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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauelementen und betrifft insbesondere die Prozesssteuerung und Überwachungstechniken in Lithographieprozessen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Der heutige globale Markt zwingt die Hersteller von Massenprodukten dazu, diese mit hoher Qualität bei geringem Preis anzubieten. Es ist daher wichtig, die Ausbeute und die Prozesseffizienz zur Minimierung der Produktionskosten zu verbessern. Dies gilt insbesondere auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung, da es hier ganz wichtig ist, modernste Technologie mit Massenherstellungstechniken zu kombinieren. Es ist daher das Ziel der Halbleiterhersteller, den Verbrauch von Rohmaterialien und Gebrauchsmaterialien zu minimieren, während gleichzeitig die Produktqualität verbessert und die Prozessanlagenauslastung erhöht wird. Beispielsweise ist es bei der Herstellung moderner integrierter Schaltungen notwendig, mehrere hundert einzelne Prozesse vorzusehen, um die integrierte Schaltung fertigzustellen, wobei ein Fehler in einem einzelnen Prozessschritt zu einem Verlust der gesamten integrierten Schaltung führen kann. Dieses Problem ist in aktuellen Entwicklungen weiter verschärft, in denen versucht wird, die Substratgröße zu vergrößern, auf denen eine moderat große Anzahl derartiger integrierter Schaltungen gemeinsam bearbeitet werden, so dass ein Fehler in einem einzelnen Prozessschritt möglicherweise den Verlust einer großen Anzahl an Produkten nach sich zieht.
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Daher müssen die diversen Fertigungsphasen gründlich überwacht werden, um eine unerwünschte Verschwendung von Ingenieursarbeitszeit, Anlagenbetriebszeit und Rohmaterialien zu vermeiden. Idealerweise würde die Wirkung jedes einzelnen Prozessschrittes auf viele Substrate mittels Messung erfasst und das betrachtete Substrat würde für die weitere Bearbeitung nur freigegeben, wenn die erforderlichen Spezifikationen erfüllt sind, die wünschenswerterweise gut verstandene Korrelationen zu der endgültigen Produktqualität aufweisen. Eine entsprechende Prozesssteuerung ist jedoch nicht praktikabel, da die Messung der Auswirkungen gewisse Prozesse relativ lange Messzeiten erfordert, häufig außerhalb der Produktionsstätte, oder es ist sogar die Zerstörung der Probe erforderlich. Ferner muss ein sehr Aufwand betrieben werden in Hinblick auf Zeit und Anlagen, um auf der Messseite die erforderlichen Messergebnisse bereitzustellen. Des Weiteren würde die Auslastung der Prozessanlagen minimiert, da die Anlage nur dann freigegeben würde, nachdem die Messergebnisse und deren Bewertung vorliegt. Ferner sind viele der komplexen gegenseitigen Abhängigkeiten der diversen Prozesse typischerweise nicht bekannt, so dass a priori eine Bestimmung entsprechender ”optimaler” Prozessspezifikationen sehr schwer ist.
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Die Einführung statistischer Verfahren, die auch als statistische Prozesssteuerung (SPC) bezeichnet wird, zum Einstellen von Prozessparametern entschärft die obige Problematik ganz wesentlich und erlaubt eine moderate Auslastung der Prozessanlagen, wobei eine relativ hohe Produktionsausbeute beibehalten wird. Die statistische Prozesssteuerung beruht auf Überwachung des Prozessergebnisses, um eine Situation außerhalb der Steuerungsspezifikationen zu erkennen, wobei eine Kausalität zu einer externen Störung ermittelt wurde. Nach dem Auftreten einer außerhalb der Steuerungstoleranzen liegenden Situation ist typischerweise die Einwirkung eines Bedieners erforderlich, um einen Prozessparameter so zu verändern, dass wieder in eine normale Situation zugekehrt wird, wobei die Kausalität hilfreich ist, um eine geeignete Steuerungsaktion auszuwählen. Dennoch ist insgesamt eine große Anzahl an Halbleitersubstraten oder Pilotsubstraten erforderlich, um Prozessparameter entsprechender Prozessanlagen einzustellen, wobei tolerierbare Parameterverschiebungen während des Prozesses berücksichtigt werden müssen, wenn eine Prozesssequenz gestaltet wird, da die Parameterverschiebungen über eine lange Zeitdauer unerkannt bleiben können oder durch SPC-Techniken nicht effizient kompensiert werden können.
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In der jüngeren Vergangenheit wurde eine Prozesssteuerungsstrategie eingeführt, und diese wird kontinuierlich verbessert, mit der eine bessere Effizienz in der Prozesssteuerung möglich ist, wünschenswerterweise für jeden einzelnen Durchlauf, wobei lediglich eine moderat große Menge an Messdaten erforderlich ist. In dieser Steuerungsstrategie, der sog. fortschrittlichen Prozesssteuerung (APC) wird ein Modell eines Prozesses oder einer Gruppe zusammenhängender Prozesse ermittelt und in eine geeignet gestaltete Prozesssteuerung implementiert. Die Prozesssteuerung empfängt ferner Informationen, die Messdaten vor dem Prozess und/oder Messdaten nach dem Prozess sowie Informationen enthält, die beispielsweise mit der Substrathistorie, der Art des Prozesses oder der Prozesse, der Produktart, der Prozessanlage oder Prozessanlagen, in denen die Produkte bearbeitet werden oder in vorhergehenden Schritten verarbeitet wurden, das Prozessrezept, das anzuwenden ist, d. h. ein Satz aus erforderlichen Teilschritten für den Prozess oder die betrachteten Prozesse, wobei mögliche festgelegte Prozessparameter und variable Prozessparameter enthalten sind, und dergleichen, in Beziehung steht. Aus dieser Information und dem Prozessmodell bestimmt die Prozesssteuerung einen Steuerungszustand oder Prozesszustand, der die Wirkung des Prozesses oder der betrachteten Prozesse auf das spezielle Produkt beschreibt, wodurch das Ermitteln einer geeigneten Parametereinstellung der variablen Parameter des spezifizierten Prozessrezepts möglich ist, das an dem betrachteten Substrat auszuführen ist, so dass das Prozessergebnis nahe an dem zuvor festgelegten Sollwert liegt.
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Ein wichtiger Prozess bei der Herstellung von Mikrostrukturbauelementen, etwa von integrierten Schaltungen und dergleichen, ist das Übertragen eines erforderlichen Musters von einer Schablone oder Maske auf das eigentliche Substrat. Das heißt, die Herstellung von Mikrostrukturen macht es notwendig, kleinste Gebiete mit genau gesteuerter Größe in einer Materialschicht auf einem geeigneten Substrat, etwa Siliziumsubstrat, einem SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Substrat oder auf einem anderen geeigneten Trägermaterial herzustellen. Diese kleinsten Gebiete mit genau gesteuerter Größe werden hergestellt, indem eine oder mehrere Materialschichten, die auf dem Substrat vorgesehen sind, strukturiert werden, indem Lithographie-, Ätz-, Implantations-, Abscheide-, Oxidationsprozesse und dergleichen ausgeführt werden, wobei typischerweise zumindest in einer gewissen Phase des Strukturierungsprozesses eine Maskenschicht über der einen oder mehreren Materialschicht/en zu bilden ist, die zu behandeln ist, um damit diese kleinsten Gebiete zu definieren. Generell besteht eine Maskenschicht aus oder diese ist hergestellt mittels einer Schicht aus Fotolack, die durch einen lithographischen Prozess strukturiert wird, der häufig in Form eines optischen oder Fotolithographieprozesses implementiert wird. Während des Fotolithographievorganges wird der Lack auf die Substratoberfläche aufgeschleudert und wird dann selektiv mit ultravioletter Strahlung durch eine entsprechende Lithographiemaske, etwa ein Retikel belichtet, wodurch das Retikelmuster in die Lackschicht zur Erzeugung eines latenten Bildes darin abgebildet wird. Nach dem Entwickeln des Fotolackes werden, abhängig von der Art des Lackes, d. h. Positivlack oder Negativlack, die belichteten Bereiche oder die nicht belichteten Bereiche abgetragen, um das erforderliche Muster in der Schicht aus Fotolackmaterial zu erzeugen. Auf der Grundlage dieses Lackmusters werden dann die eigentlichen Bauteilmuster durch weitere Fertigungsprozesse, etwa wie sie zuvor genannt sind, ausgebildet. Die Größe und die Form der schließlich erhaltenen Strukturmerkmale hängt somit wesentlich von der Qualität der Maske ab, die auf der Grundlage des Lackmaterials hergestellt wird und somit ist der Fotolithographieprozess ein sehr wichtiger Prozessschritt, um die Größe und die Form von Schaltungskomponenten in genauer Weise zu definieren, wobei auch ein hoher Grad an Genauigkeit für das geeignete Justieren der diversen Maskenschichten erforderlich ist, die während der gesamten Fertigungsabfolge zur Fertigstellung eines komplexen integrierten Schaltungsbauelements erforderlich sind. Das heißt, typischerweise ist eine Vielzahl an Maskenschichten oder Maskenebenen erforderlich, die auf der Grundlage spezieller Schablonen oder Lithographiemasken eingerichtet werden, um damit in geeigneter Weise die komplexen Schaltungselemente fertigzustellen, wobei Abweichungen in Größe und Form sowie unerwünschte Fehljustierungen generell zu ausgeprägten Bauteilvariabilitäten oder sogar zu Totalausfällen am Ende des Fertigungsprozesses beitragen können. Beispielsweise ist eine Vielzahl an Lithographieschritten typischerweise erforderlich, um die diversen halbleiterbasierten Schaltungselemente, etwa Transistoren und dergleichen, beispielsweise für die Herstellung komplexer Gateelektrodenstrukturen, das Implementieren geeigneter Dotierstoffprofile in die Halbleitermaterialien und dergleichen, bereitzustellen, wobei kritische Abmessungen von 50 nm und weniger auf der Grundlage komplexer Lithographieprozesse zu realisieren sind. In nachfolgenden Ebenen des Halbleiterbauelements müssen weitere komplexe Lithographieprozesse ausgeführt werden, beispielsweise zum Bilden der Kontaktelemente zum Anschluss der halbleiterbasierten Schaltungselemente, und es sind auch Lithographieprozesse notwendig, um komplexe Metallisierungssysteme zu erzeugen, die typischerweise mehrere gestapelte Metallisierungsschichten und dergleichen aufweisen.
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Da Lithographieprozesse typischerweise sehr kostenintensive Prozessschritte sind aufgrund der erforderlichen komplexen Lithographieanlagen, werden große Anstrengungen unternommen, um die Lithographieprozessmodule präzise zu überwachen und zu steuern. Beispielsweise umfasst ein typischer Lithographieprozess mehrere der Belichtung vorgeschaltete Prozesse, etwa das Abscheiden eines geeigneten Lackmaterials, eine Vorbehandlung des Lackmaterials, etwa in Form von Wärmebehandlungen und dergleichen. Daraufhin wird der eigentliche Belichtungsvorgang ausgeführt, wobei unter anderem der Anteil an Energie, der in dem Lackmaterial deponiert wird, wesentlich die Größe der entsprechenden Lackstrukturelemente nach dem Entwickeln des belichteten Lackmaterials beeinflusst. Ferner sind typischerweise ein oder mehrere der Belichtung nachgeordnete Prozesse in Form von Wärmebehandlungen und dergleichen zusätzlich zu dem eigentlichen Entwicklungsprozess erforderlich. Daher werden leistungsstarke Prozesssteuerungsstrategien, beispielsweise auf der Grundlage von APC und SPC in dem Gesamtfertigungsablauf eingerichtet, um eine bessere Prozessqualität sicherzustellen. Das heißt, die Prozesssteuerungs- und Überwachungstechniken streben danach, das Prozessergebnis, d. h. die Größe und die Form der entwickelten Lackstrukturelemente, möglichst nahe an einem gewünschten Sollwert zu halten. Daher enthalten die APC-Steuerungen typischerweise ein geeignetes Modell, das auf der Grundlage einer vernünftigen Menge an Messdaten arbeitet, die kritische Abmessungen der zuvor bearbeiteten Substrate angeben, um damit die Prozessergebnisse auf einem gewünschten Sollniveau zu halten, das durch die Entwurfsregeln für eine spezielle Bauteilschicht vorgegeben ist. Dazu liefert das APC-System geeignete Parameterwerte für mindestens einen Parameter, der einen wesentlichen Einfluss auf das endgültige Prozessergebnis ausübt. Wie zuvor erläutert ist, repräsentiert die Energie oder die Belichtungsdosis, die während der Belichtungsprozesse verwendet wird, einen günstigen Prozessparameter des Belichtungsprozesses, der in geeigneter Weise variiert werden kann, um die letztlich erzielten kritischen Abmessungen der Lackstrukturelemente einzustellen. Wenn beispielsweise die Messdaten anzeigen, dass eine Abweichung der gemessenen Lackstrukturelemente vom Sollwert vorliegt, beispielsweise wenn die gemessenen Lackstrukturelemente größer sind im Vergleich zum Sollwert, bestimmt das APC-System einen geeigneten ”Sollwert” für den Parameter Belichtungsdosis, der in dem nachfolgenden Belichtungsprozess verwendet wird, um die resultierenden Lackstrukturelemente wieder auf den Sollwert zurückzubringen, was in diesem Falle eine Anhebung der Belichtungsdosis erfordern würde. Auf der Grundlage der vorhergehenden Messdaten und eines vorhersagenden Modells kann somit das APC-System die Belichtungsdosis erneut auf einen Wert einstellen, von dem erwartet wird, dass er Prozessergebnisse liefert, die näher an dem Sollwert liegen.
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In komplexen Fertigungsstätten für die Herstellung komplexer Halbleiterbauelemente werden typischerweise eine Vielzahl von Prozessanlagen im Hinblick auf den Durchsatz vorgesehen, wobei im Hinblick darauf, dass typischerweise eine Reihe unterschiedlicher Produkte gleichzeitig in der Fertigungsstätte zu bearbeiten ist, die unterschiedlichen Prozessanlagen für unterschiedliche Prozesse und produktabhängig entsprechend dem gesamten Disponierschema in der Fertigungsstätte verwendet werden. Folglich ist eine sehr große Menge an Messdaten und Prozessparametern von dem APC-System zu bearbeiten, um akzeptable Prozessergebnisse für jede Produktart und jede Bauteilschicht und jede Kombination verwendeter Prozessanlagen zum Ausführen beispielsweise des Lithographieprozesses zu erzeugen. In ähnlicher Weise müssen in der statistischen Prozesssteuerung die Anlagendaten und die Messdaten überwacht werden, um eine Situation außerhalb der Steuerungsspezifikationen zu erkennen. Obwohl beispielsweise sehr effiziente APC-Strategien angewendet werden, kann dennoch eine Situation außerhalb der Steuerungsspezifikation auftreten, die dann durch das APC-System unerkannt bleibt, wobei dennoch korrigierende Aktivitäten erforderlich sind, da im Allgemeinen eine merkliche Verschiebung der gesamten Prozessparameter auftreten kann, was zu einem ausgeprägten Ausbeuteverlust führen kann, wenn die Situation außerhalb der Steuerungsspezifikationen für eine ausgeprägte Zeitdauer unerkannt bleibt. Beispielsweise kann eine Veränderung in einer Messanlage, die Messdaten für das APC-System liefert, dieses veranlassen, neu eingestellte Belichtungsdosiswerte den diversen Lithographieanlagen zuzuleiten, die dann für das Ausführen der speziellen betrachteten Belichtungsprozesse verwendet werden. In diesem Falle wird eine mehr oder minder ausgeprägte Abweichung der Parameterwerte für das Einstellen des Parameters Belichtungsdosis beobachtet, wobei dies jedoch innerhalb akzeptabler Bereiche liegen kann, wenn gleichzeitig das resultierende Prozessergebnis wesentlich von den erwünschten kritischen Abmessungen der Lackstrukturelemente abweicht. In dieser Situation kann das APC-System korrekt funktionieren, während gleichzeitig schlechtere Prozessergebnisse unerkannt bleiben und in die nachfolgenden Prozesse eingespeist werden, etwa in die Ätzprozesse, nach denen eine Aufbereitung der Substrate nicht mehr möglich ist. Daher müssen effiziente SPC-Strategien vorgesehen werden, die jedoch das Überwachen und Analysieren sowie das Auswählen geeigneter festgelegter Prozessgrenzen für eine sehr große Anzahl einzelner Prozesse erfordern, wodurch wesentlich zu zusätzlichen Aufwendungen und auch zu ausgeprägten Wahrscheinlichkeiten beigetragen wird, dass Fehlalarme erzeugt werden, die den Gesamtdurchsatz und somit die ökonomische Bilanz noch weiter verringern.
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Die
US 2008/0 248 412 A1 beschreibt ein Steuerungssystem und ein Verfahren, in denen kritische Abmessungen in kritischen Strukturierungsprozessen gesteuert werden, indem eine Rückkopplungsschleife für den Lithographieprozess und eine entsprechende Rückkopplungsschleife für den Ätzprozess vorgesehen werden. Aus den gemessenen Werten der kritischen Abmessung nach der Fotolithographie, die einerseits zur Verbesserung des Lithographieprozesses dienen, und aus gemessenen Werten der kritischen Abmessungen nach dem Ätzen und auf der Grundlage von Sollwerten für den Strukturierungsprozess werden dann geeignete Sollwerte für die Fotolithographie ermittelt, die dann wiederum im nachfolgenden Strukturierungsprozess implementiert werden.
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Die
DE 199 45 144 A1 beschreibt eine wartezeitabhängige Korrektur für die lithographische Maskenbelichtung, wobei der Zeitraum zwischen der Belichtung und der Vermessung einer Maskenschicht eines Substrats berücksichtigt wird, wenn ein geeigneter Lithographieparameter für eine nachfolgende Belichtung ermittelt werden soll. Diese Strategie richtet sich explizit an Vorgänge, in denen Schichten gleicher Zusammensetzung und Herstellungstechnologie verwendet werden, um einen entsprechenden Korrekturfaktor für die Bearbeitung dieser Schichten mittels der gleichen Herstellungstechnologie zu ermitteln.
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Die
US 2003/0 119 216 A1 beschreibt ein Verfahren, in welchem ein Bild einer Maske aufgenommen und eine Abbildung, die diese Maske auf einer Halbleiterscheibe hervorrufen soll, simuliert wird. Auf der Grundlage des simulierten Maskenbildes der Scheibe werden dann geeignete Werte bestimmt, die für nachfolgende Prozesse zur Prozessoptimierung verwendet werden können.
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Die
US 2004/0 233 445 A1 beschreibt Verfahren zur Ermittlung einer geeigneten Fokuseinstellung für eine Lithographieanlage. Dazu wird die Streuung verschiedener Beugungsbilder in einer Vielzahl von Belichtungsfeldern ermittelt, indem eine direkte Analyse oder ein Vergleich mit einer Bibliothek durchgeführt wird. Durch Vergleich der Streuung der diversen Belichtungsfelder wird sodann ein geeigneter Sollparameter für die betrachtete Lithographieanlage ermittelt.
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Die
DE 10 2006 040 767 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System für die standardisierte Prozessüberwachung in einer komplexen Fertigungssystem. Durch Überwachen eines Prozessablaufes auf der Grundlage standardisierter Datenstrukturen können prozessbezogene bewertete Datenstrukturen entsprechend einer Prozessgeschichte von Objekten mit einem hohen Maß an Abdeckung gespeichert werden.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Systeme und Prozessstrategien zum Überwachen von Prozessabläufen und zum Erkennen von Situationen außerhalb der Steuerungsspezifikationen, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert wird.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren bereit, um eine effiziente Prozessüberwachungsstrategie einzurichten, in der insbesondere Situationen außerhalb der Steuerungsspezifikationen in zuverlässiger Weise erkannt werden, wobei dennoch die Anzahl unterschiedlicher zulässiger Prozessbereiche in einem komplexen Lithographieprozessablauf, der in einer Fertigungsumgebung implementiert ist, verringert ist. Dazu werden prozessablaufspezifische Gegebenheiten in geeigneter Weise ”eliminiert”, so dass ein einzelnes Kriterium ermittelt wird, um eine große Anzahl unterschiedlicher Arten von Lithographieprozessen in der Fertigungsumgebung zu überwachen und zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird eine effiziente ”Datenreduktion” erreicht auf der Grundlage von Messdaten und Prozessparameterwerten, die mit mindestens einem Prozessparameter zum Steuern des Lithographieprozesses in Beziehung stehen, wobei Prozessschwankungen berücksichtigt werden, und wobei auch relative Änderungen in jedem Prozessablauf für einen effizienten Vergleich mit einem vorgegebenen Bereich zulässiger Prozesssituationen verwendet werden. Das heißt, für jede Art von Lithographieprozess wird ein geeignet gewichteter Wert ermittelt, der Schwankungen oder Verschiebung in dieser speziellen Art an Prozess angibt, und diese Werte werden im Hinblick auf das Erkennen einer außerhalb der Steuerungsspezifikation liegenden Situation bewertet auf der Grundlage von Prozessgrenzen, die gemeinsam für jede dieser unterschiedlichen Prozessarten festgelegt sind. Folglich können Situationen außerhalb der Steuerungsspezifikationen effizient auf der Grundlage eines einzelnen Kriteriums für eine große Anzahl unterschiedlicher Arten von Lithographieprozessen erkannt werden, wodurch die Effizienz des statistischen Prozesssteuerungsmechanismus deutlich verbessert wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird speziell durch das Verfahren des Anspruches 1 und die Vorrichtung des Anspruches 7 gelöst.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1a schematisch eine Fertigungsumgebung zur Herstellung komplexer Mikrostrukturbauelemente, etwa integrierter Schaltungen und dergleichen, zeigt, wobei ein Lithographieprozessablauf auf der Grundlage mehrerer unterschiedlicher Arten von Prozessen ausgeführt wird, und wobei ein effizienteres Prozessüberwachungssystem gemäß anschaulicher Ausführungsformen implementiert ist;
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1b schematisch mehrere unterschiedliche Produkte zeigt, die auf der Grundlage des Lithographieprozessablaufs gemäß anschaulicher Ausführungsformen zu bearbeiten sind;
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1c schematisch mehrere unterschiedliche Arten von Lithographieprozessen zeigt, die in dem Lithographieprozessablauf der in 1a gezeigten Umgebung enthalten sind;
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1d schematisch mehrere anschauliche Schritte von Prozessen und entsprechende Messdaten und Parameterwerte zeigt, die in geeigneten Prozessnachrichten enthalten sind, die innerhalb der Fertigungsumgebung, wie sie in 1a gezeigt ist, gemäß anschaulicher Ausführungsformen ausgetauscht werden;
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1e schematisch eine Darstellung der Parameterwerte für anschauliche unterschiedliche Prozesse aus 1d auf der Grundlage einer Zeitmarkierung zeigt, die mit den jeweiligen Parameterwerten gemäß anschaulicher Ausführungsformen verknüpft sind;
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1f schematisch Messergebnisse zeigt, die mit den dargestellten Prozessabläufen gemäß anschaulicher Ausführungsformen verknüpft sind;
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1g schematisch eine ”Datenreduktionsstrategie” zeigt, um Prozessdaten bereitzustellen, die im Wesentlichen nicht von speziellen Lithographieanlagen oder anderen Prozessanlagen gemäß anschaulicher Ausführungsformen abhängen;
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1h schematisch entsprechende reduzierte Prozessdaten zeigt, die auf der Grundlage der in 1g gezeigten Strategie ermittelt werden;
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1i schematisch die reduzierten Prozessdaten und eine Strategie für die weitere Reduzierung der Daten auf der Grundlage von ”globalen” Prozessdaten und ”lokalen” Prozessdaten für jede Bauteilschicht gemäß anschaulicher Ausführungsformen zeigt;
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1j schematisch eine Strategie zeigt, um relative Prozessdaten auf der Grundlage der Datenreduktionsstrategie, wie sie in 1i gezeigt ist, gemäß anschaulichen Ausführungsformen zu erhalten;
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1k schematisch Prozessdaten zeigt, die auf der Grundlage der unterschiedlichen Arten von Prozessen ermittelt werden, wobei geeignete Reduktionsstrategien und ein einzelnes Kriterium zum Definieren von Prozessgrenzen gemäß anschaulichen Ausführungsformen verwendet werden;
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1l schematisch eine detailliertere Ansicht des SPC-Systems zeigt, wie es in 1a dargestellt ist, wobei diverse Systemmodule enthalten sind, um geeignete relative Prozessdaten und ein geeignetes einzelnes Kriterium zum Definieren eines zulässigen Steuerungsbereichs gemäß anschaulicher Ausführungsformen zu erhalten; und
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1m schematisch Ausgangsdaten oder ein Ausgangssignal des in 1l gezeigten Systems darstellt, wobei auch eine Situation außerhalb der Steuerungsspezifikationen gemäß noch weiteren anschaulichen Ausführungsformen angegeben ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Problematik des Überwachens eines komplexen Lithographieprozessablaufes, der mehrere unterschiedliche Arten von Lithographieprozessen beinhaltet. Gemäß den hierin offenbarten Prinzipien können Prozessdaten, d. h. Parameterwerte, Messergebnisse und dergleichen, die mit jeder Art der unterschiedlichen Prozesse verknüpft sind, effizient auf der Grundlage geeigneter Prozessgrenzen oder eines zulässigen Steuerungsbereichs bewertet werden, der gemeinsam für die mehreren unterschiedlichen Arten von Lithographieprozessen festgelegt wird. Zu diesem Zweck wird die Abhängigkeit der Prozessdaten von prozessspezifischen Faktoren, etwa der Art der verwendeten Lithographieanlagen, eliminiert und nachfolgend wird die Abhängigkeit von den Produktarten und den unterschiedlichen Bauteilebenen innerhalb der unterschiedlichen Produkte eliminiert, um damit eine ”globale” Überwachung der einzelnen Arten von Lithographieprozessen zu ermöglichen. Folglich, kann ein einzelnes Kriterium verwendet werden, um Situationen außerhalb der Steuerungsspezifikationen in jeder der vielen unterschiedlichen Arten von Lithographieprozessen zu erkennen, wodurch eine bessere Zuverlässigkeit beim Erkennen von Situationen außerhalb der Steuerungsspezifikationen und auch beim Verwalten geeigneter Prozessgrenzen für das geeignete Einstellen der Parameter zum Erkennen von Situationen außerhalb der Steuerungsspezifikationen erreicht wird. Das heißt, unter Anwendung eines einzelnen Kriteriums, etwa einer geeignet ausgewählten oberen Grenze und einer unteren Grenze von zulässigen Prozessdaten kann eine Neueinstellung der Überwachungsstrategie bewerkstelligt werden, indem das einzelne Kriterium neu eingestellt wird, anstatt dass individuelle Prozessgrenzen für jede Art von Lithographieprozess gehandhabt werden müssen.
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Im Allgemeinen wird die Eliminierung der diversen Abhängigkeiten bewerkstelligt, indem geeignete ”globale” Prozessdaten für jede Art von Prozess ausgewählt werden und indem eine geeignete Teilmenge innerhalb der globalen Prozessdaten, die als lokale Prozessdaten bezeichnet werden, festgelegt werden, um damit ”relative” Prozessdaten für jede Art unterschiedlicher Lithographieprozesse zu erzeugen, die dann in effizienter Weise, beispielsweise durch geeignetes Gewichten der relativen Prozessdaten, mit einem einzelnen Steuerungskriterium in Beziehung gesetzt werden können.
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Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nun weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
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1a zeigt schematisch eine Fertigungsumgebung 100, die als eine geeignete Produktionsstätte zu verstehen ist, in der mehrere Prozessanlagen, Messanlagen mit jeglichen Systemen für die Prozesssteuerung, Datenaustauschressourcen und dergleichen, eingerichtet sind, um Mikrostrukturbauelemente herzustellen oder zumindest derartige Mikrostrukturbauelemente bis zu einem gewissen Fertigungsstand aufzubauen. Beispielsweise repräsentiert die Fertigungsumgebung 100 eine Produktionsstätte für die Herstellung komplexer Halbleiterbauelemente, etwa Mikrosteuerungen, ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen) und dergleichen. Die Fertigungsumgebung 100 umfasst ein Prozessmodul, in welchem ein Lithographieprozessablauf 110 ausgeführt wird, wobei zu beachten ist, dass innerhalb des Prozessablaufes 110 geeignete Gerätekonfigurationen verfügbar sind, um damit die Prozesse auszuführen, wie sie zum Übertragen eines Musters von einer Lithographiemaske in eine Lackmaske erforderlich sind, wie dies auch zuvor beschrieben ist. Somit werden in der Fertigungsumgebung 100 mehrere Substrate 140 durch den Prozessablauf 110 durchgeführt, um zumindest Lackstrukturelemente eines speziellen Musters gemäß definierten Sollwerten auf den Substraten 140 zu erzeugen. Wie zuvor erläutert ist, repräsentieren die Substrate 140 typischerweise eine große Anzahl an Substraten, die in sehr unterschiedlichen Fertigungsphasen sind und die Substrate darstellen, um sehr unterschiedliche Arten von Produkten herzustellen. Beispielsweise sind vier Gruppen aus Produkten, d. h. Produktgruppen 140A, 140B, 140C, 140D dargestellt, wobei die tatsächliche Anzahl an Substratgruppen sehr hoch sein kann. In dem gezeigten Beispiel wird angenommen, dass die Substratgruppen Substrate repräsentieren, die zu der gleichen Produktart gehören, wobei dies jedoch teilweise unterschiedliche Fertigungsstufen der betrachteten Produktarten repräsentieren. Beispielsweise repräsentiert die Substratgruppe 140D die Lithographieschicht L1, in der geeignete Lackstrukturelemente mit Sollwerten gemäß den Entwurfsregeln entsprechend der Schicht L1 vorzusehen sind. In ähnlicher Weise repräsentiert die Substratgruppe 140C eine Fertigungsphase, in der ein Lithographieprozess auszuführen ist in einem weiter fortgeschrittenen Fertigungsstadium, d. h. nach der Ausführung des Lithographieprozesses für die Schicht L1 und nach der Herstellung entsprechender Schaltungskomponenten auf der Grundlage der zuvor bereitgestellten Lackstrukturelemente. Ferner repräsentieren die Substratgruppen 140B, 140A die gleiche Fertigungsphase, die sich von den Fertigungsphasen der Gruppen 140D, 140C unterscheiden, wobei beispielsweise der Anteil an Substraten in dieser Fertigungsphase größer ist im Vergleich zu Substraten in den Fertigungsphasen, die den Schichten L1, L2 entsprechen, was beispielsweise durch nicht vorhersagbare Verzögerungen und dergleichen hervorgerufen werden kann. Es sollte beachtet werden, dass typischerweise eine große Anzahl unterschiedlicher Produktarten in der Fertigungsumgebung 100 vorhanden ist, insbesondere wenn ASICs in der Umgebung 100 herzustellen sind, da hier typischerweise kundenspezifische Implementationen zu berücksichtigen sind, wodurch entsprechende speziell gestaltete Lithographiemasken, geeignet festgelegte Sollwerte und dergleichen erforderlich sind. Die Substrate 140 werden in den Lithographieprozessablauf 110 eingebracht, was auf der Grundlage eines übergeordneten Steuerungssystems (nicht gezeigt) disponiert werden kann, wie es typischerweise in komplexen Halbleiterfertigungsstätten vorgesehen ist. Beispielsweise umfasst der Prozessablauf 110 ein Prozessmodul 111, das jegliche der Belichtung vorgeordnete Prozesse repräsentiert, etwa das Beschichten der Substrate 140 mit einer speziellen Art von Lackmaterial, das auch unterschiedlich sein kann für die unterschiedlichen Fertigungsphasen und/oder Produktarten, die durch die Substrate 140 repräsentiert sind. Beispielsweise ist eine Vielzahl von Vorbelichtungsanlagen 111A, ..., 111C in dem Prozessmodul 111 bereitgestellt. Weitere Prozesse, etwa Vorbackprozessanlagen und dergleichen, können ebenfalls in dem Prozessmodul 111 vorgesehen sein. Daraufhin empfängt ein weiteres Prozessmodul 112 die Substrate 140, um ein Maskenmuster in eine Lackschicht zu übertragen. Dazu sind komplexe optische Lithographieanlagen verfügbar, wobei der Einfachheit halber eine erste Lithographieanlage LTA und eine zweite Lithographieanlage LTB in dem Modul 112 dargestellt sind. Ferner ist ein der Belichtung nachgeordnetes Prozessmodul 113 gezeigt, wobei dieses mehrere geeignete Prozessanlagen 113A, ..., 113C aufweist, in welchem beispielsweise nachgeordnete Behandlungen, etwa Wärmebehandlungen in Verbindung mit dem eigentlichen Entwicklungsprozess des belichteten Lackmaterials ausgeführt werden. Ferner umfasst der Prozessablauf 110 ein Prozessmodul 114, in welchem Messdaten erzeugt werden, um das Prozessergebnis innerhalb des Prozessablaufs 110 zu überwachen. Dazu werden geeignete Messsysteme verwendet, die Daten bereitstellen, die beispielsweise kritische Abmessungen von den Lackstrukturelementen angeben, die beim Durchlaufen der Substrate 140 durch die Prozessmodule 111, 112 und 113 erzeugt werden. Es sollte beachtet werden, dass typischerweise eine beliebige geeignete Anzahl an Prozessanlagen für jedes der Module 111, ..., 114 vorgesehen ist, so dass dies den Durchsatzerfordernissen und der Anzahl der Produktarten, die in der Umgebung 100 zu bearbeiten sind, entspricht.
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Wie ferner auch zuvor erläutert ist, ist ein fortschrittliches Prozesssteuerungssystem 120 funktionsmäßig mit dem Prozessablauf 110 verbunden, um Prozessschwankungen zu verringern und die Prozessergebnisse möglichst nahe an den jeweiligen Sollwerten der einzelnen Lithographieprozesse zu halten, die in dem Prozessablauf 110 ausgeführt werden. Dazu ist das APC-System 120 geeignet ausgebildet im Hinblick auf Rechenressourcen, Datenkommunikationsressourcen und dergleichen, um Prozessnachrichten 115 mit dem Prozessmodul 114 auszutauschen und auch um Prozessnachrichten 116 mit mindestens dem Prozessmodul 112 auszutauschen, d. h. den entsprechenden Lithographieanlagen, die darin vorgesehen sind, etwa den Anlagen LTA, LTB. Es sollte beachtet werden, dass typischerweise in komplexen Fertigungsumgebungen, die diversen Prozessanlagen oder Prozessmodule miteinander in Kommunikation sind oder mit einem übergeordneten Steuerungssystem in Kommunikation sind auf der Grundlage standardisierter Prozessnachrichten, die ein spezielles Format besitzen, so dass darin geeignete Daten enthalten sind. Beispielsweise umfassen die Prozessnachrichten 115 geeignete Prozessdaten, die die Messergebnisse repräsentieren, die in dem Prozessmodul 114 erhalten werden. Der Einfachheit halber werden im Weiteren die entsprechenden Messergebnisse ebenfalls mit dem Bezugszeichen 115 bezeichnet. In ähnlicher Weise enthalten die mit zumindest mit dem Prozessmodul 112 ausgetauschten Prozessnachrichten geeignete Prozessdaten, die sich auf mindestens einen Prozessparameter beziehen, um den Betrieb der Prozessanlagen in dem Modul 112 zu steuern. Beispielsweise ist ein effizienter Prozessparameter zur Steuerung des Lithographieprozesses die Größe der Energie, die in dem Lackmaterial bei einer vorgegebenen Belichtungswellenlänge deponiert wird, da in diesem Falle die endgültig erreichte laterale Größe eines Lackstrukturelements manipuliert werden kann, wie dies zuvor erläutert ist. Dieser Parameter wird auch als Belichtungsdosis bezeichnet und es können geeignete Werte dem Parameter Belichtungsdosis zugeordnet werden, um in geeigneter Weise die kritischen Abmessungen von Lackstrukturelementen einzustellen oder erneut einzustellen. Auch in diesem Fall werden die in den Prozessnachrichten 116 enthaltenen Prozessdaten mit dem gleichen Bezugszeichen belegt, da im Rahmen der vorliegenden Anmeldung weitere Informationen, die in den Prozessnachrichten enthalten sein können, nicht berücksichtigt sind. Folglich empfängt das APC-System 120 die Messergebnisse 115 für ein spezielles der Substrate 140 oder für eine spezielle Gruppe der Substrate, etwa die Gruppen 140A, ..., 140D, die in den Prozessablauf 110 auf der Grundlage einer speziellen Art an Lithographieprozess bearbeitet wurden, der wiederum mit einem speziellen Sollwert des entsprechenden Prozessergebnisses verknüpft ist. Folglich versucht das APC-System 120, die geeigneten Parameterwerte für den Steuerungsparameter, etwa die Belichtungsdosis, für jede individuelle Art an Prozess innerhalb des Ablaufs 110 bereitzustellen, um damit das gewünschte Prozessergebnis für jeden individuellen Prozessablauf zu erhalten.
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Ferner umfasst die Fertigungsumgebung 100 ein statistisches Prozesssteuerungs- oder Überwachungssystem 130, das funktionsmäßig mit dem Prozessablauf 110 gekoppelt ist, um die Prozessnachrichten 115 und damit die Messergebnisse, die darin enthalten sind, zu empfangen und auch um die Prozessnachrichten 116, d. h. die Parameterwerte für den einen oder die mehreren Steuerungsparameter, etwa die Belichtungsdosis, die darin enthalten sind, zu empfangen. Das Überwachungssystem 130 ist gemäß anschaulicher Ausführungsformen, wie sie hierin offenbart sind, so ausgebildet, dass ein Steuersignal 136 erzeugt wird, in welchem eine Situation außerhalb der Steuerungsspezifikationen von einem beliebigen der vielen einzelnen unterschiedlichen Arten von Lithographieprozessen innerhalb des Prozessablaufs 110 zuverlässig auf der Grundlage eines einzelnen Kriteriums erkannt wird, d. h. eines einzelnen gültigen Bereichs an Prozesssituationen, wobei der Bereich beispielsweise durch eine obere Grenze und eine untere Grenze festgelegt ist, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Folglich kann mittels des Überwachungssystems 130 eine Aktion zum Neueinstellen des Prozessablaufs 110, beispielsweise aufgrund einer Situation außerhalb der Steuerungsspezifikationen, effizient auf der Grundlage eines einfachen Entscheidungskriteriums in Gang gesetzt werden, ohne dass das Ermitteln und das Verwalten entsprechender zulässiger Steuerungsbereiche für jede der vielen einzelnen unterschiedlichen Arten von Prozessabläufen erforderlich ist.
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1b zeigt schematisch einen Überblick der Funktionsweise der in 1a gezeigten Fertigungsumgebung. Wie gezeigt, repräsentieren die mehreren Substrate 140 unterschiedliche Produktarten P1, P2, P3, ..., die mehrere hundert verschiedene Produkttypen in komplexen Fertigungsstätten zur Herstellung anwendungsspezifischer ICs sein können. Ferner erfordert jede Produktart eine spezielle Anzahl an Lithographieprozessen, die auf der Grundlage des Lithographieprozessablaufs 110 ausgeführt werden. Es sollte beachtet werden, dass bei Bedarf unterschiedliche Lithographieabläufe in der Fertigungsumgebung 100 der 1a eingerichtet sein können, wobei die hierin offenbarten Prinzipien effizient auf einen jeden derartigen zusätzlichen Lithographieprozessablauf angewendet werden können. Somit umfasst, wie dies angegeben ist, jedes der Produkte P1, ... unterschiedliche Lithographieschichten L1, ..., die in dem Prozessablauf 110 zu bearbeiten sind, der der Einfachheit halber in 1a durch die mehreren Lithographieanlagen LTA, ... repräsentiert ist, wobei zu beachten ist, dass auch die weiteren Prozessmodule, wie sie zuvor mit Bezug zu 1a beschrieben sind, Teil des Prozessablaufs 110 sind. Auf der Grundlage der Komplexität des Gesamtprozessablaufs 110, d. h. der Anzahl der beteiligten Lithographieanlagen, der Anzahl der Belichtung vorgeordneten und Belichtung nachgeordneten Anlagen, und basierend auf der Anzahl der unterschiedlichen Produkte und deren Komplexität, d. h. der Anzahl der Lithographieebenen, muss somit eine unterschiedliche Anzahl an Arten von Lithographieprozessen innerhalb des Prozessablaufs 110 ausgeführt werden.
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1c zeigt schematisch eine Auflistung unterschiedlicher Arten von Prozessabläufen 117, die im Zusammenhang des Lithographieprozessablaufs 110 aus 1a auszuführen sind.
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Beispielsweise repräsentiert eine erste Art an Lithographieprozessen 117A einen Prozessablauf, in welchem die Lithographieschicht L1 des Produkts P1 gemäß einem spezifizierten Prozessablaufpfad innerhalb des Prozessablaufs 110 ausgeführt wird. Der Einfachheit halber ist in 1c der Prozessablaufpfad durch die verwendete Lithographieanlage definiert, etwa durch die Anlage LTA. Es sollte jedoch beachtet werden, dass, wenn eine weitere ”Verfeinerung” der unterschiedlichen Arten an Lithographieprozessen gewünscht ist, auch weitere Prozessanlagen berücksichtigt werden können, die beispielsweise eine unterschiedliche Art an Lackmaterial liefern, die Wärmebehandlungen ausführen, und dergleichen. In dem gezeigten Beispiel unterscheidet sich der Prozessablauf 117A von einem weiteren Prozessablauf 117B, in welchem die gleiche lithographische Schicht L1 der gleichen Produktart P1 gemäß einem unterschiedlichen Prozesspfad abgearbeitet wird, beispielsweise unter Anwendung der Lithographieanlage LTB. In ähnlicher Weise unterscheidet sich ein Prozess 117C von den Prozessen 117A, 117B durch die Art der verwendeten Lithographieanlage, etwa die Anlage LTC, während die verbleibenden Parameter gleich sind, etwa die Art der Lithographieschicht und die Art des Produkts. In ähnlicher Weise unterscheiden sich die Lithographieprozesse 117D, 117E, 117F voneinander durch die Art der verwendeten Prozessanlage und unterscheiden sich von den Prozessen 117A, ..., 117C im Hinblick auf die Lithographieschicht, wobei diese Prozesse sich auf die gleiche Produktart P1 beziehen. In ähnlicher Weise repräsentieren Prozesse 117G–117R unterschiedliche Arten von Lithographieprozessen, da jeder dieser Prozesse sich von anderen Prozessen durch zumindest die Lithographieschicht, die Produktart oder die verwendete Lithographieanlage unterscheidet.
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Wie zuvor erläutert ist, sollte beachtet werden, dass jeder der unterschiedlichen Lithographieprozesse 117 somit seine eigenen Gegebenheiten besitzt und somit eine gründliche Bewertung jedes des Prozesses auf den entsprechenden Prozessdaten beruhen muss, die mit den speziellen betrachteten Prozess in Beziehung stehen. Es sollte beachtet werden, dass unterschiedliche Prozesse, die sich auf die gleiche Lithographieebene der gleichen Produktart beziehen, beispielsweise die Prozesse 117A, ..., 117C und dergleichen, auf der Grundlage des gleichen Prozesssollwertes ausgeführt werden, da in diesen Prozessen das gleiche Prozessergebnis erhalten werden soll, obwohl unterschiedliche Prozessanlagen verwendet werden. Da die unterschiedlichen Prozessanlagen ein unterschiedliches Verhalten besitzen können, kann die Steuerung dieser Prozesse generell unterschiedlich manipulierte Variablen, d. h. Prozessparameterwerte, etwa Belichtungsdosiswerte, erfordern, um damit das unterschiedliche Anlagenverhalten zu berücksichtigen, so dass das gewünschte Ergebnis nahe am Sollwert erreicht wird.
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1d zeigt schematisch einige anschauliche Lithographieprozesse, etwa die Prozesse 117A, 117D, 117G und 117H, die in dem Prozessablauf 110 aus 1a abgearbeitet werden. Wie zuvor erläutert ist, sind folglich diese Prozessabläufe mit den Messergebnissen 115 und den Parameterwerten 116 (siehe 1a) derart korreliert, dass jeder Prozess seinen eigenen Satz aus Prozessdaten besitzt. Wie gezeigt, wird der Lithographieprozess 117A auf der Grundlage von Parameterwerten 116A ausgeführt, die geeignete Dosiswerte für die Belichtungsdosis oder andere geeignete Parameterwerte repräsentieren, um die entsprechende Lithographieanlage LT1 so zu steuern, dass die gewünschte Belichtungsdosis, wie von dem APC-System 120 (siehe 1a) vorausgesagt wird, verwendet wird. Beispielsweise wird die Prozessart 117A n-mal ausgeführt, wodurch Werte E1, ..., En benötigt werden, wobei einige dieser Parameterwerte identisch sind, wenn das APC-System keine Änderung in der Belichtungsdosis fordert. Ferner kann die Prozessart 117A mit den Messergebnissen 115A in Beziehung stehen, die somit mit den jeweiligen Parameterwerten 116A korreliert sind. Beispielsweise werden Messergebnisse, die eine kritische Abmessung CD angeben, bereitgestellt und repräsentieren damit geeignete Messwerte, die als Eingangsparameter für das APC-System verwendet werden können, wie dies auch zuvor erläutert ist. In 1d sind die CD-Messergebnisse als CD1, ..., CDn angegeben, wobei jedoch eines dieser Messergebnisse mehreren Parameterwerten entsprechen kann, wenn Messungen nicht für jeden der Parameterwerte 116A durchgeführt werden. In ähnlicher Weise ist die Prozessart 117D mit Prozessparameterwerten 116D und den zugehörigen Messergebnissen 115D verknüpft. In ähnlicher Weise ist der Prozesstyp 117G mit Parameterwerten 116G und Messergebnissen 115G verknüpft. Schließlich ist die Prozessart 117H mit Parameterwerten 116H und zugehörigen Messergebnissen 115H verknüpft.
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Somit betreffen die anschaulichen Arten der Lithographieprozesse 117A, 117D, 117G und 117H das gleiche Produkt, wobei die Prozesse 117A, 117D und 117G sich auf unterschiedliche Lithographieschichten beziehen, die von der gleichen Lithographieanlage LTA ausgeführt. Andererseits betreffen die Prozesse 117H die gleiche Lithographieebene wie die Prozesse 117G, d. h. diese Prozesse werden auf der Grundlage des gleichen Sollwertes für die kritischen Abmessungen von Lackstrukturelementen ausgeführt, wobei jedoch diese Prozesse durch unterschiedliche Prozessanlagen LTA bzw. LTB ausgeführt werden. Es sollte beachtet werden, dass eine entsprechende Relation zwischen Parameterwerten für die Belichtungsdosis 116 und zugehörigen Messergebnissen 115 für jede beliebige unterschiedliche Art an Prozessen 117 ermittelt werden kann, wie dies in 1c gezeigt ist.
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1e zeigt schematisch eine grafische Darstellung der Prozessparameterwerte 116, wie sie von dem Überwachungssystem 130 (siehe 1a) empfangen und verarbeitet werden. Der Einfachheit halber sind die entsprechenden Parameterwertsätze 116A, ..., 116H für die anschaulichen Arten von Prozessen 117A, 117D, 117G und 117H in 1d dargestellt. Wie gezeigt, sind die Prozessparameterwerte 116 mit einer geeigneten Zeitmarkierung T versehen, die durch die horizontale Achse aus 1e dargestellt ist. Das heißt, jeder Datenpunkt jedes der Prozessparameterwerte 116 besitzt dazu zugeordnet eine entsprechende Zeitmarke T, die eine präzise Korrelation zwischen den Lithographieprozessen 117, den Messergebnissen 115 und den Parameterwerten 116 ermöglicht, wie dies auch zuvor mit Bezug zu den 1a–1d erläutert ist. Die vertikale Achse in 1e repräsentiert einen Prozessparameter, etwa die Belichtungsdosis in willkürlichen Einheiten, um damit die Belichtungsdosis anzugeben. Somit wird beispielsweise, wie dies für den Parameterdatensatz 116A gezeigt ist, in einigen Prozessen eine Abweichung von ungefähr zehn Prozent beobachtet, was bedeutet, dass das APC-System eine geringere Belichtungsdosis aufgrund von Abweichungen in den Messergebnissen anfordert, die mit vorhergehenden Prozessen der gleichen Art verknüpft sind. Ferner zeigen die Prozessdaten 116D an, dass eine mehr oder minder stabile Bearbeitung für die entsprechende Lithographieschicht mit einer Abweichung von ungefähr zehn Prozent erreicht wurde. Die Prozessdatensätze 116H, 116G betreffen die gleiche Art an Produkt und die gleiche Lithographieschicht, wobei die Prozesse auf unterschiedlichen Lithographieanlagen ausgeführt wurden, wie dies auch zuvor erläutert ist. Obwohl die Lithographieanlagen im Aufbau sehr ähnlich sein können und die gleichen Sollwerte verwendet wurden, können sehr unterschiedliche Belichtungsdosiswerte erforderlich sein, um das gewünschte Prozessergebnis zu erreichen. Es sollte beachtet werden, dass entsprechende Unterschiede zwischen den Prozessdatensätzen 116H und 116G durch weitere Unterschiede hervorgerufen werden können, wenn beispielsweise unterschiedliche der Belichtung nachgeordnete und/oder der Belichtung vorgeordnete Prozessanlagen in Verbindung mit unterschiedlichen Lithographieanlagen verwendet werden.
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1f zeigt schematisch die Messergebnisse 115 für die oben erkannten anschaulichen Arten des Prozessablaufs. Auch in diesem Fall repräsentiert die horizontale Achse die Zeitmarkierung für jeden Datenpunkt, während die vertikale Achse ein geeignetes Messergebnis, etwa eine kritische Abmessung eines Lackstrukturelements und dergleichen darstellt. Wie gezeigt, liegen die Messergebnisse 115G, 115H, die sich auf die gleiche Produktart und die gleiche Lithographieschicht beziehen, generell um den gleichen Sollwert herum, wobei der Grad der Varianz von prozessspezifischen Eigenschaften, etwa der Art der verwendeten Lithographieanlage, abhängt. In ähnlicher Weise sind die Messergebnisse 115A und 115D um die jeweiligen Sollwerte herum für die spezielle betrachtete Lithographieschicht angeordnet.
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Es sollte allgemein beachtet werden, dass die diversen Punkte der Prozessdaten 115, 116 gemittelte Werte repräsentieren können, die auf der Grundlage einer speziellen Gruppe oder eines Loses aus Substraten gewonnen werden, wobei die Anzahl an Substraten pro Gruppe oder pro Los variieren kann und sogar ein einzelnes Substrat pro Gruppe oder Los vorgesehen sein kann. Es sollte ferner beachtet werden, dass entsprechende Belichtungsdosiswerte und Messdaten aus speziellen Positionen innerhalb eines Substrats gewonnen werden und die jeweiligen Daten auch gemittelte Werte im Hinblick auf spezielle Substratpositionen darstellen können.
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Wie in den 1a und 1f gezeigt ist, hängen die Prozessdaten 116 von jeder einzelnen Eigenschaft der entsprechenden Prozessart ab, während die Messergebnisse 115 anlagenunabhängige Gruppen aus Messdaten sind.
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1g zeigt schematisch die in dem Überwachungssystem 130 (siehe 1a) eingerichtete Strategie, um die Abhängigkeit von prozessanlagenspezifischen Eigenschaften in den Prozessdaten 115, 116 zu reduzieren oder zu eliminieren. Wie gezeigt, werden die Daten 115, 116 geeignet in reduzierte Prozessdaten 118 kombiniert, was beispielsweise in einigen anschaulichen Ausführungsformen bewerkstelligt wird, indem ein geeignetes Verhältnis bestimmt wird, wobei jedes Verhältnis von einem individuellen Satz an Prozessparameterwerten und einem zugehörigen Satz an Messdaten abhängt. Beispielsweise wird jeder Prozessparameterwert in Verhältnis zu dem zugehörigen Messergebnis gesetzt, beispielsweise einfach durch Teilen des entsprechenden Messwertes durch den zugehörigen Parameterwert. Es soll jedoch beachtet werden, dass auch eine andere Strategie angewendet werden kann, beispielsweise durch Addieren eines konstanten Betrages zu einem oder beiden Prozessdatensätzen 115, 116 und durch Bestimmen einer Art von Verhältnis auf der Grundlage der neu gewonnenen Prozessdaten. In ähnlicher Weise kann jeder Prozessdatensatz 115, 116 individuell in einer geeigneten Weise vor dem Ermitteln eines entsprechenden Verhältnisses skaliert werden.
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1h zeigt schematisch die reduzierten Prozessdaten 118 für die oben erkannten anschaulichen Arten von Prozessen, wenn diese in dem Überwachungssystem 130 aus 1a verarbeitet werden. Wie gezeigt, wird ein erster Satz aus reduzierten Prozessdaten 118A erhalten, der nunmehr die Messergebnisse und auch die entsprechenden Prozessparameterwerte, die verwendet wurden, wiedergibt. In ähnlicher Weise zeigt der Prozessdatensatz 118D die resultierenden Werte, die jedoch wesentlich von den Werten des Satzes 118A abweichen. Ferner repräsentiert der reduzierte Datensatz 118GH die entsprechenden Daten, die auf Messergebnissen und Prozessparameterwerten beruhen, die für die gleiche Lithographieschicht, aber für unterschiedliche Lithographieanlagen verwendet wurden. Im Allgemeinen sind auch die Werte um einen Mittelwert herum angeordnet, der ebenfalls signifikant unterschiedlich ist zu dem entsprechenden Mittelwert für die Datensätze 118A, 118D. Somit repräsentieren die reduzierten Daten 118 Prozessdaten, die schichtspezifische Gruppen bilden, d. h. spezifische Gruppen für unterschiedliche Arten von Produkten und die unterschiedlichen Fertigungsphasen, wobei jedoch unterschiedliche Lithographieanlagen, die für die gleiche Lithographieschicht verwendet werden, auf der Grundlage des gleichen reduzierten Datensatzes, etwa dem Datensatz 118GH betrachtet werden. Es sollte beachtet werden, dass, wenn unterschiedliche Lithographieanlagen für die durch die Datensätze 118A, 118D repräsentierten Schichten verwendet werden, diese Datensätze auch auf der Grundlage eines entsprechenden Mittelwertes bewertet werden können. Somit können die diversen Datensätze 118A, 118D und 118GH im Hinblick auf das Erkennen von Situationen außerhalb der Steuerungsspezifikationen analysiert werden, wobei jedoch jeder dieser Datensätze weiterhin individuell bestimmte Prozessgrenzen erfordert.
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1i zeigt schematisch eine Datenverarbeitungsstrategie, die in dem Überwachungssystem 130 aus 1a eingerichtet ist, um die Daten weiter zu reduzieren, so dass eine Bewertung im Hinblick auf Situationen außerhalb der Steuerungsspezifikationen auf der Grundlage eines einzelnen Kriteriums möglich ist, das für jede der unterschiedlichen Prozessarten verwendet werden kann. Wie gezeigt, repräsentieren die reduzierten Prozessdaten 118 geeignete Überwachungsdatensätze für jede der einzelnen Lithographieschichten und Produktarten. Gemäß den hierin offenbarten Prinzipien wird für jede der unterschiedlichen Datensätze, wie dies anschaulich mit Bezug zu dem Datensatz 118A erläutert wird, eine Prozedur angewendet, in der statistisch relevante Information bewahrt wird, während gleichzeitig ein quantitatives Maß für jeden Datensatz erhalten wird, das mit einem quantitativen Maß des unterschiedlichen Datensatzes verglichen werden kann, wodurch das Einführen individueller Prozessgrenzen für jeden der Datensätze vermieden wird. Beispielsweise wird der Datensatz 118A in mehrere Datenpunkte gruppiert, die eine Sequenz aus nachfolgenden Prozessen repräsentieren und die eine statistisch solide Basis für das Bestimmen einer aussagekräftigen Varianz bilden, beispielsweise in Form einer Standardabweichung. Eine entsprechende Menge aus Datenpunkten wird auch als globale Datenpunkte oder -werte bezeichnet, wie dies in 1i mit den Bezugszeichen 118-global angegeben ist. Beispielsweise können die Datenpunkte 118-global geeignet durch einen Mittelwert und eine Standardabweichung repräsentiert werden. Es sollte beachtet werden, dass die Größe des Intervalls 118-global gemäß den Prozesserfordernissen ausgewählt werden kann. Beispielsweise können in einigen anschaulichen Ausführungsformen 8–15 Datenpunkte, beispielsweise 10 Datenpunkte, enthalten sein. Ferner wird mit dem Intervall 118A-global eine Teilmenge der Datenpunkte festgelegt, beispielsweise die jüngsten Datenpunkte, die der Zeitmarkierung T entsprechen, wobei eine entsprechende Teilmenge auch als lokale Datenpunkte bezeichnet wird, wie dies durch 118A-local angegeben ist. Die Teilmenge 118A-local kann so ausgewählt werden, dass eine ausreichende Empfindlichkeit auf relativ ”schnelle” Änderungen im Vergleich zu dem globalen Mittelwert besteht. Zu diesem Zweck werden ein oder mehrere Datenpunkte, jedoch deutlich weniger im Vergleich zu den globalen Datenpunkten, ausgewählt. Beispielsweise werden 1–5 Datenpunkte ausgewählt, wenn mehrere globale Datenpunkte 118A-global in der oberen spezifizierten Weise ausgewählt sind. Somit kann die jüngste ”Entwicklung” innerhalb des Intervalls 118-global durch einen Mittelwert des Intervalls 118-local repräsentiert werden, wobei die Größe der Varianz auf der Grundlage der Standardabweichung der globalen Datenpunkte 118-global abgeschätzt werden kann. Folglich kann durch ”Verschieben” der Intervalle 118A-global, die die lokalen Datenpunkte 118-local enthalten, entlang der Zeitskala eine Menge aus reduzierten Datenwerten für den Datensatz 118 erhalten werden. Ähnliche Datenreduktionsprozeduren können auf die Datensätze jeder der unterschiedlichen Prozessarten angewendet werden, wie beispielsweise für die beispielhaften Datensätze 118D und 118GH aus 1h gezeigt ist.
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1j zeigt schematisch einen Mechanismus, der in dem Überwachungssystem 130 aus 1a eingebaut ist, und die Daten weiter zu bearbeiten, die auf der Grundlage des globalen Intervalls 118A-global und des lokalen Intervalls 118A-local erhalten wurden. Wie gezeigt, werden die entsprechenden Daten, etwa in Form von Mittelwerten und dergleichen, bearbeitet, um damit einen Relativwert zu erhalten, der eine ähnliche Größe für jede der unterschiedlichen Prozessarten besitzt, solange die ausgeprägten Ausreißer nicht beteiligt sind. Beispielsweise wird in einer anschaulichen Ausführungsform ein Vergleich 137 mit einer Funktion eines Wertes, der das Intervall 118A-global repräsentiert, etwa ein Mittelwert, und einer Funktion des Wertes, der das lokale Intervall 118A-local repräsentiert, etwa ein Mittelwert durchgeführt. Beispielsweise wird ein Vergleich 137 angewendet, indem ein Unterschied der Mittelwerte dieser Intervalle bestimmt wird. In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform wird das Ergebnis des Vergleichs 137, etwa die Differenz der Mittelwerte, geeignet mittels einer statistisch relevanten Zahl gewichtet, die die Varianz der Prozessparameterwerte 116 und/oder der Messergebnisse 115 angibt, die implizit in den jeweiligen Prozessdaten 115, 116 vorhanden sind und somit auch implizit in den reduzierten Prozessdaten 118 (siehe 1g) vorhanden ist. Beispielsweise wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Standardabweichung für die Datenpunkte in dem globalen Intervall 118A-global (siehe 1i) bestimmt und wird verwendet, um das Ergebnis des Vergleichs 137 zu gewichten. Beispielsweise wird die entsprechende Standardabweichung mit einem geeigneten Faktor multipliziert, um die Empfindlichkeit in Bezug auf die Varianz der grundlegenden Prozessdaten 115, 116 einzustellen. Durch geeignetes Gewichten des Ergebnisses des Vergleichs 137 können somit geeignete Relativdaten erhalten werden, wie dies durch 119A für den reduzierten Datensatz 118A (siehe 1i) angegeben ist. In ähnlicher Weise können Relativdaten für jede Art von Prozessen ermittelt werden, wobei die relativen Daten auf der Grundlage eines einzelnen Kriteriums bewertet werden, d. h. auf der Grundlage einer oberen Grenze und einer unteren Grenze, die somit gemeinsam für jede Art der unterschiedlichen Prozessarten angewendet wird. Beispielsweise werden die Relativdaten 119A auf der Grundlage der folgenden Formel berechnet: Irel( 119A ) = (1/(3 × STD)) × (MEAN118A-local – MEAN118A-global) (1), wobei MEAN118A-global der Mittelwert der Datenpunkte in Intervall 118A-global repräsentiert, MEAN118A-local den Mittelwert der Datenpunkte in Intervall 118A-local repräsentiert und STD die Standardabweichung darstellt, die aus den Datenpunkten in dem Intervall 118A-global erhalten wird.
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Entsprechende Relativwerte 119B, 119GH für die Schichten 1, 2 und 3 können somit für jeden der reduzierten Datensätze 118 gewonnen werden, wobei die Relativwerte sehr ähnliche Werte sind, die um 0 herum angeordnet sind, wodurch eine effiziente Bewertung im Hinblick auf eine Situation außerhalb der Steuerungsspezifikationen auf der Grundlage einer gemeinsamen oberen Grenze und einer gemeinsamen unteren Grenze für die Werte 119 möglich ist.
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1k zeigt schematisch die Relativwerte 119, die auf der Grundlage der Techniken erhalten werden, die zuvor für die anschaulichen reduzierten Datensätze 118A, 118B und 118GH (siehe 1i) beschrieben sind. Wie gezeigt, sind die entsprechenden Relativwerte 119A, 119B und 119GH um den Wert 0 herum angeordnet, wobei jeder der entsprechenden Datenpunkte somit die statistische Information, beispielsweise die Varianz der entsprechenden Art von Prozessen umfasst, die typischerweise in den grundlegenden Prozessdaten 115, 116 (siehe 1c) enthalten ist. Ferner sind, wie angegeben ist, eine obere Grenze 119H und eine untere Grenze 119L so definiert, dass ein zulässiger Steuerungsbereich vorgegeben wird, der in dem gezeigten Beispiel im Bereich von –2 bis 2 liegt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass andere Werte ausgewählt werden können, was bewerkstelligt werden kann, indem geeignete historische Prozessdaten analysiert werden, für die eine Situation außerhalb der Steuerungsspezifikation bekannt ist.
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In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Sensitivität des Datenreduktionsmechanismus, der zuvor beschrieben ist, verringert für Fälle, in denen im Allgemeinen eine gewisse Art an Prozessen mit einer sehr geringen Standardabweichung abläuft, da in diesem Falle selbst mehr Differenzen Mittelwerte in der Gleichung 1 zu einer ausgeprägten Abweichung der entsprechenden Relativwerte 119 führen. Um die Empfindlichkeit in diesen Fällen zu beschränken, so dass aussagefähige Relativwerte erhalten werden, wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen ein minimaler Gewichtungsfaktor eingeführt, der verwendet wird, wenn der auf der Grundlage der Standardabweichung erhaltene Gewichtungsfaktor kleiner ist als der minimale vordefinierte Gewichtungsfaktor. Beispielsweise wird ein minimaler Gewichtungsfaktor oder eine ”Standardabweichung” auf mehrere Prozent des Mittelwerts des globalen Intervalls festgelegt, etwa des Intervalls 118A-global, das in 1i gezeigt ist. In diesem Falle verändert sich die Gleichung 1 zu: Irel( 119 ) = [1/(MAX(STDmin, 3STD)] × (MEAN118-local – MEAN118-global) (2), wobei STDmin der vordefinierte minimale Gewichtungsfaktor ist. Beispielsweise kann STDmin auf 0,02 ×× MEAN118-global festgelegt werden.
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Es sollte jedoch beachtet werden, dass die entsprechende ”Dämpfung” der Empfindlichkeit für Datensätze mit geringer Varianz auch auf andere Weise auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Strategie festgelegt werden kann.
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1l zeigt schematisch das Überwachungssystem 130 gemäß anschaulicher Ausführungsformen, in denen mindestens einige der zuvor genannten Prozessstrategien eingerichtet sind. Das Überwachungssystem 130 umfasst eine erste Schnittstelle 131, die geeignet ausgebildet ist, um die Prozessnachrichten 115, 116 zu empfangen, die von einem übergeordneten Steuerungssystem (nicht gezeigt), von dem APC-System 120 (siehe 1a) oder direkt von entsprechenden Prozessanlagen und dergleichen empfangen werden. Beispielsweise ist die Schnittstelle 131 so ausgebildet, dass diese mit der Fertigungsumgebung auf der Grundlage von Standardprotokollen kommuniziert, wie sie typischerweise für die Anlagenkommunikation in komplexen Halbleiterbauelementen angewendet werden. Das Überwachungssystem 130 umfasst ferner ein erstes Modul 132, das mit der Schnittstelle 131 verbunden und ausgebildet ist, die Prozessparameterwerte und die Messergebnisse aus den Prozessnachrichten 115, 116 zu extrahieren und die entsprechenden Daten für die weitere Bearbeitung aufzubereiten, wie dies auch zuvor erläutert ist. Beispielsweise erzeugt das Modul 132 weitere reduzierte Daten, etwa die Prozessdaten 118, wie dies auch zuvor mit Bezug zu 1h erläutert ist. Das System 130 umfasst ferner ein Prozessmodul 133, das ausgebildet ist, weitere reduzierte Prozessdaten zu erzeugen, etwa die Relativdaten 119 (siehe 1k), was auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Prozessstrategien bewerkstelligt werden kann. Des Weiteren umfasst in einigen anschaulichen Ausführungsformen das System 130 ein Modul 134, um die Varianz oder Standardabweichung mit einem vordefinierten minimalen Gewichtungsfaktor zu vergleichen, wie dies auch zuvor erläutert ist, wobei, wenn die Varianz der reduzierten Prozessdaten kleiner ist als die vordefinierte minimale Varianz, die minimale Varianz zum Bestimmen der Relativdaten für die entsprechende Art von Prozess verwendet wird. Ferner kann das System 130 ein weiteres Modul 135 aufweisen, das ausgebildet ist, das Ausgangssignal 136 bereitzustellen, das auch eine Angabe einer Situation außerhalb der Steuerungsspezifikation enthalten kann, wenn die Relativdaten einer oder mehrerer der unterschiedlichen Arten von Prozessen außerhalb eines zulässigen Steuerungsbereichs liegen, wie dies durch die zuvor gesetzte obere und untere Grenze, etwa die Grenzen 119L, 119H definiert ist, die in 1k gezeigt sind.
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Generell kann das System 130 auf der Grundlage einer geeignet gestalteten Gerätekonfiguration, etwa geeignet ausgebildeter Schnittstellen in Verbindung mit Computereinrichtungen und dergleichen eingerichtet werden, wobei die zuvor beschriebenen Verfahren in Software oder zumindest teilweise als Hardware eingerichtet werden. Dazu ist eine Vielzahl an Hardwarekomponenten verfügbar, die geeignet so kombiniert werden, dass der zuvor beschriebene Prozessmonitor erhalten wird.
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1m zeigt schematisch ein Beispiel des Ausgangsignals 136, das auch einen Ausreißer oder eine Situation außerhalb der Steuerungsspezifikation angibt. Beispielsweise liegen die Relativdaten 119GH deutlich außerhalb des zulässigen Bereichs 119H, 119L für mehrere Prozesse. Die grundlegenden Prozessdaten, d. h. die Parameterwerte 116 und die zugehörigen Messergebnisse 115 für diese Prozesse gaben keine ausgeprägte Abweichung an und somit arbeitete das APC-Steuerungssystem 120 (siehe 1a) in einem gut definierten Steuerungsbereich. Durch Bedienereinwirkung, die durch das Signal 136 ausgelöst wurde, wurde jedoch erkannt, dass die Messdaten auf falschen Messungen beruhten, die von dem Modul 114 (siehe 1a) erhalten wurden, wobei das APC-System neu eingestellte Prozessparameterwerte den jeweiligen Lithografieanlagen zuführte, um damit das Prozessergebnis möglichst nahe an dem Sollwert zu halten, während tatsächlich eine signifikante Abweichung auftrat.
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Folglich kann die entsprechende Situation außerhalb der Steuerungsspezifikation zuverlässig auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Prozessstrategie erkannt werden, während nur ein einzelnes Kriterium für das Bewerten der Zulässigkeit mehrerer unterschiedlicher Prozessarten verwendet wird.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Systeme und Verfahren bereit, in denen Situationen außerhalb der Steuerungsspezifikation auf der Grundlage eines einzelnen Kriteriums für eine Vielzahl unterschiedlicher Lithografieprozessarten erkannt werden kann, was bewerkstelligt wird, indem die Abhängigkeit von anlagen- und produktspezifischen Eigenschaften effizient eliminiert wird.
