DE10241155A1

DE10241155A1 - Device for finishing thinning of a workpiece used in the production of integrated circuits and transistors comprises a radiation emitting unit which directs radiation onto a region, a radiation receiving unit, and an evaluation unit

Info

Publication number: DE10241155A1
Application number: DE2002141155
Authority: DE
Inventors: Uwe Seidel; Ulrich Ender; Jürgen Otto
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: DE10241155B4

Abstract

Device for finishing thinning of a workpiece (40) comprises a radiation emitting unit (20) which directs radiation (46) onto a region (44), a radiation receiving unit (22) which receives radiation (48) from the region, and an evaluation unit (24) which stops the process depending on the output signal (50) from the radiation receiving unit. An Independent claim is also included for a process for finishing thinning of a workpiece using the above device.

Description

Die Erfindung betrifft bspw. eine Vorrichtung zum ganzflächigen Dünnen eines Werkstücks, z.B. in einem Poliervorgang, in einem Schleifvorgang, in einem Läpp- oder in einem Hohnvorgang. Solche Vorrichtungen enthalten eine Aufnahmevorrichtung, die mindestens ein Werkstück während eines Bearbeitungsvorganges zum Dünnen aufnimmt. Außerdem gibt es mindestens eine Auflagefläche, die während des Bebarbeitsvorganges eine zu bearbeitende Fläche des Werkstücks berührt. Eine Antriebs- und Energieübertragungseinheit erzeugt während des Bearbeitungsvorganges eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Arbeitsfläche. Durch die Relativbewegung wird von der zu bearbeitenden Fläche Abrieb abgerieben, wodurch das Werkstück gedünnt wird.The invention relates, for example, to a Device for the whole area thin a workpiece, e.g. in a polishing process, in a grinding process, in a lapping or in a mockery. Such devices contain a receiving device, the at least one workpiece while a machining process for thinning. Besides there there is at least one contact surface, the during the Machining process touches a surface of the workpiece to be machined. A Drive and energy transmission unit generated during of the machining process a relative movement between the workpiece and the work surface. By the relative movement is abraded from the surface to be machined, whereby the workpiece thinned becomes.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Dünnen eines Werkstücks anzugeben, mit der der Endzeitpunkt des Bearbeitungsvorganges auf einfache Art bestimmbar ist. Außerdem soll ein zugehöriges Verfahren zum Beenden eines Bearbeitungsvorganges angegeben werden.It is an object of the invention to provide a simply constructed device for thinning a workpiece, with which the end time of the machining process is simple Type is determinable. Moreover supposed to be a related one Procedures for ending a machining operation can be specified.

Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The related to the device Object is achieved by a device with the in claim 1 specified features solved. Further developments are specified in the subclaims.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass insbesondere Übergänge zwischen verschiedenen Schichten des Werkstücks zum Erfassen des Endzeitpunktes besonders geeignet sind. Ein solcher Übergang könnte über den geänderten Antriebsstrom der Antriebseinheit beim Übergang zwischen den Schichten erfasst werden. Auch eine Endzeiterkennung über eine chemische Analyse des Abriebs wäre möglich. Jedoch ist der apparative Auf wand für solche Verfahren beträchtlich. Außerdem geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass es beim Übergang zwischen den Schichten üblicherweise eine Änderung in der Anzahl von Abriebteilchen und/oder in der Farbe des Abriebs gibt. Solche Änderungen lassen sich einfach erfassen, weil sich dadurch die Transmission-, Reflektions- bzw. Absorptionseigenschaften des Abriebs bezüglich einer auf den Abrieb gerichteten Strahlung ändern.The invention is based on the consideration from that particular transitions between different layers of the workpiece to record the end time are particularly suitable. Such a transition could result from the changed drive current of the drive unit at the transition between the layers. Also an end time detection via a chemical analysis of the abrasion would be possible. However, the equipment on such processes is considerable. Moreover the invention proceeds from the consideration from that it is in transition between layers usually a change in the number of wear particles and / or in the color of the wear gives. Such changes can be easily recorded because this means that the transmission, Reflection or absorption properties of the abrasion with respect to a change radiation aimed at abrasion.

Deshalb enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Strahlungseinheit, die eine Strahlung auf einen Bereich richtet, durch den beim Arbeitsvorgang von der zu bearbeitenden Fläche kommender Abrieb transportiert wird. Eine Strahlungsempfangseinheit empfängt die aus dem bestrahlten Bereich kommende Strahlung. Eine Auswerteeinrichtung beendet abhängig von einem Ausgangssignal der Strahlungsempfangseinheit den Bearbeitungsvorgang.Therefore, the device according to the invention contains a radiation unit that directs radiation onto an area, due to the abrasion coming from the surface to be processed during the work process is transported. A radiation receiving unit receives the radiation coming from the irradiated area. An evaluation device ended dependent the processing operation from an output signal of the radiation receiving unit.

Beim einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt der vom Abrieb durchquerte Bereich außerhalb eines zwischen dem Werkstück und der Arbeitsfläche liegenden Bearbeitungsbereiches. Durch diese Maßnahme lassen sich die Strahlungssendeeinheit und die Strahlungsempfangseinheit auf einfache Art in die Vorrichtungen einbauen. Der Bearbeitungsbereich ist nämlich nur schwer zugänglich. Insbesondere wird vermieden, dass die Strahlungssendeeinheit oder die Strahlungsempfangseinheit an rotierenden Teilen befestigt werden muss.In a further development of the device according to the invention the area traversed by the abrasion lies outside a between the Workpiece and the work surface lying processing area. This measure allows the radiation transmitter unit and the radiation receiving unit in the devices in a simple manner Install. The processing area is difficult to access. In particular, it is avoided that the radiation transmitter or the radiation receiving unit must be attached to rotating parts.

Bei einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Strahlungssendeeinheit eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode. Diese Dioden senden Strahlung nur innerhalb eines schmalen Frequenzbandes aus. Die Strahlungsempfangseinheit muss somit ebenfalls nur Strahlung innerhalb eines schmalen Frequenzbandes empfangen und ist bei einer anderen Weiterbildung eine Fotodiode oder ein Fototransistor. Durch das Verwenden nur eines Strahlungssenders und nur eines Strahlungsempfängers sind in der Vorrichtung zusätzlich erforderliche Einheiten zur Erfassung des Endzeitpunktes sehr einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar, insbesondere mit wenigen und dazu noch sehr preiswerten Bauelementen. Insbesondere wird keine Auswertung eines sich über mehrere hundert Nanometer erstreckenden Strahlungsspektrums ausgeführt.In another training of device according to the invention the radiation transmitter unit is a light-emitting diode or a laser diode. These diodes send radiation only within a narrow frequency band out. The radiation receiving unit thus also only needs radiation received within a narrow frequency band and is at one another development a photodiode or a phototransistor. By using only one radiation transmitter and only one radiation receiver in the device additionally required units to record the end time very easily constructed and inexpensive producible, especially with a few and also very inexpensive Components. In particular, there is no evaluation of one over several radiation spectrum spanning a hundred nanometers.

Bei einer nächsten Weiterbildung ist die Vorrichtung eine Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren. Die Poliervorrichtung enthält eine Poliermittelzuführeinheit, die während des Bearbeitungsvorganges Poliermittel zuführt. Das Poliermittel enthält Polierkörner und einen das abzutragende Material angreifenden chemischen Zusatz. Die Polierkörner haben beispielsweise einen Durchmesser im Bereich zwischen zwanzig Nanometern und vierhundert Nanometern, vorzugsweise bis einhundert Nanometern.The next training course is Device a device for chemical mechanical polishing. The polisher contains a polishing agent supply unit, the while of the machining process. The polishing agent contains polishing grains and a chemical additive attacking the material to be removed. The polishing grains have a diameter in the range between twenty, for example Nanometers and four hundred nanometers, preferably up to one hundred Nanometers.

Bei einer anderen Weiterbildung erzeugt die Antriebs- und Energieübertragungsvorrichtung eine Rotationsbewegung der Arbeitsfläche. Durch die Rotationsbewegung wird der Abrieb auf einfache Art und Weise aus dem Arbeitsbereich in den Bestrahlungsbereich transportiert. Durch das Verwenden einer Arbeitsflüssigkeit lässt sich der Abrieb bspw. auch quer zur Rotationsrichtung transportieren. Aber auch Linearbewegungen zwischen Werkstück und Unterlage werden verwendet, bspw. beim Polieren mit Hilfe eines Polierbandes.Generated in another training the drive and power transmission device a rotational movement of the work surface. By the rotational movement the abrasion is removed from the work area in a simple manner transported into the radiation area. By using one working fluid let yourself the abrasion can also be transported transversely to the direction of rotation. Linear movements between workpiece and base are also used, For example, when polishing using a polishing belt.

Bei einer anderen Weiterbildung sind die Strahlungssendeeinheit und die Strahlungsempfangseinheit relativ zu einem Maschinenrahmen der Vorrichtung ruhend und damit auf einfache Art angeordnet. Insbesondere müssen keine Maßnahmen getroffen werden, die ein Verdrehen und letztlich ein Abreißen von Leitungen verhindern.Another training course the radiation transmitting unit and the radiation receiving unit relative dormant to a machine frame of the device and thus simple Sort arranged. In particular, must No actions that are twisted and ultimately torn off Prevent lines.

Die Vorrichtung wird bei einer nächsten Weiterbildung zur Bearbeitung von Halbleiterscheiben verwendet. Deshalb ist die Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme einer Halbleiterscheibe geeignet. Die Halbleiterscheibe wird beispielsweise mit Hilfe eines Unterdrucks in der Aufnahmevorrichtung gehalten. Jedoch gibt es auch Spannvorrichtungen für Halbleiterscheiben. Insbesondere müssen bei Halbleiterscheiben hohe Anforderungen an den Bearbeitungsprozess erfüllt werden. So haben beispielsweise bereits kleine Abweichungen von einer vorgegebenen Dicke des Werkstücks erhebliche Änderungen von Leitbahnwiderständen zur Folge. Damit müssen Abweichungen der Polierrate von einer Sollpolierrate und auch Abweichungen der Dicke von einer Solldicke beim Aufbringen der abzutragenden Schicht ausgeglichen werden. Dies ist aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Art und Weise möglich.The device will be at a next Wei terbildung used for processing semiconductor wafers. The receiving device is therefore suitable for receiving a semiconductor wafer. The semiconductor wafer is held in the receiving device, for example, by means of a negative pressure. However, there are also clamping devices for semiconductor wafers. In the case of semiconductor wafers in particular, high demands on the machining process must be met. For example, even small deviations from a specified thickness of the workpiece result in significant changes in interconnect resistance. This means that deviations in the polishing rate from a target polishing rate and also deviations in the thickness from a target thickness when applying the layer to be removed must be compensated for. This is possible in a simple manner due to the method according to the invention.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Beenden eines Bearbeitungsvorganges. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von der Oberfläche eines Werkstücks Material einer abzutragenden Schicht abgetragen, bspw. abgerieben. Die abzutragende Schicht grenzt an eine Stoppschicht, die eine andere Materialzusammensetzung als die abzutragende Schicht hat. Damit entsteht auch ein Abrieb mit einer anderen Materialzusammensetzung, wenn die Stoppschicht erreicht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Abrieb mit einer Strahlung bestrahlt. Aufgrund des Erfassens einer beim Erreichen der Stoppschicht auftretenden anderen Wechselwirkung zwischen Abrieb und Strahlung als vor dem Erreichen der Stoppschicht wird dann der Bearbeitungsvorgang beendet.The invention also relates to a Procedure for ending an editing process. In the method according to the invention is from the surface of a workpiece Material of a layer to be removed removed, e.g. rubbed off. The layer to be removed borders one stop layer, the other Material composition than the layer to be removed. In order to there is also abrasion with a different material composition if the stop layer is reached. In the method according to the invention the abrasion is irradiated with radiation. Because of the detection another interaction occurring when the stop layer is reached between abrasion and radiation than before reaching the stop layer the editing process is then ended.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird zum Erzeugen des Abriebs ein flüssiges oder fließfähiges Arbeitsmittel genutzt. Das Arbeitsmittel ist bspw. ein Poliermittel, das Polierkörner und einen das abzutragende Material angreifenden chemischen Zusatz enthält. Der chemische Zusatz greift das Material der abzutragenden Schicht und das Material der Stoppschicht unterschiedlich stark an. Außerdem kommt es aufgrund des chemischen Zusatzes mit dem Material der abzu tragenden Schicht oder mit dem Material der Stoppschicht zur Bildung eines Materials, dass das Poliermittel verfärbt. Bei einer Ausgestaltung bildet der Zusatz mit dem Material der abzutragenden Schicht oder mit dem Material der Stoppschicht eine Verbindung mit einer Farbe, die verschieden von weiß ist. Beim Erreichen der Stoppschicht tritt ein Farbumschlag der Färbung des Poliermittels auf, der sich auf einfache Art erfassen lässt.In a further development of the procedure becomes a liquid or flowable working fluid to generate the abrasion used. The working medium is, for example, a polishing medium, the polishing grains and contains a chemical additive attacking the material to be removed. The chemical additive attacks the material of the layer to be removed and the material of the stop layer varies. Also comes it due to the chemical additive with the material to be removed Layer or with the material of the stop layer to form a material, that the polish discolors. In one configuration, the additive forms with the material to be removed Layer or with the material of the stop layer a connection with a color that is different from white. When reaching the stop layer occurs a change in color of the coloring of the polishing agent, which is easy to grasp.

Bei einer nächsten Weiterbildung ist die abzutragende Schicht eine Metallschicht, insbesondere eine Kupferschicht, die aus Kupfer besteht oder einer Kupferlegierung mit einem Kupferanteil von über neunzig Volumenprozent oder über neunzig Masseprozent. Beim chemisch-mechanischen Polieren von Kupfer wird beispielsweise Wasserstoffperoxid H₂O₂ verwendet, das bspw. zur Bildung von Kupferhydroxid Cu(OH)₂ führt. Auch Kupfer(II)acetat und Kupferkarbonat CuCO₃ werden bei entsprechenden Zusätzen gebildet. Die genannten Verbindungen färben das Poliermittel grün bzw. bläulich-grün bis zu türkis-grün. Diese Färbung ist vom sogenannten Grünspan bzw. von Kupfer-Patina her bekannt. Bei einem grünlich gefärbten Poliermittel wird eine rote oder eine blaue Strahlung verwendet, um ein sicheres Ermitteln des Endzeitpunktes zu gewährleisten.In a next development, the layer to be removed is a metal layer, in particular a copper layer, which consists of copper or a copper alloy with a copper content of over ninety percent by volume or over ninety percent by mass. In chemical-mechanical polishing of copper, for example, hydrogen peroxide H ₂ O _{2 is} used, which leads, for example, to the formation of copper hydroxide Cu (OH) ₂ . Copper (II) acetate and copper carbonate CuCO ₃ are also formed with appropriate additives. The compounds mentioned color the polish green or bluish green to turquoise green. This coloring is known from the so-called verdigris or copper patina. In the case of a greenish-colored polishing agent, red or blue radiation is used to ensure that the end time is reliably determined.

Bei einer anderen Weiterbildung ist die abzutragende Schicht eine dielektrische Schicht, beispielsweise eine Oxidschicht aus Siliziumdioxid. Das Poliermittel enthält einen Zusatz, der bei der Reaktion mit dem Material der dielektrischen Schicht eine Verbindung mit einer anderen Farbe als weiß bildet, beispielsweise einer braunen Farbe, falls eisenhaltige Zusätze verwendet werden. In diesem Fall werden mit einer blauen Strahlung gute Erfassungsergebnisse erzielt.Another training course is the layer to be removed is a dielectric layer, for example an oxide layer made of silicon dioxide. The polishing agent contains one Additive used in the reaction with the material of the dielectric Layer forms a connection with a color other than white, for example a brown color if iron-containing additives are used. In this Fall with blue radiation will give good detection results achieved.

Bei einer nächsten Weiterbildung wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine seiner Weiterbildungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einer ihrer Weiterbildungen ausgeführt. Auch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich um Einheiten ergänzen, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner Weiterbildungen geeignet sind.In a next development, the method according to the invention or one of its further developments using the device according to the invention or one of their training courses. The device according to the invention can be around Add units, the for execution of the method according to the invention or one of its training courses are suitable.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:In the following, exemplary embodiments of the Invention explained with reference to the accompanying drawings. In this demonstrate:

1 eine Poliermaschine, 1 a polishing machine,

2 den Aufbau eines Sende-/Empfangsteils und Funktionseinheiten einer Auswerteeinheit der Poliermaschine, 2 the construction of a transmitting / receiving part and functional units of an evaluation unit of the polishing machine,

3 den Spannungsverlauf an einem der Auswerteeinheit vorgeschalteten Fototransistor während des Polierens, und 3 the voltage profile at a phototransistor upstream of the evaluation unit during the polishing, and

4 eine integrierte Schaltungsanordnung, bei deren Herstellung mehrere Polierverfahren durchgeführt worden sind. 4 an integrated circuit arrangement, in the manufacture of which several polishing processes have been carried out.

1 zeigt eine Poliermaschine 10, die einen rotierenden Poliertisch 12, eine auf den Poliertisch 12 aufgeklebte Poliertischauflage 14, einen rotierenden Scheibenträger 16, eine Poliermittelzuführeinheit 18, eine Sendeeinheit 20, eine Empfangseinheit 22, eine Auswerteeinheit 24 und eine Antriebseinheit 26 enthält. 1 shows a polishing machine 10 who have a rotating polishing table 12 , one on the polishing table 12 glued polishing table overlay 14 , a rotating disc carrier 16 , a polishing agent feed unit 18 , a transmitter unit 20 , a receiving unit 22 , an evaluation unit 24 and a drive unit 26 contains.

Der Poliertisch 12 und der Scheibenträger 16 werden durch die Antriebseinrichtung 26, die beispielsweise einen Elektromotor enthält, gleichsinnig zueinander gedreht, siehe Pfeile 28 und 30. Eine Kraftübertragungseinheit 32 zwischen der Antriebseinheit 26 und einer Antriebswelle 34 des Poliertisches 12 wird in 1 durch einen Doppelpfeil dargestellt. Eine nicht dargestellte Kraftübertragungseinrichtung liegt zwischen der Antriebseinheit 26 und einer Antriebswelle 36 des Scheibenträgers 16.The polishing table 12 and the disc carrier 16 are by the drive device 26 , which contains an electric motor, for example, rotated in the same direction to one another, see arrows 28 and 30 , A power transmission unit 32 between the drive unit 26 and a drive shaft 34 of the polishing table 12 is in 1 represented by a double arrow. A power transmission device, not shown, lies between the drive unit 26 and egg ner drive shaft 36 of the disc carrier 16 ,

Die Poliertischauflage 14 wird auch als Pad bezeichnet und ist elastisch und so strukturiert, dass ein mit Hilfe der Poliermittelzuführeinheit 18 zugeführtes Poliermittel 38 in einen Arbeitsbereich zwischen einer vom Scheibenträger 16 gehaltenen Halbleiterscheibe 40, d.h. einem Wafer, und der Poliertischauflage 14 liegenden Arbeitsbereich 42 dringen kann. Das Poliermittel 38 enthält beispielsweise Polierkörner aus Quarz, Aluminiumoxid oder Ceriumoxid, sowie Zusätze, die ein selektives Polieren zwischen abzutragender Schicht und Stoppschicht ermöglichen. Die Selektivität ist bspw. größer als fünfzig, größer als einhundert oder größer als einhundertfünfzig. Bei einer Selektivität von bspw. fünfzig wird die abzutragende Schicht bei gleichbleibenden Ätzbedingungen fünfzig mal schneller gedünnt als die Stoppschicht.The polishing table pad 14 is also referred to as a pad and is elastic and structured in such a way that one with the help of the polishing agent feed unit 18 supplied polishing agent 38 into a work area between one of the disc carriers 16 held semiconductor wafer 40 , ie a wafer, and the polishing table support 14 lying work area 42 can penetrate. The polish 38 contains, for example, polishing grains made of quartz, aluminum oxide or cerium oxide, as well as additives that enable selective polishing between the layer to be removed and the stop layer. The selectivity is, for example, greater than fifty, greater than one hundred, or greater than one hundred and fifty. With a selectivity of, for example, fifty, the layer to be removed is thinned fifty times faster than the stop layer with the same etching conditions.

Aus der Poliermittelzuführeinheit 18, z.B. einem Rohr mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern, tropft das Poliermittel in die Mitte der Poliertischauflage 14. Von dort verteilt sich das Poliermittel aufgrund der Zentrifugalkraft bis in die Randbereiche der Poliertischauflage 14. Die Sendeeinheit 20 bestrahlt einen Randbereich 44 der Poliertischauflage 14 mit einem Sendelichtstrahl 46. Die Intensität des Sendelichtstrahls 46 beim Durchdringen des Abriebs wird abhängig von der Farbe des Abriebs und damit auch der Färbung des Poliermittels 38 verschieden stark beeinflusst. Ein vom Randbereich 44 der im Ausführungsbeispiel weißen Poliertischauflage 14 reflektierter Strahl 48 durchdringt das mit Abrieb versetzte Poliermittel 18 nochmals und trifft auf die Empfangseinheit 22. Die Empfangseinheit 22 erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal auf einer Leitung 50, die zur Auswerteeinheit 24 führt. Der Aufbau der Auswerteeinheit 24 wird unten an Hand der 2 näher erläutert.From the polishing agent feed unit 18 , for example a tube with a diameter of a few millimeters, the polishing agent drips into the center of the polishing table support 14 , From there, the polishing agent is distributed to the edge areas of the polishing table support due to the centrifugal force 14 , The sending unit 20 irradiates an edge area 44 the polishing table pad 14 with a transmitted light beam 46 , The intensity of the transmitted light beam 46 penetration of the abrasion depends on the color of the abrasion and thus also the color of the polishing agent 38 influenced differently. One from the edge area 44 the white polishing table overlay in the exemplary embodiment 14 reflected beam 48 penetrates the abrasive polishing agent 18 again and hits the receiving unit 22 , The receiving unit 22 generates an electrical output signal on a line 50 to the evaluation unit 24 leads. The structure of the evaluation unit 24 is shown below using the 2 explained in more detail.

Die Auswerteeinheit 24 erzeugt auf einer Leitung 52 ein Endzeitpunktsignal, mit dessen Hilfe die Antriebseinheit 26 den Scheibenträger 16 von der Poliertischauflage 14 abhebt, wenn der Poliervorgang beendet werden soll. Alternativ oder zusätzlich wird die Drehbewegung gestoppt.The evaluation unit 24 generated on a line 52 an end time signal, with the help of which the drive unit 26 the disc carrier 16 from the polishing table pad 14 takes off when the polishing process is to be ended. Alternatively or additionally, the rotary movement is stopped.

2 zeigt den Aufbau eines Sende-/Empfangsteils 60 sowie Funktionseinheiten der Auswerteeinheit 24, die einen Analog-Digital-Wandler 62 und eine Datenverarbeitungsanlage 64 enthält. Das Sende-/Empfangsteil 60 enthält eine in der Sendeeinheit 20 enthaltene Leuchtdiode 66, deren Anode an einer Masseleitung M liegt, die eine Potential von null Volt führt. Die Kathode der Leuchtdiode 66 ist mit einem Vorwiderstand R1 verbunden, der an eine Betriebsspannungsleitung UM führt, an der ein Potential von bspw. minus fünf Volt anliegt. Die Leuchtdiode 66 sendet im Ausführungsbeispiel rotes Licht mit einer Wellenlänge von sechshundertsechzig Nanometern aus. Das Licht der Fotodiode 66 trifft auf das mit Abrieb versetzte Poliermittel 38 im Randbereich 44 auf und wird dann zu einem Fototransistor FT reflektiert. 2 shows the structure of a transmitting / receiving part 60 and functional units of the evaluation unit 24 that have an analog-to-digital converter 62 and a data processing system 64 contains. The transmission / reception part 60 contains one in the transmission unit 20 included light emitting diode 66 , whose anode is connected to a ground line M, which carries a potential of zero volts. The cathode of the light emitting diode 66 is connected to a series resistor R1, which leads to an operating voltage line UM, to which a potential of, for example, minus five volts is present. The light emitting diode 66 emits red light with a wavelength of six hundred and sixty nanometers in the exemplary embodiment. The light from the photodiode 66 meets the abrasive with the abrasive 38 at the edge 44 and is then reflected to a photo transistor FT.

Im Ausführungsbeispiel wird ein pnp-Fototransistor FT eingesetzt, dessen Emitter über einen Arbeitswiderstand R3 mit der Masseleitung M verbunden ist. Der Kollektor des Fotowiderstandes FT ist mit der Betriebsspannungsleitung UM verbunden. Vom Emitter des Fototransistors FT führt außerdem eine elektrisch leitende Verbindung zu einem Eingang des Analog-Digital-Wandlers 62.In the exemplary embodiment, a pnp photo transistor FT is used, the emitter of which is connected to the ground line M via a load resistor R3. The collector of the photo resistor FT is connected to the operating voltage line UM. An electrically conductive connection also leads from the emitter of the photo transistor FT to an input of the analog-digital converter 62 ,

Der Analog-Digital-Wandler 62 wandelt die an seinem Eingang liegende Eingangsspannung in ein digitales Datum um, das über einen Datenbus 68 zur Datenverarbeitungsanlage 64 gelangt. Die Datenverarbeitungsanlage 64 erzeugt ein Endpunktsignal A, das einer Ansteuereinheit der Antriebseinheit 26 zugeführt wird.The analog-to-digital converter 62 converts the input voltage at its input into a digital data that is transmitted via a data bus 68 to the data processing system 64 arrives. The data processing system 64 generates an end point signal A that a drive unit of the drive unit 26 is fed.

Das Sende-/Empfangsteil 60 enthält abgesehen von der Spannungsversorgungsschaltung nur vier Bauelemente und liefert trotzdem Messdaten, die für eine sichere Erfassung des Endzeitpunktes des Polierprozesses geeignet sind.The transmit / receive part 60 Apart from the power supply circuit, it contains only four components and still delivers measurement data that are suitable for a reliable detection of the end time of the polishing process.

3 zeigt einen Spannungsverlauf 100 am Eingang des Analog-Digital-Wandlers 62 während des Poliervorganges. Der Spannungsverlauf 100 wird in einem Koordinatensystem 102 dargestellt, das eine x-Achse 104 zum Darstellen der Polierzeit t in einem Bereich von null Sekunden bis einhundertsechsundzwanzig Sekunden und eine y-Achse 106 zum Darstellen der Spannung U in einem Bereich von minus 2,7 Volt bis minus 3,7 Volt hat. 3 shows a voltage curve 100 at the input of the analog-digital converter 62 during the polishing process. The course of tension 100 is in a coordinate system 102 shown which is an x-axis 104 to represent the polishing time t in a range from zero seconds to one hundred and twenty-six seconds and a y-axis 106 to represent the voltage U in a range from minus 2.7 volts to minus 3.7 volts.

Das Polieren der Halbleiterscheibe 40 beginnt zu einem Zeitpunkt t0 bei null Sekunden. Der Spannungsverlauf 100 steigt bis zu einem Zeitpunkt t1 bei etwa sechs Sekunden an, weil die Spannung U vom Wert minus 3,3 Volt auf einen Wert von etwa minus 3,6 Volt sinkt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Poliertischauflage 14 im Randbereich 44 durch das Poliermittel 18 benetzt wird, wodurch die Reflektionsfähigkeit für den Lichtstrahl 46 steigt. Nach dem Zeitpunkt t1 beginnt sich das Poliermittel 38 bereits grün zu färben, weil ein Zusatz des Poliermittels mit dem Kupfer einer von der Halbleiterscheibe 40 abzutragenden Kupferschicht reagiert. Zunehmend verfärbt sich das mit Abrieb versetzte Poliermittel 38 grün. Die grüne Färbung des Poliermittels 38 wird bis zu einem Zeitpunkt t3 intensiver. Das rote Licht des Lichtstrahls 46 wird von dem grünen Poliermittel stärker absorbiert. Ein geringer Anteil des roten Lichtes wird von der weißen Poliertischauflage zurückreflektiert. Dieser reflektierte Lichtstrahl 48 verringerter Intensität führt zu einem Ansteigen der Spannung am Eingang des Analog-Digital-Wandlers bis auf einen Wert von etwa minus drei Volt. Dieser Spannungsanstieg wird in 3 durch einen fallenden Spannungsverlauf 100 zwischen dem Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t3 dargestellt.Polishing the semiconductor wafer 40 starts at time t0 at zero seconds. The course of tension 100 rises to a time t1 at about six seconds because the voltage U drops from a value of minus 3.3 volts to a value of approximately minus 3.6 volts. This is due to the fact that the polishing table pad 14 at the edge 44 through the polishing agent 18 is wetted, which increases the reflectivity for the light beam 46 increases. After the time t1 the polishing agent begins 38 already colored green because an addition of the polishing agent to the copper is from the semiconductor wafer 40 copper layer to be removed reacts. The abrasive polishing agent is becoming increasingly discolored 38 green. The green color of the polish 38 becomes more intense up to a point in time t3. The red light of the light beam 46 is more strongly absorbed by the green polish. A small proportion of the red light is reflected back by the white polishing table pad. This reflected beam of light 48 reduced intensity leads to an increase in the voltage at the input of the analog-digital converter to a value of approximately minus three volts. This increase in voltage is in 3 due to a falling voltage curve 100 between the time t1 to a time t3.

Zum Zeitpunkt t3 ist eine auf der Halbleiterscheibe 40 zunächst vorhandene Kupferschicht bis an die Ränder von Gräben abgetragen. Zunehmend wird nun eine Stoppschicht, z.B. aus Tantalnitrid, freigelegt, die kein Kupfer mehr enthält. Demzufolge wird das während des Polierens ständig zugeführte und vom Poliertisch 12 fließende Poliermittel 38 auch nicht mehr grün. Die Folge ist, dass der rote Lichtstrahl in seiner Intensität durch das Poliermittel, bzw. den darin enthaltenen Abrieb nicht mehr so stark geschwächt wird. Der Spannungsverlauf 100 steigt langsam wieder an. Ein Wendepunkt 108 des Spannungsverlaufs 100 wird in 3 durch einen Pfeil dargestellt. Die Auswerteeinheit 108, insbesondere ein auf der Datenverarbeitungsanlage 64 ausgeführtes Programm, erfasst den Wendepunkt und startet eine Zeitschaltung, die nach etwa dreißig Sekunden das Polierverfahren zu einem Zeitpunkt t4 beendet, siehe auch Pfeil 110.At time t3 there is one on the semiconductor wafer 40 initially existing copper layer is removed up to the edges of trenches. A stop layer, for example made of tantalum nitride, which no longer contains copper, is now increasingly being exposed. As a result, this is constantly fed during polishing and from the polishing table 12 flowing polish 38 not green anymore either. The result is that the intensity of the red light beam is no longer weakened as much by the polishing agent or the abrasion contained therein. The course of tension 100 slowly rises again. A turning point 108 of the voltage curve 100 is in 3 represented by an arrow. The evaluation unit 108 , especially one on the data processing system 64 Executed program, detects the turning point and starts a timer which ends the polishing process at a time t4 after about thirty seconds, see also arrow 110 ,

4 zeigt eine integrierte Schaltungsanordnung 120, die mehrere Metallisierungslagen 122 bis 128 enthält. Ein Pfeil markiert eine Ebene 130, die auf einer Siliziumdioxidschicht 132 liegt. Die Siliziumdioxidschicht 132 hat beispielsweise eine Dicke von vierhundert Nanometern. Auf der Siliziumdioxidschicht 132 wurde dann eine dielektrische Zwischenschicht 134 aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von etwa fünfzig Nanometern abgeschieden. Anschließend wurde eine weitere Siliziumdioxidschicht 136 mit einer Dicke von beispielsweise vierhundert Nanometern abgeschieden. Die Siliziumdioxidschicht 136 wurde mit Hilfe eines fotolithografischen Verfahrens strukturiert, wobei ein Kontaktloch 138 erzeugt worden ist, das die Siliziumdioxidschicht 136 durchdringt. Anschließend wurde eine Tantalschicht 140 abgeschieden, beispielsweise mit einer Dicke von zwanzig Nanometern. Nach dem Abscheiden der Tantalschicht 140 wurde eine Tantalnitridschicht 142 mit einer Dicke von beispielsweise vierzig Nanometern abgeschieden. Die Tantalschicht 140 und die Tantalnitridschicht 142 bilden einen sogenannten Liner. 4 shows an integrated circuit arrangement 120 that have multiple metallization layers 122 to 128 contains. An arrow marks a level 130 that are on a silicon dioxide layer 132 lies. The silicon dioxide layer 132 has a thickness of four hundred nanometers, for example. On the silicon dioxide layer 132 then became a dielectric interlayer 134 deposited from silicon nitride with a thickness of about fifty nanometers. Then another silicon dioxide layer 136 deposited with a thickness of, for example, four hundred nanometers. The silicon dioxide layer 136 was patterned using a photolithographic process using a via 138 has been generated, the silicon dioxide layer 136 penetrates. Then a tantalum layer 140 deposited, for example with a thickness of twenty nanometers. After depositing the tantalum layer 140 became a tantalum nitride layer 142 deposited with a thickness of, for example, forty nanometers. The tantalum layer 140 and the tantalum nitride layer 142 form a so-called liner.

Nach dem Abscheiden der Tantalnitridschicht 142 wurde eine Kupferschicht 144 mit einer Dicke von beispielsweise vierhundert Nanometern abgeschieden. Mit Hilfe des an Hand der Figu ren 1 bis 3 erläuterten Verfahrens wurde dann ein Poliervorgang ausgeführt, bis die als Stoppschicht dienende Tantalnitridschicht 142 erreicht worden ist. Danach wurde die Tantalnitridschicht 142 und die Tantalschicht 140 in Bereichen, die nicht von Kupfer 144 bedeckt waren, entfernt, so dass eine durch einen Pfeil 146 angedeutete Ebene entstanden ist.After depositing the tantalum nitride layer 142 became a copper layer 144 deposited with a thickness of, for example, four hundred nanometers. With the aid of the method explained with reference to FIGS. 1 to 3, a polishing process was then carried out until the tantalum nitride layer serving as a stop layer 142 has been achieved. After that, the tantalum nitride layer 142 and the tantalum layer 140 in areas not of copper 144 were covered, so one by an arrow 146 indicated level has arisen.

Auf ähnliche Art und Weise wurde anschließend mit Hilfe eines dualen Damascene-Verfahrens ein Leitbahn-Kontaktlochsystem in der Metallisierungslage 126 erzeugt. Die Metallisierungslage 126 enthält eine Siliziumnitridschicht 148, eine Siliziumdioxidschicht 150, eine Siliziumnitridschicht 152, eine Siliziumdioxidschicht 154, eine Tantalschicht 156 und eine Tantalnitridschicht 158. In 4 ist eine Kupferleitbahn 160 der Metallisierungslage 126 dargestellt. Nach dem Erzeugen dieses Schichtsystems der Metallisierungslage 126 wurde nochmals ein Poliervorgang mit den oben an Hand der 1 bis 3 erläuterten Schritten durchgeführt, bis die Tantalnitridschicht 158 erreicht worden ist. Die Tantalnitridschicht 158 und die Tantalschicht 156 wurden anschließend beispielsweise in einem nass-chemischen Ätzprozess an Stellen entfernt, an denen sie nicht mehr vom Kupfer 160 bedeckt waren.In a similar way, a interconnect contact hole system was subsequently created in the metallization layer using a dual damascene process 126 generated. The metallization layer 126 contains a silicon nitride layer 148 , a silicon dioxide layer 150 , a silicon nitride layer 152 , a silicon dioxide layer 154 , a layer of tantalum 156 and a tantalum nitride layer 158 , In 4 is a copper interconnect 160 the metallization layer 126 shown. After creating this layer system the metallization layer 126 was another polishing process with the above using the 1 to 3 explained steps carried out until the tantalum nitride layer 158 has been achieved. The tantalum nitride layer 158 and the tantalum layer 156 were subsequently removed, for example in a wet chemical etching process, at places where they were no longer removed from the copper 160 were covered.

Danach wurde mit der Herstellung weiterer Metallisierungslagen 128 begonnen, indem eine Siliziumnitridschicht 162 und eine Siliziumdioxidschicht 164 abgeschieden worden sind.Thereafter, the production of further metallization layers 128 started by adding a silicon nitride layer 162 and a silicon dioxide layer 164 have been deposited.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel enthält der Sende/Empfangsteil 60 an Stelle des pnp-Fototransistors einen npn-Fototransistor. In diesem Fall wird ein Betriebsspannungspotential von beispielsweise plus fünf Volt verwendet. Die elektronische Schaltung wird an den npn-Fototransistor angepasst.In another embodiment, the transmitting / receiving part contains 60 instead of the pnp photo transistor, an npn photo transistor. In this case, an operating voltage potential of, for example, plus five volts is used. The electronic circuit is adapted to the npn photo transistor.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden an Stelle des Tantals bzw. des Tantalnitrids Titan bzw. Titannitrid einge setzt. Andere geeignete Materialien werden ebenfalls als Material der Polierstoppschicht eingesetzt.In another embodiment instead of tantalum or tantalum nitride, titanium or titanium nitride inserted. Other suitable materials are also called materials the polishing stop layer.

An Stelle des Wendepunktes 108 wird bei einem nächsten Ausführungsbeispiel die Änderung der Spannung U pro eine vorgegebene Zeiteinheit t erfasst. Liegt der Anstieg des Spannungsverlaufs 100 über einem vorgegebenen Schwellwert, so wird der Zeitgeber gestartet, dessen Ablauf den Endzeitpunkt des Polierens festlegt.Instead of the turning point 108 In a next exemplary embodiment, the change in voltage U per a predetermined time unit t is detected. There is an increase in the voltage curve 100 above a predetermined threshold value, the timer is started, the expiry of which determines the end time of the polishing.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel befindet sich der Bereich 44 an einem Radius bezüglich der Antriebswelle 34 an dem sich auch die Antriebswelle 36 befindet. Sobald ein Bereich der Poliertischauflage 14 unter der Halbleiterscheibe 40 herausgezogen wird, tritt er dann in den Bereich 44 ein. Dadurch kann das erreichen der Polierstoppschicht schneller ausgewertet werden. Diese Variante wird auch bei einem Polierband verwendet.In another embodiment, the area is 44 on a radius with respect to the drive shaft 34 on which is also the drive shaft 36 located. Once an area of the polishing table pad 14 under the semiconductor wafer 40 is pulled out, it then enters the area 44 on. As a result, the reaching of the polishing stop layer can be evaluated more quickly. This variant is also used for a polishing belt.

1010: Poliermaschinepolisher
1212: Poliertischpolishing table
1414: PoliertischauflagePolishing table support
1616: Scheibenträgerdisk support
1818: PoliermittelzuführeinheitPoliermittelzuführeinheit
2020: Sendeeinheittransmission unit
2222: Empfangseinheitreceiver unit
2424: Auswerteeinheitevaluation
2626: Antriebseinheitdrive unit
28, 3028 30: Drehpfeilrotation arrow
3232: KraftübertragungseinheitPower transmission unit
34, 3634 36: Antriebswelledrive shaft
3838: Poliermittelpolish
4040: HalbleiterscheibeSemiconductor wafer
4242: ArbeitsbereichWorkspace
4444: Randbereichborder area
4646: SendelichtstrahlTransmitted light beam
4848: reflektierter Strahlreflected beam
50, 5250, 52: Leitungmanagement
AA: Endpunktsignalendpoint signal
6060: Sende-/EmpfangsteilTransmitting / receiving part
6262: AD-WandlerADC
6464: DatenverarbeitungsanlageData processing system
6666: Leuchtdiodeled
MM: Masseleitungground line
R1R1: Vorwiderstanddropping resistor
UMAROUND: BetriebsspannungsleitungOperating voltage line
FTFT: Fototransistorphototransistor
R3R3: Arbeitswiderstandworking resistance
6868: Datenbusbus
100100: Spannungsverlaufvoltage curve
102102: Koordinatensystemcoordinate system
104104: x-AchseX axis
tt: Polierzeitpolishing time
106106: y-Achsey-axis
UU: Spannungtension
t0 bis t4t0 to t4: Zeitpunkttime
108108: Wendepunktturning point
110110: Pfeilarrow
120120: integrierte Schaltungsanordnungintegrated circuitry
122 bis 128122 to 128: Metallisierungslagemetalization
130130: Pfeilarrow
132132: Siliziumdioxidschichtsilicon dioxide
134134: dielektrische Schichtdielectric layer
136136: Siliziumdioxidschichtsilicon dioxide
138138: Kontaktlochcontact hole
140140: Tantalschichttantalum layer
142142: Tantalnitridschichttantalum nitride
144144: Kupferschichtcopper layer
146146: Pfeilarrow
148148: Siliziumnitridschichtsilicon nitride
150150: Siliziumdioxidschichtsilicon dioxide
152152: Siliziumnitridschichtsilicon nitride
154154: Siliziumdioxidschichtsilicon dioxide
156156: Tantalschichttantalum layer
158158: Tantalnitridschichttantalum nitride
160160: Kupferleitbahncopper interconnect
162162: Siliziumnitridschichtsilicon nitride
164164: Siliziumdioxidschichtsilicon dioxide

Claims

Contraption ( 10 ) to finish thinning a workpiece ( 40 ), with a radiation transmitter unit ( 20 ) which is a radiation ( 46 ) to an area ( 44 ) by means of the surface of a workpiece to be machined ( 40 ) coming removal or abrasion is transported with a radiation receiving unit ( 22 ) coming from the area ( 44 ) coming radiation ( 48 ) receives, and with an evaluation unit ( 24 ), which depends on an output signal ( 50 ) of the radiation receiving unit ( 22 ) finished the editing process.

Contraption ( 10 ) according to claim 1, characterized by a receiving device ( 16 ) that have at least one workpiece ( 40 ) records a work surface during a machining process ( 14 ) which, during the machining process, the surface of the workpiece to be machined ( 40 ) touched, and by a drive and energy transmission unit ( 26 . 28 ) which cause a relative movement between the workpiece ( 40 ) and work surface ( 14 ) generated.

Contraption ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the irradiated area ( 44 ) outside of between workpiece ( 40 ) and work surface ( 14 ) lying processing area.

Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation transmitter unit ( 20 ) a light emitting diode ( 66 ) and / or a laser diode, with the evaluation unit ( 24 ) preferably a single light-emitting diode or a single laser diode is connected, and / or that the radiation receiving unit ( 22 ) contains a photodiode or a phototransistor (FT), with the evaluation unit ( 24 ) preferably a single photodiode or a single phototransistor is connected.

Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device is a chemical-mechanical polishing device with a polishing agent supply unit ( 18 ) and / or that a working fluid ( 38 ) is supplied, which preferably contains grains and / or a chemical additive attacking the material to be removed and / or which transports the abrasion.

Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims as far as related to claim 2, characterized in that the drive and energy transmission device ( 26 . 28 ) a rotational movement of the work surface ( 14 ) and / or that the irradiated area ( 44 ) farther or equidistant from the ration center of the work surface than the workpiece ( 40 ) and / or a center of rotation of the workpiece ( 40 )

Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation transmitter unit ( 20 ) and / or the radiation receiving unit ( 22 ) relative to a machine frame of the device ( 10 ) is arranged at rest, preferably attached to the machine frame.

Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device ( 16 ) for holding a semiconductor wafer ( 40 ) suitable is.

Process for finishing an edit process in which the surface of a workpiece ( 40 ) Material of a layer to be removed is abraded or rubbed off, which adjoins a stop layer, the stop layer having a different material composition than the layer to be removed, in which ablation or abrasion with radiation ( 46 ) is irradiated, and in which due to the detection of another interaction occurring when the stop layer is reached and / or a different strength of the interaction between erosion or abrasion and radiation ( 46 ) the editing process is ended.

A method according to claim 9, characterized in that a preferably liquid or flowable working liquid ( 18 ) is used which preferably contains grains and / or a chemical additive attacking the material to be removed and / or which removes or abrades in the radiation ( 46 ) irradiated area ( 44 ) transported, and / or that the additive forms a connection with the material of the layer to be removed or with the material of the stop layer, which selectively absorbs and / or reflects radiation within the frequency spectrum range of visible light.

Method according to Claim 9 or 10, characterized in that the layer to be removed is a metal layer which contains more than fifty percent by volume or more than ninety percent metal, preferably copper, and / or that the working liquid ( 18 ) contains an additive, which forms a compound during the reaction with the metal, which absorbs radiation in the red frequency spectrum range, in particular in the frequency spectrum range from six hundred nanometers to seven hundred nanometers, and / or in the blue frequency spectrum range, in particular in the frequency spectrum range from four hundred nanometers to five hundred nanometers , and / or that the radiation has a frequency that lies in the red frequency spectrum range and / or in the blue frequency spectrum range, and / or that a contact surface ( 19 ) is a bright area.

Method according to claim 9 or 10, characterized in that the layer to be removed is a dielectric layer, preferably an oxide layer, preferably a silicon dioxide layer, and / or that the polishing agent ( 38 ) contains an additive that forms a compound during the reaction with the material of the dielectric layer, which preferably absorbs radiation with a frequency in the blue frequency spectrum range, in particular in the frequency spectrum range from four hundred nanometers to five hundred nanometers, and / or that the radiation has a frequency, which is in the blue frequency spectrum.

Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that it is used to process a semiconductor wafer ( 40 ) is used.

Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that that when processing the layer to be removed with the same Processing conditions a different amount of wear per unit of time arises than when processing the stop layer, preferably more than fifty times the amount.

Method according to one of claims 9 to 14, characterized in that the method using a device ( 10 ) is carried out according to one of claims 1 to 8.