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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Mikrostrukturen und betrifft insbesondere eine Anlage für das chemisch-mechanische Polieren (CMP) von Substraten, die beispielsweise eine Vielzahl von Chipbereichen zur Herstellung von integrierten Schaltungen aufweisen, wobei das System mit einem Sensor zum Bestimmen von Substratdaten versehen ist.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In Mikrostrukturen, etwa integrierten Schaltungen, werden eine große Anzahl von Strukturelementen, etwa Transistoren, Kondensatoren und Widerstände, auf einem einzelnen Substrat durch Abscheiden halbleitender, leitender und isolierender Materialschichten und Strukturieren dieser Schichten durch Photolithographie und Ätzverfahren hergestellt. Häufig tritt das Problem auf, dass das Strukturieren einer nachfolgenden Materialschicht durch eine ausgeprägte Topographie der zuvor hergestellten Materialschichten nachteilig beeinflusst wird. Die Herstellung von Mikrostrukturen erfordert zudem häufig das Entfernen von überschüssigem Material einer zuvor abgeschiedenen Materialschicht. Beispielsweise werden einzelne Schaltungselemente elektrisch durch Metallleitungen verbunden, die in einem Dielektrikum eingebunden sind, wodurch eine sogenannte Metallisierungsschicht gebildet wird. In modernen integrierten Schaltungen werden eine Vielzahl derartiger Metallisierungsschichten vorgesehen, wobei die Schichten aufeinander gestapelt sind, um die erforderliche Funktion zu erreichen. Die wiederholte Strukturierung von Materialschichten erzeugt jedoch zunehmend eine nicht-plane Oberflächentopographie, die eine Beeinträchtigung nachfolgender Strukturierungsprozesse nach sich ziehen kann, insbesondere für Mikrostrukturen mit Strukturelementen, die minimale Abmessungen im Bereich unter 1 μm aufweisen, wie dies für modernste integrierte Schaltungen der Fall ist.
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Es hat sich als notwendig erwiesen, die Oberfläche des Substrats zwischen der Herstellung spezieller nachfolgender Schichten einzuebnen. Eine ebene Oberfläche des Substrats ist aus diversen Gründen wünschenswert, u. a. auf Grund der beschränkten optischen Tiefe des Fokus in der Photolithographie, die zum Strukturieren der Materialschichten von Mikrostrukturen eingesetzt wird.
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Neben dem Einebnen ist das Polieren der Scheibe beispielsweise für die Herstellung von Kupferverbindungen in integrierten Schaltungen erforderlich. Während das häufig eingesetzt Aluminium durch Ätzen strukturiert werden kann, erfordert das Fehlen von flüchtigen Kupferverbindungen bei tieferen Temperaturen eine andere Technik zum Strukturieren von Kupferverbindungen. Um ein gewünschtes Muster der Kupferverbindungsstrukturen zu schaffen, werden Gräben und Kontaktlöcher in das dielektrische Material geätzt, mit einer geeigneten Barrierenschicht zur Vermeidung einer Kupferdiffusion beschichtet und nachfolgend mit Kupfer gefüllt. Da das abgeschiedene Kupfer auch die Gebiete zwischen den Gräben bedeckt, muss die Scheibe bis zu dem Zwischenschichtdielektrikum herunter poliert werden, um das überschüssige Kupfer zu entfernen. Durch diesen sogenannten Damaszener-Prozess werden gut definierte Kupferverbindungsstrukturen in dem Zwischenschichtdielektrikumsmaterial gebildet.
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Der Polierprozess ist für gewöhnlich ein chemisch-mechanischer Polier-(CMP)Prozess. CMP ist ein geeigneter und häufig eingesetzter Prozess, um überschüssiges Material zu entfernen und um eine globale Einebnung eines Substrats zu erreichen. Im CMP-Prozess wird eine Scheibe auf einem geeignet ausgebildeten Träger montiert, einem sogenannten Polierkopf, und der Träger wird relativ zu einem Polierkissen bewegt, wobei die Scheibe mit dem Polierkissen in Kontakt ist. Ein Schleifmittel wird dem Polierkissen während des CMP-Prozesses zugeführt und enthält eine chemische Verbindung, die mit dem Material oder den Materialien der einzuebnenden Schicht reagiert, indem beispielsweise dieses in ein Reaktionsprodukt umgewandelt wird, das weniger stabil und einfacher zu entfernen ist, wobei das Reaktionsprodukt, etwa ein Metalloxid, dann mechanisch durch Schleifteilchen abgetragen wird, die in dem Schleifmittel und/oder dem Polierkissen enthalten sind. Um eine erforderliche Abtragsrate zu erreichen, während gleichzeitig ein hohes Maß an Ebenheit der Schicht erzielt wird, müssen Parameter und Bedingungen des CMP-Prozesses in geeigneter Weise ausgewählt werden, wobei Faktoren berücksichtigt werden, etwa Aufbau des Polierkissens, die Art des Schleifmittels, der auf die Scheibe ausgeübte Druck während der Relativbewegung zu dem Polierkissen, und die Relativgeschwindigkeit zwischen der Scheibe und dem Polierkissen. Die Abtragsrate kann ferner deutlich von der Temperatur des Schleifmittels abhängen, die durch den Betrag der durch die Relativbewegung des Polierkissens und der Scheibe erzeugten Reibung abhängt, dem Maß an Sättigung des Schleifmittels mit abgetragenen Teilchen und insbesondere dem Zustand der polierenden Oberfläche des Polierkissens.
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Die meisten Polierkissen werden aus zellularen Mikrostrukturpolymermaterial mit diversen Hohlräumen hergestellt, die während des Betriebs mit Schleifmittel gefüllt werden. Eine Verdichtung des Schleifmittels in den Hohlräumen tritt auf Grund der aufgenommenen Teilchen auf, die von der Substratoberfläche entfernt wurden und sich in dem Schleifmittel ansammeln. Als Folge nimmt die Abtragsrate stetig ab, wodurch nachteiligerweise die Zuverlässigkeit des Einebnungsprozesses und damit die Ausbeute und die Zuverlässigkeit für die fertiggestellten Halbleiterbauelemente beeinflusst werden.
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Um dieses Problem zumindest teilweise zu beheben, wird typischerweise ein sogenannter Kissenkonditionierer eingesetzt, der die polierende Oberfläche des Polierkissens „wieder aufbereitet”. Der Kissenkonditionierer enthält eine konditionierende Oberfläche die aus einer Vielzahl von Materialien aufgebaut sein kann, beispielsweise Diamant, der in einem widerstandsfähigen Material eingebettet ist. In derartigen Fällen wird die verschlissene Oberfläche des Kissens durch das relativ harte Material des Kissenkonditionierers abgetragen und/oder wieder aufbereitet, sobald die Abtragsrate als zu gering bewertet wird. In anderen Fällen wird, wie in modernen CPM-Vorrichtungen, der Kissenkonditionierer kontinuierlich mit dem Polierkissen während des Polierens des Substrats in Kontakt gehalten.
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In modernen integrierten Schaltungen sind die Prozesserfordernisse im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit des CMP-Prozesses sehr strikt, so dass der Zustand des Polierkissens möglichst konstant über die gesamte Fläche eines einzelnes Substrats sowie über das Bearbeiten möglichst vieler Substrate hinweg konstant gehalten werden muss. Folglich wird der Kissenkonditionierer typischerweise mit einer Antriebsanordnung und einer Steuereinheit versehen, die es ermöglichen, dass der Kissenkonditionierer, d. h., zumindest ein Träger mit der konditionierenden Oberfläche, in Bezug auf den Polierkopf und das Polierkissen so bewegt werden kann, dass das Polierkissen im Wesentlichen gleichmäßig wieder aufbereitet werden kann, wobei eine Störung der Bewegung des Polierkopfes vermieden wird. Daher werden ein oder mehrere Elektromotoren typischerweise in der Antriebsanordnung des Konditionierers vorgesehen, um die konditionierende Oberfläche in geeigneter Weise in Drehung zu versetzen und/oder hin- und herzuverfahren.
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Ein Problem in konventionellen CMP-Systemen liegt in der Tatsache begründet, dass ein Scheibenabtragsprofil sowie eine Scheibenabtragsrate von vielen Faktoren abhängt, beispielsweise der Art des Schleifmittels, der Schleifmitteldicke, der Temperatur des Schleifmittels, dem auf der Scheibe während der Relativbewegung des Polierkissens ausgeübten Druck, der Relativgeschwindigkeit zwischen der Scheibe und dem Polierkissen, der Krümmung der Scheibe, etc. Das Steuern eines konventionellen CMP-Systems erfordert daher eine komplexe Steuerung mehrerer Parameter. Ferner macht es der Verschleiß eines oder mehrerer Verbrauchsmaterialien einer CMP-Anlage schwierig, die Prozessstabilität beizubehalten und zuverlässig einen optimalen Zeitpunkt für das Ersetzen von Verbrauchsmaterialien anzugeben.
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Generell führt das Ersetzen von Verbrauchsmaterialien in einer frühen Phase zu erhöhten Betriebskosten und damit zu einer geringeren Anlagenverfügbarkeit, wohin gegen ein Austausch in einem sehr fortgeschrittenen Zustand der Verbrauchsmaterialien eines CMP-Systems die Prozessstabilität gefährden kann.
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Ferner sind insbesondere für große Substrate die Kosten für die Prozesseinstellungen und die Prozessfensterauswahl, d. h. das Bereitstellen eines akzeptablen Bereichs von Werten für die Prozessparameter, relativ hoch.
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Angesichts der zuvor genannten Probleme besteht ein Bedarf für ein verbessertes CMP-System, das eine verbesserte Funktion und eine bessere Kosteneffizienz ermöglicht.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen richtet sich der hierin offenbarte Gegenstand an eine Technik zum Steuern eines CMP-Systems auf der Grundlage mindestens eines Prozessparameters, dessen Einstellwert oder Prozessfenster von einem Steuerungssystem auf Grundlage zonenspezifischer Substratdaten erzeugt wird. Dazu kann ein Prozessparameter ein beliebiger Parameter sein, der mit dem chemisch-mechanischen Polieren in Beziehung steht oder dieses beeinflusst, beispielsweise die Art eines Schleifmittels, die Schleifmitteldicke, eine Temperatur des Schleifmittels, eine Schleifmittelverteilung über dem Polierkissen, ein auf die Scheibe während der relativen Bewegung zum Polierkissen ausgeübter Druck, eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Scheibe und dem Polierkissen, eine Krümmung der Scheibe, ein Scheibenabtragsprofil, ein gewünschter Endpunkt des Polierens, ein Reibungskoeffizient des Polierkissens, etc.
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Es ist ein System zum chemisch-mechanischen Polieren mit einer Poliervorrichtung zum Polieren einer Oberfläche eines Substrats offenbart. Ein Sensor ist vorgesehen, um zonenspezifische Substratdaten, die mit mindestens zwei Zonen des Substrats verknüpft sind, zu bestimmen. Eine Steuerung erzeugt in Reaktion auf die zonenspezifischen Substratdaten mindestens einen Einstellwert für mindestens einen Betriebsparameter des Poliersystems in einem nachfolgenden CMP-Prozess.
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Es ist ein System zum chemisch-mechanischen Polieren offenbart, das einen steuerbar bewegbaren Polierkopf aufweist, der ausgebildet ist, ein Substrat aufzunehmen und in Position zu halten, und es ist ein Sensor zum Bestimmen zonenspezifischer Substratdaten von entsprechend mindestens zwei Zonen des Substrats vorgesehen. Ein Speicher zum Speichern der zonenspezifischen Substratdaten ist ebenso vorgesehen. Das System umfasst ferner eine Steuerung zum Bereitstellen eines Einstellwertes für mindestens einen Betriebsparameter des chemisch-mechanischen Poliersystems nach dem Polieren des Substrats in Reaktion auf die gespeicherten zonenspezifischen Substratdaten.
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Es ist ein anschauliches Verfahren zum Betreiben eines chemisch-mechanischen Polier-(CMP)Systems offenbart, wobei zonenspezifische Daten, die mit entsprechenden mindestens zwei Zonen eines Substrats verknüpft sind, berücksichtigt werden. In Reaktion auf die zonenspezifischen Daten wird mindestens ein Einstellwert für mindestens einen Betriebsparameter des chemisch-mechanischen Poliersystems erzeugt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1 eine Schemadarstellung einer Ausführungsform eines Substrats mit angegebenen Substratzonen zeigt;
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2a eine Darstellung eines CMP-Systems gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2b eine Draufsicht des Polierkissens des CMP-Systems aus 2a zeigt;
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2c eine Querschnittsansicht eines Polierkopfes des in 2a gezeigten CMP-Systems darstellt;
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3 schematisch das CMP-System gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 schematisch ein CMP-System gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 schematisch teilweise eine Querschnittsansicht eines CMP-Systems gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine graphische Darstellung eines Sensorsignals, das ein Endpunktsignal in Abhängig der Polierzeit repräsentiert;
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7 schematisch ein Substrat zeigt, in dem individuelle Bauelemente sowie unterschiedliche Substratzonen gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angegeben sind.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl der hierin offenbarte Gegenstand mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie es in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten anschaulichen Ausführungsformen einzuschränken, sondern die anschaulichen Ausführungsformen beschreiben lediglich diverse anschauliche Aspekte des hierin offenbarten Gegenstandes, dessen Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
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Mit Bezug zu den Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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Chemisch-mechanische Polier-(CMP)Prozesse sind auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie Stand der Technik. Gemäß einem Aspekt werden zonenspezifische Substratdaten bestimmt und für den aktuellen CMP-Prozess oder für nachfolgende CMP-Prozesse berücksichtigt, wobei die speziellen Substratdaten jeweils mit mindestens zwei Zonen eines Substrats in Verbindung stehen. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Substrats, wovon vier Zonen als 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 gezeigt sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die betrachteten Zonen ringförmig. Gemäß anderer Ausführungsformen können die betrachteten Zonen eine andere geeignete Form aufweisen. Es sollte beachtet werden, dass die Zonen 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 auf dem Substrat nicht markiert sind, sondern lediglich unterschiedliche Zonen angeben, die separat behandelt werden, wenn Substratdaten bewertet werden.
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2a zeigt schematisch ein anschauliches CMP-System 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das CMP-System 100 umfasst einen Teller 101, auf welchem ein Polierkissen 102 montiert ist. Der Teller 101 ist drehbar an einer Antriebsanordnung 103 befestigt, die ausgebildet ist, den Teller 101 mit einer gewünschten Drehzahl im Bereich von einigen wenigen bis einigen 100 Umdrehungen pro Minute in Drehung zu versetzen. Ein Polierkopf 104 ist mit einer Antriebsanordnung 105 gekoppelt, die ausgebildet ist, den Polierkopf 104 in Drehung zu versetzen, wie dies mit 106 angegeben ist, und um den Polierkopf 104 als Ganzes in Bezug auf den Teller 101 zu bewegen, wie dies durch 107 angegeben ist. Ferner ist die Antriebsanordnung 105 ausgebildet, den Polierkopf 104 in einer beliebigen gewünschten Weise zu bewegen, wie dies zum Einladen und Ausladen eines Substrats 108 erforderlich ist, das von dem Polierkopf aufgenommen und in Position gehalten wird. Eine Schleifmittelzufuhr 109 ist vorgesehen und so positioniert, dass ein Schleifmittel 110 geeignet dem Polierkissen 102 zugeführt wird.
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Das CMP-System 100 umfasst ferner ein konditionierendes System 111, das im Weiteren auch als Kissenkonditionierer 111 bezeichnet wird und einen Kopf 112 aufweist, an dem ein Konditionierelement 113 angebracht ist, das eine konditionierende Oberfläche mit einem geeigneten Material aufweist, etwa Diamant, das eine spezielle Oberflächenstruktur besitzt, die so gestaltet ist, dass ein optimaler konditionierender Effekt auf dem Polierkissen 102 erreicht wird. Der Kopf 112 des Kissenkonditionierers 111 ist mit einer Antriebesanordnung 114 verbunden, die wiederum ausgebildet ist, den Kopf 112 in Drehung zu versetzen, wie dies durch 115 angegeben ist, und/oder den Kopf 112 als Ganzes in Bezug auf den Teller 101 zu bewegen, wie dies durch den Pfeil 116 angegeben ist. Ferner sind die Antriebsanordnung 114 des Kissenkonditionierers 111 so konfiguriert, dass der Kopf 112 mit einer Bewegungsfähigkeit versehen wird, die zum Erreichen der geeigneten konditionierenden Wirkung erforderlich ist.
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Die hierin beschriebenen Antriebsanordnungen, wie z. B. die Antriebsordnung 103, 105, 114, besitzen jeweils mindestens einen Motor, typischerweise einen Elektromotor mit einem beliebigen geeigneten Aufbau, um dem jeweiligen angetriebenen Element, z. B. dem Teller 101, dem Substrathalterkopf 104 oder dem Kopf 112 des Kissenkonditionierers 111 die erforderliche Funktion zu verleihen.
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Das in 2a dargestellte CMP-System 100 umfasst eine Steuerung (CTRL) 120, die funktionsmäßig mit den Antriebsanordnungen 102, 105 und 114 verbunden ist. Die Steuerung 120 ist ferner mit der Schleifmittelzufuhr 109 verbunden, um die Zufuhr des Schleifmittels in Gang zu setzen. Die Steuerung 120 kann aus zwei oder mehr Untereinheiten aufgebaut sein, die über geeignete Kommunikationsnetzwerke, etwa Kabelverbindungen, kabellose Netzwerke, und dergleichen in Verbindung stehen. Beispielsweise kann die Steuerung 120 eine Untersteuerungseinheit aufweisen, wie sie in konventionellen CMP-Systemen vorgesehen ist, um Steuerungssignale 121, 122, 123 für die Antriebsanordnungen 105, 103, 114 bereitzustellen, um damit die Bewegung des Polierkopfes 104, des Polierkissens 102 und des Kissenkonditionierers 111 zu koordinieren. Die Steuersignale 121, 122, 123 können beliebige geeignete Signale repräsentieren, die erzeugt werden, um jeweilige Antriebsanordnungen anzuweisen, mit der erforderlichen Drehgeschwindigkeit und/oder Translationsgeschwindigkeit zu arbeiten. Während des Betriebs des CMP-Systems 100 wird das Substrat 108 in den Polierkopf 104 eingeladen, der in geeigneter Weise positioniert wurde, um das Substrat 108 aufzunehmen und zu dem Polierkissen 102 zu transportieren. Es sollte beachtet werden, dass der Polierkopf 104 typischerweise eine Vielzahl von Gasleitungen umfasst, die Vakuum und/oder Gase zu dem Polierkopf 104 führen, um damit das Substrat 108 festzuhalten und um eine spezielle Andruckskraft während der Relativbewegung zwischen dem Substrat 108 und dem Polierkissen 102 zu erzeugen. Die diversen Funktionen, die für das korrekte Funktionieren des Polierkopfes 104 erforderlich sind, können ebenfalls durch die Steuerung 120 gesteuert werden, oder können durch eine Untersteuerungseinheit davon überwacht werden. Die Schleifmittelzufuhr 109 wird beispielsweise durch die Steuerung 120 aktiviert, um das Schleifmittel 110 zuzuführen, das beim Drehen des Tellers 101 und des Polierkopfes 104 über das Polierkissen 102 verteilt wird. Die Steuersignale 121 und 122, die den Antriebsanordnungen 105, 103 zugeführt werden, bewirken eine spezielle Relativbewegung zwischen dem Substrat 108 und einem Polierkissen 102, um eine gewünschte Abtragsrate für ein Material des Substrats 108 zu erreichen, die, wie zuvor erläutert ist, u. a. von den Eigenschaften des Substrats 108 und dem Aufbau und dem aktuellen Status des Polierkissens 102, der Art des Schleifmittels 110 und der auf das Substrat 108 ausgeübten Andruckskraft abhängt. Vor und/oder während des Polierens des Substrats 108 wird das Konditionierelement 113 mit dem Polierkissen 102 in Kontakt gebracht, um die Oberfläche des Polierkissens 102 wieder aufzubereiten. Dazu wird der Kopf 112 in Drehung versetzt und/oder anderweitig über das Polierkissen 102 hinweg bewegt, wobei z. B. die Steuerung 120 das entsprechende Steuersignal 123 für die Antriebsanordnung 114 bereitstellt. Abhängig von dem Status des Polierkissens 102 und der konditionierenden Oberfläche des Elements 113 wirkt für eine gegebene Art eines Schleifmittels 110 eine Reibungskraft, die einen speziellen Betrag an Motordrehmoment erfordert, um die spezifizierte konstante Drehgeschwindigkeit des Kopfes 112 beizubehalten.
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Anders als die Reibungskraft, die zwischen dem Substrat 108 und dem Polierkissen 102 auftritt, und die deutlich von Substrateigenschaften abhängen kann und damit während des Polierprozesses eines einzelnen Substrats stark variieren kann, ist die Reibungskraft zwischen dem Konditionierelement 113 und dem Polierkissen 102 im Wesentlichen durch den Status des Polierkissens 102, des Konditionierelements 113 und anderer Verbrauchsmaterialien bestimmt. Während des Fortschreitens des Konditionierprozesses für eine Vielzahl von Substraten 108 kann beispielsweise die Schärfe der Oberflächenbeschaffenheit des Konditionierelements 113 abnehmen, was zu einer Reduzierung der Reibungskraft zwischen den Kissen 102 und dem Konditionierelement 113 führt. Folglich nimmt auch das Motordrehmoment und damit der Motorstrom, der zum Beibehalten der Drehgeschwindigkeit des Kopfes 112 erforderlich ist, ebenfalls ab. Somit beinhaltet der Wert des Motordrehmoments Information über die Reibungskraft zwischen dem Konditionierelement 113 und dem Polierkissen 102 und hängt von dem Status zumindest des Konditionierelements 113 ab.
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Wie zuvor erläutert ist, kann die Reibungskraft, die zwischen dem Substrat 108 und dem Polierkissen 102 wirkt, deutlich von Substrateigenschaften abhängen. Diese variierende Reibungskraft wird daher berücksichtigt, um Information über den Status des Substrats 108 und damit des Polierprozesses zu gewinnen. Jedoch gibt die Reibungskraft zwischen dem Substrat 108 und dem Polierkissen 102 keine spezielle Information über unterschiedliche Zonen des Substrats. Daher umfasst gemäß einem offenbarten Aspekt das Polierkissen eine Öffnung 130, die es ermöglicht, dass ein mit dem Teller in Bezug stehender Sensor 131 zonenspezifische Substratdaten ermittelt, die zumindest mit zwei Zonen des Substrats 108 verknüpft sind. Wie in 2b gezeigt ist, wobei eine Draufsicht des Polierkissens 102 dargestellt ist, kann die Öffnung 130 die Form eines kreisförmigen Loches annehmen. Unterschiedliche Zonen des Substrats 108 können durch das kreisförmige Loch durch die Relativbewegung des Tellers 101 und des Substrats 108 untersucht werden, wobei die Relativbewegung durch die Antriebsanordnungen 105, 103 bewirkt wird. Dazu sind die Sensorsignale 132, die von dem Sensor 131 geliefert werden, mit den Steuersignalen 121, 122 durch die Steuerung 120 korreliert, um damit zonenspezifische Substratdaten zu erhalten. Im Folgenden werden die auf diese Weise erhaltenen zonenspezifischen Substratdaten als 132 bezeichnet.
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In anderen Ausführungsformen ist mehr als ein mit dem Teller in Verbindung stehender Sensor 131 vorgesehen. Beispielsweise sind zwei oder mehr mit dem Teller in Beziehung stehende Sensoren 131 über den Radius des Tellers verteilt oder sie sind entlang einer gekrümmten Bahn um eine Drehachse des Tellers 101 verteilt. Wiederum werden die Sensorsignale der mit dem Teller in Beziehung stehenden Sensoren 131 mit der Relativbewegung des Tellers 101 und des Polierkopfs 104 korreliert. Die zonenspezifischen Substratdaten 132 können beliebige Substratdaten sein, die den Status des Substrats kennzeichnen und die selektiv für die betrachteten Zonen bestimmt werden. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform sind die zonenspezifischen Substratdaten 132 Substratdaten, die für eine Endpunkterkennung des Polierprozesses geeignet sind. Z. B. können die zonenspezifischen Substratdaten 132 elektrische Substratdaten sein, etwa die Leitfähigkeit, Kapazität oder Impedanz. Ferner können die zonenspezifischen Substratdaten 132 akustische Daten sein, beispielsweise eine Schallgeschwindigkeit in der jeweiligen Zone des Substrats. Ferner können zonenspezifische Substratdaten 132 optische Daten sein, beispielsweise Streudaten oder Reflektionsdaten der jeweiligen Zonen des Substrats, wobei z. B. Daten über die Reflektivität Daten sein können, die sich auf die Scheibe in Bezug auf Intensität oder Spektroskopie beziehen. Ferner können zonenspezifische Substratdaten 132 eine Schichtdicke der zu polierenden Scheibe sein. Ferner können zonenspezifische Substratdaten 132 Daten über die Einkerbung oder Erosionsdaten sein. Die Einkerbung bezeichnet die Tiefe einer Aussparung einer Metallschicht im Vergleich zu den benachbarten Oxidschichten, beispielsweise den Zwischenschichtdielektrikumsmaterialien. Die Erosion bezeichnet eine Höhe eines polierten Oxids, beispielsweise von Zwischenschichtdielektrika, wobei dies in Bezug auf die ursprüngliche Höhe gemessen ist. Neben den angegebenen Beispielen für zonenspezifische Substratdaten können auch andere zonenspezifische Substratdaten berücksichtigt werden. Zonenspezifische Substratdaten, die für die weitere Bearbeitung berücksichtigt werden, wie dies hierin beschrieben ist, können zonenspezifische Substratdaten sein, die die Gleichmäßigkeit dieser Daten über das Substrat hinweg kennzeichnen. Zusätzlich oder alternativ können zonenspezifische Substratdaten, die hierin beschrieben sind und für die weitere Bearbeitung berücksichtigt werden, zonenspezifische Substratdaten sein, die die Nichtgleichmäßigkeit dieser Daten über die Zonen des Substrats hinweg kennzeichnen.
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In Reaktion auf die zonenspezifischen Substratdaten wird mindestens ein Einstellwert für mindestens einen Betriebsparameter des Poliersystems 100, beispielsweise ein Einstellwert für mindestens einen Betriebsparameter der Poliervorrichtung 117, von der Steuerung 120 oder einer Untersteuerung davon erzeugt. Die Steuerung 120 ist ausgebildet zu unterscheiden, ob die zonenspezifischen Daten eine Gleichmäßigkeit oder Nichtgleichmäßigkeit des Substrats über die Zonen hinweg im Hinblick auf diese Daten angeben. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden zonenspezifischen Daten von der Steuerung 120 berücksichtigt, indem eine Gewichtung mit einem Maß an Gleichmäßigkeit vorgenommen wird. Wenn beispielsweise zonenspezifische Substratdaten eine hohe Gleichmäßigkeit über die Zone im Hinblick auf diese Daten in einer statistischen Analyse anzeigen, werden die Betriebsparameter, die zu diesen festgestellten zonenspezifischen Substratdaten geführt haben, von der Steuerung mit einer höheren Gewichtung berücksichtigt, und umgekehrt. Ein Betriebsparameter der Poliervorrichtung kann beispielsweise Druck sein, mit welchem das Substrat 108 auf das Polierkissen 102 gedrückt wird. Ein Betriebsparameter der Poliervorrichtung kann ein zonenspezifischer Druck sein, mit welchem unterschiedliche Zonen des Substrats 108 auf das Polierkissen 102 gepresst werden. Ein weiterer Betriebsparameter kann die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Substrat 108 und dem Polierkissen 102 sein. Ein weiterer Betriebsparameter ist die Temperatur des Substrats 108. Ein noch weiterer Betriebsparameter ist die Art des verwendeten Schleifmittels, beispielsweise die Art der in dem Schleifmittel enthaltenen Abriebsteilchen, z. B. die Größe, die Form, der Volumenanteil und die Härte der Schleifteilchen, die Viskosität des Schleifmittels, die in dem Schleifmittel enthaltenen Chemikalien, der pH-Wert des Schleifmittels und die Durchflussrate, mit der das Schleifmittel auf das Polierkissen 102 aufgebracht wird. Ein noch weiterer Betriebsparameter ist ein mit dem Polierkissen verknüpfter Betriebsparameter, z. B. die Kissensteifigkeit, die Kissenmakrostruktur, die Kissenmikrostruktur, oder die Kissengeschwindigkeit. Ein weiterer Betriebsparameter ist die Dauer des Poliervorgangs. Ferner kann ein Betriebsparameter ein beliebiger Parameter sein, der mit dem Polierprozess in Beziehung steht und der durch Steuerung variiert werden kann. Der mindestens eine Einstellwert, der von der Steuerung 120 erzeugt wird, kann ein einzelner Einstellwert sein oder kann ein Prozessfenster für den jeweiligen Betriebsparameter sein. Gemäß einer Ausführungsform erzeugt die Steuerung 120 den mindestens einen Einstellwert für lediglich einen Betriebsparameter. Gemäß anderer Ausführungsformen erzeugt die Steuerung 120 mindestens einen Einstellwert für zwei oder mehr der Betriebsparameter des CMP-Systems. Der mindestens eine Einstellwert, beispielsweise ein Einstellfensterbereich, der ein gewünschtes Polierergebnis sicherstellt, und der von der Steuerung 120 erzeugt wird, kann auf einem Anzeigegerät 146 dargestellt werden, um damit einem Anwender zu helfen, einen geeigneten Wert entsprechenden Prozessparameters bzw. der Parameter festzulegen. Gemäß anderer Ausführungsformen setzt die Steuerung 120 automatisch den Prozessparameter auf den erzeugten Einstellwert fest. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung legt die Steuerung automatisch den entsprechenden Prozessparameter auf einen Wert fest, der innerhalb eines Einstellfensters liegt, und der mit anderen Erfordernissen des CMP-Systems kompatibel ist.
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Gemäß der in 2c gezeigten Ausführungsform umfasst der Polierkopf 104 drei ringförmige Zonen zum Kraftausüben 140-1, 140-2, 140-3, um eine zonenspezifische Kraft auf drei entsprechende ringförmige Zonen des Substrats auszuüben. Gemäß anderer Ausführungsformen umfasst der Polierkopf zwei oder mehr kraftausübende Zonen zum Ausüben einer zonenspezifischen Kraft auf mindestens zwei oder mehr jeweilige Zonen des Substrats. Gemäß einer Ausführungsform entsprechen die Zonen 141-1, 141-2, 141-3 des Substrats 108 den Zonen des Substrats 108, für die die zonenspezifischen Substratdaten 132 durch den Sensor 131 ermittelt wurden. Gemäß anderer Ausführungsformen unterscheiden sich die Zonen 141-1, 141-2, 141-3, die durch die kraftausübenden Zonen des Polierkopfs 104 definiert sind, von den Zonen, für die zonenspezifischen Daten durch den Sensor ermittelt wurden. Gemäß der dargestellten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, werden die kraftausübenden Zonen durch unter Druck stehendes Gas aktiviert, das dem Polierkopf 104 durch Gaszufuhrleitungen 142 zugeführt wird, die mit einer Gaszufuhr 143 in Verbindung stehen, die durch die Steuerung 120 über Steuersignale 144 angesteuert wird. Gemäß anderer Ausführungsformen werden zwei oder mehr kraftausübende Zonen angesteuert, um eine zonenspezifische Kraft auf das Substrat 108 durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit, durch elektromechanische Wandler, etc. auszuüben. Ein geeigneter Aktuator kann eingesetzt werden, um die zwei oder mehr kraftausübenden Zonen des Polierkopfes 104 zu bilden.
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Die Steuerung 120 ist ausgebildet, Fehleranalysedaten in Reaktion auf die zonenspezifischen Substratdaten, die von dem Sensor 131 erhalten werden, zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung aufgebaut, die Fehleranalysedaten automatisch zu erzeugen, z. B. nach der Sammlung der zonenspezifischen Substratdaten, oder nach einer vordefinierten Zeitdauer. Gemäß anderer Ausführungsformen ist die Steuerung 120 ausgebildet, die Fehleranalysedaten auf Anfrage zu erzeugen. Dazu ist eine Anwenderschnittstelle 145 funktionsmäßig mit der Steuerung 120 verbunden. Die Fehleranalysedaten können auf einer Anzeigevorrichtung 146 dargestellt werden. Dazu liefert die Steuerung 120 entsprechende Anzeigesignale 147 an die Anzeigevorrichtung 146.
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Gemäß anderer Ausführungsformen ist die Steuerung aufgebaut, die Fehleranalysedaten in Reaktion auf den mindestens einen Einstellwert, der von der Steuerung 120 erzeugt wurde, zu erzeugen. Auch in diesem Falle können die Fehleranalysedaten automatisch oder auf Anforderung eines Anwenders hin erzeugt werden, wie dies zuvor in Bezug auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen angegeben ist, wobei die Steuerung die Fehleranalysedaten in Reaktion auf die zonenspezifischen Substratdaten erzeugt.
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Das CMP-System umfasst ferner einen Speicher 150 zum Speichern der zonenspezifischen Substratdaten 132. In diesem Falle ist die Steuerung ausgebildet, den mindestens einen Einstellwert in Reaktion auf die zonenspezifischen Substratdaten, die in dem Speicher 150 abgelegt sind, bereitzustellen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung 120 ausgebildet, den mindestens einen Einstellwert in Reaktion auf zonenspezifische Substratdaten von zwei oder mehr CMP-Prozessen bereitzustellen. Die zwei oder mehr CMP-Prozesse können an einem gleichen Substrat oder an unterschiedlichen Substraten ausgeführt werden. Eine mögliche Prozesssequenz umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird ein erster CMP-Prozess an dem Substrat 108 ausgeführt. Nachfolgend wird das Substrat 108 in einem Messsystem gemessen und nachfolgend wird ein zweiter CMP-Prozess an dem Substrat 108 ausgeführt. Gemäß anderer Ausführungsformen können auch andere Prozesssequenzen eingerichtet werden. Gemäß der in 2a gezeigten anschaulichen Ausführungsform ist der Speicher 150 ein Teil der Steuerung 120. In anderen Ausführungsformen ist der Speicher 150 funktionsmäßig mit der Steuerung 120, beispielsweise über eine verdrahtete Datenkommunikationsleitung oder eine kabellose Datenkommunikationsleitung verbunden.
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Im Allgemeinen besitzt die Steuerung 120 einen Prozessor, der die Steuerungsfunktion für die Steuerung 120 bereitstellt. Zu diesem Zweck umfasst die Steuerung 120 ein Computerprogrammprodukt, das einen Prozessor in die Lage versetzt, die entsprechende Funktion bereitzustellen. Ein Computerprogrammprodukt dieser Art kann als eine vollständige Version oder in Form einer Aktualisierung eines bereits bestehenden Computerprogrammprodukts bereitgestellt werden, das die Funktion gemäß der vorliegenden Erfindung oder von Ausführungsformen davon noch nicht besitzt. In anderen Ausführungsformen umfasst die Steuerung 120 diskrete Elektronikeinrichtungen, die für die gewünschte Funktion der Steuerung 120 sorgen.
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Es sollte beachtet werden, dass obwohl erfindungsgemäß zonenspezifische Substratdaten bestimmt werden, die Steuerung ausgebildet sein kann, den mindestens einen Einstellwert in Reaktion auf die zonenspezifischen Substratdaten sowie unter Berücksichtigung nicht zonenspezifischer Substratdaten zu erzeugen, beispielsweise einer Belastung der Antriebsanordnung 105 des Polierkopfes 104, einer Belastung der Antriebsanordnung 114 des Kissenkonditionierers 111 oder einer Belastung der Antriebsanordnung 103 des Tellers 101. Anders ausgedrückt, die zonenspezifischen Substratdaten 132 können lediglich einen Teil der Daten bilden, die zum Erzeugen des mindestens einen Einstellwertes herangezogen werden. Zu Beispielen von nicht zonenspezifischen Substratdaten, die von der Steuerung berücksichtigt werden können, gehören eine horizontale Belastung einer Welle des Polierkopfs 104 oder des Kopfs 112 des Kissenkonditionierers 111. Weitere nicht zonenspezifische Substratdaten können Daten sein, die sich auf das Schleifmittel beziehen, etwa die Leitfähigkeit des Schleifmittels, die sich während des Polierens einer Metalloberfläche oder einer metallenthaltenden Oberfläche ändert.
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In der in 2a gezeigten Ausführungsform ist der Sensor 131 ein in-situ-Sensor, der in der Lage ist, zonenspezifische Substratdaten während des Polierprozesses bereitzustellen. Gemäß anderer Ausführungsformen ist der Sensor 131 ein prozesslinieninterner Sensor eines prozesslinieninternen Sensorsystems, d. h. eines Sensorsystems, das in der Lage ist, zonenspezifische Substratdaten in der Prozesslinie zu bestimmen, d. h. ohne dass Substrat aus der Produktionslinie herauszunehmen. Gemäß anderer Ausführungsformen ist der Sensor 131 ein linienexterner Sensor eines linienexternen Sensorsystems, wobei das Substrat aus der Prozesslinie herauszunehmen ist, um die zonenspezifischen Substratdaten zu bestimmen.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines chemisch-mechanischen Poliersystems 200, das eine CMP-Vorrichtung 217 zeigt, die in ähnlicher Weise ausgebildet sein kann wie die Poliervorrichtung 117 der 2a bis 2c. Das System 200 aus 3 umfasst ferner ein prozesslinieninternes Sensorsystem 260 zum Bestimmen zonenspezifischer Substratdaten, die sich auf entsprechend mindestens zwei Zonen des Substrats beziehen. Zu diesem Zweck weist das linieninterne Sensorsystem 260 einen linieninternen Sensor 231-1 zum Bestimmen entsprechender zonenspezifischer Substratdaten 232-1 auf. Die zonenspezifischen Substratdaten 232-1 des linieninternen Sensorssystems 260 werden einer Steuerung 220 über eine verdrahtete Datenkommunikationsleitung oder eine kabellose Datenkommunikationsleitung zugeführt, um nur ein Beispiel zu nennen. Die Steuerung 220 umfasst einen Speicher 250 zum Speichern der zonenspezifischen Substratdaten 232-1. Die Steuerung 220 ist ausgebildet, Steuersignale 221 für die CMP-Vorrichtung 217 bereitzustellen, um den Betrieb der Poliervorrichtung 217 zu steuern. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung 220 ausgebildet, die Steuersignale 221 so zu erzeugen, dass die Steuerung des Betriebs der Poliervorrichtung 217 automatisch in Reaktion auf den mindestens einen Betriebsparameter erfolgt, der von der Steuerung 220 erzeugt wird. Gemäß anderer Ausführungsformen zeigt die Steuerung 220 den mindestens einen Einstellwert für den mindestens einen Betriebsparameter auf einer geeigneten Anzeigevorrichtung (nicht gezeigt) an, um einen Wert oder ein Prozessfenster von Werten des mindestens einen Betriebsparameters für den Anwender vorzuschlagen, der in Reaktion auf den Vorschlag einen geeigneten Wert über eine Anwenderschnittstelle (nicht gezeigt) auswählen kann.
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Die Funktionsweise des in 3 gezeigten CMP-Systems 200 kann wie folgt sein: Zunächst wird ein eintreffendes Substrat 208-1 der CMP-Vorrichtung 217 einem Polierprozess zugeführt, der an der eintreffenden Scheibe 208-1 ausgeführt wird, wodurch ein poliertes Substrat 208-2 erhalten wird, das zu dem linieninteren Sensorsystem 260 geführt wird. Unter Anwendung des linieninternen Sensorsystems 260 wird die polierte Scheibe 208-2 von dem Sensor 231-1 überprüft, um damit zonenspezifische Substratdaten, die sich auf mindestens zwei Zonen des Substrats beziehen, zu bestimmen. Die zonenspezifischen Substratdaten 232-1 werden dann der Steuerung 220 zugeführt, die entscheidet, ob das durch die zonenspezifischen Substratdaten 232-1 gekennzeichnete Polierergebnis akzeptabel ist und ermittelt die Ausbeute akzeptabler Bauelemente auf dem polierten Substrat 208-2. Wenn das Polierergebnis akzeptabel ist, wird die polierte Scheibe 208-2 weiter in der Produktionslinie bearbeitet, wie dies durch 208-3 in 3 angegeben ist. Ansonsten wird das polierte Substrat 208-2 zu der CMP-Vorrichtung 217 zurücktransportiert, wie dies durch 208-4 in 3 angegeben ist, wobei ein weiterer Polierprozess an dem polierten Substrat 208-2 ausgeführt wird. Danach wird der zuvor beschriebene Prozess wiederholt, d. h. das polierte (zweifach polierte) Substrat 208-5 wird dem linieninternen Sensorsystem 260 zugeführt, in welchem das zweifach polierte Substrat 208-5 daraufhin überprüft wird, ob das Polierergebnis akzeptabel ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die von dem Sensor 231-1 ermittelten zonenspezifischen Substratdaten 232-1 zusammen mit anderen Prozessdaten des Polierprozesses in dem Speicher 250 gespeichert, um damit das Polierergebnis, das durch die zonenspezifischen Substratdaten beschrieben ist, zusammen mit den Betriebsparametern verfügbar zu machen, durch deren Anwendung der Substratstatus entsprechend den zonenspezifischen Substraten erzeugt wird.
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Zonenspezifische Substratdaten, die zum Erzeugen mindestens eines Einstellwertes für mindestens einen Betriebsparameter des Poliersystems herangezogen werden, können Substratdaten sein, die in Bezug auf einen ersten Polierprozess gewonnen wurden. Ferner können zonenspezifische Substratdaten 232-2, die zum Erzeugen mindestens eines Einstellwertes für mindestens einen Betriebsparameter des Poliersystems herangezogen werden, Substratdaten sein, die in Bezug auf einen zweiten oder einen noch weiteren Polierprozess gewonnen wurden. In 3 ist das linieninterne Sensorsystems 260 ein Sensorsystem nach dem Polieren, wobei Eigenschaften des Substrats nach dem CMP gemessen werden. Linieninterne Substratdaten, beispielsweise den Polieren nachgeordnete Substratdaten sind beispielsweise beliebige Substratdaten auf Chipebene, beispielsweise elektrische oder optische Daten auf Chipebene. Ferner können linieninterne Substratdaten und insbesondere dem Polieren nachgeordnete Substratdaten Daten über die Einkerbung, Daten über die Materialerosion, Widerstandsdaten, Leckstromdaten, etc. sein.
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Es sollte beachtet werden, dass das CMP-System 200 aus 3 optional auch einen in-situ-Sensor 231-2 aufweisen kann, der in-situ-Substratdaten 232-2 ermittelt. Der in-situ-Sensor 231-2 ist ähnlich oder identisch zu dem in-situ-Sensor 131 des CMP-Systems 100 aus 1 aufgebaut, so dass die Beschreibung hier nicht wiederholt wird. Mindestens einer der Sensoren 231-1 und 231-2 ist ausgebildet, um zonenspezifische Substratdaten bereitzustellen.
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4 zeigt ein CMP-System 300, das sich von dem CMP-System 200 der 3 dahingehend unterscheidet, dass es ferner ein dem Polieren vorgeordnetes Sensorsystem 362 aufweist, wobei Eigenschaften des Substrats nach dem CMP gemessen werden. Dem Polieren vorgeordnete Substratdaten 332-3 werden durch einen dem Polieren vorgeordneten Sensor 331-3 des zum Polieren vorgeordneten Sensorsystems 362 ermittelt. In anderen Ausführungsformen wird eine Anwenderschnittstelle alternativ zu dem Polieren vorgeordneten Sensorsystem 362 oder zusätzlich zu dem Polieren vorgeordneten Sensorsystems 362 bereitgestellt, um mindestens einige der dem Polieren vorgeordneten Substratdaten einzuspeisen. Dem Polieren vorgeordnete Substratdaten 332-3 können enthalten: die Substratkrümmung, Mustergleichförmigkeit in unterschiedlichen Ebenen, beispielsweise auf Chipebene oder Substratebene, die Art der zu polierenden Materialien, etc. Z. B. können dem Polieren vorgeordnete Substratdaten, etwa zu polierende Materialien, mittels der Anwenderschnittstelle eingespeist werden.
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Das CMP-System 300 umfasst ferner einen in-situ-Sensor 331-2 der CMP-Vorrichtung 317. Der in-situ-Sensor 331-2 bestimmt in-situ-Substratdaten 332-2 des Substrats 108. Das CMP-System 300 umfasst ferner ein dem Polieren nachgeordnetes Sensorsystem 360 mit einem dem Polieren nachgeordneten Sensor 331-1 zum Bestimmen von dem Polieren nachgeordneten Substratdaten 332-1. Die CMP-Vorrichtung 317, der in-situ-Sensor 331-2, das dem Polieren nachgeordnete Sensorsystem 360 und der dem Polieren nachgeordnete Sensor 331-1 des CMP-Systems 300 sind ähnlich oder identisch zu den entsprechenden Komponenten des CMP-Systems 200 und somit wird die diesbezügliche Beschreibung hier im Detail nicht wiederholt. Die Steuerung 320 des CMP-Systems 300 ist ausgebildet, mindestens einen Einstellwert für mindestens einen Betriebsparameter des Poliersystems 300 in Reaktion auf die dem Polieren vorgeordneten Daten 332-3, die in-situ-Daten 332-2 und die dem Polieren nachgeordneten Daten 332-1 zu erzeugen. Dabei sind die Sensordaten mindestens eines der Sensoren 331-1, 331-2, 331-3 zonenspezifische Substratdaten.
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Eine Funktionsweise des CMP-Systems 300 ist wie folgt: zunächst wird ein eintreffendes Substrat 208-1 dem dem Polieren vorgeordneten Sensorsystem 362 zugeführt, wobei Polierdaten 332-3 des eintreffenden Substrats 308-1 ermittelt werden. Das Substrat 308-1 wird dann der CMP-Vorrichtung 317 zugeführt, in welchem das Substrat gemäß voreingestellter Betriebsparameter der CMP-Vorrichtung 317 poliert wird, wodurch ein poliertes Substrat 308-2 erzeugt wird. Während des Polierens werden in-situ-Substrat-Daten 332-2 durch den in-situ-Sensor 331-2 ermittelt. Das polierte Substrat 308-2 wird dann dem dem Polieren nachgeordneten Sensorsystem 360 zum Bestimmen von dem Polieren nachgeordneten Substratdaten zugeführt. Wenn das Polierergebnis akzeptabel ist, wird das nach dem Polieren geprüfte Substrat 208-3 weiter in der Prozesslinie bearbeitet. Wenn das Polierergebnis nicht akzeptabel ist, wird die Scheibe an die CMP-Vorrichtung 317 zurückgeführt, wie dies mit 308-4 in 4 angegeben ist. Nach dem erneuten Polieren wird das wiederholt polierte Substrat 308-5 zu dem dem Polieren nachgeordneten Sensorsystem 360 transportiert, wo bestimmt wird, ob ein weiteres Polieren erforderlich ist oder ob das wiederholt polierte Substrat 308-5 in der Prozesslinie weiter bearbeitet werden kann.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Polierkopfes 404. Der Polierkopf 404 ist ausgebildet, ein Substrat 108 aufzunehmen und in Position zu halten. Wie unter Bezug zu 5 beschrieben ist, wird während des Polierens der Polierkopf 404 relativ zu einem Kissen 102 bewegt, das auf einem Teller 101 montiert ist. Der in 5 dargestellte Polierkopf 404 umfasst mehrere, beispielsweise 5, radial verteilte Sensoren 431, die einen unterschiedlichen radialen Abstand zu der Drehachse 470 des Polierkopfs in Bezug zueinander aufweisen. Beispielsweise können die radial verteilten Sensoren über einen Durchmesser des Polierkopfs 404 hinweg verteilt sein, wie in 5 angegeben ist. Gemäß anderer Ausführungsformen sind die radial verteilten Sensoren über einen Radius des Polierkopfs 404 hinweg verteilt. Die radial verteilten Sensoren können beispielsweise elektromagnetische Sensoren, optische Sensoren, etc. sein. Folglich können die Signalleitungen 471, die die Sensoren 431 mit der Steuerung 420 verbinden, elektrische Kabel oder optische Glasfasern sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt die Steuerung 420 den mindestens einen Einstellwert für den mindestens einen Betriebsparameter in Reaktion auf die zonenspezifischen Daten, die von den Sensoren 431 ermittelt werden.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug zu 6 erläutert. Unabhängig von dem Verfahren, wie die zonenspezifischen Substratdaten gewonnen werden, verbleibt am Ende des Polierprozesses ein Messprofil der zonenspezifischen Daten über den Radius des Substrats hinweg. In einer dargestellten Ausführungsform, in der die zonenspezifischen Daten für die Endpunkterkennung verwendet werden, würden unterschiedliche Zonen in dem Substrat zu unterschiedlichen Zeiten als fertig prozessiert erachtet. Jedoch wird der Polierprozess für alle Zonen nach einer gewissen Zeit beendet. Die Zonen mit unterschiedlichen Endpunktzeiten können einem mehr oder weniger ausgeprägten Anteil an Nachpolierzeit oder Unterpolierzeit erfahren haben. Beispielsweise ist in der Damaszener-Technologie eine der Hauptgefahren für die Scheibenausbeute die lokale zu geringe Polierung, wobei einige Bereiche des Substrats (Scheibe) nicht ausreichend poliert wurden, um die erforderliche Menge an Metall zu entfernen, um damit einen Leckstrom zwischen den Metallleitungen oder Strukturelementen zu vermeiden.
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6 zeigt ein Beispiel von in-situ-zonenspezifischen Substratdaten. Insbesondere zeigt 6 eine Darstellung eines Sensorsignals S, das ein Endpunktsignal S1, S2, S3, S4 repräsentiert, in Abhängigkeit von der Polierzeit t für unterschiedliche Substratzonen, beispielsweise die Substratzonen 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, wie in 1 gezeigt ist. Das Endpunktsignal für die unterschiedlichen Zonen bezeichnet den Endpunkt des Poliervorgangs bei Zeiten EP1, EP2, EP3 und EP4. In der dargestellten Ausführungsform wird der Polierprozess zu einem Zeitpunkt beendet, in welchem die letzte Substratzone den Endpunkt des Polierens angibt, was in diesem Falle die Zone 4-4 ist. In dieser Ausführungsform tritt kein zu geringes Polieren auf, es gibt vielmehr nur ein zu starkes Polieren. Die zonenspezifischen Nachpolierzeiten OP1, OP2, OP3, OP4 der entsprechenden Substratzonen werden dann wie folgt berechnet: OP1 = EP4 – EP1 OP2 = EP4 – EP2 OP3 = EP4 – EP3 OP4 = 0
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt die Steuerung 120, 220, 320, 420 in Reaktion auf zonenspezifische Endpunktzeiten ein Prozessfenster für die Polierzeit, das nahe an der Endpunktzeit EP4 liegt, wodurch sichergestellt ist, dass unter Betriebsbedingungen, in denen die Daten der 6 bestimmt wurden, kein zu geringes Polieren der Scheiben auftritt. Auf diese Weise kann die Ausbeute erhöht werden, ohne dass die Scheibe im Hinblick auf Leckströme in einigen Bauelementen auf der Scheibe neu poliert wird.
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7 zeigt ein Beispiel von dem Polieren nachgeordneten zonenspezifischen Substratdaten auf Chipebene. Insbesondere zeigt 7 schematisch Chipgebiete 180, die einzelne Halbleiterbauelemente, beispielsweise Chips, enthalten. Es sollte beachtet werden, dass die Chipgebiete 180 nicht maßstabsgetreu dargestellt sind, sondern lediglich dazu dienen, eine Ausführungsform der Erfindung zu veranschaulichen. Die markierten Chipgebiete 180-1, 180-2, 180-3, 180-4 geben Chipgebiete an, die eine entsprechende Art an Fehler oder unerwünschten Eigenschaften aufweisen, z. B. im Hinblick auf die Einkerbung, die Erosion, die Leckströme, Widerstand, etc. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform werden derartige dem Polieren nachgeordnete zonenspezifische Daten auf Chipebene von der Steuerung 120, 220, 320 zum Erzeugen des mindestens einen Einstellpunkts für mindestens einen Betriebsparameter des Poliersystems 100, 200, 300 in Reaktion auf die bestimmten zonenspezifischen Daten berücksichtigt.
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Gemäß anschaulicher Ausführungsformen umfasst die Steuerung 120, 220, 320 den Speicher 150, 250, 350 oder ist funktionsmäßig mit diesen verbunden, um zonenspezifische Substratdaten zwei oder mehrerer CMP-Prozesse zu speichern. Folglich können zonenspezifische Substratdaten, die von zwei oder mehr Polierprozessen erhalten wurden, berücksichtigt werden, um den mindestens einen Einstellwert für den mindestens einen Betriebsparameter bereitzustellen. Dazu werden gemäß einer anschaulichen Ausführungsform die Betriebsparameter des zugeordneten CMP-Prozesses zusammen mit den zonenspezifischen Substratdaten gespeichert.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren zur Verbesserung des Leistungsverhaltens eines CMP-Systems oder einer Prozessanlagenkette mit einem CMP-System bereit, da die Prozesseinstellungen und die Prozessparameterfensterbereich schneller und/oder zuverlässiger ermittelt werden können. Prozesseinstellungen und die Bereichsermittlung kann zumindest teilweise automatisch erfolgen.
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Ein System zum chemisch-mechanischen Polieren umfasst eine Poliervorrichtung zum Polieren einer Oberfläche eines Substrats und einen Sensor zum Bestimmen von zonenspezifischen Substratdaten, die mit mindestens zwei Zonen des Substrats in Beziehung stehen. Eine Steuerung ist vorgesehen, um in Reaktion auf die zonenspezifischen Substratdaten mindestens einen Einstellwert, beispielsweise einen Einstellbereich für mindestens einen Betriebsparameter der Poliervorrichtung in einem nachfolgenden CMP-Prozess zu erzeugen. Der Einstellwert/Einstellwertebereich kann auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden, oder kann automatisch durch die Steuerung zum Steuern des CMP-Prozesses berücksichtigt werden.
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Durch das Bestimmen der zonenspezifischen Substratdaten und das Erzeugen in Reaktion darauf mindestens eines Einstellwertes für mindestens einen Betriebsparameter der Poliervorrichtung in einem nachfolgenden CMP-Prozess wird die Prozesseinstellung und die Wertebereichsbildung vereinfacht.
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Die zonenspezifischen Substratdaten können dem Polieren vorgeordnete Daten sein, die vor dem Polierprozess gewonnen werden, können in-situ-Daten sein, die während des Polierprozesses gewonnen werden, oder können dem Polieren nachgeordnete Daten sein, die nach dem Polierprozess gewonnen werden. Die Erfindung beinhaltet Ausführungsformen, in denen zonenspezifische Substratdaten nur entsprechend einem einzelnen Ablauf, d. h. dem Polieren vorgeordneten, in-situ oder dem Polieren nachgeordneten Daten von der Steuerung berücksichtigt werden. Die Erfindung beinhaltet Ausführungsformen, in denen zonenspezifische Substratdaten entsprechend zweier Möglichkeiten der drei Betriebsweisen, d. h. dem Polieren vorgeordnet, in-situ oder dem Polieren nachgeordnet, von der Steuerung berücksichtigt werden. Die Erfindung umfasst ferner Ausführungsformen, in den zonenspezifische Substratdaten aus allen drei Bereichen, d. h. dem Polieren vorgeordnet, in-situ, oder dem Polieren nachgeordnet, von der Steuerung berücksichtigt werden.
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Ein einzelner Sensor zum Bestimmen der zonenspezifischen Substratdaten kann dabei vorgesehen sein. Ferner können zwei oder mehr Sensoren zum Bestimmen der zonenspezifischen Substratdaten vorgesehen sein. Zusätzlich zu den zonenspezifischen Substratdaten kann die Steuerung nicht zonenspezifische Substratdaten berücksichtigen, beispielsweise Substratdaten, die über das Substrat gemittelt sind.
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Wenn zonenspezifische Substratdaten berücksichtigt werden, kann die Steuerung auch einen Teil oder alle der verfügbaren Prozessparameter berücksichtigen, durch welche das Substrat erzeugt wurde, das die zonenspezifischen Substratdaten hervorgebracht hat.
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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 als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.
