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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von Halbleitervorrichtungen und insbesondere auf ein Verfahren zur
Belichtung, bei dem ein Schaltungsmuster auf eine Halbleitervorrichtung übertragen
wird.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Wenn
bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen ein Schaltungsmuster
auf ein Substrat-Wafer einer Halbleitervorrichtung (nachstehend als „Wafer" bezeichnet) übertragen
wird, sind mehrere Belichtungs- und Ätzschritte nötig. 2 zeigt
ein Verfahren zum Übertragen
eines Schaltungsmusters auf einen isolierenden Film, der auf dem
Wafer gebildet ist. Zuerst wird in einem Belichtungsschritt ein Schaltungsmuster
auf eine Photoresist-Schicht auf dem Wafer übertragen. Danach wird in einem Ätzschritt
unter Verwendung des in dem Belichtungsschritt gebildeten Photoresist-Musters als Maske
ein Schaltungsmuster in dem isolierenden Film auf dem Wafer gebildet.
In dem folgenden Belichtungsschritt wird durch einen Aufbringungsprozess
eine Photoresist-Schicht auf dem Wafer gebildet, und danach wird in
einem Belichtungsprozess das Schaltungsmuster mit einer Belichtungsvorrichtung
auf den Photoresist übertragen.
Danach wird der belichtete Photoresist in einem Entwicklungsprozess
entwickelt, um ein Photoresist-Muster zu bilden.
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3 zeigt
den Aufbau einer Verkleinerungsprojektions-Belichtungsvorrichtung,
die hauptsächlich
für den
Be lichtungsschritt benutzt wird. Mit dieser Verkleinerungsprojektions-Belichtungsvorrichtung
wird ein durch Ätzmetall
auf einer so genannten Glasobjektplatte (normalerweise aus Quarzglas)
gebildetes Schaltungsmuster durch eine Verkleinerungslinse verkleinernd
belichtet, und zwar mit jeweils einem oder mehreren Chips auf einem
Wafer. Durch Wechseln der Objektplatte können die zur Herstellung einer
Halbleitervorrichtung nötigen
Schaltungsmuster auf dem Wafer gebildet werden. Mit der Auflösung des
Schaltungsmusters und der Musteranordnung in den Belichtungsschritten
ist es möglich, die
Belichtungsbedingungen des optischen Projektionssystems der Belichtungsvorrichtung
zu optimieren, zum Beispiel die numerische Apertur NA und die Beleuchtungskohärenz σ sowie die
Photoresist-Parameter (Art, Dicke usw.).
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Um
die elektrischen Eigenschaften der Halbleitervorrichtung zu erfüllen, müssen nicht
nur die Auflösung,
sondern auch die Schwankungen der Abmessungen des übertragenen
Musters innerhalb bestimmter Toleranzbereiche liegen. Zum Beispiel
können
Schwankungen der Gate-Abmessung eines Transistors Schwankungen in
der Schwellenspannung eines Transistors bewirken, so dass die Variation
der Abmessungen des Photoresist-Musters innerhalb eines bestimmten
Toleranzbereichs liegen muss. Es gibt viele Ursachen für Schwankungen
der Abmessungen des Photoresist-Musters, zum Beispiel Fokusverschiebungen,
Abweichungen bei der Herstellung der Schaltungsmuster auf den Objektplatten,
Aberrationen der Verkleinerungslinse der Belichtungsvorrichtung
oder Schwankungen in den Aufbringungs- oder Entwicklungsprozessen.
In der Praxis sind die Schwankungen in der Belichtungsvorrichtung
am stärksten,
weshalb die Belichtungsenergie und die Abweichung des Fokus bei
der Übertragung eines
Schaltungsmusters für
jede Objektplatte, jeden Belichtungsschritt und jede Belichtungsvorrichtung eingestellt
werden, und die Abmessung des Photoresist-Musters des Teils mit
der kleinsten Grenze in den Belichtungsschritten (kritische Dimension, nachstehend
als „CD" bezeichnet) wird
so eingestellt, dass sie innerhalb eines bestimmten Toleranzwertes
liegt. Derzeit werden die optimalen Werte der Belichtungsenergie
und der Fokusabweichung für
jede Objektplatte, jeden Belichtungsschritt und jede Belichtungsvorrichtung
mit der Funktion zum Messen der CD eines Testwafers berechnet, der
mit unterschiedlichen Belichtungsenergien und Fokussierungen belichtet wird
(auch als „Funktion
zum Extrahieren der Belichtungsbedingungen" bezeichnet). Dabei wird ein Prozessfenster
der Belichtungsenergie und des Fokus erzeugt, bei dem die CD-Werte
innerhalb eines bestimmten Toleranzwertes liegen, und der Mittelwert dieses
Fensters wird als der optimale Wert der Belichtungsenergie und der
Fokusabweichung verwendet. Außerdem
gilt, je größer das
Fenster ist, desto höher
ist die Grenze im Hinblick auf CD-Schwankungen im Belichtungsschritt,
so dass das Prozessfenster als ein Bewertungsindex für den Belichtungsschritt
verwendet werden kann. 4 zeigt ein Verfahren zur Berechnung
der optimalen Werte der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung
mit dem Prozessfenster für
den Belichtungsschritt. Das Prozessfenster für die Belichtungsenergie und
den Fokus wird berechnet, bei dem die CD-Werte eines Testwafers,
der mit veränderter
Belichtungsenergie und Fokusabweichung belichtet wird, innerhalb
eines bestimmten Toleranzwertes liegen. Hier ist ein Beispiel gezeigt,
bei dem sich die Prozessfenster sowie die letztliche optimale Belichtungsenergie
und Fokusabweichung für
dieselbe Objektplatte abhängig davon
unterscheiden, ob die Vorrichtung A oder die Vorrichtung B für den Belichtungsschritt
verwendet wird.
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Andererseits
erhöht
sich bei der Fertigung für die
Herstellung kleiner Lose von Halbleitervorrichtungen mit mehreren
Produkten die Häufigkeit
der Ausführung
der Funktion zum Extrahieren der Belichtungsparameter, die für jede Objektplatte,
jeden Belichtungsschritt und jede Belichtungsvorrichtung ausgeführt wird,
so dass sich die TAT (Ge samtverfahrenszeit) für neu angeschaffte Halbleitervorrichtungen
ebenfalls erhöht.
Daher ist es möglich,
die Häufigkeit
der Ausführung
der Funktion zum Extrahieren der Belichtungsparameter durch Fixieren
der für
jede Art von Halbleitervorrichtung verwendeten Belichtungsvorrichtungen
zu verringern, wobei jedoch Schwankungen im effektiven Betriebsfaktor
der Belichtungsvorrichtungen auftreten, die zu einem geringeren
Durchsatz aller Belichtungsschritte führen.
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Als
eine Möglichkeit
zur Lösung
dieses Problems haben zum Beispiel Aida et al. (Electronic Information
Society, Introduction into Response Surface Functions For Statistical
Design of Optical Lithography Processes, 1996) ein Verfahren zur
Erzeugung der Wirkungsflächenfunktionen
der CD-Werte mit
der Belichtungsenergie, der Fokusabweichung und den Belichtungsparametern
des optischen Projektionssystems (numerische Apertur NA und Beleuchtungskohärenz σ) als Variablen
und zur Berechnung der Belichtungsenergie und Fokusabweichung aus
diesen Wirkungsflächenfunktionen
vorgeschlagen.
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Zur
Erhöhung
des effektiven Betriebsfaktors der Fertigungsanlage ist ein System
zum automatischen Auswählen
und Zuweisen von Anlagen entsprechend dem effektiven Betriebsfaktor
der Fertigungsanlage, auch als „Dispatch-Kontrolle" bezeichnet, auf
der Grundlage bestimmter Regeln wie zum Beispiel „FIFO" oder „Lieferzeit
hat Priorität" implementiert worden
(zum Beispiel „Siview", IBM Japan) und
wird zum Zuweisen von Belichtungsvorrichtungen verwendet.
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Weiter
wird in JP H11-267952A ein Fertigungssteuerungssystem vorgeschlagen,
bei dem die Produktionsschwankungen in jedem Schritt verringert
sind und die Qualität
und Ausbeute verbessert sind.
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Bei
der Fertigung für
die Herstellung kleiner Lose von Halbleitervorrichtungen mit mehreren
Produkten wie zum Beispiel System-LSIs sind die Häufigkeit
der Ausführung
der Funktion zum Extrahieren der Belichtungsparameter für jede Objektplatte,
jeden Belichtungsschritt und jede Belichtungsvorrichtung bei der
Herstellung neuer Produkte und die TAT (Gesamtverfahrenszeit) für die Produkte
höher als bei
Massenprodukten wie etwa Speicherbauteilen. Durch Fixieren der für jede Art
von Halbleitervorrichtung verwendeten Belichtungsvorrichtungen kann
die Häufigkeit
der Ausführung
der Funktion zum Extrahieren der Belichtungsparameter verringert
werden, aber dies verursacht Schwankungen im effektiven Betriebsfaktor
und führt
zu einem geringeren Durchsatz aller Belichtungsschritte.
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Bei
dem von Aida et al. wie vorstehend beschrieben vorgeschlagenen Ansatz
zur Berechnung der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung ist es
möglich,
die optimalen Werte der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung
aufgrund von Unterschieden in den Belichtungsparametern des optischen
Projektionssystems zu berechnen. Bei der Berechnung der Belichtungsenergie
und der Fokusabweichung für
mehrere Belichtungsvorrichtungen gibt es jedoch Geräteunterschiede
zwischen den Belichtungsvorrichtungen, zum Beispiel unterschiedliche Aberrationen
der Projektionslinsen, so dass die Wirkungsflächenfunktionen für jede Belichtungsvorrichtung
erzeugt und korrigiert werden müssen.
Außerdem
werden die Informationen über
die Schaltungsmuster nicht berücksichtigt,
so dass es nicht möglich ist,
Schwankungen der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung zu korrigieren,
die vom Schaltungsmuster abhängig
sind.
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In
Dispatch-Kontrollsystemen, die in der Praxis eingesetzt werden,
können
die verwendeten Vorrichtungen auf der Grundlage der Betriebsbedingungen
und der Prozessinformationen der aktuellen Fertigungsanlage zugewiesen
werden, aber die Häufigkeit
der Ausführung
der Funktion zum Extrahieren der Belichtungsparameter kann nicht
verringert werden, so dass es nicht möglich ist, Belichtungsvorrichtungen
zuzuweisen, bei denen die Einstellung der Belichtungsparameter noch
nicht durchgeführt
worden ist, und sie können
nicht in Reaktion auf die Erhöhung
der TAT von Halbleiter vorrichtungen verwendet werden, die durch
die Erhöhung
der Häufigkeit der
Ausführung
der Funktion zum Extrahieren der Belichtungsbedingungen für die Herstellung
kleiner Lose mit mehreren Produkten verursacht wird.
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In
JP H11-267952A wird eine Kombination von Fertigungsvorrichtungen
anhand von Verarbeitungsdaten bestimmt, wobei eine maschinelle Bearbeitung
ausgeführt
wird, so dass dieser Ansatz nicht verwendet werden kann, weil keine
Verarbeitungsdaten für
neu angeschaffte Halbleitervorrichtungen vorliegen.
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Wenn
die Miniaturisierung der Vorrichtungsmuster weiter fortschreitet,
auch unter denselben Beleuchtungsbedingungen, schwanken darüber hinaus die
Prozessfenster abhängig
von Geräteunterschieden
zwischen den Belichtungsvorrichtungen aufgrund von Aberrationen
der Projektionslinsen der Belichtungsvorrichtungen, so dass sich
die Produktionsausbeute der Halbleitervorrichtungen aufgrund der Unterschiede
zwischen den Belichtungsvorrichtungen verändert. Bei der Bildung sehr
detaillierter Schaltungsmuster ist es erforderlich, die Belichtung nach
Vergleichen der Prozessfenster mehrerer Belichtungsvorrichtungen
durchzuführen
und eine Belichtungsvorrichtung mit einem großen Prozessfenster auszuwählen, um
die Ausbeute zu verbessern. In ihrem Artikel „Reducing CD Variation via
Statistically Matching Steppers" in „Proceedings
of the SPIE", Vol.
1261, 5. März
1990, beschreiben C. Lee et al. eine Untersuchung zur Verringerung
der Variabilität der
Linienbreite bei der Herstellung von integrierten Schaltungen. Sie
schlagen eine Einbeziehung einer individuellen Belichtungskorrektur
in die Software jedes bei der Herstellung verwendeten Steppers vor, beschreiben
jedoch keine Belichtungs- und Entwicklungssimulation oder die Berechnung
von Grenzen der Belichtungsenergie und des Fokus.
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US-A-6049660
beschreibt eine Belichtungs- und Entwicklungssimulation zum theoretischen
Verständnis
des Belich tungsprozesses, aber nicht das Auswählen eines Steppers auf der
Grundlage dieser Simulation.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Daher
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines
Verfahrens zur Belichtung von Halbleitervorrichtungen und eines
Belichtungssystems für
Halbleitervorrichtungen mit einer Einrichtung zur Berechnung der
Grenzen der Belichtungsenergie und des Fokus sowie der optimalen
Werte der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung, die sich je
nach der Aberration der Projektionslinsen der Belichtungsvorrichtungen ändern, und
einer Einrichtung zum Zuweisen einer für die Belichtung verwendeten
Belichtungsvorrichtung auf der Grundlage der berechneten Grenzen
der Belichtungsenergie und des Fokus. Dieses Ziel wird mit dem Verfahren
und dem System nach den Ansprüchen
1 und 5 erreicht. Die abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Datenbank mit Aberrationsinformationen
(zum Beispiel Zernike-Koeffizienten) von Projektionslinsen für mehrere
Belichtungsvorrichtungen, eine zweite Datenbank mit Prozessspezifikationsinformationen
wie etwa den Belichtungsparametern (zum Beispiel Belichtungswellenlänge, numerische
Apertur NA der Linsen, Beleuchtungskohärenz σ), Photoresist-Parametern (zum
Beispiel Art, Dicke und Entwicklungszeit) und CD-Toleranzwerten
für die
Belichtungsschritte zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen,
eine dritte Datenbank mit Schaltungsmusterinformationen für die Belichtungsschritte
zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, eine vierte Datenbank
mit Steuerungsregeln für
die Belichtungsvorrichtungen, eine fünfte Datenbank, in der die
Grenzen der Belichtungsenergie und des Fokus sowie die optimalen
Werte der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung für die Schritte
auf den mehreren Belichtungsvorrichtungen gespeichert sind, einen
Belichtungsparameterberech nungsabschnitt zur Berechnung der Grenzen
der Belichtungsenergie und des Fokus sowie der optimalen Werte der
Belichtungsenergie und der Fokusabweichung und einen Belichtungsvorrichtungszuweisungsabschnitt
zum Auswählen
einer Belichtungsvorrichtung für
den Belichtungsschritt aufgrund der Grenzen der Belichtungsenergie
und des Fokus der mehreren Belichtungsvorrichtungen und der Steuerungsregeln
für die
Belichtungsvorrichtung und zur Durchführung der Belichtung.
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Der
Belichtungsparameterberechnungsabschnitt führt folgende Schritte durch:
(1)
einen Schritt zum Nachsehen der Belichtungsparameter des optischen
Projektionssystems für
die Belichtung und der Photoresist-Parameter,
(2) einen Schritt
zum Nachsehen der Schaltungsmusterinformationen für die Belichtung,
(3)
einen Schritt zum Nachsehen der Aberrationsinformationen für die Projektionslinse
der Belichtungsvorrichtung und
(4) einen Schritt zur Berechnung
der Grenzen der Belichtungsenergie und des Fokus sowie der optimalen Werte
der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung für die Belichtung mit einem
optischen Entwicklungssimulator aufgrund der in den Schritten (1) bis
(3) ermittelten Informationen.
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Durch
Ausführen
der Schritte (1) bis (4) in dieser Reihenfolge wird es möglich, die
Belichtungsenergie und die Fokusabweichung unter Berücksichtigung
der Schwankungen der Prozessfenster aufgrund von Aberrationen der
Projektionslinsen der Belichtungsvorrichtungen zu berechnen, ohne
die Funktion zum Extrahieren der Belichtungsparameter auszuführen.
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Der
Belichtungsvorrichtungszuweisungsabschnitt führt folgende Schritte durch:
(5)
einen Schritt zum Nachsehen der Grenzen der Belichtungsenergie und
des Fokus für
mehrere Belichtungsvorrichtungen, die vom Belichtungsparameterberechnungsabschnitt
berechnet worden sind,
(6) einen Schritt zum Nachsehen der
Steuerungsregeln für
die Belichtungsvorrichtungen und
(7) einen Schritt zum Auswählen einer
Belichtungsvorrichtung aufgrund der Grenzen der Belichtungsenergie
und des Fokus sowie der Steuerungsregeln.
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Durch
Ausführen
der Schritte (5) bis (7) in dieser Reihenfolge wird es möglich, Belichtungsprozesse
mit Belichtungsvorrichtungen unter Berücksichtigung der Prozessfenster
und des Betriebszustands der Vorrichtung durchzuführen.
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Daher
können
die Belichtungsenergie und die Fokusabweichung, die je nach Aberration
der Projektionslinse der Belichtungsvorrichtung schwanken, bestimmt
werden, ohne die Funktion zum Extrahieren der Belichtungsparameter
auszuführen.
Weiter wird es möglich,
die Ausbeute der Halbleitervorrichtungen zu verbessern, indem unter
mehreren Belichtungsvorrichtungen eine Belichtungsvorrichtung mit
einem großen
Prozessfenster ausgewählt
wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens
zur Belichtung von Halbleitervorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung
und eines Systems hierfür.
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2 zeigt
ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Musterübertragungsverfahrens für die Herstellung
von Halbleitervorrichtungen.
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3 zeigt
ein Diagramm mit dem Aufbau einer Verkleinerungsprojektions-Belichtungsvorrichtung;
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4 zeigt
ein Diagramm eines Verfahrens zur Berechnung der Belichtungsenergie
und der Fokusabweichung.
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5 zeigt
ein Diagramm der Schwankungen der Prozessfenster aufgrund von unterschiedlichen
Aberrationen der Projektionslinsen.
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6 zeigt
ein Diagramm eines Verfahrens zur Berechnung der Aberrationen der
Projektionslinsen.
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7 zeigt
ein Ablaufdiagramm für
ein Verfahren zur Berechnung der Grenzen der Belichtungsenergie
und des Fokus sowie der optimalen Werte der Belichtungsenergie und
der Fokusabweichung nach der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt
ein Ablaufdiagramm für
ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur Durchführung einer
Belichtung durch Auswählen
einer Belichtungsvorrichtung, bei der die Grenzen der Belichtungsenergie
und des Fokus groß sind.
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9 zeigt
ein Diagramm mit einem Beispiel einer Ausgabemaske der Berechnungsergebnisse für die Belichtungsvorrichtung,
Objektplatte, Belichtungsenergie und Fokusabweichung nach der vorliegenden
Erfindung.
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10 zeigt
ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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11 zeigt
ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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12 zeigt
ein Diagramm eines Verfahrens zum Auswählen einer Belichtungsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend
werden die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm mit dem Gesamtaufbau nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 1 besteht
eine Belichtungsvorrichtungsgruppe 1 aus mindestens zwei
Belichtungsvorrichtungen 2. Die Belichtungsvorrichtungen 2 sind
Vorrichtungen mit einem optischen Projektionssystem für die Musterübertragung.
Die Belichtungsvorrichtungsgruppe 1 ist mit einer Datenberechnungsstation 3 verbunden,
die einen Berechnungsabschnitt 4 für die Belichtungsparameter
(das heißt Belichtungsenergie
und Fokusabweichung), einen Belichtungsvorrichtungszuweisungsabschnitt 5,
eine Ein-/Ausgabeschnittstelle 6 und einen Datenbankabschnitt 7 aufweist.
Darüber
hinaus ist die Belichtungsvorrichtungsgruppe 1 mit einem
Fertigungssteuerungssystem 10 zur Steuerung der gesamten
Halbleitervorrichtungs-Fertigungsanlage verbunden. Bei der Belichtung
können
der Typ der Halbleitervorrichtung, der Prozessschritt und der Wafername
zum Beispiel durch Lesen einer auf dem Wafer vorgesehenen Seriennummer
eingegeben und über
ein Netzwerk von dem Fertigungssteuerungssystem 10 gesendet
werden.
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Ein
Objektplattensatz 8, der aus mindestens zwei Objektplatten 9 besteht,
ist mit der Datenberechnungsstation 3 und dem Fertigungssteuerungssystem 10 verbunden.
Der Typ der Halbleitervorrichtung, für den die Objektplatten verwendet
werden, und der Belichtungsschritt können zum Beispiel durch Lesen
einer Seriennummer auf der Objektplatte eingegeben und über ein
Netzwerk von dem Fertigungssteuerungssystem 10 erhalten
werden. Es ist auch möglich,
dass es mehrere Objektplatten für denselben
Halbleitervorrichtungstyp oder Belichtungsschritt gibt.
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Der
Datenbankabschnitt 7 umfasst eine Projektionslinsenaberrationsdatenbank 71,
in der die Projektionslinsen-Aberrationsinformationen
(zum Beispiel die Zernike-Koeffizienten) für die Belichtungsvorrichtungen
gespeichert sind, eine Prozessspezifikationsdatenbank 72,
in der die Belichtungsparameter (wie zum Beispiel die Belichtungswellenlänge, numerische
Apertur NA der Linse und Beleuchtungskohärenz σ) des optischen Projektionssystems
und die Photoresist-Parameter (wie zum Beispiel die Art, Dicke und
Entwicklungszeit) für
die verschiedenen Belichtungsschritte der Halbleitervorrichtung
gespeichert sind, eine Objektplatten-Schaltungsmusterdatenbank 73,
in der die Objektplatten-Schaltungsmusterinformationen wie zum Beispiel
das Schaltungsmuster für
die Halbleitervorrichtung und die Messergebnisse von Fertigungsabweichungen
der Objektplatten gespeichert sind, eine Steuerungsregeldatenbank 74,
in der die Steuerungsregeln zum Auswählen der für die Belichtung verwendeten
Belichtungsvorrichtung gespeichert sind, und eine Belichtungsparameterdatenbank 75, in
der die Belichtungsparameter (wie zum Beispiel die Belichtungsenergie
und Fokusabweichung) für jede
Belichtungsvorrichtung 2 und jeden Belichtungsschritt der
Halbleitervorrichtung gespeichert sind. In Reaktion auf Anfragen
vom Belichtungsparameterberechnungsabschnitt 4 und vom
Belichtungsvorrichtungszuweisungsabschnitt 5 werden die
relevanten Daten über
die Ein-/Ausgabeschnittstelle 6 nachgesehen, und die Daten,
die als Antwort auf die Anfrage dienen, werden an den Belichtungsparameterberechnungsabschnitt 4 oder
den Belichtungsvorrichtungszuweisungsabschnitt 5 gesendet.
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Basierend
auf den vom Datenbankabschnitt 7 erhaltenen Daten und mit
einem optischen Entwicklungssimulator berechnet der Belichtungsparameterberechnungsabschnitt 4 die
Grenzen der Belichtungsenergie und des Fokus sowie die optimalen Werte
der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung bei der Durchführung der
Belichtung mit den Belichtungsvorrichtungen 2. Die Ergebnisse
dieser Berechnung werden über
die Ein-/Ausgabeschnittstelle 8 in der Belichtungsparameterdatenbank 75 des
Datenbankabschnitts 7 gespeichert. Hierbei bedeutet „Grenze" den Bereich der
Belichtungsenergie und der Fokusabweichung, der innerhalb der Spezifikation
der CD liegt, und die Einheit für
die Grenze der Belichtungsenergie ist die Lichtmenge, während die Einheit
für die
Fokusabweichung die Tischbewegungsentfernung ist. Werden die Grenzen überschritten,
liegt die CD außerhalb
der Spezifikationen und es treten Fehler in der Halbleitervorrichtung
auf. Darüber
hinaus ist die Mitte des Bereichs der Belichtungsenergie die optimale
Belichtungsenergie, und die Mitte des Bereichs der Fokusabweichung
ist die optimale Fokusabweichung.
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Basierend
auf den vom Datenbankabschnitt 7 erhaltenen Daten wählt der
Belichtungsvorrichtungszuweisungsabschnitt 5 eine Belichtungsvorrichtung
und eine Objektplatte zur Durchführung
der Belichtung aus der Belichtungsvorrichtungsgruppe 1 und
dem Objektplattensatz 8 aus, und die Be lichtungsparameter
(Belichtungsenergie und Fokusabweichung) werden über die Ein-/Ausgabeschnittstelle 8 an
die Belichtungsvorrichtungen 2 gesendet.
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Der
Fertigungssteuerungsabschnitt 10 überwacht den Betriebszustand
der Belichtungsvorrichtungen 2 in der Belichtungsvorrichtungsgruppe 1 und der
Objektplatten 9 im Objektplattensatz 8 sowie die Prozessinformationen
für den
Wafer und sendet Antwortdaten in Reaktion auf Anfragen vom Belichtungsvorrichtungszuweisungsabschnitt 5.
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5 zeigt
die Schwankung der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung aufgrund unterschiedlicher
Aberrationen der Projektionslinsen in der Simulation mit einem optischen
Entwicklungssimulator. Im Falle der sphärischen Aberration schwankt
der optimale Wert der Fokusabweichung stärker als ohne Aberrationen.
Ohne Aberration muss die Belichtungsvorrichtung um eine Abweichung
von 0,1 μm
korrigiert werden, und bei einer Aberration von 0,05 λ muss die
Belichtungsvorrichtung um eine Abweichung von 0,2 μm korrigiert
werden.
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6 zeigt
ein Verfahren zur Messung der Aberration einer Projektionslinse.
- (1) Zunächst
wird ein Aberrationsmessmuster gebildet, um Positionsabweichungen
zu erzeugen, die eine Aberrationsbelichtung über eine Fokussiermikrolinse
bewirken.
- (2) Danach wird ein Referenzmuster gebildet, das sich mit dem
Aberrationsmessmuster überlappt, so
dass keine Positionsabweichungen erzeugt werden, die Aberrationen
verursachen.
- (3) Danach wird die Verschiebung zwischen dem Referenzmuster
und dem Aberrationsmessmuster je nach Höhe des Linsenbildes gemessen.
- (4) Aus der Verschiebung zwischen dem Referenzmuster und dem
Aberrationsmessmuster in der Linsenebene ist es möglich, die
Wellenfrontaberrationen zu berechnen, und aus den erhaltenen Wellenfrontaberrationen
lassen sich die Zernike-Koeffizienten berechnen.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden die Zernike-Koeffizienten in der Datenbank als die Aberrationsinformationen
der Projektionslinse gespeichert.
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7 zeigt
ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Berechnung der Grenzen der
Belichtungsenergie und des Fokus sowie der optimalen Werte der Belichtungsenergie
und der Fokusabweichung. Zuerst werden in Schritt 101 der
Typ der zu verarbeitenden Halbleitervorrichtung und der Belichtungsschritt aus
dem Fertigungssteuerungssystem erhalten. In Schritt 102 werden
der in Schritt 101 erhaltene Typ der Halbleitervorrichtung,
die für
den Belichtungsschritt verwendete Belichtungsvorrichtung und die Objektplatteninformationen
aus dem Fertigungssteuerungssystem erhalten, und eine Liste von
Belichtungsvorrichtungen und Objektplatten wird erzeugt. In Schritt 103 werden
die Belichtungsvorrichtung und die Objektplatte, mit der die Verarbeitung
durchgeführt
wird, als Ausgangswert in der Liste der Belichtungsvorrichtungen
und Objektplatten eingestellt. In Schritt 104 werden die
Belichtungsparameter, die Photoresist-Parameter und die CD-Toleranzen
aus der Schrittspezifikationsdatenbank abgerufen. Danach werden
in Schritt 105 die Schaltungsmusterinformationen der Objektplatte
für die
Verarbeitung nachgesehen. Die Objektplatten-Schaltungsmusterinformationen
umfassen den Typ der Objektplatte (im Allgemeinen Phasenverschiebung,
Levenson usw.), die Musterabmessungen, das Musterlayout (wiederholend,
isoliert), die Musterfertigungsabweichungen usw. In Schritt 106 werden
die Aberrationsfunktionen der Projektionslinse der für den Prozess
verwendeten Belichtungsvorrichtung in der Projektionslinsenaberrationsdatenbank
nachgesehen. In Schritt 107 wird basierend auf den in den
Schritten 104 bis 106 nachgesehenen Daten der
Bereich der Belichtungsenergie und des Fokus, die noch innerhalb
des CD-Toleranzwertes liegen, mit einem Belichtungs-/Entwicklungssimulator
berechnet, und ein Prozessfenster wird erzeugt. Dabei wird mit den
Aberrationsfunktionen der Projektionslinse die Wellenfrontaberration der
Projektionslinse mit dem Belichtungs-/Entwicklungssimulator erzeugt.
Danach wird die der Wellenfrontaberration der Projektionslinse entsprechende Schaltungsmusterform
für unterschiedliche
Belichtungsenergien und Fokusabweichungen erzeugt, und die CD-Werte
werden berechnet.
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In
Schritt 108 werden zur Bestimmung der Mitte des in Schritt 107 berechneten
Prozessfensters die optimale Belichtungsenergie und die Fokusabweichung
berechnet, und unter Zusammenfassung nach Typ der Halbleitervorrichtung,
Belichtungsschritt, Belichtungsvorrichtung und Objektplatte in der
Belichtungsparameterdatenbank werden die Grenzen der Belichtungsenergie
und des Fokus sowie die optimalen Werte der Belichtungsenergie und der
Fokusabweichung gespeichert. In Schritt 109 wird bestimmt,
ob die verarbeitete Belichtungsvorrichtung die letzte in der Liste
der Belichtungsvorrichtungen ist. Ist sie nicht die letzte, wird
die verarbeitete Belichtungsvorrichtung in Schritt 110 aktualisiert,
und der Prozess wird ab Schritt 106 wiederholt. Ist sie
die letzte, wird in Schritt 111 bestimmt, ob die zu verarbeitende
Objektplatte die letzte ist. Ist sie nicht die letzte, wird die
verarbeitete Belichtungsvorrichtung auf den Ausgangswert zurückgesetzt,
die verarbeitete Objektplatte wird aktualisiert, und der Prozess
wird ab Schritt 105 wiederholt. Ist sie die letzte, wird
der Prozess beendet.
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8 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer Belichtung durch Auswählen einer
Belichtungsvorrichtung, bei der die Grenzen der Belichtungsenergie
und des Fokus groß sind.
Zuerst werden in Schritt 201 der Typ der Halbleitervorrichtung
für die
Belichtung und der Belichtungsschritt aus dem Fertigungssteuerungssystem erhalten.
In Schritt 202 werden die Betriebsinformationen mehrerer
Belichtungsvorrichtungen aus dem Fertigungssteuerungssystem erhalten.
Die Betriebsinformationen einer Belichtungsvorrichtung umfassen
die Betriebsbedingungen der Belichtungsvorrichtung und die Prozessinformationen
der Halbleitervorrichtung für
den nächsten
Prozess. In Schritt 203 werden der Typ der Halbleitervorrichtung
für die
Verarbeitung, der in Schritt 201 erhalten wurde, die Benutzungsbedingungen
der für
den Belichtungsschritt verwendeten Objektplatte und der anschließende Benutzungsplan
aus dem Fertigungssteuerungssystem erhalten. In Schritt 204 werden
die Dispatch-Regeln der Halbleitervorrichtung für die Belichtung nachgesehen.
In den Dispatch-Regeln sind die Prioritätsregeln für jede auf den Produktionsfortschritt
angewendete Halbleitervorrichtung und die Zuweisung der Maschinen
entsprechend den Auftragsbedingungen und den Ausbeutebedingungen
des Herstellungsprozesses zum Beispiel im Wenn-dann-Format definiert.
In Schritt 205 wird das Prozessfenster des Belichtungsschritts
für die
Belichtung mit mehreren Belichtungsvorrichtungen nachgesehen. In
Schritt 206 wird die Belichtungsvorrichtung, die die Belichtung
durchführt,
auf der Grundlage der in Schritt 204 erhaltenen Dispatch-Regeln
berechnet. Bei einer Halbleitervorrichtung, für die in den Dispatch-Regeln definiert
ist, dass die Ausbeute wichtig ist, erfolgt die Zuweisung zum Beispiel
unter Berücksichtigung
einer Vorrichtung und einer Objektplatte, bei denen der Bereich
des Prozessfensters gleich oder größer als der Toleranzwert im
Belichtungsschritt ist, unabhängig
von den Betriebsbedingungen der Belichtungsvorrichtungen und den
Benutzungsbedingungen der Objektplatten, wodurch die Ausbeute verbessert wird.
Mit Dispatch-Regeln, die sowohl den Produktionsfortschritt als auch
die Ausbeute berücksichtigen, werden
die Priorität
der Belichtungsvorrichtung und der Objektplatte bezogen auf den
Produktionsfortschritt und die Priorität der Belichtungsvorrichtung und
der Objektplatte bezogen auf die Ausbeute gewichtet, und die Belichtungsvorrichtung
und die Objektplatte mit der höchsten
Gesamtpriorität
werden zugewiesen. In Schritt 207 werden die optimalen Werte
der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung mit der in Schritt 206 berechneten
Kombination von Belichtungsvorrichtung und Objektplatte nachgese hen.
In Schritt 208 wird die Belichtung mit der in den Schritten 206 und 207 berechneten
Belichtungsvorrichtung, Objektplatte, Belichtungsenergie und Fokusabweichung
durchgeführt.
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12 zeigt
ein Dispatch-Verfahren, das sowohl den Produktionsfortschritt als
auch die Ausbeute in Schritt 206 in 8 berücksichtigt.
Im Hinblick auf den Produktionsfortschritt wird der Bewertungsindex
P1 der verwendeten Belichtungsvorrichtung je nach den Betriebsbedingungen
der Belichtungsvorrichtung, den Benutzungsbedingungen der Objektplatte
und der Lieferzeit der zu verarbeitenden Halbleitervorrichtung berechnet.
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Wenn
die Halbleitervorrichtung die Belichtung erreicht hat, wird die
zur Belichtung für
jede Halbleitervorrichtung verwendete Belichtungsvorrichtung aus
der aus mehreren Belichtungsvorrichtungen bestehenden Belichtungsvorrichtungsgruppe ausgewählt. Dabei
vergleicht, wenn die Priorität
auf den Lieferzeiten liegt, das Verfahren zum Zuweisen der zuzuweisenden
Halbleitervorrichtungen die Anzahl der verbleibenden Tage bis zur
Lieferung der anderen Halbleitervorrichtungen, die auf Belichtung warten,
und die der zuzuweisenden Halbleitervorrichtungen und entscheidet über die
Prioritätsposition der
zu belichtenden Halbleitervorrichtungen, wobei die Halbleitervorrichtungen
mit weniger verbleibenden Tagen Priorität erhalten. Danach werden in
der Reihenfolge der höchsten
Prioritätsposition
die Betriebsbedingungen der Belichtungsvorrichtung und die Benutzungsbedingungen
der Objektplatte bestimmt, und wenn eine Benutzung möglich ist,
wird die Belichtung durchgeführt.
Wenn die Belichtungsvorrichtung und die Objektplatte nicht verwendet
werden können,
wird eine Reservierung vorgenommen, und die Belichtung wird ausgeführt, sobald
die Benutzung möglich
ist. Die Zeit, bis die Belichtungsprozesse mit den verschiedenen
Belichtungsvorrichtungen abgeschlossen sind, wird zum Beispiel addiert,
und der Bewertungsindex P1 der zuzuweisenden Halbleitervorrichtungen wird
aus der Länge
dieser Zeit berechnet. Wenn zum Beispiel der Bewertungsindex P1 für die verschiedenen
Belichtungsvorrichtungen durch Zahlen von 0 bis 10 ausgedrückt ist,
werden die Belichtungsvorrichtungen in der Reihenfolge der Zeit
bis zum Ende der Verarbeitung angeordnet, und der durch Dividieren
der Prioritätsposition
durch die Gesamtzahl der Vorrichtungen erhaltene Wert wird verwendet.
In diesem Fall ist die Priorität
höher,
je größer der
Index ist. Es ist auch möglich,
im Voraus den Zeitbereich bis zur Fertigstellung einzeln für jeden
Index zu bestimmen und den Index entsprechend diesem Bereich einzustellen.
Hier ist ein Verfahren zum Zuweisen der Belichtungsvorrichtungen zur
Durchführung
der Belichtung der Halbleitervorrichtungen entsprechend den Lieferzeiten
und den Benutzungsbedingungen der Belichtungsvorrichtungen und Objektplatten
erläutert
worden, aber das Zuweisen der Belichtungsvorrichtungen kann in gleicher
Weise nicht nur im Hinblick auf die Lieferung, sondern auch im Hinblick
auf andere Aspekte wie zum Beispiel die verbleibende Anzahl von
Schritten erfolgen oder ob es einen Vorgang zur Reproduktion der
Halbleitervorrichtungen gibt.
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Andererseits
werden im Hinblick auf die Ausbeute die Bewertungsindizes P2 der
verwendeten Belichtungsvorrichtungen entsprechend der Größe des Prozessfensters
der Belichtungsvorrichtungen (Grenzen der Belichtungsenergie und
Fokusabweichung) berechnet. Die Gesamtbewertungsindizes P werden
berechnet, indem der im Hinblick auf den Produktionsfortschritt
berechnete Bewertungsindex P1 und der im Hinblick auf die Ausbeute
berechnete Bewertungsindex P2 durch Gewichtung mit Wichtungsfunktionen
gemäß der Definition
in den Dispatch-Regeln berechnet werden, und die Belichtungsvorrichtung,
die tatsächlich
verwendet wird, ist die mit dem größten Bewertungsindex P.
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Nachstehend
wird ein Verfahren zum Einstellen der Wichtungsfunktionen erläutert. Im
Allgemeinen wird die geplante Fertigstellungszeit der Belichtungsschritte
im Voraus fest gelegt, basierend auf der Lieferzeit der zuzuweisenden
Halbleitervorrichtungen. Die Bewertungsindizes P1 werden basierend auf
der Zeit bis zum Abschluss der Belichtungsprozesse berechnet, so
dass die Grenze für
die Lieferzeit in dem Belichtungsschritt für den nächsten Belichtungsprozess durch
Berechnung der Differenz zwischen diesen beiden Werten bestimmt
wird. Ist dieser Wert positiv, kann der Belichtungsprozess früher als
geplant abgeschlossen werden; ist er hingegen negativ, wird die
Belichtung später
als geplant abgeschlossen. Darüber
hinaus werden die Bewertungsindizes P2 bestimmt, indem die Größe des Prozessfensters
berechnet wird, und wenn das Prozessfenster klein ist, hat dies
Einfluss auf die Ausbeute. Die Relation zwischen dem Prozessfenster
und der Ausbeute kann aus den Ergebnissen der Untersuchung von Proben
früherer
Halbleitervorrichtungen bestimmt werden. Dabei wird die erzielbare
Anzahl von Chips getrennt für
jede Belichtungsprozess-Abschlusszeit der zuzuweisenden Halbleitervorrichtungen
berechnet. Der Bewertungsindex P1 wird stärker gewichtet, wenn es kein
Problem ist, wenn die Anzahl der erzielbaren Chips der zuzuweisenden
Halbleitervorrichtungen niedrig ist, wie durch Subtrahieren der Anzahl
der bereits produzierten Chips von der Anzahl der bestellten Chips
und Vergleichen dieser Anzahl mit der Anzahl der erzielbaren Chips
der zuzuweisenden Halbleitervorrichtungen bestimmt wird. Im Gegensatz
dazu wird, wenn eine maximale Anzahl von erzielbaren Chips der zuzuweisenden
Halbleitervorrichtungen benötigt
wird, der Bewertungsindex P2 stärker
gewichtet. Als Beispiel sei die Zuweisung betrachtet, wenn es eine
Halbleitervorrichtung 1 mit einem Bewertungsindex P1 von
1 und einem Bewertungsindex P2 von 2 gibt und eine Halbleitervorrichtung 2 mit
einem Bewertungsindex P1 von 2 und einem Bewertungsindex P2 von
1. Wenn genügend Spielraum
bis zur Lieferzeit der zuzuweisenden Halbleitervorrichtung bleibt,
wird die Belichtungsvorrichtung mit dem höchsten Gesamtindex P als die
Belichtungsvorrichtung zugewiesen, mit der die zugewiesene Halbleitervorrichtung
verarbeitet wird, und der Belichtungsprozess wird ausgeführt. Wenn
die Belichtungsvorrichtung und die Objektplatte derzeit verwendet
werden, wird eine Reservierung für
die Belichtungsvorrichtung und die Objektplatte vorgenommen, und
der Prozess wird ausgeführt,
wenn sie zur Benutzung frei sind. Weiter wird, wenn die zugewiesene
Belichtungsvorrichtung aufgrund einer Störung oder dergleichen nicht
verwendet werden kann, die Belichtungsvorrichtung mit dem nächstgrößten Gesamtindex
zugewiesen.
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9 zeigt
ein Diagramm mit einem Beispiel einer Ausgabemaske der Berechnungsergebnisse für die Belichtungsvorrichtung,
Objektplatte, Belichtungsenergie und Fokusabweichung in den Schritten 207 und 208 in 8.
Angezeigt werden der Name der Halbleitervorrichtung, der Belichtungsschritt,
die Belichtungsvorrichtung, die den Belichtungsprozess ausführt, der
Name der Objektplatte, die Belichtungsenergie und die Fokusabweichung.
Es ist zu beachten, dass die Ausgabemaske auf der Belichtungsvorrichtung,
einem Ausgabeterminal des Fertigungssteuerungssystems oder einem
speziellen Ausgabeterminal ausgegeben wird.
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10 zeigt
ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden
Erfindung. Gleiche Elemente wie in 1 sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dieser Ausführungsform ist die Datenberechnungsstation 3 mit dem
Datenbankabschnitt 7, dem Belichtungsparameterberechnungsabschnitt 4 und
dem Belichtungsvorrichtungszuweisungsabschnitt 5 in das
Fertigungssteuerungssystem 10 eingebaut, und alle Prozesse
werden ausgeführt.
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11 zeigt
ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform nach der vorliegenden
Erfindung. Gleiche Elemente wie in 1 sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dieser Ausführungsform ist die Datenberechnungsstation 3 mit
dem Datenbankabschnitt 7, dem Belichtungsparameterberechnungsabschnitt 4 und
dem Belichtungsvorrichtungs zuweisungsabschnitt 5 in jede
der Belichtungsvorrichtungen 2 eingebaut, und alle Prozesse
werden ausgeführt.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
sind für
den Fall der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Belichtungsvorrichtungen
bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen erläutert worden,
aber die vorliegende Erfindung ist nicht speziell auf die Herstellung
von Halbleitervorrichtungen beschränkt und kann in gleicher Weise
für Herstellungsverfahren
mit Projektionsbelichtungsvorrichtungen angewendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung weist eine Funktion zur Berechnung der Belichtungsenergie
und der Fokusabweichung auf, die für jede Belichtungsvorrichtung
in den Belichtungsschritten für
die Herstellung von Halbleitervorrichtungen unter Verwendung von
zuvor mit einem optischen Entwicklungssimulator erhaltenen Projektionslinsenaberrationen
der Belichtungsvorrichtungen entsprechend den Belichtungsparametern
des optischen Projektionssystems, Photoresist-Parametern und Schaltungsmusterinformationen
eingestellt werden, so dass bei der Belichtung der Halbleitervorrichtung
mit mehreren Belichtungsvorrichtungen die Häufigkeit der Ausführung der
Funktion zum Extrahieren der Belichtungsbedingungen durch Berechnen
der Belichtungsenergie und der Fokusabweichung für jeden Belichtungsschritt
und jede Belichtungsvorrichtung mit Testwafern verringert werden
kann, die Betriebseffizienz der Belichtungsvorrichtungen verbessert
werden kann und die TAT der Halbleitervorrichtungen verkürzt werden
kann.
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Darüber hinaus
weist sie eine Funktion zur Ausführung
der Belichtung mit der Belichtungsvorrichtung von mehreren Belichtungsvorrichtungen
auf, die ein großes
Prozessfenster aufweist, so dass durch den Belichtungsschritt verursachte
Defekte bei der Herstellung neuer Halbleitervorrichtungen verringert
werden können
und die Ausbeute verbessert werden kann.