Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Polierkissen nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.The
The present invention relates to a polishing pad after
Preamble of claim 1.
Ein
Beispiel für
ein solches Polierkissen ist in der EP 738561 A offenbart.An example of such a polishing pad is in EP 738561 A disclosed.
Eine
integrierte Schaltung wird gewöhnlich auf
einem Substrat dadurch ausgebildet, dass auf einem Siliciumwafer
nacheinander leitende, halbleitende und isolierende Schichten abgeschieden
werden. Zu einem Herstellungsschritt gehören das Abscheiden einer Füllschicht über einer
nicht-planaren Oberfläche
und das Planarisieren der Füllschicht,
bis die nicht-planare
Oberfläche
freigelegt ist. Beispielsweise kann auf einer ein Muster aufweisenden
Isolierschicht eine leitende Füllschicht
abgeschieden werden, um die Gräben
oder Löcher
in der Isolierschicht zu füllen.
Dann wird die Füllschicht
poliert, bis das erhabene Muster der Isolierschicht freigelegt ist.
Nach dem Planarisieren bilden die Abschnitte der leitenden Schicht,
die zwischen dem erhabenen Muster der Isolierschicht verbleiben,
Kontaktlöcher,
Stopfen und Leiter, die die leitenden Bahnen zwischen Dünnfilmschaltungen
auf dem Substrat bilden. Zusätzlich
ist eine Planarisierung erforderlich, um die Substratoberfläche für eine Photolithographie
zu planarisieren.A
integrated circuit is usually on
a substrate formed on a silicon wafer
successively conductive, semiconductive and insulating layers deposited
become. A manufacturing step involves depositing a fill layer over one
non-planar surface
and planarizing the fill layer,
until the non-planar
surface
is exposed. For example, a pattern may have one on it
Insulating layer a conductive filling layer
be deposited to the trenches
or holes
to fill in the insulating layer.
Then the filling layer
polished until the raised pattern of the insulating layer is exposed.
After planarization, the sections of the conductive layer,
which remain between the raised pattern of the insulating layer,
Vias
Plugs and conductors that conduct the conductive paths between thin-film circuits
form on the substrate. additionally
planarization is required to cover the substrate surface for photolithography
to planarize.
Das
chemische-mechanische Polieren (CMP – Chemical Mechanical Polishing)
ist ein akzeptiertes Verfahren für
die Planarisierung. Dieses Planarisierungsverfahren erfordert gewöhnlich,
dass das Substrat auf einem Träger
oder einem Polierkopf angebracht wird. Die freiliegende Oberfläche des
Substrats wird an einem drehenden Polierscheibenkissen oder Bandkissen
angeordnet. Das Polierkissen kann entweder ein "Standard"-Kissen oder ein Kissen mit befestigtem
Abrasivmaterial sein. Ein Standardkissen hat eine dauerhafte aufgeraute
Oberfläche,
während
bei einem Kissen mit befestigtem Abrasivmaterial Abrasivteilchen
in einem Aufnahmemedium gehalten werden. Der Trägerkopf übt eine steuerbare Belastung
auf das Substrat aus, um es gegen das Polierkissen zu drücken. Zu
der Oberfläche
des Polierkissens wird eine Polierschlämme mit wenigstens einem chemisch
reaktiven Agens und mit Abrasivteilchen, wenn ein Standardkissen
verwendet wird, transportiert.The
chemical-mechanical polishing (CMP - Chemical Mechanical Polishing)
is an accepted procedure for
the planarization. This planarization process usually requires
that the substrate is on a support
or a polishing head is attached. The exposed surface of the
Substrate is attached to a rotating polishing pad or tape pad
arranged. The polishing pad can be either a "standard" pillow or a pillow with attached
Be abrasive material. A standard pillow has a permanent roughened
Surface,
while
for a pillow with attached abrasive abrasive particles
be held in a recording medium. The carrier head exerts a controllable load
on the substrate to push it against the polishing pad. To
the surface
of the polishing pad is a polishing slurry with at least one chemically
reactive agent and with abrasive particles, if a standard pillow
is used, transported.
Ein
Problem beim CMP ist das Bestimmen, ob der Polierprozess abgeschlossen
ist, d.h. ob eine Substratschicht auf eine gewünschte Ebenheit oder Dicke
planarisiert ist oder wann eine gewünschte Materialmenge entfernt
worden ist. Ein Überpolieren
(zu viel Entfernen) einer leitenden Schicht oder eines Films führt zu einem
erhöhten
Schaltungswiderstand. Andererseits führt ein Unterpolieren (zu wenig
Entfernen) einer leitenden Schicht zu einem elektrischen Kurzschluss. Änderungen
in der Anfangsdicke einer Substratschicht, der Zusammensetzung der
Schlämme,
des Polierkissenzustands, der Relativgeschwindigkeit zwischen dem
Polierkissen und dem Substrat sowie der Last an dem Substrat können Veränderungen
bei der Materialentfernungsrate verursachen. Diese Veränderungen
führen
zu Veränderungen
der Zeit, die zum Erreichen des Polierendpunkts erforderlich ist.
Deshalb kann der Polierendpunkt nicht nur als Funktion der Polierzeit
bestimmt werden.One
Problem with CMP is determining if the polishing process is complete
is, i. whether a substrate layer to a desired flatness or thickness
is planarized or when a desired amount of material is removed
has been. A polishing over
(too much removal) of a conductive layer or a film leads to a
increased
Circuit resistance. On the other hand, a Unterpolieren (too little
Removing) a conductive layer for an electrical short circuit. amendments
in the initial thickness of a substrate layer, the composition of
sludges
of the polishing pad state, the relative velocity between the
Polishing pads and the substrate as well as the load on the substrate can cause changes
at the material removal rate. These changes
to lead
to changes
the time required to reach the polishing endpoint.
Therefore, the polishing end point can not only be a function of the polishing time
be determined.
Ein
Weg zur Bestimmung des Polierendpunkts besteht darin, das Substrat
von der Polierfläche
zu entfernen und zu prüfen.
Beispielsweise kann das Substrat zu einer Messstation überführt werden, wo
die Dicke einer Substratschicht gemessen wird, beispielsweise mit
einem Profilometer oder durch eine Messung des spezifischen Widerstands.
Wenn den gewünschten
Spezifizierungen nicht genügt wird,
wird das Substrat wieder in die CMP-Vorrichtung für die weitere
Bearbeitung gebracht. Dies ist ein zeitraubender Vorgang, der den
Durchsatz der CMP-Vorrichtung reduziert. Alternativ könnte die Überprüfung zeigen,
dass eine übermäßige Materialmenge
entfernt worden ist, was das Substrat unbrauchbar machen würde.One
The way to determine the polishing endpoint is to use the substrate
from the polishing surface
to remove and examine.
For example, the substrate can be transferred to a measuring station, where
the thickness of a substrate layer is measured, for example with
a profilometer or a resistivity measurement.
If the desired
Specifications are not enough,
the substrate is returned to the CMP device for the rest
Processing brought. This is a time consuming process that takes the
Throughput of the CMP device reduced. Alternatively, the review could show
that an excessive amount of material
has been removed, which would render the substrate unusable.
Neuerdings
hat man eine In-situ-Überwachung
des Substrats ausgeführt,
beispielsweise mit optischen oder kapazitiven Sensoren, um den Polierendpunkt
zu erfassen. Zu anderen vorgeschlagenen Endpunkttechniken gehören Messungen
der Reibung, des Motorstroms, der Schlämmenchemie, der raumakustischen
Eigenschaften und der Leitfähigkeit.
Ein in Betracht gezogenes Erfassungsverfahren besteht darin, in
der Metallschicht einen Wirbelstrom zu induzieren und die Änderung
des Wirbelstroms zu messen, wenn die Metallschicht entfernt wird.recently
you have an in-situ monitoring
running the substrate,
for example, with optical or capacitive sensors, around the polishing endpoint
capture. Other suggested endpoint techniques include measurements
friction, motor current, slurry chemistry, room acoustics
Properties and conductivity.
A contemplated detection method is in
the metal layer to induce an eddy current and the change
of the eddy current when the metal layer is removed.
Ein
anderes wieder auftretendes Problem beim CMP ist die Ausbildung
einer schüsselartigen Vertiefung
auf der Substratoberfläche,
wenn eine Füllschicht
poliert wird, um eine darunterliegende Schicht freizulegen. Insbesondere
kann, wenn die darunterliegende Schicht freigelegt ist, der Teil
der Füllschicht,
der zwischen den erhabenen Bereichen der das Muster bildenden, darunterliegenden
Schicht angeordnet ist, überpoliert
werden, wodurch sich in der Substratoberflache konkave Vertiefungen
ergeben. Dieses Vertiefen kann das Substrat für die Herstellung integrierter
Schaltungen ungeeignet machen, wodurch die Prozessausbeute verringert
wird.One
Another recurrent problem with CMP is training
a bowl-like depression
on the substrate surface,
if a filling layer
is polished to expose an underlying layer. Especially
may, when the underlying layer is exposed, the part
the filling layer,
the one between the raised areas of the pattern forming, underneath
Layer is arranged, overpolished
become, whereby in the substrate surface concave depressions
result. This deepening can be integrated into the substrate for manufacturing
Make circuits unsuitable, thereby reducing process yield
becomes.
Die
Erfindung ist auf ein Polierkissen mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gerichtet.The
The invention is directed to a polishing pad having the features of the claim
1 directed.
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung ersichtlich, die auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug
nimmt, in denenFurther
Features and advantages of the invention will become apparent from the following
Description with reference to the accompanying drawings
takes in those
1 eine
schematische, auseinandergezogene, perspektivische Ansicht einer
Vorrichtung zum chemischen-mechanischen Polieren ist, 1 is a schematic, exploded, perspective view of a device for chemical mechanical polishing,
2 eine
schematische Schnittansicht eines Trägerkopfs ist, 2 is a schematic sectional view of a carrier head,
3 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Station
für ein
chemisches-mechanisches Polieren ist, die ein Wirbelstromüberwachungssystem
und ein optisches Überwachungssystem
aufweisen, 3 FIG. 3 is a schematic, partially sectioned side view of a chemical mechanical polishing station having an eddy current monitoring system and an optical monitoring system; FIG.
4A bis 4E schematische
Draufsichten auf eine Platte der Polierstation von 3 sind, 4A to 4E schematic plan views of a plate of the polishing station of 3 are,
5 eine
schematische Schnittansicht ist, die ein Magnetfeld zeigt, das durch
das Wirbelstromüberwachungssystem
erzeugt wird, 5 is a schematic sectional view showing a magnetic field generated by the eddy current monitoring system,
6 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Kerns eines Wirbelstromsensors
ist, 6 is a schematic perspective view of a core of an eddy current sensor,
7A bis 7D schematisch
ein Verfahren zum Erfassen eines Polierendpunkts unter Verwendung
eines Wirbelstromsensors zeigen, 7A to 7D schematically show a method of detecting a Polierungspunkts using an eddy current sensor,
8 ein
Diagramm ist, das eine Amplitudenspur eines Wirbelstromüberwachungssystems zeigt, 8th is a diagram showing an amplitude trace of an eddy current monitoring system,
9A, 9B und 9C schematische Schaltbilder
von Wirbelstromüberwachungssystemen
sind, 9A . 9B and 9C schematic diagrams of eddy current monitoring systems are,
10 ein
Diagramm ist, das eine Phasenverschiebungsspur des Wirbelstromüberwachungssystems
zeigt, 10 is a diagram showing a phase shift trace of the eddy current monitoring system,
11 ein
Diagramm ist, das eine Amplitudenspur eines optischen Überwachungssystems zeigt, 11 is a diagram showing an amplitude trace of an optical monitoring system,
12 ein
Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zum Polieren einer Metallschicht
zeigt, 12 FIG. 3 is a flowchart showing a method of polishing a metal layer; FIG.
13 ein
Ablaufdiagramm ist, das ein alternatives Verfahren zum Polieren
einer Metallschicht zeigt, 13 FIG. 3 is a flow chart showing an alternative method of polishing a metal layer. FIG.
14 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Station
für ein
chemisches-mechanisches Polieren ist, die ein Wirbelstromüberwachungssystem
aufweist, und 14 is a schematic, partially sectioned side view of a chemical mechanical polishing station having an eddy current monitoring system, and
15A und 15B schematische
Schnittansichten eines Polierkopfs sind. 15A and 15B are schematic sectional views of a polishing head.
Gemäß 1 können ein
oder mehrere Substrate 10 durch eine CMP-Vorrichtung 20 poliert
werden. Eine Beschreibung einer ähnlichen
Poliervorrichtung 20 findet sich in dem US-Patent 5,738,574 , dessen gesamte
Offenbarung hier als Referenz eingeschlossen ist. Die Poliervorrichtung 20 hat
eine Reihe von Polierstationen 22a, 22b und 22c sowie eine Überführungsstation 23.
Die Überführungsstation 23 überführt die
Substrate zwischen den Trägerköpfen und
einer Ladevorrichtung.According to 1 can one or more substrates 10 through a CMP device 20 to be polished. A description of a similar polishing device 20 is found in the U.S. Patent 5,738,574 the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. The polishing device 20 has a number of polishing stations 22a . 22b and 22c and a transfer station 23 , The transfer station 23 transfers the substrates between the carrier heads and a loading device.
Jede
Polierstation hat eine drehbare Platte 24, auf der ein
Polierkissen 30 angeordnet ist. Die erste Station 22a und
die zweite Station 22b können ein zweischichtiges Polierkissen
mit einer harten, dauerhaften äußeren Oberfläche oder
ein Kissen mit fixiertem Abrasivmaterial, also mit eingebetteten
Abrasivteilchen haben. Die Endpolierstation 22c kann ein
relativ weiches Kissen oder ein zweischichtiges Kissen aufweisen.
Jede Polierstation kann auch eine Kissenkonditioniervorrichtung 28 aufweisen,
um den Zustand des Polierkissens derart aufrechtzuerhalten, dass
es Substrate effektiv poliert.Each polishing station has a rotatable plate 24 on which a polishing pad 30 is arranged. The first station 22a and the second station 22b can have a two-layer polishing pad with a hard, durable outer surface or a pillow with fixed abrasive material, that is, with embedded abrasive particles. The final polishing station 22c may have a relatively soft pad or a two-layer pad. Each polishing station may also have a pillow conditioning device 28 in order to maintain the condition of the polishing pad so as to effectively polish substrates.
Gemäß 3 hat
ein zweischichtiges Polierkissen 30 gewöhnlich eine Unterschicht 32,
die an der Oberfläche
der Platte 24 anliegt, und eine Abdeckschicht 34,
die zum Polieren des Substrats 10 verwendet wird. Die Abdeckschicht 34 ist
gewöhnlich härter als
die Unterschicht 32. Manche Kissen haben jedoch nur eine
Abdeckschicht und keine Unterschicht. Die Abdeckschicht 34 kann
aus geschäumtem
oder gegossenem Polyurethan gegebenenfalls mit Füllstoffen, beispielsweise hohlen
Mikrokugeln, bestehen und eine mit Nuten versehene Oberfläche aufweisen.
Die Unterschicht 32 kann aus mit Urethan extrahierten,
verdichteten Filzfasern bestehen. Ein zweischichtiges Polierkissen
mit der Abdeckschicht aus IC-1000 und der Unterschicht aus SUBA-4
wird von Rodel, Inc., Newark, Delaware, zur Verfügung gestellt (IC-1000 und SUBA-4 sind
Warennamen von Rodel, Inc.).According to 3 has a two-layer polishing pad 30 usually an underclass 32 attached to the surface of the plate 24 is applied, and a cover layer 34 used to polish the substrate 10 is used. The cover layer 34 is usually harder than the lower class 32 , However, some pillows have only a cover layer and no underlayer. The cover layer 34 may consist of foamed or cast polyurethane optionally with fillers, for example hollow microspheres, and have a grooved surface. The lower class 32 may consist of urethane extracted, compressed felt fibers. A two-layer polishing pad with the cover layer of IC-1000 and sub-layer of SUBA-4 is provided by Rodel, Inc., Newark, Delaware (IC-1000 and SUBA-4 are trade names of Rodel, Inc.).
Während eines
Polierschritts kann eine Schlämme 38,
die eine Flüssigkeit
(beispielsweise deionisiertes Wasser für das Oxidpolieren) und einen pH-Einsteller
enthält
(beispielsweise Natriumhydroxid für das Oxidpolieren), der Oberfläche des
Polierkissens 30 durch einen Zuführkanal für die Schlämme oder durch einen kombinierten
Schlämme-/Spülarm zugeführt werden.
Wenn das Polierkissen 30 ein Standardkissen ist, kann die
Schlämme 38 auch
abrasive Teilchen aufweisen (beispielsweise Siliciumdioxid für das Oxidpolieren).During a polishing step, a slurry can 38 containing a liquid (for example, deionized water for oxide polishing) and a pH adjuster (for example, sodium hydroxide for oxide polishing), the surface of the polishing pad 30 be supplied through a sludge feed channel or through a combined slurry / rinse arm. If the polishing pad 30 A standard pillow is the mud 38 also have abrasive particles (for example, silica for oxide polishing).
Gemäß 1 trägt ein drehbares
Mehrkopfkarussell 60 vier Trägerköpfe 70. Das Karussell
wird von einer zentralen Säule 62 um
eine Karussellachse 64 durch eine Karussell-Motoranordnung (nicht
gezeigt) gedreht, um das Trägerkopfsystem
und die daran befestigten Substrate zwischen den Polierstationen 22 und
der Überführungsstation 23 umlaufen
zu lassen. Drei der Trägerkopfsysteme
empfangen und halten Substrate und polieren sie, indem sie gegen die
Polierkissen gedrückt
werden. Inzwischen nimmt eines der Trägerkopfsysteme ein Substrat
von einer Überführungsstation 23 auf
und liefert ein Substrat zu einer Überführungsstation 23.According to 1 carries a rotatable multi-head carousel 60 four carrier heads 70 , The carousel is from a central pillar 62 around a carousel axis 64 rotated by a carousel motor assembly (not shown) about the carrier head system and the substrates attached thereto between the polishing stations 22 and the transfer station 23 run around to let. Three of the vehicle head systems receive and hold substrates and polish them by pressing them against the polishing pads. Meanwhile, one of the carrier head systems takes a substrate from a transfer station 23 and supplies a substrate to a transfer station 23 ,
Jeder
Trägerkopf 70 ist
durch eine Trägerantriebswelle 74 mit
einem Trägerkopfdrehmotor 76 (gezeigt
durch Entfernen eines Viertels der Abdeckung 68) so verbunden,
dass jeder Trägerkopf
unabhängig
um seine eigene Achse drehen kann. Zusätzlich schwingt jeder Trägerkopf 70 unabhängig seitlich
in einem radialen Schlitz 72, der in einer Karussellträgerplatte 66 ausgebildet
ist. Eine Beschreibung eines geeigneten Trägerkopfes 70 befindet
sich in der US-A-6422927 und
der US-A-6450868 .
In Betrieb wird die Platte um ihre zentrale Achse 25 ge dreht,
und der Trägerkopf
wird um seine zentrale Achse 71 gedreht und seitlich über der
Oberfläche des
Polierkissens verschoben.Each carrier head 70 is by a carrier drive shaft 74 with a carrier head rotating motor 76 (shown by removing a quarter of the cover 68 ) so that each carrier head can independently rotate about its own axis. In addition, each carrier head swings 70 independent laterally in a radial slot 72 standing in a carousel plate 66 is trained. A description of a suitable carrier head 70 is located in the US-A-6422927 and the US-A-6450868 , In operation, the plate is about its central axis 25 ge rotates, and the carrier head is about its central axis 71 rotated and moved laterally over the surface of the polishing pad.
Wie
in der vorstehenden Patentanmeldung offenbart und in 2 gezeigt
ist, hat ein beispielsweiser Trägerkopf 70 ein
Gehäuse 202,
eine Basisanordnung 204, einen Kardanmechanismus 206 (der als
Teil der Basisanordnung 204 gesehen werden kann), eine
Ladekammer 208, einen Haltering 210 und eine Substratabstützkammer 212,
die drei mit Druck beaufschlagbare Kammern aufweist, nämlich eine
schwimmende obere Kammer 236, eine schwimmende untere Kammer 234 und
eine äußere Kammer 238.
Die Ladekammer 208 befindet sich zwischen dem Gehäuse 202 und
der Basisanordnung 204 zum Anlegen einer Last an die Basisanordnung 204 und
zur Steuerung ihrer vertikalen Position. Mit der Ladekammer 208 kann über einen
Kanal 232 ein erster Druckregler (nicht gezeigt) fluidmäßig verbunden
werden, um den Druck in der Ladekammer und die vertikale Position
der Basisanordnung 208 zu steuern.As disclosed in the above patent application and in 2 has an exemplary carrier head 70 a housing 202 , a basic arrangement 204 , a gimbal mechanism 206 (as part of the basic arrangement 204 can be seen), a loading chamber 208 , a retaining ring 210 and a substrate support chamber 212 comprising three pressurizable chambers, namely a floating upper chamber 236 , a floating lower chamber 234 and an outer chamber 238 , The loading chamber 208 is located between the housing 202 and the basic arrangement 204 for applying a load to the base assembly 204 and to control its vertical position. With the loading chamber 208 can over a channel 232 a first pressure regulator (not shown) fluidly connected to the pressure in the loading chamber and the vertical position of the base assembly 208 to control.
Die
Substratstützanordnung 212 hat
eine flexible innere Membran 216, eine flexible äußere Membran 218,
einen inneren Halteaufbau 220, einen äußeren Halteaufbau 230,
einen inneren Distanzring 222 und einen äußeren Distanzring 232.
Die flexible innere Membran 216 hat einen zentralen Abschnitt, der
Druck auf den Wafer 10 bei einer einstellbaren Fläche ausübt. Das
Volumen zwischen der Basisanordnung 204 und der inneren
Membran 216, das durch eine innere Manschette 244 abgedichtet
ist, bildet die unter Druck setzbare, schwimmende untere Kammer 234.
Der Ringraum zwischen der Basisanordnung 204 und der inneren
Membran 216, der durch die innere Manschette 244 und
eine äußere Manschette 246 abgedichtet
ist, bildet die unter Druck setzbare, schwimmende obere Kammer 236. Der
abgedichtete Raum zwischen der inneren Membran 216 und
der äußeren Membran 218 bildet
eine unter Druck setzbare äußere Kammer 238.
Mit der schwimmenden unteren Kammer 234, der schwimmenden
oberen Kammer 236 und der äußeren Kammer 238 können unabhängig drei
Druckregler (nicht gezeigt) verbunden werden. Somit kann ein Fluid, wie
ein Gas, unabhängig
in jede Kammer hinein- und aus ihr herausgeleitet werden.The substrate support assembly 212 has a flexible inner membrane 216 , a flexible outer membrane 218 , an inner support structure 220 , an outer support structure 230 , an inner spacer ring 222 and an outer spacer ring 232 , The flexible inner membrane 216 has a central section, the pressure on the wafer 10 exercised at an adjustable area. The volume between the base assembly 204 and the inner membrane 216 that through an inner cuff 244 is sealed, forms the pressurizable, floating lower chamber 234 , The annulus between the base assembly 204 and the inner membrane 216 that through the inner cuff 244 and an outer cuff 246 is sealed, forms the pressurizable, floating upper chamber 236 , The sealed space between the inner membrane 216 and the outer membrane 218 forms a pressurizable outer chamber 238 , With the floating lower chamber 234 , the floating upper chamber 236 and the outer chamber 238 For example, three pressure regulators (not shown) can be connected independently. Thus, a fluid, such as a gas, can be independently directed in and out of each chamber.
Die
Kombination der Drucke in der schwimmenden oberen Kammer 236,
der schwimmenden unteren Kammer 234 und der äußeren Kammer 238 steuert
sowohl die Kontaktfläche
als auch den Druck der inneren Membran 216 an einer Oberseite
der äußeren Membran 218.
Bei spielsweise wird durch Pumpen eines Fluids aus der schwimmenden
oberen Kammer 236 der Rand der inneren Membran 216 von der äußeren Membran 218 abgehoben,
wodurch der Kontaktdurchmesser DC der Kontaktfläche zwischen der
inneren Membran und der äußeren Membran
abnimmt. Umgekehrt wird durch Pumpen von Fluid in die schwimmende
obere Kammer 236 der Rand der inneren Membran 216 zu
der äußeren Membran 218 abgesenkt,
wodurch der Kontaktdurchmesser DC der Kontaktfläche vergrößert wird.
Zusätzlich
werden durch Pumpen von Fluid in die schwimmende untere Kammer 324 und
aus ihr heraus der Druck der inneren Membran 216 an der äußeren Membran 218 und somit
der Druck darin und der Durchmesser der von dem Trägerkopf
belasteten Fläche
gesteuert.The combination of prints in the floating upper chamber 236 , the floating lower chamber 234 and the outer chamber 238 controls both the contact area and the pressure of the inner membrane 216 on an upper side of the outer membrane 218 , For example, by pumping a fluid from the floating upper chamber 236 the edge of the inner membrane 216 from the outer membrane 218 lifted, whereby the contact diameter D C decreases the contact area between the inner membrane and the outer membrane. Conversely, by pumping fluid into the floating upper chamber 236 the edge of the inner membrane 216 to the outer membrane 218 lowered, whereby the contact diameter D C of the contact surface is increased. Additionally, by pumping fluid into the floating lower chamber 324 and out of it the pressure of the inner membrane 216 on the outer membrane 218 and thus the pressure therein and the diameter of the area loaded by the carrier head are controlled.
Gemäß 3 ist
in der Platte 24 eine Aussparung 26 ausgebildet,
während
in dem Polierkissen 30 ein transparenter Abschnitt 36 vorgesehen
ist, der über
der Aussparung 26 liegt. Die Aussparung 26 und
der transparente Abschnitt 36 sind so angeordnet, dass
sie während
eines Teils der Plattendrehung unabhängig von der Translationsposition
des Trägerkopfs
unter das Substrat 10 gelangen. Geht man davon aus, dass
das Polierkissen 32 ein zweischichtiges Kissen ist, kann
der dünne
Kissenabschnitt 36 durch Entfernen eines Teils der Unterschicht 32 durch
Einführen
eines transparenten Stopfens 36 in die Abdeckschicht 34 gebaut
werden. Der Stopfen 36 kann ein relativ reines Polymer
oder Polyurethan sein, das beispielsweise ohne Füllstoffe hergestellt ist. Insgesamt
sollte das Material des transparenten Abschnitts 36 nicht
magnetisch und nicht leitend sein.According to 3 is in the plate 24 a recess 26 formed while in the polishing pad 30 a transparent section 36 is provided, which is above the recess 26 lies. The recess 26 and the transparent section 36 are arranged so that during a part of the plate rotation, regardless of the translation position of the carrier head under the substrate 10 reach. Assuming that the polishing pad 32 a two-layered pillow can be the thin pillow section 36 by removing a part of the underlayer 32 by inserting a transparent plug 36 in the cover layer 34 be built. The stopper 36 may be a relatively pure polymer or polyurethane made, for example, without fillers. Overall, the material should be the transparent section 36 non-magnetic and non-conductive.
Gemäß 3 und 4A bis 4E hat die
erste Polierstation 22a ein In-situ-Wirbelstromüberwachungssystem 40 und
ein optisches Überwachungssystem 140.
Das Wirbelstromüberwachungssystem 40 und
das optische Überwachungssystem 140 können als
eine Polierprozesssteuerung und als Endpunkterfassungssystem wirken.
Sowohl die zweite Polierstation 22b als auch die Endpolierstation 22c können nur
ein optisches Überwachungssystem
aufweisen, obwohl jede zusätzlich
ein Wirbelstromüberwachungssystem
aufweisen kann.According to 3 and 4A to 4E has the first polishing station 22a an in situ eddy current monitoring system 40 and an optical monitoring system 140 , The eddy current monitoring system 40 and the optical monitoring system 140 can act as a polish process controller and as an endpoint detection system. Both the second polishing station 22b as well as the final polishing station 22c may only have one optical monitoring system, although each may additionally include an eddy current monitoring system.
Das
Wirbelstromüberwachungssystem 40 hat
ein Treibsystem zum Induzieren von Wirbelströmen in einer Metallschicht
auf dem Substrat sowie ein Überwachungssystem
zum Erfassen von Wirbelströmen,
die in der Metallschicht durch das Treibsystem induziert werden.
Das Überwachungssystem 40 hat
einen Kern 42, der in der Aussparung 26 für eine Drehung
mit der Platte angeordnet ist, eine Treibspule 44, die
um einen Teil des Kerns 42 gewickelt ist, und eine Erfassungsspule 46,
die um den zweiten Teil des Kerns 42 gewickelt wird. Für das Treibsystem hat
das Überwachungssystem 40 einen
Oszillator 50, der mit der Treibspule 44 verbunden
ist. Für
ein Erfassungssystem 58 hat das Überwachungssystem 40 einen
Kondensator 52, der parallel zu der Erfassungsspule 46 geschaltet
ist, einen HF-Verstärker 54,
der mit der Erfassungsspule 46 verbunden ist, und eine
Diode 56. Der Oszillator 50, der Kondensator 52,
der HF-Verstärker 54 und
die Diode 56 können weg
von der Platte 24 angeordnet und mit den Komponenten in
der Platte über
eine elektrische Dreheinheit 29 gekoppelt sein.The eddy current monitoring system 40 has a driving system for inducing eddy currents in a metal layer on the substrate and a monitoring system for detecting eddy currents induced in the metal layer by the driving system. The monitoring system 40 has a core 42 in the recess 26 is arranged for rotation with the plate, a driving coil 44 that is around a part of the core 42 is wound, and a detection coil 46 that is around the second part of the core 42 is wound. For the propulsion system has the monitoring system 40 an oscillator 50 that with the drive coil 44 connected is. For a detection system 58 has the surveillance system 40 a capacitor 52 which is parallel to the detection coil 46 is switched, an RF amplifier 54 that with the detection coil 46 connected, and a diode 56 , The oscillator 50 , the capacitor 52 , the RF amplifier 54 and the diode 56 can get away from the plate 24 arranged and with the components in the plate via an electric rotary unit 29 be coupled.
Gemäß 5 treibt
im Einsatz der Oszillator 50 die Treibspule 44 und
erzeugt ein oszillierendes Magnetfeld, das sich durch den Körper des
Kerns 42 und in den Spalt 46 zwischen den beiden
Polen 42a und 42b des Kerns erstreckt. Wenigstens
ein Teil des Magnetfelds 48 geht durch den dünnen Abschnitt 36 des
Polierkissens 30 hindurch und in das Substrat 10.
Wenn an dem Substrat 10 eine Metallschicht 12 vorhanden
ist, erzeugt das oszillierende Magnetfeld einen Wirbelstrom in der
Metallschicht 12. Die Wirbelströme führen dazu, dass die Metallschicht 12 als eine
Impedanzquelle parallel zur Erfassungsspule 46 und dem
Kondensator 42 wirkt. Wenn sich die Dicke der Metallschicht ändert, ändert sich
die Impedanz, was zu einer Änderung
in dem Q-Faktor des Erfassungsmechanismus führt. Durch Erfassen der Änderung
des Q-Faktors des Erfassungsmechanismus kann der Wirbelstromsensor
die Änderung
in der Stärke
der Wirbelströme
und somit die Dickenänderung
der Metallschicht 12 erfassen.According to 5 drives in use the oscillator 50 the drive coil 44 and creates an oscillating magnetic field that passes through the body of the nucleus 42 and in the gap 46 between the two poles 42a and 42b of the core extends. At least part of the magnetic field 48 goes through the thin section 36 of the polishing pad 30 through and into the substrate 10 , If on the substrate 10 a metal layer 12 is present, the oscillating magnetic field generates an eddy current in the metal layer 12 , The eddy currents cause the metal layer 12 as an impedance source parallel to the detection coil 46 and the capacitor 42 acts. As the thickness of the metal layer changes, the impedance changes, resulting in a change in the Q-factor of the detection mechanism. By detecting the change of the Q-factor of the detection mechanism, the eddy current sensor can detect the change in the strength of the eddy currents and thus the change in thickness of the metal layer 12 to capture.
Gemäß 6 kann
der Kern 42 ein U-förmiger
Körper
sein, der aus einem nicht leitenden Material mit einer relativ hohen
magnetischen Permeabilität
hergestellt ist (beispielsweise etwa 2500). Insbesondere kann der
Kern 42 aus Ferrit bestehen. In einer Ausführung sind
die beiden Pole 42a und 42b etwa 0,6 Zoll voneinander
entfernt, ist der Kern etwa 0,6 Zoll tief und ist der Querschnitt
des Kerns ein Quadrat mit etwa 0,2 Zoll auf jeder Seite.According to 6 can the core 42 a U-shaped body made of a non-conductive material having a relatively high magnetic permeability (for example, about 2500). In particular, the core can 42 consist of ferrite. In one embodiment, the two poles 42a and 42b about 0.6 inches apart, the core is about 0.6 inches deep and the cross section of the core is a square about 0.2 inches on each side.
Gewöhnlich ist
das In-situ-Wirbelstromüberwachungssystem 40 mit
einer Resonanzfrequenz von etwa 50 kHz bis 10 MHz, beispielsweise
2 MHz, versehen. Beispielsweise kann die Erfassungsspule 46 eine
Induktivität
von etwa 0,3 bis 30 μH
aufweisen, während
der Kondensator 42 eine Kapazität von etwa 0,2 bis 20 nF haben
kann. Die Treibspule kann so ausgelegt sein, dass sie dem Treibsignal
aus dem Oszillator entspricht. Wenn beispielsweise der Oszillator
eine niedrige Spannung und eine niedrige Impedanz hat, kann die
Treibspule weniger Windungen aufweisen, um eine geringe Induktivität bereitzustellen.
Wenn andererseits der Oszillator eine hohe Spannung und eine hohe
Impedanz hat, kann die Treibspule mehrere Windungen aufweisen, um
eine große
Induktivität
bereitzustellen.Usually the in-situ eddy current monitoring system 40 at a resonant frequency of about 50 kHz to 10 MHz, for example 2 MHz. For example, the detection coil 46 have an inductance of about 0.3 to 30 μH, while the capacitor 42 may have a capacity of about 0.2 to 20 nF. The drive coil may be configured to correspond to the drive signal from the oscillator. For example, if the oscillator has a low voltage and a low impedance, the drive coil may have fewer turns to provide low inductance. On the other hand, if the oscillator has a high voltage and a high impedance, the driving coil may have multiple turns to provide a large inductance.
Bei
einer Ausführung
hat die Erfassungsspule 46 neun Windungen um jeden Henkel
des Kerns herum, während
die Treibspule 44 zwei Windungen um die Basis des Kerns
aufweist und der Oszillator die Treibspule 44 mit einer
Amplitude von etwa 0,1 V bis 5,0 V treibt. Bei einer Ausführung hat
die Erfassungsspule 46 auch eine Induktivität von etwa
2,8 μH und
der Kondensator 52 eine Kapazität von etwa 2,2 nF, während die
Resonanzfrequenz bei etwa 2 MHz liegt. Bei einer anderen Ausführung hat
die Erfassungsspule eine Induktivität von etwa 3 μH und der Kondensator 52 eine
Kapazität
von etwa 400 pF. Natürlich
sind diese Werte lediglich beispielsweise, da sie hochempfindlich
gegenüber
der genauen Windungsform, der Kernzusammensetzung und der Kernform
und der Kondensatorgröße sind.In one embodiment, the detection coil has 46 nine turns around each handle of the core, while the drive coil 44 two turns around the base of the core and the oscillator has the drive coil 44 with an amplitude of about 0.1V to 5.0V. In one embodiment, the detection coil has 46 also an inductance of about 2.8 μH and the capacitor 52 a capacity of about 2.2 nF while the resonant frequency is about 2 MHz. In another embodiment, the sense coil has an inductance of about 3 μH and the capacitor 52 a capacity of about 400 pF. Of course, these values are exemplary only because they are highly sensitive to the exact winding shape, the core composition, and the core shape and capacitor size.
Insgesamt
ist die gewünschte
Resonanzfrequenz umso niedriger, je größer die erwartete Anfangsdicke
des leitenden Films ist. Beispielsweise können für einen relativ dünnen Film,
beispielsweise 2000 Ångström, die Kapazität und die
Induktivität
so gewählt
werden, dass eine relativ hohe Resonanzfrequenz von beispielsweise
etwa 2 MHz bereitgestellt wird. Andererseits können für einen relativ dickeren Film,
beispielsweise 20.000 Ångström, die Kapazität und die
Induktivität
so gewählt
werden, dass sie eine relativ niedrigere Resonanzfrequenz von beispielsweise
etwa 50 kHz bereitstellen. Jedoch arbeiten hohe Resonanzfrequenzen
noch gut mit dicken Kupferschichten. Außerdem können sehr hohe Frequenzen (über 2 MHz)
verwendet werden, um das Hintergrundrauschen von Metallteilen in
dem Trägerkopf
zu verringern.All in all
is the desired one
The lower the resonant frequency, the greater the expected initial thickness
of the leading film. For example, for a relatively thin film,
for example, 2000 angstroms, the capacity and the
inductance
so chosen
be that a relatively high resonant frequency of, for example
about 2 MHz is provided. On the other hand, for a relatively thicker film,
For example, 20,000 angstroms, the capacity and the
inductance
so chosen
be that they have a relatively lower resonant frequency of, for example
provide about 50 kHz. However, high resonance frequencies work
still good with thick copper layers. In addition, very high frequencies (over 2 MHz)
used to reduce the background noise of metal parts in
the carrier head
to reduce.
Gemäß 3, 4 und 7A wird
vor dem Ausführen
des Polierens am Anfang der Oszillator 50 auf die Resonanzfrequenz
der LC-Schaltung eingestellt, ohne dass ein Substrat vorhanden ist.
Diese Resonanzfrequenz resultiert in der maximalen Amplitude des
Ausgangssignals aus dem HF-Verstärker 54.According to 3 . 4 and 7A will be at the beginning of the oscillator before performing the polishing 50 set to the resonant frequency of the LC circuit without a substrate is present. This resonant frequency results in the maximum amplitude of the output signal from the RF amplifier 54 ,
Wie
in 7B und 8 gezeigt ist, wird für einen
Polierbetrieb ein Substrat 10 in Kontakt mit dem Polierkissen 30 angeordnet.
Das Substrat 10 kann einen Siliciumwafer 12 und
eine leitende Schicht 16, beispielsweise ein Metall, wie
Kupfer, aufweisen, die über
einer oder mehreren gemusterten Unterschichten 14 angeordnet
ist, die Halbleiter-, Leiter- oder Isolatorschichten sein können. Eine
Sperrschicht 18, beispielsweise Tantal oder Tantalnitrid, kann
die Metallschicht von dem darunterliegenden Dielektrikum trennen.
Die mit Muster versehenen Unterschichten können Metallstrukturen aufweisen,
beispielsweise Kontaktlöcher,
Kontaktstellen und Zwischenverbindungen. Da vor dem Polieren die
Masse der leitenden Schicht 16 insgesamt relativ dick und durchgehend
ist, hat sie einen niedrigen spezifischen Widerstand, und es können relativ
starke Wirbelströme
in der leitenden Schicht erzeugt werden. Wie vorher erwähnt, führen die
Wirbelströme
dazu, dass die Metallschicht als eine Impedanzquelle parallel zu
der Erfassungsspule 46 und dem Kondensator 52 wirkt. Als
Folge verringert das Vorhandensein des leitenden Films 16 den
Q-Faktor der Sensorschaltung, wodurch die Amplitude des Signals
aus dem HF-Verstärker 56 beträchtlich
verringert wird.As in 7B and 8th is shown, for a polishing operation, a substrate 10 in contact with the polishing pad 30 arranged. The substrate 10 can be a silicon wafer 12 and a conductive layer 16 For example, a metal, such as copper, may have over one or more patterned ones underlayers 14 is arranged, which may be semiconductor, conductor or insulator layers. A barrier layer 18 For example, tantalum or tantalum nitride may separate the metal layer from the underlying dielectric. The patterned sublayers may include metal structures, such as vias, pads, and interconnects. Since before polishing the mass of the conductive layer 16 Overall, it is relatively thick and continuous, it has a low resistivity, and relatively strong eddy currents can be generated in the conductive layer. As previously mentioned, the eddy currents cause the metal layer as an impedance source to be parallel to the sense coil 46 and the capacitor 52 acts. As a result, the presence of the conductive film decreases 16 the Q factor of the sensor circuit, thereby reducing the amplitude of the signal from the RF amplifier 56 considerably reduced.
Wenn
gemäß 7C und 8 ein
Substrat poliert wird, wird der Masseabschnitt der leitenden Schicht 16 dünner gemacht.
Wenn die leitende Schicht 16 dünner wird, nimmt ihr spezifischer Schichtwiderstand
zu, und die Wirbelströme
in der Metallschicht werden gedampft. Demzufolge ist die Koppelung
zwischen der Metallschicht 16 und der Sensorschaltung 58 verringert
(d.h. der spezifische Widerstand der virtuellen Impedanzquelle steigt). Wenn
die Koppelung zurückgeht,
steigt der Q-Faktor der Sensorschaltung 58 auf seinen Ausgangswert.If according to 7C and 8th a substrate is polished, becomes the mass portion of the conductive layer 16 thinner. If the conductive layer 16 becomes thinner, their specific sheet resistance increases, and the eddy currents in the metal layer are attenuated. As a result, the coupling between the metal layer 16 and the sensor circuit 58 decreases (ie the resistivity of the virtual impedance source increases). When the coupling decreases, the Q-factor of the sensor circuit increases 58 to its initial value.
Gemäß 7D und 8 ist
schließlich
der Masseabschnitt der leitenden Schicht 16 entfernt, so dass
die leitenden Zwischenverbindungen 16' in den Gräben zwischen der ein Muster
bildenden Isolierschicht 14 verbleiben. Zu diesem Zeitpunkt
erreicht die Koppelung zwischen den leitenden Abschnitten in dem
Substrat, die insgesamt klein und insgesamt nicht durchgehend sind,
sowie die Sensorschaltung 58 ein Minimum. Demzufolge erreicht
der Q-Faktor der Sensorschaltung einen Maximalwert (obwohl er nicht
so groß ist
wie der Q-Faktor, wenn das Substrat vollständig fehlt). Dies veranlasst
die Amplitude des Ausgangssignals aus der Sensorschaltung zu einer Plateaubildung.According to 7D and 8th is finally the mass portion of the conductive layer 16 removed, leaving the conductive interconnections 16 ' in the trenches between the pattern forming insulating layer 14 remain. At this time, the coupling between the conductive portions in the substrate, which are small overall and not continuous, reaches the sensor circuit 58 a minimum. As a result, the Q-factor of the sensor circuit reaches a maximum value (though it is not as large as the Q-factor if the substrate is completely absent). This causes the amplitude of the output signal from the sensor circuit to plateau formation.
Somit
kann durch Erfassen, wann die Amplitude des Ausgangssignals nicht
länger
ansteigt und sich eingepegelt hat (beispielsweise ein lokales Plateau
erreicht hat), der Rechner 90 einen Polierendpunkt erfassen.
Alternativ kann die Bedienungsperson der Poliermaschine, indem sie
ein oder mehrere Testsubstrate poliert, die Amplitude des Ausgangssignals
als Funktion der Dicke der Metallschicht bestimmen. Dadurch kann
der Endpunktdetektor das Polieren anhalten, wenn eine spezielle
Dicke der Metallschicht auf dem Substrat verbleibt. Insbesondere kann
der Rechner 90 den Endpunkt auslösen, wenn das Ausgangssignal
aus dem Ver stärker
einen Spannungsschwellenwert überschreitet,
der der gewünschten
Dicke entspricht. Alternativ kann auch das Wirbelstromüberwachungssystem
dazu verwendet werden, eine Änderung
der Polierparameter anzusteuern. Wenn beispielsweise das Überwachungssystem
ein Polierkriterium erfasst, kann die CMP-Vorrichtung die Schlämmezusammensetzung ändern (beispielsweise
von einer hochselektiven Schlämme
auf eine niederselektive Schlämme).
Bei einem anderen Beispiel kann, wie nachstehend erörtert, die
CMP-Vorrichtung das Druckprofil ändern, das
von dem Trägerkopf
aufgebracht wird.Thus, by detecting when the amplitude of the output signal no longer rises and has leveled (eg, has reached a local plateau), the computer can 90 capture a polishing endpoint. Alternatively, the operator of the polishing machine may polish the amplitude of the output signal as a function of the thickness of the metal layer by polishing one or more test substrates. This allows the endpoint detector to stop polishing when a particular thickness of the metal layer remains on the substrate. In particular, the calculator can 90 trigger the end point when the output signal from the Ver stronger exceeds a voltage threshold corresponding to the desired thickness. Alternatively, the eddy current monitoring system can be used to control a change in the polishing parameters. For example, if the monitoring system detects a polishing criterion, the CMP device may change the slurry composition (for example, from a highly selective slurry to a low-selective slurry). In another example, as discussed below, the CMP device may alter the pressure profile applied by the carrier head.
Gemäß 9A kann
zusätzlich
zu dem Erfassen von Änderungen
der Amplitude das Wirbelstromüberwachungssystem
einen Phasenverschiebungssensor 94 aufweisen, um eine Phasenverschiebung
in dem erfassten Signal zu berechnen. Wenn die Metallschicht poliert
wird, ändert
sich die Phase des erfassten Signals bezüglich des Treibsignals aus
dem Oszillator 50. Diese Phasendifferenz kann in Wechselbeziehung
zu der Dicke der polierten Schicht gesetzt werden.According to 9A For example, in addition to detecting changes in amplitude, the eddy current monitoring system may include a phase shift sensor 94 to calculate a phase shift in the detected signal. When the metal layer is polished, the phase of the detected signal changes with respect to the drive signal from the oscillator 50 , This phase difference can be correlated with the thickness of the polished layer.
Eine
Ausführung
von sowohl der Amplituden- als auch der Phasenverschiebungsabschnitte des
Wirbelstromüberwachungssystems
ist in 9B gezeigt. Diese Ausführung kombiniert,
wie in 9B zu sehen, das Treib- und
Erfassungssignal zur Erzeugung eines Phasenverschiebungssignals
mit einer Impulsbreite oder einem Arbeitszyklus, die/der proportional
zur Phasendifferenz ist. Bei dieser Ausführung werden zwei XOR-Gatter 100 und 102 verwendet,
um die sinusförmigen
Signale aus der Erfassungsspule 46 bzw. dem Oszillator 50 in
Rechteckwellensignale umzuwandeln. Die beiden Rechteckwellensignale
werden in Eingänge
eines dritten XOR-Gatters 104 eingeführt. Der Ausgang des dritten
XOR-Gatters 104 ist ein Phasenverschiebungssignal mit einer
Impulsbreite oder einem Arbeitszyklus, der proportional zur Phasendifferenz
zwischen den beiden Rechteckswellensignalen ist. Das Phasenverschiebungssignal
wird durch einen RC-Filter 106 gefiltert, um ein gleichstromartiges
Signal mit einer Spannung zu erzeugen, die zu der Phasendifferenz proportional
ist. Alternativ können
die Signale in eine programmierbare digitale Logik, beispielsweise
in eine komplex programmierbare Logikeinrichtung (CPLD – Complex
Programmable Logic Device) oder in eine. feldprogrammierbare Gatteranordnung (FGPA – Field
Programmable Gate Array) eingespeist werden, die Phasenverschiebungsmessungen ausführt. Eine
weitere Ausführung
des Amplitudenerfassungsabschnitts des Wirbelstromüberwachungssystems
ist in 9C gezeigt. Ein Beispiel einer Spur,
die von einem Wirbelstromüberwachungssystem
erzeugt wird, welches die Phasenverschiebungsdifferenz zwischen
dem Treib- und dem Erfassungssignal ist, ist in 10 gezeigt.
Da die Phasenmessungen gegenüber
der Stabilität
der Treibfrequenz hoch empfindlich sind, kann eine Phasenregelkreiselektronik
hinzugefügt
werden.One embodiment of both the amplitude and phase shift portions of the eddy current monitoring system is shown in FIG 9B shown. This design combines, as in 9B to see the drive and sense signal for generating a phase shift signal having a pulse width or duty cycle proportional to the phase difference. In this embodiment, two XOR gates 100 and 102 used to get the sinusoidal signals from the detection coil 46 or the oscillator 50 to convert into square wave signals. The two square wave signals become inputs of a third XOR gate 104 introduced. The output of the third XOR gate 104 is a phase shift signal having a pulse width or duty cycle that is proportional to the phase difference between the two square wave signals. The phase shift signal is passed through an RC filter 106 filtered to produce a DC-like signal with a voltage that is proportional to the phase difference. Alternatively, the signals may be stored in programmable digital logic, such as a Complex Programmable Logic Device (CPLD) or in a programmable logic device (CPLD). field programmable gate array (FGPA) that performs phase shift measurements. Another embodiment of the amplitude detecting portion of the eddy current monitoring system is shown in FIG 9C shown. An example of a track generated by an eddy current monitoring system, which is the phase shift difference between the drive and detection signals, is shown in FIG 10 shown. Since the phase measurements compared to the stability of Treibfre high sensitivity, a phase locked loop electronics can be added.
Ein
möglicher
Vorteil der Phasendifferenzmessung besteht darin, dass die Abhängigkeit
der Phasendifferenz von der Metallschichtdicke stärker linear
als die der Amplitude sein kann. Zusätzlich kann die absolute Dicke
der Metallschicht über
einen weiten Bereich von möglichen
Dicken bestimmt werden.One
potential
Advantage of the phase difference measurement is that the dependence
the phase difference of the metal layer thickness more linear
than that of the amplitude can be. In addition, the absolute thickness
the metal layer over
a wide range of possible
Thicknesses are determined.
Zurückkehrend
zu 3 kann das optische Überwachungssystem 140,
das als ein Reflektometer oder Interferometer wirken kann, an der
Platte 24 in der Ausnehmung 26 angrenzend an das
Wirbelstromüberwachungssystem 40 befestigt
werden. Somit kann das optische Überwachungssystem 140 das Reflexionsvermögen an im
Wesentlichen der gleichen Stelle auf dem Substrat messen, die von
dem Wirbelstromüberwachungssystem 40 überwacht wird.
Insbesondere kann das optische Überwachungssystem 140 positioniert
werden, um einen Abschnitt des Substrats bei der gleichen radialen
Entfernung von der Drehachse der Platte 24 wie das Wirbelstromüberwachungssystem 40 zu
vermessen. Somit kann das optische Überwachungssystem 140 über dem
Substrat auf dem gleichen Weg wie das Wirbelstromüberwachungssystem 40 abtasten.Returning to 3 can the optical surveillance system 140 , which can act as a reflectometer or interferometer, on the plate 24 in the recess 26 adjacent to the eddy current monitoring system 40 be attached. Thus, the optical monitoring system 140 Measure the reflectivity at substantially the same location on the substrate as that of the eddy current monitoring system 40 is monitored. In particular, the optical monitoring system 140 be positioned to a portion of the substrate at the same radial distance from the axis of rotation of the plate 24 like the eddy current monitoring system 40 to measure. Thus, the optical monitoring system 140 above the substrate in the same way as the eddy current monitoring system 40 scan.
Das
optische Überwachungssystem 140 hat eine
Lichtquelle 144 und einen Detektor 146. Die Lichtquelle
erzeugt einen Lichtstrahl 142, der sich durch den transparenten
Fensterabschnitt 36 und die Schlämme ausbreitet und auf die
freiliegende Fläche des
Substrats 10 trifft. Beispielsweise kann die Lichtquelle 144 ein
Laser sein, während
der Lichtstrahl 142 ein kollimierter Laserstrahl ist. Der
Lichtlaserstrahl 142 kann aus dem Laser 144 mit
einem Winkel zu einer Achse senkrecht zur Oberfläche des Substrats 10 projiziert
werden. Wenn das Loch 26 und das Fenster 36 länglich sind,
kann zusätzlich
ein Strahlerweiterer (nicht gezeigt) in dem Weg des Lichtstrahls angeordnet
werden, um den Lichtstrahl auf der Längsachse des Fensters aufzuweiten.
Insgesamt wirkt das optische Überwachungssystem,
wie es in der US-A-6159073 und
der US-A-6280289 beschrieben
ist.The optical monitoring system 140 has a light source 144 and a detector 146 , The light source generates a light beam 142 passing through the transparent window section 36 and the slurry spreads and onto the exposed surface of the substrate 10 meets. For example, the light source 144 be a laser while the light beam 142 is a collimated laser beam. The light laser beam 142 can out of the laser 144 at an angle to an axis perpendicular to the surface of the substrate 10 be projected. If the hole 26 and the window 36 In addition, a Strahlerweiterer (not shown) can be arranged in the path of the light beam to expand the light beam on the longitudinal axis of the window. Overall, the optical surveillance system, as in the US-A-6159073 and the US-A-6280289 is described.
Ein
Beispiel einer Spur 250, die von einem optischen Überwachungssystem
erzeugt wird, das die Phasendifferenz zwischen dem Treib- und Erfassungssignal
misst, ist in 11 gezeigt. Die Gesamtform der
Stärkespur 250 kann
wie folgt erklärt
werden. Am Anfang hat die Me tallschicht 16 irgendeine Anfangstopographie
aufgrund der Topologie der darunterliegenden, mit Muster versehenen
Schicht 14. Aufgrund dieser Topographie streut der Lichtstrahl, wenn
er auf die Metallschicht trifft. Wenn der Poliervorgang im Abschnitt 252 der
Spur fortschreitet, wird die Metallschicht planarer, und das Reflexionsvermögen der
polierten Metallschicht nimmt zu. Wenn die Masse der Metallschicht
im Abschnitt 254 der Spur entfernt ist, bleibt die Intensität relativ
stabil. Wenn die Oxidschicht in der Spur frei zu werden beginnt, fällt die
Gesamtsignalstärke
im Abschnitt 256 der Spur schnell ab. Wenn die Oxidschicht
in der Spur einmal vollständig
freigelegt ist, stabilisiert sich die Intensität wieder im Abschnitt 258 der
Spur, obwohl sie geringen Schwankungen aufgrund interferometrischer
Effekte unterliegen kann, wenn die Oxidschicht entfernt wird.An example of a track 250 generated by an optical monitoring system which measures the phase difference between the drive and detection signals is in 11 shown. The overall shape of the starch trace 250 can be explained as follows. At the beginning, the metal layer has 16 any initial topography due to the topology of the underlying patterned layer 14 , Due to this topography, the light beam scatters when it hits the metal layer. If the polishing process in the section 252 As the trace progresses, the metal layer becomes more planar, and the reflectivity of the polished metal layer increases. If the mass of the metal layer in the section 254 the track is removed, the intensity remains relatively stable. When the oxide layer in the track starts to become free, the overall signal strength drops in the section 256 the track quickly. Once the oxide layer in the track is fully exposed, the intensity stabilizes again in the section 258 the trace, although it may undergo minor variations due to interferometric effects when the oxide layer is removed.
Gemäß 3 und 4A bis 4E kann die
CMP-Vorrichtung 20 auch einen Positionssensor 80,
beispielsweise einen optischen Unterbrecher, aufweisen, um zu erfassen,
wann sich ein Kern 42 und eine Lichtquelle 44 unter
dem Substrat 10 befinden. Beispielsweise kann der optische
Unterbrecher an einem Fixpunkt gegenüber dem Trägerkopf 70 angebracht
werden. An dem Umfang der Platte ist ein Lichtabdeckschirm 82 befestigt.
Der Befestigungspunkt und die Länge
des Lichtabdeckschirms 82 werden so gewählt, dass er das optische Signal
aus dem Sensor 80 unterbricht, wenn der transparente Abschnitt 36 das
Substrat 10 unten überstreicht.
Alternativ kann die CMP-Vorrichtung eine Codiereinrichtung zum Bestimmen
der Winkelposition der Platte aufweisen.According to 3 and 4A to 4E can the CMP device 20 also a position sensor 80 , For example, an optical breaker, to detect when a core 42 and a light source 44 under the substrate 10 are located. For example, the optical breaker may be at a fixed point opposite the carrier head 70 be attached. At the periphery of the plate is a Lichtabdeckschirm 82 attached. The attachment point and the length of the light cover 82 are chosen so that it receives the optical signal from the sensor 80 interrupts when the transparent section 36 the substrate 10 swept over below. Alternatively, the CMP apparatus may include an encoder for determining the angular position of the disk.
Ein
programmierbarer digitaler Allzweckrechner 90 empfängt die
Intensitätssignale
und die Phasen verschiebungssignale aus dem Wirbelstromerfassungssystem
und die Intensitätssignale
aus dem optischen Überwachungssystem.
Da die Überwachungssysteme
das Substrat unten bei jeder Drehung der Platte überstreichen, werden Informationen über die
Metallschichtdicke und das Freilegen der darunterliegenden Schicht
in situ und auf fortlaufender Realzeitbasis (einmal pro Plattendrehung)
gespeichert. Der Rechner 90 kann so programmiert sein, dass
er die Messungen aus dem Überwachungssystem
nimmt, wenn das Substrat insgesamt über dem transparenten Abschnitt 36 liegt
(was von dem Positionssensor bestimmt wird). Wenn das Polieren fortschreitet, ändern sich
das Reflexionsvermögen
oder die Dicke der Metallschicht, und die abgetasteten Signale variieren über der
Zeit. Auf die sich mit der Zeit ändernden
getasteten Signale wird als Spuren Bezug genommen. Die Messungen
aus den Überwachungssystemen
können
auf einer Ausgabevorrichtung 92 während des Polierens angezeigt
werden, um es der Bedienungsperson der Vorrichtung zu ermöglichen,
den Fortschritt des Poliervorgangs visuell zu überwachen. Zusätzlich können, wie
nachstehend erörtert,
die Spuren dazu verwendet werden, den Polierprozess zu steuern und
den Endpunkt des Metallschichtpoliervorgangs zu bestimmen.A programmable digital general purpose computer 90 receives the intensity signals and the phase shift signals from the eddy current detection system and the intensity signals from the optical monitoring system. Because the monitoring systems sweep the substrate down with each rotation of the disk, information about the metal layer thickness and the exposure of the underlying layer is stored in situ and on a continuous real-time basis (once per disk rotation). The computer 90 may be programmed to take the measurements from the monitoring system when the substrate is entirely over the transparent portion 36 is (which is determined by the position sensor). As polishing progresses, the reflectance or thickness of the metal layer changes and the sampled signals vary over time. The time-varying keyed signals are referred to as tracks. The measurements from the monitoring systems can be made on an output device 92 during polishing to allow the operator of the device to visually monitor the progress of the polishing process. In addition, as discussed below, the tracks may be used to control the polishing process and to determine the endpoint of the metal layer polishing process.
Da
Signale von sowohl dem Wirbelstromüberwachungssystem 40 als
auch von dem optischen Überwachungssystem 140 in
den Rechner 90 eingegeben werden, kann entweder eines der
Systeme oder können
beide Überwachungssysteme
für die Endpunktbestimmung
benutzt werden. Dies gibt dem chemischen-mechanischen Polierer robuste
Endpunkterfassungsfähigkeiten
zum Polieren von sowohl dielektrischen als auch metallischen Materialien.
Die Signale aus den beiden Systemen können nach Endpunktkriterien überwacht
werden, und die Erfassung der Endpunktkriterien aus den beiden Systemen
kann mit verschiedenen Booleschen Logikoperationen (beispielsweise
UND oder ODER) kombiniert werden, um den Polierendpunkt auszulösen oder
Prozessparameter zu ändern.
Zu möglichen Prozesssteuer-
und Endpunktkriterien für
die Detektorlogik gehören
lokale Minima oder Maxima, Neigungsänderungen, Schwellwerte der
Amplitude oder der Neigung oder Kombinationen davon. Ein Überwachungssystem
kann dazu dienen, das andere Überwachungssystem
zu bestätigen.
Beispielsweise kann die Poliervorrichtung nur beim Erfassen von
geeigneten Endpunktkriterien sowohl des Wirbelstromsignals als auch
des optischen Intensitätssignals
das Polieren unterbrechen. Alternativ kann ein System als Sicherungsendpunktdetektor
dienen. Beispielsweise kann die Poliervorrichtung das Polieren nur
bei Erfassen eines ersten Endpunktkriteriums aus einem System, beispielsweise
dem Wirbelstromüberwachungssystem,
unterbrechen, und wenn das Endpunktkriterium in einem bestimmten
Zeitrahmen nicht erfasst wird, kann das Polieren nach Erfassen eines zweiten
Endpunktkriteriums aus dem anderen System unterbrochen werden, beispielsweise
dem optischen Überwachungssystem.
Zusätzlich
können
beide Systeme während
unterschiedlicher Abschnitte des Poliervorgangs eingesetzt werden.
Beispielsweise kann während
des Metallpolierens (insbesondere des Polierens von Kupfer) ein
Großteil
des Substrats poliert werden, während
mit dem Wirbelstromüberwachungssystem überwacht
wird.Because signals from both the eddy current monitoring system 40 as well as the optical monitoring system 140 in the calculator 90 turned can either be one of the systems or both monitoring systems can be used for the end point determination. This provides the chemical mechanical polisher with robust endpoint detection capabilities for polishing both dielectric and metallic materials. The signals from the two systems can be monitored by endpoint criteria, and the detection of endpoint criteria from the two systems can be combined with various Boolean logic operations (for example, AND or OR) to trigger the polishing endpoint or to change process parameters. Possible process control and endpoint criteria for the detector logic include local minima or maxima, slope changes, thresholds of amplitude or slope, or combinations thereof. One monitoring system may serve to confirm the other monitoring system. For example, the polishing apparatus may interrupt polishing only upon detection of appropriate endpoint criteria of both the eddy current signal and the optical intensity signal. Alternatively, a system may serve as a backup endpoint detector. For example, the polishing apparatus may interrupt polishing only upon detection of a first endpoint criterion from a system, such as the eddy current monitoring system, and if the endpoint criterion is not detected within a particular time frame, polishing may be interrupted upon detection of a second endpoint criterion from the other system, for example the optical monitoring system. In addition, both systems can be used during different sections of the polishing process. For example, during metal polishing (particularly, polishing of copper), much of the substrate may be polished while being monitored with the eddy current monitoring system.
Bei
einem Poliervorgang für
eine Metallschicht verwendet die CMP-Vorrichtung 20 das
Wirbelstromüberwachungssystem 40 und
das optische Überwachungssystem 140,
zur Bestimmung, wann die Masse der Füllschicht entfernt worden ist,
und zur Bestimmung, wann die darunterliegende Stoppschicht im Wesentlichen
freigelegt ist. Der Rechner 90 wendet die Prozesssteuer-
und Endpunkterfassungslogik auf die abgetasteten Signale an, um
zu bestimmen, wann die Prozessparameter zu ändern sind und um den Polierendpunkt
zu erfassen. Wenn das Wirbelstromüberwachungssystem bestimmt, dass
der Metallfilm eine vorgegebene Dicke erreicht hat, kann das optische Überwachungssystem
dazu verwendet werden zu erfassen, wann die darunterliegende Isolatorschicht
freigelegt ist.In a polishing process for a metal layer, the CMP device uses 20 the eddy current monitoring system 40 and the optical monitoring system 140 to determine when the mass of the filling layer has been removed and to determine when the underlying stop layer is substantially exposed. The computer 90 applies the process control and endpoint detection logic to the sampled signals to determine when to change the process parameters and to capture the polishing endpoint. When the eddy current monitoring system determines that the metal film has reached a predetermined thickness, the optical monitoring system can be used to detect when the underlying insulator layer is exposed.
Zusätzlich kann
der Rechner 90 so programmiert werden, dass er die Messungen
sowohl von dem Wirbelstromüberwachungssystem 40 als
auch von dem optischen Überwachungssystem 140 aus jedem Überstreichen
unter dem Substrat in eine Vielzahl von Abtastzonen 96 aufteilt,
um die radiale Position einer jeden Abtastzone zu berechnen und
die Amplitudenmessungen in Radialbereiche zur Bestimmung von Minimums-,
Maximums- und Durchschnittsmessungen für jede Abtastzone zu sortieren und
um mehrere radiale Bereiche zur Bestimmung des Polierendpunkts zu
verwenden, wie es in der US-A-6399501 erörtert ist.In addition, the calculator can 90 be programmed to take measurements from both the eddy current monitoring system 40 as well as the optical monitoring system 140 from each sweep under the substrate to a plurality of sweep zones 96 to calculate the radial position of each scan zone and to sort the amplitude measurements into radial regions to determine minimum, maximum and average measurements for each scan zone and to use multiple radial regions to determine the poling end point as described in U.S. Pat US-A-6399501 is discussed.
Der
Rechner 48 kann auch mit den Druckmechanismen verbunden
werden, die den Druck steuern, der von dem Trägerkopf 70 auf den
Trägerkopf-Drehmotor 76 zur
Steuerung der Trägerkopfdrehzahl,
auf den Plattendrehmotor (nicht gezeigt) zur Steuerung der Plattendrehzahl
oder auf das Schlämmeverteilungssystem 39 ausgeübt wird,
um die Schlämmezusammensetzung
zu steuern, die dem Polierkissen zugeführt wird. Insbesondere können nach
dem Sortieren der Messungen in Radialbereiche Informationen über die
Metallfilmdicke in Realzeit in den Regler eingegeben werden, um
das Polierdruckprofil periodisch oder kontinuierlich zu modifizieren,
das von dem Trägerkopf
aufgebracht wird, wie es in der US-A-6776692 erörtert ist. Beispielsweise kann
der Rechner bestimmen, dass den Endpunktkriterien für die äußeren radialen
Bereiche, jedoch nicht für
die inneren radialen Bereiche genügt ist. Dies würde anzeigen,
dass die darunterliegende Schicht in einem ringförmigen äußeren Bereich freigelegt ist,
nicht jedoch in einem inneren Bereich des Substrats. In diesem Fall
kann der Rechner den Durchmesser der Fläche verringern, in der der
Druck ausgeübt
wird, so dass Druck nur auf den Innenbereich des Substrats ausgeübt wird,
wodurch eine Schüsselbildung
und Erosion an dem Außenbereich des
Substrats verringert wird.The computer 48 can also be connected to the pressure mechanisms that control the pressure coming from the carrier head 70 on the carrier head rotary motor 76 for controlling the carrier head speed, to the plate rotation motor (not shown) for controlling the plate speed or to the slurry distribution system 39 is applied to control the slurry composition supplied to the polishing pad. In particular, after sorting the measurements into radial regions, information about the metal film thickness in real time may be input to the regulator to periodically or continuously modify the polishing pressure profile applied by the carrier head as described in US Pat US-A-6776692 is discussed. For example, the computer may determine that the endpoint criteria for the outer radial regions but not for the inner radial regions is sufficient. This would indicate that the underlying layer is exposed in an annular outer region, but not in an inner region of the substrate. In this case, the computer may reduce the diameter of the area in which the pressure is applied so that pressure is applied only to the interior of the substrate, thereby reducing bowl formation and erosion at the exterior of the substrate.
Ein
Verfahren zum Polieren einer Metallschicht, beispielsweise einer
Kupferschicht, ist in dem Ablaufdiagramm von 12 gezeigt.
Zunächst wird
das Substrat an der ersten Poliersta tion 22a poliert, um
die Masse der Metallschicht zu entfernen. Der Polierprozess wird
von dem Wirbelstromüberwachungssystem 40 überwacht.
Wenn eine vorgegebene Dicke, beispielsweise 2000 Ångström, der Kupferschicht 14 über der
darunterliegenden Sperrschicht 16 verbleibt (siehe 7B),
wird der Polierprozess unterbrochen und das Substrat zu der zweiten
Polierstation 22b überführt. Dieser
erste Polierendpunkt kann ausgelöst
werden, wenn das Phasenverschiebungssignal einen experimentell bestimmten Schwellenwert überschreitet.
Zu beispielsweisen Polierparametern für die erste Polierstation gehören eine
Plattendrehzahl von 93 UpM, ein Trägerkopfdruck von etwa 3 psi
und ein Polierkissen IC-1010. Wenn das Polieren an der ersten Polierstation
fortschreitet, können
die Informationen über
die radiale Dicke aus dem Wirbelstromüberwachungssystem 40 in
ein Rückkoppelungsregelsystem
eingespeist werden, um den Druck und/oder die Belastungsfläche des
Trägerkopfs 200 an
dem Substrat zu steuern. Der Druck des Halterings auf das Polierkissen
kann ebenfalls zur Regulierung der Poliergeschwindigkeit eingestellt
werden. Dies versetzt den Trägerkopf
in die Lage, die Ungleichförmigkeit
der Polierrate oder die Ungleichförmigkeit der Dicke der Metallschicht des
ankommenden Substrats auszugleichen. Als Folge ist nach dem Polieren
an der ersten Polierstation der größte Teil der Metallschicht
entfernt, und die Oberfläche
der auf dem Substrat zurückbleibenden Metallschicht
ist im Wesentlichen planarisiert.A method for polishing a metal layer, such as a copper layer, is shown in the flow chart of FIG 12 shown. First, the substrate is at the first Poliersta tion 22a polished to remove the mass of the metal layer. The polishing process is performed by the eddy current monitoring system 40 supervised. If a given thickness, for example 2000 angstroms, of the copper layer 14 above the underlying barrier 16 remains (see 7B ), the polishing process is interrupted and the substrate to the second polishing station 22b transferred. This first polishing endpoint may be triggered when the phase shift signal exceeds an experimentally determined threshold. Exemplary polishing parameters for the first polishing station include a plate speed of 93 rpm, a carrier head pressure of about 3 psi, and a polishing pad IC-1010. As the polishing progresses at the first polishing station, the information about the radial thickness can be obtained from the eddy current monitoring system 40 fed to a feedback control system to control the pressure and / or load area of the carrier head 200 to control on the substrate. The pressure of the retaining ring on the polishing pad can also be adjusted to regulate the polishing rate. This enables the carrier head to compensate for the nonuniformity of the polishing rate or the nonuniformity of the thickness of the metal layer of the incoming substrate. As a result, after polishing at the first polishing station, most of the metal layer is removed, and the surface of the metal layer remaining on the substrate is substantially planarized.
An
der zweiten Polierstation 22b wird das Substrat mit einer
geringeren Polierrate als in der ersten Polierstation poliert. Beispielsweise
ist die Polierrate um etwa einen Faktor von 2 bis 4, d.h. um etwa 50%
bis 75% verringert. Zur Verringerung der Polierrate kann der Trägerkopfdruck
verringert, die Trägerkopfdrehzahl
reduziert, die Zusammensetzung der Schlämme geändert werden, um eine langsamere Polierschlämme einzuführen, und/oder
die Plattendrehzahl kleiner gemacht werden. Beispielsweise kann
der Druck an dem Substrat aus dem Trägerkopf um etwa 33% bis 50%
und sowohl die Plattendrehzahl als auch die Trägerkopfdrehzahl um etwa 50% reduziert
werden. Beispielsweise Polierparameter für die zweite Polierstation 22b sind
eine Plattendrehzahl von 43 UpM, ein Trägerkopfdruck von etwa 2 psi und
ein Polierkissen IC-1010.At the second polishing station 22b For example, the substrate is polished at a lower polishing rate than in the first polishing station. For example, the polishing rate is reduced by about a factor of 2 to 4, ie, by about 50% to 75%. To reduce the polishing rate, the carrier head pressure may be reduced, the carrier head speed reduced, the composition of the slurry changed to introduce a slower polishing slurry, and / or the plate speed made smaller. For example, the pressure on the substrate from the carrier head may be reduced by about 33% to 50% and both the disk speed and the carrier head speed may be reduced by about 50%. For example, polishing parameters for the second polishing station 22b are a plate speed of 43 rpm, a carrier head pressure of about 2 psi and a polishing pad IC-1010.
Wenn
das Polieren an der zweiten Polierstation beginnt, kann wahlweise
das Substrat kurz poliert werden, beispielsweise über etwa
10 s bei einem etwas höheren
Druck, beispielsweise 3 psi und einer Drehzahl von beispielsweise
93 UpM. Dieses anfängliche
Polieren, das als "Einleitungs"-Schritt bezeichnet
werden kann, kann erforderlich sein, um auf der Metall schicht ausgebildete
native Oxide zu entfernen oder um einen Anstieg der Plattendrehzahl und
des Trägerkopfdrucks
auszugleichen, um den erwarteten Durchsatz aufrechtzuerhalten.If
Polishing at the second polishing station begins, optionally
the substrate is polished briefly, for example over about
10 s at a slightly higher
Pressure, for example 3 psi and a speed of, for example
93 rpm. This initial one
Polishing, referred to as the "initiation" step
may be required to layer on the metal
to remove native oxides or to increase the plate speed and
the carrier head pressure
to maintain the expected throughput.
Der
Polierprozess wird an der zweiten Polierstation 22b durch
ein optisches Überwachungssystem überwacht.
Das Polieren geht an der zweiten Polierstation 22b weiter,
bis die Metallschicht entfernt ist und die darunterliegende Sperrschicht
freigelegt ist. Natürlich
können
kleine Abschnitte der Metallschicht auf dem Substrat verbleiben,
jedoch ist die Metallschicht im Wesentlichen gänzlich entfernt. Das optische Überwachungssystem
dient zur Bestimmung dieses Endpunkts, da es die Änderung
des Reflexionsvermögens
feststellen kann, wenn die Sperrschicht freigelegt ist. Insbesondere
kann der Endpunkt für
die zweite Polierstation ausgelöst
werden, wenn die Amplitude oder Neigung des optischen Überwachungssystems
unter einen durch Versuch bestimmten Schwellenwert über alle
radialen, von dem Rechner überwachten
Bereiche fällt.
Dies zeigt an, dass über
im Wesentlichen dem gesamten Substrat die Sperrmetallschicht entfernt
worden ist. Wenn das Polieren an der zweiten Polierstation 22b weitergeht,
können
natürlich
die Informationen über das
Reflexionsvermögen
von dem ersten optischen Überwachungssystem 40 in
ein Rückkoppelungsregelsystem
eingespeist werden, um den Druck und/oder die Belastungsfläche des
Trägerkopfes 200 auf
dem Substrat zu steuern, um zu verhindern, dass Bereiche der Sperrschicht,
die als erste freigelegt werden, überpoliert werden.The polishing process is at the second polishing station 22b monitored by an optical monitoring system. The polishing goes to the second polishing station 22b Continue until the metal layer is removed and the underlying barrier layer is exposed. Of course, small portions of the metal layer may remain on the substrate, but the metal layer is substantially entirely removed. The optical monitoring system serves to determine this endpoint because it can detect the change in reflectivity when the barrier is exposed. In particular, the endpoint for the second polishing station may be triggered when the amplitude or tilt of the optical monitoring system falls below a trial threshold over all radial areas monitored by the computer. This indicates that over substantially the entire substrate the barrier metal layer has been removed. When polishing at the second polishing station 22b Of course, the information about the reflectivity of the first optical monitoring system can, of course 40 fed to a feedback control system to control the pressure and / or load area of the carrier head 200 on the substrate to prevent over-polishing portions of the barrier layer which are first exposed.
Durch
Reduzieren der Polierdrehzahl, bevor die Sperrschicht freigelegt
wird, können
Schüsselbildungs-
und Erosionseffekte reduziert werden. Außerdem wird die relative Reaktionszeit
der Poliermaschine verbessert, weil die Poliermaschine in der Lage ist,
das Polieren zu unterbrechen und bei weniger entferntem Material,
nachdem das abschließende Endkriterium
erfasst worden ist, zu der dritten Polierstation zu überführen. Darüber hinaus
können
in der Nähe
der erwarteten Polierendzeit mehr Intensitätsmessungen gesammelt werden,
wodurch die Genauigkeit der Polierendpunktberechnung potenziell
verbessert wird. Zur Aufrechterhaltung einer hohen Polierrate über dem
größten Teil
des Poliervorgangs kann jedoch ein hoher Durchsatz erreicht werden. Vorzugsweise
werden wenigstens 75%, beispielsweise 80 bis 99% des Massepolierens
der Metallschicht abgeschlossen, bevor der Trägerkopfdruck reduziert oder
andere Polierparameter geändert
werden.By
Reduce the polishing speed before the barrier layer is exposed
will, can
Schüsselbildungs-
and erosion effects are reduced. In addition, the relative reaction time
the polishing machine improves because the polishing machine is able
to interrupt the polishing and with less removed material,
after the final final criterion
has been detected, to transfer to the third polishing station. Furthermore
can
near
the expected polishing time more intensity measurements are collected,
which makes the accuracy of the polishing end point calculation potentially
is improved. To maintain a high polishing rate above the
biggest part
However, the polishing process, a high throughput can be achieved. Preferably
be at least 75%, for example 80 to 99% of the mass polishing
completed the metal layer before the carrier head pressure is reduced or
changed other polishing parameters
become.
Wenn
die Metallschicht an der zweiten Polierstation 22b entfernt
worden ist, wird das Substrat zur dritten Polierstation 22c zum
Entfernen der Sperrschicht überführt. Beispielsweise
Polierparameter für die
zweite Polierstation sind eine Plattendrehzahl von 103 UpM, ein
Trägerkopfdruck
von etwa 3 psi und ein Polierkissen IC-1010. Wahlweise kann das
Substrat kurz in einem Anfangsschritt, beispielsweise etwa 5 s,
bei einem etwas höheren
Druck, beispielsweise 3 psi, und bei einer Plattendrehzahl von beispielsweise 103
UpM poliert werden. Der Poliervorgang wird an der dritten Polierstation 22c durch
ein optisches Überwachungssystem überwacht
und geht weiter, bis die Sperrschicht im Wesentlichen entfernt ist
und die darunterliegende dielektrische Schicht im Wesentlichen freigelegt
ist. Es kann die gleiche Schlämmelösung wie
an der ersten und zweiten Polierstation verwendet werden, obwohl
an der dritten Polierstation eine andere Schlämmelösung eingesetzt werden kann.When the metal layer at the second polishing station 22b has been removed, the substrate is the third polishing station 22c transferred to remove the barrier layer. For example, polishing parameters for the second polishing station are a plate speed of 103 rpm, a carrier head pressure of about 3 psi, and a polishing pad IC-1010. Optionally, the substrate may be polished briefly in an initial step, for example, about 5 seconds, at a slightly higher pressure, for example, 3 psi, and at a plate speed of, for example, 103 rpm. The polishing process is at the third polishing station 22c monitored by an optical monitoring system and continues until the barrier layer is substantially removed and the underlying dielectric layer is substantially exposed. The same slurry solution as at the first and second polishing stations may be used, although a different slurry solution may be used at the third polishing station.
Ein
alternatives Verfahren zum Polieren einer Metallschicht, beispielsweise
einer Kupferschicht, ist in dem Ablaufdiagramm in 13 gezeigt.
Dieses Verfahren ist dem von 12 ähnlich. Es
werden sowohl der schnelle Polierschritt als auch der langsame Polierschritt
an der ersten Polierstation 22a ausgeführt. Das Entfernen der Sperrschicht
erfolgt an der zweiten Polierstation 22b, während ein Läppschritt
an der abschließenden
Polierstation 22c ausgeführt wird.An alternative method for polishing a metal layer, such as a copper layer, is shown in the flowchart in FIG 13 shown. This procedure is that of 12 similar. It will be both the fast polishing step and the slow polishing step at the first polishing station 22a executed. The removal of the barrier layer takes place at the second polishing station 22b during a lapping step at the final polishing station 22c is performed.
Das
Wirbelstrom- und das optische Überwachungssystem
können
bei einer Vielzahl von Poliersystemen verwendet werden. Zur Erzeugung
einer Relativbewegung zwischen der Polierfläche und dem Substrat können sowohl
das Polierkissen als auch der Trägerkopf
oder beide bewegt werden. Das Polierkissen kann ein kreisförmiges (oder
irgendwie anders geformtes) Kissen, das an der Platte befestigt ist,
ein sich zwischen einer Zuführ-
und Aufrollwalze erstreckendes Band oder ein fortlaufender Riemen sein.
Das Polierkissen kann an einer Platte befestigt sein, die inkrementell über eine
Platte zwischen den Poliervorgängen
fortbewegt wird oder die kontinuierlich über die Platte während des
Polierens bewegt wird. Das Kissen kann an der Platte während des
Polierens befestigt sein, oder es kann eine Fluidlagerung zwischen
der Platte und dem Polierkissen während des Polierens vorhanden
sein. Das Polierkissen kann ein grobes Standardkissen (beispielsweise
Polyurethan mit oder ohne Füllstoffe)
oder ein Kissen mit befestigtem Abrasivmaterial sein. Statt eines
Drehens, wenn kein Substrat vorhanden ist, kann die Treibfrequenz
des Oszillators auf eine Resonanzfrequenz, wenn ein poliertes oder
unpoliertes Substrat vorhanden ist (mit oder ohne Trägerkopf),
oder auf irgendeinen anderen Bezugswert abgestimmt werden.The
Eddy current and the optical monitoring system
can
be used in a variety of polishing systems. To produce
a relative movement between the polishing surface and the substrate can both
the polishing pad as well as the carrier head
or both are moved. The polishing pad can be a circular (or
somehow differently shaped) cushion, which is attached to the plate,
between a supply
and rolling roll extending belt or a continuous belt.
The polishing pad may be attached to a plate incrementally over a
Plate between the polishing operations
is moved or continuously across the plate during the
Polishing is being moved. The pillow can be attached to the plate during the
Be fixed or it may be a fluid storage between
the plate and the polishing pad during polishing
be. The polishing pad may be a standard coarse pad (for example
Polyurethane with or without fillers)
or a cushion with attached abrasive material. Instead of one
Turning, if no substrate is present, the drive frequency
of the oscillator to a resonant frequency when a polished or
unpolished substrate is present (with or without carrier head),
or be tuned to any other reference value.
Obwohl
bei der Darstellung das optische Überwachungssystem 140 so
dargestellt ist, dass es an dem gleichen Loch angeordnet ist, kann
es auch an einer anderen Stelle als an der des Wirbelstromüberwachungssystems 40 angeordnet
werden. Beispielsweise können
das optische Überwachungssystem 140 und
das Wirbelstromüberwachungssystem 40 auf
gegenüberliegenden
Seiten der Platte angeordnet werden, so dass sie abwechselnd die
Substratoberfläche überstreichen.Although in the presentation the optical monitoring system 140 As shown to be located at the same hole, it may also be at a location other than that of the eddy current monitoring system 40 to be ordered. For example, the optical surveillance system 140 and the eddy current monitoring system 40 be placed on opposite sides of the plate so that they alternately paint over the substrate surface.
Gemäß 14 hat
bei einer anderen Ausführung
die erste Polierstation nur ein Wirbelstromüberwachungssystem 40 und
kein optisches Überwachungssystem.
In diesem Fall braucht der Abschnitt 36' des Kissens nicht transparent
zu sein. Es ist jedoch günstig,
wenn der Abschnitt 36' relativ
dünn ist. Geht
man davon aus, dass das Polierkissen 30 ein zweischichtiges
Kissen ist, kann der dünne
Kissenabschnitt 36',
beispielsweise wie in 15A gezeigt, aufgebaut
sein, wobei ein Teil 33' der
Unterschicht 32' entfernt
ist. Alternativ kann, wie in 15B gezeigt
ist, der dünne
Kissenabschnitt 36'' dadurch ausgebildet
werden, dass ein Teil 33'' sowohl der
Unterschicht 32'' als auch eines
Teils der Deckschicht 34'' entfernt wird.
Diese Ausführung
hat somit eine Aussparung in der unteren Fläche der Abdeckschicht 36'' in dem dünnen Kissenabschnitt 36''. Wenn das Polierkissen ein Einzelschichtkissen
ist, kann der dünne Kissenabschnitt 36 dadurch
ausgebildet werden, dass ein Teil des Kissenmaterials entfernt wird,
um eine Aussparung in der unteren Fläche des Kissens zu erzeugen.
Wenn das Polierkissen selbst ausreichend dünn ist oder eine magnetische
Permeabilität (und
Leitfähigkeit)
hat, die die Wirbelstrommessungen nicht beeinflusst, benötigt das
Kissen keinerlei Modifizierungen oder Aussparungen.According to 14 In another embodiment, the first polishing station has only one eddy current monitoring system 40 and no optical monitoring system. In this case, the section needs 36 ' the pillow not to be transparent. However, it is favorable if the section 36 ' is relatively thin. Assuming that the polishing pad 30 a two-layered pillow can be the thin pillow section 36 ' , for example as in 15A Shown to be constructed, being a part 33 ' the lower class 32 ' is removed. Alternatively, as in 15B shown is the thin pillow section 36 '' be formed by a part 33 '' both the lower class 32 '' as well as a part of the cover layer 34 '' Will get removed. This embodiment thus has a recess in the lower surface of the cover layer 36 '' in the thin pillow section 36 '' , If the polishing pad is a single layer pad, the thin pad section may 36 be formed by removing a portion of the pad material to create a recess in the lower surface of the pad. If the polishing pad itself is sufficiently thin or has magnetic permeability (and conductivity) that does not affect the eddy current measurements, the pad will not require any modifications or recesses.
Verschiedene
Aspekte der Erfindung, wie die Anordnung der Wicklung an einer Seite
der Polierfläche
gegenüber
dem Substrat oder die Messung einer Phasendifferenz, gelten auch,
wenn der Wirbelstromsensor eine einzige Spule verwendet. Bei einem
Einspulensystem sind sowohl der Oszillator als auch der Erfassungskondensator
(und andere Erfassungsschaltkreise) mit der gleichen Spule verbunden.Various
Aspects of the invention, such as the arrangement of the winding on one side
the polishing surface
across from
the substrate or the measurement of a phase difference, also apply,
when the eddy current sensor uses a single coil. At a
Single coil systems are both the oscillator and the detection capacitor
(and other detection circuits) connected to the same coil.
Bei
den vorstehenden Ausführungsformen der
Erfindung wird das Polieren mit einem Wirbelstromüberwachungssystem überwacht
und die Polierrate verringert, wenn das Wirbelstromüberwachungssystem
anzeigt, dass eine vorgegebene Dicke der Metallschicht auf dem Substrat
verbleibt. Das Polieren kann mit einem optischen Überwachungssystem überwacht
werden, wobei das Polieren unterbrochen wird, wenn das optische Überwachungssystem
anzeigt, dass eine darunterliegende Schicht wenigstens teilweise
freigelegt ist.at
the above embodiments of the
The invention monitors polishing with an eddy current monitoring system
and the polishing rate decreases when the eddy current monitoring system
indicates that a given thickness of the metal layer on the substrate
remains. Polishing can be monitored with an optical monitoring system
where the polishing is interrupted when the optical monitoring system
indicates that an underlying layer is at least partially
is exposed.
Die
Ausführungsformen
der Erfindung haben einen oder mehrere der nachstehenden möglichen Vorteile.
Während
des Polierens der Masse der Metallschicht kann das Druckprofil,
das von dem Trägerkopf
angelegt wird, so eingestellt werden, dass gleichförmige Polierraten
und eine ungleichförmige Dicke
des ankommenden Substrats ausgeglichen wird. Zusätzlich kann das Polierüberwachungssystem
den Polierendpunkt der Metallschicht in situ erfassen. Weiterhin
kann das Polierüberwachungssystem
den Punkt bestimmen, an dem die Poliervorrichtung Polierparameter ändern sollte.
Beispielsweise kann das Polierüberwachungssystem
dazu verwendet werden, ein Verlangsamen der Polierrate während eines
Polierens einer Metallschicht vor dem Polierendpunkt auszulösen. Das
Polieren kann mit hoher Genauigkeit angehalten werden. Ein Überpolieren
und ein Unterpolieren können
ebenso wie eine Schüsselbildung
und eine Erosion verringert werden, wodurch die Ausbeute und der
Durchsatz verbessert werden.The
embodiments
of the invention have one or more of the following possible advantages.
While
polishing the mass of the metal layer, the pressure profile,
that of the carrier head
is applied, adjusted so that uniform polishing rates
and a non-uniform thickness
of the incoming substrate is compensated. In addition, the polishing monitoring system
detect the polishing end point of the metal layer in situ. Farther
can the polishing monitoring system
determine the point at which the polisher should change polishing parameters.
For example, the polishing monitoring system
be used to slow down the polishing rate during one
Polishing a metal layer before the Polierungspunkt trigger. The
Polishing can be stopped with high accuracy. A polishing over
and a Unterpolieren can
as well as a bowl formation
and erosion are reduced, whereby the yield and the
Throughput can be improved.
Die
vorliegende Erfindung wurde in Ausdrücken einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte und
beschriebene Ausführungsform
begrenzt. Stattdessen wird der Umfang der Erfindung durch die beiliegenden
Ansprüche
bestimmt.The
The present invention has been expressed in terms of a preferred embodiment
described. However, the invention is not limited to those shown and
described embodiment
limited. Instead, the scope of the invention is indicated by the attached
claims
certainly.