JP4067053B2 - Capacitance sensor type measuring device - 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。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for measuring the position, shape, and the like of a target using a capacitance sensor. The measuring apparatus is suitably applied to an exposure system for transferring an original pattern such as a mask or a reticle onto a substrate or a three-dimensional object such as a semiconductor wafer or a glass plate, and a processing system or a processing system for a semiconductor process. .
[0002]
[Prior art]
One method for accurately measuring the position and shape of a sample (target) is to use a capacitance sensor. This method measures the distance between the sensor probe and the target by detecting the magnitude of the capacitance generated between the sensor probe and the target. The capacitance is detected as an AC impedance. Specifically, in many cases, a weak alternating current supplied from a sensor amplifier is supplied from a sensor probe toward a target, and a voltage drop due to the impedance is measured. The current that flows from the sensor probe to the target is returned to the other terminal of the sensor amplifier through a conductor that is generally at the same potential as the chassis ground of the system. Usually, since the measured capacitance is a small value on the order of pF, it is easily affected by stray capacitance. Therefore, in mounting from the sensor amplifier to the sensor probe and mounting of the ground line from the target, the potential is usually set so that the influence of stray capacitance is reduced.
[0003]
Ideally, a capacitive sensor is used by coupling a target having a sufficiently low impedance to ground with a low impedance. For this reason, a structure in which the mounting base on which the target is placed is made of a conductor and the mounting base is connected to the ground is often used.
[0004]
FIGS. 15A and 15B are configuration diagrams of a conventional measuring apparatus using a capacitance sensor, where FIG. 15A is an overall configuration diagram, and FIG. 15B is a side view of a main part. A fixed capacitance sensor is provided, and a plurality of measurement points are sequentially measured by moving a stage on which a target is mounted. In the figure, 120a and 120b are first and second sensor probes, 121a and 121b are first and second sensor amplifiers, 122 is a target, 123 is a sensor cable, 124 is a controller, 125 is a metal chuck, and 127 is a constant. A panel (insulating mounting base) 128 indicates an oscillator.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When the measurement target of the electrostatic sensor is a semiconductor or the like, it has a somewhat large internal impedance. Furthermore, there may be a case where it cannot be coupled to ground with a low impedance. In such a case, the alternating currents flowing out from a plurality of sensor probes flow into the target internal impedance and the ground impedance, which are common impedances. Therefore, each sensor (sensor is a sensor amplifier and sensor) due to a voltage drop in that portion. Error).
[0006]
In FIG. 16, since Z3 and Z4 are common impedances for a plurality of sensors, the voltage drop due to the sensor current appears as a measurement error because the first sensor and the second sensor interfere with each other.
[0007]
A measurement error caused by the sensor drive phase and the ground impedance of the conventional measurement apparatus will be described with reference to FIG. Since the drive current phases of the first sensor probe and the second sensor probe are the same, the sum of both currents flows through the common impedance as a ground current, resulting in a voltage drop. This voltage drop appears as it is between the terminals of the sensor amplifiers 121a and 121b (between S101 and S102 and between S201 and S202) and becomes a measurement error of each sensor.
[0008]
It is an object of the present invention to prevent measurement errors caused by common impedance in a measurement apparatus including a plurality of capacitance sensors or due to interference between sensors due to an electrostatic field.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a measuring device of the present invention is a device that measures the distance between a sensor probe and a target to be measured using a capacitance sensor, A mounting table for mounting the target; and a probe holding member for holding the sensor probe. A plurality of sensor probes; and a sensor amplifier connected to the sensor probes and outputting a measurement result thereof; and a sensor amplifier including the sensor probes between a first terminal and a second terminal provided in the sensor amplifier. An AC electrical signal supplied from the sensor amplifier to the sensor probe when a measurement system circuit is connected and the distance between the sensor probe and the target to be measured is measured. Of at least two sensor probes among the plurality of sensor probes. It is characterized by
Furthermore, the measurement device of the present invention is a device that measures the distance between the sensor probe and the target to be measured using a capacitance sensor, and includes a mounting base on which the target is mounted and a probe holder that holds the sensor probe. A plurality of sensor probes, and a sensor amplifier that is connected to the sensor probes and outputs a measurement result thereof, and the sensor between the first terminal and the second terminal provided in the sensor amplifier. When measuring the distance between the sensor probe and the target to be measured by connecting a circuit of the system to be measured including the probe, the phase of the AC electric signal supplied from the sensor amplifier to the sensor probe is determined by the plurality of sensor probes. 120 degree difference between at least three of the sensor probes .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention is an apparatus for measuring a distance between a sensor probe and a target to be measured using a capacitance sensor, wherein the first sensor probe, the second sensor probe, and the target are A mounting base to be mounted; a probe holding member that holds the sensor probe; and a sensor amplifier that is connected to the sensor probe and outputs a measurement result, the sensor amplifier having a first terminal and a second terminal, In a measuring device in which an electrode of the sensor probe is connected to a first terminal and a closed circuit of a system to be measured including the sensor probe is connected between the first terminal and the second terminal, the sensor amplifier supplies the sensor probe The phase and / or current amplitude value of the AC electrical signal is made different between the first sensor probe and the second sensor probe.
[0011]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[First embodiment]
A semiconductor wafer position measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1A and 1B are configuration diagrams of a semiconductor wafer position measuring apparatus according to a first embodiment. FIG. 1A is an overall configuration diagram, and FIG.
[0012]
This apparatus measures the height and inclination of the surface of a semiconductor wafer vacuum-adsorbed on a SiC vacuum chuck using a fixed sensor probe.
[0013]
Here, the interval between the sensor probe and the target is referred to as a measurement gap (see FIG. 1B). Although the setting of the measurement gap differs depending on the type of sensor probe, in this embodiment, it is about 200 to 300 μm.
[0014]
The first and second sensor probes 10a and 10b have a three-layer structure coaxially from the center, that is, a center electrode, a guard electrode, and an external electrode. The electrode used for measurement is the center electrode, and is connected to the center electrode terminals (S101, S201) of the first and second sensor amplifiers 11a, 11b. A sine wave constant amplitude current of several tens of kHz is passed from the first and second sensor amplifiers to the center electrode. The current flows to the housing ground through the capacitively coupled target 12. The housing ground is connected to the ground terminals (S102, S202) of the first and second sensor amplifiers 11a, 11b. The first and second sensor amplifiers 11a and 11b detect the voltage between the center electrode terminals (S101 and S201) and the ground terminals (S102 and S202), thereby including the loop impedance including the capacitive impedance of the measurement gap. I understand. If the measurement gap is d and the effective facing area between the sensor probe and the target is A, the capacitance C of the measurement gap d is expressed by the following equation.
[0015]
C = εo · A / d
Here, εo is the dielectric constant in vacuum, and the dielectric constant in air is almost the same.
[0016]
If the angular frequency of alternating current flowing through the sensor probe is ω and the current value is i, the voltage value e between the center electrode terminal and the ground terminal is expressed by the following equation.
e = i / (ω · C)
[0017]
From both of the above formulas,
e = i · d / (ω · εo · A)
d = e · ω · εo · A / i
Is guided. If i, ω, and A do not change, d proportional to e is obtained.
[0018]
The guide electrode is provided to prevent the electric field emitted from the center electrode from spreading to the periphery. The guard electrode is connected to a guard electrode terminal (not shown) of the sensor amplifier. The guard electrode terminal outputs the same voltage as e (the same potential as the center electrode terminals S101 and S201). Driven by low output impedance driver. Further, a coaxial cable 13 is used for connection between the first and second sensor amplifiers 11a and 11b and the first and second sensor probes 10a and 10b. The guard electrode is connected. Thereby, the influence of the capacity | capacitance between two lines of the connection cable 13 is canceled.
[0019]
The first and second sensor amplifiers 11a and 11b drive the first and second sensor probes 10a and 10b and measure voltages. The measured voltage is A / D converted and transmitted to the controller 14. The controller 14 performs processing and display of measured values. At this time, correction such as offset, gain, and non-linearity may be performed inside the controller 14.
[0020]
The vacuum chuck 15 is made of SiC ceramics. This is to prevent deformation of the chuck due to temperature changes. The sensor holding frame 16 is attached to the chuck 15. Further, the chuck 15 is installed on a metal surface plate 17. Furthermore, the metal surface plate 17 is connected to the ground.
[0021]
Therefore, the coupling from the target 12 to the earth is performed by capacitive coupling using a capacitor in which the chuck 15 is sandwiched between the target 12 and the metal surface plate 17. This configuration is designed to satisfy the measurement accuracy when only one sensor is used. However, this capacitive coupling portion exists as a common impedance for the first sensor and the second sensor.
[0022]
In FIG. 1, the controller 14 presets the drive phase of each sensor with respect to a phase control apparatus. Further, the controller 14 receives measurement values from the first sensor amplifier 11a and the second sensor amplifier 11b and displays them externally.
[0023]
The phase controller 18 outputs a sensor drive timing signal and a sensor measurement timing signal to the first sensor amplifier 11a and the second sensor amplifier 11b. The sensor measurement timing signal is 2 kHz. In this embodiment, the sensor measurement timing signals of the first sensor and the second sensor are the same. The phase control device 18 also outputs a sensor measurement timing signal to the controller 14 to indicate the timing for taking in the measurement value.
[0024]
FIG. 2 is an equivalent circuit regarding the capacitance sensor of the present embodiment. Compared to the conventional example, the first and second sensor amplifiers 11a and 11b are characterized by having phase adjusting means.
[0025]
Hereinafter, the sensor drive phase and measurement accuracy of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a drive current, a ground current, and a sensor measurement value for the sensor probe of the measurement apparatus according to the present embodiment.
[0026]
In this embodiment, the phase difference between the drive currents (weak currents for measurement) of the first sensor and the second sensor is set to 180 degrees. Thereby, the current flowing through the common impedance is canceled out. The ground current in FIG. 3 is not completely zero. This is a residue generated because the ground current of the first sensor and the ground current of the second sensor do not completely match. Although a measurement error of a value corresponding to the remainder occurs, the error can be significantly reduced as compared with the conventional example (see FIG. 17).
[0027]
Further, the phase between the sensors set by the controller 14 is not limited to 180 degrees and can be set arbitrarily. Therefore, it is possible to set the phase difference that provides the best measurement accuracy. For example, paying attention to the reproducibility of measurement, the controller 14 can determine the optimum phase by collecting data for the set phase.
[0028]
As another method, when the interference between sensors cannot be adjusted by the phase alone, it is possible to more accurately cancel the ground current by slightly increasing or decreasing the current value of each sensor. As a method, the ground current may be canceled by changing the current amplitude value, not the phase, between the sensors.
[0029]
Furthermore, in the present embodiment, the two first and second sensors measure the same target. However, even if a sensor that measures another target interferes with the present embodiment, Measurement accuracy can be improved by the same means.
[0030]
As described above, according to the first embodiment of the present invention, in a measuring apparatus using a plurality of capacitance sensors, it has been difficult to achieve high accuracy due to interference between sensors. On the other hand, the influence of interference can be reduced.
[0031]
[Second Embodiment]
As a second embodiment of the present invention, an X-ray stepper for transferring a mask pattern to a wafer by step and repeat will be described.
[0032]
FIG. 4 is a view showing a part of a proximity gap equal-magnification X-ray exposure apparatus using a synchrotron ring light source. Specifically, a part related to the capacitance sensor is shown in this exposure apparatus. In an actual apparatus, the part of FIG. 4 is placed in a sealed chamber and used in a 20 kPa high purity helium atmosphere.
[0033]
In this embodiment, exposure is performed while holding the mask 31 and the wafer 32 in a very small gap of 10 μm or less, so high accuracy is required for height measurement of the wafer 32 surface and the mask 31 surface. When the set gap is different from the assumed gap, the exposure result is seriously affected, such as deterioration of line width accuracy. Further, in order to realize high throughput, the wafer 32 is step-repeated while maintaining the exposure gap. In this case, if the parallelism between the mask 31 surface and the wafer 32 surface is poor, the exposure result may be deteriorated due to the deformation of the mask membrane, and the membrane may be destroyed.
[0034]
In this embodiment, the X-rays emitted from the synchrotron ring are introduced in the direction of the arrow shown. In accordance with this, the mask 31 and the wafer 32 are exposed while being held vertically.
[0035]
Each of the masks 31 includes a mask frame, a mask substrate, and a membrane (not shown). The mask frame is made of SiC and has a diameter of 125 mm. A 4-inch diameter mask substrate is bonded to the mask frame. A membrane and an absorber pattern are formed on the mask substrate. The mask substrate is back-etched at the exposure area.
[0036]
The mask 31 is chucked by the mask chuck 34 of FIG. The mask chuck 34 is mounted on a mask stage 35 and has a degree of freedom in the Z, θ, ωx, and ωy axes.
[0037]
In FIG. 4, a wafer 32 is vacuum-sucked by a wafer chuck 36 on a wafer stage 37 by a wafer transfer system (not shown). The wafer chuck 36 is made of SiC, and a large number of minute pins are provided on the chuck surface. The wafer chuck 36 is mounted on a SiC wafer stage 37. The wafer stage 37 is mounted on the X stage 38, and the X stage 38 is further mounted on the Y stage 39. The Y stage 39 is fastened on the surface plate 40. The surface plate 40 is installed on the floor 42 via a damper 41 that blocks floor vibration. The wafer stage 37 is driven by a linear motor or the like and has a degree of freedom in the X, Y, Z, θ, ωx, and ωy axes. The positions of the mask 31 and the wafer 32 are measured by an alignment measurement unit (not shown).
[0038]
Next, measurement by the capacitance sensor of the present embodiment will be described.
After the wafer 32 is chucked by the wafer chuck 36 of the wafer stage 37, the wafer stage 37 is driven to measure the 20 mm pitch lattice points on the wafer 32 with a capacitance sensor. In this embodiment, the target is a circular wafer 32 having a diameter of 200 mm. Ten electrostatic capacitance sensor probes 43 for wafer measurement are provided in the Y direction, and measurement is performed by driving the wafer stage 37 in the X direction so as to cover all the measurement points which are the lattice points. The Y coordinate at the time of measurement is determined at a determined coordinate. At the time of measurement, the wafer stage 37 does not necessarily need to be stopped, and the controller of the wafer stage 37 can manage the measurement timing with respect to the coordinates and perform measurement while driving.
[0039]
The wafer measurement capacitance sensor probe 43 is attached to a metal member (sensor probe attachment portion 45) that also serves as an opposing ground plate attached to the mask frame 33. The electrostatic capacitance sensor probe 44 for mask measurement is attached to a metal member (sensor probe attachment portion 46) that also serves as an opposing ground plate attached to the wafer stage 37. Both of these metal members 45 and 46 are connected to a ground terminal of a sensor amplifier (not shown) using a conductive wire. In addition, the area is increased within the range allowed by design so that sufficient capacitive coupling as an opposing ground plate can be obtained, and the respective targets are installed close to each other.
[0040]
In the substrate supported by the insulator as in this embodiment, it is difficult to ground the substrate without mechanical influence, and the earth impedance tends to be high. In that case, it becomes particularly easy to receive interference from other sensors. Therefore, ground plates 46 and 45 facing the respective targets 31 and 32 are provided to lower the ground impedance by capacitive coupling.
[0041]
Hereinafter, the control block of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram of the X-ray exposure apparatus according to the present embodiment.
[0042]
The console 50 controls the entire sequence of the exposure apparatus and provides a user interface and a network interface. The stage CPU 51 receives commands on the sequence from the console 50 and performs unit control of the wafer stage and the mask stage. In addition to this, the exposure apparatus includes an alignment unit, a transport unit, an illumination unit, etc. (not shown), and each unit is controlled by a separate CPU. The stage DSP 52 manages drive control and positioning control of the wafer stage and mask stage. Digital control is performed using a DSP capable of high-speed computation. The stage DSP 52 also captures the sensor drive phase command, the measurement timing command, and the measurement value of the capacitance sensor, which is the main point of the present embodiment. The sensor I / F 56 outputs drive signals to the sensor amplifiers of the first to tenth wafer electrostatic sensor amplifiers 57a to 57j and the mask electrostatic sensor amplifier 58 in accordance with the sensor drive phase command received from the stage DSP 52. Further, a measurement timing command is transmitted to each of the electrostatic sensor amplifiers 57a to 57j, 58. The electrostatic sensor amplifiers 57a to 57j and 58 control the supply current to the first to tenth wafer sensor probes 59a to 59j and the mask sensor probe 60 according to the sensor drive signal. Further, according to the sensor measurement timing signal, the measurement value is taken in and output to the sensor I / F 56.
[0043]
FIG. 6 shows an equivalent circuit relating to the capacitance sensor of this embodiment. Reference numerals 601 to 610 denote sensor amplifiers (ten) corresponding to the first to tenth wafer measurement sensors. Reference numeral 611 denotes a sensor amplifier for a mask measurement sensor. Cw1 to Cw10 are capacitances of measurement gaps corresponding to the first to tenth wafer measurement sensors. Cm is the capacitance of the measurement gap for the mask measurement sensor. Among the wafer internal impedances, Zw1 to Zw10 are independent terms and Zw11 is a common term for each wafer sensor. Zw12 is a common term for each wafer sensor outside the wafer. The impedance due to the wafer chuck, the wafer stage portion, and other capacitive coupling corresponds to Zw12. Zm is an independent term for the mask sensor, and Z13 is a term common to all the sensors. Z13 is an almost negligible value. The most problematic is Zw12. Zw12 makes it easy for the first to tenth wafer sensors to interfere with each other.
7 and 8 show the relationship between the stage position and measurement.
[0044]
Next, the relationship between measurement phases will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 shows the drive current when all the sensors are used in the same phase in the configuration of this embodiment as in the conventional example. In the measurement result in this case, as shown in FIGS. 10 and 11, interference between the sensors appears as much as the ground current changes depending on the number of sensors facing the wafer.
[0045]
On the other hand, in the configuration of the present embodiment, when each sensor is driven at the phase shown in FIG. 12, the ground current can always be canceled. In the sensor drive current phase shown in FIG. 12, two sensors arranged symmetrically with respect to a line parallel to the X axis passing through the center of the wafer are considered as a pair, and the current of each pair is reversed. As a result, the ground current is substantially constant regardless of the number of sensors facing the wafer. 13 and 14 show the measurement results in this case. The reason why a slight error occurs in the measured values in FIGS. 13 and 14 is that the sensor currents of the respective pairs are not completely cancelled. This is due to the fact that the sensor current amplitudes do not match and the phase is not completely different by 180 degrees. Since both are problems in mounting, it is possible to further reduce errors.
[0046]
In the present embodiment, the fifth and sixth sensors having the longest measurement length are most susceptible to the influence of other sensors. When other sensors pass through the wafer boundary, the measurement value may be suddenly disturbed. In order to reduce such measurement errors that are difficult to correct, it is effective that the stage DSP 52 of FIG. 5 has the following phase setting means. That is, paying attention to the measured value of the sensor (referred to as sensor A) in which the measurement error is the most problematic, it is estimated which sensor interference causes the above-described sudden disturbance. Specifically, it is estimated that the influence is from the stage coordinates where the measurement value is disturbed, or from the sensor (referred to as sensor B) that has passed the wafer boundary at the time. Next, the phase of the sensor B is slightly changed and the measurement is performed again to find a condition for improving the measurement result of the sensor A. If there are other sensors whose measurement error is a problem under the conditions, the conditions are similarly determined to find a condition in which all sensor accuracy satisfies the requirement.
[0047]
In this embodiment, the sensor is fixed and each point on the wafer is measured by driving the wafer stage. For the purpose of the present invention, a sensor is mounted on a movable mechanism, and the sensor is moved, or each sensor on the wafer is measured by changing the relative position by moving the sensor and the wafer relative to each other. The same purpose can be achieved by measuring points.
[0048]
In this embodiment, the number of sensors that simultaneously pass through the wafer boundary is two. However, for example, in the case of three, it is also effective to set the phase difference to 120 degrees. In addition, the phase or / and current amplitude value of the AC current signal supplied to a plurality of sensor probes simultaneously located with respect to the target boundary is generated in other sensors when the plurality of sensor probes pass through the target boundary. It is preferable to determine so that the change in the measured value is minimized.
[0049]
Furthermore, the controller in the present embodiment determines the phase or / and current amplitude value of the alternating current signal supplied to each sensor probe according to the arrangement of each sensor probe, the shape of the target, the target stage or / and the position coordinate of the probe stage. It is possible.
[0050]
As described above, according to the second embodiment of the present invention, in the system in which the target and the capacitance sensor are relatively moved and measured, the measurement is efficiently performed according to the position coordinates and / or the moving speed. It can be carried out.
[0051]
Note that the measurement apparatus in the first and second embodiments described above can be used in a device manufacturing apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus or an exposure apparatus, using a target to be measured as a semiconductor wafer or a transfer master.
[0052]
Embodiment
Examples of embodiments of the present invention are listed below.
[Embodiment 1] An apparatus for measuring a distance between a sensor probe and a target to be measured using a capacitance sensor, wherein a plurality of sensor probes are connected to the sensor probe and a measurement result is output. A first terminal and a second terminal provided in the sensor amplifier, the electrode of the sensor probe is connected to the first terminal, and the ground is connected to the second terminal, and the first terminal and When forming a closed circuit of the measurement target system including the sensor probe between the second terminals and measuring the distance between the sensor probe and the measurement target, an AC electric signal supplied from the sensor amplifier to the sensor probe is A measuring device that varies between at least two of the plurality of sensor probes.
[Embodiment 2] The measurement apparatus according to Embodiment 1, comprising a mounting base on which the target is mounted and a probe holding member that holds the sensor probe, and the phase or / and current amplitude value of the alternating current signal A measuring device for differentiating at least two of the plurality of sensor probes.
[Embodiment 3] In the measurement apparatus according to Embodiment 2, the phase or / and current amplitude value of the AC electric signal is a phase or / and current that minimizes a measurement value error due to interference between sensors. A measuring device that is an amplitude value.
[0053]
[Embodiment 4] In the measurement apparatus according to Embodiment 2, the phase or / and current amplitude value of the AC electrical signal is the phase or / and current amplitude value that provides the best reproducibility under the same conditions. Is a measuring device.
[Embodiment 5] The measuring apparatus according to any one of Embodiments 1 to 4, wherein all or some of the plurality of sensor probes measure the same target.
[Embodiment 6] The measuring apparatus according to any one of Embodiments 1 to 4, wherein each of the plurality of sensor probes measures different targets.
[Embodiment 7] In the measurement apparatus according to any one of Embodiments 1 to 6, the measurement target is mounted on a movable target stage, and includes a target stage control unit that drives and controls the target stage. , Measuring device.
[Embodiment 8] In the measurement apparatus according to any one of Embodiments 1 to 6, the plurality of sensor probes are mounted on a movable probe stage, and a probe stage controller that drives and controls the probe stage is provided. A measuring device.
[Embodiment 9] The measurement apparatus according to any one of Embodiments 1 to 8, wherein measurement is performed while changing a relative position between the sensor probe and the target.
[0054]
[Embodiment 10] In the measurement apparatus according to any one of Embodiments 1 to 9, each probe is arranged according to the arrangement of each sensor probe, the target shape, the target stage or / and the position coordinates of the probe stage. A measurement device further comprising a measurement controller that determines a phase or / and a current amplitude value of an AC electric signal to be supplied.
[Embodiment 11] In the measurement apparatus according to any one of Embodiments 1 to 10, a center of a plurality of sensor probes is located relative to a target boundary with respect to a relative position change between the sensor probe and the target. A measuring device that arranges sensor probes so that they are positioned simultaneously.
[Embodiment 12] In the measurement apparatus according to Embodiment 11, the phase or / and current amplitude value of the AC electrical signals of the plurality of sensor probes that are simultaneously positioned with respect to the target boundary are determined by the plurality of sensor probes at the target boundary. A measurement device that determines that the change in measurement value caused by other sensors is minimized by passing the sensor.
[Embodiment 13] In the measurement apparatus according to Embodiment 11 or 12, the measurement apparatus includes two sensor probes that are simultaneously positioned with respect to the boundary of the target, and the electric signal phases of the two sensor probes are different by 180 degrees. Measuring device.
[Embodiment 14] The measurement apparatus according to Embodiment 11 or 12, further comprising three sensor probes simultaneously positioned with respect to the boundary of the target, wherein the electrical signal phases of the three sensor probes are different from each other by 120 degrees. , Measuring device.
[0055]
[Embodiment 15] A semiconductor manufacturing apparatus equipped with the measurement apparatus according to any one of Embodiments 1 to 14, wherein the target is a semiconductor wafer or / and a transfer master.
[Embodiment 16] The semiconductor manufacturing apparatus according to Embodiment 15, wherein the transfer is performed with the distance between the semiconductor wafer and the transfer original plate being close to 300 μm or less.
[0056]
[Embodiment 17] In an exposure apparatus for exposing a pattern of an original to a substrate,
An exposure apparatus comprising the measurement apparatus according to any one of Embodiments 1 to 14.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent a measurement error caused by common impedance or caused by interference between sensors due to an electrostatic field in a measurement apparatus including a plurality of capacitance sensors. For example, in semiconductor exposure transfer, it is possible to reduce the line width, increase the accuracy of line width control, increase the throughput, reduce the cost of the exposure apparatus, and reduce the size. Furthermore, by using a plurality of measurement sensors, it is possible to improve throughput and provide an apparatus with higher productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the electrostatic sensor of the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a relationship diagram between a sensor drive current phase and measurement accuracy of the measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of an X-ray exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of an X-ray exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of an electrostatic sensor of an X-ray exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the operation of the X-ray exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention and the stage position.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the operation of the X-ray exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention and the stage position.
FIG. 9 is a phase waveform diagram (part 1) of drive current of each sensor probe of the X-ray exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram (part 1) showing a ground current and a measurement error of the X-ray exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram (part 1) showing the ground current and measurement error of the X-ray exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a phase waveform diagram (part 2) of drive current of each sensor probe of the X-ray exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram (part 2) illustrating the ground current and measurement error of the X-ray exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing the earth current and measurement error of the X-ray exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention (part 2);
FIG. 15 is a configuration diagram of a measuring apparatus according to a conventional example.
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of an electrostatic sensor of a measuring apparatus according to a conventional example.
FIG. 17 is a relationship diagram between a sensor drive current phase and measurement accuracy of a measurement apparatus according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
10a, 120a: first sensor probe, 10b, 120b: second sensor probe, 11a, 121a: second sensor amplifier, 11b, 121b: second sensor amplifier, 12, 122: target, 13, 123: sensor cable, 14 , 124: controller, 15: SiC chuck, 16: sensor holding frame, 17: metal surface plate, 18: phase controller, 31: mask, 32: wafer, 33: frame for mask, 34: mask chuck, 35: Mask stage, 36: wafer chuck, 37: wafer stage, 38: X stage, 39: Y stage, 40: surface plate, 41: damper, 42: floor, 43: capacitance sensor probe for wafer measurement, 44: mask Capacitance sensor probe for measurement, 45, 46: sensor probe mounting part, 50: control 51: Stage CPU, 52: Stage DSP, 53: Stage driver, 54: Stage interferometer I / F, 55: Stage interferometer, 56: Sensor I / F, 57a to 57j: First to tenth wafers Electrostatic sensor amplifier, 58: electrostatic sensor amplifier for mask, 59a to 59j: sensor probe for first to tenth wafers, 60: sensor probe for mask, 601 to 610: sensor amplifier for wafer measurement sensor, 611: Sensor amplifier for mask measurement sensor, 125: metal chuck, 127: surface plate, 128: oscillator.

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。
An apparatus for measuring a distance between a sensor probe and a target to be measured using a capacitance sensor,
A mounting base for mounting the target; and a probe holding member for holding the sensor probe ;
A plurality of sensor probes; a sensor amplifier connected to the sensor probes and outputting a measurement result thereof; and the measurement target including the sensor probes between a first terminal and a second terminal provided in the sensor amplifier. When measuring the distance between the sensor probe and the target to be measured by connecting a system circuit, the phase of the AC electric signal supplied from the sensor amplifier to the sensor probe is set to at least two of the plurality of sensor probes. The measuring device is characterized in that it is different by 180 degrees between the sensor probes .
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。
An apparatus for measuring a distance between a sensor probe and a target to be measured using a capacitance sensor,
A mounting base for mounting the target; and a probe holding member for holding the sensor probe;
A plurality of sensor probes; a sensor amplifier connected to the sensor probes and outputting a measurement result thereof; and the measurement target including the sensor probes between a first terminal and a second terminal provided in the sensor amplifier. When measuring the distance between the sensor probe and the target to be measured by connecting a system circuit, the phase of the AC electrical signal supplied from the sensor amplifier to the sensor probe is set to at least three of the plurality of sensor probes. The measuring device is characterized in that it is different by 120 degrees between the sensor probes .
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〜のいずれか1つに記載の計測装置。The object to be measured target is mounted on a movable target stage, measuring device according to any one of claims 1-2 comprising a target stage control unit for driving and controlling the target stage. 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〜のいずれか1つに記載の計測装置。Wherein the plurality of sensor probe is mounted on a movable probe stage, measuring device according to any one of claims 1 to 3 comprising a probe stage control unit for driving and controlling the probe stage. 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〜項のいずれか1つに記載の計測装置。Measurement apparatus according to any one of claims 1-4, wherein performing the measurement while changing the relative position of the sensor probe and target. 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〜のいずれか1つに記載の計測装置。The arrangement of the sensor probe, the target shape, and in accordance with the position coordinates of the target stage or / and the probe stage, according to claim 1 to 5, further comprising a measurement controller for determining the phase of the AC electrical signal to be supplied to each probe The measuring apparatus as described in any one. 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〜のいずれか1つに記載の計測装置。To the relative position change between the sensor probe to the target, according to the center of the plurality of sensors probes, any one of claims 1 to 6 to arrange the sensor probe to be positioned at the same time with respect to the boundary of the target Measuring device. 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に記載の計測装置。The phase of the AC electrical signals of the plurality of sensor probes that are simultaneously positioned with respect to the target boundary is such that the measurement value change that occurs in the other sensors is minimized when the plurality of sensor probes pass through the target boundary. The measuring device according to claim 7 , which is determined as follows. 請求項1〜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。The semiconductor manufacturing apparatus which mounts the measuring device as described in any one of Claims 1-8 , and the said target is a semiconductor wafer or / and a transcription | transfer original plate. 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に記載の半導体製造装置。The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 9 , wherein the transfer is performed with a distance between the semiconductor wafer and the transfer master being close to 300 μm or less. 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〜のいずれか1つに記載の計測装置を備えた、露光装置。The exposure apparatus which exposes the pattern of an original on a board | substrate, The exposure apparatus provided with the measuring device as described in any one of Claims 1-8 .
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