JP2014154647A - 測定装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハを平坦にステージ上にロードする。
【解決手段】 計測ステージＭＳＴ上に設けられたラインセンサ１４２を用いて、ローディングディスク１２１に保持されたウエハＷの裏面に計測光を入れてウエハＷの裏面を走査しつつ、反射光を受光することでウエハＷの形状を測定する。これにより、ローディングディスク１２１に保持されたウエハＷの形状を正確に測定することが可能となる。また、ローディングユニット１２０（ローディングディスク１２１）を用いることにより、ウエハＷを平坦にウエハステージＷＳＴ上にロードすることが可能となる。
【選択図】図９

Description

本発明は、測定装置及び露光装置に係り、更に詳しくは、板状の物体の形状に関する情報を求める測定装置及びウエハ上にパターンを形成する露光装置に関する。

従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、主として、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが用いられている。

これらの露光装置により露光されるウエハは、年々、大型化している。現在、直径３００ｍｍのウエハ（３００ｍｍウエハ）から直径４５０ｍｍのウエハ（４５０ｍｍウエハ）が主流となりつつある。４５０ｍｍウエハの場合、１枚のウエハから採れるダイ（チップ）の数は現行の３００ｍｍウエハの場合の数の２倍以上である。従って、１チップ当たりに費やす製造コストを大幅に削減することができる。

ウエハが大型化するのに対してその厚みは一定であるため、４５０ｍｍウエハの搬送等において、３００ｍｍウエハと比較してより慎重な取扱を要することが予想される。そこで、発明者は、ベルヌーイチャックを用いて上方からウエハの表面に向けてエアを噴出することでウエハを非接触で吸引して保持することにより、ウエハステージ上に載置することを提案した（例えば、特許文献１参照）。しかし、ベルヌーイチャックを用いる場合、ウエハをウエハステージ上に載置する際の位置ずれ等が許容限度を超えることがあり、またベルヌーイチャックから噴出されるエアにより冷却（又は加熱）されることによりウエハが熱変形すると、例えば、アライメント計測（ウエハ上のマークの検出）が困難になるおそれがある。

米国特許出願公開第２０１０／０２９７５６２号明細書

本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、第１面と該第１面と異なる第２面とを有する板状の物体の形状に関する情報を求める測定装置であって、前記第１面と対向する対向部を有し、該対向部と前記第１面との間に気体流を形成して前記物体を吸引する力を発生させる吸引装置と、前記吸引装置によって吸引されている前記物体の前記第２面に計測光を照射する照射装置と、前記第２面で反射された前記計測光を受光する受光装置と、前記計測光を用いて前記第２面を走査する走査装置と、を備え、前記走査装置を用いて前記計測光で前記第２面を走査しつつ、前記受光装置を用いて前記第２面で反射された前記計測光を受光することで前記物体の形状に関する情報を求める測定装置である。

これによれば、保持部材に保持された物体の形状を正確に測定することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光装置であって、物体を保持して移動可能な第１の移動体と、前記第１の移動体に保持された物体にエネルギビームを照射する投影光学システムと、本発明の測定装置と、を備え、前記測定装置を用いて前記物体の形状に関する情報を求めた後に前記第１の移動体が前記物体を保持する露光装置である。

これによれば、本発明の測定装置を用いることにより、物体を平坦に移動体上に積載することが可能となる。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ、ローディングユニット及びローディングディスクの構成を概略的に示す断面図及び底面図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、エア供給部の概略構成と電磁弁による配管切換えを示す図である。 図１の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。 エアの温度制御の手順を示すフローチャートである。 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、ローディングユニットを用いてウエハステージ上にウエハをロードする手順（特に、ローディングディスクを用いてウエハを保持する手順）を説明するための図（その１〜３）である。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、ローディングユニットを用いてウエハステージ上にウエハをロードする手順を説明するための図（その４〜６）である。 図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、ローディングユニットを用いてウエハステージ上にウエハをロードする手順を説明するための図（その７及び８）である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、ローディングディスクに保持されたウエハの形状の測定を説明するための図である。 ローディングディスクに保持されたウエハの形状の測定（変形例１）を説明するための図である。 ローディングディスクに保持されたウエハの形状の測定（変形例２）を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１１を用いて説明する。

図１には、一実施形態に係る露光装置１００の概略的な構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像を感応剤（レジスト）が塗布されたウエハＷ上に投影する投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持してＸＹ平面内を移動するウエハステージＷＳＴ、ウエハＷをウエハステージＷＳＴ上にロード及びアンロードするローディングユニット１２０、及びこれらの制御系等を備えている。

照明系ＩＯＰは、光源、及び光源に送光光学系を介して接続された照明光学系を含み、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上でＸ軸方向に細長く伸びるスリット状の照明領域ＩＡＲを、照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明系ＩＯＰの構成は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されている。ここで、照明光ＩＬとして、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。

レチクルステージＲＳＴは、照明系ＩＯＰの下方に配置されている。レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面に回路パターンなどが形成されたレチクルＲが載置されている。レチクルＲは、例えば真空吸着によりレチクルステージＲＳＴ上に固定されている。

レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図４参照）によって、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（Ｙ軸方向）に所定ストローク範囲で駆動可能となっている。レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１４によって、移動鏡１２（又はレチクルステージＲＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時計測される。レチクル干渉計１４の計測結果は、主制御装置２０（図１では不図示、図４参照）に供給される。

投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に保持された投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸｐに沿って配列される複数の光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、投影光学系ＰＬの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルのパターンが転写される。

ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系２４によって、ステージベース２２上をＸ軸方向、Ｙ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向に微小駆動される。なお、ウエハステージＷＳＴに代えて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に移動する第１ステージと、該第１ステージ上でＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向に微動する第２ステージと、を備えるステージ装置を用いることもできる。

ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダ（不図示）により、ウエハＷが、真空吸着等により保持される。また、ウエハＷの裏面を支持するＣＴピン１４０（図２（Ａ）参照）が、ウエハホルダ（不図示）から出し入れ可能にウエハステージＷＳＴ内に設けられている。

また、ウエハステージＷＳＴ上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さである基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、アライメント検出系ＡＳのベースライン計測等に用いられる基準マーク、及び後述するレチクルアライメント検出系で検出される一対の基準マークなどが形成されている。

ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（回転情報（ヨーイング量（θｚ方向の回転量θｚ）、ピッチング量（θｘ方向の回転量θｘ）、ローリング量（θｙ方向の回転量θｙ））を含む）は、レーザ干渉計システム(以下、「干渉計システム」と呼ぶ)１８によって、移動鏡１６（ウエハステージＷＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時計測される。その計測結果は、主制御装置２０に供給される（図４参照）。主制御装置２０は、干渉計システム１８の計測結果に従って、ステージ駆動系２４を介してウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）を制御する。

また、図１では図示が省略されているが、ウエハＷの表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示される斜入射方式の多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサＡＦ（図４参照）によって計測される。このフォーカスセンサＡＦの計測結果も主制御装置２０に供給される（図４参照）。

投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面には、ウエハＷに形成されたアライメントマーク及び基準マークを検出するアライメント検出系ＡＳが設けられている。アライメント検出系ＡＳとして、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式の結像式アライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。

露光装置１００では、さらに、レチクルステージＲＳＴの上方に、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書等に開示される、露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント検出系１３（図１では不図示、図４参照）が設けられている。レチクルアライメント検出系１３の検出信号は、主制御装置２０に供給される（図４参照）。

ローディングユニット１２０は、アライメント検出系ＡＳの近傍に配置されている。ローディングユニット１２０が配置された場所およびその近傍を、ローディングポジションと呼ぶ。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には、それぞれ、ローディングユニット１２０の断面図及び底面図が示されている。ローディングユニット１２０は、駆動部１２２、ローディングディスク１２１、エア供給部１３０（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）等から構成される。

駆動部１２２は、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を支持するフレーム（不図示）に防振部材（不図示）を介して固定された駆動装置１２２_０と、一端が駆動装置１２２_０に他端がローディングディスク１２１の上部に固定された可動軸１２２_１と、を備える。駆動装置１２２_０は、例えばボイスコイルモータ等を含む。駆動部１２２は、駆動装置１２２_０を用いて、可動軸１２２_１を白抜き矢印の方向（Ｚ軸方向）に駆動することで、ローディングディスク１２１を上下動する。

ローディングディスク１２１は、円盤状のディスク本体１２３、複数のベルヌーイカップ１２４（１２４_０，１２４_１，１２４_２）、ギャップセンサ（不図示）、温度センサ１２８、３つの撮像素子１２９等から構成される。

複数のベルヌーイカップ１２４のうち、１つのベルヌーイカップ１２４_０がディスク本体１２３の底面の中心に、その周囲に４つのベルヌーイカップ１２４_１が、さらにそれらの周囲に８つのベルヌーイカップ１２４_２が配置されている（図２（Ｂ）参照）。複数のベルヌーイカップ１２４には、エアを供給するための配管１２５が接続されている。本実施形態では、ベルヌーイカップ１２４_０，１２４_１には共通の配管１２５_１が、ベルヌーイカップ１２４_２には別の共通の配管１２５_２が接続され、それぞれ独立のエア供給系を構成している。なお、少なくとも独立のエア供給系ごとに、ベルヌーイカップ１２４のそれぞれから噴出されるエアが受けるコンダクタンスが互いに等しくなるように、ベルヌーイカップ１２４（１２４_０，１２４_１，１２４_２）及び配管１２５（１２５_１，１２５_２）が構成されている。なお、ベルヌーイカップの配置はこれに限定されるものではなく、例えば、ベルヌーイカップ１２４_０，１２４_１を設けずに、ベルヌーイカップ１２４_２のみを複数配置してもよい。

複数のベルヌーイカップ１２４（１２４_０，１２４_１，１２４_２）は、ベルヌーイ効果（流速が大きくなるにつれて流体の圧力が減少する効果）を利用して、エアを噴出してウエハの周囲に気体の流れを発生させることで、ディスク本体１２３と対向するウエハＷとの間に負圧（吸引力）を生ずる。ローディングディスク１２１は、この負圧を利用して、ウエハＷをその上方から非接触で吸引する。なお、複数のベルヌーイカップ１２４のそれぞれから噴出されるエアの流速（及びウエハＷの重さ）により、ディスク本体１２３とこれが保持するウエハＷとの離間距離が定まる。また、吸引の力の度合いは適宜調整可能で、ウエハＷを、ベルヌーイカップ１２４によって吸引して保持（吸引保持）することで、Ｚ軸方向，θｘ及びθｙ方向の移動を制限することができる。

ウエハＷは、後述するように、ローディングディスク１２１に吸引されることによりＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向への動きが制限され、ウエハステージＷＳＴから出し入れされるＣＴピン１４０により裏面が支持されることによりＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向への動きが制限されることとなる。

複数のギャップセンサ（不図示）は、ディスク本体１２３の底面に、複数のベルヌーイカップ１２４を避けて配置されている。ギャップセンサ（不図示）は、例えば静電容量センサを含み、ローディングディスク１２１（ディスク本体１２３）とこれが保持するウエハＷとの離間距離を測定する。その結果は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、複数のギャップセンサからの測定結果とギャップセンサの配置とから、ウエハＷの形状を求める。

温度センサ１２８は、例えば白金抵抗、サーミスタ等を含む。温度センサ１２８は、ディスク本体１２３の底部に設けられ、複数のベルヌーイカップ１２４のいずれか（本実施形態ではベルヌーイカップ１２４_２）の近傍に配置されている。そのプローブ部は、ディスク本体１２３の底面とローディングディスク１２１により保持されるウエハＷの表面との間の間隙（通常、２００〜４００μｍのサイズ）内に突出している。温度センサ１２８は、ベルヌーイカップ１２４_２から噴出されるエアの温度を、０．０１度より良い分解能で測定する。

３つの撮像素子１２９は、例えばＣＣＤ等を含み、ディスク本体１２３の側面に固定されている（図２（Ａ）では１つの撮像素子１２９のみが示されている）。３つの撮像素子１２９のうち１つは、ローディングディスク１２１（ディスク本体１２３）がウエハＷを保持した際に、ウエハＷのノッチ（Ｖ字の切り欠き（不図示））を撮像し、残り２つは、ウエハＷの周縁を撮像する。３つの撮像素子１２９の撮像結果は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、それらの撮像結果から、例えば米国特許第６，６２４，４３３号明細書などに開示されている手法により、ウエハＷのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれと回転（θｚ回転）誤差とを求める。

その他、ローディングポジション（ローディングユニット１２０）と露光装置１００にインライン接続されたコータ・デベロッパ（Ｃ／Ｄ（不図示））との間でウエハを搬送するウエハ搬送アーム１１８が付設されている。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に、エア供給部１３０の概略構成が示されている。エア供給部１３０は、供給装置（不図示）から配管１３５_０を介して接続された流量制御弁１３１、流量計１３２、温度制御器１３３、電磁弁１３４等を備える。

供給装置（不図示）は、塵埃等が除かれたクリーンエア（単にエアと呼ぶ）を供給し、配管１３５_０内に流す。流量計１３２は、配管１３５_０内を流れるエアの流量を測定する。流量制御弁１３１は、流量計１３２の測定結果に従って、配管１３５_０内のエアの流量を制御する。なお、流量計１３２と流量制御弁１３１との配置は逆でもよい。

温度制御器１３３は、例えば、配管１３５_０内を流れるエアを発熱体に接触させることで加熱するインラインヒータ等を含み、配管１３５_０内を流れるエアの温度を制御する。後述するように、ローディングディスク１２１に設けられた温度センサ１２８により複数のベルヌーイカップ１２４から噴出されるエアの温度が測定され、その結果に従って温度制御器１３３により配管１３５_０内のエアの温度が、例えば２３度に制御される。

電磁弁１３４は、電気的駆動弁の一種であり、磁力を利用して本体部１３４_０を黒塗り矢印の方向に駆動することで、配管１３５_０をベルヌーイカップ１２４に通じる配管１２５又は露光装置１００外に通じる配管１３５_１に接続を切り換える。ここで、図３（Ａ）に示されるように、配管１３５_０を配管１２５に接続することで、エアがベルヌーイカップ１２４に供給される。また、図３（Ｂ）に示されるように、配管１３５_０を配管１３５_１に接続することで、エアは露光装置１００外に排気され、ローディングディスク１２１への供給が停止される。

配管１３５_１には、絞り弁１３６が設けられている。電磁弁１３４を用いて配管１３５_０を配管１２５に接続する場合と配管１３５_１に接続する場合とで、配管１３５_０内のエアの流量が変わらないよう、すなわちエアの温度が変わらないよう、絞り弁１３６を用いてエアに対する配管１３５_１のコンダクタンスを、配管１２５のコンダクタンスに一致するよう、調整する。

上述のエア供給部１３０は、エア供給系ごとに設けられている。すなわち配管１２５（１２５_１，１２５_２）のそれぞれに、独立のエア供給部１３０が接続されている。これにより、配管１２５_１を介してベルヌーイカップ１２４_０，１２４_１にエアが供給されるのと独立に、配管１２５_２を介してベルヌーイカップ１２４_２にエアが供給される。後述するように、エア供給系ごとに異なる流速のエアを供給して（ベルヌーイカップ１２４から噴出して）ウエハＷに対して非一様な分布の吸着力（吸引力）を及ぼすことで、ウエハＷを平坦に保持することができる。なお、エア供給系の構成は本実施形態の構成に限らず、例えば実際のウエハＷの変形に応じて、任意に構成することができる。

ローディングポジション近傍に、計測ステージＭＳＴが配置されている。計測ステージＭＳＴは、リニアモータ等を含む計測ステージ駆動系（不図示）によって、ステージベース２２上をＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動される。計測ステージＭＳＴ上には、ローディングディスク１２１に保持されたウエハＷの裏面にライン状に光を照射し、その反射光を受光することで、ウエハＷの形状を測定するラインセンサ１４２が設けられている（図９（Ａ）等参照）。また、計測ステージＭＳＴのＸＹ平面内の位置情報は、干渉計システムから成る計測ステージ位置計測系（不図示）によって計測される。その計測結果は、主制御装置２０に供給される。

ローディングユニット１２０（駆動部１２２、エア供給部１３０、ウエハ搬送アーム１１８等）は、主制御装置２０によって制御される（図４参照）。

図４には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。制御系は、装置全体を統括制御するマイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）などを含む主制御装置２０を中心として構成されている。

ローディングユニット１２０を用いたウエハのロードについて説明する。

ウエハをロードするに先立って、ベルヌーイカップ１２４から噴出されるエアの温度を制御する。ここで、エアは、配管１２５内を流れる際或いはベルヌーイカップ１２４から噴出される際に、ジュールトムソン効果により、配管１３５_０内との圧力差を保ちながら膨張することで温度が下がる。例えば、０．１ＭＰａの圧力変化に対して、エアの温度は約０．２度変化する。本実施形態では、エアの圧力は０．０５ＭＰａの範囲で変化するため、約０．１度の温度変化が予想される。約０．１度温度が変わるエアがウエハＷに噴出されることにより、ウエハＷが冷却され、熱収縮によるパターンの歪みを生ずるおそれがある。そこで、エアの温度変化を０．０１度以下に抑える必要がある。

図５に、ローディングディスク１２１を用いてウエハＷを保持する際のエアの温度制御の手順を示すフローチャートが与えられている。

前提として、ローディングディスク１２１は上方（＋Ｚ方向）に、ウエハステージＷＳＴはローディングポジション以外に待避しているものとする。また、エアはベルヌーイカップ１２４には供給されずに、配管１３５_０内を空流しされている状態にあるものとする。ローディングディスク１２１はウエハのローディング動作に伴って間歇的に使用されるのに対してエアの温度は常に一定に保つ必要があるため、ローディングディスク１２１の未使用時においてもエアを常時配管１３５_０内に流しておくとよい。そこで、流量制御弁１３１により所定の流量（例えば、変形のないウエハに対する流量１リットル／分）でエアを配管１３５_０内に流し、ベルヌーイカップ１２４による吸引動作が必要ない時には電磁弁１３４により配管１３５_０を配管１３５_１に接続してエアを排気させておく。

ステップ２０４において、主制御装置２０は、ローディングディスク１２１を作動する。すなわち、電磁弁１３４を用いて、配管１３５_０を配管１２５に接続してエアを複数のベルヌーイカップ１２４に供給する。ここで、絞り弁１３６を用いて配管１３５_１のコンダクタンスを調整していることにより、配管１３５_０を配管１２５に接続する前後で、配管１３５_０内を流れるエアの流量が変化しないようにしてあるので、温調制御部１３３は前記接続の前後で制御状態（温調状態）を調整する必要がない。そのため、安定したエアの温調が行われるため、エアの温度の変動を抑えることができる。

次のステップ２０６において、主制御装置２０は、エアの温度を制御する。主制御装置２０は、温度センサ１２８を用いて複数のベルヌーイカップ１２４から噴出されるエアの温度を測定し、エアの温度が所定の温度（或いはウエハＷの温度）に一致するように温度制御器１３３を用いて配管１３５_０を流れるエアを加熱する。

次のステップ２０８において、ローディングユニット１２０（ローディングディスク１２１）を用いてウエハＷを吸引して保持する。

その際、図６（Ａ）に示されるように、ウエハ搬送アーム１１８により、Ｃ／Ｄ（不図示）により感応層（レジスト層）が設けられたウエハＷがローディングポジションに向けて黒塗り矢印の方向（＋Ｙ方向）に搬送される。ウエハＷがローディングディスク１２１の直下まで搬送されると、主制御装置２０は、図６（Ｂ）に示されるように、ローディングディスク１２１を白抜き矢印の方向（−Ｚ方向）に駆動し、ローディングディスク１２１の下面をウエハＷの表面に近接する。なお、ローディングディスク１２１を駆動するに代えて、又はこれとともに、ウエハ搬送アーム１１８を白抜き矢印と逆の方向（＋Ｚ方向）に駆動してもよい。

ローディングディスク１２１の下面がウエハＷの表面まで１００μｍのオーダーまで近接すると、ローディングディスク１２１の吸着力（吸引力）がウエハＷに及び、ウエハＷがローディングディスク１２１に非接触で吸引され保持される。これにより、ウエハＷは、Ｚ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向への移動が制限される。主制御装置２０は、図６（Ｃ）に示されるように、ウエハＷを保持したローディングディスク１２１を白抜き矢印の方向（＋Ｚ方向）に微小駆動し、又はこれに代えて（或いはこれとともに）ウエハ搬送アーム１１８を白抜き矢印と逆の方向（−Ｚ方向）に微小駆動し、ウエハＷをリリースしたウエハ搬送アーム１１８を黒塗り矢印の方向（−Ｙ方向）に待避する。

なお、ステップ２０６におけるエアの温度制御がウエハＷの温度変化よりも十分に速い場合、ステップ２０６とステップ２０８の順序にして実行することとしてもよい。

次のステップ２１０において、主制御装置２０は、先述の複数のギャップセンサ（不図示）を用いて、ローディングディスク１２１に保持されたウエハＷの形状を測定する。ここで、ギャップセンサの代わりに計測ステージＭＳＴ上に設けられたラインセンサ１４２を用いてもよい。ラインセンサ１４２を用いたウエハＷの形状測定の詳細は、後述する。

次のステップ２１２において、主制御装置２０は、ウエハＷの形状に基づいて複数のベルヌーイカップ１２４（１２４_０，１２４_１，１２４_２）のそれぞれから噴出するエアの流量を決定し、流量制御弁１３１を用いてエアの流量を調整する。ステップ２１０における測定の結果、例えば、ウエハＷが上向きに凸状に撓んでいることが分かったとする。係る場合、主制御装置２０は、流量制御弁１３１を用いて、ベルヌーイカップ１２４_０，１２４_１に対してベルヌーイカップ１２４_２から噴出されるエアの流量を大きくする。これにより、ウエハＷの中央部に対して周縁部に強い吸引力が働く。一方、ステップ２１０における測定の結果、ウエハＷが下向きに凸状に撓んでいることが分かったとする。係る場合、主制御装置２０は、流量制御弁１３１を用いて、ベルヌーイカップ１２４_０，１２４_１に対してベルヌーイカップ１２４_２から噴出されるエアの流量を小さくする。これにより、ウエハＷの中央部に対して周縁部に弱い吸引力が働く。これにより、ローディングディスク１２１により、ウエハＷが平坦に保持される。

次に、ローディングディスク１２１に吸引保持されたウエハＷをウエハステージＷＳＴ上にロードする。

主制御装置２０は、３つの撮像素子１２９を用いて、ローディングディスク１２１に保持されたウエハＷの周縁（ノッチ等）を撮像する。主制御装置２０は、これらの撮像結果から、ウエハＷのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれと回転（θｚ回転）誤差とを求める。

図７（Ａ）に示されるように、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをローディングポジションに移動する。ここで、主制御装置２０は、上で求められた位置ずれ及び回転誤差を相殺する位置及び向きにウエハステージＷＳＴを位置決めする。或いは、上で求められた位置ずれ及び回転誤差を記憶し、アライメント計測においてその結果を補正する等してもよい。

ウエハステージＷＳＴがローディングディスク１２１の直下に位置決めされると、図７（Ｂ）に示されるように、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ内からウエハホルダ（不図示）を介して３つのＣＴピン１４０を黒塗り矢印の方向（＋Ｚ方向）に出し、それらの先端をローディングディスク１２１に保持されたウエハＷの裏面に当接してウエハＷを（吸着）支持する。これにより、ウエハＷは、さらに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向への動きが制限される。

ウエハＷが、ローディングディスク１２１に保持されることでそのＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向への動きが制限され、３つのＣＴピン１４０により裏面が支持されることでそのＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向への動きが制限されると、図７（Ｃ）に示されるように、主制御装置２０は、ローディングディスク１２１を白抜き矢印の方向（−Ｚ方向）に駆動し、これに併せて３つのＣＴピン１４０を黒塗り矢印の方向（−Ｚ方向）に動かしてウエハステージＷＳＴ内に入れる。これにより、図８（Ａ）に示されるように、ウエハＷは、その6自由度方向の動きが制限された状態を維持して、ウエハステージＷＳＴ上にロードされる。

ウエハＷがウエハステージＷＳＴ上にロードされると、主制御装置２０は、ウエハホルダ（不図示）を作動してウエハＷをウエハステージＷＳＴ上に吸着保持し、そしてローディングディスク１２１によるウエハＷの保持を解除する。すなわち、電磁弁１３４により配管１３５_０が配管１３５_１に接続されてエアが排気される。

最後に、図８（Ｂ）に示されるように、主制御装置２０は、ローディングディスク１２１を白抜き矢印の方向（＋Ｚ方向）に待避することで、ウエハＷのウエハステージＷＳＴ上へのロードが完了する。

次に、計測ステージＭＳＴ上に設けられたラインセンサ１４２を用いたウエハＷの形状測定について説明する。

前提として、先述のステップ２０８において、ウエハＷは、図９（Ａ）に示されるように、ローディングディスク１２１に吸引保持されているものとする。主制御装置２０は、ローディングディスク１２１を上方（＋Ｚ方向）に待避し、ローディングディスク１２１の下方（−Ｚ方向）に計測ステージＭＳＴが移動可能な空間を確保する。

主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴをローディングポジションに移動する。そして、計測ステージＭＳＴ上に設けられたラインセンサ１４２を用いて、ローディングディスク１２１に保持されているウエハＷの裏面に計測光を照射し、裏面からの反射光を受光する。ここで、計測光は、図９（Ｂ）に示されるように、ウエハＷの裏面上のライン状の照射領域１４２ａに照射される。

主制御装置２０は、計測ステージ位置計測系（不図示）を用いて計測ステージＭＳＴの位置を計測し、その結果に従って計測ステージＭＳＴを、図９（Ａ）に示されるように、黒塗り矢印の方向（＋Ｙ方向）に一定速度で駆動する。これにより、図９（Ｂ）に示されるように、照射領域１４２ａはウエハＷの裏面上を黒塗り矢印の方向（＋Ｙ方向）に移動する。これにより、ウエハＷの裏面全面あるいはその一部を走査することができる。主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴを駆動するとともに照射領域１４２ａからの反射光を受光し、その結果を計測ステージＭＳＴの位置計測結果とともに取り込む。主制御装置２０は、これらの結果から、ウエハＷの形状（ウエハ裏面の平坦度）を求める。

なお、ラインセンサ１４２が設けられた計測ステージＭＳＴを駆動してウエハＷに対して照射領域１４２ａを移動することで、ウエハＷを走査することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、ウエハＷを吸引保持しているローディングディスク１２１を移動させることで照射領域１４２ａに対してウエハＷを移動させて、ウエハＷを走査することとしてもよい。係る場合、ローディングディスク１２１をＹ軸方向に駆動可能に駆動部１２２を構成することとする。また、ラインセンサ１４２は、ステージベース２２上に固定しても良い。また、ローディングディスク１２１と計測ステージＭＳＴとの両方を駆動することで、ウエハＷ裏面を走査することとしてもよい。

また、図１０に示されるように、計測ステージＭＳＴに設けられたラインセンサ１４２からウエハＷの裏面の径方向に延びるライン状の照射領域に計測光を照射し、ウエハＷを保持しているローディングディスク１２１を矢印方向に回転することで、ウエハＷ裏面を走査することとしてもよい。係る場合、ローディングディスク１２１は、回転可能に駆動部１２２に接続された構成とする。また、ラインセンサ１４２は、ステージベース２２上に固定しても良い。

また、図１１に示されるように、ラインセンサ１４２を構成する照射部１４２_１と受光部１４２_２とをそれぞれ異なる計測ステージＭＳＴ_１，ＭＳＴ_２に設けてもよい。係る場合、照射部１４２_１を計測光の出射角を変えられるように構成する。そして、計測ステージＭＳＴ_１をローディングポジションの−Ｙ側に位置決めし、照射部１４２_１を用いて計測光をウエハＷの裏面に照射し、出射角を傾けつつ、これに併せて計測ステージＭＳＴ_２を＋Ｙ方向に駆動して受光部１４２_２を用いてウエハＷの裏面からの反射光を受光することで、ウエハＷ裏面の全面あるいは一部領域を走査することとしてもよい。

以上のような、計測ステージＭＳＴに設けられたラインセンサ１４２を用いたウエハＷの形状測定（ウエハ裏面の平坦度の測定）は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの露光と並行して行うこととしてもよい。それにより、スループットの向上が期待される。

また、２つのウエハステージＷＳＴを備えるツインステージ型の露光装置の場合、ラインセンサ１４２をウエハステージＷＳＴ上に設けることとしてもよい。係る場合、一方のウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの露光と並行して、他方のウエハステージＷＳＴ上のラインセンサ１４２を用いてウエハＷの形状測定を行うことで、スループットの向上が期待される。

本実施形態の露光装置１００の露光動作を、簡単に説明する。

主制御装置２０は、露光に先立って、先述の手順により、Ｃ／Ｄ（不図示）により感応層（レジスト層）が設けられたウエハＷをウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ（不図示））上にロードする。

主制御装置２０は、アライメント検出系ＡＳを用いて、ウエハＷの表面に付与された（ウエハＷ上のサンプルショット領域に付設された）アライメントマークを検出し、アライメント計測（ＥＧＡ）を実行する。それにより、ＸＹ平面内におけるウエハＷ上のショット領域の位置（さらに走査方向に関する倍率、光軸ＡＸ周りの回転、直交度）が定められる。なお、アライメント計測（ＥＧＡ）の詳細は、例えば、特開平６−３４９７０５号公報に記載されている。

主制御装置２０は、アライメント計測（ＥＧＡ）の結果に従って、レチクルＲのパターンの投影位置（投影光学系ＰＬの投影中心）とウエハＷ上の各ショット領域の相対位置関係を算出する。その結果に従って、主制御装置２０は、走査露光により、ウエハＷ上の全ショット領域内に、順次、レチクルＲのパターンを露光する。

ウエハＷ上の各ショット領域に対する走査露光では、主制御装置２０は、レチクル干渉計１４と干渉計システム１８の計測結果を監視して、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴをそれぞれの走査開始位置（加速開始位置）に移動させる。そして、主制御装置２０は、両ステージＲＳＴ，ＷＳＴをＹ軸方向に、ただし互いに逆向きに、相対駆動する。ここで、両ステージＲＳＴ，ＷＳＴがそれぞれの目標速度に達すると、照明光ＩＬによってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。

主制御装置２０は、走査露光中、Ｙ軸方向についてのレチクルステージＲＳＴの速度ＶｒとウエハステージＷＳＴの速度Ｖｗとを投影光学系ＰＬの投影倍率に対応する速度比に維持するように、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期駆動する。

レチクルＲがＹ軸方向に移動することにより、そのパターン領域の全域が照明光ＩＬにより照明される。それと同時にウエハＷがＹ軸方向に、ただしレチクルＲと逆方向に、移動することにより、レチクルＲのパターンがウエハＷ上に転写される。それにより、ウエハＷ上のショット領域の１つに対する走査露光が終了する。

ショット領域の１つに対する走査露光が終了すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを、次のショット領域に対する走査開始位置（加速開始位置）へ移動（ステップ移動）させる。そして、主制御装置２０は、先と同様に、次のショット領域に対する走査露光を行う。その他のショット領域に対する走査露光も、同様に行われる。このように、ショット領域間のステップ移動と各ショット領域に対する走査露光とを繰り返して、ウエハＷ上の全てのショット領域にレチクルＲのパターンを転写する。

露光が終了すると、主制御装置２０は、先述の手順の逆の手順により、ウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ（不図示））から露光済みのウエハＷをアンロードする。そして、先述の手順により、Ｃ／Ｄ（不図示）により感応層（レジスト層）が設けられた次のウエハＷをウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ（不図示））上にロードする。すなわち、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷを交換する。主制御装置２０は、新しいウエハＷに対して、同様に露光動作を繰り返す。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置１００によると、計測ステージＭＳＴ上に設けられたラインセンサ１４２を用いて、ローディングディスク１２１に保持されたウエハの裏面に計測光を入れてウエハの裏面を走査しつつ、反射光を受光することでウエハの形状を測定する。これにより、ローディングディスク１２１に保持されたウエハの形状を正確に測定することが可能となる。また、本実施形態のローディングユニット１２０（ローディングディスク１２１）を用いることにより、ウエハＷを平坦にウエハステージＷＳＴ上にロードすることが可能となる。

なお、本実施形態の露光装置１００では、ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷをロードするローディングポジションとウエハステージＷＳＴ上からウエハＷをアンロードするアンローディングポジションとを同じ位置に配置したが、これに限らず、異なる位置に配置し、それぞれにローディングユニット（アンローディングユニット）１２０を設けることとしてもよい。これにより、ウエハＷの搬出入を他の動作と並行して行うことができること等により、スループットの向上が期待される。

なお、上述の実施形態では、本発明が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば国際公開第９９／４９５０４号、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、特開２００４−２８９１２６号公報（対応米国特許第６,９５２,２５３号明細書）などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。また、例えば国際公開第２００７／０９７３７９号（対応米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書）に開示される、液浸露光装置などにも、本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。

また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。

なお、上記実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置に本発明を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。

さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。

なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

２０…主制御装置、１００…露光装置、１１８…ウエハ搬送アーム、１２０…ローディングユニット、１２１…ローディングディスク、１２４（１２４_０，１２４_１，１２４_２）…ベルヌーイカップ、１２５（１２５_１，１２５_２，１３５_０，１３５_１）…配管、１２８…温度センサ、１２９…撮像素子、１３０…エア供給部、１３１…流量制御弁、１３２…流量計、１３３…温度制御器、１３４…電磁弁、１３６…絞り弁、１４０…ＣＴピン、１４２…ラインセンサ、ＰＬ…投影光学系、ＰＵ…投影ユニット、ＭＳＴ（ＭＳＴ_１，ＭＳＴ_２）…計測ステージ、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ。

Claims (12)

1. 第１面と該第１面と異なる第２面とを有する板状の物体の形状に関する情報を求める測定装置であって、
   前記第１面と対向する対向部を有し、該対向部と前記第１面との間に気体流を形成して前記物体を吸引する力を発生させる吸引装置と、
   前記吸引装置によって吸引されている前記物体の前記第２面に計測光を照射する照射装置と、
   前記第２面で反射された前記計測光を受光する受光装置と、
   前記計測光を用いて前記第２面を走査する走査装置と、を備え、
   前記走査装置を用いて前記計測光で前記第２面を走査しつつ、前記受光装置を用いて前記第２面で反射された前記計測光を受光することで前記物体の形状に関する情報を求める測定装置。
2. 前記走査装置は、前記吸引装置と前記照射装置のうちの少なくとも一方を、前記第１面または前記第２面に沿った方向に移動させる駆動装置を含み、
   該駆動装置によって前記吸引装置と前記照射装置とを相対移動させることで、前記計測光を用いて前記物体の裏面を走査する、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記走査装置は、前記吸引装置と前記照射装置のうちの少なくとも一方を、前記第１面または前記第２面に沿った面内で回転させる駆動装置を含み、
   該駆動装置によって前記吸引装置と前記照射装置とを相対移動させることで、前記計測光を用いて前記物体の裏面を走査する、請求項１に記載の測定装置。
4. 前記物体の形状に関する情報は、前記第２面の面形状に関する情報である請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 前記吸引装置は、前記第１面からエアを噴出して前記物体を非接触で保持するベルヌーイチャックを含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置。
6. 前記測定装置は、前記第２面において該第２面に垂直な方向に関する形状を求める請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定装置。
7. 前記測定装置の測定結果に基づいて、前記吸引装置が発生する吸引力を調整する請求項１〜６のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 前記物体の平坦度が維持されるように、前記吸引力を調整する請求項７に記載の測定装置。
9. エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光装置であって、
   物体を保持して移動可能な第１の移動体と、
   前記第１の移動体に保持された物体にエネルギビームを照射する投影光学システムと、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の測定装置と、を備え、
   前記測定装置を用いて前記物体の形状に関する情報を求めた後に前記第１の移動体が前記物体を保持する露光装置。
10. 前記第１の移動体とは独立して移動可能な第２の移動体をさらに備え、
    前記受光装置は、前記第１の移動体と前記第２の移動体とのいずれかに設けられ、該いずれかの移動体を駆動することで、前記計測光を用いて前記物体の裏面を走査して前記物体の形状を測定する、請求項９に記載の露光装置。
11. 前記第１の移動体に保持された物体上にパターンを形成するのと並行して、前記測定装置によって前記吸引装置に吸引された物体の形状に関する情報を求める、請求項９又は１０に記載の露光装置。
12. 前記吸引装置を用いて物体を前記第１の移動体上に搬送する請求項９又は１０に記載の露光装置。

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