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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauelementen und betrifft insbesondere Prozesssteuerungsverfahren für Fertigungsprozesse, wobei eine verbesserte Prozesssteuerungsqualität durch Erkennen von Prozessfehlern auf der Grundlage von Prozessdaten erreicht wird.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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Der globale Markt zwingt Hersteller von Massenprodukten dazu, hochqualitative Produkte bei einem geringen Preis anzubieten. Es ist daher wichtig, die Ausbeute und die Prozesseffizienz zu verbessern, um damit die Herstellungskosten zu minimieren. Dies gilt insbesondere auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung, da es hier wesentlich ist, modernste Technologie mit Massenproduktionstechniken zu vereinbaren. Es ist daher das Ziel der Halbleiterhersteller, den Verbrauch von Rohmaterialien und Verbrauchsmaterialien zu reduzieren, und gleichzeitig die Produktqualität und die Prozessanlagenausnutzung zu verbessern. Der letztere Aspekt ist insbesondere wichtig, da in modernen Halbleiterherstellungsstätten Anlagen erforderlich sind, die äußerst kostenintensiv sind und im Wesentlichen den Beitrag der Gesamtherstellungskosten repräsentieren. Beispielsweise können in der Fertigung moderner integrierter Schaltungen 500 oder mehr einzelne Prozesse erforderlich sein, um die integrierte Schaltung herzustellen, wobei ein Fehler in einem einzelnen Prozessschritt zu einem Verlust der vollständigen integrierten Schaltung führen kann. Dieses Problem wird noch verschärft, wenn die Größe von Substraten, auf denen eine Vielzahl derartiger integrierter Schaltungen bearbeitet werden, ständig zunimmt, so dass ein Fehler in einem einzelnen Prozessschritt den Verlust einer großen Anzahl von Produkten nach sich ziehen kann.
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Daher müssen die diversen Herstellungsphasen gewissenhaft überwacht werden, um eine unerwünschte Verschwendung von Arbeitsleistung, Anlagenbetriebszeit und Rohmaterialien zu verhindern. Idealerweise würde die Auswirkung jedes einzelnen Prozessschrittes auf jedes Substrat messtechnisch erfasst und das betrachtete Substrat würde erst dann für die weitere Bearbeitung freigegeben, wenn die erforderlichen Spezifizierungen erfüllt sind. Eine entsprechende Prozesssteuerung ist jedoch nicht praktikabel, da das Messen der Auswirkungen gewisser Prozesse relativ lange Messzeiten erfordern kann, die häufig außerhalb der Prozesse stattzufinden haben, oder es kann unter Umständen die Zerstörung der Probe erforderlich sein. Des weiteren wäre ein großer Aufwand hinsichtlich der Messzeit und der Anlagen auf der Messseite erforderlich, um die erforderlichen Messergebnisse bereitzustellen. Des weiteren wäre die Auslastung der Prozessanlage minimal, da die Anlage lediglich dann freigegeben wird, wenn das Messergebnis und seine Bewertung bereitstehen.
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Die Einführung statistischer Verfahren, was auch als statistische Prozessteuerung (SPC) bezeichnet wird, für das Einstellen von Prozessparametern entschärft das obige Problem deutlich und ermöglicht eine moderate Auslastung der Prozessanlagen während eine relativ hohe Prozessausbeute erreicht wird. Die statistische Prozesssteuerung beruht auf der Überwachung des Prozessausganges, um damit eine außerhalb des Steuerungsbereichs liegende Situation zu erkennen, wobei eine ursächliche Beziehung zu einer externen Störung ermittelt wird. Nach dem Auftreten einer außerhalb des Steuerungsbereichs liegenden Situation ist für gewöhnlich das Eingreifen eines Bedieners erforderlich, um einen Prozessparameter zu ändern, um damit wieder zu einer innerhalb des Steuerungsbereichs liegenden Situation zurückzukehren, wobei der ursächliche Zusammenhang zu der Störung hilfreich sein kann bei der Auswahl einer geeigneten Steuerungsaktivität. Dennoch müssen insgesamt gesehen eine große Anzahl an Platzhaltersubstraten oder Pilotsubstraten bereitgestellt werden, um Prozessparameter entsprechender Prozessanlagen einzustellen, wobei eine tolerierbare Parameterabweichung während des Prozesses bei der Gestaltung einer Prozesssequenz berücksichtigt werden muss, da derartige Parameterabweichungen über eine lange Zeitdauer hinweg unbeobachtet bleiben können oder durch SPC-Verfahren nicht in effizienter Weise kompensiert werden können.
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In jüngerer Zeit wurde eine Prozessteuerungsstrategie eingeführt und diese wird ständig verbessert, die ein hohes Maß an Prozesssteuerung, vorteilhafterweise auf einer Durchlauf-zu-Durchlauf-Basis, mit einer moderat großen Menge an Messdaten ermöglicht. In dieser Steuerungsstrategie, die sogenannte fortschrittliche Prozesssteuerung (APC), wird ein Modell eines Prozesses oder einer Gruppe aus zusammenhängenden Prozessen ermittelt und in eine geeignet ausgestaltete Prozesssteuerung implementiert. Die Prozesssteuerung empfängt ferner Informationen, die prozessvorgeordnete Messdaten und/oder prozessnachgeordnete Messdaten sowie Informationen enthalten, die beispielsweise sich auf die Substratgeschichte beziehen, etwa die Art des Prozesses oder der Prozesse, die Produktart, die Prozessanlage oder Prozessanlagen, in denen die Produkte zu bearbeiten sind oder in vorhergehenden Schritten bearbeitet wurden, das anzuwendende Prozessrezept, d. h. eine Anzahl erforderlicher Teilschritte für den bzw. die betrachteten Prozesse, wobei möglicherweise festgelegte Prozessparameter und variable Prozessparameter enthalten sein können, und dergleichen. Aus diesen Informationen und dem Prozessmodell bestimmt die Prozesssteuerung einen Steuerungszustand oder Prozesszustand, der die Auswirkung des Prozesses oder der betrachteten Prozesse auf das spezielle Produkt beschreibt, wodurch das Ermitteln einer geeigneten Parametereinstellung der variablen Parameter des spezifizierten Prozessrezepts, das an dem betrachteten Substrat auszuführen ist, ermöglicht wird.
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Somit kann die APC-Steuerung ein vorhersagendes Verhalten aufweisen, das typischerweise als modellvorhersagende Steuerung (MPC) bezeichnet wird. Modellvorhersagende Steuerungsschemata können, obwohl diese ursprünglich für eine Echtzeitsteuerung kontinuierlicher Prozesse verwendet wird, auch auf Steuerungssituationen von einzelnen Durchläufen angewendet werden, indem der kontinuierliche Zeitparameter durch einen diskreten Prozesslaufindex ersetzt wird, wobei die Steuerung nunmehr ausgebildet ist, auf im Wesentlichen kontinuierliche Störungen zu reagieren, die auch als Prozessabweichungen oder Drifts bezeichnet werden, und ebenso im Wesentlichen auf schrittweise Störungen reagieren kann, die als Prozessverschiebungen bezeichnet werden. Somit kann eine Durchlauf-zu-Durchlauf-Steuerung die Möglichkeit bieten, vorhersagbare, d. h. determinierte Störungen, etwa Prozessverschiebungen und Prozessabweichungen, zu kompensieren.
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Obwohl APC-Strategien deutlich zu einer Ausbeuteverbesserung und/oder zu einem verbesserten Bauteilverhalten und/oder zu einer Reduzierung der Herstellungskosten beitragen können, besteht dennoch eine statistische Wahrscheinlichkeit, dass selbst Prozessausgänge, die durch Anwenden einer APC-Technik erhalten werden, außerhalb eines vordefinierten Wertebereichs liegen können, wodurch sich ein Ausbeuteverlust ergeben kann. In Produktionslinien mit hohem Durchsatz können selbst kurze Verzögerungen zwischen dem Auftreten einer Situation außerhalb des Steuerungsbereiches, wodurch beispielsweise ein Anlagenfehler angezeigt werden kann, und deren Erkennung daher zu einem wesentlichen finanziellen Verlust beitragen. Daher kann es vorteilhaft sein, Fehlererkennungs- und Klassifizierungs-(FDC)Verfahren in Kombination mit anderen Steuerungsstrategien, etwa APC und/oder SPC einzusetzen.
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Beispielsweise ist eine wichtige Anwendung einer Durchlauf-zu-Durchlauf-Steuerung die Überwachung von Lithographieprozessen, da der Lithographieprozess einer der kritischsten Prozesse während der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist. Des weiteren bietet der Lithographieprozess typischerweise vermehrte Steuerungsmöglichkeiten, da der Prozess typischerweise schrittweise für jedes einzelne Substrat durchgeführt wird, d. h., es werden mehrere einzelne Abbildungsschritte für gewöhnlich für jedes Substrat ausgeführt, wodurch eine individuelle Steuerung jedes einzelnen Schrittes möglich ist. Folglich kann die Gleichförmigkeit über die Scheibe hinweg durch geeignetes Anpassen von Prozessparametern der einzelnen Abbildungsschritte gesteuert werden. Des weiteren besitzt die Lithographie eine in gewisser Weise einzigartige Position, indem der Prozessausgang des Lithographieprozesses bewertet und der Lithographieprozess wiederholt werden kann, wenn spezielle Prozessvorgaben nicht erreicht sind. Andererseits ist die Lithographie ein äußerst kostenintensiver Prozess und eine unnötige erneute Bearbeitung von Substraten, die außerhalb des Steuerungsbereichs liegen, kann wesentlich zu den Gesamtherstellungskosten beitragen. Ein wichtiger Aspekt im Lithographieprozess ist, zusätzlich zu der geeigneten Justierung des Retikelmusters in Bezug auf die Scheibe, die Einstellung der geeigneten Fokustiefe, da der Bereich für die verfügbare Fokustiefe mit der Belichtungswellenlänge und der numerischen Apertur zusammenhängt, wobei für eine vorgegebene numerische Apertur eine reduzierte Belichtungswellenlänge zu einer reduzierten Fokustiefe führt. Somit steigt mit der stetigen Abnahme der Strukturgrößen in modernen integrierten Schaltungen, die kleinere Belichtungswellenlängen erfordern, die Wahrscheinlichkeit für stark defokussierte Belichtungsfelder an, die auch als „heiße Bereiche” bezeichnet werden, wodurch sich merkliche Linienbreitenschwankungen auf den entsprechenden Chips einstellen können. Jedoch können standardmäßige Inspektions- und Überlagerungsmessverfahren nicht in sehr effizienter Weise derartige Fehler auf Grund von heißen Bereichen erkennen, wodurch deutlich zu einem Ausbeuteverlust beigetragen wird, da nicht erkannte Fehler von heißen Bereichen somit eine entsprechende Scheibe nicht der Wiederbearbeitung zuführen und auch das Erkennen von Fehlermechanismen in der entsprechenden Belichtungsanlage oder in anderen Prozessanlagen, die mit dem Abbildungsprozess verknüpft sind, verzögern können.
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Die
US 6 215 896 B1 offenbart ein System zum Detektieren von fokusabhängigen Belichtungsdefekten in Echtzeit durch Vergleichen einer berechneten Standardabweichung mit einem Sollwert.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technik bereitzustellen, die eine Steuerungsstrategie für einen Lithographieprozess ermöglicht, wobei eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme vermieden oder deren Auswirkungen zumindest deutlich reduziert werden können.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik, die das Erkennen von Substraten ermöglicht, die eine hohe Wahrscheinlichkeit aufweisen, dass sie ein oder mehrere defokussierte Belichtungsfelder aufweisen, d. h. heiße Bereiche, wobei dies in einer automatisierten und schnellen Weise stattfindet, wodurch die Möglichkeit für ein effizientes Erkennen von Substraten ermöglicht wird, die erneut zu bearbeiten sind, bevor diese Substrate für einen nachfolgenden Ätzprozess freigegeben werden, in welchem defokussierte Belichtungsfelder dann schließlich zu einem fehlerhaften Halbleiterbauelement führen können. Zu diesem Zwecke werden automatisch erzeugte fokusspezifische Maschinendaten gesammelt und verwendet, um einen Fokusstatus von in einer oder mehreren Photolithographieanlagen prozessierten Substraten abzuschätzen, wobei der Fokusstatus daher verfügbar ist, bevor ein nachfolgender Prozessschritt zum permanenten Übertragen des Lithographiemusters in das Substrat ausgeführt wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1a schematisch eine Fertigungsumgebung mit mehreren Lithographieanlagen und einem Fehlererkennungssystem zeigt, das ein Fehlererkennungsmodul zum Angeben eines aktuellen Fokusstatus eines oder mehrerer Substrate enthält, die von den Lithographieanlagen bearbeitet werden, gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
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1b schematisch eine Draufsicht eines Substrats zeigt, das ein Belichtungsfeld aufweist, wobei fokusspezifische Parameter angegeben sind, die während der automatischen Fokussierprozedur vor einem tatsächlichen Belichtungsprozess verwendet werden können; und
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1c schematisch detaillierter ein Fehlererkennungssystem gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Allgemeinen beruht die vorliegende Erfindung auf dem Konzept, dass äußerst effiziente APC-Strategien in wirksamer Weise verbessert werden können, indem zusätzlich effektive Fehlererkennungsalgorithmen und Techniken bereitgestellt werden, die eine rasche Erkennung von Prozessfehlern ermöglichen und die die Klassifizierung der aufgetretenen Fehler zulassen, wodurch ein effizientes Mittel zur Erkennung einer möglichen Fehlerquelle bereitgestellt wird. Ein wesentlicher Prozess in der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist die Lithographie, da Belichtungsprozesse in den diversen Bauteilebenen den wesentlichen Anteil der Gesamtherstellungskosten repräsentieren und ebenso die Möglichkeit zum Kompensieren von substratweiten Ungleichförmigkeiten sowie zum Korrigieren belichtungsspezifischer Fehler vor einem permanenten Übertragen derartiger belichtungsspezifischer Fehler in die Halbleiterstruktur in dem nachfolgenden Ätzprozess bieten. Wie zuvor erläutert ist, werden mit den ständig kleiner werdenden Belichtungswellenlängen, die gegenwärtig bei etwa 190 nm für kritische Lithographieprozesse liegen, etwa die Gateelektrodenlithographie, mit der Aussicht auf noch weiter reduzierte Wellenlängen in der nahen Zukunft, die Anforderungen im Hinblick auf das geeignete Fokussieren jedes Belichtungsfeldes zunehmend schwieriger. in einem Belichtungsprozess werden daher, äußerst komplexe und automatisierte Prozeduren ausgeführt, um das zu belichtende Substrat in geeigneter Weise auszurichten und zu fokussieren. Die Ausrichtung und der Fokussierungsvorgang werden für gewöhnlich individuell für jedes Belichtungsfeld ausgeführt und erfordern daher unterschiedliche Justier- und Fokussierwerte für die entsprechenden Parameter. Beispielsweise kann das Vorhandensein eines kleinen Teilchens auf der Rückseite eines Substrats zu einer unterschiedlichen Höhe der Substratoberfläche in der Nähe des Teilchens im Vergleich zu anderen Substratgebieten führen, wodurch möglicherweise ein deutlich unterschiedlicher Wertesatz für die entsprechenden Fokuseinstellparameter im Vergleich zu im Wesentlichen nicht betroffenen Substratgebieten erzeugt werden kann. Gemäß der Erkenntnis der Erfinder können fokusspezifische Prozessdaten, die während des Fokussierprozesses erzeugt werden, effizient als ein Maß für eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens des heißen Bereiches, d. h. eines defokussierten Bereichs auf einem Substrat, ausgenutzt werden, wobei die Verfügbarkeit der entsprechenden Prozessdaten unmittelbar nach oder sogar während des Belichtungsprozesses des entsprechenden Substrates eine rasche und effiziente Bewertung des aktuellen Fokusstatus des Substrats ermöglicht. Abhängig von der Prozessstrategie können äußerst effiziente statistische Werte auf der Grundlage mehrerer Substrate erzeugt werden, um damit die „Zuverlässigkeit” des entsprechend abgeschätzten Fokusstatus deutlich zu verbessern. Ferner kann durch geeignetes in Beziehung setzen des Fokusstatus entsprechender Substrate mit anderen Prozess- und anlagenspezifischen Informationen eine mögliche Fehlerquelle, die einen Fehler mit einem heißen Bereich erzeugt, effizienter im Vergleich zu konventionellen Verfahren erkannt werden, da in konventionellen Verfahren selbst das Erkennen eines Fehlers mit einem heißen Bereich deutlich verzögert sein kann, wenn standardmäßige Inspektions- und Überlagerungsabtastprüfungen ausgeführt werden.
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Mit Bezug zu den 1a bis 1c werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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1a zeigt schematisch eine Fertigungsumgebung 150 zum Ausführen eines oder mehrerer Herstellungsprozesse während der Fertigung von Halbleiterbauelementen. Die Fertigungsumgebung 150 umfasst eine oder mehrere Lithographieanlagen 152a, 152b, ..., die gleiche oder unterschiedliche Lithographieanlagen repräsentieren können, die gemäß vordefinierter Prozessrezepte und mit speziellen Photomasken, d. h. Retikeln, betrieben werden, die für das Übertragen eines spezifizierten Musters auf eine spezielle Bauteilebene mehrerer Substrate 151 erforderlich sind. Ferner sind mehrere Substrate 153 gezeigt, die zuvor von den Prozessanlagen 152a, 152b bearbeitet wurden und für die ein aktueller Fokusstatus abzuschätzen ist, bevor die Substrate 153 für einen Ätzprozess freigegeben werden, der in einer Ätzanlage 156 ausgeführt wird, um damit das optisch erzeugte Muster in mehrere Belichtungsfelder 154 in einer darunter liegenden Bauteilschicht zu übertragen. Somit ist die vorliegende Erfindung auf Belichtungsprozesse anwendbar, die zur Herstellung von Bauelementen, etwa Transistoren, und dergleichen, verwendet werden, die in einer Bauteilebene herzustellen sind, sowie auf Belichtungsprozesse, die angewendet werden, um andere Strukturelemente in unterschiedlichen Ebenen, beispielsweise eine Kontaktlochätzung in einer dielektrischen Schicht, ein STI-Graben, etc. herzustellen. Wie zuvor erläutert ist, können während des Belichtungsprozesses in den Lithographieanlagen 152a, 152b ein oder mehrere Belichtungsfelder auf einem oder mehreren Substraten 153 in einer im Wesentlichen defokussierten Weise belichtet worden sein, wodurch sich typischerweise fehlerhafte Bauteile nach der Beendigung der Fertigungssequenz für die Substrate 153 ergeben können. In 1a ist ein entsprechender defokussierter Bereich, der auch als ein heißer Bereich bezeichnet wird, 155 in einem der Substrate 153 gezeigt. Es kann eine Vielzahl von Gründen für das Auftreten des heißen Bereichs 155 geben, etwa Teilchen auf dem Substrat und/oder der Substrathalterung, wobei insbesondere die Rückseitenpolierung der Substrate zu einer erhöhten Rückseitenteilchenkontamination führen kann, oder Ungenauigkeiten beim Fokuseinstellalgorithmus, Fehler beim Retikellayout, eine Retikelkontamination, Inhomogenitäten von darunter liegenden Substratschichten, und dergleichen.
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Die Fertigungsumgebung 150 umfasst ferner ein Fehlererkennungssystem 100, das eine Schnittstelle 157 enthalten kann, die ausgebildet ist, eine Verbindung zu den Lithographieanlagen 152a, 152b herzustellen, um damit fokusbezogene Prozessdaten von den Lithographieanlagen 152a, 152b zu dem Fehlererkennungssystem 100 zu übertragen. Ferner kann das Fehlererkennungssystem 100 eine weitere Schnittstelle 108 zum Empfangen statistischer Informationen hinsichtlich der fokusbezogenen Prozessdaten aufweisen. Dabei können die fokusbezogenen statistischen Daten, die über die Schnittstelle 108 bezogen werden, einen einzelnen Schwellenwert repräsentieren oder Prozessdaten zuvor bearbeiteter Substrate mit einschließen, wodurch es dem Fehlererkennungssystem 100 ermöglicht wird, einen geeigneten statistischen Wert zu bestimmen, der für eine zuverlässige Abschätzung der fokusbezogenen Prozessdaten, die von den neu prozessierten Substraten 153 gewonnen werden, erforderlich ist. Des weiteren kann das Fehlererkennungssystem 100 mit einer Datenbank 120 verbunden sein, die weitere prozessspezifische Informationen enthalten kann, etwa die Identifizierung der Lithographieanlagen 152a, 152b, die tatsächlich für das Bearbeiten eines speziellen Substrats der Substrate 153 benutzt wurde, die Bauteilebene, die während des Lithographieprozesses, der von den einzelnen Anlagen 152a, 152b ausgeführt wird, herzustellen ist, Information über der Belichtung vorgeordnete Prozesse, etwa die Identität der verwendeten Belackungsanlage, und dergleichen. Die Datenbank 120 kann entsprechend spezifizierter Kategorien organisiert sein, um damit eine äußerst effiziente Klassifizierung aktueller Fokusstatus zu ermöglichen, die für das eine oder die mehreren Substrate 153 abgeschätzt werden. Beispielsweise kann auf die Datenbank 120 auch durch eine entsprechende APC-Steuerung (nicht gezeigt) zugegriffen werden, die so betrieben werden kann, um den eigentlichen Belichtungsprozess in den einzelnen Anlagen 152a, 152b zu steuern, wobei die variablen Parameterwerte des speziellen Rezeptes auf der Grundlage von Prozessdaten und zuvor angewendeten manipulierten Variablen, die einer individuellen Kategorie der Datenbank 120 angehören, ermittelt werden können. Somit kann das Fehlererkennungssystem 100 im Wesentlichen die gleiche Prozessdatenhierarchie anwenden, wie sie auch von der entsprechenden APC-Steuerung verwendet wird. In anderen Ausführungsformen kann eine mehr oder weniger detaillierte Kategorisierung prozessspezifischer Informationen in der Datenbank 120 angewendet sein.
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Während einer in der Fertigungsumgebung 150 durchgeführten Herstellungssequenz kann das Substrat 151 der Umgebung 150 mittels einer geeigneten Substrattransporteinrichtung zugeführt werden, wobei ein Überwachen mittels eines Fertigungsausführungssystems (nicht gezeigt) vorgesehen sein kann, das den gesamten Prozessablauf in der Fertigungsumgebung 150 steuern kann. Somit können die Substrate 151 eine Gruppe aus Substraten, etwa ein Los, bzw. eine Charge, repräsentieren, die im Wesentlichen das gleiche Prozessrezept erfahren, d. h. ein spezielles Maskenmuster wird in eine entsprechende Lackschicht, die zuvor auf den Substraten 151 ausgebildet ist, übertragen. In anderen Fallen können die Substrate 151 unterschiedliche Arten von Photomaskenmuster erhalten, wenn sie unterschiedliche Halbleiterbauelementstypen repräsentieren oder wenn sie die gleiche Art von Halbleiterbauelementen repräsentieren, jedoch zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt des Gesamtfertigungsprozesses. In einigen anschaulichen Ausführungsformen können entsprechende substratspezifische Informationen, etwa die Prozessgeschichte, beispielsweise hinsichtlich der Herstellung der Lackschicht, oder hinsichtlich anderer belichtungsvorgeordneter Prozesse, etwa die Lackausbackung, und dergleichen, in der Datenbank 120 gespeichert sein. Die Substrate 151 können dann den Lithographieanlagen 152a, 152b entsprechend den Prozesserfordernissen, etwa der Verfügbarkeit der einzelnen Anlagen 152a, 152b, der speziellen Belichtungswelle, die in diversen Anlagen verwendet wird, und dergleichen zugeführt werden. Eine entsprechende Information, welche Lithographieanlage 152a, 152b zur Beareitung welches Substrats 151 ausgewählt ist, kann ebenso in die Datenbank 120 eingespeist werden und ist daher für das Fehlererkennungssystem 100 verfügbar. Nach der Ankunft in einer der Lithographieanlagen 152a, 152b wird ein entsprechendes Substrat dann einem automatisierten Justierverfahren und einem nachfolgenden Fokussierprozess unterzogen. Während des Fokussierprozesses schätzt die Lithographieanlage auf der Grundlage spezieller Algorithmen ab, ob der entsprechende Bereich des Substrates innerhalb eines zulässigen Bereichs ist, um damit im Wesentlichen gut fokussierte Lackstrukturelemente zu erhalten.
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1b zeigt schematisch eine Draufsicht auf eines der Substrate 151 während des Fokussiervorganges für das nachfolgende Erzeugen eines der Belichtungsfelder 154. Auf der Grundlage optischer Einrichtungen, etwa Laser, und dergleichen und/oder auf der Grundalge des eigenen optischen Systems wird der Abstand des Belichtungsfeldes 154 in Bezug auf die Brennebene der Lithographieanlage eingestellt. Zu diesem Zweck kann das Substrat 151 in Bezug auf die spezifizierten Richtungen, etwa eine x-Richtung 159 und eine y-Richtung 158, geneigt werden, um auf der Grundlage optischer Daten, die für verschiedene Werte der entsprechenden Neigungswinkel gesammelt werden, einen optimalen Fokuszustand für das Belichtungsfeld 154 automatisch abzuschätzen. Während dieses Fokussiervorganges können die entsprechenden Neigungswinkel in der x- und y-Richtung gemäß den Messergebnissen variiert werden, die für die diversen Neigungswinkel erhalten wurden, wodurch ein Neigungswinkelbereich erzeugt wird, der für das Erhalten einer Fokusposition, die von dem automatisierten Fokusalgorithmus als geeignet betrachtet wird, erforderlich ist. Folglich können die Neigungswinkelbereiche, die während des Fokussierungsprozesses für die mehreren Belichtungsfelder 154 des Substrats 151 verwendet wurden, Informationen hinsichtlich der „Genauigkeit” und damit hinsichtlich der Qualität des Fokussierungsprozesses enthalten, da beispielsweise ein großer Neigungswinkelbereich in einer oder mehreren der spezifizierten Richtungen ein gewisses Maß an Unsicherheit für das Bewerten einer „optimalen” Fokusposition andeuten kann. Der entsprechende Fokussierungsprozess wird für jedes der Belichtungsfelder 154 durchgeführt, wobei der vollständige Satz aus fokusbezogenen Informationen, d. h. in einer speziellen Ausführungsform, die entsprechenden Neigungswinkelbereiche, nach dem Bearbeiten des entsprechenden Substrats 151 verfügbar ist. In einer anschaulichen Ausführungsform können vordefinierte Substratpositionen im Voraus ausgewählt werden, von denen entsprechende Neigungswinkelbereichsdaten oder andere fokusbezogene Daten genommen werden, um damit den aktuellen Fokusstatus des entsprechenden Substrats abzuschätzen. Beispielsweise können Belichtungspositionen an dem Substratrand auf Grund erhöhter Schwankungen und Ungleichförmigkeiten an dem Substratrand ausgeschlossen werden. Die entsprechenden fokusspezifischen Daten können unmittelbar nach dem Ende des Belichtungsprozesses oder nach dem Ende der einzelnen Fokussierungsprozesse an das Fehlererkennungssystem 100 über die Schnittstelle 157 weitergegeben werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen können die Daten nach dem Ende des Bearbeitens einer Gruppe aus Substraten 151, etwa die Substrate 153, jedoch vor dem Bearbeiten der Substrate 153 in der Ätzanlage 156 bereitgestellt werden. Auf der Grundlage der fokusbezogenen Prozessdaten und eines statistisch relevanten Wertes, der über die Schnittstelle 108 erhalten werden kann oder der auf der Grundlage der fokusbezogenen Prozessdaten bestimmt werden kann, beispielsweise durch Mitteln mehrerer der zuvor erhaltenen Prozessinformationen und dergleichen, berechnet das Fehlererkennungssystem 100 einen aktuellen Fokusstatus der Substrate 153 und identifiziert ein spezielles Substrat der Substrate 153 als ein Substrat mit einer hohen Wahrscheinlichkeit, dass es den heißen Bereich 155 enthält. Folglich kann das entsprechende Substrat 153 als ein Substrat markiert werden, das erneut zu bearbeiten ist und das von den verbleibenden Substraten 153 zu separieren ist, die als einen zulässigen aktuellen Fokusstatus besitzende Substrate bewertet wurden und die zu der weiteren Bearbeitung freigegeben werden, wobei andere Inspektions- und Messprozeduren vorgesehen sein können, in welchem weitere Fehlererkennungsmechanismen angewendet werden können, um weitere Substrate zu erkennen, die erneut zu bearbeiten sind. In einer anschaulichen Ausführungsform wird daher der aktuelle Fokusstatus jedes der Substrate 153 oder einer Gruppe aus Substraten 153 im Wesentlichen unmittelbar nach dem Ende des Belichtungsprozesses und vor einer weiteren Substratbearbeitung festgelegt, wodurch der Durchsatz und die Anlagenverfügbarkeit in Prozesssequenzen nach dem Belichten verbessert werden.
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In einer anschaulichen Ausführungsform können die fokusbezogenen Prozessdaten auf den folgenden Parametern beruhen:
MAX_TILT_RX(i) repräsentiert die maximale feldinterne Neigung eines Substrats, das den Index i aufweist, in Bezug auf die x-Richtung.
MAX_TILT_RY(i) repräsentiert die maximale feldinterne Neigung des Substrats mit dem Index i in Bezug auf die y-Richtung.
STDV_TILT_RX(i) repräsentiert die Standardabweichung der feldinternen Neigung des Substrats mit dem Index i in der x-Richtung.
STDV_TILT_RY(i) repräsentiert die Standardabweichung der feldinternen Neigung des Substrats mit dem Index i in der y-Richtung.
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Diese Parameter können vorteilhafterweise für die substratbasierte Bestimmung der Wahrscheinlichkeit des Erzeugens eines heißen Bereiches während eines vorhergehenden Lithographieprozesses benutzt werden.
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Die folgenden Parameter können bei der Bewertung des aktuellen Fokusstatus von Gruppen oder Chargen aus Substraten verwendet werden und auch für das Bestimmen eines statistischen Wertes mit hoher Signifikanz für das Abschätzen des aktuellen Fokusstatus einzelner Substrate oder Gruppen aus Substraten.
MAX_PX(j) repräsentiert den Mittelwert der substratbasierten maximalen feldinternen Neigung MAX_TILT_RX(i) der Gruppe oder der Charge mit dem Index j.
MAX_PY(j) repräsentiert den Mittelwert der substratbasierten maximalen feldinternen Neigung MAX_TILT_RY(i) der Gruppe mit dem Index j.
STDV_PX(j) repräsentiert den Mittelwert der substratbasierten Standardabweichung der feldinternen Neigung STDV_TILT_RX(i) der Gruppe mit Index j.
STDV_PY(j) repräsentiert den Mittelwert der substratbasierten Standardabweichung der feldinternen Neigung STDV_TILT_RY(i) der Gruppe mit dem Index j.
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Ferner können in einer anschaulichen Ausführungsform die folgenden Parameter für statistisch signifikante Werte definiert werden:
MAX_PX repräsentiert den Mittelwert der oben definierten gruppenspezifischen Werte MAX_PX(j) der aktuell bearbeiteten Gruppe aus Substraten 153 und zuvor bearbeiteter Gruppen, wobei eine Anzahl k an Chargen berücksichtigt wird, wobei k geeignet gewählt wird.
MAX_PY repräsentiert den Mittelwert der MAX_PY(j) für die aktuell bearbeitete Gruppe und der letzten k Gruppen.
STDV_PX repräsentiert den Mittelwert der entsprechenden Standardabweichung STDV_PX(j) der aktuell prozessierten Gruppe und der Ietzten k Gruppen.
STDV_PY repräsentiert den Mittelwert der entsprechenden Standardabweichungen STDV_PY(j) der aktuell bearbeiteten Gruppe und der letzten k Gruppen.
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Auf der Grundlage der oben definierten Parameter können diverse Kriterien erstellt werden, um damit zu bestimmen, ob ein aktueller Fokusstatus ein unzulässiger Status ist oder nicht. In einer anschaulichen Ausführungsform kann ein Schwellenwert, beispielsweise im Voraus oder in dynamischer Weise, so dass der Schwellenwert auf der Grundlage der ermittelten „Qualitat” der Erkennung heißer Bereiche aktualisiert werden kann, festgelegt werden, und der Schwellenwert kann dann mit einem geeignet definierten Wert verglichen werden, der aus den zuvor beschriebenen Parametern ermittelt wird. In einer anschaulichen Ausführungsform wird ein Schwellenwert, der als Fh bezeichnet ist, im Bereich von 0,3 bis 0,7 und vorteilhafterweise in einen Bereich von 0,4 bis 0,5 definiert, der dann mit entsprechenden Werten verglichen wird, die die fokusbezogenen Prozessdaten auf Gruppenbasis oder Losbasis repräsentieren. Beispielsweise können die folgenden Ungleichungen festgelegt werden, um in quantitativer Weise die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des heißen Bereichs 155 abzuschätzen. 1 – MAX_PX/MAX_PX(j) ≤ Fh, 1 – MAX_PY/MAX_PY(j) ≤ Fh, 1 – STDV_PX/STDV_PX(j) ≤ Fh, 1 – STDV_PY/STDV_PY(j) ≤ Fh.
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Abhängig von der Prozessstrategie kann folglich, wenn eine oder mehrere der obigen Bedingungen verletzt sind, die entsprechende Gruppe aus Substraten als einen unzulässigen aktuellen Fokusstatus besitzend bestimmt werden, wodurch dieses Substrat oder die Gruppe aus Substraten als Substrate gekennzeichnet sind, die erneut zu bearbeiten sind. Wie man aus den obigen Bedingungen erkennen kann, wird, wenn die entsprechenden aktuell erhaltenen Prozessdaten deutlich größer sind als die entsprechenden zugeordneten statistischen Werte, das Verhältnis des statistischen Wertes und der entsprechenden aktuellen Prozessdaten relativ klein und somit stimmt die linke Seite der Ungleichungen nicht mehr mit dem vordefinierten Schwellenwert überein. Wenn andererseits die aktuell erhaltenen Prozessdaten, d. h. die Daten, die die zuvor prozessierten Substrate 153 als eine Gruppe kennzeichnen, in der Nähe des zugeordneten statistischen Wertes bleiben, bleibt die linke Seite der obigen Ungleichungen kleiner als der Schwellenwert, wodurch ein zulässiger aktueller Fokusstatus angezeigt wird.
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In ähnlicher Weise kann eine substratbasierte Abschätzung der aktuellen Fokusdaten erreicht werden, indem beispielsweise die folgenden Bedingungen verwendet werden. 1 – MAX_PX/MAX_TILT_RX(i) ≤ Fh, 1 – MAX_PY/MAX_TILT_RY(i) ≤ Fh, 1 – STDV_PX/STDV_TILT_RX(j) ≤ Fh, 1 – STDV_PY/STDV_TILT_RY(i) ≤ Fh.
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Somit kann die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines heißen Bereichs ebenso effizient auf der Grundlage einzelner Substrate bestimmt werden, wobei zu beachten ist, dass andere geeignete Algorithmen und Vergleichskriterien erstellt werden können.
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1c zeigt schematisch das Fehlerkennungssystem 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, wobei die fokusspezifischen Prozessdaten noch effizienter verwendet werden können, um die Erkennung des heißen Bereiches zu verbessern und/oder eine Fehlerklassifizierung für das Erkennen möglicher Fehlerquellen, die Fehler mit heißen Bereichen hervorrufen, bereitzustellen. Das Fehlererkennungssystem 100 kann einen Eingangsabschnitt 101 aufweisen, der fokusbezogene Prozessdaten empfängt und der ferner weitere Prozessinformationen, etwa Anlagenidentifizierungsinformationen, prozessrelevante Informationen, Substratidentifizierungs- und Geschichtsinformationen, und dergleichen empfangen kann. Der Eingangsabschnitt 101 kann mit einem oder mehreren anderen Funktionsblöcken in dem Fehlererkennungssystem 100 über einen Kommunikationsbus 107, mit dem auch die Datenbank 120 verbunden ist, kommunizieren. In einer anschaulichen Ausführungsform ist die Datenbank 120 entsprechend einer spezifizierten Datenstruktur organisiert, so dass darin gespeicherte Information und daraus ausgelesene Information in spezielle Kategorien eingeteilt ist, die geeignet so festgelegt sind, um damit die Effizienz der Fokusstatusbestimmung und/oder einer Fehlerklassifizierung zu verbessern. Beispielsweise können Substrate, die von der gleichen Lithographieanlage 152a, 152b bearbeitet werden und die das gleiche Prozessrezept erfordern, als zu der gleichen Kategorie gehörig betrachtet werden. In anderen Beispielen kann die Auflösung für die Erkennung möglicher Fehlerquellen verbessert werden, indem die Kategorien feiner definiert werden, beispielsweise indem auch das in einer speziellen Lithographieanlage verwendete Retikel berücksichtigt wird und/oder indem prozessvorgeordnete Informationen berücksichtigt werden, etwa die Identität der Belackungsanlage oder anderer der Belichtung vorgeordnete Prozessanlagen, und dergleichen. Beispielsweise kann eine Kontamination einer speziellen Belackungsanlage zu einer Ungleichförmigkeit der Lackschicht führen, die wiederum deutlich den Belichtungsprozess in äußerst lokaler Weise beeinflussen kann. Durch Verfolgen diverser Prozess-„Fäden” mittels speziell definierter Kategorien können folglich mögliche Fehlerquellen effizienter erkannt werden. Folglich kann nach dem Empfangen der Prozessdaten und möglicherweise von Prozessinformationen, die damit in Verbindung stehen, und nach dem Speichern dieser Daten in der Datenbank 120 ein Abschnitt 102, der ein Fehlererkennungsmodul repräsentiert, den aktuellen Fokusstatus eines oder mehrerer der Substrate 153 auf der Grundlage eines geeigneten Algorithmus, wie er beispielsweise zuvor definiert ist, abschätzen, wobei das Fehlererkennungsmodul 102 über dem Kommunikationsbus 107 mit einem statistischen Modul 105 und einem Komparatormodul 106 in Verbindung steht, die in Kombination geeignete statistische Werte und Vergleichskriterien für das endgültige Abschätzen des aktuellen Fokusstatus bereitstellen.
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Ferner kann das System 100 eine Indikatoreinrichtung 103 aufweisen, die eine beliebige geeignete Einrichtung zum Angeben des aktuell bestimmten Fokusstatus eines speziellen Substrats oder einer speziellen Gruppe aus Substraten repräsentieren kann. Beispielsweise kann die Indikatoreinrichtung 103 mit der Datenbank 120 in Verbindung stehen, um darin einen entsprechenden aktuellen Fokusstatus zu speichern, der dann von einem anderen Steuerungssystem, etwa einer APC-Steuerung, abgerufen werden kann, die dann den aktuellen Fokusstatus für eine effizientere Steuerung der Lithographieanlagen 152a, 152b verwenden kann. In anderen Fällen kann ein übergeordnetes Fertigungsausführungssystem die Datenbank 120 abfragen, um Substrate oder Gruppen aus Substraten zu erkennen, die vor der Freigabe für einen nachfolgenden Prozess, etwa einen Ätzprozess in der Ätzanlage 156 erneut zu bearbeiten sind. Ferner kann das übergeordnete Steuerungssystem für die erforderlichen Resourcen sorgen, die notwendig sind, um ein als ein Substrat mit einem unzulässigen Fokusstatus erkanntes Substrat von den verbleibenden Substraten zu trennen und um für die Anlagenverfügbarkeit für die nachfolgende Neubearbeitung dieser Substrate zu sorgen. In anderen Fällen kann die Indikatoreinrichtung 103 ausgebildet sein, einen Bediener über das Auftreten eines unzulässigen Fokusstatus eines der Substrate 153 oder einer Gruppe aus Substraten zu informieren.
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In einer anschaulichen Ausführungsform umfasst das System 100 ein Fehlerklassifizierungsmodul 104, das ausgebildet ist, die Wahrscheinlichkeit diverser Komponenten und Prozesse innerhalb der Fertigungsumgebung 150 als mögliche Quelle für die Erzeugung von Fehlern mit heißen Bereichen zu bestimmen. Beispielsweise kann das Fehlerklassifizierungsmodul 104 auf die Datenbank 120 zugreifen und kann Substrate der diversen Kategorien im Hinblick auf ihren aktuellen Fokusstatus vergleichen. Wenn beispielsweise in einer Kategorie eine moderat hohe Anzahl unzulässiger Fokusstatus erkannt wird, und in einer anderen Kategorie, die die gleichen Mitglieder mit Ausnahme eines einzelnen unterschiedlichen Mitglieds aufweist, eine geringe Anzahl unzulässiger Fokusstatus erkannt wird, kann das Fehlerklassifizierungsmodul 104 das unterschiedliche Mitglied, beispielsweise ein anderes verwendetes Retikel, eine andere verwendete Belichtungsanlage, eine andere vor der Belichtung verwendete Prozessanlage, und dergleichen als eine mögliche Quelle für Fehler mit heißen Bereichen kennzeichnen. Somit kann das Fehlerklassifizierungsmittel 104 eine entsprechende Schlüsselzahl oder eine andere geeignete Indikation erzeugen, die das entsprechende Potential zur Erzeugung eines Fehlers mit „heißem Bereich” der diversen Komponenten, d. h. Mitglieder der entsprechenden Kategorien, in der Fertigungsumgebung 150 quantitativ angibt. Entsprechende Fehlerklassifizierungswerte können dann der Indikatoreinrichtung 103 zugeführt werden oder können in der Datenbank 120 für eine weitere Verwendung in anderen Steuerungsstrategien gespeichert werden. Es sollte beachtet werden, dass das Fehlerklassifizierungsmodul 104 nicht notwendigerweise auf Basis eines zweiwertigen Wertes arbeitet, d. h. mit Ja/Nein-Bedingungen des aktuellen Fokusstatus, d. h. das Fehlerklassifizierungsmodul 104 kann „kontinuierliche” Fokusstatuswerte verwenden, so dass auch Prozesssituationen berücksichtigt werden können, in denen der aktuelle Fokusstatus nahe an dem Schwellenwert liegt, wodurch eine effizientere Bewertung der einzelnen Komponenten in Bezug auf ihr Potential zur Erzeugung eines Fehlers mit heißem Bereich ermöglicht wird.
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Es gilt also: die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Technik zur Erkennung von Substraten mit hoher Wahrscheinlichkeit für einen Fehler mit heißem Bereich, die während eines Belichtungsprozesses erzeugt wurden, bereit, wobei eine schnelle Reaktionszeit es ermöglicht, auf Grund von Fehlern mit heißem Bereich erneut zu bearbeitende Substrate unmittelbar nach dem Belichtungsprozess zu erkennen, wodurch ein Ausbeuteverlust reduziert und die Anlagenausnutzung verbessert wird. Zu diesem Zwecke werden fokusbezogene Daten, die während des automatisierten Fokussierprozesses in den Lithographieanlagen gesammelt werden, angewendet, wobei diese in einer anschaulichen Ausführungsform die Neigungswinkelbereiche repräsentieren, die während des Einstellens der Fokusposition angewendet werden, und die daher unmittelbar nach dem Ende des Belichtungsprozesses verfügbar sind und damit eine automatisierte Bestimmung des aktuellen Fokusstatus ermöglichen. Ferner können auf der Grundlage geeigneter Algorithmen für das numerische Berechnen eines fokusspezifschen Statuswertes andere Steuerungsaktivitäten verbessert werden und es kann auch eine effiziente Fehlerklassifizierung durchgeführt werden, urn Komponenten und Prozesse als mögliche Fehlerquellen für heiße Bereiche zu erkennen oder die Relevanz einer erfassten Fehlerquelle zu bewerten. Ferner ist die dynamische Überwachung der Fehler für heiße Bereiche im Wesentlichen nicht durch Anlagen- und/oder Einstellungsänderungen in den entsprechenden Belichtungsanlagen beeinflusst, da derartige Änderungen durch die statistischen Werte repräsentiert sind, die von einer Vielzahl zuvor bearbeiteter Substrate gewonnen werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann ein exponentiell gewichteter gleitender Mittelwert angewendet werden, um entsprechende statistische Werte, etwa ein Schwellenwert, oder den Nenner in den oben genannten Ungleichungen bereitzustellen, um damit in effizienter Weise den aktuellen Statusalgorithmus an Änderungen in der Hardware oder der Einstellung der Belichtungsanlagen anzupassen. Ferner kann durch Bereitstellen einer geeigneten Datenstruktur in Form geeigneter definierter Kategorien für das System ein hohes Maß an Fehlerabdeckung in der Fertigungsumgebung erreicht werden und es kann auch ein hohes Maß an Kompatibilität mit anderen Steuerungsstrategien erzielt werden.
