JP2009259534A - ステージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造分野で用いられるＳＥＭの試料ステージで要求されるような高いレベルでの位置決め精度やドリフトの低減を簡易な構造で可能とするステージ装置の提供。
【解決手段】ステージ装置は、ベースに支持されて移動するテーブルを備えるとともに、そのテーブルに組付けられる制動機構１７ｘを備えている。制動機構１７ｘは、押圧作動力を発生させる押圧アクチェータ４１、ベースに設けられた制動面１９ｘを押圧作動力に応じた押圧力で押圧する押圧部材４３、および押圧部材に押圧作動力を伝達する動力伝達部材４２を有し、押圧部材は、押圧力を制動面の法線Ｐに対し傾けて作用させるようにされ、それにより押圧力から法線方向の分力として制動力５２を得るとともに、制動面内の分力として推力５３を得るようにされ、そして推力により、当該推力に応じた移動距離についてテーブルに移動を生じさせることで高精度な位置決めをなさせるとともに、制動力によりテーブルの停止状態を安定化させるようにされている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ステージ装置に関し、特に、半導体製造分野で検査などに用いられる走査型電子顕微鏡の試料ステージ用などとして好適なステージ装置に関する。

半導体製造分野では、ウェーハに形成されている素子や集積回路における各種パターンの形状や寸法を高い精度で検査して評価する必要があり、その検査に測長機能付きの走査型電子顕微鏡（以下、適宜にＳＥＭと記す）が用いられている。ＳＥＭによるウェーハの検査では、ウェーハに電子線を照射して得られる二次電子信号を画像化処理して二次電子像を取得し、その明暗の変化からパターンの形状を判別して寸法を導き出す。このようなＳＥＭは、試料ステージを備えており、その試料ステージでウェーハを保持して位置決めさせるようになっている。

ところで、近年における半導体素子の微細化には著しいものがあり、それに伴ってＳＥＭにはより厳しい要求が課され、特に試料ステージに対する要求が厳しくなってきている。例えば３５ｎｍノードのデザインルールに対応することが要求され、３０万倍以上といったような高い観察倍率において、よりノイズの少ない二次電子像を得ることが重要な課題となっており、また像を何枚も重ね合わせてコントラストを向上させることができるようにすることが要求されている。そしてこのような要求に応えるために試料ステージには、振動やドリフト（時間経過と共に停止位置がずれていく現象）をナノメートルオーダで抑えることが求められている。

ＳＥＭの試料ステージは、一般に、リニアモータなどが用いられる駆動機構で移動を行わせるようにした複数のテーブルを備え、その内の１つのテーブルにウェーハを保持させるようにされており、サーボ制御により各テーブルに位置決めを行わせることでウェーハの位置決めをなすようにされている。すなわちウェーハの位置決めにおけるテーブルの目標位置とテーブルの現在位置の偏差に基づいてフィードバック制御を行いながら各テーブルを移動させて位置決めさせ、それによりウェーハの位置決めをなすようにされている。

こうしたサーボ制御は、一般的には高精度な位置決めを可能とする。しかし、ナノメートルオーダでは、無視できない振動を試料ステージに発生させており、その振動によりウェーハの位置が変動し、また試料ステージの振動でＳＥＭ全体が加振され、それにより二次電子像に悪影響が及ぶこともある。

ＳＥＭにおける試料ステージあるいは一般的なステージ装置における位置決め制御あるいは振動やドリフトの低減に関する技術としては、例えば特許文献１や特許文献２に開示の例が知られている。

特許文献１の「リニアディスクブレーキ」は、テーブルにばねブレーキを設けている。ばねブレーキは、固定台に設けられているプレート部材をばね力で挟み込むこと制動作用を発揮するようにされるとともに、駆動シリンダによりプレート部材に対する挟み込み状態を解除することで制動作用を解除できるようにされている。このため、テーブルを停止させるのに合せてばねブレーキに制動作用を発揮させることで、テーブルを高精度に位置決めさせることが可能となり、またドリフトの低減も可能となる。

特許文献２の「ステージ装置」は、ステージ駆動機構により移動可能な粗動ステージ、および粗動ステージ上で同方向に移動可能な微動ステージを備え、制御装置は、粗動アルゴリズムによりステージ駆動機構を制御して粗動ステージの粗動位置決め制御を行った後、微動アルゴリズムにより微動ステージの微動位置決め制御を行う。このため、ナノメートルオーダの精度による位置決めが可能とする。

特開２００１−８８６９５号公報 特開２００１−２２５２４１号公報

上記特許文献１や特許文献２の技術は、精度の高い位置決めを可能とするという点では優れているものの、それぞれ問題を残している。例えば特許文献１の技術では、ばねブレーキによる制動作用を発揮させた際にテーブルが動いて目標位置からの位置ずれを生じる場合がある。そしてそのような位置ずれが生じた場合、高精度な位置決めが要求される条件下では再度位置決めを行う必要があり、このことが位置決め時間の増大につながり、スループットの低下という問題を招くことになる。また特許文献２の技術では、粗動ステージと微動ステージを備える必要があり、そのために装置構造が複雑になり過ぎ、それに伴って過大なコスト増を招くという問題がある。

本発明、以上のような事情を背景になされてものであり、その課題は、半導体製造分野で用いられるＳＥＭの試料ステージで要求されるような高いレベルでの位置決め精度やドリフトの低減を簡易な構造で可能とするステージ装置の提供にある。

本発明では、上記課題を解決するために、案内手段により拘束されて静止体上を一定の方向に移動できるようにされたテーブルおよび前記テーブルの移動を駆動する駆動機構を備え、前記テーブルの移動を制御することで前記テーブルの目標位置への位置決めを行うようにされているステージ装置において、押圧作動力を発生させる押圧作動手段、前記静止体に設けられた制動面を前記押圧作動手段からの前記押圧作動力に応じた押圧力で押圧する押圧部材、および前記押圧部材に前記押圧作動力を伝達する動力伝達部材を有し、前記押圧部材は、前記押圧力を前記制動面の法線に対し傾けて作用させるようにされ、それにより前記押圧力から前記法線方向の分力として制動力を得るとともに、前記制動面内の分力として推力を得るようにされ、そして前記推力により、当該推力に応じた移動距離について前記テーブルに移動を生じさせた後、前記制動力により前記テーブルの停止状態を安定化させるようにされてなる制動機構を備えていることを特徴としている。

このようなステージ装置では、制動機構の押圧部材が静止体の制動面を押圧することで得られる制動力と推力を利用することより、ナノメートルオーダの精度でのテーブルの位置決めが可能となるとともに、ナノメートルオーダでドリフトを抑えることが可能となる。またその制動機構は、押圧部材を静止体の制動面に押圧させるという構造であることから、例えば粗動ステージと微動ステージを設ける装置構造に比べて、簡易な装置構造を簡易なもので済ませることができる。

また本発明では、上記のようなステージ装置について、第１の位置決め制御の行った後に第２の位置決め制御を行うことで前記テーブルの目標位置への位置決めを行うようにし、前記第１の位置決め制御は、前記目標位置から所定距離だけ離れた位置を仮目標位置とし、前記駆動機構による前記テーブルの移動を制御して前記テーブルを前記仮目標位置に位置決めさせるようにしてなし、前記第２の位置決め制御は、前記第１の位置決め制御による位置決め状態で前記制動機構を作動させることで前記テーブルを前記仮目標位置から前記目標位置へ移動させることでなすようにすることを好ましい形態としている。このような形態とすることで、制動力と推力をともに与えるという制動機構の特性をより有効に活かすことができる。

また本発明では、上記のようなステージ装置について、前記第２の位置決め制御では、前記押圧作動力を調整することで前記テーブルの移動量を制御するようにし、前記目標位置への位置決めがなされた後は当該位置決め時点での押圧作動力を保持し、その保持押圧作動力に応じた制動力により前記テーブルの停止状態を安定化させるようにすることを好ましい形態としている。このような形態も制動力と推力をともに与えるという制動機構の特性をより有効に活かす上で有効である。

以上のような本発明によれば、半導体製造分野で用いられるＳＥＭの試料ステージで要求されるような高いレベルでの位置決め精度やドリフトの低減を簡易な構造で可能とすることができる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明によるステージ装置は、様々な分野で用いることができ、特に半導体製造分野で検査などに用いられるＳＥＭの試料ステージとして有用である。したがって以下ではＳＥＭの試料ステージとして用いられるステージ装置の実施形態について説明する。図１に、一実施形態によるステージ装置１の全体的な構成を模式化して示す。ステージ装置１は、ステージ機構２、位置検出器３、および位置決め制御装置４を備えている。

図２に、ステージ機構２の構成例を模式化して示す。ステージ機構２は、静止体である方形のベース１１の上に移動可能なテーブルとそれを駆動するための駆動機構などを搭載した構成とされ、テーブルとしてＹテーブル１２ｙ、Ｘテーブル１２ｘ、およびトップテーブル１２ｔが設けられている。なお、ステージ機構２に対しては図２中に示すようなＸＹＺ座標を仮想するものとする。

Ｙテーブル１２ｙは、ＸＹＺ座標におけるＹ方向で移動するテーブルであり、案内手段としてベース１１に固定して設けられたレール状のＹガイド１３ｙに拘束されてＹ方向に移動できるようにされている。この場合、Ｙガイド１３ｙは、ベース１１のＹ方向側端部に１系統ずつ、合計２系統で設けるのが通常である。

このＹテーブル１２ｙには、後述のような第１の位置決め制御におけるＹ動（Ｙ方向移動）をＹテーブル１２ｙに行わせるためのＹ駆動機構１４ｙが設けられている。Ｙ駆動機構１４ｙは、リニアモータ構造で構成されている。具体的には、Ｙテーブル１２ｙに固定されたＹモータ可動子１５ｙとベース１１に固定されたＹモータ固定子１６ｙの間に発生させる推力によりＹテーブル１２ｙにＹ動を行わせるようにされている。

またＹテーブル１２ｙには、後述のような第２の位置決め制御におけるＹ動をＹテーブル１２ｙに行わせるとともに、位置決め後のＹテーブル１２ｙの停止状態を安定化させてドリフトを抑制するための制動をＹテーブル１２ｙに加えるＹ制動機構１７ｙが設けられている。Ｙ制動機構１７ｙは、ベース１１に制動面部材として固定して設けたＹブレーキレール１８ｙの上面を制動面１９ｙとし、この制動面１９ｙを押圧することでＹテーブル１２ｙのＹ動用の推力を得るとともにＹテーブル１２ｙの制動用の制動力を得るようにされている。

Ｘテーブル１２ｘは、ＸＹＺ座標におけるＸ方向で移動するテーブルであり、案内手段としてベース１１に固定して設けられたレール状のＸガイド１３ｘに拘束されてＸ方向に移動できるようにされている。この場合、Ｘガイド１３ｘは、ベース１１のＸ方向側端部に１系統ずつ、合計２系統で設けるのが通常である。

このＸテーブル１２ｘには、後述のような第１の位置決め制御におけるＸ動（Ｘ方向移動）をＸテーブル１２ｘに行わせるためのＸ駆動機構１４ｘが設けられている。Ｘ駆動機構１４ｘは、リニアモータ構造で構成されている。具体的には、Ｘテーブル１２ｘに固定されたＸモータ可動子１５ｘとベース１１に固定されたＸモータ固定子１６ｘの間に発生させる推力によりＸテーブル１２ｘにＸ動を行わせるようにされている。

またＸテーブル１２ｘには、後述のような第２の位置決め制御におけるＸ動をＸテーブル１２ｘに行わせるとともに、位置決め後のＸテーブル１２ｘの停止状態を安定化させてドリフトを抑制するための制動をＸテーブル１２ｘに加えるＸ制動機構１７ｘが設けられている。Ｘ制動機構１７ｘは、ベース１１に制動面部材として固定して設けたＸブレーキレール１８ｘの上面を制動面１９ｘとし、この制動面１９ｘを押圧することでＸテーブル１２ｘのＸ動用の推力を得るとともにＸテーブル１２ｘの制動用の制動力を得るようにされている。

トップテーブル１２ｔは、ＸＹＺ座標におけるＹ方向とＸ方向のそれぞれで移動するテーブルであり、Ｙテーブル１２ｙのＹ動に応じてＹ動を行い、またＸテーブル１２ｘのＸ動に応じてＸ動を行うようにされている。具体的にはトップテーブル１２ｔは、その下面に図示を省略のサブテーブルが一体的に組み合わされている。そしてサブテーブルは、案内手段としてＹテーブル１２ｙに固定して設けられた２本のレール状のＸサブガイド２０ｘに拘束されてＸ方向に移動できるようにされている。一方、トップテーブル１２ｔは、案内手段としてＸテーブル１２ｘに固定して設けられた２本のレール状のＹサブガイド２０ｙに拘束されてＹ方向に移動できるようにされている。したがってトップテーブル１２ｔは、サブテーブルを介してＸサブガイド２０ｘに拘束された状態でＸテーブル１２ｘのＸ動によりＸ方向に移動し、Ｙサブガイド２０ｙに拘束された状態でＹテーブル１２ｙのＹ動によりＹ方向に移動することになる。このトップテーブル１２ｔは、その上に試料ホルダ２１が設けられており、その試料ホルダ２１に検査対象のウェーハ２２を保持できるようにされている。

なお図２の例では、Ｙ駆動機構１４ｙおよびＹ制動機構１７ｙとＹブレーキレール１８ｙのセットをＹガイド１３ｙと同様に２系統で設け、またＸ駆動機構１４ｘおよびＸ制動機構１７ｘとＸブレーキレール１８ｘのセットをＸガイド１３ｘと同様に２系統で設けているが、このことは必ずしも必要でない。すなわち十分な駆動力や制動力を得ることができれば１系統だけとしてもよく、１系統だけとする場合にはベース１１やＹテーブル１２ｙの中央部に設けるようにしてもよい。

ここで、ステージ機構２は、以上のようにテーブルとしてＹテーブル１２ｙ、Ｘテーブル１２ｘ、トップテーブル１２ｔを備え、またそれらに関連する要素を備えているが、図１ではこれを簡略化し、Ｘテーブル１２ｘについてだけ示してある。

以上のようなステージ機構２では、Ｙテーブル１２ｙのＹ方向での位置決めとＸテーブル１２ｘのＸ方向での位置決めのそれぞれがなされ、これらの組合せとしてトップテーブル１２ｔのＸＹ両方向についての位置決めがなされ、そのトップテーブル１２ｔの位置決めにより試料ホルダ２１に保持のウェーハ２２の位置決めがなされる。この場合、Ｙテーブル１２ｙの位置決めは、トップテーブル１２ｔの位置決めにおける目標位置から定まるＹ方向の目標位置にＹテーブル１２ｙを移動させることでなされ、またＸテーブル１２ｘの位置決めは、トップテーブル１２ｔの位置決めにおける目標位置から定まるＸ方向の目標位置にＸテーブル１２ｘを移動させることでなされる。

位置検出器３は、トップテーブル１２ｔの位置を検出する要素であり、レーザ干渉法でトップテーブル１２ｔの位置を検出するようにされている。そのためにトップテーブル１２ｔには、位置検出器３から照射されるレーザ光を反射するバー状のＸミラー２３とＹミラー２４が設けられている。

図３に、位置決め制御装置４の構成例を模式化して示す。位置決め制御装置４は、駆動制御部３１、制動制御部３２、および統合制御部３３を備えている。

駆動制御部３１は、第１の位置決め制御用の制御部であり、駆動機構１４（Ｙ駆動機構１４ｙ、Ｘ駆動機構１４ｘ）の動作状態を制御することで第１の位置決め制御を行う。第１の位置決め制御では、目標位置から所定距離だけ離れた位置を仮目標位置とし、位置検出器３で得られるトップテーブル１２ｔの現在位置情報に基づいて駆動機構１４をサーボ制御することでテーブル１２（Ｙテーブル１２ｙ、Ｘテーブル１２ｘ）の移動と停止を制御してテーブル１２を仮目標位置に位置決めさせる。こうした第１の位置決め制御のために駆動制御部３１は、駆動機構１４のサーボ制御のための演算を行って駆動機構１４に対する駆動指令（Ｙモータ可動子１５ｙやＸモータ可動子１５ｘに対するモータ駆動指令）を生成するサーボ制御部３１ｓおよびサーボ制御部３１ｓの駆動指令を増幅して出力するアンプ３１ａを有している。

制動制御部３２は、第２の位置決め制御用の制御部であり、制動機構１７（Ｙ制動機構１７ｙ、Ｘ制動機構１７ｘ）の動作状態を制御することで第２の位置決め制御を行う。第２の位置決め制御では、第１の位置決め制御による位置決め状態で制動機構１７を作動させることでテーブル１２（Ｙテーブル１２ｙ、Ｘテーブル１２ｘ）を仮目標位置から目標位置へ移動させて最終的な位置決めをなさせる。つまり第１の位置決め制御による位置決めがなされた後、位置検出器３で得られるトップテーブル１２ｔの現在位置情報に基づいて制動機構１７をサーボ制御することでテーブル１２を仮目標位置から目標位置へ移動させて最終的な位置決めをなさせる。こうした第２の位置決め制御のために制動制御部３２は、制動機構１７のサーボ制御のための演算を行って制動機構１７に対する動作指令を生成するサーボ制御部３２ｓおよびサーボ制御部３２ｓの動作指令を増幅して出力するアンプ３２ａを有している。

統合制御部３３は、駆動制御部３１と制動制御部３２の切替え、つまり第１の位置決め制御と第２の位置決め制御の切替えを制御する。その切替え制御は、位置検出器３で得られるトップテーブル１２ｔの現在位置情報に基づいてなされる。

以下では制動機構１７の構成例について説明する。制動機構１７にはＹ制動機構１７ｙとＸ制動機構１７ｘがあるが、これらは基本的に同一の構成とされる。したがってここではＸ制動機構１７ｘについて説明し、Ｙ制動機構１７ｙについてはその説明を援用するものとする。

図４に、Ｘ制動機構１７ｘの構成例を模式化して示す。Ｘ制動機構１７ｘは、押圧アクチェータ４１、動力伝達部材４２、および押圧部材４３を主な要素としてなり、Ｘテーブル１２ｘに嵌め込むようにして組付けられている（図２）。

押圧アクチェータ４１は、押圧部材４３に押圧動作を行わせるための押圧作動力４４を発生させる押圧作動手段として機能する。押圧アクチェータ４１は、適宜なアクチェータを用いて構成することができるが、電圧の印加により伸縮変位を生じることで押圧作動力を発生させることのできるアクチェータを用いて構成するのが好ましく、本実施形態でもそのようにしている。具体的には、ピエゾアクチェータ４５を動力源として用いている。ピエゾアクチェータ４５は、ピエゾ素子を積層状態で実装した構造とされ、電圧を印加することにより先端部の作動部４６に軸方向で変位（伸縮変位）と力を発生させる。そして作動部４６における変位と力は、補助動力伝達部材４７により方向を変えるようにして動力伝達部材４２に伝えられ、さらに動力伝達部材４２により押圧部材４３に伝えられ、押圧部材４３に後述のような押圧動作を行わせる。

ここで、作動部４６に発生する変位と力は、大きな変位を許容すれば得られる力が小さくなり、大きな力を得ようとすれば変位を小さくする必要があるという関係にある。したがって作動部４６の変位を一定範囲に抑えた状態で作動部４６の変位と力を動力伝達部材４２に伝えるようにすることで、適切な大きさの押圧作動力４４を得ることができる。

動力伝達部材４２は、押圧アクチェータ４１による押圧作動力４４を押圧部材４３に伝達する要素であり、てこ構造で形成されている。具体的には、Ｘテーブル１２ｘに固定の支点４８を挟んで力点側アーム部４２ａと作用点側アーム部４２ｂを同軸的に有し、さらに作用点側アーム部４２ｂの先端部に作用点側アーム部４２ｂの軸方向と直交する向きにした作用点部４２ｃを有する構造とされ、力点側アーム部４２ａで受ける押圧アクチェータ４１からの押圧作動力４４を作用点部４２ｃで押圧部材４３に伝えるようにされている。

押圧部材４３は、凸な球面状とされた押圧面４９を有しており、押圧アクチェータ４１からの押圧作動力４４に応じた押圧力５１でＸブレーキレール１８ｘの制動面１９ｘを押圧面４９で押圧できるようにされている。また押圧部材４３は、押圧力５１が制動面１９ｘの法線Ｐに対し所定の角度θで傾いて作用するようにされている。このため押圧力５１から、角度θに応じて、法線方向の分力が得られるとともに、制動面１９ｘの面内の分力が得られる。そして法線方向の分力を制動力５２として働かせることでＸブレーキレール１８ｘとの間でＸテーブル１２ｘに制動を加えることができ、その一方で、制動面１９ｘの面内の分力を推力５３として働かせることでＸテーブル１２ｘにＸ動を生じさせることができる。

ここで、推力５３によるＸテーブル１２ｘのＸ動は、推力５３の大きさに応じた移動距離についてなされることになる。具体的には以下のとおりである。押圧部材４３は、制動力５２により位置固定された状態でＸブレーキレール１８ｘの制動面１９ｘを押圧する。つまり押圧アクチェータ４１の作動で押圧部材４３が制動面１９ｘに対する押圧動作を行った際に押圧した部位に固定された状態で押圧部材４３が制動面１９ｘを押圧する。この状態にあって推力５３は、動力伝達部材４２の作用点側アーム部４２ｂに対し荷重として作用し、これに伴って作用点側アーム部４２ｂに変形（歪み）を生じ、その作用点側アーム部４２ｂの変形がＸテーブル１２ｘにＸ動を生じさせる。したがって推力５３によるＸテーブル１２ｘのＸ動は、推力５３で負荷される荷重による作用点側アーム部４２ｂの変形量（歪み量）に応じた移動距離でなされることになる。なお、その移動距離については、作用点側アーム部４２ｂを適切な長さとすることで、数十μオーダまで可能であることが実験的に確認されている。

押圧部材４３による押圧力５１は、上述のように押圧アクチェータ４１にピエゾアクチェータ４５を用いる場合、ピエゾアクチェータ４５に印加する電圧に相関し、したがって押圧力５１から得られる制動力５２と推力５３もそれぞれピエゾアクチェータ４５に印加する電圧に相関し、印加電圧を大きくするのに応じて制動力５２と推力５３が大きくなる。こうした印加電圧と制動力の関係の例を図５に示し、印加電圧と推力の関係の例を図６に示す。

図５は、印加電圧を横軸に取り、制動力を縦軸に取った場合の印加電圧と制動力の関係の例を示している。なお、図の例では印加電圧と制動力が比例する場合となっているが、必ずしもこのような比例関係になるとは限らない。ただ、印加電圧を大きくすれば制動力が大きくなるという傾向は変わらない。制動力は、テーブルの停止状態を安定化させてドリフトを抑制するための制動に働くが、印加電圧が小さければ制動力も小さく、ドリフト抑制効果は低くなる。有効なドリフト抑制効果を確保するのに必要な最小限の制動力（最小制動力）を予め設定し、それに対応する最小印加電圧Ｖｍｉｎ‐ａを決定する。一方、図３の制動制御部３２におけるアンプ３２ａが出力可能な最大電圧として最大印加電圧Ｖｍａｘを決定する。そして最小印加電圧Ｖｍｉｎ‐ａと最大印加電圧Ｖｍａｘの間を制動制御部３２において使用可能な印加電圧の範囲とすることにより有効なドリフト抑制効果を確保しつつ印加電圧を変動させることができる。

図６は、印加電圧を横軸に取り、推力を縦軸に取った場合の印加電圧と推力の関係の例を示している。なお、図の例では印加電圧と推力が比例する場合となっているが、必ずしもこのような比例関係になるとは限らない。ただ、印加電圧を大きくすれば推力が大きくなるという傾向は変わらない。推力は、その大きさに応じて動力伝達部材４２に変形を生じさせ、その変形に応じた移動距離でテーブルに移動を生じさせる。この場合、動力伝達部材４２に変形を生じさせるのに必要な最小限の推力があるので、その必要最小限の推力（最小推力）を予め設定し、それに対応する最小印加電圧Ｖｍｉｎ‐ｂを決定する。そして最小印加電圧Ｖｍｉｎ‐ｂと上記の最大印加電圧Ｖｍａｘ（これは最大推力を与えることになる）の間を制動制御部３２において使用可能な印加電圧の範囲とすることにより、その範囲で印加電圧の変動させることでテーブルの移動距離を変化させることができる。つまり最小印加電圧Ｖｍｉｎ‐ｂが最小印加電圧Ｖｍｉｎ‐ａ以上であれば、有効なドリフト抑制効果を確保した状態で、最小推進力に対応する最小移動距離と最大推力に対応する最大移動距離までの間で移動距離を制御しながらテーブルに移動を行わせることが可能となる。

以下では、以上のようなステージ装置１でなされる位置決め（Ｙテーブル１２ｙとＸテーブル１２ｘそれぞれの位置決めを通じてなされるトップテーブル１２ｔの位置決め）について説明する。位置決めは位置決め制御装置４による制御の下でなされ、位置決め制御装置４による位置決め制御は、図７にその流れを示すように、ステップ１０１〜ステップ１１６の各処理過程を含む。

位置決め制御は、テーブル１２（Ｙテーブル１２ｙとＸテーブル１２ｘ）に制動機構１７（Ｙ制動機構１７ｙ、Ｘ制動機構１７ｘ）による制動が加えられている一方で、駆動機構１４（Ｙ駆動機構１４ｙ、Ｘ駆動機構１４ｘ）への通電（駆動指令）がオフとされている状態で開始されるのが通常である。

ステップ１０１では、目標位置の設定がなされる。目標位置の設定は、自動または手動で行われる。自動的な目標位置の設定は、位置決め制御装置４あるいはその上位装置が有している位置情報（これは図３におけるトップテーブル１２ｔ上のウェーハ２２に関して適宜に設定される座標での座標値を用いて記述される）を用いて目標位置の座標値を指定することでなされる。ここで位置情報とは、ウェーハ２２に形成されている素子や集積回路における各種パターンの形状や寸法の検査において検査対象となるパターンのチップ（素子や集積回路のチップ）上での位置に関する情報や検査対象となるチップのウェーハ上での位置に関する情報である。一方、手動による目標位置の設定は、トップテーブル１２ｔ上のウェーハ２２を表示している画面上でオペレータがカーソルを操作するなどして目標位置の座標値を指定することでなされる。

ステップ１０２では、仮目標位置の設定がなされる。仮目標位置の設定では、目標位置から所定の距離偏差Ｌだけ離れた位置を仮目標位置とする。仮目標位置の設定がなされたらステップ１０３〜ステップ１０８の第１の位置決め制御を実行する。

第１の位置決め制御を実行するには、まずステップ１０３で制動解除を行う。具体的には、制動機構１７への通電をオフにして、押圧部材４３のブレーキレール１８（Ｙブレーキレール１８ｙ、Ｘブレーキレール１８ｘ）への押圧を解除する。次いでステップ１０４で駆動制御を起動させる。具体的には、駆動制御部３１を起動させて駆動機構１４への通電をオンとする。

ステップ１０５では、テーブルの現在位置を取得する。現在位置の取得では、位置検出器３で検出されるトップテーブル１２ｔの現在位置からＹテーブル１２ｙとＸテーブル１２ｘそれぞれの現在位置を求める。

ステップ１０６では、目標位置と現在位置の偏差を判定する。具体的には、現在位置と目標位置の偏差が予め設定の許容範囲（位置決め幅ｗ１）にあるかを判定する。許容範囲でないと判定された場合にはステップ１０７に進む。

ステップ１０７では、駆動機構１４のサーボ制御を行う。サーボ制御では、まずサーボ演算を行い、それからその演算結果に基づいてテーブル１２を移動させる。サーボ演算では、現在位置から仮目標位置までの移動量を所定の速度パターンにより補間する位置補間演算や位置、速度、推力の制御ループの演算を行う。ただし、これらの補間や制御ループ演算は、それぞれの制御周期での割り込み処理として実装されるため、実際には全てが同じタイミングで実行されるということではない。このようなステップ１０７の処理を終えたらステップ１０５に戻り、ステップ１０７までの処理をステップ１０６での判定が肯定的になるまで繰り返す。

一方、ステップ１０６で許容範囲であると判定された場合、つまりテーブル１２の仮目標位置への位置決めがなされた場合にはステップ１０８に進み、駆動機構１４への通電をオフとして駆動制御部３１による駆動機構１４の制御をオフにして、第１の位置決め制御を終了する。

第１の位置決め制御を終了したら、第２の位置決め制御に移り、ステップ１０９〜ステップ１１５の第２の位置決め制御を実行する。第２の位置決め制御を実行するには、まずステップ１０９で制動制御部３２による制動機構１７の制御をオンにし、次いでステップ１１０でステップ１０５の場合と同様にしてテーブルの現在位置を取得する。

ステップ１１１では、目標位置と現在位置の偏差を判定する。具体的には、現在位置と目標位置の偏差が予め設定の許容範囲（位置決め幅ｗ２）にあるかを判定する。許容範囲でないと判定された場合にはステップ１１２に進む。

ステップ１１２では、制動機構１７のサーボ制御のためのサーボ演算を行う。サーボ演算では、現在位置から目標位置までの移動量を満たすことのできる推力を制動機構１７に発生させるのに必要な印加電圧Ｖを求める。

ステップ１１３では、ステップ１１２で求めた印加電圧Ｖについて判定する。具体的には、印加電圧Ｖが許容範囲（上述の最小印加電圧Ｖｍｉｎ‐ｂと最大印加電圧Ｖｍａｘの範囲）にあるかを判定する。印加電圧Ｖが許容範囲であると判定された場合にはステップ１１４に進み、制動機構１７を作動させる。具体的には、図４のピエゾアクチェータ４５に印加電圧Ｖを印加し、その印加電圧Ｖに応じた押圧力５１で押圧部材４３をブレーキレール１８（Ｙブレーキレール１８ｙ、Ｘブレーキレール１８ｘ）に押圧させる。これにより、押圧力５１の分力として得られる制動力５２による制動が加えられた状態にあって、押圧力５１の分力として得られる推力５３の大きさに応じた移動量でテーブル１２が目標位置に向けて移動する。このようなステップ１１２の処理を終えたらステップ１１０に戻り、ステップ１１４までの処理をステップ１１１での判定が肯定的になるまで繰り返す。

一方、ステップ１１３で印加電圧Ｖが許容範囲でない判定された場合にはステップ１１５に進む。ステップ１１５では、仮目標位置の変更設定を行う。仮目標位置の変更設定は、印加電圧Ｖが許容範囲に収まる条件で可能な移動量（これは上述のように印加電圧Ｖに応じた固定的な量である）でテーブル１２を目標位置に移動させることができるように、ステップ１０２で設定の仮目標位置を変更するためになされる。したがって仮目標位置の変更設定では、印加電圧Ｖが最小印加電圧Ｖｍｉｎ‐ｂより小さい場合には目標位置との距離偏差Ｌを大きくして新たな仮目標位置を設定し、印加電圧Ｖが最大印加電圧Ｖｍａｘより大きい場合には目標位置との距離偏差Ｌを小さくして新たな仮目標位置を設定する。このようなステップ１１５の処理を終えたらステップ１０３に戻り、ステップ１１５までの処理をステップ１１３での判定が肯定的になるまで繰り返す。

ステップ１１１に戻って、ステップ１１１で許容範囲であると判定された場合、つまりテーブル１２の目標位置への位置決めがなされた場合にはステップ１１６に進み、制動固定を行う。具体的には、位置決め時点での押圧作動力（これはステップ１１４で印加した電圧で定まる）を保持し、その保持押圧作動力に応じた制動力によりテーブル１２の停止状態を安定化させる。この制動固定がなされると第２の位置決め制御が終了し位置決めが完了となる。

以上のような位置決め処理におけるテーブル１２の位置の時間応答波形の例を図８に示す。図の例では、１つの目標位置に対する位置決めを行った後、次の目標位置に対する位置決めがなされる場合としてある。図における時間応答曲線Ｓに見られるように、テーブルは、まず制動解除状態で駆動機構によるテーブルの移動と停止を通じてなされる第１の位置決め制御により仮目標位置に位置決めし、それから駆動制御オフの状態で制動機構によるテーブルの移動と停止を通じてなされる第２の位置決め制御により目標位置に位置決めし、それ以後は、次の位置決めが開始されるまで、制動が固定状態で保持される。

以下では制動機構の他の構成例について説明する。制動機構は、図４のような構成の他に、図９に示すような構成とすることも可能である。図９の（ａ）の例の制動機構６０は、ブレーキレール１８の制動面１９の法線Ｐに対し所定の角度θ_１で傾いて作用するようにして図外の押圧作動手段が発生させる押圧作動力６１を動力伝達部材６２で直接的に押圧部材６３に伝えるようになっている。このため法線Ｐに対し所定の角度θ_２で傾いた押圧力６４が得られ、この押圧力６４の各分力として制動力６５と推力６６が得られる。

図９の（ｂ）の例の制動機構７０では、ブレーキレール１８の制動面１９の法線Ｐと平行な状態で作用するようにして図外の押圧作動手段が発生させる押圧作動力７１を動力伝達部材７２で押圧部材７３に伝えるようにするとともに、動力伝達部材７２と押圧部材７３の間に圧縮ばね７４と圧縮ばね７５を介在させている。これら圧縮ばね７４と圧縮ばね７５は、圧縮ばね７４のばね定数＜圧縮ばね７５のばね定数といったように、ばね定数が異ならされており、したがって押圧作動力７１による押圧力７６は、法線Ｐに対し所定の角度θで傾いた状態になり、この押圧力７６の各分力として制動力７７と推力７８が得られる。

図９の（ｃ）の例の制動機構８０は、基本的には図９の（ｂ）の制動機構７０と同じである。すなわち、ブレーキレール１８の制動面１９の法線Ｐと平行な状態で作用するようにして図外の押圧作動手段が発生させる押圧作動力８１を動力伝達部材８２で押圧部材８３に伝えるようにするとともに、動力伝達部材８２と押圧部材８３の間に圧縮ばね８４と圧縮ばね８５を介在させている。ただ、これら圧縮ばね８４と圧縮ばね８５は、ばね定数を同じとされている。その代わりに、予圧調整部材８６を伝達部材８２と圧縮ばね８５の間に介在させることで圧縮ばね８５を圧縮ばね８４よりも強く予圧するようにしている。このため押圧作動力８１による押圧力８７は、法線Ｐに対し所定の角度θで傾いた状態になり、この押圧力８７の各分力として制動力８８と推力８９が得られる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これらは代表的な例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば以上の実施形態はＳＥＭにおける試料ステージに関した場合であったが、これに限られず、本発明は様々な用途のステージ装置に適用することができる。また以上の実施形態では、ベースにブレーキレールを設け、そのブレーキレールで制動面を得るようにしていたが、必ずしもこのようにする必要はなく、ブレーキレール以外で制動面を得るようにすることも可能である。

一実施形態によるステージ装置の全体構成を示す図である。 ステージ機構の構成例を示す図である。 位置決め制御装置の構成例を示す図である。 制動機構の構成例を示す図である。 制動機構における印加電圧と制動力の関係の例を示す図である。 制動機構における印加電圧と推力の関係の例を示す図である。 位置決め制御における処理の流れを示す図である。 位置決め処理におけるテーブルの位置の時間応答波形の例を示す図である。 制動機構の他の構成例を示す図である。

符号の説明

１ ステージ装置
１１ ベース（静止体）
１２ テーブル
１３ ガイド（案内手段）
１４ 駆動機構
１７ 制動機構
１９ 制動面
４１ 押圧アクチェータ（押圧作動手段）
４２ 動力伝達部材
４３ 押圧部材
４４ 押圧作動力
５１ 押圧力
５２ 制動力
５３ 推力

Claims (3)

1. 案内手段により拘束されて静止体上を一定の方向に移動できるようにされたテーブルおよび前記テーブルの移動を駆動する駆動機構を備え、前記テーブルの移動を制御することで前記テーブルの目標位置への位置決めを行うようにされているステージ装置において、
   押圧作動力を発生させる押圧作動手段、前記静止体に設けられた制動面を前記押圧作動手段からの前記押圧作動力に応じた押圧力で押圧する押圧部材、および前記押圧部材に前記押圧作動力を伝達する動力伝達部材を有し、前記押圧部材は、前記押圧力を前記制動面の法線に対し傾けて作用させるようにされ、それにより前記押圧力から前記法線方向の分力として制動力を得るとともに、前記制動面内の分力として推力を得るようにされ、そして前記推力により、当該推力に応じた移動距離について前記テーブルに移動を生じさせた後、前記制動力により前記テーブルの停止状態を安定化させるようにされてなる制動機構を備えていることを特徴とするステージ装置。
2. 第１の位置決め制御の行った後に第２の位置決め制御を行うことで前記テーブルの目標位置への位置決めを行うようにされており、前記第１の位置決め制御は、前記目標位置から所定距離だけ離れた位置を仮目標位置とし、前記駆動機構による前記テーブルの移動を制御して前記テーブルを前記仮目標位置に位置決めさせるようにしてなし、前記第２の位置決め制御は、前記第１の位置決め制御による位置決め状態で前記制動機構を作動させることで前記テーブルを前記仮目標位置から前記目標位置へ移動させることでなすようにさ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。
3. 前記第２の位置決め制御では、前記押圧作動力を調整することで前記テーブルの移動量を制御するようにし、前記目標位置への位置決めがなされた後は当該位置決め時点での押圧作動力を保持し、その保持押圧作動力に応じた制動力により前記テーブルの停止状態を安定化させるようにされていることを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。

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