TW201407296A - 測量設備，微影設備，和物品製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之測量設備係一測量設備，其基於第一相位信號及第二相位信號測量一物件之位置，該等信號之相位係彼此不同。該測量設備包含產生器，其被建構成基於該第一相位信號與第二相位信號間之相位差的變動量、及該頻率產生一差異信號，該差異信號指示該第一相位信號之延遲時間與該第二相位信號的延遲時間之間的差異，該變動量對應於該第一相位信號與該第二相位信號之至少一者的頻率；及調整器，被建構成基於該差異信號調整用於該第一相位信號與該第二相位信號之至少一者的取樣時機。

Description

測量設備，微影設備，和物品製造方法
本發明有關測量設備、微影設備、及物品製造方法。
近年來，需要用於微影設備之高生產力(產量)及很細圖案形成性能(解析度)，供使用於製造諸如半導體積體電路與類似者之裝置。於此一微影設備中，原始板件或基板被安裝在其上之載台必需在高速被準確地定位。如此，需要能夠正確地測量在高速操作的載台之位置的測量設備。該定位準確度視載台位置之測量準確度而定。譬如，編碼器可被用作一用於測量載台之位置的單元，該載台以奈米或更少之準確度在高速運動。來自編碼器之輸出信號由二相位正弦信號(彼此移位達90度之相位A及相位B)所組成。每一相位信號之振幅/偏置及二相位信號間之相位差必須被適當地調整。日本專利特許公開申請案第2002-228488號揭示用於調整每一輸出信號之振幅/偏置及二輸出信號間之相位差的方法。
在此，當編碼器被使用於測量在高速運動的載台之位置時，來自該編碼器的輸出信號之頻率係與載台運動速率成比例的。如此，當用於生產力中之改善的載台運動速率增加時，來自該編碼器的輸出信號之頻率亦成比例地增加。在另一方面，既然用於輸出來自該編碼器之輸出信號的偵測電路之頻帶係有限的，來自該編碼器之輸出信號在高頻係伴隨著一相位延遲。再者，由於該偵測電路之零組件的性能中之變動，用於相位A及相位B的偵測電路之頻帶(頻率特徵)可為彼此不同的。因此，於高頻之案例中，在二偵測電路間之相位延遲特徵變得不同，以致二相位之間的相位差係移位90度。注意二相位之間的相位差中之移位可由於纜線長度、基板圖案長度、或數位電路或A/D轉換器根據該等相位之信號的信號傳播延遲時間中之差異而發生。該相位差中之移位可在位置測量中造成一誤差，導致在定位準確度中之減少。
譬如，本發明提供對於補償多相信號之間的相位差中之變動有利的測量設備。
根據本發明之態樣，提供一測量設備，其基於第一相位信號及第二相位信號測量一物件之位置，該等信號之相位係彼此不同，該測量設備被提供，而包含產生器，其被建構成基於該第一相位信號與第二相位信號間之相位差的變動量、及該頻率產生一差異信號，該差異信號指示該第 一相位信號之延遲時間與該第二相位信號的延遲時間之間的差異，該變動量對應於該第一相位信號與該第二相位信號之至少一者的頻率；及調整器，被建構成基於該差異信號調整用於該第一相位信號與該第二相位信號之至少一者的取樣時機。
本發明之進一步特色將參考所附圖面由示範實施例的以下敘述變得明顯。
1‧‧‧曝光設備
2‧‧‧照明光學系統
3‧‧‧光罩
4‧‧‧光罩載台
5‧‧‧投射光學系統
6‧‧‧晶圓
7‧‧‧晶圓載台
8‧‧‧測量設備
10‧‧‧計算單元
11‧‧‧光接收器
12‧‧‧I/V轉換器
13‧‧‧放大器
14‧‧‧A/D轉換器
21‧‧‧光接收器
22‧‧‧I/V轉換器
23‧‧‧放大器
24‧‧‧A/D轉換器
31‧‧‧信號
32‧‧‧信號
33‧‧‧增益校正信號
34‧‧‧增益校正信號
35‧‧‧偏置校正信號
36‧‧‧偏置校正信號
37‧‧‧信號
38‧‧‧信號
39‧‧‧信號
40‧‧‧信號
41‧‧‧輸出
42‧‧‧信號
43‧‧‧信號
44‧‧‧信號
100‧‧‧校正信號產生器
101‧‧‧增益校正信號產生器
102‧‧‧偏置校正信號產生器
103‧‧‧第一產生器
104‧‧‧第二產生器
113‧‧‧乘法器
114‧‧‧乘法器
123‧‧‧低通濾波器
124‧‧‧低通濾波器
133‧‧‧相位差計算單元
134‧‧‧相位差計算單元
144‧‧‧時差計算單元
200‧‧‧校正計算單元
201‧‧‧加法器
202‧‧‧乘法器
203‧‧‧加法器
204‧‧‧乘法器
206‧‧‧乘法器
207‧‧‧加法器
300‧‧‧測量計算單元
301‧‧‧相位計算單元
302‧‧‧距離計算單元
303‧‧‧閉環濾波器
313‧‧‧加法器/減法器
323‧‧‧第一積分器
333‧‧‧第二積分器
343‧‧‧常數計算單元
400‧‧‧時機產生器
圖1係一示意圖，說明根據本發明的一實施例之曝光設備的組構。
圖2係一示意圖，說明根據本發明的一實施例之計算單元的組構。
圖3係一示意圖，說明根據本發明的一實施例之校正信號產生器的組構。
圖4係一示意圖，說明第一產生器及第二產生器的組構。
圖5係一示意圖，說明根據本發明的一實施例之校正計算單元的組構。
圖6係一示意圖，說明根據本發明的一實施例之測量計算單元的組構。
圖7係一示意圖，說明於校正之前的偵測信號及理想信號之範例。
圖8係一示意圖，說明根據本發明的一實施例之I/V 轉換器的組構。
圖9A係一示意圖，說明一信號波形，其中固定的相位差係根據本發明的一實施例所校正。
圖9B係一示意圖，說明當延遲時間發生在圖9A所示信號的相位B信號中時之信號波形。
圖10A係一示意圖，說明根據本發明的一實施例之偵測信號波形。
圖10B係一示意圖，說明根據本發明的一實施例之測量誤差的特徵。
圖11係一示意圖，說明相移相對於頻率之特徵。
下文，本發明之較佳實施例現在將參考所附圖面被敘述。
首先，將敘述一曝光設備當作一應用本發明之示範微影設備。圖1係一概要圖，說明曝光設備1的組構。本實施例之曝光設備1係一投射型曝光設備，其使用步進及掃描系統或步進及重複系統將罩幕(原始板件)上所形成之圖案曝光至玻璃板(基板)、亦即待處理的基板上。首先，該曝光設備1包含照明光學系統2、固持光罩3之光罩載台4、投射光學系統5、固持晶圓6的晶圓載台7、及測量設備(測量頭)8。
該照明光學系統2包含用作光源區段之雷射振盪裝置(未示出)，且係一照明將在下面敘述之光罩3的裝置， 而一轉印電路圖案係形成在該光罩上。在此，可被用作光源的雷射之範例包含具有大約193奈米波長之ArF準分子雷射、具有大約248奈米波長的KrF準分子雷射、具有大約157奈米波長之F2準分子雷射、與類似者等。雷射之型式不被限制於準分子雷射，且譬如YAG雷射亦可被使用。雷射之數目亦不被限制。此外，當該光源區段利用雷射時，光束成形光學系統或不相干的光學系統較佳地係被使用，該光束成形光學系統將來自該雷射振盪裝置之平行光通量成形為想要之光束形狀，該不相干的光學系統造成相干雷射不相干的。再者，可用於該光源區段之光源不受限於雷射，但諸如水銀燈或氙氣燈及極端紫外線光源之單一或複數燈泡亦可被使用。
該光罩3係譬如由石英玻璃所製成之原始板件。待轉印之電路圖案係形成在該光罩3上。該光罩載台(原始板件夾具)4亦係一被支撐在光罩載台導引件(未示出)上之載台裝置，以便可於該XY方向中運動及藉由吸力通過光罩夾頭(未示出)固持該光罩3。
該投射光學系統5以預定倍率(例如1/4或1/5)將該光罩3上之圖案投射及曝光至該晶圓6上，該圖案被來自該照明光學系統2的曝光光線被照明。當作該投射光學系統5，僅只由複數光學元件所組成之光學系統、或由複數光學元件與至少一凹面鏡所組成之光學系統(光線反射曲折的光學系統)能被採用。另一選擇係，當作該投射光學系統5，由複數光學元件與至少一繞射光學元件、諸如 開諾全息照片(kinoform)所組成之光學系統、整個鏡片型光學系統等亦可被採用。注意光罩載台導引件(未示出)及該投射光學系統5被支撐在安裝於地板(基底表面)上之筒體表面板件(未示出)上。
該晶圓6係一待處理之基板，並由單晶矽等所製成。抗蝕劑(光阻劑)被施加至其表面。晶圓載台(基板夾具)7係一載台，其係可於該三維方向中運動，且包含一細微運動載台及一粗略運動載台(兩者未示出)。該細微運動載台係一載台，其係可於x、y、z、ωx、ωy及ωz之每一方向中細微地驅動，且藉由吸力通過晶圓夾頭(未示出)固持該晶圓6。該粗略運動載台係一載台，其係可於x、y及ωz之每一方向中驅動，同時固持該細微運動載台，且被安裝在該載台表面板件上，該載台表面板件被安裝在該地板上。
該測量設備8係譬如編碼器測量頭。其較佳的是該測量設備8被附著至一載台(該光罩載台4或該晶圓載台7)，其隨著該光罩3或該晶圓6運動。該編碼器亦具有一比例尺，其中用於產生測量一測量物件之位置所需要的信號之元件係以互相隔開的關係配置，在此該比例尺係藉由測量頭(未示出)所讀取。該編碼器係附著至一固定不動之構件(表面板件等)，以便面朝該測量頭。於圖1中，僅只一測量頭被說明性地顯示為該測量設備8。而在本實施例中，一組構被作成，使得該測量頭被附著至該載台，且該比例尺被附著至該表面板件，一組構亦可被製 成，使得該測量頭係附著至該表面板件，且該比例尺係附著至該載台。其亦被考慮一干涉儀大致上被用作位置測量設備。該干涉儀藉由偵測反射光之干擾光來測量一測量物件的位置，該干擾光藉由以雷射光照射一鏡片所獲得，反之該編碼器藉由偵測繞射光之干擾光來測量一測量物件的位置，該繞射光之干擾光藉由以光照射該比例尺網格圖案所獲得。大致上，於每一測量設備中所提供的光線照明單元及偵測單元、與鏡片或網格圖案之間，每一光學路徑中的溫度、濕度、及壓力中之變動導致折射率中之變化，導致在位置測量中發生誤差。當該光學路徑變短時，該誤差變小。如此，編碼器能以比干涉儀較高的準確度施行位置測量，而光線照明單元及光線偵測單元與鏡片或網格圖案能在該編碼器中被配置成彼此接近。
該曝光設備1亦包含一施行該晶圓6之定位的對齊偵測系統、承載該光罩3或該晶圓6進出該曝光設備1之傳送系統、及控制裝置(未示出)。該對齊偵測系統具有一對齊範圍及一焦點感測器(兩者皆未示出)。該對齊範圍係一測量晶圓6等的位置於該x及y方向中之移位的測量設備。該焦點感測器係一測量晶圓6等於該z方向中之位置的測量設備。如於那些上面所述者中，該曝光設備1亦具有一施行該光罩3之定位的光罩對齊偵測系統(未示出)。
該傳送系統具有一載進/載出該光罩3之光罩傳送系統及一載進/載出該晶圓6的晶圓傳送系統。該光罩傳送 系統具有第一傳送機器手臂及第二傳送機器手臂，該等機器手臂於被放置在預定光罩入口上的光罩傳送盒及該光罩載台4之間施行傳送。在此，該光罩傳送盒係一載具，其將複數光罩3固持於其內部。該晶圓傳送系統具有第三傳送機器手臂及第四傳送機器手臂，該等機器手臂於被放置在預定晶圓入口上的晶圓載具及該基板載台之間施行傳送。在此，該晶圓載具係一於其內部固持複數晶圓6的載具、諸如FOUP(前端開啟式晶圓傳送盒)，其係一包含前門之容器。
該控制裝置係一控制該曝光設備1之零組件的操作、調整處理、與類似者等的控制單元。該控制裝置(未示出)係藉由電腦、定序器等所建構，其係經由一線路連接至該曝光設備1之零組件，並具有諸如磁性儲存媒體等儲存單元。該控制裝置藉由使用一程式或一順序執行該等零組件之控制。
其次，將敘述藉由該曝光設備1所施行之曝光處理。首先，該晶圓傳送系統由該晶圓載具至該晶圓夾頭運送待處理之晶圓6。該光罩傳送系統亦由該光罩傳送盒至該光罩載台4運送將被使用於該批次的光罩3。其次，在該光罩3已藉由該光罩對齊偵測系統所定位之後，該光罩3在來自該光罩載台4的驅動器之下被移至該投射光學系統5上之預定位置。同樣地，在該晶圓6已藉由該對齊偵測系統定位之後，該晶圓6藉由驅動該基板載台而被配置在該投射光學系統5下方的一預定位置。其次，該照明光學系 統2以照射光照射該光罩3。同時，該曝光設備1在與該投射光學系統5之放大率成比例的速率同步地驅動該光罩載台4及該晶圓載台7，使得形成在該光罩3上之電路圖案被轉印至該晶圓6的預定位置。在此，為了準確地轉印一電路圖案，該曝光設備1預先將藉由該對齊偵測系統所測量的先前結果反映至一基板載台驅動目標值。然後，該曝光設備1藉由連續地驅動該晶圓載台7及該光罩載台4來重複曝光處理，以藉此將該電路圖案轉印至該晶圓6之整個表面。為了改善生產力，該光罩載台4及該晶圓載台7之每一者需要在超高速率下被驅動，且其位置或速率需要被以超高準確度所控制，用於細化曝光。
將敘述一編碼器當作根據本發明的一實施例之測量設備的範例。該編碼器係二相位型編碼器或三相位型編碼器的其中一者，在該二相位型編碼器中，該等相位係彼此不同達90度，而在該三相位型編碼器中，該等相位係彼此不同達120度，且視位置中之變化而定，偵測光係正弦光。既然該二相位型編碼器之基本操作係與該三相位型編碼器相同，將藉由舉本實施例中之二相位型編碼器當作範例來敘述。該編碼器包含一計算單元(算術邏輯單元或處理器)10，其由藉著該偵測單元所偵測之二相位的偵測光(信號)施行位置計算。該計算單元10的組構被顯示在圖2中。如圖2所示，該計算單元10包含光接收器11及21、I/V轉換器12及22、放大器13及23、A/D轉換器14及24；與校正信號產生器100、校正計算單元(補償 單元)200、測量計算單元300、及時機產生器400，其每一者用作一產生器。
首先，該光接收器11及21將藉由該編碼器的偵測單元所偵測之二相位的信號轉換成電流。假設彼此不同的二相位之信號係一相位A(第一相位信號)及一相位B(第二相位信號)，該光接收器11將該相位A信號轉換成電流，且光接收器21將該相位B信號轉換成電流。注意正-本-負(PIN)光電二極體、突崩光電二極體等亦可被用作該光接收器11及21。其次，該等I/V轉換器12及22之每一者係藉由電阻及計算放大器(OP放大器)所構成。該I/V轉換器12及22將二相位之信號轉換成電壓，該等信號已分別藉由該等光接收器11及12被轉換成電流。該I/V轉換器12將來自該光接收器11之電流轉換成電壓，且該I/V轉換器22將來自該光接收器21的電流轉換成電壓。其次，該等放大器13及23將分別藉由該I/V轉換器12及22所轉換之電壓放大至一預定電壓。該放大器13放大來自該I/V轉換器12的電壓，且該放大器23放大來自該I/V轉換器22之電壓。其次，該A/D轉換器14及24將該等類比信號轉換成數位信號，該等類比信號已分別藉由該等放大器13及23被放大至一預定電壓。該A/D轉換器14將來自該放大器13之信號轉換成數位信號，且該A/D轉換器24將來自該放大器23的信號轉換成數位信號。
該校正信號產生器100由來自該等A/D轉換器14及 24之信號與來自將在下面敘述的校正計算單元200及測量計算單元300之反饋信號產生一校正信號，並將該信號送至該校正計算單元200。該校正信號產生器100包含一增益校正信號產生器101、一偏置校正信號產生器102、第一產生器103、及第二產生器104。該校正信號產生器100的組構被顯示在圖3中。首先，該增益校正信號產生器101產生一用於校正來自由該等A/D轉換器14及24所輸出之信號的增益之校正信號，且該偏置校正信號產生器102產生一信號，用於校正來自由該A/D轉換器14及24所輸出之信號的偏置。該第一產生器(固定式相位差校正信號產生器)103包含乘法器113、LPF(低通濾波器)123、及相位差計算單元133。該第一產生器103產生一信號，用於校正由來自該校正計算單元200所輸出之信號的固定式相移。該第二產生器(時差校正信號產生器)104包含乘法器114、LPF 124、相位差計算單元134、及時差計算單元144。該第二產生器104產生一信號，用於校正藉由來自由該校正計算單元200所輸出之信號及由該測量計算單元300所輸出的反饋信號之時差所造成的相移。該第一產生器103及該第二產生器104的組構被顯示在圖4中。
該時機產生器(調整器)400接收一已藉由延遲時差所產生之時差校正信號，該延遲時差藉由該校正信號產生器100所計算，以藉此產生用於調整該相位A信號與該相位B信號之取樣時機的信號43及44。
該校正計算單元200計算一來自由該等A/D轉換器14及24與該校正信號產生器100所輸出之信號、及來自由該測量計算單元300所輸出之反饋信號的校正值，且接著將所計算之信號送至該校正信號產生器100與該測量計算單元300。如圖5所示，該校正計算單元200包含加法器201、203及207與乘法器202、204及206。該校正計算單元200的組構將在下面被詳細地敘述。
其次，該測量計算單元300計算來自該信號的干擾光之相位狀態，且該信號的偏置、增益、固定式相位差、及可變相位差已藉由該校正計算單元200所校正，以藉此輸出一測量物件之位置。該測量計算單元300亦視該運動速率而定基於該偵測信號之頻率f產生一信號。該測量計算單元300包含相位計算單元301、距離計算單元302、及閉環濾波器303。該閉環濾波器303包含加法器/減法器313、第一積分器323、第二積分器333、及常數計算單元343。該測量計算單元300的組構被顯示在圖6中，且其細節將在下面被敘述。
其次，將參考該等圖面敘述本實施例之測量設備的效應。首先，如圖3所示，該校正信號產生器100從由該等A/D轉換器14及24、該校正計算單元200、與該測量計算單元300所輸出之信號產生各種校正信號。該增益校正信號產生器101產生一校正信號，用於將相位A及相位B之信號增益校正至一預定值，且該偏置校正信號產生器102產生一校正信號，用於將該信號偏置設定至零。在 此，該相位A信號及該相位B信號係分別藉由以下公式(1)及(2)所表示。注意該公式(3)係一角速度公式，在此2πf係對應於該頻率f之角頻率。
A(t)=Va×cos(ωt)+Vosa (1)
B(t)=Vb×sin(ωt+△θ)+Vosb (2)
ω=2 πft (3)
在此Va代表該相位A信號之振幅，Vb代表該相位B信號的振幅，Vosa代表該相位A之偏置，Vosb代表該相位B的偏置，且△θ係由該相位A及該相位B間之90度相位差的固定式相移。當待測量部份之位置係用於相位A及B兩者而改變時，偵測信號之振幅係正弦地改變。在此，已知一測量物件之速率係Vel(米/秒)，網格圖案之節距係P(米)，用於相位A及B之每一者的偵測信號之頻率係f(赫茲)，f=Vel/P (4)
在此偵測信號之頻率f係與測量物件之速率Vel成比例。譬如，當網格圖案之節距P係等於1微米且待測量部份的位置中之變化為1微米時，假設用於相位A及B之每一者的偵測信號係具有1微米之時期的信號。當公式(4)係藉由使用示範案例計算時，在此P=1微米及Vel=1m/s，f等於1MHz。
偵測信號及理想信號之範例被顯示於圖7中，該偵測信號之增益及偏置被移位。增益校正信號及偏置校正信號係參考圖7藉由以下之公式所表示。
增益校正信號=理想信號之振幅×2/(Vmax-Vmin) (5)
偏置校正信號=Vave=(Vmax+Vmin)/2 (6)
用於兩相位A及B，增益校正信號33及34與偏置校正信號35及36係分別使用公式(5)及公式(6)所產生。所產生之校正信號33至36被輸入至該校正計算單元200。
其次，如圖5所示，來自該A/D轉換器14的信號31之偏置係藉由該偏置校正信號35及該加法器201校正至零，且來自該A/D轉換器14的信號31之增益係藉由該增益校正信號33及該乘法器202被校正至一預定值。以此方式，輸出相位A信號37，其偏置及增益被校正。同樣地，來自該A/D轉換器24的信號32之偏置係藉由該偏置校正信號36及該加法器203校正至零，且來自該A/D轉換器24的信號32之增益係藉由該增益校正信號34及該乘法器204校正至一預定值。以此方式，輸出相位B信號38，其偏置及增益被校正。該加法器207之敘述將在下面被敘述。
其次，參考圖4，該第一產生器103產生一用於校正固定式相移的信號、亦即將公式(2)中之△θ校正至零。由該校正計算單元200所輸入之相位A信號37及相位B信號38被乘以該乘法器113，且接著直流分量係藉由該LPF 123所擷取。換句話說，公式(1)中之相位A信號與公式(2)中之相位B信號係相乘，該信號之振幅被校正至一預定值V，且該偏置被校正至零，及該相位A信號與該相位B信號的乘積係藉由以下之公式所表示。
A(t)×B(t)=V×cos(ωt)×{V×sin(ωt+△θ)}=-V2/2×sin(-△θ)+V2/2×sin(2 ωt+△θ)(7)
公式(7)的右側上之第一項係與固定式相移△θ關聯的直流信號，且該第二項係偵測信號之頻率f的兩倍高之頻率分量。該第一項上之直流分量Vdc係藉由該LPF 123所擷取。
Vdc=-V2/2×sin(-△θ) (8)
該固定式相移△θ係使用公式(8)藉由該相位差計算單元133所計算，以藉此獲得一固定式相移校正信號39。
△θ=sin-1{Vdc/(V2/2)} (9)
當△θ係一小角度(<<1rad)時，△θ可為藉由在公式(9)的右側上之括弧內的計算所近似，而沒有sin-1計算。固定式相位差校正係使用該固定式相位差校正信號39藉由該校正計算單元200所施行。
其次，固定式相位差校正係藉由圖5所示之乘法器206及加法器207所施行。該固定式相位差校正信號39係乘以該相位A信號37，該信號之偏置及增益被該乘法器206所校正，且接著其振幅被調整之相位A信號係藉由該加法器207加至該相位B信號，以藉此校正該相位B信號之固定式相移。換句話說，已知該固定式相位差校正信號39之輸出係G， B(t)+G×A(t)=V×sin(ωt+△θ)+G×V×cos(ωt)={(V)2+(G×V)2+2×G×V2×sin(△θ)}1/2×sin[ωt+tan-1[{G+sin(△θ)}/cos(△θ)]] (10)
該固定式相位差校正信號G係藉由顛倒公式(9)的符號所加入，使得公式(10)中之tan-1項為零。
tan-1[{G+sin(△θ)}/cos(△θ)]=0 (11)
如與V比較，既然G係充分小的，B(t)+G×A(t)變得大約等於V×sin(ωt) (12)
如此，來自該加法器207的輸出之固定式相位差被校正至零。因此，輸出該相位B信號38，其偏置、增益、及固定式相位差被校正。
其次，將敘述時差校正。如上面所述，當網格圖案之節距P係等於1微米及待測量部份的位置中之變化係1微米時，假設用於相位A及B之每一者的偵測信號係具有1微米之時期的信號。於此案例中，當Vel等於1米/秒時，f係等於1MHz。該I/V轉換器12及22之示範組構被顯示在圖8中。干擾光藉由該等光接收器11及21被轉換成電流Iin，且藉由該等I/V轉換器12及22被轉換成電壓Vo。在此，該等I/V轉換器12及22之每一者係由電阻Rf、電容Cf、及OP放大器(計算放大器)所構成。譬如，已知時間常數被表示為一主要延遲，其係10kΩ之電阻Rf及1.5pF之電容Cf的乘積，時間常數=Rf×Cf=15.0ns (13)
該等I/V轉換器12及22之每一者的頻帶fc亦被表示 為：fc=1/(2×π×Rf×cf)=10.6MHz，及相對於1MHz之偵測信號的相位延遲被表示為：相位延遲=-tan-1(1/10.6)=-5.4° (14)。
其次，圖9A顯示該相位A信號及該相位B信號之信號波形，其中該固定式相位差被校正，且圖9B顯示該相位A信號及該相位B信號之信號波形，其中該固定式相位差被校正，在此一延遲時間△t發生在該相位B信號上。該延遲時間可由於從該等光接收器11及21至該等A/D轉換器14及24的相位A及相位B間之圖案長度中的差異，該等A/D轉換器14及24間之取樣時機中的移位、與類似者等而發生。當該圖案長度中之差異係等於2公分時，大約0.1ns之延遲時間△t發生，反之由於該等A/D轉換器14及24間之取樣時機中的移位，大約1ns之延遲時間△t發生。該延遲時間△t根本上係一與偵測信號之頻率無關的常數值，並可由於環境條件、諸如溫度、濕度等而改變。
其次，已知該延遲時間係△t，且用於該相位B信號，該等I/V轉換器12及22之每一者的主要延遲時間常數係Tc，該相位B信號之增益、偏置、及固定式相位差被校正，B(t)=V×sin{2πf×(t+△t)+∠tan-1(2πf×Tc)}(15)
在此，當2πf×Tc<<1、亦即f<<1/(2πTc)時，∠tan-1(2πf×Tc)係大約等於2πf×Tc (16)
當公式(16)被代入公式(15)時，B(t)=V×sin{2πf×(t+△t+Tc)} (17)
在此，當該相位B相對於該相位A的主要延遲時間常數中之移位係△Tc，且△Tc被代入公式(17)中之Tc時，B'(t)=V×sin{2πf×(t+△t+△Tc)} (18),且延遲時間(時差)△t中之差值係如下：延遲時間中之差值△τ=△t+△Tc (19)
由於偵測信號的頻率f中之△τ，視運動速率而定，相移△φ被公式(18)及公式(19)所表示，△φ=2πf△τ=2πf×(△t+△Tc) (20)
在此，將敘述△Tc之示範數值。雜散電容Co係寄生於圖8所示I/V轉換器12及22之電路的環境上，且大約1pF之電容Co係視零組件之圖案或配置而定寄生。在此，已知電容係藉由該電容Cf及該雜散電容Co之總和所表示，Cf+Co=1.5+1=2.5pF
然後，時間常數被表示如下：時間常數=Rf×Cf=25.0ns (21)
該I/V轉換器之頻帶fc被表示如下：fc=6.4MHz。
相對於1MHz之偵測信號的相位延遲亦被表示如下：相位延遲=-∠tan-1(1/6.4)=-8.9° (22)
既然該電容Cf之準確度係在正負10%內，該雜散電容Co亦可在正負10%內變動。在此，當Cf及Co之變動係+10%時，已知電容被表示如下：Cf+Co=2.5×1.1=2.75pF,時間常數被表示如下：時間常數=Rf×Cf=27.5ns (23)
然後，該等I/V轉換器12及22之每一者的頻帶fc被表示如下：fc=5.79MHz，且相位延遲被表示如下：相位延遲=-tan-1(1/5.8)=-9.80° (24)
當Cf及Co之變動係-10%時，亦已知電容被表示如下：Cf+Co=2.5×0.9=2.25pF，及時間常數被表示如下：時間常數=Rf×Cf=22.5ns (25)
然後，該等I/V轉換器12及22之每一者的頻帶fc被表示如下：fc=7.07MHz，且相位延遲被表示如下：相位延遲=-tan-1(1/7.07)=-8.05° (26)
由於使用公式(23)至(26)的Cf及Co之變動，時間常數中之差異及相位延遲中之差異被表示如下：時間常數中之差異=27.5ns-22.5ns=5.0ns (27)
相位延遲中之差異=-9.8-(-8.05)=-1.75° (28)
當該相位A信號及該相位B信號之每一者的頻率f係1MHz時、亦即當Vel係等於1米/秒時，圖10A顯示偵測信號之波形，且當藉由公式(28)所獲得之相位延遲中的差異係-1.75度時，圖10B顯示一運動距離之測量誤差。其能被看見該測量誤差具有定期之特徵，並具有該偵測信號之1/2時期及具有由0至-6.8奈米的範圍中之誤差。由於相位延遲中之差異，當該運動距離係以大約1奈米之精確度測量時，該測量誤差係一極大的誤差來源。
當△τ係公式(18)及公式(19)中之常數時，由於△τ相對於該信號頻率f之相移△φ呈現如圖11所示之特徵。該實線係藉由將公式(23)及(25)中之值代入公式(16)的左側及計算其間之差值所獲得的線，且該虛線係使用公式(16)的右側上之線性近似表達而藉由計算該差異所獲得之線。以此方式，其能被看出在充分低於該截止頻率fc=1/(2πTc)的頻率，由於△τ之相移△φ係與該頻率f成比例，且如此，該頻率越低，則該相移變得越小。其亦可被看出當該信號頻率f接近該截止頻率時，該相移△φ係由該線性近似表達移位。
其次，將參考藉由該第一產生器103及該第二產生器104所施行的操作間之差異敘述該第二產生器104。於該偵測信號相移中，藉由公式(2)所表示的固定式相移(相位差之誤差量)△θ、及由於延遲時間中之差異△τ而藉由公式(18)至(20)所表示的相移(相位差之變動量) △φ共存。然而，該固定式相移△θ及該相移△φ相對於該頻率f具有不同的特徵。該固定式相移△θ係常數，而與該頻率f無關，且該相移△φ係與該頻率f成比例，並如上面所述視該頻率f而定。如此，該固定式相移△θ在低頻變得佔優勢的，以致△φ之效應能被忽視。譬如，參考圖11，在10kHz或更少之頻率，△φ係少於0.02°。於此案例中，該固定式相移△θ可藉由該第一產生器103被精確地偵測，以致該固定式相移△θ能被該校正計算單元200所校正。
其次，於△φ之效應係藉由增加該頻率f所增加之狀態中，該相移△φ係藉由該第二產生器104所計算，該頻率f藉由增加該運動之速率所增加。被提供於圖4所示之第二產生器104中，該乘法器114、該LPF 124、及該相位差計算單元134施行與那些於該第一產生器103中所提供者相同之操作。既然該固定式相移△θ被該校正計算單元200所校正，以下公式係使用公式(7)、(18)、及(19)藉由該相位差計算單元134所獲得：A(t)×B'(t)=V×cos(ωt)×[V×sin{ω×(t+△τ)}]=-V2/2×sin(-ω△τ)+V2/2×sin(2ωt+ω△τ)(29)
公式(29)的右側上之第一項係與延遲時間中之差異△τ關聯的直流信號，且該第二項係兩倍高於該偵測信號之頻率f的頻率分量。該第一項上之直流分量Vdc被該LPF 124所擷取。
Vdc=-V2/2×sin(-ω△τ) (30)
sin(ω△τ)=Vdc/(V2/2) (31)
該相位差計算單元134使用公式(32)或公式(33)計算相位差之變動量△φ。
△φ=ω△τ=sin-1{Vdc/(V2/2)} (32)
當△φ<<1(rad)時，△φ係大約等於Vdc/(V2/2) (33)
其次，基於該偵測信號之頻率f，視測量Vdc時的運動速率而定，該時差計算單元144使用該信號42計算每單位角頻率的延遲時間中之差異△τ，並輸出該差異△τ當作該時差校正信號(差異信號)40。
△τ=△φ/(2×π×f) (34)
如上面所述，雖然延遲時間中之差異△τ根本上係一與偵測信號的頻率無關之常數值，並可由於環境之條件、諸如溫度、濕度等而改變。如此，△τ係不須隨時被測量及計算，但能僅只當△τ可由於諸如溫度、濕度等環境因素中之改變而改變時被再次測量，而隨著時間改變等。
如上面所述，當測量物件係於該光罩載台4及該晶圓載台7之掃描方向中時，該掃描驅動速率、亦即該運動速率在曝光期間被穩定在該最大速率。當測量物件係於該晶圓載台7之步進方向中時，當該晶圓載台7在曝光之後移至該下一晶片時，該步進驅動速率亦被最大化。如此，為了測量延遲時間中之差異△τ，當該頻率f係在該掃描驅動速率及該步進驅動速率之最大速率的最高頻率時，最佳條件被造成。於掃描驅動或步進驅動期間，當該光罩載台4或該晶圓載台7正在恆定速率下運動時，延遲時間中之差 異△τ亦被測量。在此案例中，用於每一掃描驅動及每一步進驅動，延遲時間中之差異△τ可被測量，或亦可於規則之間隔藉由採取測量用的任何長時間間隔而被測量。除了該曝光操作以外，一測量順序亦可被提供，使得延遲時間中之差異係藉由在接近最大速率驅動每一載台所計算，該頻率f在該最大速率下變高，且該固定式相移係藉由在低速驅動每一載台所計算，該頻率f在該低速變得充分低。再者，代替驅動一實際測量物件，延遲時間中之差異△τ亦可藉由施加一高頻信號至該等光接收器11及21或該等I/V轉換器12及22而被測量，該高頻信號於該最大速率係在電力上等同於待偵測之頻率。
如上面所述，本實施例之測量設備能計算用於輸出該第一及該第二相位信號之裝置的延遲時間中之差異係足夠的。如此，由於從該等光接收器11及21至該等A/D轉換器14與24的相位A及相位B間之圖案長度中的差異、I/V轉換器12及22或電路之雜散電容、與類似者等，本實施例之測量設備能測量延遲時間中之差異△τ係足夠的。該測量方法係未特別受限制。注意藉由時差計算單元144所計算的延遲時間中之差異△τ可被儲存於儲存單元(未示出)中。
其次，如圖9B所示，將藉由列舉一範例作敘述，其中該相位B信號係在時間△τ中相對於該相位A信號被延遲。在藉由該校正信號產生器100的第二產生器104所產生之公式(34)中的延遲時間中之差異△τ、亦即該時差 校正信號40被輸入至該時機產生器400。該時機產生器400使用該時差校正信號40調整該相位A信號及該相位B信號之取樣時機。譬如，如與該相位A信號比較，該相位B信號係在時間△τ中延遲，該相位A信號及該相位B信號之取樣係未同時地施行，但該相位B信號之取樣係延遲達延遲時間中之差異△τ。以此操作之輔助，延遲時間中之差異△τ係偏置達該取樣時機△τ，以便校準藉由延遲時間中之差異△τ所造成的相移，以致由於延遲時間中之差異的測量誤差能被校正。
當公式(27)中的延遲時間中之差異△τ係等於5.0ns時，延遲時間中之差異可藉由延遲該相位B信號之取樣時機達5ns而被偏置。為了將藉由延遲時間中之差異所造成的測量誤差設定至1奈米或更少，該取樣時機需要以譬如大約0.1ns之解析度被調整。該時機產生器400係藉由FPGA(現場可程式閘陣列)所構成，並能以大約0.1ns之解析度施行時機調整。
在本發明中，雖然延遲時間中之差異△τ係藉由用該等A/D轉換器14及24調整該取樣時機所偏置，藉由設定該等A/D轉換器14及24之二完全相同的取樣時機，該相同之性能不能藉由用於移位數位化資料達△τ的方法所獲得。譬如，為了以0.1ns之解析度移位數位化資料，需要至少10GHz(0.1ns時期)的A/D轉換器14及24。於此案例中，數位化資料係藉由該等A/D轉換器14及24在極端高速下所計算，其係難以被實現。
在另一方面，取樣時機之以0.1ns解析度的調整能被市售FPGA等所施行，且想要之性能可藉由10MHz(100ns時期)A/D轉換器14及24所獲得。
如上面所述，取樣時機之解析度增加，而不會使該等A/D轉換器14及24之取樣頻率增加超過所需要者，以便基於延遲時間中之差異△τ調整該取樣時機，以致由於該延遲時間中之差異的相移能被校正。
如上面所述，該延遲時間中之差異△τ根本上係一與偵測信號之頻率無關的常數值。如此，由於延遲時間中之差異的相移能藉由固定地移位取樣時機達△τ而被校正，而不會被該運動速率、亦即該相位A信號及該相位B信號之頻率所影響。
如圖11所顯示，當接近或在1/(2πTc)的截止頻率fc之上的頻率被輸入時，在用於該相移△φ的校正信號中，校正誤差變大。於此案例中，公式(34)中的延遲時間中之差異△τ可在該運動速率被計算，在此該頻率係接近或在該截止頻率之上，且按照所需之準確度，該相移△φ可藉由相對於該偵測信號之頻率f的虛線近似值或曲線配適所計算。
其次，如圖6所示，干擾光之相位係使用來自該校正計算單元200的相位A信號37及相位B信號38藉由該相位計算單元301所計算。一相位可使用該相位A信號及該相位B信號間之比率而藉由tan-1計算所計算，或亦可參考對應於該信號比率之表格而被決定。該距離計算單元 302使用所計算之相位信號計算該測量物件的運動距離。譬如，當網格圖案之節距係1微米時，如果該相位信號被改變達2π，該運動距離係1微米。同樣地，於測量一旋轉角度之案例中，旋轉角度被配置至網格圖案之節距。譬如，當360°被除以1000時，如果該相位信號被改變達2π，旋轉角度變成0.36°。
既然諸如該等光接收器11及21與該等I/V轉換器12及22之射雜訊、熱雜訊、OP放大器的雜訊等雜訊被重疊在相位A信號37及該相位B信號38之每一者上，雜訊亦被包含於藉由該距離計算單元302所計算之距離的值中。以下之閉環濾波器303被建構，以便施行雜訊抑制。該閉環濾波器303係藉由被串連地連接的加法器/減法器313、及該第一積分器323與該第二積分器333所構成。該閉環濾波器303輸出該第二積分器333之輸出41當作該測量物件的位置，並施行反饋至該加法器/減法器313。該閉環濾波器303不能僅只施行雜訊抑制，而亦藉由反饋組構將來自一輸入信號之偏差抑制至零，以致該運動距離可被以較高準確度輸出。既然該第二積分器333之輸出代表一距離，按照一速率，該上游輸出、亦即該第一積分器323之輸出亦係一信號。基於公式(4)中之網格圖案的節距，並使用按照一速率之信號，該常數計算單元343能基於用在相位A及B之每一者的偵測信號之頻率f計算該信號42。存在於該信號42中之雜訊亦藉由該閉環濾波器303被抑制，導致一精確之輸出信號。
如上面所述，本實施例之編碼器被使用於該光罩載台4及該晶圓載台7中，以致藉由來自在極端高速驅動的載台之輸出信號的時差所造成之相移能被校正。因此，測量誤差被校正，以致該載台之位置能被以高準確度測量及控制。換句話說，視頻率而定，基於輸出信號之至少一者，用於測量該測量物件的位置之編碼器補償相位差中之變動，以致藉由時差所造成的測量誤差能被補償。
如上面所述，根據本實施例，補償藉由輸出信號的相位間之時差所造成的測量誤差之測量設備可被提供。
(物品製造方法)
於製造物品、諸如微裝置、諸如半導體裝置等、具有微機件等元件等中，根據本發明之實施例的物品製造方法係較佳的。該物品製造方法可包含在物件(例如基板，感光性材料被塗在基板上)上使用該前述之微影設備形成圖案(例如潛像圖案)的步驟；及一處理該物件之步驟(例如顯影的步驟)，該潛像圖案已在該先前步驟中形成於該物件上。再者，該物品製造方法可包含其他習知步驟(氧化、薄膜形成、蒸氣沈積、摻雜、修平、蝕刻、抗蝕劑剝除、切丁、接合、封裝、與類似者等)。如與傳統裝置製造方法比較，在裝置的性能、品質、生產力及製造成本之至少一者中，此實施例之裝置製造方法具有一優點。
雖然本發明已參考示範實施例被敘述，當然本發明不被限制於所揭示之示範實施例。譬如，於該等上面實施例 中，已敘述一使用紫外線、真空紫外線、或極端紫外線之示範曝光設備1當作微影設備。然而，該微影設備不受限於此，但亦可為一包含用於固持原始板件或基板之可運動載台的微影設備。譬如，該微影設備亦可為在基板上以帶電粒子束、諸如電子束施行寫入的微影設備，以藉此在該基板上形成一圖案，或亦可為一壓印設備，其使用模子在基板上形成(模製)一壓印材料，以藉此在該基板上形成一圖案。
此申請案主張2012年8月3日提出的日本專利申請案第2012-172518號之利益，其係全部以引用的方式併入本文中。
10‧‧‧計算單元
11‧‧‧光接收器
12‧‧‧I/V轉換器
13‧‧‧放大器
14‧‧‧A/D轉換器
21‧‧‧光接收器
22‧‧‧I/V轉換器
23‧‧‧放大器
24‧‧‧A/D轉換器
31‧‧‧信號
32‧‧‧信號
33‧‧‧增益校正信號
34‧‧‧增益校正信號
35‧‧‧偏置校正信號
36‧‧‧偏置校正信號
37‧‧‧信號
38‧‧‧信號
39‧‧‧信號
40‧‧‧信號
41‧‧‧輸出
42‧‧‧信號
43‧‧‧信號
44‧‧‧信號
100‧‧‧校正信號產生器
200‧‧‧校正計算單元
300‧‧‧測量計算單元
400‧‧‧時機產生器

Claims (12)

  1. 一種測量設備，其基於第一相位信號及第二相位信號測量一物件之位置，該等信號之相位係彼此不同，該測量設備包括：產生器，被建構成基於該第一相位信號與第二相位信號間之相位差的變動量、及該頻率產生一差異信號，該差異信號指示該第一相位信號之延遲時間與該第二相位信號的延遲時間之間的差異，該變動量對應於該第一相位信號與該第二相位信號之至少一者的頻率；及調整器，被建構成基於該差異信號調整用於該第一相位信號與該第二相位信號之至少一者的取樣時機。
  2. 如申請專利範圍第1項之測量設備，其中該產生器被建構成基於該相位差之變動量及對應於該頻率的角頻率來產生該差異信號。
  3. 如申請專利範圍第1項之測量設備，其中該產生器被建構成基於相位差之誤差量來調整該第一相位信號的振幅，而與該頻率無關，並將其振幅已被調整之第一相位信號加至該第二相位信號，以便補償該誤差量。
  4. 如申請專利範圍第1項之測量設備，另包括：裝置，被建構成視該頻率而定獲得該相位差之變動量及與該頻率無關地獲得該相位差的誤差量，其中與該頻率無關的相位差之誤差量係在視該頻率而定之相位差的變動量之前獲得，且視該頻率而定的相位差之變動量係基於該第一相位信號與該第二相位信號所獲 得，與該頻率無關的相位差之誤差量已被用來補償該相位差的變動量。
  5. 如申請專利範圍第4項之測量設備，其中在視該頻率而定的相位差之變動量所獲得的頻率，係高於在與該頻率無關的相位差之誤差量所獲得的頻率。
  6. 如申請專利範圍第1項之測量設備，另包括：比例尺，用於產生該第一相位信號與該第二相位信號之元件係在該比例尺上配置有一間隔，其中該頻率係基於該物件及該間隔之運動速率所獲得。
  7. 如申請專利範圍第1項之測量設備，另包括：輸出裝置，被建構成基於該第一相位信號與該第二相位信號輸出該物件之位置，其中該輸出裝置包含閉迴路濾波器，該濾波器包含串連的第一積分器與第二積分器，且該輸出裝置被建構成經由該閉迴路濾波器輸出該物件之位置。
  8. 如申請專利範圍第7項之測量設備，另包括：裝置，被建構成基於該第一積分器之輸出來獲得該頻率。
  9. 如申請專利範圍第4項之測量設備，其中視該頻率而定的相位差之變動量係基於該第一相位信號與該第二相位信號所獲得，該等相位信號係在該物體於恆定速度下運動的情況中獲得。
  10. 如申請專利範圍第9項之測量設備，其中視該頻 率而定的相位差之變動量係基於一信號之直流分量所獲得，該信號係藉由將該第一相位信號乘以該第二相位信號所獲得。
  11. 一種在基板上形成圖案的微影設備，該微影設備包括：夾具，被建構成固持一原件或該基板，且將被運動；及測量設備，被建構成測量該夾具之位置，其中該測量設備係如申請專利範圍第1項之測量設備。
  12. 一種使用如申請專利範圍第11項之微影設備來製造物品的方法，該方法包括：使用微影設備在基板上形成一圖案；及處理在其上已形成該圖案的基板，以製造該物品。
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