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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der
durch Relaxationsprozessen bedingten Drift eines Substrats. Die
durch Relaxationsprozesse bedingte Drift wird dabei mit einer Koordinaten-Messmaschine
bestimmt, welche auch das Substrat vermisst. Das Substrat trägt
eine Vielzahl von Strukturen.
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Ein
Koordinaten-Messgerät ist hinlänglich aus dem
Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird dabei auf das Vortragsmanuskript
„Pattern Placement
Metrology for Mask making" von Frau Dr. Carola Bläsing verwiesen.
Der Vortrag wurde gehalten anlässlich der Tagung Semicon,
Edjucation Program in Genf am 31.März.1998, in dem die
Koordinaten-Messmaschine ausführlich beschrieben worden ist.
Der Aufbau einer Koordinaten-Messmaschine, wie er z. B. aus dem
Stand der Technik bekannt ist, wird in der nachfolgenden Beschreibung
zu der
1 näher erläutert. Ein Verfahren
und ein Messgerät zur Positionsbestimmung von Strukturen
auf einem Substrat ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 10047211 A1 bekannt.
Zu Einzelheiten der genannten Positionsbestimmung sei daher ausdrücklich
auf diese Schrift verwiesen.
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Die
Deutsche Offenlegungsschrift
DE 19949005 offenbart eine Einrichtung und
ein Verfahren zum Einbringen verschiedener transparenter Substrate
in ein hochgenaues Messgerät. Die Einrichtung ist dabei
von einer Klimakammer umgeben. Innerhalb der Klimakammer ist z.
B. ein Magazin vorgesehen, das mehrere Fächer ausgebildet
hat, in denen Substrathalter für unterschiedliche Substrate
abgelegt sind. Ferner ist an mindestens einer Außenwand
der Klimakammer eine Ladestation vorgesehen, über die Substrate
in die Klimakammer einbringbar sind. Ebenfalls ist innerhalb der
Klimakammer eine automatische Transfereinrichtung vorgesehen, die
Substrate aus dem Magazin entnimmt und diese zu der Ladestation
transportiert oder auch auf den Messtisch der Einrichtung legt.
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Ferner
ist eine Koordinaten-Messmaschine aus einer Vielzahl von Patentanmeldungen
bekannt, wie z. B. aus der
DE
19858428 , aus der
DE 10106699 oder
aus der
DE 102004023739 .
In allen hier genannten Dokumenten des Standes der Technik wird
eine Koordinaten-Messmaschine offenbart, mit der Strukturen auf
einem Substrat vermessen werden können. Dabei ist das Substrat
auf einem in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren
Messtisch gelegt. Die Koordinaten-Messmaschine ist dabei derart
ausgestaltet, dass die Positionen der Strukturen, bzw. der Kanten der
Strukturen mittels eines Objektivs bestimmt werden. Zur Bestimmung
der Position der Strukturen, bzw. deren Kanten ist es erforderlich,
dass die Position des Messtisches mittels mindestens eines Interferometers
bestimmt wird. Schließlich wird die Position der Kante
in Bezug auf ein Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine
ermittelt.
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Aufgabe
der gegenwärtigen Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen,
mit dem eine Koordinaten-Messmaschine effektiv genutzt wird, so
dass bei dem Vermessen der Strukturen auf einem Substrat keine unnötigen
Pausen, bzw. Leerlaufzeiten in der Koordinaten-Messmaschine, bzw.
in dem System, das die Koordinaten-Messmaschine umfasst, auftritt.
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Die
obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das die
Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Die Drift kann dabei durch verschiedene
Prozesse verursacht werden. So gibt es Relaxationsprozesse, die
durch die Temperaturunterschiede zwischen dem Substrat und der Koordinaten-Messmaschine
bedingt sind. Ein weiterer Relaxationsprozess ist durch eine mechanische
Deformation des Substrats bedingt. Wird das Substrat mit einem Handler
ergriffen, kommt es zu einer mechanischen Deformation des Substrats.
Bis das Substrat wieder ein mechanisches Gleichgewicht erreicht,
ist eine gewisse Zeit erforderlich. Wann ein Gleichgewicht erreicht
ist, kann auf einfache Weise mit der gegenwärtigen Erfindung festgestellt
werden.
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Das
Verfahren hat den Vorteil, dass die Position mindestens einer ausgewählten
Struktur auf dem Substrat bestimmt wird. Diese Position dieser Struktur
wird mehrfach mit jeweils einem zeitlichen Abstand vermessen. Aus
den mehrfach und zeitlich beabstandeten Messungen der mindestens
einen ausgewählten Struktur auf dem Substrat wird ein Trend bestimmt.
Der Trend der Messwerte wird dabei mit einem Schwellwert, bzw. einem
Schwellwertbereich verglichen. Bei unterschreiten des Schwellwerts kann
die eigentliche Messung der Position und/oder der Breite der mindestens
einen Struktur gestartet werden.
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Die
mindestens eine ausgewählte Struktur ist eine bestimmte
Struktur, die zum Ausrichten des Substrats verwendet wird.
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Die
mindestens eine Struktur kann dabei eine beliebige auf der Maske
aufgebrachte Struktur sein. Ebenso ist es denkbar, dass die Struktur
zur Bestimmung der Drift (mechanisch bedingt oder temperaturbedingt)
automatisch aus den Designdaten des Substrats ausgewählt
wird. Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Struktur zufällig
ausgewählt wird. Dabei ist es denkbar, dass das Substrat,
bzw. die Maske grob auf einem Display dargestellt wird und anhand der
Darstellung kann z. B. der Benutzer die gewünschte Struktur
auswählen.
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Falls
mehrere Strukturen für die Bestimmung der Drift verwendet
werden, werden diese Strukturen hinsichtlich ihrer Lage derart ausgewählt,
dass die zu vermessenden Strukturen gleichmäßig
auf der Oberfläche des Substrats angeordnet sind.
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Die
mehreren Strukturen werden hinsichtlich ihrer Eignung für
die Bestimmung der Drift ausgewählt. Dabei sind die Strukturen
hier am Rand des Substrats angeordnet, da diese Lage für
die Bestimmung der Drift besser geeignet ist. Bei einem viereckigen
Substrat empfiehlt es sich, dass die mehreren Strukturen für
die Bestimmung der Drift in den Ecken des Substrats vorgesehen sind.
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Die
mehreren Strukturen auf dem Substrat, welche für die Bestimmung
der Drift herangezogen werden, sind dabei beliebig auf der Oberfläche
des Substrats verteilt angeordnet. Wie bereits oben stehend erwähnt,
werden die zu vermessenden Daten vom Benutzer mittels einer Eingabeeinheit
aus den Designdaten des Substrats ausgewählt. Eine andere Möglichkeit
der Auswahl der Strukturen für die Bestimmung der Drift
ist, dass das Substrat auf einem Display dargestellt wird, wobei
der Benutzer mittels einer Eingabeeinheit die ungefähre
Lage derjenigen Strukturen auf der Oberfläche des Substrats
auswählt, die für die Bestimmung der Drift herangezogen werden.
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Die
Eingabeeinheit kann z. B. eine Tastatur und/oder eine Computermaus
und/oder ein Joystick und/oder ein Trackball sein.
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Die
mehrfachen und zeitlich beabstandeten Messungen erfolgen dabei in äquidistanten
Zeitabständen. Ebenso ist es denkbar, dass die Messungen der
Drift an der mindestens einen Struktur in nicht äquidistanten
Zeitabständen erfolgen.
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Die
Anzahl der für die Bestimmung der Drift ausgewählten
Strukturen und die Anzahl der Messungen pro Struktur wird dabei
derart ausgewählt, dass die Zeit, die für die
Messung benötigt wird, ob ein Temperaturgleichgewicht zwischen
der Koordinaten-Messmaschine erreicht ist, kleiner ist, als die Temperierzeit
des Substrats in einem System, welches die Koordinaten-Messmaschine
umfasst.
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Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und
ihre Vorteile anhand ihrer beigefügten Figuren näher
erläutern.
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1 zeigt
schematisch eine Koordinaten-Messmaschine, wie sie für
die Bestimmung der Lage der Strukturen auf einem Substrat seit längerem
verwendet wird.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Systems zum Vermessen von Koordinaten
von Strukturen auf einem Substrat, wobei alle hierzu erforderlichen
Elemente und Einrichtungen innerhalb einer Klimakammer angeordnet
sind.
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3 zeigt
schematisch die Anordnung verschiedener Einrichtungen und der Koordinaten-Messmaschine
im Innern des Systems.
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4a zeigt
schematisch die beliebige Anordnung der Strukturen auf dem Substrat
für die Bestimmung der Drift.
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4b zeigt
eine weitere Ausführungsform der Maske, wobei die Strukturen
für die Bestimmung der Drift jeweils im Bereich der Ecken
der Maske angeordnet sind.
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4c zeigt
eine weitere Ausführungsform der Maske, wobei die Strukturen
für die Bestimmung der Drift jeweils im Bereich der Mitte
der Maske angeordnet sind.
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5 zeigt
eine zusätzliche Einrichtung, mit der die temperaturbedingte
Drift des Substrats neben der Koordinaten-Messmaschine bestimmt
werden kann.
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6 zeigt
beispielhaft die Vermessung einer Struktur, wobei die gemessene
Position in X-Koordinatenrichtung als Funktion der Zeit aufgetragen ist.
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7 zeigt
die Messung der Position der Struktur in der Y-Koordinatenrichtung,
ebenfalls in Abhängigkeit der Zeit.
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8 zeigt
beispielhaft eine andere Ausführungsform der Auswertemethode,
um zu bestimmen wann die durch Relaxationsprozesse bedingte Drift ein
Gleichgewicht erreicht.
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Ein
Koordinaten-Messgerät der in 1 dargestellten
Art ist bereits ausführlich im Stand der Technik beschrieben
und wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendet. Das Koordinaten-Messgerät 1 umfasst
einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung beweglichen
Messtisch 20. Der Messtisch 20 trägt
ein Substrat, bzw. eine Maske für die Halbleiterherstellung.
Auf einer Oberfläche des Substrats 2 sind mehrere
Strukturen 3 aufgebracht. Der Messtisch selbst ist auf
Luftlagern 21 gestützt, die ihrerseits auf einem
Block 25 abgestützt sind. Die hier beschriebenen
Luftlager stellen eine mögliche Ausführungsform
dar uns sollen nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.
Der Block 25 kann aus einem Granitblock gebildet sein.
Für einen Fachmann ist es selbstverständlich,
dass der Block 25 aus jedem Material bestehen kann, das
für die Ausbildung einer Ebene 25a geeignet ist,
in der sich der Messtisch 20 bewegt bzw. verfahren wird.
Für die Beleuchtung des Substrats 2 sind mindestens
eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 und/oder eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 vorgesehen.
In der hier dargestellten Ausführungsform wird das Licht
der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 mittels eines Umlenkspiegels 7 in die
Beleuchtungsachse 4 für das Durchlicht eingekoppelt.
Das Licht der Beleuchtungseinrichtung 6 gelangt über
einen Kondensor 8 auf das Substrat 2. Das Licht
der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 gelangt durch das
Messobjektiv 9 auf das Substrat 2. Das von dem
Substrat 2 ausgehende Licht wird durch das Messobjektiv 9 gesammelt
und von einem halbdurchlässigen Spiegel 12 aus
der optischen Achse 5 ausgekoppelt. Dieses Messlicht gelangt
auf eine Kamera 10, die mit einem Detektor 11 versehen
ist. Dem Detektor 11 ist eine Recheneinheit 16 zugeordnet,
mit der aus den aufgenommenen Daten digitale Bilder erzeugt werden
können.
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Die
Position des Messtisches 20 wird mittels eines Laser-Interferometers 24 gemessen
und bestimmt. Das Laser-Interferometer 24 sendet hierzu einen
Messlichtstrahl 23 aus. Ebenso ist das Messmikroskop 9 mit
einer Verschiebeeinrichtung in Z-Koordinatenrichtung verbunden,
damit das Messobjektiv 9 auf die Oberfläche des
Substrats 2 fokussiert werden kann. Die Position des Messobjektivs 9 kann z.
B. mit einem Glasmaßstab (nicht dargestellt) gemessen werden.
Der Block 25 ist ferner auf schwingungsgedämpft
gelagerten Füßen 26 aufgestellt. Durch
diese Schwingungsdämpfung sollen alle möglichen
Gebäudeschwingungen und Eigenschwingungen des Koordinaten-Messgerätes
weitestgehend reduziert, bzw. eliminiert werden.
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2 zeigt
eine schematische Anordnung des Systems, mit dem die Strukturen 3 auf
einem Substrat 2 mittels einer Koordinaten-Messmaschine 1 vermessen
werden können. Die Koordinaten-Messmaschine 1 ist
dabei innerhalb eines Gehäuses 50 angeordnet.
Das Gehäuse 50 kann dabei als eine Klimakammer
ausgestaltet sein. In einer Außenwand des Gehäuses
ist ein Display 61 vorgesehen, welchem eine Eingabeeinheit 62 zugeordnet
ist. Obwohl die Eingabeeinheit in der in 2 gezeigten Darstellung
als Tastatur dargestellt ist, soll dies nicht als eine Beschränkung
der Erfindung aufgefasst werden. Dem Fachmann ist eine Reihe von
Eingabeeinheiten bekannt. Ferner ist das Gehäuse 50 mit
einer Übergabestation 35 versehen, mit der Substrate
von Außen in das Innere des Systems eingeführt
werden können. Zusätzlich ist das Gehäuse 50 mit
einer Steuer- und Kontrolleinheit 60 verbunden, mit der
die gesamte Bildverarbeitung und Steuerung der mit dem System aufgenommenen
Daten durchgeführt wird.
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3 zeigt
eine schematische Ansicht der Anordnung von der Koordinaten-Messmaschine 1 und
weiteren Einrichtungen, die der Koordinaten-Messmaschine 1 zugeordnet
sind, um damit eine effiziente Untersuchung, bzw. Vermessung der
Substrate 2 zu gewährleisten. In der in 3 dargestellten
Ausführungsform ist die Koordinaten-Messmaschine 1 vereinfacht
dargestellt. Die Koordinaten-Messmaschine 1 ist in 3 lediglich
mit dem Messtisch 20 und dem auf dem Messtisch 20 befindlichem
Substrat 2 dargestellt. Die Koordinaten-Messmaschine 1 befindet
sich zusammen mit anderen Einrichtungen in dem Gehäuse 50,
das als Klimakammer ausgebildet ist. Der Koordinaten-Messeinrichtung 1 ist
in der hier dargestellten Ausführungsform ein Magazin 32 für
die Aufbewahrung von Substraten 2, bzw. Masken innerhalb
der Klimakammer zugeordnet. Ebenso ist innerhalb der Klimakammer eine
Einrichtung zum Orientieren 34 der Substrate angeordnet.
In einer Wand 50a des Gehäuses 50 der Klimakammer
ist eine Übergabestation 35 vorgesehen. Innerhalb
der Klimakammer können ferner ein Transportroboter 36 und
eine weitere Transporteinrichtung 38 vorgesehen sein. Obwohl
hier ein Magazin 32 zur Aufbewahrung von Substraten 2,
bzw. Temperieren von Substraten 2 vorgesehen ist, ist es für
jeden Fachmann selbstverständlich, dass man auf ein Magazin
innerhalb der Klimakammer verzichten kann. Der Roboter 36 kann
sich innerhalb der Klimakammer entlang der durch den Doppelpfeil 40 dargestellten
Richtung bewegen. Über die Übergabeöffnung 35 können
die Substrate 2 in die Klimakammer verbracht werden. Die
Transporteinrichtung 38 stellt dabei eine Übergabestation
dar. Der Roboter 36 entnimmt das Substrat 2 aus
der Übergabestation 38 und legt es je nach Rezept
auf die Einrichtung 35 zum Orientieren, auf dem Messtisch 20 oder
in das Magazin 32.
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4a zeigt
eine schematische Darstellung des Substrats 2, bei dem
die Strukturen 54 zur Bestimmung der Temperaturdrift auf
dem Substrat 2 beliebig angeordnet sind.
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4b zeigt
eine weitere Ausführungsform, bei der die Strukturen 54 zur
Bestimmung der Drift in den Ecken, bzw. in dem Bereich 56 der
Ecken des Substrats 2 angeordnet sind. Wie bereits oben
stehend erwähnt, ist die Auswahl, bzw. die Anordnung der
Strukturen für die Bestimmung der Drift abhängig von
der Eignung dieser Strukturen für die Bestimmung der Drift.
Dabei ist zu beachten, dass einige Strukturen auf dem Substrat unabhängig
von dem sich ähnelnden Temperaturverhältnis des
Systems und der Maske oder den mechanischen Relaxationsprozessen
sind. Diese Strukturen sind dabei in der Regel im Zentrum des Substrats
angeordnet.
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4c zeigt
eine weitere Ausführungsform, bei der die Strukturen 54 zur
Bestimmung der Drift in der Mitte der Kanten 55 des Substrats 2 angeordnet sind.
Wie bereits oben stehend erwähnt, ist die Auswahl, bzw.
die Anordnung der Strukturen für die Bestimmung der Drift
abhängig von der Eignung dieser Strukturen für
die Bestimmung der Drift.
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Im
Allgemeinen wird die Drift (temperaturbedingte und/oder mechanisch
bedingte) der Koordinaten-Messmaschine 1 bestimmt. Dabei
fährt die Koordinaten-Messmaschine 1 mit dem Objektiv 9 an
die Position, bzw. an die Positionen der Strukturen 3, welche
für die Bestimmung der Drift vermessen werden sollen. Dies
geschieht dabei mehrfach in bestimmten Zeitabständen. Anhand
der gewonnenen Daten der Position der Struktur 3 hinsichtlich
der X-Koordinate und Y-Koordinate kann somit bestimmt werden, ab
wann die Maske bzw. das Substrat 1 im Gleichgewicht mit
dem System, bzw. der Koordinaten-Messmaschine 1 ist. Eine
andere Möglichkeit ist, in einer Temperierstation 32,
welche z. B. als Magazin ausgebildet ist, eine entsprechende optische
Einrichtung 60 vorzusehen, mit der die Temperaturdrift des
Substrats bestimmt werden kann. Ebenso könnte man in dieser
Temperierstation 32 das Substrat 2 zur mechanischen
Relaxation ablegen. Die mit dem optischen System 60 aufgenommenen
Daten werden an den Rechner 16 übermittelt und
dort verrechnet. Anhand des Ergebnisses kann nun bestimmt werden,
dass die im Magazin 32 vorhandenen Substrate 2 das
Gleichgewicht erreicht hat, so dass mit der Messung in der Koordinaten-Messmaschine
begonnen werden kann. Eine extra Anordnung einer Einrichtung zur Bestimmung
der Drift von Substraten ist besonders vorteilhaft, da in der Zwischenzeit,
in der die Substrate 2 das Gleichgewicht erreichen, mit
der Koordinaten-Messmaschine 1 entsprechende Messungen
an der Position, bzw. Lage der Strukturen auf der Maske durchgeführt
werden können. Gerade dadurch wird die Koordinaten-Messmaschine 1 optimal genutzt,
ohne dass Leerstandszeiten existieren.
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6 zeigt
eine grafische Darstellung der Position einer Struktur in X-Koordinatenrichtung.
Die zu vermessende Struktur 3 dient dabei zur Bestimmung
der Drift. Auf der Abszisse 70 ist die Zeit aufgetragen.
Auf der Ordinate 71 ist die gemessene Position der Struktur 3 in
X-Koordinatenrichtung aufgetragen. Die Messung könnte dann
gestartet werden, wenn die Schwankungen der Messwerte in X-Koordinatenrichtung
innerhalb eines Schwankungsbereichs 74 liegen. Die Messwerte 72 zeigen
einen Trend, ab dem Zeitpunkt TX, bei dem
sie sich innerhalb des Schwankungsbereichs 74 bewegen.
Ab diesem Zeitpunkt TX könnte somit
die Messung gestartet werden.
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7 zeigt
die gleiche Darstellung, wie in 6, jedoch
ist hier die Position der Struktur in Y-Koordinatenrichtung in Abhängigkeit
von der Zeit gemessen worden. In 7 könnte
z. B. die Messung ab dem Zeitpunkt TY gestartet
werden. Ab diesem Zeitpunkt verlaufen die Messwerte der Strukturen
bzgl. der Y-Koordinatenrichtung innerhalb des Schwankungsbereichs 74.
Gestartet werden kann die Messung des Substrats mit der Koordinaten-Messmaschine 1 erst
ab dem Zeitpunkt TX. Der Zeitpunkt TX liegt später als der Zeitpunkt
TY und es muss für die Bestimmung
der Position eines Substrats sowohl in X-Koordinatenrichtung, als
auch in Y-Koordinatenrichtung das Temperaturgleichgewicht für
die Maske sowohl in X-Koordinatenrichtung, als auch in Y-Koordinatenrichtung
erreicht sein.
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8 zeigt
eine ähnliche Darstellung, wie in 6 und 7,
wobei die Bestimmung des Gleichgewichts mit der Fittung einer stetigen
Funktion 75 an die gewonnenen Messwerte 72 erreicht
wird. In 8 ist lediglich die Messung
der Position der Struktur in X-Koordinatenrichtung in Abhängigkeit von
der Zeit durchgeführt worden. Das Gleichgewicht ist dann
erreicht, wenn die Funktion eine Steigung aufweist, die sich in
einem vorbestimmten Bereich bewegt.
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Die
Erfindung wurde unter Berücksichtigung spezieller Ausführungsformen
beschrieben. Es ist jedoch denkbar, dass Abwandlungen und Änderungen durchgeführt werden
können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10047211
A1 [0002]
- - DE 19949005 A [0003]
- - DE 19858428 [0004]
- - DE 10106699 [0004]
- - DE 102004023739 [0004]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Pattern
Placement Metrology for Mask making" von Frau Dr. Carola Bläsing [0002]