DE69635816T2

DE69635816T2 - Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zur In-Situ-Kontrolle und Bestimmung des Endes von chemisch-mechanischen Planiervorgängen

Info

Publication number: DE69635816T2
Application number: DE69635816T
Authority: DE
Inventors: Manoocher Birang; Nils Johansson; Allan Gleason; Grigory Pyatigorsky
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: EP0738561A1; DE69618698D1; KR100542474B1; US20140038501A1; US20110070808A1; DE69632490D1; JP3431115B2; US20100240281A1; US7731566B2; DE69632490T2; EP0738561B1; DE69618698T2; JP2004006663A; US20120107971A1; JPH097985A; US8556679B2; US8092274B2; JP3510622B2; US20080227367A1; DE69635816D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Halbleiterherstellung, und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum chemischen-mechanischen Polieren (CMP) und der In-situ-Endpunkterfassung während des CMP-Prozesses.
Bei dem Verfahren zur Herstellung moderner integrierter Halbleiterschaltungen (ICs) ist es erforderlich, verschiedene Materialschichten und Strukturelemente über vorher ausgebildeten Schichten und Strukturelementen auszubilden. Die vorhergehenden Ausbildungen geben jedoch eine Oberflächentopographie eines in Behandlung befindlichen Wafers, die höchst unregelmäßig ist und mit Bondhügeln, Bereichen ungleicher Erhebung, Vertiefungen, Gräben und/oder anderen Oberflächenunregelmäßigkeiten versehen sind. Diese Unregelmäßigkeiten führen zu Problemen, wenn die nächste Schicht ausgebildet wird. Wenn beispielsweise ein photolithographisches Muster gedruckt wird, das über vorher ausgebildeten Schichten kleine Geometrien hat, ist eine sehr flache Fokustiefe erforderlich. Dementsprechend ist es wichtig, dass man eine ebene und planare Oberfläche hat, da sonst einige Teile des Musters in dem Fokus liegen und andere Teile nicht. Tatsächlich bevorzugt sind Oberflächenänderungen in der Größenordnung von weniger als 1000 Å über einem 25 × 25 mm-Chip. Wenn die Unregelmäßigkeiten nicht bei jedem Hauptbehandlungsschritt nivelliert werden, kann zusätzlich die Oberflächentopographie des Wafers noch unregelmäßiger werden, was weitere Probleme ergibt, wenn sich die Schichten während der weiteren Behandlung aufeinander stapeln. Abhängig von der Chipart und der Größe der zugehörigen Geometrien können die Oberflächenunregelmäßigkeiten zu einer schlechten Ausbeute und zu einer geringen Bauelementleistung führen. Demzufolge möchte man eine Art von Planarisierung oder Nivellierung der IC-Strukturelemente bewirken. Tatsächlich machen die meisten Herstellungsmethoden für ICs mit hoher Dichte Gebrauch von einem Verfahren zur Ausbildung einer planarisierten Waferoberfläche an kritischen Punkten des Fertigungsprozesses.
Ein Verfahren zum Erzielen einer Halbleiterwaferplanarisierung oder -topographieentfernung ist der chemische-mechanische Polierprozess (CMP). Insgesamt gehört zu dem chemischen- mechanischen Polierprozess (CMP) das Halten und/oder Drehen des Wafers an einer rotierenden Polierplatte unter einem gesteuerten Druck. Wie in 1 gezeigt ist, hat eine typische CMP-Vorrichtung einen Polierkopf 12 zum Halten des Halbleiterwafers 14 an der Polierplatte 16. Die Polierplatte 16 ist mit einem Kissen 18 abgedeckt. Dieses Kissen 18 hat gewöhnlicherweise eine Stützschicht 20, die sich an die Oberfläche der Platte anschließt, 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 Stützschicht. Die Abdeckschicht 22 ist üblicherweise entweder ein offenzelliges geschäumtes Polyurethan (beispielsweise Rodel IC1000) oder eine Bahn aus Polyurethan mit einer genuteten Oberfläche (beispielsweise Rodel EX2000). Das Kissenmaterial ist mit der chemischen Polierschlämme benetzt, die sowohl ein Abriebsmaterial als auch Chemikalien enthält. Eine typische chemische Schlämme weist KOH (Kaliumhydroxid) und Quarzstaubteilchen auf. Die Platte wird gewöhnlich um ihre zentrale Achse 24 gedreht. Zusätzlich wird der Polierkopf üblicherweise um seine zentrale Achse 26 gedreht und über der Oberfläche der Platte 16 mit einem Schiebungsarm 28 verschoben. Obwohl gerade ein Polierkopf in 1 gezeigt ist, haben CMP-Vorrichtungen gewöhnlich mehr als einen dieser Köpfe, die im Abstand am Umfang um die Polierplatte herum angeordnet ist.
Ein spezielles Problem, das bei dem CMP-Prozess auftritt, besteht in der Bestimmung, dass ein Teil auf eine gewünschte Ebenheit oder relative Dicke planarisiert worden ist. Insgesamt besteht ein Bedürfnis zu erfassen, wann die gewünschten Oberflächeneigenschaften oder der planare Zustand erreicht worden ist. Dies wurde auf eine Vielzahl von Weisen 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 irgendwo anders überprüft. Wenn der Wafer den gewünschten Spezifizierungen nicht genügte, musste er wieder in die CMP-Vorrichtung geladen und erneut behandelt werden. Dies war ein zeitraubendes und arbeitsintensives Vorgehen. Alternativ konnte die Prüfung ergeben, dass eine zu große Materialmenge entfernt wurde, was das Teil unbrauchbar machte. Es bestand deshalb ein Bedürfnis beim Stand der Technik nach einer Vorrichtung, die in situ während des CMP-Prozesses erfasst, wann die gewünschte Oberflächeneigenschaft oder Dicke erreicht worden ist.
Zur In-situ-Erfassung von Endpunkten während des CMP-Prozesses wurden mehrere Vorrichtungen und Verfahren entwickelt. Beispielsweise hat man Vorrichtungen und Verfahren ver wendet, die in Zusammenhang mit der Verwendung von Ultraschallwellen und mit der Erfassung von Änderungen des mechanischen Widerstands, der elektrischen Impedanz oder der Waferoberflächentemperatur stehen. Diese Vorrichtungen und Verfahren beruhen auf der Bestimmung der Dicke des Wafers oder einer Schicht von ihm und auf der Erstellung eines Prozessendpunkts durch Überwachen der Änderung in der Dicke. In dem Fall, in welchem die Oberflächenschicht des Wafers dünner gemacht wird, wird die Änderung in der Dicke dazu verwendet zu bestimmen, wann die Oberflächenschicht die gewünschte Tiefe hat. Im Falle einer Planarisierung eines strukturierten Wafers mit einer unregelmäßigen Oberfläche wird der Endpunkt zum Überwachen der Änderung der Dicke und die Kenntnis der angenäherten Tiefe der Oberflächenunregelmäßigkeiten bestimmt. Wenn die Änderung in der Dicke gleich der Tiefe der Unregelmäßigkeiten ist, wird der CMP-Prozess beendet. Obwohl diese Vorrichtungen und Verfahren für die Anwendungen, für die sie vorgesehen sind, vernünftig arbeiten, besteht ein Bedürfnis nach Systemen, die eine genauere Bestimmung des Endpunkts bereitstellen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Fenster eine Kreisform. Bei einer Ausführung ist das Fenster bogenförmig. Das bogenförmige Fenster hat einen Radius mit einem Ursprung, der mit dem Drehzentrum der Platte zusammenfällt. Einige Ausgestaltungen der Erfindung haben auch einen Laserstrahl, dessen Strahldurchmesser an seinem Auftreffpunkt auf den Wafer beträchtlich größer ist als der kleinste Durchmesser, der für die verwendete Wellenlänge möglich ist.
Die CMP-Vorrichtung kann auch einen Positionssensor zum Erfassen haben, wann sich das Fenster in der Nähe des Wafers befindet. Das gewährleistet, dass ein von einem Laser-Interferometer erzeugter Laserstrahl unversperrt durch das Fenster hindurchgehen und auf den Wafer treffen kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Sensor einen Abdeckschirm, der längs eines Teils des Umfangs der Platte befestigt ist und sich davon radial nach außen erstreckt. Zusätzlich ist an dem Rahmen an dem Umfang der Platte ein Sensor in der Bauweise mit optischem Unterbrecher angebracht. Dieser Sensor ist in der Lage, einen optischen Strahl zu erzeugen, der die Erzeugung eines Signals verursacht, solange der optische Strahl von dem Abdeckschirm unterbrochen ist. Deshalb ist der Abdeckschirm an dem Umfang der Platte in einer solchen Position befestigt, dass der optische Strahl durch den Abdeckschirm immer dann unterbrochen wird, wenn der Laserstrahl dazu gebracht werden kann, unversperrt durch das Fenster hindurchzugehen und auf den Wafer aufzutreffen.
Das Laser-Interferometer hat eine Vorrichtung, um immer dann ein Detektorsignal zu erzeugen, wenn von dem Wafer reflektiertes Licht festgestellt wird, während der Positionssensor ein Element aufweist, um immer dann ein Fühlsignal abzugeben, wenn das Fenster an den Wafer angrenzt. Dies versetzt eine Datenerfassungsvorrichtung in die Lage, das Detektorsignal aus dem Laser-Interferometer während der Dauer des Fühlsignals aus dem Positionssensor abzutasten. Die Datenerfassungsvorrichtung verwendet dann ein Element zum Abgeben eines Datensignals, das das abgetastete Detektorsignal darstellt. Die Datenerfassungsvorrichtung kann auch ein Element zum Integrieren des abgetasteten Detektorsignals aus dem Laser-Interferometer über einen vorgegebenen Zeitraum aufweisen, so dass der Ausgang ein Datensignal ist, welches die integrierten Abtastungen des Detektorsignals darstellt. In Fällen in denen der vorstehend erwähnte bestimmte Abtastzeitraum während nur einer Drehung der Platte nicht erhalten werden kann, wird ein anderes Verfahren einer stückweisen Datenerfassung verwendet. Insbesondere kann die Datenerfassungsvorrichtung Elemente zur Ausführung des Verfahrens der Abtastung des Detektorsignalausgangs aus dem Laser-Interferometer während jeder vollständigen Umdrehung der Platte für eine Abtastzeit zum Integrieren jeder Abtastung des Detektorsignals über der Abtastzeit zur Erzeugung eines jeder Abtastung entsprechenden integrierten Werts und zur Lagerung jedes integrierten Werts aufweisen. Die Datenerfassungsvorrichtung verwendet dann andere Elemente zur Berechnung einer kumulativen Abtastzeit nach jeder vollständigen Umdrehung der Platte (wenn die kumulative Abtastzeit die Summe der Abtastzeiten ist, die jede Abtastung des Detektorsignals zugeordnet ist) zum Vergleichen der kumulativen Abtastzeit mit einer gewünschten minimalen Abtastzeit und zum Überführen der gespeicherten integrierten Werte aus dem Speicherelement zu dem Element zur Berechnung einer Summierung daraus immer dann, wenn die kumulative Abtastzeit der vorgegebenen minimalen Abtastzeit gleich ist oder sie überschreitet. Somit ist der erwähnte Ausgang ein Datensignal, das eine Reihe von Integrierter-Wert-Summierungen aus dem Summierelement darstellt.
Aufgrund der Interferenz zwischen dem Teil des Laserstrahls, der von der Oberfläche der Oxidschicht des Wafers reflektiert wird, und dem Teil, der von der Oberfläche des darunter liegenden Wafersubstrats reflektiert wird, wenn die Oxidschicht während des CMP-Prozesses dünner gemacht wird, ist der Datensignalausgang von der Datenerfassungsvorrichtung zyklisch. Deshalb kann bei einem CMP-Prozess der Endpunkt für das Dünnwerden der Oxidschicht eines blanken Oxidwafers unter Verwendung von zusätzlichen Vorrichtungselementen zum Zählen einer Anzahl von Zyklen bestimmt werden, die von dem Datensignal gezeigt werden, wobei eine Dicke des Materials, das während eines Zyklus des Ausgangssignals entfernt wird, aus der Wellenlänge des Laserstrahls und dem Brechungsindex der Oxidschicht des Wafers berechnet wird und eine gewünschte Dicke des von der Oxidschicht zu entfernenden Materials mit einer entfernten Dicke verglichen wird, die das Produkt aus der Anzahl von Zyklen, die von dem Datensignal angezeigt werden, und der Dicke des während eines Zyklus entfernten Materials aufweist, und der CMP immer dann beendet wird, wenn die entfernte Dicke der gewünschten Dicke des zu entfernenden Materials gleich ist oder diese überschreitet. Alternativ kann anstelle des Zählens vollständiger Zyklen ein Teil eines Zyklus gezählt werden. Der Ablauf ist nahezu identisch mit der Ausnahme, dass die Dicke des entfernten Materials aus dem Teil des Zyklus anstatt aus einem ganzen Zyklus bestimmt wird.
Eine alternative Art der Bestimmung des Endpunkts bei einer CMP-Behandlung eines rohen Oxidwafers verwendet Vorrichtungselemente, welche die Zeit messen, welche das Datensignal braucht, um entweder eine vorgeschriebene Anzahl von Zyklen oder einen vorgeschriebenen Teil eines Zyklus abzuschließen, die Dicke des während der gemessenen Zeit entfernten Materials berechnen, eine Entfernungsrate durch Teilen der Dicke des entfernten Materials durch die gemessene Zeit berechnen, eine bleibende Entfernungsdicke durch Subtrahieren der Dicke des entfernten Materials von einer gewünschten Dicke von von der Oxidschicht zu entfernendem Material ermitteln, eine Rest-CMP-Zeit durch Teilen der verbleibenden Entfernungsdicke durch die Entfernungsrate erstellen und den CMP-Prozess nach dem Ablauf der Rest-CMP-Zeit beenden.
Diese Rest-CMP-Zeit kann zusätzlich nach jedem Auftreten der vorstehend erwähnten Anzahl von Zyklen oder Teilen von ihnen aktualisiert werden, um alle Änderungen in der Materialentfernungsrate zu kompensieren. In diesem Fall ist der Vorgang nahezu identisch mit der Ausnahme, dass die Ermittlung der Dicke des Materials zuerst die Summenbildung aller bei früheren Iterationen entfernten Dicken und das Subtrahieren dieser kumulativen Dicke von der gewünschten Dicke umfasst, um die Restentfernungsdickengröße zu bestimmen.
Wenn jedoch der Wafer eine ursprünglich unregelmäßige Oberflächentopographie hat und während des CMP-Prozesses planarisiert werden soll, ist das Datensignal nur zyklisch, nachdem die Waferoberfläche glatt geworden ist. In diesem Fall wird ein Endpunkt für den CMP-Prozess, der einer Bestimmung entspricht, dass der Wafer planarisiert worden ist, dadurch erhalten, dass zusätzliche Vorrichtungselemente verwendet werden, die eine zyklische Änderung in dem Datensignal messen und den CMP immer dann beenden, wenn das Erfassungselement die zyklische Änderung misst. Vorzugsweise ist das Messelement in der Lage, eine zyklische Änderung in dem Datensignal innerhalb höchstens eines Zyklusses vom Beginn dieser Änderung an zu messen.
Unter bestimmten Umständen möchte man die Filmdicke steuern, die über einem Strukturelement auf einem strukturierten Wafer liegt. Diese Filmdicke kann nicht immer durch die vorstehend erwähnte Planarisierung erreicht werden. Diese Steuerung kann jedoch noch dadurch erhalten werden, dass das Datensignal gefiltert wird, um alle Frequenzen außer derjenigen auszuschließen, die dem speziellen Strukturelement oder einer Gruppe von Strukturelementen ähnlicher Größe zugeordnet ist, über dem/denen eine spezifische Filmdicke erwünscht ist. Wenn einmal das Signal gefiltert worden ist, kann im Wesentlichen jede der vorher zusammengefassten Weisen zur Bestimmung eines CMP-Endpunkts für einen rohen Oxidwafer an dem gemusterten Wafer verwendet werden.
Der Datensignalausgang aus der Datenerfassungsvorrichtung kann auch vorteilhafterweise für andere Dinge als zur Bestimmung des Endpunkts des ablaufenden CMP-Prozesses verwendet werden, nämlich als In-situ-Verfahren zum Messen der Gleichförmigkeit einer Schicht auf einem Substrat während des Polierens der Schicht. Das Verfahren weist die Schritte auf, einen Lichtstrahl zu der Schicht während des Polierens zu richten, ein Interferenzsignal zu überwachen, das von dem Lichtstrahl erzeugt wird, der von dem Substrat wegreflektiert wird, und ein Gleichförmigkeitsmaß aus dem Interferenzsignal zu berechnen.
Der Berechnungsschritt kann das Extrahieren einer Elementinformation aus dem Interferenzsignal und das Berechnen der Gleichförmigkeitsmaßes aus der extrahierten Elementinformation einschließen. 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 divergiert. Das Interferenzsignal hat eine Niederfrequenzkomponente, und der Extrahierschritt weist das Messen einer ersten Charakteristik der Niederfrequenzkomponente und das Ableiten der extrahierten Information aus der ersten Charakteristik auf. Tatsächlich hat das Interferometersignal auch eine hochfrequente Komponente, und der Extrahierschritt weist weiterhin das Messen einer zweiten Charakteristik des Hochfrequenzsignals und das Ableiten der extrahierten Information aus der ersten und zweiten Charakteristik auf. Insbesondere sind die erste und zweite Charakteristik Amplituden der hoch- bzw. niederfrequenten Signale, wobei der Ableitungsschritt das Berechnen eines Verhältnisses der Amplituden der hoch- und niederfrequenten Signale einschließt.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorteilen werden weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung aus der ins Einzelnen gehenden folgenden Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungsfiguren ersichtlich.
Die speziellen Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich besser im Hinblick auf die folgende Beschreibung, die anschließenden Ansprüche und die beiliegenden Zeichnungen verstehen, in denen
1 eine Seitenansicht einer chemischen-mechanischen Poliervorrichtung (CMP) ist, die für den Stand der Technik typisch ist,
2 eine Seitenansicht einer chemischen-mechanischen Poliervorrichtung mit Endpunktmessung ist, die mit einigen Aspekten in Übereinstimmung mit der Erfindung, jedoch ohne Feststoff-Fensterelement gebaut ist,
3A und 3B vereinfachte Schnittansichten der jeweiligen Ausgestaltungen des Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2 sind, die lediglich zur Veranschaulichung des Standes der Technik eingeschlossen sind,
3C eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2 und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist,
4 eine vereinfachte Schnittansicht eines Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2 ist, die Bauelemente eines Laser-Interferometers zeigt, das einen Laserstrahl erzeugt und einen reflektierten Interferenzstrahl misst, wobei diese Ausgestaltung nicht Teil der Erfindung ist,
5 eine vereinfachte Schnittansicht eines rohen Oxidwafers ist, der mit der Vorrichtung von 2 zu behandeln ist, wobei schematisch der auf den Wafer treffende Laserstrahl und die Reflexionsstrahlen gezeigt sind, die einen resultierenden Interferenzstrahl bilden,
6 eine vereinfachte Draufsicht auf die Platte der Vorrichtung von 2 ist und eine mögliche relative Anordnung zwischen dem Fenster und dem Sensorabdeckschirm sowie dem Sensor und dem Laser-Interferometer zeigt,
7 eine Draufsicht auf die Platte der Vorrichtung von 2 ist, wobei eine relative Anordnung zwischen dem Fenster und dem Sensorabdeckschirm sowie zwischen dem Sensor und dem Laser gezeigt ist und das Fenster die Form eines Bogens hat,
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens für eine stückweise Datenerfassung nach der vorliegenden Erfindung ist,
9A und 9B Diagramme sind, die die zyklische Änderung des Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der Zeit während des Dünnmachens eines rohen Oxidwafers zeigen, wobei das Diagramm von 9A die integrierten Werte des Datensignals integriert über der gewünschten Abtastzeit und das Diagramm von 9B eine gefilterte Version der integrierten Werte zeigt,
10A ein Ablaufdiagramm eines rückwärts blickenden Verfahrens zur Bestimmung des Endpunkts eines CMP-Prozesses zum Dünnmachen der Oxidschicht eines rohen Oxidwafers nach der vorliegenden Erfindung ist,
10B ein Ablaufdiagramm eines vorwärts blickenden Verfahrens zur Bestimmung des Endpunkts eines CMP-Prozesses zum Dünnmachen der Oxidschicht eines rohen Oxidwafers nach der vorliegenden Erfindung ist,
11A bis 11C vereinfachte Schnittansichten eines strukturierten Wafers mit einer unregelmäßigen Oberfläche sind, die von der Vorrichtung von 2 bearbeitet wird, wobei 11A den Wafer zu Beginn des CMP-Prozesses, 11B den Wafer etwa in der Mitte während des Prozesses und 11C den Wafer nahe am Punkt der Planarisierung zeigt,
12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Endpunkts eines CMP-Prozesses zum Planarisieren eines strukturierten Wafers mit einer unregelmäßigen Oberfläche nach der vorliegenden Erfindung ist,
13 ein Diagramm ist, das eine Änderung des Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der Zeit während der Planarisierung eines strukturierten Wafers zeigt,
14 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Endpunktes eines CMP-Prozesses zur Steuerung der Filmdicke, die über einem speziell bemessenen Strukturelement oder einer Gruppe von ähnlich bemessenen Strukturelementen liegt, nach der vorliegenden Erfindung ist,
15A eine vereinfachte Schnittansicht eines Wafers mit einem Oberflächenfehler ist, der von einem Laserstrahl mit engem Durchmesser beleuchtet wird,
15B eine vereinfachte Schnittansicht eines Wafers mit einem Oberflächenfehler ist, der von einem Laserstrahl mit breitem Durchmesser beleuchtet wird,
16 ein Diagramm ist, das die zyklische Änderung des Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der Zeit während des Dünnmachens eines rohen Oxidwafers zeigt, wobei das einer nicht-gleichförmigen Waferoberfläche zugeordnete Hochfrequenzsignal eingeschlossen ist,
17 eine schematische Darstellung eines CMP-Systems mit einem Interferometer und einem Rechner ist, der für das Analysieren und Ansprechen auf das Ausgangssignal der Interferometerwellenform programmiert ist,
18 ein Blockschaltbild ist, das die Funktionalität zeigt, die in dem Rechner ausgeführt ist, um die In-situ-Überwachung der Gleichförmigkeit auszuführen,
19(a) bis 19(c) Beispiele eines Interferometersignals, nämlich das Interferometersignal nach dem Filtern durch ein Niederfrequenz-Bandpassfilter bzw. das Interferometersignal nach dem Filtern durch ein Hochfrequenz-Bandpassfilter zeigen,
20(a), 20(b) Ablaufdiagramme sind, die den Vorgang zur Erzeugung und dann zur Verwendung einer Signatur eines CMP-Systems zeigen, um es für den Produktionseinsatz zu qualifizieren,
21(a) eine vereinfachte Schnittansicht einer Ausführungsform eines Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2 ist, bei welcher das Polierkissen als Fenster verwendet wird und eine Reflexion von der Rückseite des Kissens gezeigt ist,
21(b) ein Diagramm ist, das die zyklische Änderung des Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der Zeit einer großen Gleichstromkomponente zeigt, die durch die Reflexion aus der Rückseite des Kissens der Ausführungsform von 21(a) verursacht wird,
21(c) eine vereinfachte Schnittansicht einer Ausführungsform des Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2 ist, die ein Polierkissen als Fenster mit einer diffus gemachten Rückseite zur Unterdrückung von Reflexionen verwendet, und
21(d) ein Diagramm ist, das die zyklische Änderung des Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der Zeit ohne die große Gleichstromkomponente zeigt, die durch die Reflexion aus der Rückseite des Kissens infolge der diffusen Rückseitenfläche der Ausführungsform von 21(c) verursacht wird.
2 zeigt einen Teil einer CMP-Vorrichtung, die gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung modifiziert ist. In der Platte 16 und in dem darüber liegenden Plattenkissen 18 ist ein Loch 30 ausgebildet. Dieses Loch 30 ist so positioniert, dass es Sicht auf den Wafer 14 hat, der von einem Polierkopf 12 während eines Teils der Plattendrehung unabhängig von der Querbewegung des Kopfs 12 gehalten wird. Unter der Platte 16 ist ein Laser-Interferometer 32 in einer Position befestigt, die es einem Laserstrahl 34, der von dem Laser-Interferometer 32 projiziert wird, ermöglicht, durch das Loch 30 in der Platte 16 hindurchzugehen und auf die Oberfläche des darüber liegenden Wafers 14 während einer Zeit zu treffen, wenn das Loch 30 dem Wafer 14 benachbart ist.
Eine detaillierte Ansicht des Plattenlochs 30 und des Wafers 14 (zum Zeitpunkt, wenn er über dem Plattenloch 30 liegt) ist in 3A bis 3C gezeigt. Wie aus 3A zu sehen ist, die nur wegen des Hintergrundinteresses eingeschlossen ist, hat das Plattenloch 30 einen abgestuften Durchmesser und bildet so eine Schulter 36. Die Schulter 36 wird benutzt, um einen Quarzeinsatz 38 aufzunehmen und zu halten, der als Fenster für den Laserstrahl 34 wirkt. Die Trennfläche zwischen der Platte 16 und dem Einsatz 38 ist abgedichtet, so dass der Teil der chemischen Schlämme 40, die ihren Weg zwischen den Wafer 14 und den Einsatz 38 findet, nicht durch den Boden der Platte 16 im Leckstrom hindurch kann. Der Quarzeinsatz 38 steht über die obere Fläche 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 Fläche des Wafers 14 minimieren. Durch Minimieren dieses Spaltes wird die Menge der Schlämme 40 minimiert, die in dem Spalt eingeschlossen wird. Dies ist vorteilhaft, weil die Schlämme 40 dazu neigt, das durch sie hindurchgehende Licht zu streuen und somit den Laserstrahl, der von dem Laser-Interferometer 32 emittiert wird, zu dämpfen. Je dünner die Schicht der Schlämme 40 zwischen dem Einsatz 38 und dem Wafer 14 ist, desto weniger werden der Laserstrahl 14 und das von dem Wafer reflektierte Licht gedämpft. Man geht davon aus, dass ein Spalt von etwa 1 mm akzeptable Dämpfungswerte während des CMP-Prozesses geben würde. Bevorzugt wird jedoch, diesen Spalt viel kleiner zu machen. Der Spalt sollte so klein wie möglich sein, jedoch sollte noch gewährleistet sein, dass der Einsatz 38 den Wafer 14 zu irgendeiner Zeit während des CMP-Prozesses nicht berührt. Bei einer untersuchten Version wurde der Spalt zwischen dem Einsatz 38 und dem Wafer 14 auf 10 mils (250 μm) mit zufrieden stellenden Ergebnissen eingestellt.
3B zeigt eine alternative Ausgestaltung der Platte 16 des Kissens 18, die nur für den Hintergrund von Interesse ist. Bei dieser Ausführungsform wurde der Quarzeinsatz weggelassen, und in dem Kissen 18 ist kein Durchgangsloch vorhanden. Stattdessen wurde die Abstützschicht 20 (wenn vorhanden) des Kissens 18 in dem Bereich, der über dem Loch 30 in der Platte 16 liegt, entfernt. Dadurch verbleibt die Polyurethanabdeckschicht 22 des Kissens 18 nur zwischen dem Wafer 14 und der Unterseite der Platte 16. Es hat sich gezeigt, dass das bei der Abdeckschicht 22 verwendete Polyurethanmaterial den Laserstrahl 34 aus dem Laser-Interferometer 32 im Wesentlichen durchlässt. Somit wirkt der Teil der Abdeckschicht 22, der über dem Plattenloch 30 liegt, als Fenster für den Laserstrahl 34. Diese alternative Anordnung hat merkliche Vorteile. Erstens gibt es, weil das Kissen 18 selbst als Fenster verwendet wird, keinen merklichen Spalt. Deshalb ist nur sehr wenig Schlämme 40 vorhanden, die das nachteilige Streuen des Laserstrahls herbeiführt. Ein weiterer Vorteil dieser alternativen Ausgestaltung besteht darin, dass der Kissenverschleiß irrelevant wird. Bei der zuerst beschriebe nen Ausführung von 3a war der Spalt zwischen dem Quarzeinsatz 38 und dem Wafer 14 so klein wie möglich. Wenn jedoch das Kissen 18 verschleißt, neigt dieser Spalt dazu, immer größer zu werden. Schließlich kann der Verschleiß so groß werden, dass die Oberseite des Einsatzes 38 den Wafer 14 berührt und beschädigt. Da das Kissen 18 als Fenster bei der alternativen Ausführungsform von 3B verwendet wird und so ausgelegt ist, dass es mit dem Wafer 14 in Kontakt steht, gibt es keine nachteiligen Auswirkungen aufgrund des Verschleißens des Kissens 18. Zu erwähnen ist, dass Versuche, bei denen sowohl der offenzellige als auch der mit Nuten versehene Oberflächentyp von Kissen verwendet wird, gezeigt haben, dass der Laserstrahl bei dem Kissen mit der Nuten aufweisenden Oberfläche weniger gedämpft wird. Dementsprechend wird bevorzugt, dass diese Art von Kissen verwendet wird.
Obwohl das Polyurethanmaterial, das bei der Abdeckschicht des Kissens verwendet wird, für den Laserstrahl im Wesentlichen durchlässig ist, enthält es bestimmte Zusätze, die seine Durchlässigkeit stören. Dieses Problem wird bei der Ausführungsform nach der Erfindung, die in 3C dargestellt ist, die der vorliegenden Erfindung entspricht, beseitigt. Bei dieser Ausführung ist das typische Kissenmaterial in dem Bereich, der über dem Plattenloch 30 liegt, durch einen Feststoff-Polyurethanstopfen 42 ausgetauscht. Dieser Stopfen 42, der als Fenster für den Laserstrahl wirkt, ist aus einem Polyurethanmaterial hergestellt, bei dem die Nutung (oder der offenzellige Aufbau) des umgebenden Kissenmaterials fehlt und das frei von Zusätzen ist, die die Durchlässigkeit stören. Dementsprechend wird die Dämpfung des Laserstrahl 34 durch den Stopfen 42 hindurch minimiert. Vorzugsweise ist der Stopfen 42 als ein Stück in das Kissen 18 eingeformt.
In Betrieb verwendet eine CMP-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung den Laserstrahl aus dem Laser-Interferometer zur Bestimmung der Materialmenge, die von der Oberfläche des Wafers entfernt ist, oder zur Bestimmung, wann die Oberfläche planarisiert worden ist. Der Anfang dieses Prozesses wird anhand von 4 erläutert. Zu erwähnen ist, dass als Elemente des Laser-Interferometers 32 ein Laser und ein Kollimator 44, ein Strahlteiler 46 und ein Detektor 48 gezeigt sind. Dadurch wird die vorstehende Erläuterung des Betriebs der CMP-Vorrichtung erleichtert. Zusätzlich ist die den Quarzeinsatz 38 als Fenster verwendende Ausgestaltung von 3A aus Zweckmäßigkeitsgründen gezeigt. Natürlich ist die gezeigte Ausgestaltung nur eine mögliche Anordnung, wobei auch andere zum Einsatz kommen können. Beispielsweise kann jede der vorstehend erwähnten Fensteranordnungen verwendet werden, und es sind alternative Ausgestaltungen des Laser-Interferometers 32 möglich. Eine al ternative Interferometeranordnung würde einen Laser zur Erzeugung eines Strahls benutzen, der auf die Oberfläche des Wafers in einem Winkel einfällt. Bei dieser Ausführung würde ein Detektor an einer Stelle positioniert, wo das von dem Wafer reflektierte Licht auf ihn treffen würde. Bei dieser alternativen Ausgestaltung wäre kein Strahlenteiler erforderlich.
Wie in 4 gezeigt ist, erzeugen der Laser und der Kollimator 44 einen gebündelten Laserstrahl 34, der auf den unteren Teil des Strahlenteilers 46 einfällt. Ein Teil des Strahls 34 geht durch den Strahlenteiler 44 und den Quarzeinsatz 38 hindurch. Wenn dieser Teil des Strahls 34 das obere Ende des Einsatzes 38 verlässt, pflanzt er sich durch die Schlämme 40 fort und trifft auf die Oberfläche des Wafers 14. Der Wafer 14, der im Einzelnen in 5 gezeigt ist, hat ein Substrat 50 aus Silicium und eine darüber liegende Oxidschicht 52 (beispielsweise SiO₂).
Der Teil des Strahls 34, der auf den Wafer 14 trifft, wird teilweise an der Oberfläche der Oxidschicht 52 reflektiert und bildet einen ersten reflektierten Strahl 54. Ein Teil des Lichts geht jedoch auch durch die Oxidschicht 52 hindurch und bildet einen Durchgangsstrahl 56, der auf das darunter liegende Substrat 50 trifft. Wenigstens etwas von dem Licht aus dem Durchgangsstrahl 56, der das Substrat 50 erreicht, wird durch die Oxidschicht 52 zurückreflektiert und bildet einen zweiten reflektierten Strahl 58. Der erste und der zweite reflektierte Strahl 54, 58 interferieren miteinander konstruktiv oder destruktiv, was von ihrer Phasenbeziehung abhängt, und bilden einen resultierenden Strahl 60, bei welchem die Phasenbeziehung hauptsächlich eine Funktion der Dicke der Oxidschicht 52 ist.
Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform ein Siliciumsubstrat mit einer einzigen Oxidschicht verwendet, sieht der Fachmann, dass der Interferenzvorgang auch bei anderen Substraten und anderen Oxidschichten auftritt. Der Schlüssel ist, dass die Oxidschicht den auftreffenden Strahl teilweise reflektiert und teilweise durchlässt und dass das Substrat ihn wenigstens teilweise reflektiert. Zusätzlich kann der Interferenzvorgang auch für Wafer mit Mehrfachschichten anwendbar sein, die über dem Substrat liegen. Wenn jede Schicht teilweise reflektiv und teilweise durchlässig ist, wird wieder ein resultierender Interferenzstrahl erzeugt, obwohl er eine Kombination der reflektierten Strahlen von allen Schichten und von dem Substrat ist.
Aus 4 ist wiederum zu sehen, dass der resultierende Strahl 60, der die Kombination des ersten und zweiten reflektierten Strahls 54, 58 (5) wiedergibt, zurück durch die Schlämme 40 und den Einsatz 38 zum oberen Teil des Strahlenteilers 64 fortschreitet. Der Strahlenteiler 46 zweigt einen Teil des resultierenden Strahls 60 zum Detektor 48 hin ab.
Die Platte 16 dreht sich gewöhnlich während des CMP-Prozesses. Deshalb hat das Plattenloch 30 nur während eines Teils seiner Drehung einen Blick auf den Wafer 14. Dementsprechend wird das Detektorsignal aus dem Laser-Interferometer 32 nur dann abgetastet, wenn der Wafer 14 auf den Laserstrahl 34 trifft. Wichtig ist, dass das Detektorsignal nicht abgetastet wird, wenn der Laserstrahl 34 teilweise durch das Loch 30 hindurchgeht, also wenn ein Teil durch den Boden der Platte 16 am Lochrand blockiert ist, zumal dies in dem Signal ein beträchtliches Rauschen verursachen würde. Damit dies nicht eintritt, wurde eine Positionssensorvorrichtung vorgesehen. Es kann jeder bekannte Annäherungssensor verwendet werden, wie ein Hall-Effekt-.....?strom-optischer Unterbrecher- oder akustischer Sensor, obwohl ein Sensor der optischen Unterbrecherbauweise bei den untersuchten Ausführungen der Erfindung verwendet wurde und in den folgenden Figuren gezeigt wird. In 6 ist eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Synchronisieren des Laser-Interferometers 32 mit einem Sensor 62 in optischer Unbrecherbauweise gezeigt (beispielsweise ein LED/Photodiodenpaar), der an einem festen Punkt an dem Rahmen der CMP-Vorrichtung so angebracht ist, dass er eine Sicht auf den Umfangsrand der Platte 16 hat. Dieser Typ eines Sensors 62 wird aktiviert, wenn ein optischer Strahl, den er erzeugt, unterbrochen wird. An dem Umfang der Platte 16 ist ein Positionssensor-Abdeckschirm 64 befestigt. Der Punkt der Befestigung und die Länge des Abdeckschirms 64 sind so beschaffen, dass er das optische Signal des Sensors nur dann unterbricht, wenn der Laserstrahl 34 aus dem Laser-Interferometer 32 vollständig durch den vorstehend beschriebenen Fensteraufbau 66 hindurchgeht. Wie beispielsweise in 6 gezeigt ist, kann der Sensor 62 diametral gegenüber dem Laser-Interferometer 32 bezogen auf die Mitte der Platte 16 angebracht werden. Der Abdeckschirm 64 wird an der Platte 16 in einer Position befestigt, die dem Fensteraufbau 66 diametral gegenüberliegt. Die Länge des Abdeckschirms 64 wird in etwa durch die gestrichelten Linien 68 definiert, obwohl die genaue Länge des Abdeckschirms 64 fein abzustimmen ist, um zu gewährleisten, dass der Laserstrahl von der Platte 16 während der gesamten Zeit vollständig unversperrt bleibt, während der der Abdeckschirm 64 von dem Sensor 62 erfasst wird. Diese Feinabstimmung kompensiert jedes Positionssensorrauschen oder jede Positionssensorengenauigkeit, das Ansprechvermögen des Laser-Interferometers 32, etc. Wenn der Sensor 62 einmal aktiviert ist, wird ein Signal erzeugt, das zur Bestimmung verwendet wird, wann das Detektorsignal aus dem Interferometer 32 abzutasten ist.
Datenerfassungssysteme, die in der Lage sind, das Positionssensorsignal zum Abtasten des Laser-Interferometersignals während der Zeiten zu verwenden, in denen der Wafer für den Laserstrahl sichtbar ist, sind im Stand der Technik bekannt und bilden keinen neuen Teil der vorliegenden Erfindung. Deshalb wird auch keine detaillierte Beschreibung gegeben. Dem Grund für die Wahl eines geeigneten Systems sollte jedoch Aufmerksamkeit geschenkt werden. Beispielsweise wird bevorzugt, dass das Signal aus dem Interferometer über einen Zeitraum integriert wird. Diese Integration verbessert das Verhältnis von Signal zu Rauschen, indem das hochfrequente Rauschen über der Integrationsperiode gemittelt wird. Dieses Rauschen hat verschiedene Ursachen, beispielsweise eine Vibration aus der Drehung der Platte und des Wafers sowie Änderungen in der Oberfläche des Wafers aufgrund einer ungleichen Planarisierung. Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung bestimmen der Durchmesser des Quarzfensters und die Drehzahl der Platte, wie lange ein Zeitraum während einer Drehung der Platte verfügbar ist, um das Signal zu integrieren. Unter bestimmten Umständen kann jedoch diese verfügbare Zeit nicht ausreichend sein. Beispielsweise kann ein akzeptables Verhältnis von Signal zu Rauschen eine längere Integrationszeit erfordern oder die bei einem ausgewählten Datenerfassungsystem verwendete Schnittstellenschaltung kann eine minimale Integrationszeit erforderlich machen, die diejenige überschreitet, die in einem Durchgang verfügbar ist.
Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, das Plattenloch längs der Drehrichtung der Platte zu vergrößern. 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 der Abdeckschirm 64' für die Anpassung an den längeren Fensteraufbau 66' erweitert. Alternativ kann das Fenster das gleiche bleiben, jedoch wäre das Laser-Interferometer an der rotierenden Platte direkt unter dem Fenster anzubringen. In diesem Fall müsste die CMP-Vorrichtung modifiziert werden, um das Interferometer unter der Platte aufzunehmen, und es müssten Vorkehrungen getroffen werden, um das Detektorsignal aus dem Interferometer zu führen. Das Nettoergebnis einer jeden Methode wäre jedoch eine Verlängerung der Datenerfassungszeit für jede Drehung der Platte.
Obwohl ein Verlängern des Plattenlochs und des Fensters vorteilhaft ist, verringert es etwas den Oberflächenbereich des Plattenkissens. Deshalb wird die Planarisierungsrate in den Bereichen der Scheibe, die über dem Fenster liegen, während eines Teils der Plattendrehung verringert. Zusätzlich darf sich die Länge des Plattenlochs und des Fensters nicht über die Ränder des Wafers hinaus erstrecken und die Datenabtastung darf nicht erfolgen, wenn sich das Fenster ohne Berücksichtigung der Waferverschiebeposition jenseits des Waferrandes befindet. Deshalb ist die Länge des erweiterten Plattenlochs und Fensters oder die Zeit, während der das an der Platte angebrachte Interferometer abgetastet werden kann, durch jede Verschiebebewegung des Polierkopfs begrenzt.
Deshalb besteht eine bevorzugtere Methode zum Erzielen einer ausreichenden Datenerfassungs-Integrationszeit darin, die Daten über mehr als eine Umdrehung der Platte zu sammeln. Gemäß 8 wird während des Schritts 102 das Laser-Interferometersignal während der verfügbaren Datenerfassungszeit bei jeder Drehung der Platte abgetastet. Als Nächstes wird in den Schritten 104 und 106 jedes abgetastete Signal über der vorstehend erwähnten Datenerfassungszeit integriert, und die integrierten Werte werden gespeichert. Dann wird in den Schritten 108 und 110 eine kumulative Abtastzeit nach jeder vollständigen Umdrehung der Platte berechnet und mit einer gewünschten minimalen Abtastzeit verglichen. Natürlich bildet dies nur eine Abtastzeit, wenn nur ein Abtasten erfolgt. Wenn die kumulative Abtastzeit gleich der gewünschten minimalen Abtastzeit oder größer als diese ist, werden die gespeicherten integrierten Werte überführt und summiert, wie es im Schritt 112 gezeigt ist. Wenn nicht, wird der Prozess des Abtastens, Integrierens, Speicherns, Berechnens der kumulativen Abtastzeit und des Vergleichens mit der gewünschten minimalen Abtastzeit fortgesetzt. In einem abschließenden Schritt 114 werden die summierten integrierten Werte, die jedes Mal erzeugt werden, wenn die gespeicherten integrierten Werte überführt und summiert werden, als ein Datensignal abgegeben. Das gerade beschriebene Datensammelverfahren kann in einer Anzahl bekannter Weisen ausgeführt werden, wobei entweder Logikschaltungen oder Software-Algorithmen verwendet werden. Da diese Methoden bekannt sind, ist jede detaillierte Beschreibung überflüssig und wird somit weggelassen. Zu vermerken ist, dass das Verfahren eines stückweise Sammelns von Daten eine Lösung für das Problem bildet, einer gewünschten minimalen Abtastzeit unabhängig vom Durchmesser des Fensters oder der Drehzahl der Platte zu genügen. Wenn der Prozess auf die Positionssensorvorrichtung festgelegt ist, kann in der Tat die Plattendrehzahl geändert werden, und es können noch zuverlässige Daten erhalten werden. Es würde sich nur die Zahl der Plattenumdrehungen ändern, die zum Erzielen der notwendigen Daten erforderlich sind.
Der vorstehend erwähnte erste und der vorstehend erwähnte zweite reflektierte Strahl, die den resultierenden Strahl 60, wie in 4 und 5 gezeigt, bilden, führen zu einer am Detektor 48 zu sehenden Interferenz. Wenn der erste und der zweite Strahl miteinander in Phase sind, verursachen sie am Detektor 48 ein Maximum. Wenn die Strahlen jedoch um 180 Grad außer Phase sind, verursachen sie am Detektor 48 ein Minimum. Jede andere Phasenbeziehung zwischen den reflektierten Strahlen ergibt ein Interferenzsignal zwischen dem Maximum und dem Minimum, das am Detektor 48 zu sehen ist. Das Ergebnis ist ein Signalausgang aus dem Detektor 48, der zyklisch mit der Dicke der Oxidschicht 52 variiert, wenn sie während des CMP-Prozesses verringert wird. Tatsächlich hat man beobachtet, dass der Signalausgang aus dem Detektor 48 sich sinusförmig ändert, wie es in den Diagrammen von 9A und 9B gezeigt ist. Das Diagramm von 9A zeigt die integrierte Amplitude des Detektorsignals (y-Achse) über jeden Abtastzeitraum aufgetragen über der Zeit (x-Achse). Diese Daten wurden durch Überwachen des Laser-Interferometerausgangs der Vorrichtung von 4 erhalten, während der CMP-Vorgang an einem Wafer ausgeführt wurde, der eine glatte Oxidschicht hat, die über einem Siliciumsubstrat (d.h. einem rohen Oxidwafer) liegt. Das Diagramm von 9B zeigt eine gefilterte Version der Daten aus dem Diagramm von Fig. A. Die gefilterte Version zeigt die zyklische Änderung des Interferometer-Ausgangssignals ziemlich deutlich. Zu erwähnen ist, dass der Zeitraum des Interferenzsignals von der Rate gesteuert wird, mit der Material von der Oxidschicht während des CMP-Prozesses entfernt wird. Somit bestimmen Faktoren, wie die am Wafer platzierte Abwärtskraft gegen das Plattenkissen und die Relativgeschwindigkeit zwischen der Platte und dem Wafer, den Zeitraum. Während eines jeden in 9A und 9B aufgetragenen Zeitraums des Ausgangssignals wird eine bestimmte Dicke der Oxidschicht entfernt. Die entfernte Dicke ist proportional zu der Wellenlänge des Laserstrahls und dem Brechungsindex der Oxidschicht. Insbesondere liegt der Betrag der pro Zeitraum entfernten Dicke bei etwa λ/2n, wenn λ die Wellenlänge des Laserstrahls im freien Raum und n der Brechungsindex der Oxidschicht sind. Somit ist es möglich zu bestimmen, wie viel der Oxidschicht in situ während des CMP-Prozesses bei Verwendung des in 10A gezeigten Verfahrens entfernt wird. Zunächst wird im Schritt 220 die Zahl der Zyklen gezählt, die von dem Datensignal gezeigt werden. Als Nächstes wird im Schritt 204 die Dicke des während eines Zyklus des Ausgangssignals entfernten Materials aus der Wellenlänge des Laserstrahls und dem Brechungsindex der Oxidschicht des Wafers berechnet. Dann wird die gewünschte Dicke von von der Oxidschicht zu entfernendem Material mit der tatsächlich entfernten Dicke im Schritt 206 verglichen. Die tatsächliche entfernte Dicke ist gleich dem Produkt der Zahl der Zyklen, die von dem Datensignal gezeigt 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 gleich der gewünschten Dicke des zu entfernenden Materials ist oder diese überschreitet.
Alternativ kann weniger als ein ganzer Zyklus zum Bestimmen der Menge des entfernten Materials verwendet werden. Auf diese Weise kann über die gewünschte Menge hinausgehendes entferntes Material minimiert werden. Wie in dem in Klammern gesetzten Teil des Schritts 202 in 10A gezeigt ist, wird bei jeder Iteration die Zahl des Auftretens eines vorgeschriebenen Abschnitts eines Zyklus gezählt. Beispielsweise würde jedes Auftreten eines Maximums (d.h. Spitze) und eines Minimums (d.h. eines Tals) oder umgekehrt den vorgeschriebenen Abschnitt des Zyklus bilden. Dieser spezielle Abschnitt des Zyklus ist zweckmäßig, da Maxima und Minima über bekannte Signalverarbeitungsverfahren leicht erfassbar sind. Als Nächstes wird im Schritt 204 nach dem Bestimmen, wie viel Material während eines Zyklus entfernt worden ist, diese Dicke mit dem Bruchteil eines Zyklus multipliziert, der den vorstehend erwähnten, vorgeschriebenen Abschnitt darstellt. Beispielsweise würde im Falle des Zählens des Auftretens eines Maximums und eines Minimums, was eine Hälfte eines Zyklus darstellt, die berechnete Ein-Zyklus-Dicke mit 1/2 multipliziert, um die Dicke der Oxidschicht zu erhalten, die während des vorgeschriebenen Abschnitts des Zyklus entfernt wurde. Die restlichen Schritte des Verfahrens bleiben unverändert. Das Nettoergebnis dieser alternativen Annäherung besteht darin, dass der CMP-Prozess nach dem Auftreten eines Abschnitts des Zyklus beendet werden kann. Dementsprechend wäre in den meisten Fällen entferntes Überschussmaterial geringer als in dem Fall, in welchem ein voller Zyklus als Basis zum Bestimmen der Menge des entfernten Materials verwendet wird.
Die gerade beschriebenen Verfahren blicken vom Ende eines Zyklus oder eines Abschnitts von ihm zurück, um festzustellen, ob die gewünschte Materialmenge entfernt worden ist. Wie jedoch vorstehend erwähnt wurde, kann die Menge des entfernten Materials die gewünschte Menge überschreiten. Bei einigen Anwendungen kann diese überschüssige Materialentfernung unakzeptabel sein. In diesen Fällen kann ein alternatives Verfahren verwendet werden, welches nach vorne schaut und vorhersieht, wie viel Material über einen bevorstehenden Zeitraum entfernt werden wird, und den Vorgang beendet, wenn für die gewünschte Dicke vo rausgesehen wird, dass sie entfernt worden ist. Eine bevorzugte Ausgestaltung dieses alternativen Verfahrens ist in 10B gezeigt. Wie zu sehen ist, beinhaltet der erste Schritt 302 das Messen der Zeit zwischen dem ersten Auftreten eines Maximums und Minimums oder umgekehrt bei dem Detektorsignal (obwohl ein ganzer Zyklus oder irgendein Abschnitt von ihm verwendet werden kann). Als Nächstes wird im Schritt 304 die während dieses Abschnitts des Zyklus entfernte Materialmenge nach den vorher beschriebenen Verfahren bestimmt. Dann wird eine Entfernungsrate berechnet, indem die entfernte Materialmenge durch die gemessene Zeit geteilt wird, wie es im Schritt 306 gezeigt ist. Dies bildet die Rate, mit der das Material in dem vorhergehenden Abschnitt des Zyklus entfernt wurde. Im nächsten Schritt 308 wird die Dicke des wie im Schritt 304 berechneten entfernten Materials von der gewünschten zu entfernenden Dicke subtrahiert, um eine restliche Entfernungsdicke zu bestimmen. Dann wird im Schritt 310 diese restliche Entfernungsdicke durch die Entfernungsrate geteilt, um zu bestimmen, um wie viel länger der CMP-Prozess vor seiner Beendigung fortgesetzt werden muss.
Zu erwähnen ist jedoch, dass der Zeitraum des Detektorsignals, und somit der Entfernungsrate, sich typischerweise mit dem Fortschreiten des CMP-Prozesses ändert. Deshalb wird das vorstehend beschriebene Verfahren wiederholt, um dies zu kompensieren. D.h. mit anderen Worten, dass, wenn einmal eine Restzeit berechnet worden ist, der Prozess für jedes Auftreten eines Maximums oder eines Minimums, oder umgekehrt, wiederholt wird. Dementsprechend wird die Zeit zwischen dem nächsten auftretenden Maximum und Minimum gemessen, wird die Dicke des Materials, das während des Abschnitts des Zyklus entfernt wurde, der durch dieses Auftreten des Maximums und Minimums (d.h. ein halber) dargestellt wird, durch die gemessene Zeit geteilt und wird die Entfernungsrate genauso wie bei der ersten Iteration des Verfahrens berechnet. Im nächsten Schritt 308 jedoch wird, wie in Klammern gezeigt ist, der Gesamtbetrag des während aller vorhergehenden Iterationen entfernten Materials vor dem Subtrahieren von der gewünschten Dicke bestimmt. Der Rest des Verfahrens bleibt der gleiche, nämlich dass die zu entfernende Restdicke durch die neu berechnete Entfernungsrate geteilt wird, um die restliche CMP-Prozesszeit zu bestimmen. Auf diese Weise wird die verbleibende Prozesszeit nach jedem Auftreten des vorgeschriebenen Abschnitts eines Zyklus des Detektorsignals wieder berechnet. Dieser Prozess setzt sich fort, bis die restliche CMP-Prozesszeit abläuft, bevor die nächste Iteration beginnen kann. Zu diesem Zeitpunkt ist der CMP-Prozess beendet, wie im Schritt 312 zu sehen ist. Gewöhnlich wird die zu entfernende Dicke in dem ersten Einhalb-Zyklus des Detektorsignals nicht erreicht, und jede Änderung der Entfernungsrate nach dem Berechnen für den vorhergehenden Halbzyklus wird klein.
Deshalb nimmt man an, dass die vorwärts blickende Methode ein sehr genauer Weg dahin ist, genau die gewünschte Dicke von dem Wafer zu entfernen.
Während der gerade beschriebene Überwachungsvorgang bei dünner zu machenden rohen Oxidwafern mit glatter Oberfläche gut arbeitet, hat sich gezeigt, dass der Vorgang zum Planarisieren der meisten strukturierten Wafer nicht erfolgreich eingesetzt werden kann, bei denen die Oberflächentopographie stark unregelmäßig ist. Der Grund dafür besteht darin, dass ein typischer strukturierter Wafer Chips enthält, die eine breite Vielfalt von Oberflächenelementen mit unterschiedlicher Größe aufweisen. Diese Oberflächenelemente mit unterschiedlicher Größe neigen zu einem Polieren mit unterschiedlichen Raten. Beispielsweise neigt ein Element mit kleinerer Oberfläche, das sich relativ weit von den anderen Elemente weg befindet, dazu, schneller als andere größere Elemente reduziert zu werden. 11A bis 11C sind Beispiele für einen Satz von Oberflächenelementen 72, 74, 76 der Oxidschicht 52, denen darunter liegende Strukturen 79, 80, 82 zugeordnet sind, die auf einem typischen strukturierten Wafer 14 gefunden werden können, sowie die Änderungen, denen sie während des CMP-Prozesses unterliegen. Das Element 72 ist ein relativ kleines Element, das Element 74 hat mittlere Größe, während das Element 76 ein relativ großes Element ist. 11A zeigt die Elemente 72, 74, 76 vor dem Polieren, 11B zeigt die Elemente 72, 74, 76 etwa in der Mitte des Polierprozesses, und 11C zeigt die Elemente 72, 74 und 76 zum Ende des Polierprozesses hin. In 11A wird das kleinere Element 72 mit einer schnelleren Rate als das mittlere Element 74 oder das große Element 76 reduziert. Außerdem wird das mittlere Element 74 mit einer schnelleren Rate als das große Element 76 reduziert. Die Rate, mit der die Elemente 72, 74 und 76 reduziert werden, nimmt auch mit dem Fortschreiten des Polierprozesses ab. Beispielsweise hat das kleinere Element 72 anfänglich eine hohe Reduktionsrate, die jedoch während des Polierprozesses abfällt. Dementsprechend zeigt 11B die Höhe der Elemente 72, 74, 76, die sich zu vergleichmäßigen beginnt, während 11C die Höhe der Elemente 72, 74, 76 als im Wesentlichen gleich darstellt. Da die Elemente mit unterschiedlicher Größe mit unterschiedlichen Raten verkleinert werden und diese Raten sich ändern, hat das Interferenzsignal, das von jedem Element erzeugt wird, eine andere Phase und Frequenz. Deshalb schwankt das resultierende Interferenzsignal, das teilweise aus allen einzelnen Reflexionen von jedem der Elemente 72, 74, 76 aufgebaut ist, in scheinbar willkürlicher Weise im Gegensatz zu dem vorher beschriebenen periodischen sinusförmigen Signal.
Wie jedoch vorstehend angedeutet wurde, neigen die Polierraten der Elemente 72, 74, 76 dazu, näher zu dem Punkt der Planarisierung hin zu konvergieren. Deshalb neigt die Differenz in der Phase und der Frequenz zwischen den Interferenzstrahlen, die von den Elementen 72, 74, und 76 erzeugt werden, zu einer Annäherung an null. Dies führt dazu, dass das resultierende Interferenzsignal als periodische sinusförmige Wellenform erkennbar wird. Deshalb ist es möglich zu bestimmen, wann die Oberfläche eines strukturierten Wafers planarisiert worden ist, indem erfasst 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 in dem Interferometersignal durchgeführt. Wenn die sinusförmige Änderung entdeckt wird, wird der CMP-Ablauf, wie im Schritt 404 gezeigt ist, beendet.
13 ist ein Diagramm, in welche die Amplitude des Detektorsignals über der Zeit für einen strukturierten Wafer aufgetragen ist, der einem CMP-Vorgang unterliegt. Die abgetasteten Daten, die zum Aufbau dieses Diagramms verwendet werden, wurden an ihrem vorher integrierten Wert gehalten, bis der nächste Werte berichtet wurde, was die gezeigten rechtwinklig gemachten Spitzenwerte erklärt. Eine längere Untersuchung zeigt, dass ein erkennbarer sinusförmiger Zyklus bei etwa 250 Sekunden aufzutauchen beginnt. Dies fällt mit dem Punkt zusammen, wo der strukturierte Wafer zuerst planarisiert wird. Natürlich wäre es bei einer Ist-Zeit-Überwachung des Interferometer-Ausgangssignals unmöglich, genau zu erkennen, wann der zyklische Verlauf beginnt. Stattdessen muss wenigstens ein bestimmter Teil des Zyklus erfolgt sein, bevor man sicher sein kann, dass der zyklische Verlauf begonnen hat. Vorzugsweise darf nicht mehr als ein Zyklus vorübergehen, bevor der CMP-Vorgang beendet ist. Eine Ein-Zyklus-Grenze ist eine praktische Wahl, da es ein hohes Vertrauen bietet, dass der zyklische Verlauf begonnen hat, im Gegensatz zu dem Signal, das lediglich Änderungen in dem Rauschen darstellt, das durch das Polieren von Elementen unterschiedlicher Größe auf der Oberfläche des Wafers verursacht wird. Zusätzlich gewährleistet die Ein-Zyklus-Grenze, dass nur eine kleine Materialmenge von der Oberfläche des Wafers, nachdem er planarisiert wird, entfernt wird. Es hat sich gezeigt, dass der Grad der Planarisierung nach zwei Zyklen im Wesentlichen der gleiche ist, wie er nach einem vorhanden war. Wenn man also den CMP-Ablauf weiterlaufen lässt, würde dies nur dazu dienen, mehr Material von der Oberfläche des Wafers zu entfernen. Auch wenn ein Zyklus in dem Fall bevorzugt wird, in welchem der CMP-Prozess zu beenden ist, wenn der strukturierte Wafer einmal planarisiert worden ist, ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf diesen Zeitrahmen begrenzt ist. Wenn das Signal besonders stark ist, kann es möglich sein, das gleiche Niveau an Vertrauen nach nur einem Abschnitt eines Zyklus zu erhalten. Wenn das Signal besonders schwach ist, kann es alternativ mehr als einen Zyklus dauern, das erforderliche Vertrauen zu erhalten. Die Wahl hängt von den Charakteristika des verwendeten Systems ab. Beispielsweise hat die Größe des Spalts zwischen dem Quarzfenster und der Oberfläche des Wafers einen Einfluss auf die Signalstärke und somit die Entscheidung, wie viele Zyklen abgewartet werden, bevor der CMP-Prozess beendet wird.
Die tatsächliche Bestimmung, wann das Ausgangssignal aus dem Laser-Interferometer tatsächlich einen zyklischen Verlauf hat und so anzeigt, dass die Oberfläche des Wafers planarisiert worden ist, kann auf eine Vielzahl von Weisen 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 verwendet wird, um die Bedingung auszuführen. Zusätzlich stehen verschiedene andere bekannte Kurvenanpassalgorithmen zur Verfügung. Diese Verfahren werden im Wesentlichen verwendet, um das Interferometersignal mit einer sinusförmigen Kurve zu vergleichen. Wenn eine Anpassung innerhalb einer bestimmten vorgegebenen Toleranz auftritt, wird bestimmt, dass der zyklische Verlauf begonnen hat. Einige Halbleiteranwendungen erfordern, dass die Dicke des Materials, das über einer auf einem Chip eines strukturierten Wafers ausgebildeten Struktur liegt (d.h. die Filmdicke), eine bestimmte Tiefe hat und dass diese Filmdicke von Chip zu Chip und von Wafer zu Wafer wiederholbar ist. Die vorher beschriebenen Verfahren zum Planarisieren eines typischen strukturierten Wafers erzeugen nicht notwendigerweise diese gewünschte wiederholbare Filmdicke. Der Zweck der Planarisierverfahren besteht darin, eine Platte und ebene Oberfläche und nicht eine spezielle Filmdicke zu erzeugen. Wenn es deshalb erwünscht ist, die Filmdicke über eine spezifische Struktur oder eine Gruppe von Strukturen ähnlicher Größe zu steuern, muss ein alternatives Verfahren verwendet werden. Dieses alternative Verfahren wird nachstehend beschrieben.
Wie vorstehend erörtert wurde, neigt jedes Flächenelement mit unterschiedlicher Größe, das sich aus einer Oxidschicht ergibt, die über einer Musterstruktur auf einem Chip ausgebildet wird, dazu, ein reflektiertes Interferenzsignal mit einer einzigen Frequenz und Phase zu erzeugen. Nur nahe an dem Punkt der Planarisierung konvergieren die Frequenz und Phase eines jeden Elements unterschiedlicher Größe. Vor dieser Konvergenz ergeben die spezielle Frequenz und Phase der Interferenzsignale, die von den verschiedenen Elementen verschiede ner Größe verursacht werden, zusammen in Kombination ein Detektorsignal, das sich willkürlich zu ändern scheint. Es ist jedoch möglich, dieses Signal so zu verarbeiten, dass die Interferenzsignalbeiträge aller mit unterschiedlichen Raten, ausgenommen ein Element spezieller Größe oder eine Gruppe von Elementen ähnlicher Größe, zu polierenden Elemente beseitigt werden. Wenn einmal das Interferenzsignal, das dem Element der speziellen Größe oder der Gruppe von Elementen zugeordnet ist, isoliert worden ist, werden die Methoden, die zusammen mit dem Entfernen von Material von einer rohen Oxidscheibe erörtert wurden, zum Entfernen von genau der Materialmenge verwendet, die erforderlich ist, um die gewünschte Filmdicke zu erhalten.
Natürlich muss die Frequenz der Interferenzsignalkomponente, die von dem interessierenden Element verursacht wird, vor der Signalverarbeitung bestimmt werden. Man geht davon aus, dass diese Frequenz leicht dadurch bestimmt werden kann, dass ein CMP-Prozess auf einer Testprobe vorgenommen wird, die Chips aufweist, die ausschließlich mit Strukturen bemustert sind, die der Struktur entsprechen, die eine spezielle darüber liegende Filmdicke haben soll. Das während dieses CMP-Prozesses erzeugte Detektorsignal wird über bekannte Verfahren zur Bestimmung der speziellen Frequenz des Interferenzsignals analysiert, das von den Flächenelementen verursacht wird, die den vorstehend erwähnten Strukturen zugeordnet sind.
Die speziellen Schritte, die erforderlich sind, um das vorstehend beschriebene Verfahren zur Steuerung der Filmdicke über eine speziellen Struktur oder Gruppe von Strukturen ähnlicher Größe auf dem Typ in situ während der CMP-Bearbeitung eines Wafers auszuführen, werden nun unter Bezug auf 14 beschrieben. In dem Schritt 502 wird das Detektorsignal gefiltert, so dass nur die Komponente des Signals passiert, die die vorgegebene Frequenz hat, die der interessierenden Struktur zugeordnet ist. Dieser Schritt wird unter Verwendung bekannter Bandpassfiltertechniken erreicht. Als Nächstes wird im Schritt 504 eine Messung der Zeit zwischen dem ersten Auftreten eines Maximums und eines Minimums, oder umgekehrt, bei dem Detektorsignal ausgeführt (obwohl ein ganzer Zyklus oder irgendein Teil von ihm verwendet werden kann). Die Materialmenge, die während dieses Abschnitts des Zyklus entfernt wird (d.h. ein halber Zyklus), wird im Schritt 506 nach vorher beschriebenen Verfahren bestimmt. Dann wird eine Entfernungsrate dadurch berechnet, dass die Menge des entfernten Materials durch die gemessene Zeit geteilt wird, was im Schritt 508 gezeigt ist. Dies bildet die Rate, mit der das Material in dem vorhergehenden Abschnitt des Zyklus entfernt wurde. In dem nächsten Schritt 510 wird die Dicke des entfernten Materials, wie im Schritt 506 berech net, von der gewünschten zu entfernenden Dicke subtrahiert (d.h. der Dicke, die, wenn sie entfernt ist, die gewünschte Filmdicke ergibt, die über der interessierenden Struktur liegt), um eine Entfernungsrestdicke zu bestimmen. Dann wird im Schritt 512 diese Entfernungsrestdicke durch die vorstehend erwähnte Entfernungsrate geteilt, um zu bestimmen, um wie viel länger der CMP-Prozess vor seinem Abschluss fortgesetzt werden muss. Wenn einmal eine Restzeit 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, wird die Dicke des Materials, das während des Abschnitts des Zyklus entfernt wird, der durch dieses Auftreten des Maximums und Minimums (d.h. ein halber) dargestellt wird, durch die gemessene Zeit geteilt, und es wird die Entfernungsrate genauso wie bei der ersten Iteration des Verfahrens berechnet. In dem nächsten Schritt 510 jedoch wird, wie in Klammern gezeigt ist, die Gesamtmenge des Materials, das während aller vorhergehender Iterationen entfernt wurde, bestimmt, bevor sie von der gewünschten Dicke subtrahiert wird. Der Rest des Verfahrens bleibt der gleiche, nämlich dass die zu entfernende Restdicke durch die neu berechnete Entfernungsrate geteilt wird, um die restliche CMP-Prozesszeit zu bestimmen. Dieser Prozess wird wiederholt, bis die Restzeit abläuft, bevor die nächste Iteration beginnen kann. Zu diesem Punkt wird der CMP-Prozess beendet, was in dem Schritt 514 zu sehen ist.
Zu vermerken ist, dass, obwohl das vorstehend beschriebene Verfahren zur Steuerung der Filmdicke das Verfahren zum Bestimmen des CMP-Prozessendpunkts, das in 10B dargestellt ist, verwendet, jedes der anderen hier beschriebenen Endpunkt-Bestimmungsverfahren gewünschtenfalls ebenfalls verwendet werden kann.
Weiterhin ist zu vermerken, dass der Strahldurchmesser (d.h. der Fleck) und die Wellenlänge des Laserstrahls, der von dem Laser-Interferometer erzeugt wird, in vorteilhafter Weise manipuliert werden können. Wie in 15A und 15B gezeigt ist, deckt ein schmaler Strahl 84, beispielsweise einer, der für die verwendete Wellenlänge auf den kleinstmöglichen Fleck fokussiert ist, einen kleineren Bereich der Oberfläche des Wafers 14 als ein breiterer, weniger fokussierter Strahl 86. Dieser schmale Strahl 84 ist für ein Streuen (d.h. der Strahl 88) aufgrund von Oberflächenunregelmäßigkeiten 90 stärker empfindlich als der breitere Strahl 86, da sich der breitere Strahl 86 über einen größeren Oberflächenbereich des Wafers 14 ausbreitet und mehr Oberflächenunregelmäßigkeiten 90 umfasst. Deshalb würde ein breiterer Strahl 86 einen integrierenden Effekt haben und wäre weniger empfindlich gegenüber extremen Än derungen bei dem reflektierten Interferenzsignal, wenn er sich über die Oberfläche des Wafers 14 bewegt. Deshalb wird aus diesem Grund ein breiterer Strahl 86 bevorzugt. Die Laserstrahlbreite kann unter Verwendung bekannter optischer Vorrichtungen vergrößert werden.
Es muss erwähnt werden, dass der breitere Strahl die verfügbare Datenerfassungszeit pro Plattenumdrehung verringert, da die Zeit, in der der Strahl vollständig innerhalb der Grenzen des Fensters enthalten ist, kleiner ist als sie es bei einem schmaleren Strahl wäre. Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren der Datenerfassung ist dies jedoch ein ernsthaftes Problem. Da der breitere Strahl auch die Lichtenergie über einen größeren Bereich als ein schmalerer Strahl streut, wird zusätzlich die Stärke der Reflexionen etwas verringert. Dieser Nachteil kann durch Erhöhen der Leistung des Laserstrahls aus dem Laser-Interferometer geheilt werden, so dass der Verlust an Stärke bei den reflektierten Strahlen bei der Erfassung kein Faktor ist.
Was die Wellenlänge des Laserstrahls betrifft, ist es durchführbar, irgendeine Wellenlänge von hohem Infrarot bis Ultraviolett zu verwenden. Bevorzugt wird jedoch, dass ein Strahl im Bereich des roten Lichts verwendet wird. Der Grund für diese Bevorzugung ist ein doppelter. Zuerst ergeben kürzere Wellenlängen eine Zunahme des Grads der Streuung, die durch die chemische Schlämme verursacht wird, da diese Streuung proportional zur vierten Potenz der Frequenz des Laserstrahls ist. Deshalb ist die Streuung umso geringer, je länger die Wellenlänge ist. Längere Wellenlängen führen jedoch dazu, dass mehr Oxidschicht pro Zeitraum des Interferenzsignals entfernt wird, da die Menge des entfernten Materials pro Zeitraum etwa gleich λ/2n ist. Deshalb wird in einem Zeitraum umso weniger Material entfernt, je kürzer die Wellenlänge ist. Man möchte so wenig wie möglich Material während jedes Zeitraums entfernen, so dass die Möglichkeit minimiert wird, dass zu viel Material entfernt wird. Beispielsweise würde bei einem System, das das vorher beschriebene Verfahren verwendet, bei welchem die Anzahl von Zyklen oder ein Teil davon gezählt wird, um die Dicke der entfernten Oxidschicht zu bestimmen, alles über die gewünschte Menge hinaus entfernte Material minimiert, wenn die Menge des Materials, das während des Zyklus oder während eines Abschnitts davon entfernt wird, so klein wie möglich ist.
Man geht davon aus, dass diese beiden konträren Faktoren bei der Wahl der Wellenlänge optimal im Gleichgewicht stehen, wenn ein Rotlicht-Laserstrahl gewählt wird. Rotes Licht bietet einen akzeptablen Streuungsgrad und führt nicht zu einer nicht handhabbaren Menge von Material, das pro Zyklus entfernt wird.
Weitere Ausführungsformen
Die erzeugte Interferenzwellenform liefert beträchtliche zusätzliche Informationen über den Polierprozess. Diese zusätzlichen Informationen können dazu verwendet werden, eine In-situ-Messung der Gleichförmigkeit der polierten Schicht zu geben. Sie können auch dazu verwendet werden, zu erfassen, wann das CMP-System nicht innerhalb der Spezifizierung arbeitet (d.h. nicht arbeitet wie gewünscht). Es werden nun diese beiden Verwendungen beschrieben.
Gleichförmigkeitsmessung
Die Polier- und/oder Planarisiervorgänge, die bei dem CMP-System ausgeführt werden, sind insgesamt erforderlich, um eine Oberflächenschicht zu erzeugen, die über der Oberfläche des Wafers/Substrats gleichförmig ist. Mit anderen Worten, die Mitte des Wafers soll mit der gleichen Rate wie der Rand des Wafers poliert werden. Gewöhnlich darf die Dicke der polierten Schicht nicht mehr als etwa 5 bis 10% variieren. Wenn dieses Gleichförmigkeitsniveau nicht erreicht wird, ist es wahrscheinlich, dass der Wafer nicht brauchbar ist, da die Bauelementausbeuten unakzeptabel gering sind. In der Praxis ist es häufig ziemlich schwierig, eine gleichförmige Polierrate über dem Wafer zu erreichen. Gewöhnlich erfordert dies eine Optimierung vieler unterschiedlicher Variablen, um das Arbeiten innerhalb der Spezifizierungen aufrechtzuerhalten. Der vorstehend beschriebenen Endpunktdetektor stellt ein äußerst nützliches Gerät zur Überwachung der Gleichförmigkeit der zu polierenden Schicht bereit, wobei dieses Überwachen sowohl bei der In-situ-Datenverarbeitung als auch -bearbeitung erfolgen kann.
Wir haben festgestellt, dass die Interferenzwellenform, die von dem Interferometer während des Polierens erzeugt wird, Informationen über die Gleichförmigkeit der in Polierung befindlichen Schicht liefert. Wie vorstehend erwähnt, erscheint der Ausgang des Interferometers als sinusförmiges Signal, wenn die Flächenschicht (beispielsweise Oxidschicht) poliert wird. Die Entfernung zwischen den Spitzen des Signals zeigen an, wie viel Material entfernt worden ist. Oben auf dem sinusförmigen Signal befindet sich auch ein weiteres hochfrequentes sinusför miges Signal. Die Amplitude des Signals mit höherer Frequenz zeigt an, um wie viel sich die Dicke der polierten Schicht über der Oberfläche des Wafers ändert.
Der Grund dafür besteht darin, dass das hochfrequente Signal wie folgt in Erscheinung tritt. Wenn das Polieren ausgeführt wird, tastet das Interferometer (oder blickt auf) gewöhnlich unterschiedliche Stellen über der Oberfläche des Wafers. Der Grund dafür besteht darin, dass sich während des Polierens sowohl die Platte als auch der Wafer drehen und zusätzlich auch axial relativ zu der Platte bewegt wird. Dadurch gehen während des Polierens unterschiedliche Bereiche der Waferoberfläche über das Loch in der Platte, durch welches hindurch das Interferometer die Schicht sieht, die poliert wird. Wenn die polierte Schicht vollständig gleichförmig ist, bleibt die sich ergebende Interferenzwellenform unbeeinflusst von der Abtastung der anderen Stellen über der Waferoberfläche. D.h., sie hat im Wesentlichen die gleiche Amplitude. Wenn die polierte Schicht nicht gleichförmig ist, führt andererseits die Abtastung der anderen Stellen eine weitere Änderung in das sinusförmige Basissignal ein. Diese weitere Änderung hat eine Frequenz, die von der Drehung und den Schwenkgraden abhängt, die verwendet werden, und hat eine Amplitude, die proportional zum Grad der Ungleichförmigkeit der polierten Schicht ist. Ein Beispiel einer solchen Wellenform ist in 16 gezeigt. In diesem speziellen Beispiel war die Ungleichförmigkeit relativ groß, so dass das Hochfrequenzsignal dies deutlich zeigt.
Ein Maß für die Gleichförmigkeit ist das Verhältnis aus der Amplitude A_hf von Spitze zu Spitze des Hochfrequenzsignals und aus der Amplitude A_lf von Spitze zu Spitze des Niederfrequenzsignals. Je kleiner dieses Verhältnis ist, desto gleichförmiger ist die polierte Schicht, und umgekehrt ist sie umso ungleichförmiger, je größer dieses Verhältnis ist.
Ein CMP-System, das ein Maß an Gleichförmigkeit erzeugt, ist in 17 gezeigt. Zusätzlich zu den Komponenten, die in der vorher beschriebenen 2 gezeigt sind, ist auch ein Rechner 150, der so programmiert ist, dass der Betrieb des Interferometers gesteuert und die Signalanalyse ausgeführt wird, die erforderlich ist, um ein Gleichförmigkeitsmaß aus dem Interferenzsignal zu erzeugen, sowie eine Anzeigeeinheit 160 vorgesehen, über welche verschiedene Informationen und Ergebnisse einer Bedienungsperson 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 dedizierte, speziell entworfene digitale Verarbeitungseinheit. Die Anzeigeeinheit 160 kann eine Videoanzeige, ein Drucker oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung oder eine Kombination von Vorrichtungen zur Übermittlung von Informationen zu der Bedienungsperson des CMP-Systems sein.
Zur Erzeugung eines Gleichförmigkeitsmaßes wird der Rechner 150 so programmiert, dass er die in 18 gezeigte Signalverarbeitung und andere Funktionen ausführt. Dafür hat der Rechner 150 zwei programmierbare Bandpassfilter, nämlich ein Hochfrequenzfilter 142 und ein Niederfrequenzfilter 154. Der Hochfrequenzfilter 152 hat ein Durchlassband, das auf die Frequenz des Hochfrequenzsignals zentriert ist, das die Gleichförmigkeitsinformationen enthält, während der Niederfrequenzfilter 154 ein Durchlassband hat, das auf die Frequenz des Niederfrequenzsignals zentriert ist, das die Polierrateninformationen enthält. Die Breite der beiden Durchlassbänder liegt in der Größenordnung von wenigen mHz in dem Fall, dass der Zeitraum der Größenordnung von Sekunden in Zehnergrößenordnung liegt. Tatsächlich ist die Breite des Durchlassbandes so programmiert, dass sie sich proportional zu der Mittelfrequenz, oder anders gesagt, dass sie sich umgekehrt zum Zeitraum des zu prüfenden Signals ändert. D.h., dass, wenn die Periode des jeweiligen Signals zunimmt, die Bandbreite des Bandpassfilters abnimmt und umgekehrt.
19(a) zeigt ein Beispiel eines Interferometersignals aus einem tatsächlichen System. Anfänglich zeigt das Signal an, dass die Schicht ziemlich gleichförmig ist, d.h. auf der Oberseite des Niederfrequenzsignals läuft kein erkennbares Hochfrequenzsignal. Nachdem das Polieren über einen kurzen Zeitraum ausgeführt worden ist, beginnt ein Hochfrequenzsignal zu erscheinen, das ein bestimmtes Niveau einer Nichtgleichförmigkeit anzeigt. Der Niederfrequenzfilter 154 wählt die Niederfrequenzkomponente aus und filtert die anderen Frequenzen aus, um ein Ausgangssignal in der in 19(b) gezeigten Form zu erzeugen. Ähnlich wählt der Hochfrequenzfilter 152 die Hochfrequenzkomponente und filtert die anderen Frequenzen aus, um ein Ausgangssignal in der in 19(c) gezeigten Form zu erzeugen.
Der Rechner 150 führt zwei Amplitudenmessfunktionen 156 und 158 aus, die die Amplituden von Spitze zu Spitze des Ausgangssignals der Filter 152 bzw. 154 messen. Wenn die Amplituden der beiden gefilterten Signale einmal bestimmt worden sind, berechnet der Rechner 150 ein Verhältnis der Sp.-Sp.-Amplitude des Hochfrequenzsignals zu der Sp.-Sp.-Amplitude des Niederfrequenzsignals (d.h. A_hf/A_lf, siehe auch Funktionsblock 162). Nachdem das Verhältnis berechnet worden ist, vergleicht der Rechner 154 (siehe Block 166) das berechnete Verhältnis mit einem Schwellen- oder Bezugswert 164, der vorher in einem lokalen Speicher gespeichert wurde. Wenn das berechnete Verhältnis über den gespeicherten Schwellenwert hinausgeht, alarmiert der Rechner 150 die Bedienungsperson, dass die Nichtgleichförmigkeit der polierten Schicht einen akzeptablen Wert überschreitet. Ansprechend darauf kann die Bedienungsperson die Prozessparameter einstellen, um den Prozess zurück in die Spezifizierungen zu bringen.
Da das Hochfrequenzsignal dazu neigt, nur in Erscheinung zu treten, nachdem ein Polieren ausgeführt worden ist, ist es zweckmäßig zu warten, bevor versucht wird, die Ungleichförmigkeit zu messen. Tatsächlich kann es erwünscht sein, das Verhältnis periodisch automatisch zu berechnen, um so die Gleichförmigkeit der polierten Schicht in dem ganzen Poliervorgang zu überwachen. In diesem Fall kann es auch erwünscht sein, dass der Rechner 150 die berechneten Verhältnisse während des ganzen Prozesses ausgibt, so dass die Bedienungsperson Änderungen und/oder Trends erfassen kann, die bei dem Polierprozess auftreten. Dies wird besonders nützlich, wenn die In-situ-Überwachung an tatsächlich in Produktion befindlichen Wafern während des Polierens erfolgt.
Die gerade beschriebenen Funktionen können mit einer Software ausgeführt werden, die auf dem Rechner läuft, oder können durch selbstständige Schaltungen ausgeführt werden, die für diesen spezifischen Zweck gebaut sind.
Die Bandpassfilter können unter Verwendung von Techniken ausgeführt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind es FIR-Filter (Filter ohne Signalrückführung), die entweder in dem Frequenz- oder dem Zeitbereich implementiert werden können. Zum Durchführen des Filters in Ist-Zeit, wenn das Interferometersignal verfügbar wird, erfolgt das Filtern jedoch in dem Zeitbereich durch Konvolvieren der geeigneten Funktion mit der Wellenform, wie sie erzeugt wird. Die geeignete Funktion ist natürlich einfach die Zeitbereichsdarstellung eines Bandpassfilters mit den gewünschten Charakteristika (d.h. Mittelfrequenz und Bandbreite).
Zur Spezifizierung geeigneter Filterparameter ist es erforderlich, die Frequenz des Signals zu kennen, das von dem Filter auszuwählen ist. Diese Information kann leicht aus der Interferometer-Signalwellenform(en) erhalten werden. Beispielsweise kann die Mittelfrequenz des Niederfrequenzfilters durch Fahren einer Charge (beispielsweise 25) von Wafern (beispiels weise rohe Wafer mit nur einer Oxidbeschichtung) erhalten werden, um eine genaue Messung der Polierrate zu erhalten. Alternativ kann die Polierrate zu Beginn eines Poliergangs bestimmt werden, indem die Entfernung zwischen Spitzen des Niederfrequenzsignals gemessen wird. Die Anwendung dieser alternativen Annäherung erzeugt natürlich Ergebnisse, die nicht so genau wie das Mitteln von Messungen über einer großen Anzahl von Wafern sind. Auf jeden Fall bestimmt die Polierrate die mittlere Frequenz des Bandpassfilters, und bei Kenntnis der mittleren Frequenz längs der gewünschten Bandbreite des Filters kann die genaue Form der Zeitbereichs-Filterfunktion und/oder der Koeffizienten des FIR-Filters leicht bestimmt werden.
Die Frequenz des Hochfrequenzsignals erhält man auf ähnliche Weise, 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 der Hochfrequenzsignale misst. Dieser Prozess kann leicht automatisiert werden, so dass die Bedienungsperson mit Hilfe einer Hinweisvorrichtung (beispielsweise einer Maus) zwei Punkte auf der Wellenform markieren kann, die auf der Videoanzeige erscheinen, und der Rechner so programmiert werden kann, dass er automatisch die Frequenz berechnet und dann die geeigneten Filterkoeffizienten generiert. Die Filterkoeffizienten und/oder die Zeitbereichsdarstellung der Filterfunktionen werden dann in dem lokalen Speicher zur späteren Verwendung während der Poliervorgänge zur Ausführung der Filterabläufe gespeichert.
Prozesssignatur
Die Interferometerwellenform stellt auch eine Signatur des Systems (d.h. sie kennzeichnet das System) dar, für das sie erhalten wurde. Deswegen stellt sie Informationen bereit, die nützlich sind, um ein System für den Produktionsvorgang zu qualifizieren. Wenn eine Signatur für ein System erhalten wird, für das bekannt ist, dass es wie gewünscht arbeitet, kann die Signaturwellenform (oder aus der Wellenform extrahierte Elemente) als Referenz verwendet werden, mit der darauf folgend erzeugte Signaturen verglichen werden können, um zu bestimmen, ob das System oder die Systeme, aus denen die Signaturen nachfolgend erhalten werden, innerhalb der Spezifizierungen arbeiten. Wenn beispielsweise die Polierkissen geändert werden oder eine neue Charge einer Schlämme in dem CMP-System verwendet wird, muss die Bedienungsperson wissen, ob diese Änderung die Qualität des Polierens nachteilig beeinflusst hat, ehe es das System ausführt. Es wurde festgestellt, dass ein Änderung der Leistung des CMP-Systems eine Änderung in der Signatur ergibt. D.h., dass bestimmte Elemente in der Wellenform erscheinen, die vorher nicht vorhanden waren, oder dass sich vorher vorhandene Elemente 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 Elemente die Polierrate und das Gleichförmigkeitsmaß. Diese beiden Eigenschaften sind bereits aus der Interferometerwellenform erhältlich, die während des Polierens erzeugt wird, indem die vorher beschriebenen Verfahren verwendet werden. Ein geeignet arbeitendes System erzeugt eine spezielle Polierrate und ein spezielles Gleichförmigkeitsmaß. Ein Abweichen von diesen Bezugswerten ist eine Anzeige, dass das System sich von seinem gewünschten Arbeitspunkt bewegt, und alarmiert die Bedienungsperson dahingehend, dass eine Korrekturwirkung erforderlich ist, um eine Zerstörung des Produkts zu vermeiden.
Ein Verfahren, welches eine CMP-System-Signatur verwendet, ist in 20a gezeigt und wird nun beschrieben. Anfänglich wird eine Interferometerwellenform (d.h. eine Signatur) für ein CMP-System erzeugt, für das bekannt ist, dass es optimal arbeitet (Schritt 250). Die Entscheidung, ob das System optimal arbeitet, kann empirisch dadurch bestimmt werden, dass ein Satz von Testwafern behandelt und die Ergebnisse analysiert werden. Wenn die Ergebnisse innerhalb der Spezifizierung erzeugt werden, dann kann die Signatur für diese Ausgestaltung und diesen Satz von Betriebsbedingungen erzeugt werden. Bevor ein Teil der Interferometerwellenform erfasst wird, ist es erwünscht, den Wafer zwischen 50 und 100% der Erstreckung durch das Oxid zu polieren, so dass die Wellenform wirklich eine Signatur der Polieranordnung ist.
Nachdem die Wellenform erhalten worden ist, werden dann bestimmte relevante Elemente aus der erzeugten Wellenform extrahiert (Schritt 252) und für den späteren Gebrauch als Referenz gegenüber dem gespeichert, was diese Systemleistung zu irgendeiner späteren Zeit oder Zeiten wertet (Schritt 254). Alternativ kann die Wellenform selbst gespeichert und als Referenz verwendet werden. Bei der beschriebenen Ausführung sind die extrahierten Elemente die Polierrate und das Gleichförmigkeitsmaß, die beide aus der Wellenform bestimmt werden können, wie vorstehend beschrieben.
Gemäß 20b kann zu irgendeinem späteren Zeitpunkt die gespeicherte Signatur (oder die extrahierten Elemente) verwendet werden, um dieses System oder ein anderes System für einen Produktionseinsatz zu qualifizieren. Zur Qualifizierung eines Systems für die Produktion wird eine neue Signatur aus diesem System (Schritt 258) erhalten, und die relevanten Elemente werden aus der neuen Signatur extrahiert (Schritt 260). Die extrahierten Elemente werden dann mit dem gespeicherten Bezugssatz von Elementen (Schritt 264) verglichen. Wenn der Arbeitspunkt, wie er durch den Satz von extrahierten Elemente charakterisiert ist, in einen vorgegebenen Bereich um den Referenzpunkt herum fällt, wie er durch den gespeicherten Referenzsatz von Elementen definiert ist, wird geschlossen, dass das System geeignet arbeitet und dass es online für die Produktbehandlung von Wafern gehen kann (Schritt 266). Wenn dieser Prozess automatisiert ist, kann der Rechner an diesem Punkt die Bedienungsperson dahingehend informieren, dass der Prozess innerhalb der Spezifizierung liegt. Wenn andererseits der Arbeitspunkt außerhalb des vorgegebenen Bereichs fällt, ist dies eine Anzeige, dass das System nicht innerhalb der Spezifizierung arbeitet, und die Bedienungsperson wird auf dieses Problem hingewiesen, so dass eine Korrekturaktion vorgenommen werden kann (Schritt 268). Zur Korrekturaktion kann das geeignete Einstellen irgendeines Prozessparameters gehören, um den Prozess innerhalb der Spezifizierungen zu bringen. Wenn beispielsweise die Polierrate übermäßig groß ist oder wenn eine Oxidungleichförmigkeit größer als erlaubt ist, kann dann die Bedienungsperson erkennen, dass es zweckmäßig ist, eine neue Charge einer Schlämme zu versuchen oder den Druck auf das Kissen einzustellen oder auch das Kissen auszutauschen. Der spezielle Verlauf der Korrekturaktion, die gewählt wird, hängt natürlich von den Einzelheiten ab, wie das System von dem gewünschten Arbeitspunkt abgewichen ist, der Form und Arbeitsweise der Parameter des speziellen Systems und was die Erfahrung die Bedienungsperson lehrt.
Zur Bereitstellung weitere nützlicher Informationen für die Bedienungsperson liefert der Rechner fakultativ auch über seine Anzeigevorrichtung(en) Informationen über die extrahierten Elemente (Schritt 262). Die angezeigten Informationen können als die extrahierten Elemente, die Wellenform, wie nahe die verschiedenen extrahierten Elemente den anderen Elementen des gespeicherten Referenzsatzes liegen oder in welcher Weise sich als nützlich für Bedienungsperson erweist präsentiert werden.
Natürlich kann der vorstehend beschriebene In-situ-Ist-Zeit-Überwachungsvorgang auch periodisch zur Anwendung gelangen, während Produktionswafer behandelt werden, oder immer dann, 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 Schlämme eingesetzt wird) und es erforderlich wird, zu wissen, dass der CMP-Prozess noch innerhalb der Spezifizierung arbeitet. Zusätzlich kann er für die Qualifizierung des CMP-Systems vor der Verwendung am tatsächlichen Produkt zusätzlich an rohen Wafern anstatt am tatsächlichen Produkt benutzt werden.
Obwohl eine direkte und einfache Annäherung zum Extrahieren von Informationen aus der Signaturwellenform beschrieben wurde, d.h. durch Verwenden der Polierrate und des Gleichförmigkeitsmaßes, kann die Signatur oder Interferometerwellenform analysiert werden, indem verfeinerte Techniken verwendet werden (beispielsweise Muster- oder Elementerkennung oder andere Bildanalysenalgorithmen oder neurale Netzwerke, um nur wenige Alternativen zu nennen). Die Information, die verschiedene extrahierte Elemente hinsichtlich des Betriebs des Systems tragen, können durch Erfahrung bestimmt werden, und es können diejenigen, welche die Informationen tragen, die als äußerst wichtig für die Bedienungsperson angesehen werden, benutzt werden.
Zu erwähnen ist auch, dass die einfache Anzeige der Inteferometerwellenform (d.h. der Prozesssignatur) für die Bedienungsperson ein wertvolles Feedback darüber liefern kann, wie gut sich das System verhält. Typischerweise ist das menschliche Auge äußerst empfindlich bei der Erfassung auch geringer Änderungen in einem Bild aus dem, was man zu sehen erwartet. Somit ist die Bedienungsperson, nachdem sie etwas Erfahrung gewonnen hat, häufig in der Lage, Änderungen und nahe bevorstehende Probleme bei der gesamten CMP-Systemleistung einfach durch Betrachten der Wellenform zu erfassen. Somit zeigt bei der beschriebenen Ausgestaltung der Rechner auch die Signaturwellenform für die Bedienungsperson während der Behandlung an, so dass die Bedienungsperson sie auch zum Überwachen der Vorrichtungsleistung verwenden kann.
Bei Verwendung von dem Fachmann bekannten Techniken kann man leicht Software-Algorithmen entwickeln, die die Änderungen automatisch erkennen oder erfassen, nach denen die Bedienungsperson Ausschau hält, die die Bedienungsperson auf bestimmte Probleme hinweisen.
Eine Modifizierung zum Erhalten einer verbesserten Leistung
Eine weitere Ausführungsform weist eine Modifizierung für das Fenster in dem Kissen zwischen dem Interferometer und dem Wafer auf. Obwohl das Kissen einen wesentlichen Teil des Interferometer-Laserstrahls durchlässt, hat es sich gezeigt, dass es auch eine beträchtliche reflektive Komponente von der unteren Fläche des Kissens gibt. Diese Situation ist in 21(a) gezeigt, wo ein Teil des aus dem Laser-Interferometer 32 austretenden Laserstrahls 34 durch das Kissen 22 hindurchgeht, um den durchgelassenen Strahl 702 zu bilden, während ein Teil des Laserstrahls 34 von der rückseitigen Fläche 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. 21(b) zeigt diese Verschiebung (obwohl zum Zwecke der Klarheit übertrieben). In diesem Beispiel fügt die Gleichstromverschiebung, die sich aus dem reflektierten Laserlicht ergibt, dem Gesamtsignal etwa 8,0 V 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 verschobenen DC-Signals zur Vergrößerung des interessierenden Teils unmöglich, ohne die DC-Komponente des Signals zu reduzieren oder zu beseitigen. Wenn die DC-Komponente nicht beseitigt wird, wäre die Anordnung durch das verstärkte Signal gesättigt. Das Reduzieren oder Beseitigen der DC-Komponente auf elektronische Weise erfordert das Hinzufügen einer Signalbehandlungselektronik und kann zu einer Verschlechterung des brauchbaren Teils des Signals führen. Auch wenn die DC-Verschiebung nicht so groß wie hier beschrieben ist, wird wahrscheinlich eine bestimmte Signalbearbeitung noch erforderlich, um sie zu beseitigen. Dementsprechend möchte man ein nicht-elektronisches Verfahren zum Verringern oder Beseitigen dieser unerwünschten DC-Komponente haben.
Es hat sich gezeigt, dass durch Erzeugen einer diffusen Oberfläche 704' an der Rückseite des Kissens 22 in dem das Fenster bildenden Bereich, wie es in 21(c) dargestellt ist, das reflektierte Licht von dieser Oberfläche gedämpft wird. Dadurch wird die unerwünschte DC-Komponente des Datensignals verringert. Die diffuse Fläche 704' streut tatsächlich das nicht durchgelassene Laserlicht 708 mehr, als dass es den größten Teil davon zurück zu dem Interferometer 32 reflektiert. Das von dem Wafer reflektierte Signal muss also durch die diffuse Oberfläche 704' hindurchgehen, und wenn es dies tut, wird etwas von ihm ebenfalls gestreut.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass dies die Leistung des Interferometers nicht ernsthaft verschlechtert.
21(d) zeigt das Datensignal, das man erhält, wenn die diffuse Oberfläche 704' verwendet wird. Man sieht, dass bei Beseitigung der DC-Komponente das Signal leicht verstärkt und verarbeitet werden kann, ohne dass es erforderlich ist, irgendeinen DC-Anteil 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 Klebeband), oder auf irgendeine Weise, die die gewünschten Resultate erzeugt.
Obwohl die Erfindung im Einzelnen unter Bezug auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, ist selbstverständlich, dass Änderungen und Modifizierungen ausgeführt werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie er durch die Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Polierkissens (18) zur Verwendung in einem chemischen mechanischen Poliersystem, wobei bei dem Verfahren ein Fenster in dem Polierkissen zwischen einer Polierfläche und einer unteren Fläche des Polierkissens vorgesehen wird und das Fenster ein Feststoffelement (42) aufweist, das für Licht von einem Interferometer durchlässig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Feststoffelement (42) Poly-urethan ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Polierkissen (18) Polyurethan mit Zusatzstoffen aufweist, die die Durchlässigkeit unterbinden.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Einformen des Feststoffelements (42) in das Polierkissen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Polierkissen (18) eine Deckschicht (22) mit der Polieroberfläche und eine Trägerschicht (20) aufweist und sich das Fenster (42) in der Deckschicht befindet.
Verfahren nach Anspruch 5, welches weiterhin die Ausbildung einer Öffnung in der Trägerschicht (20) aufweist, die unter dem Feststoffelement in der Abdeckschicht liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die untere Fläche des Fensters zu der unteren Abdeckschicht (22) bündig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die obere Fläche des Feststoffelements (42) bündig zu der Polieroberfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Feststoffelement (42) eine diffuse untere Fläche hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Feststoffelement (42) kerbfrei ist.