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HINTERGRUND
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft allgemein In-situ-, Ex-situ- und
Inline-Verfahren für Prozessüberwachung, -optimierung
und Bauelementherstellungsverfahren in Halbleiterprozessen.
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Stand der Technik
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Es
existiert eine Anzahl von Verfahren zur Überwachung von
Halbleiterprozessen in situ, ex situ und inline, wobei niedriger
Druck, hohe Temperatur, reaktive Gase, Plasmaentladung oder andere
extreme Bedingungen für die Herstellung erforderlich sind.
Eine Zielsetzung kann sein die Optimierung der Prozessbedingungen,
um die höchsten Qualitätsresultate in der kürzesten
Zeit mit dem geringsten Aufwand an Energie oder Material zu erzielen,
d. h. Produktionseffizienz. Eine weitere Zielsetzung kann sein die
Detektion von Endpunktbedingungen in einem Herstellungsschritt,
d. h. Genauigkeit und Gleichmäßigkeit. Beispielsweise
kann Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) für
die Endpunktdetektion in Sputterätzprozessen verwendet werden.
Restgasanalyse (RGA) kann zum Kontrollieren des Teildrucks in reaktiven
Depositions- und Ätzsystemen verwendet werden. Quarzkristalloszillatoren
können verwendet werden zum überwachen und Kontrollieren
der Depositionsdicke. Jedoch verlangen alle diese Überwachungs-,
Endpunktdetektions- und Optimierungs- und Kontrollsysteme typischerweise
komplexe Einrichtungen und/oder Vakuumbedingungen. Es besteht daher
Bedarf an vereinfachten Mitteln zum Durchführen vieler
Arten von Prozessüberwachung und -kontrolle.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Offenbart
werden Verfahren der In-situ-, Ex-situ- und Inline-Prozessüberwachung
und -optimierung von Halbleiterbauelementen und -komponenten.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Offenbarung umfasst ein Verfahren der
In-situ-Überwachung und -kontrolle eine erste Kammer, ein
Substrat, auf welchem Bauelemente herzustellen sind und welches
mit elektrischen Kontaktpads an ausgewählten Lokalisationen
konfiguriert ist. Das Substrat wird auf einem Tisch bereitgestellt,
welcher ausgebildet ist für eine Positionierung und Orientierung
des Substrats, Positionierung und Orientierung von elektrischen
Sonden, welche als Teil einer elektrischen Sensing-Schaltung konfiguriert
sind, oder eine Kombination von beidem. Die Sonden kontaktieren
ausgewählte Kontaktpads und überwachen Spannungsabfall,
Widerstand und/oder Strom zwischen den Pads während eines
Herstellungsprozesses. Das Substrat kann selektiv Lichtstrahlen
ausgewählter Wellenlänge, Leistungsdichte und
Modulation ausgesetzt werden. Der Lichtstrahl kann ein Laserstrahl
oder eine andere geeignete Lichtquelle sein, und er kann angewendet
werden, um Überwachungs- und Diagnoseaufgaben durchzuführen,
oder er kann angewendet werden, um Prozessherstellungsschritte durchzuführen.
Alternativ kann der Lichtstrahl zur gleichzeitigen Durchführung
von Überwachung/Diagnose/Kontrolle und Prozessherstellung
verwendet werden. Elektrische Messungen über die Kontaktpads
können während der Anwendung von Licht durchgeführt
werden, um den Herstellungsprozess zu überwachen und zu
optimieren.
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Die
erhaltenen Daten können verwendet werden zum Kontrollieren
von Prozessparametern für ein gewünschtes Ergebnis
und/oder zum Detektieren einer definierten Endpunktbedingung zum
Abbruch des Prozesses. Alternativ können Stromdichten oder
-spannungen über die Kontaktpads angelegt werden, um Herstellungsschritte
durchzuführen, die sowohl elektrisch als auch optisch überwacht
und optimiert werden. Alternativ können sowohl Überwachung
als auch Prozessherstellungsschritte gleichzeitig durchgeführt werden
unter Verwendung der offenbarten elektrischen Methoden. Bei einer
weiteren Ausführungsform können Überwachung
und Prozessevaluierung in einer von der ersten Kammer verschiedenen,
zweiten Kammer oder Arbeitsstation durchgeführt werden
nachfolgend zu in der ersten Kammer durchgeführten Prozessschritten.
Alternativ können Überwachung und Prozessevaluierung
inline in der selben Kammer durchgeführt werden zwischen
einem ersten Prozessschritt und einem zweiten Prozessschritt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Offenbarung wird eine Insitu-Direktherstellung
auf einem Substrat durchgeführt, auf welchem Bauelemente
herzustellen sind und welches mit elektrischen Kontaktpads an ausgewählten
Lokalisationen konfiguriert ist. Das Substrat wird auf einem Tisch
bereitgestellt, der ausgebildet ist für eine Positionierung
und Orientierung des Substrats, Positionierung und Orientierung
von elektrischen Sonden, weiche als Teil einer elektrischen Schaltung
konfiguriert sind, oder eine Kombination von beidem. Die Sonden
kontaktieren ausgewählte Kontaktpads und stellen den Pads
Spannungs- und/oder Stromquellen bereit, um eine ausgewählte
elektrische Bedingung in der von den kontaktierten Pads betroffenen
Region während eines Herstellungsprozesses aufrecht zu
erhalten. Die elektrische Bedingung kann verwendet werden, und ein
gewünschtes Herstellungsergebnis zu kontrollieren und zu
erzeugen. Der Herstellungsprozess kann überwacht und kontrolliert
werden durch Beleuchten des Substrats mit einer Lichtquelle mit
ausgewählten Eigenschaften, d. h. Wellenlänge,
Leistung, Modulation etc., um auf optischem Wege Information über die
prozessierten Regionen des Substrats zu erhalten. Das Verfahren
zur optischen Beleuchtung kann gleichzeitig einen Prozess umfassen
und Prozessparametermessung bereitstellen zum Erzielen eines gewünschten Prozessergebnisses
und/oder zum Detektieren einer definierten Endpunktbedingung zum
Abbruch des Prozesses. Bei einer Ausführungsform kann Überwachung
und Prozessevaluierung in einer von der ersten Kammer verschiedenen,
zweiten Kammer oder Arbeitsstation durchgeführt werden
nachfolgend zu in der ersten Kammer durchgeführten Prozessschritten.
Alternativ kann Überwachung und Prozessevaluierung inline
in derselben Kammer durchgeführt werden zwischen einem
ersten Prozessschritt und einem zweiten Prozessschritt.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 illustriert
eine Vorrichtung für In-situ-Prozessüberwachung,
-kontrolle und -herstellung gemäß einer Ausführungsform
der Offenbarung.
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2A und 2B illustrieren
eine Vorrichtung für elektrische Insitu-Überwachung
eines optisch induzierten Prozesses gemäß einer
Ausführungsform der Offenbarung.
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2C illustriert
das erwartete Verhalten einer Messschaltung, welche für
In-situ-Prozessüberwachung, -kontrolle und -herstellung
verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform
der Offenbarung.
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2D zeigt
repräsentative Ergebnisse einer Messschaltung, welche für
In-situ-Prozessüberwachung, -kontrolle und -herstellung
verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform
der Offenbarung.
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3 zeigt
ein repräsentatives System für optische und elektrische
In-situ-Prozessüberwachung, -kontrolle und -herstellung
gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
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4 illustriert
sechs Konfigurationen von Ionenimplantationsaktivierungsüberwachung
gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
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5 illustriert
ein Beispiel eines Verfahrens zur Direktherstellung gemäß einer
Ausführungsform der Offenbarung.
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6A und 6B illustrieren
Beispiele eines Verfahrens zur Direktherstellung gemäß einer
Ausführungsform der Offenbarung.
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7 ist
ein Diagramm eines Verfahrens zur kombinierten In-situ-Prozessüberwachung,
-optimierung und -herstellung gemäß einer Ausführungsform.
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8A ist
ein Diagramm von Verfahren der In-situ-Prozessüberwachung
gemäß verschiedener Ausführungsformen.
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8B ist
ein Diagramm von Verfahren der Ex-situ-Prozessüberwachung
gemäß verschiedener Ausführungsformen.
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8C ist
ein Diagramm von Verfahren der Inline-Prozessüberwachung
gemäß verschiedener Ausführungsformen.
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Gleiche
Bezugsziffern in den verschiedenen Zeichnungsfiguren bezeichnen
gleiche Elemente.
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DETAILBESCHREIBUNG
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1 illustriert
ein System 100 zur Prozessüberwachung, -kontrolle
und -herstellung gemäß einer Ausführungsform
der Offenbarung. Ein Substrat 101 aus Halbleiter- oder
verwandtem Material ist auf einem Probentisch 150 angeordnet.
Der Probentisch 150 kann konfiguriert sein zum Positionieren
und Orientieren des Substrats 101 durch X,Y,Z-Translations-
und θ-Rotations-Orientierung. Ein oder mehrere Lichtstrahlen 130 können
bereitgestellt sein zum Beleuchten des Substrats 101 mit
einem Scanning-Mechanismus 140. Z-Translation stellt eine
Bewegung bereit, die eine Positionsänderung des Substrats 101 relativ
zu jeglichen in einem Scanning-Mechanismus 140 enthaltenen
Fokussieroptiken erlaubt, so dass der Lichtstrahl 130 oberhalb,
auf oder unterhalb der Oberfläche des Substrats 101 auf
einen Fokus gebracht werden kann. Alternativ können die
Fokussieroptiken, welche in dem Scanning-Mechanismus 140 enthalten
sein können, im Wesentlichen in der Z-Richtung translatierbar
sein mittels eines Piezo-Motors oder anderer wohlbekannter mechanischer Translationstische.
Demnach können verschiedene Aspekte der Prozessüberwachung,
-kontrolle und -herstellung auf der Oberfläche des Substrats 101 oder
in variierenden Tiefen unterhalb der Oberfläche durchgeführt werden.
Der Scanning-Mechanismus 140 kann konfiguriert sein zum
Bereitstellen des Strahls als einen kollimierten Strahl, einen auf
einen Spot fokussierten Strahl, um das Substrat 101 in
einem gescannten oder anderen ausgewählten Muster zu beleuchten,
und er kann konfiguriert sein, die Spot-Größe
und/oder den Fokus oberhalb, auf oder unterhalb der Oberfläche
des Substrats zu variieren. Der Scanning-Mechanismus 140 kann ein
beliebiger geeigneter konventioneller Mechanismus zum Positionieren
und/oder Bewegen eines Lichtstrahls sein.
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Das
Substrat 101 kann eine Mehrzahl von Elektrodenpads 110 aufweisen
in selektiver Anordnung auf der Oberfläche in einer Konfiguration
derart, dass eine Mehrzahl von elektrischen Sonden 120 darin
Kontakt herstellen können. Ferner kann elektrischer Kontakt
zu dem Substrat 101 über den Tisch 150 hergestellt
werden. Die Kontaktsonden 120 können konfiguriert
sein, mit ausgewählten Elektrodenpads 110 Kontakt
herzustellen zum Messen des elektrischen Widerstands und/oder zum
Anlegen von ausgewählten Spannungen und/oder Strömen.
Die Kontaktsonden 120 können ferner den Tisch 150 als
eine Kontaktsonde umfassen (nicht gezeigt), um Messungen über
die Rückseite des Substrats 101 durchzuführen.
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Die
Kontaktpads 110 können gebildet sein durch Deposition
von leitfähigen Materialien auf dem Substrat 101 und
Versehen der Pads mit Mustern unter Verwendung von fotolithografischen
Techniken oder, alternativ, durch direkte Deposition durch eine
Maske. Die Kontaktpads können ferner gebildet sein durch
selektive optische Beleuchtung unter Verwendung des Lichtstrahls 130 und
des Scanning-Mechanismus 140, wobei die Lichtintensität
Annealing, ohmschen Kontakt oder andere Effekte bereitstellen kann,
um den Sonden 120 zu erlauben, elektrischen Kontakt mit
dem Substrat 101 herzustellen.
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Der
Lichtstrahl 130 und die elektrischen Kontaktpads 110 können
verwendet werden, um Überwachungs-, Optimierungs- und Herstellungsprozesse
in einer Kombination von Weisen bereitzustellen. Der Lichtstrahl 130 kann
so gewählt sein, dass er Eigenschaften aufweist, welche
in Prozessen resultieren, die ausgewählte Bereiche des
Substrats 101 in gewünschter Weise verändern.
Beispielsweise kann der Lichtstrahl 130 – geeignet
gewählt – verwendet werden zum Bilden von belichteten
Mustern von Fotoresist für nachfolgende Prozessschritte
oder, in einem späteren Schritt, zum Veraschen und Entfernen
von Resist, nachdem ein Entwicklungs- und/oder Ätzprozess
stattgefunden hat. Der Lichtstrahl 130 kann verwendet werden
zum Anregen einer chemischen Reaktion in der Nähe der Oberfläche
des Substrats 101 in der Gegenwart einer Flüssig-
oder Dampfphasen-Chemikalie, um eine Direktdeposition in ausgewählten,
z. B. gescannten, Regionen des Substrats 101 zu bewirken.
Der Lichtstrahl 130 kann fokussiert sein, um Lichtdichten
auf oder unterhalb der Oberfläche des Substrats 101 zu
erzeugen, welche Annealing, Aktivierung, Epitaxialzwischenschicht-Versetzungsspannungsreduzierung
und dergleichen bewirken. Der Lichtstrahl 130 kann ein
Laserstrahl sein, er kann ein kontinuierlicher Strahl sein, gepulst
oder moduliert, und er kann so gewählt sein, dass er z.
B. eine spezifische Wellenlänge, einen spektralen Bereich
von Wellenlängen oder eine Mehrzahl von spezifischen Wellenlängen aufweist.
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2A und 2B illustrieren
einen Bereich des Substrats 101, welcher elektrisch überwacht
wird für einen optisch induzierten Prozess, gemäß einer
Ausführungsform der Offenbarung. Eine elektrische Schaltung 210 umfasst
eine Spannungsquelle V, welche konstant sein kann, ein Voltmeter
V1, welches parallel zu der Spannungsquelle V geschaltet ist und
diese misst, einen Widerstand Rs, der einerseits mit einem Anschluss
von Spannungsquelle V und Voltmeter V1 verbunden ist, ein zweites
Voltmeter V2, welches zwischen den zweiten Anschluss von Rs und
die zweiten Anschlüsse von Spannungsquelle V und Voltmeter
V1 geschaltet ist. Die verbundenen Anschlüsse von Widerstand
Rs und Voltmeter V2 sind mit einer ersten Sonde 120a verbunden,
die mit einem ersten Elektrodenpad 110a in Kontakt ist,
während die zweiten Anschlüsse von Spannungsquelle
V, Voltmeter V1 und Voltmeter V2 gemeinsam an eine zweite Sonde 120b angeschlossen sind,
welche mit einem zweiten Elektrodenpad 110b in Kontakt
ist. Der Scanning-Mechanismus 140 kann den Lichtstrahl 130 so
richten, dass ein ausgewählter Bereich 235 zwischen
dem ersten Elektrodenpad 110a und dem zweiten Elektrodenpad 110b gescannt wird.
Das Voltmeter V2 überwacht die Spannungsdifferenz zwischen
den Elektrodenpads 110a und 110b. Der Lichtstrahl 130 kann
intensiv genug sein, um Annealing in einer Oberflächenlage 201 (2B)
der gescannten Region von Substrat 101 zu bewirken und
dadurch den elektrischen Widerstand in einem zwischen den Elektroden 110a und 110b gezogenen
Kanal zu ändern.
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2C illustriert
beispielhaft eine zwischen den Elektrodenpads
110a und
110b gemessene
Spannungsdifferenz, wenn der Lichtstrahl
130 zwischen ihnen
gescannt wird, um einen Kanal von ausgewählter Tiefe und
zunehmender Breite zu erzeugen. Mit zunehmender Breite der annealten
Lage der gescannten Region kann der Widerstand der gescannten Region
abnehmen gemäß der Beziehung
worin Rc der Kanalwiderstand,
der über der Zeit abnimmt in dem Maße, wie die
von dem Voltmeter V2 gemessene Spannung abnimmt, wie in
2C gezeigt.
V1 und V2 sind die von dem ersten bzw. zweiten Voltmeter gemessenen
Spannungen. Diese Technik kann ferner angewendet werden auf die Überwachung
von Implantationsaktivierung durch Laserbestrahlung, optisch induzierte Änderungen
in Leckstrom, Ladungsmobilität, Trägerlebensdauer.
Beispielsweise kann eine Minoritätsträgerlebensdauer-Antwortmessung
durchgeführt werden durch Anwenden von diskreten, kurzen
Lichtpulsen und Messen der zeitabhängigen Leitfähigkeitsantwort.
Ferner können Überwachung und Prozesskontrolle
mittels elektrischer Sonde während anderer Herstellungsprozesse
neben der Lichtstrahl-basierten Prozessierung Anwendung finden,
z. B. bei Plasma- oder Sputter-Deposition oder -ätzen.
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2D repräsentiert
zwei Beispiele von Daten, welche während der In-situ-Überwachung
eines Laser-Annealing-Prozesses erhalten wurden. In diesen Beispielen
betrug Rs 100 Ohm und die Quellenspannung V1 betrug 6,1
V. Während der Laserstrahl 130 den Bereich 235 zwischen
den zwei Elektrodenpads 110a und 110b scannt,
misst die Überwachungsschaltung den Spannungsabfall V2
zwischen den zwei Pads. Wie oben diskutiert, bestimmt die Messung
von V2 den Widerstand zwischen den Elektrodenpads 110a und 110b.
Bezugnehmend auf 2D findet Laser-Annealing statt
von der Zeit T = 0 bis 3,5 s. Jeder Fall korrespondiert zu verschiedenen
Bedingungen vorausgehender Ionenimplantation. Vor Beginn des Annealing
registrieren beide Proben einen Wert für V2 von ca. 6,1
V, was gemäß Gleichung (1) anzeigt, dass der Widerstand
außerordentlich hoch ist (d. h. im Wesentlichen offene
Schaltung). Nach dem Annealing beträgt eine Probenspannung
V2 ca. 5,1 V und die zweite Probenspannung V2 beträgt ca.
4,3 V. Bezugnehmend auf Gleichung (1) werden gerechnete Widerstandswerte
der zwei respektiven Proben von 510 Ohm und 239 Ohm erhalten. Dieser
Prozess kann in situ oder ex situ durchgeführt werden,
um den Grad der elektrischen Aktivierung zu bestimmen. Durch Durchführung
der Messung als ein Monitor während des Annealing-Prozesses
kann der Grad der elektrischen Aktivierung, ausgedrückt
als Pfadwiderstand, genau kontrolliert werden.
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3 illustriert
eine Vorrichtung
300 umfassend elektrische Kontakte und
laseroptische Spektroskopie zum gleichzeitigen Überwachen
und Kontrollieren eines Prozesses, wobei das Verfahren sowohl ein
Prozesstreiber als auch ein Mittel zum Überwachen des Prozesses
ist. Beispielsweise kann ein Laserstrahl
10, welcher durch
optische Komponenten
40 auf einen Spot
50 auf
dem Substrat
101 fokussiert ist, verwendet werden, um einen
Herstellungsprozess durchzuführen, z. B. Resist-Veraschung
und -Entfernung, thermisches Annealing und/oder Aktivierung, Ablation,
Implantationsaktivierung unter der Oberfläche, optisch
angeregte chemische Deposition aus der Dampfphase oder zahlreiche
andere Prozesse. Gleichzeitig kann der laserinduzierte Prozess optische
Emission erzeugen, welche mittels Sammeloptiken
393 gesammelt
und in ein Spektrometer
395 eingegeben wird. Weitere Details
finden sich in der gemeinsame Inhaberschaft aufweisenden
US-Patentanmeldung Serial No. 11/689 419,
welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden
Text aufgenommen wird. Ferner können Sonden
120 in
Kontakt mit Elektroden
110 auf dem Substrat
101 die
Leitfähigkeit messen als ein Indikator für elektrische
Eigenschaften an dem Substrat
101 mit fortschreitendem
Herstellungsprozess. Ferner können durch die Sonden
120 Spannungen
und Ströme an die Elektroden
110 angelegt werden
mittels einer Sonden-Steuer- und/oder -Regeleinrichtung
377,
um Bias-, Heizungs- oder Ladungsdichteeffekte in dem Substrat
101 zu
erzeugen, welche ebenfalls gewünschte Prozesseffekte erzeugen.
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Substrattisch 150,
Sonden-Steuer- und/oder -Regeleinrichtung 377, System-Steuer-
und/oder -Regeleinrichtung 375, Spektrometer 395 und
ein Lasersystem (nicht gezeigt), welches den Laserstrahl 10 bereitstellt,
können alle unter der Kontrolle eines Prozessors 373 stehen.
Es ist daher zu erkennen, dass Prozess-Monitore ferner ausgebildet
sein können, Herstellungsprozesse bereitzustellen. Ferner
können andere Prozesse, z. B. Sputter-Deposition, Ionenätzen,
Ionenimplantation, Verdampfung, chemische Deposition aus der Dampfphase
(induziert durch andere Verfahren als mit Laser) etc., in Verbindung
mit dem obigen Beispiel für Prozesskontrolle und -herstellung
angewendet werden. Ferner können andere Formen von optischem
Sensing verwendet werden, um Prozesse zu überwachen und
zu kontrollieren. Diese können Raman-Spektroskopie, Ellipsometrie,
Diffraktometrie, Reflektometrie, Refraktometrie, Streuung und andere,
auf dem Fachgebiet bekannte optische Mess- und Spektroskopiemethoden
umfassen.
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4 illustriert
sechs Beispiele von Ionenimplantationsaktivierungsüberwachung
gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
In diesen Beispielen, wo blanke Substrate implantiert werden, kann
eine Vierpunktsonde (nicht gezeigt) als ein äquivalenter
Ersatz für die Elektrodenpads 110 verwendet werden,
um den Schichtwiderstand zu messen, während der Lichtstrahl 130 verwendet
wird, um Ionenaktivierung zu induzieren. Für ein gemustertes
Substrat können Bereiche, wie annealte Kontaktbereiche,
Quantum-Well-Regionen etc., als Kontaktsondenpunkte verwendet werden.
Die Messungen können z. B. durch Messen der Resistivität/Leitfähigkeit
als Funktion der Beleuchtung durch den Lichtstrahl 130,
der ein gescannter oder stationärer fokussierter Strahl
oder eine breiterflächige Quelle sein kann, durchgeführt
werden. Diese Messung kann während der Implantationsaktivierung
durchgeführt werden, um die Prozedur zu kontrollieren und
zu optimieren. Alternativ, wie mit Bezugnahme auf 2A–2D beschrieben,
kann Laser-Scanning nach der Implantation bereitgestellt werden,
um die Aktivierung zu kontrollieren
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5 illustriert
ein Beispiel für Direktherstellung 500 gemäß einer
Ausführungsform der Offenbarung. 5 ist im
Wesentlichen ähnlich zu der Konfiguration von 2A.
Wenn z. B. der Lichtstrahl 130 gescannt wird, um einen
Prozesseffekt zu erzielen, z. B. um einen leitfähigen Kanal 235 zu
erzeugen, werden die Kontaktelektroden 110a und 110b mit
den Sonden 120a bzw. 120b kontaktiert, um die
Resistivität/Leitfähigkeit zu messen, während
die Prozessierung fortschreitet. Repräsentative Prozesse,
welche von der Lichtquelle 130 bereitgestellt werden, können
Ablation, Annealing, Aktivierung, kristallines Nachwachsen etc.
umfassen. An einem gewünschten Endpunkt kann die Prozessierung
abgebrochen werden, wie durch vorab bestimmte Strom- oder Spannungswerte
angezeigt. In diesem Fall führt der Lichtstrahl die Prozessierungsfunktion
aus und die elektrischen Messungen unterstützen die Prozesskontrolle.
Alternativ kann die Lichtquelle als eine zerstörungsfreie
Sonde verwendet werden zum Überwachen von Prozessen, die
durch ein elektrisches Bias, welches auf die Elektrodenpads 110 auf
dem Substrat 101 angewendet wird, kontrolliert werden können.
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6A und 6B illustrieren
ein Beispiel für Direktherstellung, welches in vielfältiger
Weise implementiert werden kann. Beispielsweise, mit Bezug auf 6A,
kontaktieren die Sonden 120a und 120b das Substrat 101 in
einer Testregion 650 einer Lage 601, welche einem
Prozess unterworfen werden soll. Die Region 650 kann eine
leitfähige Elektrode, ein Isolator oder ein ohmscher Kontakt,
gebildet nach einer Anzahl von Methoden, oder repräsentativ
für das Substrat vor dem Prozessschritt sein. Eine zusätzliche
Sonde (nicht gezeigt) kann Kontakt durch die Basis des Substrats 101 herstellen.
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Während
das Substrat 101 prozessiert wird, z. B. durch Ablation,
Ionenimplantation, Annealing etc., kann das Maß der Resistivität
zwischen den Sonden 120a und 120b zunehmen oder
abnehmen, in Abhängigkeit von dem Prozess. Ähnlich
kann sich ferner die von einer oder beiden Sonden 120a und 120b gemessene Resistivität
zu dem Substrat ändern, wobei die Änderung möglicherweise
nicht gleichmäßig über die Oberfläche
ist, in Abhängigkeit von der Natur des Prozesses, z. B.
dem gescannten Laser-Annealing, so dass die Sonden 120a und 120b unterschiedliche
Messwerte gewinnen können. In diesem Fall würden
geeignete Änderungen in Details (nicht gezeigt) der Schaltung 200 von 2A durchgeführt
werden, um diese Messungen zu erleichtern. Alternativ kann ein Spannungs-Biss
oder eine Stromsteuerung auf die Region 650 angewendet werden
unter Verwendung einer weiteren geeigneten Schaltung (nicht gezeigt)
in Verbindung mit einem weiteren Prozess (z. B. thermisches Annealing
oder Ionenimplantation), und es kann eine Region von präferentiellen
Eigenschaften in oder unter der Region 650 in der Lage 601 gebildet
werden.
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6B illustriert
eine Variation von möglichen Prozessen, erhalten wie in 6A,
wobei die Lage 601 durch Ätzen oder Ablation entfernt
wird. Durch die Kontrolle von Spannungen und/oder Strömen,
die zwischen den Sonden 120a und 120b und/oder
Substrat 101 angelegt werden, kann die Entfernung von Material
in der Region 650 selektiv verstärkt oder verhindert
werden.
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7 ist
ein Diagramm eines Verfahrens 700 zur kombinierten Insitu-Prozessüberwachung,
-optimierung und -herstellung. Das Verfahren 700 umfasst
das Setzen von Prozessparametern (Block 710) mit gewünschten
Endpunktzielen bezüglich des Bauelement-Leistungsverhaltens
(Performance). Die Elektroden 110 auf dem Substrat 101 werden
kontaktiert (Block 720) unter Verwendung einer Mehrzahl
von Sonden 120, welche verbunden sind mit einer Schaltung
zum Anlegen von Spannungen und Strömen für Prozessierung, Überwachung,
Kontrolle und Prozessoptimierung. Der Laserstrahl 130 wird dem
Substrat 101 bereitgestellt (Block 730) zum Durchführen
von Prozessierung und/oder zum Bereitstellen einer optischen Quelle
für Überwachung, Kontrolle und Optimierung. Obschon
alle die möglichen Konfigurationen nicht gezeigt sind,
können die Schritte von Block 720 (d. h. elektrisches
Prozessieren und/oder Überwachen) und von Block 730 (d.
h. optisches Prozessieren und/oder Überwachen) gleichzeitig,
alternativ oder sequentiell durchgeführt werden, gemäß den
von einem spezifischen Bauelementherstellungsprozess auf dem Substrat 101 gestellten
Anforderungen.
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Das
Verfahren 700 wird fortgesetzt durch Anwenden des Prozesses
(Block 740), welcher Prozessmethoden umfassen kann, die
zusätzlich und verschieden von optischen und elektrischen
Prozesseffekten sind. Eine Analyse von elektrischen Eigenschaften
(Block 750) und eine Analyse von optischen Emissionsspektren (Block 760)
können individuell oder gleichzeitig stattfinden, um den
Prozess zu überwachen und Daten bereitzustellen zur Kontrolle
und Optimierung des laufenden Herstellungsprozesses. Gemäß den
in Block 710 gesetzten Prozessparametern werden die gemessenen
Parameter mit Prozessendpunktzielen verglichen (Block 770).
Wenn die Prozesszielbedingungen erfüllt sind (d. h. JA)
wird der Prozess abgebrochen (780). Wenn die Prozessziele
noch nicht erfüllt sind (d. h. NEIN), wird das Verfahren
bei Block 710 durch Anpassen der Prozessbetriebsbedingungen
wiederholt, bis die Abbruchbedingungen (Block 780) erfolgreich
erfüllt sind.
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8A–8C illustrieren
verschiedene Verfahren zum Implementieren von Prozessüberwachung und
-kontrolle für die Herstellungsoptimierung. 8A illustriert
ein In-situ-Verfahren 8000, welches im Wesentlichen das
Verfahren 700 von 7 einer
kombinierten In-situ-Prozessüberwachung -optimierung und -herstellung
inkorporiert. Ein erster Prozess (Prozess A) wird bereitgestellt
oder durchgeführt in einer ersten Station (Station 1) bei
Block 8010. Station 1 kann eine Vakuumprozessierungskammer
oder eine andere Arbeitsstation sein, an welcher der Prozess A durchgeführt
wird. Das Verfahren 8000 läuft im Wesentlichen
so ab, wie für das Verfahren 700 beschrieben,
wobei die Blöcke 8010 bis 8050 in 8A im
Wesentlichen zu den Blöcken 710 bis 770 korrespondieren.
Wenn ein Endpunkt nicht detektiert wird (Nein in Block 8050),
wird der Prozess – durch Rückkehr zu Block 8010 – kontinuierlich
in situ in der Schleife durchgeführt. Wenn in Block 8050 ein
Endpunkt detektiert wird (d. h. Ja), wird der Prozess A abgebrochen
(korrespondierend zu Block 780 in 7) und die
Prozessierung wird mit einem zweiten Prozess (Prozess B) an einer
zweiten Station (Station B) bei Block 8160 fortgesetzt.
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8B illustriert
ein Ex-situ-Verfahren 8200, wobei ein in einer ersten Station
(Station 1) ausgeführter erster Prozess (Prozess A) beendet
worden ist (Block 8210). Das in Bearbeitung befindliche
Bauelement oder Substrat wird dann in Block 8220 zu einer
zweiten Station (Station 2) transferiert, welche eine Kammer oder eine
Arbeitsstation sein kann, die für Prozessevaluierung ausgebildet
ist. Optische und/oder elektrische Messungen werden an dem Bauelement
oder Substrat bei Block 8230 durchgeführt, wie
oben beschrieben, um die Resultate von Prozess A zu charakterisieren.
Die optischen und/oder elektrischen Messungen werden dann bei Block 8240 analysiert,
z. B. optische Spektren und elektrische Eigenschaften von Bauelementen,
Komponenten und ausgewählten Regionen eines Substrats.
Die in Block 8240 bereitgestellte Analyse wird verwendet,
um zu bestimmen, ob Prozess A "Gut"-("Pass"-)Resultate in Block 8250 geliefert
hat. Wenn die Resultate zufriedenstellend sind (d. h. "Pass") wird
das Substrat oder Bauelement zu einer dritten Station (Station 3) transferiert
für zusätzliche Prozessierung (Prozess B) in Block 8260.
Wenn die Resultate nicht zufriedenstellend sind (d. h. kein "Pass"),
kann das Substrat z. B. zu Station 1 zurückgeführt
werden zur fortgesetzten Prozessierung durch Prozess A; alternativ
können die Betriebsparameter von Prozess A (Block 8210)
in Station 1 für Folgesubstrate modifiziert werden, so
dass der Prozess A mit größerer Wahrscheinlichkeit
"Pass"-Ergebnisse liefert.
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8C illustriert
ein Inline-Verfahren 8300 wobei der in Station 1 durchgeführte
Prozess A zuerst abgeschlossen wird (Block 8310). Sodann
werden Eigenschaften des Substrats oder Bauelementes gemessen, um
zu bestimmen, ob der Prozess A "Pass"-Resultate lieferte in den
Blöcken 8320, 8330 und 8340,
welche im Wesentlichen identisch sind mit den Blöcken 8230, 8240 und 8250 von 8B.
Wenn die Resultate zufriedenstellend sind (d. h. "Pass") wird ein
zweiter Prozess (Prozess B) an dem Substrat oder Bauelement durchgeführt
(in Block 8350). Prozess B kann in der gleichen Station
(Station 1) stattfinden oder er kann in einer anderen Station (Station
2) durchgeführt werden. Wenn Prozess B in Station 2 durchgeführt
wird, wird das Bauelement oder Substrat zu Station 2 transferiert,
wobei Station 2 ferner dazu ausgestattet sein kann, die Resultate
von Prozess B an dem Bauelement oder Substrat zu messen. Wenn die
Resultate eines Prozesses nicht zufriedenstellend sind (d. h. kein
"Pass"), kann das Substrat oder Bauelement z. B. zu Station 1 (oder einer
beliebigen anderen Station, welche die unbefriedigende Prozessierung
durchgeführt hat) zurückgeführt werden
zur fortgesetzten Prozessierung. Die Betriebsparameter des Prozesses
können modifiziert werden für die aktuellen oder
Folgesubstrate, wie durch die Messungen bestimmt. Es wird somit
erkennbar sein, dass Inline-Prozessüberwachung und -optimierung
auf verschiedene Weise implementiert werden können.
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Ferner,
wie mit Bezug auf die oben aufgeführten Prozesse und offensichtlichen
Variationen erwähnt, kann Prozessoptimierung und -kontrolle
erzielt werden durch Kontrollieren des Endpunktabbruchs des Prozesses.
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Ferner
sollen nur jene Ansprüche, die das Wort "Mittel" verwenden,
nach 35 USC 112, para. 6, interpretiert werden. Ferner sollen keine
Begrenzungen aus der Beschreibung in die Ansprüche hineingelesen
werden, soweit nicht diese Begrenzungen ausdrücklich in
den Ansprüchen enthalten sind. Demgemäß liegen
weitere Ausführungsformen innerhalb des Bereichs der nachfolgenden
Ansprüche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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