DE10208165C1 - Verfahren, Steuerung und Vorrichtung zum Steuern des chemisch-mechanischen Polierens von Substraten - Google Patents
Verfahren, Steuerung und Vorrichtung zum Steuern des chemisch-mechanischen Polierens von SubstratenInfo
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Abstract
Ein Verfahren zur Steuerung für das CMP von Substraten und insbesondere für das CMP von Metalllisierungsebenen ist hierin offenbart. In einem linearen Modell des CMP-Prozesses wird die Erosion der zu behandelnden Metalllisierungsschicht durch die Poliernachlaufzeit und möglicherweise durch eine Endpolierzeit auf einem separaten Polierteller zum Polieren der dielektrischen Schicht bestimmt, wobei die dem CMP innewohnenden Eigenschaften durch Sensitivitätsparameter, die empirisch abgeleitet sind, repräsentiert werden. Ferner ist der Steuerungsvorgang so gestaltet, dass selbst mit einer gewissen Ungenauigkeit der Sensitivitätsparameter aufgrund subtiler Prozessänderungen ein gutmütiges Steuerreaktionsverhalten erreicht wird.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere das chemisch-mechanische Polieren (CMP) von
Materialschichten, etwa von Metallisierungsbeschichtungen, während der diversen Her
stellungsstadien einer integrierten Schaltung
Bei der Herstellung hoch entwickelter integrierter Schaltungen werden eine große An
zahl von Halbleiterelementen, etwa Feldeffekttransistoren, Kondensatoren und derglei
chen, auf mehreren Chipflächen (Chipgebiete) hergestellt, die über die gesamte Ober
fläche des Substrats verteilt sind. Aufgrund der ständig abnehmenden Strukturgrößen
der einzelnen Halbleiterelemente ist es notwendig, die diversen Materialschichten, die
auf der gesamten Substratoberfläche abgeschieden werden und die eine gewisse To
pographie entsprechend den darunter liegenden Schichten zeigen, so gleichförmig als
möglich bereit zu stellen, um die benötigte Qualität in den darauffolgenden Strukturie
rungsprozessen, etwa der Fotolithographie, dem Ätzen und dergleichen sicherzustellen.
In jüngster Zeit wurde das chemisch-mechanische Polieren eine weithin angewandte
Technik, um eine bestehende Materialschicht bei der Vorbereitung der Abscheidung ei
ner nachfolgenden Materialschicht einzuebnen. Das chemisch-mechanische Polieren ist
von besonderem Interesse für die Bildung sogenannter Metallisierungsschichten, d. h.
von Schichten, die vertiefte Bereiche etwa Durchgangsöffnungen und Gräben beinhal
ten, die mit einem geeigneten Metall gefüllt sind, um Metallleitungen zur Verbindung der
einzelnen Halbleiterelemente zu bilden. Herkömmlicherweise ist Aluminium als die be
vorzugte Metallisierungsschicht verwendet worden, und in hoch entwickelten integrierten
Schaltungen sind bis zu zwölf Metallisierungsschichten vorzusehen, um die erforderliche
Anzahl an Verbindungen zwischen den Halbleiterelementen zu erhalten. Halbleiterher
steller beginnen nun damit, Aluminium durch Kupfer zu ersetzen - aufgrund der überle
genen Eigenschaften von Kupfer gegenüber Aluminium hinsichtlich der Elektroemigrati
on und der Leitfähigkeit. Durch die Verwendung von Kupfer kann die Anzahl an notwen
digen Metallisierungsschichten zur Bereitstellung der erforderlichen Funktionalität ver
ringert werden, da im Allgemeinen Kupferleitungen mit einem geringem Querschnitt auf
grund der höheren Leitfähigkeit von Kupfer im Vergleich zu Aluminium gebildet werden
können. Dennoch bleibt das Einebnen der einzelnen Metallisierungsschichten von gro
ßer Bedeutung. Eine gemeinhin verwendete Technik zur Bildung von Kupfermetallisie
rungsleitungen ist der sogenannte Damaszener-Prozess, in dem die Durchgangsöffnun
gen und die Gräben in einer isolierenden Schicht gebildet werden, wobei das Kupfer an
schließend in die Durchgangsöffnungen und Gräben gefüllt wird. Danach wird über
schüssiges Metall durch chemisch-mechanisches Polieren nach der Metallabscheidung
entfernt, wodurch eingeebnete Metallisierungsschichten erhalten werden. Obwohl CMP
erfolgreich in der Halbleiterindustrie angewendet wird, hat sich der Prozess als komplex
und schwierig steuerbar erwiesen, insbesondere wenn eine große Anzahl von Substra
ten mit großem Durchmesser zu behandeln sind.
Während eines CMP-Prozesses werden Substrate, etwa Scheiben, die Halbleiterele
mente beinhalten, auf einem entsprechend ausgebildeten Träger montiert, einem soge
nannten Polierkopf, und der Träger wird relativ zu dem Polierkissen bewegt, während
die Oberfläche der Scheibe sich in Kontakt mit dem Polierkissen befindet. Während des
Vorganges wird dem Polierkissen ein Polierzusatz zugeführt, wobei der Polierzusatz ei
ne chemische Komponente enthält, die mit dem Material oder den Materialien der ein
zuebnenden Schicht reagiert - z. B. durch Umwandeln des Metalls in ein Oxid - und das
Reaktionsprodukt, etwa Kupferoxid, wird mechanisch durch Schleifmittel entfernt, die in
dem Polierzusatz und dem Polierkissen enthalten sind. Eine Problematik bei CMP-
Prozessen resultiert aus der Tatsache, dass bei einem gewissen Prozessstadium unter
schiedliche Materialien auf der zu polierenden Schicht gleichzeitig vorhanden sein kön
nen. Beispielsweise sind nach dem Entfernen des Hauptanteils des Überschusskupfers
das isolierende Schichtmaterial, beispielsweise Siliciumdioxid, sowie Kupfer und Kup
feroxid gleichzeitig chemisch und mechanisch durch den Polierzusatz, das Polierkissen
und die Schleifmittel in dem Polierzusatz zu behandeln. Für gewöhnlich wird die Zu
sammensetzung des Poliermittels so gewählt, um eine optimale Poliereigenschaft für ein
spezifisches Material aufzuweisen. Im Allgemeinen zeigen unterschiedliche Materialien
unterschiedliche Abtragsraten, so dass beispielsweise Kupfer und Kupferoxid rascher
abgetragen werden als das umgebende isolierende Material. Folglich werden vertiefte
Bereiche auf der Oberfläche der Metallleitungen im Vergleich zu dem umgebenden iso
lierenden Material gebildet. Dieser Effekt wird häufig als "Einkerbung" bezeichnet. Fer
ner wird während des Abtrags des Überschussmetalls bei Vorhandensein des isolieren
den Materials dieses ebenso entfernt, typischerweise allerdings bei einer im Vergleich
zu dem Kupfer reduzierten Abtragsrate, und daher wird die Dicke der anfänglich abge
schiedenen Isolierschicht verringert. Die Verringerung der Dicke der Isolierschicht wird
häufig als "Erosion" bezeichnet.
Erosion und das Einkerben hängen jedoch nicht nur von den Unterschieden der
Materialien ab, die die isolierende Schicht und die Metallschicht bilden, sondern kann
ebenso über die Substratoberfläche hinweg variieren und kann selbst innerhalb eines
einzelnen Chipgebietes entsprechend den einzuebnenden Mustern einer Änderung
unterliegen. Das heißt, die Abtragsrate des Metalls und des isolierenden Materials wird
auf Grundlage diverser Faktoren bestimmt, beispielsweise der Art des Polierzusatzes,
der Konfiguration des Polierkissens, der Struktur und der Art des Polierkopfes, dem
Betrag der Relativbewegung zwischen dem Polierkissen und dem Substrat, dem auf das
Substrat ausgeübten Druck während sich dieses relativ zu dem Polierkissen bewegt,
dem Ort auf dem Substrat, der Art von zu polierendem Strukturmuster und der
Gleichförmigkeit der darunter liegenden Isolierschicht und der Metallschicht, etc.
Aus den obigen Überlegungen ist es offensichtlich, dass eine Vielzahl miteinander in
Beziehung stehender Parameter die Topographie der letztlich erhaltenen Metallisie
rungsschicht beeinflussen. Daher wurden große Anstrengungen unternommen, um
CMP-Anlagen und Verfahren zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Beständig
keit von CMP-Prozessen zu entwickeln. Beispielsweise ist in fortgeschritten CMP-
Anlagen der Polierkopf so ausgebildet, um zwei oder mehrerer Bereiche bereitzustellen,
die einen einstellbaren Druck auf das Substrat ausüben können, wodurch die Reibungs
kraft und somit die Abtragsrate in den Substratgebieten, die diesen unterschiedlichen
Kopfbereichen entsprechen, steuerbar sind. Ferner werden die das Polierkissen tragen
de Polierplatte und der Polierkopf so relativ zueinander bewegt, dass eine möglichst
gleichmäßige Abtragsrate über die gesamte Substratfläche hinweg erhalten wird, und so
dass die Lebensdauer des Polierkissens, das sich während des Betriebs ständig ab
nutzt, maximal wird. Zu diesem Zweck wird ein sogenannter Kissenaufbereiter zusätz
lich in der CMP-Anlage vorgesehen, der sich auf dem Polierkissen bewegt und die polie
rende Oberfläche aufbereitet, um ähnliche Polierbedingungen für möglichst viele Sub
strate beizubehalten. Die Bewegung des Kissenaufbereiters wird so gesteuert, dass das
Polierkissen im Wesentlichen gleichförmig aufbereitet wird, während gleichzeitig der
Kissenaufbereiter die Bewegung des Polierkopfes nicht stört.
Aufgrund der Komplexität von CMP-Prozessen kann es notwendig sein, zwei oder mehr
Prozessschritte einzuführen, vorzugsweise auf unterschiedlichen Polierplatten, um ein
Polierergebnis zu erhalten, das die strengen Anforderung in der Herstellung modernster
Halbleiterelemente erfüllt. Beispielsweise muss bei der Herstellung einer Metallisie
rungsschicht ein minimaler Querschnitt der einzelnen Metallleitungen erreicht werden,
um einen gewünschten Widerstand gemäß den Entwurfsregeln zu erzielen. Der Wider
stand der einzelnen Metallleitungen hängt von der Art des Materials, der Leitungslänge
und dem Querschnitt ab. Obwohl die beiden zuerst genannten Faktoren sich während
des Herstellungsvorganges nicht wesentlich ändern, kann der Querschnitt der Metalllei
tungen sich deutlich ändern und somit den Widerstand und die Qualität der Metallleitun
gen aufgrund der Erosion und des Einkerbens, das während des beteiligten CMP-
Prozesses erzeugt wird, beeinflussen. Folglich müssen Halbleiterentwurfsingenieure
diese Änderungen berücksichtigen und eine zusätzliche "Sicherheits"-Dicke der Metall
leitungen einführen, so dass der Querschnitt jeder Metallleitung zuverlässig innerhalb
der spezifizierten Toleranzen nach Beendigung der Poliervorgänge liegt.
Aus den oben angeführten Betrachtungen wird deutlich, dass große Anstrengungen
unternommen werden, um die Ausbeute beim chemisch-mechanischen Polieren von
Substraten unter Beibehaltung eines hohen Qualitätsstandards zu verbessern. Aufgrund
der Natur des CMP-Prozesses ist eine in-situ-Messung der Dicke der zu entfernenden
Schicht und/oder der Abtragsrate nur sehr schwierig vorzunehmen. In der Praxis werden
häufig eine Vielzahl von Testsubstraten verwendet, um die CMP-Anlage zu konditionie
ren und/oder zu kalibrieren, bevor oder nachdem eine vordefinierte Anzahl von Produkt
substraten prozessiert worden sind. Da die Bearbeitung von Testwafern äußerst kos
tenintensiv und zeitraubend ist, wird in jüngster Zeit versucht, die Anzahl der Testläufe
durch Einführen geeigneter Steuerungsmechanismen zur Wahrung der Leistungsfähig
keit des CMP-Prozesses deutlich zu verringern. Im Allgemeinen wäre es äußerst wün
schenswert, einen Steuerungsvorgang zu haben, in dem spezifische CMP-Parameter
auf der Basis von Messergebnissen des Substrats, das gerade eben prozessiert worden
ist, manipuliert werden, um in genauer Weise die endgültige Schichtdicke und die Ein
kerbung und die Erosion innerhalb der Spezifikationen zu halten. Um diese sogenannte
"Durchlauf-zu-Durchlauf" Steuerung in der Produktionslinie zu erhalten, müssen zumin
dest zwei Bedingungen erfüllt sein. Erstens, geeignete Messinstrumente müssen in der
Produktionslinie integriert sein, so dass jedes Substrat, das den CMP-Prozess durch
laufen hat, sofort einer Messung unterzogen wird, deren Ergebnisse der CMP-Anlage
vor dem CMP-Prozess oder zumindest dem letzten Abschnitt des CMP-Prozesses des
unmittelbar anschließenden Substrats zugeführt werden müssen. Zweitens, ein Modell
des CMP-Prozesses muss ermittelt werden, das geeignete Steuervariablen offen legt,
um die gewünschten Polierergebnisse zu erreichen.
Die erste Bedingung kann nicht erfüllt werden, ohne deutlich nachteilig andere Para
meter des Herstellungsprozesses, etwa Durchsatz und damit Kosteneffektivität, zu be
einflussen. Folglich werden in der Praxis mehrere Substrate dem CMP-Prozess unter
zogen, bis das erste Messergebnis des anfänglich prozessierten Substrats verfügbar ist.
Das heißt, die Steuerungsschleife enthält eine gewisse Verzögerung, die berücksichtigt
werden muss, wenn die Prozessparameter auf der Basis des Messergebnisses einge
stellt werden.
Hinsichtlich des zweiten Punktes gilt, dass eine Vielzahl von CMP-Modellen aufgestellt
wurden, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Steuervariablen auf der
Grundlage von gealterten Rückkopplungsergebnissen gesteuert werden. Zum Beispiel
offenbaren die Mitteilungen für die AEC/APC VIII Symposium 2001, "ein Vergleich von
Einzeldurchlaufsteueralgorithmen für CMP mit Messverzögerungen", K. Chamness, et.
al. die Ergebnisse eines Vergleichs dreier CMP-Modelle, wenn diese unter der Bedin
gung einer verzögerten Messrückkopplung betrieben werden. In diesem Dokument
zeigten die Autoren, dass lediglich eine Ablaufsteuerung mit vorhersagendem Modell In
stabilitäten in der Steuerfunktion vermeiden konnte, wenn die Messergebnisse mit ei
nem gewissen Maß an Verzögerung zu der CMP-Anlage geliefert werden.
Dokument WO 98/14306 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zum Steuern der
Dicke der Abtragung in einem CMP-Prozess. Eine CMP-System-Steuerung basiert auf
der Berechnung der aktuellen und zukünftigen Abtragsrate unter Verwendung der Er
gebnisse von Filmdickenmessungen, die vor und nach dem CMP-Vorgang durchgeführt
werden. Als CMP-Prozesssteuerungsparameter kann z. B. die Polierzeit gesteuert wer
den.
Dokument US 6,230,069 B1 offenbart ein System und ein Verfahren zum Steuern von
Prozessen in der Halbleiterfertigung unter Verwendung einer Steuerung mit vorhersa
gefähigem Modell. Die Steuerung kann z. B. zur Steuerung eines CMP-Prozesses ein
gesetzt werden. Dabei wird ebenfalls aus der Polierzeit und der Schichtdicke vor und
nach dem CMP-Vorgang die Polierzeit für nachfolgende CMP-Prozesse bestimmt.
Dokument JP 10-106 984 A offenbart ein Polierverfahren und eine Steuerung für Polier
anlagen für Halbleiterwafer. Die optimale Polierzeit für die nachfolgenden Polierprozes
se wird ebenfalls aus einer Anfangspolierzeit und der vor und nach dem Polierprozess
gemessenen Filmdicke berechnet.
Dokument EP 1 092 505 A2 offenbart ein Verfahren zum Steuern einer Polieranlage.
Zahlreiche Testwafer werden mit unterschiedlichen Polierparametern poliert. Aus den
erhaltenen Daten werden Polierrezepte errechnet, mit denen der Poliervorgang so ge
steuert werden kann, um ein erhaltenes Polierprofil möglichst gut einem gewünschten
Polierprofil anzunähern.
Angesichts dieses Stands der Technik ist im Allgemeinen ein vorhersagendes Modell
wünschenswert, etwa ein Modell, das in dem oben zitierten Dokument beschrieben ist,
und/oder ein Satz experimenteller Daten, um Prozessvariablen zu extrahieren, etwa den
auf das Substrat ausgeübten Druck, die Polierzusatzzusammensetzung, etc., auf die
Einfluß genommen wird, um das gewünschte Ergebnis des CMP-Prozesses zu erhalten.
Obwohl eine CMP-Prozesssteuerung erfolgreich in vielen Halbleiteranlagen eingesetzt
wird, geht aus den bisherigen Ausführungen jedoch hervor, dass ein zuverlässiger und
störunanfälliger CMP-Prozess für technisch fortgeschrittene integrierte Schaltungen ei
nen großen Aufwand hinsichtlich der Prozessanlagen und des Steuervorgangs erfordert
und es ist daher äußerst wünschenswert, einen vereinfachten und dennoch effizienten
CMP-Steuerungsprozess und ein Steuerungssystem zu haben, wobei ebenso der ge
forderte hohe Qualitätsstandard der prozessierten Substrate sichergestellt ist.
Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und an eine
Steuerung, die das Steuern eines CMP-Prozesses erlaubt, indem ein Prozessparameter
manipuliert wird, der leicht zugänglich ist, wobei die prozessspezifischen Eigenschaften
durch einen empirisch bestimmten Parameter beschrieben sind, dessen Genauigkeit je
doch nicht für die korrekte Steuerfunktion kritisch ist.
Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein
Verfahren zum Steuern des chemisch-mechanischen Polierens von Substraten das Er
mitteln eines ersten Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Abhängigkeit zwischen
einer Poliernachlaufzeit für eine zu polierende erste Materialschicht eines Substrates
und einer Steuervariablen, die mit einer ersten Materialschicht verknüpft ist, beschreibt,
und das Ermitteln eines zweiten Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Abhängig
keit zwischen der Steuervariablen, die mit einer bereits polierten zweiten Materialschicht
des Substrats in Beziehung steht, und einer Steuervariablen, die mit einer bereits po
lierten zweiten Materialschicht eines vorhergehenden Substrats in Beziehung steht und
der Steuervariablen, die mit der ersten Materialschicht in Beziehung steht, beschreibt.
Ferner umfasst das Verfahren die Berechnung der Poliernachlaufzeit der ersten Materi
alschicht aus einem linearen Modell, das mit einschließt: den ersten Sensitivitätspara
meter, den zweiten Sensitivitätsparameter, einen Sollwert für die Steuervariable der
ersten Materialschicht, die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats, die Steu
ervariable der zweiten Materialschicht des Substrats und die mit der zweiten Material
schicht des vorhergehenden Substrats in Beziehung stehende Steuervariable, wobei die
Poliernachlaufzeit
durch eine gewichtete laufende Durchschnittsbildung bestimmt wird. Ferner wird die
Poliernachlaufzeit der ersten Materialschicht auf die berechnete Poliernachlaufzeit ein
gestellt.
Entsprechend einer weiteren anschaulichen Ausführungsform umfasst eine Steuerung
für das chemisch-mechanische Polieren von Substraten einen Eingabebereich zum Ein
geben eines Sensitivitätsparameters und/oder eines Messwertes einer Steuervariablen,
und einen Ausgabebereich zum Ausgeben einer Poliernachlaufzeit und/oder einer End
polierzeit als eine Stellgröße. Die Steuerung umfasst ferner einen Berechnungsbereich,
der ausgebildet ist, die Poliernachlaufzeit einer ersten Metallschicht aus einem linearen
Modell zu berechen, wobei das lineare Modell einen ersten Sensitivitätsparameter, ei
nen zweiten Sensitivitätsparameter, einen Sollwert für die Steuervariable der ersten
Materialschicht, die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats, eine Steuervari
able, die mit der zweiten Materialschicht des Substrats in Beziehung steht, und die
Steuervariable der zweiten Materialschicht eines vorhergehenden Substrats beinhaltet.
Ferner ist der Berechnungsbereich so ausgebildet, um die Stellgröße mittels einer ge
wichteten laufenden Durchschnittsbildung zu bestimmen.
Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in
den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher hervor,
es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften CMP-Anlage, in der eine an
schauliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert ist;
Fig. 2 ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des Verfahrens zum Steuern
des CMP darstellt;
Fig. 3 ein Flussdiagramm, das Einzelheiten der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsfor
men darstellt; und
Fig. 4 ein Flussdiagramm, das weitere Details beim Berechnen der Stellgröße gemäß
der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform darstellt.
Anzumerken ist, dass, obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den in der fol
genden detaillierten Beschreibung dargestellten Ausführungsformen beschrieben ist,
diese Beschreibung nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die darin offen
barten speziellen Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen
Ausführungsformen stellen lediglich in beispielhafter Weise die diversen Aspekte der
vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patenansprüche
definiert ist.
Im Allgemeinen basieren die bisher beschriebenen Ausführungsformen sowie die Aus
führungsformen, die im Folgenden beschrieben werden, auf der Erkenntnis der Erfinder,
dass es möglich ist, das Einkerben und die Erosion von Materialschichten in einem Sub
strat, etwa von Metallisierungsschichten, innerhalb eng gesetzter Toleranzen zu halten,
indem die Poliernachlaufzeit in einem CMP-Prozess entsprechend eingestellt wird. Für
gewöhnlich bezeichnet die Poliernachlaufzeit die Zeitdauer, mit der der CMP-Prozess
fortgesetzt wird, nachdem eine Messung gezeigt hat, dass das Material an einem vorde
finierten Gebiet auf dem Substrat entfernt ist. Der Vorgang des Erfassens des Freile
gens eines spezifizierten Gebietes wird ebenso als Endpunkterfassung bezeichnet und
wird für gewöhnlich in CMP-Prozessen für die Herstellung von Metallisierungsschichten
angewendet. Des Weiteren ist, wie zuvor erläutert ist, der CMP-Prozess für Damasze
ner-Metallisierungsschichten in hoch entwickelten integrierten Schaltungen oft als ein
Mehrschrittprozess ausgeführt, wobei als letzter Schritt des Prozesses, nachdem das
Metall entfernt ist, beispielsweise die dielektrische Schicht poliert wird. Somit kann durch
Einstellen der Prozesszeit für den abschließenden Polierschritt der Grad von Erosion
und Einkerbung gesteuert werden. Um geeignete Poliernachlaufzeiten und die Prozess
zeiten des abschließenden CMP-Schrittes zuverlässig vorherzusagen, schlagen die Er
finder ein lineares Modell des CMP-Prozesses vor, das auf der Erosion und/oder der
Einkerbung und/oder der Schichtdicke einer vorhergehenden Metallisierungsschicht des
gleichen und eines vorhergehenden Substrats basiert. In diesem Modell sind die pro
zessinternen Mechanismen durch zwei oder mehr Sensitivitätsparameter beschrieben,
die experimentell und/oder durch Berechnung und Experiment bestimmt werden kön
nen, wobei in einigen Ausführungsformen die Genauigkeit der Sensitivitätsparameter
nicht kritisch für eine erfolgreiche Prozesssteuerung aufgrund einer "selbstkonsistenten"
Ausgestaltung der Steuerfunktion ist. Somit wird im Gegensatz zur herkömmlichen
Steuerstrategie, wie sie beispielsweise im einleitenden Teil der Anmeldung beschrieben
ist, in der vorliegenden Erfindung auf leicht verfügbare und genau einstellbare Prozess
parameter als die Stellgrößen des Steuerungsvorgangs zurückgegriffen.
Mit Bezug zu Fig. 1 wird eine typische CMP-Anlage und Verfahren beschrieben, die in
Zusammenhang mit den hierin beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen ver
wendbar ist. In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines CMP-Systems 100 dargestellt,
wobei das System 100 eine CMP-Anlage 110, eine Messanlage 130 und eine CMP-
Steuerung 150 umfasst. Die CMP-Anlage 110 umfasst einen Eingangsbereich 111 zum
Aufnehmen des zu bearbeitenden Substrats und einen Ausgangsbereich 112 zum
Empfangen und Aufbewahren von Substraten nach Abschluss des CMP-Prozesses. Die
CMP-Anlage 110 umfasst ferner eine Prozesskammer mit drei Poliertellern 114, 115
und 116, die auch als Teller I, Teller II und Teller III bezeichnet werden. An den Tellern
114, 115 und 116 ist jeweils ein Kissenaufbereiter 117, eine Polierzusatzzuführung 118
und ein Polierkopf 119 vorgesehen. Am Teller II ist eine Messeinrichtung 120 vorgese
hen und so ausgebildet, um den Endpunkt eines CMP-Prozesses zu detektieren. Der
Einfachheit halber sind weitere Einrichtungen, die zum Transport von Substraten aus
dem Eingangsbereich 111 zu dem Teller I oder von dem Teller I zu dem Teller II usw.
erforderlich sind, sowie weitere Einrichtungen zur Zuführung von Gasen, Flüssigkeiten,
etwa von Wasser, Polierzusatzmittel, und dergleichen, ebenso nicht in der Zeichnung
dargestellt.
Während des Betriebs wird ein Substrat 121, das eine oder mehrere Metallisierungs
schichten aufweist, an dem Polierkopf des Tellers I befestigt. Anzumerken ist, dass das
Substrat 121 ein "momentanes" Substrat repräsentiert, für das eine Stellgröße des zu
beschreibenden Steuerprozesses ermittelt wird, d. h. die Stellgröße repräsentiert einen
Prozessparameter, dessen Wert variiert wird, um den gewünschten Wert einer Steuer
variablen, etwa der Einkerbung, der Erosion und der abschließenden Schichtdicke, zu
erhalten. Eine Metallisierungsschicht des Substrats 121, die unmittelbar durch die CMP-
Anlage 110 zu behandeln ist, wird auch als eine erste Metallisierungsschicht bezeichnet,
wohingegen eine Metallisierungsschicht des Substrats 121, die unter der ersten Metalli
sierungsschicht liegt und bereits dem CMP-Prozess unterzogen worden ist, als eine
zweite Metallisierungsschicht bezeichnet wird. Ferner wird ein beliebiges Substrat, das
bereits das CMP durchlaufen hat, als ein vorhergehendes Substrat bezeichnet, und die
Metallisierungsschichten des vorhergehenden Substrats, die den Metallisierungs
schichten des momentanen Substrats 121 entsprechen, werden auch als erste und
zweite Metallisierungsschichten, so wie bei dem momentanen Substrat 121, bezeichnet.
Nachdem das Substrat 121 den CMP-Prozess auf dem Teller I mit vordefinierten Pro
zessparametern, etwa einer vordefinierten Poliermittelzusatzzusammensetzung, einer
vordefinierten Relativbewegung zwischen dem Polierkopf 119 und dem Teller 114, der
Dauer des CMP-Prozesses und dergleichen, durchlaufen hat, wird das Substrat 121 an
den Teller II für einen zweiten CMP-Schritt - möglicherweise mit unterschiedlichen Pro
zessparametern - weitergereicht, bis das Messgerät 120 anzeigt, dass das Ende des
Vorganges erreicht ist. Wie zuvor erläutert ist und wie detailliert mit Bezug zu Fig. 2 be
schrieben wird, wird das Polieren des Substrats 121 auf dem Teller II für eine Polier
nachlaufzeit Top fortgesetzt, die durch die Steuerung 150 bestimmt wird. Nach Ablauf der
Poliernachlaufzeit Top wird das Substrat 121 zu dem Teller III transportiert, von dem das
Polieren des isolierenden Materials der ersten Metallisierungsschicht mit geeigneten
Prozessparametern, etwa einer Polierzusatzzusammensetzung, der relativen Bewegung
zwischen dem Teller 116 und dem Polierkopf 119, dem auf das Substrat 121 ausgeüb
ten Anpressdruck, und dergleichen ausgeführt wird. In der in Fig. 1 gezeigten Ausfüh
rungsform wird die Prozesszeit am Teller III, die auch als TIII bezeichnet wird, durch die
Steuerung 150 bestimmt. Nachdem der Polierschritt auf dem Teller III abgeschlossen
ist, wird das Substrat 121 zu dem Ausgangsbereich 112 und möglicherweise zu der
Messanlage 130 transportiert, an der Messergebnisse erhalten werden, die mit der ers
ten Metallisierungsschicht in Beziehung stehen, etwa der Schichtdicke, der Erosion und
der Einkerbung. In diversen Ausführungsformen, die zu beschreiben sind, werden die
Schichtdicke, die Erosion und die Einkerbung einzeln oder in Kombination als Steuerva
riablen des CMP-Prozesses betrachtet, wohingegen Top und/oder TIII als Stellgrößen
fungieren. Für gewöhnlich werden die Messergebnisse der Steuervariablen durch gut
bekannte optische Messverfahren erhalten und deren Beschreibung wird daher wegge
lassen.
Mit Bezug zu Fig. 2 werden anschaulich Ausführungsformen zum Ermitteln der Stellgrö
ßen Top und TIII beschrieben. In Fig. 2 werden in einem ersten Schritt 210 Sensitivitäts
parameter bestimmt, die in einer Ausführungsform durch Experimente auf der Grundla
ge zuvor prozessierter Testsubstrate oder Produktsubstrate erhalten werden. Ein erster
Sensitivitätsparameter α wird dabei bestimmt und beschreibt die Wirkung der Polier
nachlaufzeit Top auf die Steuervariable, beispielsweise das Ausmaß an Erosion, Einker
bung, Metallisierungsschichtdicke, und dergleichen. Ein zweiter Sensitivitätsparameter β
kann ebenso bestimmt werden, der den Einfluss der Polierzeit TIII des auf dem Teller III
durchgeführten CMP-Prozesses auf die Steuervariable kennzeichnet. Zusätzlich wird ein
dritter Sensitivitätsparameter γ bestimmt, der quantitativ beschreibt, wie die Steuervari
able einer vorhergehenden Metallisierungsschicht, beispielsweise die Einkerbung
und/oder die Erosion der vorhergehenden Schicht, die auch als die zweite Metallisie
rungsschicht bezeichnet wird - wie dies zuvor erläutert ist - die Steuervariable der mo
mentanen, d. h. der ersten, Metallisierungsschicht beeinflusst. Insbesondere schließen
die Sensitivitätsparameter α und β die CMP-inhärenten Mechanismen, etwa die Ab
tragsrate, mit ein, und können somit während des tatsächlichen CMP-Vorganges auf
grund beispielsweise der Verschlechterung des Polierkissens, der Sättigung des Polier
zusatzes, und dergleichen, variieren. In einer speziellen Ausführungsform wird, wie dies
später detailliert beschrieben ist, das Darstellen von α und β als einfache Zahlen mit
dem Vorteil eines einfachen linearen CMP-Modells und damit das Vernachlässigen einer
Änderungen von α und β berücksichtigt, indem die verbleibenden Steuervorgänge ent
sprechend so gestaltet werden, dass prozessspezifische Änderungen von α und β im
Wesentlichen das endgültige Ergebnis nicht nachteilig beeinflussen. In einer weiteren
Ausführungsform können angesichts einer leichten Änderung der Prozessbedingungen
die Sensitivitätsparameter α und β so gewählt werden, dass diese von der Zeit abhän
gen, d. h. von der Anzahl der Substrate, die bereits prozessiert worden sind oder die
noch zu prozessieren sind.
Im Schritt 220 werden Zwischenwerte für die Stellgrößen - als T *|op, T *|III bezeichnet - aus
einem linearen CMP-Modell berechnet. In diesem Zusammenhang ist als ein lineares
Modell ein mathematischer Ausdruck zu verstehen, der die Abhängigkeit der diversen
Variablen, etwa der Stellgrößen Top, TIII, und der Steuervariablen beschreibt, wobei die
Variablen als lineare Terme ohne Terme höherer Ordnung, etwa 2|op, T 3|op, etc. auftreten.
Mit Bezug zu Fig. 3 wird nun eine anschauliche Ausführungsform zum Bestimmen von
T *|op und T *|II beschrieben.
In Fig. 3 ist Schritt 220 in einen ersten Teilschritt 221 unterteilt, der ein lineares Modell
des CMP-Prozesses darstellt. Entsprechend dieser Lösung wird die Steuervariable der
ersten Metallisierungsschicht als Efirst bezeichnet, wobei in Erinnerung gehalten werden
sollte, dass eine Steuervariable die Erosion und/oder die Einkerbung und/oder die Me
tallisierungsschichtdicke und dergleichen repräsentieren kann, und Efirst ist durch die fol
gende Gleichung gegeben
wobei der Index p eine Variable kennzeichnet, die ein vorhergehendes Substrat be
zeichnet, und der Index first und second jeweils die erste Metallisierungsschicht, die zu
prozessieren ist, und die zweite Metallisierungsschicht, die bereits prozessiert worden
ist, bezeichnet. Dabei wird vorzugsweise das Vorzeichen von α als positiv gewählt, wäh
rend das Vorzeichen von β als negativ gewählt wird. Die Größe und das Vorzeichen von
γ wird experimentell bestimmt. Des Weiteren kann, wie zuvor erläutert ist, in einer spe
ziellen Ausführungsform lediglich eine einzelne Stellgröße, etwa Top, verwendet werden,
um den gesamten CMP-Prozess in jenen Fällen zu steuern, wenn kein abschließender
CMP-Schritt auf dem Teller III angewendet wird. Aus Gleichung 1 ist ersichtlich, dass für
ein gegebenes Ep,frist, beispielsweise die Erosion der ersten Metallisierungsschicht, die
durch Messen erhalten werden kann, das Anheben der Poliernachlaufzeit Top in der ers
ten Metallisierungsschicht im Vergleich zu der der ersten Metallisierungsschicht des
vorhergehenden Substrats Tp,op, Efirst um einen Betrag ansteigen lässt, der durch die Dif
ferenz dieser Poliernachlaufzeiten (Top - Tp,op) multipliziert mit dem Sensitivitätsparameter
α bestimmt ist. Es ist somit offensichtlich, dass eine Änderung des inneren Mechanis
mus des CMP-Prozesses, der durch die einzelne Zahl α dargestellt wird, oder eine ge
wisse Ungenauigkeit beim Bestimmen von α das Ergebnis von Efirst beeinflussen kann
und damit einen Wert für Top erzeugen könnte, der in einigen Fällen als ungeeignet zum
Erhalten eines gewünschten Etarget betrachtet wird, wobei Etarget der Sollwert für die
Steuervariable ist. Das gleiche gilt für den Sensitivitätsparameter β.
Daher können in einer Ausführungsform, wie zuvor erwähnt ist, im Teilschritt 222 die
Parameter α und β als zeitabhängige Parameter oder besser gesagt als Parameter, die
von der Anzahl der zu prozessierenden Substrate abhängt, gewählt werden. Auf diese
Weise kann die generelle Tendenz der Abnutzung des Polierkissens, die Polierzusatz
zusammensetzung und dergleichen berücksichtigt werden, so dass systematische Ab
weichungen in α und/oder β kompensiert werden können. Das heißt, eine systematische
Abnahme der Polierrate im Laufe der Zeit kann durch ein entsprechendes Vergrößern
von α und/oder Verringern von β bei steigender Anzahl prozessierter Substrate berück
sichtigt werden. Somit können α und/oder β als Funktionen α = α(i) und/oder β = β(i)
gewählt werden, wobei i die Anzahl prozessierter Substrate darstellt. Diese Eigenschaft
verleiht der CMP-Steuerung ein gewisses Maß an Vorhersagung, was vorteilhaft sein
kann, wenn - wie zuvor erläutert ist - die Steuerung auf Messergebnisse zu reagieren
hat, die möglicherweise eine deutliche Verzögerung hinsichtlich des momentan bear
beiteten Substrats aufweisen.
Im Teilschritt 223 werden Zwischenwerte für die Stellgrößen Poliernachlaufzeit und Po
lierzeit auf dem Teller III entsprechend dem Modell aus Schritt 221 ermittelt. Der Grund
für das Bestimmen der Zwischenvariablen T *|op, T *|III rührt von der Tatsache her, dass der
Steuervorgang kurze Schwankungen in dem CMP-Prozess "glätten" sollte und auf
Messergebnisse von zuvor prozessierten Substraten in einer "weichen" Art reagieren
sollte, ohne ein übermäßiges Über- oder Unterschwingen zu zeigen. Dieses Verhalten
des Steuervorgangs kann günstig sein, wenn lediglich eine kleine Anzahl von Messer
gebnissen für jedes Substrat verfügbar ist, so dass die Messergebnisse eines vorherge
henden Substrats zu einem weiteren vorhergehenden Substrat eine deutliche Schwan
kung aufweisen können. Das heißt, das Messergebnis, das beispielsweise Ep,first reprä
sentiert, wird durch eine einzelne Messung einer vordefinierten einzelnen Stelle auf dem
vorhergehenden Substrat erhalten. Daher werden vor den eigentlichen Stellgrößen Top,
TIII die Zwischenstellgrößen T *|op und T *|III bestimmt.
Im Teilschritt 223 gilt dies für den Fall, wenn
Dies bedeutet, dass der Sollwert Etarget erhalten wird ohne Änderung der Poliernachlauf
zeit im Vergleich zu der Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats und ohne Än
derung der Polierzeit auf dem Teller III im Vergleich zu der Polierzeit auf dem Teller III
des vorhergehenden Substrats. Folglich ist T *|op gleich Tp,op und T *|III ist gleich Tp,III.
Im Teilschritt 224 werden T *|op und T *|III für den Fall berechnet:
Das heißt, die Erosion und/oder die Einkerbung und/oder die Schichtdicke - abhängig
davon, was E tatsächlich darstellt - der ersten Metallisierungsschicht des vorhergehen
den Substrats und die Wirkung der Erosionen der zweiten Metallisierungsschicht des
momentanen Substrats und des vorhergehenden Substrats führen zu einer geringeren
Erosion und/oder Einkerbung und/oder Schichtdicke als gewünscht. Offensichtlich muss
die Poliernachlaufzeit für das momentane Substrat gleich oder größer sein als die Po
liernachlaufzeit für das vorhergehende Substrat und die Polierzeit auf dem Teller III
muss kleiner oder gleich als die Polierzeit des vorhergehenden Substrats ein. Somit er
gibt sich:
Ferner kann im Allgemeinen eine maximale und eine minimale Poliernachlaufzeit
und eine maximale und minimale Polierzeit auf dem Teller III im Voraus
gemäß den Prozessanforderungen festgelegt werden. Diese Grenzen für die
Poliernachlaufzeit und die Polierzeit auf dem Teller III können durch Experimente oder
Erfahrung bestimmt werden. Beispielsweise können die maximale und die minimale
Überpolierzeiten jeweils auf ungefähr 30 Sekunden und 5 Sekunden festgelegt
werden. Die maximalen und minimalen Polierzeiten auf dem Teller III können
jeweils zu 120 Sekunden und 20 Sekunden festgelegt werden. In der Ausführungsform,
in der die Poliernachlaufzeit Top und die Polierzeit auf dem Teller III TIII gleichzeitig als
Stellgrößen verwendet werden, ist es vorteilhaft, die Zwischenwerte T *|op und T *|III so zu
bestimmen, dass die Werte deutlich in den zulässigen Bereichen liegen, die durch die
minimalen und maximalen Poliernachlaufzeiten und Polierzeiten auf dem Teller III vor
gegeben sind. In einer Ausführungsform werden die Zwischenpoliernachlaufzeit T *|op und
die Polierzeit auf dem Teller III T *|III, so bestimmt, dass diese in der Mitte des entspre
chenden zulässigen Bereichs angesiedelt sind, wobei gleichzeitig T *|op und T *|III, so zu
wählen sind, dass das CMP-Modell den Sollwert Etarget liefert, d. h. T *|op und T *|III sind be
stimmt durch:
T *|op und T *|III, die in den entsprechenden zulässigen Bereichen zentral liegen, können als
Minimum des folgenden Ausdrucks berechnet werden.
In ähnlicher Weise werden im Teilschritt 225 T *|op und T *|III, für den Fall berechnet:
Das bedeutet, dass die Erosion der ersten Metallisierungsschicht des vorhergehenden
Substrats und der zweiten Metallisierungsschichten zusammen den gewünschten Erosi
onswert übersteigen. Somit muss die Zwischenpoliernachlaufzeit so gewählt werden,
dass diese gleich oder kleiner der Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats ist
und die Zwischenpolierzeit am Teller III muss so gewählt werden, dass diese größer
oder gleich der Polierzeit auf dem Teller III des vorhergehenden Substrats ist. Folglich
gilt:
In Analogie zu den im Teilschritt 224 ausgeführten Berechnungen kann ebenso in die
sem Falle ein Minimum des Ausdrucks (6) mit den Nebenbedingungen (5) und (8) be
stimmt werden.
Um die zuvor genannten Teilschritte zum Ermitteln der Zwischenpoliernachlaufzeit T *|op
und der Zwischenpolierzeit auf dem Teller III T *|III, qualitativ zusammenzufassen, ist wie
folgt anzumerken, dass, wenn die Messergebnisse des vorhergehenden Substrats in der
zweiten Metallisierungsschicht oder entsprechend die dafür berechneten Werte anzei
gen, dass die erwartete Erosion gleich der gewünschten Erosion ist, dann entsprechen
die Zwischenpoliernachlaufzeit T *|op und die Polierzeit am Teller III T *|III der Polierzeit Tp,op
und der Polierzeit am Teller III Tp,III des vorhergehenden Substrats. In Fällen, in denen
die Erosionswerte für das vorhergehende Substrat und die zweite Metallisierungsschich
ten des momentanen Substrats 221 und des vorhergehenden Substrats nicht die ge
wünschte Erosion ETarget ergeben, werden die Zwischenpolierzeiten so bestimmt, dass
die Werte in der Mitte der zulässigen Bereiche angesiedelt sind, während gleichzeitig die
Nebenbedingungen (5) und (6) erfüllt werden, d. h. die Zwischenpolierzeiten müssen die
gewünschte Erosion ETarget ergeben und müssen ferner den Bedingungen (4) und (8)
genügen. Insbesondere stellen die Nebenbedingungen (4) und (8) sicher, dass eine be
liebige Verschiebung von T *|op nicht durch eine entsprechende Änderung der Polierzeit
am Teller III kompensiert wird. Ein entsprechendes Verhalten könnten zwar zu einer ein
facheren Lösung beim Bestimmen der minimalen Werte nach (6) führen, könnte jedoch
einen Steuervorgang in der falschen Richtung für ungenaue Parameter α und β zur Fol
ge haben, und damit die Steuerfunktion destabilisieren.
Selbstverständlich können in der Praxis die Berechnungen mit einer vordefinierten Ge
nauigkeit ausgeführt werden, und daher ist eine Aussage hinsichtlich der Lösung der
Gleichungen selbstverständlich einem gewissen Maß an "Schwankung" abhängig von
den Algorithmen und dem akzeptablen Ausmaß an "Ungenauigkeit" unterworfen. Daher
sind die Berechnungsresultate, die hier beschrieben sind, für gewöhnlich als ungefähre
Zahlen aufzufassen, wobei das Maß der Näherung bestimmt ist durch Faktoren, etwa
durch die verfügbare Rechenleistung, die benötigte Genauigkeit und dergleichen. Bei
spielsweise ist in vielen Anwendungen eine Genauigkeit in der Größenordnung eine Se
kunde für die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit auf dem Teller III ausreichend, da ei
ne Polieraktivität innerhalb einer Sekunde zu einer Erosionsänderung in einem Maße
führt, das deutlich innerhalb der Messschwankungen liegt.
Der Gewichtsfaktor beim Bestimmen des minimalen Wertes in dem Ausdruck (6) kann
gewählt zu:
Der Gewichtsfaktor w kann ebenso auf empirischer Basis bestimmt werden.
Ferner sollte erwähnt werden, dass das Ermitteln der Zwischenwerte durch Berechnen
der minimalen Werte nicht erforderlich ist, wenn lediglich eine Stellgröße, beispielsweise
die Poliernachlaufzeit Top, verwendet wird.
Wieder mit Bezug zu Fig. 2 werden im Schritt 230 die tatsächlichen Ausgangswerte für
die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit auf dem Teller III aus der Zwischenpoliernach
laufzeit und der Zwischenpolierzeit auf dem Teller III und der Poliernachlaufzeit und der
Polierzeit auf dem Teller III des vorhergehenden Substrats berechnet. Dies stellt sicher,
dass, abhängig von dem verwendeten Algorithmus, eine relativ glatte Anpassung der
Poliernachlaufzeit und der Polierzeit auf dem Teller III an die "Evolution" der Poliernach
laufzeit und der Polierzeit auf dem Teller III von vorhergehenden Substraten erfolgt.
In Fig. 4 ist eine anschauliche Ausführungsform zum Erhalten der Poliernachlaufzeit und
der Polierzeit auf dem Teller III im Schritt 230 dargestellt. In einem ersten Teilschritt 231
kann geprüft werden, ob T *|op und/oder T *|III, innerhalb eines vordefinierten Bereiches lie
gen oder nicht, der sich von dem durch die minimalen und maximalen Poliernachlaufzei
ten und Polierzeiten an dem Teller III unterscheiden kann. Mittels dieser vordefinierten
Bereiche kann erkannt werden, ob es eine Tendenz gibt, dass die Steuerung sich sys
tematisch aus dem gut definierten Bereich herausbewegt, wodurch angezeigt wird, dass
die Parameter α und β und somit die CMP-Bedingungen sich deutlich geändert haben.
In diesem Falle kann im Teilschritt 232 angezeigt werden, dass das lineare Modell des
CMP-Prozesses nicht mehr gültig ist oder in der "näheren Zukunft" des betrachteten
CMP-Prozessdurchlaufes ungültig werden kann. Diese Anzeige kann als Hinweis erach
tet werden, dass eine unvorhergesehene Änderung der inhärenten CMP-Mechanismen
stattgefunden hat.
Anzumerken ist, dass der Teilschritt 231 optional ist und weggelassen werden kann.
Im Teilschritt 233 werden die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit auf dem Teller III mit
tels einer gewichteten laufenden, d. h. sich aktualisierenden, Durchschnittsberechnung
aus der Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats und der Zwischenpoliernach
laufzeit T *|op berechnet, und die Polierzeit am Teller III wird als eine gewichtete laufende
Durchschnittsermittlung aus der Polierzeit des Tellers III des vorhergehenden Substrats
und der Zwischenpolierzeit auf dem Teller III T *|III berechnet. Wie in 233 dargestellt ist, ist
die Poliernachlaufzeit Top gegeben durch:
wobei λ ein Parameter im Bereich von 0-1 ist. Mittels des Parameters λ kann die "Ge
schwindigkeit" der Anpassung des Einschwingens der Steuerung hinsichtlich der voran
gehenden Entwicklung der Poliernachlaufzeiten eingestellt werden. In ähnlicher Weise
kann die Polierzeit an dem Teller III erhalten werden durch:
wobei der Parameter µ die Geschwindigkeit der Anpassung der Polierzeit am Teller III
hinsichtlich der vorhergehenden Substrate einstellt. Ein Wert für λ und µ nahe 1 ergibt
ersichtlich eine unmittelbare Reaktion der Poliernachlaufzeit und der Polierzeit am Teller
III, wenn beispielsweise ein Messergebnis des vorhergehenden Substrats eine relativ
große Abweichung von dem Sollwert Etarget angezeigt. Das Wählen von λ und µ als rela
tiv kleine Werte würde andererseits in einer nur sehr langsamen Reaktion auf Änderun
gen in dem CMP-Prozess führen. In einer speziellen Ausführungsform wird ein Algo
rithmus, der als expotentiell gewichteter laufender Mittelwert (EWMA) bezeichnet wird,
angewendet, wobei die gleichen λ-Werte für die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit an
dem Teller III verwendet werden. Mit diesem EWMA-Modell kann die Wirkung der
jüngsten Entwicklung des CMP-Prozesses stärker berücksichtigt werden als "veraltete"
Prozessereignisse. Eine entsprechende Ausführungsform mit dem EWMA ist insbeson
dere geeignet, wenn keine signifikante Verzögerung der Messergebnisse aus dem vor
hergehenden Substrat vorhanden ist, d. h., wenn lediglich wenige oder keine Substrate
zwischen dem momentanen Substraten 121 und dem vorhergehenden Substrat prozes
siert worden sind.
Wieder mit Bezug zu Fig. 2 werden im Schritt 240 die im Schritt 230 berechneten Über
polierzeit und Polierzeit an dem Teller III zu der CMP-Anlage 110 aus Fig. 1 übermittelt,
um die entsprechenden Prozesszeiten für das Substrat 121, das momentan bearbeitet
wird, einzustellen.
Im Schritt 250 wird das Substrat zu der Messanlage 130 transportiert, um Messwerte für
die Steuervariable zu erhalten. Diese Messergebnisse können dann als Esecond, Ep,second,
Ep für die Berechnung für ein nachfolgendes Substrat dienen. Wie zuvor erläutert ist,
kann es ein gewisses Maß an Verzögerung geben, bis die Messergebnisse für die Steu
erung 150 verfügbar sind, und in diesem Falle kann vorteilhafterweise die mit Bezug zu
dem Teilschritt 222 beschriebene Ausführungsform angewendet werden, in der die Sen
sitivitätsparameter α und β als Parameter gegeben sind, die von der Anzahl der Sub
strate abhängt, die prozessiert worden sind oder zu prozessieren sind, da somit die
Steuerung 150 ein "vorausschauendes" Verhalten zeigt und zuverlässige Werte für die
Poliernachlaufzeit und die Polierzeit an den Teller III ausgegeben kann, selbst für eine
beträchtliche Verzögerung in der Regelschleife. Ferner kann die Anzahl der Messvor
gänge deutlich verringert werden, wenn ein derartiges voraussagendes Modell ange
wendet wird.
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird auf das momentan zu prozessie
rende Substrat und auf das vorhergehende Substrat als einzelne Substrate verwiesen,
aber in einer anschaulichen Ausführungsform können das momentane Substrat und das
vorhergehende Substrat eine Vielzahl an Substraten repräsentieren, etwa ein Los bzw.
eine Charge von Substraten, wobei die Steuervariablen Efirst, Ep,first, Esecond, Ep,second und
die Stellgrößen Top und TIII Mittelwerte für die entsprechende Vielzahl der Substrate rep
räsentieren. Eine derartige Anordnung hat sich als besonders günstig in Produktionsli
nien erwiesen, in denen bereits ein gut etablierter CMP-Prozess vorhanden ist und die
Abweichung von Substrat zu Substrat in einer definierten Vielzahl deutlich innerhalb der
akzeptablen Prozessparameterbereiche liegt. Folglich kann die Prozesssteuerung auf
der Grundlage einer Los-zu-Los-Basis für eine große Anzahl von Substraten in einer
einfachen aber dennoch effizienten Weise durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform, wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die Steuerung 150, die eine
Steuerfunktion gemäß einer der mit Bezug zu den Fig. 2-4 beschriebenen anschauli
chen Ausführungsformen ausführt, einen Eingabebereich 151, einen Berechnungsbe
reich 152 und einen Ausgabebereich 153, wobei der Eingabebereich funktionsmäßig mit
der Messanlage 130 und der Ausgabebereich 153 funktionsmäßig mit der CMP-Anlage
110 verbunden ist. Wenn der CMP-Vorgang auf einer Substrat-zu-Substrat-Basis zu
steuern ist, sind die Messanlage 130 und die Steuerung 150 als prozesslinieninterne
Anlagen installiert, um den Transport der Substrate zu minimieren und die Eingabe von
Messergebnissen in den Eingabebereich 151 zu beschleunigen. In einer weiteren Aus
führungsform kann, wenn eine Vielzahl von Substraten mittels eines Mittelwerts für die
Poliernachlaufzeit und/oder die Polierzeit an dem Teller III für diese Vielzahl zu steuern
ist, die Messanlage 130 und/oder die Steuerung 150 außerhalb der Produktionslinie
vorgesehen sein.
Die Steuerung 150 kann als Einchip-Mikroprozessor, als ein Mikrokontroller mit Eingän
gen, an denen analoge oder digitale Signale direkt von der Messanlage 130 zugeführt
werden können, oder kann ein Teil eines externen Computers, etwa eines PCs oder
eines Arbeitsplatzrechners, sein oder diese kann ein Teil eines Managementsystems in
der Fabrikanlage sein, wie es für gewöhnlich bei der Halbleiterherstellung verwendet
wird. Insbesondere können die Berechnungsschritte 220 und 230 durch beliebige nume
rische Algorithmen, die einen analytischen Ansatz zum Lösen der beteiligen Gleichun
gen enthalten, eine Fuzzy-Logik, die Verwendung von Parametern und Tabellen, insbe
sondere für den EWMA durchgeführt werden, und ein entsprechender Instruktionscode
kann in der Steuerung 150 implementiert sein. Ferner können die zuvor beschriebenen
Ausführungsformen in einfacher Weise an eine bekannte CMP-Anlage angepasst wer
den, da es lediglich notwendig ist, die Sensitivitätsparameter α und/oder β zu ermitteln,
die die inneren Eigenschaften der entsprechenden CMP-Anlage und des grundlegenden
CMP-Prozesses, der auf dieser Anlage durchgeführt wird, beschreiben.
Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Folglich ist die Beschreibung
lediglich als illustrativ und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art
des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die
hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevor
zugten Ausführungsformen zu verstehen.
Claims (55)
1. Verfahren zum Steuern des chemisch-mechanischen Polierens von Sub
straten, wobei das Verfahren umfasst:
Ermitteln eines ersten Sensitivitätsparameters (210), der quantitativ eine Bezie hung zwischen einer Poliernachlaufzeit für eine zu polierende erste Material schicht eines Substrats und einer Steuervariablen, die mit der ersten Material schicht in Beziehung steht, beschreibt;
Ermitteln eines zweiten Sensitivitätsparameters (210), der quantitativ eine Bezie hung zwischen einer mit einer bereits polierten zweiten Materialschicht des Sub strats in Beziehung stehenden Steuervariablen und einer mit einer polierten zweiten Materialschicht eines vorhergehenden Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen und der Steuervariablen, die mit der ersten Materialschicht in Beziehung steht, beschreibt;
Berechnen der Poliernachlaufzeit (220, 230) der ersten Materialschicht aus ei nem linearen Modell des chemisch-mechanischen Polierprozesses, wobei das Modell zumindest enthält: den ersten Sensitivitätsparameter, den zweiten Sensi tivitätsparameter, einen Sollwert für die Steuervariable der ersten Materialschicht, die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats, die mit der zweiten Materi alschicht des Substrats in Beziehung stehende Steuervariable, und die mit der zweiten Materialschicht des vorhergehenden Substrats in Beziehung stehende Steuervariable;
Berechnen eines gewichteten laufenden Durchschnittwerts der Poliernachlaufzeit der ersten Materialschicht; und
Einstellen der Poliernachlaufzeit (240) für die erste Materialschicht während des chemisch-mechanischen Polierens des Substrats entsprechend zu der berech neten Poliernachlaufzeit.
Ermitteln eines ersten Sensitivitätsparameters (210), der quantitativ eine Bezie hung zwischen einer Poliernachlaufzeit für eine zu polierende erste Material schicht eines Substrats und einer Steuervariablen, die mit der ersten Material schicht in Beziehung steht, beschreibt;
Ermitteln eines zweiten Sensitivitätsparameters (210), der quantitativ eine Bezie hung zwischen einer mit einer bereits polierten zweiten Materialschicht des Sub strats in Beziehung stehenden Steuervariablen und einer mit einer polierten zweiten Materialschicht eines vorhergehenden Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen und der Steuervariablen, die mit der ersten Materialschicht in Beziehung steht, beschreibt;
Berechnen der Poliernachlaufzeit (220, 230) der ersten Materialschicht aus ei nem linearen Modell des chemisch-mechanischen Polierprozesses, wobei das Modell zumindest enthält: den ersten Sensitivitätsparameter, den zweiten Sensi tivitätsparameter, einen Sollwert für die Steuervariable der ersten Materialschicht, die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats, die mit der zweiten Materi alschicht des Substrats in Beziehung stehende Steuervariable, und die mit der zweiten Materialschicht des vorhergehenden Substrats in Beziehung stehende Steuervariable;
Berechnen eines gewichteten laufenden Durchschnittwerts der Poliernachlaufzeit der ersten Materialschicht; und
Einstellen der Poliernachlaufzeit (240) für die erste Materialschicht während des chemisch-mechanischen Polierens des Substrats entsprechend zu der berech neten Poliernachlaufzeit.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuervariablen die Erosion und/oder
die Einkerbung und/oder die Materialschichtdicke darstellen.
3. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen der Erosion
und/oder der Einkerbung und/oder der Schichtdicke durch Messen der ersten
und/oder zweiten Materialschichten des vorhergehenden Substrats.
4. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede der Steuervariablen einen Mittelwert
für mehrere Substrate repräsentiert.
5. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Sensitivitätsparameter von der
Anzahl der Substrate, die prozessiert worden sind, und/oder der Anzahl der Sub
strate, die zu prozessieren sind, abhängt.
6. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der chemisch-mechanische Polierpro
zess einen abschließenden Polierschritt aufweist, der auf einem separaten Po
lierteller (116) mit einer einstellbaren Endpolierzeit ausgeführt wird.
7. Das Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Ermitteln eines dritten
Sensitivitätsparameter, der quantitativ eine Beziehung zwischen den Steuervari
ablen und der Endpolierzeit beschreibt (210).
8. Das Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Berechnen der Endpolier
zeit aus dem linearen Modell umfasst.
9. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Berechnen der Poliernachlauf
zeit und der Endpolierzeit mit einschließt: Bestimmen einer Zwischenpoliernach
laufzeit und einer Zwischenendpolierzeit derart, dass eine kombinierte Abwei
chung der Zwischenpoliernachlaufzeit und der Zwischenendpolierzeit von einem
Mittelpunkt eines entsprechenden zulässigen Bereichs ungefähr minimal ist
(220).
10. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Minimum bestimmt wird
unter der Bedingung, dass die Zwischenpoliernachlaufzeit und die Zwischenend
polierzeit sich in unterschiedlicher Richtung ändern, im Vergleich zu den entspre
chenden Werten des vorhergehenden Substrats (224, 225),
und unter der Bedingung, dass die Zwischenpoliernachlaufzeit und die Zwi
schenendpolierzeit eine mit der ersten Materialschicht in Beziehung stehende
Steuervariable erzeugen, die im Wesentlichen gleich dem Sollwert ist (224, 225).
11. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei
die erste Materialschicht eine erste Metallisierungsschicht und die zweite Materi alschicht eine zweite Metallisierungsschicht ist;
das Ermitteln eines ersten Sensitivitätsparameters Bestimmen eines Sensitivi tätsparameters α umfasst, der quantitativ eine Wirkung einer Poliernachlaufzeit Top, die bei dem chemisch-mechanischen Polieren nach dem Detektieren eines Endpunktes angewendet wird, auf eine mit der ersten Metallisierungsschicht in Beziehung stehende Steuervariable Efirst beschreibt;
das Ermitteln eines zweiten Sensitivitätsparameters Bestimmen eines Sensitivi tätsparameters γ umfasst, der quantitativ eine Wirkung einer mit einer zweiten Metallisierungsschicht des Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen Esecond und einer mit der zweiten Metallisierungsschicht eines vorhergehenden Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen Ep,second auf die Steuervari able Efirst beschreibt; und
das Berechnen der Poliernachlaufzeit Berechnen der Poliernachlaufzeit Top für die erste Metallisierungsschicht aus einem linearen Modell umfasst, das zumin dest die folgenden Terme beinhaltet:
Efirst, Ep,first, α(Top - Tp,op), γ(Esecond - Ep,second),
wobei Tp,op die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats ist.
die erste Materialschicht eine erste Metallisierungsschicht und die zweite Materi alschicht eine zweite Metallisierungsschicht ist;
das Ermitteln eines ersten Sensitivitätsparameters Bestimmen eines Sensitivi tätsparameters α umfasst, der quantitativ eine Wirkung einer Poliernachlaufzeit Top, die bei dem chemisch-mechanischen Polieren nach dem Detektieren eines Endpunktes angewendet wird, auf eine mit der ersten Metallisierungsschicht in Beziehung stehende Steuervariable Efirst beschreibt;
das Ermitteln eines zweiten Sensitivitätsparameters Bestimmen eines Sensitivi tätsparameters γ umfasst, der quantitativ eine Wirkung einer mit einer zweiten Metallisierungsschicht des Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen Esecond und einer mit der zweiten Metallisierungsschicht eines vorhergehenden Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen Ep,second auf die Steuervari able Efirst beschreibt; und
das Berechnen der Poliernachlaufzeit Berechnen der Poliernachlaufzeit Top für die erste Metallisierungsschicht aus einem linearen Modell umfasst, das zumin dest die folgenden Terme beinhaltet:
Efirst, Ep,first, α(Top - Tp,op), γ(Esecond - Ep,second),
wobei Tp,op die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats ist.
12. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Berechnen von Top umfasst: Be
rechnen einer Zwischenpoliernachlaufzeit T *|op, die benötigt wird, um einen Soll
wert Etarget der Steuervariablen Efirst zu erhalten (224, 225); und
Berechnen von Top als gewichteter laufender Durchschnittswert aus der Polier
nachlaufzeit des vorhergehenden Substrats Tp,op und der Zwischenpoliernach
laufzeit T *|op (230).
13. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei der gewichtete laufende Durchschnitt
ein exponentiell gewichteter laufender Durchschnitt ist.
14. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei jede der Steuervariablen einen Mittel
wert einer Vielzahl von Substraten darstellt.
15. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei jede der Steuervariablen die Erosion
und/oder die Einkerbung und/oder die Schichtdicke der ersten und zweiten Me
tallisierungsschichten repräsentiert.
16. Das Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Messen der Steuervari
ablen des vorhergehenden Substrats und Verwenden des gemessenen Wertes
der Steuervariablen zum Berechnen der Poliernachlaufzeit Top.
17. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Gültigkeitsverlust des linearen
Modells angezeigt wird (232), wenn die Zwischenpoliernachlaufzeit außerhalb ei
nes vordefinierten Wertebereichs liegt (231).
18. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei der chemisch-mechanische Polierpro
zess einen abschließenden Polierschritt aufweist, der auf einem separaten Po
lierteller (116) ausgeführt wird, wobei eine Prozesszeit des abschließenden Po
lierschritts als Stellgröße verwendet wird, die als Endpolierzeit TIII bezeichnet
wird.
19. Das Verfahren nach Anspruch 18, das ferner umfasst: Bestimmen eines Sensiti
vitätsparameters β, der quantitativ eine Wirkung der Endpolierzeit TIII, auf die
Steuervariable Efirst beschreibt.
20. Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei das lineare Modell ferner den
Term beinhaltet: β(TIII - Tp,III), wobei die Endpolierzeit Tp,III die abschließende Po
lierzeit des vorhergehenden Substrats repräsentiert, und wobei die Poliernach
laufzeit Top und die Endpolierzeit TIII aus dem Modell einschließlich des Terms
berechnet werden (230).
21. Das Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Modell gegeben ist durch:
Efirst = Ep,first + α(Top - Tp,op) + β(TIII - Tp,III) + γ(Esecond - Ep,second) (221).
Efirst = Ep,first + α(Top - Tp,op) + β(TIII - Tp,III) + γ(Esecond - Ep,second) (221).
22. Das Verfahren nach Anspruch 21, das ferner umfasst: Berechnen einer
Zwischenpoliernachlaufzeit T *|op und einer Zwischenendpolierzeit T *|III vor dem Be
rechnen der Poliernachlaufzeit Top und der Endpolierzeit TIII (220).
23. Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Zwischenpoliernachlaufzeit
und die Zwischenendpolierzeit unter der Nebenbedingung berechnet werden,
dass T *|op und T *|III so ausgewählt werden, um im Wesentlichen den Sollwert Etarget
zu ergeben, wobei eine Summe aus Abweichungen von T *|op und T *|III von entspre
chenden Mittelpunkten in dem vordefinierten Wertebereich von T *|op und T *|III mi
nimiert ist (224, 225).
24. Das Verfahren nach Anspruch 23, wobei T *|op und T *|III unter der Nebenbe
dingung berechnet werden, dass T *|op kleiner oder gleich der Poliernachlaufzeit
des vorhergehenden Substrats und T *|III größer oder gleich der Endpolierzeit des
vorhergehenden Substrats ist, wenn Ep,first + γ(Esecond - Ep,second) größer als der Soll
wert Etarget ist (224).
25. Das Verfahren nach Anspruch 23, wobei T *|op und T *|III unter der Nebenbe
dingung berechnet werden, dass T *|op größer oder gleich der Poliernachlaufzeit
des vorhergehenden Substrats und T *|III kleiner oder gleich der Endpolierzeit des
vorhergehenden Substrats ist, wenn Ep,first + γ(Esecond - Ep,second) kleiner als der Soll
wert Etarget ist (225).
26. Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Poliernachlaufzeit Top und die End
polierzeit TIII jeweils als gewichtete laufende Mittelwerte berechnet werden.
27. Das Verfahren nach Anspruch 20, das ferner umfasst: Messen der Steuervari
ablen des vorhergehenden Substrats.
28. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Sensitivitätsparameter α ab
hängt von der Anzahl der zu bearbeitenden Substrate und/oder der Anzahl der
bereits bearbeiteten Substrate (222).
29. Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Sensitivitätsparameter β von
der Anzahl der zu bearbeitenden Substrate und/oder der Anzahl der bereits be
arbeiteten Substrate abhängt (222).
30. Steuerung zum Steuern des chemisch-mechanischen Polierens von Sub
straten mit:
einem Eingabebereich (151) zum Eingeben eines Sensitivitätsparameters und/oder eines Messwertes einer Steuervariablen;
einem Ausgabebereich (153) zum Ausgeben einer Poliernachlaufzeit und/oder einer Endpolierzeit als Stellgröße; und
einem Berechnungsbereich (152), der ausgebildet ist, die folgenden Schritte aus zuführen:
Ermitteln eines ersten Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Abhängigkeit zwischen einer Poliernachlaufzeit für eine zu polierende erste Materialschicht des Substrats und eine mit der ersten Materialschicht in Beziehung stehenden Steu ervariablen beschreibt;
Ermitteln eines zweiten Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Abhängigkeit zwischen einer mit einer bereits polierten zweiten Materialschicht des Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen und einer mit einer polierten zweiten Materialschicht eines vorhergehenden Substrats in Beziehung stehenden Steu ervariablen und der Steuervariablen, die mit der ersten Materialschicht in Bezie hung steht, beschreibt;
Berechnen der Poliernachlaufzeit der ersten Materialschicht aus einem linearen Modell des chemisch-mechanischen Poliervorganges, wobei das Modell min destens beinhaltet: den ersten Sensitivitätsparameter, den zweiten Sensitivitäts parameter, einen Sollwert für die Steuervariable der ersten Materialschicht, die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats, die mit der zweiten Material schicht des Substrats in Beziehung stehende Steuervariable und die mit der zweiten Materialschicht des vorhergehenden Substrats in Beziehung stehende Steuervariable; und
Berechnen eines gewichteten laufenden Durchschnitts der Poliernachlaufzeit der ersten Materialschicht.
einem Eingabebereich (151) zum Eingeben eines Sensitivitätsparameters und/oder eines Messwertes einer Steuervariablen;
einem Ausgabebereich (153) zum Ausgeben einer Poliernachlaufzeit und/oder einer Endpolierzeit als Stellgröße; und
einem Berechnungsbereich (152), der ausgebildet ist, die folgenden Schritte aus zuführen:
Ermitteln eines ersten Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Abhängigkeit zwischen einer Poliernachlaufzeit für eine zu polierende erste Materialschicht des Substrats und eine mit der ersten Materialschicht in Beziehung stehenden Steu ervariablen beschreibt;
Ermitteln eines zweiten Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Abhängigkeit zwischen einer mit einer bereits polierten zweiten Materialschicht des Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen und einer mit einer polierten zweiten Materialschicht eines vorhergehenden Substrats in Beziehung stehenden Steu ervariablen und der Steuervariablen, die mit der ersten Materialschicht in Bezie hung steht, beschreibt;
Berechnen der Poliernachlaufzeit der ersten Materialschicht aus einem linearen Modell des chemisch-mechanischen Poliervorganges, wobei das Modell min destens beinhaltet: den ersten Sensitivitätsparameter, den zweiten Sensitivitäts parameter, einen Sollwert für die Steuervariable der ersten Materialschicht, die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats, die mit der zweiten Material schicht des Substrats in Beziehung stehende Steuervariable und die mit der zweiten Materialschicht des vorhergehenden Substrats in Beziehung stehende Steuervariable; und
Berechnen eines gewichteten laufenden Durchschnitts der Poliernachlaufzeit der ersten Materialschicht.
31. Die Steuerung nach Anspruch 30, wobei die Steuervariablen die Erosion
und/oder die Einkerbung und/oder die Materialschichtdicke repräsentieren.
32. Die Steuerung nach Anspruch 30, wobei jede der Steuervariablen einen Mittel
wert für mehrere Substrate repräsentiert.
33. Die Steuerung nach Anspruch 30, wobei der erste Sensitivitätsparameter von der
Anzahl der bereits prozessierten Substrate und/oder der Anzahl der zu prozes
sierenden Substrate abhängt.
34. Die Steuerung nach Anspruch 30, die ferner ausgebildet ist, um einen dritten
Sensitivitätsparameter zu ermitteln, der quantitativ eine Abhängigkeit zwischen
den Steuervariablen und der Endpolierzeit eines abschließenden Polierschritts
beschreibt.
35. Die Steuerung nach Anspruch 34, die ferner ausgebildet ist, um die Endpolierzeit
aus dem linearen Modell zu berechnen.
36. Die Steuerung nach Anspruch 35, wobei das Berechnen der Poliernachlaufzeit
und der Endpolierzeit beinhaltet: Bestimmen einer Zwischenpoliernachlaufzeit
und einer Zwischenendpolierzeit so, dass eine kombinierte Abweichung der Zwi
schenpoliernachlaufzeit und der Zwischenendpolierzeit von einem zentralen
Punkt eines entsprechenden zulässigen Bereichs ungefähr minimal ist.
37. Die Steuerung nach Anspruch 36, wobei das Minimum bestimmt wird unter der
Bedingung, dass die Zwischenpoliernachlaufzeit und die Zwischenendpolierzeit
sich in einer unterschiedlichen Richtung ändern im Vergleich zu den entspre
chenden Werten des vorhergehenden Substrats, und unter der Bedingung, dass
die Zwischenpoliernachlaufzeit und die Zwischenendpolierzeit einen steuervari
ablen Wert erzeugen, der im Wesentlichen gleich dem Sollwert ist.
38. Die Steuerung nach Anspruch 30, wobei
die erste Materialschicht eine erste Metallisierungsschicht und die zweite Materi alschicht eine zweite Metallisierungsschicht ist;
der Sensitivitätsparameter zumindest einen Sensitivitätsparameters α, einen Sensitivitätsparameters β, und einen Sensitivitätsparameter γ umfasst;
die Poliernachlaufzeit eine Poliernachlaufzeit Top ist und die Endpolierzeit eine Endpolierzeit TIII ist; und
der Berechnungsbereich ausgebildet ist, um auszuführen:
Ermitteln des Sensitivitätsparameters α als den ersten Sensitivitätsparameter;
Ermitteln des Sensitivitätsparameters β als den zweiten Sensitivitätsparameter;
Berechnen der Poliernachlaufzeit Top für die erste Metallisierungsschicht aus ei nem linearen Modell, das zumindest die folgenden Terme enthält:
Efirst, Ep,first, α(Top - Tp,op), γ(Esecond - Ep,second),
wobei Tp,op die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats ist, Efirst die Steuervariable ist, die mit der ersten Metallisierungsschicht des Substrates in Be ziehung steht, Ep,first die Steuervariable ist, die mit der ersten Metallisierungs schicht des vorhergehenden Substrates in Beziehung steht, Esecond die Steuerva riable ist, die mit der zweiten Metallisierungsschicht des Substrates in Beziehung steht und Ep,second. die Steuervariable ist, die mit der zweiten Metallisierungs schicht des vorhergehenden Substrates in Beziehung steht.
die erste Materialschicht eine erste Metallisierungsschicht und die zweite Materi alschicht eine zweite Metallisierungsschicht ist;
der Sensitivitätsparameter zumindest einen Sensitivitätsparameters α, einen Sensitivitätsparameters β, und einen Sensitivitätsparameter γ umfasst;
die Poliernachlaufzeit eine Poliernachlaufzeit Top ist und die Endpolierzeit eine Endpolierzeit TIII ist; und
der Berechnungsbereich ausgebildet ist, um auszuführen:
Ermitteln des Sensitivitätsparameters α als den ersten Sensitivitätsparameter;
Ermitteln des Sensitivitätsparameters β als den zweiten Sensitivitätsparameter;
Berechnen der Poliernachlaufzeit Top für die erste Metallisierungsschicht aus ei nem linearen Modell, das zumindest die folgenden Terme enthält:
Efirst, Ep,first, α(Top - Tp,op), γ(Esecond - Ep,second),
wobei Tp,op die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats ist, Efirst die Steuervariable ist, die mit der ersten Metallisierungsschicht des Substrates in Be ziehung steht, Ep,first die Steuervariable ist, die mit der ersten Metallisierungs schicht des vorhergehenden Substrates in Beziehung steht, Esecond die Steuerva riable ist, die mit der zweiten Metallisierungsschicht des Substrates in Beziehung steht und Ep,second. die Steuervariable ist, die mit der zweiten Metallisierungs schicht des vorhergehenden Substrates in Beziehung steht.
39. Die Steuerung nach Anspruch 38, die ferner einen Mikroprozessor und/oder ei
nen Mikrokontroller und/oder einen Personalcomputer und eine Kommunikati
onsleitung zur Kommunikation mit einem Fabrikmanagementsystem aufweist.
40. Die Steuerung nach Anspruch 38, wobei Berechnen von Top umfasst: Berechnen
einer Zwischenpoliernachlaufzeit T *|op, die benötigt würde, um einen gewünschten
Wert Etarget der Steuervariablen zu erhalten; und
Berechnen von Top als ein gewichteter laufende Durchschnitt aus der Polier
nachlaufzeit des vorhergehenden Substrats Tp,op und der Zwischenpoliernach
laufzeit T *|op.
41. Die Steuerung nach Anspruch 40, wobei der gewichtete laufende Durchschnitt
ein exponentiell gewichteter laufender Durchschnitt ist.
42. Die Steuerung nach Anspruch 38, wobei die Steuervariable einen Mittelwert aus
einer Vielzahl von Substraten repräsentiert.
43. Die Steuerung nach Anspruch 38, wobei die Steuervariable die Erosion und/oder
die Einkerbung und/oder die Schichtdicke der ersten und zweiten Metallisie
rungsschichten repräsentiert.
44. Die Steuerung nach Anspruch 38, die ferner ausgebildet ist, um einen Messwert
der Steuervariablen eines zuvor prozessierten Substrats zu empfangen und den
gemessenen Wert der Steuervariablen zum Berechnen der Poliernachlaufzeit Top
zu verwenden.
45. Die Steuerung nach Anspruch 38, die ausgebildet ist, um einen Gültigkeitsverlust
des linearen Modells anzuzeigen, wenn die Zwischenpoliernachlaufzeit außer
halb eines vordefinierten Wertebereichs liegt.
46. Die Steuerung nach Anspruch 38, die ausgebildet ist, einen empirisch bestimm
ten Sensitivitätsparameter zu empfangen, der quantitativ eine Wirkung der End
polierzeit TIII auf die Steuervariable Efirst, beschreibt.
47. Die Steuerung nach Anspruch 46, wobei das lineare Modell ferner den Term be
inhaltet:
β(TIII -Tp,III),
wobei Tp,III eine Endpolierzeit des vorhergehenden Substrats repräsentiert, und wobei die Poliernachlaufzeit Top und die Endpolierzeit TIII aus dem Modell ein schließlich dieses Terms berechnet werden.
β(TIII -Tp,III),
wobei Tp,III eine Endpolierzeit des vorhergehenden Substrats repräsentiert, und wobei die Poliernachlaufzeit Top und die Endpolierzeit TIII aus dem Modell ein schließlich dieses Terms berechnet werden.
48. Die Steuerung nach Anspruch 47, die ausgebildet ist, eine Zwischenpoliernach
laufzeit Top und eine Zwischenendpolierzeit T *|III vor dem Berechnen der Polier
nachlaufzeit Top und der Endpolierzeit TIII zu berechnen.
49. Die Steuerung nach Anspruch 48, wobei die Zwischenpoliernachlaufzeit und die
Zwischenendpolierzeit unter der Nebenbedingung berechnet werden, dass T *|op
und T *|III so gewählt sind, um den gewünschten Wert Etarget zu erreichen, wobei ei
ne Summe von Abweichungen von T *|op und T *|III von entsprechenden Mittelpunk
ten in dem vordefinierten Wertbereich von T *|op und T *|III minimal ist.
50. Die Steuerung nach Anspruch 48, wobei T *|op und T *|III, unter der Nebenbedingung
berechnet werden, dass T *|op kleiner oder gleich der Poliernachlaufzeit des vor
hergehenden Substrats und T *|III, größer oder gleich der Endpolierzeit des vorher
gehenden Substrats ist, wenn Ep,first + γ(Esecond - Ep,second) größer als der gewünschte
Wert Etarget ist.
51. Die Steuerung nach Anspruch 48, wobei T *|op und T *|III, unter der Nebenbedingung
berechnet werden, dass T *|op größer oder gleich der Poliernachlaufzeit des vor
hergehenden Substrats und T *|III kleiner oder gleich der Endpolierzeit des vorher
gehenden Substrats ist, wenn Ep,first + γ(Esecond - Ep,second) kleiner als der gewünschte
Wert Etarget ist.
52. Die Steuerung nach Anspruch 48, wobei die Poliernachlaufzeit Top und die End
polierzeit TIII, jeweils als gewichtete laufende Durchschnittswerte berechnet wer
den.
53. Vorrichtung für das chemisch-mechanische Polieren von Substraten, wobei die
Vorrichtung umfasst:
eine Polieranlage (110) mit zumindest einem Polierteller (114, 115);
einen Endpunktdetektor (120), der ein Endpunktsignal liefert, das das Ende des Polierens anzeigt; und
eine Steuerung (150) nach Anspruch 30 bis 52.
eine Polieranlage (110) mit zumindest einem Polierteller (114, 115);
einen Endpunktdetektor (120), der ein Endpunktsignal liefert, das das Ende des Polierens anzeigt; und
eine Steuerung (150) nach Anspruch 30 bis 52.
54. Die Vorrichtung nach Anspruch 53, wobei die Steuerung funktionsmäßig mit ei
nem Fabrikmanagementsystem gekoppelt ist.
55. Die Vorrichtung nach Anspruch 53, die ferner einen Endpolierteller (116) auf
weist, der prozessmäßig hinter dem zumindest einen Polierteller (114, 115) an
geordnet ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist, die Polierzeit auf dem Endpo
lierteller (116) zu bestimmen.
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