DE102007015502A1 - CMP system with an eddy current sensor of lower height - Google Patents
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Abstract
Durch Vorsehen eines Wirbelstromsensorelements in einer Polieranlage an einem tieferen Höhenniveau in Verbindung mit einem entsprechenden optischen Endpunkterkennungssystem können standardmäßige Polierkissen verwendet werden, wodurch die Lebensdauer des Polierkissens verbessert und die Maschinenauslastung erhöht wird.By providing an eddy current sensor element in a polishing system at a lower height level in conjunction with a corresponding optical end point detection system, standard polishing pads can be used, thereby improving the life of the polishing pad and increasing machine utilization.
Description
Gebiet der vorliegenden OffenbarungField of the present disclosure
Im Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere CMP-(chemisch-mechanische) Polierprozessanlagen, die für die Herstellung moderner Metallisierungsstrukturen verwendet werden, etwa sogenannter Damaszener-Strukturen, in denen Metallgräben und Kontaktdurchführungen in einer isolierenden Schicht hergestellt werden, wobei nachfolgend die Kontaktdurchführungen und die Gräben mit einem Metall gefüllt werden und die Struktur eingeebnet wird, indem das überschüssige Metall unter Anwendung eines Polierprozesses abgetragen wird.in the In general, the subject matter disclosed herein relates to the field the manufacture of integrated circuits and in particular CMP (chemical mechanical) polishing process equipment used for manufacturing modern metallization structures are used, such as so-called Damascene structures containing metal trenches and vias be prepared in an insulating layer, wherein below the contact bushings and the trenches be filled with a metal and the structure is leveled by applying the excess metal a polishing process is removed.
Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the state of the technology
Typischerweise erfordert die Herstellung moderner integrierter Schaltungen eine große Anzahl einzelner Prozessschritte, wobei eine typische Prozesssequenz das Abscheiden von leitenden, halbleitenden oder isolierenden Schichten auf einem geeigneten Substrat umfasst. Nach dem Abscheiden der entsprechenden Schicht werden Bauteilstrukturelemente hergestellt, indem die entsprechende Schicht mit bekannten Mitteln strukturiert wird, etwa durch Photolithographie und Ätzen. Folglich wird durch Strukturieren einer abgeschiedenen Schicht eine gewisse Topographie erzeugt, die damit wiederum das Abscheiden und das Strukturieren nachfolgender Schichten beeinflusst. Da modernste integrierte Schaltungen die Herstellung einer Vielzahl aufeinanderfolgender Schichten erfordern, ist es üblich, die Oberfläche des Substrats periodisch einzuebnen, um damit gut definierte Bedingungen für das Abscheiden und Strukturieren nachfolgender Materialschichten zu schaffen. Dies gilt insbesondere für sogenannte Metallisierungsschichten, in denen Metallverbindungsstrukturen hergestellt werden, um die einzelnen Bauteilstrukturelemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen elektrisch zu verbinden, um damit das durch das Schaltungselement erforderliche Funktionsverhalten zu erreichen.typically, requires the manufacture of modern integrated circuits one size Number of individual process steps, with a typical process sequence the deposition of conductive, semiconductive or insulating layers on a suitable substrate. After separating the appropriate Layer, component structural elements are made by the corresponding Layer is structured by known means, such as photolithography and etching. Consequently, by patterning a deposited layer, a certain topography generated, which in turn the deposition and influences the structuring of subsequent layers. As the most modern integrated circuits producing a multitude of successive Require layers, it is common the surface periodically leveling the substrate so as to provide well-defined conditions for the Depositing and structuring of subsequent material layers too create. This applies in particular to so-called metallization layers, in which metal compound structures are made to the individual device features, such as transistors, capacitors, resistors and the like so as to electrically connect through the Circuit element required functional behavior to achieve.
In dieser Hinsicht wurde CMP eine häufig eingesetzt Prozesstechnik, um „Unregelmäßigkeiten" in der Substrattopographie, die durch vorhergehende Prozesse hervorgerufen werden, zu reduzieren, um damit verbesserte Bedingungen für einen nachfolgenden Prozess, etwa die Photolithographie, und dergleichen zu erzeugen. Der Polierprozess selbst bewirkt eine mechanische Schädigung an der polierten Oberfläche, jedoch in einem äußerst geringen Bereich, d. h. auf atomare Ebene, abhängig von den Prozessbedingungen. CMP-Prozesse besitzen auch eine Vielzahl von Nebeneffekten, die es zu berücksichtigen gilt, um auf Prozesse anwendbar zu sein, die zum Herstellen modernster Halbleiterbauelement erforderlich sind.In In this regard, CMP has been widely used Process technology to detect "irregularities" in substrate topography, which are caused by preceding processes to reduce to improve conditions for a subsequent process, such as to produce the photolithography, and the like. The polishing process itself causes mechanical damage on the polished surface, but in a very small amount Area, d. H. at the atomic level, depending on the process conditions. Also own CMP processes a variety of side effects that need to be considered in order to process to be applicable to the manufacture of state-of-the-art semiconductor device required are.
Beispielsweise wurde in der jüngeren Vergangenheit die sogenannte Damaszener- oder Einlegetechnik ein bevorzugtes Verfahren bei der Herstellung von Metallisierungsschichten, wobei eine dielektrische Schicht abgeschieden und so strukturiert wird, dass diese Gräben und Kontaktlöcher erhält, die nachfolgend mit geeigneten Metallen, etwa Aluminium, Kupfer, Kupferlegierungen, Silber, Wolfram und dergleichen gefüllt werden. Da der Prozess des Abscheidens des Metalls als ein „ganzflächiger" Abscheideprozess auf der Grundlage von beispielsweise elektrochemischen Abscheideverfahren durchgeführt werden kann, erfordert das entsprechende Muster des dielektrischen Materials ggf. eine merkliche Menge an überschüssigem Material, um schmale Öffnungen und weite Gebiete oder Gräben in einem gemeinsamen Prozess zuverlässig zu füllen. Das überschüssige Metall wird dann entfernt und die resultierende Oberfläche wird eingeebnet, indem eine Prozesssequenz ausgeführt wird, in der ein oder mehrere mechanische Polierprozesse beteiligt sind, wobei auch eine chemische Komponente mit eingeschlossen ist. Das chemisch-mechanische Polieren (CMP) hat sich als eine zuverlässige Technik erwiesen, um das überschüssige Metall zu entfernen und die resultierende Oberfläche einzuebnen, so dass Metallgräben und Kontaktdurchführungen zurückbleiben, die elektrisch voneinander isoliert sind, wie dies durch die entsprechende Schaltungsanordnung erforderlich ist. Das chemisch-mechanische Polieren erfordert, dass die Substrate an einem Träger angebracht werden, einem sogenannten Polierkopf, so dass die einzuebnende Substratoberfläche frei liegt und gegen ein Polierkissen gedrückt werden kann. Der Polierkopf und das Polierkissen werden relativ zueinander bewegt, indem für gewöhnlich der Polierkopf und das Polierkissen individuell in Bewegung versetzt werden. Typischerweise werden der Kopf und das Polierkissen gegeneinander in Drehung versetzt, wobei die Relativbewegung so gesteuert wird, dass lokal ein gewünschter Materialabtrag erreicht wird. Während des Poliervorgangs wird typischerweise ein Schleifmittel, der ein chemisch reaktives Mittel und möglicherweise abreibende Teilchen enthält, der Oberfläche des Polierkissens zugeführt.For example was in the younger Past the so-called damascene or insertion technique preferred method in the production of metallization layers, wherein a dielectric layer is deposited and patterned that these trenches and contact holes who receives subsequently with suitable metals, such as aluminum, copper, copper alloys, Silver, tungsten and the like are filled. Because the process depositing the metal as a "whole-area" deposition process on the basis be performed by, for example, electrochemical deposition may require the appropriate pattern of dielectric material possibly a significant amount of excess material, around narrow openings and wide areas or ditches to fill reliably in a common process. The excess metal is then removed and the resulting surface is leveled by running a process sequence in which one or more mechanical polishing processes are involved, wherein Also included is a chemical component. The chemical-mechanical Polishing (CMP) has proven to be a reliable technique the excess metal to level and level the resulting surface so that metal trenches and Vias stay behind which are electrically isolated from each other, as by the corresponding Circuit arrangement is required. Chemistry-mechanical polishing requires that the substrates are attached to a carrier be attached, a so-called polishing head, so that the einbennende substrate surface is free and can be pressed against a polishing pad. The polishing head and the polishing pad are moved relative to each other, usually the Polishing head and the polishing pad individually set in motion become. Typically, the head and the polishing pad are against each other set in rotation, the relative movement is controlled so that locally a desired one Material removal is achieved. While The polishing process will typically be an abrasive that includes chemically reactive agent and possibly contains abrasive particles, the surface supplied to the polishing pad.
Ein
Problem beim chemisch-mechanischen Polieren von Substraten besteht
darin, dass sehr unterschiedliche Abtragsraten für unterschiedliche Materialien
auftreten, etwa für
ein Metall und ein dielektrisches Material, von dem das überschüssige Metall zu
entfernen ist. Beispielsweise wird beim Polierzustand, in welchem
das dielektrische Material und das Metall gleichzeitig behandelt
werden, d. h. nachdem der Hauptanteil des Metalls bereits entfernt
ist, die Abtragsrate für
das Metall größer sein
als die Abtragsrate für
das dielektrische Material. Dies kann wünschenswert sein, da das gesamte
Metall zuverlässig
von allen isolierenden Oberflächen
abgetragen werden soll, um damit die erforderliche elektrische Isolierung
zu gewährleisten.
Andererseits kann ein merklicher Metallabtrag aus den Gräben und
Kontaktdurchführungen
zu Gräben
und Kontaktlöchern führen, die
einen erhöhten
elektrischen Widerstand auf Grund der reduzierten Querschnittsfläche aufweisen.
Ferner kann die lokale Abtragsrate deutlich von der lokalen Struktur,
d. h. von der lokalen Musterdichte, abhängen, woraus sich ein lokal ändernder
Grad an Erosion des dielektrischen Materials in der abschließenden Phase
des Polierprozesses ergeben kann. Um einen typischen Damaszener-Prozess deutlicher
darzustellen, wird nunmehr auf die
Danach
wird die Halbleiterstruktur
Daher werden komplexe Steuerungsstrategien in modernen CMP-Anlagen eingesetzt, um vor Ort, d. h. in-situ-Messdaten zum Abschätzen eines geeigneten Endpunktes des Polierprozesses zu erzeugen und/oder die Gleichmäßigkeit des Polierprozesses zu steuern. Beispielsweise kann die Schichtdicke an diversen Stellen auf dem Substrat überwacht werden, um die lokale Abtragsrate während des Prozesses zu bestimmen und/oder um einen geeigneten Zeitpunkt zum Beenden des Prozesses zu ermitteln. Zu diesem Zweck können optische Messverfahren, etwa spektroskopische Ellipsometrie oder andere Reflektivitätsmessverfahren eingesetzt werden. Da die optische Sondierung der Substratoberfläche auf Grund der Natur des Polierprozeseses schwierig ist, muss ein hoher Aufwand betrieben werden, um geeignete CMP-Anlagen mit optischen Messmöglichkeiten auszustatten. Zu diesem Zweck wurden geeignet gestaltete Polierkissen und Polierteller entwickelt, die optischen Zugang zur Substratoberfläche während des Polierens ermöglichen. Dies kann bewerkstelligt werden, indem entsprechende transparente Fenster in dem Polierkissen vorgesehen werden. Es können entsprechende optische Messdaten daher für eine Vielzahl dielektrischer Materialien und sehr dünne Metallschichten während des Polierens ermittelt werden, wodurch effiziente Steuerungsstrategien und Endpunkterkennungsstrategien möglich sind. Für moderat dicke Anfangsmetallschichten, wie sie typischerweise bei der Herstellung von Metallisierungsschichten anzutreffen sind, wie zuvor gezeigt ist, können verbesserte Prozesssteuerungsstrategien auch während einer beliebigen Phase des Polierprozesses mit anfangs dicken Metallschichten wichtig sein, die durch aktuell verfügbare optische Systeme nicht in effizienter Weise verwirklicht werden.Therefore, complex control strategies are used in modern CMP plants to generate on-site, ie, in situ, measurement data for estimating a suitable end point of the polishing process and / or to control the uniformity of the polishing process. For example, the layer thickness can be monitored at various locations on the substrate in order to determine the local removal rate during the process and / or to determine a suitable time for terminating the process. For this purpose, optical measuring methods, such as spectroscopic ellipsometry or other Reflektivitätsmessverfahren be used. Since the optical probing of the substrate surface is difficult due to the nature of the polishing process, a great deal of effort has to be expended to equip suitable CMP systems with optical measurement capabilities. For this purpose, suitably designed polishing pads and polishing pads have been developed which allow optical access to the substrate surface during polishing. This can be accomplished by providing corresponding transparent windows in the polishing pad. Therefore, appropriate optical measurement data can be obtained for a variety of dielectric materials and very thin metal layers during polishing, allowing efficient control strategies and endpoint detection strategies. For moderately thick initial metal layers, such as typically found in the formation of metallization layers, as previously shown, improved process control strategies may also be important during any phase of the polishing process with initially thick metal layers that are not efficiently realized by currently available optical systems ,
Aus
diesem Grunde wurden andere in-situ-Messstrategien vorgeschlagen,
etwa mittels Sensoren, die auf der Grundlage der induktiven Kopplung arbeiten.
In diesem Falle werden Wirbelströme
in der Metallschicht erzeugt, die von der Schichtdicke abhängen. Die
Antwort einer Sensorspule auf Wirbelströme kann dann verwendet werden,
um die lokale Dicke der Schicht zu bewerten. Entsprechende Sensorsysteme
können
sehr effizient in Situationen sein, die zuvor mit Bezug zu den
In fortschrittlichen CMP-Techniken sind die Betriebskosten für entsprechende Anlagen ein wichtiger Faktor, da in den letzten Jahren die CMP-Kosten deutlich angestiegen sind. Die Zufuhr und die Handhabung von Schleifmitteln, Polierkissen, Konditionierern, Reinigungseinheiten und dergleichen ist äußerst kostenintensiv. Somit sind entsprechende Prozess- und Steuerungsstrategien, in denen spezielle und damit teuere Verbrauchsmaterialien erforderlich sind, etwa Polierkissen, wie sie zuvor beschrieben sind, im Hinblick auf den Verbrauch von Verbrauchsmitteln und dergleichen zu verbessern, da diese Faktoren merklich zu den erhöhten Produktionskosten auf Grund des häufigen Wechsels von Verbrauchsmaterialien, einer geringeren Anlagenauslastung und Verfügbarkeit und dergleichen beitragen. In dem zuvor beschriebenen Falle sind die speziell gestalteten Kissen sehr teuer und zeigen eine reduzierte Lebensdauer auf Grund einer Ablösung des Fensters und/oder einer Beeinträchtigung des dünnen Materialbereichs in dem Kissenfenster auf.In advanced CMP techniques are the operating costs for appropriate Investment is an important factor, as the CMP costs have clearly increased in recent years have risen. The supply and handling of abrasives, Polishing pads, conditioners, cleaning units and the like is extremely expensive. Thus, appropriate process and Control strategies in which special and therefore expensive consumables are required, such as polishing pads, as described above, in terms of consumption of consumables and the like improve as these factors add up to the increased production costs Reason of frequent Change of consumables, lower plant utilization and availability and the like contribute. In the case described above the specially designed pillows are very expensive and show a reduced Lifetime due to a replacement of the window and / or a deterioration of the thin material area in the cushion window.
Angesichts der obigen Probleme wird angestrebt, ein oder mehrere der beim Betrieb moderner Poliersysteme beteiligten Probleme zu vermeiden oder zumindest in der Auswirkung zu reduzieren.in view of The above problems are aimed at one or more of the operation Modern polishing systems involved avoid problems or at least to reduce in impact.
Überblick über die vorliegende OffenbarungOverview of the present disclosure
Im Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand CMP-Anlagen und zugehörige Komponenten, etwa Polierkissen, Sensorkomponenten, und dergleichen, die eine Vorort bzw. in-situ-Überwachung des Polierprozesses ermöglichen, wobei zumindest ein induktiver Sensor vorgesehen wird, der ein Signal erzeugt, das mit der Menge eines leitenden Materials in Beziehung steht, das auf einer zu behandelnden Oberfläche ausgebildet ist. Wie zuvor erläutert ist, werden in sehr modernen CMP-Anlagen typischerweise die optische Prozesssteuerung und die Prozesssteuerung auf der Grundlage induktiver Sensorkonzepte, beispielsweise unter Anwendung des Wirbelstromprinzips gleichzeitig bereitgestellt, um damit die Steuerbarkeit und Flexibilität der entsprechenden CMP-Anlagen zu verbessern. In diesen konventionellen CMP-Anlagen werden technisch fortschrittliche Polierkissen mit besonders dünnen Kissenfenstern eingesetzt, um sowohl die effiziente optische Ankopplung als auch die effiziente induktive Ankopplung zu ermöglichen. Auf Grund des anspruchsvollen Aufbaus der entsprechenden Polierkissen ergeben sich deutlich erhöhte Betriebskosten, da insbesondere die geringere Lebensdauer der entsprechenden Fensterbereiche ein häufigeres Auswechseln eines Polierkissens erforderlich macht. In anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen wird ein entsprechender induktiver Sensor bereitgestellt, der in geeigneter Weise so gestaltet ist, dass die Verwendung von Kissenfenstern mit erhöhter Dicke und/oder standardmäßigen Polierkissen, wie sie typischerweise in optischen Endpunkterkennungssystemen und CMP-Anlagen ohne zusätzliche Wirbelstromsensorelemente eingesetzt werden, verwendet werden können, wodurch die gesamte Lebensdauer des Polierkissens gesteigert wird.in the In general, the subject matter disclosed herein relates to CMP facilities and related Components, such as polishing pads, sensor components, and the like, the on-site or in-situ monitoring enable the polishing process wherein at least one inductive sensor is provided, which is a signal that is related to the amount of conductive material stands, which is formed on a surface to be treated. As explained above, are typically the optical in very modern CMP systems Process control and process control based on inductive sensor concepts, for example provided simultaneously using the eddy current principle thus the controllability and flexibility of the corresponding CMP plants to improve. In these conventional CMP plants become technically advanced Polishing pads with extra thin cushion windows used both the efficient optical coupling as well to enable efficient inductive coupling. Due to the demanding Structure of the corresponding polishing pads result in significantly increased operating costs, since in particular the shorter life of the corresponding window areas a more common one Replacement of a polishing pad required. In visual Embodiments disclosed herein a corresponding inductive sensor provided in the appropriate Way is designed so that the use of cushion windows with increased Thickness and / or standard polishing pads, as typically in optical endpoint recognition systems and CMP systems without additional Eddy current sensor elements can be used, thereby the entire life of the polishing pad is increased.
In einer anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsform umfasst eine Polieranlage einen Polierteller mit einer Oberfläche, die ausgebildet ist, ein Unterkissen und ein oberes Kissen aufzunehmen, das eine polierende Oberfläche und eine untere Oberfläche in Kontakt mit dem Unterkissen aufweist, wobei das Unterkissen eine erste Öffnung aufweist, die von einem Bereich des oberen Kissens bedeckt wird. Des weiteren umfasst die Polieranlage einen induktiven Sensor mit einer Fühleroberfläche, die so positioniert ist, dass es sich von der Oberfläche des Poliertellers in die erste Öffnung erstreckt, wobei die Fühleroberfläche an einem Höhenniveau angeordnet ist, das kleiner ist als ein Höhenniveau der unteren Oberfläche des oberen Kissens.In An illustrative embodiment disclosed herein includes a polishing system a polishing pad having a surface that is formed Undercushion and an upper cushion to absorb, which is a polishing surface and a lower surface in contact with the lower pad, wherein the lower pad a first opening which is covered by a portion of the upper pad. Furthermore, the polishing system includes an inductive sensor with a feeler surface that is positioned so that it extends from the surface of the polishing pad in the first opening extends, wherein the sensor surface on a height level is smaller than a height level of the lower surface of the upper cushion.
Eine anschauliche Polieranlage, die hierin offenbart ist, umfasst einen Polierteller mit einer Oberfläche, die zur Aufnahme eines Polierkissens mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke ausgebildet ist. Ferner umfasst die Polieranlage einen induktiven Sensor mit einer Fühleroberfläche, die so positioniert ist, dass es sich von der Oberfläche des Tellers erstreckt und das Polierkissen stützt.A Illustrative polishing equipment disclosed herein comprises a Polishing plate with a surface, for receiving a polishing pad having a substantially uniform thickness is trained. Furthermore, the polishing system includes an inductive Sensor with a sensor surface, the is positioned so that it extends from the surface of the plate and the polishing pad supports.
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform umfasst ein Polierkissen für eine CMP-Anlage ein Basismaterial, das ausgebildet ist, an einem Polierteller montiert zu werden, wobei das Basismaterial lateral beschränkte Bereiche enthält, in denen ein magnetisches Material eingeschlossen ist. Das Polierkissen umfasst ferner eine Oberfläche zum Polieren eines Substrats.In Another illustrative embodiment includes a polishing pad for one CMP plant a base material, which is adapted to be mounted on a polishing plate, wherein bounded the base material laterally Contains areas, in which a magnetic material is enclosed. The polishing pad further comprises a surface for polishing a substrate.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:Further Aspects of the present disclosure are defined in the appended claims and go more clearly from the following detailed description when studying with reference to the accompanying drawings becomes, in which:
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Es ist zu beachten, dass obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, die detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, den Gegenstand auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhafte diverse Aspekte der vorliegenden Offenbarung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.It It should be noted that although the present disclosure is related to to the embodiments as described in the following detailed description As shown in the drawings, the detailed description as well as the drawings do not intend the object on the specific disclosed embodiments restrict but the described embodiments merely exemplify various aspects of the present invention Revelation whose scope defined by the appended claims is.
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft die Problematik der erhöhten Betriebskosten und der geringeren Anlagenverfügbarkeit moderner CMP-Anlagen oder anderer Arten von Polieranlagen, in denen fortschrittliche Vorort- bzw. in-situ-Prozessüberwachung auf Grundlage induktiver Sensorkonzepte erforderlich ist. Wie zuvor erläutert ist, können komplexe Polierprozesse zum Entfernen von Überschussmaterial und zum Einebnen der Oberflächentopographie eine präzise Überwachung der Abtragsrate selbst vor einer Endphase des Polierens benötigen, um damit zuverlässig den entsprechenden Polierprozess zu steuern. Während des Entfernens von überschüssigem Kupfer ist eine zuverlässige Überwachung des restlichen Anteils von Kupfermaterial beispielsweise ein wichtiger Aspekt, selbst in der Anfangsphase oder einer Zwischenprozessphase, um damit hohe Abtragsraten zu ermöglichen, ohne unerwünschte Prozessungleichmäßigkeiten einzuführen. Während eines entsprechenden Polierprozesses kann ein optisches Erkennungssystem weniger effizient sein, da die entsprechende Reflektivität nicht ausreichend Information über die verbleibende Materialmenge bietet, da die anfänglich vorhandene Oberflächentopographie zunehmend eingeebnet wird, wodurch ein sehr gleichmäßiges Streuverhalten der entsprechenden Oberfläche hervorgerufen wird, während die verbleibende Menge des Metalls keine Ermittlung von Information im Hinblick auf die verbleibende Schichtdicke ermöglicht. In diesem Falle können effiziente berührungsfreie Messverfahren, beispielsweise auf Grundlage induktiver Prinzipien durch Erzeugen von Wirbelströmen in der zu behandelnden Metalloberfläche eingesetzt werden, um die verbleibende Materialdicke abzuschätzen, wobei die entsprechende Messinformation auch zum Bestimmen eines geeigneten Endpunkts einer beispielsweise Polierphase mit hoher Abtragsrate verwendet werden können, um damit in eine nachfolgende Phase mit geringerer Abtragsrate überzugehen, so dass die entsprechende dielektrische Oberfläche im Wesentlichen vollständig freigelegt wird, und damit die jeweiligen Metallgebiete, die darin enthalten sind, elektrisch zu isolieren. Während dieser Polierphase können optische Endpunkterkennungsverfahren oder Prozessüberwachungsverfah ren effizient eingesetzt werden, möglicherweise in Verbindung mit den induktiven Sensorkomponenten, um damit einen im Wesentlichen gleichmäßigen Materialabtrag mit einer effizienten Freilegung der entsprechenden dielektrischen Oberflächenbereiche zu erreichen, ohne dass im Wesentlichen zur Erosion des dielektrischen Materials und zur Einkerbung freiliegender Metallgebiete beigetragen wird. Somit kann insbesondere die Kombination optischer Messstrategien und induktiver Sensorkonzepte in entsprechenden Fertigungssequenzen äußerst vorteilhaft sein, in denen gut leitende Metalle, etwa Kupfer, Kupferlegierungen, Silber, Wolfram, und dergleichen über einem strukturierten dielektrischen Material gebildet werden, dessen Oberflächentopographie in einem nachfolgenden Schritt auf der Grundlage eines Polierprozesses einzuebnen ist. Zusätzlich zu einer hohen Prozessqualität entsprechender Prozessschritte sind jedoch auch andere Faktoren während des komplexen Fertigungsprozesses zur Herstellung von Mikrostrukturbauelementen von vergleichbarer Wichtigkeit, etwa die Anlagenauslastung, die Anlagenverfügbarkeit, die Betriebskosten entsprechender Prozessanlagen, und dergleichen, da zusätzlich zu einer hohen Produktionsausbeute auch der Gesamtdurchsatz für eine gegebene Anlage die Rentabilität der gesamten Fertigungssequenz bestimmt. Da insbesondere Polierprozesse in Form des chemischmechanischen Polierens oder des elektrochemischen Polierens und dergleichen deutlich an Bedeutung zugenommen haben bei der Herstellung komplexer Halbleiterbauelemente, kann eine deutliche Verringerung der Betriebskosten von Polierprozessen in Verbindung mit einer Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit zu einer Verringerung der Gesamtherstellungskosten beitragen.The subject matter disclosed herein addresses the issue of increased operating costs and lower plant availability of modern CMP plants or other types of polishing facilities where advanced on-site process monitoring based on inductive sensor concepts is required. As previously explained, complex polishing processes to remove excess material and planarize the surface topography may require precise monitoring of the rate of removal even prior to a final phase of polishing, thereby reliably controlling the corresponding polishing process. For example, during the removal of excess copper, reliable monitoring of the remaining portion of copper material is an important aspect, even in the initial phase or an intermediate process phase, to allow high removal rates without introducing undesirable process nonuniformities. During a corresponding polishing process, an optical detection system may be less efficient because the corresponding reflectivity does not provide sufficient information about the amount of material remaining, as the initial surface topography is increasingly leveled, causing a very uniform scattering behavior of the corresponding surface, while the remaining amount of Metal no determination of information with regard to the remaining layer thickness allows. In this case, Kings efficient non-contact measuring methods, for example, based on inductive principles by generating eddy currents in the metal surface to be treated to estimate the remaining material thickness, the corresponding measurement information can also be used to determine a suitable endpoint of a high removal rate polishing phase, for example to proceed to a subsequent phase with a lower removal rate, so that the corresponding dielectric surface is substantially completely exposed, and thus to electrically isolate the respective metal areas contained therein. During this polishing phase, optical endpoint detection methods or process monitoring methods may be used efficiently, possibly in conjunction with the inductive sensor components, to achieve substantially uniform material removal with efficient exposure of the corresponding dielectric surface areas, without substantially eroding the dielectric material and Indentification of exposed metal areas is contributed. Thus, in particular, the combination of optical measuring strategies and inductive sensor concepts can be extremely advantageous in corresponding manufacturing sequences in which highly conductive metals, such as copper, copper alloys, silver, tungsten, and the like, are formed over a patterned dielectric material whose surface topography in a subsequent step on the Basis of a polishing process is leveling. In addition to a high process quality of corresponding process steps, however, other factors during the complex manufacturing process for the production of microstructure devices of comparable importance, such as the plant utilization, the plant availability, the operating costs of appropriate process equipment, and the like, as in addition to a high production yield and the total throughput for a given facility determines the profitability of the entire manufacturing sequence. In particular, since polishing processes in the form of chemical mechanical polishing or electrochemical polishing and the like have become significantly more important in the fabrication of complex semiconductor devices, a significant reduction in the operating costs of polishing processes in conjunction with an improvement in equipment availability can contribute to a reduction in overall manufacturing costs.
In anschaulich hierin offenbarten Ausführungsformen werden entsprechende induktive Sensorsysteme in modernen Polieranlagen bereitgestellt, wobei äußerst anspruchsvolle und damit teuere und empfindliche Polierkissen nicht erforderlich sind, wie dies in einer Vielzahl moderner konventioneller CMP-Anlagen der Fall ist, etwa in der Polieranlage „Reflexion LK", die von Applied Materials Inc. erhältlich ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird ein standardmäßiges Polierkissen mit einem standardmäßigen Kissenfenster, das für die optische Prozesssteuerung eingesetzt wird, verwendet, wobei die entsprechende Sensoranordnung in geeigneter Weise an die jeweilige Dicke des standardmäßigen Polierkissens angepasst wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann die entsprechende Höhenposition bzw. das Höhenniveau einer Fühlerfläche eines induktiven Sensors in geeigneter Weise in einstellbarer Art so positioniert werden, dass eine erhöhte Flexibilität bei der Auswahl einer geeigneten Kissenkonfiguration in modernsten Po lieranlagen möglich ist. Folglich können in modernen Polieranlagen entsprechende optische Messsysteme und induktive Sensorsysteme kombiniert werden, ohne dass speziell gestaltete Polierkissen erforderlich sind.In Illustratively, embodiments disclosed herein will be corresponding provided inductive sensor systems in modern polishing plants, being extremely demanding and therefore expensive and sensitive polishing pads are not required are, as in a variety of modern conventional CMP systems the case is, for example, in the polishing plant "Reflexion LK", by Applied Materials Inc. available is. In some illustrative embodiments, a standard polishing pad is used with a standard cushion window, that for the optical process control is used, the corresponding sensor arrangement in a suitable manner to the respective Thickness of the standard polishing pad is adjusted. In other illustrative embodiments, the corresponding altitude position or the height level a sensor surface of a inductive sensor appropriately positioned in an adjustable manner so be that increased flexibility in choosing a suitable pillow configuration in the most modern Po lieranlagen possible is. Consequently, you can in modern polishing plants corresponding optical measuring systems and inductive sensor systems can be combined without having specially designed Polishing pads are required.
Es sollte beachtet werden, dass der hierin offenbarte Gegenstand auf Polieranlagen, etwa elektrochemisch mechanische Polieranlagen und dergleichen angewendet werden kann, die zur Herstellung sehr komplexer Halbleiterbauelemente verwendet werden, etwa CPU's, Speicherchips, und dergleichen, in denen modernste Metallisierungsstrukturen für das elektrische Verbinden von Schaltungselementen zu bilden sind, etwa von Transistoren, und dergleichen, die kritische Abmessungen von ungefähr 50 nm und deutlich weniger aufweisen. Jedoch können die Prinzipien des hierin offenbarten Gegenstandes auch auf Situationen angewendet werden, in denen die Polieranlagen zumindest temporär für das Entfernen von leitendem Materialien von entsprechenden Substratoberflächen eingesetzt werden, wobei das Vorsehen eines induktiven Sensorsystems in Verbindung mit einem weniger kritischen Polierkissen für eine verbesserte Anlagenflexibilität sorgen kann, insbesondere wenn das entsprechende induktive Sensorsystem in Verbindung mit einem entsprechenden optischen Erkennungssystem eingesetzt wird. Sofern also dies in der Beschreibung oder den angefügten Patentansprüchen nicht explizit anders angegeben ist, sollte der hierin offenbarte Gegenstand nicht als auf Polierprozesse zur Herstellung von kupferbasierten Metallisierungsschichten eingeschränkt erachtet werden.It should be noted that the subject matter disclosed herein Polishing equipment, such as electrochemical mechanical polishing equipment and The same can be applied to the production of very complex Semiconductor devices can be used, such as CPU's, memory chips, and the like, in state-of-the-art metallization structures for electrical connection of circuit elements, such as transistors, and the like, the critical dimensions of about 50 nm and much less exhibit. However, you can the principles of the subject matter disclosed herein also apply to situations be applied, in which the polishing equipment at least temporarily for removal of conductive materials used by corresponding substrate surfaces wherein the provision of an inductive sensor system in combination with a less critical polishing pad can provide improved plant flexibility, especially when the corresponding inductive sensor system in conjunction is used with a corresponding optical detection system. So far as this is not the case in the description or the appended claims explicitly stated otherwise, the subject matter disclosed herein should be not as on polishing processes for making copper-based Metallization be considered limited.
Mit
Bezug zu den
Die
Polieranlage
Während des
Betriebs der Polieranlage
Wie
ersichtlich ist, kann während
des Betriebs der Polieranlage
In
konventionellen Einrichtungen wird ein entsprechendes Kissenfenster
mit einer sogar reduzierten Materialdicke vorgesehen, um den entsprechenden
Spalt zwischen einer Fühleroberfläche und dem
zu behandelnden Substrat zu verringern. In diesem Falle wird ein
noch schnellerer Verschleiß des entsprechende
Fensterbereichs beobachtet, wodurch die Gesamtlebensdauer des Polierkissens
verlängert
wird, obwohl die verbleibende polierende Oberflächen weiterhin in einem funktionsfähigen Zustand
ist. Aus diesem Grunde wird die Fühleroberfläche
Während des
Betriebs der Polieranlage
Ferner
können
in der mit Bezug zu
Beim
Betrieb der Anlage
Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Sensorkonfiguration für Sensorsysteme in Polieranlagen auf Grundlage einer induktiven Kopplung, etwa auf Grundlage von Wirbelströmen bereit, um damit die Notwendigkeit der Anwendung moderner und damit teuer Polierkissen zu vermeiden oder zu verringern, die eine geringere Materialdicke an den jeweiligen Fenstern der Kissen aufweisen. Zu diesem Zweck kann das Höhenniveau einer induktiven Fühlerfläche im Vergleich zu konventionellen Gestaltungsformen verringert werden oder in einer einstellbaren Weise vorgesehen werden, um damit die Möglichkeit zu schaffen, standardmäßige Polierkissen anzuwenden, die eine deutlich höhere Lebensdauer im Vergleich zu modernsten Polierkissen mit Fenster mit reduzierter Materialdicke aufweisen. Folglich können die Gesamtbetriebskosten verringert und die Anlagenverfügbarkeit kann erhöht werden, wodurch zu einem gesteigerten Gesamtdurchsatz beigetragen wird.It Thus, the present invention provides an improved sensor configuration for sensor systems in polishing systems based on an inductive coupling, such as Basis of eddy currents ready in order to avoid the need of applying modern and therefore expensive To avoid or reduce polishing pads, the lower one Have material thickness at the respective windows of the pillows. To this Purpose can be the height level an inductive sensor surface in comparison be reduced to conventional designs or in one adjustable way to be provided with it the possibility to create standard polishing pads to apply, which is a significantly higher Lifespan compared to state-of-the-art polishing cushions with windows having reduced material thickness. Consequently, the Total cost of ownership reduced and plant availability can be increased which contributed to an increased overall throughput becomes.
Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.Further Modifications and variations of the present invention will become for the One skilled in the art in light of this description. Therefore, this is Description as merely illustrative and intended for the purpose, the expert the general manner of carrying out the present invention to convey. Of course are the forms of the invention shown and described herein as the present preferred embodiments consider.
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