WO2010109574A1 - ステージ装置及びステージクリーニング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】真空内でエアベアリングを使用したステージの軌道上のパーティクルを効率よく除去することが可能なステージ装置及びステージクリーニング方法を提供すること。 【解決手段】真空内で使用されるステージ装置は、試料を載置する面を有した枠状の移動ステージと、移動ステージに囲まれる固定された固定ステージと、固定ステージと移動ステージとの間隙部に気体を供給して移動ステージを浮上させるエアベアリングと、気体の圧力を調整する圧力調整部と、間隙部から外部への気体の流出を阻止する差動排気部と、制御部と、を備える。制御部は、移動ステージの浮上量を移動ステージの使用時より低くしたときは差動排気部の圧力を移動ステージの使用時と同じ圧力にした状態にし、移動ステージの浮上量を移動ステージの使用時と同じ浮上量にしたときは差動排気部の圧力を移動ステージの使用時より高くした状態にして、移動ステージを所定の範囲で移動させる。

Description

ステージ装置及びステージクリーニング方法
　本発明は、ステージ装置及びステージクリーニング方法に関し、特に、電子ビーム露光装置等の真空内でのエアベアリングを使用した試料ステージの軌道面を効率よくクリーニングする機能を備えたステージ装置及びステージクリーニング方法に関する。
電子ビーム露光装置や電子顕微鏡では、試料をステージに載置して露光処理や試料の観察・測定が行われている。例えば、電子ビーム露光装置では、露光データに従ってウエハ上の所要の位置を露光するようにステージを移動させながら露光処理を行っている。
　このようなステージとして、クロスローラ型の転がり方式のステージがある。このステージは、移動側ステージと固定側ステージとの間の軌道内に存在する複数個のコロが転がる（回転する）ことによってステージが移動する。軌道の潤滑や発塵防止のために、軌道やコロに真空用オイルを塗布して使用されている。
　このような機械ベアリングを備えたステージを使用する場合にパーティクルが軌道上に存在すると、ステージ機構に歪みを生じさせ、ステージ位置の検出精度が劣化し、正確なステージ位置を検出することが困難になる。パーティクルは軌道上に一定箇所に存在するだけでなく、ステージの移動とともにパーティクルも移動するため、ステージ位置が変化する箇所を再現又は予測することができず、ステージ位置の補正を行うことが困難になる。また、軌道上にオイルを塗布した場合、オイルが存在している間はある程度のパーティクルの除去は可能であるが、オイルが切れたときに急激な発塵が発生することもある。
　このような機械ベアリングを使用したステージに対して、エアベアリングを使用した技術も検討され使用されてきている。例えば、特許文献１には、フォトリソグラフィ工程で使用される露光装置において可動部材をベース部材に対して流体軸受（気体軸受）を使って非接触支持したステージ装置が記載されている。
　このようなエアベアリングを使用することにより機械的なベアリングに比べて軌道上のパーティクルによるステージの精度劣化は抑制することができる。
　しかし、どのような大きさのパーティクルに対してもステージの精度劣化を防止できるとは限らず、例えば、非接触部分の高さと同程度の大きさのパーティクルが存在する場合にはステージを移動する際にそのパーティクルを噛み込み、固定部材と可動部材とが接触するおそれも発生する。このような状況が発生すると、可動部材上に載置されるステージの姿勢が不安定になり、精度の劣化を招くことになる。
　なお、エアベアリング機構を真空内で使用してステージの移動を行う場合に、パーティクルの除去をする技術については報告されていない。
特開２００６－６６５８９号公報
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、目的は、真空内でエアベアリングを使用したステージの軌道上に存在するパーティクルを効率よく除去することが可能なステージ装置及びステージクリーニング方法を提供することである。
　上述した従来技術の課題を解決するため、本発明の基本形態によれば、真空内で使用されるステージ装置であって、気体を発生させる気体供給部と、前記気体の圧力を調整する圧力調整部と、試料を載置する面を有した枠状の移動ステージと、前記試料を載置する面と反対側の面に対向する面を有し、前記移動ステージに囲まれる固定された固定ステージと、前記固定ステージと前記移動ステージとの間隙部に前記気体を供給して前記移動ステージを浮上させるエアベアリングと、前記移動ステージと固定ステージの間隙部から外部への前記気体の流出を阻止する差動排気部と、前記気体供給部、圧力調整部、移動ステージ及び差動排気部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記移動ステージの浮上量を前記移動ステージの使用時より低くしたときは前記差動排気部の圧力を移動ステージの使用時と同じ圧力にして前記移動ステージを所定の範囲で移動させ、前記移動ステージの浮上量を前記移動ステージの使用時と同じ浮上量にしたときは前記差動排気部の圧力を前記移動ステージの使用時より高くして前記移動ステージを所定の範囲で移動させて、前記エアベアリングの軌道上のクリーニングを行うことを特徴とするステージ装置が提供される。
　この形態に係るステージ装置において、更に、前記移動ステージの位置を検出する干渉計を備え、前記制御部は、前記移動ステージを所定の位置に移動させ、前記移動ステージの浮上量を前記移動ステージの使用時より低い状態にして、前記移動ステージのローリング及びピッチングを測定し、当該ローリング及びピッチングの値が所定の値を超えているとき、前記エアベアリングの軌道上にパーティクルが存在すると判定するようにしてもよく、更に前記移動ステージの高さを検出する高さ検出器を備え、前記制御部は、前記移動ステージを所定の位置に移動させ、前記移動ステージの浮上量を前記移動ステージの使用時より低い状態にし、前記気体を供給する圧力の変化に対する前記移動ステージの高さの変化を検出し、当該高さの変化が所定の許容値の範囲外であるとき、前記エアベアリングの軌道上にパーティクルが存在するようにしてもよい。
　また、この形態に係るステージ装置において、前記制御部は、前記固定ステージの一端から反対側の一端まで前記移動ステージを少なくとも１回移動させるようにしてもよく、前記制御部は、前記所定の位置を中心に１０μｍ以下の短いストロークで複数回の往復運動をさせるようにしてもよい。
　また、本発明の他の形態によれば、上記の形態に係るステージ装置において実施されるステージクリーニング方法が提供される。その一形態に係るステージクリーニング方法は、気体を発生させる気体供給部と、前記気体の圧力を調整する圧力調整部と、試料を載置する面を有した枠状の移動ステージと、前記試料を載置する面と反対側の面に対向する面を有し、前記移動ステージに囲まれる固定された固定ステージと、前記固定ステージと前記移動ステージとの間隙部に前記気体を供給して前記移動ステージを浮上させるエアベアリングと、前記移動ステージと固定ステージの間隙部から外部への前記気体の流出を阻止する差動排気部と、を備えた真空内で使用されるステージ装置におけるステージクリーニング方法であって、前記移動ステージの浮上量及び前記差動排気部の圧力を調整するステップと、前記移動ステージの浮上量及び前記差動排気部の圧力を維持した状態で、前記移動ステージを所定の範囲で移動させるステップと、を有することを特徴とする。
　また、この形態に係るステージクリーニング方法において、前記浮上量及び前記差動排気部の圧力を調整するステップは、前記浮上量を前記移動ステージの使用時より低くしたときは、前記差動排気部の圧力を前記移動ステージの使用時と同じ圧力に調整するステップと、前記浮上量を前記移動ステージの使用時と同じ浮上量にしたときは、前記差動排気部の圧力を前記移動ステージの使用時より高く調整するステップと、を有するようにしてもよく、前記浮上量及び差動排気部の圧力を調整するステップの前に、前記移動ステージを所定の位置に移動させるステップと、前記移動ステージの浮上量を使用時より低い状態にして、前記移動ステージのローリング及びピッチングを測定するステップと、前記ローリング又はピッチングが所定の許容値を超えているとき、前記エアベアリングの軌道上にパーティクルが存在すると判定するステップと、を有するようにしてもよく、前記浮上量及び差動排気部の圧力を調整するステップの前に、前記移動ステージを所定の位置に移動させるステップと、前記移動ステージの浮上量を使用時より低い状態にして、前記移動ステージの高さを測定するステップと、前記気体を供給する圧力の変化に対する高さの変化が所定の許容値の範囲外であるとき、前記エアベアリングの軌道上にパーティクルが存在すると判定するステップと、を有するようにしてもよい。
　また、この形態に係るステージクリーニング方法において、前記所定の範囲で前記移動ステージを移動させるステップは、前記移動ステージを前記固定ステージの一端へ移動するステップと、前記移動ステージを前記固定ステージの反対側の一端まで移動するステップと、を有するようにしてもよく、前記所定の範囲で前記移動ステージを移動させるステップは、前記所定の位置を中心に前記移動ステージを１０μｍ以下の短いストロークで複数回往復運動させるステップであるようにしてもよい。
　本発明のステージ装置及びステージクリーニング方法によれば、移動側ステージと固定側ステージとの間隙幅を通常の使用時よりも狭くなるようにエアベアリングに供給するエアを調整し、移動側ステージの全軌道範囲を移動させるようにしている。
　また、移動側ステージと固定側ステージとの間隙幅を通常使用時の幅にして、エアベアリングの差動排気部にかける圧力を高くした状態で移動側ステージの全軌道範囲を移動させて、ステージクリーニングをするようにしている。
　これにより、移動側ステージの軌道上に存在するパーティクルを除去することが可能となる。
　また、所定の個所においてエアベアリングに供給するエアを調整して移動側ステージと固定側ステージとの間隙幅を狭くするようにして、移動側ステージのピッチング及びローリングを検出するようにしている。そして、移動側ステージのピッチング及びローリングが検出されたときに上記のステージクリーニングを施すようにしている。
　これにより、ステージクリーニングが必要なときにステージクリーニングを実施すればよく、効率的なステージクリーニングを行うことが可能になる。
図１は、電子ビーム露光装置の構成図である。 図２は、図１に係る露光装置の試料ステージ装置のブロック構成図である。 図３は、試料ステージ装置のエアベアリングを使用した主要部の概略構成図である。 図４は、試料ステージ装置の軌道上のクリーニングを説明する図（その１）である。 図５は、試料ステージ装置のステージクリーニング処理の一例を示すフローチャート（その１）である。 図６は、試料ステージ装置の軌道上にパーティクルが存在する状態を説明する図である。 図７は、試料ステージ装置のステージクリーニング処理におけるパーティクル検出処理の一例を示すフローチャート（その１）である。 図８は、試料ステージ装置のステージクリーニング処理におけるパーティクル検出処理の一例を示すフローチャート（その２）である。 図９は、試料ステージ装置の軌道上のクリーニングを説明する図（その２）である。 図１０は、試料ステージ装置のステージクリーニング処理の一例を示すフローチャート（その２）である。 図１１は、試料ステージ装置の軌道上のクリーニングを説明する図（その３）である。 図１２は、試料ステージ装置のステージクリーニング処理の一例を示すフローチャート（その３）である。
（１）第１の実施形態
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１から図３を参照して、電子ビーム露光装置の構成及びステージ装置について説明をする。次に、図４及び図５を参照して、試料ステージの軌道上に存在するパーティクルをクリーニングする方法について説明する。なお、以下ではステージ装置を電子ビーム露光装置に使用する場合を対象として説明するが、それに限らず、他の真空装置、例えば電子顕微鏡のステージに適用可能なことは勿論である。
　（電子ビーム露光装置及びステージ装置の構成）
　図１は、本実施形態に係るステージ装置を備えた電子ビーム露光装置の概略構成図である。
　電子ビーム露光装置は、露光部１００と、露光部１００を制御するデジタル制御部２００とに大別される。このうち、露光部１００は、電子ビーム生成部１３０、マスク偏向部１４０及び基板偏向部１５０によって構成される。
　電子ビーム生成部１３０では、電子銃１０１から生成した電子ビームＥＢが第１電磁レンズ１０２で収束作用を受けた後、ビーム整形用マスク１０３の矩形アパーチャ１０３ａ（第１の開口）を透過し、電子ビームＥＢの断面が矩形に整形される。
　矩形に整形された電子ビームＥＢは、第２電磁レンズ１０５ａ及び第３電磁レンズ１０５ｂによってビーム整形用の第２マスク１０６上に結像される。そして、電子ビームＥＢは、可変矩形整形用の第１静電偏向器１０４ａ及び第２静電偏向器１０４ｂによって偏向され、ビーム整形用の第２のマスク１０６の矩形アパーチャ１０６ａ（第２の開口）を透過する。第１の開口と第２の開口により電子ビームＥＢが成形される。
　その後、電子ビームＥＢは、マスク偏向部１４０の第４電磁レンズ１０７ａ及び第５電磁レンズ１０７ｂによってステンシルマスク１１１上に結像される。そして、電子ビームＥＢは、第３静電偏向器１０８ａ（第１選択偏向器とも呼ぶ）及び第４静電偏向器１０８ｂ（第２選択偏向器とも呼ぶ）により、ステンシルマスク１１１に形成された特定のパターンＰに偏向され、その断面形状がパターンＰの形状に成形される。このパターンはキャラクタープロジェクション（ＣＰ）パターンとも呼ぶ。第５電磁レンズ１０７ｂの付近に配置した偏向器１０８ｂによって、電子ビームＥＢは光軸と平行にステンシルマスク１１１に入射するように曲げられる。
　なお、ステンシルマスク１１１はマスクステージに固定されるが、そのマスクステージは水平面内において移動可能であって、第３静電偏向器１０８ａ及び第４静電偏向器１０８ｂの偏向範囲（ビーム偏向領域）を超える部分にあるパターンＰを使用する場合、マスクステージ１２３を移動することにより、そのパターンＰをビーム偏向領域内に移動させる。
　ステンシルマスク１１１の下に配された第６電磁レンズ１１３は、その電流量を調節することにより、電子ビームＥＢを遮蔽板１１５付近で平行にする役割を担う。
　ステンシルマスク１１１を通った電子ビームＥＢは、第５静電偏向器１１２ａ（第１振り戻し偏向器とも呼ぶ）及び第６静電偏向器１１２ｂ（第２振り戻し偏向器とも呼ぶ）の偏向作用によって光軸に振り戻される。第６電磁レンズ１１３の付近に配置した偏向器１１２ｂによって、電子ビームＥＢは軸上に乗った後、軸に沿って進むように曲げられる。
　マスク偏向部１４０には、第１、第２補正コイル１０９、１１０が設けられており、それらにより、第１～第６静電偏向器１０４ａ、１０４ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１１２ａ、及び１１２ｂで発生するビーム偏向収差が補正される。
　その後、電子ビームＥＢは、基板偏向部１５０を構成する遮蔽板１１５のアパーチャ１１５ａ（ラウンドアパーチャ）を通過し、投影用電磁レンズ１２１によって基板上に投影される。これにより、ステンシルマスク１１１のパターンの像が、所定の縮小率、例えば１／１０の縮小率で基板に転写されることになる。
　基板偏向部１５０には、第７静電偏向器１１９と第８静電偏向器１２０とが設けられており、これらの偏向器１１９、１２０によって電子ビームＥＢが偏向され、基板の所定の位置にステンシルマスクのパターンの像が投影される。
　更に、基板偏向部１５０には、基板上における電子ビームＥＢの偏向収差を補正するための第３、第４補正コイル１１７、１１８が設けられる。
　一方、デジタル制御部２００は、電子銃制御部２０２、電子光学系制御部２０３、マスク偏向制御部２０４、マスクステージ制御部２０５、ブランキング制御部２０６、基板偏向制御部２０７及びウエハステージ制御部２０８を有する。これらのうち、電子銃制御部２０２は電子銃１０１を制御して、電子ビームＥＢの加速電圧やビーム放射条件等を制御する。また、電子光学系制御部２０３は、電磁レンズ１０２、１０５ａ、１０５ｂ、１０７ａ、１０７ｂ、１１３、及び１２１への電流量等を制御して、これらの電磁レンズが構成される電子光学系の倍率や焦点位置等を調節する。ブランキング制御部２０６は、ブランキング偏向器への印加電圧を制御することにより、露光開始前から発生している電子ビームＥＢを遮蔽板１１５上に偏向し、露光前に基板上に電子ビームＥＢが照射されるのを防ぐ。
　基板偏向制御部２０７は、第７静電偏向器１１９及び第８静電偏向器１２０への印加電圧を制御することにより、基板の所定の位置上に電子ビームＥＢが偏向されるようにする。ウエハステージ制御部２０８は、駆動部１２５の駆動量を調節して基板１２を水平方向に移動させ、基板１２の所望の位置に電子ビームＥＢが照射されるようにする。上記の各部２０２～２０８は、ワークステーション等の統合制御系２０１によって統合的に制御される。
　図２は、露光装置において試料が載置されるステージ装置のブロック構成図を示している。ステージ装置は、気体供給部２１、圧力調整部２２、ウエハステージ２３、レーザ干渉計２４、駆動部２５及びウエハステージ制御部２０８で基本構成される。
　気体供給部２１は、クリーンドライエア（ＣＤＡ）を生成して送出する。
　圧力調整部２２は、気体供給部２１とウエハステージ２３のエアベアリングの供給口とを接続する気体流路の途中に設けられ、エアベアリングに供給する気体の圧力を調整する。気体圧力を調整して設定圧力で気体を吐出する電空レギュレータを含んで構成されている。
　レーザ干渉計２４は、ウエハステージ２３の側面及びその側面に直交した側面にそれぞれ対向した位置に配置され、ウエハステージ２３の位置及びウエハステージ２３の姿勢（ピッチング、ローリング、ヨーイング）を直交する２方向から測定する。また、ウエハステージ２３の上方に設けられ、ウエハステージ２３の高さの測定に使用される。
　ウエハステージ制御部２０８は、これら気体供給部２１、圧力調整部２２、レーザ干渉計２４を制御して、ウエハステージ２３の位置を高精度に検出する。特に、本発明では後述するように、ウエハステージ２３のエアベアリングに供給するエアの圧力を調整してウエハステージ２３に存在するパーティクルを除去するように種々の制御を行う。
　図３は、試料ステージ装置のうちエアベアリングを使用したステージの主要部の概略構成図である。
　試料ステージは、真空試料室３７内に配置されたスライダ（移動側ステージ）３５及び角軸（固定側ステージ）３４で構成されている。移動側ステージ３５は固定側ステージ３４の周囲を囲むように枠状に構成され、固定側ステージ３４に沿って移動する。固定側ステージ３４は、除振台３１の上に配置された石定盤の上に支持棒３２を介して設置されている。
　図３（ｃ）は、移動側ステージ３５の拡大図を示している。移動側ステージ３５は、気体供給部２１から配管３９を通して送られてくるエアを固定側ステージ３４に放出するためのエアパッド３６と、放出されたエアの圧力を移動側ステージ３５と固定側ステージ３４との間隙部から外に流出しないように調整する差動排気部３８とで基本構成されている。
　エアパッド３６は、例えばアルミセラミクスやジルコニアセラミクスで構成され、エアの分布状態を決定する開口が設けられている。
　エアパッド３６に供給されるエアの圧力は、例えば０．５[ＭＰａ]であり、このエアを固定側ステージ３５に向かって放出することにより、移動側ステージ３４を浮上させている。
　差動排気部３８は、排気溝３８ａ，３８ｂ，３８ｃを有しており、各排気溝３８ａ，３８ｂ，３８ｃからエアを排気することにより、エアの圧力を間隙部から外部に向かって徐〃に下げていく。例えば、排気溝３８ａでエアの圧力を０．１[ＭＰa]とし、排気溝３８ｂで４００[Ｐａ]とし、排気溝３８ｃで１[Ｐａ]とする。このようにすると、外部におけるエアの流れは、０．０００１[Ｌ／ｍin]であり、ほとんどエアが流れていない状態となって真空状態を保つことができる。
　図４は、移動側ステージ３５の軌道上にパーティクルが存在する場合のステージクリーニング処理を説明する図である。
　図４（ａ）に示すように、固定側ステージ３４上にパーティクル４１が存在するものとする。このパーティクルは、移動側ステージ３５が固定側ステージ３４から浮上したときに発生したり、試料室内を構成する機材や鏡筒内の機材に付着したパーティクルなどが固定ステージ３４上に降下したものである。
　移動側ステージ３５と固定側ステージ３４との間隙の幅は、通常のステージ使用時では１０～５[μｍ]程度であり、パーティクルの高さが通常のステージ使用時の幅よりも小さければステージ使用において問題は発生しない。しかし、パーティクルがステージ使用時の間隙幅と同程度であると、移動時にパーティクルを巻き込み、移動にがたつきが生じたり、移動が停止してしまうおそれがある。
　そこで、そのようなサイズのパーティクルを移動側ステージの軌道上から排除するために移動側ステージ３５と固定側ステージ３４との間隙幅を通常使用時よりも小さくして、移動側ステージ３５の移動によってパーティクルを排除する。
　図４（ａ）は、移動ステージ３５を固定ステージ２４の一方の端（ストロークエンド）に移動させて、固定ステージ３４と移動ステージ３５の間隙幅を狭くした状態を示している。通常の露光処理を行う際には、浮上量を５[μｍ]程度にしているが、クリーニングをする際には浮上量を例えば１[μｍ]にする。これに伴い、固定ステージ３４と下部移動ステージ３５との間隙幅は通常よりも広くなっている。
　図４（ｂ）は、図４（ａ）のエアの状態を維持したまま、移動側ステージ３５を固定側ステージ３４の他の一端まで移動した状態を示している。図４（ｂ）に示すように、パーティクル４１は移動側ステージ３４の移動とともに押されて、固定側ステージ３４の端部まで移動する。このような移動側ステージ３４の移動は一往復させるようにしてもよく、複数回往復させるようにしてもよい。
　この後、移動側ステージ３４を試料ステージの使用時の位置（例えば、固定側ステージ３４の中心位置）まで移動して、固定側ステージ３４と移動側ステージ３５との間隙幅を通常の幅に調整する。
　なお、上記説明では移動側ステージの移動は一方向だけを対象にしていたが、ＸＹステージのようにＸ方向及びＹ方向の移動に適用可能なことはもちろんである。
　（ステージクリーニング方法）
　図５は、ステージクリーニング処理の一例を示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ１１において、スライダ（移動側ステージ）３５をステージ稼動範囲の一端のストロークエンドへ移動させる。
　次のステップＳ１２において、スライダ３５の浮上量を通常の露光処理時に使用するスライダ３５の浮上量よりも低くなるように調整する。この調整はエアパッド３６に供給するエアの圧力を小さくするようにして調整する。エアの圧力を小さくすることにより、スライダ３５の下面と角軸（固定側ステージ）３４の上面との幅を、例えば２[μｍ]になるように調整する。
　次のステップＳ１３において、全ステージ稼動範囲にわたってスライダ３５を移動させる。ステージ稼動範囲の一端に位置するスライダ３５は他方のエンドストロークまで移動させた後、再び元のステージ稼動範囲の一端まで移動させる。これにより、エアベアリングの軌道上に存在する高さが２[μｍ]よりも高いパーティクルはスライダ３５の側部により押されて角軸３４の周辺部にまで移動する。
　次のステップＳ１４において、スライダ３５を基本位置（ステージ稼動範囲の中央）へ移動する。
　次のステップＳ１５において、スライダ３５の浮上量を通常使用時の高さになるように圧力調整部２２を制御して調整する。
　以上のステージクリーニング処理によってスライダ３５下方に存在するパーティクルが除去される。また、このステージクリーニング処理を定期的に実行するようにしてもよい。本処理の後、露光処理を実施することにより、ステージ位置に起因する誤差をなくし、正確な位置の露光を行うことが可能となる。
　以上説明したように、本実施形態のステージ装置及びステージクリーニング方法によれば、移動側ステージ３５と固定側ステージ３４との間隙幅を通常の使用時よりも狭くなるようにエアベアリングに供給するエアを調整し、移動側ステージ３５の全軌道範囲を移動させるようにしている。
　これにより、移動側ステージ３５の軌道上に存在する通常使用時の間隙幅よりも大きなパーティクルを除去することが可能となる。
　（２）第２の実施形態
　第２の実施形態では、スライダ３５下方にパーティクルが存在するか否かを検出する機能を備え、パーティクルが存在したと判定されたときにステージクリーニングを実行するようにしている。
　（パーティクルの検出について）
　図６は、移動側ステージ３５の下方にパーティクルが存在する場合の一例を示している。図６は、所定の位置（中央部）で移動側ステージ３５を通常の浮上量よりも低くした状態を示している。図６（ａ）は、パーティクル５１が固定側ステージ３４上の端部に存在し、移動側ステージ３５の下方には存在していない場合である。この場合は、移動側ステージ３５はピッチングやローリングが発生しない。
　図６（ｂ）は、移動側ステージ３５の下方にパーティクルが存在する一例を示している。図６（ｂ）に示すように、移動側ステージ３５の下方にパーティクル５１が存在すると、移動側ステージ３５が水平ではなく、ピッチングが生じ移動方向に回転して傾いた状態になっている。
　図６（ｃ）は、移動側ステージ３１の下方にパーティクル５１が存在する例を示している。移動側ステージ３５が水平ではなく、ローリングが生じ、移動方向と直角方向に回転して傾いている状態になっている。
　これらのピッチングやローリングは、移動側ステージ３５の側面と対向する位置に設けられたレーザ干渉計２４により測定される。移動方向側の側面に対向するレーザ干渉計２４により、移動側ステージ３５のピッチング状態を検出し、移動方向と直角方向の側面に対向するレーザ干渉計２４により移動側ステージ３５のローリング状態を検出する。
　（ステージクリーニング方法）
　図７は、ステージクリーニング処理の一例を示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ２１において、スライダ３５を所定の位置に移動する。この所定の位置は、例えばスライダ３５の全可動範囲をカバー可能な３ヵ所とする。これら３ヵ所のうちの１か所にスライダ３５を移動する。
　次のステップＳ２２において、スライダ３５の浮上量を通常使用時よりも低くなるように調整する。
　次のステップＳ２３において、ステージ３５のローリング及びピッチングを測定する。このローリング及びピッチングはレーザ干渉計２４により測定する。
　次のステップＳ２４において、ローリング又はピッチングが許容可能な範囲内か否かを判定する。許容可能な所定値の範囲でなければ、スライダ３５の下方にパーティクルが存在するとみなし、ステップＳ２５に移行してパーティクルの除去を行うステージクリーニング処理を実行する。このステージクリーニング処理は、第１の実施形態で説明したようにスライダ３５をステージの全稼動範囲にわたって移動させることによって行う。
　一方、ローリング又はピッチングが所定値の範囲であれば、たとえパーティクルが存在していたとしてもエアベアリングによる移動に悪影響を及ぼさないため、そのスライダ３５の位置ではパーティクルが存在しないと判定し、ステップＳ２６に移行する。
　次のステップＳ２６において、すべての所定位置に対してステージのローリング及びピッチングの測定を行ったか否かを判定し、行っていなければステップＳ２１に戻り他の位置における処理を継続し、すべて測定済であればステージクリーニングを行う必要がなく、本パーティクル検出処理を終了する。
　なお、ステージのローリング及びピッチングではなく、ステージの高さを検出してパーティクルが存在するか否かを判断するようにしてもよい。
　図８は、高さを判断する場合のパーティクル検出処理の一例を示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ３１において、スライダ３５を所定の位置に移動する。この所定の位置は、例えばスライダ３５の全可動範囲をカバー可能な３ヵ所とする。これら３ヵ所のうちの１か所にスライダ３５を移動する。
　次のステップＳ３２において、スライダ３５の浮上量を通常使用時よりも低くなるように調整する。
　次のステップＳ３３において、ステージ（スライダ３５）の高さを測定する。例えば、スライダ３５の上方に配置したレーザ干渉計２４によりステージの高さを測定する。
　次のステップＳ３４において、スライダ３５の浮上量に対するスライダ３５の高さの変化量を算出する。通常使用時のスライダ３５の高さと、浮上量を低くしたときの高さとの差分を算出する。
　次のステップＳ３５において、変化量が許容可能な範囲内か否かを判定する。例えば、浮上量がｄ[μｍ]だけ通常よりも低くなったときに、スライダ３５の高さの変化量もｄ[μｍ]であれば正常に低くなったことになるが、変化量がｄ[μｍ]よりも小さい場合には、スライダ３５と固定側ステージ３４との間隙に何らかの障害物があったものと判定する。許容可能な所定値の範囲でなければ、スライダ３５の下方にパーティクルが存在するとみなし、ステップＳ３６に移行してパーティクルの除去を行うステージクリーニング処理を実行する。このステージクリーニング処理は、第１の実施形態で説明したようにスライダ３５をステージの全可動範囲にわたって移動させることによって行う。
　一方、スライダ３５の高さの変化量が所定値の範囲であれば、たとえパーティクルが存在していたとしてもエアベアリングによる移動に悪影響を及ぼさないため、そのスライダ３５の位置ではパーティクルが存在しないと判定し、ステップＳ３７に移行する。
　次のステップＳ３７において、すべての所定位置に対してステージの高さの測定を行ったか否かを判定し、行っていなければステップＳ３１に戻り他の位置における処理を継続し、すべて測定済であればステージクリーニングを行う必要がなく、本パーティクル検出処理を終了する。
　以上説明したように、本実施形態のステージ装置及びステージクリーニング方法によれば、所定の個所においてエアベアリングに供給するエアを調整して移動側ステージと固定側ステージとの間隙幅を狭くするようにして、移動側ステージ３５のピッチング及びローリングや、移動側ステージ３５の高さの変化を検出するようにしている。そして、移動側ステージ３５のピッチング及びローリングが検出されたとき、又は移動側ステージ３５の高さの変化が検出されたときにステージクリーニングを施すようにしている。
　これにより、ステージクリーニングが必要なときにステージクリーニングを実施すればよく、効率的なステージクリーニングを行うことが可能になる。
　（３）第３の実施形態
　第３の実施形態では、第１の実施形態における処理ではパーティクルを除去できないようなステージに固着したパーティクルが存在する場合に適応した技術を提供する。
　図９は、移動側ステージ３５の下方にパーティクルが存在する場合のステージクリーニング処理を説明する図である。
　パーティクルが固定側ステージ３４に固着していると、第１の実施形態で説明したような移動側ステージ３５によるパーティクルを端部へ押し出す方法では除去しきれず、軌道上に残存する場合が考えられる。この場合、残存したパーティクルを放置しておくと、そこにパーティクルが重なり、通常使用時に支障をきたすことになりかねない。
　そこで、このような固着したパーティクルが存在する位置で、そのパーティクルを小さくすることによって排除する。
　図９（ｂ）は、図９（ａ）のエアの状態を維持したまま、移動側ステージ３５を短いストローク、例えば１０μｍで移動方向の前後に複数回往復させている状態を示している。移動側ステージ３５を複数回往復させることにより、パーティクル６１ａがつぶされてパーティクル６１ｂ、６１ｃのように小さくなる。図９（ｃ）に示すように移動側ステージ３５が水平になるまでこの往復動作が行われる。
　移動側ステージ３５が水平になったか否かは、レーザ干渉計２４により移動側ステージ３５の姿勢を検出して、ピッチング及びローリングが発生しないことを確認することにより判断する。
　（ステージクリーニング方法）
　図１０は、ステージクリーニング処理の他の一例を示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ４１において、スライダ３５を所定の位置に移動する。
　次のステップＳ４２において、スライダ３５の浮上量を通常使用時よりも低くなるように調整する。
　次のステップＳ４３において、所定の短いストロークでスライダ３５を複数回往復させる。
　次のステップＳ４４において、すべての所定位置に対して処理済か否かを判定する。処理済であればステップＳ４５に移行し、処理済でなければステップＳ４１に移行して本処理を継続する。
　次のステップＳ４５において、スライダ３５を基本位置へ移動する。
　次のステップＳ４６において、スライダ３５の浮上量を通常使用時の高さになるように調整して、本ステージクリーニング処理は終了する。
　なお、第３の実施形態で説明したステージクリーニング処理は、第２の実施形態で説明したパーティクルの検出後に行うようにしてもよい。その場合、図７のステップＳ２５又は図８のステップＳ３６における「ステージクリーニングの実行」において、図１０に示したステージクリーニング処理を実行する。
　以上説明したように、本実施形態のステージ装置及びステージクリーニング方法によれば、パーティクルが存在する位置で、移動側ステージ３５を短い距離で複数回往復させるようにしている。
　これにより、固定側ステージ３４や移動側ステージ３５に固着したパーティクルを擂り潰すことができ、エアベアリングの軌道上に存在するパーティクルを除去することが可能となる。
　（４）第４の実施形態
　第４の実施形態では、固定側ステージ３４上に存在するパーティクルを、エアベアリングに使用されるエアを利用して除去する。
　図１１（ａ）は、移動側ステージ３５の下方にパーティクル７１が存在している様子を示している。このようなパーティクルを移動側ステージ３５の軌道上から除去するために、エアベアリングに供給されているエアを利用する。
　差動排気部３８は、エアパッド３６から放出されるエアを移動側ステージ３５と固定側ステージ３４との間隙部から外部へ流出させないように段階的に圧力を小さくしていく機構である。本実施形態では、この差動排気部３８にかける圧力を高くするように調整して、外部へエアが流出するようにする。例えば、排気溝７２ａ、７２ｂ、７２ｃには配管７３を通してエアが吸引されるが、その吸引力を弱くして通常の使用時よりも差動排気部３８の圧力を高くする。
　これにより、移動側ステージ３５の両端付近に存在するパーティクルは、間隙から外部へ吹き出される。この状態で、移動側ステージ３５を一端から他の一端まで移動することにより、軌道上に存在するパーティクルはエアにより押しだされ、固定側ステージ３４の端部に移動する。
　なお、この場合は、最終段のエアを放出することになり、真空チャンバの圧力を上昇させることになるため、電子ビーム源である電子銃を真空的に切り離す処理が必要となる。また、通常使用時よりも差動排気の圧力を高くするため、各排気溝の吸引力が弱くなり、排気溝につながる配管７３からパーティクルが逆流する可能性がある。そのため、差動排気部の配管７３の間隙部に近い位置に、パーティクルの逆流防止用のフィルタを設けることが望ましい。
　（ステージクリーニング方法）
　図１２は、ステージクリーニング処理の他の一例を示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ５１において、スライダ３５をステージ稼動範囲の一端のストロークエンドへ移動させる。
　次のステップＳ５２において、スライダ３５の浮上量を通常の使用時の高さになるように調整する。この調整はエアパッド３６に供給するエアの圧力を通常使用時の圧力になるようにして、浮上量を例えば５[μｍ]になるように調整する。
　次のステップＳ５３において、差動排気部３８の圧力を通常の使用時よりも高くする。通常の使用時では、差動排気部３８によりエアを大気圧から段階的に１０-4[Ｐａ]まで圧力を下げ、外部に流出しないようにしているが、外部にエアが流出する程度の圧力になるように段階的に排気溝７２ａ～７２ｃの吸引力を調整する。
　次のステップＳ５４において、全ステージ稼動範囲にわたってスライダ３５を移動する。ステージ稼動範囲の一端に位置するスライダ３５は他方のエンドストロークまで移動させた後、再び元のステージ稼動範囲の一端まで移動させる。これにより、エアベアリングの軌道上に存在するパーティクルはエアにより吹き飛ばされて軌道上から除去される。
　次のステップＳ５５において、スライダ３５を基本位置へ移動する。
　次のステップＳ５６において、差動排気部３８の圧力を通常使用時の圧力に調整して、本ステージクリーニング処理は終了する。
　なお、第４の実施形態で説明したステージクリーニング処理は、第２の実施形態で説明したパーティクルの検出後に行うようにしてもよい。その場合、図７のステップＳ２５又は図８のステップＳ３６における「ステージクリーニングの実行」において、図１２に示したステージクリーニング処理を実行する。
　以上説明したように、本実施形態のステージ装置及びステージクリーニング方法によれば、移動側ステージ３５と固定側ステージ３４との間隙幅を通常使用時の幅にして、エアベアリングの差動排気部３８にかける圧力を高くした状態で移動側ステージ３５の全軌道範囲を移動させて、ステージクリーニングをするようにしている。
これにより、移動側ステージ３５の軌道上に存在するパーティクルを除去することが可能となる。
　なお、本発明は、国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「マスク設計・描画・検査総合最適化技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）である。
                                                                              

Claims (12)

  1. 　真空内で使用されるステージ装置であって、
    　気体を発生させる気体供給部と、
    　前記気体の圧力を調整する圧力調整部と、
    　試料を載置する面を有した枠状の移動ステージと、
    　前記試料を載置する面と反対側の面に対向する面を有し、前記移動ステージに囲まれる固定された固定ステージと、
    　前記固定ステージと前記移動ステージとの間隙部に前記気体を供給して前記移動ステージを浮上させるエアベアリングと、
    　前記移動ステージと固定ステージの間隙部から外部への前記気体の流出を阻止する差動排気部と、
    　前記気体供給部、圧力調整部、移動ステージ及び差動排気部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記移動ステージの浮上量を前記移動ステージの使用時より低くしたときは前記差動排気部の圧力を移動ステージの使用時と同じ圧力にして前記移動ステージを所定の範囲で移動させ、前記移動ステージの浮上量を前記移動ステージの使用時と同じ浮上量にしたときは前記差動排気部の圧力を前記移動ステージの使用時より高くして前記移動ステージを所定の範囲で移動させて、前記エアベアリングの軌道上のクリーニングを行うことを特徴とするステージ装置。
  2. 　更に、前記移動ステージの位置を検出する干渉計を備え、
    　前記制御部は、前記移動ステージを所定の位置に移動させ、前記移動ステージの浮上量を前記移動ステージの使用時より低い状態にして、前記移動ステージのローリング及びピッチングを測定し、当該ローリング及びピッチングの値が所定の値を超えているとき、前記エアベアリングの軌道上にパーティクルが存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
  3. 　更に前記移動ステージの高さを検出する高さ検出器を備え、
    　前記制御部は、前記移動ステージを所定の位置に移動させ、前記移動ステージの浮上量を前記移動ステージの使用時より低い状態にし、前記気体を供給する圧力の変化に対する前記移動ステージの高さの変化を検出し、当該高さの変化が所定の許容値の範囲外であるとき、前記エアベアリングの軌道上にパーティクルが存在すると判定することを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
  4. 　前記制御部は、前記固定ステージの一端から反対側の一端まで前記移動ステージを少なくとも１回移動させることを特徴とする請求項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. 　前記制御部は、前記所定の位置を中心に１０μｍ以下の短いストロークで複数回の往復運動をさせることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のステージ装置。
  6. 　更に、前記差動排気部の配管の前記間隙部に近い側に逆流防止用のフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
  7. 　気体を発生させる気体供給部と、前記気体の圧力を調整する圧力調整部と、試料を載置する面を有した枠状の移動ステージと、前記試料を載置する面と反対側の面に対向する面を有し、前記移動ステージに囲まれる固定された固定ステージと、前記固定ステージと前記移動ステージとの間隙部に前記気体を供給して前記移動ステージを浮上させるエアベアリングと、前記移動ステージと固定ステージの間隙部から外部への前記気体の流出を阻止する差動排気部と、を備えた真空内で使用されるステージ装置におけるステージクリーニング方法であって、
    　前記移動ステージの浮上量及び前記差動排気部の圧力を調整するステップと、
    　前記移動ステージの浮上量及び前記差動排気部の圧力を維持した状態で、前記移動ステージを所定の範囲で移動させるステップと、
    を有することを特徴とするステージクリーニング方法。
  8. 　前記浮上量及び前記差動排気部の圧力を調整するステップは、
    　前記浮上量を前記移動ステージの使用時より低くしたときは、前記差動排気部の圧力を前記移動ステージの使用時と同じ圧力に調整するステップと、
    前記浮上量を前記移動ステージの使用時と同じ浮上量にしたときは、前記差動排気部の圧力を前記移動ステージの使用時より高く調整するステップと、
    を有することを特徴とする請求項７に記載のステージクリーニング方法。
  9. 　前記浮上量及び差動排気部の圧力を調整するステップの前に、
    　前記移動ステージを所定の位置に移動させるステップと、
    　前記移動ステージの浮上量を使用時より低い状態にして、前記移動ステージのローリング及びピッチングを測定するステップと、
    　前記ローリング又はピッチングが所定の許容値を超えているとき、前記エアベアリングの軌道上にパーティクルが存在すると判定するステップと、
    を有することを特徴とする請求項７に記載のステージクリーニング方法。
  10. 　前記浮上量及び差動排気部の圧力を調整するステップの前に、
    　前記移動ステージを所定の位置に移動させるステップと、
    　前記移動ステージの浮上量を使用時より低い状態にして、前記移動ステージの高さを測定するステップと、
    　前記気体を供給する圧力の変化に対する高さの変化が所定の許容値の範囲外であるとき、前記エアベアリングの軌道上にパーティクルが存在すると判定するステップと、
    を有することを特徴とする請求項７に記載のステージクリーニング方法。
  11. 　前記所定の範囲で前記移動ステージを移動させるステップは、
    　前記移動ステージを前記固定ステージの一端へ移動するステップと、
    　前記移動ステージを前記固定ステージの反対側の一端まで移動するステップと、
    を有することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のステージクリーニング方法。
  12. 　前記所定の範囲で前記移動ステージを移動させるステップは、
    　前記所定の位置を中心に前記移動ステージを１０μｍ以下の短いストロークで複数回往復運動させるステップであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のステージクリーニング方法。
                                                                                  
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