DE112004002106B4

DE112004002106B4 - Fehlerkennungs- und Steuerungsverfahren für Ionenimplantationsprozesse, und System zum Ausführen davon

Info

Publication number: DE112004002106B4
Application number: DE112004002106T
Authority: DE
Inventors: Elfido jun. Austin Coss; Patrick M. Pflugerville Cowan; Richard J. Austin Markle; Tom Austin Tse
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2024-06-05
Also published as: GB2423188B; TW200521410A; KR101081013B1; JP2007538383A; GB0704597D0; TWI358531B; CN1894767B; WO2005045875A1; GB0608779D0; KR20060114324A; GB2432965A; DE112004002106T5; US6960774B2; DE112004003062B4; GB2432965B; CN1894767A; US20050092939A1; GB2423188A

Abstract

Verfahren mit den Schritten:
Ausführen eines Einstellprozesses für eine Ionenimplantationsanlage (10), wobei der Einstellprozess zu mindestens einem Anlagenparameter für die Ionenimplantationsanlage (10) führt;
Auswählen eines Fehlererkennungsmodells (24) für einen Ionenimpiantationsprozess, der in der Ionenimplantationsanlage (10) auszuführen ist, auf der Grundlage des mindestens einen, sich aus dem Einstellprozess ergebenden Anlagenparameters; und
Überwachen eines Ionenimplantationsprozesses, der in der Ionenimplantationsanlage (10) ausgeführt wird, unter Anwendung des ausgewählten Fehlererkennungsmodells (24).

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Halbleiterherstellung und insbesondere Fehlererkennungs- und Steuerungsverfahren für Ionenimplantationsprozesse und ein System zum Ausführen dieser Verfahren.
US 5,859,964 A offenbart eine Anlage und ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern in Waferherstellungsgeräten durch Erfassen von Prozessparametern in Echtzeit.
US 2002/0055801 A1 offenbart ein Verfahren, um die Genauigkeit der Fehlererkennung in Halbleiterverarbeitungsgeräten zu verbessern.
US 2003/0042427 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Einstellen eines Ionenimplantationsgeräts.
US 6,055,460 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kompensieren räumlicher Schwankungen bestimmter Designparameter von Halbleitervorrichtungen über der Oberfläche eines Wafers.
Es gibt ein ständiges Bestreben in der Halbleiterindustrie, die Qualität, Zuverlässigkeit und den Durchsatz für integrierte Schaltungsbauelemente, beispielsweise Mikroprozessoren, Speicherbauelemente, und dergleichen zu erhöhen. Dieses Bestreben wird durch die Verbrauchernachfrage für Computer und elektronische Geräte mit höherer Qualität, die zuverlässiger arbeiten, noch gefördert. Diese Anforderungen führten zu einer ständigen Verbesserung bei der Herstellung der Halbleiterbauelemente, beispielsweise Transistoren, sowie bei der Herstellung integrierter Schaltungsbauelemente, in denen derartige Transistoren eingesetzt sind. Ferner verringert das Reduzieren der Defekte bei der Herstellung der Komponenten eines typischen Transistors die Gesamtkosten pro Transistor sowie die Kosten von integrierten Schaltungsbauelementen, in denen derartige Transistoren eingesetzt sind.
Im Allgemeinen wird eine Gruppe aus Prozessschritten an einem Los bzw. einer Charge aus Scheiben durchgeführt, wobei unterschiedliche Prozessanlagen einschließlich Photolithographieeinzelbildbelichter, Ätzanlagen, Abscheideanlagen, Polieranlagen, Anlagen für rasche thermische Ausheizprozesse, Implantationsanlagen, etc. eingesetzt werden. Die Technologien, die diesen Halbleiterprozessanlagen zu Grunde liegen, waren in den letzten paar Jahren der Gegenstand großer Aufmerksamkeit, wodurch sich deutliche Verbesserungen ergaben. Trotz der Fortschritte, die auf diesem Bereich gemacht wurden, zeigen dennoch viele dieser Prozessanlagen, die gegenwärtig kommerziell verfügbar sind, gewisse Unzulänglichkeiten auf. Insbesondere fehlt bei derartigen Anlagen häufig eine fortgeschrittene Prozessdatenüberwachungsfähigkeit, etwa die Fähigkeit, historische Parameterdaten in einem anwenderfreundlichen Format bereitzustellen, sowie das Aufzeichnen von Ereignissen, die Echtzeitgraphikdarstellung sowohl aktueller Prozessparameter als auch der Prozessparameter der gesamten Laufzeit, und Fernüberwachung, d. h. Überwachung vor Ort und weltweite Überwachung. Diese Unzulänglichkeiten können zu einer nicht optimalen Steuerung kritischer Prozessparameter, etwa dem Durchsatz, der Genauigkeit, der Stabilität und der Wiederholbarkeit, der Prozesstemperaturen, mechanischer Anlagenparameter, und dergleichen führen. Diese Variabilität drückt sich als Schwankung innerhalb eines Durchlaufes, in Schwankungen zwischen einzelnen Durchläufen und in Schwankungen zwischen einzelnen Prozessanlagen aus, die sich zu Abweichungen in der Produktqualität und dem Leistungsverhalten fortpflanzen können, wobei ein ideales Überwachungs- und Diagnosesystem für derartige Anlagen ein Mittel zum Überwachen dieser Schwankungen bereitstellen würde, sowie auch ein Mittel bereitstellen würde, um die Steuerung kritischer Parameter zu optimieren.
Eine Technik zur Verbesserung des Betriebs einer Halbleiterprozesslinie beinhaltet das Anwenden eines fabrikumspannenden Steuerungssystems, um automatisch den Ablauf der diversen Prozessanlagen zu steuern. Die Fertigungsanlagen kommunizieren mit einer Fertigungsplattform oder einem Netzwerk aus Prozessmodulen. Jede Prozessanlage ist im Allgemeinen mit einer Anlagenschnittstelle verbunden. Die Anlagenschnittstelle ist mit einer Maschinenschnittstelle verbunden, die eine Kommunikation zwischen der Prozessanlage und der Fertigungsplattform ermöglicht. Die Maschinenschnittstelle kann im Allgemeinen ein Teil eines fortschrittlichen Prozesssteuerungs-(APC)Systems sein. Das APC-System initiiert ein Steuerungsskript auf der Grundlage eines Fertigungsmodells, das ein Softwareprogramm sein kann, das automatisch die zum Ausführen eines Fertigungsprozesses erforderlichen Daten abruft. Häufig werden Halbleiterbauelemente durch viele Prozessanlagen zum Ausführen vieler Prozesse geführt, wodurch Daten erzeugt werden, die sich auf die Qualität der bearbeiteten Halbleiterbauelemente beziehen.
Während des Fertigungsprozesses können diverse Ereignisse stattfinden, die das Leistungsverhalten der herzustellenden Bauelemente beeinflussen. D. h., Schwankungen in den Fertigungsprozessschritten führen zu Schwankungen im Bauteilleistungsverhalten. Faktoren, etwa kritische Abmessungen von Strukturelementen, Dotierpegel, der Kontaktwiderstand, Teilchenkontamination, etc. können alle möglicherweise das Endverhalten des Bauelements beeinflussen. Diverse Anlagen in der Prozesslinie werden gemäß Leistungsmodellen gesteuert, um Prozessschwankungen zu reduzieren. Zu üblicherweise gesteuerten Prozessanlagen gehören photolithographische Einzelbelichter, Ionenimplantationsanlagen, Polieranlagen, Ätzanlagen und Abscheideanlagen. Dem Prozess vorgeschaltete und/oder dem Prozess nachgeschaltete Messdaten werden den Prozesssteuerungen der Anlage zugeführt. Prozessrezeptparameter, etwa die Prozesszeit, werden von den Prozesssteuerungen auf der Grundlage des Leistungsmodells und der Messinformation berechnet, um prozessnachgeordnete Ergebnisse zu erhalten, die möglichst genau am Sollwert liegen. Die Reduzierung der Schwankung auf diese Weise führt zu einem erhöhten Durchsatz, geringeren Kosten, einem besseren Bauteilleistungsverhalten, etc., die somit alle zu einer erhöhten Rentabilität beitragen.
Die Ionenimplantation ist ein sehr komplexer und häufig verwendeter Prozess bei der Herstellung integrierter Schaltungsbauelemente. Die Ionenimplatation ist eine Technik, die zum Implantieren eines Dotierstoffmaterials, beispielsweise Arsen oder Bor, in eine Struktur, beispielsweise ein Substrat, angewendet wird, um sehr präzise Implantationsgebiete mit einer gewissen Dotierstoffkonzentration und einem gewissen Profil zu bilden. Ionenimplantationsprozesse können auch ausgeführt werden, um Dotierstoffmaterialien in eine Schicht aus Material einzubringen. Es ist eine sehr präzise Steuerung der Ionenimplantationsprozesse wünschenswert, da die Implantationsgebiete auf das Leistungsverhalten des endgültigen integrierten Schaltungsprodukts einen deutlichen Einfluss ausüben können. Beispielsweise ist eine präzise Steuerung der Ionenimplantationsprozesse erforderlich, die zum Bilden von Source/Drain-Gebieten für einen Transistor ausgeführt werden, oder die zur Steuerung der Schwellwertspannung des Transistors ausgeführt werden, wenn das fertiggestellte Bauelement in der vorgesehenen Weise funktionieren soll.
Typischweise werden in modernen Halbleiterfertigungsstätten die Ionenimplantationsprozesse an einer Gruppe oder einem Stapel aus Substraten, beispielsweise Scheiben, ausgeführt. Die Anzahl der Substrate, die in jedem Stapel prozessiert wird, kann sich in Abhängigkeit von der Ionenimplantationsanlage, die zum Ausführen des Prozesses verwendet wird, unterscheiden. Die meisten der stapelartigen Ionenimplantationsanlagen führen den Ionenimplantationsprozess an 13 oder 17 Scheiben pro Durchgang aus. Es gibt ein großes Interesse daran sicherzustellen, dass die in derartigen Ionenimplantationsanlagen ausgeführten Prozesse in korrekter Weise ausgeführt werden. Wenn in einigen Fällen die Ionenimplantationsprozesse unkorrekt ausgeführt werden, müssen die Substrate, die derartigen nicht korrekten Prozessen unterzogen wurden, zerstört werden. D. h., es ist sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, Substrate erneut zu bearbeiten, die fehlerhaften Ionenimplanationsprozessen unterzogen wurden.
In dem Bemühen, Ionenimplantationsprozesse zu steuern, werden Messdaten nach dem Ionenimplantationsprozess genommen, um zu bestimmen, ob der Prozess in akzeptabler Weise ausgeführt wurde. Derartige Messdaten werden. von Produktscheiben oder Testscheiben gewonnen. Beispielsweise können Messanlagen des Typs TP420 und/oder TP500, die von Thermawave hergestellt werden, zum Bestimmen von Kristallgitterproblemen verwendet werden. Ein weiteres Beispiel ist die Prometrix-Messanlage mit der Modell-Nr. RS55, die für Testscheiben verwendet werden kann, um das Dotierstoffkonzentrationsprofil implantierter Gebiete nach dem Ausführen des Implantationsprozesses zu bestimmen. In einigen Fällen werden die Messdaten gewonnen, indem ein sekundäres Ionenmassenspektrometer (SIMS), das von Cameca hergestellt wird, für Testwafer angewendet wird. Jedoch sind derartige Prozesse relativ zeitaufwendig, beispielsweise benötigen Schichtwiderstandsdaten ungefähr 10 Minuten pro Substrat, um derartige Messungen auszuführen. Ferner werden derartige Messungen typischerweise erst geraume Zeit nach dem Abschluss des Implantationsprozesses ausgeführt, beispielsweise Stunden oder Tage, nachdem der Ionenimplantationsprozess beendet ist. Als Folge sind die Messdaten nicht so zeitig verfügbar, wie dies ansonsten wünschenswert wäre. Beispielsweise werden während der Zeitdauer, in der Messdaten erhalten werden, weitere Substrate in der Ionenimplantationsanlage bearbeitet, wobei Anlagenparameter verwendet werden, die Implantationsgebiete mit unerwünschter Qualität erzeugen können.
Wie zuvor dargelegt ist, sind Ionenimplantationsprozesse äußerst komplex, und ein gutes Leistungsverhalten derartiger Ionenimplantationsprozesse hängt von einer Reihe damit zusammenhängender Parameter des Prozesses ab, beispielsweise Implantationsdosis, Implantationsenergiepegel, Gasdurchflussraten, die Strom- und Spannungspegel der Heizwendeln, der Ionenstrahlstrom, die Anzahl der Abtastungen, etc. Um ein gewünschtes angestrebtes Ergebnis zu erzielen, wird in modernen Ionenimplantationsanlagen automatisch der Ionenstrahl vor dem Ausführen eines Ionenimplantationsprozesses eingestellt oder justiert in dem Versuch, sicherzustellen, dass der von der Anlage ausgeführte Implantationsprozess akzeptable Ergebnisse liefert. D. h., die Ionenimplantationsanlage versucht, mehrere dieser damit in Beziehung stehender Parameter einzustellen oder einzuregeln, so dass eine ausgewählte Kombination dieser Parameter das gewünschte Ergebnis erzeugt. Der Einstellvorgang ist ein relativ zeitaufwendiger Prozess. Diese interne Einstellung wird typischerweise bewerkstelligt, indem der Ionenstrahl auf einen Faraday-Becher innerhalb der Implantationsanlage gerichtet wird und indem ein oder mehrere der Anlagenparameter variiert werden. Wenn sich die Sollbedingungen oder Werte ändern, wenn neue Ionenimplantationsrezepte ausgeführt werden und/oder wenn sich die Menge der in einer Anlage prozessierten Substrate anhäuft, wird jedoch unter Umständen der Prozess instabiler, wodurch möglicherweise Fehler in dem Ionenimplantationsprozess auftreten. Als Folge davon sind die resultierenden Implantationsgebiete und die Bauelemente, die aus derartigen Implantationsgebieten aufgebaut sind, im Hinblick auf das Leistungsverhalten in der Regel nicht tolerierbar.
Ferner wird der zuvor beschriebene Einstellprozess typischerweise ausgeführt, wann immer die Ionenimplantationsanlage ein neues Implantationsrezept ausführen soll. Auf Grund der großen Anzahl an Anlagenparametern, die variiert werden können, um das gewünschte Implantationsgebiet und den Prozess zu erreichen, kann der Einstellprozess eine große Anzahl von Kombinationen derartiger Parameter erzeugen, obwohl das angestrebte Implantationsgebiet und der Prozess gleich sind. Folglich ist eine effektive Überwachung derartiger Ionenimplantationsanlagen und Prozesse schwierig. Es besteht ein Bedarf für Systeme und Verfahren, die eine effektive Überwachung und Steuerung von Ionenimplantationsanlagen und Prozessen in einer zeiteffizienten Weise ermöglichen. Die vorliegende Erfindung richtet sich an Verfahren und Systeme, die einige oder alle der zuvor genannten Probleme lösen oder zumindest verringern.
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fehlererkennungs- und Steuerungsverfahren für Ionenimplantationsprozesse und ein System zum Ausführen dieser Verfahren. In einer anschaulichen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ausführen eines Einstellprozesses für eine Ionenimplantationsanlage, wobei der Einstellprozess mindestens einen Anlagenparameter für die Ionenimplantationsanlage ergibt, Auswählen eines Fehlererkennungsmodells für einen Ionenimplantationsprozess, der in der Ionenimplantationsanlage auszuführen ist, auf der Grundlage des Anlagenparameters, der sich aus dem Einstellprozess ergibt, und Überwachen eines Ionenimplantationsprozesses, der in der Ionenimplantationsanlage ausgeführt wird, unter Anwendung des ausgewählten Fehlererkennungsmodells.
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ausführen eines Einstellprozesses für eine Ionenimplantationsanlage, wobei der Einstellprozess zu mindestens einem Anlagenparameter für die Ionenimplantationsanlage führt, Erzeugen eins Fehlererkennungsmodells für einen Ionenimplantationsprozess, der in der Ionenimplantationsanlage auszuführen ist, auf der Grundlage des Anlagenparameters, der sich aus dem Einstellprozess ergibt, und Überwachen eines Ionenimplantationsprozesses, der in der Ionenimplantationsanlage ausgeführt wird, wobei das erzeugte Fehlererkennungsmodell verwendet wird.
Die Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
1 eine vereinfachte Blockansicht eines anschaulichen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine vereinfachte Blockansicht ist, die diverse illustrative Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
3 eine vereinfachte Blockansicht ist, die andere anschauliche Verfahren gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
Obwohl die Erfindung diversen Modifizierungen und alternativen Formen unterliegen kann, sind dennoch spezielle Ausführungsformen hierin beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und sind im Weiteren detailliert beschrieben. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die Beschreibung spezieller Ausführungsformen nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die speziellen offenbarten Formen einzuschränken, sondern die Erfindung soll vielmehr alle Modifizierungen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die innerhalb des Grundgedankens und Schutzbereichs der Erfindung liegen, wie sie durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
Es werden nun anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind nicht alle Strukturelemente einer tatsächlichen Implementierung in dieser Beschreibung dargelegt. Selbstverständlich ist zu beachten, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Ausführungsform zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die speziellen Ziele der Entwickler zu erreichen, etwa die Verträglichkeit mit systembezogenen und geschäftsbezogenen Rahmenbedingungen, die sich von Implementierung zu Implementierung unterscheiden können. Ferner ist zu beachten, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein kann, aber dennoch eine Routinemaßnahme für den Fachmann in Besitze der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die Ausdrücke und Phrasen, wie sie hierin verwendet sind, sollten so verstanden und interpretiert werden, dass diese eine Bedeutung aufweisen, wie sie konsistent ist mit dem Verständnis dieser Ausdrücke und Phrasen des Fachmannes auf diesem Gebiet. Es soll keine spezielle Definition eines Terms oder einer Phrase, d. h. eine Definition, die unterschiedlich ist von dem, was der Fachmann üblicherweise darunter versteht, beabsichtigt sein durch eine konsistente Verwendung des Ausdrucks oder der Phrase. Wenn ein Ausdruck oder eine Phrase eine spezielle Bedeutung haben soll, d. h. eine Bedeutung, die anders ist als sie vom Fachmann verstanden wird, so ist eine derartige spezielle Definition ausdrücklich in der Beschreibung in definierender Weise angegeben, die direkt und unzweideutig die spezielle Definition des Ausdrucks oder der Phrase liefert.
Allgemein richtet sich die vorliegende Erfindung an diverse Systeme und Verfahren für die Fehlererkennung und Steuerung von Ionenimplantationsprozessanlagen. Wie der Fachmann beim vollständigen Studium dieser Anmeldung leicht erkennt, ist das vorliegende Verfahren auf das Durchführen von Ionenimplantationsprozessen anwendbar, wobei eine Vielzahl unterschiedlicher Arten von Ionenimplantationsanlagen verwendet werden können, und ist anwendbar auf die Implantierung einer Vielzahl unterschiedlicher Dotierstoffmaterialien, beispielsweise N-Dotierstoffmaterialien und P-Dotierstoffmaterialien. Des weiteren kann die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit dem Herstellen einer Vielzahl von Bauelementen eingesetzt werden, zu denen, ohne einschränkend zu sein, Logikbauelemente, Speicherbauelemente, etc. gehören. Die vorliegende Erfindung kann im Zusammenhang mit Ionenimplantationsanlagen eingesetzt werden, in denen mehrere oder einzelne Scheiben einem Ionenimplantationsprozess unterzogen werden.
1 ist eine vereinfachte Blockansicht einer anschaulichen Ionenimplantionsanlage 10, die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Ionenimplantationsanlage 10 soll eine anschauliche Anlage sein, so dass diese repräsentativ ist für eine Vielzahl kommerziell verfügbarerer Ionenimplantionsanlagen. Beispielsweise ist in einer anschaulichen Ausführungsform die Ionenimplantationsanlage 10 ein Modell VIISion 80, das von Varian hergestellt wird. Die Anlage 10 umfasst eine schematisch dargestellte Ionenquelle 12, die verwendet wird, um Ionen zu erzeugen, wie dies durch den Pfeil 13 angezeigt ist, die dann in mehrere Substrate 14 implantiert werden, die in der Anlage 10 angeordnet sind. Die Substrate 14 werden in der Anlage 10 mittels eines Substrathalters 16 in Position gehalten. Der Substrathalter 16 kann in einigen Fällen eine einzelne oder mehrere Scheiben aufnehmen, d. h. eine serielle oder eine stapelverarbeitende Konfiguration aufweisen. Wie der Fachmann sicherlich erkennt, ist eine typische. Ionenimplantationsanlage 10 eine äußerst komplexe Anlage, die viele Komponenten aufweist, die in 1 nicht gezeigt sind, um damit die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verdunkeln. Das US-Patent 6,055,460 A zeigt eine anschauliche Ausführungsform einer Ionenimplantationsanlage, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das US-Patent 6,055,460 A ist hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingeschlossen. Wie der Fachmann erkennt, ist die in 1 gezeigte Anlage 10 schematischer Natur. Somit ist die relative Anordnung der Substrate 14 und der Ionenquelle 12 lediglich beispielhafter Natur. Ferner umfasst die Anlage 10 Mittel zum Bewegen der Substrate 14, während der Ionenimplantationsprozess ausgeführt wird. Daher sollte die spezielle Konfiguration der schematisch dargestellten Ionenimplantionsanlage 10 nicht als eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung erachtet werden. Es sollte ferner beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung auch mit Implantationsanlagen 10 verwendet werden kann, die lediglich ein einzelnes Substrat 14 pro Durchlauf bearbeiten.
Eine Steuerung 18 ist funktionsmäßig mit der Ionenimplantationsanlage 10 verbunden und diese kann eine beliebige Art eines Geräts sein, das in der Lage ist, Instruktionen auszuführen. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung 18 ein Mikroprozessor oder ein Computer. Die Steuerung 18 kann permanent in der Ionenimplantationsanlage 10 vorhanden sein, diese kann ein selbstständiges Gerät sein, oder kann ein Teil eines Gesamtcomputersystems sein, das ausgebildet ist, einen oder mehrere Aspekte der Aktionen zu steuern, die in einer Fertigungsstätte für integrierte Schaltungen ausgeführt werden. Die Steuerung 18 kann zum Ausführen diverser hierin beschriebener Funktionen eingesetzt werden. Die von der Steuerung 18 ausgeführten Funktionen können durch mehrere Rechnerressourcen ausgeführt werden.
Die in 1 gezeigten Substrate 14 sollen auch als Repräsentanten betrachtet werden, da die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit dem Implantieren von Ionen in Substrate 14 verwendet werden kann, die aus einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien aufgebaut sein können, beispielsweise Silizium, Silizium-auf-Isolator-(SOI)Strukturen, III-V-Materialien, etc. Die vorliegende Erfindung kann auch im Zusammenhang mit dem Implantieren von Dotierstoffmaterial in zuvor gebildete Schichten aus Material verwendet werden. Des weiteren kann die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, wenn eine Vielzahl unterschiedlicher Arten von Dotierstoffmaterialien, beispielsweise N-Dotierstoffmaterialien, etwa Phosphor (P) oder Arsen (As), oder P-Dotierstoffmaterialien, etwa Bor (B) oder Bordifluorid (BF₂) implantiert werden. Somit sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die Implantation spezieller Arten von Dotierstoffmaterialien eingeschränkt erachtet werden, sofern derartige Einschränkungen nicht explizit in den angefügten Patentansprüchen dargelegt sind.
Teile der Erfindung und der entsprechenden detaillierten Beschreibung werden in Begriffen von Software oder Algorithmen oder symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers dargelegt. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind jene, die von dem Fachmann benutzt werden, um in effizienter Weise den Inhalt seiner Arbeit anderen Fachleuten zu vermitteln. Ein Algorithmus ist in dem hierin verwendeten Sinne und wie er im Allgemeinen verwendet ist, als eine selbstkonsistente Sequenz aus Schritten zu verstehen, die zu einem gewünschten Ergebnis führen. Die Schritte sind jene Schritte, die die physikalische Manipulation physikalischer Größen erfordern. Für gewöhnlich, ohne dass dies erforderlich ist, nehmen diese Größen die Form optischer, elektrischer oder magnetischer Signale an, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen oder anderweitig manipuliert werden können. Dies hat sich häufig als günstig erwiesen, im Wesentlichen im Hinblick auf die übliche Verwendung.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass all diese und ähnliche Begriffe mit geeigneten physikalischen Größen in Beziehung gesetzt werden und lediglich bequeme Namen sind, die diesen Größen verliehen werden. Sofern dies nicht anderweitig dargelegt ist, oder dies aus der Erläuterung deutlich wird, betreffen die Begriffe „verarbeiten” oder „berechnen” oder „rechnen” oder „bestimmen” oder „darstellen” oder dergleichen die Aktionen und die Prozesse eines Computersystems oder ähnlicher elektronischer Rechengeräte, die Daten manipulieren, die als physikalische, elektronische Größen innerhalb der Register des Computersystems und Speicher vorhanden sind, und diese in andere Daten umwandeln, die in ähnlicher Weise als physikalische Größen in den Speichern oder Registern oder anderen Informationsspeichern, Übertragungs- oder Anzeigegeräten in dem Computersystem vorhanden sind.
Eine beispielhafte Informationsaustausch- und Prozesssteuerungsplattform, die zur Verwendung in einem derartigen Fertigungssystem geeignet ist, ist eine fortschrittliche Prozesssteuerungs-(APC)Plattform, wie sie unter Anwendung des Katalyst-Systems eingerichtet werden kann, das von KLA-Tencor, Inc., angeboten wird. Das Katalyst-System verwendet Systemtechnologien, die mit Halbleiteranlagen und Materialstandards (SEMI) computerintegrierten Fertigungs-(CIM)Plattformen verträglich sind, und beruht auf der fortschrittlichen Prozesssteuerungs-(APC)Plattform. CIM (SEMI E81-0699 – vorläufige Spezifikation für CIM-Plattformbereichsarchitektur) und APC-(SEMI E93-0999 – vorläufige Spezifizierung für CIM-Plattform für fortschrittliche Prozesssteuerungskomponenten)Spezifikationen sind öffentlich von SEMI erhältlich, das einen Hauptsitz in Mountain View, CA, besitzt.
Wie im einleitenden Abschnitt der Anmeldung dargelegt ist, werden Ionenimplantationsanlagen typischerweise automatisch „eingestellt”, bevor der eigentliche Ionenimplantationsprozess ausgeführt wird oder diese werden periodisch eingestellt. Der Zweck des automatischen Einstell- bzw. Abgleichprozesses besteht darin, eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter oder Einstellwerte auszuwählen, beispielsweise den Strahlstrom, den Neigungswinkel, den Twistwinkel, die Anzahl der Abtastungen, die Dosis, den Heizfadenstrom, etc., die verwendet werden, wenn der Ionenimplantationsprozess tatsächlich ausgeführt wird. Auf Grund der Anzahl der beteiligten Parameter gibt es eine große Anzahl möglicher Kombinationen an Anlagenparametern. Ferner können unterschiedliche Kombinationen aus Anlagenparametern verwendet werden, um das gleiche gewünschte Implantationsrezept auszuführen. Nachdem die Ionenimplantionsanlage „eingestellt” ist, wird der Ionenimplantationsprozess an Substraten ausgeführt, die in der Ionenimplantationsanlage angeordnet sind. Auf Grund der großen Anzahl an Parametern und dem relativ großen Bereich an Werten, die diese Parameter annehmen können, ist jedoch das Ausführen einer aussagekräftigen Fehlererkennung schwierig. Beispielsweise können häufig Fehler auf Grund der Tatsache auftreten, dass die Anlagenparameter, die sich aus dem Einstellprozess ergeben, viele unterschiedliche Werte aufweisen können, wobei diese manchmal große Unterschiede zwischen derartigen Werten besitzen, abhängig davon, wie der automatische Einstellprozess ausgeführt wird. Wünschenswert ist eine Fehlererkennungstechnik, in der eine relativ strikte Steuerung des Ionenimplantationsprozesses erreicht werden kann, ohne dass eine übermäßige Fehlererkennung erforderlich ist.
Im Allgemeinen wird der Erfolg oder ein Fehler des Ionenimplantationsprozess relativ spät nach Abschluss des Implantationsprozesses bestimmt, wenn die Substrate aus der Ionenimplantationsanlage entfernt sind. Die Qualität des Ionenimplantationsprozesses kann durch eine Vielzahl von Prüfungen bestimmt werden, beispielsweise elektrische Prüfungen, visuelle Inspektion, etc., von denen einige eine Zerstörung erfordern. Jedoch können derartige Bewertungsprozesse eine relativ lange Zeit beanspruchen und einen hohen Aufwand an Messanlagen und Personal erfordern. Daher ist die Rückmeldung von derartigen Prozessen nicht so zeitgerecht, wie dies gewünscht ist. Ferner kann die „eingestellte” Ionenimplantationsanlage in der Zwischenzeit weitere Substrate bearbeitet haben, bevor die Rückmeldung im Hinblick auf die Qualität des Ionenimplantationsprozesses erhalten wurde. Wenn die Prüfung zu der Einschätzung führt, dass die Implantationsgebiete, die sich aus dem Ionenimplantationsprozess ergeben, nicht akzeptabel sind, dann werden die Substrate normalerweise zerstört. D. h., ein Ionenimplantationsprozess, der nicht zur Ausbildung akzeptabler Implantationsgebiete in dem Substrat führt, ist äußerst verschwenderisch an Ressourcen und beeinflusst nachteilig die Fertigungseffizienz und die Produktausbeute.
Um eines oder mehrere der vorhergehenden Probleme zu lösen oder zu verringern, verwendet die vorliegende Erfindung diverse Modelle und Steuerungsroutinen in Verbindung mit dem Betrieb einer Ionenimplantionsanlage. In einer anschaulichen Ausführungsform, wie in 2 gezeigt ist, verwendet die vorliegende Erfindung die Ergebnisse des Ionenimplantationseinstellprozesses 20 und eines Ionenimplantationsbetriebsmodells 22. In einigen Fällen besitzt das Betriebsmodell 22 Zugriff zu einem oder mehreren Fehlererkennungsmodellen (FDM) 24-1 bis 24-n oder zu einem regenerierbaren Fehlererkennungsmodell 25. Wie hierin dargelegt ist, kann die vorliegende Erfindung das Erzeugen eines oder mehrerer Modelle mit mehreren Varianten oder einer einzelnen Variante für die hierin beschriebenen Zwecke erzeugen. Es können eine Reihe von Techniken, die dem Fachmann bekannt sind, angewendet werden, um die hierin beschriebenen Modelle zu erzeugen. Beispielsweise können die hierin erzeugten Modelle geschaffen, überarbeitet und aktualisiert werden unter Anwendung einer ModelWare-Softwarepackung, die von Triant Technologies, Inc., Nanaimo, Britisch Columbia, Kanada, bezogen wurde. Die hierin beschriebenen Modelle können empirisch unter Anwendung allgemein bekannter linearer oder nicht linearer Verfahren entwickelt werden. Das Modell kann ein relativ einfaches auf Gleichungen beruhendes Modell sein (beispielsweise linear, exponentiell, gewichteter Mittelwert, etc.) oder kann ein komplexeres Modell sein, etwa ein Modell mit neuronalem Netzwerk, ein Hauptkomponentenanalyse-(PCA)Modell oder ein Modell mit Projektion auf latente Strukturen (PLS). Die spezielle Implementierung des Modells kann von der ausgewählten Modellierungstechnik abhängen.
Zunächst wird die Implantationsanlage 10 instruiert, einen Implantationsprozess auszuführen, um Implantationsgebiete gemäß einem gewissen Rezept zu bilden, beispielsweise mit einer gewissen Dotierstoffspezies, beispielsweise Arsen, Bor, etc., einer Dotierstoffkonzentration und Tiefe. Auf der Grundlage einer derartigen Instruktion wird der Einstellprozess 20 durch die Ionenimplantationsanlage 10 in dem Versuch ausgeführt, eine Kombination aus Einstellwerten für diverse Anlagenparameter und/oder Aufzeichnungsdaten zu erzeugen, wie dies im Block 21 angezeigt ist, die in den dotierten Gebieten resultieren, die das gewünschte Dotierstoffprofil und Konzentration aufweisen.
In einer Ausführungsform wird der Einstellprozess 20 mittels Software bewerkstelligt, die in der Ionenimplantationsanlage 10 vorhanden ist. Die Anlageneinstellparameter, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben, können eine Vielzahl von Parametern umfassen, etwa den Strahlstrom, den Twistwinkel oder einen beliebigen der anderen Anlagenparametern, die zuvor definiert sind. Die Aufzeichnungsdaten können sich ebenso auf eine Vielzahl von Parametern beziehen, die von einer Vielzahl von internen oder externen Sensoren und/oder Eingaben bereitgestellt werden, die diverse Aspekte der Ionenimplantationsanlage 10 und/oder der Bedingungen widerspiegeln, unter denen der Ionenimplantationsprozess ausgeführt wird. Beispielsweise können derartige Aufzeichnungsdaten den Druck, die Temperatur, die Anlagenzustandsdaten, die Wartungsgeschichte der Anlage, die Beschleunigerspannung, den Beschleunigerstrom, die Suppressorspannung, den Suppressorstrom, den Quellendruck, die Heizfadenspannung, den Heizfadenstrom, die Rotationsgeschwindigkeit für Substrathalter, etc., umfassen.
Während des Einstellprozesses 20 kann die Steuerung 18 viele mögliche Anlagenparameterkombinationen durchlaufen, bis sie eine Kombination aus Anlagenparametern erhält, von der angenommen wird, dass sie zum Erzeugen der gewünschten Gleichförmigkeit der Stromdichten ausreichend ist. D. h., die Steuerung 18 versucht, diverse Anlagenparameter einzustellen oder abzugleichen, die mit dem Ionenimplantationsprozess verknüpft sind, in dem Versuch sicherzustellen, dass der Ionenstrahl relativ stabil und in der Lage ist, die gewünschten Ergebnisse zu erzeugen. Es gibt viele damit in Beziehung stehende Anlagenparameter, die das Verhalten der Ionenimplantionsanlage 10 beeinflussen. Zu derartigen Faktoren gehören, ohne einschränkend zu sein, die Implantationsdosis, der Implantationsenenergiepegel, der Strahlstrom, der Neigungswinkel oder Twistwinkel, der Entladungsbogenstrom, die Entladungsspannung, der Heizfadenstrom, die Heizfadenspannung, die Gasdurchflussraten, der Magnetfluss, der Extraktionsstrom, die Extraktionsspannung, der Unterdrückungsstrom, der Unterdrückungsspannung, etc. Es können viele variierte Kombinationen dieser Parameter aus dem Einstellprozess 20 hervorgehen.
Beispielsweise kann der Einstellprozess 20 Werte erzeugen, die im Bereich von 8 bis 12 mA für den Strahlstrom und 23 bis 27 Grad für den Neigungswinkel betragen. Ein anderer Bereich für die Werte kann für andere Anlagenparameter, beispielsweise den Extraktionsstrom, etc., erzeugt werden. Eine Ansammlung von Werten für einen oder mehrere der Anlagenparameter, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben, ist schematisch im Block 21 in 2 gezeigt. In einer anschaulichen Ausführungsform werden die sich aus dem Einstellprozess 20 ergebenden Anlagenparameter 21 gemittelt, um eine Ansammlung gemittelter Anlagenparameter zu erhalten. D. h., während des Einstellprozesses 20 können die Werte für eine vorgegebene Variable, beispielsweise den Strahlstrom, den Neigungs- oder Twistwinkel, 10 unterschiedliche Werte haben, abhängig von dem für andere Anlagenparameter ausgewählten Wert. Nachdem der Einstellprozess 20 abgeschlossen ist, werden die diversen Werte für jeden Parameter gemittelt.
Die Akzeptanz des Einstellprozesses 20 kann bestimmt werden. Dies wird durch den Entscheidungspunkt 26, der in 2 gezeigt ist, angegeben. Ein Eingang für den Entscheidungspunkt ist eine Reihe von Verfahrensregeln, wie dies im Block 27 angegeben ist. Im Allgemeinen können die Verfahrensregeln eine Reihe von unterschiedlichen Faktoren beinhalten, die für die Zwecke zum Bestimmen der Akzeptanz des Einstellprozesses 20 betrachtet werden. Beispielsweise können die Verfahrensregeln berücksichtigen, wie lange es dauert, den Ionenimplantationsprozess unter Anwendung der sich aus dem Einstellprozess ergebenden Anlagenparametern auszuführen. D. h., es kann auf der Grundlage der Anzahl der Abtastvorgänge, die unter Anwendung der durch den Einstellprozess 20 erzeugten Parameter ausgeführt wird, der sich ergebende Ionenimplantationsprozess zu lange in der Ausführung dauern. Ein weiteres Beispiel einer Verfahrens- oder Geschäftsregel, die beachtet werden kann, ist das Alter und/oder der Zustand einer oder mehrerer Komponenten der Ionenimplantationsanlage 22. Beispielsweise kann der Einstellprozess 20 zu Einstellwerten für diverse Anlagenparameter führen, wodurch eine Komponente, beispielsweise der Heizfaden, voraussichtlich seine Funktion bei einem relativ hohen Strom oder einer hohen Spannung ausführt. Auf der Grundlage von Informationen im Hinblick auf die frühere Nutzung dieses Heizfadens, beispielsweise die vorhergehende Anzahl der Gebrauchsstunden, kann es offensichtlich sein, dass der bestehende Heizfaden in der Ionenimplantationsanlage 10 den Ionenimplantationsbeprozess unter Anwendung der sich aus dem Einstellprozess 20 ergebenden Parameter nicht ausführen kann. Wenn die Anlageneinstellparameter 21 aus dem Einstellprozess 20 als nicht akzeptabel erachtet werden, werden die Ergebnisse des Einstellprozesses 20 zurückgewiesen und die Ionenimplantationsanlage 10 wird erneut eingestellt, wie dies im Block 26a angegeben ist. Wenn die Anlagensollwertparameter 21 aus dem Einstellprozess 20 akzeptabel sind, dann wird der Ionenimplantationsprozess unter Anwendung der Anlagensollwertparameter 21, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben, ausgeführt, wie dies im Block 26b angegeben ist. Wenn ferner in einigen Ausführungsformen die Anlagensollwertparameter 21 als akzeptabel erachtet werden, kann das Ionenimplantationsmodell 20 verwendet werden, um ein Fehlererkennungsmodell für den Ionenimplantationsprozess zu bestimmen oder auszuwählen, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Die Zulässigkeit der Anlageneinstellparameter 21, die von dem Einstellprozess 20 erzeugt werden, kann mittels einer Vielzahl von Verfahren bestimmt werden. Es können die Sollwertparameter im Block 21 verwendet werden, um einen Konfidenzpegel zu erzeugen, beispielsweise eine einzelne Konfidenzzahl oder einen Bereich aus Zahlen, die die Konfidenz bzw. das Zutrauen wiedergeben, dass sich aus dem Einstellprozess (gemittelt oder sonstwie) ergebende Parameter 21 akzeptable Ergebnisse im Hinblick auf das Erzeugen akzeptabler Implantationsgebiete, einer reduzierten Prozesszeit, etc. ergeben.
Um beispielsweise einen Konfidenzpegel anzugeben, werden die Anlagensollwertparameter 21, die sich aus dem Einstellprozess ergeben, mit Referenzdaten verglichen, die eine Sammlung eines oder mehrerer Anlagenparameter sind, die basierend auf historischen Messdaten so betrachtet werden, dass diese Implantationsgebiete mit der gewünschten Konzentration und/oder Dotierstoffprofil erzeugen. Diese Referenzdaten können auf der Grundlage diverser Mess- und/oder elektrischer Prüfungen bestimmt werden, die an einem oder mehreren Produkt- oder Testsubstraten ausgeführt werden, die mittels der Ionenimplantationsanlage 10 bearbeitet wurden. Beispielsweise können nach dem Prozessieren von Substraten in der Implantationsanlage 10 die Anlagensollwertparameter, die tatsächlich während des Ionenimplantationsprozesses verwendet wurden, und/oder Aufzeichnungsdaten im Hinblick auf den Ionenimplantationsprozess aufgezeichnet und mit den Substraten, die dem Ionenimplantationsprozess unterzogen wurden, durch Substrat- oder Losnummern in Beziehung gesetzt werden. Danach werden ein oder mehrere Mess- oder elektrische Prüfungen durchgeführt, von denen einige eine Zerstörung erfordern können, um die Akzeptanz bzw. Qualität der in der Implantationsanlage 10 erzeugten Implantationsgebiete zu bestimmen. Derartige Prüfungen können auch nach längerer Zeit nach dem Ionenimplantationsprozess durchgeführt werden.
Beispielsweise können derartige elektrische Prüfungen ein Teil des standardmäßigen elektrischen Scheibentests (WET) sein, der nach der Herstellung einer oder mehrerer Metallisierungsschichten über dem Bauelement durchgeführt wird.
Diese Referenzdaten, d. h. die Sammlung historischer Messdaten und zugeordneter Anlagenparameter können in einer Datenbank gespeichert sein, auf die von der Steuerung 18 zugegriffen wird. Es kann auch ein Konfidenzpegel mit diesen historischen Daten verknüpft sein. Wenn die Steuerung 18 die Anlagensollwertparameter 21 erhält, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben, kann auf die Ansammlung historischer Messdaten und zugeordneter Anlagenparameter zugegriffen werden. Die Anlagensollwertparameter 21, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben, können mit einem oder mehreren der Einträge in der historischen Datensammlung unter Anwendung einer Vielzahl bekannter Anpassverfahren in Übereinstimmung gebracht werden. Wenn die übereinstimmenden Einträge aus der Datenbank, die zu akzeptablen Implantationsgebieten führten, wie sie durch die verknüpften Messdaten bestimmt sind, dann wird der Ionenimplantationsprozess unter Anwendung der Sollwertparameter 21 durchgeführt, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben. Die Ergebnisse aus dem Vergleich der Anlagenparameter 21, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben, mit der historischen Ansammlung aus Daten, können ein Konfidenzpegel oder einfach eine Ja/Nein-Anweisung sein.
Im Laufe der Zeit sollte diese Prozedur einen Wert oder einen Wertebereich, d. h. Referenzdaten, für die diversen Anlagensollwertparameter (oder Kombinationen davon) ergeben, die historisch erzeugte akzeptable Implantationsgebiete besitzen, d. h. Implantationsgebiete, die die gewünschte Dotierstoffkonzentration und das gewünschte Dotierstoffprofil aufweisen. Beispielsweise kann eine derartige Prozedur zu der Schlussfolgerung führen, dass solange ein oder mehrere Parameter, beispielsweise der Strahlstrom, innerhalb eines Bereichs von 8 bis 12 mA bleiben, akzeptable Implantationsgebiete erzeugt werden. Diese Analyse kann im Hinblick auf eine beliebige Anzahl von Parametern oder eine Kombination aus derartigen Parametern, beispielsweise eine Multivariablenanalyse angewendet werden. Alternativ können anstatt des Erzeugens eines Konfidenzpegels die Anlagenparameter 21, die durch den Einstellprozess 20 erzeugt werden, direkt mit den Einstellsollparametern, die mit den historischen Messdaten verknüpft sind, verglichen werden, um zu bestimmen, ob die Anlagenparameter 21 mit hoher Wahrscheinlichkeit akzeptable Ergebnisse erzeugen.
Sobald die Korrelation zwischen den Anlagensollwertparametern der Ionenimplantationsanlage 10 und den Messdaten für in der Anlage 10 bearbeitete Substrate erstellt ist, kann die Steuerung 18 verwendet werden, den Ionenimplantationsprozess zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerung 18 verwendet werden, um sicherzustellen, dass auf der Grundlage der Messdaten lediglich Parameterkombinationen aus dem Einstellprozess 20, beispielsweise Anlagensollwertparameter 21, die eine hohe Wahrscheinlichkeit zum Erzeugen akzeptabler Implantationsgebiete besitzen, angewendet werden. Beispielsweise kann auf der Grundlage der Messdaten bestimmt werden, dass wenn ein gegebener Parameter, beispielsweise der Strahlstrom, die Entladungsspannung, die Gasdurchflussrate, etc. einen gesetzten Wert übersteigt, Ionenimplantationsgebiete mit nicht akzeptabler Qualität erzeugt werden. Folglich würde die Steuerung 18 in dieser Situation die Ionenimplantationsanlage 10 davon abhalten, einen Implantationsprozess unter Anwendung derartiger Parameter auszuführen. Als weiteres Beispiel sei angeführt, dass die Analyse der Messdaten und der Anlagenparameter zu einer Korrelation führen kann, wodurch solange ein oder mehrere Anlagenparameter (oder Kombinationen davon) innerhalb eines vorausgewählten Bereichs bleiben, sodann akzeptable Implantationsgebiete mit hoher Wahrscheinlichkeit hervorgerufen werden. Die vorliegende Erfindung kann in Situationen eingesetzt werden, in denen der bzw. die Parameter aus dem Einstellprozess 20 unter einem maximalen Wert, über einem minimalen Wert, innerhalb eines Wertebereichs oder außerhalb eines Wertebereichs liegen. Dieses Verfahren kann auch verwendet werden, um einen Konfidenzpegel (oder Bereich) für eine gegebene Kombination aus Anlagenparametern 21 zu erstellen, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben.
Die Parameter 21 aus dem Einstellprozess 20 können mit den Referenzdaten verglichen werden, um zu bestimmen, ob der Ionenimplantationsprozess ausgeführt werden soll oder nicht. Es wird ein sehr einfaches Beispiel angegeben, um dies zu erläutern. Die Referenzdaten können angeben, dass akzeptable Implantationsgebiete gebildet werden, wenn der Strahlstrom in einem Bereich von 10 bis 12 mA liegt. Es werde angenommen, dass der gemittelte Strahlstromparameter 21, der von dem Einstellprozess 20 vorhergesagt wird, in einem Falle 3 mA in einem weiteren Falle 7 mA und in einem weiteren Falle 9 mA beträgt. Beim Vergleich dieser Werte mit den Referenzdaten für die Strahlströme besitzt die erste Einstellung (3 mA) den geringsten Konfidenzpegel, die zweite Einstellung (7 mA) besitzt einen mittleren Konfidenzpegel, und die dritte Einstellung (9 mA) besitzt den höchsten Konfidenzpegel in dem oben angegebenen einfachen Beispiel. Derartige Konfidenzpegel können durch eine Vielzahl bekannter Verfahren erstellt werden. Beispielsweise können Änderungen unterschiedliche Konfidenzpegel auf der Grundlage von Standardabweichungen von den mittleren Parameterwerten, die zuvor ermittelt wurden, zugeordnet werden. Daher sollte die Art und Weise, in der der Konfidenzpegel im Hinblick auf die sich von dem Initialisierungsmodell ergebenden Parameter ermittelt wird, nicht als Einschränkung betrachtet werden, sofern derartige Einschränkungen nicht explizit in den angefügten Patentansprüchen dargelegt sind.
Es kann eine beliebige Art an Messanlagen, die zum Bestimmen eines Aspekts der Implantationsgebiete, die in einem Substrat gebildet werden, oder zum Bestimmen des Ionenimplantationsprozesses selbst, angewendet werden, um diese historischen Messdaten zu erzeugen. Beispielsweise kann eine derartige Messanlage die Tiefe des Implantationsgebiets, das Dotierstoffkonzentrationsprofil, den Oberflächenbereich, der von einem Implantationsgebiet eingenommen wird, den Widerstand eines Implantationsgebiets, die implantierte Gattung, die Ionenbeweglichkeit, etc. messen oder die Messung unterstützen. In einer anschaulichen Ausführungsform ist die Messanlage die Prometrix-Anlage, die zuvor beschrieben wurde.
Es können diverse Erfordernisse aufgestelt werden, beispielsweise Geschäftsregeln, um die Akzeptanz der Anlagensollwertparameter 21, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben, zu bestimmen. Derartige Erfordernisse müssen nicht notwendigerweise direkt mit der Fähigkeit der Anlage 10, akzeptable Implantationsgebiete zu erzeugen, im Zusammenhang stehen. Beispielsweise kann unter Berücksichtigung der relativ langen Dauer des Implantationsprozesses eine Geschäftsregel aufgestellt werden, dass die Implantationsanlage 10 den Implantationsprozess mit einer maximalen Anzahl an Abtastvorgängen ausführen muss. Wenn beispielsweise der Einstellprozess 20 Anlagensollwertparameter 21 erzeugt, die ein Überschreiten der maximal zulässigen Anzahl an Abtastungen erfordert, kann die Steuerung 18 die Parameter 21 zurückweisen, die während des Einstellprozesses erzeugt wurden, und anweisen, dass der Einstellprozess erneut ausgeführt wird. Unter diesem Aspekt wird die Fertigungseffizienz erhöht, während dennoch Implantationsgebiete mit akzeptabler Qualität erzeugt werden.
Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Ionenimplantationsbetriebsmodell 22 verwendet, um eines von einer Reihe von zuvor geschaffenen Fehlererkennungsmodellen (FDM) 24-1 bis 24-n auszuwählen, wie in 2 angegeben ist. Der Einfachheit halber können die Fehlererkennungsmodelle (FDM) einzeln oder kollektiv durch die Bezugszahl 24 bezeichnet werden. Die Auswahl des speziellen Fehlererkennungsmodells beruht auf einem Vergleich der Parameter 21 aus dem Einstellprozess 20 und entsprechender Parameter in jedem der Fehlererkennungsmodelle 24. Die Fehlererkennungsmodelle 24 können in dem Implantationsbetriebsmodell 22 gespeichert sein oder können von diesem abgerufen werden, d. h. derartige Modelle 24 können in einer Datenbank gespeichert sein. Unter diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Fehlererkennungsmodell 24, das am besten mit den Parametern 21 aus dem Einstellprozess 20 übereinstimmt, als das Fehlererkennungsmodell 24 für die Überwachung des Ionenimplantationsprozesses ausgewählt, der in der Implantationsanlage 10 unter Anwendung der Anlagenparameter 21 auszuführen ist, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben. Das ausgewählte Fehlererkennungsmodell 24 besitzt Werte oder Wertebereiche für einige oder alle der Anlagenparameter 21.
Ein weiteres vereinfachtes Beispiel wird nunmehr angegeben, um einen anschaulichen Aspekt der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Es sei angenommen, dass der Einstellprozess 20 angibt, dass der Strahlstrom für die Ionenimplantationsanlage 10 9,5 mA betragen sollte. Selbstverständlich kann die Ausgabe des Einstellprozesses 20, wie zuvor dargelegt ist, auch einen Bereich aus Werten oder einen Durchschnittswert für die Parametern liefern. Auf der Grundlage des Wertes von 9,5 mA für den Strahlstrom kann dann das Ionenimplantationsmodell 22 eines der Fehlererkennungsmodelle 24 auswählen, das sich nahe an diesen erkannten Wert für den Strahlstrom annähert oder mit diesem übereinstimmt. Beispielsweise sind die Bereiche für den Strahlstromwert für die Fehlererkennungsmodelle 24-1, 24-2 und 24-3 6 bis 8 mA, 10 bis 12 mA und 14 bis 18 mA. Auf der Grundlage des Strahlstromwertes von 9,5 mA, der von dem Einstellprozess 20 ausgewählt wurde, kann das Ionenimplantationsbetriebsmodell 22 das Fehlererkennungsmodell 24-2 auswählen, da dieses das Fehlererkennungsmodell mit dem nächstliegenden Wert für den Strahlstrom von 9,5 mA ist, der von dem Einstellprozess ausgewählt wurde. In diesem vereinfachten Beispiel wird lediglich eine einzelne Variable untersucht. In der Praxis kann das Auswählen des geeigneten Fehlererkennungsmodells (FDM) 24 eine Analyse mehrerer Variablen beinhalten.
Wie zuvor dargelegt ist, wird das ausgewählte Fehlererkennungsmodell, beispielsweise 24-2, dann angewendet, um den Prozess in der Ionenimplantationsanlage 10 zu überwachen, wenn dieser unter Anwendung der Anlagenparameter 21 ausgeführt wird, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben. Selbstverständlich können die Fehlererkennungsmodelle 24-1 bis 24-n auf der Grundlage einer Kombination von Anlagenparametern, beispielsweise dem Strahlstrom, dem Neigungs- oder Twistwinkel, dem Heizfadenstrom, etc. gestaffelt werden. Das Modell 24, das am besten den Anlagenparametern 21 aus dem Einstellprozess 20 entspricht, kann durch eine Vielzahl bekannter statistischer Verfahren bestimmt werden, beispielsweise Interpolation, etc. In einigen Fällen können die Modelle 24-1 bis 24-n auch Variable umfassen, die keine Parameter sind, die in den Ionenimplantationsprozess angewendet werden. Beispielsweise können die Modelle 24-1 bis 24-n auch eine Variable enthalten, die sich auf den Zustand der Anlage 10 bezieht, etwa die Anzahl der Betriebsstunden (oder einen Bereich an Betriebsstunden), seit Wartungsmaßnahmen zuletzt an der Anlage 10 ausgeführt wurden.
Auf diese Weise können verbesserte Steuerungs- und Fehlererkennungseigenschaften im Hinblick auf den Betrieb der Ionenimplantationsanlage 10 realisiert werden. Durch Auswählen des Fehlererkennungsmodells 24 auf der Grundlage der sich aus dem Einstellprozess ergebenden Parameter 21 kann eine bessere Prozesssteuerung erreicht werden. D. h., es können Fehlererkennungsverfahren auf der Grundlage von Fehlererkennungsmodellen (FDM) angewendet werden, die die Anlagenparameter besser wiedergeben, die tatsächlich beim Durchführen des Ionenimplantationsprozesses in der Ionenimplantationsanlage 10 eingesetzt werden. Unter Anwendung dieses Verfahrens kann eine bessere Prozesssteuerung erreicht werden, indem Fehlererkennungsmodelle verwendet werden, die die zulässige Größe von Schwankungen eines oder mehrerer Parameter minimieren.
Wenn der Implantationsprozess ausgeführt wird, oder nachdem dieser abgeschlossen ist, können Aufzeichnungsdaten im Hinblick auf Werte, oder Bereich aus Werten für diverse Anlagenparameter genommen werden. Diese ermittelten Aufzeichnungsdaten können dann mit den Werten für die entsprechenden Parameter in dem ausgewählten Fehlererkennungsmodell 24, beispielsweise 24-2, verglichen werden. Wenn es eine Diskrepanz zwischen einem gemessenen Wert eines Parameters, beispielsweise dem Strahlstrom, dem Neigungswinkel, und einem Wert (oder einem Bereich aus Werten) für diesen Parameter in dem ausgewählten Fehlererkennungsmodell 24-2 ergibt, kann ein Fehlerzustand angegeben oder erkannt werden. In einigen Fällen wird der Fehler lediglich dann angezeigt, wenn der gemessene Parameter den Wert für den Parameter in dem ausgewählten Fehlererkennungsmodell um einen voreingestellten Betrag übersteigt.
Sobald ein Fehler erkannt ist, können diverse Maßnahmen ergriffen werden. Zunächst kann das in der Ionenimplantationsanlage bearbeitete Substrat als eine verdächtige Gruppe aus Substraten gekennzeichnet werden, d. h. als eine Gruppe, in der sich die Ionenimplantationsanlage nicht gemäß den Werten verhielt, die von dem ausgewählten Fehlererkennungsmodell, beispielsweise dem Modell 24-2, vorhergesagt wurden. In einer weiteren Ausführungsform können die bearbeiteten Substrate unmittelbar als Ausschuss gekennzeichnet werden. Unter einem noch weiteren Aspekt kann die Erkennung eines Fehlers zu einer Unterbrechung der Verwendung der speziellen Ionenimplantationsanlage 10 führen, bis eine Inspektion der Anlage durch Wartungspersonal erfolgt ist. Als ein weiteres Beispiel sei angegeben, dass aufgrund der Erkennung eines Fehlers die Wartungsabteilung in Kenntnis gesetzt werden kann, dass die spezielle Ionenimplantationsanlage möglichst bald gewartet werden sollte.
Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das System ein generisches, regenerierbares Fehlererkennungsmodell 25 (siehe 2) anwenden, das zusätzlich oder alternativ die mehreren Fehlererkennungsmodelle 24-1 bis 24-n, die in einer Datenbank gespeichert sind, erneut erzeugen kann. In diesem Falle erzeugt das Ionenimplantationsbetriebsmodell 22 ein einzigartiges Fehlererkennungsmodell 25 für die Anlagenparameter 21, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben. D. h., das Ionenimplantationsbetriebsmodell 22 kann verwendet werden, um ein spezielles Fehlererkennungsmodell zu schaffen oder zu erzeugen, das auf die Ansammlung der Anlagenparameter 21, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben, zurechtgeschneidert ist. Wie zuvor können unter Anwendung dieser Technik Fehlererkennungsverfahren für die Ionenimplantationsanlage 10 auf Grund der Verwendung des erneut erzeugten Fehlererkennungsmodells verbessert werden, das speziell auf die Anlagenparameter maßgeschneidert ist, die in der Ionenimplantationsanlage 10 eingesetzt werden sollen.
3 zeigt alternative Verfahren, die angewendet werden können. In dieser Ausführungsform werden mehrere Implantationseinstellsollwertmodelle (SPM) 30(1–n) als ein Teil des Prozesses zum Bestimmen der Akzeptanz des Einstellprozesses 20 verwendet. Der Einfachheit halber werden Sollwertmodelle (SPM) einzeln und/oder kollektiv durch die Bezugszahl 30 benannt. In dieser Ausführungsform werden die Anlagensollwertparameter und/oder Aufzeichnungsdaten, wie dies im Block 21 angegeben ist, einem Implantationseinstellsollwertmodell 32 zugeführt. Daraufhin versucht das Implantationseinstellsollwertmodell 32, die Anlagensollwertdaten 21 (aus dem Einstellprozess 20) mit einem oder mehreren einer Sammlung aus zuvor erstellten Sollwertmodellen (SPM) 30-1, 30-2, 30-3, ..., 30-n übereinstimmend zu machen. Die Sollwertmodelle (SPM) 30 können auf der Grundlage historischer Messdaten und/oder Konfidenzpegel, die auf historischen Leistungsdaten beruhen, erstellt werden. Beispielsweise können in einem Falle die Anlagensollwertparameter 21, die sich aus dem Einstellprozess 20 ergeben, unter Umständen nicht mit den Sollwertmodellen 30 übereinstimmen. Diese Situation kann als Anzeige einer nicht normalen Situation gewertet werden, in der der Einzelprozess 20 Anlagenparameter 20 vorschlägt, die nicht mit einem der Anlagensollwertmodelle (SPM) 30 übereinstimmen, obwohl derartige Modelle auf einer großen Menge an historischen Daten basieren können. Eine derartige Situation kann zu einer Zurückweisung der Anlagenparameter 21 aus dem Einstellprozess 20 führen, da die Ergebnisse des Einstellprozesses 20 deutlich von zuvor erstellten Normen abweichen. In einem weiteren Beispiel ist das Produkt, das hergestellt werden soll, ein integriertes Schaltungsbauelement mit hohem Leistungsverhalten, d. h. ein moderner Mikroprozessor. In dieser Situation können die historischen Daten angeben, dass lediglich zwei oder drei aus der Menge der Sollwertmodelle (SPM) 30 akzeptable Ergebnisse erzeugen. Wenn in diesem Falle die Anlagensollwertparameter 21 aus dem Einstellprozess 20 nicht mit einem dieser zwei oder drei Sollwertmodelle (SPM) 30 übereinstimmen, dann wird der Einstellprozess 20 zurückgewiesen. Einfach gesagt, in dieser Ausführungsform können die Sollwertmodelle 30 als zumindest ein Faktor zum Bestimmen der Akzeptanz des Einstellprozesses 20 verwendet werden. Wie in 3 angezeigt ist, können auch eine Vielzahl von Geschäftsregeln 27 ebenso bei dem Entscheidungsfindungsprozess angewendet werden, wie dies zuvor beschrieben ist. Wenn die Ergebnisse auf der Grundlage der zusätzlichen Eingabe, die durch Betrachtung der Sollwertmodelle (SPM) 30 bereitgestellt wird, akzeptabel sind, dann wird der Ionenimplantationsprozess ausgeführt, und es wird ein Fehlererkennungsmodell (FDM) in der zuvor beschriebenen Weise gewählt.
In einer anschaulichen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ausführen eines Einstellprozesses für eine Ionenimplantationsanlage, wobei der Einstellprozess zu mindestens einem Anlagenparameter für die Ionenimplantationsanlage führt, Auswählen eines Fehlererkennungsmodells für einen Ionenimplantationsprozess, der in der Ionenimplantationsanlage auszuführen ist auf der Grundlage des sich aus dem Einstellprozess ergebenden Parameters, und Überwachen eines Ionenimplantationsprozesses, der in der Ionenimplantationsanlage ausgeführt wird, unter Anwendung des ausgewählten Fehlererkennungsmodells.
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ausführen eines Einstellprozesses für eine Ionenimplantationsanlage, wobei der Einstellprozess zu mindestens einem Anlagenparameter für die Ionenimplantationsanlage führt, Erzeugen eines Fehlererkennungsmodells für einen Ionenimplantationsprozess, der in der Ionenimplantationsanlage auszuführen ist, auf der Grundlage des sich aus dem Einstellprozess ergebenden Parameters, und Überwachen eines Ionenimplantationsprozesses, der in der Ionenimplantationsanlage ausgeführt wird, unter Anwendung des erzeugten Fehlererkennungsmodells.
Die zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen sind lediglich anschaulicher Natur, da die Erfindung auf unterschiedliche aber äquivalente Weisen modifiziert und praktiziert werden kann, wie dies dem Fachmann im Besitze der vorliegenden Offenbarung klar ist. Beispielsweise können die zuvor dargelegten Prozessschritte in einer unterschiedlichen Reihenfolge ausgeführt werden. Ferner sind keine Beschränkungen im Hinblick auf die Details des Aufbaus oder der hierin gezeigten Ausgestaltung beabsichtigt, sofern dies nicht anders in den Ansprüchen angegeben ist. Es ist daher klar, dass die speziellen offenbarten Ausführungsformen geändert oder modifiziert werden können und dass alle derartige Variationen als innerhalb des Grundgedankens und Schutzbereichs der Erfindung liegend erachtet werden. Folglich wird der angestrebte Schutzbereich in den folgenden Patentansprüchen angegeben.

1

18: Steuerung
12: Ionenquelle

2

20: Ionenimplantationseinstellprozess
21: Anlagenparametersollwert und/oder Aufzeichnungsdaten
22: Ionenimplantationsbetriebsmodell
26a: Einstellung nicht akzeptabel – erneutes Ausführen des Einstellprozesses
27: Geschäftsregel
26: akzeptabel?
26b: Einstellung akzeptabel – Ausführen des Ionenimplantationsprozesses
24-1, 24-n: Fehlererkennungsmodell, ... n
25: Modul zum erneuten Erzeugen der Fehlererkennung

3

32: Implantationssollwerteinstellungsmodell

Claims

Verfahren mit den Schritten: Ausführen eines Einstellprozesses für eine Ionenimplantationsanlage (10), wobei der Einstellprozess zu mindestens einem Anlagenparameter für die Ionenimplantationsanlage (10) führt; Auswählen eines Fehlererkennungsmodells (24) für einen Ionenimpiantationsprozess, der in der Ionenimplantationsanlage (10) auszuführen ist, auf der Grundlage des mindestens einen, sich aus dem Einstellprozess ergebenden Anlagenparameters; und Überwachen eines Ionenimplantationsprozesses, der in der Ionenimplantationsanlage (10) ausgeführt wird, unter Anwendung des ausgewählten Fehlererkennungsmodells (24).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einstellprozess in der Ionenimplantationsanlage (10) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einstellprozess ausgeführt wird, wenn ein neues Ionenimplantationsrezept in der Ionenimplantationsanlage (10) ausgeführt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einstellprozess zu mehreren Anlagenparametern für die Ionenimplantationsanlage (10) führt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ausgewählte Fehlererkennungsmodell (24) aus mehreren vorher bestehenden Fehlererkennungsmodellen ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ausgewählte Fehlererkennungsmodell (24) aus mehreren Fehlererkennungsmodellen auf der Grundlage eines Vergleichs des mindestens einen Anlagenparameters, der sich aus dem Einstellprozess ergibt, und einem entsprechenden Anlagenparameter in einem der mehreren Fehlererkennungsmodelle ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Anlagenparameter umfasst: eine Implantationsdosis und/oder einen Implantationsenergiepegel und/oder einen Strahlstrom und/oder einen Neigungswinkel und/oder einen Entladungsstrom und/oder eine Entladungsspannung und/oder einen Heizfadenstrom und/oder eine Heizfadenspannung und/oder eine Gasdurchflussrate und/oder einen Magnetfluss und/oder einen Extraktionsstrom und/oder eine Extraktionsspannung und/oder einen Unterdrückungsstrom und/oder eine Unterdrückungsspannung.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Überwachen mindestens eines Anlagenparameters während des Ionenimplantationsprozesses; und Erklären eines Fehlerzustands, wenn der überwachte mindestens eine Anlagenparameter nicht innerhalb vorgewählter zulässiger Grenzen, die von dem ausgewählten Fehlererkennungsmodell angegeben werden, liegt.
Verfahren mit den Schritten: Ausführen eines Einstellprozesses für eine Ionenimplantationsanlage, wobei der Einstellprozess zu mindestens einem Anlagenparameter für die Ionenimplantationsanlage führt; Erzeugen eines Fehlererkennungsmodells für einen in der Ionenimplantationsanlage auszuführenden Ionenimplantationsprozess auf der Grundlage des mindestens einen Anlagenparameters, der sich aus dem Einstellprozess ergibt; und Überwachen eines in der Ionenimplantationsanlage ausgeführten Ionenimplantationsprozesses unter Anwendung des erzeugten Fehlererkennungsmodells.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst: Überwachen mindestens eines Anlagenparameters während des Ionenimplantationsprozesses; und Erklären eines Fehlerzustands, wenn der überwachte mindestens eine Anlagenparameter nicht innerhalb vorgewählter zulässiger Grenzen, die von dem erzeugten Fehlererkennungsmodell erstellt werden, liegt.