JP2019129210A - ステージ装置、及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトかつ低コストで高性能なステージ装置を提供すること。【解決手段】ウェーハＷの検査ポイントＰを電子線スポット位置１２ａに移動させるためのステージ装置５０であって、ウェーハＷが載置されるφステージ５１と、φステージ５１を回転可能な状態で支持するθステージ５２と、φステージ５１及びθステージ５２の回転駆動を制御するステージ制御部５３とを備え、φステージ５１の回転中心Ｏφが、θステージ５２の回転中心Ｏθから偏心した位置に設けられ、θステージ５２の回転に伴い、φステージ５１の回転中心Ｏφが描く円軌道Ｓφ上に電子線スポット位置１２ａが配置され、ステージ制御部５３が、φステージ５１に載置されたウェーハＷの検査ポイントＰを円軌道Ｓφ上の電子線スポット位置１２ａに移動させるように、φステージ５１及びθステージ５２の回転駆動を制御する。【選択図】図２

Description

本発明はステージ装置、及び処理装置に関し、より詳細には被処理体の被処理箇所を所定の処理位置に移動させるためのステージ装置、及び該ステージ装置を備えた処理装置に関する。

半導体ウェーハ（以下、ウェーハと記す）上の微小領域の検査を行う装置では、ウェーハ上の検査ポイントを所定の検査位置に位置決めするステージ装置として、Ｘ−ＹステージやＲ−θステージなどが用いられている。

図１２は、下記の特許文献１に記載されている従来のＸ−Ｙステージの要部構成を示す斜視図である。Ｘ−Ｙステージ１００は、Ｘ軸を直線駆動するＸステージ１０１と、Ｙ軸を直線駆動するＹステージ１０２と、ウェーハＷを載せるプレート１０３とを含む、直交２軸ステージで構成されている。

図１３は、下記の特許文献１に記載されている従来のＲ−θステージの要部構成を示す斜視図である。Ｒ−θステージ１１０は、Ｒ軸を直線駆動するＲステージ１１１と、ウェーハＷを載せて回転駆動するθステージ１１２とを含んで構成され、Ｘ−Ｙステージ１００よりも装置サイズの小型化が可能となっている。また、下記の特許文献２には、このようなＲ−θステージを用いた検査システムが提案されている。

下記の特許文献１では、従来のＸ−Ｙステージ１００及びＲ−θステージ１１０よりもさらに空間分解能を高めた複合ステージが提案されている。
図１４は、特許文献１に記載されている複合ステージの要部構成を示す斜視図である。
複合ステージ１２０は、直線駆動するＲステージ１２１と、回転駆動するθステージ１２２と、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１２３とを含んで構成されている。Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１２３は、ピエゾ素子などのナノメートルオーダで直交２軸駆動するＸ−Ｙステージと、該Ｘ−Ｙステージを上下駆動するＺステージとを含んで構成されている。前記Ｘ−Ｙステージは前記Ｚステージの上に積層設置されている。θステージ１２２は中空構造になっており、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１２３がθステージ１２２の中空構造内部に配置され、θステージ１２２とＸ−Ｙ−Ｚステージ１２３とがＲステージ１２１の上に配置された構造となっている。

［発明が解決しようとする課題］
電子顕微鏡などを用いたウェーハの検査装置では、ステージ装置が真空チャンバ（試料室）内に設置される。ステージ装置にＸ−Ｙステージ１００を用いた場合、ウェーハＷを載せたプレート１０３の移動幅が、Ｘ、Ｙ各方向にウェーハ直径の２倍以上必要になるため、ステージ機構及び真空チャンバが大形になるという課題があった。またＸ−Ｙステージ１００では、プレート１０３をＸ、Ｙ各方向へ高速に加減速駆動させるので、重心位置の不規則な移動などに伴い、微小振動が発生しやすく、制振対策が容易ではなく、その対策にコストがかかるという課題があった。

またＸ−Ｙステージ１００では、各ステージの直線駆動部として、ボールネジとモータとを組み合わせたボールねじ機構が一般的に採用されている。このようなＸ−Ｙステージを真空チャンバ内に設置する場合、直線駆動部を含むステージ装置全体を真空チャンバ内部に設置しなければならない。真空チャンバ内を質のよい高真空に保つためには、残留ガス成分を少なくする必要がある。そのため、真空状態でもガスが発生しない、真空対応の部品を用いる必要があり、ステージ装置の部品コストが高くなるという課題もあった。

また、Ｘ−Ｙステージ１００の駆動を高速化するために、直線駆動部にボールねじ機構に代えてリニアモータを用いた駆動機構を採用することも考えられる。しかしながら、リニアモータを用いた駆動機構は一般的に高価である。また電子顕微鏡などの荷電粒子線を用いる検査装置では、荷電粒子線の軌道に影響を与える磁気（磁場）の発生を避ける必要がある。そのため、真空チャンバ内にリニアモータを用いた駆動機構を設置することは困難で、真空チャンバ内に設置するステージ装置による位置決めの高速化を安価に実現することが難しいという課題があった。

また、従来のＲ−θステージ１１０も直動機構を備えているので、上記した直動機構に起因する同様の課題を有している。
また、上記複合ステージ１２０では、ナノメートルオーダの空間分解能で位置決めが可能であるとしているが、装置構成が複雑となるため装置コストが高くつき、また、Ｒステージ１２１とθステージ１２２での粗位置合わせ後にＸ−Ｙ−Ｚステージ１２３による微動位置合わせを行うので、高速化にも限界があるという課題があった。また、複合ステージ１２０も直動機構を備えているので、上記した直動機構に起因する同様の課題を有している。

特開２０１４−３６０７１号公報 特開平９−１７０９８６号公報

課題を解決するための手段及びその効果

本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、コンパクトかつ低コストで高性能化・高速化を図ることができるステージ装置、及び処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明に係るステージ装置（１）は、被処理体を所定の処理位置に移動させるためのステージ装置であって、
前記被処理体が載置される第１の回転ステージと、
該第１の回転ステージを回転可能な状態で支持する第２の回転ステージと、
前記第１の回転ステージ及び前記第２の回転ステージの回転駆動を制御する制御部とを備え、
前記１の回転ステージの回転中心が、前記第２の回転ステージの回転中心から偏心した位置に設けられ、
前記第２の回転ステージの回転に伴い、前記第１の回転ステージの回転中心が描く円軌道上に前記処理位置が配置され、
前記制御部が、
前記第１の回転ステージに載置された前記被処理体の被処理箇所を、前記円軌道上の前記処理位置に移動させるように、前記第１の回転ステージ及び前記第２の回転ステージの回転駆動を制御するものであることを特徴としている。

上記ステージ装置（１）によれば、前記第２の回転ステージの上に前記第１の回転ステージが回転可能な状態で支持された、２軸回転ステージ機構が構成されているので、従来の直動機構を備えたステージと比較して、省スペースでコンパクトな構成とすることができる。

また、前記第１の回転ステージと前記第２の回転ステージとの回転駆動の組み合わせにより、前記被処理箇所を前記処理位置に移動させるので、前記被処理箇所を前記処理位置まで移動させる際の距離を短くすることができ、したがって、位置決め時間の短縮化を図ることができる。

また、従来の直動機構を備えたステージと比較して、重心位置の移動が少なくなるため、ステージの移動に伴い発生する振動を抑制することができ、制振対策も容易となる。
よって、低コストで高性能化・高速化を図ることができる。
なお、前記第１の回転ステージと前記第２の回転ステージとの回転駆動は、左右いずれかの方向への回転のみならず、左右いずれの方向にも回転する、すなわち回動する駆動形態も含む。

また本発明に係るステージ装置（２）は、上記ステージ装置（１）において、前記円軌道の直径が前記被処理体の回転半径以上になるように、前記第２の回転ステージの大きさ及び前記第１の回転ステージの回転中心の位置が設定されていることを特徴としている。
上記ステージ装置（２）によれば、前記被処理体の全体を効率良く処理することができる。

また本発明に係るステージ装置（３）は、上記ステージ装置（２）において、前記第１の回転ステージが、該第１の回転ステージの回転中心上に前記被処理体の中心を位置させるように構成されていることを特徴としている。

上記ステージ装置（３）によれば、前記第１の回転ステージが、該第１の回転ステージの回転中心上に前記被処理体の中心を位置させるように構成されているので、装置をコンパクトに構成することができ、また、前記第１の回転ステージの制御を容易に行うことができる。

また本発明に係るステージ装置（４）は、上記ステージ装置（２）において、前記第１の回転ステージが、該第１の回転ステージの回転中心とは異なる位置に前記被処理体の中心を位置させるように構成されていることを特徴としている。

上記ステージ装置（４）によれば、前記第１の回転ステージが、該第１の回転ステージの回転中心とは異なる位置に前記被処理体の中心を位置させるように構成されているので、前記第１の回転ステージの回転中心を軸にして、前記被処理体を回転させることにより、少しの回転量で、前記被処理体を大きく動かすことが可能となり、位置決め動作の高速化を図ることができる。

また本発明に係るステージ装置（５）は、上記ステージ装置（４）において、前記第１の回転ステージの回転中心と前記被処理体の中心との距離が、前記被処理体の半径よりも大きくなるように、前記第１の回転ステージの回転中心と前記被処理体の中心との位置が調整されていることを特徴としている。

上記ステージ装置（５）によれば、前記被処理体上であれば、どの被処理箇所でも、少しの回転量で前記被処理体を大きく動かす（旋回させる）ことができる、位置決め動作の高速化と効率化を図ることができる。

また本発明に係るステージ装置（６）は、上記ステージ装置（４）又は（５）において、前記第１の回転ステージに第１のカウンターウェイトが設けられていることを特徴としている。

上記ステージ装置（６）によれば、前記第１の回転ステージに第１のカウンターウェイトが設けられているので、前記第１の回転ステージの回転中心に重心を確実に位置させることができ、前記重心が偏心している状態での回転による振動や前記被処理体の旋回に伴う慣性力の発生を防止でき、高速でも安定した回転と停止動作を行うことができる。

また本発明に係るステージ装置（７）は、上記ステージ装置（１）〜（６）のいずれかにおいて、
前記制御部が、
前記第１の回転ステージを回転させる角度と、前記第２の回転ステージを回転させる角度とを演算する手段を備え、
前記第１の回転ステージを回転させる角度が、
前記第１の回転ステージに載置された前記被処理体の被処理箇所を、前記円軌道上に位置させるための角度であり、
前記第２の回転ステージを回転させる角度が、
前記円軌道上に位置させた前記被処理箇所を、前記処理位置に位置させるための角度であることを特徴としている。

上記ステージ装置（７）によれば、前記制御部が、前記第１の回転ステージを回転させる角度と、前記第２の回転ステージを回転させる角度とを演算する手段を備えているので、これら演算した角度に基づいて、前記第１の回転ステージと前記第２の回転ステージとの回転駆動を効率良く制御することができる。

また本発明に係るステージ装置（８）は、上記ステージ装置（１）〜（７）のいずれかにおいて、前記第１の回転ステージに、前記被処理体を鉛直方向に移動させるための第１の微動ステージを備えていることを特徴としている。

上記ステージ装置（８）によれば、前記第１の微動ステージで前記第１の回転ステージに載置された前記被処理体を鉛直方向に移動させることにより、前記被処理体の鉛直（上下）方向の微動調整を直接的に行うことができ、鉛直方向への高精度の位置調整が可能となる。

また本発明に係るステージ装置（９）は、上記ステージ装置（１）〜（７）のいずれかにおいて、前記第２の回転ステージを鉛直方向に移動させるための第２の微動ステージを備えていることを特徴としている。

上記ステージ装置（９）によれば、前記第２の微動ステージで前記第２の回転ステージを鉛直方向に移動させることにより、前記被処理体の鉛直（上下）方向の微動調整を間接的に行うことができ、鉛直方向への高精度の位置調整が可能となる。

また本発明に係るステージ装置（１０）は、上記ステージ装置（１）〜（９）のいずれかにおいて、前記第２の回転ステージには、前記第１の回転ステージに対する第２のカウンターウェイトが設けられていることを特徴としている。

上記ステージ装置（１０）によれば、前記第２の回転ステージの回転中心に重心を位置させることが可能となり、前記重心が偏心している状態での回転による振動の発生、及び前記第１の回転ステージの旋回に伴う慣性力の発生を防止でき、高速でも安定した回転と停止動作が可能となる。

また本発明に係るステージ装置（１１）は、上記ステージ装置（１０）において、
前記第１の回転ステージが、載置ステージ、第１の回転軸部、及び第１の回転駆動部を備え、
前記第２の回転ステージが、支持ステージ、第２の回転軸部、及び第２の回転駆動部を備え、
前記支持ステージが、上面に孔部、内部に空洞部を備え、
前記孔部に、前記第１の回転軸部がシール部を介して回動自在に挿着され、
前記空洞部に、前記第１の回転駆動部と、前記第２のカウンターウェイトとが配設されていることを特徴としている。

上記ステージ装置（１１）によれば、前記支持ステージの前記空洞部に、前記第１の回転駆動部と、前記第２のカウンターウェイトとが配設されるので、上記ステージ装置（６）と同様の効果得られるとともに、前記支持ステージの回転により受ける抵抗を少なくすることができる。

また本発明に係る処理装置（１）は、上記ステージ装置（１）〜（１０）のいずれかを備えた処理装置であって、
前記被処理体を処理する処理手段と、
底面に開口部が形成された真空チャンバとを備え、
前記開口部に、真空シール部を介して前記第２の回転ステージが回動自在に挿着され、
前記真空チャンバの外部に、前記第１の回転ステージを回転駆動させる第１の回転駆動部と、前記第２の回転ステージを回転駆動させる第２の回転駆動部とが配置されていることを特徴としている。

上記処理装置（１）によれば、前記開口部に、前記真空シール部を介して前記第２の回転ステージが回動自在に挿着され、前記真空チャンバの外部、すなわち大気側に、前記第１の回転駆動部と前記第２の回転駆動部とが配置されている。
したがって、前記真空チャンバの内部に配置する部品（真空対応の部品）を減らすことができ、装置の低コスト化を図ることができるとともに、前記真空チャンバの小型化も図ることができる。

また、前記真空チャンバの内部、すなわち真空側での前記第１の回転駆動部と前記第２の回転駆動部に起因する磁場（磁気）の発生を阻止することができ、また、前記真空チャンバの内部での放熱対策が不要になるので、前記処理手段が電子線などの荷電粒子線を用いるものである場合に適した処理装置を低コストで実現することができる。

また本発明に係る処理装置（２）は、上記処理装置（１）において、前記真空チャンバの前記開口部又はその近傍に、前記第２の回転ステージの上面部が配置されていることを特徴としている。

上記処理装置（２）によれば、前記真空チャンバの前記開口部又はその近傍に、前記第２の回転ステージの上面部が配置されているので、前記真空チャンバの一層の小型化を図ることができる。

また本発明に係る処理装置（３）は、上記ステージ装置（１）〜（７）のいずれかを備えた処理装置であって、
前記被処理体を処理する処理手段と、
底面に開口部が形成された真空チャンバと、
該真空チャンバが設置される基台とを備え、
前記第１の回転ステージが、載置ステージ、第１の回転軸部、及び第１の回転駆動部を備え、
前記第２の回転ステージが、支持ステージ、張出部を有する第２の回転軸部、及び第２の回転駆動部を備え、
前記支持ステージが、上面に孔部、内部に空洞部を備え、
前記孔部に、前記第１の回転軸部が第１の真空シール部を介して回動自在に挿着され、
前記空洞部に、前記第１の回転駆動部と、前記第１の回転ステージに対する第２のカウンターウェイトとが配設され、
前記開口部に、前記第２の回転軸部が第２の真空シール部を介して回動自在に挿着され、
前記真空チャンバの外部に、前記開口部から延出された前記第２の回転軸部と、前記第２の回転駆動部とが配置され、
前記基台の下側に、空気層を介して前記張出部を回動自在に支持する回動支持部を備えていることを特徴としている。

上記処理装置（３）によれば、前記真空チャンバの外部、すなわち大気側に、前記第２の回転駆動部が配置され、前記支持ステージの前記空洞部、すなわち大気側に、前記第１の回転駆動部が配置されている。したがって、前記真空チャンバの内部、すなわち真空側に配置する部品（真空対応の部品）を減らすことができ、装置の低コスト化を図ることができる。

また、前記真空チャンバの内部での前記第１の回転駆動部と前記第２の回転駆動部に起因する磁場（磁気）の発生を阻止することができる。
また、前記真空チャンバの内部での放熱対策が不要になるので、前記処理手段が電子線などの荷電粒子線を用いるものである場合に適した処理装置を低コストで実現することができる。

また、前記支持ステージの前記空洞部に、前記第２のカウンターウェイトが配設されているので、前記第２の回転ステージの回転中心に重心を位置させることが可能となり、前記重心が偏心している状態での回転による振動や、前記第１の回転ステージの旋回に伴う慣性力の発生を防止でき、高速でも安定した回転と停止動作を行うことが可能になる。

また、前記回動支持部により、前記張出部が、空気層を介して、すなわち浮いた状態で回動自在に支持されているため、前記第２の回転駆動部によって前記第２の回転軸部と前記支持ステージとをスムーズに回転させることができる。

また本発明に係る処理装置（４）は、上記処理装置（３）において、前記載置ステージに、前記被処理体を鉛直方向に移動させるための第１の微動ステージを備えていることを特徴としている。

上記処理装置（４）によれば、前記第１の微動ステージで前記第１の回転ステージに載置された前記被処理体を鉛直方向に移動させることにより、前記被処理体の鉛直（上下）方向の微動調整を直接的に行うことができ、高精度の位置調整が可能となる。

また本発明に係る処理装置（５）は、上記処理装置（３）において、前記基台と前記回動支持部との間に、前記第２の回転ステージを鉛直方向に移動させるための第２の微動ステージを備えていることを特徴としている。

上記処理装置（５）によれば、前記基台と前記回動支持部との間に装備された前記第２の微動ステージにより、前記第２の回転ステージの鉛直方向の微動調整を行うことで、前記被処理体の鉛直方向の微動調整を間接的に行うことができる。
また、前記第２の微動ステージが、大気側に配置されるので、上記処理装置（４）と比較して、真空対応の部品を用いる必要がなく、装置の低コスト化、さらに前記第１の回転ステージの簡素化、軽量化が可能になるとともに、前記第１の回転ステージの回転駆動にかかる負荷を軽減することができる。

また本発明に係る処理装置（６）は、上記処理装置（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記処理手段が、荷電粒子線装置であることを特徴としている。
上記処理装置（６）によれば、前記処理手段が走査型電子顕微鏡などの荷電粒子線装置である場合に特に適した処理装置を低コストで実現することができる。

本発明の実施の形態（１）に係るステージ装置を備えた処理装置の概略構成図である。 実施の形態（１）に係るステージ装置の基本構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態（１）に係るステージ装置の基本構成の一例を示す平面図である。 実施の形態（１）に係る処理装置の真空チャンバ周辺の概略断面斜視図である。 実施の形態（１）に係るステージ装置の位置決め動作を説明するための図である。 実施の形態（１）に係る処理装置におけるステージ制御部が行う処理動作を示すフローチャートである。 実施の形態（２）に係る処理装置の真空チャンバ周辺の概略断面図である。 実施の形態（３）に係る処理装置の真空チャンバ周辺の概略断面図である。 実施の形態（４）に係る処理装置の真空チャンバ周辺の概略断面図である。 実施の形態（４）に係るステージ装置の位置決め動作を説明するための図である。 実施の形態（５）に係る処理装置の真空チャンバ周辺の概略断面図である。 従来のＸ−Ｙステージの概略構成を示す斜視図である。 従来のＲ−θステージの概略構成を示す斜視図である。 従来の複合ステージの概略構成を示す斜視図である。

以下、本発明に係るステージ装置、及び処理装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施の形態（１）に係るステージ装置を備えた処理装置の概略構成図である。以下、本発明に係る「処理装置」の一例として、走査型電子顕微鏡を備えた処理装置１について説明する。

本発明に係るステージ装置は、例えば、電子線などの荷電粒子線を用いて試料の観察、分析、加工等の処理を行う荷電粒子線を用いた装置のステージ機構を対象としており、本発明に係る処理装置には、例えば、検査装置の他、真空薄膜形成・加工装置、汎用の走査型電子顕微鏡、該走査型電子顕微鏡を備えた試料加工装置や試料解析装置なども対象としている。

本実施の形態に係る処理装置１では、本発明の「被処理体」の一例として、ウェーハを用いた場合について説明する。ウェーハの大きさは特に限定されない。例えば、直径３００ｍｍ、４５０ｍｍのウェーハなどが対象となる。なお、被処理体は、ウェーハに限定されるものではなく、例えば、液晶パネルなどの表示用パネル部材、フォトマスクなどの各種基板などの他、分析用の試料等を対象とすることができる。

ステージ装置５０は、走査型電子顕微鏡を備えた処理装置１に組み込まれている。処理装置１は、走査型電子顕微鏡の鏡筒部１０と、２次電子検出部２０と、真空チャンバ３０とを含んで構成されている。
鏡筒部１０は、電子銃１１と、電子銃１１から放出された１次電子１２を集束する集束レンズ１３と、電子線（荷電粒子線）を偏向するＸ偏向器１４及びＹ偏向器１５と、対物レンズ１６とを含んで構成されている。

鏡筒部１０の電子銃１１から放出された１次電子１２は、集束レンズ１３で集束された後、Ｘ偏向器１４及びＹ偏向器１５で偏向されつつ対物レンズ１６により集束されてウェーハＷ表面に照射される。ウェーハＷに１次電子１２が照射されるとウェーハＷから２次電子１７が放出され、２次電子１７が２次電子検出部２０により検出される。

集束レンズ１３および対物レンズ１６はレンズ制御部２１に接続され、レンズ制御部２１はシステム制御部２４に接続されている。Ｘ偏向器１４及びＹ偏向器１５は偏向制御部２３に接続され、偏向制御部２３はシステム制御部２４に接続されている。２次電子検出部２０は画像処理部２２に接続され、画像処理部２２はシステム制御部２４に接続されている。

真空チャンバ３０はフレーム４０上に設置され、真空チャンバ３０内には、ウェーハＷが載置されるステージ装置５０の一部が配置されている。ステージ装置５０は、ウェーハＷ（被処理体）上の検査ポイント（被処理箇所）を走査型電子顕微鏡（処理手段）における所定の電子線スポット位置１２ａ（処理位置）に移動させるための装置である。また、真空チャンバ３０は、図示しないウェーハ搬送装置によりウェーハＷが搬入、搬出できるように構成されてもよい。

ステージ装置５０は、θステージ５２（第２の回転ステージ）上に、ウェーハＷが載置されるφステージ５１（第１の回転ステージ）が回転可能に支持された、２軸回転ステージ機構で構成されている。φステージ５１及びθステージ５２の回転駆動はステージ制御部５３によりそれぞれ制御され、ステージ制御部５３はシステム制御部２４に接続されている。システム制御部２４は、各部の制御を行うコンピュータ装置で構成され、図示しない操作部や表示部を備えていてもよい。

図２は、実施の形態（１）に係るステージ装置５０の基本構成の一例を示す斜視図である。また、図３は、実施の形態（１）に係るステージ装置５０の基本構成の一例を示す平面図である。

ステージ装置５０は、ウェーハＷが載置されるφステージ５１と、φステージ５１を回転可能に支持するθステージ５２とを含んで構成され、φステージ５１の回転中心Ｏφが、θステージ５２の回転中心Ｏθから偏心した位置に設けられている。φステージ５１とθステージ５２とは、左右いずれの方向にも回転可能、すなわち回動可能に構成されている。

φステージ５１は、ウェーハＷが載置される載置ステージ５１ａと、載置ステージ５１ａを回転させるφ回転軸部５１ｂとを含んで構成されている。φ回転軸部５１ｂの上端側に載置ステージ５１ａが取り付けられ、下端側に駆動モータ５１ｃが取り付けられている。駆動モータ５１ｃはステージ制御部５３により制御される。駆動モータ５１ｃの回転駆動力によってφステージ５１が回転駆動される。φステージ５１の回転中心Ｏφと、ウェーハＷの中心位置とが一致するように、ウェーハＷがφステージ５１上に載置されるようになっている。

θステージ５２は、φステージ５１を回転可能に支持する支持ステージ５２ａと、支持ステージ５２ａを回転させるθ回転軸部５２ｂとを含んで構成されている。θ回転軸部５２ｂの上端側に支持ステージ５２ａが取り付けられ、下端側に駆動モータ５２ｃが取り付けられている。駆動モータ５２ｃはステージ制御部５３により駆動制御される。駆動モータ５２ｃの回転駆動力によってθステージ５２が回転駆動され、θステージ５２の回転に伴いφステージ５１が旋回される。

駆動モータ５１ｃ、５２ｃの種類は、位置決め制御用モータであれば特に限定されない。サーボモータでもよいし、超音波モータでもよいし、ステッピングモータでもよい。また、駆動モータ５１ｃとφ回転軸部５１ｂとの接続形態、及び駆動モータ５２ｃとθ回転軸部５２ｂとの接続形態も特に限定されない。各種ジョイント、カップリングなどによる直結駆動であってもよいし、リングベルトを介した駆動、タイミングベルトを介した駆動、又はギアを介した駆動であってもよい。

また、φ回転軸部５１ｂに回転角検出器（図示せず）を設けて、φステージ５１の回転角を検出し、φステージ５１の回転制御に用いるようにしてもよい。また、θ回転軸部５２ｂに回転角検出器（図示せず）を設けて、θステージ５２の回転角を検出し、θステージ５２の回転制御に用いるようにしてもよい。

ステージ制御部５３が、φステージ５１に載置されたウェーハＷの検査ポイントＰを電子線スポット位置１２ａに移動させるためのφステージ５１及びθステージ５２のそれぞれの回転向きと回転角度を演算し、これら演算した回転向きと回転角度に基づいて、φステージ５１及びθステージ５２のそれぞれの回転駆動を制御する。この制御によって、φステージ５１に載置されたウェーハＷの検査ポイントＰが電子線スポット位置１２ａに移動される。検査ポイントＰは、ウェーハＷ上に１箇所以上設けられる。検査ポイントＰに対する撮像範囲（撮像視野）は、例えば、２５μｍ角程度にすることができるが、これに限定されない。ステージ装置５０の分解能は、撮像視野よりも小さい分解能を有している。

図３に示すように、θステージ５２の回転に伴い旋回（移動）するφステージ５１の回転中心Ｏφ（φ回転軸部５１ｂの中心）が描く円軌道Ｓφ上に電子線スポット位置（処理位置）１２ａが配置されている。
ウェーハＷの全面を検査できるように、円軌道Ｓφの直径がウェーハＷの回転半径以上になるように、θステージ５２の大きさ（直径）とφ回転軸部５１ｂの回転中心Ｏφの位置（取付位置）とが設定されている。

なお、φステージ５１の上に、図示しないウェーハ支持台を設けてもよい。該ウェーハ支持台は、φステージ５１の回転中心ＯφとウェーハＷの中心とが一致するように、ウェーハＷを支持可能な構成とすることができる。

図４は、実施の形態（１）に係る処理装置１の真空チャンバ３０周辺部分の断面斜視図である。
真空チャンバ３０はフレーム４０の上に設置され、真空チャンバ３０の底面に開口部３０ａが形成され、真空チャンバ３０内にステージ装置５０の一部が配設されている。真空チャンバ３０の形状は、横断面が円形形状のもの、例えば、円柱形状などが好ましい。真空チャンバ３０の横断面を円形形状とすることにより、局部的に高い応力が加わる応力集中を少なくすることができ、１０^−５Ｐａ以下の超高真空が必要な場合でもチャンバの変形防止効果を高めることができる。なお、真空チャンバ３０の形状は、角柱形状など、他の形状であってもよい。

ステージ装置５０は、φステージ５１とθステージ５２とを備えている。
φステージ５１は、載置ステージ５１ａと、φ回転軸部５１ｂとを含んで構成されている。θステージ５２の上面部より上に配置された載置ステージ５１ａと、φ回転軸部５１ｂの上端部分とが真空チャンバ３０内（真空側）に配置されている。
θステージ５２は、支持ステージ５２ａと、θ回転軸部５２ｂとを含んで構成されている。支持ステージ５２ａの上面部が真空チャンバ３０の開口部３０ａ又はその近傍（真空側）に配置されているが、支持ステージ５２ａの上面部の位置は、この形態に限定されない。

真空チャンバ３０の開口部３０ａ外側（大気側）には、磁気シールユニット５４が配設され、磁気シールユニット５４にθステージ５２が挿着されている。
磁気シールユニット５４は、「真空シール部」の一例であり、θステージ５２を回動可能に支持する軸受と、永久磁石と、永久磁石に捕捉されて、θステージ５２の周囲の空間を密封する磁性流体とを含んで構成され（いずれも図示せず）、開口部３０ａからの気体などの移動を阻止し、真空チャンバ３０内の真空状態を維持する機能を備えている。

φステージ５１のφ回転軸部５１ｂは、θステージ５２の支持ステージ５２ａに挿着されている。θステージ５２の軸挿通口５１ｄの外側（大気側）には、磁気シールユニット５５が配設され、磁気シールユニット５５にφ回転軸部５１ｂが挿着されている。
磁気シールユニット５５は、φ回転軸部５１ｂを回動可能に支持する軸受と、永久磁石と、永久磁石に捕捉されて、φ回転軸部５１ｂの周囲の空間を密封する磁性流体とを含んで構成され（いずれも図示せず）、軸挿通口５１ｄからの気体の移動を阻止し、真空チャンバ３０内の真空状態を維持する機能を備えている。

磁気シールユニット５４、５５には、市販の真空シール（磁性流体シール）を用いることができるので、真空チャンバ３０内の真空状態の維持機能と、大気側から真空側への回転運動の導入機能とを安価に実現することが可能となっている。磁気シールユニット５４、５５以外の他の真空シールを用いてもよい。

また、θステージ５２の底面とフレーム４０との間には、θステージ５２を回動可能に支持するための軸受部材５６を設けてもよい。軸受部材５６には、例えば、空気層を介した非接触状態でθステージ５２を回動可能な状態で支持することができるエアベアリングを用いることができる。

処理装置１によれば、φステージ５１を回転させる駆動モータ５１ｃ、及びθステージ５２を回転させる駆動モータ５２ｃ（駆動源）が、真空チャンバ３０の外部（大気側）に配置されている。これにより、これら駆動モータ５１ｃ、５２ｃからの磁場や電磁波が、真空チャンバ３０内の電子線の軌道に及ぼす影響を避けることが可能となる。また、これら駆動モータ５１ｃ、５２ｃから発生する熱が、真空チャンバ３０内のφステージ５１などに伝達され、熱膨張などに起因する位置ずれなどを防止することが可能となる。

ステージ装置５０によれば、真空チャンバ３０内に配置されるステージ機構部分の小型化と薄型化を図ることが可能となる。したがって、真空チャンバ３０の容積も小さく（小型化及び薄型化）することが可能となり、真空チャンバ３０の製作コストも抑えることができる。

真空チャンバ３０の容積を小さくできることにより、所定の真空度に到達させるまでの時間を短縮することが可能となり、真空ポンプの能力を上げなくても作業効率を高めることができる。さらに、小型化により真空チャンバ３０の剛性を高めることも可能になるので、真空状態でのチャンバの変形を防止する効果を高めることができ、ステージ機構部分の位置ずれなども防止することができる。

図５は、実施の形態（１）に係るステージ装置５０による位置決め動作を説明するための図である。
図５（ａ）は、位置決め動作を開始する前の状態の一例を示している。φステージ５１の回転中心Ｏφと、ウェーハＷの中心座標とが一致するように、ウェーハＷがφステージ５１の上に載置されている。また、図５（ａ）の例では、電子線スポット位置１２ａに、φステージ５１の回転中心Ｏφが位置している状態となっている。電子線スポット位置１２ａは、ここでは固定されている。φステージ５１の回転中心Ｏφは、θステージ５２の回転に伴い、円軌道Ｓφ上を移動するようになっている。検査ポイントＰは、ウェーハＷ上に１箇所以上設けられる。

第１ステップとして、φステージ５１を左回転方向に角度θ１回転させ、図５（ｂ）に示すように、ウェーハＷ上の検査ポイントＰを、θステージ５２の回転に伴い、φステージ５１の回転中心Ｏφが描く円軌道Ｓφ上に移動させる。

角度θ１の算出方法の一例として次の方法が適用できる。まず、ウェーハＷ上の検査ポイントＰの座標とウェーハＷの中心（φステージ５１の回転中心Ｏφ）座標（ウェーハ座標）を、例えば、θステージ５２の回転中心Ｏθを基準とするステージ座標に変換する。次に、φステージ５１の回転に伴い移動する検査ポイントＰが描く円軌道ＳＰと、φステージ５１上の円軌道Ｓφとの交点座標Ｐ１、Ｐ２を求める。この交点座標は２箇所求められる。検査ポイントＰと回転中心Ｏφと各交点Ｐ１、Ｐ２とのなす角度をそれぞれ求め、求めた角度を比較して、小さい角度の方を、実際に回転させる角度θ１として決定する。

第２ステップとして、図５（ｃ）に示すように、θステージ５２を右回転方向に角度θ２回転させて、円軌道Ｓφ上に位置させた検査ポイントＰを、円軌道Ｓφ上にある電子線スポット位置１２ａの座標に移動させる。
角度θ２の算出方法の一例として次の方法が適用できる。第１ステップで求めた角度θ１に対応する交点座標Ｐ１と、θステージ５２の回転中心Ｏθと、電子線スポット位置１２ａの座標とのなす角度（１８０°以下の角度となる）を求め、この角度を実際に回転させる角度θ２として決定する。

なお、図５（ａ）に示した位置決め動作を開始する前の状態で、角度θ１と角度θ２とをそれぞれ演算して求めておいてもよい。
また、別の位置決め動作として、図５（ａ）に示した位置決め動作を開始する前の状態で、角度θ１と角度θ２とを演算し、第１ステップで、θステージ５２を右回転方向に角度θ２回転させて、φステージ５１の回転に伴い移動する検査ポイントＰが描く円軌道ＳＰが電子線スポット位置１２ａと重なるように移動させる。次の第２ステップで、φステージ５１を左回転方向に角度θ１回転させて、検査ポイントＰを、円軌道Ｓφ上にある電子線スポット位置１２ａの座標に移動させるようにしてもよい。

また、図５（ａ）に示した位置決め動作を開始する前の状態で、角度θ１と角度θ２とを算出し、上記した第１ステップと第２ステップの動作を略同時に実行してもよい。この方法によれば、位置決め時間の更なる短縮化を図ることが可能となる。

また、図５（ａ）に示したように、電子線スポット位置１２ａとφステージ５１の回転中心Ｏφの位置とが重なる箇所をφステージ５１の回転駆動の基準位置（初期位置）としてもよい。この方法によれば、θステージ５２の回転量（円軌道Ｓφ上に位置させた検査ポイントＰの移動量）を減らすことができ、位置決め動作の高速化と更なる省スペース化とを図ることが可能となる。

また、図５（ａ）に示した状態から図５（ｃ）に示した状態に検査ポイントＰの位置決めを行った場合、ウェーハＷの角度が変化することになるが、この場合、例えば、図５（ｃ）に示した状態において、（θ１−θ２）の角度だけ撮像視野の回転補正処理などを行うことにより、画像の向きを所定の向きに補正することが可能である。

図６は、実施の形態（１）に係る処理装置１におけるステージ制御部５３の行う処理動作の一例を示したフローチャートである。
ステップＳ１では、ウェーハＷ上の検査ポイントＰの座標（ウェーハ座標）を、θステージ５２の回転中心Ｏθを基準とするステージ座標に変換し、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、φステージ５１の回転角θ１、すなわち、ウェーハＷ上の検査ポイントＰを、θステージ５２上で描かれる円軌道Ｓφ上に位置させるための回転角を演算し、その後ステップＳ３に進む。回転角θ１の算出方法は、上述した方法などを採用することができる。

ステップＳ３では、θステージ５２の回転角θ２、すなわち、円軌道Ｓφ上に位置させた検査ポイントＰを、円軌道Ｓφ上にある電子線スポット位置１２ａの座標に移動させるための回転角を演算し、その後ステップＳ４に進む。回転角θ２の算出方法は、上述した方法などを採用することができる。

ステップＳ４では、駆動モータ５１ｃを制御し、φステージ５１を回転角θ１回転させ、ウェーハＷ上の検査ポイントＰを、θステージ５２上に描かれる円軌道Ｓφ上に位置させる処理を行い、その後ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、駆動モータ５２ｃを制御し、θステージ５２を回転角θ２回転させ、円軌道Ｓφ上に位置させた検査ポイントＰを、円軌道Ｓφ上にある電子線スポット位置１２ａの座標に位置させる処理を行い、その後ステップＳ６に進む。なお、ステップＳ４とＳ５の処理の順序を入れ替えてもよいし、ステップＳ４とＳ５の処理を略同時に行ってもよい。

ステップＳ６では、次の検査ポイントＰが有るか否かを判断し、次の検査ポイントＰが有ると判断すればステップＳ１に戻り、処理を繰り返す一方、次の検査ポイントＰが無い（検査終了）と判断すればその後処理を終える。
なお、ステップＳ１に戻り、次の検査ポイントＰの検査を行う場合、φステージ５１の回転中心Ｏφの位置を、電子線スポット位置１２ａ（図５（ａ）の状態）まで戻してから、次の検査ポイントＰの座標変換処理を行ってもよい。また、図５（ｃ）の状態から、次の検査ポイントＰの座標変換処理を行ってもよい。

実施の形態（１）に係るステージ装置５０によれば、θステージ５２の上に、φステージ５１が回転可能な状態で支持された、２軸回転ステージ機構が構成されているので、従来の直動機構を備えたステージと比較して、省スペースでコンパクトな構成とすることができる。

また、φステージ５１とθステージ５２との回転駆動の組み合わせにより、検査ポイントＰを電子線スポット位置１２ａに移動させるので、検査ポイントＰを電子線スポット位置１２ａまで移動させる際の距離を短くすることができ、位置決め時間の短縮化を図ることができる。
また、従来の直動機構を備えたステージと比較して、ステージの重心位置の移動が少なく、また、一定の軌道上を重心位置が移動するので、ステージの移動に伴い発生する振動を抑制することができ、制振対策も容易となる。よって、低コストで高性能化・高速化を図ることができる。

また、ステージ装置５０によれば、ステージ制御部５３が、φステージ５１を回転させる向き及び角度θ１と、θステージ５２を回転させる向き及び角度θ２とを演算する処理機能を備えているので、これら演算した向き及び角度に基づいて、φステージ５１とθステージ５２との回転駆動を効率良く制御することができる。

実施の形態（１）に係る処理装置１によれば、真空チャンバ３０の内部に、φステージ５１が配置され、真空チャンバ３０の開口部３０ａ又はその近傍（真空側）に、θステージ５２の上面部が配置され、真空チャンバ３０の外部（大気側）に、φステージ５１の駆動モータ５１ｃとθステージ５２の駆動モータ５２ｃとが配置されている。
したがって、真空チャンバ３０の内部（真空側）に配置する部品（真空対応の部品）を減らすことができ、装置の低コスト化を図ることができるとともに、真空チャンバ３０の小型化も図ることができる。

また、真空チャンバ３０の内部で、駆動モータ５１ｃ、５２ｃに起因する磁場（磁気）の発生を阻止することができ、また、駆動モータ５１ｃ、５２ｃの発熱に起因する真空チャンバ３０の内部での放熱対策が不要になるので、走査型電子顕微鏡を備えた検査装置を低コストで実現することができる。

また、ステージ装置５０を用いた位置決め方法によれば、θステージ５２の上に、回転可能なφステージ５１が回転可能な状態で支持された、２軸回転ステージ機構を用い、φステージ５１及びθステージ５２の回転角度を演算し、これら演算した回転角度に基づいて、φステージ５１及びθステージ５２の回転駆動を制御するので、検査時間の短縮化を図ることができる。

図７は、実施の形態（２）に係る処理装置１Ａの真空チャンバ３０Ａ周辺の概略断面図である。なお、実施の形態（１）に係る処理装置１及びステージ装置５０と同一機能を有する構成部品には、同一符号を付し、ここではその説明を省略する。

真空チャンバ３０Ａが基台４１の上に設置され、真空チャンバ３０Ａの底面に開口部３０ｂが形成され、真空チャンバ３０Ａ内にステージ装置５０Ａの一部が配設されている。
ステージ装置５０Ａは、φステージ５１Ａ、θステージ５２Ａの他に、さらに、ピエゾステージ５７を備えている。

ステージ装置５０Ａを構成するφステージ５１Ａ、及びθステージ５２Ａによる位置決め動作は、基本的に実施の形態（１）に係るステージ装置５０を構成するφステージ５１、及びθステージ５２と同じであるため、ここではその説明を省略する。また、φステージ５１Ａ及びθステージ５２Ａの回転駆動、並びにピエゾステージ５７の鉛直方向（以下、Ｚ軸方向という）への駆動は、ステージ制御部５３Ａによりそれぞれ制御される。

φステージ５１Ａは、載置ステージ５１ｅ、φ回転軸部５１ｆ、及び駆動モータ５１ｇを含んで構成されている。φ回転軸部５１ｆの上端に載置ステージ５１ｅが取り付けられ、φ回転軸部５１ｆの下端に駆動モータ５１ｇが取り付けられている。

ピエゾステージ５７は、本発明に係る「第１の微動ステージ」の一例であり、載置ステージ５１ｅの上面に配置され、ウェーハＷをＺ軸方向に移動させるためのステージ機構である。ピエゾステージ５７は、圧電素子（ピエゾ素子）からなる可動部を含んで構成され、圧電素子に駆動電圧を与えることにより、圧電素子を変位させ、該圧電素子に取り付けられたウェーハテーブル５１ｈをＺ軸（上下）方向に移動させることが可能となっている。Ｚ軸方向の移動量は、特に限定されないが、例えば、１００μｍ程度の移動制御が可能となっている。

θステージ５２Ａは、支持ステージ５２ｅ、θ回転軸部５２ｆ、及び駆動モータ５２ｇを含んで構成されている。開口部３０ｂにθ回転軸部５２ｆが挿通され、θ回転軸部５２ｆの上端に支持ステージ５２ｅが取り付けられ、θ回転軸部５２ｆの下端に駆動モータ５２ｇが取り付けられている。

すなわち、真空チャンバ３０Ａの開口部３０ｂに、θ回転軸部５２ｆがθ軸磁気シール（第２の真空シール部）５４ａを介して回動自在に挿着され、真空チャンバ３０Ａの外部に、開口部３０ｂを通したθ回転軸部５２ｆと、駆動モータ５２ｇとが配置されている。

θ回転軸部５２ｆには、水平方向に張り出した張出部５２ｊが設けられている。張出部５２ｊは、例えば、平面視略円板状に形成されている。また、θ回転軸部５２ｆには、空洞部５２ｉに通じる中空部５２ｋが形成され、駆動モータ５１ｇのケーブルなどを通せるようになっている。

支持ステージ５２ｅは、その上面に孔部５２ｈ、内部に空洞部５２ｉを備えている。
孔部５２ｈに、φ回転軸部５１ｆがφ軸磁気シール（第１の真空シール部）５５ａを介して回動自在に挿着されている。空洞部５２ｉに、駆動モータ５１ｇと、カウンターウェイト５８とが配設されている。

カウンターウェイト５８は、φステージ５１Ａの旋回によるモーメントと同じ負荷となるように、換言すれば、θステージ５２Ａの回転中心に重心を位置させるように、その取り付け位置、重量、形状などが設計されている。
カウンターウェイト５８は、支持ステージ５２ｅと一体に形成されてもよく、また、支持ステージ５２ｅと別体で構成されてもよい。

基台４１の下側に、空気層を介して張出部５２ｊを回動自在に支持する回動支持部５９が取り付けられている。回動支持部５９には、一例として、エアベアリング５９ａを用いた機構が適用され得る。例えば、張出部５２ｊの上面、下面、外周側面の３方向に配置したエアベアリング５９ａを枠材（図示せず）などで保持した機構が採用され得る。

エアベアリング５９ａは、片面が多孔質に形成され、該多孔質から送り出される空気により、張出部５２ｊとの間に空気層を形成し、張出部５２ｊを浮かせた状態にすることができる。浮かせる量は、サブミクロンオーダーで制御可能になっている。回動支持部５９により、θステージ５２Ａを上から吊り下げた形態で支持することが可能となっている。
基台４１の下部には、回動支持部５９を囲うようにフレーム４２が設置されている。

上記実施の形態（２）に係る処理装置１Ａによれば、真空チャンバ３０Ａの外部、すなわち大気側に、駆動モータ５２ｇが配置され、支持ステージ５２ｅの空洞部５２ｉ、すなわち大気側に、駆動モータ５１ｇが配置されている。したがって、真空チャンバ３０Ａの内部、すなわち真空側に配置する部品（真空対応の部品）を減らすことができ、装置の低コスト化を図ることができる。

また、真空チャンバ３０Ａの内部での駆動モータ５１ｇと駆動モータ５２ｇに起因する磁場（磁気）の発生を阻止することができる。
また、真空チャンバ３０Ａの内部での放熱対策が不要になるので、電子線などの荷電粒子線を用いるものである場合に適した処理装置１Ａを低コストで実現することができる。

また、支持ステージ５２ｅの空洞部５２ｉに、カウンターウェイト５８が配設されているので、θステージ５２Ａの回転中心に重心を位置させることが可能となり、前記重心が偏心している状態での回転による振動の発生や、φステージ５１Ａの旋回に伴う慣性力の発生を防止でき、高速でも安定した回転と停止動作を行うことが可能になる。

また、エアベアリング５９ａを用いた回動支持部５９により、張出部５２ｊが、空気層を介して、すなわち浮いた状態で回動自在に支持されているため、駆動モータ５２ｇによってθ回転軸部５２ｆと支持ステージ５２ｅとをスムーズに回転させることができる。

また、載置ステージ５１ｅに、ウェーハＷをＺ軸方向に移動させるためのピエゾステージ５７を備えているので、ウェーハＷのＺ軸（上下）方向の微動調整を直接的に行うことができ、Ｚ軸（上下）方向への高精度の位置調整が可能となる。

図８は、実施の形態（３）に係る処理装置の真空チャンバ周辺の概略断面図である。なお、実施の形態（２）に係る処理装置１Ａと同一機能を有する構成部品には、同一符号を付し、ここではその説明を省略する。

実施の形態（３）に係る処理装置１Ｂが、実施の形態（２）に係る処理装置１Ａと相違する主な点は、ピエゾステージ５７Ａの設置箇所である。実施の形態（２）に係る処理装置１Ａでは、ピエゾステージ５７がφステージ５１Ａに設けられている。

係る構成の場合、ピエゾステージ５７が、載置ステージ５１ｅの上面に設置されているので、φステージ５１Ａの重量が大きくなり、駆動モータ５１ｇにかかる負荷も大きくなるとともに、カウンターウェイト５８も重くなる。さらに、ピエゾステージ５７が真空チャンバ３０Ａ内で真空にさらされるため、真空環境に対応した部品で構成する必要がある。

そこで、実施の形態（３）に係る処理装置１Ｂでは、真空チャンバ３０Ａの外部である、基台４１と回動支持部５９との間に、θステージ５２ＢをＺ軸（上下）方向に移動させるためのピエゾステージ５７Ａを備えている。ピエゾステージ５７Ａが、本発明に係る「第２の微動ステージ」の一例である。

ステージ装置５０Ｂは、φステージ５１Ｂ、θステージ５２Ｂの他に、上記したピエゾステージ５７Ａを備えている。φステージ５１Ｂは、載置ステージ５１ｅ、φ回転軸部５１ｆ、及び駆動モータ５１ｇを含んで構成されている。θステージ５２Ｂは、支持ステージ５２ｅ、θ回転軸部５２ｆ、及び駆動モータ５２ｇを含んで構成されている。

ステージ装置５０Ｂを構成するφステージ５１Ｂ、及びθステージ５２Ｂによる位置決め動作は、基本的に実施の形態（１）に係るステージ装置５０を構成するφステージ５１、及びθステージ５２と同じであるため、ここではその説明を省略する。また、φステージ５１Ｂ及びθステージ５２Ｂの回転駆動、並びにピエゾステージ５７ＡのＺ軸方向への駆動は、ステージ制御部５３Ｂによりそれぞれ制御されるようになっている。

真空チャンバ３０Ａの開口部３０ｂに、θ回転軸部５２ｆがθ軸磁気シール５４ａを介して回動自在に挿着され、真空チャンバ３０Ａの外部に、開口部３０ｂを通したθ回転軸部５２ｆと、駆動モータ５２ｇとが配置されている。θ回転軸部５２ｆには、水平方向に張り出した張出部５２ｊが設けられ、また、空洞部５２ｉに通じる中空部５２ｋが形成されている。

支持ステージ５２ｅは、その上面に孔部５２ｈ、内部に空洞部５２ｉを備えている。孔部５２ｈに、φ回転軸部５１ｆがφ軸磁気シール５５ａを介して回動自在に挿着されている。空洞部５２ｉに、駆動モータ５１ｇと、カウンターウェイト５８Ａとが配設されている。

カウンターウェイト５８Ａは、φステージ５１Ａの旋回によるモーメントと同じ負荷となるように、換言すれば、θステージ５２Ａの回転中心に重心を位置させるように、その取り付け位置、重量、形状などが設計されている。カウンターウェイト５８Ａは、支持ステージ５２ｅと一体に形成されてもよく、また、支持ステージ５２ｅと別体で構成されてもよい。

基台４１の下側に、ピエゾステージ５７Ａが配設されており、ピエゾステージ５７Ａの下側の圧電素子（ピエゾ素子）面に、空気層を介して張出部５２ｊを回動自在に支持する回動支持部５９が取り付けられている。

回動支持部５９には、一例として、エアベアリング５９ａを用いた機構が適用され得る。例えば、張出部５２ｊの上面、下面、外周側面の３方向に配置したエアベアリング５９ａを枠材（図示せず）などで保持した機構が採用され得る。回動支持部５９により、θステージ５２Ｂを上から吊り下げた形態で支持することが可能となっている。

ピエゾステージ５７Ａは、圧電素子（ピエゾ素子）からなる可動部を含んで構成され、圧電素子に駆動電圧を与えることにより、圧電素子を変位させ、該圧電素子に取り付けられた回動支持部５９をＺ軸（上下）方向に移動させることが可能となっている。

すなわち、ピエゾステージ５７Ａの可動部がＺ軸方向に変位すると、回動支持部５９がＺ軸方向に移動するとともに、空気層を介してθ回転軸部５２ｆ及び支持ステージ５２ｅもＺ軸方向に移動する。その結果、支持ステージ５２ｅに取り付けられたφステージ５１ＢもＺ軸方向に移動することとなり、載置ステージ５１ｅ上のウェーハＷをＺ軸方向に移動させることが可能となっている。Ｚ軸方向の移動量は、特に限定されないが、例えば、１００μｍ程度の移動制御が可能となっている。

また、基台４１の下部には、回動支持部５９を囲うようにフレーム４２が設置されている。フレーム４２とエアベアリング５９ａとの間に、ピエゾステージ５７Ａの駆動によりＺ軸方向に移動する回動支持部５９の荷重を受けるための弾性部材（図示せず）を配設してもよい。前記弾性部材には、例えば、高強度ばね材などを用いることができる。

実施の形態（３）に係る処理装置１Ｂによれば、上記処理装置１Ａと略同様の効果を得ることができる。さらに、真空チャンバ３０Ａの外部である、基台４１と回動支持部５９との間に、ピエゾステージ５７Ａが設けられているので、上記処理装置１Ａと比べて、φステージ５１Ｂの重量を小さくでき、駆動モータ５１ｇにかかる負荷も小さくすることができる。それとともに、カウンターウェイト５８も軽くすることができる。さらに、ピエゾステージ５７Ａは真空チャンバ３０Ａの外部（大気側）に設けられるので、真空環境に対応した部品で構成する必要がなく、部品コストを抑えることができる。

図９は、実施の形態（４）に係る処理装置の真空チャンバ周辺の概略断面図である。なお、実施の形態（２）に係る処理装置１Ａと同一機能を有する構成部品には、同一符号を付し、ここではその説明を省略する。

実施の形態（４）に係る処理装置１Ｃが、実施の形態（２）に係る処理装置１Ａと相違する主な点は、φステージ５１Ｃの構成にある。実施の形態（２）に係る処理装置１Ａでは、φステージ５１Ａの載置ステージ５１ｅがφ回転軸部５１ｆに取り付けられている。
そして、φステージ５１Ａが、φステージ５１Ａの回転中心上（この場合、φ回転軸部５１ｆの回転中心上）に、ウェーハＷの中心を位置させるように構成されている。

一方、実施の形態（４）に係る処理装置１Ｃでは、φステージ５１Ｃを構成する載置ステージ５１ｉとφ回転軸部５１ｆとの間に、φ回転軸部５１ｆ上端から斜め上方に向けて延設されたアーム部５１ｊが設けられている。アーム部５１ｊにより、φステージ５１Ｃが、φステージ５１Ｃの回転中心Ｏφ（φ回転軸部５１ｆの中心）とは異なる位置にウェーハＷの中心を位置させる構成となっている。換言すれば、φ回転軸部５１ｆを中心にして、載置ステージ５１ｉを旋回させる構成となっている。

ステージ装置５０Ｃは、φステージ５１Ｃ、θステージ５２Ｃの他に、さらに、ピエゾステージ５７を備えている。

φステージ５１Ｃは、載置ステージ５１ｉ、アーム部５１ｊ、φ回転軸部５１ｆ、及び駆動モータ５１ｇを含んで構成されている。φ回転軸部５１ｆの上端にアーム部５１ｊの一端が取り付けられ、アーム部５１ｊの他端に載置ステージ５１ｉが取り付けられ、φ回転軸部５１ｆの下端に駆動モータ５１ｇが取り付けられている。

ピエゾステージ５７は、ウェーハＷをＺ軸方向に移動させるためのステージ機構であり、載置ステージ５１ｉの上面に配置されている。ピエゾステージ５７によりウェーハテーブル５１ｈをＺ軸（上下）方向に移動させることが可能となっている。Ｚ軸方向の移動量は、特に限定されないが、例えば、１００μｍ程度の移動制御が可能となっている。

θステージ５２Ｃは、θステージ５２Ａと略同様の構成であるので、ここではその説明を省略する。なお、φステージ５１Ｃ及びθステージ５２Ｃの回転駆動、並びにピエゾステージ５７の鉛直方向（以下、Ｚ軸方向という）への駆動は、ステージ制御部５３Ｃによりそれぞれ制御される。

図１０は、実施の形態（４）に係るステージ装置の位置決め動作を説明するための図である。図１０（ａ）は、位置決め動作を開始する前の状態の一例を示している。φステージ５１Ｃの回転中心Ｏφとは異なる位置に、ウェーハＷの中心が位置するように、ウェーハＷがφステージ５１Ｃの載置ステージ５１ｉ（ウェーハテーブル５１ｈ）上に載置されている。

φステージ５１Ｃの回転中心Ｏφは、θステージ５２Ｃの回転に伴い、円軌道Ｓφ上を移動するようになっている。電子線スポット位置１２ａは、円軌道Ｓφ上に位置し、ここでは固定されている。また、検査ポイントＰは、ウェーハＷ上に１箇所以上設けられる。

第１ステップとして、回転中心Ｏφを中心にφステージ５１Ｃを角度θ３だけ左方向に回転させて、図１０（ｂ）に示すように、ウェーハＷ上の検査ポイントＰを円軌道Ｓφ上に移動させる。

第２ステップとして、図１０（ｂ）に示すように、θステージ５２Ｃを、この場合、右方向に角度θ４回転させて、円軌道Ｓφ上に位置させた検査ポイントＰを、円軌道Ｓφ上にある電子線スポット位置１２ａの座標に移動させる。

なお、図１０（ａ）に示した位置決め動作を開始する前の状態で、角度θ３と角度θ４とをそれぞれ演算し、上記した第１ステップと第２ステップの動作を略同時に実行してもよい。

上記実施の形態（４）に係る処理装置１Ｃによれば、上記処理装置１Ａと略同様の効果を得ることができる。さらに、φステージ５１Ｃの回転中心Ｏφと、ウェーハＷの中心位置とが異なっているので、φステージ５１Ｃの回転中心Ｏφを軸にして、ウェーハＷが載置されたウェーハテーブル５１ｈを回転させることにより、少しの回転量で、ウェーハＷ（ウェーハテーブル５１ｈ）を大きく動かすことが可能となり、位置決めの高速化を図ることができる。

さらに、図１０に示したように、φステージ５１Ｃの回転中心ＯφとウェーハＷの中心との距離がウェーハＷの半径よりも大きくなるように（換言すれば、回転中心Ｏφが、ウェーハＷの全体とずれた位置となるように）、φステージ５１Ｃの回転中心ＯφとウェーハＷの中心との位置が設定されているので、ウェーハＷ上であれば、どの検査ポイントＰでも、少しの回転量でウェーハＷを大きく動かすことができる。

図１１は、実施の形態（５）に係る処理装置の真空チャンバ周辺の概略断面図である。なお、実施の形態（４）に係る処理装置１Ｃと同一機能を有する構成部品には、同一符号を付し、ここではその説明を省略する。

実施の形態（５）に係る処理装置１Ｄが、実施の形態（４）に係る処理装置１Ｃと相違する主な点は、φステージ５１Ｄの構成にある。実施の形態（４）に係る処理装置１Ｃでは、φステージ５１Ｃの載置ステージ５１ｉとφ回転軸部５１ｆとの間にアーム部５１ｊが設けられている。

一方、実施の形態（５）に係る処理装置１Ｄでは、φステージ５１Ｄが、φステージ５１Ｄの回転中心Ｏφとは異なる位置にウェーハＷの中心を位置させるように構成されている点は、φステージ５１Ｃと同様に構成され、さらに、載置ステージ５１ｋ上に、ウェーハテーブル５１ｈ及びピエゾステージ５７などに対するカウンターウェイト５１ｍが配設されている。

実施の形態（５）に係るステージ装置５０Ｄの位置決め動作は、図１０を用いて説明した実施の形態（４）に係るステージ装置５０Ｃの位置決め動作と同様であるので、ここではその説明を省略する。なお、φステージ５１Ｄ及びθステージ５２Ｄの回転駆動、並びにピエゾステージ５７の鉛直方向（以下、Ｚ軸方向という）への駆動は、ステージ制御部５３Ｄによりそれぞれ制御される。

実施の形態（５）に係る処理装置１Ｄによれば、上記処理装置１Ｃと略同様の効果を得ることができる。さらに、φステージ５１Ｄに、カウンターウェイト５１ｍが設けられているので、φステージ５１Ｄの回転中心Ｏφに重心を確実に位置させることができ、前記重心が偏心している状態での回転による振動やウェーハテーブル５１ｈの旋回に伴う慣性力の発生を防止でき、高速でも安定した回転と停止動作を行うことができる。
なお、実施の形態（４）に係るステージ装置５０Ｃ、実施の形態（５）に係るステージ装置５０Ｄでは、ピエゾステージ５７を設けているが、ピエゾステージ５７を設けない構成としてもよい。また、ピエゾステージ５７に代えて、ステージ装置５０Ｂが装備しているピエゾステージ５７Ａを設けてもよい。

以上、本発明の実施の形態を詳細に説明したが、上記説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく、種々の改良、変更、又は構成の組み合わせが可能であることは言うまでもない。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 処理装置
１０ 鏡筒部
１１ 電子銃
１２ １次電子
１２ａ 電子線スポット位置
１３ 集束レンズ
１４ Ｘ偏向器
１５ Ｙ偏向器
１６ 対物レンズ
１７ ２次電子
２０ ２次電子検出部
２１ レンズ制御部
２２ 画像処理部
２３ 偏向制御部
２４ システム制御部
３０、３０Ａ 真空チャンバ
３０ａ、３０ｂ 開口部
４０、４２ フレーム
４１ 基台
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ ステージ装置
５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ φステージ
５１ａ、５１ｅ、５１ｉ、５１ｋ 載置ステージ
５１ｂ、５１ｆ φ回転軸部
５１ｃ、５１ｇ 駆動モータ
５１ｄ 軸挿通口
５１ｈ ウェーハテーブル
５１ｊ アーム部
５１ｍ カウンターウェイト
５２、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ θステージ
５２ａ、５２ｅ 支持ステージ
５２ｂ、５２ｆ θ回転軸部
５２ｃ、５２ｇ 駆動モータ
５２ｈ 孔部
５２ｉ 空洞部
５２ｊ 張出部
５２ｋ 中空部
５３、５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ ステージ制御部
５４、５５ 磁気シールユニット
５４ａ θ軸磁気シール
５５ａ φ軸磁気シール
５６ 軸受部材
５７ ピエゾステージ（第１の微動ステージ）
５７Ａ ピエゾステージ（第２の微動ステージ）
５８、５８Ａ カウンターウェイト
５９ 回動支持部
５９ａ エアベアリング
Ｐ 検査ポイント
Ｏφ φステージの回転中心
Ｏθ θステージの回転中心
Ｓφ 回転中心Ｏφが描く円軌道
ＳＰ 検査ポイントＰが描く円軌道

Claims (17)

1. 被処理体を所定の処理位置に移動させるためのステージ装置であって、
   前記被処理体が載置される第１の回転ステージと、
   該第１の回転ステージを回転可能な状態で支持する第２の回転ステージと、
   前記第１の回転ステージ及び前記第２の回転ステージの回転駆動を制御する制御部とを備え、
   前記１の回転ステージの回転中心が、前記第２の回転ステージの回転中心から偏心した位置に設けられ、
   前記第２の回転ステージの回転に伴い、前記第１の回転ステージの回転中心が描く円軌道上に前記処理位置が配置され、
   前記制御部が、
   前記第１の回転ステージに載置された前記被処理体の被処理箇所を、前記円軌道上の前記処理位置に移動させるように、前記第１の回転ステージ及び前記第２の回転ステージの回転駆動を制御するものであることを特徴とするステージ装置。
2. 前記円軌道の直径が前記被処理体の回転半径以上になるように、前記第２の回転ステージの大きさ及び前記第１の回転ステージの回転中心の位置が設定されていることを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
3. 前記第１の回転ステージが、該第１の回転ステージの回転中心上に前記被処理体の中心を位置させるように構成されていることを特徴とする請求項２記載のステージ装置。
4. 前記第１の回転ステージが、該第１の回転ステージの回転中心とは異なる位置に前記被処理体の中心を位置させるように構成されていることを特徴とする請求項２記載のステージ装置。
5. 前記第１の回転ステージの回転中心と前記被処理体の中心との距離が、前記被処理体の半径よりも大きくなるように、前記第１の回転ステージの回転中心と前記被処理体の中心との位置が調整されていることを特徴する請求項４記載のステージ装置。
6. 前記第１の回転ステージに第１のカウンターウェイトが設けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のステージ装置。
7. 前記制御部が、
   前記第１の回転ステージを回転させる角度と、前記第２の回転ステージを回転させる角度とを演算する手段を備え、
   前記第１の回転ステージを回転させる角度が、
   前記第１の回転ステージに載置された前記被処理体の被処理箇所を、前記円軌道上に位置させるための角度であり、
   前記第２の回転ステージを回転させる角度が、
   前記円軌道上に位置させた前記被処理箇所を、前記処理位置に位置させるための角度であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のステージ装置。
8. 前記第１の回転ステージに、前記被処理体を鉛直方向に移動させるための第１の微動ステージを備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載のステージ装置。
9. 前記第２の回転ステージを鉛直方向に移動させるための第２の微動ステージを備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載のステージ装置。
10. 前記第２の回転ステージには、前記第１の回転ステージに対する第２のカウンターウェイトが設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載のステージ装置。
11. 前記第１の回転ステージが、載置ステージ、第１の回転軸部、及び第１の回転駆動部を備え、
    前記第２の回転ステージが、支持ステージ、第２の回転軸部、及び第２の回転駆動部を備え、
    前記支持ステージが、上面に孔部、内部に空洞部を備え、
    前記孔部に、前記第１の回転軸部がシール部を介して回動自在に挿着され、
    前記空洞部に、前記第１の回転駆動部と、前記第２のカウンターウェイトとが配設されていることを特徴とする請求項１０記載のステージ装置。
12. 請求項１〜１０のいずれかの項に記載のステージ装置を備えた処理装置であって、
    前記被処理体を処理する処理手段と、
    底面に開口部が形成された真空チャンバとを備え、
    前記開口部に、真空シール部を介して前記第２の回転ステージが回動自在に挿着され、
    前記真空チャンバの外部に、前記第１の回転ステージを回転駆動させる第１の回転駆動部と、前記第２の回転ステージを回転駆動させる第２の回転駆動部とが配置されていることを特徴とする処理装置。
13. 前記真空チャンバの前記開口部又はその近傍に、前記第２の回転ステージの上面部が配置されていることを特徴とする請求項１２記載の処理装置。
14. 請求項１〜７のいずれかの項に記載のステージ装置を備えた処理装置であって、
    前記被処理体を処理する処理手段と、
    底面に開口部が形成された真空チャンバと、
    該真空チャンバが設置される基台とを備え、
    前記第１の回転ステージが、載置ステージ、第１の回転軸部、及び第１の回転駆動部を備え、
    前記第２の回転ステージが、支持ステージ、張出部を有する第２の回転軸部、及び第２の回転駆動部を備え、
    前記支持ステージが、上面に孔部、内部に空洞部を備え、
    前記孔部に、前記第１の回転軸部が第１の真空シール部を介して回動自在に挿着され、
    前記空洞部に、前記第１の回転駆動部と、前記第１の回転ステージに対する第２のカウンターウェイトとが配設され、
    前記開口部に、前記第２の回転軸部が第２の真空シール部を介して回動自在に挿着され、
    前記真空チャンバの外部に、前記開口部から延出された前記第２の回転軸部と、前記第２の回転駆動部とが配置され、
    前記基台の下側に、空気層を介して前記張出部を回動自在に支持する回動支持部を備えていることを特徴とする処理装置。
15. 前記載置ステージに、前記被処理体を鉛直方向に移動させるための第１の微動ステージを備えていることを特徴とする請求項１４記載の処理装置。
16. 前記基台と前記回動支持部との間に、前記第２の回転ステージを鉛直方向に移動させるための第２の微動ステージを備えていることを特徴とする請求項１４記載の処理装置。
17. 前記処理手段が、荷電粒子線装置であることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかの項に記載の処理装置。

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