JP6383177B2 - 露光装置及びその制御方法、並びにデバイスの製造方法 - Google Patents

露光装置及びその制御方法、並びにデバイスの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、露光装置の制御技術に関する。
半導体露光装置ではウエハを所望の位置に動かすためにXYステージが利用される。XYステージが時間に沿ってどう動いていくかのデータを目標軌跡という。ある露光を終えてから次の露光を始めるまでのステージの目標軌跡は、以下に述べる3つの条件を満たす必要がある。
(1)露光を終えたときの速度と位置の初期条件、
(2)次の露光を始めるときの位置と速度の終了条件、
(3)ステージを駆動する加速度と速度が上限値を超えてはならないという制約条件。
さらに、目標軌跡は駆動時間をできるだけ短くし生産性を向上させることが求められる。従来の技術では、特許文献1のように、X方向の駆動とY方向の駆動のタイミングを合わせて初期条件と終了条件を満足させていた。また、特許文献2のように、露光中のスキャン速度を向上させることで駆動時間を短くしていた。さらに、特許文献3のように、重ね合わせ精度向上のための整定時間を短くすることで駆動時間を短くしていた。
特開2010−087470号公報 特開2010−147467号公報 特開2005−183966号公報
上記したいずれの文献でも、露光と露光の間の目標軌跡の作成にあたり、初期条件と終了条件を満たすことと、速度と加速度が制約条件内に収まることを優先して目標軌跡を作成していた。そのため、駆動時間を最小化することは必ずしも保証できていない。したがって、スループット向上の余地が残されているといえる。
本発明は、上記課題に鑑み、ステージの駆動時間の短縮を図ることでスループットに関して有利な露光装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面によれば、基板を露光する露光装置であって、前記基板を保持するステージと、前記ステージを駆動する駆動部と、前記ステージの目標軌跡を作成する作成部と、前記作成部により作成された目標軌跡に基づいて前記駆動部を制御する制御部とを有し、前記作成部は、前記基板上の第1ショット及び該第1ショットの次に露光される第2ショットの配置、前記第1ショット及び前記第2ショットの露光順序、前記ステージの速度の上限値である第1上限値、前記ステージの加速度の上限値である第2上限値、及び前記ステージのジャークに要する時間の下限値、を含む制約条件に基づいて制約二次線形計画法を実行して、前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの間の前記ステージの目標軌跡を作成するように構成され、前記目標軌跡は、前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの目標軌跡に基づいて前記ステージを駆動させたときの時間が許容値内になるように作成されることを特徴とする露光装置が提供される。
本発明によれば、ステージの駆動時間の短縮が図られ、スループットに関して有利な露光装置が提供される。
第1実施形態における露光装置の構成を示す図。 第1実施形態における目標軌跡作成処理のフローチャート。 目標軌跡の例を示す図。 実施形態1における目標軌跡の第1の例を示す図。 実施形態1における目標軌跡の第2の例を示す図。 実施形態1における目標軌跡の第3の例を示す図。 実施形態2における目標軌跡の第1の例を示す図。 実施形態2における目標軌跡の第2の例を示す図。 実施形態2におけるショット配置と初期条件及び終了条件を示す図。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。
<実施形態1>
図1は、実施形態1における露光装置の構成を示す図である。露光装置は、露光対象を保持するXYステージ7を備える。X軸アクチュエータ5及びY軸アクチュエータ6はそれぞれ、XYステージ7をX軸方向及びY軸方向に駆動する駆動部である。ショット配置入力部1は、露光ショットの配置及び露光順序の情報を入力する。上限値入力部2は、XYステージ7の加速度の上限値及び速度の上限値の情報を入力する。ジャークプロファイル入力部3はジャークプロファイルの入力情報を受け取る。目標軌跡作成部4は、入力情報に基づき制約二次線形計画法を用いて、XYステージ7が時間に沿ってどう動いていくかのデータすなわち目標軌跡を作成する。制御部8は、作成された目標軌跡に基づいて、X軸アクチュエータ5とY軸アクチュエータ6の駆動を制御する。ここで、ジャークとは、加速度を増減させる運動のことをいう。ジャークプロファイルとは、ジャークのとき加速度をどう変化させるかという情報である。
図2は、本実施形態における目標軌跡作成処理のフローチャートである。まず、ショット配置入力部1を介して、露光ショットの配置と移動順序、スキャン速度、露光エリアのサイズが設定される(S202)。次に、上限値入力部2を介して、加速度の最大値AMax、速度の最大値VMaxが設定される(S203)。次に、ジャークプロファイル入力部3を介して、ジャークプロファイルa(t)が設定される(S204)。
目標軌跡作成部4は、ステージ待機位置と待機速度を、初期条件(初位置xs、初速度vs)に設定する(S205)。目標軌跡作成部4は更に、次のショットの露光開始位置と露光速度を、終了条件(終位置xe、終速度ve)に設定する(S206)。目標軌跡作成部4はその後、(xs,vs)から(xe,ve)までを結んで露光終了時から次の露光開始時までのステージ駆動時間が許容値内になるように、目標軌跡を算出する(S207)。例えば、目標軌跡作成部4は、駆動時間が最小となるように目標軌跡を算出する。算出されたショット間の目標軌跡が、全体の目標軌跡に追加される(S208)。また、ショット露光の目標軌跡が、全体の目標軌跡に追加される(S209)。そして、ショット露光終了時の位置と速度を初期条件(xs,vs)にして(S211)、すべてのショットについて計算し終えるまで繰り返す(S210)。
次に、S207の目標軌跡の算出の方法について詳しく述べる。図3は、初期条件301から終了条件302までを結ぶ目標軌跡303の例を示す。本実施形態1において、ジャークプロファイルは、以下の式で与えられる。
Figure 0006383177
図4に、初期条件と終了条件が具体的に与えられたときの目標軌跡の例を示す。ここでは、露光と次の露光の間の目標軌跡が、等速運動で始まって等速運動で終わる例を示す。例えば、目標軌跡を、等速度、ジャーク、等加速度、ジャーク、等速度、ジャーク、等加速度、ジャーク、等速度、と9区間に分割する。9区間に分割することにより、どのような初期条件と終了条件を与えられたときでも、実現可能な目標軌跡を求めることができる。
各区間の所要時間をt0,...,t8、各区間の開始時刻をs0,...,s8とする。また、各区間の開始時刻での速度をv0,...,v9、各区間の開始時刻での位置をx0,...,x9とする。
このとき、加速度a(t)は以下のように区間ごとに数式で記述できる。
Figure 0006383177
Figure 0006383177
速度は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
また、位置は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
式11から式28に各区間の終了時刻t=si+tiを代入し、siを消去することで、以下の関係式が得られる。
Figure 0006383177
また、以下の条件も満たす必要がある。
Figure 0006383177
さらに、ジャーク時間には下限tjがある。
Figure 0006383177
最小の駆動時間の目標軌跡を求めるという問題は、式29から式54を制約条件とし、以下の駆動時間
Figure 0006383177
を目標関数として最小化する制約二次線形計画問題と定式化され、解くことができる。
上記の制約二次線形計画法における制約条件は、まとめると、以下のとおりである。
(1)目標軌跡が、露光終了時のステージの位置及び速度を同時に満たすこと。
(2)目標軌跡が、次の露光開始時のステージの位置と速度を同時に満たすこと。
(3)ステージの速度が、入力された速度の上限値を超えないこと。
(4)ステージの加速度が、入力された加速度の上限値を超えないこと。
(5)ジャークに要する時間が下限値を下回らないこと。
図5は、別の初期条件と終了条件が与えられたときの目標軌跡の例である。目標軌跡を、等速度、ジャーク、等加速度、ジャーク、等速度の5区間に分割している。初期条件と終了条件によっては、このような5区間では目標軌跡は実現不可能である。5区間の場合も前述の9区間と同様に、以下の式が成り立つ。加速度a(t)は以下のように区間ごとに数式で記述できる。
Figure 0006383177
速度は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
また、位置は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
式61から式70に各区間の終了時刻t=si+tiを代入し、siを消去することで、以下の関係式が得られる。
Figure 0006383177
また、以下の条件も満たす必要がある。
Figure 0006383177
さらに、ジャーク時間には下限tjがある。
Figure 0006383177
最小の駆動時間の目標軌跡を求めるという問題は、式71から式88を制約条件とし、以下の駆動時間
Figure 0006383177
を目標関数として最小化する制約二次線形計画問題と定式化され、解くことができる。
図6は、更に別の初期条件と終了条件が与えられたときの目標軌跡の例である。目標軌跡を、等速度の1区間のみである。初期条件と終了条件によっては、このような目標軌跡は実現不可能である。この場合も前述の9区間や5区間と同様に、以下の式が成り立つ。加速度a(t)は以下のように区間ごとに数式で記述できる。
Figure 0006383177
速度は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
また、位置は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
式91と式92に各区間の終了時刻t=s0+t0を代入し、s0を消去することで、以下の関係式が得られる。
Figure 0006383177
また、以下の条件も満たす必要がある。
Figure 0006383177
最小の駆動時間の目標軌跡を求めるという問題は、式93から式100を制約条件とし、駆動時間
t0 (式101)
を目標関数として最小化する線形計画問題と定式化され、解くことができる。この場合は非常に単純なため、解を書き下ろすことができる。
Figure 0006383177
前述のように、初期条件と終了条件によっては解は実現不可能である。たとえば式102のt0が負の値になったとき、解は実現不能である。
以上の9区間、5区間、1区間の三つの目標軌跡のうち、実現可能で駆動時間が最小の目標軌跡が、求める目標軌跡である。
<実施形態2>
実施形態2では、別のジャークプロファイルが、以下の式で与えられる。
Figure 0006383177
図7は初期条件と終了条件が具体的に与えられたときの目標軌跡の例である。目標軌跡を、等速度、ジャーク、等加速度、ジャーク、等速度、ジャーク、等加速度、ジャーク、等速度、と9区間に分割する。このとき、加速度a(t)は以下のように区間ごとに数式で記述できる。
Figure 0006383177
速度は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
また、位置は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
式113から式130に各区間の終了時刻t=si+tiを代入し、siを消去することで、以下の関係式が得られる。
Figure 0006383177
また、以下の条件も満たす必要がある。
Figure 0006383177
さらに、ジャーク時間には下限tjがある。
Figure 0006383177
最小の駆動時間の目標軌跡を求めるという問題は、式131から式156を制約条件とし、駆動時間
Figure 0006383177
を目標関数として最小化する制約二次線形計画問題と定式化され、解くことができる。
図8は、別の初期条件と終了条件が与えられたときの目標軌跡の例である。目標軌跡を、等速度、ジャーク、等加速度、ジャーク、等速度、の5区間に分割している。初期条件と終了条件によっては、このような5区間では目標軌跡は実現不可能である。5区間の場合も前述の9区間と同様に、以下の式が成り立つ。
加速度a(t)は以下のように区間ごとに数式で記述できる。
Figure 0006383177
速度は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
また、位置は、
Figure 0006383177
の関係から以下の数式で記述できる。
Figure 0006383177
式162から式171に各区間の終了時刻t=si+tiを代入し、siを消去することで、以下の関係式が得られる。
Figure 0006383177
また、以下の条件も満たす必要がある。
Figure 0006383177
さらに、ジャーク時間には下限tjがある。
Figure 0006383177
最小の駆動時間の目標軌跡を求めるという問題は、式172から式189を制約条件とし、駆動時間
Figure 0006383177
を目標関数として最小化する制約二次線形計画問題と定式化され、解くことができる。次に、目標軌跡を等速度の1区間のみで実現できるかを計算するが、これは前述の実施例1の1区間の場合とまったく同じであるので省略する。以上の9区間、5区間、1区間の三つの目標軌跡のうち、実現可能で駆動時間が最小の目標軌跡が、求める目標軌跡である。
<実施形態3>
図9は、実施形態3の露光ショットの配置と初期条件と終了条件を示す図である。ここで、静止露光とステップ駆動を繰り返して、露光ショットa→b→cと動いていく。このような露光装置は一般にステッパと呼ばれる。この場合、露光と次の露光の間の目標軌跡は、静止で始まって静止で終わることになる。実施形態1にスキャン速度と露光エリアのサイズをゼロにするという特殊な条件を入力することにより、ステッパの目標軌跡を最適化できる。
<他の実施形態>
上述の露光装置において、制御部、目標軌跡作成部、ショット配置入力部、上限値入力部、ジャークプロファイル入力部の処理は、プロセッサにより実行されうる。露光装置は、プロセッサ及びプログラムを記憶したメモリを搭載した制御基板を1つあるいは複数有する構成としてもよい。
また、ショット配置入力部、上限値入力部、ジャークプロファイル入力部による入力に際して、キーボード等の入力装置、または、無線もしくは有線の通信装置を用いてもよい。
<物品の製造方法の実施形態>
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程(基板を露光する工程)と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
1:ショット配置入力部、2:上限値入力部、3:ジャークプロファイル入力部、4:目標軌跡作成部、5:X軸アクチュエータ、6:Y軸アクチュエータ、7:XYステージ

Claims (7)

  1. 基板を露光する露光装置であって、
    前記基板を保持するステージと、
    前記ステージを駆動する駆動部と、
    前記ステージの目標軌跡を作成する作成部と、
    前記作成部により作成された目標軌跡に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
    を有し、
    前記作成部は、前記基板上の第1ショット及び該第1ショットの次に露光される第2ショットの配置、前記第1ショット及び前記第2ショットの露光順序、前記ステージの速度の上限値である第1上限値、前記ステージの加速度の上限値である第2上限値、及び前記ステージのジャークに要する時間の下限値、を含む制約条件に基づいて制約二次線形計画法を実行して、前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの間の前記ステージの目標軌跡を作成するように構成され、
    前記目標軌跡は、前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの目標軌跡に基づいて前記ステージを駆動させたときの時間が許容値内になるように作成される
    ことを特徴とする露光装置。
  2. 前記作成部は、前記ジャークにおける前記ステージの加速度の変化を示すジャークプロファイルに基づいて前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの間の前記ステージの目標軌跡を作成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
  3. 前記制約条件は、
    (1)前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの間の前記ステージの目標軌跡が、前記第1ショットの露光終了時の前記ステージの位置及び速度を同時に満たすこと、
    (2)前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの間の前記ステージの目標軌跡が、前記第2ショットの露光開始時の前記ステージの位置と速度を同時に満たすこと、
    (3)前記ステージの速度が前記第1上限値を超えないこと、
    (4)前記ステージの加速度が前記第2上限値を超えないこと、
    (5)ジャークに要する時間が前記下限値を下回らないこと、
    とすることを特徴とする請求項2に記載の露光装置。
  4. 前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの間の目標軌跡が等速運動で始まって等速運動で終わることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の露光装置。
  5. 前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの間の目標軌跡が静止で始まって静止で終わることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の露光装置。
  6. 基板を保持するステージと、前記ステージを駆動する駆動部とを有する露光装置における、前記ステージの駆動の制御方法であって、
    制約条件に基づいて制約二次線形計画法を実行することで、前記基板上の第1ショットの露光終了時から該第1ショットの次に露光される第2ショットの露光開始時までの間の目標軌跡を作成する工程と、
    前記工程で作成された目標軌跡に基づいて前記駆動部を制御する制御工程と、
    を有し、
    前記制約条件は、前記第1ショット及び前記第2ショットの配置、前記第1ショット及び前記第2ショットの露光順序、前記ステージの速度の上限値、前記ステージの加速度の上限値、及び前記ステージのジャークに要する時間の下限値、を含み、
    前記目標軌跡を作成する工程では、作成した目標軌跡に基づいて前記ステージを駆動させたときの時間が許容値内になるように、前記第1ショットの露光終了時から前記第2ショットの露光開始時までの間の目標軌跡を作成する
    ことを特徴とする露光装置の制御方法。
  7. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    露光された前記基板を現像する現像ステップとを有し、
    前記現像ステップで現像された前記基板を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
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