭載部と、
   前記第１軸受けの下に設けられたカウンタウェイトと、
   を備える、請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記ステージ部の重心位置は、前記第１シャフト内である、請求項１または請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記第２検知部によるレーザ光の照射位置と前記第１シャフトの断面形状の中心または重心との距離は、前記第１検知部によるレーザ光の照射位置と前記第１シャフトの断面形状の中心または重心との距離とほぼ等しい、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のステージ装置。
5. 真空中で荷電粒子ビームを移動可能なステージ部上に搭載される対象物の所定位置に照射してパターンを描画する描画部と、
   前記描画部の制御を行う制御部と、
   第１方向へ延伸する第１シャフトであって、対象物を搭載可能なステージ部に取り付けられた第１軸受けと該第１シャフトとの間の気体層により前記ステージ部を該第１方向に沿って移動可能とする第１シャフトと、
   前記第１方向と交差する第２方向へ延伸する第２シャフトであって、前記ステージ部に取り付けられた第２軸受けと該第２シャフトとの間の気体層により前記ステージ部を該第２方向に沿って移動可能とする第２シャフトと、
   前記ステージ部の側面を用いて、前記ステージ部の位置変動を検知する第１検知部と、
   前記ステージ部の底面を用いて、前記ステージ部の水平方向の位置を検知する第２検知部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記第１検知部で検知された位置変動と、前記第２検知部で検知された位置に基づき、前記ステージ部の位置を制御する、荷電粒子ビーム描画装置。

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