专利名称：一种对投影光刻机步进及扫描运动轨迹的规划方法
技术领域：
本发明属于集成电路制造技术领域，涉及一种用于步进扫描投影光刻机的步进及扫描运动轨迹的规划方法。
背景技术：
现代电子工业的发展是以微电子技术为基础，微电子技术的核心是集成电路，而集成电路的发展又必须以半导体专用设备为其主要支撑条件。随着硅片的直径不断增大， 集成度不断提高，图形线宽不断缩小，专用设备显得越来越重要。在集成电路生产过程中， 光刻设备占据着统治地位。从1973年世界上第一台光刻机诞生以来，光刻机及光刻技术的发展可谓日新月异，突飞猛进。光刻技术在经历了接触式接近式、投影式、步进重复投影式几个重大技术发展阶段之后，便向步进扫描方式过渡。轨迹规划的主要任务是计算给定运动轨迹在各采样周期的加速度、速度、和位置等参考数据，供后续的数字控制器使用。因轨迹规划直接决定光刻机的运动精度和性能，是光刻及研发中的重点和难点之一。传统的轨迹规划方法利用目标值与实际值的实时比较进行控制，难以满足目标数据时间的可预知性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是在现有技术的基础之上针对步进运动及扫描运动的特征分别进行分析，确定步进运动及扫描运动的约束条件，从系统需求的角度自行对轨迹进行了规划，使其更符合步进扫描投影光刻机控制系统的实际需求，本发明能根据步进扫描投影光刻机的步进及扫描运动的约束条件，而提供一种对投影光刻机步进及扫描运动轨迹的规划方法。为了实现所述目的，本发明实现对投影光刻机步进及扫描运动轨迹的规划方法， 将轨迹规划方法同时用于步进运动和扫描运动的步骤如下步骤Sl 根据步进运动及扫描运动对限制值的定义，针对运动轨迹轮廓利用几何曲线的对称性与图形面积求积分法，依据步进运动和扫描运动给定的约束条件计算步进运动及扫描运动的限制值；步骤S2 根据运动轨迹轮廓，利用几何曲线的对称性与图形面积求积分法，计算并得到步进运动及扫描运动各自加速度的导数与时间的关系曲线中的关键时间变量；步骤S3 针对关键时间变量，根据步进运动及扫描运动各自加速度的导数与时间的关系曲线中各时间切换点与关键时间变量的关系，计算得到各时间切换点的值；步骤S4:根据步进运动及扫描运动典型轮廓中加速度的导数与时间的关系以及时间切换点的值，计算得到步进运动或扫描运动加速度的导数的函数；步骤S5 对加速度的导数的函数依次求一重、二重和三重积分，进而得到步进运动及扫描运动的加速度、速度和位移随时间变化的曲线。优选实施例所述步进运动或扫描运动加速度的导数的函数表达式是
j (t) = jmax X [u (t-t0) -U (t-ti) -U (t-t2) +u (t-t3) -U (t-t4) +u (t-t5) +u (t-t6) -U (t_ t7)]，式中j(t)为加速度的导数随时间变化的函数，jmax为最大加速度的导数，u(·)为单位阶跃函数，t0至t7为时间切换点代表步进运动的时间切换点、χ至t7X或扫描运动的时间切换点tOT至t7Y，t是运动时间代表步进运动的运动时间tx或扫描运动的运动时间tY。优选实施例所述一重积分表示如下a(t) =I j(t)dt,式中a(t)为加速度随时间变化的函数代表步进运动的加速度随时间变化的函数a(tx)或扫描运动加速度随时间变化的函数a(tY)，j(t)为加速度的导数随时间变化的函数代表步进运动加速度的导数随时间变化的函数j (tx)或扫描运动加速度的导数随时间变化的函数j(tY)。优选实施例所述二重积分表示如下v(t) = / / j(t)dt,式中V(t)为速度随时间变化的函数代表步进运动的速度随时间变化的函数 v(tx)或扫描运动速度随时间变化的函数v(tY)，j(t)为加速度的导数随时间变化的函数代表步进运动加速度的导数随时间变化的函数j (tx)或扫描运动加速度的导数随时间变化的函数j (tY)。优选实施例所述三重积分表示如下s(t) = / / / j(t)dt,式中S(t)为位移随时间变化的函数代表步进运动的位移随时间变化的函数 s(tx)或扫描运动的位移随时间变化的函数s(tY)，j(t)为加速度的导数随时间变化的函数代表步进运动加速度的导数随时间变化的函数j (tx)或扫描运动加速度的导数随时间变化的函数j(tY)。本发明的优点是本发明可以根据给定的约束条件，依据时间最短原则计算出各时间切换点的值，最终通过计算和积分得到步进运动或扫描运动的加速度的导数、加速度、 速度以及位移的运动轨迹轮廓，解决了传统的轨迹规划方法利用目标值与实际值的实时比较进行控制，难以满足目标数据时间的可预知性的技术问题。本发明不仅适用于步进扫描投影光刻机装置，对于需要事先知道运动轨迹的加工设备都有一定的适用性。
图1为现有技术步进扫描投影光刻机扫描曝光工作基本原理图；图2为现有技术硅片子场曝光硅片台步进扫描运动示意图；图3为本发明轨迹规划方法的实现流程图；图4为现有技术步进扫描投影光刻机步进运动典型轮廓；图5为本发明规划步进运动关键时间变量的算法流程图；图6为现有技术步进扫描投影光刻机扫描运动典型轮廓；图7为本发明规划扫描运动关键时间变量的算法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明进一步详细说明。步进扫描投影光刻机的基本原理见图1。照明光源1、载有掩模3的掩模台4和载有硅片6的硅片台7同时以指定的速度\和速度Vw沿相反方向移动到物镜系统的上方和下方，掩模上特定区域的图形在照明光束2照射下，经过物镜系统5，投影到涂有抗蚀剂的硅片6上，实现掩模图形的转移。其中X表示光刻机步进运动的方向，Y表示扫描运动的方向、Z表示垂直于X、Y运动的方向。扫描型光刻机有两种典型运动模式，即步进运动和扫描运动。其中掩模台4始终做周期性一维扫描运动，而硅片台7则不同，它在一个扫描周期之内除了和掩模台4作反向同步扫描运动之外，还要在与扫描运动垂直的方向上进行步进运动，使被扫描区域从上一行转移至下一行，从而完成整个硅片6的扫描。图2是现有技术硅片子场曝光硅片台步进扫描运动示意图，以及硅片台7的扫描运动和步进运动速度曲线。当硅片子场A沿着目标路径运动，硅片台7以步进方式运动，以便把硅片子场B移动到靠近光轴位置。此时的运动为加速_>勻速_>减速，经过一段调整时间，对于子场B的扫描开始。扫描的过程也包括加速_>勻速_>减速。当硅片台进入勻速阶段时曝光开始。图2中所示的目标路径指示在硅片6曝光的过程中，硅片台7的运动轨迹，即目标路径就是整个硅片台7的运动轨迹；图2中的两个椭圆中所示的曲线即为速度曲线，其中标有步进运动的椭圆中的曲线表示目标路径的步进运动方向的整个速度变化曲线，标有扫描运动的椭圆中的曲线表示目标路径的扫描运动方向的整个速度变化曲线。A、 B、C表示三个相邻的曝光子场。这里掩模台4和硅片台7运动参数呈比例关系G 1)，但是运动的轨迹轮廓是一样的。这样光刻机中掩模台4和硅片台7的运动就可以归结为步进和扫描两种运动方式。其中步进运动要求轨迹规划目标数据的时间可预知性和终点位置的精确位置；扫描运动除了这些要求外，更关注掩模台4、硅片台7同步扫描曝光的精确性和常速扫描速度的稳定性。假定运动轨迹初始位置和终点位置的加速度与速度均为零。图4和图6分别为一种步进扫描投影光刻机步进运动及扫描运动典型的轨迹轮廓，这四个曲线中加速度曲线、速度曲线、位移曲线依次是加速度的导数曲线的一重、二重、 三重积分。加速度的导数曲线中①为最大加速度的导数段，②为最大加速度段，③为最大速度段，改变给定的约束条件轨迹中的②或③可能将不再存在，也就是轨迹规划存在着多种可能情形。(一 )针对以上分析，首先针对步进运动进行轨迹规划，步进运动轨迹规划方法的约束条件为最大加速度的导数jmaxX、最大加速度^iaxx、最大速度Vmaxx、给定速度vx及终点位置sx(由于在本发明中X向为步进运动，Y向为扫描运动，所以在类似的变量中所有步进运动计算用到的变量均用下标X注明，扫描运动则用下标Y注明)。定义限制值1)当加速度达到给定最大值(暂不考虑给定最大速度与运动位移)，加速度轨迹以对称形式在最短时间内将加速度与速度变为零时，对应的最大速度记为V_a_mi x，最大位移记为S_a_mi x，这里的a代表加速度，没有数学意义。2)当速度达到最大值(暂不考虑给定运动位移)，加速度轨迹以对称形式在最短时间内将加速度和速度变为零时，对应的位移记为s_v_mi x。定义三个关键时间变量表示为、x，taX，tvX，其中表示步进运动加速度的导数为最大值的时间，taX表示步进运动加速度从零加速为最大值并保持最大值的时间，tvX表示步进运动速度保持最大值的时间，如图4所示。定义以最大加速度的导数jmaxXW速，直到加速度达到其最大值时所对应的时间为ttabx = iimaxX/jmaxX。从图4可以发现步进运动轨迹规划的本质就是确定三个关键时间变量、x，taX，tvX的计算，因此，如图3所示描述轨迹规划的步骤如下步骤Sl 根据步进运动限制值的定义，针对运动轨迹轮廓利用几何曲线的对称性与图形面积求积分法，依据步进运动和扫描运动给定的约束条件计算限制值V_a_maXx，s_ a_maxx, s_v_maxx,计算公式为
权利要求
1.一种对步进扫描投影光刻机步进及扫描运动轨迹的规划方法，其特征在于，将轨迹规划方法同时用于步进运动和扫描运动的步骤如下步骤Si 根据步进运动及扫描运动对限制值的定义，针对运动轨迹轮廓利用几何曲线的对称性与图形面积求积分法，依据步进运动和扫描运动给定的约束条件计算步进运动及扫描运动的限制值；步骤S2 根据运动轨迹轮廓，利用几何曲线的对称性与图形面积求积分法，计算并得到步进运动及扫描运动各自加速度的导数与时间的关系曲线中的关键时间变量；步骤S3:针对关键时间变量，根据步进运动及扫描运动各自加速度的导数与时间的关系曲线中各时间切换点与关键时间变量的关系，计算得到各时间切换点的值；步骤S4 根据步进运动及扫描运动典型轮廓中加速度的导数与时间的关系以及时间切换点的值，计算得到步进运动或扫描运动加速度的导数的函数；步骤S5 对加速度的导数的函数依次求一重、二重和三重积分，进而得到步进运动及扫描运动的加速度、速度和位移随时间变化的曲线。
2.如权利要求1所述的对步进扫描投影光刻机步进运动及扫描运动轨迹的规划方法， 其特征在于所述步进运动或扫描运动加速度的导数的函数表达式是j (t) = jmax X [u (t-t0) -u (t-ti) -u (t-t2) +u (t-t3) -u (t-t4) +u (t-t5) +u (t-t6) -u (t-t7)]，式中j(t)为加速度的导数随时间变化的函数，jmax为最大加速度的导数，U (·)为单位阶跃函数，to至t7为时间切换点代表步进运动的时间切换点、χ至t7X或扫描运动的时间切换点tOT至t7Y，t是运动时间代表步进运动的运动时间tx或扫描运动的运动时间tY。
3.如权利要求2所述的对步进扫描投影光刻机步进及扫描运动轨迹的规划方法，其特征在于所述一重积分表示如下a(t) = / j(t)dt,式中a(t)为加速度随时间变化的函数代表步进运动的加速度随时间变化的函数 a(tx)或扫描运动加速度随时间变化的函数a(tY)，j(t)为加速度的导数随时间变化的函数代表步进运动加速度的导数随时间变化的函数j (tx)或扫描运动加速度的导数随时间变化的函数j(tY)。
4.如权利要求2所述的对步进扫描投影光刻机步进及扫描运动轨迹的规划方法，其特征在于所述二重积分表示如下v(t) =ff j(t)dt，式中v(t)为速度随时间变化的函数代表步进运动的速度随时间变化的函数ν(tx)或扫描运动速度随时间变化的函数ν (tY)，j(t)为加速度的导数随时间变化的函数代表步进运动加速度的导数随时间变化的函数j(tx)或扫描运动加速度的导数随时间变化的函数 j (tY)。
5.如权利要求2所述的对对步进扫描投影光刻机步进及扫描运动轨迹的规划方法，其特征在于所述三重积分表示如下s(t) = / / / j(t)dt，式中s(t)为位移随时间变化的函数代表步进运动的位移随时间变化的函数s (tx)或扫描运动的位移随时间变化的函数S (tY)，j(t)为加速度的导数随时间变化的函数代表步进运动加速度的导数随时间变化的函数j (tx)或扫描运动加速度的导数随时间变化的函数 j (tY)。
全文摘要
本发明是一种对投影光刻机步进及扫描运动轨迹的规划方法，其规划步骤如下根据步进扫描投影光刻机系统给定的步进以及扫描运动的约束条件，计算各自的限制值，算出关键的时间变量，进而算出各时间切换点，再由时间切换点的值得到加速度的导数的轨迹函数，最后通过积分依次求得加速度、速度以及位移随时间变化的曲线。本发明能够根据步进扫描投影光刻机系统给定的约束条件，得到加速度的导数、加速度、速度以及位移的轨迹曲线，从而为步进扫描投影光刻机的步进及扫描运动控制提供时间最优轨迹。本发明不仅适用于步进扫描投影光刻机装置，对于需要事先知道运动轨迹的加工设备都有一定的适用性。
文档编号G03F7/20GK102236269SQ201110205579
公开日2011年11月9日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者徐锋, 李兰兰, 李金龙, 盛壮, 胡松, 赵立新 申请人:中国科学院光电技术研究所