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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 als 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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In
der
US 6,070,004 A wird
ein Verfahren beschrieben, bei dem ausgehend von einer gewählten Referenzkoordinate
auf einem Wafer eine Matrixanordnung von den jeweils mit genau einer
Schaltung übereinstimmenden
Belichtungsfeldern gebildet wird. Für die in eine Randausschlußzone hineinragenden Belichtungsfelder
wird eine Ausbeute-Wahrscheinlichkeitsfunktion bestimmt. Diese Funktion
wird mit der Anzahl vollständig
innerhalb der Randausschlußzone
plazierbarer Felder multipliziert. Bei geringer Breite der Randausschlußzone ergibt
sich aufgrund der geringen Ausbeutewahrscheinlichkeit auch eine ge ringe
Ausbeute an erfolgreich prozessierten Belichtungsfeldern.
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In
der
US 4,874,954 A ist
ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Position eines Fokussensors vorgegeben
und im Falle eines Randbelichtungsfeldes mit den Abmessungen des
Wafers verglichen wird. Die Position wird infolge des Vergleichs
in einen innerhalb der Abmessungen liegenden Bereich des Belichtungsfeldes
verschoben, um weiterhin eine Fokusbestimmung für eine Belichtung zu ermöglichen.
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In
der
EP 0 867 771 A2 ist
ein Verfahren beschrieben, bei dem die Scanrichtung eines Scanners als
Belichtungsapparat in Abhängigkeit
von der Fokusposition im Verhältnis
zur Substratlage (Randlage) für
ein Belichtungsfeld eingestellt wird.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgeschlagenen
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 von Positionen von Fokussensoren innerhalb des ersten
Belichtungsfeldes eines im Falle einer tatsächlichen Belichtung eingesetzten Belichtungsgerätes,
- g) Vorgeben eines Referenzwertes für eine zu erreichende Anzahl
von Positionen von Fokussensoren innerhalb des Belichtungsfeldes,
- h) aus der Lageposition des ersten Belichtungsfeldes Bestimmen
derjenigen Anzahl von Positionen der Fokussensoren, welche innerhalb
der vorgegebenen Außenabmessungen
des idealisierten Halbleiterwafers liegen,
- i) Vergleich der bestimmten Anzahl von Positionen von Fokussensoren
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 Belichtungsfeldes am Rande des Halbleiterwafers
führt zu
einem Verwerfen oder einer Aufnahme in eine matrixförmige Anordnung
von Belichtungsfeldern zur Belichtung von Halbleiterwafern (Wafershot-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 Ausschlußberei che 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
An zahl 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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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.