KR20070015008A

KR20070015008A - 위치 측정 장치, 묘화 장치 및 위치 측정 방법 및 묘화방법

Info

Publication number: KR20070015008A
Application number: KR1020060070497A
Authority: KR
Inventors: 유우이찌 다찌까와; 가즈미찌 야스이; 기요시 나까소; 기요시 핫또리; 쯔기유끼 오꾸야; 마꼬또 미따
Original assignee: 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2007-02-01
Also published as: TWI313486B; KR100755169B1; US20070024864A1; US7640142B2; TW200717604A

Abstract

본 발명의 일 태양의 위치 측정 장치는, 이동 가능한 스테이지와 레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정부와, 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제1 필터와, 제1 필터와 병렬로 접속되고 소정의 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시키는 제2 필터와, 제2 필터와 직렬로 접속되고 상술한 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제3 필터와, 제1 필터를 통과한 측정치와, 제2와 제3 필터를 통과한 측정치를 합성하고, 합성된 합성치를 출력하는 합성부를 구비한 것을 특징으로 한다.

필터, 전자선, 편향기, 레이저 간섭계, 스테이지

Description

위치 측정 장치, 묘화 장치 및 위치 측정 방법 및 묘화 방법{POSITION MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD AND WRITING APPARATUS AND METHOD}

도1은 제1 실시 형태에 있어서의 묘화 장치의 구성을 도시하는 개념도.

도2는 스테이지 이동의 모습을 설명하기 위한 도면.

도3은 필터부의 내부 구성을 도시하는 블록도.

도4는 제1 실시 형태에 있어서의 위치 측정 방법의 흐름도를 나타내는 도면.

도5는 위치와 측정 출력과의 관계를 나타내는 그래프.

도6a와 도6b는 LPF 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프.

도7a와 도7b는 1세트의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프.

도8a와 도8b는 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 1세트의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터를 합성한 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프.

도9a와 도9b는 디지털 필터의 전달 함수식을 나타내는 도면.

도10은 제1 실시 형태에 있어서의 필터를 통과 후의 게인의 변화량과 위상의 변화량의 예를 나타내는 도면.

도11a와 도11b는 제1 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 통과시키는 경우와 통과시키지 않는 경우의 위치 성분의 데이터의 파형의 일예를 나타내는 도면.

도12는 제2 실시 형태에 있어서의 필터부의 내부 구성을 나타내는 블록도.

도13은 본 제1 실시 형태에 있어서의 위치 측정 방법의 흐름도를 나타내는 도면.

도14는 속도 패턴의 일예를 나타내는 그래프.

도15는 변위 패턴의 일예를 나타내는 그래프.

도16a와 도16b는 LPF 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프.

도17a와 도17b는 LPF(122)의 전달 함수식을 나타내는 도면.

도18a와 도18b는 LPF만을 통과시켰을 뿐인 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도19a와 도19b는 1세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프.

도20a와 도20b는 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 1세트의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터를 합성한 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프.

도21a와 도21b는 속도 보정 부여 디지털 필터의 전달 함수식을 나타내는 도면.

도22a와 도22b는 속도 보정 부여 디지털 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋 남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도23a와 도23b는 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 1세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 2세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터를 합성한 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 도면.

도24a와 도24b는 가속도 보정 부여 디지털 필터의 전달 함수식을 나타내는 도면.

도25a와 도25b는 가속도 보정 부여 디지털 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도26은 제3 실시 형태에 있어서의 필터부의 내부 구성을 나타내는 블록도.

도27a와 도27b는 가속도 패턴과 속도 패턴의 일 예를 나타내는 그래프.

도28a와 도28b는 LPF만을 통과시켰을 뿐인 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도29a와 도29b는 속도 보정 부여 디지털 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도30a와 도30b는 가속도 보정 부여 디지털 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도31a와 도31b는 가속도 패턴과 속도 패턴의 다른 일예를 나타내는 그래프.

도32a와 도32b는 가속도 보정 부여 디지털 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도33a와 도33b는 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 1세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 2세트째의 HPF와 LPF와 3세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터를 합성한 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프.

도34a와 도34b는 가가속도 보정 부여 디지털 필터의 전달 함수식을 나타내는 도면.

도35a와 도35b는 가가속도 보정 부여 디지털 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도36a와 도36b는 LPF만의 필터와 속도 보정 부여 필터와 가속도 보정 부여 필터와 가가속도 보정 부여 필터를 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프.

도37a와 도37b는 종래 기술과의 비교를 설명하기 위한 도면.

도38은 종래의 가변 성형형 전자선 노광 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 묘화 장치

102 : 전자 경통

103 : 묘화실

104 : 미러

105 : XY 스테이지

106 : 구동부

107 : 레이저 헤드

108 : 수광부

109 : 연산부

110 : 필터부

111 : 묘화 연산 회로

112 : 광학계

200 : 전자선

202 : 조명 렌즈

203 : 제1 애퍼쳐

204 : 투영 렌즈

205 : 편향기

206 : 제2 애퍼쳐

207 : 대물 렌즈

300 : 레이저 간섭계

[문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-58424호 공보

[문헌 2] 일본 특허 공개 평6-291021호 공보

[문헌 3] 일본 특허 공개 평6-349707호 공보

[문헌 4] 일본 특허 공개 제2004-171333호 공보

[문헌 5] 일본 특허 공개 평8-285538호 공보

[문헌 6] 일본 특허 공개 평3-152770호 공보

본 발명은 위치 측정 장치, 묘화 장치, 위치 측정 방법 및 묘화 방법에 관한 것으로, 특히 레이저 길이 측정에 의한 스테이지의 위치 측정 수법에 관한 것이다.

최근, LSI의 고집적화에 수반하여 반도체 장치에 요구되는 회로선 폭은 해마다 미세화되고 있다. 이들 반도체 장치에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해서는, 종래 원하는 회로 패턴이 형성된 수십 종류의 원화 패턴(레티클 혹은 마스크라고도 함)을 스테이지 상에 탑재된 웨이퍼의 노광 영역에 고정밀도로 위치 맞춤하고, 그 후 광원으로부터 레이저광 등을 조사함으로써 마스크에 형성된 원하는 회로 패턴이 이러한 웨이퍼 상의 노광 영역에 전사된다. 예를 들어, 축소 투영 노광 장치가 이용된다. 이러한 원화 패턴은, 고정밀도로 마무리된 유리 기판 상에 묘화되고, 레지스트 프로세스 등을 경유하여 형성된다. 일반적으로는 한쪽면에 크롬(Cr)을 증착한 유리 기판 상에 레지스트재를 균일하게 도포한 것에, 전자선이나 레이저 등을 광원으로 한 에너지 빔을 이용하여 원하는 장소의 레지스트재를 감광시킨다. 그리고, 현상 후 Cr을 에칭함으로써 패턴을 형성할 수 있다.

종래, 반도체 디바이스의 생산에서는 상술한 바와 같이 레이저 등의 광노광 기술이 이용되어 왔지만, 최근 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여 원화 패턴에 있어서도 우수한 해상성을 갖는 전자선(전자빔) 노광 기술이 생산에 이용되고 있다.

도38은 종래의 가변 성형형 전자선 묘화 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.

가변 성형형 전자선 묘화 장치[EB(Electron beam) 묘화 장치]에 있어서의 제1 애퍼쳐(410)에는 전자선(330)을 성형하기 위한 직사각형 예를 들어 직방형 개구(411)가 형성되어 있다. 또한, 제2 애퍼쳐(420)에는 제1 애퍼쳐(410)의 개구(411)를 통과한 전자선(330)을 원하는 직사각형 형상으로 성형하기 위한 가변 성형용 개구(421)가 형성되어 있다. 하전 입자 소스(430)로부터 조사되고, 제1 애퍼쳐(410)의 개구(411)를 통과한 전자선(330)은 편향기에 의해 편향되고, 제2 애퍼쳐(420)의 가변 성형용 개구(421)의 일부를 통과하여 소정의 일방향(예를 들어, X 방향으로 함)으로 연속적으로 이동하는 스테이지 상에 탑재된 시료에 조사된다. 즉, 제1 애퍼쳐(410)의 개구(411)와 제2 애퍼쳐(420)의 가변 성형용 개구(421)의 양방을 통과할 수 있는 직사각형 형상이, X 방향으로 연속적으로 이동하는 스테이지 상에 탑재된 시료(340)의 묘화 영역에 묘화된다. 이 제1 애퍼쳐(410)의 개구(411)와 제2 애퍼쳐(420)의 가변 성형용 개구(421)의 양방을 통과시키고, 임의 형상을 작성하는 방식을 가변 성형 방식이라 한다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2000-58424호 공보 참조).

이상과 같은 레이저광 등을 조사하는 광노광 장치나 전자선을 조사하는 전자선 노광 장치의 어떠한 장치에 있어서도, 스테이지의 고정밀도의 위치 맞춤이 필요 해진다. 일반적으로, 스테이지의 위치는 레이저 간섭계를 이용한 레이저 길이 측정 시스템에 의해 측정된다. 그러나, 레이저 간섭계를 이용한 레이저 길이 측정 시스템에 의해 스테이지의 위치를 측정하는 경우에는, 측정된 위치 데이터에 비선형 오차를 포함해 버린다. 패턴의 미세화에 수반하여, 이러한 비선형 오차가 묘화 정밀도에 영향을 미치게 되었다.

여기서, 레이저 길이 측정 시스템에 의한 비선형 오차를 보정하는 기술은 아니지만, 웨이퍼의 왜곡이나 정렬 마크의 붕괴에 의한 비선형 오차를 보정하는 기술이 문헌에 개시되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 평6-291021호 공보, 일본 특허 공개 평6-349707호 공보 참조). 또한, 제어 대상 기계를 목표 위치로 이동시키는 기계 장치에 있어서 이송 나사의 백 래쉬 또는 커플링의 비틀림에 의한 오차 요소를 저역 통과 필터나 고역 통과 필터로 보정하는 기술이 문헌에 개시되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2004-171333호 공보 참조). 그 밖에, 저역 통과 필터나 고역 통과 필터에 관련된 기술이 문헌에 개시되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 평8-285538호 공보, 일본 특허 공개 평3-152770호 공보 참조).

상술한 바와 같이, 레이저광 등을 조사하는 광노광 장치나 전자선을 조사하는 전자선 노광 장치의 어떠한 장치에 있어서도 스테이지의 고정밀도의 위치 맞춤이 필요해진다. 그러나, 스테이지의 위치를 측정하는 레이저 간섭계를 이용한 레이저 길이 측정 시스템의 측정 결과에는 상술한 바와 같이 비선형 오차를 포함하는 등의 문제가 있었다.

이상적으로는 측정기로부터 피측정물까지의 거리와 그 위치 데이터는 완전한 리니어리티(선형)의 관계가 되겠지만, 레이저 길이 측정의 경우 광학적인 패스(광로)의 문제에서 오차를 포함해 버린다. 구체적으로는, 레이저광 중에 혼재되어 있는 수직파와 수평파가 서로 간섭하여 비선형 오차를 발생시킨다. 즉, 레이저 길이 측정 시스템 중의 미러 등의 반사에 의해 수직파에는 수평파의 성분이, 수평파에는 수직파의 성분이 간섭하여 비선형 오차를 발생시켜 버린다. 패턴의 미세화에 수반하여, 이러한 비선형 오차가 묘화 정밀도에 영향을 미치도록 되어 있고, 이러한 비선형 오차의 영향에 의해 정확한 스테이지 위치를 측정할 수 없어 원하는 위치로부터 벗어난 위치에 패턴을 묘화하는 등의 문제가 발생하여 버린다.

또한, 이러한 비선형 오차 성분을 저역 통과 필터에 의해 제거하고자 한 경우, 필터의 특성에 의해 필터 기인의 위치 어긋남을 발생시켜 버린다. 특히, 속도가 변화하는 스테이지의 경우에는, 속도 성분뿐만 아니라 가속도 성분, 혹은 더욱 고차 성분의 위치 어긋남이 발생한다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 극복하고, 비선형 오차를 보정하여 고정밀도인 위치를 측정하는 수법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일태양의 위치 측정 장치는,

이동 가능한 스테이지와,

레이저를 이용하여 상기 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정부와,

상기 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제1 필터와,

상기 제1 필터와 병렬로 접속되고 상기 측정부의 측정치로부터 상기 소정의 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시키는 제2 필터와,

상기 제2 필터와 직렬로 접속되고 상기 측정부의 측정치로부터 상기 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제3 필터와,

상기 제1 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와, 상기 제2와 제3 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치를 합성하고, 합성된 합성치를 출력하는 합성부를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일태양의 묘화 장치는,

시료를 적재하고, 상기 시료를 적재한 상태에서 이동하는 스테이지와,

소정의 컷오프 주파수로 설정한 상태로 상기 측정부의 측정치를 통과시키는 저역 통과 필터와,

상기 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 상태로, 상기 측정부의 측정치를 통과시키는 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터와,

상기 저역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와, 상기 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치의 합성치를 기초로 하여, 상기 시료의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화하는 묘화부를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 태양의 위치 측정 방법은,

레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하고,

소정의 컷오프 주파수로 설정된 저역 통과 필터를 이용하여, 측정된 상기 측정치로부터 비선형 오차 성분을 제거하고,

상기 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정된 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여, 상기 비선형 오차 성분을 제거할 때에 상기 저역 통과 필터를 이용한 결과, 상기 측정치에 발생된 위상 지연을 수정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 태양의 위치 측정 방법은,

레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하고,

상기 소정의 컷오프 주파수로 설정된 1세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여, 측정된 상기 측정치에 대한 속도 비례의 위치 어긋남의 발생을 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 태양의 묘화 방법은,

레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하고,

상기 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정된 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여, 상기 측정치에 대한 속도 비례의 위치 어 긋남의 발생을 보정하고,

상기 저역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와, 상기 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치의 합성치를 기초로 하여, 상기 시료의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 한다.

<제1 실시 형태>

제1 실시 형태에서는, XY 스테이지가 일정 속도로 이동하는 경우의 구성에 대해 설명한다.

도1은 제1 실시 형태에 있어서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.

도1에 있어서, 묘화 장치(100)는 묘화부의 일 예가 되는 전자 경통(102), 묘화실(103)과, XY 스테이지(105), 구동부(106), 측정부의 일 예가 되는 레이저 간섭계(300), 위치 연산부(109), 필터부(110), 묘화 연산 회로(11)를 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 제1 애퍼쳐(203), 투영 렌즈(204), 편향기(205), 제2 애퍼쳐(206), 대물 렌즈(207), 편향기(208)를 갖고 있다. 레이저 간섭계(300)는 레이저 광원이 되는 레이저 헤드(107), 미러(104), 광학계(112), 수광부(108)를 갖고 있다.

전자총(201)으로부터 나간 전자선(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 직사각형 예를 들어 직방형의 구멍을 갖는 제1 애퍼쳐(203) 전체를 조명한다. 여기서, 전자선(200)을 우선 직사각형 예를 들어 직방형으로 성형한다. 그리고, 제1 애퍼쳐(203)를 통과한 제1 애퍼쳐 위의 전자선(200)은, 투영 렌즈(204)에 의해 제2 애퍼쳐(206) 위에 투영된다. 이러한 제2 애퍼쳐(206) 위에서의 제1 애퍼쳐 상(aperture image)의 위치는 편향기(205)에 의해 제어되고, 빔 형상과 치수를 변화시킬 수 있다. 그리고, 제2 애퍼쳐(206)를 통과한 제2 애퍼쳐상의 전자선(200)은 대물 렌즈(207)에 의해 초점을 맞추고, 편향기(208)에 의해 편향되어 묘화실(103) 내로 이동 가능하게 배치된 XY 스테이지(105) 상의 시료(101)의 원하는 위치에 조사된다.

도2는 스테이지 이동의 모습을 설명하기 위한 도면이다.

시료(101)에 묘화하는 경우에는, XY 스테이지(105)를 구동부(106)에 의해 X 방향으로 연속 이동시키면서 묘화(노광)면을 전자선(200)이 편향 가능한 긴 사각형의 복수의 스트라이프 영역으로 가상 분할된 시료(101) 중 하나의 스트라이프 영역 상을 전자선(200)이 조사한다. XY 스테이지(105)의 X 방향의 이동은 연속 이동으로 하고, 동시에 전자선(200)의 샷 위치도 스테이지 이동에 추종시킨다. 연속 이동시킴으로써 묘화 시간을 단축할 수 있다. 그리고, 하나의 스트라이프 영역을 묘화 종료하면 XY 스테이지(105)를 구동부(106)에 의해 Y 방향으로 스텝 이송하여 X 방향(다음에는 역방향)으로 다음 스트라이프 영역의 묘화 동작을 행한다. 각 스트라이프 영역의 묘화 동작을 사행시키도록 진행함으로써 XY 스테이지(105)의 이동 시간을 단축할 수 있다.

도3은 필터부의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.

레이저 길이 측정 시스템의 일예인 레이저 간섭계(300)로 묘화실(103) 내에 설치된 XY 스테이지(105)의 위치를 측정한다. 이러한 레이저 간섭계(300)로 측정된 측정치를 위치 연산부(109)에서 위치 성분의 데이터로 변환한다. 그리고, 소정 의 컷오프 주파수로 설정한 저역 통과 필터(이후 LPF라 함)(122)에 상기 위치 성분의 데이터를 통과시킨다. 한편, LPF(122)와 병렬로 배치되고, LPF(122)의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 1세트의 고역 통과 필터(이후 HPF라 함)(124)와 LPF(126)에, 상기 위치 성분의 데이터를 통과시킨다. 그리고, LPF(122)를 통과한 데이터와 1세트의 HPF(124)와 LPF(126)를 통과한 데이터를 합성부의 일예가 되는 가산기(128)로 가산하여 합성한다. 그리고, 합성된 합성치를 묘화부의 묘화 연산 회로(111)에 출력한다.

도4는 본 제1 실시 형태에 있어서의 위치 측정 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다.

S(단계)502에 있어서, 측정 공정으로서 상술한 바와 같이 레이저 간섭계(300)로 묘화실(103) 내에 설치된 연속 이동하는 XY 스테이지(105)의 위치를 측정한다. 즉, 묘화실(103) 내에 설치된 XY 스테이지(105) 상에 설치된 미러(104)에, 레이저 투광부가 되는 레이저 헤드(107)로부터 광학계(112)를 거쳐서 레이저광을 닿게 하여, 반사한 레이저광을 광학계(112)를 거쳐서 수광부(108)에서 수광한다. 이러한 레이저 간섭계(300)에서 측정된 측정치를 위치 연산부(109)로 위치 성분의 데이터로 변환한다. 여기서, 상술한 바와 같이 이러한 위치 성분의 데이터에는 비선형 오차 성분이 내재되어 있다.

도5는 위치와 측정 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.

이상적으로는 측정기로부터 피측정물까지의 거리와 그 위치 데이터는 완전한 리니어리티(선형)의 관계가 될 것이다. 즉, 위치의 변화와 그 출력은 비례하고 있 을 것이다. 그러나, 도5에 나타낸 바와 같이 레이저 길이 측정의 경우, 광학적인 패스(광로)의 문제에서 비선형 오차 성분을 포함한다. 구체적으로는, 레이저광 중에 혼재되어 있는 수직파와 수평파가 서로 간섭하여 비선형 오차를 발생시킨다. 즉, 레이저 길이 측정 시스템 중 미러 등의 반사에 의해 수직파에는 수평파의 성분이, 수평파에는 수직파의 성분이 간섭하여 비선형 오차를 발생시킨다. 이러한 비선형 오차 성분이 선형 성분을 탄 데이터가 된다.

S504에 있어서, 비선형 오차 성분 제거 공정으로서 상기 측정 공정에 의해 측정된 측정치로부터 비선형 오차 성분을 제거한다. 통상, 이러한 비선형 오차 성분은 XY 스테이지(105)의 위치 성분에 대해 고주파이므로 제1 필터로서 LPF(122)를 통과시킴으로써 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터로부터, 소정의 컷오프 주파수로 고주파 영역의 비선형 오차 성분을 포함하는 주파수 영역을 감쇠시킨다.

도6a와 도6b는 LPF 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.

도6a에 나타낸 바와 같이, LPF(122)를 소정의 컷오프 주파수로 설정함으로써 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터로부터 고주파 영역의 비선형 오차 성분을 포함하는 주파수 영역을 감쇠시켜 실질적으로 제거할 수 있다. 그러나, 도6b에 나타낸 바와 같이 LPF(122)를 통과시킴으로써 위치 성분의 데이터에 위상 지연이 발생한다, 이 상태에서 LPF(122)를 통과한 데이터를 기초로 하여 XY 스테이지(105)의 위치를 판단하면 위상 지연에 의해 실시간성이 열화되어, 후술하는 빔 조사 위치에 어긋남이 발생될 우려가 있다.

S506에 있어서, 위상 수정용 성분 형성 공정으로서 상술한 위상 지연을 수정하는 데이터 성분을 형성한다. 제2 필터로서 HPF(124)가 LPF(122)와 병렬로 접속되고, LPF(122)와 동일한 컷오프 주파수에서 이러한 측정치로부터 LPF(122)가 감쇠시키는 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시킨다.

그리고, 제3 필터로서 LPF(126)가 HPF(124)와 직렬로 접속되고, HPF(122)와 동일한 컷오프 주파수에서 이러한 측정치로부터 LPF(122)가 감쇠시키는 주파수 영역의 성분과 동일한 주파수 영역의 성분을 감쇠시킨다.

도7a와 도7b는 1세트의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.

도7b에 나타낸 바와 같이, HPF(124)를 통과시킴으로써 위치 성분의 데이터의 위상이 빨라진다. 그리고, 도7a에 나타낸 바와 같이 HPF(122)가 감쇠시키는 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시켜 둔다. 또한, LPF(126)를 통과시킴으로써 LPF(122)가 감쇠시키는 주파수 영역의 성분과 동일한 주파수 영역의 성분을 감쇠시켜 둔다. 이러한 위상을 빠르게 하고, 또한 LPF(122)와 동일한 컷오프 주파수에서 양측의 주파수 영역을 감쇠시킨 위치 성분의 데이터를 형성한다.

S508에 있어서, 위상 수정 공정으로서 LPF(122)를 이용한 결과, 위치 성분의 데이터에 발생시킨 위상 지연을 수정한다. 합성부의 일예가 되는 가산기(128)가 LPF(122)를 통과한 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터와, HPF(124)와 LPF(126)를 통과한 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위 치 성분의 데이터를 가산하여 합성하고, 합성된 합성치를 묘화부의 묘화 연산 회로(111)에 출력한다.

도8a와 도8b는 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 1세트의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터를 합성한 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.

도8b에 나타낸 바와 같이, 2개의 데이터를 가산하여 합성함으로써 위상 지연을 수정하고, 위상 지연이 개시되는 주파수 영역을 고주파측으로 옮길 수 있다. 또한, 도8a에 나타낸 바와 같이 게인의 감쇠 개시 위치도 약간 고주파측으로 옮길 수 있다.

필요한 주파수 영역에 있어서의 게인과 위상이 어긋나지 않도록 LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)의 컷오프 주파수를 조정함으로써 위상 어긋남을 억제하면서 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다.

여기서, HPF(124)와 LPF(126)는 어느 쪽을 상류측(1차측)에 배치해도 상관없다. 즉, HPF(124)와 LPF(126)의 순서는 어느 쪽이 앞이라도 상관없다. 어느 쪽을 상류측에 배치해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 필터부(110)는 디지털 필터로서 구성할 수 있다. 예를 들어, FPGA(Field Programmable Gate array) 내에 프로그램으로서 조립되어도 상관없다. 환언하면,「필터부」는 컴퓨터로 동작 가능한 프로그램에 의해 구성할 수 있다. 혹은, 소프트웨어가 되는 프로그램뿐만 아니라 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 실시시켜도 상관없다. 혹은, 펌웨어와의 조합이라도 상관없다. 또한, 프로그 램에 의해 구성되는 경우, 프로그램은 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD, 혹은 ROM(판독 전용 메모리) 등의 기록 매체에 기록된다.

도9a와 도9b는 디지털 필터의 전달 함수식을 나타내는 도면이다.

컷오프 주파수를 f_n, 시정수를 τ_n[단, τ=1/(2πf)], 라플라스 연산자를 S라 하고, 도9b에 나타낸 바와 같이 LPF(122)의 전달 함수식은 1/(1+τ₁·S)로 나타낼 수 있다. 마찬가지로, HPF(124)의 전달 함수식은 τ₂·S/(1+τ₂·S)로 나타낼 수 있다. 마찬가지로, LPF(126)의 전달 함수식은 1/(1+τ₃·S)로 나타낼 수 있다. 따라서, 도9a에 나타낸 바와 같이, 필터부(110) 전체의 조합 디지털 필터의 전달 함수 G(S)=1/(1+τ₁·S)+τ₂·S/(1+τ₂·S)·1/(1+τ₃·S)로 나타낼 수 있다.

여기서, LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)의 컷오프 주파수는 동일한 컷오프 주파수가 바람직하다. 단, 상술한 바와 같은 비선형 오차 성분의 제거와 위상 지연의 수정 효과가 확인되는 범위에서의 약간의 어긋남을 배제하는 것은 아니다. 동일한 컷오프 주파수의 경우, τ₁₌τ₂₌τ₃이 된다.

도10은 제1 실시 형태에 있어서의 필터를 통과 후의 게인의 변화량과 위상의 변화량의 일예를 나타낸 도면이다.

도10에서는, 일예로서 LPF(122)의 컷오프 주파수 f₁과 HPF(124)의 컷오프 주파수 f₂와 LPF(126)의 컷오프 주파수 f₃을 모두 5 kHz로 한 경우, 모두 3 kHz로 한 경우, 모두 1 kHz로 한 경우의 3가지에 대해 주파수 f가 100 Hz의 위치에 있어서의 게인의 변화량과 위상의 변화량 및 주파수 f가 6.3 kHz의 위치에 있어서의 게인의 변화량과 위상의 변화량을 나타내고 있다.

도10의 예에서는, 컷오프 주파수를 모두 1 kHz로 한 경우, 예를 들어 XY 스테이지(105)를 1 mm/s의 속도로 연속 이동하는 경우의 위치 검출에 있어서 필요한 주파수 100 Hz의 위치에 있어서의 게인의 변화량과 위상의 변화량이 거의 없는 동안에 비선형 오차 성분에 해당되는 주파수 6.3 kHz의 위치에 있어서의 게인의 변화량이 큰(32 ％로 감쇠) 것을 알 수 있다. 따라서, 본 제1 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 통과시킴으로써 비선형 오차 성분을 제거 가능한 동시에, 위상 지연을 개선할 수 있다.

도11a와 도11b는 제1 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 통과시키는 경우와 통과시키지 않는 경우의 위치 성분의 데이터의 파형의 일예를 나타내는 도면이다.

도11a에는 필터 오프, 즉 조합 필터를 통과시키지 않는 경우의 위치 성분의 데이터의 파형의 일예가 나타나 있다. 도11a에서는, 비선형 오차 성분에 의해 파형의 진폭이 크게 흔들려 있는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 필터 온, 즉 본 제1 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 통과시킴으로써 도11b에 나타낸 바와 같이 비선형 오차 성분이 제거되고 파형의 진폭이 작아진 모습을 알 수 있다.

이상과 같이, 위상 지연이 수정되고 비선형 오차 성분이 제거된 위치 성분의 데이터를 묘화 연산 회로(111)가 입력함으로써, 입력된 위치 성분의 데이터로 XY 스테이지(105)의 위치를 검출할 수 있다. 따라서, 묘화 연산 회로(111)는 이러한 고정밀도의 위치 데이터에 의해 고정밀도의 패턴 위치 정밀도를 실현할 수 있다. 그리고, 묘화 연산 회로(111)는 전자선(200)이 편향되어, 묘화실(103) 내에서 연속 이동하는 XY 스테이지(105) 상의 시료(101)의 원하는 위치에 따라서 조사되도록 편향기(208)를 제어한다. 그 결과, 묘화부에 의해 상기 시료(101)의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화할 수 있다.

또한, 스테이지 연속 이동 방식의 스테퍼(스캐너) 장치에 본 제1 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 조립해도 유효하다. 스테퍼(스캐너) 장치에서는, 예를 들어 마스크 스테이지의 이동 속도가 2000 mm/s, 웨이퍼 스테이지의 이동 속도가 500 mm/s로 구성된다. 이러한 마스크 스테이지 혹은 웨이퍼 스테이지 혹은 마스크 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 양쪽의 위치 측정에 본 제1 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 조합함으로써 보다 고정밀도인 위치 측정을 실현할 수 있다.

통상, 스테이지를 천천히 움직이는 경우에는 비선형 오차 성분의 주파수가 낮아지고, 스테이지를 빠르게 움직이는 경우에는 비선형 오차 성분이 주파수가 높아진다. 따라서, 본 제1 실시 형태에 있어서의 전자선 묘화 장치에 있어서의, 예를 들어 1 mm/s의 속도로 연속 이동하는 XY 스테이지(105)의 위치 검출시보다 스테퍼(스캐너) 장치의 마스크 스테이지나 웨이퍼 스테이지의 위치 검출시의 쪽이 비선형 오차 성분이 보다 고주파측이 되므로, 보다 감쇠된 영역이 되어 보다 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다.

이상과 같이, 제1 실시 형태에 있어서의 위치 측정 장치는 이동 가능한 스테이지와 레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정부와, 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제1 필터와, 제1 필터와 병 렬로 접속되고 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시키는 제2 필터와, 제2 필터와 직렬로 접속되고 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제3 필터와, 제1 필터를 통과한 측정부의 측정치와, 제2와 제3 필터를 통과한 측정부의 측정치를 합성하고, 합성된 합성치를 출력하는 합성부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, 비선형 오차의 영역에 소정의 주파수 영역을 설정함으로써 제1 필터에 의해 비선형 오차 성분을 측정부의 측정치로부터 감쇠시킬 수 있다. 여기서, 제1 필터를 통과시키는 것만으로는 제1 필터를 통과한 측정부의 측정치에 위상 어긋남이 발생되게 되지만, 제1 필터를 통과한 측정부의 측정치에 별도로 제2와 제3 필터를 통과한 측정부의 측정치를 합성함으로써 위상 어긋남을 보정할 수 있다.

그리고, 제1 필터로서 저역 통과 필터를 이용하고, 제2 필터로서 저역 통과 필터와 고역 통과 필터 중 어느 한쪽을 이용하고, 제3 필터로서 저역 통과 필터와 고역 통과 필터 중 제2 필터와는 반대인 한쪽을 이용하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 통상 비선형 오차 성분은 스테이지의 이동 속도에 대응하는 주파수 영역보다도 높은 주파수가 된다. 따라서, 제1 필터로서 저역 통과 필터를 이용함으로써 이러한 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다. 또한, 제2 혹은 제3 필터로서 고역 통과 필터를 이용함으로써 제1 필터에 의한 위상 지연과는 반대로 위상을 빠르게 하고, 제2 혹은 제3 필터로서 저역 통과 필터를 이용함으로써 이후에 합성시킨 경우에, 위상 지연을 개선하는 동시에 비선형 오차 성분이 다시 포함 되지 않도록 할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서의 묘화 장치는 시료를 적재하고, 시료를 적재한 상태에서 이동하는 스테이지와, 레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정부와, 소정의 컷오프 주파수로 설정한 상태에서 측정부의 측정치를 통과시키는 저역 통과 필터와, 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 상태에서 측정부의 측정치를 통과시키는 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터와, 저역 통과 필터를 통과한 측정부의 측정치와, 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 측정부의 측정치의 합성치를 기초로 하여, 시료의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화하는 묘화부를 구비한 것을 특징으로 한다.

저역 통과 필터의 컷오프 주파수를 비선형 오차 성분이 컷트되도록 설정함으로써, 측정부의 측정치로부터 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다. 그리고, 저역 통과 필터 통과에 의해 발생된 위상 지연을 상술한 바와 같이 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터에 의해 보정할 수 있다. 따라서, 묘화부가 비선형 오차 성분이 제거된 스테이지의 이동 위치를 기초로 하여 시료의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화할 수 있다.

또한, 묘화부는 하전 입자선을 시료에 조사하고, 저역 통과 필터를 통과한 측정부의 측정치와 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 측정부의 측정치의 합성치를 기초로 하여 하전 입자선을 편향시키는 것을 특징으로 한다.

합성치를 기초로 하여, 하전 입자선을 편향시킴으로써 고정밀도인 위치에 하전 입자선을 조사할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 각 장치의 위치 측정 수법을 방법으로 나타내면, 위치 측정 방법은 레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정 공정과, 소정의 컷오프 주파수에 설정된 저역 통과 필터를 이용하여 측정 공정에 의해 측정된 측정치로부터 비선형 오차 성분을 제거하는 비선형 오차 성분 제거 공정과, 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정된 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여, 비선형 오차 성분 제거 공정에 있어서 저역 통과 필터를 이용한 결과, 측정치에 발생된 위상 지연을 수정하는 위상 지연 수정 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

이상과 같이, 제1 실시 형태에 따르면 비선형 오차 성분을 제거하는 동시에, 위상 지연을 수정할 수 있으므로 보다 고정밀도인 위치를 측정할 수 있다. 보다 고정밀도인 위치를 측정할 수 있으므로 고정밀도인 묘화를 행할 수 있다.

<제2 실시 형태>

제2 실시 형태에서는, XY 스테이지의 이동에 대해 일정 가속도로 속도 변화하는 경우의 구성에 대해 설명한다.

제2 실시 형태에 있어서의 묘화 장치의 구성은, 필터부(110)의 내부 구성 이외에는 도1과 동일하다. 즉, 도1에 있어서 묘화 장치(100)는 묘화부의 일예가 되는 전자 경통(102), 묘화 연산 회로(111), 묘화실(103)과, XY 스테이지(105), 구동부(106), 측정부의 일예가 되는 레이저 간섭계(300), 위치 연산부(109), 필터부(110a)를 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 제1 애퍼쳐(203), 투영 렌즈(204), 편향기(205), 제2 애퍼쳐(206), 대물 렌 즈(207), 편향기(208)를 갖고 있다. 레이저 간섭계(300)는 레이저 광원이 되는 레이저 헤드(107), 미러(104), 광학계(112), 수광부(108)를 갖고 있다.

그리고, 제1 실시 형태와 마찬가지로 전자총(201)으로부터 나간 전자선(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 직사각형 예를 들어 직방형의 구멍을 갖는 제1 애퍼쳐(203) 전체를 조명한다. 여기서, 전자선(200)을 우선 직사각형 예를 들어 직방형으로 성형한다. 그리고, 제1 애퍼쳐(203)를 통과한 제1 애퍼쳐상의 전자선(200)은 투영 렌즈(204)에 의해 제2 애퍼쳐(206) 상에 투영된다. 이러한 제2 애퍼쳐(206) 상에서의 제1 애퍼쳐상의 위치는 편향기(205)에 의해 제어되어 빔 형상과 치수를 변화시킬 수 있다. 그리고, 제2 애퍼쳐(206)를 통과한 제2 애퍼쳐상의 전자선(200)은, 대물 렌즈(207)에 의해 초점을 맞추고 편향기(208)에 의해 편향되어, 묘화실(103) 내에 이동 가능하게 배치된 XY 스테이지(105) 상의 시료(101)의 원하는 위치에 조사된다.

또한, 스테이지 이동의 모습도 도2에 있어서 설명한 바와 같이, 시료(101)에 묘화하는 경우에는 XY 스테이지(105)를 구동부(106)에 의해 X 방향으로 연속 이동시키면서 묘화(노광)면을 전자선(200)이 편향 가능한 긴 사각형의 복수의 스트라이프 영역으로 가상 분할된 시료(101)의 하나의 스트라이프 영역 상을 전자선(200)이 조사한다. XY 스테이지(105)의 X 방향의 이동은 연속 이동으로 하고, 동시에 전자선(200)의 샷 위치도 스테이지 이동에 추종시킨다. 연속 이동시킴으로써 묘화 시간을 단축시킬 수 있다. 그리고, 하나의 스트라이프 영역을 묘화 종료하면, XY 스테이지(105)를 구동부(106)에 의해 Y 방향으로 스텝 이송하여 X 방향(다음에는 역 방향)으로 다음 스트라이프 영역의 묘화 동작을 행한다. 각 스트라이프 영역의 묘화 동작을 사행시키도록 진행함으로써 XY 스테이지(105)의 이동 시간을 단축할 수 있다.

도12는 제2 실시 형태에 있어서의 필터부의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.

레이저 길이 측정 시스템의 일예인 레이저 간섭계(300)에서 묘화실(103) 내에 설치된 XY 스테이지(105)의 위치를 측정한다. 이러한 레이저 간섭계(300)에서 측정된 측정치를 위치 연산부(109)에서 위치 성분의 데이터로 변환한다. 그리고, 소정의 컷오프 주파수로 설정한 저역 통과 필터(이후 LPF라 함)(122)에 상기 위치 성분의 데이터를 통과시킨다. 한편, LPF(122)와 병렬로 배치되고, LPF(122)의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 1세트째의 고역 통과 필터(이후 HPF라 함)(124)와 LPF(126)에 상기 위치 성분의 데이터를 통과시킨다. 또한, HPF(124)와 직렬로, 그리고 HPF(126)와 병렬로 배치되고, HPF(122)의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 2세트째의 HPF(134)와 LPF(136)에 HPF(124)를 통과 후의 상기 위치 성분의 데이터를 분기하여 통과시킨다. 그리고, LPF(122)를 통과한 데이터와 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)를 통과한 데이터와 1세트째의 HPF(124)와 2세트째의 HPF(134)와 LPF(136)를 통과한 데이터를 합성부의 일예가 되는 가산기(128)로 가산하여 합성한다. 그리고, 합성된 합성치를 묘화부의 묘화 연산 회로(111)에 출력한다.

도13은, 제2 실시 형태에 있어서의 위치 측정 방법의 흐름도를 나타내는 도 면이다.

S(단계)502에 있어서, 측정 공정으로서 상술한 바와 같이 레이저 간섭계(300)에서 묘화실(103) 내에 설치된 연속 이동하는 XY 스테이지(105)의 위치를 측정한다. 즉, 묘화실(103) 내에 설치된 XY 스테이지(105) 상에 설치된 미러(104)에, 레이저 투광부가 되는 레이저 헤드(107)로부터 광학계(112)를 거쳐서 레이저광을 닿게 하고, 반사한 레이저광을 광학계(112)를 거쳐서 수광부(108)에서 수광한다. 이러한 레이저 간섭계(300)에서 측정된 측정치를 위치 연산부(109)에서 위치 성분의 데이터로 변환한다. 여기서, 상술한 바와 같이 이러한 위치 성분의 데이터에는 비선형 오차 성분이 내재되어 있다.

도14는 속도 패턴의 일 예를 나타내는 그래프이다.

여기서는, 도14에 나타낸 바와 같이 소정의 일정 가속도로 가속된 후, 일정 속도로 이동하고, 다시 상기 소정의 일정 가속도로 감속한 후 또한 반대 방향으로 일정한 가속도로 가속하고, 일정 속도로 이동하는 등 이른바 사다리꼴 속도 패턴을 나타내고 있다.

도15는 변위 패턴의 일 예를 나타내는 그래프이다.

상술한 도14에 나타낸 사다리꼴 패턴에 따라 XY 스테이지(105)를 이동시키면, 도15에 나타낸 바와 같은 변위 패턴으로 추이한다. 레이저 길이 측정의 경우, 광학적인 패스(광로)의 문제에서 비선형 오차 성분을 포함한다. 구체적으로는, 레이저광 중에 혼재하고 있는 수직파와 수평파가 서로 간섭하여 비선형 오차를 발생시킨다. 즉, 레이저 길이 측정 시스템 중의 미러 등의 반사에 의해 수직파에는 수 평파의 성분이, 수평파에는 수직파의 성분이 간섭하여 비선형 오차를 발생시킨다. 이러한 비선형 오차 성분이 변위 데이터를 타게 된다.

S504에 있어서, 비선형 오차 성분 공정으로서 상기 측정 공정에 의해 측정된 측정치로부터 비선형 오차 성분을 제거한다. 통상, 이러한 비선형 오차 성분은 XY 스테이지(105)의 위치 성분에 대해 고주파이므로, 제1 필터로서 LPF(122)를 통과시킴으로써 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터로부터 소정의 컷오프 주파수로 고주파 영역의 비선형 오차 성분을 포함하는 주파수 영역을 감쇠시킬 수 있다.

도16a와 도16b는 LPF 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.

도16a에 나타낸 바와 같이, LPF(122)를 소정의 컷오프 주파수로 설정함으로써 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터로부터 고주파 영역의 비선형 오차 성분을 포함하는 주파수 영역을 감쇠시켜, 실질적으로 제거할 수 있다. 그러나, 도16b에 나타낸 바와 같이 HPF(122)를 통과시킴으로써 위치 성분의 데이터에 위상 지연이 발생되어 버린다. 이 상태에서 LPF(122)를 통과한 데이터를 기초로 하여 XY 스테이지(105)의 위치를 판단하면, 위상 지연에 의한 위치 어긋남에 의해 후술하는 빔 조사에 어긋남이 발생될 우려가 있다.

도17a와 도17b는 LPF(122)의 전달 함수식을 나타내는 도면이다.

컷오프 주파수를 f_n, 시정수를 τ_n[단, τ=1/(2πf)], 라플라스 연산자를 S 로 하고, 도17a에 나타낸 바와 같이 LPF(122)의 전달 함수식은 전달 함수 G₁(s)=1/(1+τ1·S)로 나타낼 수 있다. 그러나, 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터를 이러한 LPF(122)를 통과시켰을 뿐인 경우, 도17b에 나타낸 바와 같이 τ₁·S/(1+τ₁·S)로 나타내는 1차의 시간 미분항, 환언하면 속도 성분항이 잔차(residual)로서 남겨지는 것을 알 수 있다.

도18a와 도18b는 LPF만을 통과시켰을 뿐인 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도18b에 나타낸 바와 같이, 도18a에 나타낸 전달 함수식이 되는 LPF(122)를 통과시켰을 뿐인 경우, 도14에 나타낸 사다리꼴 속도 패턴에서는 속도 비례의 위치 어긋남이 발생한다.

그래서, 이러한 속도 비례의 위치 어긋남을 보정하는 것이 바람직하다.

S506에 있어서, 속도 비례 위치 어긋남 보정 공정으로서 속도 비례의 위치 어긋남을 보정한다. 제1 필터로서 LPF(122)와 병렬로 HPF(124)와 LPF(126)를 통과시킴으로써 속도 비례의 위치 어긋남을 발생시키지 않고, 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터로부터 소정의 컷오프 주파수로 고주파 영역의 비선형 오차 성분을 포함하는 주파수 영역을 감쇠시킬 수 있다.

도19a와 도19b는 1세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.

도19b에 나타낸 바와 같이 HPF(124)를 통과시킴으로써 위치 성분의 데이터의 위상이 빨라진다. 그리고, 도19a에 나타낸 바와 같이 LPF(122)가 감쇠시키는 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시켜 둔다. 또한, LPF(126)를 통과시킴으로써 LPF(122)가 감쇠시키는 주파수 영역의 성분과 동일한 주파수 영역의 성분을 감쇠시켜 둔다. 이러한 위상을 빠르게 하고, 또한 LPF(122)와 동일한 컷오프 주파수에서 양측의 주파수 영역을 감쇠시킨 위치 성분의 데이터를 형성한다.

도20a와 도20b는, LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 1세트의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터를 합성한 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.

도20b에 나타낸 바와 같이, 2개의 데이터를 가산하여 합성함으로써 위상 지연을 수정하고, 위상 지연이 개시되는 주파수 영역을 고주파측으로 옮길 수 있다. 또한, 도20a에 나타낸 바와 같이 게인의 감쇠 개시 위치도 약간 고주파측으로 옮길 수 있다.

필요한 주파수 영역에 있어서의 게인과 위상이 어긋나지 않도록 LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)의 컷오프 주파수를 조정함으로써 위상 어긋남을 억제하면서 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다. 그러나, 이하에 나타낸 바와 같은 잔차가 아직 해소되지 않았다.

도21a와 도21b는, 속도 보정 부착 필터의 전달 함수식을 나타내는 도면이다.

컷오프 주파수를 f_n, 시정수를 τ_n[단, τ=1/(2πf)], 라플라스 연산자를 S로 하고, HPF(124)의 전달 함수식은 τ₂·S/(1+τ₂·S)로 나타낼 수 있다. 마찬가 지로, LPF(126)의 전달 함수식은 1/(1+τ₃·S)로 나타낼 수 있다. 여기서, LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)의 컷오프 주파수는 동일한 컷오프 주파수가 바람직하다. 단, 상술한 비선형 오차 성분의 제거 효과가 확인되는 범위에서의 약간의 어긋남을 배제하는 것은 아니다. 동일한 컷오프 주파수인 경우, τ₁=τ₂=τ₃이 된다. 도17a에 나타낸 전달 함수식에 1차의 시간 미분항(속도 성분항)을 보정하면, 도21a에 나타낸 바와 같이 속도 보정 부착 필터의 전달 함수식은 G₂(s)={1/(1+τ·S)}{1+τ·S/(1+τ·S)}로 나타낼 수 있다. 그러나, 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터를 이러한 속도 보정 부착 필터를 통과시켰을 뿐인 경우, 도21b에 나타낸 바와 같이 τ²·S²/(1+τ·S)²로 나타내는 2차의 시간 미분항, 환언하면 가속도 성분항이 잔차로서 남는 것을 알 수 있다.

도22a와 도22b는 속도 보정 부착 디지털 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도22b에 나타낸 바와 같이, 도22a에 나타낸 전달 함수식이 되는 LPF(122)와 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)의 조합을 통과시킨 경우, 도14에 나타낸 사다리꼴 속도 패턴에서는 가속도 비례의 위치 어긋남이 발생된다.

그래서, 이러한 가속도 성분항을 보정하는 것이 바람직하다.

S508에 있어서, 가속도 비례 위치 어긋남 보정 공정으로서 상기 측정 공정에 의해 측정된 측정치로부터 비선형 가속도 오차 성분을 제거한다. LPF(122)와 LPF(126)에 병렬로 HPF(124)와 직렬로, HPF(134)와 LPF(136)를 통과시킴으로써 가 속도 비례의 위치 어긋남을 발생시키지 않고, 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터로부터 소정의 컷오프 주파수에서 고주파 영역의 비선형 오차 성분을 포함하는 주파수 영역을 감쇠시킬 수 있다.

도23a와 도23b는 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 1세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 2세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터를 합성한 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.

도23b에 나타낸 바와 같이, 3개의 데이터를 가산하여 합성함으로써 위상 지연을 수정하고, 위상 지연이 개시되는 주파수 영역을 고주파측으로 옮길 수 있다. 또한, 도23a에 나타낸 바와 같이 게인의 감쇠 개시 위치도 또한 약간 고주파측으로 옮길 수 있다.

필요한 주파수 영역에 있어서의 게인과 위상이 어긋나지 않도록 LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)와 HPF(134)와 HPF(136)의 컷오프 주파수를 조정함으로써, 또한 위상 어긋남을 억제하면서 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다. 그러나, 이하에 나타낸 바와 같은 잔차가 아직 해소되지 않았다.

도24는 가속도 보정 부착 첨부 필터의 전달 함수식을 나타내는 도면이다.

컷오프 주파수를 f_n, 시정수를 τ_n[단, τ=1/(2πf)], 라플라스 연산자를 S로 하고, HPF(134)의 전달 함수식은 τ₄·S/(1+τ₂·S)로 나타낼 수 있다. 마찬가지로, LPF(136)의 전달 함수식은 1/(1+τ₅·S)로 나타낼 수 있다. 여기서, LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)와 HPF(134)와 LPF(136)의 컷오프 주파수는 동일한 컷오프 주파수가 바람직하다. 단, 상술한 비선형 오차 성분의 제거 효과가 확인되는 범위에서의 약간의 어긋남을 배제하는 것은 아니다. 동일한 컷오프 주파수인 경우, τ₁=τ₂=τ₃=τ₄=τ₅가 된다. 도21a에 나타낸 전달 함수식에 2차의 시간 미분항(가속도 성분항)을 보정하면, 도24a에 나타낸 바와 같이 가속도 보정 부착 필터의 전달 함수식은 G₃(s)={1/(1+τ·S)}〔1+τ·S/(1+τ·S){1+τ·S/(1+τ·S)}〕로 나타낼 수 있다. 그러나, 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터를 이러한 가속도 보정 부착 필터를 통과시킨 경우, 도24b에 나타낸 바와 같이 τ³·S³/(1+τ·S)³으로 나타내는 3차의 시간 미분항, 환언하면 가가속도 성분항이 잔차로서 남는 것을 알 수 있다.

도25는 가속도 오차 성분 보정 부착 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도25에 나타낸 바와 같이, LPF(122)와 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)와 2세트째의 HPF(134)와 LPF(136)를 통과시킨 경우, 도14에 나타낸 사다리꼴 속도 패턴에서는 일정 가속도로 XY 스테이지(105)가 이동하고 있는 경우의 위치 어긋남을 보정할 수 있는 모습을 나타내고 있다. 단, 스파이크 노이즈 형상의 위치 어긋남은 남아 있는 것을 나타내고 있다.

S510에 있어서, 합성 공정으로서 합성부의 일예가 되는 가산기(128)가 LPF(122)를 통과한 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터 와, HPF(124)와 LPF(126)를 통과시킨 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터와, HPF(124)와 HPF(134)와 LPF(136)를 통과한 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터를 가산하여 합성하고, 합성된 합성치를 묘화부의 묘화 연산 회로(111)에 출력한다.

이상과 같이, LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)와 HPF(134)와 LPF(136)에 의해 구성된 가속도 보정 부착 필터부(110)에 의해 속도 비례와 가속도 비례의 위치 어긋남을 보정하고, 비선형 오차 성분이 제거된 위치 성분의 데이터를 묘화 연산 회로(111)가 입력함으로써 입력된 위치 성분의 데이터로 XY 스테이지(105)의 위치를 검출할 수 있다. 따라서, 묘화 연산 회로(111)는 이러한 고정밀도의 위치 데이터에 의해 고정밀도인 패턴 위치 정밀도를 실현할 수 있다. 그리고, 묘화 연산 회로(111)는 전자선(200)이 편향되어 묘화실(103) 내에서 연속 이동하는 XY 스테이지(105) 상의 시료(101)의 원하는 위치로 추종하여 조사되도록 편향기(208)를 제어한다. 그 결과, 묘화부에 의해 상기 시료(101)의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화할 수 있다.

<제3 실시 형태>

제2 실시 형태에서는 속도 변화하는 XY 스테이지의 이동에 대해 일정 가속도로 변화하는 경우에 대해 설명하였지만, 가속도 변화하는 XY 스테이지의 이동도 상정하면 보다 바람직하다. 제3 실시 형태에서는, XY 스테이지의 이동에 있어서 가속도가 변화하는 이동 패턴인 경우에 있어서의 비선형 오차 성분의 제거 수법에 대해 설명한다. 묘화 장치(100)의 구성은 필터부(110)의 내부 구성 이외에는 도1과 동일하다.

도26은 제3 실시 형태에 있어서의 필터부의 내부 구성을 도시하는 블록도이다.

레이저 길이 측정 시스템의 일예인 레이저 간섭계(300)로 묘화실(103) 내에 설치된 XY 스테이지(105)의 위치를 측정한다. 이러한 레이저 간섭계(300)로 측정된 측정치를 위치 연산부(109)에서 위치 성분의 데이터로 변환한다. 그리고, 소정의 컷오프 주파수로 설정한 LPF(122)에 상기 위치 성분의 데이터를 통과시킨다. 한편, LPF(122)와 병렬로 배치되고 LPF(122)의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)에 상기 위치 성분의 데이터를 통과시킨다. 또한, HPF(124)와 직렬로, 그리고 LPF(126)와 병렬로 배치되고 LPF(122)의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 2세트째의 HPF(134)와 LPF(136)에 HPF(124)를 통과 후의 상기 위치 성분의 데이터를 분기하여 통과시킨다. 그리고, 제2 실시 형태에서는 또한 HPF(134)와 직렬로, 그리고 LPF(136)와 병렬로 배치되고 LPF(122)의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 3세트째의 HPF(144)와 LPF(146)에 HPF(134)를 통과 후의 상기 위치 성분의 데이터를 분기하여 통과시킨다. 그리고, LPF(122)를 통과한 데이터와 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)을 통과한 데이터와 1세트째의 LPF(124)와 2세트째의 HPF(134)와 LPF(136)를 통과한 데이터와 1세트째의 LPF(124)와 2세트째의 HPF(134)와 3세트째의 HPF(144)와 LPF(146)를 통과한 데이터를 합성부의 일예가 되는 가산기(128)로 가산하여 합성한다. 그리고, 합성된 합성치를 묘화부의 묘화 연산 회로(111)에 출력한 다.

도27a와 도27b는 가속도 패턴과 속도 패턴의 일예를 나타내는 그래프이다.

도27a에서는 가속도 패턴의 일예를 나타내고, 이러한 가속도 패턴을 시간으로 적분하여 도27b에 나타내는 속도 패턴의 일예를 나타내고 있다. 여기서는, 도27a와 도27b에 나타낸 바와 같이, 소정의 일정한 가가속도로 가속된 후, 또한 상기 소정의 일정한 가가속도로 감속한 후, 도27b에 나타낸 바와 같이 일정 속도로 이동한다. 그리고, 도27a와 도27b에 나타낸 바와 같이 상기 소정의 일정한 가가속도로 반대 방향으로 가속한 후, 상기 소정의 일정한 가가속도로 감속하고, 그 후 도27b에 나타낸 바와 같이 일정 속도로 이동한다. 이러한 가속도 변경 패턴을 나타내고 있다.

도28a와 도28b는 LPF만을 통과시켰을 뿐인 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도28b에 나타낸 바와 같이, 도28a에 나타낸 전달 함수식이 되는 LPF(122)를 통과시켰을 뿐인 경우, 도27a와 도27b에 나타낸 가속도 변경 패턴에서는 속도 비례의 위치 어긋남이 발생한다.

도29a와 도29b는 속도 보정 부여 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도29b에 나타낸 바와 같이, 도29a에 나타낸 전달 함수식이 되는 LPF(122)와 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)를 통과시킨 경우, 도27a와 도27b에 나타낸 가속도 변경 패턴에서는 가속도 비례의 위치 어긋남이 남는다.

도30a와 도30b는 가속도 오차 성분 보정 부여 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도30b에 나타낸 바와 같이, LPF(122)와 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)와 2세트째의 HPF(134)와 LPF(136)을 통과시킨 경우, 도27a와 도27b에 나타낸 가속도 변경 패턴에서는 가가속도 비례의 위치 어긋남이 남는다.

도31a와 도31b는 가속도 패턴과 속도 패턴의 다른 일예를 나타내는 그래프이다.

도31a에서는 가속도 패턴의 일예를 나타내고, 이러한 가속도 패턴을 시간으로 적분하여 도31b에 나타내는 속도 패턴의 일예를 나타내고 있다. 여기서는, 도31a와 도31b에 나타낸 바와 같이, 소정의 일정한 가가속도로 가속된 후, 또한 상기 소정의 일정한 가가속도로 감속한 후, 도31b에 나타낸 바와 같이 일정 속도로 이동한다. 그리고, 도31a와 도31b에 나타낸 바와 같이 상기 소정의 일정한 가가속도로 반대 방향으로 가속한 후, 상기 소정의 일정한 가가속도로 감속하고, 그 후 도31b에 나타낸 바와 같이 일정 속도로 이동한다. 이러한 가속도 변경 패턴을 나타내고 있다.

도32a와 도32b는 가속도 보정 부여 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도32b에 나타낸 바와 같이, 도32a에 나타낸 전달 함수식이 되는 LPF(122)와 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)와 2세트째의 HPF(134)와 LPF(136)를 통과시킨 경우, 도31a와 도31b에 나타낸 가속도 변경 패턴에서는 가가속도 비례의 위치 어긋남 이 남는다. 단, 여기서는 컷오프 주파수를 변화시킴으로써 일정 가가속도 성분의 크기를 조정하는 것, 즉 작게 할 수 있는 것을 나타내고 있다. 예를 들어, 컷오프 주파수를 100 ㎐로부터 300 ㎐측으로 크게 해 감으로써 여기서는 일정 가가속도 성분의 크기를 작게 할 수 있는 일예를 나타내고 있다. 그러나, 도24b에 있어서 설명한 바와 같이 가가속도 성분항이 잔차로서 남아, 이러한 가가속도 성분항을 제로로 하는 것은 불가능하다.

그래서, 이러한 가가속도 성분항을 보정하는 것이 바람직하다.

도시하지 않은 가가속도 비례 위치 어긋남 보정 공정으로서, 가가속도 비례의 위치 어긋남을 보정한다. LPF(122)와 LPF(126)와 LPF(136)에 병렬로 HPF(124)와 HPF(134)에 직렬로, HPF(144)와 LPF(146)를 통과시킴으로써 가가속도 비례의 위치 어긋남을 보정하고, 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터로부터 소정의 컷오프 주파수에서 고주파 영역의 비선형 오차 성분을 포함하는 주파수 영역을 감쇠시킬 수 있다.

도33a와 도33b는 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 1세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터와 2세트째의 HPF와 LPF와 3세트째의 HPF와 LPF를 통과 후의 위치 성분의 데이터를 합성한 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.

도33b에 나타낸 바와 같이, 4개의 데이터를 가산하여 합성함으로써 위상 지연을 수정하여 위상 지연이 개시되는 주파수 영역을 더욱 고주파측으로 옮길 수 있다. 또한, 도33a에 나타낸 바와 같이 게인의 감쇠 개시 위치도 또한 약간 고주파 측으로 옮길 수 있다.

필요한 주파수 영역에 있어서의 게인과 위상이 어긋나지 않도록 LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)와 HPF(134)와 LPF(136)와 HPF(144)와 LPF(146)의 컷오프 주파수를 조정함으로써, 더욱 위상 어긋남을 억제하면서 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다.

도34a와 도34b는 가가속도 보정 부여 필터의 전달 함수식을 나타내는 도면이다.

컷오프 주파수를 fn, 시상수를 τ_n=[단, τ=1/(2πf)], 라플라스 연산자를 S로 하고, HPF(144)의 전달 함수식은 τ₆·S/(1+τ·S)로 나타낼 수 있다. 마찬가지로, LPF(146)의 전달 함수식은 1/(1+τ₇·S)로 나타낼 수 있다. 여기서, LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)와 HPF(134)와 LPF(136)와 HPF(144)와 LPF(146)의 컷오프 주파수는 동일한 컷오프 주파수가 바람직하다. 단, 상술한 바와 같은 비선형 오차 성분의 제거 효과가 확인되는 범위에서의 약간의 어긋남을 배제하는 것은 아니다. 동일한 컷오프 주파수인 경우, τ₁=τ₂=τ₃=τ₄=τ₅=τ₆=τ₇이 된다. 도24a에 나타낸 전달 함수식에 3차의 시간 미분항(가가속도 성분항)을 보정하면 도34a에 나타낸 바와 같이 가가속도 보정 부여 디지털 필터의 전달 함수식은 G₄(S)={1/(1+τ·S)}〔1+τ·S/(1+τ·S)〔1+τ·S/(1+τ·S){1+τ·S/(1+τ·S)}〕〕로 나타낼 수 있다. 그러나, 레이저 간섭계(300)의 측정치로부터 변환된 위치 성분의 데이터를 이러한 가가속도 보정 부여 디지털 필터를 통과시킨 경우, 도34b에 나타낸 바와 같이 τ⁴·S⁴/(1+τ·S)⁴로 나타내는 4차의 시간 미분항이 잔차로서 남는 것을 알 수 있다.

도35a와 도35b는 가가속도 보정 부여 필터를 통과시킨 경우의 위치 어긋남 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도35b에 나타낸 바와 같이, 도35a에 나타낸 전달 함수식이 되는 LPF(122)와 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)와 2세트째의 HPF(134)와 LPF(136)와 3세트째의 HPF(144)와 LPF(146)를 통과시킨 경우, 도31에 나타낸 가속도 변경 패턴에서는 가가속도 비례의 위치 어긋남까지는 제거되어 있다. 단, 가가속도 비례의 위치 어긋남은 남는다.

이상과 같이, LPF(122)와 HPF(124)와 LPF(126)와 HPF(134)와 LPF(136)와 HPF(144)와 LPF(146)에 의해 구성된 가가속도 보정 부여 필터부(110)에 의해 속도 비례와 가속도 비례와 가가속도 비례의 위치 어긋남을 보정하고, 비선형 오차 성분이 제거된 위치 성분의 데이터를 묘화 연산 회로(111)가 입력함으로써 입력된 위치 성분의 데이터로 XY 스테이지(105)의 위치를 검출할 수 있다. 따라서, 묘화 연산 회로(111)는 이러한 고정밀도인 위치 데이터에 의해 고정밀도의 패턴 위치 정밀도를 실현할 수 있다. 그리고, 묘화 연산 회로(111)는 전자선(200)이 편향되어 묘화실(103) 내에서 연속 이동하는 XY 스테이지(105) 상의 시료(101)의 원하는 위치에 추종하여 조사되도록 편향기(208)를 제어한다. 그 결과, 묘화부에 의해 상기 시료(101)의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화할 수 있다.

도36a와 도36b는 LPF만의 필터와 속도 보정 부여 필터와 가속도 보정 부여 필터와 가가속도 보정 부여 필터를 통과 후의 위치 성분의 데이터의 주파수에 대한 게인과 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.

도36a에서는 주파수에 대한 게인의 관계를 나타내고 있다. 도36b에서는 주파수에 대한 위상의 관계를 나타내고 있다. 도36b에 나타낸 바와 같이, 고차의 보정, 가가속도 보정측을 향해 위상 지연이 개시되는 주파수 영역을 더욱 고주파측으로 옮길 수 있다. 따라서, 가가속도 보정측을 향해 보다 위치 어긋남을 억제할 수 있다.

이상의 설명에 있어서, 가가속도 오차 성분의 제거까지의 설명으로 하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 또한 HPF와 LPF의 조합을 전방단의 HPF와 직렬로 전방단의 LPF와 병렬로 접속함으로써 더욱 고차의 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다.

통상, 스테이지를 천천히 움직이는 경우에는 비선형 오차 성분의 주파수가 낮아지고, 스테이지를 빠르게 움직이는 경우에는 비선형 오차 성분이 주파수가 높아진다. 따라서, 보다 고속, 고가속, 혹은 가가속으로 움직이는 마스크 스테이지나 웨이퍼 스테이지의 위치 검출시의 쪽이 비선형 오차 성분이 보다 고주파측이 되므로, 보다 감쇠된 영역이 되어 보다 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다.

이상과 같이 제2 실시 형태에 있어서의 위치 측정 장치는 이동 가능한 스테이지와,

레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정부와, 측정부의 측 정치로부터 소정의 주파수 영역의 성분를 감쇠시키는 제1 필터와, 제1 필터와 병렬로 접속되고 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시키는 제2 필터와, 제2 필터와 직렬로 접속되고 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제3 필터와, 제2 필터와 직렬로 제3 필터와 병렬로 접속되고 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시키는 제4 필터와, 제4 필터와 직렬로 접속되고 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제5 필터와, 제1 필터를 통과한 측정부의 측정치와, 제2와 제3 필터를 통과한 측정부의 측정치와, 제2와 제4와 제5 필터를 통과한 측정부의 측정치를 합성하고, 합성된 합성치를 출력하는 합성부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 이러한 구성에 의해 비선형 오차의 영역에 소정의 주파수 영역을 설정함으로써 제1 필터를 통과한 측정부의 측정치에 제2와 제3 필터를 통과한 측정부의 측정치를 합성함으로써 비선형 오차 성분을 제거하고, 또한 속도 비례 성분의 위치 어긋남을 보정할 수 있다. 또한, 속도 변화하는 스테이지인 경우에는 속도 비례 성분 외에, 가속도 비례 성분의 위치 어긋남도 생기게 되지만, 여기서 제2와 제4와 제5 필터를 통과한 측정부의 측정치를 합성함으로써, 후술하는 바와 같이 더욱 가속도 비례 성분의 위치 어긋남을 보정할 수 있다.

그리고, 제1과 제3 필터로서 저역 통과 필터를 이용하고, 제2 필터로서 고역 통과 필터를 이용하고, 제4 필터로서 고역 통과 필터와 저역 통과 필터 중 어느 하나를 이용하고, 제5 필터로서 저역 통과 필터와 고역 통과 필터 중 제4 필터와는 반대인 한쪽을 이용하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상술한 바와 같이 통상 비선형 오차 성분은 스테이지의 이동 속도에 대응하는 주파수 영역보다도 높은 주파수가 된다. 그래서, 제1 필터로서 저역 통과 필터를 이용함으로써 이러한 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다. 여기서, 제1 필터로서 저역 통과 필터를 통과하는 것만으로는 필터의 특성에 기인하는 속도 비례의 위치 어긋남이 남는다. 그래서, 제2 필터로서의 고역 통과 필터와 제3 필터로서의 저역 통과 필터에 의해 속도 비례 성분의 위치 어긋남을 더욱 제거할 수 있다. 그러나, 속도 변화하는 스테이지의 이동에서는 아직 제2 필터로서의 고역 통과 필터와 제3 필터로서의 저역 통과 필터를 통해서도, 가속도 비례 성분의 위치 어긋남이 남는다. 그래서, 제4 혹은 제5 필터로서의 고역 통과 필터와 제5 혹은 제4 필터로서의 저역 통과 필터에 의해 가속도 비례 성분의 위치 어긋남을 더욱 제거할 수 있다.

그리고, 이하와 같이 제3 실시 형태에 있어서의 위치 측정 장치에서는 또한 제4 필터와 직렬로 제5 필터와 병렬로 접속되고, 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시키는 제6 필터와, 제6 필터와 직렬로 접속되고 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제7 필터를 구비하고, 합성부는 또한 제2와 제4와 제6과 제7 필터를 통과한 측정부의 측정치를 합성하고, 합성된 합성치를 출력하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 속도 변화하는 스테이지인 경우에는 저역 통과 필터에 의한 비선형 오차 성분의 제거를 행하면 속도 비례 성분, 가속도 비례 성분 외에, 가가속도 비례 성분의 위치 어긋남도 발생되는 경우가 있지만, 제2와 제4와 제6과 제 7 필터를 통과한 측정부의 측정치를 합성함으로써 가가속도 비례의 위치 어긋남을 더욱 제거할 수 있다.

그리고, 묘화 장치로서 보면, 제2 실시 형태에 있어서의 묘화 장치는 시료를 적재하고, 시료를 적재한 상태에서 이동하는 스테이지와, 레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정부와, 소정의 컷오프 주파수로 설정한 상태에서 측정부의 측정치를 통과시키는 저역 통과 필터와, 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 상태에서, 측정부의 측정치를 통과시키는 1세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터와, 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 상태에서, 1세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터 중 고역 통과 필터를 통과한 측정치를 통과시키는 2세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터와, 저역 통과 필터를 통과한 측정부의 측정치와, 1세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 측정부의 측정치와, 2세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 측정부의 측정치와의 합성치를 기초로 하여 시료의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화하는 묘화부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 이러한 구성에 의해 속도 비례 및 가속도 비례의 위치 어긋남을 보정하고, 비선형 오차 성분을 제거할 수 있다. 따라서, 묘화부가 속도 비례 및 가속도 비례의 위치 어긋남을 발생시키지 않고 비선형 오차 성분이 제거된 상기 스테이지의 이동 위치를 기초로 하여 상기 시료의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화할 수 있다.

또한, 상술한 각 장치의 위치 측정 수법을 방법으로 나타내면, 위치 측정 방 법은 레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정 공정과, 소정의 컷오프 측정수로 설정된 저역 통과 필터를 이용하여, 측정 공정에 의해 측정된 측정치로부터 비선형 오차 성분을 제거하는 비선형 오차 성분 제거 공정과, 소정의 컷오프 주파수로 설정된 1세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여, 측정 공정에 의해 측정된 측정치에 대한 속도 비례의 위치 어긋남의 발생을 보정하는 속도 비례 위치 어긋남 보정 공정과, 소정의 컷오프 주파수로 설정된 2세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여, 측정치에 대한 가속도 비례의 위치 어긋남의 발생을 보정하는 가속도 비례 위치 어긋남 보정 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 상기 실시 형태에 따르면, 속도 비례와 가속도 비례, 또한 경우에 따라 가가속도 비례의 위치 어긋남을 보정하고 비선형 오차 성분을 제거할 수 있으므로, 보다 고정밀도인 위치를 측정할 수 있다. 보다 고정밀도인 위치를 측정할 수 있으므로, 고정밀도인 묘화를 행할 수 있다.

여기서, 제1 실시 형태와 마찬가지로 상술한 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에 있어서의 필터부(110)는 디지털 필터로서 구성할 수 있다. 예를 들어, FPGA(Field Programmable Gate array) 내에 프로그램으로서 조립되어도 상관없다. 환언하면,「필터부」는 컴퓨터로 동작 가능한 프로그램에 의해 구성할 수 있다. 혹은, 소프트웨어가 되는 프로그램뿐만 아니라 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 실시시켜도 상관없다. 혹은, 펌웨어와의 조합이라도 상관없다. 또한, 프로그램에 의해 구성되는 경우 프로그램은 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD, 혹 은 ROM(판독 전용 메모리) 등의 기록 매체에 기록된다.

도37a와 도37b는 종래 기술과의 비교를 설명하기 위한 도면이다.

도37a에는, 종래 기술로서 상술한 제1 실시 형태 혹은 제2 실시 형태 혹은 제3 실시의 형태에 있어서의 조합 필터를 통과시키지 않고 전자선 노광을 행한 경우를 나타내고 있다. 비선형 오차 성분에 의해 정확한 XY 스테이지(105)의 위치를 측정할 수 없으므로, XY 스테이지(105) 상의 시료(101)의 원하는 위치도 정확하게 특정할 수 없다. 그 결과, 전자선의 샷 위치가 어긋난다. 도37a에서는 위치 어긋남에 의해 패턴이 단선하고 있는 모습을 나타내고 있다. 이에 대해, 상술한 각 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 통과함으로써 비선형 오차 성분이 제거되고, 고정밀도인 XY 스테이지(105)의 위치를 측정할 수 있다. 그 결과, 도37b에 나타낸 바와 같이 전자선의 샷 위치에 어긋남이 없어 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화할 수 있다.

또한, 각 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 통과시키는 것에 따른 효과로서 또한 디지털 노이즈를 저감시킬 수도 있다. 이러한 디지털 노이즈로서, 예를 들어 레이저 간섭계(300)의 위치 데이터의 LSB(Least Significant bit)가 요동함으로써 위치 오차가 생겨 버리는 것을 들 수 있다. 본 제1 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 통과시킴으로써 LSB의 요동이 없어져 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이상 구체예를 참조하면서 실시 형태에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 묘화 장치에 한정되지 않고 연속 이동하는 스테이지 및 불연속 이동하는 스테이지의 위치 측정에 각 실시 형태에 있어서의 조합 필터를 조립함으로써 보다 고정밀도인 위치 측정을 실현할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에서는 LPF(122)를 통과한 데이터와 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)를 통과한 데이터를 가산기(128)로 합성함으로써 일정 속도로 이동하는 XY 스테이지(105)의 위상 지연을 수정하는 위상 지연 수정 공정으로 하고 있지만, 1세트째의 HPF(124)와 LPF(126)를 통과한 데이터를 이용함으로써 속도 비례의 위치 어긋남의 발생을 보정하는 속도 비례 위치 어긋남 보정 공정이 되는 것은 물론이다.

또한, 이상의 설명에 있어서 각 실시 형태에서는 전자선을 이용하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이온 등을 포함한 하전 입자선이라도 상관없다. 또한, 묘화 장치로서 가변 성형형 전자선 묘화 장치를 일 예로서 기재하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 가변시키지 않는 전자선을 이용하는 묘화 장치라도 상관없다.

또한, 장치 구성이나 제어 수법 등 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않는 부분 등에 대해서는 기재를 생략하였지만, 필요해지는 장치 구성이나 제어 수법을 적절하게 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들어, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략하였지만 필요해지는 제어부 구성을 적절하게 선택하여 이용하는 것은 물론이다.

그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여 당업자가 적절하게 설계 변경할 수 있는 모든 위치 측정 장치, 묘화 장치 및 위치 측정 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명에 따르면, 비선형 오차를 보정하여 고정밀도인 위치를 측정하는 수법을 제공할 수 있다.

Claims

이동 가능한 스테이지와,

레이저를 이용하여 상기 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정부와,

상기 측정부의 측정치로부터 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제1 필터와,

상기 제1 필터와 병렬로 접속되고, 상기 측정부의 측정치로부터 상기 소정의 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시키는 제2 필터와,

상기 제2 필터와 직렬로 접속되고, 상기 측정부의 측정치로부터 상기 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제3 필터와,

상기 제1 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와, 상기 제2와 제3 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치를 합성하고, 합성된 합성치를 출력하는 합성부를 구비한 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 필터로서 저역 통과 필터를 이용하고,

상기 제2 필터로서 저역 통과 필터와 고역 통과 필터 중 어느 한쪽을 이용하고,

상기 제3 필터로서 상기 저역 통과 필터와 고역 통과 필터 중 상기 제2 필터와는 반대인 한쪽을 이용하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 스테이지를 일정 속도로 이동시키는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
시료를 적재하고, 상기 시료를 적재한 상태로 이동하는 스테이지와,

레이저를 이용하여 상기 스테이지의 이동 위치를 측정하는 측정부와,

소정의 컷오프 주파수로 설정한 상태로 상기 측정부의 측정치를 통과시키는 저역 통과 필터와,

상기 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 상태로, 상기 측정부의 측정치를 통과시키는 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터와,

상기 저역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와, 상기 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치의 합성치를 기초로 하여 상기 시료의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화하는 묘화부를 구비한 것을 특징으로 하는 묘화 장치.
제4항에 있어서, 상기 묘화부는 하전 입자선을 상기 시료에 조사하고, 상기 합성치를 기초로 하여 상기 하전 입자선을 편향시키는 것을 특징으로 하는 묘화 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 스테이지를 일정 속도로 이동시키는 것을 특징으로 하는 묘화 장치.
레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하고,

소정의 컷오프 주파수로 설정된 저역 통과 필터를 이용하여, 측정된 상기 측정치로부터 비선형 오차 성분을 제거하고,

상기 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정된 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여 상기 비선형 오차 성분을 제거할 때에 상기 저역 통과 필터를 이용한 결과, 상기 측정치에 발생된 위상 지연을 수정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제7항에 있어서, 상기 스테이지의 이동 위치를 측정하는 경우에, 상기 스테이지를 일정 속도로 이동시켰을 때의 스테이지의 이동 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제8항에 있어서, 전위상 지연을 수정함으로써, 상기 측정치에 대한 속도 비례의 위치 어긋남의 발생을 보정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제1항에 있어서, 상기 위치 측정 장치는,

상기 제2 필터와 직렬로 상기 제3 필터와 병렬로 접속되고, 상기 측정부의 측정치로부터 상기 소정의 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시키는 제4 필터와,

상기 제4 필터와 직렬로 접속되고, 상기 측정부의 측정치로부터 상기 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제5 필터를 더 구비하고,

상기 합성부는 상기 제1 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와, 상기 제2와 제3 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치 외에, 또한 상기 제2와 제4와 제5 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치를 합성하고, 합성된 합성치를 출력하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
제10항에 있어서, 상기 제1과 제3 필터로서 저역 통과 필터를 이용하고,

상기 제2 필터로서 고역 통과 필터를 이용하고,

상기 제4 필터로서 고역 통과 필터와 저역 통과 필터 중 어느 한쪽을 이용하고,

상기 제5 필터로서 상기 저역 통과 필터와 고역 통과 필터 중 상기 제4 필터와는 반대인 한쪽을 이용하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
제10항에 있어서, 상기 스테이지를 일정 가속도로 속도 변화시켜 이동시키는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
제10항에 있어서, 상기 위치 측정 장치는

상기 제4 필터와 직렬로 상기 제5 필터와 병렬로 접속되고, 상기 측정부의 측정치로부터 상기 소정의 주파수 영역 이외의 성분을 감쇠시키는 제6 필터와,

상기 제6 필터와 직렬로 접속되고, 상기 측정부의 측정치로부터 상기 소정의 주파수 영역의 성분을 감쇠시키는 제7 필터를 더 구비하고,

상기 합성부는 또한 상기 제2와 제4와 제6와 제7 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치를 합성하고, 합성된 합성치를 출력하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
제13항에 있어서, 상기 스테이지를 가변 가속도로 이동시키는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 묘화 장치는

상기 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정한 상태로, 상기 1세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터 중 고역 통과 필터를 통과한 측정치를 통과시키는 2세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 더 구비하고,

상기 묘화부는 상기 저역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와, 상기 1세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치 외에, 또한 상기 2세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치의 합성치를 기초로 하여 상기 시료의 원하는 위치에 소정의 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 묘화 장치.
제15항에 있어서, 상기 스테이지를 일정 가속도로 속도 변화시켜 이동시키는 것을 특징으로 하는 묘화 장치.
레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하고,

소정의 컷오프 주파수로 설정된 저역 통과 필터를 이용하여, 측정된 상기 측정치로부터 비선형 오차 성분을 제거하고,

상기 소정의 컷오프 주파수로 설정된 1세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여, 측정된 상기 측정치에 대한 속도 비례의 위치 어긋남의 발생을 보정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제17항에 있어서, 상기 위치 측정 방법은 또한 상기 소정의 컷오프 주파수로 설정된 2세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여 상기 측정치에 대한 가속도 비례의 위치 어긋남의 발생을 보정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
레이저를 이용하여 스테이지의 이동 위치를 측정하고,

소정의 컷오프 주파수로 설정된 저역 통과 필터를 이용하여, 측정된 상기 측정치로부터 비선형 오차 성분을 제거하고,

상기 소정의 컷오프 주파수와 동일한 컷오프 주파수로 설정된 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여, 상기 측정치에 대한 속도 비례의 위치 어긋남의 발생을 보정하고,

상기 저역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와, 상기 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치의 합성치를 기초로 하여 상기 시료의 원하는 위치로 소정의 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 묘화 방법.
제19항에 있어서, 상기 묘화 방법은 또한,

상기 소정의 컷오프 주파수로 설정된 2세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여, 상기 측정치에 대한 가속도 비례의 위치 어긋남의 발생을 보정하고,

상기 소정의 패턴을 묘화하는 경우에, 상기 저역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와, 상기 1세트의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치와의 합성치 외에, 또한 상기 2세트째의 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 통과한 상기 측정부의 측정치를 합성한 합성치를 기초로 하여 상기 시료의 원하는 위치로 소정의 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 묘화 방법.