專利名稱：一種對投影光刻機步進及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于步進掃描投影光刻機的步進及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展是以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，微電子技術(shù)的核心是集成電路，而集成電路的發(fā)展又必須以半導(dǎo)體專用設(shè)備為其主要支撐條件。隨著硅片的直徑不斷增大， 集成度不斷提高，圖形線寬不斷縮小，專用設(shè)備顯得越來越重要。在集成電路生產(chǎn)過程中， 光刻設(shè)備占據(jù)著統(tǒng)治地位。從1973年世界上第一臺光刻機誕生以來，光刻機及光刻技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異，突飛猛進。光刻技術(shù)在經(jīng)歷了接觸式接近式、投影式、步進重復(fù)投影式幾個重大技術(shù)發(fā)展階段之后，便向步進掃描方式過渡。軌跡規(guī)劃的主要任務(wù)是計算給定運動軌跡在各采樣周期的加速度、速度、和位置等參考數(shù)據(jù)，供后續(xù)的數(shù)字控制器使用。因軌跡規(guī)劃直接決定光刻機的運動精度和性能，是光刻及研發(fā)中的重點和難點之一。傳統(tǒng)的軌跡規(guī)劃方法利用目標值與實際值的實時比較進行控制，難以滿足目標數(shù)據(jù)時間的可預(yù)知性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)之上針對步進運動及掃描運動的特征分別進行分析，確定步進運動及掃描運動的約束條件，從系統(tǒng)需求的角度自行對軌跡進行了規(guī)劃，使其更符合步進掃描投影光刻機控制系統(tǒng)的實際需求，本發(fā)明能根據(jù)步進掃描投影光刻機的步進及掃描運動的約束條件，而提供一種對投影光刻機步進及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法。為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明實現(xiàn)對投影光刻機步進及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法， 將軌跡規(guī)劃方法同時用于步進運動和掃描運動的步驟如下步驟Sl 根據(jù)步進運動及掃描運動對限制值的定義，針對運動軌跡輪廓利用幾何曲線的對稱性與圖形面積求積分法，依據(jù)步進運動和掃描運動給定的約束條件計算步進運動及掃描運動的限制值；步驟S2 根據(jù)運動軌跡輪廓，利用幾何曲線的對稱性與圖形面積求積分法，計算并得到步進運動及掃描運動各自加速度的導(dǎo)數(shù)與時間的關(guān)系曲線中的關(guān)鍵時間變量；步驟S3 針對關(guān)鍵時間變量，根據(jù)步進運動及掃描運動各自加速度的導(dǎo)數(shù)與時間的關(guān)系曲線中各時間切換點與關(guān)鍵時間變量的關(guān)系，計算得到各時間切換點的值；步驟S4:根據(jù)步進運動及掃描運動典型輪廓中加速度的導(dǎo)數(shù)與時間的關(guān)系以及時間切換點的值，計算得到步進運動或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)的函數(shù)；步驟S5 對加速度的導(dǎo)數(shù)的函數(shù)依次求一重、二重和三重積分，進而得到步進運動及掃描運動的加速度、速度和位移隨時間變化的曲線。優(yōu)選實施例所述步進運動或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)的函數(shù)表達式是
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)為加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)，jmax為最大加速度的導(dǎo)數(shù)，u(·)為單位階躍函數(shù)，t0至t7為時間切換點代表步進運動的時間切換點、χ至t7X或掃描運動的時間切換點tOT至t7Y，t是運動時間代表步進運動的運動時間tx或掃描運動的運動時間tY。優(yōu)選實施例所述一重積分表示如下a(t) =I j(t)dt,式中a(t)為加速度隨時間變化的函數(shù)代表步進運動的加速度隨時間變化的函數(shù)a(tx)或掃描運動加速度隨時間變化的函數(shù)a(tY)，j(t)為加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)代表步進運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j (tx)或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j(tY)。優(yōu)選實施例所述二重積分表示如下v(t) = / / j(t)dt,式中V(t)為速度隨時間變化的函數(shù)代表步進運動的速度隨時間變化的函數(shù) v(tx)或掃描運動速度隨時間變化的函數(shù)v(tY)，j(t)為加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)代表步進運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j (tx)或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j (tY)。優(yōu)選實施例所述三重積分表示如下s(t) = / / / j(t)dt,式中S(t)為位移隨時間變化的函數(shù)代表步進運動的位移隨時間變化的函數(shù) s(tx)或掃描運動的位移隨時間變化的函數(shù)s(tY)，j(t)為加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)代表步進運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j (tx)或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j(tY)。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明可以根據(jù)給定的約束條件，依據(jù)時間最短原則計算出各時間切換點的值，最終通過計算和積分得到步進運動或掃描運動的加速度的導(dǎo)數(shù)、加速度、 速度以及位移的運動軌跡輪廓，解決了傳統(tǒng)的軌跡規(guī)劃方法利用目標值與實際值的實時比較進行控制，難以滿足目標數(shù)據(jù)時間的可預(yù)知性的技術(shù)問題。本發(fā)明不僅適用于步進掃描投影光刻機裝置，對于需要事先知道運動軌跡的加工設(shè)備都有一定的適用性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)步進掃描投影光刻機掃描曝光工作基本原理圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)硅片子場曝光硅片臺步進掃描運動示意圖；圖3為本發(fā)明軌跡規(guī)劃方法的實現(xiàn)流程圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)步進掃描投影光刻機步進運動典型輪廓；圖5為本發(fā)明規(guī)劃步進運動關(guān)鍵時間變量的算法流程圖；圖6為現(xiàn)有技術(shù)步進掃描投影光刻機掃描運動典型輪廓；圖7為本發(fā)明規(guī)劃掃描運動關(guān)鍵時間變量的算法流程圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。步進掃描投影光刻機的基本原理見圖1。照明光源1、載有掩模3的掩模臺4和載有硅片6的硅片臺7同時以指定的速度\和速度Vw沿相反方向移動到物鏡系統(tǒng)的上方和下方，掩模上特定區(qū)域的圖形在照明光束2照射下，經(jīng)過物鏡系統(tǒng)5，投影到涂有抗蝕劑的硅片6上，實現(xiàn)掩模圖形的轉(zhuǎn)移。其中X表示光刻機步進運動的方向，Y表示掃描運動的方向、Z表示垂直于X、Y運動的方向。掃描型光刻機有兩種典型運動模式，即步進運動和掃描運動。其中掩模臺4始終做周期性一維掃描運動，而硅片臺7則不同，它在一個掃描周期之內(nèi)除了和掩模臺4作反向同步掃描運動之外，還要在與掃描運動垂直的方向上進行步進運動，使被掃描區(qū)域從上一行轉(zhuǎn)移至下一行，從而完成整個硅片6的掃描。圖2是現(xiàn)有技術(shù)硅片子場曝光硅片臺步進掃描運動示意圖，以及硅片臺7的掃描運動和步進運動速度曲線。當硅片子場A沿著目標路徑運動，硅片臺7以步進方式運動，以便把硅片子場B移動到靠近光軸位置。此時的運動為加速_>勻速_>減速，經(jīng)過一段調(diào)整時間，對于子場B的掃描開始。掃描的過程也包括加速_>勻速_>減速。當硅片臺進入勻速階段時曝光開始。圖2中所示的目標路徑指示在硅片6曝光的過程中，硅片臺7的運動軌跡，即目標路徑就是整個硅片臺7的運動軌跡；圖2中的兩個橢圓中所示的曲線即為速度曲線，其中標有步進運動的橢圓中的曲線表示目標路徑的步進運動方向的整個速度變化曲線，標有掃描運動的橢圓中的曲線表示目標路徑的掃描運動方向的整個速度變化曲線。A、 B、C表示三個相鄰的曝光子場。這里掩模臺4和硅片臺7運動參數(shù)呈比例關(guān)系G 1)，但是運動的軌跡輪廓是一樣的。這樣光刻機中掩模臺4和硅片臺7的運動就可以歸結(jié)為步進和掃描兩種運動方式。其中步進運動要求軌跡規(guī)劃目標數(shù)據(jù)的時間可預(yù)知性和終點位置的精確位置；掃描運動除了這些要求外，更關(guān)注掩模臺4、硅片臺7同步掃描曝光的精確性和常速掃描速度的穩(wěn)定性。假定運動軌跡初始位置和終點位置的加速度與速度均為零。圖4和圖6分別為一種步進掃描投影光刻機步進運動及掃描運動典型的軌跡輪廓，這四個曲線中加速度曲線、速度曲線、位移曲線依次是加速度的導(dǎo)數(shù)曲線的一重、二重、 三重積分。加速度的導(dǎo)數(shù)曲線中①為最大加速度的導(dǎo)數(shù)段，②為最大加速度段，③為最大速度段，改變給定的約束條件軌跡中的②或③可能將不再存在，也就是軌跡規(guī)劃存在著多種可能情形。(一 )針對以上分析，首先針對步進運動進行軌跡規(guī)劃，步進運動軌跡規(guī)劃方法的約束條件為最大加速度的導(dǎo)數(shù)jmaxX、最大加速度^iaxx、最大速度Vmaxx、給定速度vx及終點位置sx(由于在本發(fā)明中X向為步進運動，Y向為掃描運動，所以在類似的變量中所有步進運動計算用到的變量均用下標X注明，掃描運動則用下標Y注明)。定義限制值1)當加速度達到給定最大值(暫不考慮給定最大速度與運動位移)，加速度軌跡以對稱形式在最短時間內(nèi)將加速度與速度變?yōu)榱銜r，對應(yīng)的最大速度記為V_a_mi x，最大位移記為S_a_mi x，這里的a代表加速度，沒有數(shù)學意義。2)當速度達到最大值(暫不考慮給定運動位移)，加速度軌跡以對稱形式在最短時間內(nèi)將加速度和速度變?yōu)榱銜r，對應(yīng)的位移記為s_v_mi x。定義三個關(guān)鍵時間變量表示為、x，taX，tvX，其中表示步進運動加速度的導(dǎo)數(shù)為最大值的時間，taX表示步進運動加速度從零加速為最大值并保持最大值的時間，tvX表示步進運動速度保持最大值的時間，如圖4所示。定義以最大加速度的導(dǎo)數(shù)jmaxXW速，直到加速度達到其最大值時所對應(yīng)的時間為ttabx = iimaxX/jmaxX。從圖4可以發(fā)現(xiàn)步進運動軌跡規(guī)劃的本質(zhì)就是確定三個關(guān)鍵時間變量、x，taX，tvX的計算，因此，如圖3所示描述軌跡規(guī)劃的步驟如下步驟Sl 根據(jù)步進運動限制值的定義，針對運動軌跡輪廓利用幾何曲線的對稱性與圖形面積求積分法，依據(jù)步進運動和掃描運動給定的約束條件計算限制值V_a_maXx，s_ a_maxx, s_v_maxx,計算公式為
權(quán)利要求
1.一種對步進掃描投影光刻機步進及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于，將軌跡規(guī)劃方法同時用于步進運動和掃描運動的步驟如下步驟Si 根據(jù)步進運動及掃描運動對限制值的定義，針對運動軌跡輪廓利用幾何曲線的對稱性與圖形面積求積分法，依據(jù)步進運動和掃描運動給定的約束條件計算步進運動及掃描運動的限制值；步驟S2 根據(jù)運動軌跡輪廓，利用幾何曲線的對稱性與圖形面積求積分法，計算并得到步進運動及掃描運動各自加速度的導(dǎo)數(shù)與時間的關(guān)系曲線中的關(guān)鍵時間變量；步驟S3:針對關(guān)鍵時間變量，根據(jù)步進運動及掃描運動各自加速度的導(dǎo)數(shù)與時間的關(guān)系曲線中各時間切換點與關(guān)鍵時間變量的關(guān)系，計算得到各時間切換點的值；步驟S4 根據(jù)步進運動及掃描運動典型輪廓中加速度的導(dǎo)數(shù)與時間的關(guān)系以及時間切換點的值，計算得到步進運動或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)的函數(shù)；步驟S5 對加速度的導(dǎo)數(shù)的函數(shù)依次求一重、二重和三重積分，進而得到步進運動及掃描運動的加速度、速度和位移隨時間變化的曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的對步進掃描投影光刻機步進運動及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法， 其特征在于所述步進運動或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)的函數(shù)表達式是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)為加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)，jmax為最大加速度的導(dǎo)數(shù)，U (·)為單位階躍函數(shù)，to至t7為時間切換點代表步進運動的時間切換點、χ至t7X或掃描運動的時間切換點tOT至t7Y，t是運動時間代表步進運動的運動時間tx或掃描運動的運動時間tY。
3.如權(quán)利要求2所述的對步進掃描投影光刻機步進及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于所述一重積分表示如下a(t) = / j(t)dt,式中a(t)為加速度隨時間變化的函數(shù)代表步進運動的加速度隨時間變化的函數(shù) a(tx)或掃描運動加速度隨時間變化的函數(shù)a(tY)，j(t)為加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)代表步進運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j (tx)或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j(tY)。
4.如權(quán)利要求2所述的對步進掃描投影光刻機步進及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于所述二重積分表示如下v(t) =ff j(t)dt，式中v(t)為速度隨時間變化的函數(shù)代表步進運動的速度隨時間變化的函數(shù)ν(tx)或掃描運動速度隨時間變化的函數(shù)ν (tY)，j(t)為加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)代表步進運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j(tx)或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù) j (tY)。
5.如權(quán)利要求2所述的對對步進掃描投影光刻機步進及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于所述三重積分表示如下s(t) = / / / j(t)dt，式中s(t)為位移隨時間變化的函數(shù)代表步進運動的位移隨時間變化的函數(shù)s (tx)或掃描運動的位移隨時間變化的函數(shù)S (tY)，j(t)為加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)代表步進運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù)j (tx)或掃描運動加速度的導(dǎo)數(shù)隨時間變化的函數(shù) j (tY)。
全文摘要
本發(fā)明是一種對投影光刻機步進及掃描運動軌跡的規(guī)劃方法，其規(guī)劃步驟如下根據(jù)步進掃描投影光刻機系統(tǒng)給定的步進以及掃描運動的約束條件，計算各自的限制值，算出關(guān)鍵的時間變量，進而算出各時間切換點，再由時間切換點的值得到加速度的導(dǎo)數(shù)的軌跡函數(shù)，最后通過積分依次求得加速度、速度以及位移隨時間變化的曲線。本發(fā)明能夠根據(jù)步進掃描投影光刻機系統(tǒng)給定的約束條件，得到加速度的導(dǎo)數(shù)、加速度、速度以及位移的軌跡曲線，從而為步進掃描投影光刻機的步進及掃描運動控制提供時間最優(yōu)軌跡。本發(fā)明不僅適用于步進掃描投影光刻機裝置，對于需要事先知道運動軌跡的加工設(shè)備都有一定的適用性。
文檔編號G03F7/20GK102236269SQ201110205579
公開日2011年11月9日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者徐鋒, 李蘭蘭, 李金龍, 盛壯, 胡松, 趙立新 申請人:中國科學院光電技術(shù)研究所