GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGFIELD OF THE PRESENT INVENTION
Die
vorliegende Erfindung betrifft das Abscheiden eines Metalls auf
einer Substratoberfläche,
wobei ein Reaktor für
das Elektroplattieren verwendet wird, und betrifft insbesondere
das Einstellen des Stromes, der einer Mehrfachanodenanordnung bzw.
-konfiguration einer Plattierungsanlage zugeführt wird, um ein gewünschtes
Dickenprofil des Metalls über
die Substratoberfläche
hinweg zu erreichen.The
The present invention relates to the deposition of a metal
a substrate surface,
being a reactor for
the electroplating is used, and in particular
adjusting the current of a multiple anode arrangement or
Configuration of a plating plant is supplied to a desired
Thickness profile of the metal over
the substrate surface
to get away.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER
TECHNIKDESCRIPTION OF THE STATE OF THE
TECHNOLOGY
In
vielen technischen Gebieten ist das Abscheiden von Metallschichten
auf eine Substratoberfläche eine
häufig
angewendete Technik. Für
ein effizientes Abscheiden relativ dicker Metallschichten auf einer
Substratoberfläche
hat sich das Plattieren in Form des Elektroplattierens oder des
stromlosen Plattierens als eine geeignete und kosteneffiziente Technik
erwiesen, und somit ist das Plattieren ein attraktives Abscheideverfahren
in der Halbleiterindustrie.In
many technical fields is the deposition of metal layers
on a substrate surface one
often
applied technique. For
efficient deposition of relatively thick metal layers on one
substrate surface
has plating in the form of electroplating or the
electroless plating as a suitable and cost-efficient technique
proved, and thus the plating is an attractive deposition process
in the semiconductor industry.
Gegenwärtig wird
Kupfer als ein bevorzugter Kandidat bei der Bildung von Metallisierungsschichten
in technisch anspruchsvollen integrierten Schaltungen betrachtet
auf Grund der überlegenen
Eigenschaften des Kupfers und der Kupferverbindungen in Hinblick
auf die Leitfähigkeit
und die Widerstandsfähigkeit
gegenüber Elektromigration
im Vergleich zu beispielsweise dem häufig verwendeten Aluminium.
Da Kupfer nicht in sehr effizienter Weise durch die physikalische
Dampfabscheidung, beispielsweise durch die Sputter-Abscheidung, mit
einer Schichtdicke in der Größenordnung
von 1 μm
und mehr aufgebracht werden kann, ist das Elektroplattieren des
Kupfers und der Kupferverbindungen das gegenwärtig bevorzugte Abscheideverfahren
bei der Herstellung von Metallisierungsschichten. Obwohl das Elektroplattieren
von Kupfer eine gut etablierte Technik ist, ist das zuverlässige Abscheiden
von Kupfer über
Substraten mit großem
Durchmesser mit einer strukturierten Oberfläche mit Gräben und Kontaktdurchführungen
eine herausfordernde Aufgabe für
Prozessingenieure. Beispielsweise erfordert das Herstellen einer
Metallisierungsschicht eines Bauteils mit äußerst hohem Integrationsmaßstab das zuverlässige Auffüllen von
breiten Gräben
mit einer Breite in der Größenordnung
vom Mikrometern und erfordert ebenso das Auffüllen von Kontaktdurchführungen
und Gräben
mit einem Durchmesser oder einer Breite von 0.2 μm oder sogar weniger. Die Sachlage
wird noch komplizierter, wenn der Durchmesser des Substrates zunimmt.
Gegenwärtig
werden 200 mm (8 Zoll) oder sogar 250 mm (10 Zoll) üblicherweise
in einer Halbleiterprozesslinie verwendet. Daher werden auf dem
Gebiet der Kupferabscheidung große Anstrengungen unternommen,
um die Kupferschicht in einem gewünschten Profil über die
Substratoberfläche
hinweg bereitzustellen. Auf den ersten Blick erscheint es vorteilhaft,
das Metalldickenprofil über
die Substratoberfläche
hinweg so gleichmäßig wie
möglich
zu gestalten. Dem Plattieren nachgeschaltete Prozesse können jedoch
anders geformte Profile erfordern, um eine korrekte Bauteilfunktionalität der fertiggestellten integrierten
Schaltungen sicherzustellen. Beispielsweise wird während der
Herstellung von Metallisierungsschichten auf Kupferbasis überschüssiges Kupfer
entfernt, was gegenwärtig
häufig
durch chemisches-mechanisches Polieren (CMP) der Metalloberfläche erreicht
wird. Da der CMP-Prozess an sich ein äußerst komplexer Prozess ist,
der häufig
eine inhärente
Prozessungleichförmigkeit
aufweist, d. h. eine nicht gleichförmige Abtragsrate über die
Substratoberfläche
hinweg, kann es vorteilhaft sein, das Metalldickenprofil dem dem
Plattieren nachgeschalteten Prozess so anzupassen, um insgesamt
eine verbesserte Prozessgleichförmigkeit
nach Abschluss des dem Plattieren nachgeschalteten Prozesses zu
erreichen. Daher sind Elektroplattierungsanlagen häufig so
ausgebildet, um eine Variation des Metallprofils zuzulassen, wobei
die Steuerung des schließlich erhaltenen
Profils gegenwärtig äußerst mühsam und
zeitaufwendig ist.At present becomes
Copper as a preferred candidate in the formation of metallization layers
considered in technically demanding integrated circuits
because of the superior
Properties of copper and copper compounds in terms of
on the conductivity
and the resilience
towards electromigration
compared to, for example, the commonly used aluminum.
Because copper is not very efficient through the physical
Vapor deposition, for example by sputtering deposition, with
a layer thickness of the order of magnitude
of 1 μm
and more can be applied, is the electroplating of
Copper and copper compounds, the presently preferred deposition method
in the production of metallization layers. Although the electroplating
Of copper is a well-established technique, is the reliable deposition
from copper over
Substrates with large
Diameter with a structured surface with trenches and contact bushings
a challenging task for
Process engineers. For example, making a requires
Metallization layer of a component with extremely high integration scale reliable filling of
wide trenches
with a width of the order of magnitude
microns and also requires the filling of contact bushings
and ditches
with a diameter or width of 0.2 μm or even less. The situation
becomes even more complicated as the diameter of the substrate increases.
Currently
will be 200 mm (8 inches) or even 250 mm (10 inches) usually
used in a semiconductor processing line. Therefore be on the
Made great efforts in the field of copper deposition,
around the copper layer in a desired profile over the
substrate surface
away. At first glance, it seems beneficial
the metal thickness profile over
the substrate surface
away as even as
possible
to design. However, plating downstream processes can
require differently shaped profiles to ensure proper component functionality of the finished integrated
Ensure circuits. For example, during the
Preparation of copper-based metallization layers Excess copper
removed what is currently
often
achieved by chemical-mechanical polishing (CMP) of the metal surface
becomes. Because the CMP process itself is an extremely complex process,
the common
an inherent one
process non
has, d. H. a non-uniform removal rate over the
substrate surface
It may be advantageous, the metal thickness profile of the
Plating downstream process to adjust to total
an improved process uniformity
after completion of the plating down process
to reach. Therefore, electroplating plants are often like that
formed to allow a variation of the metal profile, wherein
the control of the finally obtained
Profils currently extremely tedious and
time consuming.
Mit
Bezug zu 1a wird ein typisches konventionelles
Elektroplattierungssystem beschrieben, um die beim Elektroplattieren
von Kupfer beteiligten Probleme detaillierter darzustellen.In reference to 1a A typical conventional electroplating system will be described to illustrate in more detail the problems involved in the electroplating of copper.
In 1 ist ein typisches konventionelles Elektroplattierungssystem 100 gezeigt
mit einem Reaktorbehälter 101 mit
einer ersten Elektrode 102, in diesem Falle die Anode,
mit mehreren einzelnen ansteuerbaren Anodenbereichen 102a,
... 103n, wodurch eine Mehrfachanodenkonfiguration definiert
wird. In diesem Beispiel wird ein sogenannter Reaktor des Brunnentyps
betrachtet, in welchem eine Elektrolytlösung von der Unterseite des
Reaktorbehälters 101 zur
Oberseite hin gelenkt und dann mittels einer Leitung 103,
die einen Auslass 104 mit einem Vorratstank 107 verbindet,
der wiederum mit einem Einlass 105 verbunden ist, der als
eine Durchführung
durch die Anode 102 vorgesehen ist, dann zurückgeführt wird.
Das System 100 umfasst ferner einen Substrathalter 108,
der ausgebildet ist, ein Substrat 109, etwa eine Halbleiterscheibe,
so zu halten, um die interessierende Oberfläche der Einwirkung des Elektrolyts
auszusetzen. Ferner ist der Substrathalter 108 so ausgebildet,
um als eine zweite Elektrode, in diesem Falle die Kathode, zu fungieren
und um die elektrische Verbindung zu einer Stromquelle 110 herzustellen,
die so ausgestaltet ist, um das Zuführen einzelner Ströme mit definierten
Größen zu jedem
der Anodenbereiche 102a, ... 102n zu ermöglichen.In 1 is a typical conventional electroplating system 100 shown with a reactor vessel 101 with a first electrode 102 , in this case the anode, with several individual controllable anode regions 102 , ... 103n , whereby a multi-anode configuration is defined. In this example, consider a so-called reactor of the well type, in which an electrolyte solution from the bottom of the reactor vessel 101 directed to the top and then by means of a pipe 103 that have an outlet 104 with a storage tank 107 connects, in turn, with an inlet 105 connected as a passage through the anode 102 is provided, then returned. The system 100 further comprises a substrate holder 108 which is formed, a substrate 109 such as a semiconductor wafer, so as to expose the surface of interest to the action of the electrolyte. Further, the substrate holder 108 designed to act as a second electrode, in this case the cathode, and around the electrical Connection to a power source 110 configured to supply individual streams of defined sizes to each of the anode regions 102 , ... 102n to enable.
1b zeigt
schematisch eine Draufsicht der Elektrode 102 mit der Mehrfachanodenkonfiguration 102a,
... 102n für
vier einzelne Anodenbereiche. 1b schematically shows a plan view of the electrode 102 with the multiple anode configuration 102 , ... 102n for four individual anode areas.
Vor
dem Installieren des Substrats 109 auf dem Substrathalter 108 wird
eine dünne
Stromverteilungsschicht, die möglicherweise
eine Saatschicht enthält,
die typischerweise mittels Sputter-Abscheidung gebildet wird, auf
der Oberfläche
des Substrats 109, die die Metallschicht empfangen soll,
gebildet. Anschließend
wird das Substrat 109 auf dem Substrathalter 108 montiert,
wobei kleine Kontaktbereiche (der Einfachheit halber nicht gezeigt)
einen elektrischen Kontakt zu der Stromversorgung 110 über den
Substrathalter 198 bereitstellen. Beim Einschalten einer
Pumpe (nicht gezeigt) und beim Anlegen geeigneter Spannungen zwischen
der Anode 102, d. h. der Mehrfachanodenkonfiguration 102a,
... 102n und dem Substrathalter 108, wodurch entsprechende
Ströme
hervorgerufen werden, wird ein Elektrolytstrom in dem Reaktorbehälter 101 erzeugt.
Das in den Reaktorkessel 101 an dem Einlass 105 eintretende
Elektrolyt wird auf das Substrat 102 hingelenkt, wobei
die Metallabscheidung auf dem Substrat 109 durch den Elektrolytstrom
und die Anordnung der Mehrfachanodenkonfiguration 102a,
... 102n bestimmt ist, da die lokale Abscheiderate des
Metalls auf einem speziellen Bereich der Oberfläche des Substrats 109 von
der Anzahl der an diesem Bereich eintreffenden Ionen abhängt. Durch
geeignetes Auswählen
eines Satzes von Strömen,
der der Mehrfachanodenkonfiguration 102a, ... 102n zugeführt wird,
kann somit das schließlich
erhaltene Dickenprofil bestimmt werden, wobei optional zusätzliche Mittel
zum Beeinflussen des Ionenstroms und/oder des Elektrolytstroms in
Form von beispielsweise einer Verteilerplatte eingeführt werden
können.
Wenn ein geeigneter Satz an Strömen
in der Stromversorgung 110 eingestellt ist, ist das resultierende
Dickenprofil durch die Eigenschaften des Reaktorkessels 101,
der Elektrolytlösung,
dem Satz an Strömen
und der Plattierungszeit bestimmt. Somit kann eine Schwankung einer
dieser Eigenschaften zur einer Abweichung in dem schließlich erhaltenen
Dickenprofil resultieren. Diese Sachlage ist noch komplexer für eine Elektroplattierungsanlage 100 mit
mehreren Reaktorbehältern 101 mit
einer entsprechenden Vielzahl von Mehrfachanodenkonfigurationen 102a,
... 102n, da eine beliebige subtile Prozessschwankung in
einem dieser Reaktorbehälter
auftreten kann und zu einer äußerst komplexen
gegenseitigen Wechselwirkung der beteiligten Prozesseigenschaften
führen
kann, wodurch die Prozessstabilität beeinträchtigt wird. Daher werden typischerweise
mehrere Testsubstrate regelmäßig prozessiert,
wodurch Zeit und Arbeitskraft erforderlich ist und damit die Ausbeute
und die Qualität
des Plattierungsprozesses reduziert werden.Before installing the substrate 109 on the substrate holder 108 For example, a thin current distribution layer, possibly including a seed layer, which is typically formed by sputter deposition, is formed on the surface of the substrate 109 formed to receive the metal layer. Subsequently, the substrate becomes 109 on the substrate holder 108 mounted, with small contact areas (not shown for simplicity) an electrical contact to the power supply 110 over the substrate holder 198 provide. When switching on a pump (not shown) and when applying suitable voltages between the anode 102 ie the multi-anode configuration 102 , ... 102n and the substrate holder 108 , whereby corresponding currents are caused, becomes an electrolyte flow in the reactor vessel 101 generated. That in the reactor vessel 101 at the inlet 105 entering electrolyte is applied to the substrate 102 Directed, with the metal deposit on the substrate 109 by the electrolyte flow and the arrangement of the multiple anode configuration 102 , ... 102n is determined because the local deposition rate of the metal on a specific area of the surface of the substrate 109 depends on the number of ions arriving at this area. By appropriately selecting a set of currents, that of the multi-anode configuration 102 , ... 102n Thus, the finally obtained thickness profile can thus be determined, wherein optionally additional means for influencing the ion current and / or the electrolyte current in the form of, for example, a distributor plate can be introduced. If a suitable set of currents in the power supply 110 is set, the resulting thickness profile is due to the properties of the reactor vessel 101 Determining electrolytic solution, the set of currents and the plating time. Thus, a variation of one of these characteristics may result in a deviation in the final thickness profile obtained. This situation is even more complex for an electroplating plant 100 with several reactor vessels 101 with a corresponding plurality of multiple anode configurations 102 , ... 102n because any subtle process variation can occur in one of these reactor vessels and can result in a highly complex interaction of the involved process properties, thereby compromising process stability. Therefore, typically several test substrates are regularly processed, which takes time and labor and thus reduces the yield and quality of the plating process.
Ferner
müssen
bei der Herstellung von Metallisierungsschichten mittels des sogenannten
Damaszener-Verfahrens, Kontaktdurchführungen und Gräben mit
Metall gefüllt
werden und es muss ein gewisses Maß an Überschussmetall vorgesehen
werden, um die Kontaktdurchführungen
und Gräben
zuverlässig
zu füllen. Anschließend muss
das überschüssige Metall
entfernt werden, um eine elektrische Isolierung zwischen benachbarten
Gräben
und Kontaktdurchführungen
sicherzustellen und um eine ebene Oberfläche für die Herstellung weiterer
Metallisierungsschichten bereitzustellen. Ein bevorzugtes Verfahren
zum Entfernen überschüssigen Metalls
und zum Einebnen der Substratoberfläche ist das chemisch-mechanische
Polieren (CMP), bei dem das zu entfernende Oberflächenmaterial
einer chemischen Reaktion unterzogen und gleichzeitig mechanisch
entfernt wird. Wie zuvor erläutert
ist, ist der CMP-Prozess äußerst komplex
und kann eine Nichtgleichförmigkeit
aufweisen, die zumindest teilweise kompensiert werden kann, indem
das Dickenprofil des Elektroplattierungsprozesses der CMP-Nichtgleichförmigkeit
angepasst wird. Die Vielzahl der beim Erzeugen des Dickenprofils
beteiligten Prozessparameter, insbesondere für Plattierungsanlagen mit mehreren
Reaktorbehältern,
kann zu deutlichen Abweichungen von dem gewünschten Dickenprofil führen, wodurch
eine Kompensation in Hinblick auf CMP-Nichtgleichförmigkeiten
ineffizient wird.Further
have to
in the production of metallization layers by means of the so-called
Damascus method, contact openings and trenches with
Metal filled
and there must be some degree of surplus metal
be to the contact bushings
and ditches
reliable
to fill. Then must
the excess metal
be removed to provide electrical insulation between adjacent ones
trenches
and contact bushings
ensure and provide a flat surface for making more
To provide metallization layers. A preferred method
for removing excess metal
and flattening the substrate surface is the chemical-mechanical
Polishing (CMP), in which the surface material to be removed
subjected to a chemical reaction and at the same time mechanically
Will get removed. As previously explained
is, the CMP process is extremely complex
and may be non-uniform
which can be at least partially compensated by
the thickness profile of the electroplating process of CMP nonuniformity
is adjusted. The variety of when creating the thickness profile
involved process parameters, especially for plating plants with several
Reactor vessels,
can lead to significant deviations from the desired thickness profile, which
compensation for CMP nonuniformities
becomes inefficient.
Die
Patentanmeldung US 2002/0139678 A1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen
von Elektrodenströmen
in einem oder in mehreren Elektroplattierreaktoren mit einer Mehrfachanodenausführung. Nachdem ein
Substrat mit einer Anfangsparameterkonfiguration prozessiert wurde,
wird die Dickenverteilung gemessen und mittels einer Sensitivitätsmatrix
werden neue Parameter ausgewählt,
die eventuell gemessene Abweichungen von der Solldicke kompensieren
können.
Diese Parameter werden dann zum Prozessieren eines zweiten Substrates
verwendet. Ferner kann in einer Ausführungsform das Dickenprofil
einer Saatschicht und/oder einer Barrierenschicht analysiert werden,
um Mängel
der Saat- bzw. Barrierenschicht ebenfalls durch das Steuern der
Plattierparameter zu kompensieren. Die Eigenschaften von dem Elektroplattierprozess
nachgeschalteten Prozessen werden nicht berücksichtigt.The
Patent Application US 2002/0139678 A1 discloses a method for adjusting
of electrode currents
in one or more electroplating reactors with a multi-anode design. After a
Substrate has been processed with an initial parameter configuration,
the thickness distribution is measured and by means of a sensitivity matrix
new parameters are selected
compensate for any deviations from the target thickness
can.
These parameters are then used to process a second substrate
used. Furthermore, in one embodiment, the thickness profile
a seed layer and / or a barrier layer are analyzed,
about defects
the seed or barrier layer also by controlling the
Compensating plating parameters. The properties of the electroplating process
Downstream processes are not taken into account.
Angesichts
der obigen Probleme besteht daher ein Bedarf für eine Technik, die ein rasches
und effizientes Einstellen eines Dickenprofils in einer Plattierungsanlage
ermöglicht,
um damit einige oder alle oben genannten Probleme zu vermeiden oder
zumindest zu verringern.in view of
Therefore, there is a need for a technique that can be a quick one
and efficiently setting a thickness profile in a plating plant
allows
to avoid some or all of the above problems or
at least reduce it.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNGOVERVIEW OF THE INVENTION
Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik
zum Steuern der einzelnen Ströme,
die den einzelnen Anoden einer Mehrfachanodenkonfiguration in einer
Elektroplattierungsanlage zugeführt
werden, wobei die einzelnen Ströme,
die auch als ein Satz von Strömen
bezeichnet werden, für
die Mehrfachanodenkonfiguration in einer automatisierten Weise in
Hinblick auf ein gewünschtes
Dickenprofil berechnet werden, wodurch sich die Möglichkeit
bietet, auf Prozessschwankungen des Plattierungsprozesses selbst und/oder
auf dem Plattierungsprozess nachgeschalteter Prozesse und/oder auf
dem Plattierungsprozess vorgeschalteter Prozesse in im Wesentlichen
nicht verzögerter
Weise zu reagieren, selbst wenn die betrachtete Plattierungsanlage
mehrere Prozesskammern mit Mehrfachanodenkonfigurationen enthält.in the
Generally, the present invention is directed to a technique
for controlling the individual streams,
the individual anodes of a multi-anode configuration in one
Supplied electroplating plant
be, with the individual streams,
also as a set of streams
be designated for
the multi-anode configuration in an automated manner
Regard to a desired
Thickness profile can be calculated, thereby increasing the possibility
offers, on process variations of the plating process itself and / or
on the plating process of downstream processes and / or on
the plating process upstream processes in essence
not delayed
Way to react, even if the plating plant considered
contains multiple process chambers with multiple anode configurations.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und
18 und durch die Steuerung gemäß Anspruch
24 gelöst.The
Object of the present invention is achieved by the method according to claims 1 and
18 and by the controller according to claim
24 solved.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird; es zeigen:Further
embodiments
The present invention is defined in the appended claims
and go more clearly from the following detailed description
when studying with reference to the accompanying drawings
becomes; show it:
1a schematisch
eine konventionelle Elektroplattierungsanlage mit einer Mehrfachanodenkonfiguration; 1a schematically a conventional electroplating plant with a multi-anode configuration;
1b schematisch
eine Draufsicht auf die Mehrfachanodenkonfiguration der Anlage aus 1a; 1b schematically a plan view of the multi-anode configuration of the system 1a ;
2 schematisch
ein Elektroplattierungssystem mit einer Steuerung zum automatischen
Bestimmen eines Satzes von Strömen
auf der Grundlage diverser Kriterien gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; und 2 12 schematically illustrates an electroplating system having a controller for automatically determining a set of streams based on various criteria in accordance with illustrative embodiments of the present invention; and
3 einen
Graphen, der Ergebnisse von Dickenprofilmessungen mehrerer Substrate
darstellt, die in unterschiedlichen Prozesskammern bearbeitet wurden,
gemäß einem
Steuerungsvorgehen entsprechend anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. 3 5 is a graph illustrating results of thickness profile measurements of multiple substrates processed in different process chambers according to a control approach in accordance with illustrative embodiments of the present invention.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Es
ist ferner anzumerken, dass die detaillierte Beschreibung sich auf
das Elektroplattieren eines Metalls, etwa Kupfer, auf Substraten
bezieht, etwa wie sie typischerweise bei der Halbleiterherstellung
verwendet werden, da die vorliegende Erfindung insbesondere vorteilhaft
in einem Prozessablauf mit empfindlichen, den Plattierungen nachgeschalteten
Prozessen, etwa dem CMP, ist. Es sollte jedoch beachtet werden,
dass die vorliegende Erfindung auf einen beliebigen Plattierungsprozess
mit einem extern eingeprägten
Strom (Elektroplattieren) mit beliebigen Arten von Substraten, die
ein spezifiziertes Abscheideprofil auf einer Substratoberfläche oder
einem Teil davon erfordern, angewendet werden kann. Obwohl ferner
die Beschreibung sich auf einen Plattierungsreaktor des Brunnentyps,
wie er beispielsweise schematisch in 1a gezeigt
ist, bezieht, können
andere Arten von Reaktoren, etwa Elektrolytbäder und dergleichen ebenso
verwendet werden.It should also be noted that the detailed description refers to the electroplating of a metal, such as copper, on substrates, such as are typically used in semiconductor manufacturing, since the present invention is particularly advantageous in a process with sensitive plating-downstream processes, about the CMP, is. It should be noted, however, that the present invention may be applied to any externally impressed current plating process (electroplating) with any type of substrate requiring a specified deposition profile on a substrate surface or portion thereof. Further, although the description is directed to a well type cladding reactor such as shown schematically in FIG 1a Other types of reactors, such as electrolyte baths and the like, may also be used.
Ein
spezielles Merkmal, das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt
wird, ist die Möglichkeit
zum raschen Reagieren auf eine Änderung
von Prozessbedingungen in einer Elektroplattierungsanlage oder in
einem Prozess, der dem Plattierungsprozess vorangeht oder diesem
nachfolgt. Derartige wechselnde Prozessbedingungen können beispielsweise
eine Änderung
der Eigenschaften einer Plattierungslösung auf Grund einer subtilen
Schwankung von Eigenschaften empfindlicher Additive, die in der
Plattierungslösung
enthalten sind, sein, oder die Beeinträchtigung von Verbrauchsmaterialien
in der Plattierungsanlage oder in einer dem Plattieren nachgeschalteten
CMP-Anlage. Eine Änderung
von Prozessbedingungen kann von vornherein bekannt sein, beispielsweise
die Änderung
eines Verbrauchsmaterials in einer CMP-Anlage, oder kann durch ein geeignetes
Sensorelement erfasst werden. Andere Änderungen von Prozessbedingungen
müssen
nicht unbedingt für
sich „sichtbar" sein und können unter
Umständen
nicht in effizienter Weise in konventionellen Plattierungsanlagen
kompensiert werden, da typischerweise ein zeitaufwendiger Neujustierungsprozess
mit einer nachfolgenden Testperiode nach dem Erkennen der Prozessabweichung
erforderlich ist. Angesichts der Probleme, die zuvor mit Bezug zu
den 1a und 1b erläutert worden
sind, stellt die vorliegende Erfindung eine Steuerungsstrategie
bereit, in der ein oder mehrere Sätze von Strömen zum Betreiben einer oder
mehrerer Mehrfachanodenkonfigurationen auf einem Zeitmaßstab neu
berechnet werden können,
der vernachlässigbar
ist zu der Zeit, die zum Handtieren und Prozessieren eines Substrats
in einer Elektroplattierungsanlage erforderlich ist, wodurch die
Möglichkeit
geboten wird, um in einer im Wesentlichen nicht verzögerten Weise auf
Prozessschwankungen zu reagieren. In einigen Ausführungsformen
kann die erneute Berechnung entsprechender Sätze von Strömen für diverse Mehrfachanodenkonfigurationen
auf dem Auftreten von leicht detektierbaren Prozessschwankungen
basieren, wobei beispielsweise die Berechnung unter der Bedingung
ausgeführt
werden kann, dass der Gesamtstrom, der jeder der mehreren der Mehrfachanodenkonfigurationen
zugeführt
wird, im Wesentlichen gleich ist, wodurch sichergestellt wird, dass
die Menge des abgeschiedenen Metalls im Wesentlichen gleich bleibt
für identische
Prozesszeiten. Andererseits ermöglicht
es die automatisierte erneute Berechnung der Anodenströme auch,
dass effizient und bei Bedarf im Wesentlichen kontinuierlich auf nicht-sichtbare Änderungen
reagiert wird, die lediglich durch eine Abweichung von einem gewünschten
Sollprofil erkannt werden können.A particular feature provided by the present invention is the ability to rapidly respond to a change in process conditions in an electroplating plant or in a process preceding or following the plating process. Such changing process conditions may be, for example, a change in the properties of a plating solution due to a subtle variation in the properties of sensitive additives contained in the plating solution, or the deterioration of consumables in the plating line or in a plating downstream CMP plant. A change of process conditions may be known in advance, for example the change of a consumable in a CMP plant, or may be detected by a suitable sensor element. Other changes in process conditions may not necessarily be "visible" by themselves and may not be efficiently compensated for in conventional plating plants because typically a time-consuming readjustment process is required with a subsequent test period after the process deviation is detected related to the 1a and 1b have been explained, the present invention provides a control strategy in which one or more sets of streams for operating one or more multi-anode configurations can be recalculated on a time scale that is negligible At the time required to handle and process a substrate in an electroplating plant, it is possible to provide for the ability to react to process variations in a substantially non-delayed manner. In some embodiments, the recalculation of corresponding sets of currents for diverse multi-anode configurations may be based on the occurrence of easily detectable process variations, for example, the calculation may be performed under the condition that the total current supplied to each of the plurality of multi-anode configurations is substantially equal This ensures that the amount of metal deposited remains essentially the same for identical process times. On the other hand, the automated recalculation of the anode currents also allows efficient and, if necessary, essentially continuous response to non-visible changes that can only be detected by a deviation from a desired setpoint profile.
Daher
basiert in anderen Ausführungsformen
die Steuerungsstrategie für
einen Elektroplattierungsprozess auf der Grundlage des Konzepts,
eine Abweichung von einem gewünschten
Dickenprofil innerhalb eines vordefinierten zulässigen Bereichs zu halten.
Das gewünschte
Dickenprofil einer auf einer Substratoberfläche abzuscheidenden Metallschicht
kann als eine Funktion T (r) geschrieben werden, wobei T einen Dickenwert
an einer Position r auf der Substratoberfläche darstellen soll. Obwohl
die Variable r eine beliebige Position auf einer ebenen oder nicht
ebenen Substratoberfläche
repräsentieren
kann, wird im Folgenden angenommen, dass r einen Abstand von dem
Mittelpunkt eines im Wesentlichen scheibenförmigen Substrats, etwa einer Scheibe
in der Halbleiterindustrie, darstellt. Somit wird angenommen, dass
das gewünschte
Dickenprofil T (r) axialsymmetrisch ist, wobei jedoch zu beachten
ist, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch auf eine
beliebige Funktion T (r) anwendbar sind. In ähnlicher Weise kann ein tatsächliches
Dickenprofil einer Metallschicht als M (r) bezeichnet werden, wobei
M eine Metalldicke an der Position r bezeichnet. Somit kann es entsprechend
einiger Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung geeignet sein, eine Abweichung des tatsächlichen
Dickenprofils M (r) von dem gewünschten
Dickenprofil T (r) in einem vordefinierten zulässigen Bereich zu halten, unabhängig von
Schwankungen eines Elektroplattierungsprozesses oder eines dem Plattieren vor-
oder nachgeschalteten Prozesses.Therefore
based in other embodiments
the control strategy for
an electroplating process based on the concept,
a deviation from a desired one
Thickness profile to keep within a predefined allowable range.
The wished
Thickness profile of a metal layer to be deposited on a substrate surface
can be written as a function T (r), where T is a thickness value
to represent at a position r on the substrate surface. Even though
the variable r any position on a plane or not
flat substrate surface
represent
can, is assumed below that r is a distance from the
Center of a substantially disc-shaped substrate, such as a disc
in the semiconductor industry. Thus it is assumed that
the wished
Thickness profile T (r) is axially symmetric, but to be noted
is that the principles of the present invention also apply to a
any function T (r) are applicable. Similarly, an actual
Thickness profile of a metal layer can be referred to as M (r), wherein
M denotes a metal thickness at the position r. Thus, it can be done accordingly
some embodiments
be suitable for the present invention, a deviation of the actual
Thickness profile M (r) of the desired
Thickness profile T (r) to hold in a predefined allowable range, regardless of
Fluctuations in an electroplating process or a plating process.
or downstream process.
Wie
zuvor mit Bezug zu den 1a und 1b erläutert worden
ist, kann das tatsächliche
Dickenprofil M (r) von dem Strom beeinflusst sein, der einem spezifizierten
Anodenbereich 102a, ... 102n zugeführt wird,
wobei das Ausmaß an
Einfluss oder Sensitivität
der Anodenbereiche 102a, ...102n im Voraus bestimmt werden
kann, wobei angenommen wird, dass der Einfluss durch subtile Prozessschwankungen
der Elektroplattierungsanlage nur in einer vernachlässigbaren
Weise beeinflusst wird. Der Einfluss des auf einen einzelnen Anodenbereich 102a,
... 102n zugeführten
Stromes wird im Weiteren als Sensitivität bezeichnet und entsprechende
Daten werden als Sensitivitätsdaten
gekennzeichnet. Durch Bestimmen der Sensitivitätsdaten für eine spezifizierte Elektroplattierungsanlage,
etwa die Anlage 100, wie sie mit Bezug zu den 1a und 1b beschrieben
ist, kann ein entsprechender Satz von Anodenströmen auf der Grundlage des gewünschten
Dickenprofils T (r) und auf der Grundlage des tatsächlichen
Dickenprofils M (r) berechnet werden, die in Form diskreter Messdaten
von einem zuvor prozessierten Substrat erhalten werden können. Typischerweise
werden Dickenmessungen nach dem Plattieren zumindest an einigen
repräsentativen
Stellen eines Substrats ausgeführt,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, um einen aktualisierten Satz an Strömen für eine oder
mehrere Mehrfachanodenkonfigurationen, etwa die Konfiguration 102,
zu bestimmen. Die Transformation der diskreten Messdaten für ein tatsächliches
Dickenprofil in eine im Wesentlichen kontinuierliche Funktion M
(r) kann in einfacher Weise durch Interpolation, Datenanpassungsverfahren
und beliebige andere Datenmanipulierverfahren, wie sie im Stand
der Technik bekannt sind, erreicht werden. Das gleiche gilt für die Sensitivitätsdaten,
die als diskrete Messwerte für
mehrere Positionen und für
mehrere unterschiedliche Stromwerte für jede der einzelnen Anodenbereiche 102a,
... 102n bereitgestellt werden können. Beispielsweise können entsprechende
Sensitivitätsdaten
durch Variieren des Stromes für
einen spezifizierten Anodenbereich und durch Messen der erhaltenen
tatsächlichen
Metalldicke nach einer spezifizierten Abscheidezeit ermittelt werden.
Danach kann der Abscheideprozess weiter fortgeführt werden oder mit einem weiteren
Anodenbereich 102a, ... 102n erneut begonnen werden.
Aus der Vielzahl der diskreten Messwerte kann eine kontinuierliche Funktion
der Sensitivität
jedes einzelnen Anodenbereichs, die als Si (r)
bezeichnet wird, durch eine der oben genannten Datenmanipulierungsverfahren
abgeleitet werden, wobei der Index i einen der Anodenbereiche 102a,
... 102n repräsentiert.
Somit kann auf der Grundlage des Satzes von Strömen, die zum Erzeugen des tatsächlichen
Dickenprofils M (r) angewendet werden, ein aktualisierter Satz von
Strömen
so berechnet werden, dass ein erwartetes Dickenprofil für ein durch
die Plattierungsanlage 100 zu prozessierendes Substrat eine
Abweichung von dem gewünschten
Dickenprofil T (r) aufweist, die innerhalb des gut definierten zulässigen Bereichs
liegt.As before with reference to the 1a and 1b has been explained, the actual thickness profile M (r) may be affected by the current corresponding to a specified anode region 102 , ... 102n is supplied, the extent of influence or sensitivity of the anode regions 102 , ... 102n can be determined in advance, assuming that the influence is affected by subtle process variations of the electroplating plant only in a negligible manner. The influence of the on a single anode area 102 , ... 102n supplied current is referred to below as sensitivity and corresponding data are identified as sensitivity data. By determining the sensitivity data for a specified electroplating plant, such as the plant 100 as related to the 1a and 1b described, a corresponding set of anode currents can be calculated based on the desired thickness profile T (r) and on the actual thickness profile M (r), which can be obtained in the form of discrete measurement data from a previously processed substrate. Typically, thickness measurements after plating are performed at least at some representative locations of a substrate used in accordance with the present invention to provide an updated set of currents for one or more multi-anode configurations, such as the configuration 102 to determine. The transformation of the discrete measurement data for an actual thickness profile into a substantially continuous function M (r) can be achieved in a simple manner by interpolation, data adaptation methods and any other data manipulation methods known in the art. The same applies to the sensitivity data, which are discrete measured values for several positions and for several different current values for each of the individual anode areas 102 , ... 102n can be provided. For example, corresponding sensitivity data may be obtained by varying the current for a specified anode region and measuring the actual metal thickness obtained after a specified deposition time. Thereafter, the deposition process can be continued or with another anode region 102 , ... 102n be started again. From the plurality of discrete measured values, a continuous function of the sensitivity of each individual anode region, which is referred to as S i (r), can be derived by one of the above-mentioned data manipulation methods, wherein the index i is one of the anode regions 102 , ... 102n represents. Thus, based on the set of streams used to generate the actual thickness profile M (r), an updated set of streams may be calculated to provide an expected thickness profile for one by the plating plant 100 substrate to be processed has a deviation from the desired thickness profile T (r) which is within the well-defined allowable range.
Dazu
kann es vorteilhaft sein, die Differenz zwischen einem tatsächlichen
Dickenprofil M (r), das zu ermitteln ist, und dem gewünschten
Dickenprofil T (r) durch einen ortsabhängigen Term und einen ortsunabhängigen Term,
der einen konstanten Offset der tatsächlichen Metallschicht in Bezug
auf die gewünschte
ideale Metallschicht darstellt, gemäß der folgenden Gleichung auszudrücken: M (r) – T
(r) = E (r) + MOffset (1) wobei E
(r) die ortsabhängige
Abweichung oder Überschussmaterial
und MOffset die ortsunabhängige Abweichung
repräsentiert.
Somit ist die Summe des ortsabhängigen
Anteils E (r) über
die gesamte Substratoberfläche
A hinweg gleich Null, d. h. unter der Annahme einer
im Wesentlichen konstanten Plattierungszeit und mit einem im Wesentlichen
konstanten Gesamtstrom ISUM, der die Summe
der einzelnen, den Anodenbereichen 102a ...102n zugeführten individuellen
Ströme
repräsentiert,
d. h.For this purpose, it may be advantageous to calculate the difference between an actual thickness profile M (r) and that and express the desired thickness profile T (r) by a location dependent term and a location independent term representing a constant offset of the actual metal layer with respect to the desired ideal metal layer according to the following equation: M (r) - T (r) = E (r) + M offset (1 ) where E (r) the location-dependent deviation or excess material and M offset represents the location-independent deviation. Thus, the sum of the location-dependent component E (r) across the entire substrate surface A is equal to zero, ie assuming a substantially constant plating time and with a substantially constant total current I SUM , which is the sum of the individual, the anode areas 102 ... 102n represents supplied individual flows, ie
Der
ortsunabhängige
Term MOffset kann nahe bei Null liegen,
da die Menge des auf das Substrat abgeschiedenen Metalls im Wesentlichen
von dem Gesamtstrom, der den Anodenbereichen zugeführt wird,
und der Plattierungszeit abhängt.
Folglich kann das Ändern
der Ströme
zu den einzelnen Anodenbereiche 102a, ... 102n wesentlich
den ortsabhängigen
Term E (r) beeinflussen, wohingegen geringfügige Schwankungen der Plattierungszeit
entsprechend den obigen Annahmen im Wesentlichen den ortsunabhängigen Term
MOffset beeinflussen, so dass dieser Wert
leicht in der Nähe
von Null variiert. Somit kann in einer Ausführungsform ein aktualisierter
Satz an Strömen,
die den einzelnen Anodenbereiche 102a, ... 102n zugeführt werden,
aus dem Konzept basieren, den Betrag von E (r) in Gleichung (1)
zu reduzieren oder zu minimieren.The location-independent term M offset may be close to zero because the amount of metal deposited on the substrate is substantially dependent on the total current supplied to the anode regions and the plating time. Consequently, changing the currents to the individual anode regions 102 , ... 102n significantly affect the location-dependent term E (r), whereas slight variations in the plating time according to the above assumptions substantially affect the location-independent term M offset , so that this value varies slightly in the vicinity of zero. Thus, in one embodiment, an updated set of streams corresponding to the individual anode regions 102 , ... 102n are based on the concept of reducing or minimizing the amount of E (r) in equation (1).
Dazu
kann der aktualisierte Satz an Strömen als Iupdated =
(I updated / 102A, ... I updated / 102N) bezeichnet werden, während der
Satz von Strömen,
der zum Erzeugen eines tatsächlichen
Dickenprofils eines zuvor prozessierten Substrats geschrieben werden
kann als I0 = (I 0 / 102A, ....I 0 / 102N). In ähnlicher
Weise kann die entsprechende Funktion, die das Dickenprofil des
zuvor prozessierten Substrats repräsentiert, als M0 (r)
bezeichnet werden, wobei, wie zuvor erläutert ist, die Funktion M0 (r) durch einen entsprechenden Satz an
Messwerten erhalten wird, die an mehreren unterschiedlichen Positionen
(r) entsprechend standardmäßiger Dickenmessverfahren
gewonnen werden. Die kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche
Funktion M0 (r) kann dann durch Interpolation,
Datenanpassung und andere gut etablierte Datenmanipulationsprozeduren
erhalten werden. Unter der Annahme einer im Wesentlichen konstanten
Plattierungszeit während
des Plattierungsprozesses beim Erreichen des Dickenprofils M0 (r) kann der ortsunabhängige Term MOffset (siehe
Gleichung 1) – obwohl
dieser als nahe bei Null liegend erwartet wird – unter Anwendung der Gleichung
(1) berechnet werden, da die Summe oder das Integral über die
gesamte Fläche
des Substrats von der Differenz von M0 (r)
und T (r) berechnet werden, da die Summe des ortsabhängigen Teils
E (r) Null ist, siehe Gleichung (1'), wie dies zuvor mit Bezug zu Gleichung
1 erläutert ist.
Somit kann der relativ kleine ortsunabhängige Anteil MOffset mittels
Gleichung (3) in der folgenden Weise ermittelt werden: To this end, the updated set of streams may be referred to as I updated = (I updated / 102A, ... I updated / 102N) while the set of streams that can be written to produce an actual thickness profile of a previously processed substrate is I 0 = (I 0 / 102A, .... I 0 / 102N). Similarly, the corresponding function representing the thickness profile of the previously processed substrate may be referred to as M 0 (r), where, as previously discussed, the function M 0 (r) is obtained by a corresponding set of measurements be obtained at several different positions (r) according to standard thickness measuring method. The continuous or quasi-continuous function M 0 (r) can then be obtained by interpolation, data adaptation, and other well-established data manipulation procedures. Assuming a substantially constant plating time during the plating process when the thickness profile M 0 (r) is reached, the location independent term M Offset (see Equation 1), although expected to be close to zero, can be calculated using Equation (1) since the sum or integral over the entire area of the substrate is calculated from the difference of M 0 (r) and T (r), since the sum of the location dependent part E (r) is zero, see equation (1 ') , as previously explained with reference to equation 1. Thus, the relatively small location independent fraction M offset can be determined by equation (3) in the following way:
Wobei
A die Gesamtfläche
des Substrats repräsentiert,
auf der Metall abgeschieden wird.In which
A the total area
represents the substrate,
is deposited on the metal.
Da
MOffset nach Gleichung (3) für eine Klasse
zulässiger
Funktionen berechnet werden kann, die die ortsabhängige Abweichung
E (r) repräsentieren,
kann dann ein entsprechendes Dickenprofil für ein nachfolgendes Substrat,
das als M (r) bezeichnet ist, dann auf der Grundlage der Gleichung
(1) berechnet werden.Since M offset can be calculated according to equation (3) for a class of allowed functions representing the location-dependent deviation E (r), then a corresponding thickness profile for a subsequent substrate, denoted as M (r), can then be based on of equation (1).
Da
die Steuervariable des Plattierungsprozesses der Satz von Strömen I102A, ..., I102N,
ist, die mit dem Dickenprofil M (r) durch die Sensitivitätsfunktionen
S102A(r), ..., S102A(t) korreliert
sind, kann der Plattierungsprozess modelliert werden, indem eine
Korrelation zwischen dem Dickenprofil des zuvor prozessierten Substrats M0(r) und den Sensitivitätsfunktionen S102(r),
..., S102N(r) erstellt wird, um damit das
aktualisierte Dickenprofil M (r) als eine Funktion der einzelnen
Anodenströme
I102A, I102N zu
erhalten. In einer Ausführungsform
kann eine lineare Abhängigkeit
für das
Plattierungsmodell in einer Form verwendet werden, wie sie beispielsweise
durch die folgende Gleichung 4 gegeben ist: wobei
der Index i die einzelnen Anoden 102A, ... 102N repräsentiert.
Es sollte beachtet werden, dass andere Abhängigkeiten verwendet werden
können,
solange diese Abhängigkeiten
den Einfluss einer Änderung
der einzelnen Anodenströme
auf ein gegebenes Dickenprofil ausdrücken, wodurch ein neues Dickenprofil
erzeugt wird. In Gleichung (4) beruht das Dickenprofil M0 (r) vorzugsweise auf Messdaten, die von
einem zuvor prozessierten Substrat erhalten werden, wobei die Verzögerung in
Bezug auf das Substrat, das momentan auf der Grundlage des berechneten
Dickenprofils M (r) prozessiert wird, relativ klein ist, um somit
die Möglichkeit
für eine
kurze Reaktionszeit auf beliebige Prozessschwankungen zu bieten.Since the control variable of the plating process is the set of currents I 102A , ..., I 102N , which are correlated with the thickness profile M (r) by the sensitivity functions S 102A (r) , ..., S 102A (t) , For example, the plating process can be modeled by creating a correlation between the thickness profile of the previously processed substrate M 0 (r) and the sensitivity functions S 102 (r) , ..., S 102N (r) to match the updated thickness profile M (r ) as a function of the individual anode currents I 102A , I 102N . In one embodiment, a linear dependence for the plating model may be used in a form such as, for example given the following equation 4: where the index i is the individual anodes 102A , ... 102N represents. It should be noted that other dependencies can be used as long as these dependencies express the effect of changing the individual anode currents to a given thickness profile, thereby creating a new thickness profile. In Equation (4), the thickness profile M 0 (r) is preferably based on measurement data obtained from a previously processed substrate, the delay being related to the substrate currently being processed on the basis of the calculated thickness profile M (r). is relatively small, thus offering the possibility for a short reaction time to any process variations.
In
anderen Ausführungsformen
kann es jedoch geeignet sein, die Funktion M0 (r)
auf der Grundlage ermittelter Messdaten und/oder vorbestimmter nicht
experimenteller Daten und dergleichen auszuwählen. Beispielsweise können in
einer Anfangsphase des Plattierungsprozesses, in welcher Messdaten
nicht verfügbar sind,
geeignete Referenzdaten für
die Funktion M0 (r) oder das gewünschte Sollprofil
T (r) verwendet werden.In other embodiments, however, it may be appropriate to select the function M 0 (r) based on acquired measurement data and / or predetermined non-experimental data and the like. For example, in an initial phase of the plating process, in which measurement data is not available, suitable reference data for the function M 0 (r) or the desired target profile T (r) may be used.
In
einer speziellen Ausführungsform
kann die Stabilität
des Steuerungsprozesses verbessert werden, indem ein zulässiger Bereich
für die
einzelnen Anodenströme
I102A, I102N geeignet
ausgewählt
wird. D. h., für jeden
der Anodenströme
I102A, I102N kann
ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert so ausgewählt werden,
dass das resultierende Dickenprofil M (r) durch einen Satz von Strömen erhalten
wird, wobei jeder einzelne Anodenstrom innerhalb seines zulässigen Bereichs
liegt. Beispielsweise können
auf der Grundlage von Erfahrungen, die aus vorhergehenden Plattierungsprozessen
gewonnen wurden, Sollwerte für
die einzelnen Anodenströme
bestimmt werden und es kann ein entsprechender zulässiger Bereich
für jeden
Anodenstrom sodann ausgewählt
werden. In anderen Fällen
können
entsprechende Sollwerte und zugeordnete zulässige Bereiche auf der Grundlage
der Messdaten bestimmt werden, die während des Bestimmens der Empfindlichkeitsfunktionen
gewonnen werden, da in dieser Betriebsphase der Plattierungsanlage
der Einfluss des einzelnen Anodenstroms in einfacher Weise untersucht
werden kann. Der Sollwert und der entsprechende zulässige Bereich
für jeden
Anodenbereich 102A, ... 102N kann auch auf der
Grundlage von Anlageneigenschaften und Anlagen- und/oder Prozesserfordernissen
bestimmt werden. Typischerweise resultiert ein Bereich von ungefähr 10 bis
20% Schwankung in Bezug auf den entsprechenden Sollwert der einzelnen
Anodenströme
in einer ausreichenden Steuerungsstabilität.In a specific embodiment, the stability of the control process can be improved by properly selecting an allowable range for the individual anode currents I 102A , I 102N . That is, for each of the anode currents I 102A , I 102N , an upper limit and a lower limit may be selected such that the resulting thickness profile M (r) is obtained by a set of currents, with each individual anode current within its allowable range lies. For example, based on experience gained from previous plating processes, setpoints for the individual anode streams may be determined, and a corresponding allowable range for each anode stream may then be selected. In other cases, corresponding setpoints and associated allowable ranges may be determined based on the measurement data obtained during the determination of the sensitivity functions, since in this phase of operation of the plating plant the influence of the single anode current can be easily examined. The setpoint and the corresponding allowable range for each anode area 102A , ... 102N may also be determined based on plant characteristics and equipment and / or process requirements. Typically, a range of approximately 10 to 20% variation with respect to the corresponding set point of the individual anode currents results in adequate control stability.
Im
Folgenden werden die unteren und die oberen Grenzwerte für die entsprechenden
Anodenströme Ii, I = 102A, .... 102N,
als I L / i bzw. I H / i bezeichnet. Somit kann für eine gegebene zulässige ortsabhängige Abweichung
E(r) ein entsprechender aktualisierter Satz von Strömen auf
der Grundlage der Gleichungen (1), (2) und (4) berechnet werden.In the following, the lower and the upper limit values for the corresponding anode currents I i , I = 102A , .... 102N , designated IL / i or IH / i. Thus, for a given allowable location-dependent deviation E (r), a corresponding updated set of currents may be calculated based on equations (1), (2), and (4).
In
einer speziellen Ausführungsform
kann der aktualisierte Satz von Strömen durch das Bestimmen des
erforderlichen Dickenprofils M (r) mit einer minimalen Abweichung
E (r) ermittelt werden. D. h., der aktualisierte Satz von Strömen, der
als Iupdated = I updated / 102A, ..., I updated / 102N bezeichnet ist,
kann durch das Lösen
der folgenden Gleichung (5) ermittelt werden.In a specific embodiment, the updated set of currents may be determined by determining the required thickness profile M (r) with a minimum deviation E (r). That is, the updated set of currents designated as I updated = I updated / 102A, ..., I updated / 102N can be obtained by solving the following equation (5).
In
einer speziellen Ausführungsform
werden Nebenbedingungen für
die einzelnen Anodenströme
verwendet und werden so festgelegt, dass die einzelnen Ströme innerhalb
eines zulässigen
Bereichs liegen, beispielsweise wie er zuvor bestimmt wurde und/oder
so, dass die Summe der einzelnen Anodenströme im Wesentlichen gleich einem
vordefinierten Wert ist. Somit können
diese Nebenbedingungen durch die folgenden Gleichungen (6) und (7)
dargestellt werden.In
a special embodiment
are constraints for
the individual anode currents
used and are set so that the individual streams within
a permissible one
Range, for example, as previously determined and / or
such that the sum of the individual anode currents is substantially equal to one
is predefined value. Thus, you can
these constraints are given by the following equations (6) and (7)
being represented.
In
Gleichung (5) kann das Integral als ein eindimensionales Integral
vom Substratmittelpunkt zum Rand des Substrats, der als D bezeichnet
ist, ausgeführt
werden, oder das Integral kann als zweidimensionales Integral über die
gesamte Substratoberfläche
ausgeführt
werden. In einer Ausführungsform,
wie in Gleichung (5) gezeigt ist, kann das eindimensionale Integral
verwendet werden, da der Beitrag des Substratmittelpunkts in der
eindimensionalen Darstellung betont wird, was für Dickenprofile vorteilhaft
sein kann, die in der Nähe
des Substratmittelspunkts kritisch sind. Beispielsweise kann ein
dem Plattieren nachgeschalteter CMP-Prozess eine deutliche Abtragsratenänderung
in der Nähe
des Substratmittelspunkts zeigen, so dass ein entsprechend sensitiv
angepasstes Plattierungsprofil vorteilhaft sein kann.In
Equation (5) can be the integral as a one-dimensional integral
from the substrate center to the edge of the substrate, denoted as D.
is, executed
or the integral can be used as a two-dimensional integral over the
entire substrate surface
accomplished
become. In one embodiment,
As shown in equation (5), the one-dimensional integral
be used because the contribution of the substrate center in the
one-dimensional representation is emphasized, which is advantageous for thickness profiles
can be that close
of the substrate midpoint are critical. For example, a
the plating downstream CMP process a significant Abtragsratenänderung
near
of the substrate center point, so that a correspondingly sensitive
adapted cladding profile may be advantageous.
Durch
Einfügen
der Gleichung (4) in die Gleichung (5) und durch numerische Integrationsverfahren können die
aktualisierten Anodenströme
berechnet werden. Beispielsweise kann ein Personalcomputer, der einen
darin geeigneten Befehlssatz aufweist, beispielsweise in Form eines
Matlab-Programms, verwendet werden, um numerische Werte für die aktualisierten
Anodenströme
zu ermitteln. Abhängig
von den Hardwareerfordernissen für
eine entsprechende Steuereinheit und abhängig von der gewünschten
Genauigkeit der ausgeführten
Berechnungen können
andere Implementierungen, etwa ein entsprechend programmierter Mikrocomputer,
oder eine andere geeignet ausgebildete Schaltung einschließlich analoger
und/oder digitaler Schaltungsentwürfe, verwendet werden. Wie
mit Bezug zu 2 erläutert ist, kann auch ein externes
Gerät verwendet
werden, das funktionsmäßig mit
einer entsprechenden Plattierungsanlage verbunden ist, um die berechneten
aktualisierten Sätze
von Strömen
zu der Plattierungsanlage innerhalb einer Zeitdauer zu transportieren, die
ausreichend ist, um die gewünschte
Steuerfunktion zu ermöglichen.By inserting equation (4) into equation (5) and numerical integration methods, the updated anode currents can be calculated. For example, a personal computer having a command set suitable therein, for example in the form of a Matlab program, may be used to determine numerical values for the updated anode streams. Depending on the hardware requirements for a corresponding controller and depending on the desired accuracy of the calculations performed, other implementations, such as a suitably programmed microcomputer, or other suitably designed circuitry, including analog and / or digital circuit designs, may be used. As related to 2 10, an external device operatively connected to a corresponding plating plant may also be used to transport the calculated updated sets of currents to the plating plant within a time sufficient to allow the desired control function.
Wie
zuvor erläutert
ist, kann es vorteilhaft sein, anzunehmen, dass die Plattierungszeit
im Wesentlichen für
das durch die Elektroplattierungsanlage 100 zu prozessierende
Substrat konstant ist. In anderen Ausführungsformen kann ein gewisses
Maß an Änderung
der Plattierungszeit berücksichtigt
werden, indem die aktualisierte Plattierungszeit Tupdated entsprechend
erneut berechnet wird, indem die zuvor bestimmte ortsunabhängige Abweichung
MOffset verwendet wird. Zum Beispiel kann
die aktualisierte Plattierungszeit Tupdated aus der
Plattierungszeit T0 für das zuvor prozessierte Substrat
mittels einer vorher etablierten Abhängigkeit berechnet werden.
In einem Beispiel kann die aktualisierte Plattierungszeit Tupdeted linear mit dem der ortsunabhängigen Abweichung
MOffset und der vorherigen Plattierungszeit
T0 in der Form der folgenden Gleichung (8)
in Beziehung stehen: wobei γ einen Sensitivitätsfaktor
der plattierten Metalldicke in Bezug auf eine Änderung der Plattierungszeit repräsentiert.
Ein entsprechender numerischer Wert für γ kann einfach erhalten werden,
indem der Zuwachs der Dicke innerhalb einer oder mehrerer gut definierter
Perioden der Plattierungszeit gemessen wird. Somit können Abweichungen
des Dickenprofils, in denen das Dickenprofil praktisch als gesamtes
in Bezug auf das Sollprofil T (r) geändert wird, in wirksamer Weise
durch entsprechendes Neuberechnen der aktualisierten Plattierungszeit
Tupdated kompensiert werden. Wie zuvor erläutert ist, ändert eine
geringfügige Änderung
der Plattierungszeit im Wesentlichen nicht die ortsabhängige Abweichung
E(r), während
der ortsunabhängige
Term MOffset weiterhin klein bleibt, so
dass die Änderung
der Plattierungszeit ebenso klein ist und entsprechende aktualisierte
Versionen der Plattierungszeit nicht unnötig die Stabilität der Steuerungsstrategie
oder die aktualisierten Anodenströme, wenn die in der zuvor beschriebenen
Weise bestimmt sind, beeinflussen.As previously explained, it may be advantageous to assume that the plating time is essentially for that through the electroplating plant 100 to be processed substrate is constant. In other embodiments, a certain amount of change in the plating time may be taken into account by recalculating the updated plating time T updated using the previously determined location-independent deviation M Offset . For example, the updated plating time T updated from the plating time T 0 for the previously processed substrate may be calculated by a previously established dependency. In one example, the updated plating time T updeted may be linearly related to that of the location-independent deviation M Offset and the previous plating time T 0 in the form of the following equation (8): wherein γ represents a sensitivity factor of the plated metal thickness with respect to a change of the plating time. A corresponding numerical value for γ can easily be obtained by measuring the increase in thickness within one or more well-defined periods of the plating time. Thus, deviations of the thickness profile in which the thickness profile is practically changed as a whole with respect to the target profile T (r) can be effectively compensated by appropriately recalculating the updated plating time T updated . As explained above, a slight change in the plating time does not substantially change the location-dependent deviation E (r), while the location-independent term M offset still remains small, so that the change of the plating time is also small and corresponding updated versions of the plating time are not unnecessary Stability of the control strategy or the updated anode currents if determined in the manner previously described.
Mit
Bezug zu den 1 und 2 werden
nunmehr eine oder mehrere der zuvor vorgestellten Steuerungsstrategien
in einer Plattierungsanlage nunmehr detaillierter beschrieben.Related to the 1 and 2 Now, one or more of the previously presented control strategies in a plating plant will now be described in more detail.
2 zeigt
schematisch eine Plattierungsanlage 200, die einen oder
mehrere Reaktorbehälter
mit Mehrfachanodenkonfigurationen, wie sie zuvor mit Bezug zu den 1a und 1b beschrieben
sind, aufweisen kann. Somit werden die entsprechenden Reaktorbehälter als 101 bezeichnet
und eine Beschreibung davon ist in Bezug auf 1 erfolgt.
Die Reaktorbeehälter 101a, 101b,
... sind mit entsprechenden steuerbaren Stromversorgungen 210a, 210b verbunden,
die so ausgebildet sind, um einen Satz von Strömen an die entsprechenden Mehrfachanodenkonfigurationen
innerhalb der Reaktorbehälter 101a, 101b,
... zuzuführen. Der
Einfachheit halber wird ein entsprechender Satz von Strömen, der
einem entsprechenden Reaktorbehälter 101a, 101b,
... zugeführt
wird, als I102A, ...I102N bezeichnet,
wobei die Anzahl der Anodenbereiche in jedem der Reaktorbehälter von
der Gestaltung der Plattierungsanlage 200 abhängt. Wie
zuvor mit Bezug zu den 1a und 1b erläutert ist,
können
vier Anodenbereiche 102A, ... 102N mit einer axialen
Symmetrie vorgesehen sein, wobei in anderen Plattierungsanlagen
die Anzahl der Anodenbereiche nur 2 betragen kann und auch größer als
4 sein kann. Die Plattierungsanlage 200 kann auch als ein
System von mehreren unterschiedlichen Plattierungsanlagen betrachtet
werden, wobei jede einen anders gestalteten Reaktorbehälter aufweist,
wobei die Anzahl der Anodenbereiche ebenso in mindestens einigen
der mehreren Plattierungsanlagen unterschiedlich sein kann. In ähnlicher
Weise können
die Reaktorbehälter 101a, 101b sich
in Reaktoraufbau, der Anzahl der Anodenbereiche und dergleichen
unterscheiden. Es sollte auch betont werden, dass die Mehrfachanodenkonfigurationen
der einzelnen Reaktorbehälter 101a, 101b,
... nicht notwendigerweise eine axiale Symmetrie aufweisen müssen, sondern
dass diese eine beliebige geometrische Ausbildung aufweisen können, wie
dies als geeignet erachtet wird. Beispielsweise kann in einigen
Fällen
ein Dickenprofil gewünscht
sein, das eine nicht axiale Symmetrie zeigt und damit kann eine
entsprechende Mehrfachanodenkonfiguration vorgesehen werden. Zum
Beispiel kann die Mehrfachanodenkonfiguration 102A, .... 102N,
wie sie in den 1a und 1b gezeigt
ist, in der Form von Kreissegmenten vorgesehen sein, wobei einzelne
Segmente voneinander isoliert sind und einen Bereich der Mehrfachanodenkonfiguration
darstellen. In einem derartigen Falle kann die zuvor erläuterte Steuerungsstrategie
ebenso angewendet werden, wobei die entsprechenden ortsabhängigen Funktionen
und Terme durch zweidimensionale Koordinaten anstelle einer eindimensionalen
radialen Komponente auszudrücken
sind. 2 schematically shows a plating plant 200 comprising one or more reactor vessels having multiple anode configurations as previously described with reference to 1a and 1b may have described. Thus, the corresponding reactor vessel as 101 and a description this is in relation to 1 he follows. The reactor tanks 101 . 101b , ... are with appropriate controllable power supplies 210a . 210b configured to deliver a set of streams to the corresponding multi-anode configurations within the reactor vessels 101 . 101b , ... feed. For simplicity, a corresponding set of streams will be added to a corresponding reactor vessel 101 . 101b , ..., is designated I 102A , ... I 102N , wherein the number of anode regions in each of the reactor vessels is different from the design of the plating plant 200 depends. As before with reference to the 1a and 1b can be explained, four anode areas 102A , ... 102N be provided with an axial symmetry, wherein in other plating plants, the number of anode regions may be only 2 and may be greater than 4. The plating plant 200 may also be considered as a system of several different plating plants, each having a different shaped reactor vessel, wherein the number of anode areas may also be different in at least some of the multiple plating plants. Similarly, the reactor vessels 101 . 101b differ in reactor design, the number of anode regions and the like. It should also be emphasized that the multiple anode configurations of each reactor vessel 101 . 101b , ... do not necessarily have to have an axial symmetry, but that they can have any geometric design, as it is considered appropriate. For example, in some cases, a thickness profile may be desired that exhibits non-axial symmetry, and thus a corresponding multiple anode configuration may be provided. For example, the multiple anode configuration 102A , .... 102N as they are in the 1a and 1b is shown to be in the form of circle segments, with individual segments being isolated from each other and representing a region of the multi-anode configuration. In such a case, the above-explained control strategy may also be applied, expressing the corresponding location-dependent functions and terms by two-dimensional coordinates instead of a one-dimensional radial component.
Die
Plattierungsanlage 200 ist funktionsmäßig mit einer Steuerung 250 verbunden,
wobei die funktionsmäßige Verbindung
durch 251 gekennzeichnet ist und eine beliebige Verbindung
repräsentieren
soll, die einen Datentransfer zumindest von der Steuerung 250 zu
der Plattierungsanlage 200 ermöglicht. In speziellen Ausführungsformen
repräsentiert
die Verbindung 251 eine Datenkommunikationsleitung – als verdrahtete
oder drahtlose Version –,
um ein geeignetes Steuersignal den entsprechenden Stromversorgungen 210a, 210b,
... zuzuführen,
die wiederum die Stromversorgungen 210a, 210b veranlassen,
einen entsprechenden Satz von Strömen I102A,
... I102N zu jedem der Reaktorbehälter 101a, 101b entsprechend
den Berechnungsergebnissen, die in der Steuerung 250 ausgeführt werden,
auszugeben. Die Steuerung 250 kann in einem Arbeitsplatzrechner,
einem PC oder einem Fabrikmanagementsystem implementiert sein, die
eine entsprechende Berechnungseinheit aufweisen, um damit eine oder
mehrere der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auszuführen, um
damit einen aktualisierten Satz von Strömen zu erstellen. Die Steuerung 250 kann
ferner eine Schnittstelle und Kommunikationsabschnitte aufweisen,
die notwendig sind, um Informationen hinsichtlich des aktualisierten
Satzes von Strömen
zu den Stromversorgungen 210a, 210b, ... über die
Funktionsverbindung 251 bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen
kann die Steuerung 250 z. B. in der Form eines geeignet
programmierten Mikroprozessors, eines ASIC (applikationsspezifische
Schaltung) und dergleichen in einer Steuereinheit (nicht gezeigt)
implementiert oder zusätzlich
zu einer Steuereinheit vorgesehen sein, wie sie typischerweise in
konventionellen Elektroplattierungsanlagen zu deren Steuerung vorgesehen
ist. Obwohl die Rechnerleistung der Steuerung 250 die Genauigkeit
und die Geschwindigkeit der numerischen Berechnungen bestimmen,
beispielsweise beim Lösen
der Gleichung (5), stellt die Steuerung 250 typischerweise
die Ergebnisse innerhalb eines Zeitintervalls bereit, das im Vergleich
zu Zeitintervallen vernachlässigbar
ist, die sich auf das Verarbeiten eines Substrats in der Plattierungsanlage 200 beziehen.
Die Steuerung 250 ist ferner so ausgebildet, um Daten von
der Umgebung zu empfangen, auf denen die Berechnung der aktualisierten
Anodenströme
basieren können.
in einer speziellen Ausführungsform
ist die Steuerung 250 so ausgebildet, um Sensitivitätsdaten
von einer externen Quelle, etwa einem Bediener, einem Computer,
einer Messanlage und dergleichen zu empfangen. Dabei können die
Sensitivitätsdaten
in der Form diskreter Messwerte, diskreter theoretischer Werte,
einer mathematischen Funktion oder in Form einer beliebigen anderen
geeigneten Funktion, die die Wirkung mindestens einiger der Anodenbereiche 102A,
... 102N auf ein Dickenprofil beim Betrieb mit entsprechenden
Anodenströmen
I102A, ... I102N betrifft,
bereitgestellt werden. Abhängig
von dem Format der Sensitivitätsdaten
kann die Steuerung 250 so ausgebildet sein, um die Sensitivitätsdaten
zu speichern und in eine geeignete Form umzuwandeln, die die Verwendung
dieser Daten in der Berechnungseinheit der Steuerung 250 zum
Ermitteln aktualisierter Anodenströme ermöglicht.The plating plant 200 is functional with a controller 250 connected, wherein the functional connection through 251 and is intended to represent any connection that requires data transfer at least from the controller 250 to the plating plant 200 allows. In specific embodiments, the compound represents 251 a data communication line - as a wired or wireless version - to provide a suitable control signal to the appropriate power supplies 210a . 210b , which in turn supply the power supplies 210a . 210b induce a corresponding set of currents I 102A , ... I 102N to each of the reactor vessels 101 . 101b according to the calculation results in the control 250 be executed. The control 250 may be implemented in a workstation, a PC, or a factory management system having a corresponding computing unit to implement one or more of the previously described embodiments to create an updated set of streams. The control 250 may further include an interface and communication sections necessary to provide information regarding the updated set of streams to the power supplies 210a . 210b , ... via the function connection 251 provide. In other embodiments, the controller may 250 z. In the form of a suitably programmed microprocessor, an ASIC (Application Specific Circuit) and the like in a control unit (not shown), or provided in addition to a control unit typically provided in conventional electroplating equipment for controlling it. Although the computer power of the controller 250 determine the accuracy and speed of the numerical calculations, for example, when solving equation (5), provides the control 250 typically provide the results within a time interval that is negligible as compared to time intervals associated with processing a substrate in the plating plant 200 Respectively. The control 250 is further configured to receive data from the environment on which the calculation of the updated anode currents may be based. in a specific embodiment, the controller 250 configured to receive sensitivity data from an external source, such as an operator, a computer, a meter, and the like. The sensitivity data may be in the form of discrete measurements, discrete theoretical values, mathematical function, or any other suitable function that effects at least some of the anode regions 102A , ... 102N to a thickness profile during operation with corresponding anode currents I 102A , ... I 102N . Depending on the format of the sensitivity data, the controller can 250 be configured to store the sensitivity data and to convert it into a suitable form, the use of this data in the calculation unit of the controller 250 for detecting updated anode currents.
In
anderen Ausführungsformen
kann die Steuerung 250 so ausgebildet sein, um Dickenprofildaten
in Form diskreter Messwerte oder einer im Wesentlichen kontinuierlichen
Funktion und dergleichen zu empfangen, wobei das Format der Dickenprofildaten
in eine geeignete Darstellung umgewandelt werden kann, die zum Ausführen der
zuvor erläuterten
Berechnungen erforderlich ist. In ähnlicher Weise kann die Steuerung 250 so
ausgebildet sein, um extern zugeführte Profildaten, die ein gewünschtes
Dickenprofil repräsentieren, zu
empfangen, und/oder die Steuerung 250 kann ein oder mehrere
gewünschte
Dickenprofile in einer beliebigen geeigneten Darstellung enthalten,
die auf Anforderung für
den Steuerungsvorgang verwendet werden können. In einer speziellen Ausführungsform
ist die Steuerung 250 funktionsmäßig mit einem Dickenprofilmesssystem
(nicht gezeigt) verbunden, um somit direkt Messdaten von zuvor prozessierten
Substraten zu empfangen, wodurch die Möglichkeit einer Steuerfunktion
mit geschlossener Schleife ermöglicht
wird, wobei die Reaktionszeit der geschlossenen Schleife im Wesentlichen
durch die Zeitverzögerung
zum Bereitstellen der Dickenmessdaten zu der Steuerung 250 bestimmt
ist. Wie zuvor dargelegt ist, ist auf Grund der automatisierten Berechnung
der aktualisierten Anodenströme
die Zeit zum Ermitteln der Anodenströme vernachlässigbar im Vergleich zu anderen
Zeiten bei der Verarbeitung eines Substrats in der Plattierungsanlage 200 oder
in einem anderem Messsystem, das bei dem Steuerungsvorgang beteiligt
ist.In other embodiments, the controller may 250 be configured to receive thickness profile data in the form of discrete measurements or a substantially continuous function, and the like, wherein the format of the thickness profile data may be converted to an appropriate representation required to perform the calculations previously explained. Similarly, the controller 250 be configured to receive externally supplied profile data representing a desired thickness profile, and / or the controller 250 may include one or more desired thickness profiles in any suitable representation that may be used on demand for the control operation. In a specific embodiment, the controller is 250 is operatively connected to a thickness profile measuring system (not shown) so as to directly receive measurement data from previously processed substrates, thereby enabling the possibility of a closed loop control function, wherein the closed loop response time is essentially determined by the time delay to provide the thickness measurement data to the controller 250 is determined. As previously stated, due to the automated calculation of the updated anode currents, the time to determine the anode currents is negligible compared to other times in the processing of a substrate in the plating line 200 or in another measuring system involved in the control process.
In
anderen Ausführungsformen
kann die Steuerung 250 so ausgebildet sein, um zusätzliche
Informationen zu empfangen, etwa Daten eines dem Plattierungsprozess
nachgeschalteten Prozesses, die Prozesseigenschaften nachfolgender
Prozesse, etwa eines CMP-Prozesses repräsentieren, wie er typischerweise
bei der Herstellung von Metallisierungsschichten auf Kupferbasis
angewendet wird, oder Informationen, die Prozessdaten eines dem
Plattieren vorgeschalteten Prozesses repräsentieren, die sich auf Informationen
von vorhergehenden Prozessen beziehen, etwa das Abscheiden einer
Stromverteilungsschicht, einer Saatschicht und dergleichen. Des
weiteren können
Statusinformationen der Plattierungsanlage 200 der Steuerung 250 zugeleitet
und beim Ermitteln neuer Anodenströme verwendet werden. In einer
Ausführungsform
können
die Sensitivitätsdaten
mit der Statusinformation der Plattierungsanlage 200 korreliert werden,
um damit ein Abweichen der Sensitivitätsdaten in Bezug auf den Anlagenzustand
zu reduzieren. Beispielsweise kann es bekannt sein, dass die Sensitivitätsdaten
von der Gesamtprozesszeit abhängen – beispielsweise
auf Grund einer Änderung gewisser
Eigenschaften, etwa der Änderung
der Eigenschaften der Plattierungslösung im Laufe der Zeit. Eine entsprechende
gut bekannte Abhängigkeit
kann daher in einfacher Weise in die zuvor beschriebenen Steuerungsstrategien
aufgenommen werden, indem die Sensitivitätsdaten entsprechend angepasst
werden, wodurch die Stabilität
des Steuerungsvorgangs weiterhin verbessert wird. Während des
Betriebs der Anlage 200 in Kombination mit der Steuerung 250 werden
aktualisierte Sätze
von Strömen
durch die Steuerung 250 entsprechend einer oder mehreren
der zuvor dargestellten Steuerungsstrategien bestimmt, wobei abhängig von der
Gestaltung der Anlage 200 mehrere entsprechende Sätze von
aktualisierten Strömen
den entsprechenden Mehrfachanodenkonfigurationen zugeführt werden,
wodurch die Produktionsausbeute im Vergleich zu konventionellen
Anlagen, in denen typischerweise die gleichen Stromeinstellungen
für die
mehreren im Wesentlichen identischen Reaktorbehälter verwendet werden, verbessert
werden. Erfindungsgemäß kann der
Satz aktualisierter Ströme
einzeln für
jeden Reaktorbehälter 101a, 101b,
... in einem Zeitintervall bestimmt werden, das einen gleichzeitigen
Betrieb der Reaktorbehälter 101a, 101b,
... auf der Grundlage individuell bestimmter aktualisierter Anodenströme ermöglicht.
In speziellen Ausführungsformen
basiert der Steuerungsvorgang auf den Sensitivitätsfunktionen S102A(r),
... S102N(r) und den Dickenprofildaten,
die zuvor als M0(r) bezeichnet sind, die
für jeden
einzelnen Reaktorbehälter 101a, 101b,
... aufgestellt und erhalten werden können.In other embodiments, the controller may 250 be configured to receive additional information, such as data of a process downstream of the plating process, which represent process characteristics of subsequent processes, such as a CMP process as typically used in the manufacture of copper-based metallization layers, or information containing process data of one Represent plating upstream process, which relate to information from previous processes, such as the deposition of a current distribution layer, a seed layer and the like. Furthermore, status information of the plating plant 200 the controller 250 fed and used in determining new anode currents. In one embodiment, the sensitivity data may be correlated with the status information of the plating plant 200 be correlated, in order to reduce a deviation of the sensitivity data in relation to the plant state. For example, it may be known that the sensitivity data depends on the overall process time - for example, due to a change in certain properties, such as changing the properties of the plating solution over time. A corresponding well-known dependency can therefore be easily included in the control strategies described above by adjusting the sensitivity data accordingly, thereby further improving the stability of the control process. During operation of the system 200 in combination with the controller 250 are updated sets of currents through the controller 250 determined according to one or more of the control strategies described above, depending on the design of the plant 200 a plurality of corresponding sets of updated streams are supplied to the respective multi-anode configurations, thereby improving production yield as compared to conventional plants in which typically the same flow settings are used for the plurality of substantially identical reactor vessels. According to the invention, the set of updated streams may be individually for each reactor vessel 101 . 101b , ... are determined in a time interval, the simultaneous operation of the reactor vessel 101 . 101b , ... based on individually determined updated anode currents. In particular embodiments, the control process is based on the sensitivity functions S 102A (r), ... S 102N (r) and the thickness profile data, previously designated M 0 (r), for each individual reactor vessel 101 . 101b , ... can be set up and received.
In
anderen Ausführungsformen
kann ein gewünschtes
Dickenprofil beispielsweise auf der Grundlage eines dem Plattieren
vorgeschalteten oder eines dem Plattieren nachgeschalteten Prozesses
ausgewählt
werden und die Steuerung 250 liefert einen entsprechend
aktualisierten Satz von Strömen
ohne Zeitverzögerung in
Bezug auf die gesamte Prozesszeit in den einzelnen Reaktorbehältern 101a, 101b,
..., d. h. innerhalb eines Zeitintervalls, das vernachlässigbar
ist im Vergleich zu einem Zeitintervall, das beispielsweise zum
Einladen eines Substrates in jeden der Reaktorbehälter 101a, 101b,
... erforderlich ist. Wenn beispielsweise ein nach dem Plattieren
erfolgender CMP-Prozess
anzeigt, dass die Abtragsrate in der Mitte eines Substrates sich
rascher ändert
als an einem Randgebiet des Substrates, kann ein entsprechendes
neues gewünschtes
Dickenprofil ausgewählt
werden und die Steuerung 250 kann unmittelbar entsprechende
aktualisierte Anodenströme in
mehreren Reaktorbehältern 101a, 101b,
... zuführen.In other embodiments, a desired thickness profile may be selected based on, for example, a plating or plating downstream process and control 250 provides a correspondingly updated set of flows with no time delay in relation to the total process time in the individual reactor vessels 101 . 101b , ..., ie within a time interval that is negligible compared to a time interval, for example, for loading a substrate into each of the reactor vessels 101 . 101b , ... is required. For example, if a post-plating CMP process indicates that the rate of removal at the center of a substrate is changing faster than at a periphery of the substrate, a corresponding new desired thickness profile may be selected and control 250 can immediately corresponding updated anode currents in multiple reactor vessels 101 . 101b , ... respectively.
3 zeigt
schematisch gemessene Dickenprofildaten M0 (r)
für mehrere
in der Anlage 200 prozessierte Substrate. In dem vorliegenden
Beispiel wurden 200 mm-Substrate prozessiert, um Kupfer auf der Grundlage
einer Steuerungsstrategie, wie sie zuvor mit Bezug zu der Gleichung
(5), (6) und (7) beschrieben ist, abgeschieden wird, wobei das gewünschte Solldickenprofil
durch ein kuppelhaftes Profil repräsentiert ist, um damit die
Erfordernisse eines dem Plattieren nachgeschalteten CMP-Prozesses
zu genügen,
der eine erhöhte
Abtragsrate in der Substratmitte aufweist. In der angewendeten Steuerungsstrategie
wurde die Plattierungszeit konstant gehalten. Die Kurve C in 3 repräsentiert
ein Substrat, das in dem Reaktorbehälter 101a prozessiert
wurde, während
Kurve B und Kurve A Substrate repräsentieren, die in dem Reaktorbehälter 101b innerhalb
einer Zeitdauer von ungefähr
2 Stunden prozessiert wurden. Die übrigen nicht bezeichneten Kurven in 3 repräsentieren
Substrate, die in weiteren Reaktorbehältern der Anlage 200 (nicht
gezeigt) prozessiert wurden. Wie in 3 gezeigt
ist, bewahrt die Steuerung 250 das gewünschte Dickenprofil im Wesentlichen, wobei
eine Abweichung in diesem Beispiel innerhalb von ungefähr 20 nm
(200 Angstrom) in der Mitte des Substrates bleibt, in der die maximale
Dicke abgeschieden wird. Es sollte beachtet werden, dass eine systematische
Abweichung der Profile A, B und C reduziert werden kann, wenn die
Plattierungszeit ebenso aktualisiert wird, beispielsweise entsprechend
dem Steuervorgang, wie er durch Gleichung (8) beschrieben ist. 3 shows schematically measured thickness profile data M 0 (r) for several in the plant 200 processed substrates. In the present example, 200 mm substrates were processed to deposit copper based on a control strategy as previously described with reference to equations (5), (6), and (7), where the desired thickness profile is determined by dome-like profile is represented in order to meet the requirements of a plating downstream CMP process having an increased removal rate in the substrate center. In the applied control strategy, the plating time was kept constant. The curve C in 3 represents a substrate contained in the reactor vessel 101 while curve B and curve A represent substrates present in the reactor vessel 101b were processed within a period of about 2 hours. The remaining unmarked curves in 3 represent substrates used in other reactor vessels of the plant 200 (not shown) processed were. As in 3 shown preserves the control 250 the desired thickness profile substantially, with a deviation in this example remaining within about 20 nm (200 Angstroms) in the center of the substrate in which the maximum thickness is deposited. It should be noted that a systematic deviation of the profiles A, B and C can be reduced if the plating time is also updated, for example, according to the control operation as described by equation (8).
Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
die eine effiziente Steuerung einer Mehrfachanodenkonfiguration
in einer Elektroplattierungsanlage ermöglicht, indem die einzelnen
Anodenströme
und/oder eine aktualisierte Plattierungszeit auf der Grundlage spezieller
Kriterien ohne eine wesentliche Zeitverzögerung in Bezug auf eine typische
Prozesszeit der Elektroplattierungsanlage berechnet werden, wodurch
eine schnelle Reaktion auf eine Prozessschwankung ermöglicht wird.
Mittels der zuvor erläuterten
Steuerungsstrategien kann die Steuerung 250 einen Steuerungsvorgang
auf der Grundlage der Messergebnisse eines vorhergehenden Substrates
ausführen,
um aktualisierte Anodenströme
für ein
oder mehrere zu prozessierende Substrate zu berechnen. Auf Grund
der Möglichkeit,
die Anodenströme
in einer im Wesentlichen nicht verzögerten Weise zu bestimmen,
können
mehrere Mehrfachanodenkonfigurationen gesteuert werden, wodurch
die Ausbeute erhöht
wird, da die Qualität
der plattierten Substrate verbessert ist. Ferner können einzelne Reaktorbehälter einer
oder mehrerer Plattierungsanlagen gleichzeitig gesteuert werden,
und die Prozessbedingungen innerhalb jedes einzelnen Reaktorbehälters können in
automatisierter Weise optimiert werden, so dass die Lebensdauer
von Verbrauchsmaterialien, etwa von Nassringkontakten, Anoden und
dergleichen erhöht
werden kann, wodurch die Abschaltzeit der Prozessanlage deutlich
reduziert wird. Ferner kann das Konzept der vorliegenden Erfindung
in einfacher Weise in konventionellen Plattierungsanlagen implementiert
werden, wodurch eine erhöhte
Effizienz und Durchsatz dieser Anlagen erzielt wird, ohne übermäßige zusätzliche Kosten
zu verursachen. In anderen Ausführungsformen
können
die Anodenströme
und die Plattierungszeiten regelmäßig mit oder ohne Bezug auf
Messdaten aktualisiert werden, wobei die aktualisierten Anodenströme auf der
Grundlage diverser Kriterien, etwa einem konstanten Gesamtstrom,
der jeder Mehrfachanodenkonfiguration zuzuführen ist, bestimmt werden können.Thus, the present invention provides a technique that allows for efficient control of a multi-anode configuration in an electroplating plant by varying the individual anode currents and / or an updated plating time based on specific criteria without a substantial time delay relative to a typical electroplating plant process time can be calculated, allowing a quick response to process variation. By means of the previously explained control strategies, the controller 250 perform a control operation based on the measurement results of a previous substrate to calculate updated anode currents for one or more substrates to be processed. Because of the ability to determine the anode currents in a substantially non-delayed manner, multiple multi-anode configurations can be controlled, thereby increasing the yield since the quality of the plated substrates is improved. Furthermore, individual reactor vessels of one or more plating plants may be controlled simultaneously, and the process conditions within each reactor vessel may be automated in an automated manner so that the life of consumables, such as wet ring contacts, anodes, and the like, may be increased, thereby clearly demonstrating the shutdown time of the process plant is reduced. Furthermore, the concept of the present invention can be readily implemented in conventional plating plants, thereby achieving increased efficiency and throughput of these plants without incurring undue additional costs. In other embodiments, the anode currents and plating times may be regularly updated with or without reference to measurement data, wherein the updated anode currents may be determined based on various criteria, such as a constant total current to be applied to each multi-anode configuration.
