JP4314648B2 - ステージ装置およびそれを備えた光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ等の試料を真空中で移動可能に保持するステージ装置およびそれを備えた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、マスクあるいはレチクルに形成された回路パターンがウェハ上に転写される。そして、ウェハ上に回路パターンが正確に形成されているか否かを検査するために光学装置の１つである検査装置が用いられる。例えば、荷電粒子線を用いてウェハを検査する検査装置では、ステージ装置を用いて真空中で試料のウェハを保持させて移動させ、ウェハの全面を検査できるようになっている。
【０００３】
このような検査装置に用いられるステージ装置を図５の斜視図を参照して説明する。図５では、ステージ３１の移動方向に平行に移動軸を取るものとする。
このステージ装置は、試料のウェハを載置するためのステージ３１を有している。ステージ３１には円柱状の４本のガイドバー３２が移動軸にほぼ平行に接続されており、各ガイドバー３２は円筒状の空気軸受３３内に収納されるようになっている。これらステージ３１、ガイドバー３２、および空気軸受３３は、真空室内に収納されている。
【０００４】
図５に示した４本のガイドバー３２および空気軸受３３のうち図中左方の１本のガイドバー３２および空気軸受３３はそれらの断面構造を示している。空気軸受３３は、圧縮空気源（図５中のＡｉｒ）４２から供給管３９、通気穴３４ａを介して供給される空気をガイドバー３２の周囲に吹き込むエアパッド３４を有している。また、空気軸受３３は、ガイドバー３２の移動方向に沿ってエアパッド３４の前後に排気溝３５および排気溝３６を有している。排気溝３５は、排気穴３５ａおよび排気管３８を介して排気ポンプ４１（図５中のＰｕｍｐ２）に接続されており、エアパッド３４からガイドバー３２の周囲に吹き込まれた空気を排出するようになっている。排気溝３６は、排気穴３６ａおよび排気管３７を介して排気ポンプ４０（図５中のＰｕｍｐ１）に接続されており、排気溝３５で排気しきれなかった空気を排出するようになっている。
【０００５】
このため、空気軸受３３とガイドバー３２との間には、エアパッド３４により連続して空気が吹き込まれ、当該吹き込まれた空気が排気溝３５および排気溝３６に一次的に貯められ、排気穴３５ａ、３６ａから排気される。したがって、空気軸受３３から真空室内へ真空度に悪影響を及ぼすほど空気分子が漏れ出すことはなく、空気軸受３３およびガイドバー３２間にはほぼ一定の圧力の気体層が形成され、空気軸受３３およびガイドバー３２間が所定の間隔を持って維持されるようになる。
【０００６】
また、ステージ３１には円柱状の駆動用バー４３が移動軸に平行に接続されている。駆動用バー４３は、真空室外の図示しないリニアモータに接続されており、リニアモータの駆動により移動軸に沿って移動可能になっている。また、駆動用バー４３には真空室内外の空気の流れを常に遮断しつつ移動軸に沿って伸縮することのできるベローズ部材４４が接続されている。したがって、真空室内の真空度に影響を与えることなくステージ３１を移動軸に沿って移動させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のステージ装置では、ステージ３１の移動軸に沿った移動における高い位置決め精度を確保するには、ステージ３１に対して４本のガイドバー３２を移動軸に平行に接続し、さらに、ガイドバー３２に対応する空気軸受３３についても移動軸に平行に設置するといった微妙な調整が必要であり、これら調整は困難であるという問題がある。また、ステージ３１の移動ストロークを長くしようとすると、ステージ３１の移動方向の前後に移動ストロークに応じた長さのガイドバー３２を設けなければならず、ステージ装置自体が大きくなってしまう問題がある。
【０００８】
また、上記従来のステージ装置では、ステージ３１を移動させる際に、ベローズ部材４４を伸縮させるためにリニアモータの駆動力の一部が使われてしまい、十分な駆動力をステージ３１に効率よく伝えることができないという問題がある。さらに、ベローズ部材４４の伸縮時に生ずる振動によりステージ３１に振動が発生して、ステージ３１の位置決め精度を低下させる問題がある。リニアモータを真空室内部に設ければ、ベローズ部材４４を用いる必要がなくなるので、ステージ３１の位置決め精度の低下を防止できる。しかしながら、真空室内を高真空度にするような場合には、真空室内のリニアモータで生じた熱を逃がすための冷却用の配管や配線等の肉厚を厚くしたりテフロン加工等を施したりする必要が生じ、コストがかかるという問題が生じる。
【０００９】
また、真空中では真空室内にあるすべての部材の表面からガスが放出されるために、試料を収納する真空室を高真空度にするためには真空室内の部材の表面積をできる限り小さくすることが重要である。しかしながら、上記のステージ装置では、ステージ３１、ガイドバー３２、空気軸受３３、リニアモータ等のかなりの部材を試料が収納された真空室に設けているために、当該真空室を高真空度にすることが困難である。
【００１０】
本発明の目的は、試料を高真空下で容易、高効率、且つ高精度に移動させることのできるステージ装置および光学装置を提供することにある。さらに、本発明の目的は、試料を収納する真空室を高真空度にすることのできるステージ装置および光学装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施の形態を表す図１乃至図４に対応付けて説明すると、上記目的は、所定の真空度で試料（１８）を収納する第１真空室（１）と、開口（３ａ）が形成された開口面（３ｂ）を有する隔壁部（３）を挟んで第１真空室（１）と隣接し、前記所定の真空度よりも低い真空度の第２真空室（２）と、開口面（３ｂ）と対向する対向面（４ａ）を有し、第２真空室（２）に設けられた気体軸受（５、２３、２６）により移動可能に支持され、開口（３ａ）を介して試料（１８）を保持する移動手段（４および１７）とを備えたことを特徴とするステージ装置によって達成される。
【００１２】
また、本発明のステージ装置おいて、開口面（３ｂ）と対向面（４ａ）との間隔を調整する間隔調整機構（２４および２５、または２７乃至３０）をさらに備えたことを特徴とする。また、本発明のステージ装置において、第１真空室（１）内を所定の真空度に維持するように排気する第１排気手段（１０）と、第２真空室（２）内を所定の真空度より低い真空度に維持するように排気する第２排気手段（１２）とをさらに備えたことを特徴とする。また、本発明のステージ装置において、開口面（３ｂ）は開口（３ａ）を取り囲む排気溝（６）を有し、排気溝（６）内を排気する第３排気手段（１１）をさらに備えたことを特徴とする。また、本発明のステージ装置において、移動手段（４および１７）はリニアモータ（９）で駆動され、リニアモータ（９）は第１真空室（１）外に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的は、処理対象の試料（１８）を真空中で移動可能に保持するステージ装置と、試料（１８）に光線または荷電粒子線を照射する照射系（１６）とを備えた光学装置において、ステージ装置は、本発明のステージ装置であることを特徴とする光学装置によって達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態によるステージ装置およびそれを備えた光学装置の一例としての検査装置を図１乃至図４を用いて説明する。まず、本実施の形態による検査装置の概略の構成を図１を用いて説明する。図１は検査装置の断面を示しており、以下、図中に示した座標系を用いて説明する。
【００１５】
本検査装置は、壁部１ａおよび隔壁部３によって形成される第１真空室１と、壁部２ａおよび隔壁部３によって形成される第２真空室２とを備えている。壁部１ａおよび隔壁部３、壁部２ａおよび隔壁部３は、それぞれＯ−リング１９、２０によってシールされており、真空もれ（リーク）が発生しないようになっている。
【００１６】
壁部１ａには、第１真空室１内を高真空度（例えば、１０−５ 〜１０−６Ｔｏｒｒ）に排気するターボポンプ（図１中のＴＰ）１０が接続されている。ターボポンプ１０は第１真空室１内が所定の真空度に達してから作動させるので、ターボポンプ１０の後段には、第１真空室１内をターボポンプ１０が動作可能な真空度にするために排気するロータリーポンプ１２（図１中のＲＰ）が接続されている。
【００１７】
また、壁部１ａには、試料台１７に載置されているウェハ（試料）１８を観察するための電子ビームコラム１６が備えられている。壁部１ａおよび電子ビームコラム１６はＯ−リング２１によってシールされており、リークが発生しないようになっている。電子ビームコラム１６は、図示しない電子銃によって電子ビームを発生させ、発生させた電子ビームを電子レンズによって収束させた後、偏向コイルによって走査させて、試料台１７に載置されているウェハ１８に照射させる。そして、照射によって発生する２次電子や反射される電子を検出し、検出した電子に基づいてウェハ１８の表面に形成されたパターンを検出するようになっている。
【００１８】
隔壁部３には開口３ａが形成されており、第１真空室１と第２真空室２とが連通するようになっている。隔壁部３の第２真空室２側の面には、Ｘ−Ｚ断面がＬ字形状および逆Ｌ字形状からなる軸受固定部８が固定されている。
第２真空室２内の隔壁部３および軸受固定部８によって囲まれた一領域には、Ｙ方向に移動可能な移動ステージ４が設けられている。移動ステージ４には、２つの軸受部５ａ、５ｂからなる空気軸受（気体軸受）５が接続されている。
【００１９】
空気軸受５の−Ｘ側の軸受部５ａは、＋Ｚ側、−Ｚ側、および−Ｘ側に隔壁部３および軸受固定部８と対向する面を有しており、各面には隔壁部３または軸受固定部８との間に圧縮空気を送り込むエアパッド７が設けられている。また、空気軸受５の＋Ｘ側の軸受部５ｂは、＋Ｚ側、−Ｚ側および＋Ｘ側に隔壁部３および軸受固定部８と対向する面を有しており、各面には隔壁部３または軸受固定部８との間に圧縮空気を送り込むエアパッド７が設けられている。エアパッド７には、第２真空室２の外部に備えられた圧縮空気源１４（図１中のＡｉｒ）から、継手１５、チューブ１３および通気口７ａを介して圧縮空気が供給されるようになっている。なお、継手１５は壁部２ａにＯ−リング２２を挟んで固定され、リークが発生しないようになっている。また、チューブ１３は、比較的低真空度に維持される第２真空室２内に設けられているために、高真空度に対応させる必要がなく、コストを抑えることができる。
【００２０】
したがって、上記の空気軸受５によると、＋Ｘ側、−Ｘ側の軸受部５ａ、５ｂの＋Ｚ側および−Ｚ側のエアパッド７から送り込まれる空気により、空気軸受５および移動ステージ４がＺ方向に関して隔壁部３および軸受固定部８と間隔を保つように支持され、軸受部５ａの−Ｘ側のエアパッド７および軸受部５ｂの＋Ｘ側のエアパッド７によって送り込まれる空気により、空気軸受５および移動ステージ４がＸ方向に関して軸受固定部８と間隔を保つように支持される。
【００２１】
移動ステージ４は、隔壁部３の開口３ａの周囲の面（開口面）３ｂと対向する平面（対向面）４ａを有しており、移動ステージ４の対向面４ａと隔壁部３の開口面３ｂとの間隔は上記の空気軸受５によって数ミクロン（例えば、３〜１０ミクロン）の間隔に保たれている。なお、第１真空室１の真空度を高めるためには、移動ステージ４の対向面４ａと隔壁部３の開口面３ｂとの間隔をできるだけ小さくすることが好ましい。
【００２２】
移動ステージ４の＋Ｚ側には隔壁部３の開口３ａを通じて第１真空室１内に位置するようにウェハ１８を載置する試料台１７が設けられている。したがって、第１真空室１内には、空気軸受５や後述のリニアモータ９等の部材が存在せず、第１真空室１内にある部材の表面積を小さくすることができ、部材から発生するガスを抑えることができる。
隔壁部３の開口面３ｂには、開口３ａを囲むように凹状の排気溝６が形成されており、排気溝６は排気口６ａを介して排気溝６内を排気するためのターボポンプ（図１中のＴＰ）１１に繋がれている。ターボポンプ１１は排気溝６内を、例えば、１０−３〜１０−４Ｔｏｒｒの真空度に維持させることができるようになっている。ターボポンプ１１は排気溝６内が所定の真空度に達してから作動させるので、ターボポンプ１１の後段には、排気溝６内をターボポンプ１１が動作可能な真空度にするために排気するロータリーポンプ１２が接続されている。
【００２３】
移動ステージ４の−Ｚ側には、リニアモータ９の可動子９ａが接続され、可動子９ａは固定子９ｂと間隔を開けて対向するように配置されている。リニアモータ９は、可動子９ａと固定子９ｂとの相互作用により可動子９ａがＹ方向に移動できるようになっている。なお、リニアモータ９は第２真空室２内に配置されているが、後述するように第２真空室２内は比較的低い真空度であるので、リニアモータ９により発生した熱を取り除くための冷却水を循環させる図示しない配管や配線等は、高真空度に対応させる必要がなく、コストがかからない。
壁部２ａには、第２真空室２内を第１真空室１内より低い真空度（例えば、数〜数百Ｔｏｒｒ）に排気するロータリーポンプ１２が接続されている。
【００２４】
ここで、移動ステージ４の対向面４ａ、および隔壁部３の開口３ａおよび排気溝６について図２を参照して詳細に説明する。図２は、隔壁部３、軸受固定部８、移動ステージ４および空気軸受５等を矢印Ｐ、Ｑに示すように分解した状態の検査装置の移動ステージ４回りの斜視図を示している。なお、図２では、図１の座標軸に対応する座標軸をとるものとする。また、図２中の破線ａは、移動ステージ４および試料台１７が最も＋Ｙ側に移動した際の隔壁部３に対するこれら位置を示し、破線ｂは、移動ステージ４および試料台１７が最も−Ｙ側に移動した際の隔壁部３に対するこれらの位置を示している。
【００２５】
隔壁部３の開口３ａは、図２に示すように、試料台１７の移動を妨げないように移動範囲（破線ａ〜破線ｂ）を包含する大きさとなっている。
移動ステージ４の対向面４ａは、図２に示すように移動範囲において常に開口３ａに対向するようになっている。これにより、第１真空室１および第２真空室２は、移動ステージ４の対向面４ａおよび隔壁部３の開口面３ｂとの間のわずかな隙間のみでしか連通しないようになっている。
また、隔壁部３の排気溝６は、移動ステージ４の移動範囲（破線ａ〜破線ｂ）において、常に対向面４ａと対向する位置に設けられている。
【００２６】
次に、本実施の形態によるステージ装置および検査装置の動作を説明する。
本検査装置では、ロータリーポンプ１２によって、第１真空室１内、排気溝６内、第２真空室２内を排気させる。そして、第１真空室内が所定の真空度になった後には、ターボポンプ１０を動作させて第１真空室内を排気する。また、排気溝６内が所定の真空度になった後には、ターボポンプ１１を動作させて排気溝６内を排気する。これによって、第１真空室１内は高真空度に維持され、第２真空室２内は第１真空室内より低い真空室で維持されるようになる。
このような動作と共に、圧縮空気源１４から継手１５、チューブ１３、通気口７ａを介して空気軸受５のエアパッド７に圧縮空気を供給する。これによって、移動ステージ４の対向面４ａと隔壁部３の開口面３ｂ間が所定の隙間に維持されつつ、移動ステージ４をＹ方向に移動させることができるようになっている。
【００２７】
ここで、上記動作中の検査装置内の空気の状態について説明する。
検査装置においては、第１真空室１内は第２真空室２内より高い真空度に維持されており、また、第１真空室１と第２真空室２とは連通しているので、第２真空室２から第１真空室１へ向かって空気が流れることになる。しかしながら、第１真空室１と第２真空室２とは移動ステージ４の対向面４ａおよび隔壁部３の開口面３ｂとのわずかな隙間のみを介して連通しているだけであるので、第２真空室２内から第１真空室１側へ流れる空気は微量である。したがって、エアパッド７から送出される空気の大部分はロータリーポンプ１２によって排気される。
【００２８】
また、移動ステージ４の対向面４ａおよび隔壁部３の開口面３ｂとのわずかな隙間を第２真空室２内から第１真空室１側へ流れる空気の大部分は、排気溝６から排気溝６ａを介してターボポンプ１１によって排気される。このため、第１真空室１内に流れ込む空気の量は非常に微量となり、第１真空室１内の真空度にほとんど影響を与えることがない。また、上述のように第１真空室１内には、試料台１７等のわずかな部材しか存在しないので、部材から発生するガスは真空度にほとんど影響を及ぼさない。したがって、第１真空室１内の真空度を高真空度に維持することができる。また、検査装置においては、移動ステージ４が移動しても、移動ステージ４の対向面４ａおよび隔壁部３の開口面３ｂとが常にわずかな隙間に維持されるようになっているので、上記状態が移動中常に維持される。
【００２９】
このように第１真空室１内を高真空度に維持した状態で、電子ビームコラム１６において、電子銃によって電子ビームが照射され、照射された電子ビームは、電子レンズによって収束され、偏向コイルによって走査され、試料台１７上のウェハ１８に照射される。このような動作と共に、リニアモータ９が移動ステージ４および試料台１７を駆動してウェハ１８を移動させて、ウェハ１８全面に電子ビームを照射させることができるようになる。
さらに、上記の動作と共に、電子ビームコラム１６において、ウェハ１８からの２次電子や反射された電子が検出され、検出された電子に基づいてウェハ１８に形成されているパターンが検出され、設計パターンと比較されて設計通りであるか否かが検査される。
【００３０】
このように本検査装置によれば、真空度を維持するためのベローズ部材を設ける必要がないために、リニアモータの駆動を効率よく試料台１７の移動に利用することができ、また、ベローズ部材による振動が発生しないので、試料台１７の位置決め精度を向上させることができる。さらに、試料を収納する第１真空室１内の試料を保持して移動するための部材の表面積を抑えることができるので、部材から発生するガスによる真空度の低下を防いで、第１真空室１を高真空度にすることができる。
また、本検査装置では、図５に示す従来のステージ装置のようにステージの移動方向の前後に空気軸受を備えておく必要がないので、装置サイズを抑えることができる。また、空気軸受の構成も単純な形状であり、従来に比してステージの位置決め精度を確保するための調整作業は容易である。
【００３１】
次に、本実施の形態による検査装置の空気軸受５の他の例を図３を参照して説明する。図３は、空気軸受の−Ｘ側の軸受部周辺を示している。図３において図１と同様な機能を有する構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
空気軸受２３は、図１に示す空気軸受５において、通気口７ａから＋Ｚ側のエアパッド７に至る圧縮空気の流路にノズル径を変えることのできる可変ノズル部材２４を備え、通気口７ａから−Ｚ側のエアパッド７に至る圧縮空気の流路にノズル径を変えることのできる可変ノズル部材２５を備えたものである。
【００３２】
空気軸受２３によると、可変ノズル部材２４、２５のノズル径を変えることにより、エアパッド７から隔壁部３または軸受固定部８側に送り込む空気の量を調節することができ、隔壁部３と移動ステージ４との間隔（図中のΔＺ）を調節することができる。この結果、第２真空室２から第１真空室１側へ流れる空気の量を調節することができ、第１真空室１内の真空度を調整することができる。
したがって、試料の種類、あるいは観察の内容に応じて要求される真空度に、第１真空室１内を調整することができる。
【００３３】
次に、本実施の形態による検査装置の空気軸受５のさらに他の例を図４を参照して説明する。図４は、空気軸受の−Ｘ側の軸受部周辺を示している。図４において図１と同様な機能を有する構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
空気軸受２６は、＋Ｚ側のエアパッド７に圧縮空気を供給する通気口２７と、−Ｚ側および−Ｘ側のエアパッド７に圧縮空気を供給する通気口２８とを備え、圧縮空気源１４と各通気口２７、２８との間に圧縮空気の圧力を調節するレギュレータ２９、３０を備えている。
【００３４】
空気軸受２６によると、レギュレータ２９、３０を調節することにより、＋Ｚ側のエアパッド７から隔壁部３側に送り込む圧縮空気の圧力と、−Ｚ側のエアパッド７から軸受固定部８側に送り込む圧縮空気の圧力とを調節することができ、隔壁部３と移動ステージ４との間隔（図中のΔＺ）を調節することができる。この結果、第２真空室２から第１真空室１側へ流れる空気の量を調節することができ、第１真空室１内の真空度を調整することができる。
したがって、試料の種類、あるいは観察の内容に応じて要求される真空度に、第１真空室１内を調整することができる。
【００３５】
上記実施の形態では、移動ステージ４と空気軸受５とを別の部材として説明したが、これらを一体の部材としてもよい。また、上記実施の形態では、ロータリーポンプ、ターボポンプを用いた例を説明したが、本発明はこれらに限られず、他の種類のポンプを用いることもできる。また、上記実施の形態では、ターボポンプ１０、１１の後段に第２真空室２内の排気を行うロータリーポンプ１２を接続していたが、本発明はこれに限られず、ターボポンプ１０、１１の後段にロータリーポンプ１２とは別系統のロータリーポンプを接続するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態では、直線移動する１軸のステージ装置で説明したが、本発明はこれに限られず、２軸に移動するステージ装置や、回転移動するステージ装置等にも適用することができる。また、上記実施の形態では、ウェハを試料とする装置について説明したが、本発明はこれに限られず、マスクや液晶基板などのガラス基板等を試料とする装置にも適用することができる。
【００３７】
また、上記実施の形態では、検査装置について説明したが、本発明はこれに限られず、例えば、パターンを転写する露光装置、電子顕微鏡、荷電粒子線でパターンを転写あるいは形成するエレクトロンビーム装置等の他の光学装置にも適用することができる。また、上記実施の形態では、光学装置に備えられているステージ装置について説明したが、本発明はこれに限られず、真空室に収容した試料を移動させるステージ装置であれば適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、試料を真空下で容易、高効率且つ高精度に移動することができる。さらに、本発明によれば、試料を収納する真空室を高真空度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるステージ装置およびそれを備えた検査装置の概略の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による検査装置の一部を分解した斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態による空気軸受の他の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態による空気軸受のさらに他の例を示す図である。
【図５】従来のステージ装置の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１真空室
１ａ 壁部
２ 第２真空室
２ａ 壁部
３ 隔壁部
３ａ 開口
３ｂ 開口面
４ 移動ステージ
４ａ 対向面
５、２３、２６ 空気軸受
５ａ、５ｂ 軸受部
６ 排気溝
７ エアパッド
７ａ、２７、２８ 通気口
８ 軸受固定部
９ リニアモータ
９ａ 可動子
９ｂ 固定子
１０、１１ ターボポンプ
１２ ロータリーポンプ
１３ チューブ
１４ 圧縮空気源
１５ 継手
１６ 電子ビームコラム
１７ 試料台
１８ ウェハ
１９、２０、２１、２２ Ｏ−リング
２４、２５ 可変ノズル部材
２９、３０ レギュレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ等の試料を真空中で移動可能に保持するステージ装置およびそれを備えた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、マスクあるいはレチクルに形成された回路パターンがウェハ上に転写される。そして、ウェハ上に回路パターンが正確に形成されているか否かを検査するために光学装置の１つである検査装置が用いられる。例えば、荷電粒子線を用いてウェハを検査する検査装置では、ステージ装置を用いて真空中で試料のウェハを保持させて移動させ、ウェハの全面を検査できるようになっている。
【０００３】
このような検査装置に用いられるステージ装置を図５の斜視図を参照して説明する。図５では、ステージ３１の移動方向に平行に移動軸を取るものとする。
このステージ装置は、試料のウェハを載置するためのステージ３１を有している。ステージ３１には円柱状の４本のガイドバー３２が移動軸にほぼ平行に接続されており、各ガイドバー３２は円筒状の空気軸受３３内に収納されるようになっている。これらステージ３１、ガイドバー３２、および空気軸受３３は、真空室内に収納されている。
【０００４】
図５に示した４本のガイドバー３２および空気軸受３３のうち図中左方の１本のガイドバー３２および空気軸受３３はそれらの断面構造を示している。空気軸受３３は、圧縮空気源（図５中のＡｉｒ）４２から供給管３９、通気穴３４ａを介して供給される空気をガイドバー３２の周囲に吹き込むエアパッド３４を有している。また、空気軸受３３は、ガイドバー３２の移動方向に沿ってエアパッド３４の前後に排気溝３５および排気溝３６を有している。排気溝３５は、排気穴３５ａおよび排気管３８を介して排気ポンプ４１（図５中のＰｕｍｐ２）に接続されており、エアパッド３４からガイドバー３２の周囲に吹き込まれた空気を排出するようになっている。排気溝３６は、排気穴３６ａおよび排気管３７を介して排気ポンプ４０（図５中のＰｕｍｐ１）に接続されており、排気溝３５で排気しきれなかった空気を排出するようになっている。
【０００５】
このため、空気軸受３３とガイドバー３２との間には、エアパッド３４により連続して空気が吹き込まれ、当該吹き込まれた空気が排気溝３５および排気溝３６に一次的に貯められ、排気穴３５ａ、３６ａから排気される。したがって、空気軸受３３から真空室内へ真空度に悪影響を及ぼすほど空気分子が漏れ出すことはなく、空気軸受３３およびガイドバー３２間にはほぼ一定の圧力の気体層が形成され、空気軸受３３およびガイドバー３２間が所定の間隔を持って維持されるようになる。
【０００６】
また、ステージ３１には円柱状の駆動用バー４３が移動軸に平行に接続されている。駆動用バー４３は、真空室外の図示しないリニアモータに接続されており、リニアモータの駆動により移動軸に沿って移動可能になっている。また、駆動用バー４３には真空室内外の空気の流れを常に遮断しつつ移動軸に沿って伸縮することのできるベローズ部材４４が接続されている。したがって、真空室内の真空度に影響を与えることなくステージ３１を移動軸に沿って移動させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のステージ装置では、ステージ３１の移動軸に沿った移動における高い位置決め精度を確保するには、ステージ３１に対して４本のガイドバー３２を移動軸に平行に接続し、さらに、ガイドバー３２に対応する空気軸受３３についても移動軸に平行に設置するといった微妙な調整が必要であり、これら調整は困難であるという問題がある。また、ステージ３１の移動ストロークを長くしようとすると、ステージ３１の移動方向の前後に移動ストロークに応じた長さのガイドバー３２を設けなければならず、ステージ装置自体が大きくなってしまう問題がある。
【０００８】
また、上記従来のステージ装置では、ステージ３１を移動させる際に、ベローズ部材４４を伸縮させるためにリニアモータの駆動力の一部が使われてしまい、十分な駆動力をステージ３１に効率よく伝えることができないという問題がある。さらに、ベローズ部材４４の伸縮時に生ずる振動によりステージ３１に振動が発生して、ステージ３１の位置決め精度を低下させる問題がある。リニアモータを真空室内部に設ければ、ベローズ部材４４を用いる必要がなくなるので、ステージ３１の位置決め精度の低下を防止できる。しかしながら、真空室内を高真空度にするような場合には、真空室内のリニアモータで生じた熱を逃がすための冷却用の配管や配線等の肉厚を厚くしたりテフロン加工等を施したりする必要が生じ、コストがかかるという問題が生じる。
【０００９】
また、真空中では真空室内にあるすべての部材の表面からガスが放出されるために、試料を収納する真空室を高真空度にするためには真空室内の部材の表面積をできる限り小さくすることが重要である。しかしながら、上記のステージ装置では、ステージ３１、ガイドバー３２、空気軸受３３、リニアモータ等のかなりの部材を試料が収納された真空室に設けているために、当該真空室を高真空度にすることが困難である。
【００１０】
本発明の目的は、試料を高真空下で容易、高効率、且つ高精度に移動させることのできるステージ装置および光学装置を提供することにある。さらに、本発明の目的は、試料を収納する真空室を高真空度にすることのできるステージ装置および光学装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施の形態を表す図１乃至図４に対応付けて説明すると、上記目的は、所定の真空度で試料（１８）を収納する第１真空室（１）と、開口（３ａ）が形成された開口面（３ｂ）を有する隔壁部（３）を挟んで第１真空室（１）と隣接し、前記所定の真空度よりも低い真空度の第２真空室（２）と、開口面（３ｂ）と対向する対向面（４ａ）を有し、第２真空室（２）に設けられた気体軸受（５、２３、２６）により移動可能に支持され、開口（３ａ）を介して試料（１８）を保持する移動手段（４および１７）とを備えたことを特徴とするステージ装置によって達成される。
【００１２】
また、本発明のステージ装置おいて、開口面（３ｂ）と対向面（４ａ）との間隔を調整する間隔調整機構（２４および２５、または２７乃至３０）をさらに備えたことを特徴とする。また、本発明のステージ装置において、第１真空室（１）内を所定の真空度に維持するように排気する第１排気手段（１０）と、第２真空室（２）内を所定の真空度より低い真空度に維持するように排気する第２排気手段（１２）とをさらに備えたことを特徴とする。また、本発明のステージ装置において、開口面（３ｂ）は開口（３ａ）を取り囲む排気溝（６）を有し、排気溝（６）内を排気する第３排気手段（１１）をさらに備えたことを特徴とする。また、本発明のステージ装置において、移動手段（４および１７）はリニアモータ（９）で駆動され、リニアモータ（９）は第１真空室（１）外に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的は、処理対象の試料（１８）を真空中で移動可能に保持するステージ装置と、試料（１８）に光線または荷電粒子線を照射する照射系（１６）とを備えた光学装置において、ステージ装置は、本発明のステージ装置であることを特徴とする光学装置によって達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態によるステージ装置およびそれを備えた光学装置の一例としての検査装置を図１乃至図４を用いて説明する。まず、本実施の形態による検査装置の概略の構成を図１を用いて説明する。図１は検査装置の断面を示しており、以下、図中に示した座標系を用いて説明する。
【００１５】
本検査装置は、壁部１ａおよび隔壁部３によって形成される第１真空室１と、壁部２ａおよび隔壁部３によって形成される第２真空室２とを備えている。壁部１ａおよび隔壁部３、壁部２ａおよび隔壁部３は、それぞれＯ−リング１９、２０によってシールされており、真空もれ（リーク）が発生しないようになっている。
【００１６】
壁部１ａには、第１真空室１内を高真空度（例えば、１０−５ 〜１０−６Ｔｏｒｒ）に排気するターボポンプ（図１中のＴＰ）１０が接続されている。ターボポンプ１０は第１真空室１内が所定の真空度に達してから作動させるので、ターボポンプ１０の後段には、第１真空室１内をターボポンプ１０が動作可能な真空度にするために排気するロータリーポンプ１２（図１中のＲＰ）が接続されている。
【００１７】
また、壁部１ａには、試料台１７に載置されているウェハ（試料）１８を観察するための電子ビームコラム１６が備えられている。壁部１ａおよび電子ビームコラム１６はＯ−リング２１によってシールされており、リークが発生しないようになっている。電子ビームコラム１６は、図示しない電子銃によって電子ビームを発生させ、発生させた電子ビームを電子レンズによって収束させた後、偏向コイルによって走査させて、試料台１７に載置されているウェハ１８に照射させる。そして、照射によって発生する２次電子や反射される電子を検出し、検出した電子に基づいてウェハ１８の表面に形成されたパターンを検出するようになっている。
【００１８】
隔壁部３には開口３ａが形成されており、第１真空室１と第２真空室２とが連通するようになっている。隔壁部３の第２真空室２側の面には、Ｘ−Ｚ断面がＬ字形状および逆Ｌ字形状からなる軸受固定部８が固定されている。
第２真空室２内の隔壁部３および軸受固定部８によって囲まれた一領域には、Ｙ方向に移動可能な移動ステージ４が設けられている。移動ステージ４には、２つの軸受部５ａ、５ｂからなる空気軸受（気体軸受）５が接続されている。
【００１９】
空気軸受５の−Ｘ側の軸受部５ａは、＋Ｚ側、−Ｚ側、および−Ｘ側に隔壁部３および軸受固定部８と対向する面を有しており、各面には隔壁部３または軸受固定部８との間に圧縮空気を送り込むエアパッド７が設けられている。また、空気軸受５の＋Ｘ側の軸受部５ｂは、＋Ｚ側、−Ｚ側および＋Ｘ側に隔壁部３および軸受固定部８と対向する面を有しており、各面には隔壁部３または軸受固定部８との間に圧縮空気を送り込むエアパッド７が設けられている。エアパッド７には、第２真空室２の外部に備えられた圧縮空気源１４（図１中のＡｉｒ）から、継手１５、チューブ１３および通気口７ａを介して圧縮空気が供給されるようになっている。なお、継手１５は壁部２ａにＯ−リング２２を挟んで固定され、リークが発生しないようになっている。また、チューブ１３は、比較的低真空度に維持される第２真空室２内に設けられているために、高真空度に対応させる必要がなく、コストを抑えることができる。
【００２０】
したがって、上記の空気軸受５によると、＋Ｘ側、−Ｘ側の軸受部５ａ、５ｂの＋Ｚ側および−Ｚ側のエアパッド７から送り込まれる空気により、空気軸受５および移動ステージ４がＺ方向に関して隔壁部３および軸受固定部８と間隔を保つように支持され、軸受部５ａの−Ｘ側のエアパッド７および軸受部５ｂの＋Ｘ側のエアパッド７によって送り込まれる空気により、空気軸受５および移動ステージ４がＸ方向に関して軸受固定部８と間隔を保つように支持される。
【００２１】
移動ステージ４は、隔壁部３の開口３ａの周囲の面（開口面）３ｂと対向する平面（対向面）４ａを有しており、移動ステージ４の対向面４ａと隔壁部３の開口面３ｂとの間隔は上記の空気軸受５によって数ミクロン（例えば、３〜１０ミクロン）の間隔に保たれている。なお、第１真空室１の真空度を高めるためには、移動ステージ４の対向面４ａと隔壁部３の開口面３ｂとの間隔をできるだけ小さくすることが好ましい。
【００２２】
移動ステージ４の＋Ｚ側には隔壁部３の開口３ａを通じて第１真空室１内に位置するようにウェハ１８を載置する試料台１７が設けられている。したがって、第１真空室１内には、空気軸受５や後述のリニアモータ９等の部材が存在せず、第１真空室１内にある部材の表面積を小さくすることができ、部材から発生するガスを抑えることができる。
隔壁部３の開口面３ｂには、開口３ａを囲むように凹状の排気溝６が形成されており、排気溝６は排気口６ａを介して排気溝６内を排気するためのターボポンプ（図１中のＴＰ）１１に繋がれている。ターボポンプ１１は排気溝６内を、例えば、１０−３〜１０−４Ｔｏｒｒの真空度に維持させることができるようになっている。ターボポンプ１１は排気溝６内が所定の真空度に達してから作動させるので、ターボポンプ１１の後段には、排気溝６内をターボポンプ１１が動作可能な真空度にするために排気するロータリーポンプ１２が接続されている。
【００２３】
移動ステージ４の−Ｚ側には、リニアモータ９の可動子９ａが接続され、可動子９ａは固定子９ｂと間隔を開けて対向するように配置されている。リニアモータ９は、可動子９ａと固定子９ｂとの相互作用により可動子９ａがＹ方向に移動できるようになっている。なお、リニアモータ９は第２真空室２内に配置されているが、後述するように第２真空室２内は比較的低い真空度であるので、リニアモータ９により発生した熱を取り除くための冷却水を循環させる図示しない配管や配線等は、高真空度に対応させる必要がなく、コストがかからない。
壁部２ａには、第２真空室２内を第１真空室１内より低い真空度（例えば、数〜数百Ｔｏｒｒ）に排気するロータリーポンプ１２が接続されている。
【００２４】
ここで、移動ステージ４の対向面４ａ、および隔壁部３の開口３ａおよび排気溝６について図２を参照して詳細に説明する。図２は、隔壁部３、軸受固定部８、移動ステージ４および空気軸受５等を矢印Ｐ、Ｑに示すように分解した状態の検査装置の移動ステージ４回りの斜視図を示している。なお、図２では、図１の座標軸に対応する座標軸をとるものとする。また、図２中の破線ａは、移動ステージ４および試料台１７が最も＋Ｙ側に移動した際の隔壁部３に対するこれら位置を示し、破線ｂは、移動ステージ４および試料台１７が最も−Ｙ側に移動した際の隔壁部３に対するこれらの位置を示している。
【００２５】
隔壁部３の開口３ａは、図２に示すように、試料台１７の移動を妨げないように移動範囲（破線ａ〜破線ｂ）を包含する大きさとなっている。
移動ステージ４の対向面４ａは、図２に示すように移動範囲において常に開口３ａに対向するようになっている。これにより、第１真空室１および第２真空室２は、移動ステージ４の対向面４ａおよび隔壁部３の開口面３ｂとの間のわずかな隙間のみでしか連通しないようになっている。
また、隔壁部３の排気溝６は、移動ステージ４の移動範囲（破線ａ〜破線ｂ）において、常に対向面４ａと対向する位置に設けられている。
【００２６】
次に、本実施の形態によるステージ装置および検査装置の動作を説明する。
本検査装置では、ロータリーポンプ１２によって、第１真空室１内、排気溝６内、第２真空室２内を排気させる。そして、第１真空室内が所定の真空度になった後には、ターボポンプ１０を動作させて第１真空室内を排気する。また、排気溝６内が所定の真空度になった後には、ターボポンプ１１を動作させて排気溝６内を排気する。これによって、第１真空室１内は高真空度に維持され、第２真空室２内は第１真空室内より低い真空室で維持されるようになる。
このような動作と共に、圧縮空気源１４から継手１５、チューブ１３、通気口７ａを介して空気軸受５のエアパッド７に圧縮空気を供給する。これによって、移動ステージ４の対向面４ａと隔壁部３の開口面３ｂ間が所定の隙間に維持されつつ、移動ステージ４をＹ方向に移動させることができるようになっている。
【００２７】
ここで、上記動作中の検査装置内の空気の状態について説明する。
検査装置においては、第１真空室１内は第２真空室２内より高い真空度に維持されており、また、第１真空室１と第２真空室２とは連通しているので、第２真空室２から第１真空室１へ向かって空気が流れることになる。しかしながら、第１真空室１と第２真空室２とは移動ステージ４の対向面４ａおよび隔壁部３の開口面３ｂとのわずかな隙間のみを介して連通しているだけであるので、第２真空室２内から第１真空室１側へ流れる空気は微量である。したがって、エアパッド７から送出される空気の大部分はロータリーポンプ１２によって排気される。
【００２８】
また、移動ステージ４の対向面４ａおよび隔壁部３の開口面３ｂとのわずかな隙間を第２真空室２内から第１真空室１側へ流れる空気の大部分は、排気溝６から排気溝６ａを介してターボポンプ１１によって排気される。このため、第１真空室１内に流れ込む空気の量は非常に微量となり、第１真空室１内の真空度にほとんど影響を与えることがない。また、上述のように第１真空室１内には、試料台１７等のわずかな部材しか存在しないので、部材から発生するガスは真空度にほとんど影響を及ぼさない。したがって、第１真空室１内の真空度を高真空度に維持することができる。また、検査装置においては、移動ステージ４が移動しても、移動ステージ４の対向面４ａおよび隔壁部３の開口面３ｂとが常にわずかな隙間に維持されるようになっているので、上記状態が移動中常に維持される。
【００２９】
このように第１真空室１内を高真空度に維持した状態で、電子ビームコラム１６において、電子銃によって電子ビームが照射され、照射された電子ビームは、電子レンズによって収束され、偏向コイルによって走査され、試料台１７上のウェハ１８に照射される。このような動作と共に、リニアモータ９が移動ステージ４および試料台１７を駆動してウェハ１８を移動させて、ウェハ１８全面に電子ビームを照射させることができるようになる。
さらに、上記の動作と共に、電子ビームコラム１６において、ウェハ１８からの２次電子や反射された電子が検出され、検出された電子に基づいてウェハ１８に形成されているパターンが検出され、設計パターンと比較されて設計通りであるか否かが検査される。
【００３０】
このように本検査装置によれば、真空度を維持するためのベローズ部材を設ける必要がないために、リニアモータの駆動を効率よく試料台１７の移動に利用することができ、また、ベローズ部材による振動が発生しないので、試料台１７の位置決め精度を向上させることができる。さらに、試料を収納する第１真空室１内の試料を保持して移動するための部材の表面積を抑えることができるので、部材から発生するガスによる真空度の低下を防いで、第１真空室１を高真空度にすることができる。
また、本検査装置では、図５に示す従来のステージ装置のようにステージの移動方向の前後に空気軸受を備えておく必要がないので、装置サイズを抑えることができる。また、空気軸受の構成も単純な形状であり、従来に比してステージの位置決め精度を確保するための調整作業は容易である。
【００３１】
次に、本実施の形態による検査装置の空気軸受５の他の例を図３を参照して説明する。図３は、空気軸受の−Ｘ側の軸受部周辺を示している。図３において図１と同様な機能を有する構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
空気軸受２３は、図１に示す空気軸受５において、通気口７ａから＋Ｚ側のエアパッド７に至る圧縮空気の流路にノズル径を変えることのできる可変ノズル部材２４を備え、通気口７ａから−Ｚ側のエアパッド７に至る圧縮空気の流路にノズル径を変えることのできる可変ノズル部材２５を備えたものである。
【００３２】
空気軸受２３によると、可変ノズル部材２４、２５のノズル径を変えることにより、エアパッド７から隔壁部３または軸受固定部８側に送り込む空気の量を調節することができ、隔壁部３と移動ステージ４との間隔（図中のΔＺ）を調節することができる。この結果、第２真空室２から第１真空室１側へ流れる空気の量を調節することができ、第１真空室１内の真空度を調整することができる。
したがって、試料の種類、あるいは観察の内容に応じて要求される真空度に、第１真空室１内を調整することができる。
【００３３】
次に、本実施の形態による検査装置の空気軸受５のさらに他の例を図４を参照して説明する。図４は、空気軸受の−Ｘ側の軸受部周辺を示している。図４において図１と同様な機能を有する構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
空気軸受２６は、＋Ｚ側のエアパッド７に圧縮空気を供給する通気口２７と、−Ｚ側および−Ｘ側のエアパッド７に圧縮空気を供給する通気口２８とを備え、圧縮空気源１４と各通気口２７、２８との間に圧縮空気の圧力を調節するレギュレータ２９、３０を備えている。
【００３４】
空気軸受２６によると、レギュレータ２９、３０を調節することにより、＋Ｚ側のエアパッド７から隔壁部３側に送り込む圧縮空気の圧力と、−Ｚ側のエアパッド７から軸受固定部８側に送り込む圧縮空気の圧力とを調節することができ、隔壁部３と移動ステージ４との間隔（図中のΔＺ）を調節することができる。この結果、第２真空室２から第１真空室１側へ流れる空気の量を調節することができ、第１真空室１内の真空度を調整することができる。
したがって、試料の種類、あるいは観察の内容に応じて要求される真空度に、第１真空室１内を調整することができる。
【００３５】
上記実施の形態では、移動ステージ４と空気軸受５とを別の部材として説明したが、これらを一体の部材としてもよい。また、上記実施の形態では、ロータリーポンプ、ターボポンプを用いた例を説明したが、本発明はこれらに限られず、他の種類のポンプを用いることもできる。また、上記実施の形態では、ターボポンプ１０、１１の後段に第２真空室２内の排気を行うロータリーポンプ１２を接続していたが、本発明はこれに限られず、ターボポンプ１０、１１の後段にロータリーポンプ１２とは別系統のロータリーポンプを接続するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態では、直線移動する１軸のステージ装置で説明したが、本発明はこれに限られず、２軸に移動するステージ装置や、回転移動するステージ装置等にも適用することができる。また、上記実施の形態では、ウェハを試料とする装置について説明したが、本発明はこれに限られず、マスクや液晶基板などのガラス基板等を試料とする装置にも適用することができる。
【００３７】
また、上記実施の形態では、検査装置について説明したが、本発明はこれに限られず、例えば、パターンを転写する露光装置、電子顕微鏡、荷電粒子線でパターンを転写あるいは形成するエレクトロンビーム装置等の他の光学装置にも適用することができる。また、上記実施の形態では、光学装置に備えられているステージ装置について説明したが、本発明はこれに限られず、真空室に収容した試料を移動させるステージ装置であれば適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、試料を真空下で容易、高効率且つ高精度に移動することができる。さらに、本発明によれば、試料を収納する真空室を高真空度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるステージ装置およびそれを備えた検査装置の概略の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による検査装置の一部を分解した斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態による空気軸受の他の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態による空気軸受のさらに他の例を示す図である。
【図５】従来のステージ装置の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１真空室
１ａ 壁部
２ 第２真空室
２ａ 壁部
３ 隔壁部
３ａ 開口
３ｂ 開口面
４ 移動ステージ
４ａ 対向面
５、２３、２６ 空気軸受
５ａ、５ｂ 軸受部
６ 排気溝
７ エアパッド
７ａ、２７、２８ 通気口
８ 軸受固定部
９ リニアモータ
９ａ 可動子
９ｂ 固定子
１０、１１ ターボポンプ
１２ ロータリーポンプ
１３ チューブ
１４ 圧縮空気源
１５ 継手
１６ 電子ビームコラム
１７ 試料台
１８ ウェハ
１９、２０、２１、２２ Ｏ−リング
２４、２５ 可変ノズル部材
２９、３０ レギュレータ
Claims (6)
- 試料を観察するための電子ビームコラムとシールされた壁部と、開口が形成された開口面を有して前記壁部とシールされた隔壁部とによって形成され、所定の真空度で前記試料を収納する第１真空室と、
前記隔壁部とシールされた壁部と、前記隔壁部とによって形成され、前記隔壁部を挟んで前記第１真空室と隣接すると共に前記開口を通じて前記第１真空室と連通し、前記所定の真空度よりも低い真空度の第２真空室と、
前記隔壁部の前記第２真空室側の面に固定されて断面がＬ字形状からなる軸受固定部と、前記隔壁部とに対向する対向面にそれぞれ設けられて前記隔壁部又は前記軸受固定部との間に圧縮空気を送り込むエアパッドを備え、前記第２真空室に設けられた気体軸受と、
前記開口面と対向する対向面を有し、前記気体軸受に接続されて前記気体軸受により移動可能に支持され、前記開口を介して前記試料を保持する移動手段と、
前記移動手段の前記第２真空室側に接続された可動子と、前記可動子と間隔を開けて対向するように前記第２真空室内に配置された固定子とを備え、前記第２真空室に設けられて前記移動手段を駆動するリニアモータと
を備えたことを特徴とするステージ装置。 - 請求項１記載のステージ装置において、
前記開口面と前記対向面との間隔を調整する間隔調整機構を
さらに備えたことを特徴とするステージ装置。 - 請求項１または２に記載のステージ装置において、
前記第１真空室内を前記所定の真空度に維持するように排気する第１排気手段と、
前記第２真空室内を前記所定の真空度より低い真空度に維持するように排気する第２排気手段と
をさらに備えたことを特徴とするステージ装置。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載のステージ装置において、
前記開口面は前記開口を取り囲む排気溝を有し、
前記排気溝内を排気する第３排気手段を
さらに備えたことを特徴とするステージ装置。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載のステージ装置において、
前記気体軸受は、前記エアパッドに至る前記圧縮空気の流路にノズル径を変えることのできる可変ノズル部材を備えたことを特徴とするステージ装置。 - 処理対象の試料を真空中で移動可能に保持するステージ装置と、前記試料に光線または荷電粒子線を照射する照射系とを備えた光学装置において、
前記ステージ装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載のステージ装置であることを特徴とする光学装置。
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