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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Hierbei besteht in der Praxis der Bedarf, für den strukturierten Wafer charakteristische Parameter zu kontrollieren, z.B. den CD-Wert oder die Schichtdicke. Insbesondere bei sogenannten „Multi-Patterning“-Verfahren zur Unterschreitung der Auflösungsgrenze des optischen Systems mit in mehreren Lithographieschritten auf dem Wafer erzeugten Strukturen muss eine große Zahl von Prozessparametern kontrolliert werden. Von besonderer Bedeutung ist hier oft das sogenannte Overlay.
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Bei der Bestimmung solcher Parameter ist es u.a. bekannt, Hilfsstrukturen in Form geeigneter Markerbereiche insbesondere in Randbereichen der jeweils hergestellten Waferelemente zu erzeugen, um anhand dieser Hilfsstrukturen eine beugungsbasierte Bestimmung der jeweiligen relevanten Parameter in einem scatterometrischen Aufbau durchzuführen.
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Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die anhand solcher Hilfsstrukturen ermittelten Parameterwerte nicht notwendigerweise das tatsächliche Verhalten der auf dem Wafer enthaltenen Nutzstrukturen repräsentieren, was z.B. auf einer unzureichenden Korrelation zwischen Nutz- und Hilfsstruktur und/oder einem großen Abstand zwischen diesen zurückzuführen sein kann. Ein weiteres in der Praxis auftretendes Problem resultiert mitunter aus der vergleichsweise hohen Anzahl benötigter Hilfsstrukturen, deren sukzessive Auswertung mit einer signifikanten Beeinträchtigung des Durchsatzes des Lithographieverfahrens einherginge.
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Des Weiteren stellt die Ermittlung einer Mehrzahl relevanter Parameter innerhalb einer gegebenenfalls komplex aufgebauten Nutzstruktur auf einem Wafer auch insoweit eine anspruchsvolle Herausforderung dar, als die betreffenden Parameter unter Umständen nur schwer simultan in einem einzigen Messaufbau bestimmt werden können. Dies ist dann der Fall, wenn diese Parameter in dem Sinne linear abhängig sind, dass gewisse Kombinationen dieser Werte im Kern (d.h. Eigenvektoren zum Eigenwert 0) der das Problem beschreibenden Kovarianzmatrix liegen. Oft tritt dieser Fall bei einer in einer beugungsbasierten Bestimmung erfassten Abweichung zwischen gemessenen und simulierten Werten auf, so dass nicht eindeutig entschieden werden kann, welche Parametervariation für diese Abweichung ursächlich ist.
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Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf
US 2006/0274325 A1 ,
US 8,339,595 B2 ,
US 8,670,118 B2 und
US 2012/0224176 A1 ,
US 2003/0219153 A1 ,
US 2009/0037134 A1 und
US 7,916,286 B2 verwiesen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers bereitzustellen, welche die möglichst rasche und zuverlässige Ermittlung von einer oder mehreren für den strukturierten Wafer charakteristischen Kenngrößen unter möglichst geringer Beeinträchtigung des Durchsatzes der Projektionsbelichtungsanlage ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Gemäß einem Aspekt wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers eine Mehrzahl von für den strukturierten Wafer charakteristischen Parametern auf Basis von Messungen der Intensität elektromagnetischer Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer ermittelt, wobei diese Intensitätsmessungen für wenigstens eine Nutzstruktur und wenigstens eine Hilfsstruktur durchgeführt werden, und wobei eine Ermittlung der Parameter basierend auf bei den Intensitätsmessungen für jeweils unterschiedliche Kombinationen aus Wellenlänge, Polarisation und/oder Beugungsordnung gemessenen Intensitätswerten sowie entsprechend berechneten Intensitätswerten unter Anwendung einer mathematischen Optimierungsmethode erfolgt.
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Die Ermittlung der für den strukturierten Wafer charakteristischen Parameter weist folgende Schritte auf:
- – Ermitteln von Parametern eines ersten Parametersatzes auf Basis der für die wenigstens eine Hilfsstruktur erhaltenen Intensitätswerte; und
- – Ermitteln von Parametern eines zweiten Parametersatzes unter Berücksichtigung der ermittelten Parameter des ersten Parametersatzes.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, bei den jeweils zu ermittelnden, für einen strukturierten Wafer charakteristischen Parametern zwischen zwei unterschiedlichen Parametersätzen hinsichtlich der Auswertung der in einem scatterometrischen Aufbau durchgeführten Intensitätsmessungen insoweit zu unterscheiden, als in einer zweistufigen Auswertung zunächst nur die an einer oder mehreren Hilfsstrukturen durchgeführten Intensitätsmessungen ausgewertet und zur Bestimmung eines ersten Parametersatzes herangezogen werden. Die in solcher Weise anhand der wenigstens einen Hilfsstruktur ausgewerteten Parameter des ersten Parametersatzes werden dann anschließend für die verbleibenden Parameter des zweiten Parametersatzes (ggf. unter Berücksichtigung geeigneter Unsicherheiten bzw. eines jeweils vorgegebenen Variationsintervalls) entsprechend vorgegeben, so dass im Ergebnis auch bei einer vergleichsweise komplexen Waferstrukturierung sämtliche Parameter – sowohl die des ersten wie auch die des zweiten Parametersatzes – ermittelt werden können. Dadurch, dass erfindungsgemäß in der vorstehend beschriebenen zweistufigen Auswertung zunächst nur bestimmte Parameter anhand einer oder mehrerer geeigneter Hilfsstrukturen berechnet werden, ermöglicht es die Erfindung, zwischen anhand der Messung von Hilfsstrukturen gut bestimmbaren Parametern und anderen – etwa infolge einer bestehenden Abhängigkeit von diesen Parametern – vergleichsweise schwieriger zu bestimmenden Parametern zu unterscheiden und die aus der ersten Stufe der o.g. Auswertung gewonnenen Informationen bei der nachfolgenden Ermittlung der jeweiligen Parameter des zweiten Parametersatzes (bei denen es sich typischerweise um die vergleichsweise schwieriger zu bestimmenden Parameter handelt) zu nutzen. Beispielsweise können dem ersten Parametersatz solche Parameter zugeordnet werden, welche über den Wafer hinweg vergleichsweise wenig variieren und/oder deren Eigenschaften sich bei Bestimmung an den Hilfsstrukturen von denjenigen bei Bestimmung an den Nutzstrukturen nur vergleichsweise wenig unterscheiden.
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Ausgehend von diesem Konzept beinhaltet die Erfindung das weitere Prinzip, die betreffenden Hilfsstrukturen auf dem Wafer von vorneherein (d.h. noch vor Durchführung der o.g. Intensitätsmessungen) gezielt in solcher Weise auszugestalten, dass diese Hilfsstrukturen gerade für die Bestimmung der betreffenden Parameter des ersten Parametersatzes geeignet bzw. optimiert sind.
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Diese gezielte Ausgestaltung der Hilfsstrukturen kann jeweils auf Basis einer Sensitivitätsanalyse erfolgen, bei welcher die Sensitivität unterschiedlicher Hilfsstrukturen für eine beugungsbasierte Messung jeweils eines der Parameter des ersten Parametersatzes bewertet wird. Hierzu wird auf Thomas A. Germer et al.: „Developing an uncertainty analysis for optical scatterometry Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXIII, J.A. Allgair, Ed., Proc. SPIE 7272, (2009) verwiesen.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Intensitätsmessungen für die wenigstens eine Nutzstruktur und die wenigstens eine Hilfsstruktur für jeweils eine Kombination aus Wellenlänge, Polarisation und/oder Beugungsordnung simultan durchgeführt. Mit anderen Worten erfolgt die erfindungsgemäße beugungsbasierte Messung für einen bestimmten Messzeitpunkt bzw. Messschritt nicht nur für einen Bereich auf dem Wafer, sondern es werden simultan mehrere Bereiche bzw. Strukturen auf dem Wafer vermessen, so dass auch eine zur Charakterisierung komplexer Nutzstrukturen erforderliche Vermessung einer Vielzahl von Nutz- und/oder Hilfsstrukturen ohne signifikante Beeinträchtigung des Durchsatzes der Projektionsbelichtungsanlage ermöglicht wird.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Intensitätsmessungen für eine Mehrzahl von Hilfsstrukturen durchgeführt, wobei diese Durchführung für jeweils eine Kombination aus Wellenlänge, Polarisation und/oder Beugungsordnung simultan erfolgt. Hierbei kann das Ermitteln von Parametern des ersten Parametersatzes auf Basis der für die Hilfsstrukturen erhaltenen Intensitätswerte jeweils einen Vergleich dieser Intensitätswerte mit in wenigstens einer Datenbank gespeicherten Intensitätswerten umfassen, wobei in dieser Datenbank mehreren Hilfsstrukturen jeweils ein zugehöriges Intensitätsspektrum zugeordnet ist. Auf Basis dieses Vergleichs mit in der wenigstens einen Datenbank gespeicherten Intensitätswerten kann eine Lokalisierung von zur Bestimmung eines Parameters jeweils geeigneten Strukturen auf dem Wafer erfolgen.
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Gemäß diesem Aspekt beinhaltet die Erfindung das weitere Konzept, bereits anhand der durchgeführten Intensitätsmessungen zu entscheiden, wo auf dem Wafer die jeweils zur Auswertung bestimmter Parameter relevanten Strukturen angeordnet sind, so dass eine entsprechende vorherige Eingabe dieser Information entbehrlich ist. Vielmehr kann erfindungsgemäß direkt eine scatterometrische Aufnahme eines größeren Feldes auf dem Wafer erfolgen, da die betreffende Information über die Position der auszumessenden, relevanten Strukturen aus den gemessenen Daten und deren Vergleich mit einer vorab bereitgestellten Datenbank selbst geliefert wird.
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Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß zunächst eine Datenbank mit einzelnen typischen Strukturen und jeweils zugeordneten Intensitätsspektren bereitgestellt werden, welche für jede der betreffenden Strukturen ein charakteristisches Intensitätsspektrum enthält. Ein im Rahmen der eigentlichen beugungsbasierten Intensitätsmessung dann erhaltenes Messergebnis, welches mit einem der betreffenden, in der Datenbank enthaltenen Referenzspektren hinreichend (d.h. innerhalb vorgebbarer Fehlergrenzen) gut übereinstimmt, erlaubt sodann den Rückschluss, dass die dem Referenzspektrum in der Datenbank zugeordnete Struktur in dem betreffenden Waferbereich vorliegt und für die jeweils geeignete Parameterbestimmung herangezogen werden kann.
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Das vorstehend beschriebene Konzept der datenbankbasierten Lokalisierung von Hilfsstrukturen auf dem Wafer ist auch unabhängig von dem zuvor beschriebenen Ansatz einer zweistufigen Auswertung unter Unterscheidung in Parameter des ersten und des zweiten Parametersatzes vorteilhaft.
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Die Erfindung betrifft daher gemäß einem weiteren Aspekt auch ein Verfahren zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers,
- – wobei wenigstens ein für den strukturierten Wafer charakteristischer Parameter auf Basis einer Mehrzahl von Messungen der Intensität elektromagnetischer Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer ermittelt wird;
- – wobei eine Ermittlung des wenigstens einen Parameters basierend auf bei diesen Intensitätsmessungen für jeweils unterschiedliche Kombinationen aus Wellenlänge, Polarisation und/oder Beugungsordnung gemessenen Intensitätswerten sowie entsprechend berechneten Intensitätswerten unter Anwendung einer mathematischen Optimierungsmethode erfolgt; und
- – wobei das Ermitteln der Parameter vor der Anwendung einer mathematischen Optimierungsmethode einen Vergleich von bei den Intensitätsmessungen erhaltenen Intensitätswerten mit in wenigstens einer Datenbank gespeicherten Intensitätswerten umfasst, wobei in dieser Datenbank mehreren Strukturen jeweils ein zugehöriges Intensitätsspektrum zugeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt auf Basis dieses Vergleichs mit in der wenigstens einen Datenbank gespeicherten Intensitätswerten eine Lokalisierung von zur Bestimmung eines Parameters jeweils geeigneten Strukturen auf dem Wafer.
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Gemäß einer Ausführungsform umfassen die für den strukturierten Wafer charakteristischen Parameter wenigstens einen Parameter aus der Gruppe CD-Wert, Ätztiefe und Überdeckungsgenauigkeit (Overlay) von zwei in unterschiedlichen Lithographieschritten erzeugten Strukturen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird für einen Teilbereich des Wafers ein Vergleich der für diesen Teilbereich gemessenen Intensitätswerte mit für eine Referenz erhaltenen Intensitätswerten durchgeführt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers,
- – wobei eine Mehrzahl von für den strukturierten Wafer charakteristischen Parametern auf Basis von Messungen der Intensität elektromagnetischer Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer ermittelt wird,
- – wobei eine Ermittlung der Parameter basierend auf bei den Intensitätsmessungen für jeweils unterschiedliche Kombinationen aus Wellenlänge, Polarisation und/oder Beugungsordnung gemessenen Intensitätswerten sowie entsprechend berechneten Intensitätswerten erfolgt, und
- – wobei für einen Teilbereich des Wafers ein Vergleich der für diesen Teilbereich gemessenen Intensitätswerte mit für eine Referenz erhaltenen Intensitätswerten durchgeführt wird.
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Gemäß diesem weiteren Aspekt beinhaltet die Erfindung auch das Konzept, den mit der Erstellung einer Datenbank, wie sie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, verbundenen Aufwand zu reduzieren oder sogar ganz zu vermeiden. Dadurch wird zum einen dem Umstand Rechnung getragen, dass die besagten Datenbankberechnungen sehr zeitaufwändig sind und zudem die betreffenden Datenbanken für jedes Design der herzustellenden Waferstrukturen jeweils individuell neu erstellt werden müssen.
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Zur Reduzierung bzw. Vermeidung dieses Aufwandes der Datenbankberechnung geht die Erfindung nun von der weiteren Überlegung aus, dass neben den jeweils ausgewerteten Markerbereichen infolge der ohnehin im Rahmen der Erfindung für einen größeren Waferbereich bzw. für eine Vielzahl von Spots simultan erfolgten Intensitätsmessungen entsprechende Dateninformationen auch für die an sich außerhalb der Markerbereiche befindlichen Nutzbereiche vorliegen und dass diese Dateninformationen bzw. Bereiche wie im Weiteren beschrieben ebenfalls genutzt werden können. Hierdurch macht sich die Erfindung auch in vorteilhafter Weise den Umstand zunutze, dass die besagten, außerhalb der Markerbereiche befindlichen Bereiche, deren ohnehin vorliegende Intensitätsdaten erfindungsgemäß nun zusätzlich herangezogen werden, durchaus noch signifikante Ähnlichkeiten mit den eigentlichen Markerbereichen aufweisen. Typischerweise werden die Marker- und Nutzbereiche in einem Schritt mit den gleichen Beleuchtungssettings in einem lithographischen Schritt erzeugt; so können mit diesem Verfahren „intra-die Variationen“ (= „intra chip Variationen“) nach der Entwicklung des Resists gut erkannt werden. Weiter werden oft auch ähnliche Strukturgrößen für die Marker wie für die umgebenden Bereiche verwendet, so dass Effekte beim Ätzen von der einen auf die andere Struktur gut übertragbar sind.
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Vor diesem Hintergrund ist der Ansatz, aus den für die Markerbereiche vorliegenden Messdaten bzw. Intensitätswerten (also der „spektralen Antwort“ des Systems) auf etwaige Veränderungen bestimmter charakteristischer Parameter (Z.B. Ätztiefe) zu schließen, mit einer gewissen Berechtigung auch auf für außerhalb der Markerbereiche befindliche Bereiche vorliegenden Messdaten übertragbar.
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Um nun die besagten, für die außerhalb der Markerbereiche befindlichen Bereiche vorliegenden Messdaten bzw. Intensitätswerte ebenfalls zu verwerten, wird erfindungsgemäß zunächst eine geeignete Referenz festgelegt, woraufhin – ohne Rückgriff auf eine Datenbank – ein Vergleich der Messdaten bzw. Intensitätswerte, welche für die außerhalb der Markerbereiche befindlichen Bereiche und für die betreffende Referenz erhalten werden, durchgeführt wird. Bei der Referenz kann es sich lediglich beispielhaft um einen bekannten Wafer handeln, der sich dadurch auszeichnet, dass die bereits an sämtlichen Markerbereichen auf diesem Wafer durchgeführten Messungen eine vergleichsweise gute Übereinstimmung mit den Nominalwerten der relevanten charakteristischen Parameter ergeben haben. Mit anderen Worten wird die Referenz vorzugsweise so gewählt, dass die relevanten charakteristischen Parameter der Referenz bereits möglichst genau den jeweiligen Sollwerten entsprechen.
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Wenn nun der wie vorstehend beschrieben durchgeführte Vergleich Abweichungen oberhalb eines jeweils festgelegten Schwellenwertes ergibt (wobei der betreffende Schwellenwert, wie im Weiteren noch detaillierter beschrieben, anhand unterschiedlicher Kriterien definiert werden kann), kann hieraus gefolgert werden, dass eine zu hohe Abweichung eines oder mehrerer charakteristischer Parameter von den jeweiligen Nominalwerten vorliegt. Dies heißt, dass bestimmte spezifierte Größen wie z.B. die Breite einer Leiterbahn unter- oder überschritten wurden und dadurch z.B. die Funktionsfähigkeit des Wafers bzw. genauer des Chips nicht mehr gegeben ist. Hierauf kann dann wiederum durch Stoppen oder durch Korrektur des Herstellungsprozesses frühzeitig reagiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird somit der Prozess der Waferstrukturierung gestoppt oder modifiziert, wenn eine bei dem Vergleich ermittelte Abweichung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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Die Festlegung des jeweiligen Schwellenwertes kann lediglich beispielhaft derart erfolgen, dass bei zwei Wafern, von denen der eine gezielt hinsichtlich eines relevanten charakteristischen Parameters gestört bzw. verschlechtert wurde, die jeweiligen spektralen Antworten des Systems miteinander verglichen und die noch zu tolerierenden Abweichungen dementsprechend festgelegt werden. In Weiteren Ausführungsformen kann die Festlegung des jeweiligen Schwellenwertes basierend auf dem Mittelwert der für eine Vielzahl von Wafern erhaltenen Messdaten bzw. Intensitätswerte erfolgen (wobei lediglich beispielhaft als eine noch tolerierbare Abweichung der zweifache Wert der Standardabweichung in der so erhaltenen Verteilung von Intensitätswerten angenommen werden kann).
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Das vorstehend beschriebene Konzept, die für die außerhalb der Markerbereiche befindlichen Bereiche vorliegenden Messdaten bzw. Intensitätswerte ebenfalls zu verwerten, ohne insoweit auf die eingangs diskutierten Datenbanken zurückzugreifen bzw. eine solche Datenbank für den betreffenden Bereich zu erstellen, kann weiter auch dazu genutzt werden, Bereiche auf dem Wafer auszuwerten, welche einer datenbankbasierten Auswertung gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen (z.B. mangels einer hinreichenden Periodizität der in diesen Bereichen vorhandenen Strukturen) gar nicht zugänglich wären.
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Des Weiteren kann das beschriebene Konzept, die für die außerhalb der Markerbereiche befindlichen Bereiche vorliegenden Messdaten bzw. Intensitätswerte ebenfalls zu verwerten, gegebenenfalls auch mit den zuvor beschriebenen datenbankbasierten Ausführungsformen kombiniert werden. So kann für einen Teilbereich des Wafers (welcher z.B. vergleichsweise komplexe Strukturen aufweist) eine datenbankbasierte Auswertung mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden, wohingegen für andere Bereiche auf eine solche datenbankbasierte Auswertung verzichtet werden kann (indem dort die reinen Messwerte wie vorstehend beschrieben mit denjenigen der vorab festgelegten Referenz verglichen werden). Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der Teilbereich des Wafers außerhalb von auf dem Wafer vorhandenen periodischen Nutz- und Hilfsstrukturen, die scatterometrisch und modellbasiert ausgewertet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Teilbereich des Wafers benachbart zu einer auf dem Wafer vorhandenen Nutz- oder Hilfsstruktur angeordnet.
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Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers, wobei die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchzuführen. Zu Vorteilen sowie vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer Messanordnung bzw. Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des möglichen Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausführungsform;
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3–7 schematische Darstellungen zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung;
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8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problems;
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9 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des möglichen Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform; und
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10 eine schematische Darstellungen beispielhafter möglicher Spektren, welche in dem Verfahren gemäß der Ausführungsform von 9 für Spots mit gleicher Struktur auf unterschiedlichen Wafern bzw. Chips im Falle geringfügiger Prozessvariationen bei der Strukturierung erhalten werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt zunächst in schematischer Darstellung den möglichen Aufbau einer Messanordnung bzw. Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Messanordnung von 1 ist als Scatterometer ausgestaltet und weist eine Lichtquelle 101 auf, bei der es sich z.B. um eine stimmbare Lichtquelle zur Erzeugung eines Wellenlängenspektrums (beispielsweise im Wellenlängenbereich von 300nm bis 800nm) handeln kann. Das Licht der Lichtquelle 101 trifft über einen (ggf. zur Einstellung von linear polarisiertem Licht unterschiedlicher Polarisationsrichtungen austauschbaren) Polarisator 102, einen Strahlteiler 103, eine Linse 104, eine Blende 105 und eine weitere Linse 106 auf einen auf einer Waferebene bzw. Waferstage 140 angeordneten Wafer 150 bzw. die auf diesem Wafer 150 bereits lithographisch erzeugten (und in 1 lediglich schematisch angedeuteten) Strukturen.
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Nach Beugung an diesen Strukturen gelangt das Licht gemäß 1 in der 0. Beugungsordnung zurück über einen Analysator 121 auf einen Detektor (Kamera) 120. Unter Einsatz unterschiedlicher Spektralfilter bzw. Polarisatoren 102 kann die Intensitätsmessung mit dem Detektor 120 für eine Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Polarisationszustände erfolgen. In weiteren Ausführungsformen können zusätzlich oder alternativ zu der 0. Beugungsordnung auch andere Beugungsordnungen berücksichtigt werden.
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Auf Basis der mit dem Detektor 120 gemessenen Intensitätswerte lässt sich durch Vergleich (insbesondere Differenzbildung) grundsätzlich modellbasiert in für sich bekannter Weise eine Bestimmung bzw. Kontrolle der relativen Position von in unterschiedlichen Lithographieschritten auf dem Wafer 150 erzeugten Strukturen (z.B. hierzu vorgesehenen Markerstrukturen) vornehmen.
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Dabei werden die für unterschiedliche Kombinationen aus Wellenlänge, Polarisation und Beugungsordnung erhaltenen Messwerte (z.B. 2·2·10 = 40 Messwerte bei Messung für zwei unterschiedliche Polarisationszustände, zwei Beugungsordnungen und zehn unterschiedliche Wellenlängen) jeweils an ein durch Lösung der Maxwell-Gleichungen erzeugtes Modell angefittet, wobei z.B. die Methode der kleinsten quadratischen Abweichung angewendet werden kann. Hierbei kann angedeutet gegebenenfalls auch eine Iteration durchgeführt werden. Dabei erfolgt die vorstehend beschriebene Bestimmung der jeweils einem strukturierten Waferbereich zugeordneten Werte der relevanten Parameter (z.B. Overlay-Wertes, CD-Wert, etc.) zu jedem Messzeitpunkt bzw. in jedem Messschritt nicht nur für einen einzigen strukturierten Waferbereich, sondern simultan für eine Mehrzahl von Waferbereichen, d.h. zur Ermittlung einer Mehrzahl von Werten der jeweiligen Parameter, wobei dieser Werte eines Parameters jeweils einem der Mehrzahl von simultan vermessenden Bereichen zugeordnet ist. Demzufolge werden erfindungsgemäß in jedem Messschritt bzw. zu jedem Messzeitpunkt nicht nur einzelne Spots (zur Bestimmung jeweils nur eines einzigen Overlay-Wertes) vermessen, sondern es wird ein Feld auf den betreffenden Detektor (Kamera) 120 abgebildet. Das erfindungsgemäß abgebildete Feld kann hierbei eine Größe von typischerweise mehreren mm2 aufweisen. Hierbei kann lediglich beispielhaft der simultan aufgenommene Gesamtbereich auf dem Wafer der Größe eines typischen Waferelements bzw. Chips („Die“) entsprechen und einen Wert von z.B. 26mm·33mm besitzen.
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Im Folgenden wird eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben.
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3 zeigt in lediglich schematischer und stark vereinfachter Darstellung einen Wafer 301 in Draufsicht, wobei sich auf dem Wafer 301 sowohl diverse Nutzstrukturen 310 als auch Hilfsstrukturen 321 befinden, wobei die zuletzt genannten Hilfsstrukturen 321 typischerweise außerhalb der Nutzstrukturen bzw. zwischen den jeweils hergestellten Chips befindlichen „scribe lines“ (d.h. Bruchlinien bzw. -bereiche des Wafers) angeordnet sind. In 4 sind lediglich schematisch mögliche Parameter zur Charakterisierung eines strukturierten Wafers veranschaulicht, wobei „a“ und „b“ jeweils Schichtdicken zweier in unterschiedlichen Lithographieschritten über einem Substrat 401 aufgebrachter Schichten 411 bzw. 412 bezeichnen, und wobei „c“ den Abstand der hierdurch auf dem Substrat 401 erzeugten Schichtbereiche am Übergang zwischen den Schichten 411, 412 bezeichnet.
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Während nun die gleichzeitige Ermittlung sämtlicher Parameter a, b und c in einem derart strukturierten Wafer dadurch erschwert wird, dass diese Parameter a, b und c unter Umständen nicht voneinander unabhängig sind, kann gleichwohl zunächst eine separate Bestimmung sowohl des Parameters a als auch des Parameters c anhand geeigneter Hilfsstrukturen gemäß 4b erfolgen.
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Erfindungsgemäß erfolgt daher in einer zweistufigen Auswertung zunächst die Bestimmung der Parameter a‘ und c‘, die – wie aufgrund vorheriger Analysen bekannt – direkt mit a bzw. c korreliert sind, auf Basis der für die betreffenden Hilfsstrukturen erhaltenen Intensitätswerte und unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Optimierungsverfahrens. Nach Ermittlung der Parameter a‘ und c‘ (entsprechend einem ersten Parametersatz) werden nun die hierbei erhaltenen Werte für a und c (gegebenenfalls mit jeweils einem geeigneten möglichen Variationsintervall) einem zweiten Auswerteschritt zur Ermittlung des Parameters b (entsprechend dem zweiten Parametersatz) vorgegeben, welcher nun ebenfalls anhand der vorstehend beschriebenen mathematischen Optimierungsmethode und gemäß Auswertung der eigentlichen Nutzstruktur gemäß 4a ermittelt werden kann.
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Wie vorstehend anhand von 4b beschrieben wurde, sind die für die Ermittlung des ersten Parametersatzes herangezogenen Hilfsstrukturen vorzugsweise gerade gezielt dahingehend optimiert, dass diese jeweils zur Bestimmung eines oder mehrerer Parameter geeignet sind, was anhand einer Sensitivitätsanalyse erfolgen kann. Mit anderen Worten werden die in 3 gezeigten Hilfsstrukturen 321 vorzugsweise von vorneherein auf dem Wafer 301 derart ausgestaltet, dass sie jeweils auf die Messung bestimmter Parameter optimiert sind.
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2 stellt den Ablauf des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einem Flussdiagramm dar.
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In einem ersten Schritt S5 erfolgt eine Analyse der zu vermessenden Struktur bzgl. eines zweiten Parametersatzes dahingehend, welche Parameter direkt bestimmbar sind, bzw. welche weiteren Parameter über ggf. zu erzeugende Hilfsstrukturen zu erfolgen hat.
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Demnach erfolgt in einem weiteren Schritt S10 das geeignete Design der Hilfs- bzw. Markerstrukturen, die zur Bestimmung der Parameter eines ersten Parametersatzes geeignet sind, welche so gewählt werden, dass damit die nicht direkt zu bestimmenden Parameter des zweiten Parametersatzes bestimmt werden können, wiederum basierend auf einer Sensitivitätsanalyse.
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Anschließend erfolgt in einem Schritt S20 die beugungsbasierte Vermessung der auf dem Wafer erzeugten Nutzstrukturen sowie der o.g. Hilfsstrukturen. Diese Intensitätsmessungen selbst werden gemäß der Erfindung sowohl für die Nutz- als auch die Hilfsstrukturen vorzugsweise für jede Kombination aus Wellenlänge, Polarisation und Beugungsordnung simultan durchgeführt. Mit anderen Worten erfolgt anstelle einer sukzessiven Beleuchtung und beugungsbasierten Vermessung einzelner Hilfsstrukturen 821 gemäß 8 die Beleuchtung eines ganzen Feldes 501 gemäß 5, wobei dieses Feld lediglich beispielhaft eine Größe von mehreren mm2, z.B. 30mm·40mm aufweisen kann. Demzufolge werden erfindungsgemäß auch etwaige Alignment-Schritte vermieden, welche bei der vorstehend genannten sukzessiven Beleuchtung und beugungsbasierten Vermessung einzelner Hilfsstrukturen erforderlich sind, um die Messposition abhängig von der jeweiligen Position der sequentiell angefahrenen Hilfsstrukturen präzise einzustellen.
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Hierbei entsprechen einzelne (z.B. gemäß 5 durch Aufteilung in eine Vielzahl von einzelnen Messkanälen erhaltene) Waferbereiche jeweils einem Detektorbereich (mit umfassend einen oder mehrere Kamerapixel auf dem Detektor).
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Die erhaltenen Intensitätswerte werden dann wie vorstehend beschrieben zweistufig ausgewertet. Zunächst erfolgt im Schritt S30 anhand der an den Hilfsstrukturen erhaltenen Messergebnisse die Bestimmung eines ersten Parametersatzes. Im Schritt S40 erfolgt dann erst unter Nutzung der Ergebnisse aus Schritt S30 (nämlich unter Vorgabe der für die Parameter des ersten Parametersatzes erhaltenen Werte, ggf. unter Zulassung von Abweichungen innerhalb eines Variationsintervalls) die Bestimmung der Parameter des zweiten Parametersatzes.
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Wie im Weiteren unter Bezugnahme auf 6 und 7 erläutert wird, können auf Basis dieser jeweils simultan gemessenen Intensitätswerte auch die jeweils für die Parameterbestimmung heranzuziehenden (Hilfs-)Strukturen auf dem Wafer lokalisiert werden. Hierzu können von vorneherein in einer Datenbank einzelne typische Strukturen mit jeweils zugeordneten Intensitätsspektren abgespeichert werden, wobei ein Vergleich der anhand der tatsächlich ermittelten Intensitätsmessungen erhaltenen Spektren mit den in der betreffenden Datenbank enthaltenen Spektren jeweils die Entscheidung ermöglicht, ob in dem jeweiligen Waferbereich eine bereits bekannte bzw. identifizierte Struktur vorliegt und um welche Struktur (bzw. welche anhand dieser Struktur zu bestimmende Parameter) es sich hierbei handelt.
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Wenn somit beispielsweise die Durchführung der Intensitätsmessungen mit der Anordnung gemäß 1 für zehn unterschiedliche Wellenlängen und zwei Polarisationen erfolgt und die Datenbank zwölf Paare aus jeweils einer typischen (Hilfs-)Struktur und einem jeweils zugehörigen, wellenlängenabhängigen Intensitätsspektrum umfasst, wird anhand eines Vergleichs des die 10·2 Intensitätswerte umfassenden Vektors mit den zwölf Spektren der Datenbank entschieden, ob in dem jeweiligen Waferbereich eine bereits bekannte bzw. identifizierte Struktur vorliegt und um welche Struktur (bzw. welchen anhand dieser Struktur zu bestimmenden Parameter) es sich hierbei handelt.
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In 7a und 7c sind lediglich beispielhaft typische Strukturen 711 und 712 angedeutet, wobei 7b und 7d die in einer Datenbank gespeicherten, zugehörigen Spektren 731 und 732 zeigen. In 6 ist angedeutet, dass einzelne Hilfsstrukturen 621 auf einem Wafer 601 jeweils zur Bestimmung von unterschiedlichen Parametern (z.B. Overlay, Schichtdicke, CD-Wert etc.) optimiert sein können, wobei die entsprechende Identifizierung der betreffenden Hilfsstrukturen datenbankbasiert erfolgen kann (also eine vorherige Eingabe der betreffenden Information über die Position der Hilfsstrukturen auf dem Wafer entbehrlich ist).
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Im Weiteren werden unter Bezugnahme auf 9 und 10 weiter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei denen der mit der Erstellung einer Datenbank gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verbundene Aufwand reduziert oder sogar vollständig vermieden wird.
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Gemäß diesem weiteren Aspekt wird auf bei der Waferstrukturierung auftretende Prozessvariationen und hiermit einhergehende unerwünschte Veränderungen bestimmter charakteristischer Parameter (wie z.B. der Ätztiefe) basierend darauf gefolgert, dass die auf einem Teilbereich des Wafers gemessenen Intensitätswerte bzw. Spektren mit denjenigen einer Referenz verglichen werden. Sofern dieser Vergleich eine „zu hohe Abweichung“ ergibt (etwa aufgrund des Überschreitens eines in geeigneter Weise vorab festgelegten Schwellenwertes) kann dies erfindungsgemäß automatisch zum Anlass genommen werden, den Prozess der Waferstrukturierung zu unterbrechen, zu stoppen oder zu modifizieren.
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Die vorstehend erwähnten Teilbereiche des Wafers können insbesondere Teilbereiche außerhalb der auf dem Wafer vorhandenen periodischen, d.h. für scatterometrische Messungen zugänglichen, Nutz- sowie Hilfsstrukturen sein, wobei sich die Erfindung den Umstand zu Nutze macht, dass die für diese außerhalb der Nutz- bzw. Hilfsstrukturen befindlichen Bereiche ohnehin (aufgrund der simultan über einen größeren Bereich erfolgenden Intensitätsmessung) vorliegenden Messdaten bzw. Intensitätswerte ebenfalls (etwa aufgrund noch signifikanter Ähnlichkeiten zu den Markerbereichen) noch sinnvoll genutzt werden können. Gemäß 9 erfolgt hierzu in einem Schritt S105 zunächst das Festlegen einer geeigneten Referenz. Bei dieser Referenz kann es sich z.B. um einen Wafer handeln, für den bereits an sämtlichen Markerbereichen durchgeführte Messungen eine besonders gute Übereinstimmung mit den Nominalwerten der relevanten charakteristischen Parameter ergeben haben.
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Im Schritt S110 erfolgt wiederum in der üblichen, erfindungsgemäßen Weise die scatterometrische Vermessung des zu untersuchenden Wafers in Form einer Durchführung der Intensitätsmessungen für jeweils unterschiedliche Kombinationen aus Wellenlänge, Polarisation und/oder Beugungsordnung, wobei hier insbesondere auch Messdaten für einen außerhalb der periodischen Nutz- sowie Markerstrukturen befindlichen Teilbereich des Wafers ermittelt werden.
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In einem nachfolgenden Schritt S120 wird für den betreffenden Teilbereich des Wafers die Abweichung zwischen den dort gemessenen Intensitätswerten und den für die Referenz im entsprechenden Bereich erhaltenen Intensitätswerten ermittelt. Im Schritt S130 erfolgt ein Stoppen und/oder Modifizieren des Strukturierungsprozesses in Abhängigkeit von der Abweichung (etwa dann, wenn diese Abweichung einen geeignet gewählten Schwellenwert überschreitet). Bei einer solchen Schwellenwertüberschreitung kann dann z.B. ein entsprechender Alarm ausgelöst werden, woraufhin im Chip-Fertigungsprozess Korrekturmaßnahmen durchgeführt werden, um das betreffende Spektrum wieder möglichst in Übereinstimmung mit dem für die Referenz erhaltenen Spektrum zu bringen.
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10 zeigt hierzu eine lediglich schematische Darstellung unterschiedlicher Spektren für unterschiedliche Wafer bzw. Chips, welche zur Erzeugung grundsätzlich identischer Strukturen geringfügig voneinander abweichenden Fertigungsprozessen unterworfen werden.
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Im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400nm und 700nm sind deutlich signifikante Abweichungen zwischen den Spektren erkennbar, welche auf entsprechende Prozessvariationen hinweisen und gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform als Anlass für einen Alarm bzw. für die Durchführung entsprechender Korrekturmaßnahmen genommen werden können.
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Die Festlegung der entsprechenden Schwellenwerte, bei deren Überschreitung ein Alarm ausgelöst wird bzw. Korrekturmaßnahmen des Prozesses der Waferstrukturierung ausgelöst werden, kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Dabei sollten die jeweiligen Schwellenwerte bzw. das noch als zulässig angesehene Toleranzband so groß gewählt werden, dass auftretendes Messrauschen in jedem Falle noch toleriert wird. Konkret kann die Festlegung der jeweiligen Toleranzgrenzen dadurch erfolgen, dass zunächst zwei möglichst identische Wafer strukturiert werden, dabei einer dieser Wafer hinsichtlich der relevanten charakteristischen Parameter gezielt verändert wird (was mit anderen geeigneten Verfahren wie z.B. AFM festgestellt werden kann), wobei dann ein Vergleich der jeweils erhaltenen Spektren für diese beiden Wafer durchgeführt und als Grundlage für die Schwellenwert- bzw. Toleranzbandfestlegung verwendet werden kann.
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Das vorstehend unter Bezugnahme auf 9 und 10 beschriebene Verfahren kann auch in beliebiger geeigneter Weise mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden, wobei etwa in einzelnen Bereichen des zu untersuchenden Wafers eine datenbankbasierte Ermittlung relevanter charakteristischer Parameter erfolgt und in anderen Teilbereichen des Wafers ohne Zugriff auf irgendwelche Datenbanken die automatische Erkennung von Prozessvariationen auf Basis des vorstehend anhand von 9 und 10 beschriebenen Vergleichs mit einer Referenz erfolgt.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0274325 A1 [0007]
- US 8339595 B2 [0007]
- US 8670118 B2 [0007]
- US 2012/0224176 A1 [0007]
- US 2003/0219153 A1 [0007]
- US 2009/0037134 A1 [0007]
- US 7916286 B2 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Thomas A. Germer et al.: „Developing an uncertainty analysis for optical scatterometry Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXIII, J.A. Allgair, Ed., Proc. SPIE 7272, (2009) [0014]
