DE10208044B4 - Method and device for monitoring a manufacturing process - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum rechnergestützten Überwachen eines Herstellungsprozesses,
– bei dem eine Vielzahl von Messgrößen während des Herstellungsprozesses erfasst wird,
– bei dem ein erster Zeitbereich ausgewählt wird, der vor Eintreten eines vorgegebenen Ereignisses liegt,
– bei dem ein zweiter Zeitbereich ausgewählt wird, der nach Eintreten des vorgegebenen Ereignisses liegt,
– bei dem unter Verwendung der Vielzahl von Messgrößen zumindest eine Linearkombination gebildet wird, wobei die Gewichte der Linearkombination derart gewählt sind, dass die Kurvenform der Linearkombination in dem ersten Zeitbereich eine vorgegebene erste Kurvenform und in dem zweiten Zeitbereich eine vorgegebene zweite Kurvenform aufweist,
– bei dem aus der Linearkombination zumindest eine den Herstellungsprozess charakterisierende Kenngröße ermittelt wird, und
– bei dem unter Verwendung der Kenngröße der Herstellungsprozess überwacht wird.
Method for computer-aided monitoring of a production process,
In which a large number of measured variables is detected during the production process,
In which a first time range is selected, which is before the occurrence of a predetermined event,
In which a second time range is selected, which is after the occurrence of the predetermined event,
In which at least one linear combination is formed using the plurality of measured variables, the weights of the linear combination being selected such that the curve shape of the linear combination has a predetermined first waveform in the first time domain and a predetermined second waveform in the second time domain,
In which at least one characteristic characterizing the production process is determined from the linear combination, and
- In which is monitored using the characteristic of the manufacturing process.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen eines Herstellungsprozesses.The The invention relates to a method and an arrangement for monitoring a manufacturing process.

Im Rahmen der industriellen Produktion wird der Grad der Automatisierung immer weiter erhöht. Insbesondere bei der Fertigung von Halbleitern, allgemein in der Halbleiterindustrie, ist ein hoher Automatisierungsgrad von erheblicher Bedeutung, um die internationale Wettbewerbsfähigkeit gewährleisten zu können.in the The scope of industrial production is the degree of automation always increased. Especially in the production of semiconductors, generally in the Semiconductor industry, is a high degree of automation of considerable Importance to ensure international competitiveness.

Bei der Herstellung und Bearbeitung von Halbleitersubstraten zur Bildung von integrierten Halbleiterschaltungen wird eine Vielzahl von Herstellungsprozessen und Bearbeitungsprozessen, oftmals von einigen 100 Herstellungsprozessen und Bearbeitungsprozessen, eingesetzt.at the manufacture and processing of semiconductor substrates for formation of semiconductor integrated circuits is a variety of manufacturing processes and machining processes, often from a few 100 manufacturing processes and machining processes used.

Beispiele für solche Herstellungsprozesse oder Bearbeitungsprozesse sind Prozesse zum Aufbringen von Material auf das Halbleitersubstrat, beispielsweise Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von Material auf einem Substratmaterial, Abscheideprozesse wie beispielsweise Abscheideprozesse aus der Gasphase wie Chemical Vapour Deposition (CVD) oder Physical Vapour Deposition (PVD), oder auch Ätzprozesse, allgemein Prozesse zum Strukturieren von Materialschichten. Diese Prozesse sind sehr komplex und es können unbemerkt auftretende Störungen beziehungsweise schlecht angepasste Prozessbedingungen leicht zu fehlerhaft hergestellten Halbleiterschaltungen führen. Aus diesem Grund müssen die Herstellungsprozesse sehr genau überwacht werden.Examples for such Manufacturing processes or processing processes are processes for Applying material to the semiconductor substrate, for example Method for epitaxially growing material on a substrate material, Separation processes such as deposition processes from the gas phase such as Chemical Vapor Deposition (CVD) or Physical Vapor Deposition (PVD), or etching processes, general processes for structuring material layers. These Processes are very complex and can occur unnoticed disorders or poorly adapted process conditions easily too lead incorrectly manufactured semiconductor circuits. For this reason, the Manufacturing processes monitored very closely become.

Der Herstellungsprozess wird üblicherweise durch die Analyse von während des Herstellungsprozesses ermittelten Messgrößen, welche den Herstellungsprozess charakterisieren, durchgeführt. Bei ausreichend genauer Auswertung der ermittelten Messgrößen beziehungsweise der entsprechend genauen Analyse der ermittelten Messgrößen ist es somit möglich, aufgrund der analysierten Daten gegebenenfalls regelnd in den Herstellungsprozess oder den Bearbeitungsprozess eingreifen zu können.Of the Manufacturing process becomes common through the analysis of during of the manufacturing process, which determines the manufacturing process characterize, performed. With sufficiently accurate evaluation of the determined measured quantities or the correspondingly accurate analysis of the measured quantities determined it is thus possible possibly based on the analyzed data in the manufacturing process or to intervene in the editing process.

Insbesondere im Rahmen eines Ätzprozesses ist ein entscheidender Parameter die Ätzzeit, das heißt die Zeit, während der eine Strukturierung der jeweiligen Materialschicht erfolgt.Especially as part of an etching process a crucial parameter is the etching time, that is the time, while the structuring of the respective material layer takes place.

Nur bei sehr genauer und korrekter Einhaltung der Ätzzeit ist es möglich, ein qualitativ hochwertiges Halbleiterprodukt zu fertigen.Just with very accurate and correct adherence to the etching time, it is possible to produce high quality semiconductor product.

Ist die Ätzzeit nämlich zu gering, so wird die zu ätzende Schicht nur unvollständig entfernt.is the etching time namely too low, then the one to be etched Layer only incomplete away.

Wird das Ätzen jedoch zu lange durchgeführt, das heißt anders ausgedrückt, ist die Ätzzeit zu lang, können beispielsweise aktive Gebiete eines Transistors oder eines anderen aktiven Bauelements angeätzt werden oder es kann zu einem Unterätzen von Halbleiterstrukturen kommen.Becomes the etching but done too long, this means in other words, is the etching time too long, can For example, active areas of one transistor or another be etched active component or it can become an undercutting come from semiconductor structures.

Es ist somit von entscheidender Bedeutung für die Qualität eines gefertigten Halbleiterprodukts, die Ätzzeit exakt zu bestimmen. Anders ausgedrückt ist es von erheblicher Bedeutung, den richtigen Endzeitpunkt, das heißt den Zeitpunkt, zu dem das Ätzen beendet werden soll, möglichst exakt bestimmen zu können.It is therefore crucial for the quality of a manufactured semiconductor product to determine the etching time exactly. In other words it is of considerable importance, the right end time, the is called the time at which the etching should be ended, if possible to be able to determine exactly.

Aus US 5,877,032 A ist ein Verfahren zum Bestimmen des Endpunktes eines Plasmaätzprozesses bekannt, bei dem die optische Emission des Plasmas zur Ermittlung des Endpunktes verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird die Tatsache ausgenutzt, dass bei dem Ätzprozess eine auf einem Substrat befindliche Schicht durchgeätzt und dabei das darunter liegende Substrat beziehungsweise die darunter liegende Schicht freigelegt wird. Diese Wechselwirkung des Ätzgases mit dem freigelegten Substrat beziehungsweise der freigelegten Schicht lässt sich spektroskopisch als Veränderung des Emissionsspektrums des Plasmas nachweisen. Die Veränderung wird gemäß [1] mit einer Vielzahl von vorgegebenen Referenzkurven verglichen und aus dem Vergleich wird auf den Endpunkt des Plasmaätzprozesses geschlossen.Out US 5,877,032 A For example, there is known a method of determining the endpoint of a plasma etch process using the optical emission of the plasma to determine the endpoint. In this method, the fact is exploited that in the etching process, a layer located on a substrate etched through, thereby exposing the underlying substrate or the underlying layer. This interaction of the etching gas with the exposed substrate or the exposed layer can be detected spectroscopically as a change in the emission spectrum of the plasma. The change is compared according to [1] with a multiplicity of predetermined reference curves and from the comparison it is concluded that the end point of the plasma etching process.

In US 5,739,051 A ist ein anderes Verfahren zum Ermitteln des Endpunktes eines Plasmaätzprozesses beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren wird ebenfalls die optische Emission des Plasmas zur Ermittlung des Endpunktes herangezogen, wobei die Emissionslinien, welche charakteristisch sind für die Wechselwirkung des Ätzgases mit dem freigelegten Substrat, für die Bewertung verwendet werden.In US 5,739,051 A Another method for determining the end point of a plasma etching process is described. In this known method, the optical emission of the plasma is also used to determine the end point, wherein the emission lines, which are characteristic of the interaction of the etching gas with the exposed substrate, are used for the evaluation.

Üblicherweise werden an industriellen Anlagen in Abhängigkeit der im Plasma ablaufenden chemischen Reaktion optische Filter eingesetzt, um in fest vorgegebenen Wellenlängenbereichen den zeitlichen Verlauf der Intensitäten der Signale der jeweiligen Wellenlängen verfolgen zu können. Diese Vorgehensweise ist jedoch gerade an Prozesskammern, an den wechselnde Produkte mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen hergestellt werden, nicht praktikabel.Usually optical filters are used in industrial plants depending on the chemical reaction taking place in the plasma in order to determine the temporal Ver in fixed wavelength ranges to be able to track the intensities of the signals of the respective wavelengths. However, this procedure is impractical in process chambers where alternating products with different chemical compositions are produced.

Die Detektion des Endpunktes in verschiedenen optischen Bereichen erfordert einen hohen mechanischen und zeitlichen Aufwand zum Wechseln der Filter. Ferner liegt die Auswahl der Wellenlängenbereiche in der Verantwortung des Prozessingenieurs. Die Auswahl ungünstiger Wellenlängenbereiche zur Endpunktdetektion ist aus diesem Grund nicht ausgeschlossen.The Detection of the endpoint in different optical fields requires a high mechanical and temporal effort to change the Filter. Furthermore, the selection of the wavelength ranges is the responsibility of the process engineer. The selection of unfavorable wavelength ranges for endpoint detection is not excluded for this reason.

Ferner ist aus US 5,658,423 A ein Verfahren zum Überwachen eines Herstellungsprozesses bekannt, welches auf der sogenannten Hauptkomponentenanalyse basiert. Bei diesem Verfahren wird die zeitliche Entwicklung des gesamten Emissionsspektrums von 240 nm bis 600 nm zur Bestimmung des Endpunktes verwendet. Mittels der Haupkomponentenanalyse wird die anfallende Datenmenge auf wenige sogenannte Basismuster reduziert und deren zeitliche Entwicklung wird für die Detektion des Endpunktes verwendet. Die Detektion des Endpunktes des Plasmaätzprozesses basiert somit nicht mehr auf der Bewertung einer einzigen Emissionswellenlänge sondern auf der Veränderung des gesamten zur Verfügung stehenden Emissionsspektrums. Grundsätzlich bedarf es jedoch auch bei dem Verfahren gemäß [3] der Bereitstellung von Referenzwerten, um aus dem Vergleich der aktuell gemessenen Größen mit den Referenzwerten auf den richtigen Endpunkt schließen zu können. Darüber hinaus wird bei dem Verfahren gemäß [3] das Endpunktesignal aus der Differenz zweier Spektrenmatrizen bestimmt, wobei die Relevanz dieser Änderung für die Bestimmung des Endpunktes jedes Mal von neuem sichergestellt werden muss.Furthermore, it is off US 5,658,423 A a method for monitoring a manufacturing process is known, which is based on the so-called principal component analysis. In this method, the time evolution of the entire emission spectrum from 240 nm to 600 nm is used to determine the end point. By means of the main component analysis, the resulting data volume is reduced to a few so-called basic patterns and their temporal development is used for the detection of the end point. The detection of the end point of the plasma etching process is therefore no longer based on the evaluation of a single emission wavelength but on the change in the total available emission spectrum. In principle, however, it is also necessary in the method according to [3] to provide reference values in order to be able to conclude from the comparison of the currently measured variables with the reference values to the correct end point. Moreover, in the method according to [3], the end point signal is determined from the difference of two spectra matrices, the relevance of this change for the determination of the end point having to be ensured anew each time.

Weiterhin ist es aus US 5,737,496 A bekannt, unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzwerkes den Endpunkt eines Plasmaätzprozesses zu bestimmen. Das neuronale Netzwerk wird anhand einer Vielzahl von ermittelten Messgrößen trainiert, so dass es nach erfolgtem Training zum Erkennen des Endpunktes herangezogen werden kann. Es hat sich gezeigt, dass künstliche neuronale Netzwerke häufig falsche Signale und Muster erlernen, so dass es zu einer Fehlinterpretation der dem künstlichen neuronalen Netzwerk zugeführten Signale in der Anwendungsphase kommen kann. Ein fehlerhaftes Training des künstlichen neuronalen Netzwerkes entsteht beispielsweise durch Veränderung der Emissionsspektren aufgrund von Alterungserscheinungen der Sensoren beziehungsweise auftretender Kammerverschmutzung.It is still out US 5,737,496 A It is known to determine the end point of a plasma etch process using an artificial neural network. The neural network is trained on the basis of a large number of determined measured variables, so that it can be used to detect the end point after completion of the training. It has been found that artificial neural networks often learn false signals and patterns, so that there may be a misinterpretation of the signals applied to the artificial neural network in the application phase. An erroneous training of the artificial neural network arises for example by changing the emission spectra due to aging phenomena of the sensors or chamber contamination occurring.

In US 5,864,773 A ist ein sogenanntes virtuelles Sensorsystem beschrieben, bei dem diese Veränderungen bei der Alterung der Sensoren beziehungsweise bei auftretender Kammerverschmutzung vor der eigentlichen Bewertung der Messgrößen berücksichtigt werden. Auf diese Weise soll ein virtueller Sensor geschaffen werden, der frei von kammerspezifischen beziehungsweise prozessspezifischen Fehlereinwirkungen ist. Da jedoch auch gemäß [5] auf Erfahrungen des Bedienungspersonals zurückgegriffen werden muss, können unerwartet auftretende Fehler und Veränderungen nicht automatisch berücksichtigt werden.In US 5,864,773 A. a so-called virtual sensor system is described in which these changes in the aging of the sensors or in the event of chamber contamination are taken into account before the actual evaluation of the measured variables. In this way, a virtual sensor is to be created, which is free of chamber-specific or process-specific error effects. However, since [5] requires the experience of the operator, unexpected errors and changes can not be automatically taken into account.

Weiterhin ist es aus WO 01/56072 A1 bekannt, aus einer Vielzahl von Messgrößen welche den Herstellungsprozess charakterisieren, eine Linearkombination zu bilden, wobei die Gewichte der Linearkombination so gewählt sind, dass eine vorgegebene Kurvenform approximiert wird. Aus der Linearkombination wird der Endpunkt des Plasmaätzprozesses bestimmt.It is still out WO 01/56072 A1 known to form a linear combination of a plurality of measured variables which characterize the manufacturing process, wherein the weights of the linear combination are selected so that a predetermined waveform is approximated. From the linear combination, the end point of the plasma etching process is determined.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Herstellungsprozess zu überwachen, wobei unter Verwendung ermittelter Messgrößen in vereinfachter Weise die den Prozess charakterisierenden wesentlichen Informationen, das heißt wichtige Kenngrößen, gebildet werden.Of the Invention is based on the problem, a manufacturing process to monitor using simplified measures in a simplified manner the essential information characterizing the process, this means important parameters formed become.

Das Problem wird durch das Verfahren und die Anordnung zum Überwachen eines Herstellungsprozesses mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.The Problem is posed by the method and arrangement for monitoring a manufacturing process with the features solved according to the independent claims.

Bei einem Verfahren zum rechnergestützten Überwachen eines Herstellungsprozesses wird eine Vielzahl von Messgrößen während des Herstellungsprozesses erfasst. Ein erster und ein zweiter Zeitbereich werden ausgewählt. Der erste Zeitbereich wird derart ausgewählt, dass er vor Eintreten eines vorgegebenen Ereignisses, beispielsweise vor dem eigentlichen Endpunkt eines Plasmaätzprozesses, liegt. Der zweite Zeitbereich wird derart ausgewählt, dass er sicher nach Eintreten des vorgegebenen Ereignisses liegt. Unter Verwendung der Vielzahl von Messgrößen wird zumindest eine Linearkombination gebildet, wobei die Gewichte der Linearkombination derart gewählt sind, dass die Kurvenform der Linearkombination in dem ersten Zeitbereich eine vorgegebene erste Kurvenform und in dem zweiten Zeitbereich eine vorgegebene zweite Kurvenform aufweist. Aus der Linearkombination wird zumindest eine den Herstellungsprozess charakterisierende Kenngröße ermittelt und unter Verwendung der Kenngröße wird der Herstellungsprozess überwacht.at a method for computer-aided monitoring A manufacturing process will produce a variety of metrics during the Manufacturing process recorded. A first and a second time range are selected. The first time range is selected to be before entry a given event, for example, before the actual event End point of a plasma etch process, lies. The second time range is selected to be safe upon entry the given event. Using the variety of measured variables formed at least one linear combination, wherein the weights of the linear combination chosen like that are that the waveform of the linear combination in the first time range a predetermined first waveform and in the second time range a having predetermined second waveform. From the linear combination At least one characteristic characterizing the manufacturing process is determined and using the characteristic supervised the manufacturing process.

Eine Anordnung zum Überwachen eines Herstellungsprozesses weist zumindest einen Sensor zum Erfassen von Messgrößen während eines Herstellungsprozesses auf. Ferner ist in der Anordnung ein Prozessor vorgesehen, der derart eingerichtet ist, dass unter Verwendung der von dem mindestens einen Sensor ermittelten Messgrößen zumindest eine Linearkombination gebildet wird, wobei die Gewichte der Linearkombination derart gewählt sind, dass die Kurvenform der Linearkombination in einem ausgewählten ersten Zeitbereich, der vor Eintreten eines vorgegebenen Ereignisses liegt, eine vorgegebene erste Kurvenform und in einem zuvor ausgewählten zweiten Zeitbereich, welcher nach Eintreten des vorgegebenen Ereignisses liegt, eine vorgegebene zweite Kurvenform aufweist. Aus der mindestens einen Linearkombinationen wird zumindest eine den Herstellungsprozess charakterisierende Kenngröße ermittelt. Ferner ist eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, welche unter Verwendung der Kenngröße den Herstellungsprozess überwacht.A Arrangement for monitoring a manufacturing process has at least one sensor for detecting of measurands during a Manufacturing process on. Further, in the arrangement is a processor provided, which is arranged such that using the at least one of the measured variables determined by the at least one sensor a linear combination is formed, wherein the weights of the linear combination chosen like that are that the waveform of the linear combination in a selected first Time range that precedes the occurrence of a given event, a predetermined first waveform and in a previously selected second Time range, which after the occurrence of the given event has a predetermined second waveform. From the at least A linear combination will at least one the manufacturing process characterizing characteristic determined. Furthermore, a monitoring device provided, which monitors the production process using the characteristic.

Anschaulich kann die Erfindung darin gesehen werden, dass durch sehr einfache Vorgabe eines Vor-Endpunktbereichs, das heißt dem ersten Zeitbereich, und eines Nach-Endpunktbereichs, das heißt dem zweiten Zeitbereich, welche sehr einfach und fehlertolerant unter Verwendung des Fachwissens, das heißt unter Verwendung von Erfahrungen nach Probedurchläufen des jeweiligen Prozesses in der Prozesskammer ermittelt werden können, die Linearkombination gebildet werden kann, ohne dass ein explizites mathematisches Endpunktmodell mit dessen notwendiger komplexer und aufwendiger Parametrisierung durch einen Benutzer erforderlich ist.clear the invention can be seen in that by very simple Specification of a pre-endpoint range, ie the first time range, and a post-endpoint area, this means the second time range, which is very simple and fault tolerant using the expertise, that is, using experience after trial runs of the respective process can be determined in the process chamber, the Linear combination can be formed without being an explicit mathematical endpoint model with its necessary complex and complicated parameterization by a user is required.

Aus diesem Grund ist die Überwachung eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Halbleiter-Herstellungsprozesses, nunmehr erheblich weniger rechenaufwändig und kann auf sehr einfache Weise durchgeführt werden, ohne dass die Genauigkeit der Endpunktbestimmung des jeweiligen Herstellungsprozesses, insbesondere eines Plasmaätzprozesses, wesentlich verringert wird.Out This is the reason for monitoring a manufacturing process, in particular a semiconductor manufacturing process, now much less computationally and can be very simple Manner performed without the accuracy of the endpoint determination of each Manufacturing process, in particular a plasma etching process, significantly reduced becomes.

Damit wird die Anwendung der Endpunktmustergenerierung unter Prozessbedingungen mit üblichen Personal Computern ermöglicht.In order to becomes the application of endpoint pattern generation under process conditions with usual staff Enabled computers.

Insbesondere ist auch auf die einfache Bedienbarkeit der Software-Überwachungs-Werkzeuge durch einen Prozessingenieur hinzuweisen, da der Prozessingenieur nicht mehr ein sehr komplexes Endpunktmodell verstehen, warten und überwachen muss, sondern einfach zwei fehlertolerante Zeitbereiche halbautomatisch unter Verwendung des Personal Computers definiert, welche Zeitbereiche als Basis für die Überwachung eingesetzt werden. Der Prozessingenieur kann somit aufgrund seines Fachwissens und seiner Erfahrung über den jeweiligen Herstellungsprozess unter Verwendung von bekannten Endpunktsignalverläufen, welche eine grobe Endpunktbestimmung, d. h. die Bestimmung eines Endpunktbereichs, ermöglichen, sehr einfach die beiden Zeitbereiche angeben, welche die Basis für die weiteren Berechnungen darstellen.Especially is also due to the ease of use of the software monitoring tools to point out by a process engineer as the process engineer no longer understand, maintain and monitor a very complex endpoint model must, but semi-automatically two fault-tolerant time ranges under Using the personal computer defines what time ranges as a basis for The supervision be used. The process engineer can thus due to his Expertise and his experience in the respective manufacturing process using known endpoint waveforms which a rough endpoint determination, d. H. the determination of an endpoint range, enable, very simply specify the two time ranges, which are the basis for the others Represent calculations.

Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass der natürliche Verlauf der Endpunktlinie im Übergangsbereich des Endpunktes erhalten bleibt und nicht, wie bei dem Verfahren aus [6] zwangsweise an einen Verlauf eines mathematischen vorgegebenen Endpunktmodells angepasst wird.One additional Advantage of the invention is the fact that the natural history the endpoint line in the transition area the endpoint and not, as in the case of the procedure from [6] compulsorily to a course of a mathematical predetermined Endpoint model is adjusted.

Somit wird anschaulich insbesondere im Vergleich zu dem Verfahren gemäß [6] die explizite Modellvorgabe für den Verlauf eines Endpunktesignals ersetzt durch die Auswahl eines Vor-Endpunktbereichs und eines Nach-Endpunktbereichs.Consequently is descriptive in particular in comparison to the method according to [6] the explicit model specification for the course of an end point signal replaced by the selection of a Pre-endpoint range and post-endpoint range.

Im Rahmen dieser Erfindung wird unter dem Begriff Linearkombination nicht nur der Vorgang des linearen Kombinierens von Messgrößen, sondern auch das auf diese Weise gewonnene Signal verstanden.in the The scope of this invention is the term linear combination not just the process of linearly combining measures, but understood the signal obtained in this way.

Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass bei einer Änderung des Herstellungsprozesses die erforderliche Anpassung zur Extraktion der Kenngröße nur durch Anpassung der entsprechenden Auswertungssoftware zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen werden kann und keine manuellen Arbeitsschritte, wie beispielsweise der Austausch optischer Filter, erforderlich sind.One additional Advantage of the invention is the fact that in a change of the manufacturing process the required adjustment for extraction the characteristic only by Adaptation of the corresponding evaluation software for the implementation of the inventive method can be made and no manual steps, such as For example, the replacement of optical filters are required.

Auf diese Weise wird insbesondere die Wartung des Überwachungssystems beziehungsweise der Anordnung zum Überwachen des Herstellungsprozesses erheblich kostengünstiger durchführbar.On This way, in particular, the maintenance of the monitoring system or the arrangement for monitoring the manufacturing process considerably cheaper feasible.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die im Weiteren beschriebenen Ausgestaltungen betreffen sowohl das Verfahren als auch die Anordnung zum Überwachen eines Herstellungsprozesses.The Embodiments described below relate both to the method as well as the arrangement for monitoring a manufacturing process.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden nur Messgrößen verwendet, welche zu Zeitpunkten erfasst worden sind, welche in dem ersten Zeitbereich und/oder in dem zweiten Zeitbereich liegen.According to one Embodiment of the invention, only measured variables are used, which detects at times which are in the first time range and / or in the second Time range are.

Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird der zum Überwachen des jeweiligen Herstellungsprozesses erforderliche Rechenzeitbedarf weiter reduziert.By This embodiment of the invention is for monitoring the respective manufacturing process required computing time required further reduced.

Bei einem Verfahren zum rechnergestützten Überwachen eines Herstellungsprozesses wird eine Vielzahl von Messgrößen während des Herstellungsprozesses erfasst.at a method for computer-aided monitoring A manufacturing process will produce a variety of metrics during the Manufacturing process recorded.

Gemäß einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die vorgegebene erste Kurvenform von einem vorgegebenen konstanten ersten Funktionswert gebildet wird, beispielsweise von dem Funktionswert "0".According to one additional Embodiment of the invention, it is provided that the predetermined first waveform of a predetermined constant first function value is formed, for example, the function value "0".

Die vorgegebene zweite Kurvenform kann von einem vorgegebenen konstanten zweiten Funktionswert gebildet werden, vorzugsweise von dem Funktionswert "1".The predetermined second waveform can be of a predetermined constant second function value are formed, preferably of the function value "1".

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden als Messgrößen die Intensitäten von unterschiedlichen Wellenlängen in einem Emissionsspektrum verwendet. Emissionsspektren beinhalten in der Regel sehr detaillierte Informationen über den der Strahlungsemission zugrunde liegenden Prozess, beispielsweise einer chemischen Reaktion. Bei der Aufnahme derartiger Spektren fallen jedoch sehr große Datenmengen an, aus denen mit herkömmlichen Methoden die entscheidenden Informationen nur mit großen Schwierigkeiten extrahiert werden können. Erfindungsgemäß ist es jedoch nunmehr möglich, die Daten eines Emissionsspektrums so aufzubereiten, dass die entscheidenden Informationen, das heißt anders ausgedrückt die Kenngrößen, auf sehr einfache Weise ohne Verwendung eines Gesamt-Modells und somit nahezu in Echtzeit beziehungsweise in Echtzeit aus den Daten ermittelt werden können. Dementsprechend können Emissionsspektren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Anordnung zur online-Überwachung von Herstellungsprozessen beziehungsweise Bearbeitungsprozessen eingesetzt werden.According to one Another embodiment of the invention are as measured variables the intensities of different wavelengths used in an emission spectrum. Emission spectra include usually very detailed information about the radiation emission underlying process, such as a chemical reaction. When recording such spectra, however, very large amounts of data are lost from which come with conventional Methods the crucial information only with great difficulty can be extracted. It is according to the invention but now possible, to process the data of an emission spectrum in such a way that the decisive Information, that is in other words the characteristics, on very simple way without using an overall model and thus determined in real time or in real time from the data can be. Accordingly, you can Emission spectra with the inventive method and the inventive arrangement for online monitoring of manufacturing processes or machining processes be used.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass im Rahmen dieser Beschreibung unter einem Herstellungsprozess auch ein Bearbeitungsprozess zu verstehen ist, da dieser zur Herstellung eines Zwischenproduktes im Rahmen eines Gesamtherstellungsprozesses eingesetzt wird.In In this context, it should be noted that under this Description under a manufacturing process also a machining process to understand, since this for the production of an intermediate product used in an overall manufacturing process.

Es ist insbesondere bevorzugt, wenn die Intensitäten von unterschiedlichen Wellenlängen in einem Spektralbereich zwischen 200 nm und 950 nm verwendet werden.It is particularly preferred when the intensities of different wavelengths in a spectral range between 200 nm and 950 nm can be used.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Emissionsspektrum eines Plasmaprozesses, insbesondere eines Plasmaätzprozesses verwendet.According to one Another embodiment of the invention, the emission spectrum of a Plasma process, in particular a plasma etching process used.

Plasmaätzprozesse zum Strukturieren von Materialschichten spielen in der Halbleiterfertigung eine bedeutende Rolle. Die Dimensionen der erzeugten Strukturen hängen entscheidend von der Qualität des verwendeten Ätzprozesses ab. Das Emissionsspektrum des Plasmas enthält eine Vielzahl von Informationen, die zur Kontrolle des Plasmaätzprozesses notwendig sind. Hochentwickelte Sensorsysteme wie beispielsweise die sogenannte "Optical Emission Spectroscopy (OES)" oder die sogenannte "Residual Gas Analysis (RGA)" können zur Aufnahme der Spektren verwendet werden.plasma etching for structuring material layers play in semiconductor manufacturing a significant role. The dimensions of the structures created hang decisive of the quality the etching process used from. The emission spectrum of the plasma contains a lot of information, to control the plasma etch process necessary. Sophisticated sensor systems such as the so-called "Optical Emission Spectroscopy (OES) "or the so-called "Residual Gas Analysis (RGA) "can be used for Recording the spectra can be used.

Es ist insbesondere bevorzugt, dass als Kenngröße der Endpunkt des Plasmaprozesses, das heißt der Zeitpunkt, zu dem der Plasmaprozess beziehungsweise der Plasmaätzprozess beendet werden soll, bestimmt wird.It It is particularly preferred that the parameter used is the end point of the plasma process. that is the one Time at which the plasma process or the plasma etching process is to be terminated is determined.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Ermittlung der Gewichte der Linearkombination die zu den vorgegebenen Zeitpunkten ermittelten Messgrößen in einer Matrix angeordnet und es wird auf Basis der Matrix eine Hauptkomponentenanlayse (Principal Component Analysis, PCA) durchgeführt. Die Hauptkomponentenanalyse ist eine Methode, eine Matrix A durch ihre Hauptvektoren, auch als Eigenvektoren bezeichnet, beziehungsweise Hauptkomponenten, auch als Eigenwerte bezeichnet, auszudrücken. Zum Berechnen der Hauptkomponenten können eine Reihe unterschiedlicher Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Singulärwertzerlegung (Singular Value Decomposition, SVD) der Matrix A berechnet werden. Als eine Alternative können auch die Eigenwerte sowie Eigenvektoren der Korrelationsmatrix (A T A) der Matrix A berechnet werden. Darüber hinaus können auch andere Verfahren zur Zerlegung einer Matrix wie die sogenannten "Non-linear partial least squares" einer Matrix A verwendet werden.According to another preferred embodiment of the invention, to determine the weights of the linear combination, the measured variables determined at the predetermined times are arranged in a matrix and a principal component analysis (PCA) is carried out on the basis of the matrix. The principal component analysis is a method of expressing a matrix A by its main vectors, also called eigenvectors, or principal components, also called eigenvalues. A number of different methods can be used to calculate the main components. For example, the Singular Value Decomposition (SVD) of the matrix A can be calculated. As an alternative, the eigenvalues as well as eigenvectors of the correlation matrix ( A T A ) of the matrix A can also be calculated. In addition, other methods for decomposing a matrix, such as the so-called "non-linear partial least squares" of a matrix A can be used.

Bevorzugt wird die Hauptkomponentenanalyse unter Verwendung einer Singulärwertzerlegung realisiert, so dass die Matrix A mxn in zwei orthogonale Matrizen U mxm und V nxn und eine diagonal besetzte Matrix Σ mit den Singulärwerten σi zerlegt wird, wobei gilt:

Figure 00110001
Preferably, the principal component analysis is realized using a singular value decomposition, such that the matrix A mxn is decomposed into two orthogonal matrices U mxm and V nxn and one diagonally mapped matrix Σ with the singular values σ i , where:
Figure 00110001

Die sogenannten "linken" Eigenvektoren u i bilden die Matrix U mxm. Die sogenannten "rechten" Eigenvektoren v i bilden die Matrix V nxn. Üblicherweise sind die Singulärwerte (Eigenwerte) σi der Größe nach geordnet und repräsentieren den Anteil, den das zugehörige dyadische Produkt u i·v i T an der Bildung der Gesamtmatrix A besitzt. Die dyadischen Produkte u i·v i T, welche nur kleine Singulärwerte σi besitzen, enthalten üblicherweise keine bzw. nur sehr wenig Information über den zu überwachenden Prozess. Dementsprechend werden real gemessene Matrizen von Messgrößen in der Regel durch die dyadischen Produkte u i·v i T mit den 3 bis 15 größten Singulärwerten auf σi ausreichend gut repräsentiert.The so-called "left" eigenvectors u i form the matrix U mxm . The so-called "right" eigenvectors v i form the matrix V nxn . Usually, the singular values (eigenvalues) σ i are ordered in magnitude and represent the proportion that the associated dyadic product u i · v i T has at the formation of the total matrix A. The dyadic products u i · v i T , which have only small singular values σ i , usually contain no information or only very little information about the process to be monitored. Accordingly, real measured matrices of measured variables are generally sufficiently well represented by the dyadic products u i · v i T with the 3 to 15 largest singular values on σ i .

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird zur Ermittlung der Gewichte der Linearkombination ein parameterlineares Schätzproblem unter Verwendung der vorgegebenen ersten Kurvenform und der vorgegebenen zweiten Kurvenform sowie der Linearkombination minimiert beziehungsweise maximiert.According to one another embodiment The invention is used to determine the weights of the linear combination a parameter-linear estimation problem using the given first waveform and the given one second waveform and the linear combination minimized or maximized.

Es ist insbesondere bevorzugt, wenn durch die Minimierung beziehungsweise Maximierung des parameterlinearen Schätzproblems, allgemein durch dessen Lösung, die wesentlichen Hauptkomponenten der Messgrößenmatrix bestimmt werden. Durch die Minimierung beziehungsweise Maximierung des parameterlinearen Schätzproblems lassen sich auf sehr einfache Weise diejenigen Hauptkomponenten ermitteln, die berücksichtigt werden müssen, um die vorgegebenen Kurvenformen, das heißt die vorgegebene erste Kurvenform und die vorgegebene zweite Kurvenform, mit ausreichender Genauigkeit approximieren zu können.It is particularly preferred if by minimizing or Maximization of the parameter-linear estimation problem, generally by its solution, the essential main components of the measured variable matrix are determined. By minimizing or maximizing the parameter-linear estimation problem can be very easily those main components determine which are considered Need to become, around the given waveforms, that is, the predetermined first waveform and the predetermined second waveform, with sufficient accuracy to be able to approximate.

Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäß zu lösende parameterlineare Schätzproblem auf erheblich einfachere Weise zu lösen ist als das komplexe nicht-lineare Optimierungsproblem zur Bestimmung der Gewichte der Linearkombination zur Minimierung des Gütemaßes gemäß [6].It It should be pointed out in this connection that the parameter linear to be solved according to the invention estimation problem in a much simpler way than the complex non-linear one Optimization problem for determining the weights of the linear combination to minimize the quality measure according to [6].

Ferner ist darauf hinzuweisen, dass das parameterlineare Schätzproblem eine eindeutige und explizit angebbare Lösung besitzt, wohingegen das bei Lösung des Optimierungsproblems gemäß [6] nicht möglich ist.Further It should be noted that the parameter linear estimation problem has a unique and explicitly specifiable solution, whereas the at solution of the optimization problem according to [6] is possible.

Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird somit die mathematische Berechnung, das heißt das Lösen des Schätzproblems erheblich vereinfacht und beschleunigt.By This embodiment of the invention thus becomes the mathematical calculation, this means the release the estimation problem considerably simplified and accelerated.

Ferner kann zur Bestimmung der Kenngröße eine Glättung der Linearkombination durchgeführt werden. Üblicherweise weisen die Messgrößen einen Rauschanteil auf, der sich auch bei einer Linearkombination der Messgrößen niederschlägt. Um zu vermeiden, dass aufgrund des Rauschens eine Fehlbewertung der ermittelten Messgrößen vorgenommen wird, ist es bevorzugt, den Rauschanteil durch eine Glättung der Linearkombination soweit zu unterdrücken, dass die Kenngröße korrekt bestimmt werden kann. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Glättung der Linearkombination unter Verwendung eines Nullphasen-Filters erzielt wird. Durch Unterdrückung des Rauschanteils können qualitative Kriterien, wie das Auftreten eines lokalen Maximums oder das Auftreten eines Wendepunktes zur Bestimmung der Kenngröße herangezogen werden. Qualitative Kriterien haben gegenüber quantitativen Kriterien, wie das Überschreiben bestimmter Schwellwerte, den Vorteil, dass sie in weit geringerem Maße von der jeweiligen Absolutgröße der Messwerte abhängen und somit störunanfälliger über einen größeren Wertebereich eingesetzt werden können.Further can for determining the characteristic a smoothing performed the linear combination become. Usually have the measured variables one Noise on, which is also in a linear combination of Measurements reflected. In order to avoid that due to the noise a misjudgment of the determined Measured variables made It is preferred, the noise component by smoothing the Suppress linear combination so far that the characteristic is correct can be determined. In this context, it is particular preferred when smoothing the linear combination using a zero-phase filter is achieved. By suppression of the noise component can qualitative criteria, such as the occurrence of a local maximum or the occurrence of a turning point used to determine the characteristic become. Qualitative criteria have opposite quantitative criteria, like overwriting certain Thresholds, the advantage that they are far less of the respective absolute size of the measured values depend and thus störunanfälliger about one larger value range can be used.

Zur Erhöhung der Robustheit der Überwachung kann es sinnvoll sein, die Ergebnisse mehrerer Probeläufe beziehungsweise Produktionsläufe in die Festlegung der Gewichte, anders ausgedrückt der Koeffizienten für die Linearkombination, einfließen zu lassen. Daher werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Ermittlung der Gewichte der Linearkombination die Messgrößen mehrerer Probe- und/oder Produktionsläufe verwendet. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Messgrößen mehrere Probe- und/oder Produktionsläufe in einer Matrix (Block-Matrix) angeordnet werden und auf Basis dieser Matrix eine Hauptkomponentenanalyse durchgeführt wird.to increase the robustness of the surveillance It may be useful to compare the results of several trial runs respectively production runs in the determination of the weights, in other words the coefficients for the linear combination, flow in allow. Therefore, according to a another preferred embodiment the invention for determining the weights of the linear combination the measured variables of several Trial and / or production runs used. It is particularly preferred if the measured variables more Trial and / or production runs be arranged in a matrix (block matrix) and based on this matrix a principal component analysis is performed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Weiteren näher erläutert.One embodiment The invention is illustrated in the figures and will be discussed below explained in more detail.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a schematic representation of an arrangement according to an embodiment of the invention;

2a bis 2c eine Darstellung der ersten drei linken Eigenvektoren einer Spektrenmatrix; 2a to 2c a representation of the first three left eigenvectors of a spectra matrix;

3a bis 3c eine Darstellung der entsprechenden ersten drei rechten Eigenvektoren einer Spektrenmatrix; 3a to 3c a representation of the corresponding first three right eigenvectors of a spectra matrix;

4 eine Darstellung von CN-Linien für neun Kontaktlochätzungen bei einem Wafer sowie die Darstellung ausgewählter Zeitbereiche vor beziehungsweise nach Erreichen des Endpunkts des Plasmaätzprozesses; und 4 a representation of CN lines for nine contact hole etches in a wafer and the representation of selected time ranges before and after reaching the end point of the plasma etching process; and

5a und 5b eine Skizze eines erfindungsgemäß erzeugten Endpunktmusters im Spektralbereich (5a) sowie eine Skizze resultierender Endpunktsignale im Zeitbereich (5b). 5a and 5b 1 is a sketch of an end point pattern generated according to the invention in the spectral range ( 5a ) as well as a sketch of resulting endpoint signals in the time domain ( 5b ).

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 100 zum Überwachen eines Plasmaätzprozesses gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 shows a schematic representation of an arrangement 100 for monitoring a plasma etching process according to an embodiment of the invention.

Die Anordnung weist eine Prozesskammer 101, das heißt eine Reaktionskammer, auf, in der gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Plasmaätzverfahren, insbesondere ein Verfahren des Reactive Ion Etching (RIE), durchgeführt werden kann. Über einen Einlass 102 wird das Ätzgas in die Reaktionskammer 101 geführt, in welcher das Ätzgas ionisiert und in ein Plasma 109 überführt wird.The arrangement has a process chamber 101 , that is to say a reaction chamber, in which, according to this exemplary embodiment, a plasma etching method, in particular a method of Reactive Ion Etching (RIE), can be carried out. About an inlet 102 the etching gas is in the reaction chamber 101 in which the etching gas is ionized and into a plasma 109 is transferred.

Das Plasma 109 wird von einer kapazitiv angelegten RF-Spannung, welche von einer RF-Quelle 103 bereitgestellt wird, erzeugt und aufrechterhalten. Durch einen Auslass 104 werden die Reaktionsprodukte der Ätzung aus der Reaktionskammer 101 entfernt. Als Ätzgas wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Ätzgasgemisch aus CF4, CHF3 und Argon verwendet, wobei das Plasma 109 durch ein Magnetfeld (nicht gezeigt) von etwa 60 Gaus in seiner Homogenität verbessert wird. Die zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Plasmas 109 verwendete Leistung beträgt etwa 1200 Watt. Der Druck in der Reaktionskammer 101 beträgt etwa 150 mTorr.The plasma 109 is from a capacitively applied RF voltage coming from an RF source 103 is provided, generated and maintained. Through an outlet 104 become the reaction products of the etching from the reaction chamber 101 away. As the etching gas according to this embodiment of the invention, an etching gas mixture of CF 4 , CHF 3 and argon is used, wherein the plasma 109 is improved in its homogeneity by a magnetic field (not shown) of about 60 Gauss. The for the generation and maintenance of the plasma 109 used power is about 1200 watts. The pressure in the reaction chamber 101 is about 150 mTorr.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel dient das Plasma 109 dazu, Kontaktlöcher in eine Siliziumdioxidschicht zu ätzen, welche auf einem Silizium-Wafer 105 angeordnet ist.According to this embodiment, the plasma is used 109 to etch via holes in a silicon dioxide layer deposited on a silicon wafer 105 is arranged.

Zu diesem Zweck ist der Silizium-Wafer 105 auf einer Halterung 106 in der Reaktionskammer 101 abgelegt und dort befestigt. Bei üblichen Halbleiterprodukten, wie beispielsweise Halbleiter-Speichern oder Halbleiter-Prozessoren weisen die Kontaktlöcher, welche in der Regel zum Anschluss der Diffusionsgebiete (aktive Gebiete) von Transistoren dienen, ein sehr geringes Öffnungsverhältnis auf. Dementsprechend hoch sind die Anforderungen an das Erkennen des richtigen Endpunktes der Ätzung, das heißt an das Erkennen des Zeitpunktes, zu dem die Kontaktlöcher das Siliziumsubstrat erreichen. Ist die Ätzzeit zu kurz, so werden die Kontaktlöcher nicht vollständig geöffnet und die Transistoren sind nicht angeschlossen. Ist die Ätzzeit jedoch zu lang, so werden die aktive Gebiete der Transistoren stark angeätzt. Beides kann zum totalen Ausfall der integrierten Schaltung, welche den jeweiligen Transistor oder die jeweiligen Transistoren aufweist, führen.For this purpose, the silicon wafer 105 on a bracket 106 in the reaction chamber 101 filed and fastened there. In conventional semiconductor products, such as semiconductor memories or semiconductor processors, the contact holes, which usually serve to connect the diffusion regions (active regions) of transistors, have a very low aperture ratio. Accordingly, the requirements for detecting the correct end point of the etching, that is, the detection of the time at which the contact holes reach the silicon substrate, are correspondingly high. If the etching time is too short, the contact holes are not fully opened and the transistors are not connected. However, if the etching time is too long, the active regions of the transistors are strongly etched. Both can lead to the total failure of the integrated circuit, which has the respective transistor or the respective transistors.

Zum Bestimmen des richtigen Endpunktes, auch als Endzeitpunkt bezeichnet, des Plasmaätzens ist an einem Fenster der Reaktionskammer 101 ein Lichtwellenleiter 110 angeordnet, der zu einem Mehrkanalspektrometer 107 führt und an dieses angeschlossen ist.To determine the correct end point, also referred to as the end time, of the plasma etching is at a window of the reaction chamber 101 an optical fiber 110 arranged, leading to a multichannel spectrometer 107 leads and is connected to this.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Mehrkanalspektrometer 107 der Firma HamamatsuTM mit der Typenbezeichnung C7460 zur Detektion der optischen Emission des Plasmas 109 verwendet. Das Mehrkanalspektrometer 107 besitzt 1024 Kanäle, die sich gleichmäßig auf einem Wellenlängenbereich von 200 nm bis 950 nm verteilen. Mit dem verwendeten Mehrkanalspektrometer 107 ist eine maximale Abtastrate von 50 Abtastungen pro Sekunde erreichbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird alle zwei Sekunden das über diesen Zeitraum gemittelte Emissionsspektrum des Plasmas 109 gemessen. Das Mehrkanalspektrometer 107 ist mit einer Datenverarbeitungsanlage 108 gekoppelt, welche fortlaufend die registrierten Spektren aufzeichnet, auswertet und abspeichert. Die Datenverarbeitungsanlage 108 weist insbesondere einen Prozessor und einen Speicher auf, welche über einen Computerbus miteinander gekoppelt sind.According to this embodiment, a multi-channel spectrometer 107 Hamamatsu ™ company with the type designation C7460 for the detection of the optical emission of the plasma 109 used. The multichannel spectrometer 107 has 1024 channels that distribute evenly over a wavelength range of 200 nm to 950 nm. With the used multichannel spectrometer 107 For example, a maximum sampling rate of 50 samples per second is achievable. According to this embodiment, the emission spectrum of the plasma averaged over this period of time every two seconds 109 measured. The multichannel spectrometer 107 is with a data processing system 108 coupled, which continuously records the registered spectra net, evaluates and saves. The data processing system 108 has in particular a processor and a memory, which are coupled together via a computer bus.

Wird eine Kontaktlochätzung durchgeführt, so werden die Intensitäten von unterschiedlichen Wellenlängen (im vorliegenden Fall 1024 unterschiedliche Wellenlängen) über einen Zeitraum von etwa 3 Minuten aufgenommen. Die resultierenden Messwerte, das heißt Messgrößen, werden in Form einer Matrix Λ(λ, t) angeordnet. Der Zeitverlauf einer bestimmten Wellenlänge entspricht genau einer Zeile der Matrix Λ(λ, t). Dementsprechend ist das Emissionsspektrum zu einem bestimmten Zeitpunkt durch genau eine Spalte der Matrix Λ(λ, t) gegeben. Diese Anordnung ist jedoch nicht zwingend, so können beispielsweise die Zeitverläufe der Wellenlängen auch als die Spalten der Matrix Λ(λ, t) angeordnet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Matrix Λ(λ, t) 1024 Zeilen und 100 Spalten.When a contact hole etch is performed, the intensities of different wavelengths (1024 different wavelengths in the present case) are recorded over a period of about 3 minutes. The resulting measured values, that is to say measured variables, are arranged in the form of a matrix Λ (λ, t). The time course of a specific wavelength corresponds exactly to one row of the matrix Λ (λ, t). Accordingly, the emission spectrum at any given time is given by exactly one column of the matrix Λ (λ, t). However, this arrangement is not mandatory, for example, the time courses of the wavelengths as the columns of the matrix Λ (λ, t) can be arranged. In the present embodiment, the matrix Λ (λ, t) has 1024 rows and 100 columns.

Zur Ermittlung der Gewichte für die Linearkombination aus den Intensitäten der gemessenen Wellenlängen wird auf Basis der Matrix Λ(λ, t) eine Hauptkomponentenanalyse durchgeführt. Dazu werden einmal eine Matrix Λ 0(λ, t) bei einer Probeätzung erstellt und die Gewichte bestimmt, welche dann für nachfolgende Ätzungen verwendet werden. Die Hauptkomponentenanalyse wird unter Verwendung einer Singulärwertzerlegung durchgeführt, so dass die Matrix Λ 0(λ, t) in zwei orthogonale Matrizen U 0 und V 0 sowie eine diagonal besetzte Matrix Σ 0 mit den Singulärwerten σ 0 / i zerlegt wird.In order to determine the weights for the linear combination from the intensities of the measured wavelengths, a principal component analysis is carried out on the basis of the matrix Λ (λ, t). For this purpose, once a matrix Λ 0 (λ, t) is created in a sample etching and determines the weights, which are then used for subsequent etching. The principal component analysis is performed using singular value decomposition, such that the matrix Λ 0 (λ, t) is decomposed into two orthogonal matrices U 0 and V 0, and a diagonally occupied matrix Σ 0 is decomposed with the singular values σ 0 / i.

Dabei gilt:

Figure 00170001
Where:
Figure 00170001

Die sogenannten "linken" Eigenvektoren u 0 / i bilden die Matrix U 0 und die sogenannten "rechten" Eigenvektoren v 0 / i bilden die Matrix V 0.The so-called "left" eigenvectors u 0 / i form the matrix U 0 and the so-called "right" eigenvectors v 0 / i form the matrix V 0 .

Die 2a bis 2c zeigen Darstellungen der ersten drei linken Eigenvektoren u 0 / i der Matrix Λ 0(λ, t), das heißt die linken Eigenvektoren u 0 / i mit den drei größten Singulärwerten σ 0 / i.The 2a to 2c represent representations of the first three left eigenvectors u 0 / i of the matrix Λ 0 (λ, t), that is, the left eigenvectors u 0 / i with the three largest singular values σ 0 / i.

Die 3a bis 3c zeigen Darstellungen der entsprechenden ersten drei rechten Eigenvektoren v 0 / i der Matrix Λ 0(λ, t).The 3a to 3c representations of the corresponding first three right eigenvectors v 0 / i of the matrix Λ 0 (λ, t).

Die Spalten u 0 / i der Matrix U 0 können als Basiswellenlängenmuster interpretiert werden, während die Spalten v 0 / i der Matrix V 0 als Basiszeitsignale interpretiert werden können.The columns u 0 / i of the matrix U 0 can be interpreted as a basic wavelength pattern, while the columns v 0 / i of the matrix V 0 can be interpreted as basic time signals.

Zur Bestimmung einer geeigneten Linearkombination der Messgrößen wird folgender Ansatz verwendet:

Figure 00180001
wobei mit dem Index i die wichtigsten linken Hauptkomponenten u 0 / i der Matrix Λ 0(λ, t) indiziert werden. Wie viele und welche der wichtigsten Hauptkomponenten u 0 / i tatsächlich berücksichtigt werden, wird durch die im Weiteren beschriebene Minimierung eines parameterlinearen Schätzproblems bestimmt.The following approach is used to determine a suitable linear combination of the measured variables:
Figure 00180001
where the index i indicates the most important left main components u 0 / i of the matrix Λ 0 (λ, t). How many and which of the main components u 0 / i are actually taken into account is determined by the minimization of a parameter-linear estimation problem described below.

Auch die noch unbekannte Koeffizienten ci werden im Rahmen des im Weiteren erläuterten Lösens des parameterlinearen Schätzproblems festgelegt. Sind die wichtigsten Hauptkomponenten u 0 / i festgelegt und sind die Koeffizienten ci bestimmt, dann ist dadurch auch die Linearkombination der Messgrößen festgelegt. Aufgrund der Orthogonalität der linken Hauptkomponenten u 0 / i kann die Funktion y0(t) auch in folgender Form geschrieben werden:

Figure 00180002
The as yet unknown coefficients c i are also defined in the context of the solution of the parameter-linear estimation problem explained below. If the most important main components u 0 / i are fixed and if the coefficients c i are determined, then the linear combination of the measured quantities is determined as well. Due to the orthogonality of the left main components u 0 / i, the function y 0 (t) can also be written in the following form:
Figure 00180002

Die Funktion y0(t) ist eine Funktion der Zeit, welche unter Verwendung der Koeffizienten ci an eine vorgegebene Kurvenform angepasst werden kann.The function y 0 (t) is a function of time which can be adjusted to a given waveform using the coefficients c i .

Die vorgegebene Kurvenform wird erfindungsgemäß in lediglich zwei vorgegebenen ausgewählten Zeitbereichen vorgegeben, gemäß diesen Ausführungsbeispielen in Form eines jeweils in dem Zeitbereich konstanten Funktionswerts.The predetermined waveform is selected according to the invention in only two predetermined Given time ranges, according to these embodiments in the form of a constant in each case in the time domain function value.

4 zeigt in diesem Zusammenhang in einem Plasmaätzzyklus für einen ersten, einen mittleren und einen letzten Wafer eines Wafer-Loses in dem Wetclean-Zyklus die Verläufe der CN-Linien 401 entlang der Zeit 402. Anders ausgedrückt sind die Intensitäten 403 der CN-Signale über der Zeit 402 aufgetragen. Diese CN-Linien 401 werden in Probeläufen für die Ätzkammer 101 ermittelt. 4 In this connection, in a plasma etching cycle for a first, a middle and a last wafer of a wafer lot in the wetclean cycle, the progressions of the CN lines are shown 401 along the time 402 , In other words, the intensities 403 the CN signals over time 402 applied. These CN lines 401 be in trial runs for the etching chamber 101 determined.

An den CN-Linien 401 ist sehr einfach zu erkennen, dass in einem Bereich zwischen 60 und 100 Sekunden während des Ätzvorgangs, das heißt in einem Endpunktbereich 404 der Übergang von einem Bereich, in dem die zu ätzende Schicht noch geätzt werden sollte in einen Bereich, in dem bei Fortführen des Ätzprozesses eine Schädigung der aktiven Gebiete eines Transistors resultieren würde, erfolgt. 4 ist ferner zu entnehmen, dass eine exakte Bestimmung des Endpunktes in dem Endpunktbereich 404 anhand des Verlaufs der CN-Linien 401 nicht möglich ist.At the CN lines 401 It is very easy to see that in a range between 60 and 100 seconds during the etching process, ie in an endpoint range 404 the transition from a region in which the layer to be etched should still be etched into a region in which the continuation of the etching process would result in damage to the active regions of a transistor takes place. 4 It can also be seen that an exact determination of the endpoint in the endpoint area 404 based on the course of the CN lines 401 not possible.

Es ist nur eine grobe Bestimmung eines Bereichs, der vor Erreichen des Endpunktes liegt, möglich, dies jedoch dafür auf sehr einfache, anschauliche Weise. Gleiches gilt für den Bereich, der nach dem Erreichen des Endpunktes liegt.It is just a rough definition of an area that is before reaching the endpoint is possible, this but for that in a very simple, vivid way. The same applies to the area which lies after reaching the end point.

Erfindungsgemäß werden anhand der von dem Mehrkanalspektrometer 107 aufgezeichneten, d. h. üblicherweise gemessenen, CN-Linien 401 von einem Benutzer ein erster Zeitbereich 405 ausgewählt, gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem Zeitbereich von 20 bis 60 Sekunden nach Starten des Ätzprozesses. Der erste Zeitbereich 405 liegt sicher vor Erreichen des Endpunktes des Plasmaätzprozesses.According to the invention by means of the multi-channel spectrometer 107 recorded, ie usually measured, CN lines 401 from a user a first time range 405 selected according to this embodiment in a time range of 20 to 60 seconds after the start of the etching process. The first time range 405 is safe from reaching the end point of the plasma etching process.

Ferner wird ein zweiter Zeitbereich 406 ausgewählt, gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Bereich von 100 bis 140 Sekunden nach Beginn des Ätzprozesses. Der zweite Zeitbereich 406 liegt sicher nach Erreichen des Endpunktes des Plasmaätzprozesses.There will also be a second time range 406 selected according to this embodiment in the range of 100 to 140 seconds after the start of the etching process. The second time range 406 surely lies after reaching the end point of the plasma etching process.

Anschaulich werden durch den Benutzer somit manuell, alternativ auch automatisch durch einen Rechner, nach erfolgter Auswertung der CN-Linien 401 der erste Zeitbereich und der zweite Zeitbereich bestimmt, wodurch der Endpunktbereich 404, gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem Zeitbereich zwischen 60 und 100 Sekunden, festgelegt wird.The user will thus be able to illustrate this manually, alternatively also automatically by a computer, after the evaluation of the CN lines 401 the first time range and the second time range are determined, whereby the endpoint range 404 , is set according to this embodiment in a time range between 60 and 100 seconds.

Anders ausgedrückt ergibt sich eine vorgegebene Gesamt-Kurvenform, die lediglich in dem ersten Zeitbereich 405 und in dem zweiten Zeitbereich 406 definiert ist, nämlich als eine erste Kurvenform mit einem ersten Funktionswert "0" in dem ersten Zeitbereich 405 und mit einer zweiten Kurvenform mit dem konstanten Funktionswert "1" in dem zweiten Zeitbereich 406. Bei dieser Gesamt-Kurvenform, welche lediglich in den beiden vorgegebenen Zeitbereichen 405, 406 definiert ist und nicht in dem Endpunktbereich 404, lässt sich die Kenngröße des Endpunktes des Ätzprozesses erfindungsgemäß relativ leicht aus der Linearkombination extrahieren.In other words, the result is a predetermined overall waveform that is only in the first time range 405 and in the second time range 406 is defined as a first waveform having a first function value "0" in the first time range 405 and a second waveform having the constant function value "1" in the second time range 406 , In this overall waveform, which only in the two predetermined time ranges 405 . 406 is defined and not in the endpoint area 404 , the characteristic of the end point of the etching process according to the invention can be relatively easily extracted from the linear combination.

Es ergibt sich somit für die Gesamt-Kurvenform folgende Funktion:

Figure 00200001
wobei mit

  • • t1 ein Startzeitpunkt des ersten Zeitbereichs 405,
  • • t2 ein Endzeitpunkt des ersten Zeitbereichs 405,
  • • t3 ein Startzeitpunkt zweiten Zeitbereichs 406, und
  • • t4 ein Endzeitpunkt des zweiten Zeitbereichs 406,
bezeichnet wird.This results in the following function for the overall curve shape:
Figure 00200001
being with
  • T 1 is a start time of the first time range 405 .
  • T 2 is an end time of the first time range 405 .
  • • t 3 a start time second time range 406 , and
  • T 4 is an end time of the second time range 406 .
referred to as.

Anschaulich wird somit ein virtueller Modellausgang, das heißt ein gewünschtes Endpunktesignal, definiert, der während des festgelegten Vor-Endpunktzeitraums, das heißt in dem ersten Zeitbereich 405, gleich dem Wert „0" ist und während des Nach-Endpunktzeitraums, das heißt in dem zweiten Zeitbereich 406, gleich dem Wert „1" ist.Clearly, a virtual model output, that is to say a desired end point signal, is defined during the defined pre-endpoint period, that is to say in the first time range 405 is equal to the value "0" and during the post-end point period, that is, in the second time range 406 , equal to the value "1".

Es werden für das weitere Verfahren lediglich Intensitätsdaten aus diesen beiden Zeiträumen 405, 406, das heißt aus dem ersten Zeitbereich 405 und aus dem zweiten Zeitbereich 406, verwendet, und unter Verwendung dieser Spektrendaten wird ein lineares Schätzproblem aufgestellt, dessen Inhalt die Modellierung des virtuellen Modellausgangs durch die Spektrendaten zu den jeweiligen Zeitpunkten ist.There will be only intensity data from these two periods for the further process 405 . 406 that is, from the first time range 405 and from the second time range 406 , and using this spectral data, a linear estimation problem is set up, the content of which is the modeling of the virtual model output by the spectral data at the respective times.

Als (regularisierte Lösung) dieses parameterlinearen Schätzproblems erhält man das gewünschte Endpunktmuster.When (regularized solution) this parameter-linear estimation problem receives you get the desired endpoint pattern.

Es wird somit das Parameter-Schätzproblem gemäß folgender Funktion aufgebaut:

Figure 00210001
Thus, the parameter estimation problem is constructed according to the following function:
Figure 00210001

Das parameterlineare Schätzproblem wird auf folgende Weise gelöst, wobei es gilt, die Gewichte einer Überlagerung der Spalten von X zu bestimmen, um yMO möglichst gut zu approximieren, d. h. es soll gelten: X·c ≌ yMO. (7) The parameter-linear estimation problem is solved in the following way, whereby it is necessary to determine the weights of a superposition of the columns of X in order to approximate y MO as well as possible, that is to say: X · C ≌ y NOT A WORD , (7)

Unter Verwendung des Gütekriteriums Q (entspricht gemäß diesem Ausführungsbeispiel der quadratischen Norm des Approximationsfehlers), das gemäß folgender Vorschrift gebildet wird: Q = ∥⁣X·c – yMO∥⁣2 = (X·c – yMO)T·(X·c – yMO) = = cT·X T·X·c – 2·cT·X T·yMO + yTMO ·yMO (8)ergibt sich unter folgender Lösungsbedingung, welche notwendig ist zur Minimierung des Gütemaßes bezüglich der einzelnen Parameter:

Figure 00220001
die folgende Lösung: copt = (X T·X)–1·X T·yMO. (10) Using the quality criterion Q (according to this embodiment corresponds to the quadratic norm of the approximation error), which is formed according to the following rule: Q = ∥⁣ X · C - y NOT A WORD ∥⁣ 2 = ( X · C - y NOT A WORD ) T · ( X · C - y NOT A WORD ) = = c T · X T · X · C - 2 · c T · X T · y NOT A WORD + y T NOT A WORD · y NOT A WORD (8th) results from the following solution condition, which is necessary for minimizing the quality measure with regard to the individual parameters:
Figure 00220001
the following solution: c opt = ( X T · X ) -1 · X T · y NOT A WORD , (10)

Für die spezielle Anwendung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich gemäß Vorschrift (4): V·Σ·c = y0x = v·Σ (11)und damit die Lösung aufgrund der Orthogonalität von V formal zu: copt = Σ –1·V T·yMO. (12) For the specific application according to this embodiment, according to regulation (4): V · Σ · C = y 0 x = v · Σ (11) and thus the solution due to the orthogonality of V formal: c opt = Σ -1 · V T · y NOT A WORD , (12)

Diese an sich bekannte Lösung führt beim Vorhandensein vieler Parameter zu überparametrierten Lösungen, die durch stark oszillierende und verrauschte Lösungen gekennzeichnet sind.These known solution leads at Presence of many parameters for over-parameterized solutions, which are characterized by strongly oscillating and noisy solutions.

Als Alternative bietet sich erstens an, die Anzahl der Komponenten, die in die Inversion von (X T·X)–1 eingehen, direkt zu begrenzen und die Berechnung von ci für i = 1..n vorzunehmen und ci = 0 für i > n zu setzen. cREG-1(n) = Σ–1n ·V T·yMo (13)mit

Figure 00230001
wobei n so gewählt werden, um einerseits eine gute Annäherung des EP-Signale an die vorgegebene Sprungfunktion zu erreichen (hohe EP-Steilheilt). Anderseits sollten nicht zu viele Komponenten eingehen, um keine Störungen in das EP-Muster zu projizieren (rauhen Muster) und die EP-Robustheit damit zu gefährden. Die Wahl von n ermöglicht die Einstellung dieses Kompromisses.As an alternative, it is firstly possible to directly limit the number of components that go into the inversion of ( X T · X ) -1 and to calculate c i for i = 1..n and ci = 0 for i > n to set. c REG-1 (n) = Σ -1 n · V T · y Not a word (13) With
Figure 00230001
where n are chosen so on the one hand a good approximation of the EP signals to the predetermined jump function (high EP steepness). On the other hand, not too many components should be included so as not to project disturbances into the EP pattern (rough pattern) and endanger the EP robustness with it. The choice of n allows the adjustment of this compromise.

Alternativ kann die allgemeine Lösung entsprechend

Figure 00230002
regularisiert werden.Alternatively, the general solution may be appropriate
Figure 00230002
be regularized.

Speziell ergibt sich dann wiederum mit X = V·Σ (16) cREG-2(ρ) = Σ–1ρ ·V T·yMO. (17)mit

Figure 00230003
Specifically, then again with X = V · Σ (16) c REG-2 (ρ) = Σ -1 ρ · V T · y NOT A WORD , (17) With
Figure 00230003

Die Lösung ist nun von Regularisierungsparameter ρ abhängig, dessen Variation des Einstellen eines Kompromisses zwischen Endpunktsignalschärfe (Annäherung an die gewünschte 0-1-Modellfunktion) und EP-Robustheit (Glattheit des spektralen Musters/Langzeitstabilität) gestattet.The solution is now dependent on the regularization parameter ρ, whose variation of the Set a compromise between endpoint signal sharpness (approach to the desired 0-1-model function) and EP robustness (smoothness of the spectral pattern / long-term stability).

Die Einstellung dieses Parameters kann visuell geeignet unterstützt werden, indem dieser Parameter mit Hilfe eines Schiebereglers die jeweilige dargestellte Funktion variiert wird und die resultierenden EP-Muster und EP-Signale sofort auf einem Bildschirm dem Benutzer dargestellt werden.The Setting this parameter can be visually supported properly, by using this parameter with the aid of a slider shown function is varied and the resulting EP patterns and EP signals are immediately displayed on a screen to the user become.

Beide Varianten sind mathematisch gleichwertig, unterscheiden sich jedoch in den Visualisierungsmöglichkeiten für eine Unterstützung der wahlweisen Einstellung der beiden Parameter Komponentenanzahl oder Regularisierungsparmeter.Both Variants are mathematically equivalent, but differ in the visualization options for one support the optional setting of the two parameters component number or Regularisierungsparmeter.

Nach erfolgter Bestimmung der Koeffizienten ci und der Auswahl der wichtigsten Hauptkomponenten u 0 / i beziehungsweise u 0 / i ist die Probeätzung ausgewertet und die Gewichte der Linearkombination sind aus den Messgrößen festgelegt.After the determination of the coefficients c i and the selection of the most important main components u 0 / i or u 0 / i, the sample etching is evaluated and the weights of the linear combination are determined from the measured quantities.

Aus den ausgewählten Hauptkomponenten copt = Σ –1·V T·yMO. (19)wobei für die Inversion von Σ eine der beiden oben beschriebenen Regularisierungsvarianten (Vorschriften (14) oder (18)) eingesetzt wird,

Figure 00240001
und den optimalen Koeffizienten c opt / i wird ein Endpunktmustersignal uEP gebildet gemäß folgender Vorschrift:From the selected main components c opt = Σ -1 · V T · y NOT A WORD , (19) wherein one of the two regularization variants (rules (14) or (18)) described above is used for the inversion of Σ,
Figure 00240001
and the optimum coefficient c opt / i, an end point pattern signal u EP is formed according to the following rule:

Figure 00250001
Figure 00250001

5a zeigt ein ermitteltes Endpunktmuster u EP. Die einzelnen Elemente des Endpunktmusters u EP sind die gesuchten Gewichte für die Linearkombination der Intensitäten der gemessenen Wellenlängen des Emissionsspektrums. 5a shows a determined endpoint pattern u EP . The individual elements of the endpoint pattern u EP are the sought-after weights for the linear combination of the intensities of the measured wavelengths of the emission spectrum.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann dem Endpunktmuster u EP eine chemische Interpretation zugeordnet werden.In the present embodiment, the endpoint pattern u EP can be a chemical interpretati be assigned on.

In 5a sind beispielsweise CN-Linien und H-Linien zu erkennen.In 5a For example, you can see CN lines and H lines.

Im Folgenden wird der Endpunkt einer Ätzung, das heißt eines Plasmaätzprozesses während der Herstellung einer integrierten Schaltung bestimmt, indem, wie in Bezug auf 1 beschrieben, fortlaufend das Emissionsspektrum der Plasmaätzung gemessen wird.In the following, the end point of an etch, that is, a plasma etching process, during the manufacture of an integrated circuit is determined by, as described with reference to FIG 1 described, continuously the emission spectrum of the plasma etching is measured.

Aus den Messgrößen wird unter Verwendung der Gewichte u EP eine Linearkombination y(t) – das Endpunktsignal – gebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass aus den gemessenen Werten eine Matrix Λ(λ, t) erstellt wird und nach jedem Messzeitpunkt das Endpunktmuster u EP mit der transponierten dieser Matrix Λ(λ, t) multipliziert wird gemäß folgender Vorschrift: y(t) = Λ(λ, t)T·u EP. (22) Using the weights u EP, a linear combination y (t) -the endpoint signal-is formed from the measured variables. This can be done, for example, by creating a matrix Λ (λ, t) from the measured values and multiplying the endpoint pattern u EP by the transposed matrix Λ (λ, t) after each measurement time according to the following rule: y (t) = Λ (λ, t) T · u EP , (22)

Es ergibt sich somit, wie in 5b dargestellt, ein Endpunktsignal mit einer deutlichen Stufenform, was eine Bestimmung des Endpunktes des Plasmaätzens sehr einfach ermöglicht.It follows thus, as in 5b shown, an endpoint signal with a distinct step shape, which allows a determination of the end point of the plasma etching very easy.

Eine Auswertung der in 5b gezeigten Linearkombination y(t) liefert den gewünschten Endpunkt der Plasmaätzung. Eine Möglichkeit, die Linearkombination y(t) auszuwerten, besteht in der Vorgabe eines Schwellenwertes, beispielsweise in der Vorgabe des Werts „0,5". Übersteigt der Wert der Linearkombination y(t) den Schwellenwert, so kann der Ätzprozess entweder sofort oder nach Ablauf einer gewissen, fest vorgegebenen Nachätzzeit beendet werden.An evaluation of in 5b shown linear combination y (t) provides the desired end point of the plasma etching. One way of evaluating the linear combination y (t) is to specify a threshold value, for example, in the specification of the value "0.5." If the value of the linear combination y (t) exceeds the threshold value, then the etching process can be performed either immediately or after Expiration of a certain, permanently specified Nachätzzeit be terminated.

Die Vorgabe eines Schwellenwertes ist sehr einfach zu implementieren und liefert für viele Prozesse zufriedenstellende Ergebnisse.The Setting a threshold is very easy to implement and delivers for many processes produce satisfactory results.

Das Verfahren zur Bestimmung der Kenngröße hängt in der Regel von den Absolutgrößen der Messwerte ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hängt das Erreichen des Schwellenwertes beispielsweise von der Gesamtintensität der gemessenen Strahlung ab. Die Gesamtintensität der gemessenen Strahlung ist aber a priori nicht bekannt, so dass durch eine Vorgabe eines Schwellenwerts der richtige Endpunkt nicht exakt festlegbar ist.The Method for determining the characteristic value usually depends on the absolute values of the Measured values. In the present embodiment, this depends Achieving the threshold, for example, the total intensity of the measured Radiation off. The total intensity the measured radiation is not known a priori, so that by specifying a threshold, the correct endpoint is not is exactly defined.

Aus diesem Grund wird bevorzugt eine qualitative Signalanalyse durchgeführt. Zur genauen Festlegung des Endpunktes wird daher im Folgenden der Wendepunkt der Linearkombination y(t), das heißt das Maximum der ersten Ableitung der Linearkombination y(t) nach der Zeit, verwendet. Der Wendepunkt ist im Wesentlichen unabhängig von der Gesamtintensität des gemessenen Signals. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Linearkombination y(t) zunächst gefiltert, bevor die erste zeitliche Ableitung gebildet wird. Durch die Filterung wird der Rauschanteil unterdrückt und das eigentliche Signal tritt stärker hervor.Out For this reason, a qualitative signal analysis is preferably performed. to The exact definition of the endpoint will therefore be the turning point in the following the linear combination y (t), that is, the maximum of the first derivative the linear combination y (t) after the time used. The turning point is essentially independent from the total intensity the measured signal. According to the preferred embodiment the invention, the linear combination y (t) is filtered first, before the first time derivative is formed. Through the filtering the noise is suppressed and the actual signal is stronger.

Damit sich bei der Filterung das Maximum der ersten Ableitung der Linearkombination y(t) nicht verschiebt, wird die Filterung mit einem so genannten Null-Phasenfilter durchgeführt. Zur Filterung der Linearkombination y(t) kann eine Reihe von Verfahren beziehungsweise Filtern eingesetzt werden.In order to in the filtering, the maximum of the first derivative of the linear combination y (t) does not move, the filtering is done with a so-called Zero-phase filter performed. For filtering the linear combination y (t), a number of methods or filters are used.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die zeitdiskrete Variante (Tastzeit Ta) eines Butterworth-Filters erster Ordnung (Filterzeit TF) verwendet.In the present embodiment, the discrete-time variant (sampling time T a ) of a first-order Butterworth filter (filter time T F ) is used.

Das Butterworth-Filter besitzt folgende Übertragungsfunktion G:

Figure 00270001
The Butterworth filter has the following transfer function G:
Figure 00270001

Für die konkrete Anwendung wurde eine Filterzeitkonstante TF von 10 Sekunden bei einer Tastzeit Ta von zwei Sekunden gewählt.For the concrete application, a filter time constant T F of 10 seconds was selected at a sampling time T a of two seconds.

Die konkrete Filterung wird durchgeführt, indem das Filter G zunächst auf das zu filternde Signal, das heißt die Linearkombination y(t) angewendet wird. Das auf diese Weise erzeugte Zwischensignal y* wird zur Kompensation der bei der ersten Filterung erzeugten Phasenverschiebung über ein Null- und Polstellenspiegelung aus dem Filter geschaffenes Filter geleitet. Aufgrund der Instabilität dieses Filters ist es erforderlich, die Implementierung in umgekehrter Zeitrichtung durchzuführen. Dies ist aber gleichbedeutend mit der erneuten Anwendung des originalen Filters G auf das in Zeitrichtung umgekehrte Signal y*. Das Ergebnis dieser Filterung wird dann wiederum in seiner Zeitrichtung umgekehrt, um schließlich das gewünschte gefilterte Signal yF zu erhalten. Durch diese anschaulich zweifache Anwendung des Butterworth-Filters erster Ordnung erhält man einen Null-Phasenfilter, das den Wendepunkt der Funktion y(t) nicht verschiebt. Da man in der Regel mit einer fest vorgegebenen Nachätzzeit, der sogenannten Over-etch-Zeit, arbeitet, kann diese Methode trotz ihres zeitlich akausalen Charakters, der in der Größenordnung der Filterzeitkonstante liegt, angewendet werden.The concrete filtering is carried out by first applying the filter G to the signal to be filtered, that is to say the linear combination y (t). The intermediate signal y * generated in this way is passed to compensate for the phase shift generated in the first filtering via a zero and Polstellenspiegelung filter created by the filter. Due to the instability of this filter, it is necessary to perform the implementation in the reverse time direction. However, this is equivalent to the renewed application of the original filter G to the time reversed signal y *. The result of this filtering is in turn reversed in its time direction to finally obtain the desired filtered signal y F. This two-fold application of the first-order Butterworth filter yields a zero-phase filter that does not shift the inflection point of the function y (t). Since one works usually with a fixed Nachätzzeit, the so-called over-etch time, this method can be applied despite their temporally akausalen character, which is in the order of the filter time constant.

Aus den zeitlichen Ableitungen der gefilterten Signale wird das Maximum ermittelt, was den Wendepunkten der Linearkombination y(t) entspricht.Out the temporal derivatives of the filtered signals become the maximum determines what corresponds to the turning points of the linear combination y (t).

Nach Ablauf einer fest vorgegebenen Over-etch-Zeit, das heißt Nachätzzeit, wird der Plasmaätzprozess mit den vorgestellten Verfahren endpunktgesteuert gestoppt. Insbesondere Kontaktlöcher mit einem sehr geringen Öffnungsverhältnis können auf diese Weise reproduzierbar und mit hoher Qualität erzeugt werden.To Expiration of a fixed over-etch time, that is, after-etching time, becomes the plasma etching process stopped with the presented methods end point controlled. Especially vias with a very low aperture ratio can on be produced reproducibly and with high quality.

Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde nur eine Probeätzung dazu verwendet, die richtigen Gewichte, das heißt die Koeffizienten für die Linearkombination der Messgrößen festzulegen. Zur Erhöhung der Robustheit des Verfahrens ist es alternativ jedoch vorgesehen, die Ergebnisse mehrerer Probeläufe beziehungsweise Produktionsläufe in die Festlegung der Gewichte für die Linearkombination einfließen zu lassen. So können beispielsweise die gemessenen Spektrenmatrizen mehrere Ätzungen, beispielsweise am Anfang, in der Mitte und am Ende eines sogenannten Wet-clean Zyklus, in die Festlegung der Gewichte einbezogen werden.According to the above described embodiment The invention has used only one trial etch to the right one Weights, that is the coefficients for determine the linear combination of the measured quantities. To increase the robustness of the method, however, it is alternatively provided the results of several test runs or production runs in the determination of weights for incorporate the linear combination allow. So can For example, the measured Spektrenmatrizen multiple etches, for example at the beginning, in the middle and at the end of a so-called wet-clean Cycle, be included in the determination of weights.

Zur Berücksichtigung mehrerer Probeläufe beziehungsweise Produktionsläufe ist es bevorzugt, die Messgrößenmatrizen der einzelnen Prozesse zu einer einzigen, großen Block-Matrix zusammenzuführen. Für das Beispiel einer Kontaktlochätzung bedeutet dies, dass eine große Spektrenmatrix aus n zeitlich aneinandergereihten Spektrenmatrizen gebildet wird. Dies bedeutet, dass für eine feste Wellenlänge (das heißt einer Zeile der Matrix) die zeitlichen Intensitätsverläufe der verschiedenen Ätzprozesse nacheinander in eine Zeile der Matrix eingetragen werden. Sollen beispielsweise drei Probeätzungen entsprechend dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel berücksichtigt werden, so entsteht eine Matrix Λ 0(λ, t) mit 1024 Zeilen (Wellenlängen) und 300 (3·100) Spalten (3 Ätzungen mit je 100 Zeitschritten).In order to take into account a number of trial runs or production runs, it is preferable to combine the measured variable matrices of the individual processes into a single, large block matrix. For the example of contact hole etching, this means that a large spectral matrix is formed from n time-aligned spectral matrices. This means that, for a fixed wavelength (that is to say one row of the matrix), the temporal intensity profiles of the different etching processes are entered one after the other into a row of the matrix. If, for example, three sample etchings are to be taken into account in accordance with the embodiment described above, a matrix Λ 0 (λ, t) with 1024 lines (wavelengths) and 300 (3 × 100) columns is formed (3 etchings with 100 time steps each).

Zur Bestimmung der Gewichte der Linearkombination y(t) kann nun wiederum eine Singulärwertzerlegung auf der Basis der Matrix Λ 0(λ, t), welche mehrere Blockmatrizen Λ n(λ, t) umfasst, durchgeführt werden gemäß folgender Vorschrift:

Figure 00290001
To determine the weights of the linear combination y (t), it is then again possible to carry out a singular value decomposition on the basis of the matrix Λ 0 (λ, t) which comprises a plurality of block matrices Λ n (λ, t) according to the following rule:
Figure 00290001

In der Matrix U sind wiederum die linear unabhängigen spektralen Basismuster u i(λ) enthalten. Die Vektoren v i(t) verkörpern jetzt allerdings die den spektralen Basismustern zugeordneten zeitlichen Signalkomponenten über mehrere Ätzungen hinweg. Entsprechend werden die Daten aus den Vor- und Nachendpunktbereichen aller in der Analyse verwendeten Ätzungen für die Modellbildung herangezogen. Das dann durch den regularisierten Modellbildungsprozess erzeugte Endpunktmuster u EP besitzt nun zusätzlich die Eigenschaft, die Unterschiede zwischen den einzelnen Ätzungen (Driften, Fensterabsorptionen, ...) in den resultierenden Endpunktsignalen zu kompensieren und führt damit zu langzeitstabileren Endpunktsignalen.The matrix U again contains the linearly independent spectral base patterns u i (λ). However, the vectors v i (t) now embody the temporal signal components associated with the spectral base patterns over several etchings. Accordingly, the data from the pre- and post-end ranges of all etches used in the analysis are used for modeling. The endpoint pattern u EP then generated by the regularized modeling process now additionally has the property of compensating for the differences between the individual etches (drifts, window absorptions,...) In the resulting endpoint signals and thus leads to end-point-stable end-point signals.

100100
Anordnung zum Überwachen eines Herstellungsprozesses bei Zeilearrangement to monitor a manufacturing process at line
101101
Prozesskammerprocess chamber
102102
Einlassinlet
103103
RF-QuelleRF source
104104
Auslassoutlet
105105
Silizium-WaferSilicon wafer
106106
Halterungbracket
107107
MehrkanalspektrometerMultichannel spectrometer
108108
DatenverarbeitungsanlageData processing system
109109
Plasmaplasma
110110
Lichtwellenleiteroptical fiber
401401
CN-LinieCN-line
402402
ZeitTime
403403
Intensität CN-LinieIntensity CN line
404404
Endpunkt-BereichEndpoint range
405405
Erster Zeitbereichfirst time range
406406
Zweiter Zeitbereichsecond time range
501501
Endpunktsignal Zeitbereichendpoint signal time range
502502
Endpunktsignal Spektralbereichendpoint signal spectral

Claims (19)

Verfahren zum rechnergestützten Überwachen eines Herstellungsprozesses, – bei dem eine Vielzahl von Messgrößen während des Herstellungsprozesses erfasst wird, – bei dem ein erster Zeitbereich ausgewählt wird, der vor Eintreten eines vorgegebenen Ereignisses liegt, – bei dem ein zweiter Zeitbereich ausgewählt wird, der nach Eintreten des vorgegebenen Ereignisses liegt, – bei dem unter Verwendung der Vielzahl von Messgrößen zumindest eine Linearkombination gebildet wird, wobei die Gewichte der Linearkombination derart gewählt sind, dass die Kurvenform der Linearkombination in dem ersten Zeitbereich eine vorgegebene erste Kurvenform und in dem zweiten Zeitbereich eine vorgegebene zweite Kurvenform aufweist, – bei dem aus der Linearkombination zumindest eine den Herstellungsprozess charakterisierende Kenngröße ermittelt wird, und – bei dem unter Verwendung der Kenngröße der Herstellungsprozess überwacht wird.Method for computer-aided monitoring of a production process, - in which a variety of metrics during the Production process is recorded, - in which a first time range selected which occurs before the occurrence of a given event, - in which a second time range selected which occurs after the occurrence of the given event, - in which using the plurality of measured variables at least one linear combination is formed, wherein the weights of the linear combination are chosen such that the waveform of the linear combination in the first time range a predetermined first waveform and in the second time range has a predetermined second waveform, - in which from the linear combination at least one the manufacturing process characterizing characteristic determined will, and - at monitored using the characteristic of the manufacturing process becomes. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nur Messgrößen verwendet werden, welche zu Zeitpunkten erfasst worden sind, welche in dem ersten Zeitbereich und/oder in dem zweiten Zeitbereich liegen.Method according to Claim 1, in which only measured variables are used which have been detected at times which are in the first time range and / or in the second time range. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die vorgegebene erste Kurvenform von einem vorgegebenen konstanten ersten Funktionswert gebildet wird.The method of claim 1 or 2, wherein the predetermined first waveform of a predetermined constant first function value is formed. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der erste Funktionswert der Wert Null ist.The method of claim 3, wherein the first function value the value is zero. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die vorgegebene zweite Kurvenform von einem vorgegebenen konstanten zweiten Funktionswert gebildet wird.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the predetermined second waveform of a predetermined constant second function value is formed. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der zweite Funktionswert der Wert Eins ist.The method of claim 5, wherein the second function value the value is one. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem als Messgrößen die Intensitäten von unterschiedlichen Wellenlängen in einem Emissionsspektrum verwendet werden.Method according to one of claims 1 to 6, in which as measured variables the intensities of different wavelengths be used in an emission spectrum. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Intensitäten von unterschiedlichen Wellenlängen in einem Spektralbereich zwischen 200 nm und 950 nm verwendet werden.Method according to claim 7, wherein the intensities of different wavelengths be used in a spectral range between 200 nm and 950 nm. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Emissionsspektrum eines Plasmaprozesses verwendet wird.Method according to claim 7 or 8, wherein the emission spectrum a plasma process is used. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Emissionsspektrum eines Plasmaätzprozesses verwendet wird.The method of claim 9, wherein the emission spectrum a plasma etching process is used. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem als Kenngröße der Endpunkt des Plasmaprozesses bestimmt wird.Method according to Claim 9 or 10, in which the endpoint is the characteristic of the plasma process is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, – bei dem zur Ermittlung der gewicht zu der Linearkombination die Messgrößen zu den vorgegebenen Zeitpunkten in einer Matrix angeordnet werden, und – bei dem auf Basis der Matrix eine Hauptkomponentenanalyse durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 11, - in which to determine the weight of the linear combination, the measured quantities to the predetermined times are arranged in a matrix, and - in which Based on the matrix, a principal component analysis is performed. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zum Durchführen der Hauptkomponentenanalyse eine Singulärwertzerlegung eingesetzt wird.The method of claim 12, wherein for performing the Principal Component Analysis a singular value decomposition is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem zur Ermittlung der Gewichte der Linearkombination ein parameterlineares Schatzproblem unter Verwendung der ersten Kurvenform der Linearkombination in dem ersten Zeitbereich und unter Verwendung der zweiten Kurvenform der Linearkombination in dem zweiten Zeitbereich minimiert oder maximiert wird.Method according to one of claims 1 to 13, wherein for the determination The weights of the linear combination a parameter-linear Schatzproblem using the first waveform of the linear combination in FIG the first time range and using the second waveform the linear combination in the second time range minimized or is maximized. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem durch Minimierung oder Maximierung des parameterlinearen Schätzproblems die wesentlichen Hauptkomponenten der Matrix der Messgrößen zur Approximation der Kurvenform der Linearkombination in dem ersten Zeitbereich und in dem zweiten Zeitbereich bestimmt werden.The method of claim 14, wherein minimizing or maximizing the parameter-linear estimation problem the essential ones Main components of the matrix of measured quantities for approximation of the waveform the linear combination in the first time range and in the second Time range are determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem zur Ermittlung der Gewichte der Linearkombination die Messgrößen mehrerer Probe-/oder Produktionsläufe verwendet werden.Method according to one of claims 1 to 15, wherein for the determination the weights of the linear combination used the measured variables of several test or production runs become. Verfahren nach Anspruch 16, – bei dem zur Ermittlung der Gewichte der Linearkombination die Messgrößen mehrer Probe- und/oder Produktionsläufe in einer Matrix angeordnet werden, und – bei dem auf Basis der Matrix eine Hauptkomponentenanalyse durchgeführt wird.Method according to claim 16, - in which to determine the weights of the linear combination the measured quantities several Trial and / or production runs be arranged in a matrix, and - based on the matrix a principal component analysis is performed. Anordnung zum Überwachen eines Herstellungsprozesses, – mit mindestens einem Sensor zum Erfassen von Messgrößen während eines Herstellungsprozesses, – mit mindestens einem Prozessor, der derart eingerichtet ist, dass folgende Verfahrensschritte durchführbar sind: – ein erster Zeitbereich wird ausgewählt, der vor Eintreten eines vorgegebenen Ereignisses liegt, – ein zweiter Zeitbereich wird ausgewählt, der nach Eintreten des vorgegebenen Ereignisses liegt, – unter Verwendung der Vielzahl von Messgrößen wird zumindest eine Linearkombination gebildet, wobei die Gewichte der Linearkombination derart gewählt sind, dass die Kurvenform der Linearkombination in dem ersten Zeitbereich eine vorgegebene erste Kurvenform und in dem zweiten Zeitbereich eine vorgegebene zweite Kurvenform aufweist, – aus der Linearkombination wird zumindest eine den Herstellungsprozess charakterisierende Kenngröße ermittelt, und – mit einer Überwachungseinrichtung zum Überwachen des Herstellungsprozesses unter Verwendung der ermittelten Kenngröße.Arrangement for monitoring a manufacturing process, - with at least one sensor for acquiring measured variables during a Manufacturing process, - With at least one processor arranged such that the following Procedural steps are feasible: - a first Time range is selected which is before the occurrence of a given event, - a second Time range is selected which is after the occurrence of the given event, - under Use of the plurality of measured variables is at least one linear combination formed, wherein the weights of the linear combination are chosen such that the waveform of the linear combination in the first time range a predetermined first waveform and in the second time range has a predetermined second waveform, - from the Linear combination becomes at least one characterizing the manufacturing process Characteristic determined, and - With a monitoring device to monitor the manufacturing process using the determined characteristic. Anordnung nach Anspruch 18, mit einer Steuereinrichtung, mit der der Herstellungsprozess unter Verwendung der Kenngröße gesteuert wird.Arrangement according to claim 18, with a control device, with which the manufacturing process is controlled using the characteristic becomes.
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