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Die
Erfindung bezieht sich auf die Halbleiterherstellung, und insbesondere
auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum chemischen mechanischen Polieren
(CMP) und eine In-situ-Endpunkterfassung während des
CMP-Prozesses.
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In
dem Prozess zur Fertigung moderner Integrierter Halbleiterschaltungen
(ICs) ist es erforderlich, verschiedene Materialschichten und Strukturen über vorher
ausgebildeten Schichten und Strukturen zu bilden. Die bisherigen
Formationen belassen jedoch häufig
die Topographie der oberen Oberfläche eines in Behandlung befindlichen
Wafers stark unregelmäßig mit
Höckern,
Bereichen ungleicher Höhe, Mulden,
Rinnen und/oder anderen Oberflächenunregelmäßigkeiten.
Diese Unregelmäßigkeiten
können Probleme
verursachen, wenn die nächste
Schicht gebildet wird. Wenn beispielsweise ein photolithographisches
Muster mit kleinen Geometrien über
vorher ausgebildeten Schichten gedruckt wird, ist eine sehr flache
Fokustiefe erforderlich. Deshalb ist es wichtig, dass man eine ebene
und planare Oberfläche
hat, da sonst einige Teile des Musters im Brennpunkt liegen und
andere Teile nicht. Tatsächlich
wären Oberflächenvariationen
in der Größenordnung
von weniger als 1000 Å über eine
Form von 25 × 25
mm bevorzugt. Wenn die Unregelmäßigkeiten
bei jedem Hauptbehandlungsschritt nicht nivelliert werden, kann
zusätzlich
die Oberflächentopographie
des Wafers noch unregelmäßiger werden,
was zu weiteren Problemen führt,
wenn sich die Lagen während
der weiteren Behandlung aufeinander stapeln. Abhängig von der Art der Form und
der Größe der zugehörigen Geometrien
können
die Oberflächenunregelmäßigkeiten
zu einer schlechten Ausbeute und einer ungenügenden Vorrichtungsleistung
führen.
Es ist deshalb erwünscht,
eine Art von Planarisierung oder Nivellierung der IC-Strukturen
zu bewirken. Die Fertigungstechniken für ICs mit höchster Dichte machen tatsächlich Gebrauch
von einem Verfahren zur Bildung einer planarisierten Waferoberfläche an kritischen
Punkten bei dem Herstellungsprozess.
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Ein
Verfahren zur Erzielung einer Halbleiterwaferplanarisierung oder
Topographiebeseitigung ist das chemische mechanische Polieren (CMP).
Zu dem chemischen mechanischen Polierprozess (CMP) gehören das
Halten und/oder Drehen des Wafers gegenüber einer drehenden Polierplatte
bei einem gesteuerten Druck. Wie in 1 gezeigt
ist, hat eine typische CMP-Vorrichtung 10 einen Polierkopf 12 zum
Halten des Halbleiterwafers 14 gegen die Polierplatte 16.
Die Polierplatte 16 ist mit einem Kissen 18 abgedeckt.
Dieses Kissen 18 hat gewöhnlich eine Rückseitenschicht 20,
die der Oberfläche
der Platte zugewandt ist, und eine Abdeckschicht 22, die
in Verbindung mit einer chemischen Polierschlämme zum Polieren des Wafers 14 verwendet
wird. Einige Kissen haben jedoch nur eine Abdeckschicht und keine Rückseitenschicht.
Die Abdeckschicht 22 ist gewöhnlich entweder offenzelliges
geschäumtes
Polyurethan (beispielsweise Rodel IC1000) oder eine Polyurethanbahn
mit einer genuteten Oberfläche
(beispielsweise Rodel EX2000). Das Kissenmaterial ist mit der chemischen
Polierschlämme
benetzt, die sowohl ein Schleifmittel als auch Chemikalien enthält. Eine
typische chemische Schlämme
enthält
KOH (Kaliumhydroxid) und Teilchen aus Quarzstaub. Die Platte wird
gewöhnlich
um ihre zentrale Achse 24 gedreht. Zusätzlich wird gewöhnlich der
Polierkopf um seine zentrale Achse 26 gedreht und quer über die Oberfläche der
Platte 16 über
einen Translationsarm 28 bewegt. Obwohl in 1 nur
ein Polierkopf gezeigt ist, haben CMP-Vorrichtungen gewöhnlich mehr als
einen dieser Köpfe,
die im Abstand am Umfang um die Polierplatte herum angeordnet sind.
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Ein
spezielles Problem, das während
eines CMP-Prozesses auftritt, ist die Bestimmung, dass ein Teil
auf eine gewünschte
Ebenheit oder relative Dicke planarisiert worden ist. Insgesamt
muss gemessen werden, wann die gewünschten Oberflächeneigenschaften
oder wann der gewünschte
planare Zustand erreicht ist. Dies hat man auf einer Vielzahl von
Wegen erreicht. Früher
war es nicht möglich,
die Eigenschaften des Wafers während
des CMP-Prozesses zu überwachen.
Gewöhnlich
wurde der Wafer aus der CMP-Vorrichtung entfernt und an einer anderen Stelle
geprüft.
Wenn der Wafer den gewünschten Spezifizierungen
nicht genügte,
musste er erneut in die CMP-Vorrichtung geladen und erneut behandelt werden.
Dies war ein zeitraubender und arbeitsintensiver Prozess. Alternativ
könnte
die Prüfung
gezeigt haben, dass eine zu große
Materialmenge entfernt worden ist, wodurch das Teil unbrauchbar
wäre. Man wollte
deshalb eine Vorrichtung haben, die in situ während des CMP-Prozesses erfassen
kann, wann die gewünschten
Oberflächeneigenschaften
oder die Dicke erreicht worden ist.
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Man
hat mehrere Vorrichtungen und Verfahren für die In-situ-Erfassung von
Endpunkten während
des CMP-Prozesses entwickelt. Beispielsweise hat man Vorrichtungen
und Verfahren unter Zuordnung der Verwendung von Ultraschallwellen,
der Erfassung von Änderungen
des mechanischen Widerstands, der elektrischen Impedanz oder der
Waferoberflächentemperatur
eingesetzt. Diese Vorrichtungen und Verfahren beruhen auf der Bestimmung
der Dicke des Wafers oder einer Schicht von ihm und der Erstellung
eines Prozessendpunkts durch Überwachen
der Änderung
in der Dicke. In dem Fall, in welchem die Oberflächenschicht des Wafers dünner gemacht
werden soll, wird die Änderung
der Dicke zur Bestimmung verwendet, wann die Oberflächenschicht
die gewünschte
Tiefe hat. Im Falle einer Planarisierung eines strukturierten Wafers
mit einer unregelmäßigen Oberfläche wird
der Endpunkt dadurch bestimmt, dass die Änderung der Dicke überwacht wird
und die annähernde
Tiefe der Oberflächenunregelmäßigkeiten
bekannt ist. Wenn die Änderung
der Dicke gleich der Tiefe der Unregelmäßigkeiten ist, ist der CMP-Prozess
beendet. Obwohl diese Vorrichtungen und Verfahren bei den für sie vorgesehenen
Einsätzen
vernünftig
arbeiten, besteht ein Bedürfnis
für Systeme,
die eine genauere Bestimmung des Endpunktes bereitstellen. Das Dokument
EP-A-0 663 265 A1, veröffentlicht
am 19.07.95 und somit einen Stand der Technik unter Art. 54(3) EPÜ darstellend, offenbart
ein In-situ-Endpunkt-Erfassungsverfahren, bei
dem ein Fenster aus einem transparenten Material innerhalb der Platte
vorgesehen wird, die das Kissen hält.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Endpunktdetektor und auf Verfahren
für seine
Verwendung gerichtet, um eine verbesserte Genauigkeit und weitere
nützliche
Informationen über
den Polierprozess zu erhalten. Die Vorrichtung und das Verfahren nach
der vorliegenden Erfindung verwenden Interferometertechniken zur
In-situ-Bestimmung der Dicke des entfernten Materials oder der Ebenheit
einer Waferoberfläche
während
des CMP-Prozesses.
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Erfindungsgemäß wird ein
Polierkissen bereitgestellt, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
Anspruch 11 definiert die Verwendung des Kissens. Das Polierkissen
hat vorzugsweise eine rückseitige Schicht,
die mit der Platte verknüpft
ist, und eine abdeckende Schicht, die mit einer chemischen Schlämme bedeckt
ist und mit dem Wafer zusammenwirkt. Der Wafer ist aus einem Halbleitersubstrat
aufgebaut, dem eine Oxidschicht zugrunde liegt. Der Endpunktdetektor
hat ein Laserinterferometer, das in der Lage ist, einen Laserstrahl
zu erzeugen, der zu dem Wafer gerichtet wird, und das davon reflektierte
Licht zu erfassen, sowie ein Fenster, das angrenzend an ein Loch
angeordnet ist, das durch die Platte gehend ausgebildet ist. Dieses
Fenster bildet einen Durchlass für
den Laserstrahl, um auf dem Wafer aufzutreffen, wenigstens während der
Zeit, während
der der Wafer über
dem Fenster liegt.
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Das
Fenster kann mehrere Formen aufweisen. So kann das Fenster die Form
eines Teils des Polierkissens haben, von dem die benachbarte rückseitige
Schicht entfernt worden ist. Dies ist möglich, weil die abdeckende
Schicht aus Polyurethan für
den Laserstrahl wenigstens teilweise durchlässig ist. Schließlich kann
das Fenster die Form eines Stopfens aufweisen, der in der abdeckenden
Schicht des Kissens ausgebildet ist und keine rückseitige Schicht hat. Dieser
Stopfen ist vorzugsweise aus einem Polyurethanmaterial hergestellt,
das für
den Laserstrahl in hohem Maße
durchlässig
ist.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung haben das durch die Platte gehende Loch und
das Fenster eine Kreisform. Bei einer anderen Ausgestaltung sind
das Loch und das Fenster bogenförmig.
Das bogenförmige
Fenster hat einen Radius mit einem Ursprung, der mit der Drehmitte
der Platte zusammenfällt.
Einige Ausgestaltungen der Erfindung haben auch einen Laserstrahl,
dessen Strahldurchmesser am Punkt seines Auftreffens auf den Wafer
beträchtlich
größer als
der kleinstmögliche Durchmesser
für die
verwendete Wellenlänge
ist.
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Die
CMP-Vorrichtung kann auch einen Lagesensor aufweisen, der feststellt,
wann sich das Fenster in der Nähe
des Wafers befindet. Dies gewährleistet,
dass der von dem Laserinterferometer erzeugte Laserstrahl ungestört durch
das Fenster hindurchgehen und auf den Wafer auftreffen kann. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat der Sensor einen Abdeckschirm, der längs eines
Teils des Umfangs der Platte festgelegt ist, der sich radial davon
nach außen
erstreckt. Zusätzlich
gibt es einen optischen Unterbrechungssensor, der an dem Rahmen
am Umfang der Platte angebracht ist. Dieser Sensor kann einen optischen
Strahl produzieren, der die Erzeugung eines Signals verursacht,
solange der optische Strahl von dem Abdeckschirm unterbrochen ist.
Der Abdeckschirm ist deshalb an dem Umfang der Platte in einer solchen
Position befestigt, dass der optische Strahl an dem Abdeckschirm
immer dann unterbrochen wird, wenn der Laserstrahl ungehindert durch
das Fenster hindurchgehen und auf den Wafer treffen kann.
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Das
Laserinterferometer hat eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Messsignals
immer dann, wenn von dem Wafer reflektiertes Licht erfasst wird. Der
Positionssensor hat ein Element zur Abgabe eines Erfassungssignals
immer dann, wenn sich das Fenster angrenzend an den Wafer befindet.
Dies ermöglicht
es einer Messwerterfassungsvorrichtung, das Messsignal aus dem Laserinterferometer
während
der Dauer des Erfassungssignals aus dem Positionssensor abzutasten.
Die Messwerterfassungsvorrichtung benutzt dann ein Element zur Abgabe
eines Datensignals, welches das abgetastete Messsignal darstellt.
Diese Messwerterfassungsvorrichtung kann auch ein Element zum Integrieren
des abgetasteten Messsignals von dem Laserinterferometer über einen
vorgegebenen Zeitraum aufweisen, so dass das Ausgangssignal ein
Datensignal ist, welches die integrierten Abtastwerte des Messsignals
darstellt. Wenn die vorstehend erwähnte Abtastwertperiode während nur
einer Drehung der Platte nicht erreicht werden kann, kann ein anderes
Verfahren einer stückweisen
Messwerterfassung verwendet werden. Insbesondere kann die Messwerterfassungsvorrichtung
Elemente zur Durchführung
des Verfahrens der Abtastung des Messsignalausgangs von dem Laserinterferometer
während
jeder vollständigen
Umdrehung der Platte für
eine Abtastzeit aufweisen, wobei jeder Abtastwert des Messsignals über der
Abtastzeit integriert wird, um einen dem Abtastwert entsprechenden
integrierten Wert zu erzeugen, und jeder integrierte Wert gespeichert
wird. Die Messwerterfassungsvorrichtung verwendet dann andere Elemente zum
Berechnen einer kumulativen Abtastzeit nach jeder vollständigen Umdrehung
der Platte (wobei die kumulative Abtastzeit die Summe der Abtastzeiten ist,
die jedem Abtastwert des Messsignals zugeordnet ist), zum Vergleichen
der kumulativen Abtastzeit mit der gewünschten minimalen Abtastzeit
und zum Überführen der
gespeicherten integrierten Werte von dem Speicherelement zum Element
für die
Summenberechnung daraus immer dann, wenn die kumulative Abtastzeit
zur vorgegebenen minimalen Abtastzeit gleich ist oder diese überschreitet.
Dementsprechend ist das erwähnte
Ausgangssignal ein Datensignal, welches eine Reihe von von dem Summierungselement
gebildeten Summen des integrierten Werts darstellt.
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Der
Datensignalausgang aus der Messwerterfassungsvorrichtung ist aufgrund
der Interferenz zwischen dem Teil des Laserstrahls, der von der Oberfläche des
Oxidschicht des Wafers reflektiert wird, und dem Teil, der von der
Oberfläche
des darunter liegenden Wafersubstrats reflektiert wird, zyklisch,
da die Oxidschicht während
des CMP-Prozesses dünner
wird. Deshalb kann der Endpunkt eines CMP-Prozesses zum Dünnmachen
der Oxidschicht eines blanken Oxidwafers unter Verwendung zusätzlicher
Vorrichtungselemente zum Zählen
einer Anzahl von Zyklen bestimmt werden, die von dem Datensignal
aufgezeigt werden, wobei eine Materialdicke berechnet wird, die
während
eines Zyklus des Ausgangssignals von der Wellenlänge des Laserstrahls und dem
Brechungsindex der Oxidschicht des Wafers entfernt wird, eine gewünschte,
von der Oxidschicht zu entfernende Materialdicke mit einer entfernte
Dicke verglichen wird, die das Produkt der Anzahl von Zyklen aufgezeigt
durch das Datensignal und der während
eines Zyklus entfernten Materialdicke aufweist, und das CMP immer
dann beendet wird, wenn die entfernte Dicke der gewünschten
zu entfernenden Materialdicke gleich ist oder diese überschreitet.
Anstelle des Zählens
von vollständigen
Zyklen kann alternativ ein Teil eines Zyklus gezählt werden. Das Verfahren ist
nahezu identisch mit der Ausnahme, dass die Dicke des entfernten
Materials für
den Teil des Zyklus anstelle für
einen gesamten Zyklus bestimmt wird.
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Eine
andere Art zur Bestimmung des Endpunkts bei der CMP-Behandlung eines
blanken Oxidwafers verwendet Vorrichtungselemente, die die Zeit messen,
die für
das Datensignal erforderlich ist, um entweder eine vorgeschriebene
Anzahl von Zyklen oder einen vorgeschriebenen Teil eines Zyklus
zu vollenden, die die Dicke des entfernten Materials während der
gemessenen Zeit berechnen, die eine Entfernungsrate bestimmen, indem
die Dicke des entfernten Materials durch die gemessene Zeit geteilt wird,
die eine bleibende zu entfernende Dicke feststellen, indem die Dicke
des entfernten Materials von der gewünsch ten Dicke des von der Oxidschicht
zu entfernenden Materials subtrahiert wird, die eine CMP-Restzeit bestimmen,
indem die verbliebene Entfernungsdicke durch die Entfernungsrate
geteilt wird, und die den CMP-Prozess nach dem Ablauf der CMP-Restzeit
beenden.
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Zusätzlich kann
diese CMP-Restzeit nach jedem Auftreten der zuvor erwähnten Anzahl
von Zyklen oder von Teilen davon aktualisiert werden, um Änderungen
der Materialentfernungsrate zu kompensieren. In diesem Fall ist
das Verfahren nahezu identisch mit der Ausnahme, dass die Bestimmung
der Dicke des Materials zuerst das Summieren aller Dicken, die bei
früheren
Iterationen entfernt wurden, und das Subtrahieren dieser kumulativen
Dicke von der gewünschten
Dicke umfasst, um die Größe der Restentfernungsdicke
zu bestimmen.
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Wenn
jedoch der Wafer am Anfang eine unregelmäßige Oberflächentopographie hat und während des
CMP-Prozesses eben gemacht werden muss, ist das Datensignal nur
zyklisch, nachdem die Waferoberfläche glatt geworden ist. In
diesem Fall erhält
man einen Endpunkt für
den CMP-Prozess, der einer Bestimmung entspricht, dass der Wafer
eben gemacht worden ist, indem zusätzliche Vorrichtungselemente
zum Erfassen einer zyklischen Änderung des
Datensignals verwendet und der CMP immer dann beendet wird, wenn
das Messelement die zyklische Änderung
erfasst. Das Messelement ist vorzugsweise in der Lage, eine zyklische Änderung
des Datensignals innerhalb höchstens
eines Zyklus des Beginns dieser Änderung
zu erfassen.
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In
manchen Fällen
möchte
man die Filmdicke steuern, die über
einer Form auf einem strukturierten Wafer liegt. Diese Filmdicke
kann nicht immer durch die vorher erwähnte Planarisierung erreicht werden.
Diese Steuerung kann jedoch dadurch erhalten werden, dass das Datensignal
gefiltert wird, um alle Frequenzen außer der auszuschließen, die der
speziellen Struktur oder einer Gruppe von Strukturen ähnlicher
Größe zugeordnet
sind, über
denen eine spezielle Filmdicke erwünscht ist. Wenn das Signal
einmal gefiltert worden ist, kann im Wesentlichen jede der vorher
aufgezählten
Arten zur Bestimmung des CMP-Endpunkts für einen blanken Oxidwafer auf
dem strukturierten Wafer verwendet werden.
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Der
Datensignalausgang aus der Messwerterfassungsvorrichtung kann vorteilhafterweise
auch für
andere Dinge als die Bestimmung des Endpunkts eines fortlaufenden
CMP-Prozesses als
für ein
In-situ-Verfahren zum Messen der Gleichförmigkeit einer Schicht auf
einem Substrat während
des Polierens der Schicht verwendet werden. Zu dem Verfahren gehören die
Schritte, einen Lichtstrahl auf die Schicht während des Polierens zu richten,
ein Interferenzsignal zu überwachen,
das von dem Lichtstrahl erzeugt wird, der von dem Sub strat wegreflektiert,
und das Berechnen eines Gleichförmigkeitsmaßes aus
dem Interferenzsignal.
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Zu
dem Berechnungsschritt kann die Entnahme von Eigenschaftsinformationen
aus dem Interferenzsignal und das Berechnen des Gleichförmigkeitsmaßes aus
den entnommenen Eigenschaftsinformationen gehören. Das Verfahren kann auch
den Schritt aufweisen, das Gleichförmigkeitsmaß mit einer Referenz zu vergleichen
und einen Alarm zu erzeugen, wenn das Gleichförmigkeitsmaß von der Referenz um mehr
als eine vorgegebene Größe abweicht.
Das Interferenzsignal hat eine Niederfrequenzkomponente, und zu
dem Entnahmeschritt gehört
das Messen einer ersten Charakteristik der Niederfrequenzkomponente
sowie das Ableiten der entnommenen Informationen aus der ersten
Charakteristik. Tatsächlich
hat das Interferometersignal auch eine Hochfrequenzkomponente, und
zu dem Entnahmeschritt gehört
ferner das Messen einer zweiten Charakteristik des Hochfrequenzsignals
sowie das Ableiten der entnommenen Informationen aus der ersten
und zweiten Charakteristik. Insbesondere sind die erste und die
zweite Charakteristik Amplituden der Hochfrequenz- bzw. Niederfrequenzsignale,
und zu dem Ableitschritt gehört
das Berechnen eines Verhältnisses
der Amplituden der Hochfrequenz- und Niederfrequenzsignale.
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Zusätzlich zu
den gerade beschriebenen Vorteilen werden Ziele und Vorteile der
vorliegenden Erfindung aus der folgenden, ins Einzelne gehenden Beschreibung
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungsfiguren ersichtlich.
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Die
speziellen Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung
lassen sich besser unter Bezug auf die folgende Beschreibung, die
beiliegenden Ansprüche
und die zugehörigen
Zeichnungen verstehen.
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1 ist
eine Seitenansicht einer für
den Stand der Technik typischen Vorrichtung zum chemischen mechanischen
Polieren (CMP).
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2 ist
eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum chemischen mechanischen
Polieren mit einer Endpunkterfassung, die mit einigen Aspekten nach
der vorliegenden Erfindung, jedoch ohne massives Fensterelement
gebaut ist.
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3A ist
nicht Teil der Erfindung, sondern wird zur Erläuterung gezeigt.
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3B und 3C sind
vereinfachte Schnittansichten von entsprechenden Ausgestaltungen
des Fensterteils der Vorrichtung von 2.
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4 ist
eine vereinfachte Schnittansicht eines Fensterteils der Vorrichtung
von 2 und zeigt Komponenten eines Laserinterferometers
zur Erzeugung eines Laserstrahls und der Erfassung eines reflektierten
Interferenzstrahls, wobei diese Ausgestaltung nicht Teil der Erfindung
ist.
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5 ist
eine vereinfachte Schnittansicht eines blanken Oxidwafers, der mit
der Vorrichtung von 2 zu behandeln ist, und zeigt
schematisch den auf den Wafer auftreffenden Laserstrahl und Reflexionsstrahlen,
die einen sich ergebenden Interferenzstrahl bilden.
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6 ist
eine vereinfachte Draufsicht auf die Platte der Vorrichtung von 2 und
zeigt eine mögliche
relative Anordnung zwischen dem Fenster und der Sensorabschirmung
und dem Sensor und dem Laserinterferometer.
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7 ist
eine Draufsicht auf die Platte der Vorrichtung von 2 und
zeigt eine relative Anordnung zwischen dem Fenster und der Sensorabschirmung
sowie dem Sensor und dem Laser, wobei das Fenster die Form eines
Bogens hat.
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8 ist
ein Ablaufdiagramm für
ein Verfahren einer stückweisen
Messwerterfassung nach der vorliegenden Erfindung.
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9A und 9B sind
Diagramme, die die zyklische Änderung
des Datensignals aus dem Laserinterferometer über der Zeit während des
Dünnermachens
eines blanken Oxidwafers zeigen, wobei das Diagramm von 9A die
integrierten Werte des Datensignals integriert über einer gewünschten
Abtastzeit und das Diagramm von 9B eine
gefilterte Version der integrierten Werte zeigen.
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10A ist ein Ablaufdiagramm eines rückwärts schauenden
Verfahrens zur Bestimmung des Endpunkts eines CMP-Prozesses zum
Dünnermachen
der Oxidschicht eines blanken Oxidwafers nach der vorliegenden Erfindung.
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10B ist ein Ablaufdiagramm eines vorwärts schauenden
Verfahrens zur Bestimmung des Endpunkts eines CMP-Prozesses zum
Dünnmachen der
Oxidschicht eines blanken Oxidwafers nach der vorliegenden Erfindung.
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11A bis 11C sind
vereinfachte Schnittansichten eines strukturierten Wafers mit einer
unregelmäßigen, mit
der Vorrichtung von 2 zu bearbeitenden Oberfläche, wobei
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11A den Wafer am Anfang des CMP-Prozesses, 11B den Wafer etwa in der Mitte des Prozesses
und 11C den Wafer nahe am Ende seiner
Planarisierung zeigen.
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12 ist
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Endpunkts
eines CMP-Prozesses zum Planarisieren eines strukturierten Wafers
mit einer unregelmäßigen Oberfläche nach
der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
ein Diagramm, das die Änderung des
Datensignals von dem Laserinterferometer über der Zeit während der
Planarisierung eines strukturierten Wafers zeigt.
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14 ist
ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung
des Endpunktes eines CMP-Prozesses, um die Filmdicke einzustellen,
die über
einem speziell bemessenen Aufbau oder einer Gruppe von ähnlich bemessenen Aufbauten
liegt.
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15A ist eine vereinfachte Schnittansicht eines
Wafers mit einer Oberflächenungenauigkeit, die
mit einem Laserstrahl mit schmalem Durchmesser beleuchtet wird.
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15B ist eine vereinfachte Schnittansicht eines
Wafers mit einer Oberflächenungenauigkeit, die
mit einem Laserstrahl mit breitem Durchmesser beleuchtet wird.
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16 ist
ein Diagramm, das die zyklische Änderung
des Datensignals aus dem Laserinterferometer über der Zeit während des
Dünnmachens
eines blanken Oxidwafers zeigt und das Hochfrequenzsignal aufweist,
das einer nicht gleichförmigen Waferoberfläche zugeordnet
ist.
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17 ist
eine schematische Darstellung eines CMP-Systems mit einem Interferometer
und einem Rechner, der zum Analysieren und Ansprechen auf das Ausgangssignal
der Interferometerwellenform programmiert ist.
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18 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Funktionalität zeigt, die dem Rechner zur
Ausführung der
In-situ-Überwachung
der Gleichförmigkeit
eingegeben ist.
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19A bis 19C zeigen
Beispiele eines Interferometersignals, nachdem es von einem Niederfrequenz-Bandpassfilter
bzw. von einem Hochfrequenz-Bandpassfilter gefiltert worden ist.
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20A und 20B sind
Ablaufdiagramme, die den Vorgang der Erzeugung und der anschließenden Verwendung
einer Signalfolge eines CMP-Systems zeigen, um sie für den Produktionseinsatz
zu qualifizieren.
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21A ist eine vereinfachte Schnittansicht einer
Ausführungsform
des Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2, wobei
das Polierkissen als das Fenster verwendet wird und eine Reflexion
von der Rückseite
des Kissen gezeigt ist.
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21B ist ein Diagramm, das die zyklische Änderung
des Datensignals aus dem Laserinterferometer über der Zeit mit einer großen Gleichspannungskomponente
zeigt, die durch die Reflexion von der Rückseite des Kissens der Ausführungsform
von 21A verursacht wird.
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21C ist eine vereinfachte Schnittansicht einer
Ausführungsform
des Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2, wobei
das Polierkissen als Fenster mit einer diffus gemachten rückseitigen Oberfläche verwendet
wird, um Reflexionen zu unterdrücken.
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21D ist ein Diagramm, das die zyklische Änderung
des Datensignals aus dem Laserinterferometer über der Zeit ohne die große Gleichspannungskomponente
zeigt, die durch die Reflexion von der Rückseite des Kissens infolge
der diffusen rückseitigen
Oberfläche
der Ausführungsform
von 21C verursacht wird.
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2 zeigt
einen Teil einer CMP-Vorrichtung, die entsprechend einer Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung teilweise modifiziert ist. In der Platte 16 und
dem darüber
liegenden Plattenkissen 18 ist ein Loch 30 ausgebildet.
Dieses Loch 30 ist so positioniert, dass es einen von dem
Polierkopf 12 gehaltenen Wafer 14 während eines
Teils der Plattendrehung unabhängig
von der Translationsposition des Kopfes 12 sehen kann.
Unter der Platte 16 ist ein Laserinterferometer 32 in
einer Position festgelegt, die es ermöglicht, dass ein von dem Laserinterferometer 32 projizierter
Laserstrahl 34 durch das Loch 30 in der Platte 16 hindurchgeht
und auf die Oberfläche
des darüber
liegenden Wafers 14 während
einer Zeit trifft, wenn sich das Loch 30 nahe an dem Wafer 14 befindet.
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In 3A bis 3C ist
eine ins Einzelne gehende Ansicht des Plattenlochs 30 und
des Wafers 14 (zu einer Zeit, wenn er über dem Plattenloch 30 liegt)
gezeigt. Wie in 3A, die nicht Teil der Erfindung
ist und nur zu Veranschaulichungszwecken dient, zu sehen ist, hat
das Plattenloch 30 einen abgestuften Durchmesser, wodurch
eine Schulter 36 gebildet wird. Die Schulter 36 wird
benutzt, um einen Quarzeinsatz 38 aufzunehmen und zu halten,
der als Fenster für
den Laserstrahl 34 dient. Die Zwischenfläche zwischen
der Platte 16 und dem Einsatz 38 ist abgedichtet,
so dass der Teil der chemischen Schlämme 40, der seinen
Weg zwischen den Wafer 14 und den Einsatz 38 findet,
nicht als Leckstrom zum Boden der Platte 16 hindurchgelangen
kann. Der Quarzeinsatz 38 steht über die obere Oberfläche der
Platte 16 und teilweise in das Plattenkissen 18 vor.
Dieser Vorsprung des Einsatzes 38 soll den Spalt zwischen
der oberen Fläche
des Einsatzes 38 und der Oberfläche des Wafers 14 minimieren.
Durch Minimieren dieses Spaltes wird die Menge der Schlämme 40 auf
ein Minimum reduziert, die in dem Spalt eingeschlossen wird. Dies
ist vorteilhaft, weil die Schlämme 40 dazu
neigt, durch sie hindurchgehendes Licht zu streuen und somit den
Laserstrahl zu dämpfen,
der von dem Laserinterferometer 32 emittiert wird. Je dünner die
Schicht der Schlämme 40 zwischen
dem Einsatz 38 und dem Wafer 14 ist, desto weniger
werden der Laserstrahl 34 und das von dem Wafer reflektierte
Licht gedämpft.
Man glaubt, dass ein Spalt von etwa 1 mm zu akzeptablen Dämpfungswerten
während
des CMP-Prozesses führen würde. Bevorzugt
wird jedoch, den Spalt noch kleiner zu machen. Der Spalt sollte
so klein wie möglich
sein, während
noch gewährleistet
ist, dass der Einsatz 38 den Wafer 14 zu irgendeiner
Zeit während
des CMP-Prozesses berührt.
In einer geprüften
Version wurde der Spalt zwischen dem Einsatz 38 und dem Wafer 14 auf
10 mils (250 μm)
mit zufrieden stellenden Ergebnissen eingestellt.
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Dieser
Aufbau entspricht nicht der Erfindung.
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3B zeigt
eine andere Ausgestaltung der Platte 16 und des Kissens 18 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser Ausgestaltung ist der Quarzeinsatz weggelassen,
und es gibt in dem Kissen 18 kein durchgehendes Loch. Stattdessen
ist die rückseitige
Schicht 20 (wenn sie vorhanden ist) des Kissens 18 in
dem Bereich entfernt worden, der über dem Loch 30 in
der Platte 16 liegt. Dies belässt nur die abdeckende Schicht 22 des
Kissen 18 aus Polyurethan zwischen dem Wafer 14 und
dem Boden der Platte 16. Es hat sich gezeigt, dass das
bei der abdeckenden Schicht 22 verwendete Polyurethanmaterial den
Laserstrahl 34 von dem Laserinterferometer 32 im
Wesentlichen durchlässt.
Somit wirkt der Teil der abdeckenden Schicht 22, der über dem
Plattenloch 30 liegt, als Fenster für den Laserstrahl 34.
Diese Anordnung hat einen beträchtlichen
Vorteil. Da das Kissen 18 selbst als Fenster verwendet
wird, gibt es zunächst
keinen merkbaren Spalt. Deshalb ist nur sehr wenig Schlämme 40 vorhanden,
die das schädliche Streuen
des Laserstrahls verursacht. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung
besteht darin, dass der Kissenverschleiß unbedeutend wird. Bei der
baulichen Gestaltung von 3A wurde
der Spalt zwischen dem Quarzeinsatz 38 und dem Wafer 14 so klein
wie möglich
gemacht. Wenn jedoch das Kissen 18 verschleißt, neigt
dieser Spalt dazu, noch kleiner zu werden. Schließlich kann
der Verschleiß so
groß werden,
dass die obere Oberfläche
des Einsatzes 38 den Wafer 14 berührt und
beschädigt.
Da das Kissen 18 als Fenster bei der Ausgestaltung von 3B verwendet
wird und so ausgelegt ist, dass es in Kontakt mit dem Wafer 14 steht,
gibt es keine schädlichen
Effekte aufgrund des Verschleißes
des Kissens 18. Anzumerken ist, dass Versuche, bei denen
sowohl offenzellige als auch genutete Oberflächenarten von Kissen verwendet
wurden, gezeigt haben, dass der Laserstrahl bei einem Kissen mit
genuteter Oberfläche
weniger gedämpft
wird. Dementsprechend wird bevorzugt, dass diese Art von Kissen
verwendet wird.
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Obwohl
das Polyurethanmaterial, das bei der abdeckenden Schicht des Kissens
verwendet wird, im Wesentlichen für den Laserstrahl durchlässig ist, enthält es bestimmte
Zusatzstoffe, die seine Durchlässigkeit
verhindern. Dieses Problem wird bei der Ausgestaltung der Erfindung
beseitigt, die in 3C gezeigt ist. Bei dieser Ausführung ist
das typische Kissenmaterial in dem über dem Plattenloch 30 liegenden
Bereich durch einen massiven Polyurethanstopfen 42 ausgetauscht.
Dieser Stopfen, der als Fenster für den Laserstrahl wirkt, ist
aus einem Polyurethanmaterial hergestellt, das keine Nuten (oder eine
offenzellige Struktur) des umgebenden Kissenmaterials hat und frei
von Zusatzstoffen ist, die die Durchlässigkeit unterbinden. Dementsprechend
ist die Dämpfung
des Laserstrahls 34 durch den Stopfen 42 hindurch
auf ein Minimum reduziert. Vorzugsweise ist der Stopfen 42 integral
in das Kissen 18 eingeformt.
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In
Betrieb verwendet eine CMP-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
den Laserstrahl aus dem Laserinterferometer, um die Materialmenge
zu bestimmen, die von der Oberfläche
des Wafers entfernt ist, oder um zu bestimmen, wann die Oberfläche eben
geworden ist. Der Anfang dieses Prozesses wird unter Bezugnahme
auf 4 erläutert.
Als Elemente des Laserinterferometers 42 sind ein Laser und
Kollimator 44, ein Strahlteiler 46 und ein Detektor 48 gezeigt.
Dadurch wird die vorstehend erwähnte Erläuterung
der Funktion der CMP-Vorrichtung erleichtert. Zusätzlich ist
aus Zweckmäßigkeitsgründen der
beim Aufbau von 3A verwendete Quarzeinsatz 38 als
Fenster gezeigt. Natürlich
ist die gezeigte Ausgestaltung nur eine mögliche Anordnung, wobei auch
andere verwendet werden können.
Beispielsweise kann jede der vorstehend erwähnten Fensteranordnungen zum
Einsatz kommen, und es sind alternative Ausgestaltungen des Laserinterferometers 32 möglich. Eine
andere Interferometeranordnung verwendet einen Laser zur Erzeugung
eines Strahls, der auf die Oberfläche des Wafers in einem Winkel einfällt. Bei
dieser Ausgestaltung wird ein Detektor an einer Stelle positioniert,
wo das von dem Wafer reflektierende Licht auf ihn trifft. Bei dieser
anderen Ausgestaltung ist ein Strahlenteiler nicht erforderlich.
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Wie
in 4 gezeigt ist, erzeugen der Laser und Kollimator 44 einen
Laserparallelstrahl 34, der auf den unteren Teil des Strahlenteilers 46 einfällt. Ein
Teil des Strahls 34 pflanzt sich durch den Strahlenteiler 46 und
die Quarzeinlage 38 fort. Wenn dieser Teil des Strahls 34 das
obere Ende des Einsatzes 38 verlässt, pflanzt er sich durch
die Aufschlämmung 40 fort
und trifft auf die Oberfläche
des Wafers 14. Der Wafer, der im Einzelnen in 5 gezeigt
ist, hat ein Substrat 50 aus Silicium und eine darüber liegende
Oxidschicht 52 (beispielsweise SiO2).
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Der
Teil des Strahls 34, der auf den Wafer 14 trifft,
wird an der Oberfläche
der Oxidschicht 52 teilweise reflektiert und bildet einen
ersten reflektierten Strahl 54. Ein Teil des Lichts wird
jedoch durch die Oxidschicht 52 durchgelassen und bildet
einen Durchgangsstrahl 56, der auf das darunter liegende Substrat 50 trifft.
Wenigstens etwas von dem Licht aus dem durchgelassenen Strahl 56 erreicht
das Substrat 50 und wird durch die Oxidschicht 52 zurückreflektiert,
um einen zweiten reflektierten Strahl 58 zu bilden. Der
erste und der zweite reflektierte Strahl 54, 58 bilden
miteinander eine aufbauende oder zerstörende Interferenz abhängig von
ihrer Phasenbeziehung unter Bildung eines daraus resultierenden
Strahls 60, bei dem die Phasenbeziehung hauptsächlich eine
Funktion der Dicke der Oxidschicht 52 ist.
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Obwohl
der vorstehend beschriebene Aufbau ein Siliciumsubstrat mit einer
einzigen Oxidschicht verwendet, ist dem Fachmann bekannt, dass der
Interferenzvorgang auch bei anderen Substraten und anderen Oxidschichten
eintritt. Der Schlüssel
besteht darin, dass die Oxidschicht teilweise reflektiert und teilweise
durchlässt
und dass das Substrat wenigstens teilweise den auftreffenden Strahl
reflektiert. Zusätzlich
kann der Interferenzvorgang auf Wafer mit Mehrfachschichten anwendbar
sein, die über
dem Substrat liegen. Wenn jede Schicht teilweise reflektierend und
teilweise durchlässig
ist, wird wieder ein daraus resultierender Interferenzstrahl erzeugt,
obwohl er eine Kombination der von allen Schichten und dem Substrat
reflektierten Strahlen ist.
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Aus 4 ist
zu sehen, dass der sich ergebende Strahl 60 die Kombination
des ersten und zweiten reflektierenden Strahls 54, 58 (5)
darstellt und zurück
durch die Schlämme 40 und
den Einsatz 38 zum oberen Teil des Strahlenteilers 46 fortschreitet.
Der Strahlenteiler 46 fängt
einen Teil des resultierenden Strahls 60 zu dem Detektor 48 ab.
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Gewöhnlich dreht
sich die Platte 16 während des
CMP-Prozesses. Deshalb hat das Plattenloch 30 nur einen
Blick auf den Wafer 14 während eines Teils der Drehung.
Dementsprechend kann das Messsignal von dem Laserinterferometer 32 nur
erhalten werden, wenn der Wafer 14 von dem Laserstrahl 34 getroffen
wird. Wichtig ist, dass das Messsignal nicht genommen wird, wenn
der Laserstrahl 34 teilweise durch das Loch 34 hindurchgeht,
wenn ein Teil durch den Boden der Platte 16 an dem Lochrand
blockiert ist, da dies bei dem Signal zu einem beträchtlichen Rauschen
führt.
Damit sich dies nicht ereignet, hat man eine Positionssensorvorrichtung
vorgesehen. Es kann jeder bekannte Annäherungssensor benutzt werden,
beispielsweise ein Hall-Effekt-Wirbelstrom-optischer-Unterbrecher-
oder akustischer Sensor, obwohl ein Sensor in der Bauweise eines
optischen Unterbrechers bei den untersuchten Ausgestaltungen der
Erfindung eingesetzt wurde und bei den folgenden Figuren gezeigt
wird. Eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Synchronisieren
des Laserinterferometers 32 ist in 6 gezeigt, wobei
ein Sensor 62 in der Bauweise eines optischen Unterbrechers
(beispielsweise ein LED-/Photodiodenpaar) an einem festen Punkt
an dem Rahmen der CMP-Vorrichtung so angebracht ist, dass er eine Sicht
auf den Umfangsrand der Platte 16 hat. Diese Art von Sensor 62 wird
aktiviert, wenn ein optischer Strahl, den er erzeugt, unterbrochen
wird. An dem Umfang der Platte 16 ist eine Lagesensorabschirmung 64 befestigt.
Der Befestigungspunkt und die Länge
der Abschirmung 64 erfolgen so, dass sie das optische Signal
des Sensors nur unterbrechen, wenn der Laserstrahl 34 von
dem Laserinterferometer 32 vollständig durch den vorstehend beschriebenen Fensteraufbau 66 hindurchgeht.
Wie beispielsweise in 6 gezeigt ist, kann der Sensor 62 diametral
gegenüber
dem Laserinterferometer 32 bezogen auf die Mitte der Platte 16 angebracht
werden. Die Abschirmung 64 wird an der Platte 16 in
einer Position diametral gegenüber
dem Fensteraufbau 66 befestigt. Die Länge der Abschirmung 64 wird
annähernd von
den gestrichelten Linien 68 bestimmt, obwohl die genaue
Länge der
Abschirmung 64 fein abgestimmt wird, um zu gewährleisten,
dass der Laserstrahl von der Platte 16 während der
gesamten Zeit vollständig ungestört bleibt,
während
der die Abschirmung 64 von dem Sensor 62 erfasst
wird. Diese Feinabstimmung kompensiert jedes Positionssensorrauschen oder
jede Ungenauigkeit, das Ansprechvermögen des Laserinterferometers,
usw.. Wenn der Sensor 62 einmal aktiviert ist, wird ein
Signal erzeugt, das dazu verwendet wird, zu bestimmen, wann das
Detektorsignal von dem Interferometer 32 genommen werden kann.
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Messwerterfassungssysteme,
die in der Lage sind, das Positionssensorsignal zu verwenden, um
das Laserinterferometersignal während
solcher Zeiten zu nehmen, zu denen der Wafer für den Laserstrahl sichtbar
ist, sind bekannt und bilden keinen neuen Teil der vorliegenden
Erfindung. Deshalb erfolgt hier auch keine ins Einzelne gehende
Beschreibung. Bei der Wahl eines geeigneten Systems sind jedoch
einige Überlegungen
zu berücksichtigen.
Beispielsweise ist es bevorzugt, dass das Signal aus dem Interferometer über einen
Zeitraum integriert wird. Diese Integration verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis durch
Mitteln des Hochfrequenzrauschens über dem Integrationszeitraum. Dieses
Rauschen hat verschiedene Ursachen, beispielsweise eine Vibration
aus der Rotation der Platte und des Wafers, und aufgrund von Änderungen
in der Oberfläche
des Wafers in einer ungleichen Planarisierung. Bei der oben beschriebenen
Vorrichtung bestimmen der Durchmesser des Quarzfensters und die
Drehgeschwindigkeit der Platte, wie lange ein Zeitraum während jeder
Drehung der Platte verfügbar
ist, um das Signal zu integrieren. Unter bestimmten Umstän den kann
jedoch diese verfügbar
Zeit unzureichend sein. Beispielsweise kann ein akzeptables Signal-Rausch-Verhältnis eine
längere
Integrationszeit erfordern, oder die Zwischenflächenschaltung, die bei einem
gewählten
Messwerterfassungssystem verwendet wird, kann eine minimale Integrationszeit
erfordern, die diejenige überschreitet,
die bei einem Durchgang zur Verfügung
steht.
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Eine
Lösung
für dieses
Problem besteht darin, das Plattenloch längs der Drehrichtung der Platte auszudehnen.
Mit anderen Worten, der Fensteraufbau 66' (d. h. der Einsatz, das Kissen
oder der Stopfen) würde
die Form eines Bogens annehmen, wie es in 7 gezeigt
ist. Natürlich
wird die Abschirmung 64' zur
Anpassung an den längeren
Fensteraufbau 66' ausgedehnt.
Alternativ kann das Fenster das gleiche bleiben, jedoch wird das
Laserinterferometer an der drehenden Platte direkt unter dem Fenster
angebracht. In diesem Fall muss die CMP-Vorrichtung für die Aufnahme
des Interferometers unter der Platte modifiziert werden, und es
muss dafür
gesorgt werden, das Detektorsignal von dem Interferometer aus zu
leiten. Das Nettoergebnis einer jeden Methode wäre jedoch eine Verlängerung
der Messwerterfassungszeit für
jede Umdrehung der Platte.
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Obwohl
das Verlängern
des Plattenlochs und des Fensters von Vorteil ist, wird dadurch
der Oberflächenbereich
des Plattenkissens etwas verringert. Deshalb wird die Planarisierungsrate
in den Bereichen der Scheibe, die über dem Fenster liegen, während eines
Teils der Plattendrehung verringert. Außerdem müssen sich die Länge des
Plattenlochs und das Fenster nicht über die Ränder des Wafers hinaus erstrecken,
und die Datenentnahme muss nicht erfolgen, wenn sich das Fenster
jenseits des Randes des Wafers unabhängig von der Wafertranslationsposition
befindet. Deshalb ist die Länge
des erweiterten Plattenlochs und des Fensters oder die Zeit, während der
das an der Platte montierte Interferometer abtasten kann, durch
jede Translationsbewegung des Polierkopfes begrenzt.
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Deshalb
ist ein stärker
bevorzugtes Verfahren zum Erhalten einer ausreichenden Datenerfassungsintegrationszeit
das Sammeln der Daten über mehr
als eine Umdrehung der Platte. Während
des Schritts 102 von 8 wird das
Laserinterferometersignal während
der verfügbaren
Datenerfassungszeit bei jeder Drehung der Platte abgefragt. Als
Nächstes wird
bei den Schritten 104 und 106 jedes abgefragte Signal über der
vorstehend erwähnten
Datenerfassungszeit integriert, und die integrierten Werte werden
gespeichert. Dann wird bei den Schritten 108 und 110 eine
kumulative Abfragezeit nach jeder vollständigen Umdrehung der Platte
berechnet und mit einer gewünschten
minimalen Abfragezeit verglichen. Natürlich ergibt dies nur eine
Abfragezeit, wenn nur eine Abfrage erfolgt ist. Wenn die kumulative
Abfragezeit zu der gewünschten
minimalen Abfragezeit gleich ist oder sie überschreitet, werden die gespeicherten
integrierten Werte überführt und
summiert, wie im Schritt 112 gezeigt ist. Wenn dies nicht
der Fall ist, gehen der Prozess des Abfragens, des Integrierens,
des Speicherns, des Berechnens der kumulativen Abfragezeit und des
Vergleichens mit der gewünschten
minimalen Abfragezeit weiter. In einem abschließenden Schritt 114 werden
die summierten integrierten Werte, die jedes Mal erzeugt werden, wenn
die gespeicherten integrierten Werte übertragen und summiert werden,
als ein Datensignal abgegeben. Das gerade beschriebene Datensammelverfahren
kann auf eine Anzahl bekannter Weisen durchgeführt werden, wobei Logikschaltungen
oder Software-Algorithmen verwendet werden. Da diese Verfahren bekannt
sind, ist jede ins Einzelne gehende Beschreibung überflüssig und
wird deshalb weggelassen. Das Verfahren des stückweisen Datensammelns bildet
eine Lösung
für das
Problem, eine gewünschte
minimale Abfragezeit unabhängig
vom Durchmesser des Fensters oder der Geschwindigkeit der Plattendrehung
zu bekommen. Wenn der Prozess mit der Positionssensorvorrichtung
verknüpft wird,
kann die Plattendrehgeschwindigkeit variiert werden, und man erhält trotzdem
zuverlässige
Daten. Es würde
sich nur die Anzahl der Plattenumdrehungen ändern, die erforderlich ist,
um die notwendigen Daten zu erhalten.
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Der
vorstehend erwähnte
erste und zweite reflektierte Strahl, die den resultierenden Strahl 60 bilden,
wie es in 4 und 5 gezeigt
ist, verursachen eine Interferenz, die am Detektor 48 zu
sehen ist. Wenn der erste und der zweite Strahl zueinander in Phase
sind, verursachen sie am Detektor 48 ein Maximum. Wenn
die Strahlen um 180° außer Phase sind,
verursachen sie am Detektor 48 ein Minimum. Jede andere
Phasenbeziehung zwischen den reflektierten Strahlen führt zu einem
Interferenzsignal zwischen den Maxima und den Minima, wie sie am
Detektor 48 zu sehen sind. Das Ergebnis ist ein Signalausgang
aus dem Detektor 48, der sich zyklisch mit der Dicke der
Oxidschicht 52 ändert,
wenn sie während
des CMP-Prozesses verringert wird. Man hat beobachtet, dass der
Signalausgang aus dem Detektor 48 sich auf eine sinusförmige Weise ändert, wie es
in den Diagrammen 9A und 9B gezeigt ist. Das Diagramm
von 9A zeigt die integrierte Amplitude des Detektorsignals
(y-Achse) über der
Abtastperiode gegenüber
der Zeit (x-Achse). Diese Daten erhält man durch Überwachen
des Laserinterferometer-Ausgangssignals der Vorrichtung von 4, während der
CMP-Vorgang an einem Wafer ausgeführt wird, der eine glatte Oxidschicht
hat, die über
einem Siliciumsubstrat (d. h. einem blanken Oxidwafer) liegt. Das
Diagramm von 9B zeigt eine gefilterte Version
der Daten aus dem Diagramm von 9A. Diese
gefilterte Version zeigt die zyklische Änderung in dem Interferometer-Ausgangssignal ganz
deutlich. Die Periode des Interferenzsignals wird durch die Rate
gesteuert, mit der Material von der Oxidschicht während des
CMP-Prozesses entfernt wird. Somit bestimmen Faktoren, wie die Abwärtskraft,
die auf den Wafer gegen das Plattenkissen aufgebracht wird, und
die Relativgeschwindigkeit zwischen der Platte und dem Wafer die
Periode. Während
jeder Periode des Ausgangssignals, das in den 9A und 9B aufgetragen
ist, wird eine bestimmte Dicke der Oxidschicht entfernt. Die entfernte
Dicke ist proportional zur Wellenlänge des Waferstrahls und dem
Brechungsindex der Oxidschicht. Insbesondere beträgt die Größe der pro
Periode entfernten Dicke etwa λ/2n,
wenn λ die
Freiraumwellenlänge
des Laserstrahls und n der Brechungsindex der Oxidschicht sind.
Dadurch ist es möglich,
in situ während
des CMP-Prozesses
unter Verwendung des in 10A gezeigten
Verfahrens zu bestimmen, wie viel von der Oxidschicht entfernt ist.
Zunächst
wird im Schritt 202 die Anzahl der Zyklen gezählt, die
von dem Datensignal vorgewiesen werden. Als Nächstes wird im Schritt 204 die
Dicke des Materials, das während
eines Zyklus des Ausgangssignals entfernt wird, aus der Wellenlänge des
Laserstrahls und dem Brechungsindex der Oxidschicht des Wafers berechnet. Dann
wird die gewünschte
Dicke des von der Oxidschicht zu entfernenden Materials mit der
tatsächlichen
entfernte Dicke im Schritt 206 verglichen. Die tatsächliche
entfernte Dicke entspricht dem Produkt der Anzahl der Zyklen, die
von dem Datensignal ausgewiesen werden, und der Dicke des während eines Zyklus
entfernten Materials. In dem abschließenden Schritt 208 wird
der CMP-Prozess immer dann beendet, wenn die entfernte Dicke der
gewünschten
Dicke des zu entfernenden Materials gleich ist oder sie überschreitet.
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Alternativ
kann weniger als ein ganzer Zyklus zur Bestimmung der Menge des
entfernten Materials verwendet werden. Auf diese Weise kann jedes überschüssige Material,
das über
die gewünschte
Größe hinaus
entfernt wird, minimiert werden. Wie in den in Klammern gesetzten
Teilen des Schritts 202 in 10A gezeigt
ist, wird die Anzahl des Auftretens eines vorgeschriebenen Teils
eines Zyklus jeder Iteration gezählt.
Beispielsweise bildet jedes Auftreten eines Maximums (d. h. einer
Spitze) und eines Minimums (d. h. einer Vertiefung) oder umgekehrt
den vorgeschriebenen Teil des Zyklus. Dieser spezielle Teil des
Zyklus ist passend, da Maxima und Minima leicht über bekannte Signalverarbeitungsverfahren erfassbar
sind. Als Nächstes
wird im Schritt 204 nach dem Festellen, wie viel Material
während
eines Zyklus entfernt worden ist, diese Dicke mit dem Bruchteil
eines Zyklus multipliziert, der den vorstehend erwähnten vorgeschriebenen
Teil darstellt. Im Falle des Zählens
des Auftretens eines Maximums oder Minimums, die eine Hälfte eines
Zyklus darstellen, würde beispielsweise
die berechnete Dicke eines Zyklus mit einer Hälfte multipliziert, um die
Dicke der während des
vorgeschriebenen Teils des Zyklus entfernten Oxidschicht zu erhalten.
Die restlichen Schritte des Verfahrens bleiben unverändert. Das
Nettoergebnis dieser alternativen Methode besteht darin, dass der CMP-Prozess
nach dem Auftreten eines Teils des Zyklus beendet werden kann. Dementsprechend
ist jegliches entfernte Überschussmaterial
in den meisten Fällen
kleiner als es es wäre,
wenn ein voller Zyklus als Basis zum Bestimmen des entfernten Materials verwendet
würde.
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Die
gerade beschriebenen Verfahren blicken von dem Ende eines Zyklus
oder eines Teils von ihm zurück,
um zu bestimmen, ob die gewünschte
Materialmenge entfernt worden ist. Wie jedoch vorstehend gefolgert
wurde, kann die entfernte Materialmenge die gewünschte Menge überschreiten.
In manchen Fällen
kann dieses zu große
Entfernen von Material nicht akzeptabel sein. In diesen Fällen kann
ein alternatives Verfahren verwendet werden, welches nach vorne
schaut und vorhersieht, wie viel Material über einen anstehenden Zeitraum
zu entfernen sein wird, und das den Vorgang beendet, wenn die vorhergesehene
gewünschte
Dicke entfernt worden ist. Eine bevorzugte Ausgestaltung dieses
alternativen Verfahrens ist in 10B gezeigt.
Wie zu sehen ist, gehört zu
dem ersten Schritt 302 das Messen der Zeit zwischen dem
ersten Auftreten eines Maximums und eines Minimums oder umgekehrt
bei dem Detektorsignal (obwohl ein gesamter Zyklus oder ein Teil
davon verwendet werden könnte).
Als Nächstes
wird im Schritt 304 die Materialmenge über die vorher beschriebenen
Verfahren bestimmt, die während
dieses Teils des Zyklus entfernt wird. Dann wird eine Entfernungsrate
dadurch berechnet, dass die entfernte Materialmenge durch die gemessene
Zeit geteilt wird, wie dies im Schritt 306 gezeigt ist.
Dies ergibt die Rate, mit der Material bei dem vorhergehenden Teil
des Zyklus entfernt wurde. Im nächsten
Schritt 308 wird die Dicke des entfernten Materials, wie
sie im Schritt 304 berechnet wurde, von der gewünschten
zu entfernenden Dicke abgezogen, um eine zu entfernende Restdicke
zu bestimmen. Im Schritt 310 wird dann diese zu entfernende
Restdicke durch die Entfernungsrate geteilt, um zu bestimmen, wie
viel länger der
CMP-Prozess fortgesetzt werden muss, bevor er abgeschlossen wird.
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Der
Zeitraum des Detektorsignals, und somit die Entfernungsrate, ändert sich
jedoch gewöhnlich mit
dem Fortschreiten des CMP-Prozesses. Deshalb wird das oben beschriebene
Verfahren wiederholt, um dies zu kompensieren. D. h. mit anderen
Worten, wenn einmal eine Restzeit berechnet worden ist, wird der
Prozess für
jedes Auftreten eines Maximums und eines Minimums oder umgekehrt
wiederholt. Dementsprechend wird die Zeit zwischen dem nächsten auftretenden
Maximum und Minimum gemessen, die Dicke des Materials, das während des
Teils des Zyklus entfernt wird, der durch dieses Auftreten des Maximums
und Minimums (d. h. ein halb) dargestellt wird, durch die gemessene
Zeit geteilt und die Entfernungsrate berechnet, wie bei der ersten
Iteration des Verfahrens. Bei dem nächsten Schritt 308 jedoch wird,
wie in Klammern gezeigt ist, die Gesamtmenge des Materials bestimmt,
das während
allen vorherigen Iterationen entfernt wurde, ehe es von der gewünschten
Dicke abgezogen wird. Der Rest des Verfahrens bleibt der gleiche,
nämlich
dass die restliche zu entfernende Dicke durch die neu berechnete
Entfernungsrate geteilt wird, um die restliche CMP-Prozesszeit zu bestimmen.
Auf diese Weise wird die restliche Prozesszeit nach jedem Auftreten
des vorgeschriebenen Teils eines Zyklus des Detektorsignals wieder
berechnet. Die ser Prozess setzt sich fort, bis die restliche CMP-Prozesszeit
abläuft,
ehe die nächste
Iteration beginnen kann. Wie im Schritt 312 zu sehen ist,
ist an diesem Punkt der CMP-Prozess beendet. Gewöhnlich wird die zu entfernende
Dicke in dem ersten Halbzyklus des Detektorsignals nicht erreicht,
wobei jede Änderung
der Entfernungsrate nach der Berechnung für den vorhergehenden Halbzyklus
klein ist. Deshalb geht man davon aus, dass dieses vorwärts blickende
Verfahren ein sehr genauer Weg ist, um genau die gewünschte Dicke
von dem Wafer zu entfernen.
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Während das
gerade beschriebene Überwachungsverfahren
gut für
das Dünnermachen
von blanken Oxidwafern mit glatter Oberfläche funktioniert, hat sich
gezeigt, dass der Vorgang zum Planarisieren der meisten strukturierten
Wafer, bei denen die Oberflächentopographie
in hohem Maße
unregelmäßig ist,
nicht erfolgreich eingesetzt werden kann. Der Grund dafür besteht
darin, dass ein typischer strukturierter Wafer Formen enthält, die
eine breite Vielfalt von unterschiedlich bemessenen Oberflächenelementen
haben. Diese Oberflächenelemente mit
unterschiedlicher Größe neigen
zu einem Polieren mit unterschiedlichen Raten. Beispielsweise neigt
ein kleineres Oberflächenelement,
das sich relativ weit von den anderen Elementen befindet, dazu, dass
es schneller als andere größere Elemente
verkleinert werden kann. 11A bis 11C zeigen einen Satz von Oberflächenelementen 72, 74, 76 der Oxidschicht 52,
die zu darunter liegenden Strukturen 78, 80, 82 gehören, wie
sie bei einem typisch strukturierten Wafer 14 zu finden
sind, sowie die Änderungen,
denen sie während
des CMP-Prozesses unterliegen. Das Element 72 ist ein relativ
kleines Element, das Element 74 ist ein mittelgroßes Element,
und das Element 76 ist ein relativ großes Element. 11A zeigt die Elemente 72, 74, 76 vor
dem Polieren, 11B zeigt die Elemente 72, 74, 76 etwa
bei der Hälfte
des Polierprozesses, während 11C die Elemente 72, 74, 76 zum
Ende des Polierprozesses hin zeigt. In 11A wird
das kleinere Element 72 mit einer größeren Rate als das mittlere
Element 74 oder das große Element 76 reduziert.
Außerdem
wird das mittlere Element 74 mit einer größeren Rate
als das große
Element 76 reduziert. Die Rate, mit der die Elemente 72, 74, 76 reduziert
werden, nimmt auch ab, wenn der Polierprozess fortschreitet. Beispielsweise
hat das kleinere Element 72 anfänglich eine hohe Reduktionsrate.
Diese Rate fällt
jedoch während
des Polierprozesses ab. Dementsprechend zeigt 11B die Höhe
der Elemente 72, 74, 76, die sich auszugleichen
beginnt, während 11C die Höhe
der Elemente 72, 74, 76 im Wesentlichen gleich
zeigt. Da die Elemente mit unterschiedlicher Größe mit unterschiedlichen Raten
reduziert werden und sich diese Raten ändern, hat das Interferenzsignal,
das von jedem Element erzeugt wird, eine andere Phase und Frequenz.
Dementsprechend schwankt das resultierende Interferenzsignal, welches
partial aus allen einzelnen Reflexionen von jedem der Elemente 72, 74, 76 erstellt
wird, in einer anscheinend willkürlichen
Weise im Gegensatz zu dem vorher beschriebenen periodischen sinusförmigen Signal.
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Wie
jedoch oben erwähnt
wurde, neigen die Polierraten der Elemente 72, 74, 76 zu
einer engeren Konvergenz zum Planarisierungspunkt hin. Deshalb nähert sich
die Differenz in der Phase und Frequenz zwischen den Interferenzstrahlen,
die von den Elementen 72, 74, 76 erzeugt
werden, null. Dies führt dazu,
dass das resultierende Interferenzsignal als eine periodische sinusförmige Wellenform
erkennbar wird. Dadurch ist es möglich
zu bestimmen, wann die Oberfläche
des strukturierten Wafers planarisiert worden ist, indem festgestellt
wird, wann ein sinusförmiges
Interferenzsignal beginnt. Dieses Verfahren ist in 12 dargestellt.
Zuerst wird im Schritt 402 eine Suche nach der vorstehend
erwähnten
sinusförmigen Änderung
des Interferometersignals ausgeführt. Wenn
die sinusförmige Änderung
entdeckt wird, wird der CMP-Vorgang beendet, wie es im Schritt 404 gezeigt
wird.
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In
dem Diagramm von 13 ist die Amplitude des Detektorsignals über der
Zeit für
einen strukturierten Wafer aufgetragen, der einem CMP-Vorgang unterliegt.
Der abgefragte Datensatz, der zur Erstellung dieses Diagramms verwendet
wird, wird auf seinem vorherigen integrierten Wert gehalten, bis
der nächste
Wert berichtet wird, was die rechteckig abgeschnittenen gezeigten
Spitzenwerte erklärt.
Eine nähere
Untersuchung zeigt, dass ein annehmbarer sinusförmiger Zyklus bei etwa 250
s aufzutauchen beginnt. Das fällt
mit dem Punkt zusammen, an dem der strukturierte Wafer zuerst planarisiert
worden ist. Natürlich
wäre es
bei einer Realzeitüberwachung
des Ausgangssignals des Interferometers nicht möglich, genau zu erfassen, wann
der Zyklus beginnt. Stattdessen muss wenigstens ein Teil des Zyklus
erfolgt sein, ehe man sicher sein kann, dass der Zyklus begonnen
hat. Vorzugsweise darf nicht mehr als ein Zyklus vorübergehen,
ehe der CMP-Vorgang beendet wird. Eine Ein-Zyklus-Grenze ist eine praktische Wahl,
da dies ein hohes Vertrauen gibt, das der Zyklus tatsächlich begonnen
hat, anstatt dass das Signal lediglich Änderungen des Rauschens wiedergibt,
das durch das Polieren der unterschiedlich bemessenen Elemente auf
der Oberfläche des
Wafers erzeugt wird. Die Ein-Zyklus-Grenze gewährleistet zusätzlich,
dass nur eine kleine Materialmenge von der Oberfläche des
Wafers entfernt wird, nachdem er planarisiert worden ist. Es hat
sich gezeigt, dass das Ausmaß der
Planarisierung im Wesentlichen das gleiche nach zwei Zyklen ist,
wie es nach einem war. Deshalb würde
eine Fortsetzung des CMP-Vorgangs nur dazu dienen, mehr Material von
der Oberfläche
des Wafers zu entfernen. Obwohl ein Zyklus in dem Fall bevorzugt
wird, in welchem der CMP-Prozess zu beenden ist, wenn der strukturierte Wafer
planarisiert worden ist, soll die vorliegende Erfindung nicht auf
diesen zeitlichen Rahmen begrenzt sein. Wenn das Signal besonders
stark ist, kann es möglich
sein, den gleichen Vertrauenspegel nach nur einem Teil eines Zyklus
zu erhalten. Wenn das Signal besonders schwach ist, kann es alternativ
mehr als einen Zyklus brauchen, um das erforderliche Vertrauen zu
erhalten. Die Wahl hängt
von den Eigenschaften des verwendeten Systems ab. Beispielsweise
hat die Größe des Spaltes
zwischen dem Quarzfenster und der Oberfläche des Wafers eine Wirkung
auf die Signalstärke
und somit auf die Entscheidung, wie viele Zyklen abzuwarten sind,
bevor der CMP-Prozess beendet wird.
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Die
tatsächliche
Bestimmung, wann das Ausgangssignal aus dem Laserinterferometer
tatsächlich
einem Zyklus unterliegt und somit anzeigt, dass die Oberfläche des
Wafers planarisiert worden ist, kann in vielfältiger Weise erfolgen. Beispielsweise kann
das Signal digital verarbeitet und ein Algorithmus verwendet werden,
um die Bestimmung auszuführen.
Ein solches Verfahren ist in dem US-Patent 5,097,430 offenbart,
wo die Neigung des Signals zur Bestimmung verwendet wird. Zusätzlich stehen
verschiedene bekannte Kurvenanpassalgorithmen zur Verfügung. Diese
Verfahren werden im Wesentlichen dazu verwendet, das Interferometersignal
mit einer sinusförmigen
Kurve zu vergleichen. Wenn eine Anpassung innerhalb einer bestimmten
vorgegebenen Toleranz erfolgt, wird bestimmt, dass der Zyklus begonnen
hat. Manche Halbleiteranwendungen erfordern, dass die Dicke des
Materials, das über
einer Struktur liegt, die auf einem Element eines strukturierten
Wafers ausgebildet ist (d. h. die Filmdicke), eine bestimmte Tiefe
hat und dass diese Filmdicke von Element zu Element und von Wafer
zu Wafer wiederholbar ist. Die vorher beschriebenen Verfahren zum
Planarisieren eines typischen strukturierten Wafers ergeben nicht
notwendigerweise diese gewünschte
wiederholbare Filmdicke. Der Zweck der Planarisierungsverfahren
besteht darin, eine glatte und ebene Oberfläche, nicht jedoch eine spezielle Filmdicke
zu erzeugen. Deshalb muss, wenn man die Filmdicke über einer
speziellen Struktur oder einer Gruppe von ähnlich bemessenen Strukturen
regulieren will, ein alternatives Verfahren verwendet werden. Dieses
alternative Verfahren wird nachstehend beschrieben.
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Wie
vorstehend erläutert,
neigt jede in der Größe unterschiedliche
Oberflächenform,
die sich aus einer Oxidschicht ergibt, die über einem strukturierten Aufbau
auf einem Element gebildet wird, zur Erzeugung eines reflektierten
Interferenzsignals mit einmaliger Frequenz und Phase. Nur in der
Nähe des Planarisierungspunktes
konvergieren Frequenz und Phase einer in der Größe unterschiedlichen Form. Vor
dieser Konvergenz lassen sich die einmalige Frequenz und Phase der
Interferenzsignale, die von den verschiedenen Formen unterschiedlicher
Größe verursacht
werden, zur Erzeugung eines Detektorsignals kombinieren, das willkürlich zu
variieren scheint. Es ist jedoch möglich, dieses Signal so zu
bearbeiten, dass die Interferenzsignalbeiträge von allen Formen, die mit
unterschiedlichen Raten poliert werden, ausgenommen eine Form mit
spezieller Größe oder eine
Gruppe von Formen mit ähnlich
bemessener Größe, beseitigt
werden. Wenn einmal das Interferenzsignal, das der Form mit speziell
bemessener Größe oder
der Gruppe von Formen zugeordnet ist, isoliert worden ist, kommen
die Verfahren zum Einsatz, die in Zuordnung zu dem Entfernen von
Material von einer blanken Oxidscheibe diskutiert wurden, um genau
die Materialmenge zu entfernen, die erforderlich ist, um die gewünschte Filmdicke
zu erreichen.
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Natürlich muss
die Frequenz der Interferenzsignalkomponente, die durch die interessierende Form
verursacht wird, vor der Signalverarbeitung bestimmt werden. Man
nimmt an, dass diese Frequenz leicht durch Ausführen eines CMP-Prozesses an
einer Testprobe bestimmt werden kann, die Elemente enthält, die
ausschließlich
mit Aufbauten strukturiert sind, die dem Aufbau entsprechen, der
eine spezielle, darüber
liegende Filmdicke haben soll. Das während des CMP-Prozesses erzeugte
Detektorsignal wird nach bekannten Verfahren analysiert, um die einmalige
Frequenz des Interferenzsignals zu bestimmen, die durch die Oberflächenformen
verursacht wird, die den vorstehend erwähnten Strukturen zugeordnet
sind.
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Die
spezifischen Schritte, die erforderlich sind, um das oben beschriebene
Verfahren der Steuerung der Filmdicke über einem speziellen Aufbau oder
einer Gruppe von Aufbauten ähnlicher
Größe auf einem
Element in situ während
der CMP-Behandlung eines Wafers auszuführen, werden nun unter Bezug
auf 14 beschrieben. Bei dem Schritt 502 wird
das Detektorsignal gefiltert, so dass nur die Komponente des Signals
hindurchgeht, die die vorher festgelegte Frequenz hat, die dem interessierenden
Aufbau zugeordnet ist. Dieser Schritt wird unter Verwendung von
bekannten Bandpassfiltertechniken ausgeführt. Danach wird im Schritt 504 eine
Messung der Zeit zwischen dem ersten Auftreten eines Maximums und
eines Minimums oder umgekehrt in dem Detektorsignal ausgeführt (obwohl
ein gesamter Zyklus oder ein Teil davon verwendet werden könnte). Die
Materialmenge, die während
des Teils des Zyklus (d. h. ein halber Zyklus) entfernt wird, wird
im Schritt 506 über
vorher beschriebene Verfahren bestimmt. Dann wird eine Entfernungsrate
berechnet, indem die entfernte Materialmenge durch die gemessene Zeit
geteilt wird, was im Schritt 508 gezeigt ist. Dies ergibt
die Rate, mit der das Material bei dem vorhergehenden Teil des Zyklus
entfernt wurde. In dem nächsten
Schritt 510 wird die Dicke des Materials, das, wie im Schritt 506 berechnet,
entfernt wurde, von der gewünschten
zu entfernenden Dicke subtrahiert (d. h. die Dicke, die, wenn sie
entfernt ist, die gewünschte
Filmdicke ergibt, die über
dem interessierenden Aufbau liegt), um eine zu entfernende Restdicke
zu bestimmen. Diese zu entfernende Restdicke wird dann durch die
vorstehend erwähnte
Entfernungsrate geteilt, um zu bestimmen, wie lang der CMP-Prozess
vor seiner Beendigung im Schritt 512 fortgesetzt werden
muss. Wenn die Restzeit einmal berechnet worden ist, wird der Prozess
für jedes
Auftreten eines Maximums und Minimums oder umgekehrt wiederholt.
Dementsprechend wird die Zeit zwischen dem nächsten auftretenden Maximum
und Minimum gemessen, wobei die Dicke des Materials, das während des
Teils des Zyklus entfernt wurde, der durch dieses Auftreten des
Maximums und Minimums (d. h. eine Hälfte) dargestellt wird, durch
die gemessene Zeit geteilt, und es wird die Entfernungsrate genauso
wie bei der ersten Iteration des Verfahrens berechnet. Im nächsten Schritt 510 jedoch
wird, wie in den Klammern gezeigt ist, die Gesamtmenge des Materials,
das während
der vorherigen Iterationen entfernt wurde, bestimmt, bevor sie von
der gewünschten
Dicke abgezogen wird. Der Rest des Verfahrens ist der gleiche, indem
die zu entfernende Restdicke durch die neu berechnete Entfernungsrate geteilt
wird, um die restliche CMP-Prozesszeit zu berechnen. Dieser Prozess
wird wiederholt, bis die Restzeit abläuft, bevor die nächste Iteration
beginnen kann. An diesem Punkt wird der CMP-Prozess beendet, was
im Schritt 514 zu sehen ist.
-
Obwohl
das oben beschriebene Verfahren zur Bereitstellung der Filmdicke
das Verfahren zur Bestimmung des CMP-Prozessendpunkts benutzt, das
in 10B dargestellt ist, kann auch jedes der anderen
Endpunktbestimmungsverfahren, die hier beschrieben sind, verwendet
werden, falls dies erwünscht
ist.
-
Der
Strahldurchmesser (d. h. der Fleck) und die Wellenlänge des
von dem Laserinterferometer erzeugten Laserstrahls können vorteilhaft
manipuliert werden. Wie in 15A und 15B gezeigt ist, bedeckt ein schmaler Strahl 84,
beispielsweise ein bei der verwendeten Wellenlänge auf den kleinstmöglichen
Fleck fokussierter, einen kleineren Bereich der Oberfläche des
Wafers 14 als ein breiterer, weniger fokussierter Strahl 86.
Dieser schmale Strahl 84 ist für das Abtasten (d. h. Strahl 88)
aufgrund von Oberflächenunregelmäßigkeiten 90 empfindlicher
als der weitere Strahl 86, da der weitere Strahl 86 sich über einen
größeren Teil
der Oberfläche
des Wafers 14 ausbreitet und mehr von Oberflächenunregelmäßigkeiten 90 umfasst.
Deshalb hat ein breiterer Strahl 86 einen integrierten
Effekt und ist weniger empfindlich für extreme Änderungen des reflektierten
Interferenzsignals, wenn er über
die Oberfläche
des Wafers 14 läuft.
Deshalb wird aus diesem Grund ein breiterer Strahl 86 bevorzugt.
Die Laserstrahlbreite kann unter Verwendung bekannter optischer
Vorrichtungen vergrößert werden.
-
Zu
erwähnen
ist, dass der breitere Strahl die verfügbare Datenerfassungszeit pro
Plattenumdrehung verringert, da die Zeit, in welcher der Strahl
vollständig
in den Grenzen des Fensters enthalten ist, kleiner ist als bei einem
schmaleren Strahl. Mit den vorher beschriebenen Verfahren der Datenerfassung stellt
dies jedoch kein ernsthaftes Problem dar. Da der breitere Strahl
auch die Lichtenergie über
eine größere Fläche als
ein schmalerer Strahl ausbreitet, nimmt zusätzlich die Stärke der
Reflexionen etwas ab. Dieser Nachteil kann dadurch geheilt werden, dass
die Leistung des Laserstrahls aus dem Laserinterferome ter so gesteigert
wird, dass der Intensitätsverlust
der reflektierten Strahlen bei der Messung keine Rolle spielt.
-
Was
die Wellenlänge
des Laserstrahls angeht, so ist es durchführbar, irgendeine Wellenlänge von
weit infrarot bis ultraviolett zu verwenden. Bevorzugt wird jedoch,
dass ein Strahl im Rotlichtbereich verwendet wird. Der Grund für diese
Bevorzugung ist ein doppelter. Zuerst ergeben kürzere Wellenlängen eine
Steigerung der Streugröße, die
durch die chemische Schlämme
verursacht wird, da diese Streuung proportional zur vierten Potenz
der Frequenz des Laserstrahls ist. Deshalb ist die Streuung umso
kleiner, je länger
die Wellenlänge
ist. Längere
Wellenlängen führen jedoch
auch dazu, dass pro Periode des Interferenzsignals mehr Oxidschicht
entfernt wird, da die Materialmenge, die pro Periode entfernt wird,
etwa λ/2n
entspricht. Deshalb wird in einer Periode umso weniger Material
entfernt, je kürzer
die Wellenlänge ist.
Man möchte
so wenig wie möglich
Material während
jeder Periode entfernen, so dass die Möglichkeit des Entfernens von
zu viel Material minimiert wird. Beispielsweise würde in einem
System, welches das vorstehend beschriebene Verfahren verwendet,
bei dem die Anzahl der Zyklen oder eines Teils davon gezählt werden,
um die Dicke der entfernten Oxidschicht zu bestimmen, jedes überschüssige entfernte Material,
das über
die gewünschte
Menge entfernt wird, minimiert, wenn die Materialmenge, die während jedes
Zyklus oder eines Teils davon entfernt wird, so klein wie möglich ist.
-
Man
nimmt an, dass diese beiden entgegenstehenden Faktoren bei der Wahl
der Wellenlänge optimal
ausgeglichen sind, wenn ein Rotlicht-Laserstrahl gewählt wird.
Rotlicht bietet ein akzeptables Maß an Streuung und führt nicht
zu einer nicht handhabbaren, pro Zyklus zu entfernenden Materialmenge.
-
Weitere Ausführungsformen
-
Die
erzeugte Interferenzwellenform gibt beträchtliche Zusatzinformationen über den
Polierprozess. Diese zusätzlichen
Informationen können
dazu verwendet werden, eine In-situ-Messung
der Gleichförmigkeit
der polierten Schicht zu liefern. Sie können auch dazu verwendet werden,
festzustellen, wann das CMP-System nicht innerhalb des Spektrums
arbeitet (d. h. nicht arbeitet wie gewünscht). Diese beiden Anwendungen
werden nun beschrieben.
-
Gleichförmigkeitsmessung
-
Die
Polier- und/oder Planarisiervorgänge, die
bei dem CMP-System ausgeführt
werden, erfordern insgesamt die Erzeugung einer Oberflächenschicht,
die über
der Oberfläche
des Wafers/Substrats gleichförmig
ist. Mit anderen Worten, die Mitte des Wafers muss mit der gleichen
Rate wie der Rand des Wafers poliert werden. Gewöhnlich darf sich die Dicke
der polierten Schicht nicht um mehr als etwa 5 bis 10% ändern. Wenn
dieser Gleichförmigkeitspegel nicht
erreicht wird, ist es wahrscheinlich, dass der Wafer nicht verwendbar
ist, da die Vorrichtungsausbeuten unannehmbar niedrig sind. In der
Praxis ist es häufig
sehr schwierig, über
dem Wafer eine gleichförmige
Polierrate zu erreichen. Gewöhnlich
ist die Optimierung vieler unterschiedlicher Variablen erforderlich,
um ihre Ausführung
innerhalb der Spezifizierungen zu halten. Der oben beschriebene
Endpunktdetektor bildet ein äußerst nützliches
Mittel zur Überwachung
der Gleichförmigkeit
der zu polierenden Schicht, wobei dieses Überwachen sowohl durch In-situ-Datenerfassung
als auch durch Verarbeitung ausgeführt werden kann.
-
Wir
haben gefunden, dass die Interferenzwellenform, die von dem Interferometer
während des
Polierens erzeugt wird, Informationen über die Gleichförmigkeit
der Schicht, die poliert wird, gibt. Wie oben erwähnt, erscheint
das Ausgangssignal des Interferometers als sinusförmiges Signal,
wenn die Oberflächenschicht
(beispielsweise die Oxidschicht) poliert wird. Der Abstand zwischen
den Spitzen dieses Signals zeigt an, wie viel Material entfernt worden
ist. Auf diesem sinusförmigen
Signal ist auch ein weiteres höherfrequentes
sinusförmiges
Signal vorhanden. Die Amplitude dieses höherfrequenten Signals zeigt
an, um wie viel sich die Dicke der polierten Schicht über der
Oberfläche
des Wafers ändert.
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Der
Grund für
das Auftreten des Hochfrequenzsignals ist folgender. Wenn das Polieren
ausgeführt
wird, tastet das Interferometer gewöhnlich verschiedene Stellen über der
Oberfläche
des Wafers ab (oder sieht auf diese). Der Grund dafür besteht
darin, dass während
des Polierens sowohl die Platte als auch der Wafer drehen und zusätzlich der Wafer
auch axial bezüglich
der Platte bewegt wird. Deshalb gehen während des Polierens unterschiedliche
Bereiche der Waferoberfläche über das
Loch in der Platte, durch welches das Interferometer die zu polierende
Schicht sieht. Wenn die polierte Schicht vollständig gleichförmig ist,
bleibt die erhaltene Interferenzwellenform von der Abtastung der
unterschiedlichen Stellen quer über
der Waferoberfläche
unbeeinträchtigt.
D. h., sie hat im Wesentlichen die gleiche Amplitude. Wenn andererseits
die polierte Schicht nicht gleichförmig ist, führt die Abtastung unterschiedlicher
Stellen zu einer weiteren Änderung
an dem sinusförmigen
Basissignal. Diese weitere Änderung
hat eine Frequenz, die von der Rotations- und der Schwenkrate, die
verwendet werden, abhängt, und
hat eine Amplitude, die proportional zum Ausmaß der Ungleichförmigkeit
der polierten Schicht ist. Ein Beispiel für eine solche Wellenform ist
in 16 gezeigt. Bei diesem speziellen Beispiel war
die Ungleichförmigkeit
relativ groß,
um das Hochfrequenzsignal deutlich darzustellen.
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Ein
Maß der
Gleichförmigkeit
ist das Verhältnis
aus Spitze-zu-Spitze-Amplitude Ahf des Hochfrequenzsignals
und Spitze-zu-Spitze-Amplitude Atf des Niederfrequenzsignals.
Je kleiner dieses Verhältnis ist,
desto gleichförmiger
ist die polierte Schicht, und umgekehrt ist dieses Verhältnis umso
größer, je
ungleichförmiger
die Schicht ist.
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Ein
CMP-System, welches ein Maß für die Gleichförmigkeit
erzeugt, ist in 17 gezeigt. Zusätzlich zu
den in der vorstehend beschriebenen 2 gezeigten
Komponenten ist auch ein Rechner 150 vorgesehen, der so
programmiert ist, dass er den Betrieb des Interferometers steuert
und die Signalanalyse durchführt,
die erforderlich ist, um aus dem Interferenzsignal ein Maß für die Gleichförmigkeit
zu erzeugen. Ferner ist eine Anzeigeeinheit 160 vorgesehen, über die
für eine
Bedienungsperson verschiedene Informationen und Ergebnisse angezeigt
werden. Der Rechner 150 kann irgendeine Vorrichtung sein,
die in der Lage ist, die Steuer- und Signalverarbeitungsfunktionen
auszuführen,
beispielsweise ein Standard-PC,
der geeignet programmiert ist, und eine zweckorientierte, speziell
ausgelegte digitale Verarbeitungseinheit. Die Anzeigeeinheit 140 kann ein
Bildschirm, ein Drucker oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung
oder eine Kombination von Vorrichtungen sein, um der Bedienungsperson
des CMP-Systems Informationen zu übermitteln.
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Zur
Erzeugung eines Gleichförmigkeitsmaßes wird
der Rechner 150 so programmiert, dass er die Signalverarbeitung
und andere in 18 gezeigte Funktionen ausführt. Diesbezüglich hat
der Rechner 180 zwei programmierbare Bandpassfilter, nämlich ein
Hochfrequenzfilter 152 und ein Niederfrequenzfilter 154.
Das Hochfrequenzfilter 152 hat einen Bandpass, der auf
die Frequenz des Hochfrequenzsignals zentriert ist, das die Gleichförmigkeitsinformationen
enthält,
während
das Niederfrequenzfilter 154 einen Bandpass hat, der auf
die Frequenz des Niederfrequenzsignals zentriert ist, das die Polierrateninformationen
enthält.
Die Breite der beiden Bandpasse ist in der Größenordnung weniger Millihertz
in dem Fall, wenn die Periode in der Größenordnung von Sekundenzehnern
liegt. Die Breite des Bandpasses wird so programmiert, dass sie
sich proportional zu der Mittenfrequenz ändert, oder anders gesagt, dass
sie sich umgekehrt zur Periode des zu prüfenden Signals ändert. D.
h., dass, wenn die Periode des relevanten Signals zunimmt, die Bandbreite
des Bandpassfilters abnimmt und umgekehrt.
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19A zeigt ein Beispiel eines Interferometers,
das man aus einem aktuellen System erhält. Anfänglich zeigt das Signal an,
dass die Schicht durchgehend gleichförmig ist, d. h. oben auf dem
Niederfrequenzsignal sitzt kein erkennbares Hochfrequenzsignal.
Nach einem Polieren über
einem kurzen Zeitraum beginnt ein Hochfrequenzsignal in Erscheinung
zu treten, das einen bestimmten Wert für eine Ungleichförmigkeit
anzeigt. Das Niederfrequenzfilter 154 wählt die Niederfrequenzkomponente aus
und filtert die anderen Frequenzen heraus, um ein Ausgangssignal
in der in 19B gezeigten Form zu erzeugen.
Gleichermaßen
wählt das
Hochfrequenzfilter 152 die Hochfrequenzkomponente aus und
filtert die anderen Frequenz heraus, um ein Ausgangssignal der in 19C gezeigten Form zu erzeugen.
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Der
Rechner 150 führt
zwei Amplitudenmessfunktionen 156 und 158 aus,
welche die Spitze-zu-Spitze-Amplituden der Ausgangssignale der Filter 152 bzw. 154 messen.
Wenn die Amplituden der beiden gefilterten Signale bestimmt worden
sind, berechnet der Rechner 140 ein Verhältnis aus
der Sp-Sp-Amplitude des Hochfrequenzsignals und aus der Sp-Sp-Amplitude des Niederfrequenzsignals
(d. h. Ahf/Alf)
(siehe Funktionsblock 162). Nach Berechnung des Verhältnisses
vergleicht der Rechner 150 (siehe Block 166) das
berechnete Verhältnis
mit einem Schwellen- oder Referenzwert 164, der vorher
in einem lokalen Speicher gespeichert wurde. Wenn das berechnete
Verhältnis
den gespeicherten Schwellenwert überschreitet,
alarmiert der Rechner 150 die Bedienungsperson dahingehend,
dass die Ungleichförmigkeit
der polierten Schicht eine akzeptable Größe überschreitet. Als Antwort kann
die Bedienungsperson die Prozessparameter einstellen, um den Prozess
zurück
in die Spezifizierungen zu bringen.
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Da
das Hochfrequenzsignal nur dann erscheint, wenn etwas poliert worden
ist, ist es zweckmäßig abzuwarten,
ehe versucht wird, die Ungleichförmigkeit
zu messen. Es kann sein, dass man das Verhältnis automatisch und periodisch
berechnen möchte,
um die Gleichförmigkeit
der polierten Schicht während
des ganzen Poliervorgangs zu überwachen.
In diesem Fall kann es auch erwünscht sein,
dass der Rechner 150 die berechneten Verhältnisse
während
des Prozesses ausgibt, so dass die Bedienungsperson Änderungen
und/oder Tendenzen feststellen kann, die bei dem Polierprozess in
Erscheinung treten. Dies ist besonders praktisch, wenn die In-situ-Überwachung
während
der aktuellen Produktion von Wafern während des Polierens ausgeführt wird.
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Die
gerade beschriebenen Funktionen können mittels einer Software
ausgeführt
werden, die auf dem Rechner läuft,
oder sie können
durch zweckorientierte Schaltungen erfolgen, die für diesen
speziellen Zweck gebaut sind.
-
Die
Bandpassfilter können
unter Verwendung von Techniken hergestellt werden, die dem Fachmann
bekannt sind. Bei der beschriebenen Ausgestaltung sind dies FIR-Filter
(Fil ter mit Ansprechen auf finite Impulse), die entweder im Frequenz-
oder im Zeitbereich ausgeführt
sind. Um jedoch das Filtern in Realzeit durchzuführen, wenn das Interferometersignal
verfügbar
wird, führt
man das Filtern im Zeitbereich aus, indem man die geeignete Funktion
mit der Wellenform, wie sie erzeugt wird, zusammenbringt. Die geeignete
Funktion ist natürlich
einfach die Zeitbereichsdarstellung eines Bandpassfilters, welches die
gewünschten
Eigenschaften hat (d. h. Mittenfrequenz und Bandbreite).
-
Zur
Spezifizierung der geeigneten Filterparameter ist es erforderlich,
die Frequenz des Signals zu kennen, das von dem Filter ausgewählt werden
soll. Diese Information kann leicht aus der Interferometer-Signalwellenform
(s) erhalten werden. Beispielsweise kann man die Mittenfrequenz
des Niederfrequenzfilters erhalten, indem man eine Charge (beispielsweise
25) von Wafern hernimmt (beispielsweise blanke Wafer nur mit einer
Oxidbeschichtung), um eine genaue Messung der Polierrate zu erhalten.
Alternativ kann die Polierrate zu Beginn eines Poliervorgangs bestimmt
werden, indem man die Entfernung zwischen den Spitzen des Niederfrequenzsignals
misst. Natürlich
erzeugt die Verwendung dieses alternativen Wegs Ergebnisse, die
nicht so genau sind wie mittelnde Messungen über einer größeren Anzahl
von Wafern. Auf jeden Fall bestimmt die Polierrate die Mittenfrequenz
des Bandpassfilters, und dadurch, dass man die Mittenfrequenz zusammen mit
der gewünschten
Bandbreite des Filters kennt, kann man die genaue Form der Zeitbereichs-Filterfunktion
und/oder die Koeffizienten des FIR-Filters leicht bestimmen.
-
Die
Frequenz des Hochfrequenzsignals kann man auf ähnliche Weise erhalten, d.
h. direkt aus der Spur, die von dem Interferometer erzeugt wird,
wenn das CMP-System den Wafer poliert. D. h. mit anderen Worten,
dass die Bedienungsperson einfach die Entfernung zwischen den Spitzen
des Hochfrequenzsignals misst. Dieser Vorgang kann leicht automatisiert
werden, so dass die Bedienungsperson mit Hilfe einer Hinweisvorrichtung
(beispielsweise einer Maus) zwei Punkte an der Wellenform markieren kann,
die auf einer Bildschirmanzeige erscheinen, und der Rechner kann
so programmiert werden, dass er die Frequenz automatisch berechnet
und dann die geeigneten Filterkoeffizienten erzeugt. Die Filterkoeffizienten
und/oder die Zeitbereichsdarstellung der Filterfunktionen werden
dann in dem lokalen Speicher für
eine spätere
Verwendung während
der Poliervorgänge
gespeichert, um die Filtriervorgänge
auszuführen.
-
Prozesssignatur
-
Die
Interferometerwellenform stellt auch eine Signatur des Systems dar
(d. h. sie kennzeichnet es), für
das man sie erhält.
Deswegen stellt sie Informationen bereit, die für die Bewertung eines Systems
für einen
Produktionsbetrieb zweckmäßig sind.
Wenn man eine Signatur für
ein System erhält,
von dem man weiß,
dass es wie gewünscht
arbeitet, kann diese Signaturwellenform (oder die aus der Wellenform extrahierten
Merkmale) als Referenz verwendet werden, gegen die darauf folgend
erzeugte Signaturen verglichen werden können, um zu bestimmen, ob das System
oder die Systeme, aus denen die Signaturen darauf folgend erhalten
wurden, innerhalb der Vorgaben arbeiten. Wenn beispielsweise die
Polierkissen ausgewechselt sind oder eine neue Charge von Schlämme in dem
CMP-System verwendet wird, muss die Bedienungsperson wissen, ob
die Änderung
die Qualität
des Polierens, welches das System ausführt, schädlich beeinflusst. Wir haben
festgestellt, dass eine Änderung
der Leistung des CMP-Systems zu einer Änderung in der Signatur führt. D.
h., dass bestimmte Merkmale in der Wellenform erscheinen, die vorher
nicht vorhanden sind, oder dass vorher existierende Merkmale sich ändern. Durch
Erfassen dieser Änderungen
ist es möglich, festzustellen,
wann ein System nicht wie gewünscht arbeitet.
-
Bei
der beschriebenen Ausführungsform sind
die aus der Interferometerwellenform extrahierten Größen die
Polierrate und die Messung der Gleichförmigkeit. Diese beiden Eigenschaften
sind aus der Interferometerwellenform leicht erhältlich, die während des
Polierens erzeugt wird, indem die vorher beschriebenen Methoden
verwendet werden. Ein richtig arbeitendes System erzeugt eine spezielle
Polierrate und ein spezielles Maß an Gleichförmigkeit. Ein
Abweichen von diesen Bezugswerten bildet eine Anzeige dafür, dass
das System sich von seinem gewünschten
Arbeitspunkt wegbewegt, und alarmiert die Bedienungsperson bezüglich der
Notwendigkeit eines Korrektureingriffs, um eine Zerstörung des
Produkts zu vermeiden.
-
Ein
Verfahren, welches eine CMP-Systemsignatur verwendet, ist in 20A gezeigt und wird nun beschrieben. Am Anfang
wird eine Interferometerwellenform (d. h. eine Signatur) für ein CMP-System
erzeugt, von dem man weiß,
dass es optimal arbeitet (Schritt 250). Die Entscheidung,
ob das System optimal arbeitet, kann empirisch erfolgen, indem ein Satz
von Versuchswafern behandelt wird und die Ergebnisse analysiert
werden. Wenn die Ergebnisse, die erzeugt werden, innerhalb der Vorgaben
liegen, kann die Signatur für
diese Ausgestaltung erzeugt werden und die Betriebsbedingungen können eingestellt
werden. Bevor ein Teil der Interferometerwellenform genommen wird,
ist es wünschenswert,
den Wafer zwischen 50 bis 100% des Wegs durch das Oxid zu polieren,
so dass die Wellenform eine echte Signatur der Polieranordnung ist.
-
Wenn
man die Wellenform erhalten hat, extrahiert man aus der erzeugten
Wellenform (Schritt 252) bestimmte relevante Merkmale und
speichert sie für
einen späteren
Gebrauch als Referenz, gegenüber
der die Systemleistung zu einer späteren Zeit oder späteren Zeitpunkten
(Schritt 254) bewertet wird. Alternativ kann die Wellenform
selbst gespeichert und als Referenz verwendet werden. Bei der beschriebenen
Ausgestaltung sind die extrahierten Merkmale die Polierrate und
die Messung der Gleichförmigkeit,
die beide aus der Wellenform, wie oben beschrieben, bestimmt werden
können.
-
Gemäß 20B kann zu einer etwas späteren Zeit die gespeicherte
Signatur (oder die extrahierten Merkmale) dazu verwendet werden,
das System oder ein anderes System für Fertigungszwecke zu bewerten.
Zur Bewertung eines Systems für
die Produktion erhält
man eine neue Signatur für
das System (Schritt 258), und die relevanten Merkmale werden
aus der neuen Signatur (Schritt 260) extrahiert. Die entnommenen
Merkmale werden dann mit dem gespeicherten Referenzsatz von Merkmalen
(Schritt 264) verglichen. Wenn der Betriebspunkt, wie er durch
den Satz von extrahierten Merkmalen gekennzeichnet ist, in einen
vorgegebenen Bereich um den Referenzpunkt fällt, wie er durch den gespeicherten Referenzsatz
von Merkmalen definiert ist, wird geschlossen, dass das System richtig
arbeitet und dass es für
die Behandlung von Produktwafern (Schritt 266) online gebracht
werden kann. Wenn dieser Prozess automatisiert ist, kann der Rechner
an diesem Punkt die Bedienungsperson darauf hinweisen, dass der
Prozess innerhalb der Vorgaben abläuft. Wenn andererseits der
Betriebspunkt außerhalb
des vorgegebenen Bereichs fällt,
was eine Anzeige dafür
ist, dass das System nicht innerhalb der Vorgaben arbeitet, wird
die Bedienungsperson auf dieses Problem aufmerksam gemacht, so dass
sie korrigierend eingreifen kann (Schritt 268). Zu dem
Korrektureingriff kann das geeignete Einstellen einiger Prozessparameter
gehören,
um den Prozess in den Vorgabenbereich zu bringen. Wenn beispielsweise
die Polierrate zu groß ist
oder wenn die Oxidungleichförmigkeit
größer als
erlaubt ist, kann die Bedienungsperson erkennen, dass es zweckmäßig ist,
eine neue Charge der Schlämme
zu versuchen oder den Druck auf das Kissen einzustellen oder auch
das Kissen auszutauschen. Der spezielle Verlauf des Korrektureingriffs, der
gewählt
wird, hängt
natürlich
von den Einzelheiten ab, wie das System von dem gewünschten
Betriebspunkt abgewichen ist, von der Ausgestaltung und den Betriebsparametern
des speziellen Systems und davon, was die Bedienungsperson ihre
Erfahrung lehrt.
-
Um
der Bedienungsperson weitere nützliche Informationen
zu geben, gibt der Rechner optional auch über seine Anzeigevorrichtungen)
Informationen über
die extrahierten Merkmale (Schritt 262) aus. Die angezeigten
Informationen können
als die extrahierten Merkmale, die Wellenform, wie nahe die verschiedenen
extrahierten Merkmale zu den unterschiedlichen Merkmalen des gespeicherten
Referenzsatzes liegen, oder was sich als besonders nützlich für die Bedienungsperson
erweist, angegeben werden.
-
Natürlich kann
der oben beschriebene In-situ-Realzeit-Überwachungsvorgang periodisch
während
der Behandlung von Produktionswafern oder immer dann verwendet werden,
wenn irgendein Prozessparameter in dem CMP-System geändert wird (beispielsweise
wenn ein neues Polierkissen verwendet wird, der Polierdruck eingestellt
wird oder wenn eine neue Charge von Schlämme verwendet wird). Dabei
ist es erforderlich zu wissen, dass sich der CMP-Prozess noch innerhalb
der Vorgaben befindet. Anstelle des tatsächlichen Produkts kann der
Prozess außerdem
bei blanken Wafern verwendet werden, um das CMP-System zu bewerten,
bevor es am aktuellen Produkt eingesetzt wird.
-
Obwohl
wir einen geradlinigen und einfachen Weg beschrieben haben, um Informationen
aus der Signaturwellenform zu extrahieren, d. h. durch Verwenden
der Polierrate und des Maßes
der Gleichförmigkeit,
kann die Signatur oder die Interferometerwellenform dadurch analysiert
werden, dass kompliziertere Techniken verwendet werden (beispielsweise
Muster oder Merkmalserkennung oder andere Bildanalysealgorithmen
oder neurale Netzwerke, um nur einige Alternativen zu nennen). Die
Informationen, die die verschiedenen extrahierten Merkmale hinsichtlich
des Betriebs des Systems tragen, können durch Versuche bestimmt
werden, wobei diejenigen verwendet werden können, die die Informationen tragen,
die als äußerst wichtig
angesehen werden.
-
Anzumerken
ist auch, dass ein einfaches Anzeigen der Interferometerwellenform
(d. h. der Prozesssignatur) für
die Bedienungsperson eine wertvolle Rückkoppelung darüber geben
kann, wie gut sich das System verhält. Gewöhnlich ist das menschliche Auge äußerst empfindlich
hinsichtlich der Erfassung auch von feinen Änderungen in einem Bild gegenüber dem,
was man zu sehen erwartet. Deshalb ist die Bedienungsperson, nachdem
sie einige Erfahrung gesammelt hat, in der Lage, Änderungen
und immanente Probleme bei der CMP-System-Gesamtleistung einfach durch
Blicken auf die Wellenform zu erfassen. Bei der beschriebenen Ausführungsform zeigt
somit der Rechner auch die Signaturwellenform für die Bedienungsperson während der
Behandlung an, so dass die Bedienungsperson sie auch zur Überwachung
der Vorrichtungsleistung verwenden kann.
-
Durch
Verwenden von dem Fachmann bekannten Techniken kann man leicht Software-Algorithmen
entwickeln, die Änderungen
automatisch erkennen oder erfassen, nach denen die Bedienungsperson
Ausschau hält,
und die der Bedienungsperson Hinweise auf bestimmte Probleme geben.
-
Modifizierung zur Erzielung
einer verbesserten Leistung
-
Zu
einer anderen Ausgestaltung gehört
eine Modifizierung des Fensters in dem Kissen zwischen dem Interferometer
und dem Wafer. Obwohl das Kissen einen wesentlichen Teil des Interferometer-Laserstrahls
durchlässt,
hat sich gezeigt, dass es auch eine beträchtliche reflektive Komponente
von der unteren Fläche
des Kissens gibt. Diese Situation ist in 21A gezeigt,
wo ein Teil des Laserstrahls 34, der aus dem Laserinterferometer 32 ausgeht,
durch das Kissen 22 hindurchgeht und einen durchgegangenen Strahl 702 bildet,
während
ein Teil des Laserstrahls 34 von der Rückseitenfläche 704 des Kissens 22 reflektiert
wird und einen reflektierten Strahl 706 bildet. Der reflektierte
Strahl 706 erzeugt eine beträchtliche Gleichstrom-(DC-)Verschiebung
in dem Datensignal. 21B zeigt diese Verschiebung
(jedoch zum Zwecke der Klarheit übertrieben).
Bei diesem Beispiel addiert die DC-Verschiebung, die sich aus dem
reflektierten Laserlicht ergibt, etwa 8,0 V zu dem Gesamtsignal
hinzu. Die DC-Verschiebung erzeugt Probleme beim Analysieren des
nützlichen
Teils des Datensignals. Wenn beispielsweise die Datenanalysevorrichtung
in einem Bereich von 0 bis 10 V arbeitet, ist eine Verstärkung des
DC-verschobenen Signals zur Steigerung des interessierenden Anteils
ohne Reduzierung oder Beseitigung der DC-Komponente des Signals
nahezu unmöglich.
Wenn die DC-Komponente nicht beseitigt wird, würde die Anordnung durch das
verstärkte
Signal gesättigt.
Eine Reduzierung oder Beseitigung der DC-Komponente erfordert elektronisch hinzugefügte Signalverarbeitungselektroniken
und kann zu einer Verschlechterung des nützlichen Anteils des Signals
führen.
Auch wenn die DC-Verschiebung
nicht so groß wie
hier beschrieben ist, ist wahrscheinlich eine bestimmte Signalverarbeitung
für ihre
Beseitigung erforderlich. Deshalb möchte man ein nichtelektronisches
Verfahren zur Reduzierung oder Beseitigung dieser unerwünschten DC-Komponente haben.
-
Es
hat sich gezeigt, dass durch Erzeugung einer diffusen Oberfläche 704' auf der Rückseite
des Kissens 22 in dem das Fenster bildenden Bereich, wie
es in 21C gezeigt ist, das reflektierte
Licht von dieser Oberfläche
gedämpft
wird. Dadurch wird die unerwünschte
DC-Komponente des Datensignals reduziert. Die diffuse Oberfläche 704' streut tatsächlich das
nicht hindurchgegangene Laserlicht 708, anstatt es zum
größten Teil
zurück
zu dem Interferometer 32 zu reflektieren. Das reflektierte
Signal aus dem Wafer muss auch durch die diffuse Oberfläche 704' gehen, wobei
es ebenfalls gestreut wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass dies
die Leistung des Interferometers nicht ernsthaft verschlechtert.
-
21D zeigt das Datensignal, das man erhält, wenn
die diffuse Oberfläche 704' verwendet wird.
Man sieht, dass bei Beseitigung der DC-Komponente das Signal leicht
ver stärkt
und verarbeitet werden kann, ohne dass es erforderlich ist, irgendeinen
DC-Anteil elektronisch zu beseitigen.
-
Wie
die diffuse Oberfläche
erzeugt wird, ist nicht von zentraler Bedeutung. Sie kann durch
Sandstrahlen der Rückseite
des Polierkissens in der Nähe des
Fensters oder durch Aufbringen einer Materialbeschichtung erzeugt
werden, die diffus ist (beispielsweise ein Klebeband) oder auf irgendeine
andere Weise, die die gewünschten
Ergebnisse erzielt.