KR20140018106A - 계측장치, 리소그래피 장치, 및 물품의 제조방법 - Google Patents

계측장치, 리소그래피 장치, 및 물품의 제조방법 Download PDF

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KR20140018106A
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요시유키 오카다
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 계측장치는, 위상이 서로 다른 제1 위상 신호 및 제2 위상 신호에 근거해서 대상물의 위치를 계측하는 계측장치이다. 이 계측장치는 제1 위상 신호 및 제2 위상 신호 중의 적어도 하나의 주파수에 대응하는, 제1 위상 신호와 제2 위상 신호 간의 위상차의 변동량과 주파수에 의거하여 제1 위상 신호의 지연 시간과 제2 위상 신호의 지연 시간 간의 차를 나타내는 차신호를 생성하는 생성부와, 차신호에 의거하여 제1 위상 신호 및 제2 위상 신호 중의 적어도 하나의 샘플링 타이밍을 조정하는 조정부를 구비한다.

Description

계측장치, 리소그래피 장치, 및 물품의 제조방법{MEASURING APPARATUS, LITHOGRAPHY APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 계측장치, 리소그래피 장치, 및 물품의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적회로 등의 디바이스의 제조에 사용되는 리소그래피 장치는, 높은 생산성(스루풋)과 매우 미세한 패턴의 형성 성능(해상력)이 요구되고 있다. 이러한 리소그래피 장치에서는, 원판 또는 기판을 탑재하는 스테이지는, 고속으로 정밀하게 위치 결정되어야 한다. 그 결과, 고속으로 동작하는 스테이지의 위치를 정확하게 계측할 수 있는 계측장치가 필요하다. 위치 결정 정밀도는, 스테이지 위치의 계측 정밀도에 의존한다. 예를 들면, nm 이하의 정밀도로 고속으로 이동하는 스테이지의 위치를 계측하는 유닛으로서, 엔코더를 사용할 수도 있다. 엔코더로부터의 출력 신호는, 예를 들면 (서로 위상이 90도 벗어난 Ａ위상·Ｂ위상의) 2위상의 정현파신호로 이루어진다. 각 위상 신호의 진폭/오프셋과 2개의 위상 신호 간의 위상차는, 정확하게 조정되어야 한다. 일본국 공개특허공보 특개 2002-228488호는, 각 출력 신호의 진폭/오프셋과 2개의 출력신호 간의 위상차의 조정 방법을 개시하고 있다.
여기에서, 고속으로 이동하는 스테이지의 위치의 계측에 엔코더를 사용했을 경우, 엔코더로부터의 출력 신호의 주파수는, 스테이지의 이동 속도에 비례한다. 따라서, 생산성 향상을 위해서 스테이지의 이동 속도가 상승하면, 엔코더 출력 신호의 주파수도 그것에 비례해서 증가한다. 한편, 엔코더로부터의 출력 신호를 출력하는 검출 회로의 주파수 대역이 유한하기 때문에, 엔코더로부터의 출력 신호는, 고주파에서는, 위상 지연을 수반한다. 한층 더, 검출 회로의 부품 성능의 변동 등에 의해, A위상과 Ｂ위상의 각 검출 회로의 대역(주파수 특성)은 서로 다를 수 있다. 그 결과, 주파수가 높은 경우, 위상 지연 특성이 2개의 검출 회로 사이에서 서로 달라지므로, 2위상 간의 위상차가 90도로부터 벗어난다. 또한, 위상의 신호에 따라, 케이블 길이나 기판의 패턴 길이, 또는 디지털 회로나 A/D 변환기의 신호 전파 지연시간의 차에 의해 2위상 간의 위상차의 어긋남이 발생할 수 있다. 이 위상차의 어긋남은, 위치 계측에 오차를 생기게 하여, 위치 결정 정밀도를 저하시킬 수 있다.
본 발명은, 예를 들면 다상(multiphase)의 신호 간의 위상차의 변동을 보상하는 데에 유리한 계측장치를 제공한다.
본 발명의 일 국면에 의하면, 위상이 서로 다른 제1 위상 신호 및 제2 위상 신호에 의거해서 대상물의 위치를 계측하는 계측장치는, 상기 제1 위상 신호와 상기 제2 위상 신호 중의 적어도 하나의 주파수에 대응하는 상기 제1 위상 신호와 상기 제2 위상 신호 간의 위상차의 변동량과 상기 주파수에 의거하여 상기 제1 위상 신호의 지연 시간과 상기 제2 위상 신호의 지연 시간 간의 차를 나타내는 차신호(difference signal)를 생성하는 생성부와, 상기 차신호에 의거하여 상기 제1 위상 신호와 상기 제2 위상 신호 중의 적어도 하나의 샘플링 타이밍을 조정하는 조정부를 구비한다.
본 발명의 그 외의 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시예로부터 밝혀질 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연산부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 신호 생성부의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는, 제1 생성부와 제2 생성부의 구성을 도시한 도면이다.
도 5은, 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 연산부의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 연산부의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은, 보정 전의 검출 신호와 이상 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 I/V 변환기의 구성을 도시한 도면이다.
도 9a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 위상차가 보정된 신호 파형을 도시한 도면이다.
도 9b는, 도 9a에 나타내는 신호의 Ｂ위상 신호에 지연시간이 발생했을 경우의 신호 파형을 도시한 도면이다.
도 10a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 신호 파형을 도시한 도면이다.
도 10b는, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 오차의 특성을 도시한 도면이다.
도 11은, 주파수에 대한 위상 어긋남의 특성을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 첨부도면을 참조해서 설명한다.
우선, 본 발명을 적용하는 리소그래피 장치의 일례로서 노광장치에 관하여 설명한다. 도 1은, 노광장치(1)의 구성을 도시한 개략도다. 본 실시예에 있어서의 노광장치(1)는, 스텝 앤드 스캔 방식이나 스텝·앤드·리피트 방식으로 마스크(원판)에 형성된 패턴을 피처리 기판인 글래스 플레이트(기판)에 노광하는 투영형 노광장치이다. 노광장치(1)는, 우선, 조명 광학계(2)와, 레티클(3)을 보유하는 레티클 스테이지(4)와, 투영 광학계(5)와, 웨이퍼(6)를 보유하는 웨이퍼 스테이지(7)와, 계측장치(계측 헤드)(8)를 구비한다.
조명 광학계(2)는, 광원부인 (도면에 나타내지 않은) 레이저 발진 장치를 구비하고, 전사용의 회로 패턴이 형성된 후술의 레티클(3)을 조명하는 디바이스다. 여기에서, 광원으로서 사용가능한 레이저의 예로서는, 파장 약 193nm의 ＡｒＦ 엑시머 레이저, 파장 약 248nm의 ＫｒＦ 엑시머 레이저, 파장 약 157nm의 Ｆ2 엑시머 레이저 등이 있다. 또한, 레이저의 종류는, 엑시머 레이저에 한정되지 않고, 예를 들면 YAG 레이저를 사용해도 된다. 레이저의 개수도 한정되지 않는다. 또한, 광원부에 레이저를 사용할 경우, 레이저 발진 장치로부터의 평행 광속을 원하는 빔 형상으로 정형하는 광속 정형 광학계 혹은 코히런트(coherent) 레이저를 인코히런트(incoherent)화하는 인코히런트 광학계를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 광원부에 사용가능한 광원은, 레이저에 한정되는 것이 아니라, 1개 또는 복수의 수은 램프나 크세논(xenon) 램프 등의 램프와, 극단 자외 광원도 사용가능하다.
레티클(3)은, 예를 들면 석영 글래스제의 원판이다. 전사되어야 할 회로 패턴이 레티클(3) 위에 형성되어 있다. 또한, 레티클 스테이지(원판 홀더)(4)는, (도면에 나타내지 않은) 레티클 스테이지 가이드(reticle stage guide)상에서 ＸＹ 방향으로 이동 가능하게 지지되어, 레티클(3)을 (도면에 나타내지 않은) 레티클 척 (reticle chuck)을 통한 흡착에 의해 보유하는 스테이지 장치다.
투영 광학계(5)는, 조명 광학계(2)로부터의 노광광으로 조명된 레티클(3)상의 패턴을 소정배율(예를 들면, 1/4 혹은 1/5)로 웨이퍼(6) 위에 투영 노광한다. 투영 광학계(5)로서는, 복수의 광학요소만으로 구성되는 광학계나, 복수의 광학요소와 적어도 한 장의 요면경으로 구성되는 광학계(카타디옵트릭(catadioptric) 광학계)가 채용가능하다. 혹은, 투영 광학계(5)로서, 복수의 광학요소와 적어도 한 장의 키노폼(kinoform) 등의 회절 광학요소로 구성되는 광학계나, 전미러형의 광학계 등도 채용가능하다. 또한, (도면에 나타내지 않은) 레티클 스테이지 가이드 및 투영 광학계(5)는, 바닥면(기반면) 위에 탑재된 (도면에 나타내지 않은) 경통 정반에 지지되어 있다.
웨이퍼(6)는, 단결정 실리콘 등으로 이루어지는 피처리 기판이다. 웨이퍼의 표면에는 레지스트(감광제)가 도포되어 있다. 웨이퍼 스테이지(기판 홀더)(7)는, 3차원 방향으로 이동가능한 스테이지이며, (도면에 나타내지 않은) 미동(fine movement) 스테이지와 조동 (coarse movement) 스테이지를 구비한다. 미동 스테이지는, x, y, z, ωx, ωy, ωz의 각 방향으로 미세하게 구동가능한 스테이지이며, (도면에 나타내지 않은) 웨이퍼 척을 통한 흡착에 의해 웨이퍼(6)를 보유한다. 또한, 조동 스테이지는, 미동 스테이지를 보유하면서, x, y, ωz의 각 방향으로 구동가능한 스테이지이며, 바닥면 위에 탑재된 스테이지 정반 위에 설치되어 있다.
계측장치(8)는, 예를 들면 엔코더의 계측 헤드이다. 계측장치(8)는 레티클(3) 또는 웨이퍼(6)와 함께 움직이는 스테이지(레티클 스테이지(4) 또는 웨이퍼 스테이지(7))에 부착되는 것이 바람직하다. 또한, 엔코더는, 계측 대상의 위치를 계측하는 데에 필요한 신호를 생성하기 위한 요소가 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있는 관계로 배치되어 있는 스케일을 가지며, 여기서 스케일은 (도면에 나타내지 않은) 계측 헤드에 의해서 판독된다. 계측 헤드에 대향하도록 부동의 부재(정반 등)에 엔코드를 부착할 수 있다. 도 1에서는, 계측장치(8)로서, 예시적으로 계측 헤드만 기재하고 있다. 본 실시예에서는, 계측 헤드를 스테이지에 부착하고, 스케일을 정반에 부착하는 구성으로 했지만, 계측 헤드를 정반에 부착하고, 스케일을 스테이지에 부착하는 구성이여도 된다. 또한, 위치 계측장치로서는, 일반적으로 간섭계를 채용하는 것도 생각된다. 간섭계는, 레이저광을 미러에 조사해서 취득된 반사광의 간섭광을 검출해서 계측 대상의 위치를 계측하지만, 엔코더는, 스케일 격자 패턴에 빛을 조사해서 취득된 회절광의 간섭광을 검출해서 계측 대상의 위치를 계측한다. 보통, 각 계측장치에 설치되는, 광조사부 및 검출부와 미러 또는 격자 패턴과의 사이의 각 광로에 있어서의 온도, 습도, 및 압력의 변동은, 굴절율의 변화를 초래하여, 결과적으로 위치 계측의 오차가 발생된다. 따라서, 이 광로가 짧아질수록 오차는 작아진다. 이렇게, 광조사부 및 검출부와 미러 또는 격자 패턴을 서로 근접해서 배치하는 것이 가능한 엔코더쪽이, 간섭계보다도 고정밀한 위치 계측을 행할 수 있다.
또한, 노광장치(1)는, 웨이퍼(6)의 위치 결정을 행하는 얼라인먼트 검출계와, 레티클(3)이나 웨이퍼(6)를 노광장치(1) 내에 반출입하는 반송계와, (도면에 나타내지 않은) 제어장치를 구비한다. 얼라인먼트 검출계는, (도면에 나타내지 않은) 얼라인먼트 스코프와 포커스 센서를 갖는다. 얼라인먼트 스코프는, 웨이퍼(6) 등의 ｘ, y 방향의 위치 어긋남을 계측하는 계측장치다. 또한, 포커스 센서는, 웨이퍼(6) 등의 ｚ 방향의 위치를 계측하는 계측장치다. 상술한 것과 마찬가지로, 노광장치(1)는, (도면에 나타내지 않은) 레티클(3)의 위치 결정을 행하는 레티클 얼라인먼트 검출계도 갖는다.
반송계는, 레티클(3)을 반출입시키기 위한 레티클 반송계와, 웨이퍼(6)를 반출입시키기 위한 웨이퍼 반송계를 갖는다. 레티클 반송계는, 제1 반송 로봇과, 제2반송 로봇을 가지며, 소정의 레티클 반입구에 놓인 레티클 Pod와 레티클 스테이지(4)와의 사이에서 반송을 행한다. 여기에서, 레티클 Pod는, 복수매의 레티클(3)을 내부에 보유하는 캐리어다. 웨이퍼 반송계는, 제3 반송 로봇과 제4 반송 로봇을 가지며, 소정의 웨이퍼 반입구에 놓인 웨이퍼 캐리어와 기판 스테이지와의 사이에서 반송을 행한다. 여기에서, 웨이퍼 캐리어는, 앞 문을 구비한 용기인 ＦＯＵＰ(Front Opening Unified Pod) 등, 복수매의 웨이퍼(6)를 내부에 보유하는 캐리어다.
제어장치는, 노광장치(1)의 각 구성요소의 동작 및 조정 처리 등을 제어하는 제어 유닛이다. 이 제어장치(도면에 나타내지 않음)는, 노광장치(1)의 각 구성요소에 회선을 통해서 접속되어, 자기 기억매체 등의 기억 유닛을 가지는 컴퓨터,또는 시퀀서 등으로 구성된다. 제어장치는 프로그램 혹은 시퀸스를 이용해서 각 구성요소의 제어를 실행한다.
다음에, 노광장치(1)에 의한 노광 처리에 대해서 설명한다. 첫째로, 웨이퍼 반송계는, 피처리 대상의 웨이퍼(6)를 웨이퍼 캐리어로부터 웨이퍼 척까지 반송한다. 또한, 레티클 반송계는, 해당 로트(lot)에 사용하는 레티클(3)을 레티클 Pod로부터 레티클 스테이지(4)까지 반송한다. 다음에, 레티클(3)은, 레티클 얼라인먼트 검출계로 위치 결정된 후, 레티클(3)은 레티클 스테이지(4)로부터의 구동에 의해 투영 광학계(5)상의 소정의 위치로 이동한다. 마찬가지로, 웨이퍼(6)는, 얼라인먼트 검출계로 위치 결정된 후, 기판 스테이지의 구동에 의해 투영 광학계(5) 바로 아래의 소정의 위치에 배치된다. 다음에, 조명 광학계(2)는, 레티클(3)에 대하여 조사광을 조사한다. 동시에, 노광장치(1)는, 레티클(3) 위에 형성된 회로 패턴이 웨이퍼(6)의 소정의 위치에 전사되도록, 레티클 스테이지(4)와 웨이퍼 스테이지(7)를 투영 광학계(5)의 배율비에 비례하는 속도로 동기 구동시킨다. 여기에서, 노광장치(1)는, 정밀하게 회로 패턴을 전사하기 위해서, 얼라인먼트 검출계로 계측한 이전의 결과를 미리 기판 스테이지 구동 목표값에 반영한다. 그 후에, 노광장치(1)는, 순차 웨이퍼 스테이지(7)와 레티클 스테이지(4)를 구동하여 노광 처리를 반복함으로써, 웨이퍼(6)의 전체면에 회로 패턴을 전사한다. 보다 생산성을 향상시키기 위해서, 레티클 스테이지(4) 및 웨이퍼 스테이지(7)의 각각은, 매우 고속으로 구동되어야 하고, 미세화 노광을 위해서 매우 정밀하게 그것의 위치 또는 속도를 제어할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계측장치의 일례로서 엔코더에 관하여 설명한다. 엔코더는 위상이 90도 서로 다른 2위상 타입의 엔코더나, 위상이 120도 서로 다른 3위상 타입의 엔코더이며, 위치의 변화에 따라 검출광은 정현파 신호가 된다. 2위상 타입의 엔코더의 기본 동작은 3위상 타입의 엔코더의 기본 동작과 같기 때문에, 본 실시예에서는 2위상 타입의 엔코더를 예로 들어 설명한다. 엔코더는, 검출부에 의해 검출된 2위상의 검출광(신호)으로부터 위치를 연산하는 연산부(연산 논리부 또는 프로세서)(10)를 포함한다. 그 연산부(10)의 구성을 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 연산부(10)는, 수광기 11, 21과, I/V 변환기 12, 22와, 증폭기 13, 23과, A/D 변환기 14, 24와, 생성부으로서, 보정 신호 생성부(100), 보정 연산부(보상부)(200)와, 계측 연산부(300), 및 타이밍 생성부(400)를 구비한다.
우선, 수광기 11, 21는, 엔코더의 검출부에 의해 검출된 2위상의 신호를 전류로 변환한다. 서로 다른 2위상의 신호를 각각 A위상(제1 위상 신호), B위상(제2 위상 신호)이라고 하면, 수광기 11은, A 위상 신호를 전류로 변환하고, 수광기 21은, B위상 신호를 전류로 변환한다. 또한, 수광기 11, 21로서는, ＰＩＮ 포토다이오드, 애벌런치(avalanche) 포토다이오드 등을 사용해도 된다. 다음에, I/V 변환기 12, 22의 각각은, 저항 및 연산 증폭기(ＯＰ앰프)로 구성된다. I/V 변환기 12, 22는 수광기 11, 12에 의해 전류로 변환된 2위상의 신호를 각각 전압으로 변환한다. I/V 변환기 12는, 수광기 11로부터의 전류를 전압으로 변환하고, I/V 변환기 22는, 수광기 21로부터의 전류를 전압으로 변환한다. 다음에, 증폭기 13, 23은, I/V 변환기 12, 22에 의해 변환된 전압을 소정의 전압으로 증폭시킨다. 증폭기 13은, I/V 변환기 12로부터의 전압을 증폭시키고, 증폭기 23은, I/V 변환기 22로부터의 전압을 증폭시킨다. 다음에, A/D 변환기 14, 24는, 증폭기 13, 23에 의해 소정의 전압으로 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 각각 변환한다. A/D 변환기 14은, 증폭기 13로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하고, A/D 변환기 24은, 증폭기 23로부터의 신호를 디지털 신호로 변환한다.
보정 신호 생성부(100)는, A/D 변환기 14, 24로부터의 신호와, 후술의 보정연산부(200) 및 계측 연산부(300)로부터의 피드백 신호로부터 보정신호를 생성하고, 그 신호를 보정 연산부(200)에 보낸다. 보정 신호 생성부(100)는, 게인 보정신호 생성부(101)와, 오프셋 보정신호 생성부(102)와, 제1 생성부(103)와, 제2 생성부(104)를 구비한다. 그 보정 신호 생성부(100)의 구성을 도 3에 나타낸다. 우선, 게인 보정신호 생성부(101)는, A/D 변환기 14, 24로부터 출력된 신호로부터 게인을 보정하는 보정신호를 생성하고, 오프셋 보정신호 생성부(102)는, A/D 변환기 14, 24로부터 출력된 신호로부터 오프셋을 보정하는 신호를 생성한다. 제1 생성부(103)(고정 위상차 보정 신호 생성부)는, 승산기 113와, ＬＰＦ(Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ)(123)와, 위상차 연산부 133를 구비한다. 제1 생성부(103)는 보정 연산부(200)로부터 출력된 신호로부터, 고정 위상차를 보정하는 신호를 생성한다. 제2 생성부(104)(시간차 보정 신호 생성부)는, 승산기 114과, ＬＰＦ 124과, 위상차 연산부 134와, 시간차 연산부 144을 구비한다. 이 제2 생성부(104)는, 보정 연산부(200)로부터 출력된 신호 및 계측 연산부(300)로부터 출력된 피드백 신호로부터, 시간차에 기인한 위상차를 보정하는 신호를 생성한다. 제1 생성부(103) 및 제2 생성부(104)의 구성을 도 4에 나타낸다.
타이밍 생성부(조정부)(400)는, 보정신호 생성부(100)에 의해 연산된 지연 시간차에 의해 생성된 시간차 보정신호를 수신하고, A위상 신호와 B위상 신호의 샘플링 타이밍을 조정하는 신호 43, 44을 생성한다.
보정 연산부(200)는, A/D 변환기 14, 24 및 보정신호 생성부(100)로부터 출력된 신호와, 계측 연산부(300)로부터 출력된 피드백 신호로부터 보정값을 연산하고, 연산한 신호를 보정신호 생성부(100) 및 계측 연산부(300)에 보낸다. 보정 연산부(200)는, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 가산기 201, 203, 207과, 승산기 202, 204, 206을 구비한다. 보정 연산부(200)의 구성의 상세한 것은, 후술한다.
다음에, 계측 연산부(300)는, 보정 연산부(200)에 의해 오프셋, 게인, 고정 위상차, 및 가변 위상차가 보정된 신호로부터 간섭광의 위상 상태를 산출해서 계측 대상의 위치를 출력한다. 또한, 계측 연산부(300)는, 이동 속도에 의존한 검출 신호의 주파수 f에 근거하는 신호를 생성한다. 계측 연산부(300)는, 위상 연산부 301, 거리 연산부(302), 및 폐루프 필터(303)를 구비한다. 폐루프 필터(303)는, 가감산기(313), 제1 적분기(323), 제2 적분기(333), 및 정수 연산부(343)를 구비한다. 계측 연산부(300)의 구성을 도 6에 나타내고, 그 상세한 것은 후술한다.
다음에, 도면을 참조하여, 본 실시예의 계측장치의 작용에 관하여 설명한다.우선, 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 보정신호 생성부(100)는, A/D 변환기 14, 24, 보정 연산부(200), 및 계측 연산부(300)로부터 출력된 신호로부터 각종 보정신호를 생성한다. 게인 보정신호 생성부(101)는 A위상 및 B위상의 신호 게인을 소정의 값으로 보정하기 위한 보정신호를 생성하고, 오프셋 보정신호 생성부(102)는 신호 오프셋을 제로로 설정하기 위한 보정신호를 생성한다. 여기에서, A위상의 신호와 B위상의 신호를 이하의 식 (1) 및 식 (2)으로 나타낸다. 또한, 식 (3)은, 각속도의 식이며, 2πf는, 주파수 f에 대응하는 각주파수(angular frequency)다.
A(t) = Va × cos(ωt) + Vosa (1）
B(t) = Vb × sin(ωt + Δθ) + Vosb （2)
ω = 2πｆｔ （3)
Va는 A위상 신호의 진폭, Vb은 B위상 신호의 진폭, Vosa는 A위상의 오프셋, Vosb은 B위상의 오프셋, Δθ은 A위상과 B위상 간의 90도의 위상차 로부터의 고정적인 위상 어긋남이다. A위상 및 B위상에 대해서 피계측부의 위치가 변화되면, 검출 신호의 진폭이 정현파적으로 변화된다. 여기에서, 계측 대상의 속도를 Vel(m/s), 격자 패턴의 피치를 P(m), A위상 및 B위상의 각각에 대한 검출 신호의 주파수를 f(Ｈｚ)이라고 하면,
f = Vel/P (4)
이 되고, 검출 신호의 주파수 f는, 계측 대상의 속도 Vel에 비례한다. 예를 들면, 격자 패턴의 피치 P=1㎛, 피계측부의 위치 변화가 1㎛일 때, A위상 및 B위상의 검출 신호가 1㎛의 주기를 갖는 신호라고 가정한다. P=1㎛, Vel=1m/s의 경우를 일례로 해서 식 (4)을 계산하면, f=1MHz가 된다.
게인 및 오프셋이 어긋난 검출 신호와 이상신호의 예를 도 7에 나타낸다. 게인 보정신호 및 오프셋 보정신호는, 도 7를 참조하면서 하기식으로 나타낸다.
게인 보정신호 = 이상신호의 진폭 × 2/(Vmax - Vmin) (5)
오프셋 보정신호 = Vave = (Vmax + Vmin)/2 (6)
A위상 및 B위상 모두에 대해서, 식 (5) 및 식 (6)을 이용해서 게인 보정신호 33, 34 및 오프셋 보정신호 35, 36이 각각 생성된다. 생성된 보정신호 33∼36은, 보정 연산부(200)에 입력된다.
다음에, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, A/D 변환기 14로부터의 신호 31의 오프셋이 오프셋 보정신호 35와 가산기 201에 의해 제로로 보정되고, 게인 보정신호 33과 승산기 202에 의해 A/D 변환기 14로부터의 신호 31의 게인이 소정값으로 보정된다. 이와 같이 함으로써, 오프셋과 게인이 보정된 Ａ위상 신호 37이 출력된다. 마찬가지로, A/D 변환기 24로부터의 신호 32의 오프셋이, 오프셋 보정신호 36과 가산기 203에 의해 제로로 보정되고, A/D 변환기 24로부터의 신호 32의 게인이 게인 보정신호 34과 승산기 204에 의해 소정값으로 보정된다. 이와 같이 함으로써, 오프셋과 게인이 보정된 Ｂ위상 신호 38이 출력된다. 또한, 가산기 207에 대해서는 후술한다.
다음에, 도 4을 참조하여, 제1 생성부(103)는, 고정적인 위상 어긋남(shift), 즉, 식 (2)에 있어서의 Δθ을 제로로 보정하기 위한 신호를 생성한다. 보정 연산부(200)로부터 입력된 Ａ위상 신호 37과 B위상 신호 38은 승산기(113)에서 승산되고, 그 후에 ＬＰＦ 123에 의해 직류 성분이 추출된다. 다시 말해, 진폭이 소정값 V로 보정되고, 오프셋이 제로로 보정되는 식 (1)의 Ａ위상 신호와 식 (2)의 B위상 신호가 승산되고, Ａ위상 신호와 B위상 신호의 적을, 하이의 식으로 나타낸다.
A(t) × B(t)
= V × cos(ωt) × {V × sin(ωt + Δθ)}
= -V2/2 × sin(-Δθ) + V2/2 × sin(2ωt + Δθ) (7)
식 (7)의 우변의 제1항은 고정적인 위상 어긋남 Δθ에 상관한 직류신호이며, 제2항은 검출 신호의 주파수 f에 대하여 2배의 주파수 성분이다. ＬＰＦ 123에 의해 제1항의 직류성분 Vdc이 추출된다.
Vdc = - V2/2 × sin(-Δθ) (8)
고정적인 위상 어긋남 Δθ을, 식 (8)을 이용해서 위상차 연산부 133에 의해 산출함으로써, 고정 위상차 보정신호 39가 취득된다.
Δθ = sin-1 {Vdc/(V2/2)} (9)
Δθ이 미소 각(<< 1 rad)인 경우에는, sin-1 연산을 행하지 않고 식 (9)우변의 괄호 안의 연산에 의해 Δθ을 근사해도 된다. 이 고정 위상차 보정신호 39를 이용해서 보정 연산부(200)에 의해 고정 위상차 보정이 행해진다.
다음에, 도 5에 나타낸 승산기 206 및 가산기 207에 의해 고정 위상차 보정이 행해진다. 고정 위상차 보정신호 39는, 승산기 206에 의해 오프셋과 게인이 보정된 A위상 신호 37와 곱해지고, 진폭이 조정된 A위상 신호가 가산기 207에 의해 B위상 신호와 가산되어서, B위상 신호의 고정적인 위상 어긋남이 보정된다. 즉, 고정 위상차 보정신호 39의 출력을 G라고 하면,
B(t) + G × A(t)
= V × sin(ωt + Δθ) + G × V × cos(ωt)
= {(V)2 + (G×V)2 + 2 × G × V2 × sin(Δθ)}1/2 × sin [ωt + tan-1[{G + sin(Δθ)}/cos(Δθ)]] (10)
이 된다.
고정 위상차 보정신호 Ｇ은, 식 (10)의 tan-1의 항이 제로가 되도록 식 (9)의 부호를 반전시킴으로써 더해진다.
tan-1[{G + sin(Δθ)}/cos(Δθ)] = 0 (11)
G는 V와 비교해 충분히 작기 때문에,
B(t) + G × A(t）≒ V × sin(ωt) (12)
이 된다.
이와 같이 함으로써, 가산기 207로부터의 출력의 고정 위상차가 제로로 보정된다. 따라서, 오프셋, 게인, 및 고정 위상차가 보정된 Ｂ위상 신호 38이 출력된다.
다음에, 시간차 보정에 관하여 설명한다. 상기 설명한 것처럼, 격자 패턴의 피치 P가 1㎛이고, 피계측부의 위치 변화가 1㎛일 때, A위상 및 B위상의 각각에 대한 검출 신호가 1㎛의 주기를 갖는 신호라고 가정한다. 이 경우, Vel = 1m/s에서는 f = 1MHz가 된다. I/V 변환기 12, 22의 구성 예를 도 8에 나타낸다. 간섭광은 수광기 11, 21에 의해 전류 Iin으로 변환되며, I/V 변환기 12, 22에 의해 전압 Vo로 변환된다. 여기에서, I/V 변환기 12, 22의 각각은, 저항 Rf, 커패시터 Cf, 및 ＯＰ 앰프(연산 증폭기)로 구성된다. 예를 들면, 시정수를, 10kΩ의 저항 Rf와 1.5pF의 커패시터 Cf의 곱인 1차 지연으로 나타내면,
시정수 = Rf × Cf = 15.0 ns (13)
이 된다.
또한, I/V 변환기 12, 22의 각각의 대역 fc은,
fc = 1/(2 ×π×Rf×Cf) = 10.6 MHz가 되고,
1MHz의 검출 신호에 대한 위상 지연은,
위상 지연 = - tan-1(1/10.6) = -5.4° (14)
이 된다.
다음에, 도 9a는 고정 위상차가 보정된 A위상 신호 및 B위상 신호의 신호 파형을 나타내고, 도 9b는 고정 위상차가 보정된 A위상 신호 및 B위상 신호의 신호 파형을 나타내며, 여기서, B위상 신호에 대해서 지연시간 Δt가 발생한다. 지연시간은, 수광기 11, 21로부터 A/D 변환기 14, 24까지의 A위상과 B위상 간의 패턴 길이의 차, A/D 변환기 14, 24 간의 샘플링 타이밍의 어긋남 등에 의해 발생할 수 있다. 패턴 길이의 차가 2cm인 경우, 약 0.1 ns의 지연 시간 Δt가 발생하지만, A/D 변환기 14, 24 간의 샘플링 타이밍의 어긋남에 의해 약 1 ns의 지연시간 Δt가 발생한다. 이 지연시간 Δt는, 검출신호의 주파수에 관계없이 기본적으로 일정값이며, 온도, 습도 등의 환경 조건에 의해 변화될 수도 있다.
다음에, 게인, 오프셋, 및 고정 위상차가 보정된 B위상 신호에 있어서, 지연시간 = Δt, I/V 변환기 12, 22의 각각의 1차 지연 시정수 = Tc이라고 하면,
B(t) = V × sin{2πf × (t + Δt）+ ∠tan-1(2πf×Tc)} (15)
이 된다.
여기에서, 2πf × Tc << 1, 즉, f << 1/(2πTc)인 경우,
∠tan-1(2πf×Tc）≒ 2πf × Tc (16)
이 된다.
식 (16)을 식 (15)에 대입하면,
B(t) = V × sin{2πf × (t + Δt + Tc)} (17)
이 된다.
여기에서, A위상에 대한 B위상의 1차 지연 시정수의 어긋남을 ΔTc로 하고, 식 (17)의 Ｔc에 ΔTc을 대입하면,
B'(t ) = V × sin{2πf × (t + Δt + ΔTc)} (18)
이 되고,
지연 시간의 차(시간차) Δτ은, 아래와 같다.
지연 시간의 차 Δτ = Δt + ΔTc (19)
이동 속도에 의존한 검출 신호의 주파수 f에 있어서의 Δτ에 의한 위상 어긋남 Δφ은, 식 (18) 및 식 (19)에 의해 아래와 같이 나타낸다.
Δφ = 2πfΔτ = 2πf × (Δt + ΔTc) (20)
여기에서, ΔTc의 수치 예에 대해서 설명한다. 도 8에 나타낸 Ｉ/V 변환기 12, 22의 회로 주변에는 부유 용량 Co가 기생하고, 패턴이나 부품배치에 의존해서, 약 1pF의 용량 Co가 기생한다. 여기에서, 커패시터 Cf와 부유 용량 Co의 합으로 용량을 나타내면, 아래와 같다.
Cf + Co = 1.5 + 1 = 2.5 pF
그리고, 시정수는, 아래와 같이 나타내고,
시정수 = Rf × Cf = 25.0 ns (21)
I/V 변환기의 대역 fc은, 아래와 같이 나타낸다.
fc = 6.4 MHz
또한, 1MHz의 검출신호에 대한 위상 지연은, 아래와 같이 나타낸다.
위상 지연 = -∠tan-1(1/6.4) = -8.9° (22)
커패시터 Cf의 정밀도는 ±10% 내이므로, 부유 용량 Co도 ±10% 내에서 변동할 가능성이 있다. 여기에서, Cf와 Co의 격차가 +10%이 될 경우의 용량은 다음과 같이 나타내고,
Cf + Co = 2.5 × 1.1 = 2.75 pF
시정수는 다음과 같이 나타낸다.
시정수 = Rf × Cf = 27.5 ns (23)
그리고, I/V 변환기 12, 22의 각각의 대역은 fc은 다음과 같이 나타내고,
fc = 5.79 MHz,
위상 지연은, 다음과 같이 나타낸다.
위상 지연 = - tan-1(1/5.8) = -9.80° (24)
또한, Cf와 Co의 격차가 -10%인 경우에는, 용량은 다음과 같이 나타내고,
Cf + Co = 2.5 × 0.9 = 2.25 pF,
시정수은, 다음과 같이 나타낸다.
시정수 = Rf × Cf = 22.5 ns (25),
그리고, I/V 변환기 12, 22의 각각의 대역 fc은, 다음과 같이 나타내고,
fc = 7.07 MHz
위상 지연은, 다음과 같이 나타낸다.
위상 지연 = - tan-1(1/7.07) = -8.05° (26)
식 (23)∼(26)을 이용해서 Cf와 Co의 격차에 의한 시정수의 차와 위상 지연의 차는, 다음과 같이 나타낸다.
시정수의 차 = 27.5 ns - 22.5 ns = 5.0 ns (27)
위상 지연의 차 = - 9.8 - (-8.05) = -1.75° (28)
도 10a는, A위상 신호 및 B위상 신호의 각각의 주파수 f=1MHz인 경우, 즉, Vel=1m/s인 경우의 검출 신호 파형을 나타내고, 도 10b는 식 (28)에 의해 취득된 위상 지연의 차가 -1.75°인 경우에 있어서의 이동 거리의 계측 오차를 나타낸다. 계측 오차는 검출신호의 1/2 주기를 가지며 0∼-6.8nm의 범위의 오차를 갖는 주기적 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 이 위상 지연의 차에 의한 계측 오차는, 약 1nm의 정밀도로 이동 거리를 계측할 경우에 매우 큰 오차원이 된다.
식 (18) 및 식 (19)에 있어서, Δτ이 일정한 경우에, 신호 주파수 f에 대한Δτ에 의한 위상 어긋남 Δφ은, 도 11과 같은 특성을 나타낸다. 실선은, 식 (16) 좌변에 식 (23) 및 (25)의 값을 대입해서 그 차분을 산출함으로써 얻은 선이며, 파선은 식 (16)의 우변의 직선 근사식을 이용해서 차분을 산출함으로써 얻은 선이다. 이렇게 함으로써, 컷오프 주파수 fc = 1/(2πTc)보다도 충분히 낮은 주파수에서는 Δτ에 의한 위상 어긋남 Δφ는 주파수 f에 비례하므로, 주파수가 낮을수록, 위상 어긋남이 작아진다는 것을 알 수 있다. 또한, 신호 주파수 f가 컷오프 주파수에 근접하면, 위상 어긋남 Δφ가 직선 근사식으로부터 벗어난다는 것을 알 수 있다.
다음에, 제1 생성부(103)와 제2 생성부(104)가 행하는 동작의 차를 참조하면서 제2 생성부(104)에 관하여 설명한다. 검출 신호의 위상 어긋남에 있어서는, 식(2)으로 나타낸 고정적인 위상 어긋남(위상차의 오차량) Δθ과 식 (18)∼(20)으로 나타낸 지연 시간의 차 Δτ에 의한 위상 어긋남(위상차의 변동량) Δφ이 혼재한다. 그렇지만, 고정적인 위상 어긋남 Δθ과 위상 어긋남 Δφ은, 주파수 f에 대하여 서로 다른 특성을 가지고 있다. 고정적인 위상 어긋남 Δθ은, 주파수 f에 의존하지 않고 일정하며, 위상 어긋남 Δφ은, 상기 설명한 것처럼 주파수 f에 의존해 주파수 f에 비례한다. 따라서, 낮은 주파수에서는 고정적인 위상 어긋남 Δθ이 지배적이므로, Δφ의 영향을 무시할 수 있다. 예를 들면, 도 11을 참조하면, 10kHz이하에서는 Δφ은 0.02°보다 적다. 이 경우, 제1 생성부(103)에 의해 위상 어긋남 Δθ을 정밀하게 검출함으로써, 보정 연산부(200)에 의해 고정적인 위상 어긋남 Δθ을 보정할 수 있다.
다음에, 이동 속도를 상승시켜서 주파수 f를 높게 해서, Δφ의 영향이 커진 상태에서 제2 생성부(104)에 의해서 위상 어긋남 Δφ을 산출한다. 도 4에 나타낸 제2 생성부(104) 내에 설치된 승산기 114, ＬＰＦ 124, 및 위상차 연산부 134은 제1 생성부(103) 내에 설치된 것과 같은 동작을 행한다. 고정적인 위상 어긋남 Δθ은 보정 연산부(200)에 의해 보정되어 있기 때문에, 위상차 연산부 134에서는, 식 (7), 식 (18), 및 식 (19)을 이용해서 다음의 식을 취득한다.
A(t) × B'(t)
= V × cos(ωt) × [V × sin {ω × (t + Δτ)}]
= - V2/2 × sin(-ωΔτ) + V2/2 × sin(2ωt + ωΔτ) (29)
식 (29)의 우변의 제1항은 지연 시간의 차 Δτ에 상관한 직류신호이며, 제2항은 검출 신호의 주파수 f에 대하여 2배의 주파수 성분이다. ＬＰＦ 124에 의해 제1항의 직류성분 Vdc이 추출된다.
Vdc = - V2/2 × sin(-ωΔτ) (30)
sin(ωΔτ) = Vdc/(V2/2) (31)
위상차 연산부 134에서는, 식 (32) 또는 식 (33)을 이용해서 위상차의 변동량 Δφ을 산출한다.
Δφ = ωΔτ = sin-1{Vdc/(V2/2)} (32)
Δφ << 1(rad)인 경우, Δφ≒Vdc/(V2/2) (33)
다음에, 시간차 연산부 144에서는, Vdc을 계측했을 때의 이동 속도에 의존하는 검출 신호의 주파수 f에 근거하는 신호 42를 이용해서 단위 각 주파수당의 지연 시간의 차 Δτ을 산출하고, 그 차 Δτ을 시간차 보정신호(차신호) 40로서 출력한다.
Δτ = Δφ/ (2 ×π× f) (34)
상기 설명한 것처럼, 지연 시간의 차 Δτ은, 검출 신호의 주파수에 관계없이 기본적으로 일정값이지만, 온도, 습도 등의 환경조건에 의해 변화되는 경우가 있다. 따라서, Δτ의 계측 및 산출은, 항상 행할 필요는 없지만, 온도, 습도 등의 환경요소의 변화, 시간에 따른 변화 등에 의해 Δτ이 변화될 가능성이 있는 경우에만 다시 계측하면 된다.
상기 설명한 것처럼, 계측 대상이 레티클 스테이지(4) 및 웨이퍼 스테이지(7)의 스캔 방향인 경우, 노광시에 스캔 구동속도, 즉 이동 속도가 최고 속도에서 안정화된다. 또한, 계측 대상이 웨이퍼 스테이지(7)의 스텝 방향인 경우, 웨이퍼 스테이지(7)가 노광후의 다음 칩으로 이동할 때에 스텝 구동속도가 최고가 된다. 따라서, 지연 시간의 차 Δτ을 계측하기 위해서는, 스캔 구동속도 및 스텝 구동속도의 최고 속도에서 주파수 f가 가장 높게 된 경우에 최적의 조건이 된다. 또한, 스캔 구동이나 스텝 구동 시에, 레티클 스테이지(4)나 웨이퍼 스테이지(7)가 등속 이동 중에, 지연 시간의 차 Δτ의 계측이 행해진다. 이 경우, 지연 시간의 차 Δτ를, 각 스캔 구동 및 스텝 구동마다 계측하거나, 계측의 시간 간격을 임의로 길게 해서 정기적으로 계측해도 된다. 또한, 노광 동작과는 별도로, 계측 시퀸스를 제공하여, 주파수 f가 높아지는 최고 속도 부근에서 각 스테이지를 구동해서 지연 시간의 차를 산출하고, 주파수 f가 충분히 낮아지는 저속도에서 각 스테이지를 구동해서 고정 위상 어긋남을 산출해도 된다. 또한, 실제의 계측 대상의 구동 대신에, 최고 속도에서 검출되는 주파수와 전기적으로 동등한 고주파 신호를 수광기 11, 21 또는 I/V 변환기 12, 22에 인가해서 지연 시간의 차 Δτ을 계측해도 된다.
상기 설명한 것처럼, 본 실시예의 계측장치는, 제1 및 제2 위상 신호를 출력하는 디바이스의 지연 시간의 차를 산출할 수 있으면 된다. 따라서, 수광기 11, 21로부터 A/D 변환기 14, 24까지의 A위상과 B위상 간의 패턴 길이의 차, 샘플링 타이밍의 어긋남, I/V 변환기 12, 22이나 회로의 부유 용량 등에 의한 지연 시간의 차 Δτ을 계측할 수 있으면 된다. 그 계측 방법은 특별하게 한정되지 않는다. 또한, 시간차 연산부 144에 의해 산출된 지연 시간의 차 Δτ은, (도면에 나타내지 않은) 기억 유닛에 기억되어도 된다.
다음에, 도 9b에 나타나 있는 바와 같이, A위상 신호에 대하여 B위상 신호가 시간 Δτ 지연되는 경우를 예로 들어 설명한다. 보정신호 생성부(100)의 제2 생성부(104)에 의해 생성된 식 (34)의 지연 시간차 Δτ, 즉 시간차 보정신호 40은 타이밍 생성부(400)에 입력된다. 타이밍 생성부(400)은, 시간차 보정신호 40을 이용해서 A위상 신호와 B위 상신호의 샘플링 타이밍을 조정한다. 예를 들면, B위상 신호가 A위상 신호와 비교해서 시간 Δτ만큼 지연되고, A위상 신호와 B위상 신호의 샘플링을 동시에 행하는 것이 아니라, B위상 신호의 샘플링을 지연 시간의 차Δτ만큼 지연시킨다. 이 조작에 의해, 지연 시간의 차 Δτ은 샘플링 타이밍 Δτ에 의해 상쇄되어서 지연 시간의 차 Δτ에 의해 발생하는 위상 어긋남을 교정함으로써, 지연 시간의 차에 기인하는 계측 오차를 보정하는 것이 가능해진다.
식 (27)에 있어서의 지연 시간의 차 Δτ= 5.0 ns인 경우, B위상 신호의 샘플링을 5ns만큼 지연시킴으로써 지연 시간의 차를 상쇄할 수 있다. 지연 시간의 차에 기인하는 계측 오차를 1nm이하로 설정하기 위해서, 샘플링 타이밍의 조정은, 예를 들면 대략 0.1ns의 분해능으로 행할 필요가 있다. 타이밍 생성부(400)는, ＦＰＧＡ(Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ)로 구성되고, ㄷ대략 1ns의 분해능으로 타이밍 조정을 행하는 것이 가능하다.
본 발명에서는, A/D 변환기 14, 24로 샘플링 타이밍을 조정함으로써 지연 시간의 차 Δτ을 상쇄하지만, A/D 변환기 14, 24의 2개의 동일한 샘플링 타이밍을 설정해서 디지털화한 데이터를 Δτ만큼 시프트시키는 방법에 의해서 동등의 성능을 취득할 수 없다. 예를 들면, 디지털화한 데이터를 0.1ns의 분해능으로 시프트시키기 위해서, 적어도 10 GHz(0.1 ns 주기)의 Ａ/D 변환기 14, 24가 필요하게 된다.이 경우, A/D 변환기 14, 24에 의해 디지털화 데이터가 매우 고속으로 연산되어서, 실현하는 것이 곤란하다.
한편, 0.1ns의 분해능으로 샘플링 타이밍을 조정하는 것은, 시판되어 있는 ＦＰＧＡ 등에 의해 가능해서, 10 MHz(100ns 주기)의 A/D 변환기 14, 24로 원하는 성능을 얻을 수 있다.
상기 설명한 것처럼, A/D 변환기 14, 24의 샘플링 주파수를 필요이상으로 상승시키는 일없이 샘플링 타이밍의 분해능을 증가시켜서 지연 시간의 차 Δτ에 의거하여 샘플링 타이밍을 조정함으로써, 지연 시간의 차에 의한 위상 어긋남을 보정할 수 있다.
상기 설명한 것처럼, 지연 시간의 차 Δτ은, 검출 신호의 주파수에 관계없이 기본적으로 일정값이다. 그 때문에, 이동 속도, 즉 A위상 신호와 B위상 신호의 주파수에 영향을 받지 않고, 샘플링 타이밍을 고정적으로 Δτ만큼 시프트시키는 것에 의해 지연 시간의 차에 의한 위상 어긋남을 보정할 수 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 컷오프 주파수 fc = 1/(2πTc) 부근 이상의 주파수가 입력되는 경우에는, 위상 어긋남 Δφ의 보정신호에 있어서, 보정 오차가 커진다. 이 경우, 컷오프 주파수 부근 이상의 주파수가 되는 이동 속도에서 식 (34)의 지연 시간의 차 Δτ을 산출해도 되고, 필요한 정밀도에 따라 검출 신호의 주파수 f에 대하여, 꺾은선 근사(broken line approximation)나 곡선 피팅(curve fitting)에 의해서 위상 어긋남 Δφ을 산출해도 된다.
다음에, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 보정 연산부(200)로부터의 A위상 신호 37과 B위상 신호 38를 이용해서, 위상 연산부 301에 의해 간섭광의 위상이 산출된다. A위상 신호와 B위상 신호의 비를 이용하는 tan-1 연산에 의해 위상을 산출해도 되고, 신호의 비에 대응하는 테이블을 참조해서 위상을 결정해도 된다. 산출된 위상신호를 이용해서 거리 연산부(302)가 계측 대상의 이동 거리를 산출한다. 예를 들면, 격자 패턴의 피치가 1㎛인 경우, 위상신호가 2π만큼 변화하면 1㎛의 이동 거리가 된다. 회전 각도를 계측하는 경우에 있어서도 마찬가지로, 격자 패턴의 피치에 대하여 회전 각도가 할당된다. 예를 들면, 360°가 1000 등분되는 경우, 위상신호가 2π만큼 변화하면 회전각도가 0.36°이 된다.
A위상 신호 37 및 B위상 신호 38의 각각에는, 수광기 11, 21 및 I/V 변환기 12, 22의 샷(shot) 노이즈, 써멀(thermal) 노이즈, ＯＰ 앰프 등의 노이즈와 같은 노이즈가 중첩되어 있기 때문에, 거리 연산부(302)로 산출된 거리의 값에도 노이즈가 포함된다. 이 노이즈를 저감하기 위해서 이하의 폐루프 필터(303)가 구성된다. 폐루프 필터(303)는, 가감산기(313)와, 직렬로 접속된 제1 적분기(323) 및 제2 적분기(333)로 구성된다. 폐루프 필터(303)는 제2 적분기(333)의 출력 41을 계측 대상의 위치로서 출력하고, 가감산기(313)로의 피드백을 행한다. 폐루프 필터(303)는 노이즈 저감을 행할 뿐만 아니라 피드백 구성에 의해 입력 신호에 대한 편차를 제로에 억제하는 것이 가능하기 때문에, 보다 정확한 이동 거리를 출력할 수 있다. 또한, 제2 적분기(333)의 출력은 거리를 의미하기 때문에, 그 업스트림 출력, 즉 제1 적분기(323)의 출력은 속도에 따른 신호가 된다. 이 속도에 따른 신호를 이용하는 식 (4)에서 격자 패턴의 피치에 의거하여, 정수 연산부(343)가 A위상 및 B위상의 각각의 검출 신호의 주파수 f에 근거하는 신호 42을 산출할 수 있다. 신호 42에 존재하는 노이즈도 폐루프 필터(303)에 의해 저감되어 정확한 출력 신호가 된다.
상기 설명한 것처럼, 본 실시예의 엔코더를 레티클 스테이지(4) 및 웨이퍼 스테이지(7)에 사용함으로써, 매우 고속으로 구동되는 스테이지로부터의 출력 신호의 시간차에 기인하는 위상 어긋남을 보정할 수 있다. 그 결과, 계측 오차가 보정되어서, 고정밀한 스테이지 위치 계측 및 제어가 가능해진다. 즉, 계측 대상의 위치를 계측하는 엔코더가, 출력 신호의 적어도 하나에 근거하는 주파수에 의존하는 위상차의 변동을 보상하여, 시간차에 기인하는 계측 오차를 보상하는 것이 가능해 진다.
이상과 같이, 본 실시예 에 의하면, 출력 신호의 위상 간의 시간차에 기인한 계측 오차를 보상하는 계측장치를 제공할 수 있다.
(물품의 제조방법)
본 발명의 실시예에 따른 물품의 제조 방법은, 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스, 미세구조를 가지는 소자 등의 물품을 제조하는 데에 적합하다. 상기 물품의 제조 방법은, 물체(예를 들면, 감광재가 도포된 기판) 위에 상기의 리소그래피 장치를 사용해서 패턴(예를 들면, 잠상 패턴)을 형성하는 스텝과, 이전의 스텝에서 잠상 패턴이 형성된 물체를 처리하는 스텝(예를 들면, 현상 스텝)을 포함할 수 있다. 한층 더, 상기 물품의 제조 방법은, 다른 주지의 스텝(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함할 수 있다. 본 실시예의 디바이스 제조방법은 종래의 디바이스 제조방법과 비교해서, 디바이스의 성능, 품질, 생산성 및 제조비용 중 적어도 한 개에 있어서 이점이 있다.
예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 상기 실시예에 있어서, 리소그래피 장치로서 자외광, 진공 자외광 또는 극단 자외광을 사용하는 노광장치(1)의 예를 설명했다. 그렇지만, 리소그래피 장치는, 그것에 한정하지 않고, 원판 또는 기판을 보유하는 가동의 스테이지를 포함하는 리소그래피 장치여도 된다. 예를 들면, 리소그래피 장치는 전자빔과 같은 하전 입자빔으로 기판 위에 기록을 행해서 기판 위에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치여도 되고, 또는 몰드(mold)를 사용해서 기판 상의 임프린트재(imprint material)를 성형(몰드)해서 기판 위에 패턴을 형성하는 임프린트 장치여도 된다.
본 출원은 명세서에 참고로 첨부되는 2012년 8월 3일자로 출원된 일본 특허 출원 제2012-172518으로부터 우선권을 주장한다.

Claims (12)

  1. 위상이 서로 다른 제1 위상 신호 및 제2 위상 신호에 의거해서 대상물의 위치를 계측하는 계측장치로서,
    상기 제1 위상 신호와 상기 제2 위상 신호 중의 적어도 하나의 주파수에 대응하는 상기 제1 위상 신호와 상기 제2 위상 신호 간의 위상차의 변동량과 상기 주파수에 의거하여 상기 제1 위상 신호의 지연 시간과 상기 제2 위상 신호의 지연 시간 간의 차를 나타내는 차신호를 생성하는 생성부와,
    상기 차신호에 의거하여 상기 제1 위상 신호와 상기 제2 위상 신호 중의 적어도 하나의 샘플링 타이밍을 조정하는 조정부를 구비하는, 계측장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성부는, 상기 위상차의 변동량과 상기 주파수에 대응하는 각주파수에 의거하여 상기 차신호를 생성하는, 계측장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성부는, 상기 주파수에 의존하지 않는 상기 위상차의 오차량에 의거하여 상기 제1 위상 신호의 진폭을 조정하고, 진폭이 조정된 상기 제1 위상 신호를 상기 제2 위상 신호에 가산해서 상기 오차량을 보상하는, 계측장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수에 의존하는 상기 위상차의 변동량과 상기 주파수에 의존하지 않는 상기 위상차의 오차량을 취득하도록 구성된 디바이스를 더 구비하고,
    상기 주파수에 의존하지 않는 상기 위상차의 오차량은, 상기 주파수에 의존하는 상기 위상차의 변동량보다 먼저 취득되고, 상기 주파수에 의존하는 상기 위상차의 변동량은, 상기 주파수에 의존하지 않는 상기 위상차의 오차량이 보상된 상기 제1 위상 신호 및 상기 제2 위상 신호에 의거해서 취득되는, 계측장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 주파수에 의존하는 상기 위상차의 변동량을 취득하는 주파수는, 상기 주파수에 의존하지 않는 상기 위상차의 오차량을 취득하는 주파수보다 높은, 계측장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 위상 신호 및 상기 제2 위상 신호를 생성하기 위한 요소들이 간격을 두고 배치된 스케일을 더 구비하고,
    상기 주파수는, 상기 대상물의 이동 속도와 상기 간격에 의거해서 취득되는, 계측장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 위상 신호 및 상기 제2 위상 신호에 의거하여 상기 대상물의 위치를 출력하는 출력 디바이스를 더 구비하고,
    상기 출력 디바이스는, 제1 적분기와 제2 적분기를 직렬로 포함하는 폐루프 필터를 포함하고, 상기 폐루프 필터를 통해서 상기 대상물의 위치를 출력하는, 계측장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 적분기의 출력에 의거하여 상기 주파수를 취득하도록 구성된 디바이스를 더 구비하는, 계측장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 주파수에 의존하는 상기 위상차의 변동량은, 상기 대상물이 등속으로 이동하는 경우에 취득되는 상기 제1 위상 신호 및 상기 제2 위상 신호에 의거해서 취득되는, 계측장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 주파수에 의존하는 상기 위상차의 변동량은, 상기 제1 위상 신호와 상기 제2 위상 신호를 승산해서 취득된 신호의 직류 성분에 의거해서 취득되는, 계측장치.
  11. 패턴을 기판 위에 형성하는 리소그래피 장치로서,
    원판 또는 상기 기판을 보유해서 이동시키는 홀더와,
    상기 홀더의 위치를 계측하는 계측장치를 구비하고,
    상기 계측장치는, 청구항 1에 따른 계측장치인, 리소그래피 장치.
  12. 청구항 11에 따른 리소그래피 장치를 이용하여 물품을 제조하는 방법으로서,
    리소그래피 장치를 이용해서 패턴을 기판 위에 형성하는 단계와,
    상기 패턴이 형성된 기판을 처리해서 상기 물품을 제조하는 단계를 포함하는, 물품의 제조방법.
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