-
Technisches
Gebiet
-
Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zum Steuern der
Scheibengleichmäßigkeit in
einer Polieranlage und in einer Prozesslinie gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und
8. Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens und einer Prozesslinie ist
in
JP 11 285 968 A offenbart.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Das
chemisch-mechanische Polieren (CMP) ist ein häufig eingesetztes Mittel zum
Einebnen von Siliziumdioxid sowie anderer Arten von Schichten auf Halbleiterscheiben.
Beim chemisch-mechanischen Polieren wird typischerweise ein abtragendes Schleifmittel
eingesetzt, das in einer alkalischen oder sauren Lösung verteilt
ist, um die Oberfläche
der Scheibe durch eine Kombination aus mechanischer und chemischer
Einwirkung einzuebnen. Im Allgemeinen umfasst eine chemisch-mechanische
Polieranlage ein Poliermittel, das über einer drehbaren runden
Scheibe oder einem Tisch angeordnet ist, auf welchem ein Polierkissen
montiert ist. Das Poliermittel bzw. die Poliereinrichtung kann einen
oder mehrere drehende Trägerköpfe aufweisen,
an denen Scheiben typischerweise unter Anwendung eines Vakuums angebracht
sind. Während
des Betriebs wird der Teller in Drehung versetzt und ein abtragendes Schleifmittel
wird auf das Polierkissen aufgebracht. Sobald das Schleifmittel
auf das Polierkissen aufgebracht ist, wird eine nach unten gerichtete
Kraft auf jeden drehenden Trägerkopf
ausgeübt,
um die daran angebrachte Scheibe gegen das Polierkissen zu drücken. Wenn
die Scheibe gegen das Polierkissen gedrückt wird, wird die Oberfläche der
Scheibe mechanisch und chemisch poliert.
-
JP11285968 offenbart ein
Polierverfahren, in welchem Information hinsichtlich eines polierten
Zustands der Scheiben gesammelt wird, wobei die Scheiben an Trägerköpfen angebracht
und mittels einer Polieroberflächenplatte
poliert werden.
-
Im
Allgemeinen werden scheibeninterne Gleichmäßigkeitsschwankungen (d. h.
Oberflächenungleichmäßigkeiten)
durch geringe Unterschiede in der Polierrate an den diversen Positionen
auf der Scheibe erzeugt. 1 zeigt zwei radiale Profile
einer Oberflächengleichmäßigkeit,
wie sie typischerweise nach einem Oxidpolieren einer Scheibe angetroffen
werden. Die eingedellte Topographie wird häufig als ein „im Zentrum
schneller" Polierzu stand bezeichnet,
da das Zentrum der Scheibe bei einer höheren Rate als der Rand der
Scheibe poliert wird. Die kuppelartige Topographie wird als „in der
Mitte langsam" bezeichnet,
da das Zentrum der Scheibe mit einer geringeren Rate als der Rand
der Scheibe poliert wird. Offensichtlich kann die eingedellte Topographie
auch als „am
Rand langsam" und
die Kuppeltopographie kann auch als „am Rand schnell" bezeichnet werden.
-
Üblicherweise
besitzt jeder Trägerkopf
in einer CMP-Anlage einzigartige Eigenschaften, die bewirken, dass
die damit bearbeiteten Scheiben ähnliche
Topographien aufweisen. Beispielsweise kann ein spezieller Trägerkopf
mit höherer
Wahrscheinlichkeit eingedellte oder kuppelartige Scheiben erzeugen.
Auf Grund der größeren Anzahl
an Trägerköpfen in
einer CMP-Anlage besitzen polierte Scheiben in einem vorgegebenen
Los bzw. Charge unterschiedliche Topographien nach dem Polieren.
Nachfolgende Prozesse, die an den Scheiben ausgeführt werden,
etwa Photolithographie und Ätzprozesse, werden
durch die Schwankungen in der Dicke der polierten Schicht auf der
Scheibe beeinflusst. Die Betriebsparameter der nachfolgenden Prozesse
werden so gewählt,
dass der Prozess für
eine kuppelartige oder eine eingedellte Topographie geeignet ist. Ein
derartiger Kompromissansatz erhöht
die Schwankung in den bearbeiteten Scheiben, da die Toleranzbereiche
entsprechend vergrößert werden müssen, um
der unterschiedlichen Anfangstopologie Rechnung zu tragen. Im Allgemeinen
führt eine
erhöhte
Prozessschwankung zu einem geringeren Ertrag.
-
Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eines oder mehrere der oben
erkannten Probleme zu überwinden
oder zumindest deren Auswirkungen zu reduzieren.
-
Überblick über die
Erfindung
-
Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern
der Scheibengleichmäßigkeit
in einer Polieranlage. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen mehrerer
Trägerköpfe zum Aufnehmen
entsprechender Scheiben, die zu polieren sind, das Positionieren
der Trägerköpfe relativ
zu einem Polierkissen, das Befestigen von Scheiben an den entsprechenden
Trägerköpfen, das
in Drehung versetzen der Trägerköpfe relativ
zu dem Polierkissen, um die Scheiben zu polieren, das Messen der Dicke
der Scheibe nach dem Polieren, um eine Poliersignatur für jeden
der Trägerköpfe zu bestimmen, das
Einstufen der Trägerköpfe gemäß ihrer
Signatur und das Installieren von Trägerköpfen aus den entspre chenden
Gruppen in entsprechenden Polieranlagen; wobei die Trägerköpfe entsprechend
der Steigung einer Polierratenprofilkurve eingestuft werden.
-
Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Prozesslinie
nach Anspruch 8.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in
Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in
denen gleiche Bezugszeichnen gleiche Elemente bezeichnen, und in
denen:
-
1 ein
Graph ist, der eine Oberflächenungleichförmigkeit
einer Scheibe zeigt;
-
2 eine
konventionelle Polieranlage mit mehreren Armen darstellt;
-
3 ein
Graph ist, der ein „Zentrum-zu-Rand"-Polierratenprofil
zeigt;
-
4 eine
vereinfachte Ansicht einer anschaulichen Prozesslinie zum Bearbeiten
von Scheiben gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
-
5 ein
Flussdiagramm ist, das ein anschauliches Verfahren zum Steuern der
Scheibengleichmäßigkeit
in einer chemisch-mechanischen Polieranlage unter Anwendung von
Trägerkopfsignaturen
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
Obwohl
die Erfindung diversen Modifizierungen und alternativen Formen unterliegen
kann, sind dennoch spezielle Ausführungsformen beispielhaft in den
Zeichnungen dargestellt und sind hierin detailliert beschrieben.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Beschreibung spezieller
Ausführungsformen
nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf die speziellen offenbarten
Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die Erfindung soll vielmehr alle Modifizierungen, Äquivalente
und Alternativen abdecken, die innerhalb des Bereichs der Ansprüche liegen.
-
Art bzw. Arten zum Ausführen der
Erfindung
-
Es
werden nun anschauliche Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. Der Klarheit halber werden nicht alle
Merkmale einer tatsächlichen Implementierung
in dieser Beschreibung erläutert.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass bei der Entwicklung einer
derartigen tatsächlichen
Ausführungsform zahlreiche
implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um
die speziellen Ziele der Entwickler zu erreichen, etwa die Verträglichkeit
mit systembezogenen und geschäftsabhängigen Rahmenbedingungen,
die sich von einer Implementierung zur anderen unterscheiden können. Ferner
ist zu beachten, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex
und zeitaufwendig sein kann, aber dennoch eine Routinemaßnahme für den Fachmann im
Besitze der vorliegenden Offenbarung darstellt.
-
2 zeigt
eine vereinfachte Darstellung einer Polieranlage 20 mit
mehreren Armen bzw. eine Multiträger-Einheit.
Die Zeichnung der Polieranlage 20 in 2 ist
nur für
anschauliche Zwecke vorgesehen und soll keine tatsächliche
Abbildung einer tatsächlichen
Anlage repräsentieren.
Die Polieranlage 20 umfasst einen Mehrfachkopfträger 24,
der über
einem Polierkissen 28 positioniert ist, das auf einem Teller 32 montiert
ist. Der Mehrfachkopfträger 24 enthält typischerweise
mehrere drehbare Polierarme 36, wovon jeder einen Trägerkopf 40 enthält. Scheiben (nicht
gezeigt) können
an den Trägerköpfen 40 unter Anwendung
bekannter Verfahren, etwa eines Vakuums, befestigt werden. Eine
Quelle für
Polierfluide (nicht gezeigt) kann vorgesehen sein, um ein Polierfluid
(beispielsweise Schleifmittel) zu dem Polierkissen 28 zuzuführen. Obwohl 5 Polierarme 36 gezeigt sind,
sollte beachtet werden, dass die Polieranlage 20 eine beliebige
Anzahl an Polierarmen 36 aufweisen kann. Um das Polieren
in Gang zu setzen, wird der Teller 32 mit typischerweise
einer konstanten Tischgeschwindigkeit in Drehung versetzt. Individuell variierbare
Andruckkräfte
werden auf jeden der Polierarme 36 ausgeübt, und
die Polierarme 36 werden in Drehung versetzt und über das
Polierkissen 28 vor und zurück bewegt.
-
3 zeigt
ein radiales Polierratenprofil von der Mitte zum Rand für eine Probe
aus fünf
Scheiben, die unter Anwendung eines der Trägerköpfe 40 bearbeitet
wurden. Die Dicke vor dem Polieren und nach dem Polieren der polierten
Schicht werden an mehreren radialen Positionen entlang der Scheibe
gemessen. Nach dem Messen kann die Polierrate an diesen radialen
Positionen bestimmt werden, indem die Messwerte nach dem Polieren
und vor dem Polieren verglichen und indem sowohl eine quadratische
als auch eine lineare Polynomanpassung an das Polierratenprofil
durchgeführt
wird. In einer Ausführungsform
kann die Tendenz des Trägerkopfs 40 (beispielsweise „im Zentrum
schnell", „im Zentrum
langsam", etc.)
durch die Steigung der linearen Kurvenanpassung (d. h. der Polierratensteigung)
gekennzeichnet werden. Beispielsweise zeigt eine positive Steigung
des radialen Polierratenprofils ein Polieren an, das im Zentrum
langsam ist, während
eine negative Steigung ein Polieren mit „im Zentrum schnell" angibt. Das Polierratenprofil,
das jedem der speziellen Trägerköpfe 40 zugeordnet
ist, kann als dessen Poliersignatur bezeichnet werden. In etwa wie
bei einem Fingerabdruck ist es häufig
möglich, die
Trägerköpfe 40 auf
der Grundlage ihrer Poliersignaturen zu unterscheiden.
-
Um
die Beständigkeit
zu verbessern, mit der die Polieranlage 20 Scheiben poliert,
werden die Signaturen mehrerer Trägerköpfe 40 unter Anwendung einer
Reihe von Testscheiben bestimmt, und Trägerköpfe 40 mit ähnlicher
Signatur werden in der Polieranlage 20 installiert. Es
können
eine Vielzahl von Testscheiben unter Anwendung einer großen Anzahl an
Trägerköpfen (beispielsweise
40) bearbeitet werden. Die Trägerköpfe 40 werden
entsprechend ihrer Signaturen eingruppiert bzw. eingestuft. Beispielsweise
kann eine Gruppe durch die Steigung der linearen Polierratenpolierkurve
bestimmt werden. Trägerköpfe 40 mit
zugeordneten Steigungen innerhalb eines vorbestimmten prozentualen
Bereichs (3%) können
zusammen eine Gruppe bilden. Die Polieranlage 20 wird vollständig mit
Trägerköpfen 40 mit „im Zentrum
langsam" oder „im Zentrum
schnell" Profil ausgestattet,
um die Schwankungen zu reduzieren, die in den von der Polieranlage 20 polierten
Scheiben auftreten. Die Trägerköpfe 40 mit
ausgeprägteren Polierprofilen
können
zu Gunsten von Trägerköpfen 40 mit
weniger steilen Profilen verworfen werden.
-
Es
gibt weitere Faktoren als die inneren Eigenschaften der Trägerköpfe 40,
die das Polierprofil der Scheiben, die von der Polieranlage 20 poliert werden,
beeinflussen. Beispielsweise können
chemische und mechanische Änderungen
an dem Polierkissen während
des Polierens und ein Verschleiß von Prozesskonsummaterialien
eine Verschiebung in dem chemisch-mechanischen Polierprozess hervorrufen.
Eine Verringerung der Schwankung, die durch die Trägerköpfe 40 hervorgerufen
wird, verringert die Schwankungen des gesamten Polierprozesses.
-
Auf
Grund der gleichmäßigeren
Natur der Scheiben, die in der Polieranlage 20 poliert
wurden und die mit den Trägerköpfen 40 mit ähnlicher
Signatur ausgestattet ist, können
auch nachfolgende Prozesse, etwa das Ätzen oder die Photolithographie
mit höherer
Genauig keit ausgeführt
werden. Wenn beispielsweise bekannt ist, dass die die Polieranlage 20 verlassenden
Scheiben eine höhere
Wahrscheinlichkeit für
eine Topologie „im
Zentrum langsam" aufweisen,
kann ein nachfolgender Ätzprozess
so eingestellt werden, dass die Bauelemente am Rand der Scheibe
langsamer als Bauelemente in der Nähe des Zentrums geätzt werden.
Experimentelle Daten, die in ein mathematisches Modell eingebunden
werden, zeigen, dass das Verringern der Plasmaleistung in einem Ätzprozess
die Ätzrate
im Zentrum relativ zu der Ätzrate
am Rand erhöht.
Die spezielle Abhängigkeit zwischen
der Leistung und der Ätzrate
hängt von Faktoren
ab, etwa von der speziellen Ätzanlage
und dem angewendeten Rezept. Die Abhängigkeit von einer speziellen
Konfiguration kann empirisch bestimmt werden und es kann ein mathematisches
Modell abgeleitet werden.
-
4 zeigt
ein vereinfachtes Diagramm einer anschaulichen Prozesslinie 100 zum
Bearbeiten von Scheiben 110 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Prozesslinie 100 umfasst
die Polieranlage 20 und eine Prozessanlage 120.
In der dargestellten Ausführungsform
ist die Prozessanlage 120 eine Ätzanlage, die ausgebildet ist, gemäß einem
Betriebsrezept zu arbeiten. Die Signaturen der Trägerköpfe 40 werden
verwendet, um ein erwartetes Profil für die Scheiben 110,
die die Polieranlage 20 verlassen, zu bestimmen. Das Prozessrezept
der Prozessanlage 120 wird zumindest teilweise auf der
Grundlage des erwarteten Profils der Scheiben 110 festgelegt.
Wie zuvor beschrieben ist, kann, wenn die Prozessanlage 120 eine
Plasmaätzanlage ist,
die Plasmaleistung auf ein höheres
Maß oder
ein reduziertes Maß in
Bezug auf einen Kompromisswert (d. h. einen Wert, der typischerweise
verwendet wird, wenn sowohl Scheiben 110 mit „im Zentrum
schnell" als auch „im Zentrum
langsam" erwartet
werden) auf der Grundlage des erwarteten Profils ein gestellt werden.
Obwohl die Konfiguration des Rezepts für die Prozessanlage 120 so
beschrieben ist, dass es in einer Plasmaätzanlage eingerichtet werden
kann, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und es können eine
Vielzahl von Anlagen verwendet werden.
-
5 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Scheibengleichmäßigkeit
in einer chemisch-mechanischen Polieranlage. Im Block 200 werden
mehrere Trägerköpfe vorgesehen.
Im Block 210 wird eine Signatur für jeden der Trägerköpfe bestimmt.
Im Block 220 werden Trägerköpfe mit ähnlicher
Signatur in einer Polieranlage installiert.
-
Die
zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen sind lediglich
anschaulicher Natur, da die Erfindung in unterschiedlichen aber äquivalenten Weisen
modifiziert und praktiziert werden kann, die dem Fachmann im Besitze
der vorliegenden Lehre geläufig
sind. Ferner sind keine Einschränkungen hinsichtlich
des Details des Aufbaus oder der hierin gezeigten Gestaltung beabsichtigt,
sofern diese Einschränkungen
nicht explizit in den folgenden Patentansprüchen dargelegt sind. Folglich
ist der angestrebte Schutzbereich durch die nachfolgenden Patentansprüche festgelegt.