DE60206660T2

DE60206660T2 - Verfahren und system zur regelung der nachpolierdauer und/oder der polierdauer in der endbearbeitung beim chemisch mechanischen polieren

Info

Publication number: DE60206660T2
Application number: DE60206660T
Authority: DE
Inventors: Dirk Wollstein; Jan Raebiger; Gerd Marxsen
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: DE10208165C1; US7268000B2; KR20040086456A; JP2005518667A; US20030186546A1; KR100941481B1; DE60206660D1; JP4740540B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere das chemisch-mechanische Polieren (CMP) von Materialschichten, etwa von Metallisierungsbeschichtungen, während der diversen Herstellungsstadien einer integrierten Schaltung
Hintergrund der Erfindung
Bei der Herstellung hoch entwickelter integrierter Schaltungen werden eine große Anzahl von Halbleiterelementen, etwa Feldeffekttransistoren, Kondensatoren und dergleichen, auf mehreren Chipflächen (Chipgebiete) hergestellt, die über die gesamte Oberfläche des Substrats verteilt sind. Aufgrund der ständig abnehmenden Strukturgrößen der einzelnen Halbleiterelemente ist es notwendig, die diversen Materialschichten, die auf der gesamten Substratoberfläche abgeschieden werden und die eine gewisse Topographie entsprechend den darunter liegenden Schichten zeigen, so gleichförmig als möglich bereit zu stellen, um die benötigte Qualität in den darauffolgenden Strukturierungsprozessen, etwa der Fotolithographie, dem Ätzen und dergleichen sicherzustellen. In jüngster Zeit wurde das chemisch-mechanische Polieren eine weithin angewandte Technik, um eine bestehende Materialschicht bei der Vorbereitung der Abscheidung einer nachfolgenden Materialschicht einzuebnen. Das chemisch-mechanische Polieren ist von besonderem Interesse für die Bildung sogenannter Metallisierungsschichten, d.h. von Schichten, die vertiefte Bereiche etwa Durchgangsöffnungen und Gräben beinhalten, die mit einem geeigneten Metall gefüllt sind, um Metallleitungen zur Verbindung der einzelnen Halbleiterelemente zu bilden. Herkömmlicherweise ist Aluminium als die bevorzugte Metallisierungsschicht verwendet worden, und in hoch entwickelten integrierten Schaltungen sind bis zu zwölf Metallisierungsschichten vorzusehen, um die erforderliche Anzahl an Verbindungen zwischen den Halbleiterelementen zu erhalten. Halbleiterhersteller beginnen nun damit, Aluminium durch Kupfer zu ersetzen – aufgrund der überlegenen Eigenschaften von Kupfer gegenüber Aluminium hinsichtlich der Elektroemigration und der Leitfähigkeit. Durch die Verwendung von Kupfer kann die Anzahl an notwendigen Metallisierungsschichten zur Bereitstellung der erforderlichen Funktionalität verringert werden, da im Allgemeinen Kupferleitungen mit einem geringem Querschnitt aufgrund der höheren Leitfähigkeit von Kupfer im Vergleich zu Aluminium gebildet werden können. Dennoch bleibt das Einebnen der einzelnen Metallisierungsschichten von großer Bedeutung. Eine gemeinhin verwendete Technik zur Bildung von Kupfermetallisierungsleitungen ist der sogenannte Damaszener-Prozess, in dem die Durchgangsöffnungen und die Gräben in einer isolierenden Schicht gebildet werden, wobei das Kupfer anschließend in die Durchgangsöffnungen und Gräben gefüllt wird. Danach wird überschüssiges Metall durch chemisch-mechanisches Polieren nach der Metallabscheidung entfernt, wodurch eingeebnete Metallisierungsschichten erhalten werden. Obwohl CMP erfolgreich in der Halbleiterindustrie angewendet wird, hat sich der Prozess als komplex und schwierig steuerbar erwiesen, insbesondere wenn eine große Anzahl von Substraten mit großem Durchmesser zu behandeln sind.
Während eines CMP-Prozesses werden Substrate, etwa Scheiben, die Halbleiterelemente beinhalten, auf einem entsprechen ausgebildeten Träger montiert, einem sogenannten Polierkopf, und der Träger wird relativ zu dem Polierkissen bewegt, während die Oberfläche der Scheibe sich in Kontakt mit dem Polierkissen befindet. Während des Vorganges wird dem Polierkissen ein Polierzusatz zugeführt, wobei der Polierzusatz eine chemische Komponente enthält, die mit dem Material oder den Materialien der einzuebnenden Schicht reagiert – z.B. durch Umwandeln des Metalls in ein Oxid – und das Reaktionsprodukt, etwa Kupferoxid, wird mechanisch durch Schleifmittel entfernt, die in dem Polierzusatz und dem Polierkissen enthalten sind. Eine Problematik bei CMP-Prozessen resultiert aus der Tatsache, dass bei einem gewissen Prozessstadium unterschiedliche Materialien auf der zu polierenden Schicht gleichzeitig vorhanden sein können. Beispielsweise sind nach dem Entfernen des Hauptanteils des Überschusskupfers das isolierende Schichtmaterial, beispielsweise Siliciumdioxid, sowie Kupfer und Kupferoxid gleichzeitig chemisch und mechanisch durch den Polierzusatz, das Polierkissen und die Schleifmittel in dem Polierzusatz zu behandeln. Für gewöhnlich wird die Zusammensetzung des Poliermittels so gewählt, um eine optimale Poliereigenschaft für ein spezifisches Material aufzuweisen. Im Allgemeinen zeigen unterschiedliche Materialien unterschiedliche Abtragsraten, so dass beispielsweise Kupfer und Kupferoxid rascher abgetragen werden als das umgebende isolierende Material. Folglich werden vertiefte Bereiche auf der Oberfläche der Metallleitungen im Vergleich zu dem umgebenden isolierenden Material gebildet. Dieser Effekt wird häufig als "Einkerbung" bezeichnet. Ferner wird während des Abtrags des Überschussmetalls bei Vorhandensein des isolierenden Materials dieses ebenso entfernt, typischerweise allerdings bei einer im Vergleich zu dem Kupfer reduzierten Abtragsrate, und daher wird die Dicke der anfänglich abgeschiedenen Isolierschicht verringert. Die Verringerung der Dicke der Isolierschicht wird häufig als "Erosion" bezeichnet.
Erosion und das Einkerben hängen jedoch nicht nur von den Unterschieden der Materialien ab, die die isolierende Schicht und die Metallschicht bilden, sondern kann ebenso über die Substratoberfläche hinweg variieren und kann selbst innerhalb eines einzelnen Chipgebietes entsprechend den einzuebnenden Mustern einer Änderung unterliegen. Das heißt, die Abtragsrate des Metalls und des isolierenden Materials wird auf Grundlage diverser Faktoren bestimmt, beispielsweise der Art des Polierzusatzes, der Konfiguration des Polierkissens, der Struktur und der Art des Polierkopfes, dem Betrag der Relativbewegung zwischen dem Polierkissen und dem Substrat, dem auf das Substrat ausgeübten Druck während sich dieses relativ zu dem Polierkissen bewegt, dem Ort auf dem Substrat, der Art von zu polierendem Strukturmuster und der Gleichförmigkeit der darunter liegenden Isolierschicht und der Metallschicht, etc.
Aus den obigen Überlegungen ist es offensichtlich, dass eine Vielzahl miteinander in Beziehung stehender Parameter die Topographie der letztlich erhaltenen Metallisierungsschicht beeinflussen. Daher wurden große Anstrengungen unternommen, um CMP-Anlagen und Verfahren zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Beständigkeit von CMP-Prozessen zu entwickeln. Beispielsweise ist in fortgeschritten CMP-Anlagen der Polierkopf so ausgebildet, um zwei oder mehrerer Bereiche bereitzustellen, die einen einstellbaren Druck auf das Substrat ausüben können, wodurch die Reibungskraft und somit die Abtragsrate in den Substratgebieten, die diesen unterschiedlichen Kopfbereichen entsprechen, steuerbar sind. Ferner werden die das Polierkissen tragende Polierplatte und der Polierkopf so relativ zueinander bewegt, dass eine möglichst gleichmäßige Abtragsrate über die gesamte Substratfläche hinweg erhalten wird, und so dass die Lebensdauer des Polierkissens, das sich während des Betriebs ständig abnutzt, maximal wird. Zu diesem Zweck wird ein sogenannter Kissenaufbereiter zusätzlich in der CMP-Anlage vorgesehen, der sich auf dem Polierkissen bewegt und die polierende Oberfläche aufbereitet, um ähnliche Polierbedingungen für möglichst viele Substrat beizubehalten. Die Bewegung des Kissenaufbereiters wird so gesteuert, dass das Polierkissen im Wesentlichen gleichförmig aufbereitet wird, während gleichzeitig der Kissenaufbereiter die Bewegung des Polierkopfes nicht stört.
Aufgrund der Komplexität von CMP-Prozessen kann es notwendig sein, zwei oder mehr Prozessschritte einzuführen, vorzugsweise auf unterschiedlichen Polierplatten, um ein Polierergebnis zu erhalten, das die strengen Anforderung in der Herstellung modernster Halbleiterelemente erfüllt. Beispielsweise muss bei der Herstellung einer Metallisierungsschicht ein minimaler Querschnitt der einzelnen Metallleitungen erreicht werden, um einen gewünschten Widerstand gemäß den Entwurfsregeln zu erzielen. Der Widerstand der einzelnen Metallleitungen hängt von der Art des Materials, der Leitungslänge und dem Querschnitt ab. Obwohl die beiden zuerst genannten Faktoren sich während des Herstellungsvorganges nicht wesentlich ändern, kann der Querschnitt der Metallleitungen sich deutlich ändern und somit den Widerstand und die Qualität der Metallleitungen aufgrund der Erosion und des Einkerbens, das während des beteiligten CMP-Prozesses erzeugt wird, beeinflussen. Folglich müssen Halbleiterentwurfsingenieure diese Änderungen berücksichtigen und eine zusätzliche "Sicherheits"-Dicke der Metallleitungen einführen, so dass der Querschnitt jeder Metallleitung zuverlässig innerhalb der spezifizierten Toleranzen nach Beendigung der Poliervorgänge liegt.
Aus den oben angeführten Betrachtungen wird deutlich, dass große Anstrengungen unternommen werden, um die Ausbeute beim chemisch-mechanischen Polieren von Substraten unter Beibehaltung eines hohen Qualitätsstandards zu verbessern. Aufgrund der Natur des CMP-Prozesses ist eine in-situ-Messung der Dicke der zu entfernenden Schicht und/oder der Abtragsrate nur sehr schwierig vorzunehmen. In der Praxis werden häufig eine Vielzahl von Testsubstraten verwendet, um die CMP-Anlage zu konditionieren und/oder zu kalibrieren, bevor oder nachdem eine vordefinierte Anzahl von Produktsubstraten prozessiert worden sind. Da die Bearbeitung von Testwafern äußerst kostenintensiv und zeitraubend ist, wird in jüngster Zeit versucht, die Anzahl der Testläufe durch Einführen geeigneter Steuerungsmechanismen zur Wahrung der Leistungsfähigkeit des CMP-Prozesses deutlich zu verringern. Im Allgemeinen wäre es äußerst wünschenswert, einen Steuerungsvorgang zu haben, in dem spezifische CMP-Parameter auf der Basis von Messergebnissen des Substrats, das gerade eben prozessiert worden ist, manipuliert werden, um in genauer Weise die endgültige Schichtdicke und die Einkerbung und die Erosion innerhalb der Spezifikationen zu halten. Um diese sogenannte "Durchlauf-zu-Durchlauf" Steuerung in der Produktionslinie zu erhalten, müssen zumindest zwei Bedingungen erfüllt sein. Erstens, geeignete Messinstrumente müssen in der Produktionslinie integriert sein, so dass jedes Substrat, das den CMP-Prozess durchlaufen hat, sofort einer Messung unterzogen wird, deren Ergebnisse der CMP-Anlage vor dem CMP-Prozess oder zumindest dem letzten Abschnitt des CMP-Prozesses des unmittelbar anschließenden Substrats zugeführt werden müssen. Zweitens, ein Modell des CMP-Prozesses muss ermittelt werden, das geeignete Steuervariablen offen legt, um die gewünschten Polierergebnisse zu erreichen.
Die erste Bedingung kann nicht erfüllt werden, ohne deutlich nachteilig andere Parameter des Herstellungsprozesses, etwa Durchsatz und damit Kosteneffektivität, zu beeinflussen. Folglich werden in der Praxis mehrere Substrate dem CMP-Prozess unterzogen, bis das erste Messergebnis des anfänglich prozessierten Substrat verfügbar ist. Das heißt, die Steuerungsschleife enthält eine gewisse Verzögerung, die berücksichtigt werden muss, wenn die Prozessparameter auf der Basis des Messergebnisses eingestellt werden.
Hinsichtlich des zweiten Punktes gilt, dass eine Vielzahl von CMP-Modellen aufgestellt wurden, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Steuervariablen auf der Grundlage von gealterten Rückkopplungsergebnissen gesteuert werden. Zum Beispiel offenbaren die Mitteilungen für das AEC/APC VIII Symposium 2001, "ein Vergleich von Einzeldurchlaufsteueralgorithmen für CMP mit Messerverzögerungen", K. Chamness, et. al., die als dem Gegenstand der Ansprüche 1, 11 und 13 nächstkommender Stand der Technik angesehen werden, die Ergebnisse eines Vergleichs dreier CMP-Modelle, wenn diese unter der Bedingung einer verzögerten Messrückkopplung betrieben werden. In diesem Dokument zeigten die Autoren, dass lediglich eine Ablaufsteuerung mit vorhersagendem Modell Instabilitäten in der Steuerfunktion vermeiden konnte, wenn die Messergebnisse mit einem gewissen Maß an Verzögerung zu der CMP-Anlage geliefert werden.
Angesichts dieses Stands der Technik ist im Allgemeinen ein vorhersagendes Modell wünschenswert, etwa ein Modell, das in dem oben zitierten Dokument beschrieben ist, und/oder ein Satz experimenteller Daten, um Prozessvariablen zu extrahieren, etwa den auf das Substrat ausgeübten Druck, die Polierzusatzzusammensetzung, etc., auf die Einfluss genommen wird, um das gewünschte Ergebnis des CMP-Prozesses zu erhalten.
Obwohl eine CMP-Prozesssteuerung erfolgreich in vielen Halbleiteranlagen eingesetzt wird, geht aus den bisherigen Ausführungen jedoch hervor, dass ein zuverlässiger und störungsanfälliger CMP-Prozess für technisch fortgeschrittene integrierte Schaltungen einen großen Aufwand hinsichtlich der Prozessanlagen und des Steuervorgangs erfordert und es ist daher äußerst wünschenswert, einen vereinfachten und dennoch effizienten CMP-Steuerungsprozess und ein Steuerungssystem zu haben, wobei ebenso der geforderte hohe Qualitätsstandard der prozessierten Substrate sichergestellt ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, das einige oder alle der zuvor erwähnten Probleme lösen oder zumindest mindern kann, und unterscheidet sich von dem von Chamness et al. offenbarten Gegenstand dadurch, dass ein lineares Modell bereitgestellt wird, das die Steuervariablen sowohl von einer zweiten Materialschicht eines gegenwärtig bearbeiteten Substrates als auch von einer zweiten Materialschicht des vorhergehenden Substrates einschließt.
Überblick über die Erfindung
Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und an eine Steuerung, die das Steuern eines CMP-Prozesses erlaubt, indem ein Prozessparameter manipuliert wird, der leicht zugänglich ist, wobei die prozessspezifischen Eigenschaften durch einen empirisch bestimmten Parameter beschrieben sind, dessen Genauigkeit jedoch nicht für die korrekte Steuerfunktion kritisch ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung wird durch die Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 11 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird in Bezug zu der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften CMP-Anlage, in der eine anschauliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert ist;
2 ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des Verfahrens zum Steuern des CMP darstellt;
3 ein Flussdiagramm, das Einzelheiten der in 2 gezeigten Ausführungsformen darstellt; und
4 ein Flussdiagramm, das weitere Details beim Berechnen der Stellgröße gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform darstellt.
Ausführungsarten der Erfindung
Anschauliche Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beschrieben. Zu Gunsten der Klarheit werden in dieser Beschreibung nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Ausführungsform beschrieben. Es ist selbstverständlich, dass bei der Entwicklung einer derartigen Ausführungsform zahlreiche ausführungsspezifische Entscheidungen zu treffen sind, um die speziellen Ziele der Entwickler, wie Einhaltung von systembezogenen und unternehmensbezogenen Einschränkungen, die von einer zur anderen Ausführung variieren können, zu erreichen. Außerdem ist selbstverständlich, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwändig sein kann, aber trotzdem ein Routineunterfangen für einen Standartfachmann ist.
Im Allgemeinen basieren die bisher beschriebenen Ausführungsformen sowie die Ausführungsformen, die im Folgenden beschrieben werden, auf der Erkenntnis der Erfinder, dass es möglich ist, das Einkerben und die Erosion von Materialschichten in einem Substrat, etwa von Metallisierungsschichten, innerhalb eng gesetzter Toleranzen zu halten, indem die Poliernachlaufzeit in einem CMP-Prozess entsprechend eingestellt wird. Für gewöhnlich bezeichnet die Poliernachlaufzeit die Zeitdauer, mit der der CMP-Prozess fortgesetzt wird, nachdem eine Messung gezeigt hat, dass das Material an einem vordefinierten Gebiet auf dem Substrat entfernt ist. Der Vorgang des Erfassens des Freilegens eines spezifizierten Gebietes wird ebenso als Endpunkterfassung bezeichnet und wird für gewöhnlich in CMP-Prozessen für die Herstellung von Metallisierungsschichten angewendet. Des Weiteren ist, wie zuvor erläutert ist, der CMP-Prozess für Damaszener-Metallisierungsschichten in hoch entwickelten integrierten Schaltungen oft als ein Mehrschrittprozess ausgeführt, wobei als letzter Schritt des Prozesses, nachdem das Metall entfernt ist, beispielsweise die dielektrische Schicht poliert wird. Somit kann durch Einstellen der Prozesszeit für den abschließenden Polierschritt der Grad von Erosion und Einkerbung gesteuert werden. Um geeignete Poliernachlaufzeiten und der Prozesszeiten des abschließenden CMP-Schrittes zuverlässig vorherzusagen, schlagen die Erfinder ein lineares Modell des CMP-Prozesses vor, das auf der Erosion und/oder der Einkerbung und/oder der Schichtdicke einer vorhergehenden Metallisierungsschicht des gleichen und eines vorhergehenden Substrats basiert. In diesem Modell sind die prozessinternen Mechanismen durch zwei oder mehr Sensitivitätsparameter beschrieben, die experimentell und/oder durch Berechnung und Experiment bestimmt werden können, wobei in einigen Ausführungsformen die Genauigkeit der Sensitivitätsparameter nicht kritisch für eine erfolgreiche Prozesssteuerung aufgrund einer "selbstkonsistenten" Ausgestaltung der Steuerfunktion ist. Somit wird im Gegensatz zur herkömmlichen Steuerstrategie, wie sie beispielsweise im einleitenden Teil der Anmeldung beschrieben ist, in der vorliegenden Erfindung auf leicht verfügbare und genau einstellbare Prozessparameter als die Stellgrößen des Steuerungsvorgangs zurückgegriffen.
Mit Bezug zu 1 wird ein typische CMP-Anlage und Verfahren beschrieben, die in Zusammenhang mit den hierin beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen verwendbar ist. In 1 ist eine schematische Ansicht eines CMP-Systems 100 dargestellt, wobei das System 100 eine CMP-Anlage 110, eine Messanlage 130 und eine CMP-Steuerung 150 umfasst. Die CMP-Anlage 110 umfasst einen Eingangsbereich 111 zum Aufnehmen des zu bearbeitenden Substrats und einen Ausgangsbereich 112 zum Empfangen und Aufbewahren von Substraten nach Abschluss des CMP-Prozesses. Die CMP-Anlage 110 umfasst ferner eine Prozesskammer 113 mit drei Poliertellern 114, 115 und 116, die auch als Teller I, Teller II und Teller III bezeichnet werden. An den Tellern 114, 115 und 116 ist jeweils ein Kissenaufbereiter 117, eine Polierzusatzzuführung 118 und ein Polierkopf 119 vorgesehen. Am Teller II ist eine Messeinrichtung 120 vorgesehen und so ausgebildet, um den Endpunkt eines CMP-Prozesses zu detektieren. Der Einfachheit halber sind weitere Einrichtungen, die zum Transport von Substraten aus dem Eingangsbereich 111 zu dem Teller I oder von dem Teller I zu dem Teller II usw. erforderlich sind, sowie weitere Einrichtungen zur Zuführung von Gasen, Flüssigkeiten, etwa von Wasser, Polierzusatzmittel, und dergleichen, nicht in der Zeichnung dargestellt.
Während des Betriebs wird ein Substrat 121, das eine oder mehrere Metallisierungsschichten aufweist, an dem Polierkopf des Tellers I befestigt. Anzumerken ist, dass das Substrat 121 ein "momentanes" Substrat repräsentiert, für das eine Stellgröße des zu beschreibenden Steuerprozesses ermittelt wird, d.h. die Stellgröße repräsentiert einen Prozessparameter, dessen Wert variiert wird, um den gewünschten Wert einer Steuervariablen, etwa der Einkerbung, der Erosion und der abschließenden Schichtdicke, zu erhalten. Eine Metallisierungsschicht des Substrats 121, die unmittelbar durch die CMP-Anlage 110 zu behandeln ist, wird auch als eine erste Metallisierungsschicht bezeichnet, wohingegen eine Metallisierungsschicht des Substrats 121, die unter der ersten Metallisierungsschicht liegt und bereits dem CMP-Prozess unterzogen worden ist, als eine zweite Metallisierungsschicht bezeichnet wird. Ferner wird ein beliebiges Substrat, das bereits das CMP durchlaufen hat, als ein vorhergehendes Substrat bezeichnet, und die Metallisierungsschichten des vorhergehenden Substrats, die den Metallisierungsschichten des momentanen Substrats 121 entsprechen, werden auch als erste und zweite Metallisierungsschichten, so wie bei dem momentanen Substrat 121, bezeichnet.
Nachdem das Substrat 121 den CMP-Prozess auf dem Teller I mit vordefinierten Prozessparametern, etwa einer vordefinierten Poliermittelzusatzzusammensetzung, einer vordefinierten Relativbewegung zwischen dem Polierkopf 119 und dem Teller 114, der Dauer des CMP-Prozesses und dergleichen, durchlaufen hat, wird das Substrat 121 an den Teller II für eine zweiten CMP-Schritt – möglicherweise mit unterschiedlichen Prozessparametern – weitergereicht, bis das Messgerät 120 anzeigt, dass das Ende des Vorganges erreicht ist. Wie zuvor erläutert ist und wie detailliert mit Bezug zu 2 beschrieben wird, wird das Polieren des Substrats 121 auf dem Teller II für eine Poliernachlaufzeit T_op fortgesetzt, die durch die Steuerung 150 bestimmt wird. Nach Ablauf der Poliernachlaufzeit T_op wird das Substrat 121 zu dem Teller III transportiert, von dem das Polieren des isolierenden Materials der ersten Metallisierungsschicht mit geeigneten Prozessparametern, etwa einer Polierzusatzzusammensetzung, der relativen Bewegung zwischen dem Teller 116 und dem Polierkopf 119, dem auf das Substrat 121 ausgeübten Anpressdruck, und dergleichen ausgeführt wird. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird die Prozesszeit am Teller III, die auch als T_III bezeichnet wird, durch die Steuerung 150 bestimmt. Nachdem der Polierschritt auf dem Teller III abgeschlossen ist, wird das Substrat 121 zu dem Ausgangsbereich 112 und möglicherweise zu der Messanlage 130 transportiert, an der Messergebnisse erhalten werden, die mit der ersten Metallisierungsschicht in Beziehung stehen, etwa der Schichtdicke, der Erosion und der Einkerbung. In diversen Ausführungsformen, die zu beschreiben sind, werden die Schichtdicke, die Erosion und die Einkerbung einzeln oder in Kombination als Steuervariablen des CMP-Prozesses betrachtet, wohingegen T_op und/oder T_III als Stellgrößen fungieren. Für gewöhnlich werden die Messergebnisse der Steuervariablen durch gut bekannte optische Messverfahren erhalten und deren Beschreibung wird daher weggelassen.
Mit Bezug zu 2 werden anschaulich Ausführungsformen zum Ermitteln der Stellgrößen T_op und T_III beschrieben. In 2 werden in einem ersten Schritt 210 Sensitivitätsparameter bestimmt, die in einer Ausführungsform durch Experimente auf der Grundlage zuvor prozessierter Testsubstrate oder Produktsubstrate erhalten werden. Ein erster Sensitivitätsparameter α wird dabei bestimmt und beschreibt die Wirkung der Poliernachlaufzeit T_op auf die Steuervariable, beispielsweise das Ausmaß an Erosion, Einkerbung, Metallisierungsschichtdicke, und dergleichen. Ein zweiter Sensitivitätsparameter β kann ebenso bestimmt werden, der den Einfluss der Polierzeit T_III des auf dem Teller III durchgeführten CMP-Prozesses auf die Steuervariable kennzeichnet. Zusätzlich wird ein dritter Sensitivitätsparameter γ bestimmt, der quantitativ beschreibt, wie die Steuervariable einer vorhergehenden Metallisierungsschicht, beispielsweise die Einkerbung und/oder die Erosion der vorhergehenden Schicht, die auch als die zweite Metallisierungsschicht bezeichnet wird – wie dies zuvor erläutert ist – die Steuervariable der momentanen, d.h. der ersten, Metallisierungsschicht beeinflusst. Insbesondere schließen die Sensitivitätsparameter α und β die CMP-inhärenten Mechanismen, etwa die Abtragsrate, mit ein, und können somit während des tatsächlichen CMP-Vorganges aufgrund beispielsweise der Verschlechterung des Polierkissens, der Sättigung des Polierzusatzes, und dergleichen, variieren. In einer speziellen Ausführungsform wird, wie dies später detailliert beschrieben ist, das Darstellen von α und β als einfache Zahlen mit dem Vorteil eines einfachen linearen CMP-Modells und damit das Vernachlässigen einer Änderungen von α und β berücksichtigt, indem die verbleibenden Steuervorgänge entsprechend so gestaltet werden, dass prozessspezifische Änderungen von α und β im Wesentlichen das endgültige Ergebnis nicht nachteilig beeinflussen. In einer weiteren Ausführungsform können angesichts einer leichten Änderung der Prozessbedingungen die Sensitivitätsparameter α und β so gewählt werden, dass diese von der Zeit abhängen, d.h. von der Anzahl der Substrate, die bereits prozessiert worden sind oder die noch zu prozessieren sind.
Im Schritt 220 werden Zwischenwerte für die Stellgrößen – als T * / op, T * / III bezeichnet – aus einem linearen CMP-Modell berechnet. In diesem Zusammenhang ist als ein lineares Modell ein mathematischer Ausdruck zu verstehen, der die Abhängigkeit der diversen Variablen, etwa der Stellgrößen T_op, T_III und der Steuervariablen beschreibt, wobei die Variablen als lineare Terme ohne Terme höherer Ordnung, etwa T 2 / op, T 3 / op, etc. auftreten.
Mit Bezug zu 3 wird nun eine anschauliche Ausführungsform zum Bestimmen von T * / op und T * / III beschrieben.
In 3 ist Schritt 220 in einen ersten Teilschritt 221 unterteilt, der ein lineares Modell des CMP-Prozesses darstellt. Entsprechend dieser Lösung wird die Steuervariable der ersten Metallisierungsschicht als E_first bezeichnet, wobei in Erinnerung gehalten werden sollte, dass eine Steuervariable die Erosion und/oder die Einkerbung und/oder die Metallisierungsschichtdicke und dergleichen repräsentieren kann, und E_first ist durch die folgende Gleichung gegeben. Efirst = Ep,first + α(TOP – Tp,op) + β(TIII – Tp,III) + γ(Esecond – Ep,second) (1)wobei der Index p eine Variable kennzeichnet, die ein vorhergehendes Substrat bezeichnet, und der Index first und second jeweils die erste Metallisierungsschicht, die zu prozessieren ist, und die zweite Metallisierungsschicht, die bereits prozessiert worden ist, bezeichnet. Dabei wird vorzugsweise das Vorzeichen von α als positiv gewählt, während das Vorzeichen von β als negativ gewählt wird. Die Größe und das Vorzeichen von γ wird experimentell bestimmt. Des Weiteren kann, wie zuvor erläutert ist, in einer speziellen Ausführungsform lediglich eine einzelne Stellgröße, etwa T_op, verwendet werden, um den gesamten CMP-Prozess in jenen Fällen zu steuern, wenn kein abschließender CMP-Schritt auf dem Teller III angewendet wird. Aus Gleichung 1 ist ersichtlich, dass für ein gegebenes E_p,first, beispielsweise die Erosion der ersten Metallisierungsschicht, die durch Messen erhalten werden kann, das Anheben der Poliernachlaufzeit T_op in der ersten Metallisierungsschicht im Vergleich zu der der ersten Metallisierungsschicht des vorhergehenden Substrats T_p,op, E_first um einen Betrag ansteigen lässt, der durch die Differenz dieser Poliernachlaufzeiten (T_op – T_p,op) multipliziert mit dem Sensitivitätsparameter α bestimmt ist. Es ist somit offensichtlich, dass eine Änderung des inneren Mechanismus des CMP-Prozesses, der durch die einzelne Zahl α dargestellt wird, oder eine gewisse Ungenauigkeit beim Bestimmen von α das Ergebnis von E_first beeinflussen kann und damit einen Wert für T_op erzeugen könnte, der in einigen Fällen als ungeeignet zum Erhalten eines gewünschten E_target betrachtet wird, wobei E_target der Sollwert für die Steuervariable ist. Das gleiche gilt für den Sensitivitätsparameter β.
Daher können in einer Ausführungsform, wie zuvor erwähnt ist, im Teilschritt 222 die Parameter α und β als zeitabhängige Parameter oder besser gesagt als Parameter, die von der Anzahl der zu prozessierenden Substrate abhängt, gewählt werden. Auf diese Weise kann die generelle Tendenz der Abnutzung des Polierkissens, die Polierzusatzzusammensetzung und dergleichen berücksichtigt werden, so dass systematische Abweichungen in α und/oder β kompensiert werden können. Das heißt, eine systematische Abnahme der Polierrate im Laufe der Zeit kann durch ein entsprechendes Vergrößern von α und/oder Verringern von β bei steigender Anzahl prozessierter Substrate berücksichtigt werden. Somit können α und/oder β als Funktionen α = α(i) und/oder β = β(i) gewählt werden, wobei i die Anzahl prozessierter Substrate darstellt. Diese Eigenschaft verleiht der CMP-Steuerung ein gewisses Maß an Vorhersagung, was vorteilhaft sein kann, wenn – wie zuvor erläutert ist – die Steuerung auf Messergebnisse zu reagieren hat, die möglicherweise eine deutliche Verzögerung hinsichtlich des momentan bearbeiteten Substrats aufweisen.
Im Teilschritt 223 werden Zwischenwerte für die Stellgrößen Poliernachlaufzeit und Polierzeit auf dem Teller III entsprechend dem Modell aus Schritt 221 ermittelt. Der Grund für das Bestimmen der Zwischenvariablen T * / op, T * / III rührt von der Tatsache her, dass der Steuervorgang kurze Schwankungen in dem CMP-Prozess "glätten" sollte und auf Messergebnisse von zuvor prozessierten Substraten in einer "weichen" Art reagieren sollte, ohne ein übermäßiges Über- oder Unterschwingen zu zeigen. Dieses Verhalten des Steuervorgangs kann günstig sein, wenn lediglich eine kleine Anzahl von Messergebnissen für jedes Substrat verfügbar ist, so dass die Messergebnisse eines vorhergehenden Substrats zu einem weiteren vorhergehenden Substrat eine deutliche Schwankung aufweisen können. Das heißt, das Messergebnis, das beispielsweise E_p,first repräsentiert, wird durch eine einzelne Messung einer vordefinierten einzelnen Stelle auf dem vorhergehenden Substrat erhalten. Daher werden vor den eigentlichen Stellgrößen T_op, T_III die Zwischenstellgrößen T * / op und T * / III bestimmt.
Im Teilschritt 223 gilt dies für den Fall, wenn Efirst + γ(Esecond – Ep,second) = Etarget (2)
Dies bedeutet, dass der Sollwert E_target erhalten wird ohne Änderung der Poliernachlaufzeit im Vergleich zu der Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats und ohne Änderung der Polierzeit auf dem Teller III im Vergleich zu der Polierzeit auf dem Teller III des vorhergehenden Substrats. Folglich ist T * / op gleich T_p,op und T * / III ist gleich T_p,III.
Im Teilschritt 224 werden T * / op und T * / III für den Fall berechnet: Ep,first + γ(Esecond – Ep,second) < Etarget (3)
Das heißt, die Erosion und/oder die Einkerbung und/oder die Schichtdicke – abhängig davon, was E tatsächlich darstellt – der ersten Metallisierungsschicht des vorhergehenden Substrats und die Wirkung der Erosionen der zweiten Metallisierungsschicht des momentanen Substrats und des vorhergehenden Substrats führen zu einer geringeren Erosion und/oder Einkerbung und/oder Schichtdicke als gewünscht. Offensichtlich muss die Polienrachlaufzeit für das momentane Substrat gleich oder größer sein als die Poliernachlaufzeit für das vorhergehende Substrat und die Polierzeit auf dem Teller III muss kleiner oder gleich als die Polierzeit des vorhergehenden Substrats ein. Somit ergibt sich: T*op ≥ Tp,op; T*III ≤ Tp,III (4)
Ferner kann im Allgemeinen eine maximale und eine minimale Poliernachlaufzeit
,
und eine maximale und minimale Polierzeit auf dem Teller III
,
im Voraus gemäß den Prozessanforderungen festgelegt werden. Diese Grenzen für die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit auf dem Teller III können durch Experimente oder Erfahrung bestimmt werden. Beispielsweise können die maximale und die minimale Überpolierzeiten
,
jeweils auf ungefähr 30 Sekunden und 5 Sekunden festgelegt werden. Die maximalen und minimalen Polierzeiten auf dem Teller III
,
können jeweils zu 120 Sekunden und 20 Sekunden festgelegt werden. In der Ausführungsform, in der die Poliernachlaufzeit T_op und die Polierzeit auf dem Teller III T_III gleichzeitig als Stellgrößen verwendet werden, ist es vorteilhaft, die Zwischenwerte T * / op und T * / III so zu bestimmen, dass die Werte deutlich in den zulässigen Bereichen liegen, die durch die minimalen und maximalen Poliernachlaufzeiten und Polierzeiten auf dem Teller III vorgegeben sind. In einer Ausführungsform werden die Zwischenpoliernachlaufzeit T * / op und die Polierzeit auf dem Teller III T * / III so bestimmt, dass diese in der Mitte des entsprechenden zulässigen Bereichs angesiedelt sind, wobei gleichzeitig T * / op und T * / III so zu wählen sind, dass das CMP-Modell den Sollwert E_target liefert, d.h. T * / op und T * / III sind bestimmt durch: Ep,first + α(T*op – Tp,op) + β(T*III – Tp,III) + γ(Esecond – Ep,second) = Etarget (5)
T * / op und T * / III, die in den entsprechenden zulässigen Bereichen zentral liegen, können als Minimum des folgenden Ausdrucks berechnet werden.
In ähnlicher Weise werden im Teilschritt 225 T * / op und T * / III für den Fall berechnet: Ep,first + γ(Esecond – Ep,second) >ETarget (7)
Das bedeutet, dass die Erosion der ersten Metallisierungsschicht des vorhergehenden Substrats und der zweiten Metallisierungsschichten zusammen den gewünschten Erosionswert übersteigen. Somit muss die Zwischenpoliernachlaufzeit so gewählt werden, dass diese gleich oder kleiner der Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats ist und die Zwischenpolierzeit am Teller III muss so gewählt werden, dass diese größer oder gleich der Polierzeit auf dem Teller III des vorhergehenden Substrats ist. Folglich gilt: T*op ≤ Tp,op; T*III ≥ Tp,III (8)
In Analogie zu den im Teilschritt 224 ausgeführten Berechnungen kann ebenso in diesem Falle ein Minimum des Ausdrucks (6) mit den Nebenbedingungen (5) und (8) bestimmt werden.
Um die zuvor genannten Teilschritte zum Ermitteln der Zwischenpoliernachlaufzeit T * / op und der Zwischenpolierzeit auf dem Teller III T * / III qualitativ zusammenzufassen, ist wie folgt anzumerken, dass, wenn die Messergebnisse des vorhergehenden Substrats in der zweiten Metallisierungsschicht oder entsprechend die dafür berechneten Werte anzeigen, dass die erwartete Erosion gleich der gewünschten Erosion ist, dann entsprechen die Zwischenpoliernachlaufzeit T * / op und die Polierzeit am Teller III T * / III der Polierzeit T_p,op und der Polierzeit am Teller III T_p,III des vorhergehenden Substrats. In Fällen, in denen die Erosionswerte für das vorhergehende Substrat und die zweite Metallisierungsschichten des momentanen Substrats 221 und des vorhergehenden Substrats nicht die gewünschte Erosion E_Target ergeben, werden die Zwischenpolierzeiten so bestimmt, dass die Werte in der Mitte der zulässigen Bereiche angesiedelt sind, während gleichzeitig die Nebenbedingungen (5) und (6) erfüllt werden, d.h. die Zwischenpolierzeiten müssen die gewünschte Erosion E_Target ergeben und müssen ferner den Bedingungen (4) und (8) genügen. Insbesondere stellen die Nebenbedingungen (4) und (8) sicher, dass eine beliebige Verschiebung von T * / op nicht durch eine entsprechende Änderung der Polierzeit am Teller III kompensiert wird. Ein entsprechendes Verhalten könnten zwar zu einer einfacheren Lösung beim Bestimmen der minimalen Werte nach (6) führen, könnte jedoch einen Steuervorgang in der falschen Richtung für ungenaue Parameter α und β zur Folge haben, und damit die Steuerfunktion destabilisieren.
Selbstverständlich können in der Praxis die Berechnungen mit einer vordefinierten Genauigkeit ausgeführt werden, und daher ist eine Aussage hinsichtlich der Lösung der Gleichungen selbstverständlich einem gewissen Maß an "Schwankung" abhängig von den Algorithmen und dem akzeptablen Ausmaß an "Ungenauigkeit" unterworfen. Daher sind die Berechnungsresultate, die hier beschrieben sind, für gewöhnlich als ungefähre Zahlen aufzufassen, wobei das Maß der Näherung bestimmt ist durch Faktoren, etwa durch die verfügbare Rechenleistung, die benötigte Genauigkeit und dergleichen. Beispielsweise ist in vielen Anwendungen eine Genauigkeit in der Größenordnung eine Sekunde für die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit auf dem Teller III ausreichend, da eine Polieraktivität innerhalb einer Sekunde zu einer Erosionsänderung in einem Maße führt, das deutlich innerhalb der Messschwankungen liegt.
Der Gewichtsfaktor beim Bestimmen des minimalen Wertes in dem Ausdruck (6) kann gewählt zu:
Der Gewichtsfaktor w kann ebenso auf empirischer Basis bestimmt werden.
Ferner sollte erwähnt werden, dass das Ermitteln der Zwischenwerte durch Berechnen der minimalen Werte nicht erforderlich ist, wenn lediglich eine Stellgröße, beispielsweise die Poliernachlaufzeit T_op, verwendet wird.
Wieder mit Bezug zu 2 werden im Schritt 230 die tatsächlichen Ausgangswerte für die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit auf dem Teller III aus der Zwischenpoliernachlaufzeit und der Zwischenpolierzeit auf dem Teller III und der Poliernachlaufzeit und der Polierzeit auf dem Teller III des vorhergehenden Substrats berechnet. Dies stellt sicher, dass, abhängig von dem verwendeten Algorithmus, eine relativ glatte Anpassung der Poliernachlaufzeit und der Polierzeit auf dem Teller III an die "Evolution" der Poliernachlaufzeit und der Polierzeit auf dem Teller III von vorhergehenden Substraten erfolgt.
In 4 ist eine anschauliche Ausführungsform zum Erhalten der Poliernachlaufzeit und der Polierzeit auf dem Teller III im Schritt 230 dargestellt. In einem ersten Teilschritt 231 kann geprüft werden, ob T * / op und/oder T * / III innerhalb eines vordefinierten Bereiches liegen oder nicht, der sich von dem durch die minimalen und maximalen Poliernachlaufzeiten und Polierzeiten an dem Teller III unterscheiden kann. Mittels dieser vordefinierten Bereiche kann erkannt werden, ob es eine Tendenz gibt, dass die Steuerung sich systematisch aus dem gut definierten Bereich herausbewegt, wodurch angezeigt wird, dass die Parameter α und β und somit die CMP-Bedingungen sich deutlich geändert haben.
In diesem Falle kann im Teilschritt 232 angezeigt werden, dass das lineare Modell des CMP-Prozesses nicht mehr gültig ist oder in der "näheren Zukunft" des betrachteten CMP-Prozessdurchlaufes ungültig werden kann. Diese Anzeige kann als Hinweis erachtet werden, dass eine unvorhergesehene Änderung der inhärenten CMP-Mechanismen stattgefunden hat. Anzumerken ist, dass der Teilschritt 231 optional ist und weggelassen werden kann.
Im Teilschritt 233 werden die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit auf dem Teller III mittels einer gewichteten laufenden, d.h. sich aktualisierenden, Durchschnittsberechnung aus der Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats und der Zwischenpoliernachlaufzeit T * / op berechnet, und die Polierzeit am Teller III wird als eine gewichtete laufende Durchschnittsermittlung aus der Polierzeit des Tellers III des vorhergehenden Substrats und der Zwischenpolierzeit auf dem Teller III T * / III berechnet. Wie in 233 dargestellt ist, ist die Poliernachlaufzeit T_op gegeben durch: Top = λT*op + (1 – λ)Tp,op wobei λ ein Parameter im Bereich von 0–1 ist. Mittels des Parameters λ kann die "Geschwindigkeit" der Anpassung des Einschwingens der Steuerung hinsichtlich der vorangehenden Entwicklung der Poliernachlaufzeiten eingestellt werden. In ähnlicher Weise kann die Polierzeit an dem Teller III erhalten werden durch: TIII = μT*III + (1 – μ)Tp,III wobei der Parameter μ die Geschwindigkeit der Anpassung der Polierzeit am Teller III hinsichtlich der vorhergehenden Substrate einstellt. Ein Wert für λ und μ nahe 1 ergibt ersichtlich eine unmittelbare Reaktion der Poliernachlaufzeit und der Polierzeit am Teller III, wenn beispielsweise ein Messergebnis des vorhergehenden Substrats eine relativ große Abweichung von dem Sollwert E_target angezeigt. Das Wählen von λ und μ als relativ kleine Werte würde andererseits in einer nur sehr langsamen Reaktion auf Änderungen in dem CMP-Prozess führen. In einer speziellen Ausführungsform wird ein Algorithmus, der als expotentiell gewichteter laufender Mittelwert (EWMA) bezeichnet wird, angewendet, wobei die gleichen λ-Werte für die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit an dem Teller III verwendet werden. Mit diesem EWMA-Modell kann die Wirkung der jüngsten Entwicklung des CMP-Prozesses stärker berücksichtigt werden als "veraltete" Prozessereignisse. Eine entsprechende Ausführungsform mit dem EWMA ist insbesondere geeignet, wenn keine signifikante Verzögerung der Messergebnisse aus dem vorhergehenden Substrat vorhanden ist, d.h., wenn lediglich wenige oder keine Substrate zwischen dem momentanen Substraten 121 und dem vorhergehenden Substrat prozessiert worden sind.
Wieder mit Bezug zu 2 werden im Schritt 240 die im Schritt 230 berechneten Überpolierzeit und Polierzeit an dem Teller III zu der CMP-Anlage 110 aus 1 übermittelt, um die entsprechenden Prozesszeiten für das Substrat 121, das momentan bearbeitet wird, einzustellen.
Im Schritt 250 wird das Substrat zu der Messanlage 130 transportiert, um Messwerte für die Steuervariable zu erhalten. Diese Messergebnisse können dann als E_second, E_p,second, E_p für die Berechnung für ein nachfolgendes Substrat dienen. Wie zuvor erläutert ist, kann es ein gewisses Maß an Verzögerung geben, bis die Messergebnisse für die Steuerung 150 verfügbar sind, und in diesem Falle kann vorteilhafterweise die mit Bezug zu dem Teilschritt 222 beschriebene Ausführungsform angewendet werden, in der die Sensitivitätsparameter α und β als Parameter gegeben sind, die von der Anzahl der Substrate abhängt, die prozessiert worden sind oder zu prozessieren sind, da somit die Steuerung 150 ein "vorausschauendes" Verhalten zeigt und zuverlässige Werte für die Poliernachlaufzeit und die Polierzeit an den Teller III ausgegeben kann, selbst für eine beträchtliche Verzögerung in der Regelschleife. Ferner kann die Anzahl der Messvorgänge deutlich verringert werden, wenn ein derartiges voraussagendes Modell angewendet wird.
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird auf das momentan zu prozessierende Substrat und das vorhergehende Substrat als einzelne Substrate verwiesen, aber in einer anschaulichen Ausführungsform können das momentane Substrat und das vorhergehende Substrat eine Vielzahl an Substraten repräsentieren, etwa ein Los bzw. eine Charge von Substraten, wobei die Steuervariablen E_first, E_p,first, E_second, E_p,second und die Stellgrößen T_op und T_III Mittelwerte für die entsprechende Vielzahl der Substrate repräsentieren. Eine derartige Anordnung hat sich als besonders günstig in Produktionslinien erwiesen, in denen bereits ein gut etablierter CMP-Prozess vorhanden ist und die Abweichung von Substrat zu Substrat in einer definierten Vielzahl deutlich innerhalb der akzeptablen Prozessparameterbereiche liegt. Folglich kann die Prozesssteuerung auf der Grundlage einer Los-zu-Los-Basis für eine große Anzahl von Substraten in einer einfachen aber dennoch effizienten Weise durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, umfasst die Steuerung 150, die eine Steuerfunktion gemäß einer der mit Bezug zu den 2–4 beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen ausführt, einen Eingabebereich 151, einen Berechnungsbereich 152 und einen Ausgabebereich 153, wobei der Eingabebereich funktionsmäßig mit der Messanlage 130 und der Ausgabebereich 153 funktionsmäßig mit der CMP-Anlage 110 verbunden ist. Wenn der CMP-Vorgang auf einer Substrat-zu-Substrat-Basis zu steuern ist, sind die Messanlage 130 und die Steuerung 150 als prozesslinieninterne Anlagen installiert, um Transport der Substrate zu minimieren und die Eingabe von Messergebnissen in den Eingabebereich 151 zu beschleunigen. In einer weiteren Ausführungsform kann, wenn eine Vielzahl von Substraten mittels eines Mittelwerts für die Poliernachlaufzeit und/oder die Polierzeit an dem Teller III für diese Vielzahl zu steuern ist, die Messanlage 130 und/oder die Steuerung 150 außerhalb der Produktionslinie vorgesehen sein.
Die Steuerung 150 kann als Einchip-Mikroprozessor, als ein Mikrokontroller mit Eingingen, an denen analoge oder digitale Signale direkt von der Messanlage 130 zugeführt werden können, oder kann ein Teil eines externen Computers, etwa eines PCs oder eines Arbeitsplatzrechners, sein oder diese kann ein Teil eines Managementsystems in der Fabrikanlage sein, wie es für gewöhnlich bei der Halbleiterherstellung verwendet wird. Insbesondere können die Berechnungsschritte 220 und 230 durch beliebige numerische Algorithmen, die einen analytischen Ansatz zum Lösen der beteiligen Gleichungen enthalten, eine Fuzzy-Logik, die Verwendung von Parametern und Tabellen, insbesondere für den EWMA durchgeführt werden, und ein entsprechender Instruktionscode kann in der Steuerung 150 implementiert sein. Ferner können die zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einfacher Weise an eine bekannte CMP-Anlage angepasst werden, da es lediglich notwendig ist, die Sensitivitätsparameter α und/oder β zu ermitteln, die die inneren Eigenschaften der entsprechenden CMP-Anlage und des grundlegenden CMP-Prozesses, der auf dieser Anlage durchgeführt wird, beschreiben.
Die speziellen Ausführungsformen, die zuvor offenbart wurden, sind insoweit nur illustrativ, dass die Erfindung modifiziert und in einer unterschiedlichen aber äquivalenten Art, die dem Fachmann angesichts der Lehren der Beschreibung offenkundig wird, ausgeführt werden kann. Zum Beispiel können die zuvor dargelegten Prozessschritte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem sind, außer den Einschränkungen, die in den angefügten Ansprüchen beschrieben sind, keine weiteren Einschränkungen der gezeigten Konstruktionsdetails oder der Bauweise beabsichtigt. Es ist deshalb offenkundig, dass die speziellen, zuvor offenbarten Ausführungsformen im Geltungsbereich der angefügten Ansprüche verändert oder modifiziert werden können.

Claims

Verfahren zum Steuern des chemisch-mechanischen Polierens von Substraten, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln eines ersten Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Beziehung zwischen einer Poliernachlaufzeit für eine zu polierende erste Materialschicht eines Substrats und einer Steuervariablen, die mit der ersten Materialschicht in Beziehung steht, beschreibt; Ermitteln eines zweiten Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Beziehung zwischen einer mit einer zuvor polierten zweiten Materialschicht des Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen und einer mit einer polierten zweiten Materialschicht eines vorhergehenden Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen und der Steuervariablen, die mit der ersten Materialschicht in Beziehung steht, beschreibt; Berechnen der Poliernachlaufzeit der ersten Materialschicht aus einem linearen Modell des chemisch-mechanischen Polierprozesses, wobei das Modell zumindest enthält: die mit der ersten Materialschicht des vorhergehenden Substrats in Beziehung stehende Steuervariable, den ersten Sensitivitätsparameter, den zweiten Sensitivitätsparameter, einen Sollwert für die erste Materialschicht des Substrates, die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats, die mit der zweiten Materialschicht des Substrats in Beziehung stehende Steuervariable, und die mit der zweiten Materialschicht des vorhergehenden Substrats in Beziehung stehende Steuervariable; Berechnen eines gewichteten laufenden Durchschnittwerts der Poliernachlaufzeit der ersten Materialschicht; und Einstellen der Poliernachlaufzeit für die erste Materialschicht während des chemisch-mechanischen Polierens des Substrats entsprechend zu der berechneten Poliernachlaufzeit.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuervariablen die Erosion und/oder die Einkerbung und/oder die Materialschichtdicke darstellen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen der Erosion und/oder der Einkerbung und/oder der Schichtdicke durch Messen der ersten und/oder zweiten Materialschichten des vorhergehenden Substrats.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede der Steuervariablen einen Mittelwert für mehrere Substrate repräsentiert.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Sensitivitätsparameter von der Anzahl der Substrate, die prozessiert worden sind, und/oder der Anzahl der Substrate, die zu prozessieren sind, abhängt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der chemisch-mechanische Polierprozess einen abschließenden Polierschritt aufweist, der auf einem separaten Polierteller mit einer einstellbaren Endpolierzeit ausgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Ermitteln eines dritten Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Beziehung zwischen den Steuervariablen und der Endpolierzeit beschreibt.
Das Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Berechnen der Endpolierzeit aus dem linearen Modell umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Berechnen der Poliernachlaufzeit und der Endpolierzeit mit einschließt: Bestimmen einer Zwischenpoliernachlaufzeit und einer Zwischenendpolierzeit derart, dass eine kombinierte Abweichung der Zwischenpoliernachlaufzeit und der Zwischenendpolierzeit von einem Mittelpunkt eines entsprechenden zulässigen Bereichs ungefähr minimal ist.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Minimum bestimmt wird unter der Bedingung, dass die Zwischenpoliernachlaufzeit und die Zwischenendpolierzeit sich in unterschiedlicher Richtung ändern, im Vergleich zu den entsprechenden Werten des vorhergehenden Substrats, und unter der Bedingung, dass die Zwischenpoliernachlaufzeit und die Zwischenendpolierzeit eine mit der ersten Materialschicht in Beziehung stehende Steuervariable erzeugen, die im Wesentlichen gleich dem Sollwert ist.
Verfahren zum Steuern des chemisch-mechanischen Polierens einer ersten Metallisierungsschicht in einem Substrat, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Sensitivitätsparameters α, der quantitativ eine Wirkung einer Poliernachlaufzeit T_op, die bei dem chemisch-mechanischen Polieren nach dem Detektieren eines Endpunktes angewendet wird, auf eine mit der ersten Metallisierungsschicht in Beziehung stehende Steuervariable E_first beschreibt; Bestimmen eines Sensitivitätsparameters γ, der quantitativ eine Wirkung einer mit einer zweiten Metallisierungsschicht des Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen E_second und einer mit der zweiten Metallisierungsschicht eines vorhergehenden Substrats in Beziehung stehenden Steuervariablen E_p,second auf die Steuervariable E_first beschreibt; Berechnen der Poliernachlaufzeit T_op für die erste Metallisierungsschicht aus einem linearen Modell, das zumindest die folgenden Terme beinhaltet: Efirst,Ep,first, α(Top – Tp,op), γ(Esecond – Ep,second),wobei T_p,op die Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats ist und E_p,first die Steuerungsvariable ist, die mit der ersten Metallisierungsschicht des vorhergehenden Substrates in Beziehung steht; und Wählen der berechneten Poliernachlaufzeit T_op als die tatsächliche Poliernachlaufzeit während des chemisch-mechanischen Polierens der ersten Metallisierungsschicht des Substrats.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Berechnen von T_op umfasst: Berechnen einer Zwischenpoliernachlaufzeit T * / op, die benötigt wird, um einen Sollwert E_target der Steuervariablen E_first zu erhalten; und Berechnen von T_op als gewichteter laufender Durchschnittswert aus der Poliernachlaufzeit des vorhergehenden Substrats T_p,op und der Zwischenpoliernachlaufzeit T * / op.
Vorrichtung für das chemisch-mechanische Polieren von Substraten, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Polieranlage mit zumindest einem Polierteller; einen Endpunktdetektor, der ein Endpunktsignal liefert, das das Ende des Polierens anzeigt; und eine Steuerung zum Bestimmen im Voraus einer Poliernachlaufzeit für ein momentanes Substrat mit einem ersten Material, das nach der Bereitstellung des Endpunktsignals zu bearbeiten ist; wobei die Steuerung einen Berechnungsabschnitt umfasst, der ausgebildet ist um eine Poliernachlaufzeit aus einem linearen Modell zu berechnen, wobei die Poliernachlaufzeit bestimmt ist auf der Basis: der Erosion und/oder der Einkerbung und/oder Schichtdicke der ersten Materialschicht eines vorhergehenden Substrats, der Erosion und/oder der Einkerbung und/oder der Schichtdicke einer zweiten Materialschicht des vorhergehenden Substrats, der Erosion und/oder der Einkerbung und/oder der Schichtdicke der zweiten Materialschicht des momentanen Substrats, und einem empirisch bestimmten Sensitivitätsparameter, der einen inhärenten Mechanismus des Poliervorgangs darstellt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner einen Endpolierteller aufweist, der prozessmäßig hinter dem zumindest einen Polierteller angeordnet ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist, die Polierzeit auf dem Endpolierteller zu bestimmen.