JP4006364B2 - 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、被計測物とセンサ間の静電容量を検出して被計測物の位置や形状などを計測する技術に関し、この計測結果を用いて原版上のパターンを基板などに転写する露光装置や半導体デバイスの製造システムなどに応用される技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被計測物（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（例えば、特許文献１参照）。この方式はセンサプローブ（電極）とターゲット間に生じる静電容量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。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２３０７０４号公報。
【０００４】
図１１は従来例１の静電容量センサを用いた計測装置の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。具体的には静電容量センサ（センサプローブ）２０１と、このセンサ２０１に接続ケーブル２０４を介して電気的に接続されるセンサアンプ２１１と、センサアンプ２１１の計測値を受け取るコントローラ２１４とを備え、センサアンプ２１１の一方の端子２１１ａから与えられる微弱な交流電流をセンサプローブ２０１から半導体ウエハなどのターゲット２０５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ことにより、ターゲット２０５上の計測点でのセンサプローブとターゲット間の距離gapを計測する構成が一般的である。
【０００５】
センサプローブ２０１からターゲット２０５に流れ込んだ電流は、装置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２１１ｂに還流される。
【０００６】
通常、計測する静電容量はpFオーダーの小さな値なので、浮遊容量の影響を受けやすいため、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。
【０００７】
チャック２０６は、例えばSiC製のセラミクスで構成された絶縁性の真空チャックが用いられる。また、ガイドレール２０９は搭載台１９８上に互いに平行に２本設けられ、スライダ２１０は、各ガイドレール２０９に対して移動可能にステージ２０７裏面の４箇所の角部に設けられている。
【０００８】
センサプローブ２０１は、搭載台１９８上から延びるセンサ保持部材１９９によりターゲット２０５の表面に対向するように保持される。センサ保持部材１９９も金属などの導体で構成されアースに接続される。
【０００９】
この従来例１の計測装置は、ターゲット２０５に対向するように固定された１個のセンサプローブ２０１を用いてチャック２０６上に真空吸着されたターゲット２０５としての半導体ウエハの表面の高さ、Ｙ軸まわりの回転であるωy方向の傾き、うねりを計測する。
【００１０】
ここで、センサプローブ２０１とターゲット２０５間の間隔gapを計測ギャップと呼ぶことにする。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、従来例１の計測装置では300μｍ以下、好ましくは200〜300μｍ程度に設定される。
【００１１】
センサプローブ２０１は円筒形状を有し、径方向断面から見て同心円状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、センサアンプ２１１の中心電極用端子２１１ａに接続される。センサアンプ２１１から中心電極には数10kHzの正弦波定振幅電流が付与される。その電流がセンサプローブ２０１と容量結合されたターゲット２０５を介して筐体アースに流れる。
【００１２】
上記筐体アースはセンサアンプ２１１のアース端子２１１ｂに接続される。センサアンプ２１１は中心電極用端子２１１ａとアース端子２１１ｂ間の電圧を検知することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ閉回路のインピーダンスを計測する。
【００１３】
図１２は従来例１の計測装置における計測系の等価回路である。
【００１４】
図１２において、Ｃ１は計測ギャップによる静電容量、Ｚ１はターゲットとしての半導体ウエハの内部インピーダンス、Ｚ２は半導体ウエハからアース端子までのインピーダンスである。
【００１５】
上記計測ギャップを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Ｓとすれば、計測ギャップの静電容量Ｃは次式で表される。
【００１６】
Ｃ＝εo・Ｓ／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とする。
【００１７】
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。
【００１８】
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εo・Ｓ）
ｄ＝ｅ・ω・εo・Ｓ／ｉ
が導かれる。そして、ｉ、ω、Ｓが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【００１９】
上記ガード電極は、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られている。また、ガード電極はセンサアンプのガード電極用端子に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧で、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、センサアンプとセンサプローブ間の接続には同軸ケーブルを使用しており、同軸ケーブル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、接続ケーブルの２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【００２０】
センサアンプ２１１は、センサプローブ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２１４に伝送される。コントローラ２１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ２１４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。
【００２１】
次に、従来例２の計測装置について、図１４及び図１５を用いて説明する。
【００２２】
図１４は従来例２の静電容量センサを用いた計測装置の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【００２３】
従来例１との違いは、Ｙ軸に平行に３個のセンサプローブ３０１〜３０３を設けることにより、ターゲット２０５上でＹ座標の異なる３点を同時に計測可能に構成した点である。この構成により、Ｘ軸まわりの回転ωx方向の傾きが検出できる点や、より多点の計測を効率よく行えるなどの利点がある。また、後述する複数のセンサ間の干渉をより分かりやすくするために、導電性（例えば、金属製）の真空チャック３０６を用いていおり、この導電性チャック３０６はケーブル３０７によりアースＧＮＤに接続されている。
【００２４】
また、各センサプローブ３０１〜３０３には、接続ケーブル３０４を介してセンサアンプ３１１〜３１３が夫々電気的に接続され、コントローラ３１４は各センサアンプ３１１〜３１３の計測値を受け取る。各センサアンプ３１１〜３１３には、従来例１と同様に各センサプローブ３０１〜３０３に接続される中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａとアース端子３１１ｂ〜３１３ｂが設けられている。
その他の従来例１と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図１５は従来例２の計測装置における計測系の等価回路である。
【００２６】
図１５において、Ｃw1〜Ｃw3はセンサプローブ３０１〜３０３に対する計測ギャップによる静電容量である。半導体ウエハの内部インピーダンスのうちＺw1〜Ｚw3はセンサプローブ３０１〜３０３に対して独立の項、Ｚw11は共通の項である。Ｚw12は半導体ウエハからアース端子までのインピーダンスである。従来例２においては半導体ウエハから金属製チャック間に抵抗性、容量性の結合が生じるので、Ｚw12は従来例１のＺ１よりも小さいインピーダンスになることが期待できる。
【００２７】
次に、従来例２の計測装置による計測動作とステージ位置との関係について、図１６を用いて説明する。
【００２８】
計測装置は、半導体ウエハであるターゲット２０５を載置するステージ２０７を図１４に示す＋Ｘ方向（搭載台の右端側）から−Ｘ方向（搭載台１９８の左端側）に連続的に等速で移動することにより計測を実行する。
【００２９】
即ち、ステージ２０７が図１６（ａ）の計測開始前の状態から−Ｘ方向に移動していくのに伴って、半導体ウエハは最初に中央のセンサプローブ３０２の計測位置に入るので中央のセンサプローブ３０２から計測が開始される（図１６（ｂ））。
【００３０】
続いて、半導体ウエハは両側のセンサプローブ３０１、３０３の計測位置に入り、両側のセンサプローブ３０１、３０３による計測も開始される（図１６（ｃ））。
【００３１】
次に、図１６（ｄ）に示す３つのセンサプローブ３０１〜３０３によるウエハ中央の計測が開始される。
【００３２】
その後、半導体ウエハが両側のセンサプローブ３０１、３０３の計測位置から離れることで両側のセンサプローブ３０１、３０３による計測を終了し（図１６（ｅ））、続いて中央のセンサプローブ３０２の計測位置からも離れて中央のセンサプローブ３０２による計測も終了して、半導体ウエハが全てのセンサプローブ３０１〜３０３の計測位置から離れることにより計測が終了する（図１６（ｇ））。
【００３３】
図１６（ａ）〜（ｇ）のそれぞれの状態は、ステージ２０７（つまり、半導体ウエハ）とセンサプローブ３０１〜３０３との相対的な位置関係を示しており、実際にはこれ以外のステージ位置でも連続的に計測を行っている。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
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。しかし、上記各従来例においては、真空チャック２０６によってターゲット２０５をアース端子に対して低インピーダンスで結合するのが難しい場合がある。例えば、ターゲット２０５の形状、真空チャック２０６の形状、真空チャック２０６の材質などに制約がある場合である。このような場合には、計測の安定性や精度が悪化したり、ターゲット２０５の形状によるオフセットが生じたり、複数のセンサプローブを使用した従来例２ではセンサ間に干渉が生じたりもする。
【００３５】
図１１に示す従来例１においては、真空チャック２０６及びステージ２０７が絶縁性のため、ターゲット２０５はアース端子に対して低いインピーダンスで結合できていない。このため、ターゲット２０５とアースとの間を容量的に結合して使用することも考えられる。この場合には、ターゲットとアース間の結合インピーダンスが計測中に変化すると計測に誤差が生じる。特に、センサプローブとターゲットとを相対的に移動して計測する場合には結合インピーダンスが変わりやすい。
【００３６】
各従来例の計測装置のアースインピーダンス変化による計測誤差の発生について図１３及び図１７を用いて説明する。
【００３７】
各従来例の計測装置においては、ターゲット２０５とセンサ保持部材１９９の間には容量結合が生じ、その結合によるインピーダンスはターゲット２０５とセンサ保持部材１９９とが対向する面積と間隔で決まる。間隔を一定とすると、面積に反比例した大きさのインピーダンスとなる。
【００３８】
図１３に示す従来例１では、センサ保持部材１９９によるアースインピーダンス変化は計測範囲外ではほぼゼロであり、計測範囲内では対向面積に反比例した値を示す。センサプローブが定振幅電流タイプである場合には、このインピーダンス変化による電圧降下分がそのまま誤差として検出される。結果として、図１３に示すような計測誤差を生じることになる。
【００３９】
また、図１４に示す従来例２では、ステージ移動に伴うアースインピーダンスの変化は無視できるものとする。半導体ウエハと金属製チャック間の結合が支配的となっていて、そのインピーダンスは移動によらず一定だからである。但し、その場合でもインピーダンス自体はゼロとは見なせず，ある値をとる。
【００４０】
図１６から明らかなように、半導体ウエハ上に対向するセンサプローブの本数はステージ位置によって異なっている。つまり、図１６（ａ）〜（ｂ）と（ｅ）〜（ｆ）の区間では１本であり，（ｃ）〜（ｅ）の区間では３本である。このように、半導体ウエハ上に対向するセンサ本数が異なると、各センサプローブの共通インピーダンスに流れる電流値が異なり、その電圧降下分により各センサプローブの計測値が影響を受ける。
【００４１】
図１７は従来例２におけるアース電流と計測誤差との関係を示す図である。ここで、説明の便宜上各センサの真の計測値は、計測範囲内でＸ座標によらず全て一定と仮定する。
【００４２】
図１７において、横軸上の（ａ）〜（ｇ）は、図１６（ａ）〜（ｇ）の各ステージ位置に対応している。アース電流振幅値は、半導体ウエハ上に対向するセンサ本数に対応して増減する。前述のように、アース電流がアースインピーダンスを流れることによって生じる電圧降下分は計測値に影響を与える。従って、中央のセンサプローブ３０２の計測値は、図１６（ｂ）〜（ｃ）の区間及び（ｅ）〜（ｆ）の区間と（ｃ）〜（ｅ）の区間ではΔＳ分だけ計測値が異なってしまう。
【００４３】
なお、以上の説明で理解されるように、従来例２の真空チャック３０６が絶縁性材料で構成されている場合には、従来例２の半導体ウエハ上に対向するセンサプローブの本数で決まる計測誤差に加えて、従来例１で説明した位置によるアース結合インピーダンスで決まる計測誤差が複合的に生じることとなる。
【００４４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、静電容量センサを用いてターゲットを計測する際に、アースインピーダンスの変化とアース電流変化による計測誤差を低減することを目的とする。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するための、本発明の各態様を以下に列挙する。
【００４６】
［態様１］
被計測物とセンサ間の静電容量を検出して当該センサと被計測物間の距離を計測する装置であって、前記センサに接続された第１の端子と、当該第１の端子との間に前記センサと前記被計測物とを含む閉回路を構成する第２の端子とを有し、当該第１の端子と第２の端子との間の電流若しくは電圧を計測する計測手段と、前記被計測物と前記第２の端子の間のインピーダンスにより生じる電圧降下から前記計測手段による計測値を補正する補正手段とを具備する。
【００４７】
［態様２］
上記態様１において、前記補正手段は、前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさの少なくともいずれかにより前記電圧降下を推定する。
【００４８】
［態様３］
上記態様２において、前記補正手段は、予め得られた前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさの少なくともいずれかに関するテーブルを用いて前記電圧降下を推定する。
【００４９】
［態様４］
上記態様２において、前記補正手段は、予め得られた前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさの少なくともいずれかに関する演算式を用いて前記電圧降下を推定する。
【００５０】
［態様５］
上記態様２において、前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさは実測により求められる。
【００５１】
［態様６］
上記態様２乃至５のいずれか１つにおいて、前記被計測物に近接した位置に導電性部材が設けられ、前記インピーダンスの大きさは、前記被計測物の内部インピーダンスと、前記被計測物と前記導電性部材間の距離と、前記被計測物と前記導電性部材とが対向する面積との少なくともいずれかにより求められる。
【００５２】
［態様７］
上記態様２乃至５のいずれか１つにおいて、前記センサを複数備え、前記インピーダンスに流れる電流の大きさは、前記被計測物に対向するセンサの数と当該センサに付与する電流値の少なくともいずれかにより求められる。
【００５３】
［態様８］
上記態様７において、前記複数のセンサに対して前記インピーダンスは共通である。
【００５４】
［態様９］
上記態様７又は８において、前記複数のセンサは同一の被計測物を計測する。
【００５５】
［態様１０］
上記実施態様１乃至５のいずれか１つにおいて、前記被計測物は半導体である。
【００５６】
［態様１１］
原版上のパターンを基板に露光する半導体製造装置において、上記実施態様１乃至１０のいずれか１つの計測装置を搭載し、前記被計測物として前記原版及び／又は基板と前記センサとの距離を計測し、前記距離に基づいて前記原版と基板間の隙間を検出する。
【００５７】
［態様１２］
上記態様１１において、前記原版と前記基板間の隙間を300μm以下に近接させて露光を行う。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００５９】
［第１の実施形態］
以下に、本発明の計測装置を半導体ウエハ位置の計測に適用した第１の実施形態について説明する。
【００６０】
図１は、本発明に係る第１の実施形態の計測装置の構成図であり、図１１に示す従来例１の構成と同一の要素には同一の符号を付して示している。
【００６１】
本実施形態の計測装置は、センサ保持部材１９９に固定された１個のセンサプローブ２０１を用いて、SiC製のセラミクスで構成された真空チャック２０６上に真空吸着されたターゲットとしての半導体ウエハ２０５の表面の高さを複数の計測点で計測する。
【００６２】
ここで、センサプローブ２０１とターゲット２０５間の間隔gapを計測ギャップと呼ぶことにする。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、本実施形態では300μｍ以下、好ましくは200〜300μｍ程度に設定される。
【００６３】
センサプローブ２０１は円筒形状を有し、径方向断面から見て同心円状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、センサアンプ２１１の中心電極用端子２１１ａに接続される。センサアンプ２１１から中心電極には数10kHzの正弦波定振幅電流が付与される。その電流がセンサプローブ２０１と容量結合されたターゲット２０５を介して筐体アースに流れる。
【００６４】
上記筐体アースはセンサアンプ２１１のアース端子２１１ｂに接続されて全体として閉回路を構成している。センサアンプ２１１は中心電極用端子２１１ａとアース端子２１１ｂ間の電圧を検知することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ閉回路のインピーダンスを計測する。
【００６５】
上記計測ギャップを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Ｓとすれば、計測ギャップの静電容量Ｃは次式で表される。
【００６６】
Ｃ＝εo・Ｓ／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とする。
【００６７】
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。
【００６８】
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εo・Ｓ）
ｄ＝ｅ・ω・εo・Ｓ／ｉ
が導かれる。そして、ｉ、ω、Ｓが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【００６９】
上記ガード電極は、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られている。また、ガード電極はセンサアンプのガード電極用端子に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧で、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、センサアンプとセンサプローブ間の接続には同軸ケーブルを使用しており、同軸ケーブル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、接続ケーブルの２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【００７０】
センサアンプ２１１は、センサプローブ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２１４に伝送される。コントローラ２１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ２１４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。
【００７１】
真空チャック２０６がSiC製のセラミックスで構成されているのは、温度変化によるチャックの変形を防ぐためである。同様にチャック２０６の搭載台１９８もセラミックスで構成されている。
【００７２】
従って、ターゲット２０５の裏面側は厚い絶縁体で構成されていることになり、ターゲット２０５からアース端子への結合はほとんど期待できない。
【００７３】
本実施形態の計測装置は従来例１と同一の構成であり、相違点はセンサアンプ２１１の計測値を補正するための補正器２１５を備え、センサアンプ２１１の出力と補正器２１５の出力とが加算されてコントローラ２１４に入力されるところである。
【００７４】
コントローラ２１４は補正器２１５に対して現在のステージ位置の座標値を通知し、補正器２１５はその座標値に対応した補正値を出力する。補正器２１５は不揮発メモリを備え、ステージの現在の座標値と補正値との関係を装置固有のテーブルとして記憶している。このステージの現在の座標値と補正値との関係は、事前の較正作業により予め得られたデータが使用される。
【００７５】
次に、本実施形態におけるアースインピーダンスと計測値との関係について図２を用いて説明する。尚、説明の便宜上、ターゲット２０５は完全な平面とし、ステージ２０７も完全に平行移動すると仮定する。この仮定は単に説明の便宜上のものであり、本発明に係る技術的範囲を限定するものではないことを申し添えておく。
【００７６】
本実施形態の計測装置においては、ターゲット２０５とセンサ保持部材１９９の間には容量結合が生じ、その結合によるインピーダンスはターゲット２０５とセンサ保持部材１９９とが対向する面積と間隔で決まる。間隔を一定とすると、面積に反比例した大きさのインピーダンスとなる。
【００７７】
図２（ａ）において、センサ保持部材１９９によるアースインピーダンス変化は計測範囲外ではほぼゼロであり、計測範囲内では対向面積に反比例した値を示す。センサプローブが定振幅電流タイプである場合には、このインピーダンス変化による電圧降下分がそのまま誤差としてセンサアンプ２１１から出力される。この誤差をキャンセルするために、図２（ｂ）に示す補正値が補正器２１５から出力される。結果、コントローラ２１４には図２（ｃ）に示すように、アースインピーダンスの影響を排除した値（合成値）が入力される。コントローラ２１４はこの合成値を計測装置の計測結果として使用する。
【００７８】
次に、ステージの座標値と補正値との関係を予め求める方法について説明する。
【００７９】
半導体ウエハ２０５は、チャック２０６上の不図示の位置決めピンに対して位置決めされる。従って、半導体ウエハ２０５とチャック２０６の位置関係はウエハを交換しても再現良く保たれる。本実施形態において、ステージ座標に伴ってアースインピーダンス部分での電圧降下が変化する要因は、アースインピーダンスの変化であり、それはセンサ保持部材１９９と半導体ウエハ２０５との対向面積の変化によって起きる。ステージ座標に対するこの対向面積は幾何学的な計算により求めることができる。また、センサ保持部材１９９と半導体ウエハ２０６との間隔は一定とすることができる。従って、両者を電極とみなした平行平板コンデンサの静電容量を計算により求めることができる。センサプローブ２０１から流れる定振幅交流信号の周波数と電流値は既知なので、この静電容量によるインピーダンスと電圧降下を求めることができる。この電圧降下をセンサアンプ２１１の電圧対距離換算係数により、距離の補正値に換算することができる。結果として、アースインピーダンス部分の電圧降下による計測値の補正量をステージ座標に対応したテーブルとして関係付けることができる。
【００８０】
尚、本実施形態において補正器２１５をコントローラ２１４、センサアンプ２１１とは別体で設けた構成をとっているが、本発明の目的を達するための一つの構成例に過ぎない。例えば、設計によってはコントローラ２１４と一体とすることもありうる。また，本実施形態では、補正器２１５はステージの現在の座標値と補正量とを関係付けたテーブルで保存しているが、このようなテーブルに限らず算術式で定義したものでも目的を達せられることは言うまでもない。
【００８１】
また、本実施形態では、アースインピーダンスを幾何学的な計算により求めたが、計測により求めることもできる。例えば、表面に導電膜を付けた半導体ウエハを用意し、アースとウエハ表面間の静電容量、若しくはセンサと同一周波数におけるインピーダンスを計測器により計測することができる。
【００８２】
また、本実施形態ではアースインピーダンスに流れる電流値をセンサプローブ２０１の出力電流値と同一とみなしたが、より正確にはセンサ保持部材１９９とアース間に電流計を挿入することにより実測することもできる。
【００８３】
また、本実施形態では、センサ保持部材１９９と半導体ウエハ２０５の間隔はステージ座標によらず一定の場合について説明したが、一定でない場合もある。理由としてセンサ保持部材１９９の取り付けがステージ２０７の走りに対して傾いていることが挙げられる。これに対して半導体ウエハ２０５の平面度や厚さむらなどは、上記間隔に対して無視できる大きさである。
【００８４】
このようにステージ座標に対して間隔が一定でない場合には、計測によりアース−ンピーダンスを求めれば、対向面積の変化による要因と含めて検出することができる。
【００８５】
［第２の実施形態］
以下に、本発明の計測装置を半導体ウエハ位置の計測に適用した第２の実施形態について説明する。
【００８６】
図３は、本発明に係る第２の実施形態の計測装置の構成図であり、図１１に示す従来例１の構成と同一の要素には同一の符号を付して示している。
【００８７】
本実施形態の計測装置は、センサ保持部材１９９に固定された複数（例えば、３個）のセンサプローブ３０１〜３０３を用いて、導電製の真空チャック３０６上に真空吸着されたターゲットとしての半導体ウエハ２０５の表面の高さを複数の計測点で計測する。
【００８８】
ここで、センサプローブ３０１〜３０３とターゲット２０５間の間隔gapを計測ギャップと呼ぶことにする。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、本実施形態では300μｍ以下、好ましくは200〜300μｍ程度に設定される。
【００８９】
センサプローブ３０１〜３０３は円筒形状を有し、径方向断面から見て同心円状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、各センサアンプ３１１〜３１３の中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａに接続される。各センサアンプ３１１〜３１３から中心電極には数10kHzの正弦波定振幅電流が付与される。その電流が各センサプローブ３０１〜３０３と容量結合されたターゲット２０５を介して筐体アースに流れる。
【００９０】
上記筐体アースは各センサアンプ３１１〜３１３のアース端子３１１ｂ〜３１３ｂに接続されて全体として閉回路を構成している。各センサアンプ３１１〜３１３は中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａとアース端子３１１ｂ〜３１３ｂ間の電圧を検知することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ閉回路のインピーダンスを計測する。
【００９１】
上記計測ギャップを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Ｓとすれば、計測ギャップの静電容量Ｃは次式で表される。
【００９２】
Ｃ＝εo・Ｓ／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とする。
【００９３】
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。
【００９４】
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εo・Ｓ）
ｄ＝ｅ・ω・εo・Ｓ／ｉ
が導かれる。そして、ｉ、ω、Ｓが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【００９５】
上記ガード電極は、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られている。また、ガード電極はセンサアンプのガード電極用端子に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧で、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、センサアンプとセンサプローブ間の接続には同軸ケーブルを使用しており、同軸ケーブル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、接続ケーブルの２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【００９６】
センサアンプ３１１〜３１３は、センサプローブ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３１４に伝送される。コントローラ３１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ３１４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。
【００９７】
真空チャック３０６は導電製材質で構成されているが、金属製にするかセラミックスなど絶縁材料の表面にメッキしたものを用いてもよい。この導電性チャック３０６はケーブル３０７によりアースに接続されている。これにより、本実施形態の半導体ウエハ２０５からアースＧＮＤへの結合は、半導体ウエハ２０５と導電性チャック３０６間の結合が支配的に効いている。言い換えると、半導体ウエハ２０５と導電性チャック３０６間の結合が最も低インピーダンスとなっており、その他の部分で並列に存在する容量結合はほとんど無視できる。
【００９８】
本実施形態の計測装置は従来例２と同一の構成であり、相違点はセンサアンプ３１２の計測値を補正するための補正器３１５を備え、センサアンプ３１２の出力と補正器３１５の出力とが加算されてコントローラ３１４に入力されるところである。
【００９９】
コントローラ３１４は補正器３１５に対して現在のステージ位置の座標値を通知し、補正器３１５はその座標値に対応した補正値を出力する。補正器３１５は不揮発メモリを備え、ステージの現在の座標値と補正値との関係を装置固有のテーブルとして記憶している。このステージの現在の座標値と補正値との関係は、事前の較正作業により予め得られたデータが使用される。
【０１００】
センサプローブ３１２から流れる定振幅交流信号の周波数と電流値は既知なので、この静電容量によるインピーダンスと電圧降下を求めることができる。この電圧降下をセンサアンプ３１２の電圧対距離換算係数により、距離の補正値に換算することができる。結果として、アースインピーダンス部分の電圧降下による計測値の補正量をステージ座標に対応したテーブルとして関係付けることができる。
【０１０１】
次に、本実施形態におけるアース電流値と計測値との関係について図４を用いて説明する。尚、説明の便宜上、ターゲット２０５は完全な平面とし、ステージ２０７も完全に平行移動すると仮定する。また、図４において、横軸上の（ａ）〜（ｇ）は、図１６（ａ）〜（ｇ）の各ステージ位置に対応している。
【０１０２】
ターゲット２０５とアース間のインピーダンスは、前述したようにターゲット２０５とチャック３０６間のインピーダンスと考えてよいので、ターゲット２０５の移動によらずほぼ一定である。また、３本のセンサプローブ３０１〜３０３にとってアースインピダーンスは共通インピーダンスとなる。
【０１０３】
図４（ｂ）において、図４（ａ）に示すターゲット２０５に対向するセンサ本数に応じたアース電流が流れる。センサプローブ３０１〜３０３が定振幅電流タイプである場合には、このアース電流による電圧降下分がそのまま誤差としてセンサアンプ３１１〜３１３から出力される。センサアンプ３１１及び３１３については、図４（ｃ）及び（ｅ）のように、計測範囲内でアース電流の変動がないのでセンサアンプの出力をそのままコントローラ３１４への入力として用いる。センサアンプ３１１及び３１３のオフセット分は、計測装置としてのオフセット較正時に較正することができる。
【０１０４】
センサアンプ３１２については、センサアンプの出力が図４（ｄ）に示す誤差ΔＳを含む。この誤差ΔＳをキャンセルするために、図４（ｆ）に示す補正値を補正器３１５から出力し、センサアンプ３１２の出力と加算した値をコントローラ３１４に入力する。結果、コントローラ３１４には図４（ｇ）に示すようにアースインピーダンスの影響を排除した値（合成値）が入力される。コントローラ３１４はこの合成値を計測装置の計測結果として使用する。
【０１０５】
次に、ステージの座標値と補正値との関係を予め求める方法について説明する。
【０１０６】
半導体ウエハ２０５は、チャック３０６上の不図示の位置決めピンに対して位置決めされる。従って、半導体ウエハ２０５とチャック３０６の位置関係はウエハを交換しても再現良く保たれる。本実施形態において、ステージ座標に伴ってアースインピーダンス部分での電圧降下が変化する要因は、アース電流の変化であり、それは半導体ウエハ２０５に対向するセンサ本数の変化によって起きる。ステージ座標に対するこの対向センサ本数は幾何学的な計算により求めることができる。また、アースインピーダンスは計測により求めることができる。上記電流値とアースインピーダンスからアースインピーダンスにおける電圧降下を求めることができる。この電圧降下をセンサアンプ３１２の電圧対距離換算係数により、距離の補正値に換算することができる。結果として、アースインピーダンス部分の電圧降下による計測値の補正量をステージ座標に対応したテーブルとして関係付けることができる。
【０１０７】
尚、本実施形態において補正器３１５をコントローラ３１４、センサアンプ３１１〜３１３とは別体で設けた構成をとっているが、本発明の目的を達するための一つの構成例に過ぎない。例えば、設計によってはコントローラ３１４と一体とすることもありうる。また，本実施形態では、補正器３１５はステージの現在の座標値と補正量とを関係付けたテーブルで保存しているが、このようなテーブルに限らず算術式で定義したものでも目的を達せられることは言うまでもない。また、本実施形態では補正を行うべきセンサアンプが１個であったが、複数個の場合にも同様の方法で補正を行うことができる。
【０１０８】
本実施形態の導電性チャック３０６は導電製材質で構成されているが、金属製にするかセラミックスなど絶縁材料の表面にメッキしたものを用いてもよい。
【０１０９】
また、本実施形態では幾何学的な計算によりアースインピーダンスに流れる電流値を求めたが、より正確にはセンサ保持フレームとアース間に電流計を挿入することにより実測することもできる。
【０１１０】
また、本実施形態では、アース電流とアースインピーダンスを別々に求め、両者から電圧降下を想定して補正値とした。別の方法として、電圧降下を直接計測することもできる。例えば，計測範囲の中央にステージを移動させ、静止させる。次に、センサプローブ３０１、３０３をセンサアンプ３１１、３１３から切り離し、センサプローブ３０２はセンサアンプ３１２に接続した状態で、センサプローブ３０２の計測値(Ａとする)を得る。次に、センサプローブ３０１〜３０３を各センサアンプ３１１〜３１３に接続した状態で、センサプローブ３０２の計測値(Ｂとする)を得る。上記ＡとＢの差がセンサ対向本数１本と３本におけるアースインピーダンス部分の電圧降下の差である。
【０１１１】
［第３の実施形態］
以下に、本発明の計測装置を半導体ウエハ位置の計測に適用した第３の実施形態について説明する。
【０１１２】
図５は、本発明に係る第３の実施形態の計測装置の構成図であり、図３の第２の実施形態の構成と同一の要素には同一の符号を付して示している。
【０１１３】
本実施形態の計測装置は、センサ保持部材１９９に固定された複数（例えば、３個）のセンサプローブ３０１〜３０３を用いて、SiC製（絶縁性）の真空チャック２０６上に真空吸着されたターゲットとしての半導体ウエハ２０５の表面の高さを複数の計測点で計測する。
【０１１４】
ここで、センサプローブ３０１〜３０３とターゲット２０５間の間隔gapを計測ギャップと呼ぶことにする。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、本実施形態では300μｍ以下、好ましくは200〜300μｍ程度に設定される。
【０１１５】
センサプローブ３０１〜３０３は円筒形状を有し、径方向断面から見て同心円状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、各センサアンプ３１１〜３１３の中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａに接続される。各センサアンプ３１１〜３１３から中心電極には数10kHzの正弦波定振幅電流が付与される。その電流が各センサプローブ３０１〜３０３と容量結合されたターゲット２０５を介して筐体アースに流れる。
【０１１６】
上記筐体アースは各センサアンプ３１１〜３１３のアース端子３１１ｂ〜３１３ｂに接続されて全体として閉回路を構成している。各センサアンプ３１１〜３１３は中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａとアース端子３１１ｂ〜３１３ｂ間の電圧を検知することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ閉回路のインピーダンスを計測する。
【０１１７】
上記計測ギャップを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Ｓとすれば、計測ギャップの静電容量Ｃは次式で表される。
【０１１８】
Ｃ＝εo・Ｓ／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とする。
【０１１９】
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。
【０１２０】
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εo・Ｓ）
ｄ＝ｅ・ω・εo・Ｓ／ｉ
が導かれる。そして、ｉ、ω、Ｓが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【０１２１】
上記ガード電極は、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られている。また、ガード電極はセンサアンプのガード電極用端子に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧で、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、センサアンプとセンサプローブ間の接続には同軸ケーブルを使用しており、同軸ケーブル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、接続ケーブルの２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【０１２２】
センサアンプ３１１〜３１３は、センサプローブ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３１４に伝送される。コントローラ３１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ３１４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。真空チャック２０６がSiC製のセラミックスで構成されているのは、温度変化によるチャックの変形を防ぐためである。同様にチャック２０６の搭載台１９８もセラミックスで構成されている。
【０１２３】
従って、ターゲット２０５の裏面側は厚い絶縁体で構成されていることになり、ターゲット２０５からアースへの結合はほとんど期待できない。
【０１２４】
本実施形態の計測装置は第２の実施形態の構成において、導電性チャック３０６をSiC製チャック２０６に置き換え、ステージ２０７の移動に伴うターゲット２０５とセンサ保持部材１９９間の容量結合の容量変化の補正をセンサアンプ３１１、３１３に対して行い、センサ対向本数の変化による補正をセンサアンプ３１２に対して行っている。そのため、各センサアンプ３１１〜３１３の計測値を補正するための補正器４１５を備え、各センサアンプ３１１〜３１３の出力と補正器４１５の出力とが加算されてコントローラ３１４に入力される。
【０１２５】
コントローラ３１４は補正器４１５に対して現在のステージ位置の座標値を通知し、補正器４１５はその座標値に対応した各センサアンプ３１１〜３１３の補正値４１５ａ〜４１５ｃを出力する。補正器３１５は不揮発メモリを備え、ステージの現在の座標値と補正値との関係を装置固有のテーブルとして記憶している。このステージの現在の座標値と補正値との関係は、事前の較正作業により予め得られたデータが使用される。
【０１２６】
次に、ステージの座標値と補正値との関係を予め求める方法について説明する。
【０１２７】
半導体ウエハ２０５は、チャック２０６上の不図示の位置決めピンに対して位置決めされる。従って、半導体ウエハ２０５とチャック２０６の位置関係はウエハを交換しても再現良く保たれる。本実施形態において、ステージ座標に伴ってアースインピーダンス部分での電圧降下が変化する要因は、アースインピーダンスの変化とアース電流の変化である。アースインピーダンスの変化は、センサ保持部材１９９と半導体ウエハ２０５との対向面積の変化によって起きる。一方、アース電流の変化は、半導体ウエハ２０５に対向するセンサ本数の変化によって起きる。
【０１２８】
アースインピーダンスの変化は、第１の実施形態と同様の方法により幾何学的、若しくは計測により求めることができる。本実施形態におけるアースインピーダンスの変化を図６Ａ（ａ）に例示する。
【０１２９】
アース電流の変化は、第２の実施形態と同様の方法により幾何学的、若しくは計測により求めることができる。本実施形態におけるアース電流の変化を図６Ａ（ｃ）に例示する。
【０１３０】
この両者の積により、アースインピーダンス部分での電圧降下の変化を求めることができる。この電圧降下をセンサアンプ３１１〜３１３の電圧対距離換算係数により、距離の補正値に換算することができる。結果として、アースインピーダンス部分の電圧降下による計測値の補正量をステージ座標に対応したテーブルとして関係付けることができる。
【０１３１】
本実施形態における各補正量を図６Ｂ（ａ）〜（ｃ）に例示する。尚、説明の便宜上、ターゲット２０５は完全な平面とし、ステージ２０７も完全に平行移動すると仮定する。また、図６Ａ及び６Ｂにおいて、横軸上の（ａ）〜（ｇ）は、図１６（ａ）〜（ｇ）の各ステージ位置に対応している。
【０１３２】
尚、本実施形態において補正器４１５をコントローラ３１４、センサアンプ３１１〜３１３とは別体で設けた構成をとっているが、本発明の目的を達するための一つの構成例に過ぎない。例えば、設計によってはコントローラ３１４と一体とすることもありうる。また，本実施形態では、補正器４１５はステージの現在の座標値と補正量とを関係付けたテーブルで保存しているが、このようなテーブルに限らず算術式で定義したものでも目的を達せられることは言うまでもない。また、本実施形態では補正を行うべきセンサアンプが３個であったが、３個に限定されず、他の個数の場合にも同様の方法で補正を行うことができる。
【０１３３】
［第４の実施形態］
次に、本発明の計測装置を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線露光装置に適用した第４の実施形態について説明する。
【０１３４】
図７は、本発明に係る第２の実施形態の計測装置を含むＸ線露光装置の部分構成図であり、装置全体のうち静電容量センサに関係する部分を図示したものである。
【０１３５】
本実施形態のＸ線露光装置は、シンクロトロンリングＸ線源を使用し、プロキシミティーギャップを数μm〜数100μmに設定されて等倍で露光する露光装置である。Ｘ線源として、シンクロトロンリングの他にポイントソースＸ線源を使用することも可能である。また、実際の使用環境では、図７の部分は密封チャンバー内に配置され、20kPaの高純度ヘリウム雰囲気に維持される。
【０１３６】
本実施形態では、不図示のシンクロトロンリング光源から照射されたＸ線は図示のＳ１方向に導入される。これに合わせてマスク２１、ウエハ２２とも垂直に保持された状態で露光される。
【０１３７】
マスク２１は図示のマスクチャック２４にチャッキングされる。マスクチャック２４はマスクステージ２５上に搭載されている。
【０１３８】
図７において、ウエハ２２は不図示のウエハ搬送系によりウエハチャック２６に真空吸着される。ウエハチャック２６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２６はSiC製のウエハステージ２７上に搭載されている。ウエハステージ２７はＸステージガイド２８及びＹステージガイド２９に案内されて移動可能とされる。Ｙステージガイド２９は定盤３０上に締結されている。定盤３０は床振動を遮断するダンパー３１を介して、床３２に設置されている。ウエハステージ２７は、リニアモーター他により駆動され、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、ωx、ωy軸に自由度を持っている。
【０１３９】
露光時には、不図示のアライメント計測ユニットによってマスク２１とウエハ２２の水平ずれを計測し、精密な位置合わせを行う。
【０１４０】
次に、本実施形態の静電容量センサによる計測について説明する。
【０１４１】
本実施形態のウエハ高さの計測による最終生成物は、ウエハ２２上を20mm間隔に区切った格子点の高さ情報テーブル（以下、マッピングテーブルと呼ぶ）である。露光時には、このマッピングテーブルを用いてプロキシミティーギャップを維持したままステップアンドリピート動作を行う。即ち、事前に計測したマッピングテーブルをマスク／ウエハ間ギャップの補正量として用い、数μm〜数100μmであるところの露光時に指定されたギャップを保つようにＺ，ωｘ，ωｙ軸を同時駆動しながら、ウエハステージ２７をＸ方向及びＹ方向に駆動してステップアンドリピート動作を行うものである。
【０１４２】
センサプローブ１１〜１９は、マスク用架台３４に固定されたセンサプローブ取り付け部３３に20mm間隔でＹ方向に一列に９個配置されている。
【０１４３】
ウエハ２２がウエハチャック２６にチャッキングされた後、ウエハステージ２７を駆動してターゲットとしてのウエハ２２の高さをセンサプローブ１１〜１９で50μm間隔で計測する。本実施形態では、マッピングテーブルのＹ方向の格子間隔と、センサプローブ間の設置間隔とを同じ20mmとしているので、ウエハステージ２７をＸ方向に１回走査することにより全ての計測を行うことができる。 図８は、本実施形態のウエハ高さ計測機能に関するブロック図を示す。
【０１４４】
コンソール５１は、露光装置全体のシーケンスとユーザーインターフェースを制御する。ステージCPU５２は、ウエハステージ２７の動作シーケンスを制御する。ステージDSP５３はDigital signal Processorを搭載し、ステージ位置、速度を精密にデジタル制御する。また、ステージDSP５３はウエハ高さ計測に関して、ウエハステージ２７を移動させながらウエハ高さ計測の指令を出し、計測結果を読み取る。
【０１４５】
ステージDSP５３は、ステージ干渉計I/F５５７を介して入力されるステージ干渉計５８の測定値に基づいてウエハステージ２７およびマスクステージ２５の駆動制御信号を各ステージのステージドライバ５９に出力する。
【０１４６】
ステージDSP５３は計測を行った瞬間のステージ座標と、計測値と、センサ補正データメモリから読み取った補正値を対応させることができる。この３種類の数値をステージDSP５３のユニット内部のメモリ５４に計測値テーブルとして格納する。計測動作が終了した後で、ステージCPU５２は、計測値テーブルを読み取って演算することにより、ウエハ２２上の20mmピッチの格子点のマッピングテーブルを作成する。
【０１４７】
ステージCPU５２、ステージDSP５３及びセンサI/F（インターフェース）５５はバスに接続されている。ステージDSP５３からセンサI/Fに計測タイミング信号が指令されると、センサI/F５５はA/D基板５６に対して計測タイミング信号を伝達する。A/D基板５６は，計測タイミング信号に従ってセンサアンプ出力をA/D変換する。
【０１４８】
また、A/D基板５６で計測値をシリアル変換し、センサI/F５５へシリアル転送する。センサI/F５５は転送されたシリアル信号をパラレル変換し、バスに接続されたデュアルポートメモリ上に展開する。
【０１４９】
本実施形態でウエハ高さ計測値をA/D変換してからパラレル−シリアル−パラレル変換しているのは、伝送ノイズ低減とケーブル削減のためである。
【０１５０】
理想的な計測シーケンスとしては、全てのセンサアンプ出力（計測値）のA/D変換を同時に行えば、ステージ座標に精度良く同期した計測が行える。しかし、計測間隔とステージ速度との兼ね合いで各センサアンプ出力を逐次変換してもほとんど問題がない場合もある。逐次変換方式にすれば、A/Dコンバータを共通化でき、調整の容易化やコストダウン等のメリットが得られる。
【０１５１】
各センサプローブ１１〜１９は、第１の実施形態と同様の構造であり、それぞれに対応してセンサアンプ４１〜４９が接続されている。各センサアンプ４１〜９は、中心電極用端子４１ａ〜４９ａ、ガード電極用端子、アース端子４１ｂ〜４９ｂを備える。各センサアンプ４１〜４９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を介して筐体アースに流れる。アースは各センサアンプ４１〜４９のアース端子に接続される。センサアンプ４１〜４９は中心電極用端子４１ａ〜４９ａとアース端子４１ｂ〜４９ｂ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閉平回路のインピーダンスを検出する。検出されたインピーダンス情報は、アナログ信号としてA/D基板５６に伝送される。
【０１５２】
各センサプローブ４１〜４９は、マスク用架台３４に取り付けられた金属製のセンサプローブ取り付け部材３３に取り付けられている。この金属製の部材３３は導線を使用して不図示のセンサアンプのアース端子４１ｂ〜４９ｂに接続されている。
【０１５３】
本実施形態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い。そのため、ウエハとアース間のインピーダンスは容量結合によるものであり、ウエハの移動にともなうアースインピーダンスの変化を防ぐことは難しい。具体的には、ウエハとセンサプローブ取り付け部との間の容量結合が支配的になっている。また，アースインピーダンスの絶対値も高くなってしまうので、アース電流の変化によるアースインピーダンス部分の電圧降下の変化が生じてしまう。アース電流の変化は，第２の実施形態と同様にウエハに対向するセンサプローブの本数の変化によって生じる。
【０１５４】
そこで、本実施形態ではメモリ５４に図１０Ｂに示す特性を持つ補正データを保存して計測値の補正に使用している。
【０１５５】
以下に、上記補正データの作成方法について説明する。
【０１５６】
本実施形態例では、図９に示すように、ウエハ２２に対向するセンサプローブ取り付け部３３の面積、およびウエハ２２に対向するセンサ本数は既知である。図９はセンサ本数が変化する代表的な位置のみを示しているが、計測中の全座標に対する前記対向面積や前記対向するセンサ本数を定量的に記述することが可能である。
【０１５７】
図１０Ａ及び１０Ｂに示すように、ウエハ２２に対向するセンサプローブ取り付け部３３の面積からアースインピーダンスを求めることができる。また、ウエハ２２に対向するセンサ本数からアース電流を求めることができる。この両者から各ステージ座標におけるアースインピーダンスの電圧降下を求めることができる。これをテーブル化して補正データとする。尚、図１０Ａ及び６Ｂにおいて、横軸上の（ａ）〜（ｍ）は、図９（ａ）〜（ｍ）の各ステージ位置に対応している。
【０１５８】
［他の実施形態］
本発明は、前述した実施形態の制御ブロックによる計測機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形態は、プログラムである必要はない。
【０１５９】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明のクレームでは、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０１６０】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
【０１６１】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ）などがある。
【０１６２】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明のクレームに含まれるものである。
【０１６３】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【０１６４】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【０１６５】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【０１６６】
以上説明したように、上記実施形態によれば、静電容量センサを用いた計測装置において、以下の効果を得ることができる。即ち、
第１の実施形態によれば、ターゲットとアース間の結合容量の変化による計測誤差を高い精度で補正することができる。
【０１６７】
第２の実施形態によれば、アースインピーダンスに流れるセンサ電流の変化による計測誤差を高い精度で補正することができる。
【０１６８】
第３の実施形態によれば、ターゲットとアース間の結合容量の変化と、アースインピーダンスに流れるセンサ電流の変化とによる計測誤差を高い精度で補正することができる。
【０１６９】
第４の実施形態によれば、上記各実施形態の静電容量センサを用いた計測装置を半導体製造装置に適用することにより、高精度、高スループット、低コストの装置を提供することができる。
【０１７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静電容量センサを用いてターゲットを計測する際に、アースインピーダンスの変化とアース電流変化による計測誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の計測装置の構成図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の計測装置のセンサアンプ出力、補正器出力、及び計測誤差の補正を説明する図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の計測装置の構成図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の計測装置のセンサ対向本数、アース電流値、センサアンプ出力、補正器出力、及び計測誤差の補正を説明する図である。
【図５】本発明に係る第３実施形態の計測装置の構成図である。
【図６Ａ】本発明に係る第３実施形態の計測装置のアースインピーダンス、センサ対向本数、アース電流値、センサアンプ出力、補正器出力、及び計測誤差の補正を説明する図である。
【図６Ｂ】本発明に係る第３実施形態の計測装置のアースインピーダンス、センサ対向本数、アース電流値、センサアンプ出力、補正器出力、及び計測誤差の補正を説明する図である。
【図７】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置の構成図である。
【図８】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置の制御ブロック図である。
【図９】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置の計測動作とステージ位置との関係を説明する図である。
【図１０Ａ】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置のアース電流値、センサアンプ出力、及び補正量を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置のアース電流値、センサアンプ出力、及び補正量を示す図である。
【図１１】従来例１の計測装置の構成図である。
【図１２】従来例１の計測装置の等価回路図である。
【図１３】従来例１の計測装置のアースインピーダンスと計測誤差との関係を説明する図である。
【図１４】従来例２の計測装置の構成図である。
【図１５】従来例２の計測装置の等価回路図である。
【図１６】従来例２の計測装置の計測動作とステージ位置との関係を説明する図である。
【図１７】従来例２の計測装置のセンサ対向本数、アース電流値、センサアンプ出力、及び計測誤差を説明する図である。
【符号の説明】
１９８ 搭載台
１９９ センサ保持部材
１１〜１９、２０１、３０１〜３０３ センサプローブ
２０５ ターゲット
２０６ 真空チャック
２０７ ステージ
４１〜４９、２１１、３１１〜３１３ センサアンプ
２１４、３１４ コントローラ
２１５、３１５、４１５ 補正器
２１ マスク
２２ ウエハ
２４ マスクチャック
２５ マスクステージ
２６ ウエハチャック
２７ ウエハステージ
２８ Ｘステージガイド
２９ Ｙステージガイド
３０ 定盤
３１ ダンパー
３２ 床
３３ センサプローブ取り付け部
３４ マスク用架台
５１ コンソール
５２ ステージCPU
５３ ステージDSP
５４ 補正データメモリ
５５ センサI/F
５６ A/D基板
５７ ステージ干渉計I/F
５８ ステージ干渉計
５９ ステージドライバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被計測物とセンサ間の静電容量を検出して被計測物の位置や形状などを計測する技術に関し、この計測結果を用いて原版上のパターンを基板などに転写する露光装置や半導体デバイスの製造システムなどに応用される技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被計測物（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（例えば、特許文献１参照）。この方式はセンサプローブ（電極）とターゲット間に生じる静電容量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。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２３０７０４号公報。
【０００４】
図１１は従来例１の静電容量センサを用いた計測装置の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。具体的には静電容量センサ（センサプローブ）２０１と、このセンサ２０１に接続ケーブル２０４を介して電気的に接続されるセンサアンプ２１１と、センサアンプ２１１の計測値を受け取るコントローラ２１４とを備え、センサアンプ２１１の一方の端子２１１ａから与えられる微弱な交流電流をセンサプローブ２０１から半導体ウエハなどのターゲット２０５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ことにより、ターゲット２０５上の計測点でのセンサプローブとターゲット間の距離gapを計測する構成が一般的である。
【０００５】
センサプローブ２０１からターゲット２０５に流れ込んだ電流は、装置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２１１ｂに還流される。
【０００６】
通常、計測する静電容量はpFオーダーの小さな値なので、浮遊容量の影響を受けやすいため、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。
【０００７】
チャック２０６は、例えばSiC製のセラミクスで構成された絶縁性の真空チャックが用いられる。また、ガイドレール２０９は搭載台１９８上に互いに平行に２本設けられ、スライダ２１０は、各ガイドレール２０９に対して移動可能にステージ２０７裏面の４箇所の角部に設けられている。
【０００８】
センサプローブ２０１は、搭載台１９８上から延びるセンサ保持部材１９９によりターゲット２０５の表面に対向するように保持される。センサ保持部材１９９も金属などの導体で構成されアースに接続される。
【０００９】
この従来例１の計測装置は、ターゲット２０５に対向するように固定された１個のセンサプローブ２０１を用いてチャック２０６上に真空吸着されたターゲット２０５としての半導体ウエハの表面の高さ、Ｙ軸まわりの回転であるωy方向の傾き、うねりを計測する。
【００１０】
ここで、センサプローブ２０１とターゲット２０５間の間隔gapを計測ギャップと呼ぶことにする。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、従来例１の計測装置では300μｍ以下、好ましくは200〜300μｍ程度に設定される。
【００１１】
センサプローブ２０１は円筒形状を有し、径方向断面から見て同心円状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、センサアンプ２１１の中心電極用端子２１１ａに接続される。センサアンプ２１１から中心電極には数10kHzの正弦波定振幅電流が付与される。その電流がセンサプローブ２０１と容量結合されたターゲット２０５を介して筐体アースに流れる。
【００１２】
上記筐体アースはセンサアンプ２１１のアース端子２１１ｂに接続される。センサアンプ２１１は中心電極用端子２１１ａとアース端子２１１ｂ間の電圧を検知することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ閉回路のインピーダンスを計測する。
【００１３】
図１２は従来例１の計測装置における計測系の等価回路である。
【００１４】
図１２において、Ｃ１は計測ギャップによる静電容量、Ｚ１はターゲットとしての半導体ウエハの内部インピーダンス、Ｚ２は半導体ウエハからアース端子までのインピーダンスである。
【００１５】
上記計測ギャップを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Ｓとすれば、計測ギャップの静電容量Ｃは次式で表される。
【００１６】
Ｃ＝εo・Ｓ／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とする。
【００１７】
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。
【００１８】
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εo・Ｓ）
ｄ＝ｅ・ω・εo・Ｓ／ｉ
が導かれる。そして、ｉ、ω、Ｓが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【００１９】
上記ガード電極は、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られている。また、ガード電極はセンサアンプのガード電極用端子に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧で、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、センサアンプとセンサプローブ間の接続には同軸ケーブルを使用しており、同軸ケーブル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、接続ケーブルの２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【００２０】
センサアンプ２１１は、センサプローブ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２１４に伝送される。コントローラ２１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ２１４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。
【００２１】
次に、従来例２の計測装置について、図１４及び図１５を用いて説明する。
【００２２】
図１４は従来例２の静電容量センサを用いた計測装置の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【００２３】
従来例１との違いは、Ｙ軸に平行に３個のセンサプローブ３０１〜３０３を設けることにより、ターゲット２０５上でＹ座標の異なる３点を同時に計測可能に構成した点である。この構成により、Ｘ軸まわりの回転ωx方向の傾きが検出できる点や、より多点の計測を効率よく行えるなどの利点がある。また、後述する複数のセンサ間の干渉をより分かりやすくするために、導電性（例えば、金属製）の真空チャック３０６を用いていおり、この導電性チャック３０６はケーブル３０７によりアースＧＮＤに接続されている。
【００２４】
また、各センサプローブ３０１〜３０３には、接続ケーブル３０４を介してセンサアンプ３１１〜３１３が夫々電気的に接続され、コントローラ３１４は各センサアンプ３１１〜３１３の計測値を受け取る。各センサアンプ３１１〜３１３には、従来例１と同様に各センサプローブ３０１〜３０３に接続される中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａとアース端子３１１ｂ〜３１３ｂが設けられている。
その他の従来例１と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図１５は従来例２の計測装置における計測系の等価回路である。
【００２６】
図１５において、Ｃw1〜Ｃw3はセンサプローブ３０１〜３０３に対する計測ギャップによる静電容量である。半導体ウエハの内部インピーダンスのうちＺw1〜Ｚw3はセンサプローブ３０１〜３０３に対して独立の項、Ｚw11は共通の項である。Ｚw12は半導体ウエハからアース端子までのインピーダンスである。従来例２においては半導体ウエハから金属製チャック間に抵抗性、容量性の結合が生じるので、Ｚw12は従来例１のＺ１よりも小さいインピーダンスになることが期待できる。
【００２７】
次に、従来例２の計測装置による計測動作とステージ位置との関係について、図１６を用いて説明する。
【００２８】
計測装置は、半導体ウエハであるターゲット２０５を載置するステージ２０７を図１４に示す＋Ｘ方向（搭載台の右端側）から−Ｘ方向（搭載台１９８の左端側）に連続的に等速で移動することにより計測を実行する。
【００２９】
即ち、ステージ２０７が図１６（ａ）の計測開始前の状態から−Ｘ方向に移動していくのに伴って、半導体ウエハは最初に中央のセンサプローブ３０２の計測位置に入るので中央のセンサプローブ３０２から計測が開始される（図１６（ｂ））。
【００３０】
続いて、半導体ウエハは両側のセンサプローブ３０１、３０３の計測位置に入り、両側のセンサプローブ３０１、３０３による計測も開始される（図１６（ｃ））。
【００３１】
次に、図１６（ｄ）に示す３つのセンサプローブ３０１〜３０３によるウエハ中央の計測が開始される。
【００３２】
その後、半導体ウエハが両側のセンサプローブ３０１、３０３の計測位置から離れることで両側のセンサプローブ３０１、３０３による計測を終了し（図１６（ｅ））、続いて中央のセンサプローブ３０２の計測位置からも離れて中央のセンサプローブ３０２による計測も終了して、半導体ウエハが全てのセンサプローブ３０１〜３０３の計測位置から離れることにより計測が終了する（図１６（ｇ））。
【００３３】
図１６（ａ）〜（ｇ）のそれぞれの状態は、ステージ２０７（つまり、半導体ウエハ）とセンサプローブ３０１〜３０３との相対的な位置関係を示しており、実際にはこれ以外のステージ位置でも連続的に計測を行っている。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
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。しかし、上記各従来例においては、真空チャック２０６によってターゲット２０５をアース端子に対して低インピーダンスで結合するのが難しい場合がある。例えば、ターゲット２０５の形状、真空チャック２０６の形状、真空チャック２０６の材質などに制約がある場合である。このような場合には、計測の安定性や精度が悪化したり、ターゲット２０５の形状によるオフセットが生じたり、複数のセンサプローブを使用した従来例２ではセンサ間に干渉が生じたりもする。
【００３５】
図１１に示す従来例１においては、真空チャック２０６及びステージ２０７が絶縁性のため、ターゲット２０５はアース端子に対して低いインピーダンスで結合できていない。このため、ターゲット２０５とアースとの間を容量的に結合して使用することも考えられる。この場合には、ターゲットとアース間の結合インピーダンスが計測中に変化すると計測に誤差が生じる。特に、センサプローブとターゲットとを相対的に移動して計測する場合には結合インピーダンスが変わりやすい。
【００３６】
各従来例の計測装置のアースインピーダンス変化による計測誤差の発生について図１３及び図１７を用いて説明する。
【００３７】
各従来例の計測装置においては、ターゲット２０５とセンサ保持部材１９９の間には容量結合が生じ、その結合によるインピーダンスはターゲット２０５とセンサ保持部材１９９とが対向する面積と間隔で決まる。間隔を一定とすると、面積に反比例した大きさのインピーダンスとなる。
【００３８】
図１３に示す従来例１では、センサ保持部材１９９によるアースインピーダンス変化は計測範囲外ではほぼゼロであり、計測範囲内では対向面積に反比例した値を示す。センサプローブが定振幅電流タイプである場合には、このインピーダンス変化による電圧降下分がそのまま誤差として検出される。結果として、図１３に示すような計測誤差を生じることになる。
【００３９】
また、図１４に示す従来例２では、ステージ移動に伴うアースインピーダンスの変化は無視できるものとする。半導体ウエハと金属製チャック間の結合が支配的となっていて、そのインピーダンスは移動によらず一定だからである。但し、その場合でもインピーダンス自体はゼロとは見なせず，ある値をとる。
【００４０】
図１６から明らかなように、半導体ウエハ上に対向するセンサプローブの本数はステージ位置によって異なっている。つまり、図１６（ａ）〜（ｂ）と（ｅ）〜（ｆ）の区間では１本であり，（ｃ）〜（ｅ）の区間では３本である。このように、半導体ウエハ上に対向するセンサ本数が異なると、各センサプローブの共通インピーダンスに流れる電流値が異なり、その電圧降下分により各センサプローブの計測値が影響を受ける。
【００４１】
図１７は従来例２におけるアース電流と計測誤差との関係を示す図である。ここで、説明の便宜上各センサの真の計測値は、計測範囲内でＸ座標によらず全て一定と仮定する。
【００４２】
図１７において、横軸上の（ａ）〜（ｇ）は、図１６（ａ）〜（ｇ）の各ステージ位置に対応している。アース電流振幅値は、半導体ウエハ上に対向するセンサ本数に対応して増減する。前述のように、アース電流がアースインピーダンスを流れることによって生じる電圧降下分は計測値に影響を与える。従って、中央のセンサプローブ３０２の計測値は、図１６（ｂ）〜（ｃ）の区間及び（ｅ）〜（ｆ）の区間と（ｃ）〜（ｅ）の区間ではΔＳ分だけ計測値が異なってしまう。
【００４３】
なお、以上の説明で理解されるように、従来例２の真空チャック３０６が絶縁性材料で構成されている場合には、従来例２の半導体ウエハ上に対向するセンサプローブの本数で決まる計測誤差に加えて、従来例１で説明した位置によるアース結合インピーダンスで決まる計測誤差が複合的に生じることとなる。
【００４４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、静電容量センサを用いてターゲットを計測する際に、アースインピーダンスの変化とアース電流変化による計測誤差を低減することを目的とする。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するための、本発明の各態様を以下に列挙する。
【００４６】
［態様１］
被計測物とセンサ間の静電容量を検出して当該センサと被計測物間の距離を計測する装置であって、前記センサに接続された第１の端子と、当該第１の端子との間に前記センサと前記被計測物とを含む閉回路を構成する第２の端子とを有し、当該第１の端子と第２の端子との間の電流若しくは電圧を計測する計測手段と、前記被計測物と前記第２の端子の間のインピーダンスにより生じる電圧降下から前記計測手段による計測値を補正する補正手段とを具備する。
【００４７】
［態様２］
上記態様１において、前記補正手段は、前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさの少なくともいずれかにより前記電圧降下を推定する。
【００４８】
［態様３］
上記態様２において、前記補正手段は、予め得られた前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさの少なくともいずれかに関するテーブルを用いて前記電圧降下を推定する。
【００４９】
［態様４］
上記態様２において、前記補正手段は、予め得られた前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさの少なくともいずれかに関する演算式を用いて前記電圧降下を推定する。
【００５０】
［態様５］
上記態様２において、前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさは実測により求められる。
【００５１】
［態様６］
上記態様２乃至５のいずれか１つにおいて、前記被計測物に近接した位置に導電性部材が設けられ、前記インピーダンスの大きさは、前記被計測物の内部インピーダンスと、前記被計測物と前記導電性部材間の距離と、前記被計測物と前記導電性部材とが対向する面積との少なくともいずれかにより求められる。
【００５２】
［態様７］
上記態様２乃至５のいずれか１つにおいて、前記センサを複数備え、前記インピーダンスに流れる電流の大きさは、前記被計測物に対向するセンサの数と当該センサに付与する電流値の少なくともいずれかにより求められる。
【００５３】
［態様８］
上記態様７において、前記複数のセンサに対して前記インピーダンスは共通である。
【００５４】
［態様９］
上記態様７又は８において、前記複数のセンサは同一の被計測物を計測する。
【００５５】
［態様１０］
上記実施態様１乃至５のいずれか１つにおいて、前記被計測物は半導体である。
【００５６】
［態様１１］
原版上のパターンを基板に露光する半導体製造装置において、上記実施態様１乃至１０のいずれか１つの計測装置を搭載し、前記被計測物として前記原版及び／又は基板と前記センサとの距離を計測し、前記距離に基づいて前記原版と基板間の隙間を検出する。
【００５７】
［態様１２］
上記態様１１において、前記原版と前記基板間の隙間を300μm以下に近接させて露光を行う。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００５９】
［第１の実施形態］
以下に、本発明の計測装置を半導体ウエハ位置の計測に適用した第１の実施形態について説明する。
【００６０】
図１は、本発明に係る第１の実施形態の計測装置の構成図であり、図１１に示す従来例１の構成と同一の要素には同一の符号を付して示している。
【００６１】
本実施形態の計測装置は、センサ保持部材１９９に固定された１個のセンサプローブ２０１を用いて、SiC製のセラミクスで構成された真空チャック２０６上に真空吸着されたターゲットとしての半導体ウエハ２０５の表面の高さを複数の計測点で計測する。
【００６２】
ここで、センサプローブ２０１とターゲット２０５間の間隔gapを計測ギャップと呼ぶことにする。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、本実施形態では300μｍ以下、好ましくは200〜300μｍ程度に設定される。
【００６３】
センサプローブ２０１は円筒形状を有し、径方向断面から見て同心円状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、センサアンプ２１１の中心電極用端子２１１ａに接続される。センサアンプ２１１から中心電極には数10kHzの正弦波定振幅電流が付与される。その電流がセンサプローブ２０１と容量結合されたターゲット２０５を介して筐体アースに流れる。
【００６４】
上記筐体アースはセンサアンプ２１１のアース端子２１１ｂに接続されて全体として閉回路を構成している。センサアンプ２１１は中心電極用端子２１１ａとアース端子２１１ｂ間の電圧を検知することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ閉回路のインピーダンスを計測する。
【００６５】
上記計測ギャップを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Ｓとすれば、計測ギャップの静電容量Ｃは次式で表される。
【００６６】
Ｃ＝εo・Ｓ／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とする。
【００６７】
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。
【００６８】
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εo・Ｓ）
ｄ＝ｅ・ω・εo・Ｓ／ｉ
が導かれる。そして、ｉ、ω、Ｓが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【００６９】
上記ガード電極は、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られている。また、ガード電極はセンサアンプのガード電極用端子に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧で、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、センサアンプとセンサプローブ間の接続には同軸ケーブルを使用しており、同軸ケーブル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、接続ケーブルの２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【００７０】
センサアンプ２１１は、センサプローブ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２１４に伝送される。コントローラ２１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ２１４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。
【００７１】
真空チャック２０６がSiC製のセラミックスで構成されているのは、温度変化によるチャックの変形を防ぐためである。同様にチャック２０６の搭載台１９８もセラミックスで構成されている。
【００７２】
従って、ターゲット２０５の裏面側は厚い絶縁体で構成されていることになり、ターゲット２０５からアース端子への結合はほとんど期待できない。
【００７３】
本実施形態の計測装置は従来例１と同一の構成であり、相違点はセンサアンプ２１１の計測値を補正するための補正器２１５を備え、センサアンプ２１１の出力と補正器２１５の出力とが加算されてコントローラ２１４に入力されるところである。
【００７４】
コントローラ２１４は補正器２１５に対して現在のステージ位置の座標値を通知し、補正器２１５はその座標値に対応した補正値を出力する。補正器２１５は不揮発メモリを備え、ステージの現在の座標値と補正値との関係を装置固有のテーブルとして記憶している。このステージの現在の座標値と補正値との関係は、事前の較正作業により予め得られたデータが使用される。
【００７５】
次に、本実施形態におけるアースインピーダンスと計測値との関係について図２を用いて説明する。尚、説明の便宜上、ターゲット２０５は完全な平面とし、ステージ２０７も完全に平行移動すると仮定する。この仮定は単に説明の便宜上のものであり、本発明に係る技術的範囲を限定するものではないことを申し添えておく。
【００７６】
本実施形態の計測装置においては、ターゲット２０５とセンサ保持部材１９９の間には容量結合が生じ、その結合によるインピーダンスはターゲット２０５とセンサ保持部材１９９とが対向する面積と間隔で決まる。間隔を一定とすると、面積に反比例した大きさのインピーダンスとなる。
【００７７】
図２（ａ）において、センサ保持部材１９９によるアースインピーダンス変化は計測範囲外ではほぼゼロであり、計測範囲内では対向面積に反比例した値を示す。センサプローブが定振幅電流タイプである場合には、このインピーダンス変化による電圧降下分がそのまま誤差としてセンサアンプ２１１から出力される。この誤差をキャンセルするために、図２（ｂ）に示す補正値が補正器２１５から出力される。結果、コントローラ２１４には図２（ｃ）に示すように、アースインピーダンスの影響を排除した値（合成値）が入力される。コントローラ２１４はこの合成値を計測装置の計測結果として使用する。
【００７８】
次に、ステージの座標値と補正値との関係を予め求める方法について説明する。
【００７９】
半導体ウエハ２０５は、チャック２０６上の不図示の位置決めピンに対して位置決めされる。従って、半導体ウエハ２０５とチャック２０６の位置関係はウエハを交換しても再現良く保たれる。本実施形態において、ステージ座標に伴ってアースインピーダンス部分での電圧降下が変化する要因は、アースインピーダンスの変化であり、それはセンサ保持部材１９９と半導体ウエハ２０５との対向面積の変化によって起きる。ステージ座標に対するこの対向面積は幾何学的な計算により求めることができる。また、センサ保持部材１９９と半導体ウエハ２０６との間隔は一定とすることができる。従って、両者を電極とみなした平行平板コンデンサの静電容量を計算により求めることができる。センサプローブ２０１から流れる定振幅交流信号の周波数と電流値は既知なので、この静電容量によるインピーダンスと電圧降下を求めることができる。この電圧降下をセンサアンプ２１１の電圧対距離換算係数により、距離の補正値に換算することができる。結果として、アースインピーダンス部分の電圧降下による計測値の補正量をステージ座標に対応したテーブルとして関係付けることができる。
【００８０】
尚、本実施形態において補正器２１５をコントローラ２１４、センサアンプ２１１とは別体で設けた構成をとっているが、本発明の目的を達するための一つの構成例に過ぎない。例えば、設計によってはコントローラ２１４と一体とすることもありうる。また，本実施形態では、補正器２１５はステージの現在の座標値と補正量とを関係付けたテーブルで保存しているが、このようなテーブルに限らず算術式で定義したものでも目的を達せられることは言うまでもない。
【００８１】
また、本実施形態では、アースインピーダンスを幾何学的な計算により求めたが、計測により求めることもできる。例えば、表面に導電膜を付けた半導体ウエハを用意し、アースとウエハ表面間の静電容量、若しくはセンサと同一周波数におけるインピーダンスを計測器により計測することができる。
【００８２】
また、本実施形態ではアースインピーダンスに流れる電流値をセンサプローブ２０１の出力電流値と同一とみなしたが、より正確にはセンサ保持部材１９９とアース間に電流計を挿入することにより実測することもできる。
【００８３】
また、本実施形態では、センサ保持部材１９９と半導体ウエハ２０５の間隔はステージ座標によらず一定の場合について説明したが、一定でない場合もある。理由としてセンサ保持部材１９９の取り付けがステージ２０７の走りに対して傾いていることが挙げられる。これに対して半導体ウエハ２０５の平面度や厚さむらなどは、上記間隔に対して無視できる大きさである。
【００８４】
このようにステージ座標に対して間隔が一定でない場合には、計測によりアース−ンピーダンスを求めれば、対向面積の変化による要因と含めて検出することができる。
【００８５】
［第２の実施形態］
以下に、本発明の計測装置を半導体ウエハ位置の計測に適用した第２の実施形態について説明する。
【００８６】
図３は、本発明に係る第２の実施形態の計測装置の構成図であり、図１１に示す従来例１の構成と同一の要素には同一の符号を付して示している。
【００８７】
本実施形態の計測装置は、センサ保持部材１９９に固定された複数（例えば、３個）のセンサプローブ３０１〜３０３を用いて、導電製の真空チャック３０６上に真空吸着されたターゲットとしての半導体ウエハ２０５の表面の高さを複数の計測点で計測する。
【００８８】
ここで、センサプローブ３０１〜３０３とターゲット２０５間の間隔gapを計測ギャップと呼ぶことにする。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、本実施形態では300μｍ以下、好ましくは200〜300μｍ程度に設定される。
【００８９】
センサプローブ３０１〜３０３は円筒形状を有し、径方向断面から見て同心円状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、各センサアンプ３１１〜３１３の中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａに接続される。各センサアンプ３１１〜３１３から中心電極には数10kHzの正弦波定振幅電流が付与される。その電流が各センサプローブ３０１〜３０３と容量結合されたターゲット２０５を介して筐体アースに流れる。
【００９０】
上記筐体アースは各センサアンプ３１１〜３１３のアース端子３１１ｂ〜３１３ｂに接続されて全体として閉回路を構成している。各センサアンプ３１１〜３１３は中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａとアース端子３１１ｂ〜３１３ｂ間の電圧を検知することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ閉回路のインピーダンスを計測する。
【００９１】
上記計測ギャップを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Ｓとすれば、計測ギャップの静電容量Ｃは次式で表される。
【００９２】
Ｃ＝εo・Ｓ／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とする。
【００９３】
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。
【００９４】
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εo・Ｓ）
ｄ＝ｅ・ω・εo・Ｓ／ｉ
が導かれる。そして、ｉ、ω、Ｓが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【００９５】
上記ガード電極は、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られている。また、ガード電極はセンサアンプのガード電極用端子に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧で、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、センサアンプとセンサプローブ間の接続には同軸ケーブルを使用しており、同軸ケーブル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、接続ケーブルの２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【００９６】
センサアンプ３１１〜３１３は、センサプローブ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３１４に伝送される。コントローラ３１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ３１４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。
【００９７】
真空チャック３０６は導電製材質で構成されているが、金属製にするかセラミックスなど絶縁材料の表面にメッキしたものを用いてもよい。この導電性チャック３０６はケーブル３０７によりアースに接続されている。これにより、本実施形態の半導体ウエハ２０５からアースＧＮＤへの結合は、半導体ウエハ２０５と導電性チャック３０６間の結合が支配的に効いている。言い換えると、半導体ウエハ２０５と導電性チャック３０６間の結合が最も低インピーダンスとなっており、その他の部分で並列に存在する容量結合はほとんど無視できる。
【００９８】
本実施形態の計測装置は従来例２と同一の構成であり、相違点はセンサアンプ３１２の計測値を補正するための補正器３１５を備え、センサアンプ３１２の出力と補正器３１５の出力とが加算されてコントローラ３１４に入力されるところである。
【００９９】
コントローラ３１４は補正器３１５に対して現在のステージ位置の座標値を通知し、補正器３１５はその座標値に対応した補正値を出力する。補正器３１５は不揮発メモリを備え、ステージの現在の座標値と補正値との関係を装置固有のテーブルとして記憶している。このステージの現在の座標値と補正値との関係は、事前の較正作業により予め得られたデータが使用される。
【０１００】
センサプローブ３１２から流れる定振幅交流信号の周波数と電流値は既知なので、この静電容量によるインピーダンスと電圧降下を求めることができる。この電圧降下をセンサアンプ３１２の電圧対距離換算係数により、距離の補正値に換算することができる。結果として、アースインピーダンス部分の電圧降下による計測値の補正量をステージ座標に対応したテーブルとして関係付けることができる。
【０１０１】
次に、本実施形態におけるアース電流値と計測値との関係について図４を用いて説明する。尚、説明の便宜上、ターゲット２０５は完全な平面とし、ステージ２０７も完全に平行移動すると仮定する。また、図４において、横軸上の（ａ）〜（ｇ）は、図１６（ａ）〜（ｇ）の各ステージ位置に対応している。
【０１０２】
ターゲット２０５とアース間のインピーダンスは、前述したようにターゲット２０５とチャック３０６間のインピーダンスと考えてよいので、ターゲット２０５の移動によらずほぼ一定である。また、３本のセンサプローブ３０１〜３０３にとってアースインピダーンスは共通インピーダンスとなる。
【０１０３】
図４（ｂ）において、図４（ａ）に示すターゲット２０５に対向するセンサ本数に応じたアース電流が流れる。センサプローブ３０１〜３０３が定振幅電流タイプである場合には、このアース電流による電圧降下分がそのまま誤差としてセンサアンプ３１１〜３１３から出力される。センサアンプ３１１及び３１３については、図４（ｃ）及び（ｅ）のように、計測範囲内でアース電流の変動がないのでセンサアンプの出力をそのままコントローラ３１４への入力として用いる。センサアンプ３１１及び３１３のオフセット分は、計測装置としてのオフセット較正時に較正することができる。
【０１０４】
センサアンプ３１２については、センサアンプの出力が図４（ｄ）に示す誤差ΔＳを含む。この誤差ΔＳをキャンセルするために、図４（ｆ）に示す補正値を補正器３１５から出力し、センサアンプ３１２の出力と加算した値をコントローラ３１４に入力する。結果、コントローラ３１４には図４（ｇ）に示すようにアースインピーダンスの影響を排除した値（合成値）が入力される。コントローラ３１４はこの合成値を計測装置の計測結果として使用する。
【０１０５】
次に、ステージの座標値と補正値との関係を予め求める方法について説明する。
【０１０６】
半導体ウエハ２０５は、チャック３０６上の不図示の位置決めピンに対して位置決めされる。従って、半導体ウエハ２０５とチャック３０６の位置関係はウエハを交換しても再現良く保たれる。本実施形態において、ステージ座標に伴ってアースインピーダンス部分での電圧降下が変化する要因は、アース電流の変化であり、それは半導体ウエハ２０５に対向するセンサ本数の変化によって起きる。ステージ座標に対するこの対向センサ本数は幾何学的な計算により求めることができる。また、アースインピーダンスは計測により求めることができる。上記電流値とアースインピーダンスからアースインピーダンスにおける電圧降下を求めることができる。この電圧降下をセンサアンプ３１２の電圧対距離換算係数により、距離の補正値に換算することができる。結果として、アースインピーダンス部分の電圧降下による計測値の補正量をステージ座標に対応したテーブルとして関係付けることができる。
【０１０７】
尚、本実施形態において補正器３１５をコントローラ３１４、センサアンプ３１１〜３１３とは別体で設けた構成をとっているが、本発明の目的を達するための一つの構成例に過ぎない。例えば、設計によってはコントローラ３１４と一体とすることもありうる。また，本実施形態では、補正器３１５はステージの現在の座標値と補正量とを関係付けたテーブルで保存しているが、このようなテーブルに限らず算術式で定義したものでも目的を達せられることは言うまでもない。また、本実施形態では補正を行うべきセンサアンプが１個であったが、複数個の場合にも同様の方法で補正を行うことができる。
【０１０８】
本実施形態の導電性チャック３０６は導電製材質で構成されているが、金属製にするかセラミックスなど絶縁材料の表面にメッキしたものを用いてもよい。
【０１０９】
また、本実施形態では幾何学的な計算によりアースインピーダンスに流れる電流値を求めたが、より正確にはセンサ保持フレームとアース間に電流計を挿入することにより実測することもできる。
【０１１０】
また、本実施形態では、アース電流とアースインピーダンスを別々に求め、両者から電圧降下を想定して補正値とした。別の方法として、電圧降下を直接計測することもできる。例えば，計測範囲の中央にステージを移動させ、静止させる。次に、センサプローブ３０１、３０３をセンサアンプ３１１、３１３から切り離し、センサプローブ３０２はセンサアンプ３１２に接続した状態で、センサプローブ３０２の計測値(Ａとする)を得る。次に、センサプローブ３０１〜３０３を各センサアンプ３１１〜３１３に接続した状態で、センサプローブ３０２の計測値(Ｂとする)を得る。上記ＡとＢの差がセンサ対向本数１本と３本におけるアースインピーダンス部分の電圧降下の差である。
【０１１１】
［第３の実施形態］
以下に、本発明の計測装置を半導体ウエハ位置の計測に適用した第３の実施形態について説明する。
【０１１２】
図５は、本発明に係る第３の実施形態の計測装置の構成図であり、図３の第２の実施形態の構成と同一の要素には同一の符号を付して示している。
【０１１３】
本実施形態の計測装置は、センサ保持部材１９９に固定された複数（例えば、３個）のセンサプローブ３０１〜３０３を用いて、SiC製（絶縁性）の真空チャック２０６上に真空吸着されたターゲットとしての半導体ウエハ２０５の表面の高さを複数の計測点で計測する。
【０１１４】
ここで、センサプローブ３０１〜３０３とターゲット２０５間の間隔gapを計測ギャップと呼ぶことにする。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、本実施形態では300μｍ以下、好ましくは200〜300μｍ程度に設定される。
【０１１５】
センサプローブ３０１〜３０３は円筒形状を有し、径方向断面から見て同心円状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、各センサアンプ３１１〜３１３の中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａに接続される。各センサアンプ３１１〜３１３から中心電極には数10kHzの正弦波定振幅電流が付与される。その電流が各センサプローブ３０１〜３０３と容量結合されたターゲット２０５を介して筐体アースに流れる。
【０１１６】
上記筐体アースは各センサアンプ３１１〜３１３のアース端子３１１ｂ〜３１３ｂに接続されて全体として閉回路を構成している。各センサアンプ３１１〜３１３は中心電極用端子３１１ａ〜３１３ａとアース端子３１１ｂ〜３１３ｂ間の電圧を検知することにより、計測ギャップの容量性インピーダンスを含んだ閉回路のインピーダンスを計測する。
【０１１７】
上記計測ギャップを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Ｓとすれば、計測ギャップの静電容量Ｃは次式で表される。
【０１１８】
Ｃ＝εo・Ｓ／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とする。
【０１１９】
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。
【０１２０】
ｅ＝ｉ／（ω・Ｃ）
上記両式より、
ｅ＝ｉ・ｄ／（ω・εo・Ｓ）
ｄ＝ｅ・ω・εo・Ｓ／ｉ
が導かれる。そして、ｉ、ω、Ｓが変化しないとすれば、ｅに比例したｄが得られる。
【０１２１】
上記ガード電極は、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られている。また、ガード電極はセンサアンプのガード電極用端子に接続される。ガード電極用端子は、ｅと同じ電圧で、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、センサアンプとセンサプローブ間の接続には同軸ケーブルを使用しており、同軸ケーブル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、接続ケーブルの２線間の容量の影響をキャンセルしている。
【０１２２】
センサアンプ３１１〜３１３は、センサプローブ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３１４に伝送される。コントローラ３１４は、計測値の処理と表示などを行う。この際、コントローラ３１４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。真空チャック２０６がSiC製のセラミックスで構成されているのは、温度変化によるチャックの変形を防ぐためである。同様にチャック２０６の搭載台１９８もセラミックスで構成されている。
【０１２３】
従って、ターゲット２０５の裏面側は厚い絶縁体で構成されていることになり、ターゲット２０５からアースへの結合はほとんど期待できない。
【０１２４】
本実施形態の計測装置は第２の実施形態の構成において、導電性チャック３０６をSiC製チャック２０６に置き換え、ステージ２０７の移動に伴うターゲット２０５とセンサ保持部材１９９間の容量結合の容量変化の補正をセンサアンプ３１１、３１３に対して行い、センサ対向本数の変化による補正をセンサアンプ３１２に対して行っている。そのため、各センサアンプ３１１〜３１３の計測値を補正するための補正器４１５を備え、各センサアンプ３１１〜３１３の出力と補正器４１５の出力とが加算されてコントローラ３１４に入力される。
【０１２５】
コントローラ３１４は補正器４１５に対して現在のステージ位置の座標値を通知し、補正器４１５はその座標値に対応した各センサアンプ３１１〜３１３の補正値４１５ａ〜４１５ｃを出力する。補正器３１５は不揮発メモリを備え、ステージの現在の座標値と補正値との関係を装置固有のテーブルとして記憶している。このステージの現在の座標値と補正値との関係は、事前の較正作業により予め得られたデータが使用される。
【０１２６】
次に、ステージの座標値と補正値との関係を予め求める方法について説明する。
【０１２７】
半導体ウエハ２０５は、チャック２０６上の不図示の位置決めピンに対して位置決めされる。従って、半導体ウエハ２０５とチャック２０６の位置関係はウエハを交換しても再現良く保たれる。本実施形態において、ステージ座標に伴ってアースインピーダンス部分での電圧降下が変化する要因は、アースインピーダンスの変化とアース電流の変化である。アースインピーダンスの変化は、センサ保持部材１９９と半導体ウエハ２０５との対向面積の変化によって起きる。一方、アース電流の変化は、半導体ウエハ２０５に対向するセンサ本数の変化によって起きる。
【０１２８】
アースインピーダンスの変化は、第１の実施形態と同様の方法により幾何学的、若しくは計測により求めることができる。本実施形態におけるアースインピーダンスの変化を図６Ａ（ａ）に例示する。
【０１２９】
アース電流の変化は、第２の実施形態と同様の方法により幾何学的、若しくは計測により求めることができる。本実施形態におけるアース電流の変化を図６Ａ（ｃ）に例示する。
【０１３０】
この両者の積により、アースインピーダンス部分での電圧降下の変化を求めることができる。この電圧降下をセンサアンプ３１１〜３１３の電圧対距離換算係数により、距離の補正値に換算することができる。結果として、アースインピーダンス部分の電圧降下による計測値の補正量をステージ座標に対応したテーブルとして関係付けることができる。
【０１３１】
本実施形態における各補正量を図６Ｂ（ａ）〜（ｃ）に例示する。尚、説明の便宜上、ターゲット２０５は完全な平面とし、ステージ２０７も完全に平行移動すると仮定する。また、図６Ａ及び６Ｂにおいて、横軸上の（ａ）〜（ｇ）は、図１６（ａ）〜（ｇ）の各ステージ位置に対応している。
【０１３２】
尚、本実施形態において補正器４１５をコントローラ３１４、センサアンプ３１１〜３１３とは別体で設けた構成をとっているが、本発明の目的を達するための一つの構成例に過ぎない。例えば、設計によってはコントローラ３１４と一体とすることもありうる。また，本実施形態では、補正器４１５はステージの現在の座標値と補正量とを関係付けたテーブルで保存しているが、このようなテーブルに限らず算術式で定義したものでも目的を達せられることは言うまでもない。また、本実施形態では補正を行うべきセンサアンプが３個であったが、３個に限定されず、他の個数の場合にも同様の方法で補正を行うことができる。
【０１３３】
［第４の実施形態］
次に、本発明の計測装置を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線露光装置に適用した第４の実施形態について説明する。
【０１３４】
図７は、本発明に係る第２の実施形態の計測装置を含むＸ線露光装置の部分構成図であり、装置全体のうち静電容量センサに関係する部分を図示したものである。
【０１３５】
本実施形態のＸ線露光装置は、シンクロトロンリングＸ線源を使用し、プロキシミティーギャップを数μm〜数100μmに設定されて等倍で露光する露光装置である。Ｘ線源として、シンクロトロンリングの他にポイントソースＸ線源を使用することも可能である。また、実際の使用環境では、図７の部分は密封チャンバー内に配置され、20kPaの高純度ヘリウム雰囲気に維持される。
【０１３６】
本実施形態では、不図示のシンクロトロンリング光源から照射されたＸ線は図示のＳ１方向に導入される。これに合わせてマスク２１、ウエハ２２とも垂直に保持された状態で露光される。
【０１３７】
マスク２１は図示のマスクチャック２４にチャッキングされる。マスクチャック２４はマスクステージ２５上に搭載されている。
【０１３８】
図７において、ウエハ２２は不図示のウエハ搬送系によりウエハチャック２６に真空吸着される。ウエハチャック２６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２６はSiC製のウエハステージ２７上に搭載されている。ウエハステージ２７はＸステージガイド２８及びＹステージガイド２９に案内されて移動可能とされる。Ｙステージガイド２９は定盤３０上に締結されている。定盤３０は床振動を遮断するダンパー３１を介して、床３２に設置されている。ウエハステージ２７は、リニアモーター他により駆動され、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、ωx、ωy軸に自由度を持っている。
【０１３９】
露光時には、不図示のアライメント計測ユニットによってマスク２１とウエハ２２の水平ずれを計測し、精密な位置合わせを行う。
【０１４０】
次に、本実施形態の静電容量センサによる計測について説明する。
【０１４１】
本実施形態のウエハ高さの計測による最終生成物は、ウエハ２２上を20mm間隔に区切った格子点の高さ情報テーブル（以下、マッピングテーブルと呼ぶ）である。露光時には、このマッピングテーブルを用いてプロキシミティーギャップを維持したままステップアンドリピート動作を行う。即ち、事前に計測したマッピングテーブルをマスク／ウエハ間ギャップの補正量として用い、数μm〜数100μmであるところの露光時に指定されたギャップを保つようにＺ，ωｘ，ωｙ軸を同時駆動しながら、ウエハステージ２７をＸ方向及びＹ方向に駆動してステップアンドリピート動作を行うものである。
【０１４２】
センサプローブ１１〜１９は、マスク用架台３４に固定されたセンサプローブ取り付け部３３に20mm間隔でＹ方向に一列に９個配置されている。
【０１４３】
ウエハ２２がウエハチャック２６にチャッキングされた後、ウエハステージ２７を駆動してターゲットとしてのウエハ２２の高さをセンサプローブ１１〜１９で50μm間隔で計測する。本実施形態では、マッピングテーブルのＹ方向の格子間隔と、センサプローブ間の設置間隔とを同じ20mmとしているので、ウエハステージ２７をＸ方向に１回走査することにより全ての計測を行うことができる。 図８は、本実施形態のウエハ高さ計測機能に関するブロック図を示す。
【０１４４】
コンソール５１は、露光装置全体のシーケンスとユーザーインターフェースを制御する。ステージCPU５２は、ウエハステージ２７の動作シーケンスを制御する。ステージDSP５３はDigital signal Processorを搭載し、ステージ位置、速度を精密にデジタル制御する。また、ステージDSP５３はウエハ高さ計測に関して、ウエハステージ２７を移動させながらウエハ高さ計測の指令を出し、計測結果を読み取る。
【０１４５】
ステージDSP５３は、ステージ干渉計I/F５５７を介して入力されるステージ干渉計５８の測定値に基づいてウエハステージ２７およびマスクステージ２５の駆動制御信号を各ステージのステージドライバ５９に出力する。
【０１４６】
ステージDSP５３は計測を行った瞬間のステージ座標と、計測値と、センサ補正データメモリから読み取った補正値を対応させることができる。この３種類の数値をステージDSP５３のユニット内部のメモリ５４に計測値テーブルとして格納する。計測動作が終了した後で、ステージCPU５２は、計測値テーブルを読み取って演算することにより、ウエハ２２上の20mmピッチの格子点のマッピングテーブルを作成する。
【０１４７】
ステージCPU５２、ステージDSP５３及びセンサI/F（インターフェース）５５はバスに接続されている。ステージDSP５３からセンサI/Fに計測タイミング信号が指令されると、センサI/F５５はA/D基板５６に対して計測タイミング信号を伝達する。A/D基板５６は，計測タイミング信号に従ってセンサアンプ出力をA/D変換する。
【０１４８】
また、A/D基板５６で計測値をシリアル変換し、センサI/F５５へシリアル転送する。センサI/F５５は転送されたシリアル信号をパラレル変換し、バスに接続されたデュアルポートメモリ上に展開する。
【０１４９】
本実施形態でウエハ高さ計測値をA/D変換してからパラレル−シリアル−パラレル変換しているのは、伝送ノイズ低減とケーブル削減のためである。
【０１５０】
理想的な計測シーケンスとしては、全てのセンサアンプ出力（計測値）のA/D変換を同時に行えば、ステージ座標に精度良く同期した計測が行える。しかし、計測間隔とステージ速度との兼ね合いで各センサアンプ出力を逐次変換してもほとんど問題がない場合もある。逐次変換方式にすれば、A/Dコンバータを共通化でき、調整の容易化やコストダウン等のメリットが得られる。
【０１５１】
各センサプローブ１１〜１９は、第１の実施形態と同様の構造であり、それぞれに対応してセンサアンプ４１〜４９が接続されている。各センサアンプ４１〜９は、中心電極用端子４１ａ〜４９ａ、ガード電極用端子、アース端子４１ｂ〜４９ｂを備える。各センサアンプ４１〜４９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を介して筐体アースに流れる。アースは各センサアンプ４１〜４９のアース端子に接続される。センサアンプ４１〜４９は中心電極用端子４１ａ〜４９ａとアース端子４１ｂ〜４９ｂ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閉平回路のインピーダンスを検出する。検出されたインピーダンス情報は、アナログ信号としてA/D基板５６に伝送される。
【０１５２】
各センサプローブ４１〜４９は、マスク用架台３４に取り付けられた金属製のセンサプローブ取り付け部材３３に取り付けられている。この金属製の部材３３は導線を使用して不図示のセンサアンプのアース端子４１ｂ〜４９ｂに接続されている。
【０１５３】
本実施形態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い。そのため、ウエハとアース間のインピーダンスは容量結合によるものであり、ウエハの移動にともなうアースインピーダンスの変化を防ぐことは難しい。具体的には、ウエハとセンサプローブ取り付け部との間の容量結合が支配的になっている。また，アースインピーダンスの絶対値も高くなってしまうので、アース電流の変化によるアースインピーダンス部分の電圧降下の変化が生じてしまう。アース電流の変化は，第２の実施形態と同様にウエハに対向するセンサプローブの本数の変化によって生じる。
【０１５４】
そこで、本実施形態ではメモリ５４に図１０Ｂに示す特性を持つ補正データを保存して計測値の補正に使用している。
【０１５５】
以下に、上記補正データの作成方法について説明する。
【０１５６】
本実施形態例では、図９に示すように、ウエハ２２に対向するセンサプローブ取り付け部３３の面積、およびウエハ２２に対向するセンサ本数は既知である。図９はセンサ本数が変化する代表的な位置のみを示しているが、計測中の全座標に対する前記対向面積や前記対向するセンサ本数を定量的に記述することが可能である。
【０１５７】
図１０Ａ及び１０Ｂに示すように、ウエハ２２に対向するセンサプローブ取り付け部３３の面積からアースインピーダンスを求めることができる。また、ウエハ２２に対向するセンサ本数からアース電流を求めることができる。この両者から各ステージ座標におけるアースインピーダンスの電圧降下を求めることができる。これをテーブル化して補正データとする。尚、図１０Ａ及び６Ｂにおいて、横軸上の（ａ）〜（ｍ）は、図９（ａ）〜（ｍ）の各ステージ位置に対応している。
【０１５８】
［他の実施形態］
本発明は、前述した実施形態の制御ブロックによる計測機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形態は、プログラムである必要はない。
【０１５９】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明のクレームでは、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０１６０】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
【０１６１】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ）などがある。
【０１６２】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明のクレームに含まれるものである。
【０１６３】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【０１６４】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【０１６５】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【０１６６】
以上説明したように、上記実施形態によれば、静電容量センサを用いた計測装置において、以下の効果を得ることができる。即ち、
第１の実施形態によれば、ターゲットとアース間の結合容量の変化による計測誤差を高い精度で補正することができる。
【０１６７】
第２の実施形態によれば、アースインピーダンスに流れるセンサ電流の変化による計測誤差を高い精度で補正することができる。
【０１６８】
第３の実施形態によれば、ターゲットとアース間の結合容量の変化と、アースインピーダンスに流れるセンサ電流の変化とによる計測誤差を高い精度で補正することができる。
【０１６９】
第４の実施形態によれば、上記各実施形態の静電容量センサを用いた計測装置を半導体製造装置に適用することにより、高精度、高スループット、低コストの装置を提供することができる。
【０１７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静電容量センサを用いてターゲットを計測する際に、アースインピーダンスの変化とアース電流変化による計測誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の計測装置の構成図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の計測装置のセンサアンプ出力、補正器出力、及び計測誤差の補正を説明する図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の計測装置の構成図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の計測装置のセンサ対向本数、アース電流値、センサアンプ出力、補正器出力、及び計測誤差の補正を説明する図である。
【図５】本発明に係る第３実施形態の計測装置の構成図である。
【図６Ａ】本発明に係る第３実施形態の計測装置のアースインピーダンス、センサ対向本数、アース電流値、センサアンプ出力、補正器出力、及び計測誤差の補正を説明する図である。
【図６Ｂ】本発明に係る第３実施形態の計測装置のアースインピーダンス、センサ対向本数、アース電流値、センサアンプ出力、補正器出力、及び計測誤差の補正を説明する図である。
【図７】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置の構成図である。
【図８】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置の制御ブロック図である。
【図９】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置の計測動作とステージ位置との関係を説明する図である。
【図１０Ａ】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置のアース電流値、センサアンプ出力、及び補正量を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明に係る第４実施形態のＸ線露光装置のアース電流値、センサアンプ出力、及び補正量を示す図である。
【図１１】従来例１の計測装置の構成図である。
【図１２】従来例１の計測装置の等価回路図である。
【図１３】従来例１の計測装置のアースインピーダンスと計測誤差との関係を説明する図である。
【図１４】従来例２の計測装置の構成図である。
【図１５】従来例２の計測装置の等価回路図である。
【図１６】従来例２の計測装置の計測動作とステージ位置との関係を説明する図である。
【図１７】従来例２の計測装置のセンサ対向本数、アース電流値、センサアンプ出力、及び計測誤差を説明する図である。
【符号の説明】
１９８ 搭載台
１９９ センサ保持部材
１１〜１９、２０１、３０１〜３０３ センサプローブ
２０５ ターゲット
２０６ 真空チャック
２０７ ステージ
４１〜４９、２１１、３１１〜３１３ センサアンプ
２１４、３１４ コントローラ
２１５、３１５、４１５ 補正器
２１ マスク
２２ ウエハ
２４ マスクチャック
２５ マスクステージ
２６ ウエハチャック
２７ ウエハステージ
２８ Ｘステージガイド
２９ Ｙステージガイド
３０ 定盤
３１ ダンパー
３２ 床
３３ センサプローブ取り付け部
３４ マスク用架台
５１ コンソール
５２ ステージCPU
５３ ステージDSP
５４ 補正データメモリ
５５ センサI/F
５６ A/D基板
５７ ステージ干渉計I/F
５８ ステージ干渉計
５９ ステージドライバ
Claims (12)
- 被計測物とセンサ間の静電容量を検出して当該センサと被計測物間の距離を計測する装置であって、
前記センサに接続された第１の端子と、当該第１の端子との間に前記センサと前記被計測物とを含む閉回路を構成する第２の端子とを有し、当該第１の端子と第２の端子との間の電流若しくは電圧を計測する計測手段と、
前記被計測物と前記第２の端子の間のインピーダンスにより生じる電圧降下から前記計測手段による計測値を補正する補正手段とを具備することを特徴とする計測装置。 - 前記補正手段は、前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさの少なくともいずれかにより前記電圧降下を推定することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
- 前記補正手段は、予め得られた前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさの少なくともいずれかに関するテーブルを用いて前記電圧降下を推定することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
- 前記補正手段は、予め得られた前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさの少なくともいずれかに関する演算式を用いて前記電圧降下を推定することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
- 前記インピーダンスの大きさと前記インピーダンスに流れる電流の大きさは実測により求められることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
- 前記被計測物に近接した位置に導電性部材が設けられ、前記インピーダンスの大きさは、前記被計測物の内部インピーダンスと、前記被計測物と前記導電性部材間の距離と、前記被計測物と前記導電性部材とが対向する面積との少なくともいずれかにより求められることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の計測装置。
- 前記センサを複数備え、前記インピーダンスに流れる電流の大きさは、前記被計測物に対向するセンサの数と当該センサに付与する電流値の少なくともいずれかにより求められることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の計測装置。
- 前記複数のセンサに対して前記インピーダンスは共通であることを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
- 前記複数のセンサは同一の被計測物を計測することを特徴とする請求項７又は８に記載の計測装置。
- 前記被計測物は半導体であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の計測装置。
- 原版上のパターンを基板に露光する半導体製造装置において、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の計測装置を搭載し、
前記被計測物として前記原版及び／又は基板と前記センサとの距離を計測し、
前記距離に基づいて前記原版と基板間の隙間を検出することを特徴とする半導体製造装置。 - 前記原版と前記基板間の隙間を300μm以下に近接させて露光を行うことを特徴とする請求項１１に記載の半導体製造装置。
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