DE10123386A1

DE10123386A1 - Teststation und Verfahren zur Beurteilung der Zuverlässigkeit eines Polierkopfes einer CMP-Vorrichtung

Info

Publication number: DE10123386A1
Application number: DE2001123386
Authority: DE
Inventors: Mirko Augustin; Jens Kramer
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2002-11-28

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Teststation zum Beurteilen von Zuverlässigkeit eines Polierkopfes für eine CMP-Vorrichtung bereitgestellt. Dies ermöglicht es, die erwartete Haltbarkeit eines Polierkopfes vor der Verwendung des Kopfes im tatsächlichen Prozess abzuschätzen. Somit kann eine deutliche Verringerung des Ausschusses von Wafern erreicht werden.

Description

Gebiet der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere den Vorgang des chemisch-mechanischen Polierens von Sub straten, etwa von Schreiben, während der Herstellung von integrierten Schaltungen.

Beschreibung des Stands der Technik

In modernen integrierten Schaltungen werden Millionen Halbleiterelemente, etwa Fel deffekttransistoren (FET) auf einer einzelnen Chipfläche hergestellt. Das Ausbilden die ser einzelnen Halbleiterelemente erfordert, dass kleine Gebiete mit genau festgelegter Größe auf einer über einem geeigneten Substrat, etwa einem Siliziumsubstrat, aufge brachten Materialschicht gebildet werden. Ferner müssen die unterschiedlichen elektri schen aktiven Gebiete, etwa Gateelektroden, Drain- und Sourcegebiete jedes Halblei terelements, beispielsweise Transistors, mit entsprechenden Metallleitungen gemäß der gewünschten Funktionalität der integrierten Schaltung verbunden werden. Zu diesem Zweck wird ein sogenanntes Zwischenschichtdielektrikum über dem Element abgeschie den und es werden Durchgänge und Öffnungen anschließend in der dielektrischen Schicht gebildet. Danach werden die Durchgänge und Öffnungen mit einem geeigneten Metall gefüllt, um die elektrische Verbindung der einzelnen Halbleiterelemente bereitzu stellen. Aufgrund der ansteigenden Anzahl an Halbleiterelementen und der enormen Komplexität moderner integrierter Schaltungen müssen mehrere Metallisierungsebenen übereinander geschichtet werden, um die erforderliche Funktionalität zu erreichen.

Mit der zunehmenden Anzahl an Metallisierungsebenen und damit verknüpft der Anzahl der aufeinanderstapelnden dielektrischen Schichten hat sich die Einebnung bzw. Plana risierung der einzelnen Stapelschichten in jeder Ebene als ein extrem entscheidender Herstellungsvorgang erwiesen. Dieses Problem gewinnt zusätzlich an Bedeutung, wenn die Substratfläche, d. h. der Wafer-Durchmesser zunehmend größer wird. Ein geeignetes und häufig verwendetes Mittel zur Erreichung einer globalen Einebnung ist das che misch-mechanische Polieren (CMP) von Scheiben, wodurch es möglich ist, eine hohe Herstellungsausbeute zu erreichen, selbst für Schaltungsausführungen, die bis zu fünf oder mehr Metallisierungsebenen benötigen. Beim CMP-Prozess wird der Wafer auf einer geeignet ausgebildeten Halterung, einem sogenannten Polierkopf angebracht und die Halterung wird relativ zu und in Kontakt mit einer Polierauflage bewegt. Ein während des CMP-Vorganges zugeführtes Schleifmittel enthält eine chemische Verbindung, die mit dem Material der einzuebenden Schicht reagiert, beispielsweise das Metall in Oxid umwandelt; das Reaktionsprodukt, etwa das Metalloxid, wird dann mechanisch durch Schmirgelstoffe, die in dem Schleifmittel enthalten sind, abgetragen. Um eine erforderli che Abtragrate zu erhalten, wobei gleichzeitig ein hohes Maß an Planarität der Schicht zu erreichen ist, ist eine geeignete Kombination aus Polierauflage, Art des Schleifmittels, auf den Wafer während der relativen Bewegung zur Polierauflage ausgeübter Druck und die relative Geschwindigkeit zwischen dem Wafer und der Polierauflage auszuwählen. Ferner erfordert es die Struktur der zu polierenden Schichten, beispielsweise einer Me tallschicht mit einem Kontaktmetall und einem Barrierenmetall mit deutlich unterschiedli chen Eigenschaften wie das Kontaktmetall, oft, zwei oder mehr aufeinanderfolgende Polierschritte auszuführen, um die gewünschte selektive Abtragung erhöhter Gebiete der Schicht zu bewirken. Daher bieten viele Hersteller von CMP-Vorrichtungen Geräte an, die zwei oder mehr Polierauflagen und Polierköpfe enthalten, so dass ein Mehr schritt-CMP-Vorgang ausgeführt werden kann.

Ein entscheidendes Bestandteil der CMP-Vorrichtung bildet der Polierkopf, der den Wa fer aufnimmt, den Wafer zu den Polierauflagen transportiert, wobei der Wafer an dem Kopf mittels eines dem Kopf zugeführten Vakuums haftet, und den Wafer während der relativen Bewegung des Wafers und der Polierauflage zueinander hält. Wie zuvor er wähnt ist, hängt die Abtragungsrate und deren Gleichförmigkeit von dem Druck, der auf den Wafer ausgeübt wird, und der Geschwindigkeit des Wafers mit Bezug zu der Polier auflage ab. In den meisten Polierköpfen ist der Druck, der tatsächlich auf den Wafer wirksam ist, zumindest teilweise über die gesamte Waferfläche einstellbar, um Unter schiede in der relativen Bewegung an unterschiedlichen Waferflächenbereichen zu kom pensieren, die auftreten, wenn der Polierkopf und die Polierauflage in Drehung versetzt werden, um die Relativbewegung zu erzeugen. Dies bezüglich verhindert eine Mem bran, die in einem Rückhaltering des Polierkopfs vorgesehen ist, dass der Wafer die harte innere Oberfläche des Polierkopfes direkt berührt und ermöglicht ferner, dass der Druck auf den Wafer in örtlich verteilter Weise ausgeübt werden kann. Beispielsweise wird unter Druck stehendes Gas an die Rückseite der Membrane geführt, um einen de finierten Druck zu erzeugen, der den Wafer gegen die Polierauflage drückt, wobei der Polierkopf ausgebildet sein kann, um unterschiedliche Druckzonen bereitzustellen, um einen gewissen Grad an Kompensation zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Randbereiche und der inneren Bereiche des Wafers zu erreichen. Ferner kann in eini gen kommerziell erhältlichen CMP-Vorrichtungen, etwa Mirra® von Applied Materials, der Rückhaltering unabhängig vom Innenröhrenbereich des Polierkopfes unter Druck gesetzt werden. Aufgrund der diversen unterschiedlichen Zonen, die Vakuum und/oder Überdruck an unterschiedlichen Bereichen des Polierkopfes bereitstellen, ist eine kom plizierte Struktur einschließlich kleiner Fluidleitungen und einer großen Anzahl an Dich tungen notwendig, um die korrekte Funktionsfähigkeit des Polierkopfes sicherzustellen.

Im Allgemeinen werden mehrere Wafer gleichzeitig dem CMP-Vorgang unterzogen und eine beliebige Unterbrechung des CMP-Vorganges aufgrund von einem Maschinenfeh ler führt im Allgemeinen zu einem kompletten Verlust der gerade prozessierten Wafer, wodurch die Herstellungskosten beträchtlich anwachsen. Häufig wird eine Prozessun terbrechung bewirkt durch eine Fehlfunktion eines Wafer-Verlust-Sensors, der an dem Polierkopf vorgesehen ist, um den Prozess bei Detektion eines Ablösens eines Wafers zu beenden, aufgrund einer Kontamination des Sensors - der im Allgemeinen ein me chanischer Schalter - mit dem Schleifmittel. Ferner ist aufgrund der Komplexität des Po lierkopfes einschließlich der kleinen Fluidleitungen und Dichtungen und aufgrund des unvermeidbaren Abnutzens, beispielsweise des Rückhalterings, eine häufige und re gelmäßige Überholung des Polierkopfes einschließlich des Wafer-Verlust-Sensors er forderlich. Folglich müssen neue oder überholte Polierköpfe periodisch in der CMP- Vorrichtung installiert werden, wobei jeder vorzeitige Ausfall des Polierkopfes aufgrund leichter Variationen der Eigenschaften des Kopfes, die durch unvermeidbare Toleranzen während der Überholung zu einer unerwünschten Standzeit der Maschine und zusätz lich zu einem Verlust an Produktwafern, die gerade prozessiert werden, führen.

Es besteht daher ein Bedarf, das Risiko eines vorzeitigen Ausfalls eines Polierkopfes einer CMP-Vorrichtung zu verhindern oder zumindest zu verringern.

Überblick über die Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Teststation zum Testen und Einschätzen der Zuverlässigkeit eines Polierkopfes vor der Installation des Polierkopfes in einer CMP-Vorrichtung.

Gemäß einer ersten anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Teststation zum Testen des Polierkopfes einer chemisch-mechanischen Poliervorrich tung bereitgestellt. Die Teststation umfasst im Wesentlichen ein Basiselement, einen Halter zur Aufnahme des zu testenden Polierkopfes und eine Fluidleitung, die mit einer Quelle unter Druck stehenden Fluids und einer Vakuumquelle verbunden ist, wobei die Fluidleitung mit dem Polierkopf verbindbar ist, um dem Polierkopf Überdruck und/oder Unterdruck zuzuführen. Ferner umfasst die Teststation einen Indikator, der einen die Zuverlässigkeit des Polierkopfes repräsentierenden Status des Polierkopfes anzeigt.

Gemäß einer weiteren illustrativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Beurteilen der Zuverlässigkeit eines Polierkopfes einer CMP-Vorrichtung offenbart. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bereitstellen einer Test station, wobei die Teststation ein Basiselement, einen Halter zur Aufnahme des zu te stenden Polierkopfes, eine mit einer Quelle unter Druck stehenden Fluids und einer Va kuumquelle verbundene Fluidleitung, wobei die Fluidleitung mit dem Polierkopf zur Zu führung von Überdruck und/oder Vakuum an den Polierkopf verbindbar ist, und einen Indikator, der den Status des Polierkopfes anzeigt, aufweist. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Installieren eines Polierkopfes auf der Halterung der Teststation vor dem Einbauen des Polierkopfs in die CMP-Vorrichtung und Zuführen von Überdruck und/oder Unterdruck zu dem Polierkopf. Ferner beinhaltet das Verfahren das Beurteilen des Po lierkopfs als zuverlässig, wenn die Reaktion des Polierkopfes auf zugeführten Überdruck und/oder Unterdruck innerhalb eines spezifizierten Bereichs ist.

Wie zuvor erläutert ist, ist es wünschenswert, die Anzahl an Maschinenausfällen auf grund einer Fehlfunktion des Polierkopfes zu minimieren. Die vorliegende Erfindung er laubt es, die Zuverlässigkeit eines Polierkopfes, unabhängig davon, ob dies ein neuer Polierkopf oder ein der Überholung unterzogener Polierkopf ist, vor dem Installieren des Polierkopfs in der CMP-Vorrichtung abzuschätzen. Erfindungsgemäß kann ein Testwa fer in der Teststation installiert werden und die diversen Dichtungen und Fluidleitungen des Polierkopfes können beispielsweise mit entsprechenden Drucksensoren, die in der Fluidleitung und/oder dem Polierkopf vorgesehen sind, und/oder mittels eines Leckde tektors zum Bestimmen einer Leckrate an dem Polierkopf bei Anlegen von Überdruck und/oder Unterdruck an den Polierkopf überwacht werden. Ferner können diverse Be dingungen ähnlich zu tatsächlichen Prozessbedingungen simuliert werden und die Mes sergebnisse einer oder mehrerer Druck- oder Leckratenmessungen und/oder ein von dem Polierkopf bereitgestelltes Signal, beispielsweise ein Signal von einem Wafer- Verlust-Sensor, können zur Beurteilung der Zuverlässigkeit des Polierkopfes verwendet werden. Dazu können die Messergebnisse mit einem vordefinierten Bereich an akzep tablen Referenzwerten verglichen oder bewertet werden, um geeignete Parameter zur quantitativen Abschätzung der Zuverlässigkeit, einschließlich der Standzeit von Polier köpfen abzuleiten und zu spezifizieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Pa tentansprüchen definiert und werden durch die folgende detaillierte Beschreibung deutli cher, wenn diese mit Bezug zu den begeleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Teststation zum Abschätzen der Zuverlässigkeit eines Polierkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 in größerem Detail einen Teil eines Polierkopfes, der in Fig. 1 mit einem X mar kiert ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen darge stellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen zu beschränken, sondern die beschrie benen illustrativen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprü che definiert ist.

Mit Bezug zu Fig. 1 wird im Folgenden eine illustrative Ausführungsform einer Teststati on für Polierköpfe gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In Fig. 1 umfasst eine Teststation 100 ein Basiselement 101, das einen Haltearm 102 und eine Platte 118 trägt. Der Haltearm 102 kann an dem Basiselement 101 in beweg barer Weise gehalten werden, so dass der Haltearm 102 zu einer zu dem horizontalen Oberflächenbereich des Basiselements 101 in Fig. 1 senkrechten Achse drehbar ist. Der Haltearm 102 kann ebenfalls so gestaltet sein, um eine Neigung hinsichtlich zur horizon talen Oberfläche des Basiselements 101 zuzulassen. An dem Ende des Haltearms 102, das nicht mit dem Basiselement 101 verbunden ist, ist ein Kopfadapter 104 vorgesehen. Der Kopfadapter 104 umfasst eine oder mehrere Fluidanschlüsse 105 und eine entspre chende Anzahl von Fluidleitungen 112. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind vier Fluidanschlüsse 105 und vier Fluidleitungen 112 vorgesehen. Es kann eine beliebige Anzahl an Fluidanschlüssen 105 und zugeordneten Fluidleitungen 112 ge wählt werden, die geeignet ist, um spezifische Eigenschaften eines in Frage kommen den Polierkopfes 107 einzuschätzen, wie dies im Folgenden detailliert dargestellt wird, wenn mit Bezug auf die Funktionsweise der Teststation 100 ein typischer Polierkopf 107 beschrieben wird. An der Seite des Kopfadapters 104 gegenüberliegend zu den Flui danschlüssen 105 ist ein Flansch 106 vorgesehen und ist so ausgebildet, um einen zu testenden Polierkopf in einer gasdichten Weise mit dem Kopfadapter 104 zu verbinden. Der Flansch 106 kann geeignete Mittel, beispielsweise eine Scharnierklemme, aufwei sen, um einen Polierkopf 107 an dem Kopfadapter 104 zu befestigen. Eine Fluidleitung 103 mit einem oder mehreren individuellen Leitungselementen 112, in der in Fig. 1 dar gestellten Ausführungsform sind vier Leitungselemente 112 entsprechend zu den vier Fluidanschlüssen 105 vorgesehen, ist zwischen dem Kopfadapter 104 und einer Fluid kontrolleinheit 110 einschließlich einer Quelle unter Druck stehenden Gases (nicht ge zeigt) und einer Vakuumquelle (nicht gezeigt) angeordnet. Die Fluidkontrolleinheit 110 und/oder die Fluidleitung 103 und/oder der Kopfadapter 104 können ferner einen oder mehrere Druckanzeigen oder Drucksensoren 116 zur Detektion des Druckes, der in ei nem oder mehreren der Leitungselemente 112 vorherrscht, aufweisen. Eine Kontrollein heit 111 ist funktionsmäßig mit der Fluidkontrolleinheit 110 verbunden und kann so aus gebildet sein, um den Fluidstrom und damit dem Druck in den einzelnen Leitungsele menten 113 durch Steuern entsprechender Ventilelemente (nicht gezeigt) einzustellen. Ferner kann die Kontrolleinheit 111 so ausgestaltet sein, um Signale aus den Druckan zeigen und/oder den Drucksensoren zu empfangen und auf der Basis der empfangenen Signale sichtbar und/oder akustisch ein Zuverlässigkeitssignal anzuzeigen, das die Zu verlässigkeit eines Polierkopfes repräsentiert.

In einer anschaulichen Ausführungsform sind die Kontrolleinheit 111 und die Fluidkont rolleinheit 110 weggelassen, und es sind manuell bedienbare Ventilelemente und Messinstrumente vorgesehen und werden von einem Bediener überwacht.

Zum Betrieb der Teststation 100 wird ein Polierkopf 107 an dem Kopfadapter 104 ange bracht, indem der Polierkopf 107 mit dem Kopfadapter 104 mittels des Flansches 106 verbunden wird. Für ein besseres Verständnis der Funktionsweise der Teststation 100 wird im Folgenden mit Bezug zu Fig. 2 der prinzipielle Aufbau des Polierkopfes 107 kurz erläutert.

In Fig. 2 ist ein Teil des Polierkopfes 107, der durch den Kreis X in Fig. 1 markiert ist, dargestellt, wobei im Gegensatz zu Fig. 1 der Wafer 108 mittels einer flexiblen Membran 117 gegen die Platte 118 gedrückt ist. Die flexible Membran 117 trennt den Hauptkörper des Polierkopfes 107 von einem Waferaufnahmebereich 115, der durch das Innere ei nes Rückhalterings 109 definiert ist. Der Waferaufnahmebereich 115 ist ausgebildet, um teilweise ein Substrat aufzunehmen, etwa einen Halbleiterwafer, und um den Wafer in Position zu halten, während der Polierkopf 107 relativ zu einer Polierauflage während eines tatsächlichen CMP-Prozesses bewegt wird, so dass die einzuebnende Oberfläche des Wafers mit der Polierauflage in Kontakt ist.

Während des Einsatzes des Polierkopfes 107 in einer tatsächlichen CMP-Vorrichtung kann ein Überdruck an der Rückseite der Membran 117 angelegt werden, um eine be nötigte Abtragrate zu erreichen, wie dies im einleitenden Teil dieser Anmeldung erläutert ist. Der Einfachheit halber sind die diversen mechanischen Komponente, etwa Fluidlei tungen, Durchgänge, Dichtungen und dergleichen, die zum Anlegen des Überdruckes an die Membrane 117 beispielsweise durch Zuführen eines unter Druck stehenden Ga ses notwendig sind, nicht gezeigt. Der Rückseitenbereich der Membran und die zuge ordneten mechanischen Komponenten werden als ein Membranbereich 119 bezeichnet. In ähnlicher Weise kann der Rückhaltering 109 unter Druck gesetzt werden, so dass dieser gegen eine Polierauflage gedrückt wird oder gegen die Platte 118, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Das Rückseitengebiet des Rückhalterings 109 und die zugeordneten mechanischen Komponenten (nicht gezeigt) werden als ein Rückhalteringbereich 120 bezeichnet. Der Polierkopf 107 kann einen oder mehrere unterschiedliche Bereiche, etwa den Membranbereich 119 und den Rückhalteringbereich 120 aufweisen, abhängig von der Art der Poliervorrichtung, in der Polierkopf 107 verwendet wird. Jeder der unter schiedlichen Bereiche kann einzeln mit Überdruck oder Unterdruck beaufschlagt wer den, so dass in jedem Bereich ein unterschiedlicher Druck aufgebaut werden kann.

Der Flansch 106 liefert eine gasdichte Fluidverbindung der Fluidleitungen 112 in dem Kopfadapter 104 und entsprechenden Fluidkanälen 114, die in dem Polierkopf 107 vor gesehen sind. Die Fluidkanäle 114 sind in Fluidverbindung mit den unterschiedlichen Bereichen in dem Polierkopf 107. Der Einfachheit halber sind diese unterschiedlichen Bereiche, etwa der Membranbereich 119 und der Rückhalteringbereich 120 einschließ lich der mehreren kleinen Fluidleitungen, die die Fluidkanäle 114 mit den unterschiedli chen Bereichen verbinden, die diversen Dichtungen und mechanischen Komponenten, die für die Funktionsfähigkeit des Polierkopfes 107 notwendig sind, in Fig. 1 nicht ge zeigt.

In dieser Ausführungsform kann der Polierkopf 107 ein Kopf für eine CMP-Vorrichtung Mirra® von Applied Materials sein, in der der Rückhalteringbereich 120 selektiv durch einen der Fluidkanäle 114 unter Druck gesetzt werden kann, um mit einer einstellbaren Kraft gegen die Platte 118 zu drücken. Ferner ist der Membranbereich 119 mit einem weiteren der Fluidkanäle 114 zur Aufrechterhaltung eines notwendigen Druckes in Fluidverbindung. In dem Mirra®-Polierkopf ist ein weiterer Bereich mit einem weiteren der Fluidkanäle 114 in Fluidverbindung und erlaubt, dass selektiv ein Überdruck und ein Unterdruck an dem Waferaufnahmebereich 115 angelegt wird. Dieser Bereich wird als Innenröhrenbereich (in Fig. 2 nicht gezeigt) bezeichnet. Der in Fig. 1 dargestellte Kopfadapter 104 umfasst eine weitere Fluidleitung 112, die mit einem weiteren Fluidka nal 114 in Fluidverbindung steht, der beispielsweise mit einem zweiten Innenröhrenbe reich verbunden ist, wenn eine technisch fortgeschrittenere Ausbildung des Polierkopfes 107 verwendet wird. Obwohl sich die vorliegende Beschreibung auf den speziellen Po lierkopf 107 richtet, ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung ebenfalls auf einen beliebigen Polierkopf anderer CMP-Vorrichtungen anwendbar ist, in dem lediglich der Kopfadapter 104 einschließlich des Flansches 106 an den in Betracht kommenden Polierkopf anzupassen ist. Obwohl ferner die Anzahl der Leitungselemente 113 und Fluidleitungen 112 in dem Kopfadapter 104 aus Fig. 1 der Anzahl der unter schiedlichen Bereiche des Polierkopfs 107 entspricht, ist dies nicht erforderlich und der Kopfadapter 104 und die Fluidleitung 103 können beispielsweise eine geringere Anzahl an Fluidleitungen 112 und Leitungselementen 113 beinhalten, wenn bestätigt worden ist, dass das Testen einer geringeren Anzahl an Bereichen des Polierkopfes zur Ein schätzung seiner Zuverlässigkeit ausreichend ist.

Als nächster Schritt wird unter Druck stehendes Gas, etwa Stickstoff, zu einem oder mehreren der Fluidkanäle 114 geleitet, um die grundsätzliche Funktionsfähigkeit des Polierkopfes 107 zu überprüfen, d. h. um kurz die Durchlässigkeit der Fluidkanäle 114 und der zugeordneten kleinen Fluidleitungen in dem Polierkopf 107 zu testen. In einem weiteren Schritt wird ein Wafer 108 in den Waferaufnahmebereich 115 eingeführt und ein Vakuum oder ein Unterdruck kann beispielsweise an dem Innenröhrenbereich an gelegt werden, um den Wafer 108 an dem Polierkopf 107 anzuhaften, um das Wafer transportvermögen des Polierkopfes 107 zu simulieren. Typischerweise umfasst der Polierkopf 107 ein Sensorelement (nicht gezeigt), das das Vorhandensein oder die Ab wesenheit des Wafers 108 an dem Polierkopf 107 anzeigt. Dieses Sensorelement, das im Folgenden als Wafer-Verlust-Sensor bezeichnet wird, kann als ein mechanischer Schalter konfiguriert sein, der durch Drücken des Wafers 108 gegen eine Kontaktfläche des Wafer-Verlust-Sensors betätigt wird. Wie zuvor erläutert ist, kann eine Fehlfunktion des Wafer-Verlust-Sensors während des Betriebs der CMP-Vorrichtung zu einem Ab bruch des CMP-Vorganges führen und kann einen Totalausfall mehrerer Produktwafer, die gerade dem CMP unterzogen werden, zur Folge haben. Somit besteht ein wichtiges Kriterium zum Einschätzen der Zuverlässigkeit des Polierkopfs 107 darin, die Funkti onsfähigkeit des Wafer-Verlust-Sensors zu überprüfen, indem ein Unterdruck an den Innenröhrenbereich angelegt und die Reaktion des Wafer-Verlust-Sensors überwacht wird. Vorzugsweise wird der angelegte Unterdruck variiert, um den kritischen Bereich der Druckwerte zu bestimmen, wenn der Wafer-Verlust-Sensor bereits ein Ablösen des Wafers anzeigt, obwohl der Wafer 108 sich noch in Position befindet. Somit erlaubt es die vorliegende Erfindung, den Wafer-Verlust-Sensor und damit die Zuverlässigkeit des Polierkopfs 107 zu testen. Beispielsweise kann der Polierkopf 107 als unakzeptabel ein gestuft werden, wenn die Reaktion des Wafer-Verlust-Sensors nicht innerhalb eines Bereiches akzeptabler Reaktionen des Wafer-Verlust-Sensors liegt.

Die Zuverlässigkeit des Polierkopfs 107 kann beispielsweise mittels eines einfachen op tischen Anzeigemittels, etwa einer LED oder dergleichen, und/oder mittels eines Moni tors, der mit der Kontrolleinheit 111 verbunden ist, angezeigt werden. Andere Mittel zum Anzeigen der Zuverlässigkeit des Polierkopfs 107 können akustische Indikatoren, etwa einen Summer und/oder ein Speicher zum Speichern der für die Zuverlässigkeit des Po lierkopfs 107 repräsentativen Daten und/oder einen Drucker mit einschließen. Die Zu verlässigkeit des Polierkopfs 107 kann als unakzeptabel eingestuft werden, wenn ein vordefinierter Schwellwert einmal überschritten wird oder wenn mehrere Antwortwerte oder Messwerte bewertet werden. In einer anschaulichen Ausführungsform können die Antwortwerte des Polierkopfs 107, beispielsweise die Reaktion des Wafer-Verlust- Sensors, auf das Anlegen eines Unterdruckes auf den Innenröhrenbereich und damit die Haftung des Wafers 108 an dem Waferaufnahmebereich 115 für mehrere variieren de Druckwerte überwacht werden. Die Messwerte oder Reaktionen können kontinuier lich auf einem Monitor angezeigt und können gleichzeitig in einer Datei und/oder einer Druckausgabe als ein Testprotokoll gespeichert werden.

Anschließend können nach einer Simulation der Funktion des Wafertransports unter Verwendung des Polierkopfes 107 einige oder alle Polierkopfbereiche, d. h. der Mem branbereich 119, der Rückhalteringbereich 120, der Innenröhrenbereich und möglicher weise der zweite Innenröhrenbereich getestet werden, indem Unterdruck angelegt und die Dichteigenschaften der einzelnen Bereiche bestimmt wird. Dazu kann der Druck, der in den entsprechenden Leitungselementen 113 vorherrscht, mittels der Druckanzeigen, der Fluidkontrolleinheit 110 und/oder durch eines oder mehrere Drucksensorelemente 116, die in den Leitungselementen 113 oder den Fluidleitungen 112 vorgesehen sind, bestimmt werden. Der resultierende Druck in den einzelnen Leitungselementen 113 re präsentiert darin ein weiteres Kriterium für den Zustand des Polierkopfes 107 und somit dessen Zuverlässigkeit. Wie in dem Falle des Testens des Wafer-Verlust-Sensors kön nen die Messergebnisse als ein einzelnes Ereignis eines Überschreitens eines vordefi nierten Wertes oder eines vordefinierten Bereichs akzeptabler Druckwerte, oder als mehrere Messwerte angezeigt werden, um damit zu ermöglichen, den Trend der Druck werte zu beobachten. Ferner kann anstatt der Drucksensoren ein Leckdetektor vorge sehen sein, um die Leckrate und damit die Zuverlässigkeit der unterschiedlichen Berei che des Polierkopfs 107 abzuschätzen. Wie auf dem Gebiet der Vakuumtechnik bekannt ist, kann ein Gas, etwa Helium, in der Nähe eines der Bereiche oder in der Nähe des gesamten Polierkopfs 107, wenn eine Unterscheidung in unterschiedliche Bereiche nicht erforderlich ist, vorgesehen sein, und die Menge an Helium kann dann mittels eines Analysators, der mit dem Ende der Fluidleitung 103 verbunden ist, detektiert werden. Die gemessene Heliummenge repräsentiert ein Kriterium, das das Dichtvermögen und damit die Zuverlässigkeit des Polierkopfs 107 anzeigt.

Als nächstes kann ein unter Druck stehendes Gas, etwa Stickstoff, an einen oder meh rere Bereiche des Polierkopfs 107 zugeführt werden, um eine justierbare Kraft auf den Wafer 108 auszuüben, die unter Prozessbedingungen notwendig ist, um die Abtragsrate des CMP-Vorganges zu steuern, wie dies zuvor erläutert wurde. Dazu kann der Halte arm 102 abgesenkt oder ein Teil des Basiselements 101, etwa die Platte 118, angeho ben werden, um den Wafer 108 mit der Basiseinheit 101 in Kontakt zu bringen. Der in den diversen Bereichen des Polierkopfs 107 bestimmte Druck kann ebenfalls als ein Kriterium verwendet werden, das für die Zuverlässigkeit des Polierkopfs 107 unter tat sächlichen Prozessbedingungen repräsentativ ist.

In einer anschaulichen Ausführungsform umfasst die den Wafer 108 berührende Platte 118 einen oder mehrere Kraft- oder Drucksensoren (nicht gezeigt), um die tatsächliche Kraft oder den tatsächlichen Druck zu bestimmen, mit der bzw. dem der Wafer 108 ge gen die Platte 118 gedrückt wird. Die durch die Kraft- oder Drucksensoren erhaltenen Messwerte repräsentieren ein weiteres Kriterium zum Beurteilen der Zuverlässigkeit des Polierkopfs 107 unter Prozessbedingungen.

In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform umfasst die Teststation 100 eine Po lierauflage (nicht gezeigt), um die Zuverlässigkeit des Polierkopfs 107 unter Testbedin gungen abzuschätzen, die den tatsächlichen Prozessbedingungen sehr ähnlich sind. Ferner kann die Teststation 100 eine Flüssigkeitszufuhr (nicht gezeigt) zum Zuführen einer Flüssigkeit zu der Polierauflage umfassen, um die Auflage zu befeuchten und um die Prozessbedingungen genauer zu simulieren. Vorzugsweise ist die Flüssigkeit eine inerte Flüssigkeit, etwa Wasser, die den Polierkopf 107 nicht nachteilig beispielsweise durch Verstopfen einiger der kleinen Fluidleitungen in dem Polierkopf 107 beeinflusst.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Teststation 100 eine erste Testposition und eine zweite Testposition aufweisen, die durch Bewegen des Haltearms 102 und/oder ei nes Teils des Basiselements 101 erreichbar sind. Die erste Testposition kann zur Zufuhr des Wafers 108 zu dem Polierkopf 107 und/oder zur Bestimmung der tatsächlichen Kraft oder des tatsächlichen Drucks vorgesehen sein, die auf eine Haltefläche auf dem Basi selement 101 an der ersten Testposition ausgeübt werden, im Falle, dass ein oder meh rere Kraft- oder Drucksensoren an der Haltefläche angeordnet sind. An der zweiten Testposition kann die Teststation 100 eine Polierauflage und möglicherweise eine Flüs sigkeitszufuhr aufweisen, um den Abtrag von Material unter Prozessbedingungen zu simulieren, während das Ausgangssignal des Wafer-Verlust-Sensors und/oder die Druckwerte in einem oder mehreren der unterschiedlichen Bereiche des Polierkopfs 107 überwacht werden, wodurch die Zuverlässigkeit des Polierkopfs 107 ermittelt wird. Die Phase des Transports des Polierkopfs 107 von der ersten zur zweiten Testposition kann verwendet werden, um die unterschiedlichen Bereiche des Polierkopfs unter Vakuum zu testen.

Anzumerken ist, dass das Testen des Polierkopfs 107 durch Bereitstellen einer Polier auflage zur Simulierung von Prozessbedingungen es ermöglicht, die Funktionsfähigkeit des Wafer-Verlust-Sensors genauer abzuschätzen, da typischerweise eine Fehlfunktion des Sensors während des Materialabtrags als vielmehr während einer Transportaktivität des Polierkopfs 107 beobachtbar ist.

Wie zuvor erläutert ist, kann die Teststation 100 die Kontrolleinheit 111 umfassen. In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit 111 ein Kon trollelement aufweisen, das funktionsmäßig mit der Fluidleitung 103, den Druckanzeigen oder Sensoren, die in den einzelnen Leitungselementen 113 und/oder den Fluidleitun gen 112 vorherrschenden Druck detektieren, dem Wafer-Verlust-Sensor des Polierkopfs 107, den Kraft- oder Drucksensoren in der Basiseinheit 101, falls diese vorgesehen sind, dem Indikator und einem Antriebsmechanismus des Haltearms 102 verbunden ist. Das Kontrollelement kann ferner einen Befehlssatz für den Betrieb der Teststation und für das Empfangen und Analysieren von Signalen der diversen Sensoren aufweisen. Des Weiteren kann die Teststation einen weiteren Wafer-Verlust-Sensor umfassen, der un abhängig von dem Wafer-Verlust-Sensor des zu testenden Polierkopfs arbeitet, um zu verlässig die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Wafers 108 während des Tests zu bestimmen. Die Einschätzung der Zuverlässigkeit des Polierkopfs kann dann in einer vollkommen automatischen Art und Weise ohne Einwirkung eines Bedieners durchge führt werden. Dies ist vorteilhaft, um fortgeschrittenere Testläufe durchzuführen, die ein wiederholtes Anlegen von Überdruck und/oder Unterdruck innerhalb genau definierter Wertebereiche erfordern. Die durch diese Tests erhaltenen Daten können ausgewertet werden, um nicht nur die Zuverlässigkeit des Polierkopfs zu beurteilen, in dem die Daten mit vordefinierten akzeptablen Reaktionen des Polierkopfs verglichen werden, sondern können ebenfalls verwendet werden, um neue Testkriterien für die Zuverlässigkeit von Polierköpfen zu etablieren. Dazu können die von einem speziellen Polierkopf erhaltenen Testdaten mit tatsächlichen Prozessparametern dieses Kopfes in Beziehung gesetzt werden, etwa der Anzahl der tatsächlich prozessierten Wafer vor der ersten Fehlfunkti on, der Art der Fehlfunktion, und dergleichen, um die Wertebereiche für Überdruck und Unterdruck, die während des Testablaufs anzulegen sind, genauer zu quantifizieren, um zuverlässige Kriterien zum Ausschließen eines Polierkopfes für die Installation in der CMP-Vorrichtung zu gewinnen. Die Zuordnung von Prozessdaten zu Testdaten kann vorzugsweise ausgeführt werden, indem das Kontrollelement mit einem automatisierten Fabrikmanagementsystem verbunden wird, wie dies üblicherweise in einer Halbleiter frabrikationsanlage vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Teststation ermöglichen die Einschätzung der Zuverlässigkeit eines Polierkopfes, die in der eigentlichen CMP-Vorrichtung zu erwarten ist, vor dem Einbau des Polierkopfes in der CMP-Vorrichtung. Aufgrund der erfindungs gemäßen Teststation und des erfindungsgemäßen Verfahrens können Toleranzen für akzeptable Druckbereiche und andere Parameter genauer definiert werden als unter Prozessbedingungen, um damit die Zuverlässigkeit eines Polierkopfs 107 genauer vor her zu sagen. Das Kriterium zum Einschätzen eines Polierkopfes 107 als unakzeptabel kann den Prozesserfordernissen entsprechend festgelegt werden. Für sehr kritische CMP-Vorgänge kann das Akzeptieren eines Polierkopfs 107 das Erfüllen sehr strenger Testanforderungen für alle unterschiedlichen Bereiche des Polierkopfs 107 einschließ lich einer korrekten Funktion des Wafer-Verlust-Sensors erfordern. Für weniger kritische Zwecke können die Anforderungen für einen oder mehrere der diversen Kopfbereiche breiter definiert werden, oder lediglich eines von mehreren Kriterien kann getestet wer den.

Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fach mann auf diesem Gebiet angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Folglich ist diese Beschreibung lediglich als illustrativ und zu dem Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstver ständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die ge genwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims

1. Teststation zum Testen eines Polierkopfes einer chemisch-mechanischen Polier vorrichtung, wobei die Teststation umfasst:
ein Basiselement;
einen Kopfadapter zum Aufnehmen des zu testenden Polierkopfs;
eine Fluidleitung, die mit einer Quelle unter Druck stehenden Fluids und einer Va kuumquelle verbunden ist, wobei die Fluidleitung mit dem Polierkopf verbindbar ist, um Überdruck und/oder Unterdruck an den Polierkopf anzulegen; und
einen Indikator, der einen die Zuverlässigkeit des Polierkopfs repräsentierenden Status des Polierkopfs anzeigt.

2. Die Teststation nach Anspruch 1, die ferner ein Wafer-Verlust-Sensor-Testelement zum Empfangen eines Signals aus einem Wafer-Verlust-Sensor des zu testenden Polierkopfs umfasst.

3. Die Teststation nach Anspruch 1, wobei die Fluidleitung mindestens zwei Fluidlei tungselemente umfasst, um Überdruck oder Unterdruck zu zumindest zwei unter schiedlichen Bereichen des Polierkopfs zuzuführen.

4. Die Teststation nach Anspruch 1, die ferner zumindest zwei Drucksensoren auf weist, um den Druck in den zumindest zwei unterschiedlichen Bereichen des Po lierkopfs zu detektieren.

5. Die Teststation nach Anspruch 3, wobei die Fluidleitung mehrere Fluidleitungsele mente umfasst, um Überdruck oder Unterdruck zu zumindest einem Innenröhren bereich, einem Rückhalteringbereich und einem Membranrückseitenbereich des zu testenden Polierkopfs zuzuführen.

6. Die Teststation nach Anspruch 5, wobei die Fluidleitung ein weiteres Fluidleitungs element aufweist, um Überdruck oder Unterdruck zu zumindest einem zweiten In nenröhrenbereich des Polierkopfs zuzuführen.

7. Die Teststation nach Anspruch 6, die zumindest einen Drucksensor für jede der Fluidleitungsbereiche umfasst.

8. Die Teststation nach Anspruch 1, wobei der Indikator ein akustisches Indikato relement und/oder ein optisches Anzeigeelement und/oder eine Datenverarbei tungseinheit umfasst.

9. Die Teststation nach Anspruch 1, wobei der Indikator ausgebildet ist, um den Sta tus des Polierkopfs kontinuierlich anzuzeigen.

10. Die Teststation nach Anspruch 1, die ferner eine erste Haltefläche an einer ersten Testposition aufweist, um den Polierkopf während des Zuführens von Überdruck zu dem Polierkopf zu halten.

11. Die Teststation nach Anspruch 10, die ferner ein bewegbares Element umfasst, um den Kopfadapter zu der ersten Testposition zu bewegen.

12. Die Teststation nach Anspruch 10, die ferner eine Auflage an der ersten Testposi tion aufweist.

13. Die Teststation nach Anspruch 12, die ferner einen Hebemechanismus umfasst, um den Kopfadapter an der ersten Testposition anzuheben und abzusenken.

14. Die Teststation nach Anspruch 12, die ferner einen Flüssigkeitszufuhrmechanis mus zur Befeuchtung der Auflage umfasst.

15. Die Teststation nach Anspruch 10, die ferner eine zweite Halteoberfläche an einer zweiten Testposition umfasst.

16. Die Teststation nach Anspruch 15, die ferner ein bewegbares Element umfasst, um den Kopfadapter von der ersten Testposition zu der zweiten Testposition zu bewegen.

17. Die Teststation nach Anspruch 15, die ferner eine Auflage an der zweiten Testpo sition aufweist.

18. Die Teststation nach Anspruch 15, die ferner einen Hebemechanismus aufweist, um den Kopfadapter an der zweiten Testposition anzuheben und abzusenken.

19. Die Teststation nach Anspruch 17, die ferner einen Flüssigkeitszufuhrmechanis mus zur Befeuchtung der Auflage umfasst.

20. Die Teststation nach Anspruch 1, die ferner eine Fluidleitungskontrolleinheit zur Steuerung des Fluidstroms in der Fluidleitung aufweist.

21. Die Teststation nach Anspruch 1, die ferner einen Leckdetektor aufweist, um ein Leck an dem Polierkopf während des Anlegens von Überdruck und/oder Unter druck zu detektieren.

22. Die Teststation nach Anspruch 1, die ferner eine Kontrolleinheit umfasst, die funk tionsmäßig mit dem Indikator gekoppelt ist.

23. Die Teststation nach Anspruch 21, die ferner eine Kontrolleinheit aufweist, die funktionsmäßig mit der Fluidleitungskontrolleinheit gekoppelt ist, um den Fluidstrom in der Fluidleitung zu steuern.

24. Die Teststation nach Anspruch 23, wobei die Kontrolleinheit mit mehreren Senso relementen verbunden ist, die Signale ausgeben, die für den Status des zu testen den Polierkopfes repräsentativ sind.

25. Die Teststation nach Anspruch 24, wobei die Kontrolleinheit einen Zuverlässig keitsbeurteilungsbereich umfasst, um automatisch die Zuverlässigkeit des zu te stenden Polierkopfes auf der Basis von den Sensorelementen ausgegebenen Si gnalen zu beurteilen.

26. Die Teststation nach Anspruch 1, die ferner einen an dem Kopfadapter vorgese henen Flansch umfasst, um den zu testenden Polierkopf an dem Kopfadapter zu befestigen.

27. Die Teststation nach Anspruch 26, wobei der Kopfadapter eine oder mehrere Adapterfluidleitungen umfasst, um einen oder mehrere unterschiedliche Bereiche des Polierkopfes mit der Fluidleitung in Fluidverbindung zu bringen.

28. Die Teststation nach Anspruch 1, die ferner ein Sensorelement umfasst, das die Anwesenheit eines Substrats an dem Kopfadapter anzeigt.

29. Verfahren zum Beurteilen der Zuverlässigkeit eines Polierkopfes einer CMP- Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst:
Bereitstellen einer Teststation mit
einem Basiselement;
einem Kopfadapter zur Aufnahme des zu testenden Polierkopfes;
einer Fluidleitung, die mit einer Quelle unter Druck stehenden Fluids und einer Vakuumquelle verbunden ist, wobei die Fluidleitung mit dem Polierkopf zur Zu führung von Überdruck und/oder Unterdruck zu dem Polierkopf verbindbar ist; und
einem Indikator, der den Status des Polierkopfs anzeigt;
Montieren eines Polierkopfes an dem Kopfadapter der Teststation vor der Installa tion des Polierkopfes in der CMP-Vorrichtung;
Anlegen von Überdruck und/oder Unterdruck an dem Polierkopf; und
Beurteilen des Polierkopfes als zuverlässig, wenn die Reaktion des Polierkopfes auf darauf angelegten Überdruck und/oder Unterdruck innerhalb eines spezifizier ten Wertebereichs ist.

30. Das Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Beurteilung der Zuverlässigkeit das Anzeigen zumindest eines den Status des Polierkopfes repräsentierenden Kriteri ums mit einschließt.

31. Das Verfahren nach Anspruch 29, das ferner das Überwachen eines Wafer- Verlust-Sensors des Polierkopfs umfasst, während Überdruck und/oder Unterdruck an dem Polierkopf angelegt wird.

32. Das Verfahren nach Anspruch 29, das ferner umfasst: Detektieren des Druckes an unterschiedlichen Bereichen in dem Polierkopf und Beurteilen der Zuverlässigkeit durch Vergleichen jedes der detektierten Druckwerte mit einem oder mehreren entsprechenden vordefinierten Referenzwerten.

33. Das Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Druck in einem Innenröhrenbereich und/oder einem Membranrückseitenbereich und/oder einem Rückhalteringbereich detektiert wird.

34. Das Verfahren nach Anspruch 33, das ferner umfasst: Detektieren des Druckes in zumindest einem zweiten Innenröhrenbereich des Polierkopfs.

35. Das Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Beurteilen der Zuverlässigkeit das Anzeigen des Ergebnisses des Vergleichs mit einschließt.

36. Das Verfahren nach Anspruch 29, das weiterhin umfasst:
Bereitstellen einer Polierauflage auf einer Halteoberfläche an einer ersten Testpo sition;
Vorsehen eines Testsubstrats an dem Polierkopf; und
Drücken des Testsubstrats gegen die Polierauflage, während ein Überdruck an ei nem oder mehreren unterschiedlichen Bereichen des Polierkopfs zur Simulierung tatsächlicher Prozessbedingungen angelegt wird.

37. Das Verfahren nach Anspruch 36, das ferner Befeuchten der Polierauflage um fasst.

38. Das Verfahren nach Anspruch 31, das ferner Messen des Überdrucks und/oder Unterdrucks und Anzeigen mehrerer gemessener Werte umfasst.

39. Das Verfahren nach Anspruch 38, wobei Anzeigen mehrerer der gemessenen Werte umfasst: Anzeigen der gemessenen Werte an einer Anzeige und/oder Drucken der gemessenen Werte und/oder Speichern der gemessenen Werte in einem Speicher.

40. Das Verfahren nach Anspruch 38, wobei Beurteilen der Zuverlässigkeit des Polier kopfes umfasst:
Definieren eines Wertebereichs akzeptabler Referenzwerte für zumindest einen Bereich des zu testenden Polierkopfs;
Messen zumindest eines Wertes nach Anlegen des Überdrucks und/oder Unter drucks; und
Beurteilen des Polierkopfs als zuverlässig, wenn der zumindest eine gemessene Druckwert innerhalb des definierten Wertebereichs liegt.

41. Das Verfahren nach Anspruch 29, das ferner das Bereitstellen eines Leckdetektors zur Detektierung, ob eine Leckrate an dem Polierkopf innerhalb eines vordefinier ten Wertebereichs ist, umfasst.