JP7491827B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本開示は、荷電粒子線装置に関する。

従来から、例えば、露光装置のため、半導体ウエハなどのデバイス（試料サンプル）を設置するデバイステーブルを正確に位置決めし、支持する磁気浮上平面ステージ装置が知られている。そして、この磁気浮上平面ステージ装置は、デバイステーブルを浮上させ、搭載ベースに対して移動させる。

一般的に、磁気浮上平面ステージ装置は、浮上する可動テーブル側（デバイステーブル）にコイル（コイルアレイ）を設置し、固定ベース側（搭載ベース）に永久磁石（磁石アレイ）を設置する。そして、デバイステーブルの浮上を維持するため、コイルに電流を供給し、ローレンツ力により、デバイステーブルを支持する。

この磁気浮上平面ステージ装置は、発熱体であるコイルがデバイステーブルに設置される。また、デバイステーブルに、ある程度の質量を有する試料サンプルを設置する静電チャックが設置されると、デバイステーブルの質量が増加し、コイルの発熱も増加する。このため、コイルやコイルの周辺部品に冷媒を供給し、コイルやコイルの周辺部品を冷却し、コイルやコイルの周辺部品の焼損を防止する。しかし、これは、駆動特性の劣化を招く恐れがある。

そこで、こうした技術分野における背景技術として、特開２０１８－１４６９８３号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、ウエハステージ本体の下面に固定される可動子と、定盤の上部に収容される固定子と、を有し、磁石ユニットである可動子とコイルユニットである固定子との間の電磁相互作用により発生するローレンツ力を駆動力とする磁気浮上方式のムービングマグネット型の平面モータ（ウエハステージ駆動系）が記載されている。なお、特許文献１では、コイルが搭載ベースに設置されるため、デバイステーブルに冷媒を供給する冷媒配管が不要であり、冷媒配管による駆動特性の劣化を招く恐れはない。

特開２０１８－１４６９８３号公報

特許文献１に記載される平面モータ、つまり、磁気浮上平面ステージ装置は、浮上するデバイステーブル（トップテーブル（支持ステージ））に永久磁石を設置し、搭載ベースにコイルを設置し、コイルに電流を供給し、ローレンツ力により、デバイステーブルを支持する。

しかし、特許文献１に記載される平面モータは、永久磁石の磁気回路が閉じていないため、漏洩磁場が残る恐れがある。つまり、特許文献１には、永久磁石による漏洩磁場に関する課題については記載されていない。

また、特許文献１に記載される平面モータは、トップテーブルの浮上を維持するため、常時、鉛直方向に大きい推力が必要である。つまり、特許文献１には、コイルに電流を供給する電流アンプは、ダイナミックレンジの制限により、コイルの電流ノイズが大きくなり、コイルの電流ノイズにより、トップテーブルに微小な推力変動が発生し、トップテーブルが微小振動するという課題については記載されていない。

そこで、本発明は、冷媒配管による駆動特性の劣化を抑制し、永久磁石による漏洩磁場を抑制し、コイルの電流ノイズによるトップテーブルの微小振動を抑制し、位置決め精度を向上させる荷電粒子線装置を提供する。

上記した課題を解決するため、本発明の磁気浮上平面ステージ装置を有する荷電粒子線装置は、位置決めするための対象物を支持するトップテーブルと、トップテーブルの下部に平面的に配列される永久磁石と、を有する浮上部と、浮上部を移動させる搭載ベースと、搭載ベースの上部に平面的に配列されるコイルと、を有する固定部と、を有する。

そして、この荷電粒子線装置は、搭載ベースの下部に、水平面内を移動する可動ヨークを有し、可動ヨークは、可動ヨーク駆動用ステージと、可動ヨーク駆動用ステージの上部に平面的に配列される永久磁石と、を有し、可動ヨークの永久磁石と浮上部の永久磁石とは対向し、浮上部は、これら永久磁石の磁気反発力により、浮上することを特徴とする。

本発明によれば、冷媒配管による駆動特性の劣化を抑制し、永久磁石による漏洩磁場を抑制し、コイルの電流ノイズによるトップテーブルの微小振動を抑制し、位置決め精度を向上させる荷電粒子線装置を提供することができる。

なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。

従来例１の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する説明図である。 従来例２の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する説明図である。 実施例１の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する説明図である。 実施例１の磁気浮上平面ステージ装置の構成を三次元的に説明する説明図である。 実施例１の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する上面図である。 実施例１の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する側面図である。 実施例２の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する上面図である。 実施例２の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する側面図である。 実施例３の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する説明図である。 実施例１、実施例２、実施例３の磁気浮上平面ステージ装置を使用する荷電粒子線装置（真空装置）を説明する説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。また、本発明の実施例を説明する前に、従来例を説明する。

（従来例１）
先ず、従来例１の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する。図１は、従来例１の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する説明図である。

従来例１の磁気浮上平面ステージ装置は、固定部と可動部（浮上部）とを有する。固定部は、搭載ベース３０２と、搭載ベース３０２の上部に平面的に配列される永久磁石１０５と、を有し、浮上部は、トップテーブル１０１と、トップテーブル１０１の上部に設置される静電チャック１０３と、トップテーブル１０１の上部に設置されるバーミラー１０２と、永久磁石１０５と対向し、トップテーブル１０１の下部に平面的に配列されるコイル１０４と、コイル１０４及びコイル１０４の周辺部品を冷却する冷媒配管（例えば、水冷配管）１０７と、を有する。

このように、この磁気浮上平面ステージ装置は、永久磁石１０５に対して、トップテーブル１０１を浮上させる。

また、静電チャック１０３は、試料サンプルを設置し、バーミラー１０２は、例えば、レーザ干渉計などにより、試料サンプルの位置を計測させ、その位置を把握させる。

また、この磁気浮上平面ステージ装置は、ＸＹＺ方向の推力を発生させる平面モータであり、コイル１０４に電流を供給し、コイル１０４と永久磁石１０５との間に発生するローレンツ力により、ＸＹＺ方向の推力を発生させる。つまり、コイル１０４は、コイル１０４を使用する電磁石である。

なお、図１においては、Ｚ方向の推力１０９のみを示す。このＺ方向の推力１０９により、浮上部にかかる重力１０８を支持し、浮上部を浮上させる。

冷媒配管１０７は、コイル１０４やコイル１０４の周辺部品、トップテーブル１０１に冷媒を供給し、コイル１０４やコイル１０４の周辺部品、トップテーブル１０４を冷却するため、設置される。

つまり、浮上部の質量が大きい場合や、浮上部が真空環境に設置され、空気への熱伝達がない場合には、コイル１０４の発熱によるコイル１０４やコイル１０４の周辺部品の焼損を防止し、トップテーブル１０１の温度上昇によるトップテーブル１０１の熱変形を抑制するため、コイル１０４やコイル１０４の周辺部品、トップテーブル１０１に冷媒を供給し、コイル１０４やコイル１０４の周辺部品、トップテーブル１０４を冷却する必要がある。このため、浮上部に対して冷媒を供給する冷媒配管１０７が必要となる。

しかし、この磁気浮上平面ステージ装置は、この浮上部に設置される冷媒配管１０７の抵抗により、浮上部の駆動特性の劣化を招く恐れがある。特に、転がり案内などの他の摩擦外乱を排除した磁気浮上平面ステージ装置においては、こうした冷媒配管１０７の抵抗の影響が顕著に表れる。

また、この磁気浮上平面ステージ装置では、永久磁石１０５が、トップテーブル１０１のストローク（可動範囲、搭載ベース３０２）全体に渡り配列され、永久磁石１０５の磁気回路が上方向に閉じていないため、永久磁石１０５による漏洩磁場１０６が大きい。特に、荷電粒子線装置などの磁場の影響を嫌う装置では、大きい漏洩磁場１０６は致命的である。

更に、この磁気浮上平面ステージ装置は、浮上部の浮上を維持するため、常時、Ｚ方向に大きい推力が必要であり、最大出力電流が大きい電流アンプを使用する必要がある。

コイル１０４に電流を供給する電流アンプは、電流制御回路の素子などの性能限界により、ダイナミックレンジの制約があり、最大出力電流が大きい電流アンプほど、出力電流に含まれる電流ノイズが大きくなる。この電流ノイズがコイル１０４に入力されると、浮上部に微小な推力変動が発生し、浮上部が微小振動する恐れがある。

つまり、常時、Ｚ方向に大きい推力が必要である場合には、最大出力電流が大きい電流アンプを使用する必要があり、浮上部は、常時、Ｚ方向に微小振動する恐れがある。そして、浮上部のＺ方向の微小振動は、位置決め分解能を劣化させ、位置決め精度を劣化させる。特に、複数でＺ方向の推力１０９に微小振動が発生すると、Ｘ方向やＹ方向の姿勢制御にも影響し、ＸＹ方向の位置決め精度が劣化する恐れがある。

（従来例２）
次に、従来例２の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する。図２は、従来例２の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する説明図である。なお、従来例２においては、従来例１と相違する部分について、説明する。

従来例２の磁気浮上平面ステージ装置は、固定部と可動部（浮上部）とを有する。固定部は、搭載ベース３０２と、搭載ベース３０２の上部に平面的に配列されるコイル１０４と、コイル１０４及びコイル１０４の周辺部品を冷却する冷媒配管（例えば、水冷配管）１０７と、を有し、浮上部は、トップテーブル１０１と、トップテーブル１０１の上部に設置される静電チャック１０３と、トップテーブル１０１の上部に設置されるバーミラー１０２と、コイル１０４と対向し、トップテーブル１０１の下部に平面的に配列される永久磁石１０５と、を有する。

このように、この磁気浮上平面ステージ装置は、コイル１０４に対して、トップテーブル１０１を浮上させる。つまり、永久磁石１０５は、トップテーブル１０１と共に浮上し、搭載ベース３０２の上部を移動する。

この磁気浮上平面ステージ装置は、固定部に対して冷媒を供給する冷媒配管１０７が設置されるため、冷媒配管１０７を可動させる必要がなく、浮上部の駆動特性の劣化を招く恐れはなく、冷媒配管１０７による駆動特性の劣化を抑制することができる。

また、この磁気浮上平面ステージ装置では、永久磁石１０５が、トップテーブル１０１の下部のみに配列されるため、従来例１の磁気浮上平面ステージ装置に比較して、設置される永久磁石１０５が減少し、永久磁石１０５による漏洩磁場１０６は小さくなる。

しかし、永久磁石１０５の磁気回路が閉じていないため、永久磁石１０５による漏洩磁場１０６が残る恐れがある。特に、荷電粒子線装置などの磁場の影響を嫌う装置では、この永久磁石１０５による漏洩磁場１０６は問題であり、何らかの漏洩磁場１０６の磁場対策（例えば、トップテーブル１０１に磁気シールドを設置や、静電チャック１０３と永久磁石１０５との距離を増加するため、厚いトップテーブル１０１を設置などの対策）が必要である。そして、この磁場対策は、浮上部の質量の増加を招き、浮上部の駆動特性の劣化を招く恐れがある。

更に、この磁気浮上平面ステージ装置も、浮上部の浮上を維持するため、常時、Ｚ方向に大きい推力が必要であり、最大出力電流が大きい電流アンプを使用する必要があり、浮上部は、常時、Ｚ方向に微小振動する恐れがある。

次に、実施例１の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する。図３は、実施例１の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する説明図である。なお、実施例１においては、従来例２と相違する部分について、説明する。

実施例１の磁気浮上平面ステージ装置は、搭載ベース３０２の下部に空間を形成するコンタミチャンバ４０４と、コンタミチャンバ４０４の内部を移動する可動ヨーク４０１と、を有する。

コンタミチャンバ４０４は、コンタミチャンバ４０４の内部で発生する油や塵などの異物を、その外部に放出させないためのものであり、こうした異物が試料サンプルに付着することを防止するためのものである。つまり、可動ヨーク４０１は、コンタミチャンバ４０４及び搭載ベース３０２により、覆われることが好ましい。

可動ヨーク４０１は、可動ヨーク駆動用ステージ４０２と、可動ヨーク駆動用ステージ４０２の上部に平面的に配列される永久磁石４０５と、可動ヨーク駆動用ステージ４０２の上部に設置される磁気センサ４０３と、可動ヨーク駆動用ステージ４０２の下部に設置されるリニアガイド５０３と、を有する。

可動ヨーク駆動用ステージ４０２は、コンタミチャンバ４０４の内部を、リニアガイドにより、ＸＹ方向に（水平面内を）移動する。また、磁気センサ４０３は、搭載ベース３０２及びコイル１０４を透過して、浮上部の位置を検出する。

なお、実施例１では、接触式のリニアガイドを使用する。これにより、低コストの構成にすることができる。

この磁気浮上平面ステージ装置は、可動ヨーク４０１の永久磁石４０５に対して、トップテーブル１０１を浮上させる。つまり、浮上部にかかる重力１０８を、可動ヨーク４０１の永久磁石４０５と浮上部の永久磁石１０５との磁気反発力（電磁気力）により、常時、支持する。そして、可動ヨーク４０１の永久磁石４０５と浮上部の永久磁石１０５とは、搭載ベース３０２及びコイル１０４を介して、対向する。

このため、この磁気浮上平面ステージ装置は、浮上部の浮上を維持するために、コイル１０４に電流を供給する必要がない。つまり、Ｚ方向の推力１０９を発生させるために使用される、コイル１０４に供給する電流を、ほぼ０にすることができる。そして、コイル１０４に供給する電流は、ほぼＸＹ方向の推力を発生させるために使用される。

このように、この磁気浮上平面ステージ装置は、最大出力電流が小さい電流アンプを使用することができ、出力電流に含まれる電流ノイズを小さくすることができ、コイル１０４に入力される電流ノイズを抑制し、浮上部のＺ方向の微小振動を抑制することができる。これにより、この磁気浮上平面ステージ装置は、位置決め分解能が向上し、位置決め精度が向上する。

また、この磁気浮上平面ステージ装置は、コイル１０４に供給する電流を小さくすることができるため、コイル１０４やコイル１０４の周辺部品に供給される冷媒を少なく（冷媒流量を小さく）することができる。これにより、冷媒流路１０７を小型化することができ、コイル１０４と搭載ベース３０２とを薄型化することができる。

なお、この磁気浮上平面ステージ装置は、固定部に対して固定式の冷媒配管１０７が設置されるため、冷媒配管１０７を可動させる必要がなく、浮上部の駆動特性の劣化を招く恐れはない。

また、可動ヨーク駆動用ステージ４０２（可動ヨーク４０１）は、トップテーブル１０１（浮上部）のＸＹ位置に合わせて、ＸＹ方向に移動する。つまり、可動ヨーク４０１と浮上部とは同期して移動する。

なお、可動ヨーク駆動用ステージ４０２の上部に設置される永久磁石４０５と、トップテーブル１０１の下部に設置される永久磁石１０５とは、それぞれ複数個が設置される。そして、移動後も、複数個の永久磁石４０５と複数個の永久磁石１０５とは、それぞれ対向する。

これにより、永久磁石１０５の磁気回路を、永久磁石４０５との間で常時閉じることができ、トップテーブル１０１の上部に永久磁石１０５による漏洩磁場１０６の影響を与えず、永久磁石１０５による漏洩磁場１０６を抑制することができる。これにより、この磁気浮上平面ステージ装置は、荷電粒子線装置などの磁場の影響を嫌う装置にも、漏洩磁場１０６の磁場対策を施すことなく、使用することができる。

なお、実施例１では、可動ヨーク駆動用ステージ４０２に、磁気センサ４０３を設置するが、磁気センサ４０３に限定されるものではなく、浮上部の位置を検出することができるセンサであればよい。

また、実施例１では、可動ヨーク４０１は、コンタミチャンバ４０４の内部に設置され、可動ヨーク４０１は、コンタミチャンバ４０４及び搭載ベース３０２により、覆われるが、可動ヨーク４０１は、必ずしもコンタミチャンバ４０４及び搭載ベース３０２により、覆われる必要はなく、コンタミチャンバ４０４の内部で発生する異物を、その外部に放出させないものであればよい。

また、実施例１では、可動ヨーク４０１に、永久磁石４０５を使用するが、永久磁石４０５に限定されるものではなく、コイルを使用する電磁石を使用することもできる。なお、可動ヨーク４０１に電磁石を使用する場合には、可動ヨーク４０１に冷媒配管を設置することが好ましい。

このように、実施例１の重力補償機構を有する磁気浮上平面ステージ装置は、トップテーブル１０１を磁気反発力により浮上させて、位置決めする磁気浮上機構を有し、
（１－１）位置決めするための試料サンプル（対象物）を支持するトップテーブル１０１と、
（１－２）トップテーブル１０１の上部に設置され、試料サンプルを設置する静電チャック１０３と、
（１－３）トップテーブル１０１の上部に設置され、試料サンプルの位置を計測し、その位置を把握するバーミラー１０２と、
（１－４）トップテーブル１０１の下部に平面的に配列される永久磁石１０５と、
を有する浮上部と、
（２－１）浮上部を移動させる搭載ベース３０２と、
（２－２）搭載ベース３０２の上部に平面的に配列されるコイル１０４と、
（２－３）コイル１０４及びコイル１０４の周辺部品を冷却する冷媒配管１０７と、
を有する固定部と、
（３－１）搭載ベース３０２の下部に空間を形成するコンタミチャンバ４０４と、
（３－２）コンタミチャンバ４０４の内部を水平面内に移動する可動ヨーク４０１と、
を有する。

そして、可動ヨーク４０１は、
（３－２－１）可動ヨーク駆動用ステージ４０２と、
（３－２－２）可動ヨーク駆動用ステージ４０２の上部に平面的に配列される永久磁石４０５と、
（３－２－３）可動ヨーク駆動用ステージ４０２の上部に設置される磁気センサ４０３と、
（３－２－４）可動ヨーク駆動用ステージ４０２の下部に設置されるリニアガイド５０３と、
を有する。

そして、永久磁石４０５と永久磁石１０５とは、搭載ベース３０２及びコイル１０４を介して、対向し、可動ヨーク４０１と浮上部とは同期して移動し、浮上部は、永久磁石４０５と永久磁石１０５との磁気反発力により、浮上する。

これにより、実施例１の磁気浮上平面ステージ装置を、例えば、半導体ウエハの正確な位置決めが必要な半導体ウエハの製造、計測、検査などの工程に、使用することができる。この磁気浮上平面ステージ装置は、更に、半導体ウエハの位置決め精度を向上させる。

そして、この磁気浮上平面ステージ装置は、試料サンプルの位置決め精度が向上し、冷媒配管１０７による駆動特性の劣化を抑制し、永久磁石１０５による漏洩磁場１０６を抑制し、コイル１０４の電流ノイズによるトップテーブル１０１の微小振動を抑制することができ、例えば、荷電粒子線装置にも使用することができる。

次に、実施例１の磁気浮上平面ステージ装置の構成を三次元的に説明する。図４は、実施例１の磁気浮上平面ステージ装置の構成を三次元的に説明する説明図である。

この磁気浮上平面ステージ装置は、トップテーブル１０１に、例えば、複数個の永久磁石１０５が設置される。例えば、９分割されるトップテーブル１０１の周囲の８箇所に、複数個の永久磁石１０５が設置される。

また、コイル１０４は、例えば、樹脂モールド３０１などで保護され、搭載ベース３０２の上部のＸＹ平面内に、平面的に配列される（敷き詰められる）。なお、このコイル１０４の配列をコイルアレイと呼称する場合がある。

そして、コイルアレイに供給する電流を適切に制御することにより、トップテーブル１０１に設置される永久磁石１０５のＸ方向推力３０３、Ｙ方向推力３０４、Ｚ方向推力３０５を制御し、トップテーブル１０１を所定の位置に移動させる。また、複数のＸ方向推力３０３、Ｙ方向推力３０４、Ｚ方向推力３０５を制御し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸と、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの姿勢三軸と、の６軸制御が可能となる。

なお、実施例１では、トップテーブル１０１の四隅の内、或る２箇所がＸ方向推力３０３を有し、他の２箇所がＹ方向推力３０４を有する。そして、四隅の間の４箇所がＺ方向推力３０５を有する。つまり、これらの推力のバランス（合力）により、トップテーブル１０１を所定の位置に移動させる。

また、可動ヨーク４０１の永久磁石４０５は、可動ヨーク４０１のＸテーブル５０２（可動ヨーク駆動用ステージ４０２）に搭載され、可動ヨーク４０１のＸテーブル５０２は、可動ヨーク４０１のＹテーブル５０１（可動ヨーク駆動用ステージ４０２）に搭載される。

そして、可動ヨーク４０１のＹテーブル５０１は、コンタミチャンバ４０４に設置される接触式のリニアガイド５０３により支持され、Ｙ方向に移動する。また、可動ヨーク４０１のＸテーブル５０２は、可動ヨーク４０１のＹテーブル５０１に設置される接触式のリニアガイド５０６により支持され、Ｘ方向に移動する。これにより、可動ヨーク駆動用ステージ４０２は、コンタミチャンバ４０４の内部を、リニアガイド５０３及びリニアガイド５０６により、ＸＹ方向に移動する。

また、可動ヨーク４０１に設置される永久磁石４０５は、トップテーブル１０１に設置される永久磁石１０５と対向するように、設置される。例えば、複数個の永久磁石４０５が、９分割される可動ヨーク駆動用ステージ４０２の周囲の８箇所に設置される。

これにより、コイル１０４と永久磁石１０５との間に発生するローレンツ力により、ＸＹＺ方向の推力を発生させると共に、浮上部にかかる重力１０８を、可動ヨーク４０１の永久磁石４０５と浮上部の永久磁石１０５との磁気反発力により、常時、支持することができる。

なお、樹脂モールド３０１で保護されるコイル１０４を配列して構成されるコイルアレイは、試料室５０５の全域に渡り敷き詰められ、浮上部（永久磁石１０５が設置されるトップテーブル１０１）は、試料室５０５の内部の全域に渡り、移動することができる。

次に、実施例１の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する。図５Ａは、実施例１の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する上面図であり、図５Ｂは、実施例１の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する側面図である。なお、図５Ｂは、図５Ａの点線Ａ－Ａにおける断面図である。

この磁気浮上平面ステージ装置は、コイルアレイ６０２の上方に、浮上部６０１が浮上する。

浮上部６０１に設置される永久磁石１０５は、例えば、９分割されるトップテーブル１０１の周囲の８箇所に、複数個の永久磁石１０５が設置される。

トップテーブル１０１の四隅の内、或る２箇所には、Ｘ方向推力３０３を有するように、それぞれ２個の永久磁石１０５が設置され、他の２箇所には、Ｙ方向推力３０４を有するように、それぞれ２個の永久磁石１０５が設置される。そして、四隅の間の４箇所には、Ｚ方向推力３０５を有するように、及び、浮上部６０１にかかる重力１０８を磁気反発力により常時支持するように、１個ずつの永久磁石１０５が設置される。

なお、四隅の間の４箇所に設置される永久磁石１０５は、重力支持永久磁石であり、その磁極方向は、図５Ａにおいては、紙面に向かう方向である。

また、この重力支持永久磁石は、浮上部６０１にかかる重力１０８を磁気反発力により常時支持するため、四隅に設置される永久磁石１０５よりも、大きい（磁力が強い）ことが好ましい。

そして、図５Ｂにおいて、浮上部６０１における１個の重力支持永久磁石は、その磁極方向が下方向であり、浮上部６０１における四隅に設置される２個の永久磁石１０５が、その磁極方向は、或る１個は上方向であり、他の１個は下方向である。

また、搭載ベース３０２に設置されるコイル１０４に供給される電流は、適切に制御される。

例えば、図５Ｂにおいて、左側の浮上部６０１における四隅に設置される２個の永久磁石１０５の内、上方向の磁極方向を有する或る１個に対応するコイル１０４の電流６０６の方向は、紙面からこちらに向かう方向であり、下方向の磁極方向を有する或る１個に対応するコイル１０４の電流６０６の方向は、紙面に向かう方向である。

例えば、図５Ｂにおいて、右側の浮上部６０１における四隅に設置される２個の永久磁石１０５の内、上方向の磁極方向を有する或る１個に対応するコイル１０４の電流６０６の方向は、紙面に向かう方向であり、下方向の磁極方向を有する或る１個に対応するコイル１０４の電流６０６の方向は、紙面からこちらに向かう方向である。

また、浮上部６０１における四隅に設置される２個の永久磁石１０５に対応するコイル１０４に供給される電流６０６は、重力支持永久磁石に対応するコイル１０４に供給される電流６０８よりも、大きいことが好ましい。これは、Ｚ方向推力３０５は、浮上部６０１の微調整に使用され、Ｘ方向推力３０３及びＹ方向推力３０４は、浮上部６０１の水平移動及び浮上部６０１の回転移動に使用されるためである。

また、可動ヨーク４０１に設置される永久磁石４０５は、トップテーブル１０１に設置される永久磁石１０５と相対（対向）するように、設置される。つまり、可動ヨーク４０１は、浮上部６０１と同期して移動する。

可動ヨーク４０１の四隅の内、或る２箇所には、それぞれ２個の永久磁石４０５が設置され、他の２箇所には、それぞれ２個の永久磁石４０５が設置される。そして、四隅の間の４箇所には、Ｚ方向推力３０５を有するように、及び、浮上部６０１にかかる重力１０８を磁気反発力により常時支持するように、１個ずつの永久磁石４０５が設置される。

そして、可動ヨーク４０１における四隅に設置される２個の永久磁石４０５の磁極方向は、浮上部６０１における四隅に設置される２個の永久磁石１０５の磁極方向と、同一方向である。つまり、可動ヨーク４０１は、この磁極方向が同一方向となるように、浮上部６０１と同期して移動する。これにより、永久磁石１０５の磁気回路を、永久磁石４０５との間で常時閉じることができ、永久磁石１０５による漏洩磁場１０６を抑制することができる。

また、可動ヨーク４０１の四隅の間の４箇所に設置される永久磁石４０５の磁極方向と、トップテーブル１０１の四隅の間の４箇所に設置される永久磁石１０５の磁極方向とは、反対方向であり、可動ヨーク４０１の四隅の間の４箇所に設置される永久磁石４０５の磁極方向は、上方向である。これにより、浮上部にかかる重力１０８を支持し、磁気反発力による重力補償力（浮上力）６０５を発生させ、浮上部６０１を浮上させる。

なお、可動ヨーク４０１の四隅の間の４箇所に設置される永久磁石４０５は、浮上部６０１にかかる重力１０８を磁気反発力により常時支持するため、四隅に設置される永久磁石４０５よりも、大きい（磁力が強い）ことが好ましい。

また、可動ヨーク４０１の永久磁石４０５と浮上部６０１の永久磁石１０５とにより、その磁気反発力を一定値とすることができる。これにより、安定した重力補償力６０５を得ることができる。

また、可動ヨーク４０１の永久磁石４０５の磁石サイズを大きくし、その分だけ、浮上部６０１の永久磁石１０５の磁石サイズを小さくし、着磁のバランス調整が可能であり、試料サンプルへの永久磁石１０５による漏洩磁場１０６の影響を小さくすることができる。また、これにより、浮上部６０１を軽くすることができ、浮上部６０１の駆動特性の向上させることができる。

このように、この磁気浮上平面ステージ装置は、コイルアレイ６０２に電流６０６及び電流６０８を供給することにより、浮上部６０１の永久磁石１０５に、Ｘ方向推力３０３、Ｙ方向推力３０４、Ｚ方向推力３０５を付与し、永久磁石１０５と永久磁石４０５とにより、重力補償力６０５を付与する。

そして、この磁気浮上平面ステージ装置は、この重力補償力６０５を、可動ヨーク４０１の四隅の間の重力補償用の永久磁石４０５による磁気反発力により得る。これにより、電流アンプにより得られる推力と相違し、一定値とすることができるため、トップテーブル１０１の微小振動を抑制することができる。なお、電流６０８を供給することにより、Ｚ方向推力３０５を微調整することができる。

次に、実施例２の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する。図６Ａは、実施例２の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する上面図（ＸＹ平面の平面図）であり、図６Ｂは、実施例２の磁気浮上平面ステージ装置のモータ構造を説明する側面図である。なお、図６Ｂは、図６Ａの線分７０４近傍を模式的に示す断面図である。

この磁気浮上平面ステージ装置は、コイルアレイ６０２の上方に、浮上部６０１が浮上する。

浮上部６０１に設置される永久磁石１０５は、トップテーブル１０１に、複数個の永久磁石１０５が、その磁極方向が互い違いに（紙面に向かう方向と紙面からこちらに向かう方向とが隣り合うように）、斜めに（Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度傾斜して）配列される。

そして、コイルアレイ６０２は、Ｘ方向に三相（ＵＶＷ相）に構成されるＸ軸駆動用のコイル７０３とＹ方向に三相（ＵＶＷ相）に構成されるＹ軸駆動用のコイル７０２とが、互い違いに（Ｘ軸駆動用のコイル７０３とＹ軸駆動用のコイル７０２とが隣り合うように）配列される。

そして、図６Ｂにおいて、浮上部６０１の永久磁石１０５は、その磁極方向が上方向と下方向とが交互である。

また、搭載ベース３０２に設置されるコイル１０４に供給される電流は、適切に制御される。

例えば、図６Ｂにおいて、コイル１０４（Ｘ方向に三相に構成されるＸ軸駆動用のコイル７０３）には、左側から順番に、紙面からこちらに向かう方向と紙面に向かう方向とが交互に、電流６０６が供給される。

そして、Ｘ軸駆動用のコイル７０３の三相のコイル電流を適切に制御することにより、Ｘ方向推力３０３とＺ方向推力３０５とを独立に制御することができる。例えば、左側の二相のコイル電流よりも、他の一相のコイル電流を小さくすることにより、Ｘ方向推力３０３を発生させることができる。

つまり、Ｘ軸駆動用のコイル７０３の三相のコイル電流を制御し、コイル７０３の上方にある永久磁石１０５に、Ｘ方向推力３０３とＺ方向推力３０５とを独立に発生させ、Ｙ軸駆動用のコイル７０２の三相のコイル電流を制御し、コイル７０２の上方にある永久磁石１０５に、Ｙ方向推力３０４とＺ方向推力３０５とを独立に発生させことができる。これにより、６軸制御が可能となる。

この磁気浮上平面ステージ装置は、特に、トップテーブル１０１のＸＹ位置による推力リップルが小さく、浮上部６０１を速度一定の連続移動させることができる。

また、可動ヨーク４０１に設置される永久磁石４０５は、トップテーブル１０１に設置される永久磁石１０５と相対（対向）するように、設置される。つまり、可動ヨーク４０１は、浮上部６０１と同期して移動する。

そして、可動ヨーク４０１に設置される永久磁石４０５の磁極方向は、浮上部６０１に設置される永久磁石１０５の磁極方向と、反対方向である。つまり、可動ヨーク４０１は、この磁極方向が反対方向となるように、浮上部６０１と同期して移動する。これにより、永久磁石１０５の磁気回路を、永久磁石４０５との間で常時閉じることができ、漏洩磁場１０６を抑制することができる。

そして、この磁気浮上平面ステージ装置は、可動ヨーク４０１の永久磁石４０５の磁極方向は、浮上部６０１の永久磁石１０５の磁極方向と対向する方向とすることにより、重力補償力を発生させる。

また、この磁気浮上平面ステージ装置は、可動ヨーク４０１において、永久磁石４０５の磁気回路７０１を形成し、浮上部６０１の永久磁石１０５の磁気回路を短くすることができ、漏洩磁場１０６を抑制することができる。また、浮上部６０１の永久磁石１０５をハルバッハ配列とすることにより、試料サンプルへの漏洩磁場１０６の影響を小さくすることができる。

次に、実施例３の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する。図７は、実施例３の磁気浮上平面ステージ装置の構成を説明する説明図である。

この磁気浮上平面ステージ装置は、実施例１の磁気浮上平面ステージ装置に比較して、可動ヨーク４０１の可動範囲をコンパクト化する。つまり、可動ヨーク４０１は、コイル１０４が設置される搭載ベース３０２の全体の範囲８０１ではなく、コイル１０４が設置される搭載ベース３０２の一部の範囲８０２で、移動する。

例えば、磁気浮上平面ステージ装置を荷電粒子線装置に使用する場合、可動ヨーク４０１は、電子線（電子ビーム）が半導体ウエハに照射されるΦ３００ｍｍの範囲を、高精度に移動することができればよい。つまり、可動ヨーク４０１の可動範囲をコンパクト化し、可動ヨーク４０１を、このコンパクト化された可動範囲で、精度よく移動させる。これにより、磁気浮上平面ステージ装置をコンパクト化することができる。

また、可動ヨーク４０１の可動範囲のコンパクト化に伴い、コンタミチャンバ４０４もコンパクト化することができ、可動ヨーク４０１及びコンタミチャンバ４０４の製造コストの低減や、可動ヨーク４０１の位置決め高速化が可能となる。

次に、実施例１、実施例２、実施例３の磁気浮上平面ステージ装置を使用する荷電粒子線装置（真空装置）を説明する。図８は、実施例１、実施例２、実施例３の磁気浮上平面ステージ装置を使用する荷電粒子線装置（真空装置）を説明する説明図である。

なお、荷電粒子線装置は、浮上部１０６が真空チャンバに設置される真空装置である。

また、図８は、可動ヨーク４０１を有する磁気浮上平面ステージ装置を使用する半導体計測装置の模式的な断面図であり、ここでは、荷電粒子線装置（真空装置）の一実施形態である半導体計測装置を説明する。

半導体計測装置は、真空チャンバ１９０１と、電子光学系を設置する電子光学系鏡筒１９０２と、真空チャンバ１９０１を支持する制振マウント１９０３と、レーザ干渉計１９０４と、コントローラ１９０５と、電子光学系鏡筒１９０２を支持する支持体１９１４と、半導体ウエハなどの対象物１９０６の位置決めを行うステージ装置と、を有する。半導体計測装置は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の応用装置としての測長ＳＥＭである。

なお、真空チャンバ１９０１は、試料室５０５であり、コンタミチャンバ４０４である。真空チャンバ１９０１の内部は、図示しない真空ポンプにより減圧され、大気圧よりも低圧の真空状態になる。

半導体計測装置は、ステージ装置により、対象物１９０６の位置決めを行い、電子光学系鏡筒１９０２から対象物１９０６に電子線を照射し、対象物１９０６にパターンを撮像し、パターンの線幅の計測や形状の評価を行う。

ステージ装置は、重力補償機構を有する磁気浮上平面ステージ装置であり、真空チャンバ１９０１の内部に設置される。

ステージ装置は、
（１）位置決めを行う対象物１９０６を支持する浮上部であるトップテーブル１０１と、
（２）トップテーブル１０１の上部に設置され、対象物１９０６を設置する浮上部である静電チャック１０３と、
（３）トップテーブル１０１の上部に設置され、対象物１９０６の位置を計測し、その位置を把握する浮上部であるバーミラー１０２と、
（４）図示しないトップテーブル１０１の下部に平面的に配列される浮上部である永久磁石１０５と、
（５）浮上部を移動させる搭載ベース３０２と、
（６）搭載ベース３０２の上部に平面的に配列されるコイル１０４と、
（７）コイル１０４及びコイル１０４の周辺部品を冷却する冷媒配管１０７と、
（８）真空チャンバ１９０１の内部を水平面内に移動する可動ヨーク４０１と、
を有する。

そして、可動ヨーク４０１は、
（８－１）可動ヨーク駆動用ステージ４０２と、
（８－２）可動ヨーク駆動用ステージ４０２の上部に平面的に配列される永久磁石４０５と、
（８－３）可動ヨーク駆動用ステージ４０２の上部に設置される磁気センサ４０３と、
（８－４）可動ヨーク駆動用ステージ４０２の下部に設置されるリニアガイド５０３と、
を有する。

そして、永久磁石４０５と永久磁石１０５とは、搭載ベース３０２及びコイル１０４を介して、対向し、可動ヨーク４０１と浮上部とは同期して移動し、浮上部は、永久磁石４０５と永久磁石１０５との磁気反発力により、浮上する。

コントローラ１９０５は、レーザ干渉計１９０４により計測されるバーミラー１０２の位置に基づいて、コイル１０４に供給される電流を適切に制御し、トップテーブル１０１を適切な位置に移動させる。また、コントローラ１９０５は、トップテーブル１０１の移動と連動させ、可動ヨーク４０１を適切な位置に移動させる。これにより、対象物１９０６が位置決め制御される。

この半導体計測装置は、ステージ装置を有することにより、対象物１９０６の位置決め精度が向上し、永久磁石１０５による漏洩磁場１０６を抑制することができ、計測精度を向上させることができる。そして、この半導体計測装置は、駆動特性の劣化を抑制し、トップテーブル１０１の微小振動を抑制することができる。なお、ステージ装置は、磁気浮上機構であるため、半導体計測装置への適用も容易である。また、荷電粒子線装置（真空装置）は、半導体計測装置に限定されるものではない。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を追加することもできる。また、各実施例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。

１０１・・・トップテーブル、１０２・・・バーミラー、１０３・・・静電チャック、１０４・・・コイル、１０５・・・永久磁石、１０６・・・漏洩磁場、１０７・・・冷媒配管、１０８・・・重力、１０９・・・推力、３０１・・・樹脂モールド、３０２・・・搭載ベース、３０３・・・Ｘ方向推力、３０４・・・Ｙ推方向力、３０５・・・Ｚ推方向力、４０１・・・可動ヨーク、４０２・・・可動ヨーク駆動用ステージ、４０３・・・磁気センサ、４０４・・・コンタミチャンバ、４０５・・・永久磁石、５０１・・・Ｙテーブル、５０２・・・Ｘテーブル、５０３・・・リニアガイド、５０５・・・試料室、５０６・・・リニアガイド、６０１・・・浮上部、６０２・・・コイルアレイ、６０５・・・重力補償力、６０６・・・電流、６０８・・・電流、７０１・・・磁気回路、７０２・・・Ｙ軸駆動用のコイル、７０３・・・Ｘ軸駆動用のコイル、７０４・・・線分、８０１・・・全体の範囲、８０２・・・一部の範囲。

Claims (6)

1. 位置決めするための対象物を支持するトップテーブルと、前記トップテーブルの下部に平面的に配列される永久磁石と、を有する浮上部と、前記浮上部を移動させる搭載ベースと、前記搭載ベースの上部に平面的に配列されるコイルと、を有する固定部と、を有する磁気浮上平面ステージ装置を有する荷電粒子線装置であって、
   前記搭載ベースの下部に、水平面内を移動する可動ヨークを有し、
   前記可動ヨークは、可動ヨーク駆動用ステージと、前記可動ヨーク駆動用ステージの上部に平面的に配列される永久磁石と、を有し、
   前記可動ヨークの永久磁石と前記浮上部の永久磁石とは対向し、前記浮上部は、これら永久磁石の磁気反発力により、浮上することを特徴とする磁気浮上平面ステージ装置を有する荷電粒子線装置。
2. 請求項１の荷電粒子線装置であって、
   前記可動ヨークは、前記搭載ベースの下部に形成されるコンタミチャンバの内部に設置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１の荷電粒子線装置であって、
   前記可動ヨークは、前記可動ヨーク駆動用ステージの上部に設置される磁気センサを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１の荷電粒子線装置であって、
   前記可動ヨークは、前記可動ヨーク駆動用ステージの下部に設置されるリニアガイドを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１の荷電粒子線装置であって、
   前記可動ヨークの永久磁石を、前記浮上部の永久磁石よりも大きくすることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項１の荷電粒子線装置であって、
   前記固定部は、前記コイルを冷却する固定式の冷媒配管を有することを特徴とする荷電粒子線装置。

Images