JP3581755B2 - グリッチ低減回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、精密測定に関するものである。本発明によって、低強度信号のゼロ交差を正確に検出し、同時に、ノイズの影響を最小限に抑えるレーザ干渉計測定システムが例証される。
【０００２】
【従来の技術】
多くの集積回路ダイ（ＩＣ）は、単一基板上に製造される。ＩＣは、基板上に成長させる各層のパターン形成によって作製される。商業用では、ステッパによって、多くのイメージを用いた各層の露光が行われる。新しい各イメージを先行層のイメージに正確に重なるように配置することによって、機能ＩＣが得られる。約１ナノメートルの分解能で距離の分析が可能なレーザ干渉計測定システムが、精密位置決めシステムの一部として利用される。典型的な測定システムには、レーザ光源、光学干渉計、反射器、受信機、及び、いくつかの電子装置が含まれる。受信機は、反射器が干渉計に対して移動するにつれて位相を変化させる測定信号を出力する。レーザ光源によって、定周波数の基準信号が生じる。電子装置は、測定信号と基準信号を比較して、反射器の移動距離を求める。
【０００３】
基準信号と測定信号の間の位相差は、干渉計に対する反射器の位置変化に正比例する。電子装置の主たる目的は、この位相変化を累算して、位置の単位に変換することにある。反射器が行ったり来たりするにつれて、受信機の信号の位相が、基準位相に対して増減する。電子装置は、これらの信号の位相をずっと監視し続けて、カウンタを絶えずインクリメントまたはデクリメントし、反射器の位置を常に把握していなければならない。
【０００４】
基準信号及び測定信号は、正弦波である。電子装置は、ゼロ交差の時間を正確に測定することによってこれらの信号の位相を決定する。位相がゼロ交差から決定される場合、いずれかの信号がゼロ交差する時、それを一度だけしかカウントしないことが重要である。レーザ測定システムが大形になると、レーザ光源からのレーザ光は、多くのビームに分割され、複数軸を供給する場合が多い。１つの光源から分割されるビーム数が増すにつれて、受信機に到達する光の強度は低下する。受信機の電気的ノイズが、入射光からの信号に加わる。弱い測定信号がゼロ交差すると、電気ノイズが優勢になり、「偽」ゼロ交差（グリッチとしても知られる）を検出することになる可能性がある。余分なゼロ交差がほんの１つあれば、電子装置は余分な３６０゜の位相を累算し、従って、エラーが生じる。レーザ光源の光の強度には制限があるので、光源からの光を分割し得る回数は、受信機の感度によって決まる。複雑なステッパの場合、光ビームの分割回数をできるだけ多くするのが望ましい。従って、受信機の感度を向上させると、ステッパのコストが低下する。
【０００５】
反射器の位置が順方向または逆方向に移動すると、測定信号の位相が増減する。結果として、測定信号の周波数は、反射器の速度に応じて変化する。周波数は、ある方向の速度に関して上昇ドップラ・シフトを生じ、別の方向の速度に関して下降ドップラ・シフトを生じる。ＩＣ製造の必要が増すにつれて、ステッパに対する需用も増大した。大形ウェーハは、ウェーハ・スループットが多いステッパを必要とする。従って、こうしたシステムに用いられるレーザ干渉計は、ステッパの動作速度を増す必要があるので、より広い周波数範囲にわたって動作可能でなければならない。より広い周波数範囲にわたって動作可能な受信機は、より広い帯域幅を備えていなければならない。こうした受信機の帯域幅の拡大は、より多くのノイズを生じ、ゼロ交差検出の問題をいっそう複雑にする。
【０００６】
「偽」ゼロ交差の検出を減少させるレーザ干渉計測定システムによって、より強度の低いレーザ信号の利用が可能になる。このため、光源からの光信号の分割を増すことが可能になるので、結果得られるウェーハ・ステッパのコストが低下する。測定システムが、より速いステージ速度における測定信号と基準信号の位相差を分解することができれば、いっそう有効である。この結果、位置決めの効率がいっそう良くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題はグリッチの低減をはかる手段の提供とその有効な利用による従来の問題点の解消とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
測定信号における「偽」ゼロ交差の検出を減少させるレーザ干渉計測定システムによって、強度の低いレーザ信号の利用が可能になる。測定信号は、積分器または微分器によって位相が推移する。位相推移した測定信号の正の部分は、測定信号の下降区間に対応するが、位相が推移した測定信号の負の部分は、測定信号における上昇区間に対応する。位相推移した測定部分の各部分は、非位相推移測定信号と比較される。ＲＳラッチが、各コンパレータの結果を受信する。ＲＳラッチの出力信号は、ノイズの影響がない測定信号のゼロ交差を反映する。
【０００９】
【実施例】
図１には、レーザ干渉計測定システム２に関する機能ブロック図が示されている。ビーム分割器４がレーザ６の近くに配置されている。各軸に沿って、ビーム分割器４からのビーム経路内に干渉計８Ａ、８Ｂが配置されている。ビームは干渉計８Ａ、８Ｂ内を通り、反射器１０Ａ、１０Ｂによって反射されて戻り、最終的には、受信機１２Ａ、１２Ｂに終着する。
【００１０】
レーザ６によって発生したレーザ・ビーム１４は、ビーム分割器４によって受信される。この実施例の場合、ビーム分割器４は、レーザ・ビームをＸ軸ビーム１４ＸとＹ軸ビーム１４Ｙに分割する。Ｘ軸ビーム１４Ｘは、Ｘ軸干渉計８Ａに受信され、さらに、該干渉計からＸ軸反射器１０Ａによって反射されたＸ軸ビーム１４Ｘが送り出される。反射したＸ軸ビーム１４Ｘは、Ｘ軸干渉計８Ａを通って戻り、Ｘ軸受信機１２Ａによって受信される。Ｘ軸受信機１２Ａは、測定信号を測定電子装置（不図示）に送る。反射器１０Ａが干渉計に対して移動すると、測定信号が変化する。
【００１１】
図２には、図１に示すＸ軸受信機１２Ａに関する機能ブロック図が示されている。フォトダイオード１６は、Ｘ軸ビーム１４Ｘを受信する。増幅器１８は、フォトダイオード１６及びゼロ交差検出回路２０に接続されている。出力ドライバ２２は、ゼロ交差検出回路２０に接続されておりＸ軸測定信号ＸＯＵＴを出力する。
【００１２】
図３には、図２に示すゼロ交差検出回路２０に関する機能ブロック図が示されている。積分器などの移相器２４は、入力端子と出力端子とを備えている。移相器２４の出力端子には、順方向接続ダイオード２６及び逆方向接続ダイオード２８が接続されている。順方向接続ダイオード２６は、その陰極において第１のコンパレータ３０の反転入力端子と接続している。第１の抵抗器３２が第１のコンパレータ３０の反転入力端子とアース端子の間に接続されている。逆方向接続ダイオード２８は、その陽極において第２のコンパレータ３４の反転入力端子に接続している。第２の抵抗器３６は、第２のコンパレータの反転入力端子とアースの間に接続されている。第１のコンパレータ３０及び第２コンパレータ３４の非反転入力端子は、非位相推移測定信号を受信する。第１のコンパレータ３０の出力は、ＲＳラッチ３８のセット端子に接続されている。第２のコンパレータ３４の出力は、ＲＳラッチ３８のリセット端子に接続されている。ＲＳラッチ３８の出力信号は、ノイズのない非推移測定信号のゼロ交差を反映する。
【００１３】
非位相推移測定信号Ｖ１が、移相器の入力に生じる。移相器２４の出力は、コンパレータ３０、３４に送られる位相推移測定信号Ｖ２である。第１のコンパレータ３０は、位相推移測定信号の正の部分を受信し、一方、第２のコンパレータ３４は、位相推移測定信号の負の部分を受信する。位相推移測定信号の正の部分は、下降ゼロ交差に対応し、一方、位相推移測定信号の負の部分は、上昇ゼロ交差に対応する。非位相推移測定信号に上昇ゼロ交差が生じると、ＲＳフリップ・フロップから成るＲＳラッチ３８がセットされ、「高」出力を発生する。同様に、非位相推移測定信号に下降ゼロ交差が生じると、ＲＳラッチ３８がリセットされ、「低」出力を発生する。
【００１４】
代替案として、移相器として、積分器の代わりに微分器を用いることも可能である。この場合、積分器によって生じる遅れ位相推移とは対照的に、９０゜進み位相推移が生じる。微分器の後、反転増幅器を用いて、その反転入力端子への信号Ｖ４及びＶ５の適正な位相関係が維持される。微分器は、低周波よりも高周波の増幅度が大きいという望ましくない特性を有している。このため、第１と第２のコンパレータの反転入力端子における低周波に関する振幅が小さくなるという望ましくない傾向がある。積分器での実施には、第１と第２のコンパレータの反転入力端子における低周波に関する振幅が増すという利点がある。これが必要になるのは、ゼロ交差における正弦波の勾配が低周波数において低くなるので、Ｖ１のノイズが低周波数において複数のゼロ交差を生じる可能性があるためである。積分器の利得は低周波数におけるほうが大きくなるので、そのため、「低周波数におけるノイズに対する感度が高くなる」効果が相殺されることになる。
【００１５】
図４には、相異なるポイントにおける信号波形が示されている。一方のコンパレータの出力が変化している間、もう一方のコンパレータの出力が変化するのを阻止するため、順方向接続ダイオード２６及び逆方向接続ダイオード２８によって、位相推移測定信号が、それぞれ、正の部分と負の部分に分割される。正の部分は、非位相推移測定信号の下降ゼロ交差に対応し、一方、負の部分は、非位相推移測定信号の上昇ゼロ交差に対応している。第１のコンパレータ３０は、正の部分と非位相推移測定信号を比較し、第２のコンパレータ３４は、負の部分と非位相推移測定信号を比較する。ＲＳラッチ３８は、各コンパレータの結果を受信する。ＲＳラッチ３８の出力信号は、ノイズの影響のない測定信号のゼロ交差を反映する。第２のコンパレータ３４の出力は、反転されるので、この信号を利用して、ＲＳラッチ３８をリセットすることが可能である。
【００１６】
測定信号Ｖ１の上昇ゼロ交差の場合、ノイズによって、測定信号に、１つだけではなく、複数のゼロ交差を生じることになる。ＲＳラッチ３８は、最初の上昇ゼロ交差によってセットされる。この時間中、第２のコンパレータ３４は機能停止になるので（出力信号Ｖ７は「低」）、ＲＳラッチ３８をリセットすることはできない。従って、第１のコンパレータ３０の出力が、複数回にわたって高及び低のジッタを生じるとしても、ＲＳラッチ３８の出力信号Ｖ８が「高」になるのは１度だけである。同様に、非位相推移測定信号の下降ゼロ交差の間、第１のコンパレータ３０が機能停止になり、最初の下降ゼロ交差によってＲＳラッチ３８がリセットされるが、第２のコンパレータ３４の出力信号Ｖ７が複数回にわたって高及び低のジッタを生じるにもかかわらず、１度だけである。ＲＳラッチ３８の出力信号Ｖ８は、非位相推移測定信号の波形に追従するが、複数のゼロ交差を伴わないのは明らかである。
【００１７】
以上、発明の実施例のいくつかを説明したが、本発明はそれらに限定されるものではない。ちなみに、本発明の実施態様のいくつかを以下に示す。
【００１８】
（実施態様１）
出力を備え、測定信号を受信する移相器（２４）と、
移相器の出力に接続された順方向接続ダイオード（２６）と、
第１の非反転入力端子と第１の反転入力端子、第１の出力端子とを備え、第１の反転入力端子が順方向接続ダイオードに接続している、第１のコンパレータ（３０）と、
第１の反転入力端子とアースの間に接続している第１の抵抗器（３２）と、
移相器の出力に接続された逆方向接続ダイオード（２８）と、
第２の非反転入力端子と第２の反転入力端子と、第２の出力端子とを備え、第２の反転入力端子が逆方向接続ダイオードに接続している、第２のコンパレータ（３４）と、
第２の反転入力端子とアースの間に接続している第２の抵抗器（３６）と、
第１の出力端子に接続しているセット端子と、第２の出力端子に接続しているリセット端子を備えるＲＳラッチ（３８）とを備え、
第１の非反転入力端子及び第２の非反転入力端子が測定信号を受信するように構成したグリッチ低減回路（２０）。
【００１９】
（実施態様２）
移相器（２４）が積分器であることを特徴とする、実施態様１に記載のグリッチ低減回路（２０）。
（実施態様３）
移相器（２４）が微分器であることを特徴とする、実施態様１に記載のグリッチ低減回路（２０）。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ干渉計測定システムに関する機能ブロック図である。
【図２】図１に示す受信機に関する機能ブロック図である。
【図３】図２に示すゼロ交差検出回路に関する機能ブロック図である。
【図４】図３の回路の異なるポイントにおける信号の波形図である。
【符号の説明】
２ レーザ干渉計測定システム
４ ビーム分割器
６ レーザ
８Ａ 干渉計
８Ｂ 干渉計
１０Ａ 反射器
１０Ｂ 反射器
１２Ａ 受信機
１２Ｂ 受信機
１４ レーザ・ビーム
１６ フォトダイオード
１８ 増幅器
２０ ゼロ交差検出器
２２ 出力ドライバ
２４ 移相器
２６ 順方向接続ダイオード
２８ 逆方向接続ダイオード
３０ 第１のコンパレータ
３２ 第１の抵抗器
３４ 第２のコンパレータ
３６ 第２の抵抗器
３８ ＲＳラッチ

Claims (3)

1. 出力を備え、測定信号を受信する移相器と、
   該移相器の前記出力に接続された順方向接続ダイオードと、
   第１の非反転入力端子と第１の反転入力端子と第１の出力端子とを備え、前記第１の反転入力端子が前記順方向接続ダイオードに接続している、第１のコンパレータと、
   前記第１の反転入力端子とアースの間に接続している第１の抵抗器と、
   前記移相器の前記出力に接続された逆方向接続ダイオードと、
   第２の非反転入力端子と第２の反転入力端子と第２の出力端子とを備え、前記第２の反転入力端子が前記逆方向接続ダイオードに接続している、第２のコンパレータと、
   前記第２の反転入力端子とアースの間に接続している第２の抵抗器と、
   前記第１の出力端子に接続しているセット端子と、前記第２の出力端子に接続しているリセット端子を備えるＲＳラッチとを備え、
   前記第１、第 ２の非反転入力端子が前記測定信号を受信するように構成したグリッチ低減回路。
2. 前記移相器が積分器であることを特徴とする請求項１に記載のグリッチ低減回路。
3. 前記移相器が微分器であることを特徴とする請求項１に記載のグリッチ低減回路。

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