WO1999027540A1

WO1999027540A1 - Dispositif de positionnement d'une plaquette

Info

Publication number: WO1999027540A1
Application number: PCT/JP1998/005274
Authority: WO
Inventors: Katsuhide Watanabe; Ichiju Satoh; Takahide Haga; Yoshinori Jouno
Original assignee: Ebara Corporation
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 1999-06-03
Also published as: TW404089B; US6437864B1; EP1071097A4; EP1071097A1

Description

明細書ステージの位置決め装置

技術分野

本発明は、ステージの位置決め装置に係り、特に半導体製造装置ゃ検查装置等の試料を載置するのに用いて好適な、微細な位置決めを行うことのできるステージの位置決め装置に関する。

背景技術

半導体製造装置や検査装置等においては、その試料を通常 X Yステージに載置して、その処理や観察等を行っている。

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離も狭くなりつつある。特にサブミクロン以下のリソダラフィの場合、層間での高い重ね合わせ精度を確保するためには位置決めが必要であり、しかも高速で移動位置決めをしないとスループットにも影響する。

しかしながら、従来の試料を載置する X Yステージは、設置台に置かれたァクチユエータ、例えば、サーボモータにより、ボールネジ等を介して、 X方向或いは Y方向のフィードバック制御等により、位置決め制御されていた。このように、機械的摩擦がある機構では、高速且つ高精度の位置合わせには必ずしも十分なものではなかった。更に、機械的摩擦を回避した空気軸受とリニァモータを使った機構でも、テーブル加減速時の反力で装置全体がその系の固有振動数で励振され、位置合わせに悪影響を与えるという問題点があった。例えば、スキャンタイプのステツパでは、 X Yステージを高速、高精度且つスムーズに移動させる必要がある。このように、半導体製造装置等においては、 X Yステージ上の測定対象物、加工対象物等の試料を高速且つ高精度に位置決めできる装置の必要性がますます要求されている: 電子顕微鏡でも同様であり、サブミクロンオーダの位置決めを、精度よく、且つ高速に行うことができる装置が望まれている。ところで、このような微細な位置決めを要する装置においては、振動の影響を受けやすく、これによりせっかく位置合わせしても、その位置がずれてしまうという問題がある。

このため、除振装置を用いることで、設置床から伝達する振動、或いは空調等による空気を媒体として伝達する外乱振動に由来するこれらの振動を、遮断或いは減衰させることが行われている：しかしながら、これらの除振装置が制振対象とする振動は、除振台テーブルの振動に限られる。即ち、例えば半導体製造装置を除振台テーブル上に載置しても、半導体製造装置内で試料を加工するビーム自体の振動を制振することはできない。このため、サブミクロンオーダの位置決めを要するような場合には、ビーム自体の振動により、加工のポイントであるビーム照射位置の位置ずれを生じてしまうという問題がある。発明の開示

本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、微細な位置決め動作を安定に行うことができるステージの位置決め装置を提供することを目的とする。又、コンパクトな構造で、且つ漏洩磁束が少なく、真空環境にも対応可能な磁気浮上ステージを提供することを目的とする。

本発明のステージの位置決め装置は、ビームが照射される試料を載せるステージと、該ステージを非接触で浮上支持すると共に移動制御するァクチユエータと、前記ステージと前記ァクチユエータとの相対変位を測定する第 1 のセンサと、前記ビームの前記試料上の実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を測定する第 2のセンサと、該第 2のセンサで検出された相対変位を減少させるように前記ステージを移動制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。

上述した本発明によれば、試料の加工又は測定のために照射するビ一ムの、試料上の実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を測定し、その相対変位を減少させるように直接ステージを移動制御することからビームを目標照射位置に正確に位置決めすることが可能となる。これによりビーム自体が振動していても、又ステージ自体が振動していても、半導体製造装置等においては微細な位置決め動作を精度よく行うことが可能となる。これにより、例えば半導体製品等の製造歩留まり等に良好な影響をもたらすことができる。

又、本発明の磁気浮上ステージは、前記試料を載置するテーブル部と . 該テーブル部の外周から垂下する側板とを備えた浮上体と、前記テープル部と側板とで囲まれた空間内に該浮上体を浮上支持すると共に位置制御するァクチユエータを備えた固定体とからなり、該固定体は空間内の略中央部に前記浮上体の自重を支持する永久磁石を配置し、前記空間内の外周の四隅に前記浮上体の水平方向制御用電磁石を配置し、該電磁石間の中間部分に前記浮上体の鉛直方向制御用電磁石を配置することが好ましい。

上述した本発明の磁気浮上ステージによれば、ァクチユエータは、テ一ブル部とその外周から垂下する側板とに囲まれた空間内に配置されたことから、極めてコンパクトな構造の磁気浮上ステージが提供される。又、ァクチユエータを取り囲むテーブル部と該テ一ブル部の四周から垂下する側板は、その外表面がシールド材で覆われ、下端部がラビリンス構造となっていることから、外部への漏洩磁束を大幅に低減することができる。図面の簡単な説明

図 1 Aは本発明の一実施形態のステージの位置決め装置の立面図であり、図 1 Bは本発明の一実施形態のステージの位置決め装置の平面図であり、図 1 Cは本発明の一実施形態のステージの位置決め装置の部分拡大図である。

図 2は上記位置決め装置の制御系のプロック図である。

図 3は上記位置決め装置の制御系のプロック図である。

図 4は上記位置決め装置の制御系のプロック図である。

図 5は本発明の一実施形態のステージの位置決め装置のァクチユエ一タの立断面図である。

図 6は図 5の変形例を示す説明図である。

図 7は図 6の冷却装置の制御ブロック図である。

図 8は高性能除振装置上に搭載したステージの位置決め装置の説明図である。

図 9は本発明の他の実施形態の磁気浮上ステージの上面から見た配置図である。

図 1 0は上記磁気浮上ステージの側面透視図である。

図 1 1 は上記磁気浮上ステージの X ― X線に沿った側面断面図である。図 1 2 A乃至図 1 2 Cは上記実施形態における永久磁石による受動型の磁気軸受の説明図である- 図 1 3は上記磁気浮上ステージの制御系の説明図である。

図 1 4はラビリンス構造の磁気シールドの説明図である。

図 1 5はラビリンス構造の磁気シールドの説明図である。

図 1 6 Aは電磁石の平面図であり、図 1 6 Bは電磁石の縦断正面図であり、図 1 6 Cは電磁石の横断側面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図 1 A乃至図 1 Cは、本発明の一実施形態のステージの位置決め装置を示す。このステージの位置決め装置においては、試料を載置するステージ 11を、その四隅において、ァクチユエ一タ 12a, 12b， 12c, 12dで支持している。ァクチユエータ 12a， 12b, 12c， 12dは並進方向と回転方向に 6 自由度（X， Y， Z, α , β , γ方向）の制御力 fx， fy， fz, f α， f ]3 , f γ を発生する。ステージ 1 1には、電子ビーム又は光ビーム Βにより、加工又は測定の対象となる半導体ウェハ（試料） Wが載置されている。又、ステージの位置を検出して、ァクチユエ一タ（固定部）に対する相対変位の信号を出力する変位センサ（第 1のセンサ） 13を備えている。更に、その変位センサ 13の相対変位信号と後述するビームの実際照射位置と目標照射位置の相対変位信号に基づき、前記ァクチユエータの発生する力を制御するコントローラ 15を備えている。

ァクチユエータ 12a， 12b， 12 c, 12dは、電磁石又は電磁石と永久磁石との組み合わせからなり、その磁極面が対向したステージには磁性材又は永久磁石が装着されている。従って、電磁石の励磁電流を調整することで、ステージに磁気吸引力を及ぼすことができ、ステージを浮上支持すると共に移動 ·位置決め制御する。電磁石は浮上支持制御用と水平方向制御用とをそれぞれ備え、 X, Υ, Ζ， _α , jS， γ方向の 6 自由度の制御力を発生することが可能である。いずれのァクチユエータ 12a, 12b, 12c, 12dにおいても、ァクチユエータに供給する電流又は電圧を制御することで、極めて高速の応答性を有する制御力を発生し、微細な位置決め制御が可能である。

ステージ 1 1 には例えば電子ビーム露光のための半導体ウェハ等の試料 Wが載置されている。そしてこの試料 Wは、例えば電子ビーム露光用のレジストが塗布されており、電子ビーム Bの照射により微細パターンが加工形成される。即ち、ビーム Bはビーム源 35から照射され、半導体ウェハ Wの所定の目標位置に照射することでパターン加工を行う。この目標照射位置への位置決めのため、ステージ 1 1はァクチユエータ 12a, 12 b， 12c, 12dにより移動制御される。この位置合わせは、線幅がサブミクロンオーダの半導体装置の製造においては、当然のことながらサブミクロンオーダ以下の位置決め精度が要求される。

従って、この位置決め動作は、ビームの実際の照射位置に試料の目標照射位置を直接合わせる必要がある。このため半導体ウェハに照射するビームの実際の照射位置と、目標照射位置との相対的な変位を測定するセンサ（第 2のセンサ） 36を備えている。この相対変位の測定は、一例として次の手法を用いる。即ち、図 1 Cの拡大図に示すように、半導体ウェハ Wに目標照射位置を示すターゲットパターン Tを設け、このパタ —ン Tは例えば電子ビーム等のビームを反射する材料が用いられる。そしてこのパターン Tにビーム Bが照射されると、ビーム Bの中心 Beと、タ一ゲットパターン Tの中心 Tcとがー致する。これにより反射するビーム量は最大となり、この反射したビーム量をセンサ 36で検出することにより、ビームの目標照射位置と実際の照射位置とが一致したことを判定 7 することができる。又、ビーム Bの中心 Beと、ターゲットパターン Tの中心 Tcとがずれを生じると、これにより反射するビーム量は変化することとなり、この反射するビーム量の変化からビームの目標照射位置と実際の照射位置との相対変位を測定することができる

そしてこのビーム Bの実際の照射位置と目標照射位置との相対変位信号と、ステージの固定側に対する相対変位信号とをコントローラ 15に入力し、ビームの実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を減少させるようにステージ 1 1をァクチユエータ 12で移動制御する _c 即ち、ビーム Bの実際照射位置に試料 Wのタ一ゲットパターン Tを直接位置決めするように、ァクチユエータ 1 2はステージ 1 1 を駆動する _c

図 2及び図 3は、この位置決め制御のブロック図を示す。図 2に示す制御系は、第 2のセンサのビーム照射位置の相対変位信号 Xr、即ち、ビ —ム Bの実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を参照信号として入力し、第 1 のセンサのステージ位置の相対変位信号 Xをその信号に追従させるようにコントローラ 15を介してァクチユエ一タを動作させるものである。即ち、ビーム照射位置の相対変位信号 Xrが比較器 16に入力され、ステージ位置変位信号 Xとの差分が算出され、この差分が零となるようにコントローラ 15で補償信号（操作信号）が形成され、ァクチユエ

—タ 12a, 12b, 12c, 12dに供給される。

プラント 17は、ァクチユエータへの入力信号とそのァクチユエータの作動結果によるステージの位置 Xとの関係を示すもので、ァクチユエ一タにより駆動されたステージの位置信号 Xは、比較器 16に帰還される _c 即ち、コントローラ 15は、前記ステージと前記ァクチユエータとの相対変位を第 1 の制御量とし、前記ビームの試料上の実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を第 2の制御量とし、これらの制御量に対して前記ステージが逆相の動作をする。従って、ビーム照射位置の相対変位信号 Xrが入力されないときは、ステージは常にその固定部に対する相対変位信号 Xで示される基準位置に位置決めされる。ビーム照射位置の相対変位信号 Xrが入力されると、その信号に従ってァクチユエ一タが作動し、これによりステージが、ビーム Bの実際の照射位置と目標照射位置との相対変位が減少し、ゼロとなるように位置決めされる。即ち、ステージ 1 1は、ビーム Bの実際の照射位置に目標照射位置が一致するように、追従するように動作する。

図 3に示す制御系は、ビーム照射位置の相対変位信号 Xrを伝達関数 Q を通して入力し、ステージを位置補正信号に追従するようにァクチユエ —タを動作させるフィードフォヮード制御に関するものである。即ち、図 3 に示す制御系は、第 2のセンサのビーム照射位置の相対変位信号 Xr、即ち、ビーム Bの実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を参照信号として比較器 1 6に入力し、第 1 のセンサのステージ位置の相対変位信号 Xをその信号に追従させるようにコントローラ 1 5を介してァクチユエータを動作させることは、図 2に示す制御系と同様である ₌ ビーム照射位置の相対変位信号 Xrが比較器 16に入力され、ステージ位置変位信号 Xとの差分が算出され、この差分が零となるようにコントローラ 15で補償信号（操作信号）が形成され、ァクチユエータ 12a, 12b， 12 c , 12dに供給されこの制御系においては、ビーム Bの実際の照射位置と目標照射位置との相対変位信号 Xrが、伝達関数 Qを介してコントローラ 15の出力信号に加算器 16aにより加算される。この伝達関数 Qは、一例として次の関係式により与えられる。

Q = - ( 1 + P H ) / P 但し、 P ：プラントの伝達関数

H ：コントローラの伝達関数

このようなフィードフォワード制御により、コントローラ Hの制御可能な周波数帯域を、大幅に拡張することができ、制御の安定性を高めることができる：

図 4は、任意の点のビーム Bの実際の照射位置と目標照射位置との相対変位信号に基ずく移動位置補正信号を各ァクチユエ一タ位置での移動位置補正信号に変換するフ口一図を示す。ステージの平面上の移動位置指令値は任意の X， Y座標で与えられる。しかしながらステージをこの移動位置指令値に移動させるためのァクチユエ一タ 12a， 12b， 12c , 12dは、図示するようにステージの四隅部に設けられている。従って、各ァクチユエータ 12a, 12b, 12c , 12dにおける位置補正信号は、移動位置指令値からそれぞれ変換されなければならない。このため、座標変換行列を用いて任意の点の移動位置指令値は各ァクチユエータにおける位置補正信号に変換される。

従って、コントローラ Hは、前記ビームの試料上の実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を、まず前記ステージの重心位置の相対変位に座標変換する演算部と、該座標変換した重心位置の変位に対して操作量を生成する演算部と、その生成した操作量を前記電磁石の各作用点における操作量に分配する演算部とを備える。

前記ステージ 1 1には振動検出のためのセンサを備えるようにしてもよい。このセンサにより検出された試料 Wの加速度を前記コントロ一ラ H に入力し、前記コントローラ Hはこの振動が減少するように制御する _c これにより、ステージ自体が振動している場合は、ステージ自体の振動を減衰させることができ、ビーム Bの実際の照射位置と目標照射位置とのステージの位置決め動作をより確実なものとすることができる。この場合には、前記コントローラ Hは、前記加速度を前記ステージ 1 1の重心位置の加速度に座標変換する演算部と、該変換した座標の加速度に基づいて操作量を生成する演算部と、該生成した操作量を前記電磁石の各作用点における操作量に分配する演算部とを備えている。

図 5は、本発明の一実施形態の位置決め装置の電磁ァクチユエータ部分の構成の一例を示す。試料を載置するステージ 1 1は、その四隅において、電磁石 2 1， 22を備えた電磁ァクチユエータ 1 2により支持される。電磁石 2 1はそのコイルにコントローラより供給される励磁電流で対向するステージに固定された磁性体に磁気吸引力を及ぼすことで、水平方向の位置決め動作を行う。電磁石 22は同様にステージ 1 1に固着された磁性体 1 1 Vに磁気吸引力を及ぼすことで、ステージ 1 1を非接触で浮上支持する。これにより、設置床からの振動が遮断される。尚、この浮上支持には、永久磁石を併用するようにしても良い。これにより電磁石の励磁電流の負担を軽減することができる。

ここで、図 5に示すように電磁石によるァクチユエータを使用した場合に、ァクチユエ一タ自身が発生する漏れ磁束がステージ上方に漏れて影響しない様に、ステージ 1 1の下面に磁性体のコーティングまたは板 1 1 aを備える。更に、ァクチユエータ 1 2を囲む様にラビリンス構造の磁性体のカバー l i bを設ける。この場合、ラビリンス構造にした空間から漏れる磁束が上方に行かないように、ァクチユエータ 12を固定したステージ上の固定面 1 9に磁性体のコーティングまたは板 19 aを設ける。更に、外ステージを真空中でも脱ガスの問題がなく使用できるようにコイルの部分がキャン 20で囲まれている。尚、ァクチユエータ全体をキャンで封止するようにしてもよレ、。図 6に電磁石を用いたァクチユエータの冷却システムの一例を示す。高精度に位置決めする場合には、電磁石に励磁電流を供給することで発生する熱の問題がある。この熱の発生によってァクチユエータの各部材が変形し、所望の位置決め精度が得られなくなるという問題がある。この対策として、熱の伝導速度が早いベルチェ素子を利用した冷却システムが考えられる。図中のァクチユエータ 1 2はァウタ一型の電磁ァクチュェ一タで、中央に固定側が配置され、外側に浮上体が配置される。熱を発生するのは、主に固定側の電磁石コイルなので、このコイルが固定されている部材（円筒形）の内側にペルチェ素子（円筒形） 25を装着し、その内側に冷却水を流す通路 27を設ける。この時、ベルチ素子 25の外側を吸熱側、内側を発熱側とする。この冷却システムによって、冷却水入口 271より流入する冷却水がペルチェ素子 25で移送した熱を吸収し、冷却水出口 270より外部に排出するため、ァクチユエータの各部を略常温に保つことができる。

又、温度を一定値に安定させるために電磁石の固定部材の温度を温度センサ 26により検出し、ペルチェ素子 25に流す電流を制御することによつて、より安定な冷却システムを実現することができる。図 7は、この温度制御系を示し、温度センサ 26で検出した温度は、温度指令値と比較され、その差分を零とするように温度コントローラ 28で P I D制御される。温度コントローラ 28の出力は、電流増幅器 29で電流増幅されて、ベルチュ素子 25に供給され、これにより吸熱側から発熱側への熱の移送量が制御される。これにより、ァクチユエータ各部の温度上昇を所定値の範 H内に一定に保持することができる。

図 8に、本発明の一実施形態のステージの位置決め装置を除振装置上に装着した装置例を示す。電子ビーム発生装置等のビーム源 10が、高性能の除振性能を有する能動型除振装置 32の除振テーブル 3 1上に載置される。ビーム源 10のビームにより加工される試料 Wを載置するステージ 1 1 及びこのステージを支持するァクチユエータ 12a， 12b， 12 c, 12 dも、同様にテ一ブル 3 1上に載置される：このような構成により、外部からステージ 1 1、ァクチユエータ 12a， 12b, 1 2 c， 1 2d、ビーム源、 10への振動の伝達が殆ど無くなり、更に高精密な位置決め制御を可能にしている。又、ステージ 1 1の移動に伴う振動等の位置決め装置自体に発生する振動が抑制される。この除振装置には、電磁ァクチユエ一タでテーブルを非接触で浮上懸架した磁気浮上除振装置、又は空気ばねと電磁ァクチユエータを併用した除振装置が好適である。

尚、上述したビーム Bの実際の照射位置と目標照射位置とのステージの位置決め動作は、微細なパターンをビーム照射により形成する際の、位置決め誤差を補正するために主として用いられる- 例えば別のバタ一ンを形成するような大きなステージの移動に際しては、ステージとァクチユエ一タ固定側との相対変位を測定する第 1 のセンサの信号に基づいて、コント口ーラ Hの P I D動作によりフィードバック制御され、位置決めされる。この際、ビーム Bの実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を示す信号 Xrは、その出力が停止され、例えば比較器 1 6の入力はゼロに設定される。

又、ビーム Bの実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を検出する第 2のセンサは、実際に加工に用いるビーム Bそのものを用いてもよいが、ビーム Bと平行性が保たれている別のビーム B ' を用いてもょレ、 ₌ この場合は、ビーム Bが試料の加工部分を照射し、これと平行なビーム B ' が試料上のターゲットパターン Tを照射することで、その相対変位が求められる。又、ビーム Bそのものを加工と相対変位の検出の双方に兼用する場合には、時分割により、加工と相対変位の検出とを分けるようにしてもよレ、 _c

以上に説明したように本発明によれば、ビームの実際の照射位置と目標照射位置との直接的な極めて高精度の位置決め制御が可能となる：従つて、サブミクロンオーダのビームによる微細加工装置等の試料台として極めて好適である。

図 9乃至図 1 1 は、本発明の他の実施形態の磁気浮上ステージの構造を示す。浮上体 Fは、その中央に試料を載置するテーブル部である平板 5 2 とその平板の四周から垂下する側板 5 3 とを備え、下方が開口した箱体状を為している。その箱体状を為したテーブル内部に固定体であるァクチユエータ Aが配置される。即ち、ァクチユエータ Aは、テーブルの平板 5 2 と側板 5 3 とに囲まれた空間内に、浮上体 Fを浮上保持する受動磁気軸受の一方を構成する永久磁石 4 7と、浮上体 Fを水平方向に移動させる電磁石 4 1 ， 4 2 と、浮上体 Fを鉛直方向に移動させる電磁石 4 3 と、これらの電磁石の磁極面と浮上体に固定されたターゲット間の相対変位を検出する変位センサ 5 4等を備えている。

下方に開口した箱体状を為すテ一ブルの側板 5 3 の内周面には、水平 ( X ) 方向電磁石 4 1 の磁気力を受けるターゲット 4 4、水平（y ) 方向電磁石 4 2の磁気力を受けるターゲット 4 5が固定されている。鉛直 ( z ) 方向の位置決め用の電磁石 4 3の磁気力を受けるターゲット 4 6 は側板 5 3の内表面側に水平に固定されている _c.

ァクチユエ一タ Aは、浮上体 Fを構成するテーブル部の平板 5 2 とその四周から垂下する側板 5 3で囲まれた空間内に、その略中央部にテ一ブルの自重を支持する磁気軸受 4 7， 4 8を配置し、空間内の外周の四隅に、浮上体 Fを x， y方向に移動させる電磁石 4 1 ， 4 2を配置し、 x , y方向の電磁石の中間部分に浮上体 Fを鉛直（ z ) 方向に移動させる電磁石 4 3 を配置している。これにより、電磁石のコイルを含めた全ての部分を浮上体 Fの平板 5 2 と側板 5 3 とに囲まれた空間内に配置でさる。

水平方向の位置制御用電磁石 4 1， 4 2をテーブルの四隅部分に配置することで、 X方向移動制御、 y方向移動制御、 z軸回りの回転制御を容易に行うことができる。又、水平方向の位置制御用電磁石 4 1， 4 2 の中間に鉛直方向の位置制御用電磁石 4 3を配置することで、 z軸方向移動制御、 X軸回り、 y軸回りの回転制御を行うことができる。これらの制御は、静電容量センサ等の高精度の位置計測用のセンサを用い、そのセンサ出力を目標値と比較して、電磁石の励磁電流にフィードノくック制御することで、ナノメータオーダの 6軸回りの位置決め制御を行うことができる。

鉛直方向制御用電磁石 4 3は、図 1 1 に示すように、 1対の電磁石からなり、該電磁石はそれぞれ上下方向に磁極面を有して両磁極面が対面するように配置され、両磁極面間に前記浮上体 Fに固着した磁性体 4 6 を水平方向に間挿するように配置している。しかしながら、この鉛直方向制御用電磁石は、それぞれ上下方向に磁極面を有して両磁極面が互いに反対方向に位置するように配置され、両磁極面がそれぞれ前記浮上体の浮上体外周の側板の上側及び下側に水平方向に固着した磁性体に対面するように配置するようにしてもよい。

ァクチユエータ Aは、テーブルの平板と側板で囲む空間内の略中央部にテ一ブルの自重を支持する磁気軸受 4 7， 4 8を配置している。図 1 1の断面図に示すように、平板 5 2にはその略中央部に垂下する第 2の側壁 5 3 aを備える。そして、側壁 5 3 a の一面と固定側 5 1 の一面との間に一対の永久磁石列 4 7， 4 8を設けて、受動型の磁気軸受を構成している。この実施形態においては、断面長方形を為している側板 5 3 a の 4箇所に永久磁石列 4 8を備え、これに対向する固定側 5 1 の面に同様に 4箇所の永久磁石列 4 7を配置している。この永久磁石列 4 7，

4 8は、図 1 2 Aに示すように、それぞれ N， S極に磁化された永久磁石をそれぞれの磁化方向が逆になるように複数段積層している。

この磁石列 4 7， 4 8 を図 1 2 Aに示すように、対向して設け、一方は固定側のァクチユエータ Aに固定し、他方は浮上体 Fの内周側の側板

5 3 a の側面にそれぞれが対向するように固定する。すると、図 1 2 B に示すように、磁力線は浮上側の永久磁石列と固定側の永久磁石列のそれぞれの逆極性の磁極間を貫通する。従って、図 1 2 Cに示すように、テ一ブルに固定された浮上側永久磁石列は自重により固定側永久磁石列に対して、下方に位置したところで鉛直方向復元力 Fが発生し、これにバランスして浮上体 Fの自重を支持した状態で保持される。

この様に永久磁石を用いた受動型磁気軸受はテ一ブルの内周側に配置された側板と固定側との間に 4箇所設けられているが、その鉛直方向中心位置が、テーブルの重心位置と概略一致するように配置されていることが好ましい。これにより、テーブルの試料を載置する平板 5 2が水平な状態で浮上体 Fをより安定に浮上保持することができる。

磁気浮上ステージのコントロールシステムを図 1 3 に示す。

ステージの変位を検出する変位センサ 5 4は、図 9に示すように水平方向のステージの変位を検出する変位センサ 3個と鉛直方向のステージの変位を検出するセンサ 3個の合計 6個が配置されている。これら 6個の変位センサの信号をセンサアンプを通して検出し、座標変換器 1 を通してステージの振動モード毎の変位量又は変位に相当する量に変換する ₌ そして、この変換した信号を例えば P I D等の演算器、又は振動モード毎の制御量を演算し、その結果を座標変換器 2で配置した各電磁石に対応する指令値に変換し、電力増幅器を通して各指令値に対応する励磁電流で各電磁石を励磁し、ステージの位置決め制御を行う。図中コント口ーラの部分はアナ口グ回路でもデジタル回路でも良い _c

浮上体 F及びァクチユエータ Aの固定部 5 1 の外周面には、その表面にパーマ口ィ等の高透磁率のシールド材 5 5が貼り付けられており、電磁石及び永久磁石からの漏洩磁束が外部に洩れないようになっている。しかしながら、テーブルと固定部との空隙はシールド材で固定することができないので、この部分に隙間ができて漏洩磁束が生じてしまうことを防止するため、図 1 4に示す構造を採用することが好ましい。即ち、固定側の外周部には二重に立設された磁性材からなる側板 5 1 b , 5 1 c を備え、テーブル部（平板 5 2 ) の四周から垂下する側板 5 3の下端部が固定側の二重に立設された側板 5 1 b , 5 1 c に間挿されるように配置する。

これにより、シールドのラビリンス構造が得られ、ァクチユエータ A の電磁石又は永久磁石による磁束の外部への漏洩を防止することができる。尚、シールドのラビリンス構造は、図 1 5に示すように三層構造としてもよレ、。

又、本実施形態においては、水平方向の位置制御用電磁石 4 1 , 2 及び鉛直方向の位置制御用電磁石 4 3は、それぞれ同一の形状 · 寸法を有している。このため、同一規格品を採用することができ、経済的に磁気浮上ステージを構成することができる。又、図 1 6 A乃至図 1 6 Cに示すように、各電磁石コイル Cは磁極内部に装填され、その入口部分がエポキシ等の樹脂 Eでモールド封止をされている。このため、コイル部分が外部に露出しないので、高真空雰囲気内にこの装置を配置しても脱ガスという問題が生ぜず、清浄度を損なうという問題が生じない- 又、上記の実施の形態では 6 自由度を能動的に制御する例について示したが、鉛直方向の位置制御用電磁石 4 3を外して、水平面内のみを位置決め制御するようにしても勿論よい。このように本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能である- 以上に説明したように本発明によれば、下方に開口した箱体状の浮上体のスペース内に、ァクチユエータとなる電磁石及び永久磁石を収納した、コンパクトな構造の磁気浮上ステージを実現することができる。又. 外部への漏洩磁束を少なくしたので、周囲への電磁的な悪影響を及ぼすことを防止することができる。更に又、電磁石のコイルが外部に露出しないので、脱ガスという問題が無く、高真空環境下においても使用が可能である。産業上の利用の可能性

本発明は、例えば半導体製造装置等の微細な且つ高速の位置決めを行う装置に用いて、極めて有用である。

Claims

請求の範囲

1 . ビームが照射される試料を載せるステージと、該ステージを非接触で浮上支持すると共に移動制御するァクチユエ一タと、前記ステージと前記ァクチユエ一タとの相対変位を測定する第 1 のセンサと、前記ビームの前記試料上の実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を測定する第 2のセンサと、該センサにより検出された相対変位を減少させるように前記ステージを移動制御するコントローラとを備えたことを特徴とするステージの位置決め装置。

2 . 前記ァクチユエータは、前記ステージに装着した磁性材又は永久磁石に対して、電磁石又は電磁石と永久磁石とを併用して磁気力を及ぼすことで、前記ステージを浮上支持すると共に移動制御することを特徴とする請求項 1記載のステージの位置決め装置。

3 . 前記コントローラは、前記ステージと前記ァクチユエータとの相対変位を第 1 の制御量とし、該第 1 の制御量を指令位置に追従させるように動作させ、前記ビームの試料上の実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を第 2の制御量とし、該第 2の制御量を減少させるように前記ステージを動作させることを特徴とする請求項 1記載のステージの位置決め装置。

4 . 前記コントローラは、前記ビームの試料上の実際の照射位置と目標照射位置との相対変位を、前記ステージの重心位置の相対変位に座標変換する演算部と、該座標変換した重心位置の変位に対して操作量を生成する演算部と、該生成した操作量を前記電磁石の各作用点における操作量に分配する演算部とを備えたことを特徴とする請求項 3記載のステ一ジの位置決め装置。

5 . 前記ステージには振動検出のためのセンサを備え、該センサにより検出された加速度を前記コントローラに入力し、前記コントローラはこの振動が減少するように制御することを特徴とする請求項 3記載のステージの位置決め装置。

6 . 前記コントローラは、前記加速度を前記ステージの重心位置の加速度に座標変換する演算部と、該変換した座標の加速度に基づいて操作量を生成する演算部と、該生成した操作量を前記電磁石の各作用点における操作量に分配する演算部とを備えたことを特徴とする請求項 3記載のステージの位置決め装置。

7 . 前記ビームは、電子ビーム、又は光ビームであることを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれかに記載のステージの位置決め装置。

8 . 前記ステージを浮上支持するァクチユエータは、除振装置上に搭載され、前記ァクチユエ一タの固定部の振動を減少させるようにしたことを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれかに記載のステージの位置決め装

9 . 前記ステージ又は該ステージを浮上支持するァクチユエータは、その表面が磁性材で被覆され、前記ァクチユエータの磁石の磁気を外部に対して遮蔽するようにしたことを特徴とする請求項 1乃至 8のいずれかに記載のステージの位置決め装置。

1 0 . 前記ステージは、該ステージを浮上支持するァクチユエ一タを取り囲むように、ラビリンス構造の磁性材のカバーを設け、前記ァクチュェ一タの磁石の磁気を外部に対して遮蔽するようにしたことを特徴とする請求項 1乃至 9のいずれかに記載のステージの位置決め装置。

1 1 . 前記ァクチユエータは、電磁石を固定している部材にペルチェ素子を装着し、該ベルチェ素子の発熱側に冷却水流路を設け、前記ァクチユエ一タの電磁石の発熱を吸収するようにしたことを特徴とする請求項

1乃至 1 0のいずれかに記載のステージの位置決め装置。

1 2 . 試料を載置するテーブル部とその外周から垂下する側板とを有する浮上体と、該浮上体を磁石の磁気力で浮上保持すると共に位置制御するァクチユエ一タを備えた固定体とからなる磁気浮上ステージであり、前記固定体は前記浮上体のテ一ブル部と側板とで覆われることを特徴とする磁気浮上ステージ。

1 3 . 前記浮上体は試料を載置するテーブル部の下面の中央付近を取り囲むように固定した内側側板を備え、該側板と前記固定体にはそれぞれ磁極面が相対する永久磁石を備え、磁気軸受として前記浮上体を浮上支持することを特徴とする請求項 1 2記載の磁気浮上ステージ。

1 4 . 前記永久磁石は、磁化された永久磁石を磁化方向が逆になるように複数段積層した磁石列を一対設け、一方は前記固定体に固定し、他方は前記浮上体の前記側板に固定したことを特徴とする請求項 1 2記載の磁気浮上ステージ _c

1 5 . 前記電磁石はコイルを磁極内に配置し、樹脂で該コイルを封止したものであることを特徴とする請求項 1 2乃至 1 4のいずれかに記載の磁気浮上ステージ。

1 6 . 試料を載置するテーブル部と、該テーブル部の外周から垂下する側板とを備えた浮上体と、前記テ一ブル部と側板とで囲まれた空間内に該浮上体を浮上支持すると共に位置制御するァクチユエ一タを備えた固定体とからなり、該固定体は空間内の略中央部に前記浮上体の自重を支持する永久磁石を配置し、前記空間内の外周の四隅に前記浮上体の水平方向制御用電磁石を配置し、該電磁石間の中間部分に前記浮上体の鉛直方向制御用電磁石を配置したことを特徴とする磁気浮上ステージ。