JP4450752B2 - リソグラフィ処理セルの制御方法、デバイス製造方法、リソグラフィ装置、トラックユニット、リソグラフィ処理セル、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置およびトラック装置を有するリソグラフィ処理セルに、および関連するデバイス製造方法に関する。

リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。このようなケースでは、パターニングデバイスは、ＩＣの個々の層に対応する所望の回路パターンの生成に使用することができ、このパターンを、放射線感光原料（レジスト）の層で被覆してある基板（シリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイから成る）に描像することができる。

一般的に、１枚の基板は、順次露光される近接目標部分のネットワークを含んでいる。既知のリソグラフィ装置は、全体パターンを目標部分に１回の作動にて露光することによって各目標部分が照射される、いわゆるステッパと、所定の方向（「走査」方向）にパターンを投影ビームで徐々に走査し、これと同時に基板をこの方向と平行に、あるいは反平行に走査することにより、各目標部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。

一般的に「ｆａｂ」または「ｆｏｕｎｄｒｙ」と呼ばれ、半導体デバイスを製造している工場では、各リソグラフィ装置が一般的に、ウェハ取り扱いデバイスおよび前処理および後処理デバイスを有するトラック装置を伴う。このような配置構成は、リソグラフィ処理セル、つまり「リソセル」を形成する。リソグラフィ装置およびトラックは両方とも監視制御システムを有し、これ自体もさらなる監視制御システムの制御下にある。空であるか、１つまたは複数のプロセス層またはデバイス層を含むよう既に処理されているウェハを、処理するためにロット（バッチとも呼ぶ）単位でリソセルに送出する。

ロットとは、一般的に同じ方法でリソセルによって処理される基板のグループであり、トラック装置およびリソグラフィ装置によって実行すべきプロセスを指定する「レシピ」が付随する。ロットのサイズは、自由裁量によるか、工場で基板の運搬に使用するキャリアのサイズによって決定することができる。

レシピは、適用すべきレジストコーティングの詳細、露光前および露光後ベークの温度および継続時間、露光すべきパターンおよびその露光設定の詳細、現像時間などを含む。

任意のパッチでレシピを完了するには、多数のタスクを実行しなければならず、これを実行できる多くの可能な方法がある。というのは、多くの場合、トラックとリソグラフィ装置とは両方とも、一度に複数のタスクを実行できるからであり、例えばトラック装置が複数のスピンコーティング機または多目的ステーションを含むか、リソグラフィ装置が、測定ステーションおよび露光ステーションを有するデュアルステージ装置である場合である。したがって、実行すべきタスクのスケジュールを作成し、例えばスループットを最大にするために、そのスケジュールを最適化することは、複雑なタスクである。

スケジュール作成の新しい方法について、２００３年１０月１３日に出願された欧州特許出願第０３２５６４５６．９号および２００３年１２月２３日に出願された米国特許出願第１０／７４３，３２０号に記載されており、詳細は、これらの文書を参照されたい。これらの文書に記載された方法は、モデルおよび状態に基づき、トラック装置ユニットまたはリソグラフィ装置の全体または一部に、さらにリソセル全体に適用することができる。

トラック装置およびリソグラフィ装置に別個の制御システムおよびスケジュール作成が提供されている場合は、リソグラフィ装置の必要に応じてトラック装置が未露光のレジスト塗布ウェハを送出し、露光済みウェハを受け取れることを保証するために、トラック装置とスキャナとを同期させる必要がある。ウェハのスループットを最大とし、通常は１時間にウェハ１００枚を超えるものとし、高資産のリソグラフィ装置の投資を環減しなければならない。通常、スループットは、リソグラフィ装置がウェハを露光する速度によって制限され、リソグラフィ装置が取り上げるのを待っている準備済みウェハが常にあるように、トラック装置はリソグラフィ装置より少々高速で作動するように構成される。待機中のウェハに対応するために、トラック装置にバッファを設ける。しかし、本発明の発明者は、調査および実験により、この方法は常に最大のスループットを提供するとは限らないと判断した。

本発明の原理は、本明細書で実現され、広義に説明されているように、スループットを最大にするためにリソセル構成でトラック装置とリソグラフィ装置を同期させる改良型の方法を提供することである。１つの実施形態では、方法は、リソグラフィ露光装置が露光のためにトラック装置から準備済み基板を受け入れるよう、使用可能になる時間を予測することと、リソグラフィ露光装置が受け入れるために、基板を間に合わせて準備するよう、トラック装置が基板を準備する速度を調節することとを含む。

リソグラフィ装置に必要とされる時にちょうど基板の準備が整うように、トラック装置の作業速度を調節することにより、トラックでのバッファの使用を大幅に回避するか、完全に解消することさえできる。バッファの使用は、不規則な遅延を持ち込み、全体的なシステムのスループットを低下させることがあると判断された。これは、バッファへの基板の装填および取り出しの動作に追加の時間がかかり、非生産的だからである。また、リソグラフィ装置に準備済み基板を受け取る準備が整った場合、バッファ内に待機中の基板があり、トラックロボットが、トラックの別の部分における移送で占有され、新しい基板に対するリソグラフィ装置要求にサービスできないことがある。

したがって、基板の送出に遅延がある。トラック装置とリソグラフィ装置のサイクル時間の正確な関係に応じて、このような遅延が、全体的なサイクル時間およびスループットの不安定性を引き起こすことがある。スループットを低下させるばかりでなく、このような変動性は、露光後ベークなどの時間が重要なプロセスで基板が費やす時間の長さを変動させ、露光および現像済みの基板の品質に変動を引き起こす可能性がある。このような変動性は、トラックのサイクル時間をリソグラフィ装置のそれより大きくなるように増加させることによって、スループットを犠牲にして解消することができるが、本発明は、トラックの基板送出時間をリソグラフィ装置の要求と一致させることにより、スループットの損失を出さずに変動性の低下を提供することができる。したがって、本発明は、生産性の向上と、露光後ベーク時間の安定化を提供する。

トラック装置による基板準備のタイミングは、準備のうちの都合がよいステップのタイミングを調節することにより、都合のよい方法で調節することができる。多くの場合、トラックが従う「レシピ」は、時間が重要で、継続時間を固定したままにする必要があるステップを含み、トラックのタイミングの調節は、これを考慮に入れる。レシピの全ステップで時間が重要であるか、調節のための余地が不十分である場合、必要な調節は、トラック装置がウェハを取り上げる時間を遅延させることによって実行することができる。

リソグラフィ装置に新しいウェハを受け取る準備が整う時間の予測は、リソグラフィ装置が実行すべき今後のステップについて計算したスケジュールに基づくことが好ましい。このスケジュールは、上述した米国特許出願第１０／７４３，３２０号に記載された方法で計算してよい。このスケジュールを実行するためにかかる時間は、制御ソフトウェアに組み込んだ機械のモデルを使用して計算してよい。実行されるスケジュール、および実行時間を計算するモデルを使用すると、タイミングが最も正確に予測され、したがって最大の利点を提供する。しかし、十分に正確であれば、統計学的データまたは経験的データなどの他の予測方法を使用してもよい。

リソグラフィ装置に新しいウェハを受け取る準備が整うタイミングに加えて、トラックロボットが自由に露光済みウェハをアンロードするのを保証するように、露光済み基板を送出するタイミングも予測することが好ましい。

本発明の好ましい実施形態では、リソグラフィ装置が最後に受け入れた基板の少なくともＮ個前の基板に対して予測された要求タイミングに応答して、トラック装置ユニットの作業速度を調節し、ここでＮはトラックで準備を経験しているウェハの数である。これにより、リソグラフィ装置の作業速度の変化に遅延なく対応するために、十分に前もってタイミングの調節が保証される。このような変化は、ウェハのバッチまたはロット間でレシピが変化した場合に生じる。

本発明の他の態様は、ウェハを受け入れる準備が整う時間の予測を提供するような構成であるリソグラフィ装置、予測に応答して作業速度を変化させるような構成であるトラック装置ユニット、上述した方法に従い作動するような構成であるリソセル、上述した方法を実施するためにリソセルを制御するような構成であるコンピュータプログラム製品、および上述した方法を使用するデバイス製造方法を含む。

リソグラフィ装置の使用法に関して、本文ではＩＣの製造において詳細なる参照説明を行うものであるが、本明細書で説明するリソグラフィ装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出模様、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途においては、本文にて使用した「ウェハ」または「ダイ」といった用語は、それぞれ「基板」または「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることは当業者にとって明らかである。

本明細書で言及する基板は、露光前または露光後に、例えばトラック装置（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）または計測または検査ツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上およびその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指す。

本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）および超紫外線（ＥＵＶ）放射線（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものとして使用される。

本明細書において使用する「パターニングデバイス」なる用語は、基板の目標部分にパターンを生成するよう、投影ビームの断面にパターンを与えるために使用し得る手段を指すものとして広義に解釈されるべきである。投影ビームに与えられるパターンは、基板の目標部分における所望のパターンに正確に対応しないことがあることに留意されたい。一般的に、投影ビームに与えられるパターンは、集積回路などの目標部分に生成されるデバイスの特別な機能層に相当する。

パターニングデバイスは透過性または反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は小さなミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、異なる方向に入射の放射線ビームを反射するよう個々に傾斜することができる。このようにして、反射されたビームはパターン形成される。パターニングデバイスの各例では、支持構造はフレームもしくはテーブルでよく、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となり、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書において使用する「レチクル」または「マスク」なる用語は、より一般的な「パターニングデバイス」なる用途と同義と見なすことができる。

本明細書において使用する「投影システム」なる用語は、例えば使用する露光放射線、または浸漬流体の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含むさまざまなタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「レンズ」なる用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」なる用語と同義と見なされる。

照明システムは、放射線の投影ビームの誘導、成形、あるいは制御を行う屈折、反射、および反射屈折光学構成要素などの様々なタイプの光学構成要素も含むことができ、こうした構成要素もまた以降において集約的に、あるいは単独的に「レンズ」と称する。

リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）あるいはそれ以上の基板テーブル（および／または２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」機械においては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。

リソグラフィ装置は、投影システムの最終要素と基板との間の空間を充填するよう、基板を水などの比較的高い屈折率を有する液体に浸漬するタイプでもよい。浸漬液は、例えばマスクと投影システムの第一要素との間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用してもよい。浸漬技術は、投影システムの開口数を増加させるため、当技術分野で周知である。

本発明の実施形態を添付の略図を参照に、例示の方法においてのみ説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示すものとする。

図１は、本発明の特定の実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
放射線（例えばＵＶまたはＥＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給する照明システム（照明装置）ＩＬと、
パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持し、かつ、品目ＰＬに対して正確にパターニング構造の位置決めを行う第一位置決め機構ＰＭに連結を行った第一支持構造（例えばマスクテーブル／ホルダ）ＭＴと、
基板（例えばレジスト塗布したシリコンウェハ）Ｗを支持し、かつ、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う第二位置決め機構ＰＷに連結を行った第二支持構造（例えばウェハテーブル／ホルダ）ＷＴと、
パターニングデバイスＭＡによって投影ビームＰＢに与えられたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に描像する投影システム（例えば反射性投影レンズ）ＰＬを有する。

ここで示しているように、本装置は反射タイプである（例えば反射マスクまたは上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する）。あるいは、装置は透過タイプでもよい（例えば透過マスクを使用する）。

照明装置ＩＬは放射線ソースＳＯから放射線のビームを受け取る。ソースとリソグラフィ装置とは、例えばソースがプラズマ放電ソースである場合に、別個の存在でよい。このような場合、ソースはリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射線ビームは、例えば適切な集光ミラーおよび／またはスペクトル純度フィルタなどを有する放射線集光器の助けにより、ソースＳＯから照明装置ＩＬへと渡される。他の場合、例えばソースが水銀ランプの場合は、ソースが装置の一体部品でもよい。ソースＳＯおよび照明装置ＩＬは、放射線システムと呼ぶことができる。

照明装置ＩＬは、ビームの角度強度分布を調節する調節機構を有してよい。一般的に、照明装置の瞳面における強度分布の外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。照明装置は、投影ビームＰＢと呼ばれ、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有する、調整された投影ビームを提供する。

投影ビームＰＢは、マスクテーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに入射する。投影ビームＰＢはマスクＭＡで反射して、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームを集束するレンズＰＬを通過する。第二位置決め機構ＰＷおよび位置センサＩＦ２（例えば干渉計デバイス）の助けにより、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め機構ＰＭおよび位置センサＩＦ１を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般的に、オブジェクトテーブルＭＴおよびＷＴの運動は、位置決め機構ＰＭおよびＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより行われる。しかし、ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータに連結されるだけであるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアラインメントマークＭ１、Ｍ２および基板アラインメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。

ここに表した装置は以下の好ましいモードにて使用可能である。
ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは基本的に静止状態に保たれている。そして、投影ビームに与えたパターン全体が１回の作動（すなわち１回の静止露光）で目標部分Ｃに投影される。次に基板テーブルＷＴがＸ方向および／あるいはＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが照射され得る。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の静止露光で描像される目標部分Ｃのサイズを制限する。
走査モードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期走査する一方、投影ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの拡大（縮小）および像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の動的露光で目標部分の（非走査方向における）幅を制限し、走査動作の長さが目標部分の（走査方向における）高さを決定する。
別のモードでは、マスクテーブルＭＴが基本的に静止状態に維持されて、プログラマブルパターニングデバイスを保持し、投影ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する間に、基板テーブルＷＴが動作するか、走査される。このモードでは、一般的にパルス状放射線ソースを使用して、基板テーブルＷＴを動作させるごとに、または走査中に連続する放射線パルス間に、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクなしリソグラフィに容易に適用することができる。

上述した使用モードの組合せおよび／または変形、または全く異なる使用モードも使用することができる。

実施例
次にトラック装置を、それが実行するプロセスを説明することによって述べる。これは図２で図示されている。

最初に、ロボットＲ１がトラック装置の開始部でウェハ（基板）を３つのカセット（「フォウプ」として知られる）Ｆ１からＦ３のうち１つから取り出される。次に、幾つかの資源ＩＰ１からＩＰ４およびロボットＲ２が、このウェハを処理する。これらのプロセスは、ウェハのコーティングおよび温度安定化を含んでよい。ウェハの入路は、フォウプから資源ＩＰ４までである。ウェハは、トラックロボットＴＲによって最終資源から持ち上げられ、リソグラフィ装置のロードロックＬＬ０またはＬＬ１の一方へと運搬される。ロードロックのいずれもウェハ受け取りの準備が整っていない場合、ウェハは、トラック装置ロボットによって入力バッファＢＩに配置される。次に、ＴＲは露光したウェハをロードロックの１つから持ち上げようとし、これを出口プロセス（ＥＰ１）へと運搬する。ここで、ウェハは、他の幾つかの資源ＥＰ１からＥＰ３によって処理され、Ｒ２によって移送される。これらのプロセスは、ウェハの現像およびベークを含んでよい。次に、ウェハはＲ１によって適正なフォウプへと戻される。トラック装置が実行するプロセスの数、タイプおよび継続時間は、これが従うレシピによって決定される。

最終入力プロセスは、時間が重要であり、その場合、ウェハの準備が整った瞬間に、トラックロボットがこれにサービスしなければならない。トラック装置は、先入れ先出し規則に従い、トラックロボットは周期的挙動を有する。つまり、トラック装置は、ロードロックにサービスできるウィンドウを有する。図２で見られるように、トラック装置は入力および出力の流れを有する。これらの流れは、共用資源、つまりロボットによって結合される。

本発明では、トラック装置の詳細な構造および作業は重要でなく、したがって以下ではトラック装置の単純化したモデルに言及する。これは図３の左手側に図示され、これはリソグラフィ装置の資源およびプロセスの流れも示す。ウェハの事前調整が一方のプロセスに配置されており、ジェネレータＧである。ウェハの現像も一方のプロセスに配置されており、出口Ｅである。したがって、プロセスＦ１からＦ３およびＩＰ１からＩＰ４は、プロセスＧでモデル化され、プロセスＥＰ１からＥＰ３およびＦ１からＦ３は、プロセスＥでモデル化される。トラックロボットＴＲおよびトラックバッファＢＩは、モデルで別個に実現される。

このモデルでは、トラックロボットのタスクを表１で示す。実際のトラックは、トラックロボットの作業のスケジュールを作成する。トラックのモデルは単純なままであるので、ＴＲは周期的制御を有することができる。つまり図のプロセスに時計回りにサービスする。つまり、ロボットは時計回りに回転して、常に同じ順序で準備が整う作業を実行する。また、トラックロボットは先入れ先出し規則に従う。つまりウェハがバッファ内に配置されている場合、ＴＲは次のウェハをバッファに入れ、以前のウェハを出さねばならない。

既存の装置では、トラック装置とリソグラフィ装置との通信は、以下のように実行される。リソグラフィ装置は、２つの信号を送信することができ、トラック装置は２つの信号を送信することができる。リソグラフィ装置がウェハを要求すると、第一信号が高位にされ、したがってトラック制御装置は、ウェハを送出しなければならないことを知る。トラック装置がウェハを送出すると、トラック制御装置が第一信号を高位にする。移送の準備が整うと、トラック制御装置は、信号を低位にし、リソグラフィ装置もその信号を低位にする。リソグラフィ装置のロードロックによってウェハが送出されると、同じ通信が実行されるが、今回は残りの２つの信号が使用される。

この既知のシステムと本発明との違いは、トラックロボットＴＲによってウェハを送出し、持ち上げるロードロック機構を、サービスすることである。ロードロックにサービスするか否かをトラック制御装置が決定できるには、２つの方法がある。つまり、（ａ）トラックロボットは、バッファに到達した瞬間に、両方のロードロックを調べて、その一方にサービスできるかを見るか、（ｂ）トラックロボットが可能な限り長くバッファにとどまり、ロードロックの一方の準備完了信号を待つ。第一タイプの決定を、即時決定と呼ぶ。第二タイプの決定はウィンドウ決定と呼ばれ、トラックロボットがウィンドウを有している間、それはロードロックを待つことができる。このウィンドウは、ロードロックＬＬ０、ＬＬ１にサービスできる瞬間から、Ｇに到達する瞬間までのジェネレータＧのプロセス時間、およびトラックロボットＴＲのプロセス時間によって決定される。

このモデルを使用して、トラック装置Ｔおよびリソグラフィ装置ＬＡのサイクル時間の変動の効果を実証することができる。

第一の実証では、トラックのサイクル時間を１４０［ｍｐｈ］に設定する。つまり露光時間が２４．７［秒］（＋１秒のスワップ時間）になる。トラックのサイクル時間は、Ｇのジェネレータ時間およびＥのプロセス時間（これらは結合され、等しい）を変化させることによって変更する。ジェネレータ時間の上限は１９．２秒である。ＴＲは、１サイクルを終了するために、この時間が必要である。ジェネレータ時間がこれより早ければ、ＴＲはＬＬにサービスすることができない。Ｇは時間が重要だからである。下限は３０［秒］であり、これは恣意的に選択した境界であり、全ての効果を見るのに十分である。ＧおよびＥプロセス時間は、１ステップごとに０．１秒増加する。ステップごとに１５０枚のウェハが生産され、平均スループットＴは、ウェハ２５枚から１２５枚と計算される。システムの充填および排出挙動は、考慮に入れていない。即時決定およびウィンドウ決定の制御技術の両方で実験を実施し、その結果が図４に図示されている。

図４では、第一グラフがサイクル速度比率を示す。スループット比率は、スループット測定値を露光プロセスにおける最大スループットで割った値である。サイクル速度比率は、リソグラフィ装置のサイクル時間を、トラックのサイクル時間で割り、１００パーセントを掛けた値である。サイクル速度比率は、混乱を避けるために、サイクル時間の代わりにパラメータとして選択された。Ｔの速度が増加する、例えばリソグラフィ装置の速度の９５％から１００％に増加するとは、トラックＴが速くなるという意味である。サイクル時間をパラメータとして使用すると、時間の増加は、トラックの速度低下を意味することになる。ｘ軸上の１００％の位置は、トラックとリソグラフィ装置とのサイクル時間が等しいことを示す。Ｙ軸上の１００％の位置は、スループット測定値が、露光プロセスで達成可能な最大スループットと等しいことを示す。図５は、２つのさらなる装置、つまり一方はロードロックを使用する真空装置、他方はデュアルステージの非真空装置について、（リソグラフィ装置の速度のパーセンテージとしての）相対的トラックサイクル速度で、スループットの変動を示す。

図４の第二グラフでは、露光後ベーク（ＰＥＢ）の標準偏差σ、つまりψｔｏｔのσが、即時決定技法での実験の正規化したサイクル速度（サイクル速度比率）の関数として示されている。以下では、ＰＥＢという用語を使用して、露光が終了してから基板がスキャナを出るまでの時間を指す。厳密に言うと、この用語は、露光が終了してからベークが開始するまでの時間を指し、つまりベークが開始する前にトラック内で費やす時間を含む。

グラフは、システムのスループットがトラックのサイクル速度に依存することを示す。図４の第一グラフでは、幾つかの興味深い結果を見ることができる。このグラフは、３つの区域に分割可能である。第一区域は、８０％から１００％のサイクル速度比率、第二は、即時決定の１００％から１０８％サイクル速度比率、および第三は１０８％のサイクル速度比率以上である。その区域について、以下で説明する。

トラックＴのサイクル速度がリソグラフィ装置のサイクル速度（１００％）に到達するまで、システムのスループットは、トラックＴのサイクル速度によって制限される。したがって、スループットの線は、トラックのサイクル速度までほぼ直線上に増加する。

トラックのサイクル速度が１００％を超えて増加すると、スループット線は平坦部を示し、これはウィンドウ決定での実験の方が広い。この平坦部は、スループットの小さい下落および多少の混乱を示す。

サイクル速度がさらに増加すると、スループットは約１５％低下し、平坦部が終了する。このポイントの後、スループットは、トラックが高速化するにつれ、再度増加する。

図４および図５の第二グラフも、上述した３つの区域を示す。ＰＥＢの標準偏差（σ）は、可能な限り小さくなければならない。グラフの第一区域のσは約３秒であり、ゆっくり下降する。グラフの第二区域は上述した平坦部で、ここではσが６秒から９秒に上昇し、これはガイドラインのすぐ内側である。最後の区域では、σが１ステップで２３秒まで増加し、それ以降はゆっくり下降する。

図４の第一グラフを見ることにより、幾つかの結論を引き出すことができる。Ｔのサイクル速度は、ウィンドウ実験ではリソグラフィ装置システムのサイクル速度の９５％と１１２％の間のどこかになり、即時実験では９５％と１０８％の間で、最大スループットの９５％から１００％のスループットを達成する。

リソグラフィ装置にサービスするための時間ウィンドウをＴに与えることにより、平坦部が増加する。Ｔのサイクル速度の最適ポイントは１００パーセントである。この最適ポイントにおけるスループットは、露光プロセスの最大スループットと等しい。

図４の第二グラフを見ることにより、さらに幾つかの結論を引き出すことができる。最善のσは、Ｔがリソグラフィ装置より遅い場合に達成される。つまり、平坦部は良好な作業区域ではなく、これは上記の結論でも示唆されている。トラックの作業区域は、９５％から１００％のスループットおよび良好なσを達成するためには９５％と１００％の間でなければならない。したがって、平坦部が増加しても、実際にはＴの作業区域の増加には貢献しない。

要約すると、第一区域ではＴがシステムのボトルネックであり、したがってスループットを決定する。したがって、スループット線は１００パーセントまで上昇し、ＰＥＢの標準偏差は非常に一定して小さい。

第二区域ではＴがリソグラフィ装置よりわずかに速い。以下の事象が発生する。つまり、トラックが、速すぎるので幾つかのウェハにおいて１サービスサイクルを失敗する。Ｇプロセスは時間が重要だからである。トラックロボットが最初にＬＬにサービスしなければならない時、これは多少の遊びを有する。しかし、次回は、リソグラフィ装置が減速するので、この遊びがこれより小さくなる。数枚のウェハの後は、Ｇプロセスが新しいウェハを運搬するので、トラックがＬＬにサービスできない。この時、ＴＲはＧプロセスにサービスし、ＬＬをスキップする。これにより、平均スループットに小さい一時的減少が生じ、ＰＥＢのσが非常に大きく上昇する。トラックが加速すると、トラックのサイクル失敗間のウェハ数が減少する。したがって、平坦部における平均スループットが少々低下し、ＰＥＢのσが増加する。平均スループットは、比較的少数のウェハで計算されるので、平坦部における混乱を説明することができる。つまり、幾つかの瞬間では、他の瞬間よりウェハの数のうちで発生するサイクル失敗数が増加するのである。

次に、第三区域の変わり目１０８％について説明する。トラックが非常に高速なので、以前のサイクルで失敗し、ＬＬがサービスされるのを待機している場合を除き、常にサイクルを失敗する。つまり、Ｔは、１つのＬＬにサービスするために２サイクルが必要になる。これは言うまでもなく非常に非効率的であり、スループットの１５％の低下、および１５秒のＰＥＢのσ上昇を説明する。Ｔがより早くなると、トラックは１つのＬＬにサービスするために２サイクルが必要になる。しかし、ここではＴのサイクルがさらに早くなり、したがってスループットが上昇して、σが減少する。Ｔが無限に早く動作できれば、スループットは最大スループットへと上昇し、ＰＥＢのσがほぼゼロへと減少することになる。

複数のロット処理時のリソセルの挙動を調査するために、さらに多少の実験を実施した。ロットの変更は、システムの４つの違いを意味することができる。新ロットの露光時間は、以前のロットの露光時間と異なってよい。新ロットは別のマスクを必要とすることがある。つまり、時間を必要とするマスク交換がある。ウェハステージの測定システムを、ロット交換中に校正してよい。トラック内のウェハのプロセス時間が変化する。単純にするために、これは考慮に入れない。

表２では、それぞれが独自の露光時間、校正時間およびマスクを有する１０の異なる標準的ロットが規定されている。最後から２番目の列は、ウェハステージにおける最大スループットを示す。レチクル交換は、ロットの第一ウェハのプロセス時間を２０秒追加する。最終列は、ロットのオーバヘッド遅延合計を示し、これは、この順序（１、２、・・・１０など）でロットを処理する場合に、その新しいロットの第一ウェハが獲得する遅延合計である。ロット当たりのウェハ数は異なってよいが、第一シミュレーションの標準的なロットサイズは、ウェハ１５枚である。さらに、ＴＣは、上述したウィンドウ決定を使用する。

上述した実験から、タスクのサイクル速度は、リソグラフィ装置のサイクル速度と同じか、それよりわずかに遅くすべきであることが明白になった。したがって、トラックの露光時間が変化すると、トラックのサイクル時間も、第六ウェハ生成後に変化する。その瞬間に、ロットの１番目のウェハが露光プロセスに到達し、リソグラフィ装置のサイクル時間が変化する。

しかし、トラックが入力バッファ内にウェハを有する場合、この方法は適正でない。例えば、バッファ内に２枚のウェハがある場合は、Ｔのサイクル時間が変化する前に、ウェハが６枚ではなく８枚かかる。したがって、その後の実験では、トラックのサイクル時間が以下のように変更される。ＷＳは、新ロットの新ウェハに気づくと、その新ロットの新しい露光時間の信号をＣに送信する。次に、ＣはＴＣに新しいサイクル時間を通信し、その後、ＴＣは新しいジェネレータ時間および出口時間を決定する。この方法では、バッファ内のウェハ数は重要でない。

最初の実験では、Ｔのサイクル時間の調節のみが調査される。したがって、ロットのオーバヘッド間に校正もレチクル交換もない。次々に、それぞれ１５枚のウェハを有する１０個の標準的ロットが生成される。その結果を図６に示す。グラフは３本の線を示す。トラック終了時のスループット、露光時およびＰＥＢ時間の最大スループットである。このグラフから、幾つかの結論を引き出すことができる。

実際のスループットの線は、最大スループットの線をほぼ完全に辿る。つまり、ウェハが重なる。最終ロットにはスループットの線にピークがあり、この瞬間にジェネレータがウェハ生成を停止する。つまり、そのウェハでは、ロードロックにてＴＲの方が早い。したがって、デパーチャ間率が１枚のウェハのみで高い。ＰＥＢは、第一ロット後により低い値へと低下し、ほぼ一定になる。しかし、ＰＥＢには小さい勾配がある。

同じであるが、今回はロットのオーバヘッド時間がない実験を実施する。その結果を図７に示す。

実験結果について、以下で検討する。

スループットの線は、ロット交換時に最大スループット線を辿らない。ロットの第一ウェハは余分な遅延を有するので、デパーチャ間率が、その１枚のウェハに対して低下する。また、ＬＬが遅いので、Ｔは１サイクルをスキップし、Ｔのバッファが満杯になる。

ウェハ１３５でスループットにピークがある。この瞬間に、ジェネレータが生成を停止し、ＴＲはバッファを排出している。バッファが空になり、ＴＲがシステムからウェハをちょうど取り出した時に、第２ピークが生じる。

ロット変更中、ＰＥＢは、最初の数枚のウェハについて幾つかのピークを示す。システムが位相をずれているので、これは極めて論理的である。しかし、各ロットは、自身のＰＥＢの平坦部を有し、これらの平坦部の値は異なる。ロットのオーバヘッドがないと、平坦部は実際にシフトしないので、これは驚くべきことである。これは、ロットのオーバヘッドを通してシステム内に発生する混乱によって引き起こされる。

結果から分かるように、ロット交換中にトラックのサイクル速度を調節することにより、良好なスループットを達成することが可能である。しかし、仮定の一つは、トラック速度を即座に調節できる、というものである。これは、実際の機械挙動では実現できないものである。

図２の入力プロセスＩＰ１からＩＰ４は、時間が重要であり、したがって処理しなければならないステップを幾つか含むので、トラック速度を即座に変更することはできない。サイクル速度は、第一ロボットＲ１でのみ調節可能である。つまり、サイクル速度のこの変化が機械を通り抜けて、ＷＨＯとの相互作用区域までに遅延がある。したがって、上記で使用したトラックのモデルは正確ではない。ジェネレータとトラックロボットの間の「コンベヤ」でこのモデルを拡張することにより、さらに現実的な挙動を有することになる。コンベヤは、トラックのモジュールの抽象概念であり、トラックに入ってからトラックロボットに到達するまでに必要な時間をモデル化する。この挙動は、複数ロットの場合にのみ変化する。したがって、以前のシミュレーションから獲得された結果は、なお適正である。図８では、トラックの新モデルが視覚化されている。

コンベヤの開始時のジェネレータは、コンベヤにウェハを送出するという点で現時点でのみ、以前のＧプロセスと同じである。コンベヤは、特定の時間だけウェハを移送し、トラックロボットへウェハを送出する。コンベヤは時間が重要であり、ＴＲのサービスを受けねばならない。ＴＲがコンベヤのウェハを取り上げる瞬間、これは次のウェハが到着する時間を質問する。これで、ＴＣは、上記で検討したウィンドウ決定のために、次の最大ウィンドウを計算することができる。ウェハがコンベヤ上で費やした時間は、実際はトラックのプロセス時間である。この時間はロットごとに異なるが、モデルを単純なままにするため、この時間は一定のままであると仮定する。コンベヤは、システムのスループットが１３８［ｗｐｈ］である場合、１５枚のウェハを保持する。つまり、プロセス時間は３６０［秒］（＝ウェハ１５枚×１３８［ｗｐｈ］での２４．０９秒のＧ時間）である。これは、求める結果にとって重要ではない仮定である。遅延のサイズより、遅延の発生率の方が重要である。

次に、第二の複数ロットの実験を、コンベヤがある新モデルで繰り返す。新ロットの第一ウェハが露光プロセスに到着した瞬間に、ジェネレータ時間を調節する。これで、コンベヤはトラックの反応を遅らせる。図９に結果を示す。

結果は、スループットの線が最大スループットの線を辿らない、というものである。コンベヤベルトによって引き起こされた遅延を、ウェハｉｄ１５と３０の間に見ることができる。ウェハ１６で、スループットは最大スループットへと上昇しなければならないが、この瞬間がウェハ２９へと遅延している。次に、最大スループットが低下し、トラックが早くなりすぎる。つまり、上記で検討した平坦部で定常状態になる。トラックのサイクル失敗が、グラフのピークとして見られる。

サイクルが失敗したので、バッファが満杯になる。実際の機械では、バッファは何とかする。ウェハ６０と７５の間で、定常状態の挙動が平坦部に渡り、トラックは１枚のウェハを取り上げるのに２つのサイクルを必要とし、これは非常に非効率的である。

図から分かるように、トラックモデルにコンベヤを追加すると、システムの挙動は極めて不良である。この挙動が引き起こされるのは、トラックがウェハハンドラにウェハを与えるのが早すぎるか、遅すぎるからである。ジェネレータでのサイクル時間変更は、制御装置によって命令される。しかし、コンベヤがあるので、ジェネレータでのこのサイクル時間変更は、トラックとウェハハンドラとの間のインタフェースに現れる前に遅延を有することになる。また、ウェハのロットサイズが１５であり、コンベヤベルトも約１５枚のウェハを含むので、システムが適正な定常状態になれず、これも結果をさらに悪化させる。システムの挙動を改善するには、トラックのサイクル時間を変更すべき瞬間のスケジュールをＴＣが作成しなければならない。

完全なリソセルの挙動のさらなる改善は、リソグラフィ装置のサイクル時間、または基板を必要とする実際の時間を予測することによって達成することができる。この予測は、２００３年１０月１３日に出願された欧州特許出願第０３２５６４５６．９号および２００３年１２月２３日に出願された米国特許出願第１０／７４３，３２０号に記載された方法で獲得されたスケジュールに基づくものであり、詳細はこれらの文書を参照されたい。

代替的または追加的に、リソグラフィ装置のモデルを使用して、時間を調節していないスケジュールを実行するか、装置のスケジュールがない挙動をシミュレートするのにかかる時間を決定することができる。図１０で示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィ装置のハードウェアを制御する監視制御ユニットＳＣＵ、さらに予測されたタイミングの生成に使用するハードウェアのソフトウェアモデルＭＯを含んでよい。したがって、基板に必要とされ、準備済み基板の実際の要件を示す信号ＳＲに加えて、予測されたタイミング信号ＰＴを、トラック制御装置ＴＣに送信することができる。

リソグラフィ装置のサイクル時間の予測を導入すると、図１１で示すように結果が改善される。この図は、上記で検討したような「第六ウェハ」の規則を有するサイクル時間の予測を使用して、標準的ロット１０個のシミュレーションを繰り返した結果を示し、第七ウェハの生成時間は、第一ウェハのプロセス時間に連結される。つまり、新ロットの第七ウェハ以降は、その新ロットの生成時間で生成する必要がある。最初の６枚のウェハは、以前のロットの生成時間で生成される。

しかし、この技法を使用すると、別の問題が引き起こされる。この第七ウェハがＴＲに来た瞬間に、バッファ内のウェハ量を事前に知っていなければならないことである。この情報は、この第七ウェハが生成される瞬間に必要である。つまりウェハ約１５枚分前である。これは予測がほぼ不可能であるので、トラックにバッファ管理を導入する。このバッファ管理は以下のように働く。ウェハをバッファに入れると、ジェネレータ内に余分な遅延が生成され、したがってＴＲは、このウェハをバッファから出すチャンスを有する。コンベヤによって引き起こされる遅延のため、これはウェハ約１５枚分後に生じる。この技法を使用することにより、バッファが常に空であると仮定することができる。この仮定によって引き起こされる最大誤差は、わずか１枚または２枚のウェハであり、これは許容可能と見なされる。

図１１では、図９よりスループットが改善され、ＰＥＢ時間が安定する。線の形態は、トラックにコンベヤがないシミュレーションの結果である図６とほぼ同じである。つまり、ウェハの生成時間のスケジュールを作成することにより、挙動が改善され、トラックの反応遅延によって引き起こされる問題が克服される。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。したがって、本説明は本発明を制限する意図ではない。本発明の構成、操作および挙動は、本明細書で提示されたレベルの詳細が与えられれば、実施形態の改造および変形が可能であることを理解して説明されている。したがって、以上の詳細な説明は、いかなる意味でも本発明を制限する意味または意図を有さず、本発明の範囲は、請求の範囲によって定義される。

本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示したものである。 本発明の実施形態によるトラック装置によって実行されるプロセスを示したものである。 幾つかのトラック装置プロセスを単純化した状態で、リソセルによって実行されるプロセスを示したものである。 先行技術のリソグラフィ装置のサイクル時間に対するトラック装置のサイクル時間で、リソセルのスループット率の変動、および露光後ベーク時間の標準偏差を示したものである。 ２つのさらなる先行技術の装置の、トラック装置サイクル時間によるスループット率の変動を示したものである。 ロットのオーバヘッド時間を無視して、複数のロットのスループット率を決定する実験のシミュレーション結果を示したものである。 図５と同様であるが、ロットのオーバヘッド時間を考慮に入れたシミュレーションの結果を示したものである。 特定のプロセスを単純化しているが、時間が重要なステップを考慮に入れて、トラック装置が実行するプロセスを示したものである。 図５および図６と同様であるが、ロットのオーバヘッド時間および時間が重要なステップを考慮に入れて、シミュレーションの結果を示したものである。 モデルを含む、本発明によるリソグラフィ装置の制御構成を示したものである。 本発明による方法のシミュレーション結果を示したものである。

Claims (26)

1. リソセル装置構成のトラック装置を制御する方法で、前記リソセル装置構成が、基板を露光するように構成されたリソグラフィ露光装置、および露光前に基板を準備し、露光後に基板を現像するように構成されたトラック装置を含み、
   前記リソグラフィ露光装置が、露光のために前記トラック装置から準備済みの基板を受け入れるのに使用可能になる時間を予測することと、
   前記リソグラフィ露光装置が受け入れるために、基板の準備が間に合うよう、前記トラック装置が基板を準備する速度を調節することとを含み、
   前記トラック装置は、準備済の基板を待機させておくバッファを管理し、該バッファに基板が入った場合は前記基板の準備に余分な遅延を生成するよう前記トラック装置が基板を準備する速度をさらに調整する方法。
2. 前記トラック装置が基板を準備する速度が、前記トラック装置が準備のために基板を受け入れる時間を遅延させることによって調節される、請求項１に記載の方法。
3. 前記予測された時間が、計算されたスケジュールに基づく、請求項１に記載の方法。
4. 前記計算されたスケジュールがモデルに基づく、請求項３に記載の方法。
5. 前記予測された時間が、統計学的データおよび実験データの少なくとも一方に基づく、請求項１に記載の方法。
6. さらに、前記リソグラフィ露光装置が、露光済み基板を前記トラック装置に送出する時間を予測することを含む、請求項１に記載の方法。
7. さらに、前記基板の露光を制御する制御装置を含み、前記制御装置が、前記予測された時間を提供する予測ユニットを有する、請求項１に記載の方法。
8. さらに、前記トラック装置が基板を準備する速度を制御し、予測時間に応答して前記トラック装置を調節する制御装置を含む、請求項１に記載の方法。
9. デバイス製造方法であって、
   トラック装置で露光するために基板を準備することと、
   関連するリソグラフィ露光装置を使用して、所望のパターンを前記準備済み基板に露光することと、
   前記リソグラフィ露光装置が、露光のために前記トラック装置から準備済みの基板を受け入れるのに使用可能になる時間を予測することと、
   前記リソグラフィ露光装置が受け入れるために、基板の準備が間に合うよう、前記トラック装置が基板を準備する速度を調節することとを含み、
   前記トラック装置は、準備済の基板を待機させておくバッファを管理し、該バッファに基板が入った場合は前記基板の準備に余分な遅延を生成するよう前記トラック装置が基板を準備する速度をさらに調整するデバイス製造方法。
10. 前記予測された時間が計算されたスケジュールに基づく、請求項９に記載のデバイス製造方法。
11. 前記計算されたスケジュールがモデルに基づく、請求項１０に記載のデバイス製造方法。
12. 前記予測された時間が、統計学的データおよび実験データの少なくとも一方に基づく、請求項９に記載のデバイス製造方法。
13. さらに、前記リソグラフィ露光装置が、露光済み基板を前記トラック装置に送出する時間を予測することを含む、請求項９に記載のデバイス製造方法。
14. さらに、前記基板の露光を制御する制御装置を含み、前記制御装置が、前記予測された時間を提供する予測ユニットを有する、請求項９に記載のデバイス製造方法。
15. さらに、前記トラック装置が基板を準備する速度を制御し、予測時間に応答して前記トラックを調節する制御装置を含む、請求項９に記載のデバイス製造方法。
16. リソセル装置構成であって、
    所望のパターンに基板を露光することによって、前記基板を露光するように構成されたリソグラフィ露光装置と、
    露光前に基板を準備し、露光後に基板を現像するように構成された関連のトラック装置と、
    基板の前記露光を制御し、前記トラック装置が基板を準備する速度を制御するように構成された制御装置とを有し、
    前記リソグラフィ露光装置が、露光するために前記トラック装置から準備済み基板を受け取るよう使用可能になる時間を予測するように構成され、前記リソグラフィ露光装置が受け入れるために、基板の準備が間に合うよう、前記トラック速度を調節し、
    前記トラック装置は、準備済の基板を待機させておくバッファを管理し、該バッファに基板が入った場合は前記基板の準備に余分な遅延を生成するよう前記トラック装置が基板を準備する速度をさらに調整するように構成されるリソセル装置。
17. 前記制御装置によって提供された前記予測時間が、計算されたスケジュールに基づく、請求項１６に記載のリソセル装置構成。
18. 前記計算されたスケジュールがモデルに基づく、請求項１７に記載のリソセル装置構成。
19. 前記制御装置によって提供された前記予測時間が、統計学的データおよび実験データの少なくとも一方に基づく、請求項１６に記載のリソセル装置構成。
20. 前記制御装置がさらに、前記リソグラフィ露光装置が露光済み基板を前記トラック装置に送出する時間を予測するように構成される、請求項１６に記載のリソセル装置構成。
21. リソセル装置構成の少なくとも一部を制御するような構成である実行可能な命令が自身上に記録された、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体を有するコンピュータプログラムであって、前記リソセル装置構成が、露光するために基板を準備し、露光した基板を現像するトラック装置と、基板を露光する関連のリソグラフィ露光装置とを有し、前記実行可能な命令が、
    前記リソグラフィ露光装置が、露光のために前記トラック装置から準備済みの基板を受け入れるのに使用可能になる時間を予測することと、
    前記リソグラフィ露光装置が受け入れるために、基板の準備が間に合うよう、前記トラック装置が基板を準備する速度を調節することとを含み、
    前記トラック装置は、準備済の基板を待機させておくバッファを管理し、該バッファに基板が入った場合は前記基板の準備に余分な遅延を生成するよう前記トラック装置が基板を準備する速度をさらに調整するコンピュータプログラム。
22. 前記トラック装置が基板を準備する速度が、前記トラック装置が準備のために基板を受け入れる時間を遅延させることによって調節される、請求項２１に記載のコンピュータプログラム。
23. 前記予測された時間が、計算されたスケジュールに基づく、請求項２１に記載のコンピュータプログラム。
24. 前記計算されたスケジュールがモデルに基づく、請求項２３に記載のコンピュータプログラム。
25. 前記予測された時間が、統計学的データおよび実験データの少なくとも一方に基づく、請求項２１に記載のコンピュータプログラム。
26. さらに、前記リソグラフィ露光装置が、露光済み基板を前記トラック装置に送出する時間を予測することを含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラム。