JP4067053B2 - 静電容量センサ式計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量センサを用いてターゲットの位置、形状などを計測する装置に関するものである。また、計測装置は、マスクやレチクルなどの原版のパターンを半導体ウエハやガラスプレートなどの基板もしくは立体物に転写する露光システム、さらに加工システムや半導体プロセスの処理システムに好適に応用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
試料（ターゲット）の位置や形状を精密に計測する方式の一つに、静電容量センサを用いたものがある。この方式は、センサプローブとターゲット間に生じる静電容量の大きさを検出することによって、センサプローブとターゲット間の距離を計測するものである。静電容量は交流インピーダンスとして検出される。具体的には、センサアンプから供給される微弱な交流電流を、センサプローブからターゲットに向かって流し込み、そのインピーダンスによる電圧降下を計測する場合が多い。センサプローブからターゲットに流れ込んだ電流は、通常システムの筐体アースと概ね同電位にした導体を通して、センサアンプのもう一方の端子に還流させる。通常、計測する静電容量はｐＦオーダの小さな値なので、浮遊容量の影響を受けやすい。そのため、センサアンプからセンサプローブまでの実装およびターゲットからのアースラインの実装は、浮遊容量の影響が少なくなるように電位を設定しているのが普通である。
【０００３】
静電容量センサは、十分インピーダンスが低いターゲットをアースに対して低インピーダンスで結合して使用するのが理想的である。そのため、ターゲットを載せる搭載台を導体で構成して、搭載台をアースに接続する構成がよく用いられる。
【０００４】
図１５は、静電容量センサを用いた従来例の測定装置の構成図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は要部側面図である。固定された静電容量センサを備え、ターゲットを搭載したステージを移動することにより複数の計測点を順次計測している。同図において、１２０ａ，１２０ｂは第１、第２センサプローブ、１２１ａ，１２１ｂは第１、第２センサアンプ、１２２はターゲット、１２３はセンサケーブル、１２４はコントローラ、１２５は金属製チャック、１２７は定盤（絶縁性の搭載台）、１２８は発振器をそれぞれ示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
静電センサの計測ターゲットが半導体などの場合には、ある程度大きな内部インピーダンスをもつ。さらに、アースに対して低インピーダンスで結合できない場合もありうる。そのような場合には、複数のセンサプローブから流れ出た交流電流が、共通インピーダンスであるところの、ターゲット内部インピーダンスおよびアースインピーダンスに流れ込むので、その部分の電圧降下により各センサ（センサはセンサアンプとセンサプローブにより構成される）に誤差が生じる。
【０００６】
図１６において、Ｚ３とＺ４が複数センサの共通インピーダンスとなるので、センサ電流による電圧降下分は、第１センサと第２センサがお互いに干渉を及ぼしあい、計測誤差となって現れる。
【０００７】
図１７を用いて、従来例の計測装置のセンサドライブ位相とアースインピーダンスに起因する計測誤差について説明する。第１センサプローブと第２センサプローブのドライブ電流位相は同一であるため、共通インピーダンスにはアース電流として概ね両方の電流の合計が流れ、それによる電圧降下が生じる。この電圧降下分は、そのままセンサアンプ１２１ａ，１２１ｂの端子間（Ｓ１０１とＳ１０２の間、Ｓ２０１とＳ２０２の間）に現れ、各センサの計測誤差となる。
【０００８】
本発明では、複数の静電容量センサを備えた計測装置における、共通インピーダンスによって発生する、もしくは静電界によるセンサ間の干渉による計測誤差を防止することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の計測装置は、静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材とを備え、前記センサプローブを複数個と、前記センサプローブに接続されその計測結果を出力するセンサアンプとを有し、前記センサアンプに備えられた第１端子と第２端子間で前記センサプローブを含む被計測系の回路を接続し、前記センサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する際、前記センサアンプから前記センサプローブに供給する交流電気信号の位相を、前記複数のセンサプローブのうちの少なくとも２個のセンサプローブ間で１８０度異ならせることを特徴とする
さらに、本発明の計測装置は、静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材とを備え、前記センサプローブを複数個と、前記センサプローブに接続されその計測結果を出力するセンサアンプとを有し、前記センサアンプに備えられた第１端子と第２端子間で前記センサプローブを含む被計測系の回路を接続し、前記センサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する際、前記センサアンプから前記センサプローブに供給する交流電気信号の位相を、前記複数のセンサプローブのうちの少なくとも３個のセンサプローブ間で１２０度異ならせることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態としては、静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、第１のセンサプローブと、第２のセンサプローブと、前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材と、前記センサプローブに接続し、計測結果を出力するセンサアンプとを備え、前記センサアンプは第１端子と第２端子をもち、前記第１端子に前記センサプローブの電極を接続し、前記第１端子と第２端子間に前記センサプローブを含む被計測系の閉回路を接続する計測装置において、前記センサアンプからセンサプローブに供給する交流電気信号の位相および／または電流振幅値を、前記第１センサプローブと前記第２センサプローブで異ならせる。
【００１１】
【実施例】
本発明の実施例について、以下説明する。
［第１の実施例］
本発明の第１の実施例に係る半導体ウエハ位置計測装置について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施例に係る半導体ウエハ位置計測装置の構成図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は要部側面図である。
【００１２】
本装置は、固定されたセンサプローブを用いて、ＳｉＣ製真空チャック上に真空吸着された半導体ウエハの表面の高さと傾きを計測するものである。
【００１３】
ここで、センサプローブとターゲット間の間隔を計測ギャップと呼ぶことにする（図１（ｂ）参照）。計測ギャップはセンサプローブの種類によって設定が異なるが、本実施例では２００〜３００μｍ程度としている。
【００１４】
第１および第２センサプローブ１０ａ，１０ｂは、同軸上に中心から中心電極、ガード電極、外部電極の３層構造になっている。計測に使用する電極は中心電極であり、第１および第２センサアンプ１１ａ，１１ｂの中心電極用端子（Ｓ１０１、Ｓ２０１）に接続される。第１、第２センサアンプから中心電極には、数１０ｋＨｚの正弦波定振幅電流を流す。その電流が容量結合されたターゲット１２を介して、筐体アースに流れる。筺体アースは第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂのアース端子（Ｓ１０２、Ｓ２０２）に接続される。第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂは中心電極用端子（Ｓ１０１、Ｓ２０１）とアース端子（Ｓ１０２、Ｓ２０２）間の電圧を検出することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ、ループのインピーダンスがわかる。計測ギャップをｄ、センサプローブとターゲット間の実効的な対向面積をＡとすれば、計測ギャップｄの静電容量Ｃは次式で表される。
【００１５】
Ｃ＝εｏ・Ａ／ｄ
ここで、εｏは真空中の誘電率であり、空気中の誘電率はこれとほぼ同じである。
【００１６】
センサプローブに流す交流の角周波数をω、電流値をｉとすれば、中心電極用端子とアース端子間の電圧値ｅは次式で表される。
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
【００１７】
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εｏ・Ａ）
ｄ＝ｅ・ω・εｏ・Ａ／ｉ
が導かれる。ｉ，ω，Ａが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【００１８】
ガイド電極は、中心電極から出た電界が周辺に広がるのを防止するために設けてある。ガード電極は、センサアンプのガード電極用端子（不図示）に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧（中心電極用端子Ｓ１０１、Ｓ２０１と同じ電位）を出力する。低出力インピーダンスのドライバによりドライブされる。また、第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂと第１、第２センサプローブ１０ａ，１０ｂ間の接続には同軸ケーブル１３を使用しており、同軸ケーブル１３の中心線に中心電極、シールド線にガード電極を接続している。これにより、接続ケーブル１３の２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【００１９】
第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂは、前記の第１、第２センサプローブ１０ａ，１０ｂのドライブと電圧の計測を行う。計測された電圧はＡ／Ｄ変換されて、コントローラ１４に伝送される。コントローラ１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ１４内部でオフセット、ゲイン、非リニアリティーなどの補正を行ってもよい。
【００２０】
真空チャック１５は、ＳｉＣ製のセラミックスで構成している。これは、温度変化によるチャックの変形を防ぐためである。センサ保持フレーム１６は、チャック１５に取り付けている。また、チャック１５は、金属製定盤１７上に設置されている。さらに、金属製定盤１７は、アースに接続されている。
【００２１】
従って、ターゲット１２からアースへの結合は、ターゲット１２と金属定盤１７でチャック１５を挟んだコンデンサによる容量結合で行われる。この構成にてセンサを１個だけ使用したときの計測精度は満足するように設計されている。しかし、この容量結合部分は、第１センサと第２センサの共通インピーダンスとして存在している。
【００２２】
図１において、コントローラ１４は、位相制御装置に対して各センサのドライブ位相をあらかじめ設定する。また、コントローラ１４は、第１センサアンプ１１ａと第２センサアンプ１１ｂから計測値を受け取って外部表示する。
【００２３】
位相制御装置１８は、第１センサアンプ１１ａと第２センサアンプ１１ｂに対して、センサドライブタイミング信号とセンサ計測タイミング信号を出力する。センサ計測タイミング信号は、２ｋＨｚである。本実施例では、第１センサと第２センサのセンサ計測タイミング信号は同一にしてある。また位相制御装置１８は、コントローラ１４に対してもセンサ計測タイミング信号を出力することにより、計測値の取り込みタイミングを示す。
【００２４】
図２は、本実施例の静電容量センサに関する等価回路である。従来例と比較すると、第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂに対する位相の調整手段を備えている点が特徴である。
【００２５】
以下、図３を用いて本実施例のセンサドライブ位相と計測精度について説明する。図３は、本実施例に係る計測装置のセンサプローブに対するドライブ電流、アース電流、およびセンサの計測値を示す図である。
【００２６】
本実施例では、第１センサと第２センサのドライブ電流（計測のための微弱な電流）の位相差を１８０度に設定している。これにより、共通インピーダンスに流れる電流は相殺される。図３のアース電流は完全に零にはなっていない。これは、第１センサのアース電流と第２センサのアース電流とが完全には一致しないために生じる残分である。この残分に相当する値の計測誤差が生じるが、従来例（図１７参照）と比較して著しく誤差を低減させることができる。
【００２７】
また、コントローラ１４が設定するセンサ間の位相は１８０度に限定されず、任意に設定することが可能である。従って、最も計測精度がよくなる位相差に設定することが可能である。例えば、計測の繰り返し再現性に着目して、設定した位相に対してデータ取りを行い、コントローラ１４が最適な位相を判断することができる。
【００２８】
別の方式として、位相だけでセンサ間の干渉が調整しきれない場合には、各センサの電流値を若干増減させることにより、アース電流をより正確に相殺することも可能であり、さらに別の方式として、位相ではなく電流振幅値をセンサ間で異ならせてアース電流を相殺させてもよい。
【００２９】
さらに、本実施例では２個の第１、第２センサが同一のターゲットを計測する例であったが、別のターゲットを計測するセンサが干渉している場合であっても、本実施例と同様の手段により計測精度を向上させることが可能である。
【００３０】
以上のように、本発明の第１の実施例によれば、複数の静電容量センサを用いた計測装置において、従来はセンサ間の干渉により高い精度を実現することが困難であったのに対し、干渉の影響を低減させることができる。
【００３１】
［第２の実施例］
本発明に係る第２の実施例として、ステップアンドリピートによりマスクパターンをウエハに転写するＸ線ステッパについて説明する。
【００３２】
図４は、シンクロトロンリング光源を使用したプロキシミティーギャップ等倍Ｘ線露光装置の一部を示す図である。具体的には、この露光装置のうち、静電容量センサに関係する部分を掲載したものである。実際の装置では、図４の部分は密封チャンバに入れられ、２０ｋＰａの高純度ヘリウム雰囲気にて使用される。
【００３３】
本実施例においては、マスク３１とウエハ３２を１０μｍ以下の極微小なギャップに保持して露光を行うため、ウエハ３２表面およびマスク３１表面の高さ計測に高い精度が要求される。設定されたギャップが想定と異なる場合には、線幅精度の悪化など、露光結果に重大な影響を及ぼす。また、高スループットを実現するために露光ギャップを保ったまま、ウエハ３２をステップリピートさせる。その際、マスク３１面とウエハ３２面の平行度が悪いと、マスクメンブレンの変形により露光結果の悪化、さらにはメンブレンの破壊につながる恐れもある。
【００３４】
本実施例では、シンクロトロンリングから放射されたＸ線は、図示された矢印の方向に導入される。これにあわせて、マスク３１、ウエハ３２とも垂直に保持された状態で露光される。
【００３５】
マスク３１はいずれも不図示のマスクフレーム、マスク基板およびメンブレンにより構成される。マスクフレームはＳｉＣ製であり、直径１２５ｍｍである。マスクフレームに４インチ径のマスク基板が貼り合わされている。マスク基板上にはメンブレン、吸収体パターンが成膜されている。マスク基板は、露光エリア部分がバックエッチされている。
【００３６】
マスク３１は、図４のマスクチャック３４にチャッキングされる。マスクチャック３４はマスクステージ３５上に搭載されており、Ｚ，θ，ωｘ，ωｙ軸に自由度を持っている。
【００３７】
図４において、ウエハ３２は、不図示のウエハ搬送系によりウエハステージ３７上のウエハチャック３６に真空吸着される。ウエハチャック３６はＳｉＣ製であり、チャック面に微小なピンが多数設けられている。ウエハチャック３６は、ＳｉＣ製のウエハステージ３７上に搭載されている。ウエハステージ３７はＸステージ３８に搭載され、Ｘステージ３８はさらにＹステージ３９に搭載されている。Ｙステージ３９は、定盤４０上に締結されている。定盤４０は、床振動を遮断するダンパー４１を介して、床４２に設置されている。ウエハステージ３７は、リニアモータ他により駆動され、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ，ωｘ，ωｙ軸に自由度をもっている。不図示のアライメント計測ユニットによって、マスク３１とウエハ３２の位置を計測する。
【００３８】
次に、本実施例の静電容量センサによる計測について説明する。
ウエハ３２がウエハステージ３７のウエハチャック３６にチャックされた後、ウエハステージ３７を駆動してウエハ３２上の２０ｍｍピッチの格子点を静電容量センサで計測する。本実施例では、直径２００ｍｍの円形ウエハ３２をターゲットとしている。ウエハ計測用静電容量センサプローブ４３はＹ方向に１０個設けてあり、前記格子点である計測点を全て網羅するようにＸ方向にウエハステージ３７を駆動して計測する。計測時のＹ座標は決められた座標にて行う。計測の際、ウエハステージ３７は必ずしも停止する必要はなく、ウエハステージ３７のコントローラが座標に対する計測タイミングを管理して、駆動しながら計測することが可能である。
【００３９】
ウエハ計測用静電容量センサプローブ４３は、マスク用フレーム３３に取り付けられた対向アース板を兼ねた金属部材（センサプローブ取り付け部４５）に取り付けられている。マスク計測用静電容量センサプローブ４４は、ウエハステージ３７に取り付けられた対向アース板を兼ねた金属部材（センサプローブ取り付け部４６）に取り付けられている。この両方の金属部材４５、４６ともに、導線を使用して不図示のセンサアンプのアース端子に接続されている。また、対向アース板として十分な容量結合が得られるように、設計上許される範囲で、面積を大きくし、それぞれのターゲットに近接して設置してある。
【００４０】
本実施例のように絶縁体に支持された基板では、機械的な影響を与えずに基板をアースすることが難しく、アースインピーダンスが高くなりやすい。その場合、他のセンサからの干渉を特に受けやすくなる。そこで、各ターゲット３１、３２に対向するアース板４６、４５を設け、容量結合によってアースインピーダンスを下げるようにしている。
【００４１】
以下、図５を用いて本実施例の制御ブロックについて説明する。図５は、本実施例に係るＸ線露光装置のブロック図である。
【００４２】
コンソール５０は露光装置全体のシーケンスを制御し、かつユーザーインターフェース、ネットワークインターフェースを提供する。ステージＣＰＵ５１は、コンソール５０からシーケンス上のコマンドを受け取って、ウエハステージおよびマスクステージのユニット制御を行う。露光装置には、これ以外に不図示のアライメントユニット、搬送ユニット、照明ユニットなどがあり、それぞれが別のＣＰＵによって各ユニットの制御を行う。ステージＤＳＰ５２は、ウエハステージおよびマスクステージの駆動制御、位置決め制御を司る。高速演算が可能なＤＳＰを用いてデジタル制御を行っている。また、ステージＤＳＰ５２は、本実施例の要点である静電容量センサのセンサドライブ位相指令および計測タイミング指令および計測値の取り込みも行う。センサＩ／Ｆ５６は、ステージＤＳＰ５２から受けたセンサドライブ位相指令に従い、第１〜第１０ウエハ用静電センサアンプ５７ａ〜５７ｊおよびマスク用静電センサアンプ５８の各センサアンプにドライブ信号を出力する。また、計測タイミング指令を、各静電センサアンプ５７ａ〜５７ｊ、５８に伝達する。静電センサアンプ５７ａ〜５７ｊ、５８は、センサドライブ信号に従い、第１〜第１０ウエハ用センサプローブ５９ａ〜５９ｊおよびマスク用センサプローブ６０への供給電流を制御する。また、センサ計測タイミング信号に従い、計測値の取り込みおよびセンサＩ／Ｆ５６への出力を行う。
【００４３】
図６に本実施例の静電容量センサに関する等価回路を示す。６０１〜６１０は第１〜第１０ウエハ計測センサに対応するセンサアンプ（１０個）である。６１１はマスク計測センサ用のセンサアンプである。Ｃｗ１〜Ｃｗ１０は第１〜第１０ウエハ計測センサに対応する計測ギャップの静電容量である。Ｃｍはマスク計測センサ用の計測ギャップの静電容量である。ウエハ内部インピーダンスのうち、各ウエハ用センサについてＺｗ１〜Ｚｗ１０は独立の項、Ｚｗ１１は共通の項である。Ｚｗ１２はウエハ外部で各ウエハ用センサについて共通の項である。ウエハチャック、ウエハステージ部分、その他容量結合によるインピーダンスがＺｗ１２に相当する。Ｚｍはマスク用センサに独立の項、Ｚ１３は全センサに共通の項である。Ｚ１３はほとんど無視できる値である。最も問題となるのはＺｗ１２である。Ｚｗ１２により、第１〜第１０ウエハ用センサが相互に干渉しやすくなっている。
図７および図８にステージ位置と計測の関係を示す。
【００４４】
次に、図９〜図１４を用い、計測位相の関係について説明する。
図９は、本実施例の構成において従来例と同様に全センサを同一位相で使用した場合のドライブ電流を示している。この場合の計測結果は、図１０および図１１に示すように、ウエハに対向しているセンサの個数によってアース電流が変化する分だけ、センサ間の干渉が現れている。
【００４５】
一方、本実施例の構成において、図１２に示す位相で各センサをドライブする場合には、アース電流を常に相殺することができる。図１２で示すセンサドライブ電流位相は、ウエハ中心を通るＸ軸に平行な線に対して線対称に配置された２個のセンサを一対と考えて、各対の電流を逆相にしている。これにより、ウエハに対向しているセンサの個数によらず、アース電流はほぼ一定となる。図１３および図１４は、この場合の計測結果を示している。図１３および図１４で計測値にわずかな誤差が生じている原因は、前記各対のセンサ電流が完全には相殺されないことによる。これは、各センサ電流振幅が一致しないことや、位相が完全に１８０度差にならないことが原因である。いずれも実装上の問題なので、さらに誤差を低減することが可能である。
【００４６】
本実施例では、計測の長さが一番長い第５、第６センサが最も他のセンサの影響を受けやすい。他のセンサがウエハ境界を通過するときに、突発的に計測値が乱されることもありうる。そのような補正しにくい計測誤差を低減させるために、図５のステージＤＳＰ５２は、次のような位相設定手段をもつことが有効となる。すなわち、計測誤差が一番問題となるセンサ（センサＡとする）の計測値に着目し、前述したような突発的な乱れがどのセンサの干渉により生じているのかを推定する。具体的には、計測値の乱れが生じたステージ座標、もしくは時刻にウエハの境界を通過したセンサ（センサＢとする）からの影響であると推定する。次に、センサＢの位相を若干変化させて再度計測を行い、センサＡの計測結果が改善される条件を見つける。その条件において、他に計測誤差が問題となるセンサがあれば、同様に条件出しを行い、全てのセンサ精度が要求を満足する条件を見つける。
【００４７】
なお、本実施例ではセンサを固定として、ウエハステージを駆動することによりウエハ上の各点を計測している。本発明の趣旨からいって、センサを可動機構上に搭載し、センサを移動すること、または、センサとウエハを互いに移動させることで相対位置を変化させながら計測を行うことにより、ウエハ上の各点を計測しても同じ目的が達成できる。
【００４８】
また、本実施例では同時にウエハ境界を通過するセンサ個数が２個であったが、例えば３個の場合にはそれぞれ１２０度の位相差にすることも有効である。また、ターゲットの境界に対して同時に位置する複数のセンサプローブに供給する交流電流信号の位相もしくは／および電流振幅値は、複数のセンサプローブがターゲット境界を通過することによって、それ以外のセンサに生じせしめる計測値変化が最も少なくなるように決定するとよい。
【００４９】
さらに、本実施例におけるコントローラは、各センサプローブの配置、ターゲットの形状、ターゲットステージもしくは／およびプローブステージの位置座標に従って各センサプローブに供給する交流電流信号の位相もしくは／および電流振幅値を決定することが可能である。
【００５０】
以上のように、本発明の第２の実施例によれば、ターゲットと静電容量センサを相対的に移動して計測するシステムにおいては、位置座標および／もしくは移動速度に従って、効率的に計測を行うことができる。
【００５１】
なお、上記した第１および第２の実施例における計測装置は、被計測ターゲットを半導体ウエハや転写原版として、半導体製造装置や露光装置などのデバイス製造装置に用いることが可能である。
【００５２】
【実施態様】
本発明の実施態様の例について、以下列挙する。
［実施態様１］ 静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、センサプローブを複数個と、前記センサプローブに接続し、その計測結果を出力するセンサアンプとを有し、前記センサアンプに備えられた第１端子と第２端子について、前記第１端子に前記センサプローブの電極を、前記第２端子にアースをそれぞれ接続し、前記第１端子と第２端子間で前記センサプローブを含む被計測系の閉回路を形成させ、前記センサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する際、前記センサアンプから前記センサプローブに供給する交流電気信号を、前記複数のセンサプローブのうちの少なくとも２個のセンサプローブ間で異ならせる、計測装置。
［実施態様２］ 実施態様１に記載の計測装置において、前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材とを備え、前記交流電流信号の位相もしくは／および電流振幅値について、前記複数のセンサプローブの内の少なくとも２個のセンサプローブ間で異ならせる、計測装置。
［実施態様３］ 実施態様２に記載の計測装置において、前記交流電気信号の位相もしくは／および電流振幅値とは、各センサ間の干渉による計測値誤差が最小になるような位相もしくは／および電流振幅値である、計測装置。
【００５３】
［実施態様４］ 実施態様２に記載の計測装置において、前記交流電気信号の位相もしくは／および電流振幅値とは、同一条件での繰り返し再現性が最良になるような位相もしくは／および電流振幅値である、計測装置。
［実施態様５］ 実施態様１〜４のいずれか１つに記載の計測装置において、前記複数のセンサプローブのうちの全部または一部は同一のターゲットを計測する、計測装置。
［実施態様６］ 実施態様１〜４のいずれか１つに記載の計測装置において、前記複数のセンサプローブは各々異なるターゲットを計測する、計測装置。
［実施態様７］ 実施態様１〜６のいずれか１つに記載の計測装置において、前記被計測ターゲットは、移動可能なターゲットステージ上に搭載され、ターゲットステージを駆動制御するターゲットステージ制御部を備える、計測装置。
［実施態様８］ 実施態様１〜６のいずれか１つに記載の計測装置において、前記複数のセンサプローブは、移動可能なプローブステージ上に搭載され、プローブステージを駆動制御するプローブステージ制御部を備える、計測装置。
［実施態様９］ 実施態様１〜８項のいずれか１つに記載の計測装置において、センサプローブとターゲットの相対位置を変化させながら計測を行う、計測装置。
【００５４】
［実施態様１０］ 実施態様１〜９のいずれか１つに記載の計測装置において、前記各センサプローブの配置、前記ターゲット形状、前記ターゲットステージもしくは／および前記プローブステージの位置座標に従い、各プローブに供給する交流電気信号の位相もしくは／および電流振幅値を決定する計測コントローラをさらに有する、計測装置。
［実施態様１１］ 実施態様１〜１０のいずれか１つに記載の計測装置において、前記センサプローブと前記ターゲットの相対位置変化に対して、複数のセンサプローブの中心が、ターゲットの境界に対して同時に位置するようにセンサプローブを配置する、計測装置。
［実施態様１２］ 実施態様１１に記載の計測装置において、ターゲットの境界に対して同時に位置する前記複数のセンサプローブの交流電気信号の位相もしくは／および電流振幅値は、前記複数センサプローブがターゲット境界を通過することによって、それ以外のセンサに生じせしめる計測値変化が最も少なくなるように決定する、計測装置。
［実施態様１３］ 実施態様１１または１２に記載の計測装置において、ターゲットの境界に対して同時に位置する２個のセンサプローブを備え、前記２個のセンサプローブの電気信号位相を１８０度異ならせる、計測装置。
［実施態様１４］ 実施態様１１または１２に記載の計測装置において、ターゲットの境界に対して同時に位置する３個のセンサプローブを備え、前記３個のセンサプローブの電気信号位相をそれぞれ１２０度異ならせる、計測装置。
【００５５】
［実施態様１５］ 実施態様１〜１４項のいずれか１つに記載の計測装置を搭載し、前記ターゲットが半導体ウエハもしくは／および転写原版である、半導体製造装置。
［実施態様１６］ 実施態様１５に記載の半導体製造装置において、前記半導体ウエハと前記転写原版間の距離を３００μｍ以下に近接させて転写を行う、半導体製造装置。
【００５６】
［実施態様１７］ 原版のパターンを基板に露光する露光装置において、
実施態様１〜１４のいずれか１つに記載の計測装置を備えた、露光装置。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数の静電容量センサを備えた計測装置における、共通インピーダンスによって発生する、または、静電界によるセンサ間の干渉によって発生する計測誤差を防止することができ、例えば半導体露光転写において、線幅の微細化、線幅制御の高精度化、高スループット、露光装置の低コスト化、小型化をもたらすことが可能となる。さらには、計測用センサを複数用いることにより、スループットが向上し、より生産性の高い装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例に係る計測装置の構成図。
【図２】 本発明の第１の実施例に係る計測装置の静電センサ等価回路図。
【図３】 本発明の第１の実施例に係る計測装置のセンサドライブ電流位相と計測精度の関係図。
【図４】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の構成図。
【図５】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のブロック図。
【図６】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の静電センサ等価回路図。
【図７】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の動作とステージ位置の関係図。
【図８】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の動作とステージ位置の関係図。
【図９】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の各センサプローブのドライブ電流の位相波形図（その１）。
【図１０】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のアース電流と計測誤差を示す図（その１）。
【図１１】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のアース電流と計測誤差を示す図（その１）。
【図１２】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の各センサプローブのドライブ電流の位相波形図（その２）。
【図１３】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のアース電流と計測誤差を示す図（その２）。
【図１４】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のアース電流と計測誤差を示す図（その２）。
【図１５】 従来例に係る計測装置の構成図。
【図１６】 従来例に係る計測装置の静電センサ等価回路図。
【図１７】 従来例に係る計測装置のセンサドライブ電流位相と計測精度の関係図。
【符号の説明】
１０ａ，１２０ａ：第１センサプローブ、１０ｂ，１２０ｂ：第２センサプローブ、１１ａ，１２１ａ：第２センサアンプ、１１ｂ，１２１ｂ：第２センサアンプ、１２，１２２：ターゲット、１３，１２３：センサケーブル、１４，１２４：コントローラ、１５：ＳｉＣ製チャック、１６：センサ保持フレーム、１７：金属製定盤、１８：位相制御装置、３１：マスク、３２：ウエハ、３３：マスク用フレーム、３４：マスクチャック、３５：マスクステージ、３６：ウエハチャック、３７：ウエハステージ、３８：Ｘステージ、３９：Ｙステージ、４０：定盤、４１：ダンパー、４２：床、４３：ウエハ計測用静電容量センサプローブ、４４：マスク計測用静電容量センサプローブ、４５，４６：センサプローブ取り付け部、５０：コンソール、５１：ステージＣＰＵ、５２：ステージＤＳＰ、５３：ステージドライバ、５４：ステージ干渉計Ｉ／Ｆ、５５：ステージ干渉計、５６：センサＩ／Ｆ、５７ａ〜５７ｊ：第１〜第１０ウエハ用静電センサアンプ、５８：マスク用静電センサアンプ、５９ａ〜５９ｊ：第１〜第１０ウエハ用センサプローブ、６０：マスク用センサプローブ、６０１〜６１０：ウエハ計測センサ用のセンサアンプ、６１１：マスク計測センサ用のセンサアンプ、１２５：金属製チャック、１２７：定盤、１２８：発振器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量センサを用いてターゲットの位置、形状などを計測する装置に関するものである。また、計測装置は、マスクやレチクルなどの原版のパターンを半導体ウエハやガラスプレートなどの基板もしくは立体物に転写する露光システム、さらに加工システムや半導体プロセスの処理システムに好適に応用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
試料（ターゲット）の位置や形状を精密に計測する方式の一つに、静電容量センサを用いたものがある。この方式は、センサプローブとターゲット間に生じる静電容量の大きさを検出することによって、センサプローブとターゲット間の距離を計測するものである。静電容量は交流インピーダンスとして検出される。具体的には、センサアンプから供給される微弱な交流電流を、センサプローブからターゲットに向かって流し込み、そのインピーダンスによる電圧降下を計測する場合が多い。センサプローブからターゲットに流れ込んだ電流は、通常システムの筐体アースと概ね同電位にした導体を通して、センサアンプのもう一方の端子に還流させる。通常、計測する静電容量はｐＦオーダの小さな値なので、浮遊容量の影響を受けやすい。そのため、センサアンプからセンサプローブまでの実装およびターゲットからのアースラインの実装は、浮遊容量の影響が少なくなるように電位を設定しているのが普通である。
【０００３】
静電容量センサは、十分インピーダンスが低いターゲットをアースに対して低インピーダンスで結合して使用するのが理想的である。そのため、ターゲットを載せる搭載台を導体で構成して、搭載台をアースに接続する構成がよく用いられる。
【０００４】
図１５は、静電容量センサを用いた従来例の測定装置の構成図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は要部側面図である。固定された静電容量センサを備え、ターゲットを搭載したステージを移動することにより複数の計測点を順次計測している。同図において、１２０ａ，１２０ｂは第１、第２センサプローブ、１２１ａ，１２１ｂは第１、第２センサアンプ、１２２はターゲット、１２３はセンサケーブル、１２４はコントローラ、１２５は金属製チャック、１２７は定盤（絶縁性の搭載台）、１２８は発振器をそれぞれ示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
静電センサの計測ターゲットが半導体などの場合には、ある程度大きな内部インピーダンスをもつ。さらに、アースに対して低インピーダンスで結合できない場合もありうる。そのような場合には、複数のセンサプローブから流れ出た交流電流が、共通インピーダンスであるところの、ターゲット内部インピーダンスおよびアースインピーダンスに流れ込むので、その部分の電圧降下により各センサ（センサはセンサアンプとセンサプローブにより構成される）に誤差が生じる。
【０００６】
図１６において、Ｚ３とＺ４が複数センサの共通インピーダンスとなるので、センサ電流による電圧降下分は、第１センサと第２センサがお互いに干渉を及ぼしあい、計測誤差となって現れる。
【０００７】
図１７を用いて、従来例の計測装置のセンサドライブ位相とアースインピーダンスに起因する計測誤差について説明する。第１センサプローブと第２センサプローブのドライブ電流位相は同一であるため、共通インピーダンスにはアース電流として概ね両方の電流の合計が流れ、それによる電圧降下が生じる。この電圧降下分は、そのままセンサアンプ１２１ａ，１２１ｂの端子間（Ｓ１０１とＳ１０２の間、Ｓ２０１とＳ２０２の間）に現れ、各センサの計測誤差となる。
【０００８】
本発明では、複数の静電容量センサを備えた計測装置における、共通インピーダンスによって発生する、もしくは静電界によるセンサ間の干渉による計測誤差を防止することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の計測装置は、静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材とを備え、前記センサプローブを複数個と、前記センサプローブに接続されその計測結果を出力するセンサアンプとを有し、前記センサアンプに備えられた第１端子と第２端子間で前記センサプローブを含む被計測系の回路を接続し、前記センサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する際、前記センサアンプから前記センサプローブに供給する交流電気信号の位相を、前記複数のセンサプローブのうちの少なくとも２個のセンサプローブ間で１８０度異ならせることを特徴とする
さらに、本発明の計測装置は、静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材とを備え、前記センサプローブを複数個と、前記センサプローブに接続されその計測結果を出力するセンサアンプとを有し、前記センサアンプに備えられた第１端子と第２端子間で前記センサプローブを含む被計測系の回路を接続し、前記センサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する際、前記センサアンプから前記センサプローブに供給する交流電気信号の位相を、前記複数のセンサプローブのうちの少なくとも３個のセンサプローブ間で１２０度異ならせることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態としては、静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、第１のセンサプローブと、第２のセンサプローブと、前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材と、前記センサプローブに接続し、計測結果を出力するセンサアンプとを備え、前記センサアンプは第１端子と第２端子をもち、前記第１端子に前記センサプローブの電極を接続し、前記第１端子と第２端子間に前記センサプローブを含む被計測系の閉回路を接続する計測装置において、前記センサアンプからセンサプローブに供給する交流電気信号の位相および／または電流振幅値を、前記第１センサプローブと前記第２センサプローブで異ならせる。
【００１１】
【実施例】
本発明の実施例について、以下説明する。
［第１の実施例］
本発明の第１の実施例に係る半導体ウエハ位置計測装置について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施例に係る半導体ウエハ位置計測装置の構成図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は要部側面図である。
【００１２】
本装置は、固定されたセンサプローブを用いて、ＳｉＣ製真空チャック上に真空吸着された半導体ウエハの表面の高さと傾きを計測するものである。
【００１３】
ここで、センサプローブとターゲット間の間隔を計測ギャップと呼ぶことにする（図１（ｂ）参照）。計測ギャップはセンサプローブの種類によって設定が異なるが、本実施例では２００〜３００μｍ程度としている。
【００１４】
第１および第２センサプローブ１０ａ，１０ｂは、同軸上に中心から中心電極、ガード電極、外部電極の３層構造になっている。計測に使用する電極は中心電極であり、第１および第２センサアンプ１１ａ，１１ｂの中心電極用端子（Ｓ１０１、Ｓ２０１）に接続される。第１、第２センサアンプから中心電極には、数１０ｋＨｚの正弦波定振幅電流を流す。その電流が容量結合されたターゲット１２を介して、筐体アースに流れる。筺体アースは第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂのアース端子（Ｓ１０２、Ｓ２０２）に接続される。第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂは中心電極用端子（Ｓ１０１、Ｓ２０１）とアース端子（Ｓ１０２、Ｓ２０２）間の電圧を検出することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ、ループのインピーダンスがわかる。計測ギャップをｄ、センサプローブとターゲット間の実効的な対向面積をＡとすれば、計測ギャップｄの静電容量Ｃは次式で表される。
【００１５】
Ｃ＝εｏ・Ａ／ｄ
ここで、εｏは真空中の誘電率であり、空気中の誘電率はこれとほぼ同じである。
【００１６】
センサプローブに流す交流の角周波数をω、電流値をｉとすれば、中心電極用端子とアース端子間の電圧値ｅは次式で表される。
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
【００１７】
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εｏ・Ａ）
ｄ＝ｅ・ω・εｏ・Ａ／ｉ
が導かれる。ｉ，ω，Ａが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【００１８】
ガイド電極は、中心電極から出た電界が周辺に広がるのを防止するために設けてある。ガード電極は、センサアンプのガード電極用端子（不図示）に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧（中心電極用端子Ｓ１０１、Ｓ２０１と同じ電位）を出力する。低出力インピーダンスのドライバによりドライブされる。また、第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂと第１、第２センサプローブ１０ａ，１０ｂ間の接続には同軸ケーブル１３を使用しており、同軸ケーブル１３の中心線に中心電極、シールド線にガード電極を接続している。これにより、接続ケーブル１３の２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【００１９】
第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂは、前記の第１、第２センサプローブ１０ａ，１０ｂのドライブと電圧の計測を行う。計測された電圧はＡ／Ｄ変換されて、コントローラ１４に伝送される。コントローラ１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ１４内部でオフセット、ゲイン、非リニアリティーなどの補正を行ってもよい。
【００２０】
真空チャック１５は、ＳｉＣ製のセラミックスで構成している。これは、温度変化によるチャックの変形を防ぐためである。センサ保持フレーム１６は、チャック１５に取り付けている。また、チャック１５は、金属製定盤１７上に設置されている。さらに、金属製定盤１７は、アースに接続されている。
【００２１】
従って、ターゲット１２からアースへの結合は、ターゲット１２と金属定盤１７でチャック１５を挟んだコンデンサによる容量結合で行われる。この構成にてセンサを１個だけ使用したときの計測精度は満足するように設計されている。しかし、この容量結合部分は、第１センサと第２センサの共通インピーダンスとして存在している。
【００２２】
図１において、コントローラ１４は、位相制御装置に対して各センサのドライブ位相をあらかじめ設定する。また、コントローラ１４は、第１センサアンプ１１ａと第２センサアンプ１１ｂから計測値を受け取って外部表示する。
【００２３】
位相制御装置１８は、第１センサアンプ１１ａと第２センサアンプ１１ｂに対して、センサドライブタイミング信号とセンサ計測タイミング信号を出力する。センサ計測タイミング信号は、２ｋＨｚである。本実施例では、第１センサと第２センサのセンサ計測タイミング信号は同一にしてある。また位相制御装置１８は、コントローラ１４に対してもセンサ計測タイミング信号を出力することにより、計測値の取り込みタイミングを示す。
【００２４】
図２は、本実施例の静電容量センサに関する等価回路である。従来例と比較すると、第１、第２センサアンプ１１ａ，１１ｂに対する位相の調整手段を備えている点が特徴である。
【００２５】
以下、図３を用いて本実施例のセンサドライブ位相と計測精度について説明する。図３は、本実施例に係る計測装置のセンサプローブに対するドライブ電流、アース電流、およびセンサの計測値を示す図である。
【００２６】
本実施例では、第１センサと第２センサのドライブ電流（計測のための微弱な電流）の位相差を１８０度に設定している。これにより、共通インピーダンスに流れる電流は相殺される。図３のアース電流は完全に零にはなっていない。これは、第１センサのアース電流と第２センサのアース電流とが完全には一致しないために生じる残分である。この残分に相当する値の計測誤差が生じるが、従来例（図１７参照）と比較して著しく誤差を低減させることができる。
【００２７】
また、コントローラ１４が設定するセンサ間の位相は１８０度に限定されず、任意に設定することが可能である。従って、最も計測精度がよくなる位相差に設定することが可能である。例えば、計測の繰り返し再現性に着目して、設定した位相に対してデータ取りを行い、コントローラ１４が最適な位相を判断することができる。
【００２８】
別の方式として、位相だけでセンサ間の干渉が調整しきれない場合には、各センサの電流値を若干増減させることにより、アース電流をより正確に相殺することも可能であり、さらに別の方式として、位相ではなく電流振幅値をセンサ間で異ならせてアース電流を相殺させてもよい。
【００２９】
さらに、本実施例では２個の第１、第２センサが同一のターゲットを計測する例であったが、別のターゲットを計測するセンサが干渉している場合であっても、本実施例と同様の手段により計測精度を向上させることが可能である。
【００３０】
以上のように、本発明の第１の実施例によれば、複数の静電容量センサを用いた計測装置において、従来はセンサ間の干渉により高い精度を実現することが困難であったのに対し、干渉の影響を低減させることができる。
【００３１】
［第２の実施例］
本発明に係る第２の実施例として、ステップアンドリピートによりマスクパターンをウエハに転写するＸ線ステッパについて説明する。
【００３２】
図４は、シンクロトロンリング光源を使用したプロキシミティーギャップ等倍Ｘ線露光装置の一部を示す図である。具体的には、この露光装置のうち、静電容量センサに関係する部分を掲載したものである。実際の装置では、図４の部分は密封チャンバに入れられ、２０ｋＰａの高純度ヘリウム雰囲気にて使用される。
【００３３】
本実施例においては、マスク３１とウエハ３２を１０μｍ以下の極微小なギャップに保持して露光を行うため、ウエハ３２表面およびマスク３１表面の高さ計測に高い精度が要求される。設定されたギャップが想定と異なる場合には、線幅精度の悪化など、露光結果に重大な影響を及ぼす。また、高スループットを実現するために露光ギャップを保ったまま、ウエハ３２をステップリピートさせる。その際、マスク３１面とウエハ３２面の平行度が悪いと、マスクメンブレンの変形により露光結果の悪化、さらにはメンブレンの破壊につながる恐れもある。
【００３４】
本実施例では、シンクロトロンリングから放射されたＸ線は、図示された矢印の方向に導入される。これにあわせて、マスク３１、ウエハ３２とも垂直に保持された状態で露光される。
【００３５】
マスク３１はいずれも不図示のマスクフレーム、マスク基板およびメンブレンにより構成される。マスクフレームはＳｉＣ製であり、直径１２５ｍｍである。マスクフレームに４インチ径のマスク基板が貼り合わされている。マスク基板上にはメンブレン、吸収体パターンが成膜されている。マスク基板は、露光エリア部分がバックエッチされている。
【００３６】
マスク３１は、図４のマスクチャック３４にチャッキングされる。マスクチャック３４はマスクステージ３５上に搭載されており、Ｚ，θ，ωｘ，ωｙ軸に自由度を持っている。
【００３７】
図４において、ウエハ３２は、不図示のウエハ搬送系によりウエハステージ３７上のウエハチャック３６に真空吸着される。ウエハチャック３６はＳｉＣ製であり、チャック面に微小なピンが多数設けられている。ウエハチャック３６は、ＳｉＣ製のウエハステージ３７上に搭載されている。ウエハステージ３７はＸステージ３８に搭載され、Ｘステージ３８はさらにＹステージ３９に搭載されている。Ｙステージ３９は、定盤４０上に締結されている。定盤４０は、床振動を遮断するダンパー４１を介して、床４２に設置されている。ウエハステージ３７は、リニアモータ他により駆動され、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ，ωｘ，ωｙ軸に自由度をもっている。不図示のアライメント計測ユニットによって、マスク３１とウエハ３２の位置を計測する。
【００３８】
次に、本実施例の静電容量センサによる計測について説明する。
ウエハ３２がウエハステージ３７のウエハチャック３６にチャックされた後、ウエハステージ３７を駆動してウエハ３２上の２０ｍｍピッチの格子点を静電容量センサで計測する。本実施例では、直径２００ｍｍの円形ウエハ３２をターゲットとしている。ウエハ計測用静電容量センサプローブ４３はＹ方向に１０個設けてあり、前記格子点である計測点を全て網羅するようにＸ方向にウエハステージ３７を駆動して計測する。計測時のＹ座標は決められた座標にて行う。計測の際、ウエハステージ３７は必ずしも停止する必要はなく、ウエハステージ３７のコントローラが座標に対する計測タイミングを管理して、駆動しながら計測することが可能である。
【００３９】
ウエハ計測用静電容量センサプローブ４３は、マスク用フレーム３３に取り付けられた対向アース板を兼ねた金属部材（センサプローブ取り付け部４５）に取り付けられている。マスク計測用静電容量センサプローブ４４は、ウエハステージ３７に取り付けられた対向アース板を兼ねた金属部材（センサプローブ取り付け部４６）に取り付けられている。この両方の金属部材４５、４６ともに、導線を使用して不図示のセンサアンプのアース端子に接続されている。また、対向アース板として十分な容量結合が得られるように、設計上許される範囲で、面積を大きくし、それぞれのターゲットに近接して設置してある。
【００４０】
本実施例のように絶縁体に支持された基板では、機械的な影響を与えずに基板をアースすることが難しく、アースインピーダンスが高くなりやすい。その場合、他のセンサからの干渉を特に受けやすくなる。そこで、各ターゲット３１、３２に対向するアース板４６、４５を設け、容量結合によってアースインピーダンスを下げるようにしている。
【００４１】
以下、図５を用いて本実施例の制御ブロックについて説明する。図５は、本実施例に係るＸ線露光装置のブロック図である。
【００４２】
コンソール５０は露光装置全体のシーケンスを制御し、かつユーザーインターフェース、ネットワークインターフェースを提供する。ステージＣＰＵ５１は、コンソール５０からシーケンス上のコマンドを受け取って、ウエハステージおよびマスクステージのユニット制御を行う。露光装置には、これ以外に不図示のアライメントユニット、搬送ユニット、照明ユニットなどがあり、それぞれが別のＣＰＵによって各ユニットの制御を行う。ステージＤＳＰ５２は、ウエハステージおよびマスクステージの駆動制御、位置決め制御を司る。高速演算が可能なＤＳＰを用いてデジタル制御を行っている。また、ステージＤＳＰ５２は、本実施例の要点である静電容量センサのセンサドライブ位相指令および計測タイミング指令および計測値の取り込みも行う。センサＩ／Ｆ５６は、ステージＤＳＰ５２から受けたセンサドライブ位相指令に従い、第１〜第１０ウエハ用静電センサアンプ５７ａ〜５７ｊおよびマスク用静電センサアンプ５８の各センサアンプにドライブ信号を出力する。また、計測タイミング指令を、各静電センサアンプ５７ａ〜５７ｊ、５８に伝達する。静電センサアンプ５７ａ〜５７ｊ、５８は、センサドライブ信号に従い、第１〜第１０ウエハ用センサプローブ５９ａ〜５９ｊおよびマスク用センサプローブ６０への供給電流を制御する。また、センサ計測タイミング信号に従い、計測値の取り込みおよびセンサＩ／Ｆ５６への出力を行う。
【００４３】
図６に本実施例の静電容量センサに関する等価回路を示す。６０１〜６１０は第１〜第１０ウエハ計測センサに対応するセンサアンプ（１０個）である。６１１はマスク計測センサ用のセンサアンプである。Ｃｗ１〜Ｃｗ１０は第１〜第１０ウエハ計測センサに対応する計測ギャップの静電容量である。Ｃｍはマスク計測センサ用の計測ギャップの静電容量である。ウエハ内部インピーダンスのうち、各ウエハ用センサについてＺｗ１〜Ｚｗ１０は独立の項、Ｚｗ１１は共通の項である。Ｚｗ１２はウエハ外部で各ウエハ用センサについて共通の項である。ウエハチャック、ウエハステージ部分、その他容量結合によるインピーダンスがＺｗ１２に相当する。Ｚｍはマスク用センサに独立の項、Ｚ１３は全センサに共通の項である。Ｚ１３はほとんど無視できる値である。最も問題となるのはＺｗ１２である。Ｚｗ１２により、第１〜第１０ウエハ用センサが相互に干渉しやすくなっている。
図７および図８にステージ位置と計測の関係を示す。
【００４４】
次に、図９〜図１４を用い、計測位相の関係について説明する。
図９は、本実施例の構成において従来例と同様に全センサを同一位相で使用した場合のドライブ電流を示している。この場合の計測結果は、図１０および図１１に示すように、ウエハに対向しているセンサの個数によってアース電流が変化する分だけ、センサ間の干渉が現れている。
【００４５】
一方、本実施例の構成において、図１２に示す位相で各センサをドライブする場合には、アース電流を常に相殺することができる。図１２で示すセンサドライブ電流位相は、ウエハ中心を通るＸ軸に平行な線に対して線対称に配置された２個のセンサを一対と考えて、各対の電流を逆相にしている。これにより、ウエハに対向しているセンサの個数によらず、アース電流はほぼ一定となる。図１３および図１４は、この場合の計測結果を示している。図１３および図１４で計測値にわずかな誤差が生じている原因は、前記各対のセンサ電流が完全には相殺されないことによる。これは、各センサ電流振幅が一致しないことや、位相が完全に１８０度差にならないことが原因である。いずれも実装上の問題なので、さらに誤差を低減することが可能である。
【００４６】
本実施例では、計測の長さが一番長い第５、第６センサが最も他のセンサの影響を受けやすい。他のセンサがウエハ境界を通過するときに、突発的に計測値が乱されることもありうる。そのような補正しにくい計測誤差を低減させるために、図５のステージＤＳＰ５２は、次のような位相設定手段をもつことが有効となる。すなわち、計測誤差が一番問題となるセンサ（センサＡとする）の計測値に着目し、前述したような突発的な乱れがどのセンサの干渉により生じているのかを推定する。具体的には、計測値の乱れが生じたステージ座標、もしくは時刻にウエハの境界を通過したセンサ（センサＢとする）からの影響であると推定する。次に、センサＢの位相を若干変化させて再度計測を行い、センサＡの計測結果が改善される条件を見つける。その条件において、他に計測誤差が問題となるセンサがあれば、同様に条件出しを行い、全てのセンサ精度が要求を満足する条件を見つける。
【００４７】
なお、本実施例ではセンサを固定として、ウエハステージを駆動することによりウエハ上の各点を計測している。本発明の趣旨からいって、センサを可動機構上に搭載し、センサを移動すること、または、センサとウエハを互いに移動させることで相対位置を変化させながら計測を行うことにより、ウエハ上の各点を計測しても同じ目的が達成できる。
【００４８】
また、本実施例では同時にウエハ境界を通過するセンサ個数が２個であったが、例えば３個の場合にはそれぞれ１２０度の位相差にすることも有効である。また、ターゲットの境界に対して同時に位置する複数のセンサプローブに供給する交流電流信号の位相もしくは／および電流振幅値は、複数のセンサプローブがターゲット境界を通過することによって、それ以外のセンサに生じせしめる計測値変化が最も少なくなるように決定するとよい。
【００４９】
さらに、本実施例におけるコントローラは、各センサプローブの配置、ターゲットの形状、ターゲットステージもしくは／およびプローブステージの位置座標に従って各センサプローブに供給する交流電流信号の位相もしくは／および電流振幅値を決定することが可能である。
【００５０】
以上のように、本発明の第２の実施例によれば、ターゲットと静電容量センサを相対的に移動して計測するシステムにおいては、位置座標および／もしくは移動速度に従って、効率的に計測を行うことができる。
【００５１】
なお、上記した第１および第２の実施例における計測装置は、被計測ターゲットを半導体ウエハや転写原版として、半導体製造装置や露光装置などのデバイス製造装置に用いることが可能である。
【００５２】
【実施態様】
本発明の実施態様の例について、以下列挙する。
［実施態様１］ 静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、センサプローブを複数個と、前記センサプローブに接続し、その計測結果を出力するセンサアンプとを有し、前記センサアンプに備えられた第１端子と第２端子について、前記第１端子に前記センサプローブの電極を、前記第２端子にアースをそれぞれ接続し、前記第１端子と第２端子間で前記センサプローブを含む被計測系の閉回路を形成させ、前記センサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する際、前記センサアンプから前記センサプローブに供給する交流電気信号を、前記複数のセンサプローブのうちの少なくとも２個のセンサプローブ間で異ならせる、計測装置。
［実施態様２］ 実施態様１に記載の計測装置において、前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材とを備え、前記交流電流信号の位相もしくは／および電流振幅値について、前記複数のセンサプローブの内の少なくとも２個のセンサプローブ間で異ならせる、計測装置。
［実施態様３］ 実施態様２に記載の計測装置において、前記交流電気信号の位相もしくは／および電流振幅値とは、各センサ間の干渉による計測値誤差が最小になるような位相もしくは／および電流振幅値である、計測装置。
【００５３】
［実施態様４］ 実施態様２に記載の計測装置において、前記交流電気信号の位相もしくは／および電流振幅値とは、同一条件での繰り返し再現性が最良になるような位相もしくは／および電流振幅値である、計測装置。
［実施態様５］ 実施態様１〜４のいずれか１つに記載の計測装置において、前記複数のセンサプローブのうちの全部または一部は同一のターゲットを計測する、計測装置。
［実施態様６］ 実施態様１〜４のいずれか１つに記載の計測装置において、前記複数のセンサプローブは各々異なるターゲットを計測する、計測装置。
［実施態様７］ 実施態様１〜６のいずれか１つに記載の計測装置において、前記被計測ターゲットは、移動可能なターゲットステージ上に搭載され、ターゲットステージを駆動制御するターゲットステージ制御部を備える、計測装置。
［実施態様８］ 実施態様１〜６のいずれか１つに記載の計測装置において、前記複数のセンサプローブは、移動可能なプローブステージ上に搭載され、プローブステージを駆動制御するプローブステージ制御部を備える、計測装置。
［実施態様９］ 実施態様１〜８項のいずれか１つに記載の計測装置において、センサプローブとターゲットの相対位置を変化させながら計測を行う、計測装置。
【００５４】
［実施態様１０］ 実施態様１〜９のいずれか１つに記載の計測装置において、前記各センサプローブの配置、前記ターゲット形状、前記ターゲットステージもしくは／および前記プローブステージの位置座標に従い、各プローブに供給する交流電気信号の位相もしくは／および電流振幅値を決定する計測コントローラをさらに有する、計測装置。
［実施態様１１］ 実施態様１〜１０のいずれか１つに記載の計測装置において、前記センサプローブと前記ターゲットの相対位置変化に対して、複数のセンサプローブの中心が、ターゲットの境界に対して同時に位置するようにセンサプローブを配置する、計測装置。
［実施態様１２］ 実施態様１１に記載の計測装置において、ターゲットの境界に対して同時に位置する前記複数のセンサプローブの交流電気信号の位相もしくは／および電流振幅値は、前記複数センサプローブがターゲット境界を通過することによって、それ以外のセンサに生じせしめる計測値変化が最も少なくなるように決定する、計測装置。
［実施態様１３］ 実施態様１１または１２に記載の計測装置において、ターゲットの境界に対して同時に位置する２個のセンサプローブを備え、前記２個のセンサプローブの電気信号位相を１８０度異ならせる、計測装置。
［実施態様１４］ 実施態様１１または１２に記載の計測装置において、ターゲットの境界に対して同時に位置する３個のセンサプローブを備え、前記３個のセンサプローブの電気信号位相をそれぞれ１２０度異ならせる、計測装置。
【００５５】
［実施態様１５］ 実施態様１〜１４項のいずれか１つに記載の計測装置を搭載し、前記ターゲットが半導体ウエハもしくは／および転写原版である、半導体製造装置。
［実施態様１６］ 実施態様１５に記載の半導体製造装置において、前記半導体ウエハと前記転写原版間の距離を３００μｍ以下に近接させて転写を行う、半導体製造装置。
【００５６】
［実施態様１７］ 原版のパターンを基板に露光する露光装置において、
実施態様１〜１４のいずれか１つに記載の計測装置を備えた、露光装置。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数の静電容量センサを備えた計測装置における、共通インピーダンスによって発生する、または、静電界によるセンサ間の干渉によって発生する計測誤差を防止することができ、例えば半導体露光転写において、線幅の微細化、線幅制御の高精度化、高スループット、露光装置の低コスト化、小型化をもたらすことが可能となる。さらには、計測用センサを複数用いることにより、スループットが向上し、より生産性の高い装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例に係る計測装置の構成図。
【図２】 本発明の第１の実施例に係る計測装置の静電センサ等価回路図。
【図３】 本発明の第１の実施例に係る計測装置のセンサドライブ電流位相と計測精度の関係図。
【図４】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の構成図。
【図５】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のブロック図。
【図６】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の静電センサ等価回路図。
【図７】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の動作とステージ位置の関係図。
【図８】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の動作とステージ位置の関係図。
【図９】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の各センサプローブのドライブ電流の位相波形図（その１）。
【図１０】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のアース電流と計測誤差を示す図（その１）。
【図１１】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のアース電流と計測誤差を示す図（その１）。
【図１２】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置の各センサプローブのドライブ電流の位相波形図（その２）。
【図１３】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のアース電流と計測誤差を示す図（その２）。
【図１４】 本発明の第２の実施例に係るＸ線露光装置のアース電流と計測誤差を示す図（その２）。
【図１５】 従来例に係る計測装置の構成図。
【図１６】 従来例に係る計測装置の静電センサ等価回路図。
【図１７】 従来例に係る計測装置のセンサドライブ電流位相と計測精度の関係図。
【符号の説明】
１０ａ，１２０ａ：第１センサプローブ、１０ｂ，１２０ｂ：第２センサプローブ、１１ａ，１２１ａ：第２センサアンプ、１１ｂ，１２１ｂ：第２センサアンプ、１２，１２２：ターゲット、１３，１２３：センサケーブル、１４，１２４：コントローラ、１５：ＳｉＣ製チャック、１６：センサ保持フレーム、１７：金属製定盤、１８：位相制御装置、３１：マスク、３２：ウエハ、３３：マスク用フレーム、３４：マスクチャック、３５：マスクステージ、３６：ウエハチャック、３７：ウエハステージ、３８：Ｘステージ、３９：Ｙステージ、４０：定盤、４１：ダンパー、４２：床、４３：ウエハ計測用静電容量センサプローブ、４４：マスク計測用静電容量センサプローブ、４５，４６：センサプローブ取り付け部、５０：コンソール、５１：ステージＣＰＵ、５２：ステージＤＳＰ、５３：ステージドライバ、５４：ステージ干渉計Ｉ／Ｆ、５５：ステージ干渉計、５６：センサＩ／Ｆ、５７ａ〜５７ｊ：第１〜第１０ウエハ用静電センサアンプ、５８：マスク用静電センサアンプ、５９ａ〜５９ｊ：第１〜第１０ウエハ用センサプローブ、６０：マスク用センサプローブ、６０１〜６１０：ウエハ計測センサ用のセンサアンプ、６１１：マスク計測センサ用のセンサアンプ、１２５：金属製チャック、１２７：定盤、１２８：発振器。
Claims (11)
- 静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、
前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材とを備え、
前記センサプローブを複数個と、前記センサプローブに接続されその計測結果を出力するセンサアンプとを有し、前記センサアンプに備えられた第１端子と第２端子間で前記センサプローブを含む被計測系の回路を接続し、前記センサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する際、前記センサアンプから前記センサプローブに供給する交流電気信号の位相を、前記複数のセンサプローブのうちの少なくとも２個のセンサプローブ間で１８０度異ならせることを特徴とする計測装置。 - 静電容量センサを用いてセンサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する装置であって、
前記ターゲットを搭載する搭載台と、前記センサプローブを保持するプローブ保持部材とを備え、
前記センサプローブを複数個と、前記センサプローブに接続されその計測結果を出力するセンサアンプとを有し、前記センサアンプに備えられた第１端子と第２端子間で前記センサプローブを含む被計測系の回路を接続し、前記センサプローブと被計測ターゲット間の距離を計測する際、前記センサアンプから前記センサプローブに供給する交流電気信号の位相を、前記複数のセンサプローブのうちの少なくとも３個のセンサプローブ間で１２０度異ならせることを特徴とする計測装置。 - 前記被計測ターゲットは、移動可能なターゲットステージ上に搭載され、ターゲットステージを駆動制御するターゲットステージ制御部を備える請求項１〜２のいずれか１つに記載の計測装置。
- 前記複数のセンサプローブは、移動可能なプローブステージ上に搭載され、プローブステージを駆動制御するプローブステージ制御部を備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の計測装置。
- センサプローブとターゲットの相対位置を変化させながら計測を行う請求項１〜４項のいずれか１つに記載の計測装置。
- 前記各センサプローブの配置、前記ターゲット形状、ならびに前記ターゲットステージまたは／および前記プローブステージの位置座標に従い、各プローブに供給する交流電気信号の位相を決定する計測コントローラをさらに有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の計測装置。
- 前記センサプローブと前記ターゲットの相対位置変化に対して、複数のセンサプローブの中心が、ターゲットの境界に対して同時に位置するようにセンサプローブを配置する請求項１〜６のいずれか１つに記載の計測装置。
- ターゲットの境界に対して同時に位置する前記複数のセンサプローブの交流電気信号の位相は、前記複数センサプローブがターゲット境界を通過することによって、それ以外のセンサに生じせしめる計測値変化が最も少なくなるように決定する請求項７に記載の計測装置。
- 請求項１〜８項のいずれか１つに記載の計測装置を搭載し、前記ターゲットが半導体ウエハまたは／および転写原版である、半導体製造装置。
- 前記半導体ウエハと前記転写原版間の距離を３００μｍ以下に近接させて転写を行う請求項９に記載の半導体製造装置。
- 原版のパターンを基板に露光する露光装置において、請求項１〜８のいずれか１つに記載の計測装置を備えた、露光装置。
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