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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Polierkissen für eine chemisch
mechanische Einebnung (CMP), und bezieht sich insbesondere auf solche
Polierkörper,
welche Fenster darin ausgebildet aufweisen, um eine optische Endpunktfeststellung durchzuführen.
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Hintergrund der Erfindung
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In
der Fabrikation von integrierten Schaltkreisen bzw. Schaltungen
und anderen elektronischen Vorrichtungen werden mehrere Schichten
von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien an einer
Oberfläche
eines Halbleiterwafers abgeschieden oder von dieser entfernt. Dünne Schichten
von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien können durch
eine Anzahl von Abscheidungsverfahren aufgebracht werden. Übliche Abscheidetechniken
in einer modernen Bearbeitung beinhalten eine physikalische Dampfabscheidung
(PVD), welche auch als Sputtering bekannt ist, eine chemische Dampfabscheidung
(CVD), eine plasmagestützte chemische
Dampfabscheidung (PECVD) und ein elektrochemisches Plattieren (ECP).
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Wenn
Materialschichten nacheinander abgeschieden und entfernt werden,
kann die höchstliegende
Oberfläche
des Substrats entlang ihrer Oberfläche uneben werden und eine
Einebnung erfordern. Ein Einebnen bzw. Planarisieren einer Oberfläche, oder "Polieren" einer Oberfläche ist
ein Verfahren bzw. Prozeß,
wo Material von der Oberfläche
des Wafers entfernt wird, um eine im allgemeinen gleichmäßige, ebene
bzw. planare Oberfläche
auszubilden. Eine Einebnung bzw. Planarisation ist nützlich beim
Entfernen einer uner wünschten
Oberflächentopographie
und von Oberflächenschäden, wie
rauhen Oberflächen,
agglomerierten Materialien bzw. Materialansammlungen, eine Beschädigung des
Kristallgitters, Kratzer und kontaminierte Schichten oder Materialien.
Eine Einebnung bzw. Planarisation ist weiterhin nützlich beim
Ausbilden von Strukturen bzw. Merkmalen auf einem Substrat durch
ein Entfernen von überschüssigem,
abgeschiedenem Material, welches verwendet wurde, um diese Merkmale
aufzufüllen
und um eine gleichmäßige Oberfläche für anschließende Metallisierungs-
und Bearbeitungsschritte bereitzustellen.
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Eine
chemisch mechanische Einebnung oder ein chemisch mechanisches Polieren
(CMP) ist eine gängige
Technik, die zum Einebnen von Substraten, wie Halbleiterwafern verwendet
wird. Im konventionellen CMP wird ein Waferträger oder Polierkopf auf einer
Trägeranordnung
montiert bzw. angeordnet und in Kontakt mit einem Polierkissen in
einer CMP-Vorrichtung
positioniert. Die Trägeranordnung übt einen
regel- bzw. steuerbaren Druck auf das Substrat aus, wobei der Wafer
gegen das Polierkissen beaufschlagt wird. Das Kissen wird gegebenenfalls durch
eine externe Antriebskraft relativ zu dem Substrat bewegt (beispielsweise
rotiert). Gleichzeitig damit wird eine chemische Zusammensetzung
("Aufschlämmung") oder ein anders
fluides bzw. flüssiges Medium
auf die Substratoberfläche
und zwischen dem Wafer und dem Polierkissen fließen gelassen. Die Oberfläche des
Wafers wird daher durch die chemische und mechanische Tätigkeit
der Oberfläche des
Kissens und der Aufschlämmung
zwar in einer Weise poliert, welche selektiv Material von der Substratoberfläche entfernt.
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Ein
Problem, welchem man beim Einebnen von Wafern begegnet, ist die
Kenntnis, wann der Prozeß zu
beenden sei. Zu diesem Zweck wurde eine Vielzahl von Planarisations-Endpunktbestimmungsschemata
entwickelt. Eines dieser Schemata enthält optische in-situ Messungen
der Oberfläche
des Wafers und ist in U.S. Patent Nr. 5,964,643 beschrieben. Diese
optische Technik involviert bzw. enthält ein Versehen des Polierkissens
mit einem Fenster, welches für
ausgewählte
Wellenlängen
des Lichts durchlässig ist.
Ein Lichtstrahl wird durch das Fenster auf die Waferoberfläche gerichtet,
wo er reflektiert wird und durch das Fenster zurück zu einem Detektor, wie beispielsweise
einem Interferometer, hindurchtritt. Basierend auf dem rückkehrenden
Signal können
Eigenschaften der Waferoberfläche,
wie beispielsweise die Dicke von Filmen bzw. Beschichtungen (beispielsweise
Oxidschichten) darauf, bestimmt werden.
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Während viele
Arten von Materialien für
Polierkissenfenster verwendet werden können, werden in der Praxis
die Fenster typischerweise aus dem gleichen Material wie das Polierkissen
hergestellt, beispielsweise Polyurethan. Beispielsweise offenbart U.S.
Patent Nr. 6,280,290 ein Polierkissen, welches ein Fenster in Form
eines Polyurethanstopfens hat. Das Kissen hat eine Öffnung und
das Fenster ist in der Öffnung
mittels Klebstoffen festgehalten.
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Es
entsteht ein Problem mit derartigen Fenstern, wenn diese selbst
eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen.
Beispielsweise werden Polyurethanfenster typischer Weise durch ein
Abschneiden eines Stücks
von einem Polyurethanblock ausgebildet. Leider erzeugt das Schneidverfahren
mikroskopische bzw. Mikrorillen an beiden Seiten des Fensters. Die Tiefe
der Mikrorillen bzw. -nuten reicht von etwa 10 bis etwa 100 μm. Die Mikrorillen
an der unteren bzw. Bodenoberfläche
streuen das Licht, welches zum Messen der Oberflächentopographie des Wafers
verwendet wird, wodurch die Signalstärke des in-situ optischen Meßsystems
reduziert wird. Die Mikrorillen an der oberen Oberfläche tendieren
aufgrund der Anwesenheit einer flüssigen Aufschlämmung und
der Nähe
der oberen Oberfläche
des Wafers nicht dazu, Licht so stark wie die an der Bodenoberfläche befindlichen
Mikrorillen zu streuen.
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Aufgrund
des Verlusts von Signalstärke durch
ein Streuen durch die untere Fensteroberfläche leidet auch die Auflösung der
Messung und eine Veränderlichkeit
der Messung ist ein Problem. Weiterhin muß, da andere Quellen eines
Signalverlusts während
des Polierprozesses auftreten, an einem gewissen Punkt das Kissen
oder das Kissenfenster ersetzt werden.
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Sowohl
EP-A-0663265 als auch EP-A-1176630 offenbaren ein Polierkissen entsprechend
dem Oberbegriff des folgenden Anspruchs 1; das Polierkissen hat
ein Fenster und eine antireflektierende Beschichtung ist auf dem
Fenster ausgebildet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Problem eines Lichtstreuens
in Endpunkt-Detektionssystemen, die in CMP-Systemen verwendet werden,
welche ein transparentes Fenster im Polierkissen verwenden bzw.
einsetzen.
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Ein
Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche aus einem Polierkissenkörper besteht, der
eine Öffnung
darin ausgebildet aufweist, wie dies in den beiliegenden An sprüchen definiert
ist. Ein Fenster ist in der Öffnung
fixiert, wobei das Fenster eine untere Oberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit
aufweist, welche zu einem Streuen von Licht in der Lage ist (beispielsweise
10 % oder mehr des darauf einfallenden Lichts). Eine Antistreuschicht
bzw. -lage ist über
der unteren Oberfläche
des Fensters ausgebildet, um das Streuen von Licht durch die aufgerauhte
bzw. rauhe untere Oberfläche
zu reduzieren.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Durchführen von
in-situ optischen Messungen eines Wafers in einem CMP-System. Das Verfahren
enthält
ein Versehen eines CMP-Systems mit einem Polierkissen, wie es in
den beiliegenden Ansprüchen
definiert ist, welches ein Fenster aufweist, wobei das Fenster eine
aufgerauhte untere Oberfläche
aufweist, über
welcher eine Antistreuschicht ausgebildet ist, und ein Richten eines
ersten Lichtstrahls durch die Antistreuschicht und das Fenster zu
dem Wafer. Das Verfahren beinhaltet weiterhin ein Reflektieren des
ersten Lichtstrahls von dem Wafer, um einen zweiten Lichtstrahl
auszubilden, welcher zurück
durch das Fenster und die Antistreuschicht passiert. Das Verfahren
beinhaltet auch ein Detektieren des zweiten Lichtstrahls, ein Umwandeln des
detektierten zweiten Lichtstrahls in ein elektrisches Signal, und
ein Ver- bzw. Bearbeiten des elektrischen Signals, um daraus eine
oder mehrere Eigenschaft (en) des Wafers abzuleiten.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Figur ist eine Querschnittsansicht in Nahaufnahme eines CMP-Systems,
welches ein Polierkissen zeigt, das ein Fenster mit der Antistreuschicht auf
der unteren Oberfläche
des Fensters ausgebildet aufweist, wobei ein Wafer benach bart der
oberen Oberfläche
des Polierkissens angeordnet ist, und der Grundelemente eines in-situ
optischen Detektionssystems.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen
der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen,
welche ein Teil davon darstellen, und in welchen anhand einer Illustration
spezifische Ausführungsformen
gezeigt sind, in welchen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diese Ausführungsformen
sind in ansprechendem Detail beschrieben, um Fachleuten die Durchführung der
Erfindung zu ermöglichen,
wobei verstanden werden muß,
daß andere
Ausführungsformen
verwendet werden können
und Änderungen durchgeführt werden
können,
ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die folgende Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden
Sinn zu sehen, und der Gültigkeitsbereich
der vorliegenden Erfindung ist lediglich durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Unter
Bezugnahme auf die Figur ist eine Querschnittsansicht in Nahaufnahme
eines Polierkissens 10 gezeigt. Das Polierkissen 10 hat
einen Körperbereich 11,
welcher eine obere Oberfläche 12 und eine
untere Oberfläche 14 enthält. Das
Polierkissen 10 kann jedes der bekannten Polierkissen sein,
wie beispielsweise mit Urethan imprägnierter Filz, mikroporöse Urethankissen
von dem Typ, welcher unter dem Handelsnamen POLITEX durch Rodel,
Inc., in Newark, Delaware vertrieben wird, oder gefüllte und/oder
geblasene zusammengesetzte bzw. Mischurethane, wie beispielsweise
die IC-Serie und MH-Serie
Polierkissen, welche ebenfalls von Rodel hergestellt werden.
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Das
Polierkissen 10 beinhaltet auch eine Öffnung 18 im Körper 11,
in welcher ein Fenster 30 fixiert ist. In einer beispielsweisen
Ausführungsform
ist das Fenster 30 dauerhaft in der Öffnung festgelegt, während es
in einer anderen beispielhaften Ausführungsform entfernbar in der Öffnung festgelegt
ist. Das Fenster 30 hat einen Körperbereich 31, welcher eine
obere Oberfläche 32 und
eine untere Oberfläche 34 enthält. Das
Fenster 30 ist durchlässig
für Lichtwellenlängen, welche
zum Durchführen
von optischen in-situ Messungen eines Wafers W während einer Einebnung bzw.
Planarisation verwendet werden. Beispielhafte Lichtwellenlängen liegen
irgendwo zwischen 190 und 3500 nm.
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Das
Fenster 30 ist aus einem Material hergestellt (beispielsweise
Polymere, wie Polyurethan, Acryl, Polycarbonat, Nylon, Polyester
usw.), welche eine Rauhigkeit 40 an einer oder mehreren
ihrer Oberflächen
aufweisen können.
In einer beispielsweisen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Rauhigkeit 40 in der
Lage, signifikante Mengen (beispielsweise 10 % oder mehr) des bei
einem Durchführen
von in-situ Endpunktbestimmungen darauf einfallenden Lichts zu streuen.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
ergab sich die Rauhigkeit 40 aus einem Instrument (nicht
gezeigt), welches zum Ausbilden des Fensters durch ein Schneiden
aus einem größeren Block
von Fenstermaterial verwendet wird. Allerdings kann eine Rauhigkeit 40 aus
einer Anzahl von anderen Quellen entstehen, wie beispielsweise inhärente bzw.
innewohnende Materialrauhigkeit, einem Nichtpolieren des Fenstermaterials,
einem unrichtigen bzw. nicht ordnungsgemäßen Polieren des Fenstermaterials usw.
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Unter
fortgeführter
Bezugnahme auf die Figur enthält
das Fenster 30 eine Antistreuschicht 50, welche über der
unteren Oberfläche 34 gebildet
wurde. Die Schicht 50 hat eine obere Oberfläche 52 an der
Schnittstelle der unteren Oberfläche 34,
und eine untere Oberfläche
gegenüber
der oberen Oberfläche.
Die Antistreuschicht 50 wird aus irgendeinem Material ausgebildet,
welches für
eine oder mehrere Wellenlänge(n)
des Lichts durchlässig
ist, welches zu in-situ optischen Messungen eines Wafers während einer
Einebnung bzw. Planarisation verwendet wird. Weiterhin weist in
einer beispielhaften Ausführung die
Schicht 50 einen Brechungsindex auf, der so nahe wie möglich dem
Brechungsindex des Fensters 30 ist. In einer beispielhaften
Ausführung
ist das Fenster 30 aus Polyurethan hergestellt, das einen Brechungsindex
von 1,55 bei einer Wellenlänge
von 670 Nanometern hat, welches eine Wellenlänge eines Diodenlasers ist.
Weiterhin ist in der beispielhaften Ausführungsform die Schicht 50 Polyurethan, welches
im wesentlichen den gleichen Brechungsindex von 1,55 bei 670 Nanometern
aufweist. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist die Schicht 50 aus
dem gleichen Material wie das Fenster 30 ausgebildet.
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In
einer anderen beispielhaften Ausführung enthält die Schicht 50 einen
transparenten Lösungsmittellack,
wie er beispielsweise aus Acryl, Polyurethan, Polystyrol, Polyvinylchlorid
(PVC) oder anderen durchsichtigen bzw. transparenten lösbaren Polymeren
hergestellt wird. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform
enthält
die Schicht 50 eine strahlungsgehärtete Beschichtung, wie beispielsweise
Ultraviolett (VU) gehärtetes
Acryl oder Polyurethan. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform
werden Be schichtungen mit zwei oder mehr Komponenten, wie beispielsweise
Epoxy, Polyurethane und/oder Acryle kombiniert. In anderen beispielhaften
Ausführungsformen
werden Einzelkomponenten luftgetrocknete, transparente Beschichtungen,
wie beispielsweise Feuchtigkeits-gehärtete Polyurethane, Sauerstoff-polymerisierte
Enamele und ähnliche Beschichtungen,
welche unter Aussetzung an die Atmosphäre aushärten, in der Bildung der Schicht 50 verwendet.
Desgleichen können
in einer weiteren beispielsweisen Ausführungsform Heißschmelzbeschichtungen
verwendet werden, wie Aufschmelzfolien bzw. -filme und Pulverbeschichtungen.
Kurz gesagt, jede durchsichtige bzw. transparente Beschichtung,
welche wirkt, um die Oberflächenrauhigkeit
der unteren Oberfläche 34 wesentlich
bzw. substantiell zu reduzieren, kann für die Schicht 50 verwendet werden.
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Die
Schicht 50 wird an der unteren Oberfläche 34 durch irgendeine
der bekannten Techniken ausgebildet, welche für das gewählte Material geeignet sind,
wie beispielsweise Sprühbeschichten,
Tauchen, Pinseln, Schmelzen usw. Es wird bevorzugt, daß die Schicht 50 mit
der Oberflächenrauhigkeit
an der unteren Oberfläche 34 übereinstimmt,
um ein Streuen zu minimieren, jedoch dick genug ist, um eine im
wesentlichen flache untere Oberfläche 54 aufzuweisen.
In einer beispielhaften Ausführungsform
ist bzw. wird die untere Oberfläche 54 durch
ein Polieren abgeflacht. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform
bildet die untere Oberfläche 54 natürlich eine
einigermaßen
flache Oberfläche
aufgrund der zur Herstellung der Schicht verwendeten Technik. Beispielsweise
wird ein Schmelzen eines Stücks bzw.
Abschnitts von Polyurethan auf das Fenster und ein Fließenlassen
des geschmolzenen Materials die Rauhigkeit 40 fül len, während es
ebenfalls auf der anderen Oberfläche
ausfließt,
um eine flache untere Oberfläche 54 zu
bilden.
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Es
ist wichtig festzuhalten, daß die
untere Oberfläche
nicht vollkommen flach sein muß.
Beispielsweise kann die untere Oberfläche 54 eine langsam
variierende Oberflächenkrümmung aufweisen, welche
Licht nicht streut, sondern lediglich Licht unter einem geringen
Winkel reflektiert. Darum ist die Antistreuschicht 50 ausgebildet,
um ein Lichtstreuen zu eliminieren, welches der Hauptgrund für eine Signalverschlechterung
in optischen in-situ Überwachungssystemen
ist.
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Arbeitsverfahren
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Unter
fortgesetzter Bezugnahme auf die Figur wird das Arbeitsverfahren
der vorliegenden Erfindung für
ein Durchführen
von in-situ optischen Messungen des Wafers W, welcher eine zu messende Oberfläche 62 aufweist,
nun beschrieben. Während eines
Betriebs wird ein erster Lichtstrahl 70 durch eine Lichtquelle 71 generiert
bzw. erzeugt und zur Waferoberfläche 62 gerichtet
bzw. geleitet. Der erste Lichtstrahl 70 weist eine Wellenlänge auf,
welcher sowohl durch das Fenster 30 als auch die Antistreuschicht 50 transmittiert
bzw. durchgelassen wird.
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Der
erste Lichtstrahl 70 erreicht die Waferoberfläche 62 nach
einem Durchdringen bzw. -treten der Antistreuschicht 50,
der unteren Oberfläche 34 des
Fensters, des Fensterkörperabschnitts 31,
der oberen Oberfläche 32 des
Fensters und eines Spalts bzw. Zwischenraums 66 zwischen
der oberen Oberfläche
des Fensters und der Waferoberfläche.
Der Spalt G ist bzw. wird durch eine Aufschlämmung 68 (nicht gezeigt)
eingenommen, welche in der Praxis als ein einen Brechungs index abgleichendes
Fluid zum Reduzieren des Lichtstreuens durch die Rauhigkeit 40 an
der oberen Fensteroberfläche 34 wirkt.
Der erste Lichtstrahl 70 – oder genauer ein Anteil davon – reflektiert
von der Waferoberfläche 62.
Die Waferoberfläche 62 ist
hierin schematisch gezeigt. In Wirklichkeit repräsentiert die Waferoberfläche 62 eine Oberflächentopographie
oder eine oder mehrere Schnittstelle(n) bzw. Grenzfläche(n),
welche am Wafer auf Basis verschiedener Filme bzw. Folien (beispielsweise
Oxidbeschichtung) vorliegt (vorliegen).
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Die
Reflexion des ersten Lichtstrahls 70 von der Waferoberfläche bildet
einen zweiten Lichtstrahl 72, welcher entlang der Einfallsrichtung
des ersten Lichtstrahls 70 zurückgeschickt bzw. -gerichtet
wird. In einer beispielhaften Ausführungsform, wo die Waferoberfläche 62 aufgrund
von einem oder mehreren Film(en), welche (r) darauf aufgebracht
ist bzw. sind, verschiedene Schnittstellen bzw. Grenzflächen aufweist,
enthält
der reflektierte Lichtstrahl 72 Interferenzinformationen
aufgrund von vielfachen Reflexionen.
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Nach
einer Reflexion von der Waferoberfläche 62 durchquert
der zweite Lichtstrahl 72 den Spalt G (mit der darin befindlichen
Aufschlämmung)
und tritt durch die obere Oberfläche 34 des
Fensters, den Fensterkörper 31,
die untere Oberfläche 31 des Fensters
und endlich durch die Antistreuschicht 50 hindurch. Es
ist erwähnenswert,
daß die
Reflexionen von jeder Zwischen- bzw. Grenzfläche, enthaltend jene am Wafer
zweifach aufgrund einer Rückreflexion
von der Waferoberfläche 62 vorhanden
sind. Mit anderen Worten, das Licht tritt zweimal durch jede Grenzfläche, mit
der Ausnahme der eigentlichen Waferoberfläche selbst hindurch. Das Resultat
ist ein signifikanter Energieverlust im Vergleich mit dem ursprünglichen
Strahl, welcher sich in eine verringerte Signalstärke überträgt.
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Nach
einem Verlassen bzw. Austreten aus der Antistreuschicht 50 wird
der Lichtstrahl 72 von einem Detektor 80 detektiert
bzw. aufgenommen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Strahlteiler
(nicht gezeigt) verwendet, um den ersten und den zweiten Lichtstrahl 70 und 72 zu
separieren. Der Detektor 80 wandelt dann das detektierte
Licht zu einem elektrischen Signal 81 um, welches dann
in einem Computer 82 be- bzw. verarbeitet wird, um Information über die
Eigenschaften des Wafers 60 zu erhalten, wie beispielsweise
Filmdicke, Oberflächenplanarität, Oberflächenflachheit
usw.
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Da
das Fenster 30 die Antistreuschicht 50 enthält, ist
ein Lichtverlust aufgrund eines Streuens bedingt durch die Rauheit 40 an
der unteren Oberfläche 34 des
Fensters stark verringert. Dies resultiert in einer Signalstärke, welche
größer ist
als anderwärtig möglich. Die
Erfinder haben Experimente an Polierkissenfenstern durchgeführt, welche
rauhe Oberflächen
gemäß dem vorher
beschriebenen Typ aufweisen. Die Erfinder haben eine Signalstärke im zweiten Lichtstrahl 72 mit
und ohne der Antistreuschicht 50 gemessen und fanden eine
bis zu 3-fache Verbesserung in der Signalstärke, wenn die Antistreuschicht 50 gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt wurde.
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Derartige
Verbesserungen in der Signalstärke
führen
zu signifikanten Verbesserungen in der in-situ optischen Messung
von Waferoberflächenparametern.
Insbesondere werden die Verläßlichkeit und
Genauigkeit einer Messung verbessert. Weiterhin kann die Standzeit
des Kissens erstreckt bzw. verlängert
werden, da die stärkeren
Signale andere Quellen eines Signalverlusts weniger wichtig bzw.
signifikant machen. Anders gesagt, erlaubt die Reduktion einer Streuung
von der aufgerauhten unteren Oberfläche 34 des Fensters
anderen Streuungsquellen – wie
beispielsweise einer erhöhten
Rauhigkeit der oberen Oberfläche
des Fensters während
eines Polierens, und ansteigenden Mengen von Ablagerungen von dem
Planarisationsprozeß – größer zu werden,
ohne das Kissen oder das Fenster ersetzen zu müssen.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung wurden beschrieben und illustriert bzw. dargestellt.
Die Beschreibung und Illustrationen sind lediglich beispielhaft.
Andere Ausführungsformen
und Implementationen sind möglich
innerhalb des Gültigkeitsbereichs
der beiliegenden Ansprüche.