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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Bilden einer matrixförmigen
Anordnung von Belichtungsfeldern auf einem idealisierten Halbleiterwafer für die Durchführung einer
Belichtung eines tatsächlichen
Halbleiterwafers in einem Belichtungsgerät.
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Zur Herstellung integrierter Schaltungen werden
Halbleiterwafer ebenenweise mit den auf einer Maske angeordneten
Strukturen in einem lithographischen Projektionsschritt belichtet.
Da lithographische Projektionen einerseits im allgemeinen verkleinernd
ausgeführt
werden, beispielsweise mit Verkleinerungsfaktoren von 4 bis 5, und
sich andererseits der Waferdurchmesser mit fortschreitender Entwicklung
weiter vergrößert (derzeit
300 mm), kann eine Vielzahl abgebildeter Strukturen auf dem Halbleiterwafer
Platz finden. Das Abbild der Strukturen von einer Maske auf einem
Wafer, welches in einem Belichtungsschritt durchgeführt wird,
bezeichnet man Belichtungsfeld. In einem durch eine Belichtung generierten
Belichtungsfeld befinden sich wiederum meist mehrere voneinander
unabhängige
Schaltungen bzw. Bauteile. Speicherbausteine können beispielsweise auf einer
Maske und damit in dem später belichteten
Belichtungsfeld in 2 Spalten zu 6 Reihen angeordnet sein.
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Üblicherweise
werden die Belichtungsfelder auf dem Halbleiterwafer schrittweise
in einem Belichtungsgerät,
den Steppern oder Scannern, schrittweise nebeneinander belichtet.
Aufgrund der Platzersparnis wird für einen später durchzuführenden
Sägeprozeß dabei
die Anordnung der Belichtungsfelder in einer Matrixform gewählt.
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Ein typisches Vorgehen zur Verteilung
der Anordnung von Belichtungsfeldern auf einem Halbleiterwafer zur
Bildung der Matrixform besteht darin, eine vorherige Simulation
durchzuführen.
Dabei besteht das Erfordernis, auf der fest vorgegebenen Fläche des
Halbleiterwafers, welche durch seine Außenabmessungen gegeben ist,
möglichst
viele Schaltungen bei möglichst
wenig Belichtungsfeldern (englisch: wafer shots) zu integrieren.
Der Grund liegt darin, daß jede
zusätzliche
Belichtung wertvolle Nutzungszeit der meist sehr teuren Belichtungsgeräte in Anspruch
nimmt.
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Eine solche Simulation wird durchgeführt, indem
Referenz- bzw. Nullpunktskoordinaten
vorgegeben werden, von denen ausgehend die matrixförmige Anordnung
der Belichtungsfelder gebildet wird.
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Hierzu werden die Schrittweite sowie
die Größen der
Belichtungsfelder jeweils in x- und y-Richtung vorgegeben. Beide
Größen sind
im allgemeinen für
die matrixförmige
Anordnung der Belichtungsfelder konstant. Weitere notwenige Eingabegrößen betreffen
die genannten Geometrien der Schaltungsanordnungen innerhalb eines
zu belichtenden Belichtungsfeldes mit den Positionen und Größen der
jeweiligen Schaltungen.
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Die im Regelfall kreisrunde Form
der Halbleiterwafer führt
dazu, daß gerade
im Randbereich des Wafers einzelne Belichtungsfelder teilweise auf
der Fläche
des Halbleiterwafers liegen, teilweise aber auch darüber hinausragen.
Die von der Maske bei der Projektion auf den Halbleiterwafer in
das Belichtungsfeld übertragenen
Schaltungen beziehungsweise Schaltungsebenen werden daher zum Teil
am Rand abgeschnitten oder unterliegen den am Rand des Halbleiterwafers
häufig
auftretenden Prozeßproblemen.
In Erwartung einer niedrigen Ausbeute oder einer minderen Qualität werden
diese Belichtungsfelder, welche in der Simulation zunächst auf
einem idealisierten, virtuellen Halbleiterwafer angeordnet werden,
in der letztendlich ausgewählten,
tatsächlich
zu belichtenden matrixför migen
Anordnung, der sogenannten Wafer-Shot-Map, nicht aufgenommen. Das Ergebnis
der Simulation ist demnach eine Anweisungskarte für das Belichtungsgerät mit einer
Matrix von zu belichtenden Belichtungsfeldern.
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Bei der Belichtung werden die Matrixkoordinaten
je nach Belichtungsgerät
in die Koordinaten des Substrathalters (englisch: stage), welcher
den Halbleiterwafer verfährt,
um jeweils eine neue Belichtung auszuführen, umgerechnet.
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Um nun das Ziel einer möglichst
hohen Produktivität
mit einer möglichst
hohen Anzahl von Schaltungen je Waferfläche zu erreichen, können die Referenzkoordinaten,
von denen ausgehend die Matrix gebildet wird, variiert werden. In
der Simulation werden dazu im allgemeinen zu jedem Durchlauf mit Vorgabe
jeweils einer Referenzkoordinate die Schaltungen der in der jeweiligen
Matrix gebildeten und nicht verworfenen Belichtungsfelder ausgezählt. Danach
können
für jede
Referenzkoordinate die erhaltenen Anzahlen der produktiven Schaltungen
verglichen werden. Beim Vorgang des Abzählens werden nur jene Schaltungen
berechnet, welche aufgrund ihrer absoluten Position – nun umgerechnet
auf die Referenz- oder Nullpunktskoordinate des Wafers – selbst
auch wieder innerhalb der Fläche
des Halbleiterwafers angeordnet werden. Schließlich wird diejenige Referenzkoordinate
ausgewählt,
welche beispielsweise die höchste
Anzahl von plazierbaren Schaltungen liefert.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, das vorgeschlagene Verfahren weiter zu verbessern, um
eine noch höhere
Produktivität
und Kosteneffizienz für
die Herstellung von integrierten Schaltungen zu erreichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch
ein Verfahren zur Bilden einer matrixförmigen Anordnung von Belichtungsfeldern
auf einem idealisierten Halbleiterwafer für die Belichtung eines Halbleiterwafers,
umfassend die Schritte:
- a) Vorgeben des idealisierten
Halbleiterwafers, welcher Außenabmessungen
aufweist,
- b) Vorgeben der Größe der Belichtungsfelder
und der Schrittweite, mit welcher die Belichtungsfelder auf dem
idealisierten Halbleiterwafer anzuordnen sind,
- c) Festlegen einer ersten Referenzkoordinate auf der vorgegebenen
Fläche
des idealisierten Halbleiterwafers,
- d) Bilden einer ersten matrixförmigen Anordnung der Belichtungsfelder
mit jeweils einer Lageposition ausgehend von der ersten Referenzkoordinate
unter Berücksichtigung
der Größe und der Schrittweite
der Belichtungsfelder,
- e) Auswählen
eines ersten Belichtungsfeldes aus der matrixförmigen Anordnung, welches nur
teilweise innerhalb der Außenabmessungen
des idealisierten Halbleiterwafers angeordnet ist,
- f) Vorgeben wenigstens eines Parameters, welcher die Qualität eines
an den Strukturen des ersten Belichtungsfeldes durchzuführenden
Herstellungprozesses in dem Falle repräsentiert, daß das erste
Belichtungsfeld an der ihm zugeordneten Lageposition auf einem Halbleiterwafer
tatsächlich
gebildet wird,
- g) Vorgeben eines Referenzwertes für den wenigstens einen Parameter,
- h) Bestimmen des Wertes des wenigstens einen Parameters aus
der Lageposition des Belichtungsfeldes relativ zu den Außenabmessungen,
- i) Vergleich des Parameters mit dem vorgegebenen Referenzwert,
- k) Verwerfen oder Aufnehmen des Belichtungsfeldes aus/in der
matrixförmigen
Anordnung in Abhängigkeit
von dem Ergebnis des Vergleichs.
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Der vorliegenden Erfindung zufolge
werden mit Hilfe von Parametern, welche ein Maß für die Qualität des gegenwärtigen oder
eines nachfolgenden Prozesses repräsentieren, Randbedingungen aufgestellt.
Deren Einhaltung beziehungsweise Nichteinhaltung durch die lokalen
Gegebenheiten eines Belichtungs feldes am Rande des Halbleiterwafers
führt zu
einem Verwerfen oder einer Aufnahme in eine matrixförmige Anordnung
von Belichtungsfeldern zur Belichtung von Halbleiterwafern (Wafer-shot-map).
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Zusätzlich zu der herkömmlichen
Strategie, ein Belichtungsfeld nur dann aufzunehmen, wenn ein gewisser
Anteil von Schaltungen eines Belichtungsfeldes innerhalb der Abmessungen
des Halbleiterwafers liegt, werden durch die vorliegende Erfindung mittels
der aufgestellten Randbedingungen nachteilhafte Einflüsse von
Folgeprozessen, wie etwa Ausschlußbereiche aufgrund von physikalischen
Einwirkungen auf bestimmte Positionen des Randbereiches eines Wafers
berücksichtigt.
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Bei der Entscheidung, ob ein zu belichtendes Belichtungsfeld
in die matrixförmige
Anordnung aufzunehmen oder zu verwerfen ist, kann über die über einen
Parameter mit Grenzwert formulierten Randbedingungen allerdings
auch berücksichtigt
werden, ob das Verwerfen eines Belichtungsfeldes wiederum einen
nachteilhaften Einfluß auf
ein weiteres Belichtungsfeld hat, welches dem verworfenen Belichtungsfeld
benachbart ist.
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Der Parameter, dessen Wert in dem
erfindungsgemäßen Verfahren
zu bestimmen ist, und der ihm zugeordnete Grenzwert geben die Bedingung vor,
deren Einhaltung zur Aufnahme eines am Halbleiterwaferrand liegenden
Belichtungsfeldes in die matrixförmige
Anordnung führt
beziehungsweise deren Nichteinhaltung zum Verwurf des Belichtungsfeldes
führt.
Im Gegensatz zu bisherigen Simulationsverfahren, in denen lediglich
die Printbarkeit einer Schaltung an einer Position auf einem Wafer überprüft wird,
hat die erfindungsgemäß abzuprüfende Bedingung
die Eigenschaft, geräte-
oder prozeßspezifische
Einflüsse
auf die Qualität
des nachfolgend durchzuführenden
Prozesses zu repräsentieren.
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Der gegenwärtig durchzuführende Prozeß bezeichnet
den Lithographieprozeß während nachfolgende
Prozesse beispielsweise ein Polier-, ein Ätz-, oder ein Testerschritt
etc. sein können.
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Die Qualität wird insbesondere durch den
Lithographieprozeß beeinflußt. Wie
unten in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert ist,
führt beispielsweise
die Positionierung der für
das sogenannte Leveling der Stage, d.h. das Einstellen der Neigung
des Substrathalters, erforderlichen Fokussensoren (Fokuskanäle) jenseits
des Randes des Halbleiterwafers zu einem fehlenden Justagewert.
Dadurch wird die Qualität
der Neigungseinstellung erheblich gemindert. Demzufolge ist die
Anzahl der innerhalb der Abmessungen des Halbleiterwafers gelegenen
Fokuskanäle
in einem Belichtungsfeld ein repräsentativer Wert für die Qualität des durchzuführenden
Prozesses und kann somit als erfindungsgemäßer Parameter eingesetz werden.
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Ein entsprechender Referenz- oder
Grenzwert, mit dem der Parameterwert in einer Bedingung für das Annehmen
oder Verwerfen verglichen werden kann, wird aus der Erfahrung gewonnen.
In dem Beispiel der Fokuskanäle
könnte
es sich beispielsweise um die Gesamtzahl der vorhandenen Fokuskanäle eines
Belichtungsgerätes
handeln, wenn bereits die Positionierung nur eines Fokuskanals außerhalb
des Waferrandes zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Qualität führt.
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Der für das jeweilige Belichtungsfeld
gültige Parameterwert
kann aus der Lageposition des Belichtungsfeldes relativ zu den vorgegebenen
Außenabmessungen
des Halbleiterwafers berechnet werden. Am Beispiel der Fokuskanäle ergibt
sich der Parameterwert durch die über den Waferrand hinausragenden
Positionen der Fokuskanäle
innerhalb des Belichtungsfeldes.
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Ein anderes Beispiel betrifft die
Qualität
eines dem Lithographieschritt folgenden Prozesses. Beim Prozeß des Testens
der Schaltungen werden Nadelkarten gemeinsam für mehrere Belichtungsfelder
oder oftmals für
Grenzen von Belichtungsfeldern übergreifende
Zusammenstellungen von Schaltungen, bei spielsweise 4 benachbarte
Schaltungen, eingesetzt. Würde
hier ein Belichtungsfeld verworfen, so hätte dies die Folge, daß beim Prozeß des Testens die
Spitzen der Nadelkarten auf einer ganzflächig in dem verworfenen Belichtungsfeld
aufgebrachten Metallschicht treffen und somit zu einem Kurzschluß bei den
Funktionstests führen.
Dies kann wiederum zu einer Schädigung
des Testequipments führen.
Die Qualität
des Meßprozesses
wird zudem nachteilhaft beeinflußt, weil eigentlich funktionsfähige Schaltungen
aufgrund der veränderten
Stromführung
in den Testschaltkreisen überhaupt
nicht gemessen werden können,
bzw. bei einer Messung keine aussagekräftigen Resultate liefern.
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Eine entsprechende Bedingung kann
in dem Beispiel dahingehend lauten, daß wenn benachbarte Belichtungsfelder,
welche derselben Nadelkarte zugeordnet sind, wenigstens teilsweise
innerhalb der Abmessungen des Halbleiterwafers liegen und somit nicht
verworfen werden, auch das betrachtete Belichtungsfeld am Halbleiterwaferrand
nicht verworfen wird. Der Parameter hätte in diesem Beispiel einen logischen
Wert.
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Die Erfindung soll nun anhand von
Ausführungsbeispielen
mit Hilfe einer Zeichnung näher
erläutert
werden. Darin zeigen:
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1 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
matrixförmige
Anordnung von Belichtungsfeldern zur Illustration eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
mit der Anzahl von Fokuskanälen
als Parameter, welcher mit einem Referenzwert zu vergleichen ist.
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Ein Ausführungsbeispiel zur Simulation
einer matrixförmigen
Anordnung von Belichtungsfeldern 5 auf einem idealisierten
Halbleiterwafer, d. h. der Simulation einer Wafer-Shot-Map, ist
in einem Ablaufdiagramm in 1 gezeigt.
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In einem ersten Schritt werden die
Außenabmessungen
des Halbleiterwafers vorgegeben. Es handelt sich hierbei zunächst um
die geometrischen Außenabmessungen 20 des
Randes des idealisierten Halbleiterwafers 1. Dieser weist
unter Vernachlässigung
des sogenannten Notches, einer flachen Einkerbung des Randes, um
eine kreisrunde Form mit einem Durchmesser von beispielsweise 300
mm auf (vergleiche 2).
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Die vorgegebenen Außenabmessungen 20 werden
in einem weiteren Schritt variiert, um Ausschlußbereiche zu definieren. Als
Ausschlußbereich kommt
dabei die Position des Barcodes in Frage sowie auch beispielsweise
die Positionen von Halterungen eines nachfolgenden Prozesses, welche
in diesem Schritt vorgegeben werden. In einem Ätzprozess sind dies beispielsweise
die Positionen der sog. clamp rings, welche auf den Rand des Halbleiterwafers
greifen und somit vorhersehbar die belichteten Strukturen in diesem
Bereich zerstören
würden.
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Außerdem wird ein Parameter vorgegeben, welcher
die Breite der sogenannten Focus Invalid Area vorgibt, eines schmalen,
ringförmigen
Randbereiches des Halbleiterwafers, welcher üblicherweise nach dem lithographischen
Schritt einer Randentlackung unterzogen wird und somit aufgrund
der Höhenunterschiede
in den Schichtprofilen zu verfälschten
Meßergebnissen
bei der Justage der Substrathalterung über die Fokussensoren führt. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird ein schmaler Ring von 2 mm von der Fläche des Halbleiterwafers abgenommen.
Die modifizierten Außenabmessungen 21 liegen
somit innerhalb der ursprünglichen
Außenabmessungen 20.
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In einem weiteren Schritt werden
die Größe und die
Schrittweite der Belichtungsfelder sowie die Positionen und Abmessungen,
d.h. die Verteilung der Schaltungen innerhalb eines Belichtungsfeldes
vorgegeben. Diese Angaben hängen
auch von der gewünschten
Breite des Sägerahmens,
der Reticle-Größe sowie
dem Verkleinerungsfaktor des Belichtungsgerätes ab. Au ßerdem wird gerätespezifisch die
Position und Anzahl der Fokuskanäle,
mit welchen ein einzelnes Belichtungsfeld für die Justage jeweils ausgemessen
wird, vorgegeben.
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Es wird zunächst eine erste Referenzkoordinate
vorgegeben, mit welcher eine erste Matrixanordnung (Wafer-Shot-Map)
gebildet wird, wobei die Belichtungsfeldgröße und die Schrittweite sowohl
in x- als auch in y-Richtung als Grundparameter eingehen. Die die
ursprünglichen
Außenabmessungen 20 sowie
die davon eingeschlossene innere Fläche nicht berührenden
Belichtungsfelder, welche also außerhalb des Halbleiterwafers
liegen, werden von vornherein verworfen. Vollständig innerhalb der modifizierten
Abmessungen 21 liegende Belichtungsfelder werden hingegen
angenommen.
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In einer Schleife werden nun nacheinander die
nur teilweise innerhalb der Abmessungen 21 des Halbleiterwafers
liegenden Belichtungsfelder 5 auf die erfindungsgemäß zu erfüllende Bedingung
hin überprüft. Ziel
ist es, die Qualität
zu erhöhen
und die Ausbeute von funktionsfähigen
Schaltungen zu steigern. Es besteht daher das Erfordernis eines
qualitativ hochwertigen Fokussierprozesses. Dazu ist es notwendig,
daß alle
vier in dem Belichtungsgerät
des Ausführungsbeispiels
für die
Einstellung des Neigungswinkels des Substrathalters zur Verfügung stehenden
Fokussensoren nicht nur innerhalb der ursprünglichen Abmessungen 20,
sondern auch innerhalb der modifizierten Abmessungen 21 des
Halbleiterwafers 1 in dem jeweiligen Belichtungsfeld positioniert
werden.
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Für
ein ausgewähltes
Belichtungsfeld, dessen Position sich aus der gebildeten Matrixanordnung
ergibt, kann mittels der relativen Positionen, welche für die Fokuskanäle innerhalb
eines Belichtungsfeldes vorgegeben wurden, die absolute Position
der Fokuskanäle 30, 31, 32 in
Waferkoordinaten berechnet werden. Da auch die Außenabmessungen 21 in
Waferkoordinaten bekannt sind, können
diese Positionen miteinander verglichen werden, um festzustellen,
welche Anzahl von Fokuskanälen
für ein gegebenes
Belichtungsfeld 5 innerhalb der Außenabmessungen 21 zu
liegen kommen.
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Ein Beispiel zweier Belichtungsfelder 5', 5'' ist in 2 rechts unten gezeigt. Von den vier
Fokuskanälen
je Belichtungsfeld kommen in dem Belichtungsfeld 5' zwei Fokuskanäle 30 innerhalb
der Außenabmessungen 21 zu
liegen sowie ein dritter Fokuskanal 31 in dem Focus Invalid
Area genannten Bereich außerhalb
der modifizierten Abmessungen 21 aber noch auf dem Halbleiterwafer 1 innerhalb
der geometrischen, ursprünglichen
Außenabmessungen 20.
Der vierte Fokuskanal 32 liegt außerhalb der Abmessungen 20.
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Der die Qualität des durchzuführenden
Prozesses beschreibende Parameter, d.h. die Anzahl der Fokuskanäle innerhalb
des strukturierbaren Bereiches des Halbleiterwafers 1 hat
für dieses
Belichtungsfeld 5' den
Wert 2. Der Referenzwert, mit dem diese Anzahl zu vergleichen ist,
ergibt sich aus dem Erfordernis eines hinreichend qualitativen Fokussierprozesses,
welcher hier mit dem Wert 4 vorgegeben wurde. Die gewünschte Qualität wird demnach
nicht erreicht und das Belichtungsfeld 5' wird verworfen.
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Das in 2 rechts
unten dem betrachteten ersten Belichtungsfeld 5' benachbarte
Belichtungsfeld 5'' weist vier
Fokuskanäle 30 innerhalb
der modifizierten Abmessungen 21 auf, so daß dieses
Belichtungsfeld 5'' angenommen
wird.
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Wie in 2 ebenfalls
dargestellt ist, können für jedes
Belichtungsfeld die Zahl der innerhalb der Außenabmessungen 21 liegenden
Schaltungen, deren Positionen analog berechnet werden können, ausgezählt werden.
In 2 sind die außerhalb
der Außenabmessungen 21 liegenden
Schaltungen 11 separat durch schwarze Kästchen gekennzeichnet. In dem
Ausführungsbeispiel
umfaßt
jedes Belichtungsfeld 5 vier mal vier (gleich 16) Schaltungen.
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Für
die erste Matrixanordnung von Belichtungsfeldern, welche durch die
erste Referenzkoordinate gekennzeichnet ist, kann nun in Summe die
Anzahl der Schaltungen und der Belichtungsfelder berechnet werden.
In einer zweiten Schleife kann die Referenzkoordinate um einen geringen
Betrag in x- und/oder in y-Richtung versetzt werden. Vorzugsweise
kann diese Schrittweite variabel eingestellt werden. Diese Einstellrichtung
ist in 2 durch Pfeile an
den eingezeichneten Spiegelachsen des kreisrunden Halbleiterwafers 1 illustriert.
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Für
die zweite Referenzkoordinate können nun
die oben genannten Schritte wiederholt werden, um eine zweite Anzahl
von Schaltungen und Belichtungsfeldern zu bestimmen. Eine Optimierung
wird in der Simulation erreicht, indem mit den Referenzkoordinaten
eine Rasterung eines kleinen Ausschnittes sowohl in x- als auch
in y-Richtung unternommen wird. Für die tatsächliche Belichtung eines Halbleiterwafers
kann abschließend
jene Matrixanordnung ausgewählt
werden, welche beispielsweise entweder die höchste Anzahl von Schaltungen
liefert oder welche die höchste
Anzahl von Schaltungen je Belichtungsfeldern liefert, welches durch
eine Mittelung berechnet werden kann.