(57)【要約】【課題】  本発明はステージ位置補正方法及び装置に関し、動的システムとして信号出力の定常特性だけでなく、過渡特性に関する時間応答において、ディジタル演算の空間分解能を達成することができるステージ位置補正方法及び装置を提供することを目的としている。【解決手段】  ステージ位置情報に基づいて作成したステージ位置補正信号を、鏡筒の電子偏向系に出力指令値として伝達する場合において、電気信号伝播に伴う時間遅延をディジタル演算にて補正する遅延遅れフィルタと、該遅延時間遅れフィルタを用いて、ＬＢＣ出力指令値と実際に必要なＬＢＣ補正値との時間的なずれを改善する改善手段とを設けて構成される。このように構成すれば、過渡特性に関する時間応答において、ディジタル演算の空間分解能を達成することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ位置情報に基づいて作成したステージ位置補正信号を、鏡筒の電子偏向系に出力指令値として伝達する場合において、
電気信号伝播に伴う時間遅延をディジタル演算にて補正する遅延遅れフィルタを作成し、
該遅延遅れフィルタを用いて、ＬＢＣ出力指令値と実際に必要なＬＢＣ補正値との時間的なずれを改善することを特徴とするステージ位置補正方法。
【請求項２】
ステージ位置情報に基づいて作成したステージ位置補正信号を、鏡筒の電子偏向系に出力指令値として伝達する場合において、
電気信号伝播に伴う時間遅延をディジタル演算にて補正する遅延遅れフィルタと、
該遅延遅れフィルタを用いて、ＬＢＣ出力指令値と実際に必要なＬＢＣ補正値との時間的なずれを改善する改善手段と、
を設けたことを特徴とするステージ位置補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステージ位置補正方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣパターン等の描画装置等では、試料面の特定の位置に荷電粒子を照射する必要がある。従来より、被照射対象となる試料基板を保持、搬送するための機構として、平面上を互いに垂直の方向に駆動軸を有する精密ステージが採用されている。また、試料基板の総処理時間（スループット）の短縮のための１手段としてステージ移動の高速化があり、その動作形態は大きく２つに分類することができる。
【０００３】
一つは、ステージを駆動軸方向に連続移動させながら荷電粒子を照射する連続移動方式であり、もう一つは、ステージを静止保持した状態で荷電粒子を設定領域に照射し、次の設定領域へステージが移動する際は、荷電粒子の照射を止める（ブランキング）というステップ＆リピート方式である。一般的に、ステップ＆リピート方式に比べて連続移動方式では、ステージが停止する時間がないため高速処理に適している。
【０００４】
荷電粒子を照射する試料面に関する位置決め精度は、ＩＣのデザインルール等により要求され、現在では数〜数ナノメートルレベルで設定する必要がある。一般的に機械的な位置決めのみで実現できるステージ位置精度は数マイクロメートル以内であるので、従来より鏡筒に搭載されている電子偏向ユニットで電子ビームを偏向させることで、ステージ位置の微小なずれ成分を補正し、高精度な位置決め精度を実現している。
【０００５】
ステージ位置情報の取得には、ステージ上の試料基板把持領域近傍に光学ミラーを設置し、そこにレーザ光を照射してレーザ光の往復路の干渉による計測手段が一般的であり、その分解能はレーザ波長（λ＝６３２．９９１ｎｍ）の１／１０２４倍であるので、位置情報は「９９９，９９９，９９９ｎｍ」とナノメートル精度で取得が可能であるので、電子偏向系の偏向感度を十分満足する精度である。
【０００６】
このような照射位置精度を向上する手段は、従来より存在する。例えば、ステージのドリフト量を検出し、その検出結果に基づいて実時間で電子ビームとステージが相対的に一定の位置関係になるようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。また、情報処理装置からの指令速度に追従し、可動試料台の駆動手段をレーザ干渉測長器の検出信号で帰還制御する制御系を備えた技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
上述した先行技術では、ステージドリフト量を検出し、その検出結果に基づいて実時間で電子ビームとステージが相対的に一定の位置関係になるように電子ビーム径を制御する手段として実現されている。また、ステージの位置計測時点から、電子ビーム照射時点までの演算回路系による遅れ時間を補正すべく、一定時間前のステージ位置データからビーム照射時点のステージ位置を外挿補間により予測して、補間後のステージ位置データをステージの連続移動のための追従制御に用いるようにした技術が知られている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭５５−１１７２３７号公報（第２頁右上欄第８行〜第２頁右下欄第１５行、図）
【特許文献２】特開昭５７−５４３１９号公報（第２頁左上欄第２０行〜第２頁左下欄第８行、図）
【特許文献３】特開平５−２２６２３２号公報（段落０００８〜００１４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述した実時間補正においても、レーザ干渉計によりステージ位置を特定した時点から荷電粒子が試料基板に照射する時点までの回路系の演算遅れには対応できず、演算遅れ分だけ照射位置のずれが生じてしまう。この演算時間遅れに対応する補正手段として、前述した特開平５−２２６２３２号公報に記載のように、補正データをステージ移動目標の指令値に加える手段が講じられている。
【０００９】
しかしながら、このようなステージ移動目標の指令値に装置の動特性により生じるドリフト成分を組み込むことは荷電粒子の照射処理を複雑にするだけでなく、装置間の個体差も処理結果が反映してしまうことを意味するため、望ましいものではない。
【００１０】
また、補正必要量は、演算過程ではディジタルデータであり、補正の最終過程においてディジタルデータをＤ／Ａ変換器を通してアナログ電圧信号に変換し、更に該Ｄ／Ａ変換器の出力を増幅するアンプで補正に必要な電圧を発生させる。アナログ信号として必要電圧を発生するには、整定時間（セトリングタイム）と呼ばれる準備時間が必要であり、この応答遅れによっても照射位置のずれが生じてしまう。
【００１１】
このように、数〜数１０ｎｍレベルでの位置決め精度を実現するためには、ステージ位置を特定した時点から荷電粒子が試料基板に照射する時間までの回路系の演算遅れのみならず、アナログ信号変換に伴う応答遅れも考慮した補正を行わなければならない。特に、ステップ＆リピート方式のステージ動作では、ステージ静止状態で荷電粒子が設定領域に照射されるが、静止状態においてもステージは構造体としての固有振動数で微小振動を発生させている。従って、固有振動数の周期でビームを補正する必要がある。
【００１２】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、動的システムとして信号出力の定常特性だけでなく、過渡特性に関する時間応答において、ディジタル演算の空間分解能を達成することができるステージ位置補正方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（本発明の前提となる要件）
一般的に、ステージのマイクロメートルオーダでの機械的な位置決めは困難である。そこで、従来より鏡筒に搭載されている電子偏向ユニットで電子ビームを偏向させることで、ステージ位置の微小なずれ成分を補正し、高精度な位置決め精度を実現する。この位置情報補正システムをレーザビームコントロール（ＬＢＣ）という。
【００１４】
ステージ位置情報は、レーザ干渉計による出力値に基づいて測定され、その分解能はレーザ波長（λ＝６３２．９９１ｎｍ）の１／１０２４倍であるので、位置情報は「９９９，９９９，９９９」とナノメートル精度で取得が可能である。
【００１５】
６５ｎｍノード対応機での図形精度の要求仕様は（３σ＝２ｎｍ：σ  標準偏差）であり、図形精度に位置精度を組み込むことが要求されている。そこで、電気信号伝搬の遅延をディジタル演算にて補正することで、ＬＢＣ出力指令値と実際に必要なＬＢＣ補正値とのずれを改善し、位置精度をスペック内に収めることを目的とする。
【００１６】
ディジタル演算の時間分解能は、ステージ固有振動による周期的な振動成分の周波数帯域を考慮して設計し、更にはステージ動作起因の内乱及び環境外乱による広域に分散され、振動成分による発散防止のためフィルタ回路を組み込む。また、ステージ位置を特定した時点から、荷電粒子が試料基板に照射する時点までの回路系の演算遅れとアナログ信号変換に伴う応答遅れの線形結合として信号回路をモデル化し、伝達関数にて定義する。従って、動的システムとして信号出力の定常特性だけでなく過渡特性に関する時間応答が正確に解析できるので、適切なパラメータを設定することが可能になり、ディジタル演算の空間分解能レベルでの調節をすることができる。
（１）請求項１記載の発明は、ステージ位置情報に基づいて作成したステージ位置補正信号を、鏡筒の電子偏向系に出力指令値として伝達する場合において、電気信号伝播に伴う時間遅延をディジタル演算にて補正する遅延遅れフィルタを作成し、該遅延遅れフィルタを用いて、ＬＢＣ出力指令値と実際に必要なＬＢＣ補正値との時間的なずれを改善することを特徴とする。ここで、ＬＢＣとはレーザビームコントローラのことである。
（２）請求項２記載の発明は、ステージ位置情報に基づいて作成したステージ位置補正信号を、鏡筒の電子偏向系に出力指令値として伝達する場合において、電気信号伝播に伴う時間遅延をディジタル演算にて補正する遅延遅れフィルタと、該遅延遅れフィルタを用いて、ＬＢＣ出力指令値と実際に必要なＬＢＣ補正値との時間的なずれを改善する改善手段とを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
（１）請求項１記載の発明によれば、動的システムとして信号出力の定常特性だけでなく、過渡特性に関する時間応答において、ディジタル演算の空間分解能を達成することができる。
（２）請求項１記載の発明によれば、動的システムとして信号出力の定常特性だけでなく、過渡特性に関する時間応答において、ディジタル演算の空間分解能を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態例を示すブロック図である。図において、１０はショットコントローラ（ＳＨＯＴ・ＣＯＮＴ）である。ショット・コントローラ１０において、１１は信号入力部である。入力信号としては、光干渉計によるステージ位置情報信号が用いられる。１はＬＢＣ補正回路としての２系統入力、２系統出力の演算モジュールであり、該演算モジュール１からは２つの信号が出力される。５は該演算モジュール１のＬＢＣを出力するＬＢＣ出力部、６は演算モジュール１からのＬＢＣ補正演算信号を出力するＬＢＣ補正演算出力部である。３はパルスを発生するパルス発生器である。
【００１９】
演算モジュール１の前段には、スイッチＳＷ１が設けられており、入力部１１からの信号とパルス発生器３からの信号が接続され、これらの２つの信号の内の一つが選択され、演算モジュール１に入力されるようになっている。ＳＷ２はスイッチであり、ＬＢＣ出力部５の出力とＬＢＣ補正演算出力部６の出力のうち何れか一方を選択してＰＤＥＦ回路１２に与えるようになっている。ＰＤＥＦ回路１２において、１２ａはＰＤＥＦ指令値を格納するＰＤＥＦ指令値レジスタである。該ＰＤＥＦ指令値レジスタ１２ａの出力は、アナログ信号変換されて偏向系へ与えられる。
【００２０】
本発明は、以下の特性を有している。
（ａ）ＬＢＣ指令値の補正機能
電気信号伝播の遅延をディジタル演算にて補正することで、ＬＢＣ出力指令値と実際に必要なＬＢＣ補正値とのずれを改善し、ステージ位置情報をスペック内に収める。
（ｂ）ＬＢＣ出力値の向上
ＰＤＥＦアンプのＬＢＣアンプ出力の時定数による応答遅れを改善し、ＬＢＣ出力指令値の向上を図り、位置精度をスペック内に収める。
（ｃ）ＬＢＣ信号系統の特性評価機能
特定の波形パルス発生機能により、電気信号伝播の遅延補正の実力値を評価する。
【００２１】
演算モジュール１は、入力信号に２系統、出力信号に２系統を持つ。入力信号は、光干渉計によるステージ位置情報信号をそのまま取り込む信号系統と、パルス発生器３により作成された特定の波形パルスを取り込む信号系統から構成される。そして、どちらか一つをスイッチＳＷ１で選んで入力信号として確定する選択機能を有する。選択機能は、マニュアル操作が可能であり、かつＩ／Ｏによるインタロック機能を有する。スイッチＳＷ２からの信号はＰＤＥＦ指令値レジスタ１２ａに与えられる。
【００２２】
出力信号は、確定された入力信号をそのまま出力する信号系統と、時間遅れに関する補正演算結果を出力する信号系統から構成される。そして、スイッチＳＷ２によりどちらか一つを選択する選択機能を有する。選択機能は、マニュアル操作が可能であり、かつＩ／Ｏによるインタロック機能を有する。スイッチＳＷ２からの信号は、ＰＤＥＦ指令レジスタ１２ａに与えられる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２３】
演算モジュール１では、電気信号伝播の遅延をディジタル演算にて補正することで、ＬＢＣ出力指令値と実際に必要なＬＢＣ補正値とのずれを改善し、位置精度をスペック内に収めることを目的としている。この補正量であるＰＤＥＦ指令値はビーム偏向系にフィードフォワード信号として加算される。ステージ振動の周波数帯域は、固有振動による周期的な振動成分（機械系の資料に基づき、２５０Ｈｚ以下を考慮）と、ステージ動作起因の内乱及び環境外乱による広域に分散された振動成分を有している。
【００２４】
図２は演算モジュール１のブロック図である。演算器３１により求めた１クロック前の位置データと現取得の位置データとを加算器３２で加算してその差分としたものに係数器３３でｂ倍したものを、加算器３４で再度現取得位置データにフィードフォワード信号として加算している。前回データだけでなく、前々回、前前々回と数クロック分の位置データを考慮することで、最適な予測値の算出が可能となる。
【００２５】
光干渉計出力値をサンプリング周期ＴにてＬＢＣ補正モジュール１に取り込んだ離散時間信号を、補正システムの入力値として
ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋＴ）     ｋ＝１，２，３，…ｎ
と定義する。同様に、ＬＢＣ補正モジュール１より出力される離散時間信号を、補正システムの出力値として
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋＴ）     ｋ＝１，２，３，…ｎ
と定義する。
【００２６】
そして、時刻（ｋ−１）までに測定された入力データに基づいた出力ｙ（ｋ）の補正予測値をｙs（ｋ）と定義する。ｙs（ｋ）は次式で表される。
ｙs（ｋ）＝ｙ（ｋ）＋ａk-1｛ｙ（ｋ）−ｙ（ｋ−１）｝＋
ａk-2｛ｙ（ｋ−１）−ｙ（ｋ−２）｝＋…
この式を展開すると、以下のようになる。
【００２７】
ｙs＝（１＋ａk-1）・ｙ（ｋ）＋（ａk-2−ａk-1）・ｙ（ｋ−１）
＋（ａk-3−ａk-2）・ｙ（ｋ−２）＋…
この式にｚ変換を行なうと次式に示すようなものとなる。
【００２８】
Ｙs（ｚ）＝（１＋ａk-1）・Ｙ（ｚ）＋（ａk-2−ａk-1）・ｚ-1・Ｙ（ｚ）
＋（ａk-3−ａk-2）ｚ-2・Ｙ（ｚ）＋…
従って、補正フィルタのパラメータ（伝達関数表示）は、以下に示すようなものとなる。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
フィルタの各係数は、図３に示すように、例えばある確率密度関数で定義される曲線に従った重みから得ることができる。ここでは、図２のモデルに従った例で説明する。
図２において、構成ブロック図を定式化すると以下のようになる。
【００３１】
ｙ（ｋ）＝ｘ（ｋ）＋ｂ｛ｘ（ｋ）−ｘ（ｋ−１）｝
次に、入力信号として周期関数を設定する。周期関数ｘ（ｋ）は次式で表される。
ｘ（ｋ）＝Ａ・ｅｘｐ（ｊωｔ）│（ｔ＝ｋＴ）＝Ａ・ｅｘｐ（ｊｋＴ・２πｆ）
ここで、Ａはステージ振動振幅、ｊωｔはステージ角振動数、ｔ＝ｋＴのＴはサンプリング周期、２πｆのｆはステージ振動数である。
【００３２】
次に、ｘ（ｋ）の遅延信号を設定すると、以下のようになる。
ｘ（ｋ）＝Ａ・ｅｘｐ｛ｊ（ｋＴ−Ｔ０）・２πｆ）｝
ここで、Ｔ０は信号遅延時間である。
【００３３】
次に、系の伝達関数を求める。出力信号ｙ（ｋ）は、次式で表される。
ｙ（ｋ）＝｛（１＋ｂ）−ｂ・ｅｘｐ（−ｊｋｔ・２πｆ）｝・ｘ（ｋ）
伝達関数は出力／入力で表されるから、伝達関数Ｈは次式で表される。
Ｈ｛ｅｘｐ（ｊｗＴ）｝＝ｙ（ｋ）／ｘ（ｋ）
＝（１＋ｂ−ｂ・ｃｏｓωＴ）＋ｊ（−ｂ・ｓｉｎωＴ）
次に、伝達関数の振幅を求める。
│Ｈ｛ｅｘｐ（ｊωＴ）｝│
＝√｛（１＋ｂ−ｂ・ｃｏｓωＴ）2＋（−ｂ・ｓｉｎωＴ）2｝
＝（２ｂ・ｂ＋２ｂ＋１）−２ｂ（１＋ｂ）・ｃｏｓωＴ
ωＴ＝±ｎπ／２（ｎ＝０，１，２，…）
信号遅延時間は、例えば６μｓに設定した。同様に、ステージの振動数を５０Ｈｚに設定した。計算結果では、ステージ振動が振幅１μｍの条件下でのビーム遅延量は最大で約２μｍであることが、図４から読み取ることができる。図４はゲイン調整による遅延の説明図である。図４において、横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸は遅延量（ｎｍ）である。
【００３４】
また、ゲインｂが増大するに従い振幅特性感度は、高周波域で高くなり、図５に示すように、ゲインｂ＝１．５付近で、良好な補正効果が得られることが分かる。図５は遅延調整による伝達関数の振幅特性を示す図である。縦軸は周波数特性、横軸はディジタルサンプリング周期が４μｓの時の時間である。
【００３５】
ディジタルシステムの周波数特性は、角周波数ω（ステージ振動周波数）に対して、π／２（ｒａｄ／ｓｅｃ）毎に同一の特性を繰り返す周期性がある。角周波数ωsは次式で表される。
【００３６】
ωs＝２πｆ＝±ｎπ／２Ｔ
図１において、スイッチＳＷ１を介して演算モジュール１に、ステージ位置情報信号及びパルス発生器３から出力されるパルス発生信号の内の何れかが入力される。演算モジュール１では、前述したＬＢＣ補正演算が行われる。該演算モジュール１の出力は、ＬＢＣ出力部５に入り、ＬＢＣ出力部５から出力され、また、ＬＢＣ補正演算出力部６から出力される。
【００３７】
ＬＢＣ出力部５の出力及びＬＢＣ補正演算出力部６の出力のうちの何れか一方が、ＰＤＥＦ回路１２に入力され、ＰＤＥＦ指令値レジスタ１２ａに入力される。そして、ＰＤＥＦ指令値レジスタ１２ａには、ＬＢＣ出力値に加えて、ＬＢＣ補正演算出力値が記憶される。そして、該ＰＤＥＦ指令値レジスタ１２ａに記憶されたデータがＤ／Ａ変換器（図示せず）によりアナログ信号に変換され、ビーム偏向系（図示せず）に与えられる。
【００３８】
図６はサンプリング時間による補正可能な信号帯域を示す。ディジタルサンプリング時間と補正帯域との関係を示している。
パルス発生器３は、特定の波形パルス発生機能により作成した電気信号を演算モジュール１に入力ＬＢＣを入力する。現状の計算上の位置ずれ量は、以下のようになる。ステージ振動数は５０Ｈｚ、ステージ振動振幅は±０．５μｍである。
・時間遅れ（遅延時間６μｓｅｃ）によるビームずれ量＝１ｎｍ
・応答遅れ（時定数１８μｓｅｃ）によるビームずれ量＝２．６７ｎｍ
図７は本発明の効果の説明図で、ステップレスポンスを示している。横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸は振幅である。ｆ１は遅れ成分を除去した伝達関数から求めた出力応答波形、ｆ２は遅れ成分を有する出力応答波形にディジタル演算補正を行なった出力波形、ｆ３は伝達関数から求めた出力応答波形と、サンプリングした出力波形をそれぞれ示している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態例を示すブロック図である。
【図２】演算モジュールのブロック図である。
【図３】フィルタ係数の設定方法の説明図である。
【図４】ゲイン調整による遅延の説明図である。
【図５】遅延調整による伝達関数の振幅特性を示す図である。
【図６】サンプリング時間による補正可能な信号帯域を示す図である。
【図７】本発明の効果を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    演算モジュール
３    パルス発生器
５    ＬＢＣ出力部
６    ＬＢＣ補正演算出力部
１０  ショットコントローラ
１１  入力部
１２  ＰＤＥＦ回路
１２ａＰＤＥＦ指令値レジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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