JP7189847B2

JP7189847B2 - 磁気浮上ステージ装置、および、それを用いた荷電粒子線装置または真空装置

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Publication number: JP7189847B2
Application number: JP2019136016A
Authority: JP
Inventors: 宗大高橋; 博紀小川; 孝宜加藤; 弘樹高橋; 隼江藤
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Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2022-12-14
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Also published as: JP2021022582A; EP4007136A1; WO2021014679A1; EP4007136A4

Description

本開示は、磁気浮上ステージ装置、および、それを用いた荷電粒子線装置または真空装置に関する。

半導体ウエハ等のデバイスを載置したテーブルを正確に位置決めして支持する多点支持アセンブリとして特許文献１に記載のデバイスステージアセンブリが知られている。

この特許文献１のデバイスステージアセンブリは、同文献の請求項１に記載されるように、デバイスを保持するデバイスステージと、可動子ハウジングと、支持アセンブリと、制御システムとを含むものであり、支持アセンブリは、デバイスステージに接続された少なくとも４つの離間したＺデバイスステージ移動装置を含み、デバイスステージを可動子ハウジングに対して移動させる。制御システムは、Ｚデバイスステージ移動装置よってデバイスステージの移動中にデバイスステージの変形を抑制するようにＺデバイスステージ移動装置を制御する。

特許文献１のＺデバイスステージ移動装置は、デバイスステージにＺ軸（垂直）方向の力を与えて磁気浮上させるためのものであり、磁石と導体を含み、導体を通る電流は、導体を磁石の磁場と相互作用させ、磁石と導体との間に力（ローレンツ力）を発生させる。このＺデバイスステージ移動装置は、デバイスステージを、Ｚ軸に沿って、Ｘ軸周りに、およびＹ軸周りに選択的に移動および支持する（同文献、第００５８段落から第００６１段落等を参照）。

また、デバイスステージアセンブリは、ステージ移動アセンブリを含む（同文献、第００２８段落等を参照）。ステージ移動アセンブリは、可動子ハウジング、ガイドアセンブリ、流体軸受、磁気ベアリングまたはローラーベアリングなどによって構成され、可動子ハウジングをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる（同文献、第００３５段落から第００４０段落等を参照）。制御システムは、ステージ移動アセンブリおよび支持アセンブリを制御して、デバイスステージおよびデバイスを正確に位置決めする（同文献、第００７８段落等を参照）。

また、特許文献２では、ＸモータをＺモータで使用するコイルをアンプ側で切り替えて、ＸおよびＺの駆動を行うステージが開示されている。この特許文献２では、テーブルにＸヨーク、Ｚヨークを配置し、ベースに平面状に敷き詰めたコイルアレイに電流を流してステージに推力を与える。

米国特許出願公開第２００２／０１３７３５８号公報特開平１１－０６９７６２号公報

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、上記したデバイスステージアセンブリのような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、半導体ウエハの位置決め時間の短縮のために、位置決めの高速化および高加速化が求められている。

しかしながら、従来のデバイスステージアセンブリは、たとえば半導体ウエハの位置決め時間の短縮のために、デバイスステージの位置決めの高速化および高加速化を図ると、デバイスステージの慣性力と推力の高さの差によるピッチングモーメントが増大し、これに対抗するためにＺデバイスステージ移動装置を大型化する必要があるが、この大型化に伴い、Ｚデバイスステージ移動装置からの磁場の漏れが増大する。

ステージ装置における磁場の漏れは、たとえば電子顕微鏡などの荷電粒子線装置において電子ビームの歪みを生じさせ、電子ビームの照射精度を低下させるという問題がある。一方で、磁場の影響を低減させるために、デバイスステージのモータを試料面からより低い位置に移動させた場合、慣性力と推力の高さの差が増大時、同様にピッチングモーメントの増大を招き、デバイスステージアセンブリが大型化し応答性の低下を招く。

そこで、本発明は、Ｚモータの大型化を伴うことなく、位置決めの高速化および高加速化が可能であり、かつ磁場の漏れを抑制可能な磁気浮上ステージ装置、および、それを用いた荷電粒子線装置または真空装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の磁気浮上ステージ装置は、試料を載置する試料台を有する浮上部と、該浮上部の下方に配置した非浮上部と、前記浮上部の下部に設けた水平推力ヨークと、前記非浮上部の上部に設けた水平推力コイルを有し、該水平推力コイルにコイル電流を流したときに、前記浮上部に水平推力を与える水平推力モータと、前記浮上部の下部に設けた垂直推力ヨークと、前記非浮上部の上部に設けた垂直推力コイルを有し、該垂直推力コイルにコイル電流を流したときに、前記浮上部に垂直推力を与える垂直推力モータと、を具備するものであって、前記浮上部の下部には、前記水平推力ヨークから突出した前記水平推力コイルの端部と対向する位置に垂直推力アシストヨークを設けており、前記水平推力コイルにコイル電流を流したときに、前記水平推力ヨークで前記水平推力が発生すると同時に、前記垂直推力アシストヨークで垂直方向のアシスト推力も発生する磁気浮上ステージ装置とした。

本発明の磁気浮上ステージ装置によれば、Ｚモータの大型化を伴うことなく、位置決めの高速化および高加速化が可能であり、かつ磁場の漏れを抑制することができるため、例えば荷電粒子線装置に組み込んだ際に、電子ビームの照射精度に与える悪影響を抑制することができる。

従来の磁気浮上ステージ装置の概略構成を示す概念図。従来の磁気浮上ステージ装置での反力とモーメントの作用を示す概念図。実施例１の磁気浮上ステージ装置の概略構成を示す概念図。実施例１の磁気浮上ステージ装置での反力とモーメントの作用を示す概念図。実施例１の磁気浮上ステージ装置の全体構成を説明する斜視図。実施例１の磁気浮上ステージ装置のトップテーブルを非表示にした斜視図。実施例１の非浮上部の構造を説明する斜視図。実施例１の浮上部の構造を説明する斜視図。実施例１のＺアシスト推力を説明する斜視図。実施例１のＸモータの構造図。実施例１のＸモータの側面図。実施例１のＸモータの平面図。実施例１のＸモータのＸＺ平面での断面図。実施例１のＸモータのＹＺ平面での断面図。Ｚ推力アシスト機能が成立しないモータ配置の例。Ｚ軸回りのモーメントを補償できないモータ配置の例。Ｚ推力アシスト機能が成立するモータ配置の例。Ｚ推力アシストモータの設計手法を説明する図。実施例２の浮上部の構造を説明する斜視図。実施例２のＸモータの構造図。実施例２のＸモータの断面図。実施例３の荷電粒子線装置の概念図。

以下、図面を参照して、本発明に係る磁気浮上ステージ装置、および、それを用いた荷電粒子線装置、真空装置の実施例を説明する。

まず、図１と図２を用いて、従来の磁気浮上ステージ装置で生じる問題を説明する。

図１は、従来の磁気浮上ステージ装置の概略構成を示す概念図である。ここに示す磁気浮上ステージ装置は、半導体ウエハ等の試料を載置したトップテーブル１（浮上部）をＸテーブル７_Ｘ（非浮上部）に対して磁気浮上させたものであり、後述する各ガイドを利用した粗動と、後述する各モータを利用した微動の二種類の動きにより、半導体ウエハ等の試料を水平方向に移動させるものである。また、後述する各モータを利用することで、非浮上部に対して浮上部が、６自由度で位置決めされて相対移動するものである。

図１に示すように、浮上部の主部であるトップテーブル１の上面には、バーミラー２と試料台３が固定されている。試料台３には、半導体ウエハ３ａなどの試料サンプルを載せ、バーミラー２を後述するレーザ干渉計１４０などで測定することで試料の位置を把握する。また、非浮上部の主部であるＸテーブル７_Ｘの上面には、Ｘコイル５_ＸとＺコイル５_Ｚが設置されており、トップテーブル１の下面には、Ｘヨーク６_ＸとＺヨーク６_Ｚが固定されている。Ｘコイル５_ＸとＸヨーク６_Ｘによって、Ｘ方向のＸ推力Ｆ_Ｘを発生させるボイスコイルモータ４（以降、Ｘモータ４_Ｘ）が構成され、Ｚコイル５_ＺとＺヨーク６_Ｚによって、Ｚ方向のＺ推力Ｆ_Ｚを発生させるボイスコイルモータ４（以降、Ｚモータ４_Ｚ）が構成される。また、図１には示していないが、Ｘテーブル７_Ｘ上面のＹコイル５_Ｙとトップテーブル１下面のＹヨーク６_Ｙによって、Ｙ方向のＹ推力Ｆ_Ｙを発生させるボイスコイルモータ４（以降、Ｙモータ４_Ｙ）も構成されている。以下では、Ｘモータ４_ＸとＹモータ４_Ｙは、構成が同等であり、設置方向だけが異なるものとする。以上の構成においては、Ｘモータ４_ＸとＹモータ４_Ｙが水平推力モータとなり、Ｚモータ４_Ｚが垂直推力モータとなる。

非浮上部のＸテーブル７_Ｘは、例えば車輪とレールからなるＸガイド８_Ｘにより案内され、Ｘ方向に数百ｍｍの距離を移動可能である。また、浮上部のトップテーブル１は、非浮上部のＸテーブル７_Ｘに対して、数ｍｍの範囲を移動する。すなわち、図１に示す磁気浮上ステージ装置の磁気浮上機構は、微動機構としての機能を担うものである。

図２は、図１のトップテーブル１を高速移動させる推力が作用した場合の反力とモーメントを示す図である。ここに示すように、トップテーブル１を高速移動させるために、Ｘモータ４_ＸでＸ推力Ｆ_Ｘを＋Ｘ方向に発生させた場合、トップテーブル１およびそれに固定されたミラーやヨーク等の質量による慣性力Ｆ_Ｉが－Ｘ方向に生じる。一般的に、トップテーブル１に搭載される試料台３やバーミラー２は、寸法が大きいことや、セラミクス材料が使用されるため重量が大きいため、トップテーブル１を含む浮上部の重心は、高い位置となりやすい。また、磁場漏れを発生させるＸモータ４_ＸやＺモータ４_Ｚは、荷電粒子線装置での利用も想定した磁気浮上ステージ装置では、トップテーブル１の下方に配置されている。この結果、Ｘ推力Ｆ_Ｘと慣性力Ｆ_ＩのＺ方向の距離は大きくなりやすく、これらの偶力によって生じるＹ軸回りの回転モーメントＭ_Ｙが大きくなりやすい。そこで、このモーメントＭ_Ｙを補償するために、従来の磁気浮上ステージ装置では、Ｚモータ４_Ｚに大きなＺ推力Ｆ_Ｚが必要となる。そのため、従来は、Ｚモータ４_Ｚの大推力化、大型化が避けられず、可動質量の増大による応答性の低下、浮上部の共振周波数低下が障害となり、高速化が困難であるという問題があった。

次に、図３から図１７を用いて、上記した問題を改善する、本発明の実施例１に係る磁気浮上ステージ装置１００を説明する。なお、図１、図２との共通点は重複説明を省略する。

図３は、本実施例の磁気浮上ステージ装置１００の概略構成を示す概念図であり、図４は、図２と同様にトップテーブル１の加速時の推力とモーメントの作用を示す概念図である。両図に示すように、この磁気浮上ステージ装置１００は、Ｘモータ４_ＸにＺ軸方向のＺアシスト推力Ｆ_ＺＡを発生させる機能を付加することで、Ｚモータ４_ＺのＺヨーク６_Ｚを小型化し、浮上部の軽量化、固有振動数の向上を実現するものである。そして、Ｘモータ４_Ｘで発生させたＺアシスト推力Ｆ_ＺＡにより、加速時の回転モーメントＭ_Ｙに対抗する対抗モーメントＭ_Ａを発生させるものである。

図５に、本実施例の磁気浮上ステージ装置１００の全体構成の斜視図を示す。ここに示すように、磁気浮上ステージ装置１００は、ベース９の上にＹテーブル７_Ｙが積載されており、このＹテーブル７_ＹはＹガイド８_ＹによってＹ方向に案内される。また、Ｙテーブル７_Ｙの上にＸテーブル７_Ｘが積載されており、このＸテーブル７_ＸはＸガイド８_ＸによってＸ方向に案内される。更に、Ｘテーブル７_Ｘの上に、トップテーブル１などの浮上部が微動機構として位置決めされる。

図６は、図５のトップテーブル１、バーミラー２、試料台３を非表示にすることで、各モータの構造を明示した斜視図である。ここに示すように、本実施例では、Ｘテーブル７_Ｘの上に、一対のＸコイル５_Ｘと一対のＹコイル５_Ｙが互い違いに配置されており、これらによって浮上部側の一対のＸヨーク６_Ｘと一対のＹヨーク６_ＹにＸ推力Ｆ_ＸまたはＹ推力Ｆ_Ｙを与えている。また、Ｘテーブル７_Ｘの上には、浮上部のＺ方向の変位を計測するＺセンサ１０_Ｚが３個設置されている。

次に、図７と図８の斜視図を用いて、磁気浮上ステージ装置の非浮上部と浮上部の構成を更に詳細に説明する。従来の磁気浮上ステージ装置と同様に、本実施例の磁気浮上ステージ装置１００も、図７の非浮上部に対して、図８の浮上部が６自由度を位置決めされて相対移動するものである。

図７に示すように、Ｘテーブル７_Ｘ上に設けられたＸコイル５_ＸとＹコイル５_Ｙは、矩形の略ロ字形状をしており、Ｘテーブル７_Ｘ上に設けられたＺコイル５_Ｚは略円筒形状をしている。これらのコイルは、丸線や角線の電線を数十から数百週巻いた後、樹脂でモールドし固めて製作される。図８のＸヨーク６_ＸとＹヨーク６_Ｙを軽量かつ低磁場とするために、図７のＸコイル５_ＸとＹコイル５_Ｙの厚みを薄くし、各ヨークの磁束密度を維持している。また、図７のＺコイル５_Ｚに電流Ｉ_Ｚを流すことで、図８のＺモータ４_ＺのＺヨーク６_Ｚに対して、Ｚ推力Ｆ_Ｚを与えている。

また、図８に示すように、Ｘモータ４_ＸやＹモータ４_Ｙに流れるコイル電流Ｉ_Ｘ、Ｉ_Ｙを利用して、Ｚ方向の推力を発生させるモータ（以降、Ｚアシストモータ４_ＺＡ）を構成するための四個のアシストヨーク（以降、Ｚアシストヨーク６_ＺＡ）が、トップテーブル１の下面に設置されている。

図９は、本実施例のＸモータ４_Ｘにより構成されるＺアシストモータ４_ＺＡの作用を説明する図である。この図では、対称配置された一対のＺアシストヨーク６_ＺＡに、上向きと下向きのＺアシスト推力Ｆ_ＺＡを発生させることで、加速時に発生する回転モーメントＭ_Ｙと対抗する対抗モーメントＭ_Ａを発生させた状態を示している。

図１０は、図９の一方のＸモータ４_Ｘの近傍を拡大表示した斜視図である。ここに示すように、Ｘコイル５_ＸはＸヨーク６_Ｘの両側に突出しており、また、このＸコイル５_Ｘにはコイル電流Ｉ_Ｘが図示する方向に流れている。そして、Ｘコイル５_Ｘの突出部の上方では、Ｚアシストヨーク６_ＺＡがトップテーブル１の下面に固定されており、また、Ｘコイル５_Ｘの突出部の下方では、重力補償用の永久磁石１１_ＧがＸテーブル７_Ｘの上面に固定される。ここに示す構成により、Ｘヨーク６_Ｘとそれと対向するＸコイル５_ＸによりＸ推力Ｆ_Ｘを発生させるＸモータ４_Ｘが形成され、Ｚアシストヨーク６_ＺＡとそれと対向するＸコイル５_ＸによりＺアシスト推力Ｆ_ＺＡを発生させるＺアシストモータ４_ＺＡが形成される。

図１１Ａは、図１０のＸモータ４_ＸとＺアシストモータ４_ＺＡを、ＺＹ平面に投射した側面図である。また、図１１Ｂは、図１０のＸモータ４_ＸとＺアシストモータ４_ＺＡを、ＸＹ平面に投射した平面図である。

次に、図１２を用いて、本実施例のＸモータ４_Ｘの動作原理を説明する。図１２は、図１１Ｂの平面ＰでのＸモータ４_Ｘの断面図である。ここに示すように、Ｘモータ４_Ｘは、Ｘヨーク６_Ｘの内側に固定された永久磁石１１_Ｘにより、図中で反時計回りに示す磁束ＭＦのような磁気回路が形成される。そして、Ｘコイル５_Ｘにコイル電流Ｉ_Ｘが流すと、Ｘモータ４_ＸではＸ推力Ｆ_Ｘが発生する。

続けて、図１３を用いて、Ｚアシストモータ４_ＺＡの動作原理を説明する。図１３は、図１１Ｂの平面ＱでのＺアシストモータ４_ＺＡの断面図である。ここに示すように、Ｚアシストヨーク６_ＺＡの下面に設置した一対の永久磁石１１_ＺＡにより、Ｘコイル５_Ｘ内をＹ方向に内周側から外周側に横切る磁束ＭＦを発生させる。そして、Ｘコイル５_Ｘにコイル電流Ｉ_Ｘを流すと、Ｚアシストモータ４_ＺＡではＺアシスト推力Ｆ_ＺＡが発生する。また、非浮上部側の永久磁石１１_Ｇと浮上部側のＺアシストヨーク６_ＺＡの永久磁石１１_ＺＡの間には、反発力Ｆ_Ｒが生じるため、これを浮上部の重力補償に利用する。これにより、浮上部の重力補償のためには、コイル電流が不要であり、コイルの過剰な発熱を回避することが可能である。また、非浮上部の永久磁石１１_Ｇには、図１３に示す磁束ＭＦを強める効果もあり、重力補償と共にＺアシストモータ４_ＺＡの推力定数向上の効果がある。また、Ｘモータ４_Ｘのコイル電流を利用してＺアシストモータ４_ＺＡを動作させるため、Ｚアシストモータ４_ＺＡ用に新たな電流アンプを追加する必要がなく、装置のコンパクト性および低コスト性が損なわれることなく、ステージの高速化が可能である。

また、Ｚアシストモータ４_ＺＡの構造は、図１３の形状に限定されるものではなく、コイルの内側から外側に向けて、あるいは逆の方向に、コイルを横切るように磁束を形成するヨーク形状であれば成立するものである。

次に、図１４から図１６を利用して、Ｚアシストモータ４_ＺＡの機能が成立するモータ配置について説明する。なお、各図では、浮上部であるトップテーブル１の投影面内の略中心で直交する二軸をＸ軸とＹ軸と定義し、また、Ｚアシストモータ４_ＺＡの位置を点線で示している。そして、図１４と図１５がＺアシストモータ４_ＺＡの不適切な配置であり、図１６がＺアシストモータ４_ＺＡの適切な配置である。

図１４に示すように、Ｘコイル５_Ｘの長手方向がＹ軸と重なるように一対のＸモータ４_Ｘを配置した場合、Ｘ移動時にＺアシストモータ４_ＺＡが領域Ｒ１の位置で作用するため、Ｚアシスト推力Ｆ_ＺＡはＹ軸上に並ぶことになる。この場合、Ｙ軸回りの対抗モーメントＭ_Ａを発生させることができないため、図１４のようなＸモータ４_Ｘの配置は不適切である。Ｙコイル５_Ｙの長手方向がＸ軸と重なる図１４のＹモータ４_Ｙの配置も同様の理由により不適切である。

一方、図１５に示すように、Ｘコイル５_Ｘの短手方向がＸ軸と重なるように一対のＸモータ４_Ｘを配置した場合、Ｘ移動時にＺアシストモータ４_ＺＡが領域Ｒ２の位置で作用し、Ｙ軸回りの回転モーメントＭ_Ｙを補償する対抗モーメントＭ_Ａを生成することができる。しかしながら、Ｘ推力Ｆ_Ｘを発生させるＸモータ４_ＸがＸ軸上に並び、Ｙ方向に離れていないため、Ｚ軸回りのモーメントを発生不可能であり、磁気浮上が不可能である。６自由度方向の推力制御が行えないと安定した磁気浮上が困難であることは、アーン・ショーの定理により示されている。すなわち、図１５のような配置は不適切である。Ｙコイル５_Ｙの短手方向がＹ軸と重なる図１５のＹモータ４_Ｙの配置も同様の理由により不適切である。

これに対し、図１６に示すように、一対のＸモータ４_ＸをＸ方向にもＹ方向にも互いに距離を保って互い違いに配置し、かつ、一対のＹモータ４_ＹをＸ方向にもＹ方向にも互いに距離を保って互い違いに配置した場合、換言すれば、ＸＹ平面の第一象限に一方のＹモータ４_ＹのＹヨーク６_Ｙを配置し、第二象限に一方のＸモータ４_ＸのＸヨーク６_Ｘを配置し、第三象限に他方のＹモータ４_ＹのＹヨーク６_Ｙを配置し、第四象限に他方のＸモータ４_ＸのＸヨーク６_Ｘを配置した場合のみ、Ｚ軸回りのモーメントを発生させる機能と、Ｚアシストモータ４_ＺＡの機能を両立することが可能である。すなわち、Ｘヨーク６_Ｘ同士をＹ軸方向に距離を取り配置し、Ｙヨーク６_Ｙ同士をＸ軸方向に距離を取って配置することが望ましい。また、Ｘモータ４_Ｘと一体のＺアシストモータ４_ＺＡの位置をＸ軸上の領域Ｒ３に一致させると、Ｘ方向の加速時にＸ軸回りの余分なモーメントを発生させずにＹ軸回りのモーメントのみを発生させることができ、余分な振動が発生しない。同様に、Ｙモータ４_Ｚと一体のＺアシストモータ４_ＺＡの位置をＹ軸上の領域Ｒ４に一致させることで、Ｙ方向の加速時にＹ軸回りの余分なモーメントを発生させずにＸ軸回りのモーメントのみを発生させることができ、余分な振動が発生しない。

次に、図１７を参照して、Ｚアシストモータ４_ＺＡの設計手法について説明する。図１７に示すように、浮上部の重心Ｇを通る線Ｌ１とＸモータ４_Ｘの推力作用点の中心を通る線Ｌ２のＺ方向の距離をＤ_Ｚとし、Ｚアシストモータ４_ＺＡの推力作用点のＸ方向の間隔をＤ_Ｘとする。また、Ｘモータ４_Ｘの推力定数をＫ_Ｘとし、Ｚアシストモータ４_ＺＡの推力定数をＫ_ＺＡとする。ここで、Ｘコイル５_Ｘに流れるコイル電流をＩ_Ｘとすると、Ｘモータ４_ＸのＸ推力Ｆ_Ｘによる、重心Ｇを中心としたＹ軸回りのモーメントＭは、
Ｍ＝２ × Ｄ_Ｚ × Ｋ_Ｘ × Ｉ_Ｘ・・・（式１）
となる。また、Ｚアシストモータ４_ＺＡによる重心Ｇを中心としたＹ軸回りのモーメントＭ’は、
Ｍ’ ＝２ ×（１／２×Ｄ_Ｘ） × Ｋ_ＺＡ × Ｉ_Ｘ・・・（式２）
と表され、これがＭと釣り合う時、Ｚアシストモータ４_ＺＡによってＹ軸回りのモーメントが１００％補償される。よって、（式１）および（式２）より、Ｚアシストモータ４_ＺＡは、推力定数Ｋ_Ｚが、
Ｋ_Ｚ＝（２×Ｄ_Ｚ／Ｄ_Ｘ）×Ｋ_Ｘ・・・（式３）
を満たすように設計すると、加減速時のＹ軸回りの回転モーメントを完全に相殺可能である。例えば、Ｄ_Ｘが２００ｍｍで、Ｄ_Ｚが２０ｍｍだとすれば、Ｚアシストモータ４_ＺＡの推力定数Ｋ_ＺＡは、Ｘモータ４_Ｘの推力定数Ｋ_Ｘの１／５が最適である。

特に、Ｘモータ４_ＸとＺアシストモータ４_ＺＡは、コイルが共通であるため、推力定数は、単純にヨークの作る磁束密度に比例する。すなわち、Ｚアシストヨーク６_ＺＡの磁束密度が、Ｘヨーク６_Ｘの磁束密度のＮ倍であればよい。ただし、
Ｎ＝２×Ｄ_Ｚ／Ｄ_Ｘ・・・（式４）
である。この関係に基づいて、Ｚアシストモータ４_ＺＡのＺアシストヨーク６_ＺＡを設計した後に、浮上部の質量が確定し、重力補償用の永久磁石１１_Ｇの距離の決定および磁石の選定を行う。

以上で説明した、本実施例の磁気浮上ステージ装置によれば、Ｚモータの大型化を伴うことなく、位置決めの高速化および高加速化が可能であり、かつ磁場の漏れを抑制することができる。

次に、図１８Ａから図１８Ｃを用いて、本発明の実施例２に係る磁気浮上ステージ装置１００を説明する。なお、実施例１との共通点は重複説明を省略する。

図１８Ａに、コイル端部を曲げてＺアシストモータ４_ＺＡを構成する本実施例の磁気浮上ステージ装置１００の浮上部を下方から見た斜視図であり、実施例１の図８に相当するものである。ここに示すように、本実施例ではＸコイル５_ＸとＹコイル５_Ｙの一端部を９０度－Ｚ方向に曲げて整形し、それらと対向するようにＺアシストヨーク６_ＺＡを配置することで、実施例１と同様に、Ｘ推力Ｆ_ＸまたはＹ推力Ｆ_Ｙを発生させると同時に、Ｚアシスト推力Ｆ_ＺＡを発生させることが可能である。

図１８Ｂに、図１８Ａのモータ１個を取り出した図を示す。また、図１８ＣにモータのＹＺ平面での断面図を示す。これらに示すように、Ｚアシストヨーク６_ＺＡに固定した永久磁石１１_ＺＡにより、磁束ＭＦを発生させ、Ｘモータ４_Ｘに流れるコイル電流Ｉ_Ｘにより、Ｚアシスト推力Ｆ_ＺＡを発生させる。

この実施例の磁気浮上ステージ装置では、コイルの導線巻き工程や樹脂モールド工程のコストが増大するが、実施例１の構成よりも大きなＺアシスト推力Ｆ_ＺＡを発生させることができる。

最後に、図１９を参照して、実施例１または実施例２の磁気浮上ステージ装置１００を備える、本実施例の荷電粒子線装置または真空装置を説明する。なお、上記の実施例との共通点は重複説明を省略する。

本実施例に係る荷電粒子線装置は、対象物の位置決めを行う磁気浮上ステージ装置１００と、その磁気浮上ステージ装置１００を収容する真空チャンバ１１０を備えた半導体計測装置２００であり、たとえば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の応用装置としての測長ＳＥＭである。また、本実施例に係る真空装置は、磁気浮上ステージ装置１００を収容する真空チャンバ１１０である。

図１９に示すように、本実施例の半導体計測装置２００は、磁気浮上ステージ装置１００と、それを収容する真空チャンバ１１０と、真空チャンバ１１０の上部に取り付けられた電子光学系鏡筒１２０と、真空チャンバ１１０を支持する制振マウント１３０と、真空チャンバ１１０の側面にバーミラー２と対向するように取り付けられたレーザ干渉計１４０と、レーザ干渉計１４０の出力に応じて磁気浮上ステージ装置１００を制御するコントローラ１５０を備えている。なお、真空チャンバ１１０は、図示を省略す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。

このような構成の半導体計測装置２００は、磁気浮上ステージ装置１００によって載置された半導体ウエハ３ａなどの対象物の位置決めを行い、電子光学系鏡筒１２０から電子ビームを対象物上に照射し、対象物上のパターンを撮像し、パターンの線幅の計測や形状精度の評価を行う。磁気浮上ステージ装置１００は、レーザ干渉計１４０により、バーミラー２の位置が計測され、コントローラ１５０により、磁気浮上ステージ装置１００の試料台３に保持された半導体ウエハ３ａなどの対象物が位置決め制御される。

この半導体計測装置２００は、実施例１または実施例２の磁気浮上ステージ装置１００を備えているため、半導体ウエハ３ａなどの対象物の位置決めの高速化および高加速化が可能であり、かつ磁場の漏れを抑制することができる。したがって、漏れた磁場によって電子ビームが歪むことがなく、照射精度の劣化が無いため、半導体計測装置２００の測定精度を向上させることができる。また、磁気浮上ステージ装置１００は、浮上機構が磁気浮上式であるので、真空装置である半導体計測装置２００への適用が容易であり、発熱の抑制等、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は、半導体計測装置に限定されない。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明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、それらは本発明に含まれるものである。

１トップテーブル
２バーミラー
３試料台
３ａ半導体ウエハ
４ボイスコイルモータ
４_ＸＸモータ
４_ＹＹモータ
４_ＺＺモータ
４_ＺＡＺアシストモータ
５コイル
５_ＸＸコイル
５_ＹＹコイル
５_ＺＺコイル
６ヨーク
６_ＸＸヨーク
６_ＹＹヨーク
６_ＺＺヨーク
６_ＺＡＺアシストヨーク
７_ＸＸテーブル
７_ＹＹテーブル
８、８_Ｘ、８_Ｙガイド
９ベース
１０、１０_Ｚセンサ
１１_Ｇ重力補償用の永久磁石
１１_ＸＸヨークの永久磁石
１１_ＺＡＺアシストヨークの永久磁石
１００磁気浮上ステージ装置
１１０真空チャンバ
１２０電子光学系鏡筒
１３０制振マウント
１４０レーザ干渉計
１５０コントローラ
２００半導体計測装置

Claims

試料を載置する試料台を有する浮上部と、
該浮上部の下方に配置した非浮上部と、
前記浮上部の下部に設けた水平推力ヨークと、前記非浮上部の上部に設けた水平推力コイルを有し、該水平推力コイルにコイル電流を流したときに、前記浮上部に水平推力を与える水平推力モータと、
前記浮上部の下部に設けた垂直推力ヨークと、前記非浮上部の上部に設けた垂直推力コイルを有し、該垂直推力コイルにコイル電流を流したときに、前記浮上部に垂直推力を与える垂直推力モータと、
を具備する磁気浮上ステージ装置であって、
前記浮上部の下部には、前記水平推力ヨークから突出した前記水平推力コイルの端部と対向する位置に垂直推力アシストヨークを設けており、
前記水平推力コイルにコイル電流を流したときに、前記水平推力ヨークで前記水平推力が発生すると同時に、前記垂直推力アシストヨークで垂直方向のアシスト推力も発生することを特徴とする磁気浮上ステージ装置。
前記水平推力コイルは、矩形の略ロ字形状に巻かれたコイルであり、
前記垂直推力アシストヨークは、前記水平推力コイルの長手方向の端部と対向するように前記浮上部の下部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上ステージ装置。
前記垂直推力アシストヨークは、前記水平推力コイルの前記端部を内周側から外周側に、あるいは、外周側から内周側に横切る磁束を発生させる垂直推力アシスト磁石を有することを特徴とする請求項２に記載の磁気浮上ステージ装置。
前記非浮上部には、前記水平推力コイルの前記端部の下方であって、前記垂直推力アシスト磁石と対向する位置に重力補償を行う重力補償磁石を配置したことを特徴とする請求項３に記載の磁気浮上ステージ装置。
前記浮上部の投影面内の略中心で直交する二軸をＸ軸とＹ軸としたとき、
前記水平推力モータは、Ｘ方向のＸ推力を発生させる一対のＸモータと、Ｙ方向のＹ推力を発生させる一対のＹモータであり、
ＸＹ平面の第一象限に一方のＹモータの水平推力ヨークを配置し、第二象限に一方のＸモータの水平推力ヨークを配置し、第三象限に他方のＹモータの水平推力ヨークを配置し、第四象限に他方のＸモータの水平推力ヨークを配置したことを特徴とする請求項３に記載の磁気浮上ステージ装置。
前記Ｘモータの水平推力コイルの長手方向の端部と対向するＸ軸上に垂直推力アシストヨークを配置し、前記Ｙモータの水平推力コイルの長手方向の端部と対向するＹ軸上に垂直推力アシストヨークを配置したことを特徴とする請求項５に記載の磁気浮上ステージ装置。
前記水平推力コイルは、矩形の略ロ字形状に巻かれたコイルの端部を９０度曲げて成型したものであり、
前記垂直推力アシストヨークは、前記水平推力コイルの曲げた端部の両面と対向するように前記浮上部の下方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上ステージ装置。
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の磁気浮上ステージ装置と、
該磁気浮上ステージ装置の前記試料台の上方に設置した電子光学系鏡筒と、
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の磁気浮上ステージ装置と、
該磁気浮上ステージ装置を酋長する真空チャンバと、
該真空チャンバを減圧する真空ポンプと、
を有することを特徴とする真空装置。
試料を載置する試料台を有する浮上部と、該浮上部の下方に配置した非浮上部と、前記浮上部の下部に設けた水平推力ヨークと前記非浮上部の上部に設けた水平推力コイルを有し該水平推力コイルにコイル電流を流したときに前記浮上部に水平推力を与える水平推力モータと、前記浮上部の下部に設けた垂直推力ヨークと前記非浮上部の上部に設けた垂直推力コイルを有し該垂直推力コイルにコイル電流を流したときに前記浮上部に垂直推力を与える垂直推力モータと、前記浮上部の下部かつ前記水平推力ヨークから突出した前記水平推力コイルの端部と対向する位置に設けた垂直推力アシストヨークと、を具備する磁気浮上ステージ装置のアシスト推力生成方法であって、
前記水平推力コイルにコイル電流を流すことで、前記水平推力ヨークで前記水平推力を生成すると同時に、前記垂直推力アシストヨークで垂直方向のアシスト推力を生成することを特徴とする磁気浮上ステージ装置のアシスト推力生成方法。