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GEBIET DER
VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Herstellung
von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen, mikromechanischen
Strukturen und dergleichen, und betrifft insbesondere die Herstellung
von Strukturelementen durch Abtragen von Material in einer Ätzanlage.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Gegenwärtig werden
Mikrostrukturen in eine Vielzahl von Produkten integriert. Ein Beispiel
in dieser Hinsicht ist die Verwendung von integrierten Schaltungen,
die auf Grund ihrer relativ geringen Kosten und hohen Leistungsfähigkeit
zunehmend in vielen Arten von Geräten verwendet werden, wodurch
eine verbesserte Steuerung und ein verbesserter Betrieb dieser Geräte möglich ist.
Auf Grund wirtschaftlicher Aspekte sind die Hersteller von Mikrostrukturen,
etwa von integrierten Schaltungen, mit der Aufgabe konfrontiert,
ständig
die Leistungsfähigkeit
dieser Mikrostrukturen zu verbessern und/oder die Herstellungskosten
mit jeder neuen Bauteilgeneration, die auf dem Markterscheint, zu
reduzieren. Die Herstellung von Mikrostrukturen wird typischerweise
bewerkstelligt, indem eine große
Anzahl im Wesentlichen identischer Bauteile auf einem einzelnen
Substrat hergestellt werden, wobei viele Herstellungsschritte, etwa
das Abscheiden von Materialschichten und das Strukturieren der Materialschichten
mittels Ätzen,
gleichzeitig für
alle Bauteile auf dem Substrat ausgeführt werden. Somit gibt es ein ständiges Bestreben
auf diesem industriellen Gebiet, um die Substratgröße stetig
zu vergrößern, um
damit möglichst
viele Bauelemente auf einem einzelnen Substrat anzuordnen, wodurch
die Produktionsausbeute gesteigert wird.
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Andererseits
kann das Vergrößern der
Substratgröße eine
Reihe von Problemen hinsichtlich der Substrathantierung und der
Prozessgleichförmigkeit über die
gesamte Substratfläche
hinweg nach sich ziehen. Das Problem der Prozessungleichförmigkeiten
wird noch verschärft,
wenn sich die kritischen Abmessungen von Strukturelementen verringern,
da entsprechende Prozesstoleranzen, d. h. maximal zulässige Abweichungen
von einem Entwurfswert, ebenso reduziert werden müssen, wofür eine verbesserte
Prozesssteuerung erforderlich ist.
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Ein
wichtiger Prozessablauf bei der Herstellung von Mikrostrukturen,
etwa von technisch fortschrittlichen integrierten Schaltungen, ist
das Übertragen
eines in einer Maskenschicht enthaltenen Musters in eine Materialschicht,
die unter der Maskenschicht angeordnet ist, indem freigelegte Bereiche
der unteren Materialschicht geätzt
werden, während
Bereiche, die von der Maskenschicht bedeckt sind, im Wesentlichen
bewahrt bleiben. Somit ist ein hohes Maß an Anisotropie beim Materialabtrag
erforderlich, um das gewünschte
Muster mit einem Minimum an Unterätzung zu erhalten. Ätzprozesse
dieser Art sind als sogenannte Trockenätzprozesse gestaltet, die in
einer gasförmigen
Atmosphäre
unter Erzeugung eines anisotropen Teilchenbeschusses ausgeführt werden.
Im Gegensatz dazu zeigen Nassätzprozesse
typischerweise eine im Wesentlichen identische Ätzrate in allen Richtungen,
d. h., dies ist ein isotroper Prozess, und daher ermöglichen
sie nicht die Herstellung von Strukturelementen in einer Materialschicht
mit einer Dicke in der Größenordnung
der lateralen Abmessungen der Strukturelemente. Die Ätzrate ist
hierbei definiert als die Dickenverringerung einer spezifizierten
Materialschicht pro Zeiteinheit. Beispielsweise kann die Ätzrate durch
Nanometer pro Minute oder gleichen ausgedrückt werden. Idealerweise zeigt
ein Ätzprozess
eine hohe Selektivität
zu dem Material der Maskenschicht, die häufig als eine Photolackschicht
bereitgestellt wird, und ferner zu dem Material, das unter dem zu
entfernenden Material angeordnet ist. Ferner ist eine relativ hohe Ätzrate in
vertikaler Richtung und eine vernachlässigbare Ätzrate in der horizontalen
Richtung bevorzugt, sofern nicht ein gewisses Maß an Unterätzung oder ein isotropes Ätzverhalten
gewünscht
wird.
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Es
wurden zahlreiche Ätzanlagen
entwickelt, die mehr oder weniger den oben genannten Erfordernissen
entsprechen. Wenn die Abmessungen der Substrate ständig größer werden,
wird es zunehmend schwierig, die Prozessgleichförmigkeit, d. h. eine im Wesentlichen
konstante Ätzrate,
innerhalb der gesamten Prozesskammer beizubehalten. Insbesondere
stellt es sich als äußerst schwierig
heraus, im Wesentlichen konstante Bedingungen über eine Entfernung von ungefähr einigen
100 mm aufrecht zu erhalten, so dass für Substratgrößen von
modernen integrierten Schaltungen, d. h. von 200 mm oder sogar 300
mm, die Ätzanlagen
so ausgestaltet sind, um der Reihe nach einzelne Substrate zu prozessieren. Gegenwärtig wird
eine Vielzahl von Anlagenkonfigurationen verwendet, um Scheiben
anisotrop oder isotrop zu ätzen.
Zum Beispiel haben Parallelplattenreaktoren für einzelne Scheiben einen relativ
einfachen Aufbau, wobei das Substrat auf eine von zwei parallelen
Elektroden angeordnet wird, um eine Plasmaatmosphäre über der
Substratoberfläche
zu errichten. Das Erreichen einer geeigneten Ätzratengleichmäßigkeit über die
gesamte Substratoberfläche
hinweg erfordert jedoch eine optimale Gasverteilung, die durch einen
sogenannten Duschkopf bereitgestellt wird, wobei dies allerdings
schwierig zu erreichen ist für
Substrate mit einem großen
Durchmesser.
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Ein
weiterer Typ einer Trockenätzanlage
ist der sogenannte magnetverstärkte
reaktive Ionenätzer,
in welchem das Magnetron-Prinzip von Sputterabscheideanlagen verwendet
wird, um den Anregungsprozess für
primäre
Elektronen bei geringeren Gasdrücken
zu verbessern. Eine weitere Art von Ätzanlagen wird durch nachgeschaltete Ätzer repräsentiert,
in denen die reaktiven Spezies in einem von der tatsächlichen
Prozesskammer entfernten Plasma erzeugt werden und anschließend zur
Prozesskammer transportiert werden. Da diese Ätzanlagen nicht die Richtungsabhängigkeit
geladener Teilchen, die auf die Substratoberfläche gelenkt werden, aufweisen, ist
das entsprechende Ätzverhalten
isotrop. Eine noch weitere Anlagenausgestaltung, die eine gute Linienbreitensteuerung,
Selektivität
und geringe durch Teilchenbeschuss hervorgerufene Schäden ermöglicht,
beruht auf elektrodenlosen, hoch dichten Plasmaquellen mit geringem
Druck.
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Trotz
der vielen Erfolge, die bei der Entwicklung moderner Ätzanlagen
erreicht werden, zeigt es sicht dennoch, dass Ätzratenungleichförmigkeiten
im Bereich von einigen Prozent auftreten können, abhängig von der speziellen Ätzanlage
und dem angewendeten Ätzrezept.
In einigen Anwendungen kann die Ätzratenungleichförmigkeit
einen deutlichen Einfluss auf das Verhalten der fertiggestellten
Bauelemente ausüben.
Beispielsweise erfordern moderne integrierte Schaltungen, die entsprechend
anspruchsvoller CMOS-Technologien hergestellt werden, äußerst dünne Gateisolationsschichten,
um die Herstellung von Feldeffekttransistoren mit einer Gatelänge im Bereich
deutlich unter einem Mikrometer zu ermöglichen. Folglich erfordert
das Strukturieren einer darüber
liegenden Gateelektrode, die typischerweise als dotierte Polysiliziumschicht
bereitgestellt wird, einen äußerst anisotropen
genauen Ätzprozess,
der zuverlässig
an der Gateisolationsschicht gestoppt werden kann, ohne unnötig diese Schicht
zu schädigen.
Eine Ungleichförmigkeit
der Ätzrate
kann zu einer entsprechenden Ungleichförmigkeit der Gateisolationsschichten
und damit des Transistorverhaltens der Bauteile führen, die
an unterschiedlichen Bereichen des Substrats angeordnet sind. Ein
weiteres Beispiel hinsichtlich einer minimalen Ätzungleichförmigkeit ist die Herstellung
von Kontaktdurchführungen
und Gräben
in einem Dielektrikum mit kleinem ε, das zunehmend bei der Herstellung
von Metallisierungsschichten auf Kupferbasis verwendet wird.
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In
einigen Lösungsansätzen zur
Herstellung dieser Metallisierungsschichten werden die Kontaktdurchführungen
zuerst hergestellt und anschließend werden
die Gräben
geätzt,
ohne dass eine Ätzstoppschicht
verwendet wird, so dass damit die Gesamtpermittivität des Dielektrikums
mit kleinem ε nicht
unnötig
beeinträchtigt
wird. Da die schließlich
erhaltene Tiefe der Gräben
lediglich durch die Ätzzeit
gesteuert ist, kann eine entsprechende Ungleichförmigkeit der Ätzrate zu
einer entsprechenden Variation der Grabentiefe führen und damit eine deutliche
Leitfähigkeitsfluktuation
nach dem Füllen
der Gräben
mit Kupfer nach sich ziehen.
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Des
weiteren zeigt
JP
2000188396 A ein Verfahren zum gleichmäßigen Ätzen einer Gateisolierschicht
und eines Halbleitersubstrats, ohne diese zu schädigen. Dafür werden Verunreinigungen mit hoher Ätzrate implantiert,
um die Ätzrate
gleichmäßig zu gestalten.
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Als
weiteres Beispiel zeigt
EP
0 148 448 A2 ein Ätzverfahren
zum Ausbilden eines Präzisionsmusters,
wobei das Substrat nur marginal beschädigt wird. Dies wird erreicht
durch die Anwendung eines isotropen Ätzverfahrens, wobei das zu
prozessierende Material mit einem fokussierten Ionenstrahl bestrahlt
wird, so dass die Ätzrate
gemäß der unterschiedlichen
Strahlungsdosis variiert.
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Als
weiteres Beispiel zeigt
JP
04333236 A ein Verfahren, das es ermöglicht, in einem Verfahren zum
Glätten
einer Oberfläche
die Steuerung einer zurückgeätzten Materialmenge
zu erleichtern. Es wird eine isolierende Schicht, die einen gestuften
Teil eines Halbleitersubstrats bedeckt, ausgebildet. Die isolierende
Schicht enthält
einen Zusatzstoff, wie etwa Bor, Phosphor usw., der das Ätzen beschleunigt.
Die Konzentration des den Ätzvorgang
beschleunigenden Zusatzstoffes nimmt mit der Höhe der isolierenden Schicht
zu. In einem späteren Ätzprozess
verlangsamt sich der Ätzvorgang
in der Mitte der isolierenden Schicht.
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Des
weiteren zeigt
JP 03297137
A ein Verfahren zum Einebenen eines Zwischenschichtdielektrikums.
Ein Resistfilm geringer Viskosität
wird derart aufgebracht, dass herausstehende Teile des Zwischenschichtdielektrikums
kaum bedeckt sind. In diesem Zustand werden Ionen implantiert. Dabei
werden die Ionen selektiv in die herausstehenden Teile des Zwischenschichtdielektrikums
implantiert, gefolgt von der Entfernung des Resistfilms und vom Ätzen des
Zwischenschichtdielektrikums. Dabei werden diejenigen Teile, in
die die Ionen implantiert wurden, schneller geätzt als andere Teile, so dass
das Zwischenschichtdielektrikum eingeebnet wird.
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Als
weiteres Beispiel zeigt
JP
200021999 A ein Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung.
Hier werden Phosphorionen und Borionen in ein MOS-Gebiet vom n-Typ
und ein MOS-Gebiet vom p-Typ einer Polysiliziumschicht implantiert.
Um den Einfluß unterschiedlicher Ätzraten
des Polysiliziums vom n-Typ und des Polysiliziums vom p-Typ auszugleichen,
sind verschiedene Dicken des MOS-Gebiets vom n- und p-Typ vorgesehen.
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Als
weiteres Beispiel zeigt US 2003/0097198 A1 ein Verfahren und eine
Vorrichtung, um vorwärtsgekoppelte
Korrekturen während
der Halbleiterwaferherstellung auszuführen. Somit zeigt das Dokument ein
Prozesssystem, das eine funktionsmäßige Verbindung zwischen zwei
Anlagen aufweist, in denen zwei aufeinanderfolgende Einzelprozesse
der Halbleitertechnologie stattfinden. Die gemeinsame Steuerung
der Prozesse erfolgt durch ein Computersystem, das in der Lage ist,
auftretende Fehler im ersten Prozess zu berechnen und eine Anpassung
im zweiten Prozess durchzuführen.
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Angesichts
der oben dargestellten Probleme besteht ein Bedarf für eine verbesserte
Technik, die eine erhöhte Ätzratengleichförmigkeit
in modernen Ätzanlagen
bereitstellen kann. Die vorliegende Erfindung richtet sich an diverse
Verfahren und Systeme, die einige oder alle der zuvor genannten
Probleme lösen
oder zumindest verringern können.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an ein Verfahren
und ein Prozessanlagensystem, in welchem eine Ätzratenungleichförmigkeit einer
spezifizierten Ätzanlage
kompensiert oder zumindest deutlich reduziert werden kann, indem
eine spezifizierte Ionenspezies in eine zu ätzende Materialschicht implantiert
wird, während
zumindest ein Implantationsparameterwert, etwa die Dosis der implantierten
Ionen, entsprechend der lokalen Ätzratenvariation
geändert
wird. Die vorliegende Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass die
Implantation von Ionen in einer Materialschicht signifikant die Ätzrate dieses
Materials ändern
kann, wenn es einer speziellen reaktiven Ätzumgebung ausgesetzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren mit: Bestimmen von anlagenbedingten Schwankungen
in der Ätzrate
für eine
spezifizierte Ätzanlage
und ein spezifiziertes Ätzrezept über das Substrat
hinweg, d. h. von lokalen Variationen, wenn das Ätzrezept in der Ätzanlage
ausgeführt
wird. Eine Prozessschicht wird über
einem Substrat gebildet. Ferner wird ein Ionenimplantationsprozess
ausgeführt,
um Ionen in die Prozessschicht, die über dem Substrat gebildet ist,
zu implantieren, wobei mindestens ein Parameter des Ionenimplantationsprozesses
auf der Grundlage der bestimmten anlagenbedingten Schwankungen der Ätzrate über das
Substrat hinweg bestimmt wird. Im Anschluss Folgt das Ausführen des Ätzrezepts
an der Prozessschicht, nachdem der Ionenimplantationsprozess ausgeführt wurde.
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Weiter
umfasst die vorliegende Erfindung ein verbessertes Prozesssystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 22.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird; es zeigen:
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1 schematisch
eine Ätzanlage,
die eine gewisse Ätzratenungleichförmigkeit über ein
einzelnes Substrat hinweg erzeugt;
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2 schematisch
ein Schichtdickenmessgerät,
das die Bestimmung einer lokalen Ätzrate gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ermöglicht;
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3 schematisch
eine Ionenimplantationsanlage, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar
ist; und
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4 schematisch
ein fortschrittliches Prozesssystem mit einer Messanlage zum Bestimmen einer
lokalen Ätzrate,
einer Ionenimplantationsanlage und einer Steuereinheit, die funktionsmäßig damit verbunden
ist, um einen Implantationsparameter auf der Grundlage der lokalen Ätzrate gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zu steuern.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Bekanntlich
kann das Einführen
von Dotierstoffen in eine Materialschicht das Verhalten der Schicht
während
eines Ätzprozesses
deutlich ändern.
Es wird angenommen, dass eine Beschädigung der kristallinen Struktur
oder eine Änderung
der Nahordnung von im Wesentlichen amorphen Materialschichten zu
einer unterschiedlichen Ätzrate
im Vergleich zu der nicht dotierten Materialschicht führen kann.
Dieser Effekt wird vorteilhafter Weise von der vorliegenden Erfindung
ausgenutzt, um eine Ätzrate,
die in einer spezifizierten Ätzanlage
bei Betrieb gemäß einem
spezifizierten Ätzrezept
erzeugt wird, zu modifizieren.
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Mit
Bezug zu 1 wird nun ein repräsentativer Ätzprozess
detaillierter beschrieben. Eine Ätzanlage 100,
die ein beliebiger Typ sein kann, wie er zuvor beschrieben ist,
oder die eine beliebige geeignete Ätzanlagenkonfiguration gegenwärtiger oder künftiger
Anlagen sein kann, umfasst eine Prozesskammer 101 mit einem
Einlass 104 zum Zuleiten reaktiver Gase und Trägergase,
und mit einem Auslass 105, der mit geeigneten Mitteln (nicht
gezeigt) verbunden ist, um einen spezifizierten Druck in der Prozesskammer 101 zu
erzeugen und beizubehalten. Der Einlass 104 kann mit einer
Einrichtung zum gleichförmigen
Verteilen der reaktiven Gase, etwa einem Duschkopf 103,
verbunden sein. Ein Substrathalter 102 ist in einer geeigneten
geometrischen Anordnung bezüglich
einer Plasmaanregungseinrichtung 106 und dem Duschkopf 103 vorgesehen. Ferner
ist die Plasmaanregungseinrichtung 106, beispielsweise
eine Spule, so vorgesehen, um Hochfrequenzenergie in die Prozesskammer 101 zur
Erzeugung einer Plasmaatmosphäre
einzukoppeln. Es sollte beachtet werden, dass das Bereitstellen
des Duschkopfes 103 und der Plasmaanregungseinrichtung 106 lediglich
beispielhafter Natur ist. Die folgenden Ausführungen lassen sich auch auf
eine beliebige moderne Ätzanlage
für einzelne
Substrate, wie sie gegenwärtig
verfügbar
ist, anwenden. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die vorliegende Erfindung
mit einer beliebigen Art einer Ätzanlage verwendbar
ist, die beim Ausführen
von Ätzprozessen
in halbleiterherstellenden Abläufen
eingesetzt werden können.
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Während des
Betriebs der Ätzanlage 100 gemäß einem
spezifizierten Ätzrezept,
d. h. mit einem entsprechenden Satz an Prozessparametern, etwa der
Art der reaktiven Gase, der Dichte ionisierter Teilchen, die durch
die Plasmaanregungseinrichtung 106 erzeugt werden, einer
Vorspannung, die zwischen der Plasmaatmosphäre und dem Substrathalter 102 erzeugt
wird, dem Gasdruck innerhalb der Prozesskammer 101, der Ätzzeit und
dergleichen, wird ein Substrat 107 auf dem Substrathalter 102 angeordnet,
wobei eine Schicht 108 auf dem Substrat gebildet ist, die
mittels einer Maskenschicht 109, die beispielsweise als
Photolack aufgebaut sein kann, zu strukturieren ist. Es sollte beachtet
werden, dass das Bereitstellen der strukturierten Maskenschicht 109 lediglich
anschaulicher Natur ist, da das Übertragen
eines spezifizierten Musters in die darunter liegende Materialschicht 108 ein
typischer Prozessablauf bei der Herstellung integrierter Schaltungen
ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Ätzprozesse zum
Erzeugen gemusterter Strukturen eingeschränkt und kann ebenso auf einem
gleichmäßigen Materialabtrag
angewendet werden, um beispielsweise eine Dicke einer spezifizierten
Materialschicht zu reduzieren. In diesem Falle kann die Maskenschicht 109 weggelassen
werden.
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Während des Ätzprozesses
führt die
Einwirkung der reaktiven Spezies, was durch die Pfeile 111 angedeutet
ist, auf freigelegte Bereiche der Schicht 108 zu einem
Materialabtrag, wodurch zunehmend das Muster der Maskenschicht 109 in
die darunter liegende Materialschicht 108 übertragen
wird. Zum Beispiel kann, wie zuvor erläutert ist, die Materialschicht 108 eine
dielektrische Schicht mit kleinem ε während der Herstellung von Gräben repräsentieren,
wobei in einigen Ätzabläufen das
Ende des Ätzprozesses
und damit die endgültig
erreichte Tiefe der Gräben
lediglich durch die Ätzrate,
d. h. durch die Ätzzeit,
definiert ist. Ein Beispiel für
eine nichtstrukturierte Materialschicht 108 kann der Abtrag
der Schicht 108 sein, wenn diese Schicht als eine Opferschicht
für einen gewissen
Zweck abgeschieden worden ist. In anderen Fällen muss unter Umständen die
Dicke der Schicht 108 auf einen spezifizierten Wert so
gleichförmig
wie möglich
verringert werden. Die Materialschicht 108 kann beispielsweise
auch eine Schicht aus Polysilizium sein, wobei Gateelektrodenelemente
durch den Ätzprozess
gebildet werden können. Daher
sollte die vorliegende Erfindung nicht auf die Herstellung von einer
speziellen Art von Strukturelementen, oder Mustern oder anderen
Arten von Material, die die Materialschicht 108 bilden,
eingeschränkt gesehen
werden, sofern derartige Einschränkungen nicht
explizit in den angefügten
Patentansprüchen
erwähnt
sind.
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Auf
Grund der Anlageneigenschaften, etwa dem Aufbau des Duschkopfes 103,
der Plasmaanregungseinrichtung 106, dem Abstand des Duschkopfes 103 von
dem Substrathalter 102, und auf Grund des verwendeten Prozessrezeptes
können
unterschiedliche Ätzraten
an unterschiedlichen Positionen über
die Oberfläche
des Substrats 107 hinweg auftreten. Beispielsweise kann,
wie in 1 gezeigt ist, die Ätzrate an einer Position 110a am
Rand des Substrats 107 geringer sein als eine Ätzrate an
einer zentralen Position 110b, so dass entsprechende Gräben eine
größere Tiefe
in der Mitte 110b im Vergleich zum Rand 110a aufweisen
können.
Es sollte beachtet werden, dass die Ätzratenungleichförmigkeit
eine beliebige andere Verteilung über den gesamten Oberflächenbereich
des Substrats 107 hinweg annehmen kann und dass diese typischerweise
in Abhängigkeit von
der speziellen Ätzanlage 100 und
dem spezifizierten verwendeten Ätzrezept
variiert. Die Schwankungen in der Ätzrate können lokal sehr unterschiedlich
sein.
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Typischerweise
ist die Ätzanlage 100 mit
einem Messgerät
(nicht gezeigt) ausgestattet, das die Bestimmung eines Endpunktes
des Ätzprozesses durch
beispielsweise Analyse der von den Nebenprodukten, die während des Ätzprozesses
freigesetzt werden, empfangenen spektroskopischen Daten ermöglicht.
Wenn daher das entsprechende Messgerät das Ende des Ätzvorganges
anzeigt, wobei möglicherweise
eine gewisse Überätzzeit vorgesehen
ist, kann eine Dickenvariation der Materialschicht 108 oder
eine Variation des in der Materialschicht 108 gebildeten
Musters in Bezug auf die Positionen 110a und 110b auftreten.
In einigen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung kann eine optische Messeinrichtung, etwa
ein Ellipsometer (nicht gezeigt) vorgesehen sein, das ausgebildet
ist, eine Dicke der Materialschicht 108 während diverser
Phasen des Ätzprozesses
zu bestimmen. Durch Vergleichen entsprechender Schichtdicken an
den Positionen 110a und 110b in Hinblick auf die
verstrichene Ätzzeit
können
dann entsprechende Ätzraten
während
der diversen Phasen des Ätzprozesses
bestimmt werden.
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2 zeigt
schematisch eine Messanlage 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei eine oder mehrere Eigenschaften
der Materialschicht 108 bestimmt werden können, nachdem
der Ätzprozess
abgeschlossen ist. In einigen Ausführungsformen kann die Messanlage 200 eine
Schichtdickenmessanlage repräsentieren,
die ausgebildet ist, eine Schichtdicke an diversen Positionen eines
Substrats zu ermitteln, etwa in Form einer Ellipsometermessanlage.
In anderen Ausführungsformen
kann die Messanlage 200 einen Strahlungssensor 201,
einen Strahlungsdetektor 202 und eine Steuerung 203,
die mit dem Empfänger 202 verbunden
ist, aufweisen. Der Sender 201 kann so gestaltet sein,
um einen Strahl, beispielsweise einen Lichtstrahl mit einer oder
mehreren geeigneten Wellenlängen,
auf eine spezifizierte Position, etwa die Position 110a, 110b,
des Substrats 107 auszusenden, wobei der Empfänger 202 reflektierte und/oder
gestreute Strahlung detektiert und ein entsprechendes Signal der
Steuerung 203 zuleitet. Aus den Eigenschaften des reflektierten
und/oder gestreuten Strahles kann die Steuerung 203 dann
Eigenschaften der gemusterten Schicht 108 ableiten, die
mit der lokalen Ätzrate
an der entsprechenden Position des Substrats 107 in Beziehung
stehen. Beispielsweise können
die Tiefe von Gräben
und/oder die Winkel der Seitenwände
und dergleichen mittels der Steuerung 203 bestimmt werden
und kann dann mit der entsprechenden lokalen Ätzrate in Beziehung gesetzt
werden. In einer Ausführungsform
repräsentiert
das in der Schicht 108 gebildete Muster das Muster eines
Produktsubstrats, so dass der Einfluss der Musterart, das herzustellen
ist, auch berücksichtigt
wird, wenn eine "effektive" lokale Ätzrate bestimmt
wird. In anderen Ausführungsformen
können die
lokalen Ätzraten
für das
spezifizierte Material der Schicht 108 auf der Grundlage
eines nicht strukturierenden Ätzprozesses
bestimmt werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen können mehrere Ätzratenmessungen über die
gesamte Substratfläche 107 hinweg
oder einen spezifizierten Bereich davon ausgeführt werden, um eine "Ungleichförmigkeitskarte" der spezifizierten Ätzanlage 100 und
des spezifizierten Ätzrezepts
zu erzeugen.
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Die
Variation der von der Messanlage 200 detektierten lokalen Ätzraten
kann kompensiert werden oder zumindest reduziert werden bei nachfolgenden
Substraten, die in der Ätzanlage 100 mit
dem spezifizierten Ätzrezept
zu prozessieren sind, indem eine entsprechend angepasste Ionenimplantation ausgeführt wird,
um in nicht gleichförmiger
Weise spezifizierte Ionengattungen in die Materialschicht 108 vor
dem Ätzen
der Schicht 108 zu implantieren.
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3 zeigt
schematisch eine typische Ionenimplantationsanlage 300,
wie sie gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendbar ist. Die Ionenimplantationsanlage 300 umfasst
eine Ionenquelle 301, die mit einer Strahlleitung 302 verbunden
ist. Eine Beschleunigungsstufe 303 ist so gestaltet, um
die ionisierten Teilchen bis zu einer spezifizierten Energie zu
beschleunigen. Strahlformende Quadrupolmagnete 304 und 307 sind
um die Strahlleitung 302 herum angeordnet, wobei ein Ablenkmagnet 305 dazwischen
angeordnet ist. Ein Analysierschlitz 306 ist vorgesehen,
so dass im Wesentlichen Teilchen einer spezifizierten Gattung mit
einer Energie innerhalb eines zulässigen kleinen Bereiches durch
den Analysierschlitz 306 gelangen können. Ein Substrathalter 308 ist
am Ende der Strahlleitung 302 angeordnet und ist typischerweise
so gestaltet, dass dieser zumindest in einer transversalen Richtung
bewegbar ist. Der bewegbare Substrathalter 308 kann einen Faraday-Behälter 309 aufweisen,
der das Überwachen
des Strahlstroms ermöglicht.
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Während des
Betriebs der Implantationsanlage 300 wird ein Substrat,
etwa das Substrat 107, mit einer darauf gebildeten Materialschicht 108 auf dem
Substrathalter 308 montiert und wird der Einwirkung eines
Ionenstrahls 310 mit einer Energie und einer Dosis, wie
sie durch die Parametereinstellung der Ionenimplantationsanlage 300 definiert
sind, ausgesetzt. Es sollte beachtet werden, dass in konventionellen
Ionenimplantationsprozessen die Energie des Ionenstrahls 310,
seine Dosis und die entsprechende Implantationszeit so ge wählt wird,
um ein erforderliches Dotierprofil möglichst gleichförmiger Weise über das
Substrat 107 hinweg zu erreichen. Typischerweise sind die
lateralen Abmessungen des Ionenstrahls 310 deutlich geringer
als die Größe des Substrats 107 und
somit werden der Ionenstrahl 310, das Substrat 107 oder
beide entsprechend verfahren, um die gesamte Oberfläche des
Substrats 107 abzutasten, wobei die abtastende Bewegung
so gesteuert wird, um im Wesentlichen eine gleichförmige Dosis über die
gesamte Fläche
des Substrats 107 zu erhalten. Im Gegensatz dazu werden
erfindungsgemäß ein oder
mehrere Prozessparameter der Implantationsanlage 300 auf
der Grundlage der lokalen Ätzraten gesteuert,
die beispielsweise mittels der Messanlage 200 in 2 ermittelt
wurden.
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In
einer speziellen Ausführungsform
kann die Bewegung des Substrathalters 308 so gesteuert werden,
um die lokale Implantationsdosis der lokalen Ätzrate, beispielsweise entsprechend
den Positionen 110a und 110b, anzupassen. Wenn
z. B. eine Ionenimplantation mit einer spezifizierten Parametereinstellung
die Ätzrate
der spezifizierten Materialschicht 108 erhöht, kann
der Substrathalter 308 so gesteuert werden, um eine erhöhte Dosis
an den peripheren Gebieten 110a zu erzielen, um damit die
entsprechende lokale Ätzrate
in einem nachfolgenden Ätzprozess
in der Anlage 100 entsprechend dem spezifizierten Ätzrezept
zu steigern, um somit Ätzratenungleichförmigkeiten
und damit Dickenungleichförmigkeiten
und/oder strukturelle Ungleichförmigkeiten
zu kompensieren oder zumindest zu reduzieren. In anderen Ausführungsformen
kann der Betrieb des Ablenkmagnet 305 und/oder der strahlformenden
Quadrupolmagnete 304 und 307 zusätzlich oder
alternativ zur Steuerung des Substrathalters 208 so gesteuert
werden, um eine geforderte ungleichförmige Implantationsdosis entsprechend
den lokalen Ätzraten zu
erhalten.
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Die
Ionengattungen, die in die Materialschicht 108 vor dem Ätzen dieser
Schicht implantiert werden, können
auf der Grundlage von Prozesserfordernissen bei der Herstellung
der Bauteile auf dem Substrat 107 und auf der Grundlage
des Einflusses, den die Ionengattungen auf die spezifizierte Materialschicht 108 beim Ätzen dieser
Schicht mit der Anlage 100 und dem spezifizierten Ätzrezept
ausüben,
ausgewählt
werden. Wenn es beispielsweise erforderlich, dass eine Änderung
elektrischer Eigenschaften der Materialschicht 108 nach
dem Ätzen
im Wesentlichen nicht geändert
wird, kann eine im Wesentlichen inerte Ionenspezies, etwa Ionen
von Edelgasen, ausgewählt
werden. In anderen Fällen
können Ionen
der selben Art, wie sie ursprünglich
in der Materialschicht 108 enthalten sind, implantiert
werden, so dass die elektrischen Eigenschaften nach der Implantation
im Wesentlichen bewahrt blei ben. Wenn eine akzeptable Ionengattung
ausgewählt
ist, kann eine geeignete Energie zur Positionierung der Ionen innerhalb
der Schicht 108 durch Simulationsberechnungen und/oder
durch Experiment ermittelt werden. In einer Ausführungsform wird eine Energie
der Ionenspezies, die in nicht gleichförmiger Weise in die Materialschicht 108 zu
implantieren ist, so gesteuert, dass die Ionenspezies im Wesentlichen
auf die Schicht 108 beschränkt ist, ohne im Wesentlichen
in Bereiche einzudringen, die unter der Schicht 108 liegen.
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Wenn
die Art der Ionengattungen, die zu implantieren sind, nicht kritisch
für die
weiteren Bearbeitungsprozesse ist, kann die Art der Ionenspezies ausgewählt werden,
indem lediglich deren Einfluss auf den Ätzprozess in Betracht gezogen
wird, um eine effiziente Ätzratenmodifizierung
mittels einer moderaten Variation der Implantationsdosis zu erreichen.
Eine entsprechende Kategorisierung von Ionengattungen kann experimentell
ermittelt werden, wie dies nachfolgend erläutert ist.
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Nach
dem Erzeugen der erforderlichen ungleichförmigen Implantation in der
Materialschicht 108 wird das Substrat in der Ätzanlage 100 entsprechend
dem spezifizierten Ätzrezept
geätzt,
wie dies mit Bezug zu 1 beschrieben ist. Es kann vorteilhaft
sein, dass mehrere Substrate 107 im Wesentlichen die gleiche
Implantationsdosis erhalten und dann mittels der Ätzanlage 100 entsprechend
dem spezifizierten Prozessrezept prozessiert werden. In einer Ausführungsform
können
die lokalen Ätzraten eines
oder mehrer der Substrate 107 dann so bestimmt werden,
um die Gültigkeit
der momentan verwendeten Parametereinstellung der Ionenimplantationsanlage 300 zu
verifizieren. Zum Beispiel können die
mehreren Substrate 107 gemessen und die entsprechenden
Messergebnisse, d. h. die entsprechenden Ätzraten gemittelt werden, um
einen repräsentativen
Satz an lokalen Ätzraten
zu erhalten, auf deren Grundlage die Parametereinstellung der Ionenimplantationsanlage 300 dann
so eingestellt werden kann, um das Kompensieren oder Reduzieren
von Ungleichförmigkeiten
in dem Ätzprozess
zu verbessern und/oder um kontinuierlich die Parameter der Ionenimplantationsanlage 300 einer Änderung
des Ätzprozesses
im Laufe der Zeit anzupassen.
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In
einer speziellen Ausführungsform
kann eine Korrelation zwischen einer Ätzratenmodifizierung, die durch
eine spezielle Parametereinstellung der Ionenimplantationsanlage
hervorgerufen wird, und einem spezifizierten Material oder mehreren
Materialien, die in einer oder mehreren spezifischen Ätzanlage
gemäß einem
oder mehreren spezifizierten Ätzrezepten
zu ätzen
sind, in der folgenden Weise ermittelt werden.
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Zunächst werden
mehrere Substrate, etwa die Substrate 107 mit der spezifizierten
Materialschicht 108 hergestellt und einer Ionenimplantation unterworfen,
wobei für
jedes Substrat 107 ein Parameterwert eines spezifizierten
Implantationsparameters unterschiedlich gewählt wird. Z. B. können die
Ionenspezies, das vertikale Dotierprofil innerhalb der Schicht 108,
die Dosis, die Energie, ein Implantationsneigungswinkel und dergleichen
variiert werden. Danach werden die mehreren Substrate 107 in
einer spezifizierten Ätzanlage,
etwa der Anlage 100, mit einem spezifizierten Ätzrezept
prozessiert. In anderen Ausführungsformen
können
zwei oder mehrere unterschiedliche Ätzanlagen in Hinblick auf spezifische Ätzrezepte
verwendet werden, um Informationen über mehrere Ätzanlagen
und mehrere Ätzrezepte
zu erhalten. Dazu wird eine ausreichende Menge an Substraten 107 hergestellt,
wobei die mehreren Substrate 107 in Gruppen eingeteilt
werden, wobei jede Gruppe im Wesentlichen die gleiche Ionenimplantationsparametereinstellung
erfahren hat. Jedes Mitglied einer entsprechenden Gruppe kann dann
mit einer speziellen Ätzanlage
und einem speziellen Ätzrezept
prozessiert werden. In anderen Ausführungsformen müssen die
mehreren Substrate 107 nicht notwendigerweise gleichzeitig
hergestellt werden, und stattdessen können ein oder mehrere Substrate 107 nach
der Ionenimplantation und dem Ätzen
des Substrats wieder bearbeitet werden und eine neue Materialschicht 108 wird
gebildet und dem Ionenstrahl mit einem unterschiedlich gewählten Parameterwert ausgesetzt.
Somit können
nach dem Ätzen
des Substrats 107 entsprechende lokale Ätzraten bestimmt werden, beispielsweise
durch eine Messanlage, wie sie in 2 gezeigt
ist, und können
mit einem entsprechenden Parameterwert des betrachteten Ionenimplantationsparameters
korreliert werden. Wenn beispielsweise die Art der Ionenspezies
den zu variierenden Ionenimplantationsparameter repräsentiert, kann
die Abhängigkeit
der Ätzrate
von der Art der in die Schicht 108 implantierten Ionen
als Korrelation ausgedrückt
werden. In ähnlicher
Weise kann die Abhängigkeit
zwischen einer Ätzrate
der Schicht 108 und einem beliebigen entsprechenden Implantationsparameter
ermittelt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise der Einfluss
einer variierenden Dosis auf die Ätzrate bestimmt werden, da
einige Materialien ein äußerst unterschiedliches
Verhalten bei niedriger und hoher Dosis aufweisen. In anderen Fällen kann
der Einfluss der Lage der Spitzenwertkonzentration, die im Wesentlichen
durch die Ionenenergie und die Art der verwendeten Ionen bestimmt
ist, mit dem Ätzverhalten
in Beziehung gesetzt werden. Eine entsprechende Korrelation kann
wichtig sein bei der Kompensierung oder Reduzierung von Ätzungleichförmigkeiten
einer dicken Schicht 108, wenn eine Dotierstoffkonzentration
innerhalb der Schichtdicke deutlich variieren kann. In anderen Ausführungsformen
können
zwei oder mehrere Implantationsparameter gleichzeitig für jedes
der mehreren Substrate 107 variiert werden, wenn angenommen
wird, dass ein synergetischer Effekt auftreten kann, der die Wirkung
deutlich übersteigen
kann, die durch das individuelle Variieren der zwei oder mehreren
Parameter erreicht wird. Es sollte beachtet werden, dass die Ätzrate für jedes
der Substrate 107 an einer vordefinierten Position bestimmt
werden kann, so dass eine entsprechende Ungleichförmigkeit
des betrachteten Ätzprozesses
als vernachlässigbar
erachtet werden kann. In anderen Fällen können mehrere vordefinierte
Positionen zum Bestimmen lokaler Ätzraten verwendet werden, und
diese Ätzraten
können
für jede der
vordefinierten Positionen gemittelt werden, um eine einzelne globale Ätzrate für jedes
der Substrate 107 zu ermitteln.
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In ähnlicher
Weise wird die Ätzrate
für die
undotierte Schicht 108 bestimmt. Aus diesen Messwerten
kann eine entsprechende Korrelation ermittelt werden, die einen
oder mehrere spezifische Implantationsparameter mit der globalen Ätzrate für die spezifizierte
Materialschicht 108 in Beziehung setzt, wenn diese in einer
spezifizierten Ätzanlage
entsprechend einem spezifizierten Ätzrezept prozessiert wird.
Wie zuvor erläutert
ist, kann eine entsprechende Korrelation für mehrere unterschiedliche
Materialschichten 108, mehrere unterschiedliche Ätzanlagen und
mehrere unterschiedliche Ätzrezepte
erstellt werden. Sodann wird eine spezifische Ungleichförmigkeit
des betrachteten Ätzprozesses
durch Messen lokaler Ätzraten
an vordefinierten Substratpositionen bestimmt. Es sollte beachtet
werden, dass diese lokalen Ätzraten
auch gleichzeitig mit dem Bestimmen der globalen Ätzrate bestimmt
werden können, wenn
die Bestimmung der globalen Ätzrate
auf Messwerten der mehreren vordefinierten Substratpositionen beruht.
Wenn eine entsprechende Ungleichförmigkeitskarte ermittelt ist,
kann eine geeignete Ionenspezies aus den oben erhaltenen Messergebnissen
ausgewählt
werden und es können
ein oder mehrere Implantationsparameter gewählt werden, die zum Kompensieren
oder Reduzieren der Ätzungleichförmigkeiten
verwendet werden sollen. In jenen Fällen, in denen die ermittelte
Korrelation keine Messwerte aufweist, die sich auf die tatsächlich bestimmte Ätzungleichförmigkeit
beziehen, kann ein entsprechender Zwischenwert durch Interpolation, Fitten
oder andere Datenmanipulationsarten, wie sie im Stand der Technik
gut bekannt sind, ermittelt werden.
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Die
Ungleichförmigkeitskarte
und entsprechende Werte für
den einen oder mehreren Implantationsparameterwerte, die zum im
Wesentlichen Kompensieren der Ungleichförmigkeiten erforderlich sind, können dann
verwendet werden, um die Ionenimplantation durch beispielsweise
entsprechendes Steuern der Ionenstrahlabtastung zu steuern, wie
dies mit Bezug zu 3 erläutert ist. Nach dem Prozessieren eines
oder mehrerer Produktsubstrate gemäß den oben erstellten Korrelationen
kann die Ätzratenungleichförmigkeit,
d. h. die Ungleichförmigkeitskarte, für das eine
oder die mehreren Produktsubstrate erstellt werden und kann verwendet
werden, um die zuvor verwendeten Parameterwerte zu aktualisieren oder
zu verfeinern, um die Genauigkeit des Prozesses zu verbessern und/oder
um subtile Anlagenschwankungen, die während des Betriebs einer entsprechenden Ätzanlage
beim Prozessieren einer großen
Anzahl von Substraten auftreten, auszugleichen.
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4 zeigt
schematisch ein fortschrittliches Prozesssystem 400 gemäß einer
speziellen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das System 400 umfasst eine
Messanlage 410, die ausgebildet ist, eine Ungleichförmigkeitskarte
eines Substrats zu erstellen, das mit einer spezifizierten Ätzanlage
gemäß einem
spezifizierten Ätzrezept
geätzt
wurde. Beispielsweise kann die Messanlage 410 so aufgebaut
sein und in einer ähnlichen
Weise betrieben werden, wie dies zuvor mit Bezug zu 2 erläutert ist.
In einer anschaulichen Ausführungsform
kann die Messanlage 410 ein Streuungsmessinstrument sein. Das
System 400 umfasst ferner eine Ionenimplantationsanlage 420 mit
mindestens einer Einrichtung, die das Variieren mindestens eines
Implantationsparameters während
des Prozessierens eines Substrats ermöglicht. Beispielsweise kann
ein bewegbarer Substrathalter 421 vorgesehen sein, der
die Steuerung der Dosis ermöglicht,
mit welcher spezifizierte Teile eines Substrats bestrahlt werden.
Es sollte beachtet werden, dass zusätzlich oder alternativ andere Anlagenparameter,
etwa die Implantationsenergie, die Strahlform und dergleichen während des
Prozessierens eines Substrats variiert werden können, um die lokale Modifizierung
der Implantation zu ermöglichen.
Des weiteren ist eine Steuereinheit 430 vorgesehen und
ist funktionsmäßig mit
der Messanlage 410 und der Implantationsanlage 420 verbunden.
In einer Ausführungsform
kann die Steuereinheit 430 eine Bibliothek 431 aufweisen
oder mit dieser verbunden sein, die mindestens eine Korrelation
zwischen mindestens einem Implantationsparameter und einer Ätzungleichförmigkeitskarte
enthält,
die mit der spezifizierten Ätzanlage
bei Betrieb mit dem spezifizierten Ätzrezept erhalten wurde.
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Während des
Betriebs empfängt
das System 400 Messergebnisse von einem oder mehreren Substraten,
die in der Messanlage 410 prozessiert werden, und die eine
darauf gebildete spezifizierte Materialschicht aufweisen, die zuvor
mittels der spezifizierten Ätzanlage
mit dem spezifizierten Ätzrezept geätzt worden
sind. Das Messergebnis kann von der Steuereinheit 430 empfangen
und entsprechend bearbeitet werden, beispielsweise kann dieses mit
einer in der Bibliothek 418 gespeicherten Korrelation verglichen
werden, um einen geeigneten Implantationsparameterwert einer spezifizierten
Substratposition zuzuweisen. Die Steuereinheit 430 kann
ferner so ausgestaltet sein, um ein Steuersignal zu der Ionenimplatationsanlage 420,
beispielsweise zu dem bewegbaren Substrathalter 421, zuzuleiten,
um damit den Implantationsprozess gemäß dem von der Steuereinheit 430 ausgesandten
Steuersignal zu modifizieren. Beispielsweise kann der relevante
Parameter die Dosis einer spezifizierten Ionengattung sein und die
Bewegung des Substrathalters 421 kann durch die Steuereinheit 430 so
gesteuert werden, dass die dosisinduzierte Ätzratenmodifizierung im Wesentlichen
die Ätzungleichförmigkeiten
reduziert oder gar kompensiert, die durch die Messanlage 410 eines
zuvor geätzten
Substrats bestimmt wurden. Somit ermöglicht das System 400 die
Steuerung der Ionenimplantationsanlage 420 auf der Grundlage
von Messergebnissen der Ungleichförmigkeit in einer im Wesentlichen
automatisierten Weise.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
die vorteilhafter Weise die Möglichkeit
des lokalen Variierens eines Ionenimplantationsprozesses nutzt und
diese Eigenschaft mit der Tatsache verknüpft, dass eine Ionenimplantation
eine deutliche Wirkung auf die Ätzrate
eines spezifizierten Materials ausüben kann. Somit kann die Prozessgleichförmigkeit
bestehender und künftiger Ätzanlagen
deutlich verbessert werden, wodurch die Herstellung äußerst größenreduzierter
Mikrostrukturen ermöglicht
wird und/oder die Produktionsausbeute verbessert wird.
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Weitere
Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.