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Diese
Erfindung bezieht sich auf die Halbleiterherstellung, und insbesondere
auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum chemischen-mechanischen
Polieren (CMP) und der In-situ-Endpunkterfassung
während
des CMP-Prozesses.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung moderner integrierter Halbleiterschaltungen
(ICs) ist es erforderlich, verschiedene Materialschichten und Strukturelemente über vorher
ausgebildeten Schichten und Strukturelementen auszubilden. Die vorhergehenden
Ausbildungen geben jedoch eine Oberflächentopographie eines in Behandlung
befindlichen Wafers, die höchst
unregelmäßig ist
und mit Bondhügeln,
Bereichen ungleicher Erhebung, Vertiefungen, Gräben und/oder anderen Oberflächenunregelmäßigkeiten
versehen sind. Diese Unregelmäßigkeiten führen zu
Problemen, wenn die nächste
Schicht ausgebildet wird. Wenn beispielsweise ein photolithographisches
Muster gedruckt wird, das über
vorher ausgebildeten Schichten kleine Geometrien hat, ist eine sehr
flache Fokustiefe erforderlich. Dementsprechend ist es wichtig,
dass man eine ebene und planare Oberfläche hat, da sonst einige Teile
des Musters in dem Fokus liegen und andere Teile nicht. Tatsächlich bevorzugt
sind Oberflächenänderungen
in der Größenordnung
von weniger als 1000 Å über einem 25 × 25 mm-Chip.
Wenn die Unregelmäßigkeiten nicht
bei jedem Hauptbehandlungsschritt nivelliert werden, kann zusätzlich die
Oberflächentopographie des
Wafers noch unregelmäßiger werden,
was weitere Probleme ergibt, wenn sich die Schichten während der
weiteren Behandlung aufeinander stapeln. Abhängig von der Chipart und der
Größe der zugehörigen Geometrien
können
die Oberflächenunregelmäßigkeiten
zu einer schlechten Ausbeute und zu einer geringen Bauelementleistung
führen.
Demzufolge möchte
man eine Art von Planarisierung oder Nivellierung der IC-Strukturelemente
bewirken. Tatsächlich
machen die meisten Herstellungsmethoden für ICs mit hoher Dichte Gebrauch
von einem Verfahren zur Ausbildung einer planarisierten Waferoberfläche an kritischen
Punkten des Fertigungsprozesses.
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Ein
Verfahren zum Erzielen einer Halbleiterwaferplanarisierung oder
-topographieentfernung ist der chemische-mechanische Polierprozess
(CMP). Insgesamt gehört
zu dem chemischen- mechanischen
Polierprozess (CMP) das Halten und/oder Drehen des Wafers an einer
rotierenden Polierplatte unter einem gesteuerten Druck. Wie in 1 gezeigt ist,
hat eine typische CMP-Vorrichtung einen Polierkopf 12 zum
Halten des Halbleiterwafers 14 an der Polierplatte 16.
Die Polierplatte 16 ist mit einem Kissen 18 abgedeckt.
Dieses Kissen 18 hat gewöhnlicherweise eine Stützschicht 20,
die sich an die Oberfläche
der Platte anschließt,
und eine Abdeckschicht 22, die in Verbindung mit einer
chemischen Polierschlämme
zum Polieren des Wafers 14 verwendet wird. Einige Kissen
haben jedoch nur eine Abdeckschicht und keine Stützschicht. Die Abdeckschicht 22 ist üblicherweise
entweder ein offenzelliges geschäumtes
Polyurethan (beispielsweise Rodel IC1000) oder eine Bahn aus Polyurethan
mit einer genuteten Oberfläche
(beispielsweise Rodel EX2000). Das Kissenmaterial ist mit der chemischen Polierschlämme benetzt,
die sowohl ein Abriebsmaterial als auch Chemikalien enthält. Eine
typische chemische Schlämme
weist KOH (Kaliumhydroxid) und Quarzstaubteilchen auf. Die Platte
wird gewöhnlich
um ihre zentrale Achse 24 gedreht. Zusätzlich wird der Polierkopf üblicherweise
um seine zentrale Achse 26 gedreht und über der Oberfläche der
Platte 16 mit einem Schiebungsarm 28 verschoben.
Obwohl gerade ein Polierkopf in 1 gezeigt
ist, haben CMP-Vorrichtungen gewöhnlich
mehr als einen dieser Köpfe,
die im Abstand am Umfang um die Polierplatte herum angeordnet ist.
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Ein
spezielles Problem, das bei dem CMP-Prozess auftritt, besteht in
der Bestimmung, dass ein Teil auf eine gewünschte Ebenheit oder relative
Dicke planarisiert worden ist. Insgesamt besteht ein Bedürfnis zu
erfassen, wann die gewünschten
Oberflächeneigenschaften
oder der planare Zustand erreicht worden ist. Dies wurde auf eine
Vielzahl von Weisen erreicht. Früher
war es nicht möglich,
die Eigenschaften des Wafers während
des CMP-Prozesses zu überwachen.
Gewöhnlich
wurde der Wafer aus der CMP-Vorrichtung entfernt und irgendwo anders überprüft. Wenn
der Wafer den gewünschten
Spezifizierungen nicht genügte,
musste er wieder in die CMP-Vorrichtung geladen und erneut behandelt
werden. Dies war ein zeitraubendes und arbeitsintensives Vorgehen.
Alternativ konnte die Prüfung
ergeben, dass eine zu große
Materialmenge entfernt wurde, was das Teil unbrauchbar machte. Es bestand
deshalb ein Bedürfnis
beim Stand der Technik nach einer Vorrichtung, die in situ während des CMP-Prozesses erfasst,
wann die gewünschte
Oberflächeneigenschaft
oder Dicke erreicht worden ist.
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Zur
In-situ-Erfassung von Endpunkten während des CMP-Prozesses wurden
mehrere Vorrichtungen und Verfahren entwickelt. Beispielsweise hat man
Vorrichtungen und Verfahren ver wendet, die in Zusammenhang mit der
Verwendung von Ultraschallwellen und mit der Erfassung von Änderungen
des mechanischen Widerstands, der elektrischen Impedanz oder der
Waferoberflächentemperatur
stehen. Diese Vorrichtungen und Verfahren beruhen auf der Bestimmung
der Dicke des Wafers oder einer Schicht von ihm und auf der Erstellung
eines Prozessendpunkts durch Überwachen
der Änderung
in der Dicke. In dem Fall, in welchem die Oberflächenschicht des Wafers dünner gemacht
wird, wird die Änderung in
der Dicke dazu verwendet zu bestimmen, wann die Oberflächenschicht
die gewünschte
Tiefe hat. Im Falle einer Planarisierung eines strukturierten Wafers mit
einer unregelmäßigen Oberfläche wird
der Endpunkt zum Überwachen
der Änderung
der Dicke und die Kenntnis der angenäherten Tiefe der Oberflächenunregelmäßigkeiten
bestimmt. Wenn die Änderung
in der Dicke gleich der Tiefe der Unregelmäßigkeiten ist, wird der CMP-Prozess
beendet. Obwohl diese Vorrichtungen und Verfahren für die Anwendungen,
für die
sie vorgesehen sind, vernünftig
arbeiten, besteht ein Bedürfnis
nach Systemen, die eine genauere Bestimmung des Endpunkts bereitstellen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, wie
es im Anspruch 1 definiert ist.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat das Fenster eine Kreisform. Bei einer Ausführung ist
das Fenster bogenförmig.
Das bogenförmige
Fenster hat einen Radius mit einem Ursprung, der mit dem Drehzentrum
der Platte zusammenfällt.
Einige Ausgestaltungen der Erfindung haben auch einen Laserstrahl,
dessen Strahldurchmesser an seinem Auftreffpunkt auf den Wafer beträchtlich
größer ist
als der kleinste Durchmesser, der für die verwendete Wellenlänge möglich ist.
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Die
CMP-Vorrichtung kann auch einen Positionssensor zum Erfassen haben,
wann sich das Fenster in der Nähe
des Wafers befindet. Das gewährleistet,
dass ein von einem Laser-Interferometer erzeugter
Laserstrahl unversperrt durch das Fenster hindurchgehen und auf
den Wafer treffen kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat der Sensor einen Abdeckschirm, der längs eines Teils
des Umfangs der Platte befestigt ist und sich davon radial nach
außen
erstreckt. Zusätzlich
ist an dem Rahmen an dem Umfang der Platte ein Sensor in der Bauweise
mit optischem Unterbrecher angebracht. Dieser Sensor ist in der
Lage, einen optischen Strahl zu erzeugen, der die Erzeugung eines
Signals verursacht, solange der optische Strahl von dem Abdeckschirm
unterbrochen ist. Deshalb ist der Abdeckschirm an dem Umfang der
Platte in einer solchen Position befestigt, dass der optische Strahl durch
den Abdeckschirm immer dann unterbrochen wird, wenn der Laserstrahl
dazu gebracht werden kann, unversperrt durch das Fenster hindurchzugehen
und auf den Wafer aufzutreffen.
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Das
Laser-Interferometer hat eine Vorrichtung, um immer dann ein Detektorsignal
zu erzeugen, wenn von dem Wafer reflektiertes Licht festgestellt
wird, während
der Positionssensor ein Element aufweist, um immer dann ein Fühlsignal
abzugeben, wenn das Fenster an den Wafer angrenzt. Dies versetzt
eine Datenerfassungsvorrichtung in die Lage, das Detektorsignal
aus dem Laser-Interferometer während
der Dauer des Fühlsignals
aus dem Positionssensor abzutasten. Die Datenerfassungsvorrichtung
verwendet dann ein Element zum Abgeben eines Datensignals, das das
abgetastete Detektorsignal darstellt. Die Datenerfassungsvorrichtung
kann auch ein Element zum Integrieren des abgetasteten Detektorsignals
aus dem Laser-Interferometer über einen
vorgegebenen Zeitraum aufweisen, so dass der Ausgang ein Datensignal
ist, welches die integrierten Abtastungen des Detektorsignals darstellt.
In Fällen
in denen der vorstehend erwähnte
bestimmte Abtastzeitraum während
nur einer Drehung der Platte nicht erhalten werden kann, wird ein
anderes Verfahren einer stückweisen
Datenerfassung verwendet. Insbesondere kann die Datenerfassungsvorrichtung
Elemente zur Ausführung
des Verfahrens der Abtastung des Detektorsignalausgangs aus dem
Laser-Interferometer während
jeder vollständigen
Umdrehung der Platte für
eine Abtastzeit zum Integrieren jeder Abtastung des Detektorsignals über der
Abtastzeit zur Erzeugung eines jeder Abtastung entsprechenden integrierten
Werts und zur Lagerung jedes integrierten Werts aufweisen. Die Datenerfassungsvorrichtung
verwendet dann andere Elemente zur Berechnung einer kumulativen
Abtastzeit nach jeder vollständigen
Umdrehung der Platte (wenn die kumulative Abtastzeit die Summe der
Abtastzeiten ist, die jede Abtastung des Detektorsignals zugeordnet
ist) zum Vergleichen der kumulativen Abtastzeit mit einer gewünschten
minimalen Abtastzeit und zum Überführen der
gespeicherten integrierten Werte aus dem Speicherelement zu dem
Element zur Berechnung einer Summierung daraus immer dann, wenn
die kumulative Abtastzeit der vorgegebenen minimalen Abtastzeit
gleich ist oder sie überschreitet.
Somit ist der erwähnte
Ausgang ein Datensignal, das eine Reihe von Integrierter-Wert-Summierungen
aus dem Summierelement darstellt.
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Aufgrund
der Interferenz zwischen dem Teil des Laserstrahls, der von der
Oberfläche
der Oxidschicht des Wafers reflektiert wird, und dem Teil, der von
der Oberfläche
des darunter liegenden Wafersubstrats reflektiert wird, wenn die
Oxidschicht während
des CMP-Prozesses dünner
gemacht wird, ist der Datensignalausgang von der Datenerfassungsvorrichtung
zyklisch. Deshalb kann bei einem CMP-Prozess der Endpunkt für das Dünnwerden
der Oxidschicht eines blanken Oxidwafers unter Verwendung von zusätzlichen
Vorrichtungselementen zum Zählen
einer Anzahl von Zyklen bestimmt werden, die von dem Datensignal
gezeigt werden, wobei eine Dicke des Materials, das während eines
Zyklus des Ausgangssignals entfernt wird, aus der Wellenlänge des
Laserstrahls und dem Brechungsindex der Oxidschicht des Wafers berechnet
wird und eine gewünschte
Dicke des von der Oxidschicht zu entfernenden Materials mit einer
entfernten Dicke verglichen wird, die das Produkt aus der Anzahl
von Zyklen, die von dem Datensignal angezeigt werden, und der Dicke
des während
eines Zyklus entfernten Materials aufweist, und der CMP immer dann
beendet wird, wenn die entfernte Dicke der gewünschten Dicke des zu entfernenden
Materials gleich ist oder diese überschreitet.
Alternativ kann anstelle des Zählens
vollständiger
Zyklen ein Teil eines Zyklus gezählt werden.
Der Ablauf ist nahezu identisch mit der Ausnahme, dass die Dicke
des entfernten Materials aus dem Teil des Zyklus anstatt aus einem
ganzen Zyklus bestimmt wird.
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Eine
alternative Art der Bestimmung des Endpunkts bei einer CMP-Behandlung
eines rohen Oxidwafers verwendet Vorrichtungselemente, welche die
Zeit messen, welche das Datensignal braucht, um entweder eine vorgeschriebene
Anzahl von Zyklen oder einen vorgeschriebenen Teil eines Zyklus
abzuschließen,
die Dicke des während
der gemessenen Zeit entfernten Materials berechnen, eine Entfernungsrate
durch Teilen der Dicke des entfernten Materials durch die gemessene
Zeit berechnen, eine bleibende Entfernungsdicke durch Subtrahieren der
Dicke des entfernten Materials von einer gewünschten Dicke von von der Oxidschicht
zu entfernendem Material ermitteln, eine Rest-CMP-Zeit durch Teilen
der verbleibenden Entfernungsdicke durch die Entfernungsrate erstellen
und den CMP-Prozess nach dem Ablauf der Rest-CMP-Zeit beenden.
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Diese
Rest-CMP-Zeit kann zusätzlich
nach jedem Auftreten der vorstehend erwähnten Anzahl von Zyklen oder
Teilen von ihnen aktualisiert werden, um alle Änderungen in der Materialentfernungsrate zu
kompensieren. In diesem Fall ist der Vorgang nahezu identisch mit
der Ausnahme, dass die Ermittlung der Dicke des Materials zuerst
die Summenbildung aller bei früheren
Iterationen entfernten Dicken und das Subtrahieren dieser kumulativen
Dicke von der gewünschten
Dicke umfasst, um die Restentfernungsdickengröße zu bestimmen.
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Wenn
jedoch der Wafer eine ursprünglich
unregelmäßige Oberflächentopographie
hat und während
des CMP-Prozesses planarisiert werden soll, ist das Datensignal
nur zyklisch, nachdem die Waferoberfläche glatt geworden ist. In
diesem Fall wird ein Endpunkt für
den CMP-Prozess,
der einer Bestimmung entspricht, dass der Wafer planarisiert worden ist,
dadurch erhalten, dass zusätzliche
Vorrichtungselemente verwendet werden, die eine zyklische Änderung
in dem Datensignal messen und den CMP immer dann beenden, wenn das
Erfassungselement die zyklische Änderung
misst. Vorzugsweise ist das Messelement in der Lage, eine zyklische Änderung
in dem Datensignal innerhalb höchstens
eines Zyklusses vom Beginn dieser Änderung an zu messen.
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Unter
bestimmten Umständen
möchte
man die Filmdicke steuern, die über
einem Strukturelement auf einem strukturierten Wafer liegt. Diese
Filmdicke kann nicht immer durch die vorstehend erwähnte Planarisierung
erreicht werden. Diese Steuerung kann jedoch noch dadurch erhalten
werden, dass das Datensignal gefiltert wird, um alle Frequenzen
außer derjenigen
auszuschließen,
die dem speziellen Strukturelement oder einer Gruppe von Strukturelementen ähnlicher
Größe zugeordnet
ist, über dem/denen
eine spezifische Filmdicke erwünscht
ist. Wenn einmal das Signal gefiltert worden ist, kann im Wesentlichen
jede der vorher zusammengefassten Weisen zur Bestimmung eines CMP-Endpunkts
für einen
rohen Oxidwafer an dem gemusterten Wafer verwendet werden.
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Der
Datensignalausgang aus der Datenerfassungsvorrichtung kann auch
vorteilhafterweise für andere
Dinge als zur Bestimmung des Endpunkts des ablaufenden CMP-Prozesses
verwendet werden, nämlich
als In-situ-Verfahren zum Messen der Gleichförmigkeit einer Schicht auf
einem Substrat während
des Polierens der Schicht. Das Verfahren weist die Schritte auf,
einen Lichtstrahl zu der Schicht während des Polierens zu richten,
ein Interferenzsignal zu überwachen,
das von dem Lichtstrahl erzeugt wird, der von dem Substrat wegreflektiert
wird, und ein Gleichförmigkeitsmaß aus dem
Interferenzsignal zu berechnen.
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Der
Berechnungsschritt kann das Extrahieren einer Elementinformation
aus dem Interferenzsignal und das Berechnen der Gleichförmigkeitsmaßes aus
der extrahierten Elementinformation einschließen. Das Verfahren kann auch
den Schritt aufweisen, das Gleichförmigkeitsmaß mit einer Referenz zu vergleichen
und einen Alarm zu erzeugen, wenn das Gleichförmigkeitsmaß von der Referenz um mehr
als eine vorgegebene Größe divergiert.
Das Interferenzsignal hat eine Niederfrequenzkomponente, und der Extrahierschritt
weist das Messen einer ersten Charakteristik der Niederfrequenzkomponente
und das Ableiten der extrahierten Information aus der ersten Charakteristik
auf. Tatsächlich
hat das Interferometersignal auch eine hochfrequente Komponente,
und der Extrahierschritt weist weiterhin das Messen einer zweiten
Charakteristik des Hochfrequenzsignals und das Ableiten der extrahierten
Information aus der ersten und zweiten Charakteristik auf. Insbesondere sind
die erste und zweite Charakteristik Amplituden der hoch- bzw. niederfrequenten
Signale, wobei der Ableitungsschritt das Berechnen eines Verhältnisses der
Amplituden der hoch- und niederfrequenten Signale einschließt.
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Zusätzlich zu
den vorstehend beschriebenen Vorteilen werden weitere Ziele und
Vorteile der vorliegenden Erfindung aus der ins Einzelnen gehenden folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungsfiguren ersichtlich.
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Die
speziellen Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung
lassen sich besser im Hinblick auf die folgende Beschreibung, die
anschließenden
Ansprüche
und die beiliegenden Zeichnungen verstehen, in denen
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1 eine
Seitenansicht einer chemischen-mechanischen Poliervorrichtung (CMP)
ist, die für
den Stand der Technik typisch ist,
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2 eine
Seitenansicht einer chemischen-mechanischen Poliervorrichtung mit
Endpunktmessung ist, die mit einigen Aspekten in Übereinstimmung
mit der Erfindung, jedoch ohne Feststoff-Fensterelement gebaut ist,
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3A und 3B vereinfachte
Schnittansichten der jeweiligen Ausgestaltungen des Fensterabschnitts
der Vorrichtung von 2 sind, die lediglich zur Veranschaulichung
des Standes der Technik eingeschlossen sind,
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3C eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
des Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2 und in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist,
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4 eine
vereinfachte Schnittansicht eines Fensterabschnitts der Vorrichtung
von 2 ist, die Bauelemente eines Laser-Interferometers
zeigt, das einen Laserstrahl erzeugt und einen reflektierten Interferenzstrahl
misst, wobei diese Ausgestaltung nicht Teil der Erfindung ist,
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5 eine
vereinfachte Schnittansicht eines rohen Oxidwafers ist, der mit
der Vorrichtung von 2 zu behandeln ist, wobei schematisch
der auf den Wafer treffende Laserstrahl und die Reflexionsstrahlen
gezeigt sind, die einen resultierenden Interferenzstrahl bilden,
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6 eine
vereinfachte Draufsicht auf die Platte der Vorrichtung von 2 ist
und eine mögliche
relative Anordnung zwischen dem Fenster und dem Sensorabdeckschirm
sowie dem Sensor und dem Laser-Interferometer zeigt,
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7 eine
Draufsicht auf die Platte der Vorrichtung von 2 ist,
wobei eine relative Anordnung zwischen dem Fenster und dem Sensorabdeckschirm
sowie zwischen dem Sensor und dem Laser gezeigt ist und das Fenster
die Form eines Bogens hat,
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8 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens für eine stückweise Datenerfassung nach
der vorliegenden Erfindung ist,
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9A und 9B Diagramme
sind, die die zyklische Änderung
des Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der Zeit während des
Dünnmachens
eines rohen Oxidwafers zeigen, wobei das Diagramm von 9A die
integrierten Werte des Datensignals integriert über der gewünschten Abtastzeit und das
Diagramm von 9B eine gefilterte Version der
integrierten Werte zeigt,
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10A ein Ablaufdiagramm eines rückwärts blickenden Verfahrens zur
Bestimmung des Endpunkts eines CMP-Prozesses zum Dünnmachen der
Oxidschicht eines rohen Oxidwafers nach der vorliegenden Erfindung
ist,
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10B ein Ablaufdiagramm eines vorwärts blickenden
Verfahrens zur Bestimmung des Endpunkts eines CMP-Prozesses zum
Dünnmachen
der Oxidschicht eines rohen Oxidwafers nach der vorliegenden Erfindung
ist,
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11A bis 11C vereinfachte
Schnittansichten eines strukturierten Wafers mit einer unregelmäßigen Oberfläche sind,
die von der Vorrichtung von 2 bearbeitet
wird, wobei 11A den Wafer zu Beginn des
CMP-Prozesses, 11B den Wafer etwa in der Mitte
während
des Prozesses und 11C den Wafer nahe am Punkt
der Planarisierung zeigt,
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12 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Endpunkts eines CMP-Prozesses zum Planarisieren
eines strukturierten Wafers mit einer unregelmäßigen Oberfläche nach
der vorliegenden Erfindung ist,
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13 ein
Diagramm ist, das eine Änderung des
Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der Zeit während der
Planarisierung eines strukturierten Wafers zeigt,
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14 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Endpunktes eines CMP-Prozesses zur Steuerung
der Filmdicke, die über
einem speziell bemessenen Strukturelement oder einer Gruppe von ähnlich bemessenen
Strukturelementen liegt, nach der vorliegenden Erfindung ist,
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15A eine vereinfachte Schnittansicht eines Wafers
mit einem Oberflächenfehler
ist, der von einem Laserstrahl mit engem Durchmesser beleuchtet
wird,
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15B eine vereinfachte Schnittansicht eines Wafers
mit einem Oberflächenfehler
ist, der von einem Laserstrahl mit breitem Durchmesser beleuchtet
wird,
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16 ein
Diagramm ist, das die zyklische Änderung
des Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der
Zeit während
des Dünnmachens
eines rohen Oxidwafers zeigt, wobei das einer nicht-gleichförmigen Waferoberfläche zugeordnete Hochfrequenzsignal
eingeschlossen ist,
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17 eine
schematische Darstellung eines CMP-Systems mit einem Interferometer
und einem Rechner ist, der für
das Analysieren und Ansprechen auf das Ausgangssignal der Interferometerwellenform
programmiert ist,
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18 ein
Blockschaltbild ist, das die Funktionalität zeigt, die in dem Rechner
ausgeführt
ist, um die In-situ-Überwachung
der Gleichförmigkeit
auszuführen,
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19(a) bis 19(c) Beispiele
eines Interferometersignals, nämlich
das Interferometersignal nach dem Filtern durch ein Niederfrequenz-Bandpassfilter bzw.
das Interferometersignal nach dem Filtern durch ein Hochfrequenz-Bandpassfilter
zeigen,
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20(a), 20(b) Ablaufdiagramme
sind, die den Vorgang zur Erzeugung und dann zur Verwendung einer
Signatur eines CMP-Systems zeigen, um es für den Produktionseinsatz zu
qualifizieren,
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21(a) eine vereinfachte Schnittansicht einer Ausführungsform
eines Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2 ist, bei
welcher das Polierkissen als Fenster verwendet wird und eine Reflexion von
der Rückseite
des Kissens gezeigt ist,
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21(b) ein Diagramm ist, das die zyklische Änderung
des Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der
Zeit einer großen
Gleichstromkomponente zeigt, die durch die Reflexion aus der Rückseite
des Kissens der Ausführungsform
von 21(a) verursacht wird,
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21(c) eine vereinfachte Schnittansicht einer Ausführungsform
des Fensterabschnitts der Vorrichtung von 2 ist, die
ein Polierkissen als Fenster mit einer diffus gemachten Rückseite
zur Unterdrückung
von Reflexionen verwendet, und
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21(d) ein Diagramm ist, das die zyklische Änderung
des Datensignals aus dem Laser-Interferometer über der
Zeit ohne die große
Gleichstromkomponente zeigt, die durch die Reflexion aus der Rückseite
des Kissens infolge der diffusen Rückseitenfläche der Ausführungsform
von 21(c) verursacht wird.
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2 zeigt
einen Teil einer CMP-Vorrichtung, die gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung modifiziert ist. In der Platte 16 und in dem
darüber
liegenden Plattenkissen 18 ist ein Loch 30 ausgebildet.
Dieses Loch 30 ist so positioniert, dass es Sicht auf den
Wafer 14 hat, der von einem Polierkopf 12 während eines
Teils der Plattendrehung unabhängig
von der Querbewegung des Kopfs 12 gehalten wird. Unter
der Platte 16 ist ein Laser-Interferometer 32 in
einer Position befestigt, die es einem Laserstrahl 34,
der von dem Laser-Interferometer 32 projiziert wird, ermöglicht,
durch das Loch 30 in der Platte 16 hindurchzugehen
und auf die Oberfläche
des darüber
liegenden Wafers 14 während
einer Zeit zu treffen, wenn das Loch 30 dem Wafer 14 benachbart
ist.
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Eine
detaillierte Ansicht des Plattenlochs 30 und des Wafers 14 (zum
Zeitpunkt, wenn er über
dem Plattenloch 30 liegt) ist in 3A bis 3C gezeigt. Wie
aus 3A zu sehen ist, die nur wegen des Hintergrundinteresses
eingeschlossen ist, hat das Plattenloch 30 einen abgestuften
Durchmesser und bildet so eine Schulter 36. Die Schulter 36 wird
benutzt, um einen Quarzeinsatz 38 aufzunehmen und zu halten,
der als Fenster für
den Laserstrahl 34 wirkt. Die Trennfläche zwischen der Platte 16 und
dem Einsatz 38 ist abgedichtet, so dass der Teil der chemischen Schlämme 40,
die ihren Weg zwischen den Wafer 14 und den Einsatz 38 findet,
nicht durch den Boden der Platte 16 im Leckstrom hindurch
kann. Der Quarzeinsatz 38 steht über die obere Fläche der
Platte 16 und teilweise in das Plattenkissen 18 vor.
Dieser Vorsprung des Einsatzes 38 soll den Spalt zwischen
der oberen Fläche
des Einsatzes 38 und der Fläche des Wafers 14 minimieren.
Durch Minimieren dieses Spaltes wird die Menge der Schlämme 40 minimiert, die
in dem Spalt eingeschlossen wird. Dies ist vorteilhaft, weil die
Schlämme 40 dazu
neigt, das durch sie hindurchgehende Licht zu streuen und somit
den Laserstrahl, der von dem Laser-Interferometer 32 emittiert
wird, zu dämpfen.
Je dünner
die Schicht der Schlämme 40 zwischen
dem Einsatz 38 und dem Wafer 14 ist, desto weniger
werden der Laserstrahl 14 und das von dem Wafer reflektierte
Licht gedämpft.
Man geht davon aus, dass ein Spalt von etwa 1 mm akzeptable Dämpfungswerte
während
des CMP-Prozesses
geben würde.
Bevorzugt wird jedoch, diesen Spalt viel kleiner zu machen. Der
Spalt sollte so klein wie möglich
sein, jedoch sollte noch gewährleistet
sein, dass der Einsatz 38 den Wafer 14 zu irgendeiner
Zeit während
des CMP-Prozesses nicht berührt.
Bei einer untersuchten Version wurde der Spalt zwischen dem Einsatz 38 und
dem Wafer 14 auf 10 mils (250 μm) mit zufrieden stellenden
Ergebnissen eingestellt.
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3B zeigt
eine alternative Ausgestaltung der Platte 16 des Kissens 18,
die nur für
den Hintergrund von Interesse ist. Bei dieser Ausführungsform wurde
der Quarzeinsatz weggelassen, und in dem Kissen 18 ist
kein Durchgangsloch vorhanden. Stattdessen wurde die Abstützschicht 20 (wenn
vorhanden) des Kissens 18 in dem Bereich, der über dem Loch 30 in
der Platte 16 liegt, entfernt. Dadurch verbleibt die Polyurethanabdeckschicht 22 des
Kissens 18 nur zwischen dem Wafer 14 und der Unterseite der
Platte 16. Es hat sich gezeigt, dass das bei der Abdeckschicht 22 verwendete
Polyurethanmaterial den Laserstrahl 34 aus dem Laser-Interferometer 32 im
Wesentlichen durchlässt.
Somit wirkt der Teil der Abdeckschicht 22, der über dem
Plattenloch 30 liegt, als Fenster für den Laserstrahl 34.
Diese alternative Anordnung hat merkliche Vorteile. Erstens gibt
es, weil das Kissen 18 selbst als Fenster verwendet wird, keinen
merklichen Spalt. Deshalb ist nur sehr wenig Schlämme 40 vorhanden,
die das nachteilige Streuen des Laserstrahls herbeiführt. Ein
weiterer Vorteil dieser alternativen Ausgestaltung besteht darin,
dass der Kissenverschleiß irrelevant
wird. Bei der zuerst beschriebe nen Ausführung von 3a war
der Spalt zwischen dem Quarzeinsatz 38 und dem Wafer 14 so klein
wie möglich.
Wenn jedoch das Kissen 18 verschleißt, neigt dieser Spalt dazu,
immer größer zu werden.
Schließlich
kann der Verschleiß so
groß werden,
dass die Oberseite des Einsatzes 38 den Wafer 14 berührt und
beschädigt.
Da das Kissen 18 als Fenster bei der alternativen Ausführungsform
von 3B verwendet wird und so ausgelegt ist, dass es mit
dem Wafer 14 in Kontakt steht, gibt es keine nachteiligen
Auswirkungen aufgrund des Verschleißens des Kissens 18.
Zu erwähnen
ist, dass Versuche, bei denen sowohl der offenzellige als auch der mit
Nuten versehene Oberflächentyp
von Kissen verwendet wird, gezeigt haben, dass der Laserstrahl bei dem
Kissen mit der Nuten aufweisenden Oberfläche weniger gedämpft wird.
Dementsprechend wird bevorzugt, dass diese Art von Kissen verwendet
wird.
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Obwohl
das Polyurethanmaterial, das bei der Abdeckschicht des Kissens verwendet
wird, für
den Laserstrahl im Wesentlichen durchlässig ist, enthält es bestimmte
Zusätze,
die seine Durchlässigkeit
stören.
Dieses Problem wird bei der Ausführungsform nach
der Erfindung, die in 3C dargestellt ist, die der
vorliegenden Erfindung entspricht, beseitigt. Bei dieser Ausführung ist
das typische Kissenmaterial in dem Bereich, der über dem Plattenloch 30 liegt, durch
einen Feststoff-Polyurethanstopfen 42 ausgetauscht. Dieser
Stopfen 42, der als Fenster für den Laserstrahl wirkt, ist
aus einem Polyurethanmaterial hergestellt, bei dem die Nutung (oder
der offenzellige Aufbau) des umgebenden Kissenmaterials fehlt und das
frei von Zusätzen
ist, die die Durchlässigkeit
stören.
Dementsprechend wird die Dämpfung
des Laserstrahl 34 durch den Stopfen 42 hindurch
minimiert. Vorzugsweise ist der Stopfen 42 als ein Stück in das
Kissen 18 eingeformt.
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In
Betrieb verwendet eine CMP-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
den Laserstrahl aus dem Laser-Interferometer zur Bestimmung der
Materialmenge, die von der Oberfläche des Wafers entfernt ist,
oder zur Bestimmung, wann die Oberfläche planarisiert worden ist.
Der Anfang dieses Prozesses wird anhand von 4 erläutert. Zu
erwähnen
ist, dass als Elemente des Laser-Interferometers 32 ein Laser
und ein Kollimator 44, ein Strahlteiler 46 und ein
Detektor 48 gezeigt sind. Dadurch wird die vorstehende
Erläuterung
des Betriebs der CMP-Vorrichtung erleichtert. Zusätzlich ist
die den Quarzeinsatz 38 als Fenster verwendende Ausgestaltung
von 3A aus Zweckmäßigkeitsgründen gezeigt.
Natürlich
ist die gezeigte Ausgestaltung nur eine mögliche Anordnung, wobei auch
andere zum Einsatz kommen können.
Beispielsweise kann jede der vorstehend erwähnten Fensteranordnungen verwendet werden,
und es sind alternative Ausgestaltungen des Laser-Interferometers 32 möglich. Eine
al ternative Interferometeranordnung würde einen Laser zur Erzeugung
eines Strahls benutzen, der auf die Oberfläche des Wafers in einem Winkel
einfällt.
Bei dieser Ausführung
würde ein
Detektor an einer Stelle positioniert, wo das von dem Wafer reflektierte
Licht auf ihn treffen würde.
Bei dieser alternativen Ausgestaltung wäre kein Strahlenteiler erforderlich.
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Wie
in 4 gezeigt ist, erzeugen der Laser und der Kollimator 44 einen
gebündelten
Laserstrahl 34, der auf den unteren Teil des Strahlenteilers 46 einfällt. Ein
Teil des Strahls 34 geht durch den Strahlenteiler 44 und
den Quarzeinsatz 38 hindurch. Wenn dieser Teil des Strahls 34 das
obere Ende des Einsatzes 38 verlässt, pflanzt er sich durch
die Schlämme 40 fort
und trifft auf die Oberfläche
des Wafers 14. Der Wafer 14, der im Einzelnen
in 5 gezeigt ist, hat ein Substrat 50 aus
Silicium und eine darüber
liegende Oxidschicht 52 (beispielsweise SiO2).
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Der
Teil des Strahls 34, der auf den Wafer 14 trifft,
wird teilweise an der Oberfläche
der Oxidschicht 52 reflektiert und bildet einen ersten
reflektierten Strahl 54. Ein Teil des Lichts geht jedoch
auch durch die Oxidschicht 52 hindurch und bildet einen
Durchgangsstrahl 56, der auf das darunter liegende Substrat 50 trifft.
Wenigstens etwas von dem Licht aus dem Durchgangsstrahl 56,
der das Substrat 50 erreicht, wird durch die Oxidschicht 52 zurückreflektiert
und bildet einen zweiten reflektierten Strahl 58. Der erste und
der zweite reflektierte Strahl 54, 58 interferieren miteinander
konstruktiv oder destruktiv, was von ihrer Phasenbeziehung abhängt, und
bilden einen resultierenden Strahl 60, bei welchem die
Phasenbeziehung hauptsächlich
eine Funktion der Dicke der Oxidschicht 52 ist.
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Obwohl
die vorstehend beschriebene Ausführungsform
ein Siliciumsubstrat mit einer einzigen Oxidschicht verwendet, sieht
der Fachmann, dass der Interferenzvorgang auch bei anderen Substraten und
anderen Oxidschichten auftritt. Der Schlüssel ist, dass die Oxidschicht
den auftreffenden Strahl teilweise reflektiert und teilweise durchlässt und
dass das Substrat ihn wenigstens teilweise reflektiert. Zusätzlich kann
der Interferenzvorgang auch für
Wafer mit Mehrfachschichten anwendbar sein, die über dem Substrat liegen. Wenn
jede Schicht teilweise reflektiv und teilweise durchlässig ist,
wird wieder ein resultierender Interferenzstrahl erzeugt, obwohl
er eine Kombination der reflektierten Strahlen von allen Schichten
und von dem Substrat ist.
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Aus 4 ist
wiederum zu sehen, dass der resultierende Strahl 60, der
die Kombination des ersten und zweiten reflektierten Strahls 54, 58 (5) wiedergibt,
zurück
durch die Schlämme 40 und
den Einsatz 38 zum oberen Teil des Strahlenteilers 64 fortschreitet.
Der Strahlenteiler 46 zweigt einen Teil des resultierenden
Strahls 60 zum Detektor 48 hin ab.
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Die
Platte 16 dreht sich gewöhnlich während des CMP-Prozesses. Deshalb
hat das Plattenloch 30 nur während eines Teils seiner Drehung
einen Blick auf den Wafer 14. Dementsprechend wird das
Detektorsignal aus dem Laser-Interferometer 32 nur dann abgetastet,
wenn der Wafer 14 auf den Laserstrahl 34 trifft.
Wichtig ist, dass das Detektorsignal nicht abgetastet wird, wenn
der Laserstrahl 34 teilweise durch das Loch 30 hindurchgeht,
also wenn ein Teil durch den Boden der Platte 16 am Lochrand
blockiert ist, zumal dies in dem Signal ein beträchtliches Rauschen verursachen
würde.
Damit dies nicht eintritt, wurde eine Positionssensorvorrichtung
vorgesehen. Es kann jeder bekannte Annäherungssensor verwendet werden,
wie ein Hall-Effekt-.....?strom-optischer Unterbrecher- oder akustischer
Sensor, obwohl ein Sensor der optischen Unterbrecherbauweise bei
den untersuchten Ausführungen
der Erfindung verwendet wurde und in den folgenden Figuren gezeigt
wird. In 6 ist eine Vorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung zum Synchronisieren des Laser-Interferometers 32 mit
einem Sensor 62 in optischer Unbrecherbauweise gezeigt
(beispielsweise ein LED/Photodiodenpaar), der an einem festen Punkt
an dem Rahmen der CMP-Vorrichtung so angebracht ist, dass er eine
Sicht auf den Umfangsrand der Platte 16 hat. Dieser Typ
eines Sensors 62 wird aktiviert, wenn ein optischer Strahl,
den er erzeugt, unterbrochen wird. An dem Umfang der Platte 16 ist
ein Positionssensor-Abdeckschirm 64 befestigt. Der Punkt
der Befestigung und die Länge
des Abdeckschirms 64 sind so beschaffen, dass er das optische
Signal des Sensors nur dann unterbricht, wenn der Laserstrahl 34 aus dem
Laser-Interferometer 32 vollständig durch den vorstehend beschriebenen
Fensteraufbau 66 hindurchgeht. Wie beispielsweise in 6 gezeigt
ist, kann der Sensor 62 diametral gegenüber dem Laser-Interferometer 32 bezogen
auf die Mitte der Platte 16 angebracht werden. Der Abdeckschirm 64 wird an
der Platte 16 in einer Position befestigt, die dem Fensteraufbau 66 diametral
gegenüberliegt.
Die Länge
des Abdeckschirms 64 wird in etwa durch die gestrichelten
Linien 68 definiert, obwohl die genaue Länge des
Abdeckschirms 64 fein abzustimmen ist, um zu gewährleisten,
dass der Laserstrahl von der Platte 16 während der
gesamten Zeit vollständig
unversperrt bleibt, während
der der Abdeckschirm 64 von dem Sensor 62 erfasst
wird. Diese Feinabstimmung kompensiert jedes Positionssensorrauschen oder
jede Positionssensorengenauigkeit, das Ansprechvermögen des
Laser-Interferometers 32, etc. Wenn der Sensor 62 einmal
aktiviert ist, wird ein Signal erzeugt, das zur Bestimmung verwendet
wird, wann das Detektorsignal aus dem Interferometer 32 abzutasten
ist.
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Datenerfassungssysteme,
die in der Lage sind, das Positionssensorsignal zum Abtasten des Laser-Interferometersignals
während
der Zeiten zu verwenden, in denen der Wafer für den Laserstrahl sichtbar
ist, sind im Stand der Technik bekannt und bilden keinen neuen Teil
der vorliegenden Erfindung. Deshalb wird auch keine detaillierte
Beschreibung gegeben. Dem Grund für die Wahl eines geeigneten Systems
sollte jedoch Aufmerksamkeit geschenkt werden. Beispielsweise wird
bevorzugt, dass das Signal aus dem Interferometer über einen
Zeitraum integriert wird. Diese Integration verbessert das Verhältnis von
Signal zu Rauschen, indem das hochfrequente Rauschen über der
Integrationsperiode gemittelt wird. Dieses Rauschen hat verschiedene
Ursachen, beispielsweise eine Vibration aus der Drehung der Platte
und des Wafers sowie Änderungen
in der Oberfläche
des Wafers aufgrund einer ungleichen Planarisierung. Bei der vorstehend
beschriebenen Vorrichtung bestimmen der Durchmesser des Quarzfensters
und die Drehzahl der Platte, wie lange ein Zeitraum während einer
Drehung der Platte verfügbar
ist, um das Signal zu integrieren. Unter bestimmten Umständen kann
jedoch diese verfügbare Zeit
nicht ausreichend sein. Beispielsweise kann ein akzeptables Verhältnis von
Signal zu Rauschen eine längere
Integrationszeit erfordern oder die bei einem ausgewählten Datenerfassungsystem
verwendete Schnittstellenschaltung kann eine minimale Integrationszeit
erforderlich machen, die diejenige überschreitet, die in einem
Durchgang verfügbar
ist.
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Eine
Lösung
für dieses
Problem besteht darin, das Plattenloch längs der Drehrichtung der Platte zu
vergrößern. Mit
anderen Worten, der Fensteraufbau 66' (d.h. der Einsatz, das Kissen
oder der Stopfen) würde
die Form eines Bogens annehmen, wie es in 7 gezeigt
ist. Natürlich
wird der Abdeckschirm 64' für die Anpassung
an den längeren
Fensteraufbau 66' erweitert.
Alternativ kann das Fenster das gleiche bleiben, jedoch wäre das Laser-Interferometer
an der rotierenden Platte direkt unter dem Fenster anzubringen.
In diesem Fall müsste
die CMP-Vorrichtung
modifiziert werden, um das Interferometer unter der Platte aufzunehmen,
und es müssten
Vorkehrungen getroffen werden, um das Detektorsignal aus dem Interferometer
zu führen.
Das Nettoergebnis einer jeden Methode wäre jedoch eine Verlängerung
der Datenerfassungszeit für
jede Drehung der Platte.
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Obwohl
ein Verlängern
des Plattenlochs und des Fensters vorteilhaft ist, verringert es
etwas den Oberflächenbereich
des Plattenkissens. Deshalb wird die Planarisierungsrate in den
Bereichen der Scheibe, die über
dem Fenster liegen, während
eines Teils der Plattendrehung verringert. Zusätzlich darf sich die Länge des
Plattenlochs und des Fensters nicht über die Ränder des Wafers hinaus erstrecken und
die Datenabtastung darf nicht erfolgen, wenn sich das Fenster ohne
Berücksichtigung
der Waferverschiebeposition jenseits des Waferrandes befindet. Deshalb
ist die Länge
des erweiterten Plattenlochs und Fensters oder die Zeit, während der
das an der Platte angebrachte Interferometer abgetastet werden kann,
durch jede Verschiebebewegung des Polierkopfs begrenzt.
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Deshalb
besteht eine bevorzugtere Methode zum Erzielen einer ausreichenden
Datenerfassungs-Integrationszeit darin, die Daten über mehr
als eine Umdrehung der Platte zu sammeln. Gemäß 8 wird während des
Schritts 102 das Laser-Interferometersignal während der
verfügbaren
Datenerfassungszeit bei jeder Drehung der Platte abgetastet. Als
Nächstes
wird in den Schritten 104 und 106 jedes abgetastete
Signal über
der vorstehend erwähnten Datenerfassungszeit
integriert, und die integrierten Werte werden gespeichert. Dann
wird in den Schritten 108 und 110 eine kumulative
Abtastzeit nach jeder vollständigen
Umdrehung der Platte berechnet und mit einer gewünschten minimalen Abtastzeit
verglichen. Natürlich
bildet dies nur eine Abtastzeit, wenn nur ein Abtasten erfolgt.
Wenn die kumulative Abtastzeit gleich der gewünschten minimalen Abtastzeit
oder größer als
diese ist, werden die gespeicherten integrierten Werte überführt und
summiert, wie es im Schritt 112 gezeigt ist. Wenn nicht,
wird der Prozess des Abtastens, Integrierens, Speicherns, Berechnens
der kumulativen Abtastzeit und des Vergleichens mit der gewünschten
minimalen Abtastzeit fortgesetzt. In einem abschließenden Schritt 114 werden
die summierten integrierten Werte, die jedes Mal erzeugt werden,
wenn die gespeicherten integrierten Werte überführt und summiert werden, als
ein Datensignal abgegeben. Das gerade beschriebene Datensammelverfahren
kann in einer Anzahl bekannter Weisen ausgeführt werden, wobei entweder
Logikschaltungen oder Software-Algorithmen
verwendet werden. Da diese Methoden bekannt sind, ist jede detaillierte
Beschreibung überflüssig und
wird somit weggelassen. Zu vermerken ist, dass das Verfahren eines
stückweise
Sammelns von Daten eine Lösung für das Problem
bildet, einer gewünschten
minimalen Abtastzeit unabhängig
vom Durchmesser des Fensters oder der Drehzahl der Platte zu genügen. Wenn der
Prozess auf die Positionssensorvorrichtung festgelegt ist, kann
in der Tat die Plattendrehzahl geändert werden, und es können noch
zuverlässige
Daten erhalten werden. Es würde
sich nur die Zahl der Plattenumdrehungen ändern, die zum Erzielen der
notwendigen Daten erforderlich sind.
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Der
vorstehend erwähnte
erste und der vorstehend erwähnte
zweite reflektierte Strahl, die den resultierenden Strahl 60,
wie in 4 und 5 gezeigt, bilden, führen zu
einer am Detektor 48 zu sehenden Interferenz. Wenn der
erste und der zweite Strahl miteinander in Phase sind, verursachen
sie am Detektor 48 ein Maximum. Wenn die Strahlen jedoch um
180 Grad außer
Phase sind, verursachen sie am Detektor 48 ein Minimum.
Jede andere Phasenbeziehung zwischen den reflektierten Strahlen
ergibt ein Interferenzsignal zwischen dem Maximum und dem Minimum,
das am Detektor 48 zu sehen ist. Das Ergebnis ist ein Signalausgang
aus dem Detektor 48, der zyklisch mit der Dicke der Oxidschicht 52 variiert, wenn
sie während
des CMP-Prozesses verringert wird. Tatsächlich hat man beobachtet,
dass der Signalausgang aus dem Detektor 48 sich sinusförmig ändert, wie
es in den Diagrammen von 9A und 9B gezeigt
ist. Das Diagramm von 9A zeigt die integrierte Amplitude
des Detektorsignals (y-Achse) über jeden
Abtastzeitraum aufgetragen über
der Zeit (x-Achse). Diese Daten wurden durch Überwachen des Laser-Interferometerausgangs
der Vorrichtung von 4 erhalten, während der
CMP-Vorgang an einem Wafer ausgeführt wurde, der eine glatte Oxidschicht
hat, die über
einem Siliciumsubstrat (d.h. einem rohen Oxidwafer) liegt. Das Diagramm
von 9B zeigt eine gefilterte Version der Daten aus dem
Diagramm von Fig. A. Die gefilterte Version zeigt die zyklische Änderung
des Interferometer-Ausgangssignals ziemlich deutlich. Zu erwähnen ist, dass
der Zeitraum des Interferenzsignals von der Rate gesteuert wird,
mit der Material von der Oxidschicht während des CMP-Prozesses entfernt
wird. Somit bestimmen Faktoren, wie die am Wafer platzierte Abwärtskraft
gegen das Plattenkissen und die Relativgeschwindigkeit zwischen
der Platte und dem Wafer, den Zeitraum. Während eines jeden in 9A und 9B aufgetragenen
Zeitraums des Ausgangssignals wird eine bestimmte Dicke der Oxidschicht
entfernt. Die entfernte Dicke ist proportional zu der Wellenlänge des
Laserstrahls und dem Brechungsindex der Oxidschicht. Insbesondere
liegt der Betrag der pro Zeitraum entfernten Dicke bei etwa λ/2n, wenn λ die Wellenlänge des
Laserstrahls im freien Raum und n der Brechungsindex der Oxidschicht
sind. Somit ist es möglich
zu bestimmen, wie viel der Oxidschicht in situ während des CMP-Prozesses bei
Verwendung des in 10A gezeigten Verfahrens entfernt
wird. Zunächst
wird im Schritt 220 die Zahl der Zyklen gezählt, die
von dem Datensignal gezeigt werden. Als Nächstes wird im Schritt 204 die
Dicke des während
eines Zyklus des Ausgangssignals entfernten Materials aus der Wellenlänge des
Laserstrahls und dem Brechungsindex der Oxidschicht des Wafers berechnet.
Dann wird die gewünschte Dicke
von von der Oxidschicht zu entfernendem Material mit der tatsächlich entfernten
Dicke im Schritt 206 verglichen. Die tatsächliche
entfernte Dicke ist gleich dem Produkt der Zahl der Zyklen, die von
dem Datensignal gezeigt werden, und der Dicke des während eines
Zyklus entfernten Materials. In dem abschließenden Schritt 208 wird
der CMP-Prozess immer dann beendet, wenn die entfernte Dicke gleich
der gewünschten
Dicke des zu entfernenden Materials ist oder diese überschreitet.
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Alternativ
kann weniger als ein ganzer Zyklus zum Bestimmen der Menge des entfernten
Materials verwendet werden. Auf diese Weise kann über die gewünschte Menge
hinausgehendes entferntes Material minimiert werden. Wie in dem
in Klammern gesetzten Teil des Schritts 202 in 10A gezeigt ist, wird bei jeder Iteration die
Zahl des Auftretens eines vorgeschriebenen Abschnitts eines Zyklus
gezählt. Beispielsweise
würde jedes
Auftreten eines Maximums (d.h. Spitze) und eines Minimums (d.h.
eines Tals) oder umgekehrt den vorgeschriebenen Abschnitt des Zyklus
bilden. Dieser spezielle Abschnitt des Zyklus ist zweckmäßig, da
Maxima und Minima über
bekannte Signalverarbeitungsverfahren leicht erfassbar sind. Als
Nächstes
wird im Schritt 204 nach dem Bestimmen, wie viel Material
während
eines Zyklus entfernt worden ist, diese Dicke mit dem Bruchteil
eines Zyklus multipliziert, der den vorstehend erwähnten, vorgeschriebenen
Abschnitt darstellt. Beispielsweise würde im Falle des Zählens des
Auftretens eines Maximums und eines Minimums, was eine Hälfte eines
Zyklus darstellt, die berechnete Ein-Zyklus-Dicke mit 1/2 multipliziert,
um die Dicke der Oxidschicht zu erhalten, die während des vorgeschriebenen
Abschnitts des Zyklus entfernt wurde. Die restlichen Schritte des
Verfahrens bleiben unverändert.
Das Nettoergebnis dieser alternativen Annäherung besteht darin, dass
der CMP-Prozess nach dem Auftreten eines Abschnitts des Zyklus beendet werden
kann. Dementsprechend wäre
in den meisten Fällen
entferntes Überschussmaterial
geringer als in dem Fall, in welchem ein voller Zyklus als Basis zum
Bestimmen der Menge des entfernten Materials verwendet wird.
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Die
gerade beschriebenen Verfahren blicken vom Ende eines Zyklus oder
eines Abschnitts von ihm zurück,
um festzustellen, ob die gewünschte
Materialmenge entfernt worden ist. Wie jedoch vorstehend erwähnt wurde,
kann die Menge des entfernten Materials die gewünschte Menge überschreiten.
Bei einigen Anwendungen kann diese überschüssige Materialentfernung unakzeptabel
sein. In diesen Fällen
kann ein alternatives Verfahren verwendet werden, welches nach vorne
schaut und vorhersieht, wie viel Material über einen bevorstehenden Zeitraum entfernt
werden wird, und den Vorgang beendet, wenn für die gewünschte Dicke vo rausgesehen
wird, dass sie entfernt worden ist. Eine bevorzugte Ausgestaltung
dieses alternativen Verfahrens ist in 10B gezeigt.
Wie zu sehen ist, beinhaltet der erste Schritt 302 das
Messen der Zeit zwischen dem ersten Auftreten eines Maximums und
Minimums oder umgekehrt bei dem Detektorsignal (obwohl ein ganzer
Zyklus oder irgendein Abschnitt von ihm verwendet werden kann).
Als Nächstes
wird im Schritt 304 die während dieses Abschnitts des
Zyklus entfernte Materialmenge nach den vorher beschriebenen Verfahren
bestimmt. Dann wird eine Entfernungsrate berechnet, indem die entfernte
Materialmenge durch die gemessene Zeit geteilt wird, wie es im Schritt 306 gezeigt
ist. Dies bildet die Rate, mit der das Material in dem vorhergehenden
Abschnitt des Zyklus entfernt wurde. Im nächsten Schritt 308 wird die
Dicke des wie im Schritt 304 berechneten entfernten Materials
von der gewünschten
zu entfernenden Dicke subtrahiert, um eine restliche Entfernungsdicke
zu bestimmen. Dann wird im Schritt 310 diese restliche
Entfernungsdicke durch die Entfernungsrate geteilt, um zu bestimmen,
um wie viel länger
der CMP-Prozess vor seiner Beendigung fortgesetzt werden muss.
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Zu
erwähnen
ist jedoch, dass der Zeitraum des Detektorsignals, und somit der
Entfernungsrate, sich typischerweise mit dem Fortschreiten des CMP-Prozesses ändert. Deshalb
wird das vorstehend beschriebene Verfahren wiederholt, um dies zu kompensieren.
D.h. mit anderen Worten, dass, wenn einmal eine Restzeit berechnet
worden ist, der Prozess für
jedes Auftreten eines Maximums oder eines Minimums, oder umgekehrt,
wiederholt wird. Dementsprechend wird die Zeit zwischen dem nächsten auftretenden
Maximum und Minimum gemessen, wird die Dicke des Materials, das
während
des Abschnitts des Zyklus entfernt wurde, der durch dieses Auftreten
des Maximums und Minimums (d.h. ein halber) dargestellt wird, durch
die gemessene Zeit geteilt und wird die Entfernungsrate genauso
wie bei der ersten Iteration des Verfahrens berechnet. Im nächsten Schritt 308 jedoch
wird, wie in Klammern gezeigt ist, der Gesamtbetrag des während aller
vorhergehenden Iterationen entfernten Materials vor dem Subtrahieren
von der gewünschten
Dicke bestimmt. Der Rest des Verfahrens bleibt der gleiche, nämlich dass
die zu entfernende Restdicke durch die neu berechnete Entfernungsrate
geteilt wird, um die restliche CMP-Prozesszeit zu bestimmen. Auf
diese Weise wird die verbleibende Prozesszeit nach jedem Auftreten
des vorgeschriebenen Abschnitts eines Zyklus des Detektorsignals
wieder berechnet. Dieser Prozess setzt sich fort, bis die restliche
CMP-Prozesszeit
abläuft,
bevor die nächste
Iteration beginnen kann. Zu diesem Zeitpunkt ist der CMP-Prozess
beendet, wie im Schritt 312 zu sehen ist. Gewöhnlich wird
die zu entfernende Dicke in dem ersten Einhalb-Zyklus des Detektorsignals
nicht erreicht, und jede Änderung
der Entfernungsrate nach dem Berechnen für den vorhergehenden Halbzyklus
wird klein.
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Deshalb
nimmt man an, dass die vorwärts blickende
Methode ein sehr genauer Weg dahin ist, genau die gewünschte Dicke
von dem Wafer zu entfernen.
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Während der
gerade beschriebene Überwachungsvorgang
bei dünner
zu machenden rohen Oxidwafern mit glatter Oberfläche gut arbeitet, hat sich
gezeigt, dass der Vorgang zum Planarisieren der meisten strukturierten
Wafer nicht erfolgreich eingesetzt werden kann, bei denen die Oberflächentopographie
stark unregelmäßig ist.
Der Grund dafür
besteht darin, dass ein typischer strukturierter Wafer Chips enthält, die
eine breite Vielfalt von Oberflächenelementen
mit unterschiedlicher Größe aufweisen.
Diese Oberflächenelemente
mit unterschiedlicher Größe neigen
zu einem Polieren mit unterschiedlichen Raten. Beispielsweise neigt
ein Element mit kleinerer Oberfläche,
das sich relativ weit von den anderen Elemente weg befindet, dazu,
schneller als andere größere Elemente
reduziert zu werden. 11A bis 11C sind
Beispiele für
einen Satz von Oberflächenelementen 72, 74, 76 der
Oxidschicht 52, denen darunter liegende Strukturen 79, 80, 82 zugeordnet
sind, die auf einem typischen strukturierten Wafer 14 gefunden
werden können,
sowie die Änderungen,
denen sie während
des CMP-Prozesses unterliegen. Das Element 72 ist ein relativ
kleines Element, das Element 74 hat mittlere Größe, während das
Element 76 ein relativ großes Element ist. 11A zeigt die Elemente 72, 74, 76 vor
dem Polieren, 11B zeigt die Elemente 72, 74, 76 etwa
in der Mitte des Polierprozesses, und 11C zeigt
die Elemente 72, 74 und 76 zum Ende des
Polierprozesses hin. In 11A wird
das kleinere Element 72 mit einer schnelleren Rate als
das mittlere Element 74 oder das große Element 76 reduziert.
Außerdem
wird das mittlere Element 74 mit einer schnelleren Rate
als das große
Element 76 reduziert. Die Rate, mit der die Elemente 72, 74 und 76 reduziert
werden, nimmt auch mit dem Fortschreiten des Polierprozesses ab.
Beispielsweise hat das kleinere Element 72 anfänglich eine
hohe Reduktionsrate, die jedoch während des Polierprozesses abfällt. Dementsprechend
zeigt 11B die Höhe der Elemente 72, 74, 76,
die sich zu vergleichmäßigen beginnt,
während 11C die Höhe
der Elemente 72, 74, 76 als im Wesentlichen
gleich darstellt. Da die Elemente mit unterschiedlicher Größe mit unterschiedlichen
Raten verkleinert werden und diese Raten sich ändern, hat das Interferenzsignal,
das von jedem Element erzeugt wird, eine andere Phase und Frequenz.
Deshalb schwankt das resultierende Interferenzsignal, das teilweise
aus allen einzelnen Reflexionen von jedem der Elemente 72, 74, 76 aufgebaut ist,
in scheinbar willkürlicher
Weise im Gegensatz zu dem vorher beschriebenen periodischen sinusförmigen Signal.
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Wie
jedoch vorstehend angedeutet wurde, neigen die Polierraten der Elemente 72, 74, 76 dazu, näher zu dem
Punkt der Planarisierung hin zu konvergieren. Deshalb neigt die
Differenz in der Phase und der Frequenz zwischen den Interferenzstrahlen, die
von den Elementen 72, 74, und 76 erzeugt
werden, zu einer Annäherung
an null. Dies führt
dazu, dass das resultierende Interferenzsignal als periodische sinusförmige Wellenform
erkennbar wird. Deshalb ist es möglich
zu bestimmen, wann die Oberfläche
eines strukturierten Wafers planarisiert worden ist, indem erfasst
wird, wann ein sinusförmiges
Interferenzsignal beginnt. Dieses Verfahren ist in 12 dargestellt.
Zuerst wird im Schritt 402 eine Suche nach der vorstehend
erwähnten
sinusförmigen Änderung
in dem Interferometersignal durchgeführt. Wenn die sinusförmige Änderung
entdeckt wird, wird der CMP-Ablauf, wie im Schritt 404 gezeigt
ist, beendet.
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13 ist
ein Diagramm, in welche die Amplitude des Detektorsignals über der
Zeit für
einen strukturierten Wafer aufgetragen ist, der einem CMP-Vorgang
unterliegt. Die abgetasteten Daten, die zum Aufbau dieses Diagramms
verwendet werden, wurden an ihrem vorher integrierten Wert gehalten,
bis der nächste
Werte berichtet wurde, was die gezeigten rechtwinklig gemachten
Spitzenwerte erklärt.
Eine längere
Untersuchung zeigt, dass ein erkennbarer sinusförmiger Zyklus bei etwa 250
Sekunden aufzutauchen beginnt. Dies fällt mit dem Punkt zusammen,
wo der strukturierte Wafer zuerst planarisiert wird. Natürlich wäre es bei
einer Ist-Zeit-Überwachung
des Interferometer-Ausgangssignals unmöglich, genau zu erkennen, wann
der zyklische Verlauf beginnt. Stattdessen muss wenigstens ein bestimmter
Teil des Zyklus erfolgt sein, bevor man sicher sein kann, dass der
zyklische Verlauf begonnen hat. Vorzugsweise darf nicht mehr als
ein Zyklus vorübergehen,
bevor der CMP-Vorgang beendet ist. Eine Ein-Zyklus-Grenze ist eine
praktische Wahl, da es ein hohes Vertrauen bietet, dass der zyklische Verlauf
begonnen hat, im Gegensatz zu dem Signal, das lediglich Änderungen
in dem Rauschen darstellt, das durch das Polieren von Elementen
unterschiedlicher Größe auf der
Oberfläche
des Wafers verursacht wird. Zusätzlich
gewährleistet
die Ein-Zyklus-Grenze, dass nur eine kleine Materialmenge von der
Oberfläche
des Wafers, nachdem er planarisiert wird, entfernt wird. Es hat
sich gezeigt, dass der Grad der Planarisierung nach zwei Zyklen
im Wesentlichen der gleiche ist, wie er nach einem vorhanden war. Wenn
man also den CMP-Ablauf
weiterlaufen lässt, würde dies
nur dazu dienen, mehr Material von der Oberfläche des Wafers zu entfernen.
Auch wenn ein Zyklus in dem Fall bevorzugt wird, in welchem der CMP-Prozess
zu beenden ist, wenn der strukturierte Wafer einmal planarisiert
worden ist, ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung
auf diesen Zeitrahmen begrenzt ist. Wenn das Signal besonders stark
ist, kann es möglich
sein, das gleiche Niveau an Vertrauen nach nur einem Abschnitt eines
Zyklus zu erhalten. Wenn das Signal besonders schwach ist, kann
es alternativ mehr als einen Zyklus dauern, das erforderliche Vertrauen
zu erhalten. Die Wahl hängt von
den Charakteristika des verwendeten Systems ab. Beispielsweise hat
die Größe des Spalts
zwischen dem Quarzfenster und der Oberfläche des Wafers einen Einfluss
auf die Signalstärke
und somit die Entscheidung, wie viele Zyklen abgewartet werden,
bevor der CMP-Prozess
beendet wird.
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Die
tatsächliche
Bestimmung, wann das Ausgangssignal aus dem Laser-Interferometer
tatsächlich
einen zyklischen Verlauf hat und so anzeigt, dass die Oberfläche des
Wafers planarisiert worden ist, kann auf eine Vielzahl von Weisen
erfolgen. Beispielsweise kann das Signal digital verarbeitet und ein
Algorithmus verwendet werden, um die Bestimmung auszuführen. Ein
solches Verfahren ist in dem US-Patent 5,097,430 offenbart, wo die
Neigung des Signals verwendet wird, um die Bedingung auszuführen. Zusätzlich stehen
verschiedene andere bekannte Kurvenanpassalgorithmen zur Verfügung. Diese Verfahren
werden im Wesentlichen verwendet, um das Interferometersignal mit
einer sinusförmigen
Kurve zu vergleichen. Wenn eine Anpassung innerhalb einer bestimmten
vorgegebenen Toleranz auftritt, wird bestimmt, dass der zyklische
Verlauf begonnen hat. Einige Halbleiteranwendungen erfordern, dass die
Dicke des Materials, das über
einer auf einem Chip eines strukturierten Wafers ausgebildeten Struktur
liegt (d.h. die Filmdicke), eine bestimmte Tiefe hat und dass diese
Filmdicke von Chip zu Chip und von Wafer zu Wafer wiederholbar ist.
Die vorher beschriebenen Verfahren zum Planarisieren eines typischen
strukturierten Wafers erzeugen nicht notwendigerweise diese gewünschte wiederholbare
Filmdicke. Der Zweck der Planarisierverfahren besteht darin, eine
Platte und ebene Oberfläche
und nicht eine spezielle Filmdicke zu erzeugen. Wenn es deshalb erwünscht ist,
die Filmdicke über
eine spezifische Struktur oder eine Gruppe von Strukturen ähnlicher Größe zu steuern,
muss ein alternatives Verfahren verwendet werden. Dieses alternative
Verfahren wird nachstehend beschrieben.
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Wie
vorstehend erörtert
wurde, neigt jedes Flächenelement
mit unterschiedlicher Größe, das sich
aus einer Oxidschicht ergibt, die über einer Musterstruktur auf
einem Chip ausgebildet wird, dazu, ein reflektiertes Interferenzsignal
mit einer einzigen Frequenz und Phase zu erzeugen. Nur nahe an dem Punkt
der Planarisierung konvergieren die Frequenz und Phase eines jeden
Elements unterschiedlicher Größe. Vor
dieser Konvergenz ergeben die spezielle Frequenz und Phase der Interferenzsignale,
die von den verschiedenen Elementen verschiede ner Größe verursacht
werden, zusammen in Kombination ein Detektorsignal, das sich willkürlich zu ändern scheint. Es
ist jedoch möglich,
dieses Signal so zu verarbeiten, dass die Interferenzsignalbeiträge aller
mit unterschiedlichen Raten, ausgenommen ein Element spezieller
Größe oder
eine Gruppe von Elementen ähnlicher
Größe, zu polierenden
Elemente beseitigt werden. Wenn einmal das Interferenzsignal, das
dem Element der speziellen Größe oder
der Gruppe von Elementen zugeordnet ist, isoliert worden ist, werden die
Methoden, die zusammen mit dem Entfernen von Material von einer
rohen Oxidscheibe erörtert
wurden, zum Entfernen von genau der Materialmenge verwendet, die
erforderlich ist, um die gewünschte Filmdicke
zu erhalten.
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Natürlich muss
die Frequenz der Interferenzsignalkomponente, die von dem interessierenden Element
verursacht wird, vor der Signalverarbeitung bestimmt werden. Man
geht davon aus, dass diese Frequenz leicht dadurch bestimmt werden
kann, dass ein CMP-Prozess auf einer Testprobe vorgenommen wird,
die Chips aufweist, die ausschließlich mit Strukturen bemustert
sind, die der Struktur entsprechen, die eine spezielle darüber liegende
Filmdicke haben soll. Das während
dieses CMP-Prozesses erzeugte Detektorsignal wird über bekannte
Verfahren zur Bestimmung der speziellen Frequenz des Interferenzsignals
analysiert, das von den Flächenelementen
verursacht wird, die den vorstehend erwähnten Strukturen zugeordnet
sind.
-
Die
speziellen Schritte, die erforderlich sind, um das vorstehend beschriebene
Verfahren zur Steuerung der Filmdicke über eine speziellen Struktur
oder Gruppe von Strukturen ähnlicher
Größe auf dem
Typ in situ während
der CMP-Bearbeitung eines Wafers auszuführen, werden nun unter Bezug
auf 14 beschrieben. In dem Schritt 502 wird
das Detektorsignal gefiltert, so dass nur die Komponente des Signals
passiert, die die vorgegebene Frequenz hat, die der interessierenden
Struktur zugeordnet ist. Dieser Schritt wird unter Verwendung bekannter Bandpassfiltertechniken
erreicht. Als Nächstes
wird im Schritt 504 eine Messung der Zeit zwischen dem ersten
Auftreten eines Maximums und eines Minimums, oder umgekehrt, bei
dem Detektorsignal ausgeführt
(obwohl ein ganzer Zyklus oder irgendein Teil von ihm verwendet
werden kann). Die Materialmenge, die während dieses Abschnitts des
Zyklus entfernt wird (d.h. ein halber Zyklus), wird im Schritt 506 nach
vorher beschriebenen Verfahren bestimmt. Dann wird eine Entfernungsrate
dadurch berechnet, dass die Menge des entfernten Materials durch
die gemessene Zeit geteilt wird, was im Schritt 508 gezeigt
ist. Dies bildet die Rate, mit der das Material in dem vorhergehenden
Abschnitt des Zyklus entfernt wurde. In dem nächsten Schritt 510 wird
die Dicke des entfernten Materials, wie im Schritt 506 berech net,
von der gewünschten
zu entfernenden Dicke subtrahiert (d.h. der Dicke, die, wenn sie
entfernt ist, die gewünschte
Filmdicke ergibt, die über
der interessierenden Struktur liegt), um eine Entfernungsrestdicke
zu bestimmen. Dann wird im Schritt 512 diese Entfernungsrestdicke
durch die vorstehend erwähnte Entfernungsrate
geteilt, um zu bestimmen, um wie viel länger der CMP-Prozess vor seinem
Abschluss fortgesetzt werden muss. Wenn einmal eine Restzeit berechnet
worden ist, wird der Prozess für
jedes Auftreten eines Maximums und Minimums, oder umgekehrt, wiederholt.
Dementsprechend wird die Zeit zwischen dem nächsten auftretenden Maximum
und Minimum gemessen, wird die Dicke des Materials, das während des
Abschnitts des Zyklus entfernt wird, der durch dieses Auftreten
des Maximums und Minimums (d.h. ein halber) dargestellt wird, durch
die gemessene Zeit geteilt, und es wird die Entfernungsrate genauso
wie bei der ersten Iteration des Verfahrens berechnet. In dem nächsten Schritt 510 jedoch
wird, wie in Klammern gezeigt ist, die Gesamtmenge des Materials,
das während
aller vorhergehender Iterationen entfernt wurde, bestimmt, bevor
sie von der gewünschten
Dicke subtrahiert wird. Der Rest des Verfahrens bleibt der gleiche,
nämlich
dass die zu entfernende Restdicke durch die neu berechnete Entfernungsrate
geteilt wird, um die restliche CMP-Prozesszeit zu bestimmen. Dieser
Prozess wird wiederholt, bis die Restzeit abläuft, bevor die nächste Iteration
beginnen kann. Zu diesem Punkt wird der CMP-Prozess beendet, was
in dem Schritt 514 zu sehen ist.
-
Zu
vermerken ist, dass, obwohl das vorstehend beschriebene Verfahren
zur Steuerung der Filmdicke das Verfahren zum Bestimmen des CMP-Prozessendpunkts,
das in 10B dargestellt ist, verwendet,
jedes der anderen hier beschriebenen Endpunkt-Bestimmungsverfahren
gewünschtenfalls ebenfalls
verwendet werden kann.
-
Weiterhin
ist zu vermerken, dass der Strahldurchmesser (d.h. der Fleck) und
die Wellenlänge des
Laserstrahls, der von dem Laser-Interferometer erzeugt wird, in
vorteilhafter Weise manipuliert werden können. Wie in 15A und 15B gezeigt ist,
deckt ein schmaler Strahl 84, beispielsweise einer, der
für die
verwendete Wellenlänge
auf den kleinstmöglichen
Fleck fokussiert ist, einen kleineren Bereich der Oberfläche des
Wafers 14 als ein breiterer, weniger fokussierter Strahl 86.
Dieser schmale Strahl 84 ist für ein Streuen (d.h. der Strahl 88)
aufgrund von Oberflächenunregelmäßigkeiten 90 stärker empfindlich
als der breitere Strahl 86, da sich der breitere Strahl 86 über einen
größeren Oberflächenbereich
des Wafers 14 ausbreitet und mehr Oberflächenunregelmäßigkeiten 90 umfasst.
Deshalb würde ein
breiterer Strahl 86 einen integrierenden Effekt haben und
wäre weniger
empfindlich gegenüber
extremen Än derungen
bei dem reflektierten Interferenzsignal, wenn er sich über die
Oberfläche
des Wafers 14 bewegt. Deshalb wird aus diesem Grund ein
breiterer Strahl 86 bevorzugt. Die Laserstrahlbreite kann
unter Verwendung bekannter optischer Vorrichtungen vergrößert werden.
-
Es
muss erwähnt
werden, dass der breitere Strahl die verfügbare Datenerfassungszeit pro
Plattenumdrehung verringert, da die Zeit, in der der Strahl vollständig innerhalb
der Grenzen des Fensters enthalten ist, kleiner ist als sie es bei
einem schmaleren Strahl wäre.
Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren der Datenerfassung ist
dies jedoch ein ernsthaftes Problem. Da der breitere Strahl auch
die Lichtenergie über
einen größeren Bereich
als ein schmalerer Strahl streut, wird zusätzlich die Stärke der
Reflexionen etwas verringert. Dieser Nachteil kann durch Erhöhen der
Leistung des Laserstrahls aus dem Laser-Interferometer geheilt werden,
so dass der Verlust an Stärke
bei den reflektierten Strahlen bei der Erfassung kein Faktor ist.
-
Was
die Wellenlänge
des Laserstrahls betrifft, ist es durchführbar, irgendeine Wellenlänge von hohem
Infrarot bis Ultraviolett zu verwenden. Bevorzugt wird jedoch, dass
ein Strahl im Bereich des roten Lichts verwendet wird. Der Grund
für diese
Bevorzugung ist ein doppelter. Zuerst ergeben kürzere Wellenlängen eine
Zunahme des Grads der Streuung, die durch die chemische Schlämme verursacht
wird, da diese Streuung proportional zur vierten Potenz der Frequenz
des Laserstrahls ist. Deshalb ist die Streuung umso geringer, je
länger
die Wellenlänge
ist. Längere
Wellenlängen
führen
jedoch dazu, dass mehr Oxidschicht pro Zeitraum des Interferenzsignals
entfernt wird, da die Menge des entfernten Materials pro Zeitraum
etwa gleich λ/2n
ist. Deshalb wird in einem Zeitraum umso weniger Material entfernt,
je kürzer
die Wellenlänge
ist. Man möchte
so wenig wie möglich
Material während
jedes Zeitraums entfernen, so dass die Möglichkeit minimiert wird, dass
zu viel Material entfernt wird. Beispielsweise würde bei einem System, das das
vorher beschriebene Verfahren verwendet, bei welchem die Anzahl
von Zyklen oder ein Teil davon gezählt wird, um die Dicke der
entfernten Oxidschicht zu bestimmen, alles über die gewünschte Menge hinaus entfernte
Material minimiert, wenn die Menge des Materials, das während des
Zyklus oder während
eines Abschnitts davon entfernt wird, so klein wie möglich ist.
-
Man
geht davon aus, dass diese beiden konträren Faktoren bei der Wahl der
Wellenlänge
optimal im Gleichgewicht stehen, wenn ein Rotlicht-Laserstrahl gewählt wird.
Rotes Licht bietet einen akzeptablen Streuungsgrad und führt nicht
zu einer nicht handhabbaren Menge von Material, das pro Zyklus entfernt
wird.
-
Weitere Ausführungsformen
-
Die
erzeugte Interferenzwellenform liefert beträchtliche zusätzliche
Informationen über
den Polierprozess. Diese zusätzlichen
Informationen können
dazu verwendet werden, eine In-situ-Messung der Gleichförmigkeit der polierten Schicht
zu geben. Sie können
auch dazu verwendet werden, zu erfassen, wann das CMP-System nicht
innerhalb der Spezifizierung arbeitet (d.h. nicht arbeitet wie gewünscht).
Es werden nun diese beiden Verwendungen beschrieben.
-
Gleichförmigkeitsmessung
-
Die
Polier- und/oder Planarisiervorgänge, die
bei dem CMP-System ausgeführt
werden, sind insgesamt erforderlich, um eine Oberflächenschicht zu
erzeugen, die über
der Oberfläche
des Wafers/Substrats gleichförmig
ist. Mit anderen Worten, die Mitte des Wafers soll mit der gleichen
Rate wie der Rand des Wafers poliert werden. Gewöhnlich darf die Dicke der polierten
Schicht nicht mehr als etwa 5 bis 10% variieren. Wenn dieses Gleichförmigkeitsniveau
nicht erreicht wird, ist es wahrscheinlich, dass der Wafer nicht
brauchbar ist, da die Bauelementausbeuten unakzeptabel gering sind.
In der Praxis ist es häufig
ziemlich schwierig, eine gleichförmige
Polierrate über
dem Wafer zu erreichen. Gewöhnlich
erfordert dies eine Optimierung vieler unterschiedlicher Variablen,
um das Arbeiten innerhalb der Spezifizierungen aufrechtzuerhalten.
Der vorstehend beschriebenen Endpunktdetektor stellt ein äußerst nützliches
Gerät zur Überwachung
der Gleichförmigkeit
der zu polierenden Schicht bereit, wobei dieses Überwachen sowohl bei der In-situ-Datenverarbeitung
als auch -bearbeitung erfolgen kann.
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Wir
haben festgestellt, dass die Interferenzwellenform, die von dem
Interferometer während des
Polierens erzeugt wird, Informationen über die Gleichförmigkeit
der in Polierung befindlichen Schicht liefert. Wie vorstehend erwähnt, erscheint der
Ausgang des Interferometers als sinusförmiges Signal, wenn die Flächenschicht
(beispielsweise Oxidschicht) poliert wird. Die Entfernung zwischen den
Spitzen des Signals zeigen an, wie viel Material entfernt worden
ist. Oben auf dem sinusförmigen
Signal befindet sich auch ein weiteres hochfrequentes sinusför miges Signal.
Die Amplitude des Signals mit höherer
Frequenz zeigt an, um wie viel sich die Dicke der polierten Schicht über der
Oberfläche
des Wafers ändert.
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Der
Grund dafür
besteht darin, dass das hochfrequente Signal wie folgt in Erscheinung
tritt. Wenn das Polieren ausgeführt
wird, tastet das Interferometer (oder blickt auf) gewöhnlich unterschiedliche
Stellen über
der Oberfläche
des Wafers. Der Grund dafür
besteht darin, dass sich während
des Polierens sowohl die Platte als auch der Wafer drehen und zusätzlich auch
axial relativ zu der Platte bewegt wird. Dadurch gehen während des
Polierens unterschiedliche Bereiche der Waferoberfläche über das
Loch in der Platte, durch welches hindurch das Interferometer die
Schicht sieht, die poliert wird. Wenn die polierte Schicht vollständig gleichförmig ist, bleibt
die sich ergebende Interferenzwellenform unbeeinflusst von der Abtastung
der anderen Stellen über
der Waferoberfläche.
D.h., sie hat im Wesentlichen die gleiche Amplitude. Wenn die polierte Schicht
nicht gleichförmig
ist, führt
andererseits die Abtastung der anderen Stellen eine weitere Änderung
in das sinusförmige
Basissignal ein. Diese weitere Änderung
hat eine Frequenz, die von der Drehung und den Schwenkgraden abhängt, die
verwendet werden, und hat eine Amplitude, die proportional zum Grad
der Ungleichförmigkeit
der polierten Schicht ist. Ein Beispiel einer solchen Wellenform
ist in 16 gezeigt. In diesem speziellen
Beispiel war die Ungleichförmigkeit
relativ groß,
so dass das Hochfrequenzsignal dies deutlich zeigt.
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Ein
Maß für die Gleichförmigkeit
ist das Verhältnis
aus der Amplitude Ahf von Spitze zu Spitze des
Hochfrequenzsignals und aus der Amplitude Alf von
Spitze zu Spitze des Niederfrequenzsignals. Je kleiner dieses Verhältnis ist,
desto gleichförmiger
ist die polierte Schicht, und umgekehrt ist sie umso ungleichförmiger,
je größer dieses
Verhältnis
ist.
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Ein
CMP-System, das ein Maß an
Gleichförmigkeit
erzeugt, ist in 17 gezeigt. Zusätzlich zu den
Komponenten, die in der vorher beschriebenen 2 gezeigt
sind, ist auch ein Rechner 150, der so programmiert ist,
dass der Betrieb des Interferometers gesteuert und die Signalanalyse
ausgeführt
wird, die erforderlich ist, um ein Gleichförmigkeitsmaß aus dem Interferenzsignal
zu erzeugen, sowie eine Anzeigeeinheit 160 vorgesehen, über welche
verschiedene Informationen und Ergebnisse einer Bedienungsperson
angezeigt werden. Der Rechner 150 kann irgendeine Vorrichtung
sein, die in der Lage ist, die Steuer- und Signalverarbeitungsfunktionen
auszuführen,
beispielsweise ein Standard-PC, der geeignet programmiert ist, und
eine dedizierte, speziell entworfene digitale Verarbeitungseinheit.
Die Anzeigeeinheit 160 kann eine Videoanzeige, ein Drucker oder
irgendeine andere geeignete Vorrichtung oder eine Kombination von
Vorrichtungen zur Übermittlung
von Informationen zu der Bedienungsperson des CMP-Systems sein.
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Zur
Erzeugung eines Gleichförmigkeitsmaßes wird
der Rechner 150 so programmiert, dass er die in 18 gezeigte
Signalverarbeitung und andere Funktionen ausführt. Dafür hat der Rechner 150 zwei
programmierbare Bandpassfilter, nämlich ein Hochfrequenzfilter 142 und
ein Niederfrequenzfilter 154. Der Hochfrequenzfilter 152 hat
ein Durchlassband, das auf die Frequenz des Hochfrequenzsignals
zentriert ist, das die Gleichförmigkeitsinformationen
enthält,
während
der Niederfrequenzfilter 154 ein Durchlassband hat, das
auf die Frequenz des Niederfrequenzsignals zentriert ist, das die
Polierrateninformationen enthält.
Die Breite der beiden Durchlassbänder
liegt in der Größenordnung
von wenigen mHz in dem Fall, dass der Zeitraum der Größenordnung von
Sekunden in Zehnergrößenordnung
liegt. Tatsächlich
ist die Breite des Durchlassbandes so programmiert, dass sie sich
proportional zu der Mittelfrequenz, oder anders gesagt, dass sie
sich umgekehrt zum Zeitraum des zu prüfenden Signals ändert. D.h., dass,
wenn die Periode des jeweiligen Signals zunimmt, die Bandbreite
des Bandpassfilters abnimmt und umgekehrt.
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19(a) zeigt ein Beispiel eines Interferometersignals
aus einem tatsächlichen
System. Anfänglich
zeigt das Signal an, dass die Schicht ziemlich gleichförmig ist,
d.h. auf der Oberseite des Niederfrequenzsignals läuft kein
erkennbares Hochfrequenzsignal. Nachdem das Polieren über einen
kurzen Zeitraum ausgeführt
worden ist, beginnt ein Hochfrequenzsignal zu erscheinen, das ein
bestimmtes Niveau einer Nichtgleichförmigkeit anzeigt. Der Niederfrequenzfilter 154 wählt die
Niederfrequenzkomponente aus und filtert die anderen Frequenzen aus,
um ein Ausgangssignal in der in 19(b) gezeigten
Form zu erzeugen. Ähnlich
wählt der
Hochfrequenzfilter 152 die Hochfrequenzkomponente und filtert
die anderen Frequenzen aus, um ein Ausgangssignal in der in 19(c) gezeigten Form zu erzeugen.
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Der
Rechner 150 führt
zwei Amplitudenmessfunktionen 156 und 158 aus,
die die Amplituden von Spitze zu Spitze des Ausgangssignals der
Filter 152 bzw. 154 messen. Wenn die Amplituden
der beiden gefilterten Signale einmal bestimmt worden sind, berechnet
der Rechner 150 ein Verhältnis der Sp.-Sp.-Amplitude
des Hochfrequenzsignals zu der Sp.-Sp.-Amplitude des Niederfrequenzsignals
(d.h. Ahf/Alf, siehe
auch Funktionsblock 162). Nachdem das Verhältnis berechnet
worden ist, vergleicht der Rechner 154 (siehe Block 166)
das berechnete Verhältnis mit
einem Schwellen- oder Bezugswert 164, der vorher in einem
lokalen Speicher gespeichert wurde. Wenn das berechnete Verhältnis über den
gespeicherten Schwellenwert hinausgeht, alarmiert der Rechner 150 die
Bedienungsperson, dass die Nichtgleichförmigkeit der polierten Schicht
einen akzeptablen Wert überschreitet.
Ansprechend darauf kann die Bedienungsperson die Prozessparameter
einstellen, um den Prozess zurück
in die Spezifizierungen zu bringen.
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Da
das Hochfrequenzsignal dazu neigt, nur in Erscheinung zu treten,
nachdem ein Polieren ausgeführt
worden ist, ist es zweckmäßig zu warten,
bevor versucht wird, die Ungleichförmigkeit zu messen. Tatsächlich kann
es erwünscht
sein, das Verhältnis periodisch
automatisch zu berechnen, um so die Gleichförmigkeit der polierten Schicht
in dem ganzen Poliervorgang zu überwachen.
In diesem Fall kann es auch erwünscht
sein, dass der Rechner 150 die berechneten Verhältnisse
während
des ganzen Prozesses ausgibt, so dass die Bedienungsperson Änderungen
und/oder Trends erfassen kann, die bei dem Polierprozess auftreten.
Dies wird besonders nützlich,
wenn die In-situ-Überwachung
an tatsächlich
in Produktion befindlichen Wafern während des Polierens erfolgt.
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Die
gerade beschriebenen Funktionen können mit einer Software ausgeführt werden,
die auf dem Rechner läuft,
oder können
durch selbstständige
Schaltungen ausgeführt
werden, die für
diesen spezifischen Zweck gebaut sind.
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Die
Bandpassfilter können
unter Verwendung von Techniken ausgeführt werden, die dem Fachmann
bekannt sind. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind es FIR-Filter
(Filter ohne Signalrückführung),
die entweder in dem Frequenz- oder dem Zeitbereich implementiert
werden können.
Zum Durchführen
des Filters in Ist-Zeit, wenn das Interferometersignal verfügbar wird,
erfolgt das Filtern jedoch in dem Zeitbereich durch Konvolvieren
der geeigneten Funktion mit der Wellenform, wie sie erzeugt wird.
Die geeignete Funktion ist natürlich
einfach die Zeitbereichsdarstellung eines Bandpassfilters mit den
gewünschten
Charakteristika (d.h. Mittelfrequenz und Bandbreite).
-
Zur
Spezifizierung geeigneter Filterparameter ist es erforderlich, die
Frequenz des Signals zu kennen, das von dem Filter auszuwählen ist.
Diese Information kann leicht aus der Interferometer-Signalwellenform(en)
erhalten werden. Beispielsweise kann die Mittelfrequenz des Niederfrequenzfilters durch
Fahren einer Charge (beispielsweise 25) von Wafern (beispiels weise
rohe Wafer mit nur einer Oxidbeschichtung) erhalten werden, um eine
genaue Messung der Polierrate zu erhalten. Alternativ kann die Polierrate
zu Beginn eines Poliergangs bestimmt werden, indem die Entfernung
zwischen Spitzen des Niederfrequenzsignals gemessen wird. Die Anwendung
dieser alternativen Annäherung
erzeugt natürlich
Ergebnisse, die nicht so genau wie das Mitteln von Messungen über einer
großen
Anzahl von Wafern sind. Auf jeden Fall bestimmt die Polierrate die mittlere
Frequenz des Bandpassfilters, und bei Kenntnis der mittleren Frequenz
längs der
gewünschten
Bandbreite des Filters kann die genaue Form der Zeitbereichs-Filterfunktion
und/oder der Koeffizienten des FIR-Filters leicht bestimmt werden.
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Die
Frequenz des Hochfrequenzsignals erhält man auf ähnliche Weise, d.h. direkt
aus der Spur, die von dem Interferometer erzeugt wird, wenn das CMP-System
den Wafer poliert. D.h. mit anderen Worten, dass die Bedienungsperson
einfach die Entfernung zwischen den Spitzen der Hochfrequenzsignale
misst. Dieser Prozess kann leicht automatisiert werden, so dass
die Bedienungsperson mit Hilfe einer Hinweisvorrichtung (beispielsweise
einer Maus) zwei Punkte auf der Wellenform markieren kann, die auf
der Videoanzeige erscheinen, und der Rechner so programmiert werden
kann, dass er automatisch die Frequenz berechnet und dann die geeigneten
Filterkoeffizienten generiert. Die Filterkoeffizienten und/oder
die Zeitbereichsdarstellung der Filterfunktionen werden dann in
dem lokalen Speicher zur späteren
Verwendung während
der Poliervorgänge
zur Ausführung
der Filterabläufe
gespeichert.
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Prozesssignatur
-
Die
Interferometerwellenform stellt auch eine Signatur des Systems (d.h.
sie kennzeichnet das System) dar, für das sie erhalten wurde. Deswegen stellt
sie Informationen bereit, die nützlich
sind, um ein System für
den Produktionsvorgang zu qualifizieren. Wenn eine Signatur für ein System
erhalten wird, für
das bekannt ist, dass es wie gewünscht
arbeitet, kann die Signaturwellenform (oder aus der Wellenform extrahierte
Elemente) als Referenz verwendet werden, mit der darauf folgend
erzeugte Signaturen verglichen werden können, um zu bestimmen, ob das System
oder die Systeme, aus denen die Signaturen nachfolgend erhalten
werden, innerhalb der Spezifizierungen arbeiten. Wenn beispielsweise
die Polierkissen geändert
werden oder eine neue Charge einer Schlämme in dem CMP-System verwendet
wird, muss die Bedienungsperson wissen, ob diese Änderung
die Qualität
des Polierens nachteilig beeinflusst hat, ehe es das System ausführt. Es
wurde festgestellt, dass ein Änderung
der Leistung des CMP-Systems eine Änderung in der Signatur ergibt.
D.h., dass bestimmte Elemente in der Wellenform erscheinen, die
vorher nicht vorhanden waren, oder dass sich vorher vorhandene Elemente ändern. Durch
Erfassen dieser Änderungen
ist es möglich
festzustellen, wann ein System nicht wie gewünscht arbeitet.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsform sind
die aus der Interferometerwellenform extrahierten Elemente die Polierrate
und das Gleichförmigkeitsmaß. Diese
beiden Eigenschaften sind bereits aus der Interferometerwellenform
erhältlich,
die während
des Polierens erzeugt wird, indem die vorher beschriebenen Verfahren
verwendet werden. Ein geeignet arbeitendes System erzeugt eine spezielle
Polierrate und ein spezielles Gleichförmigkeitsmaß. Ein Abweichen von diesen
Bezugswerten ist eine Anzeige, dass das System sich von seinem gewünschten Arbeitspunkt
bewegt, und alarmiert die Bedienungsperson dahingehend, dass eine
Korrekturwirkung erforderlich ist, um eine Zerstörung des Produkts zu vermeiden.
-
Ein
Verfahren, welches eine CMP-System-Signatur verwendet, ist in 20a gezeigt und wird nun beschrieben. Anfänglich wird
eine Interferometerwellenform (d.h. eine Signatur) für ein CMP-System
erzeugt, für
das bekannt ist, dass es optimal arbeitet (Schritt 250).
Die Entscheidung, ob das System optimal arbeitet, kann empirisch
dadurch bestimmt werden, dass ein Satz von Testwafern behandelt
und die Ergebnisse analysiert werden. Wenn die Ergebnisse innerhalb
der Spezifizierung erzeugt werden, dann kann die Signatur für diese
Ausgestaltung und diesen Satz von Betriebsbedingungen erzeugt werden.
Bevor ein Teil der Interferometerwellenform erfasst wird, ist es
erwünscht,
den Wafer zwischen 50 und 100% der Erstreckung durch das Oxid zu
polieren, so dass die Wellenform wirklich eine Signatur der Polieranordnung
ist.
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Nachdem
die Wellenform erhalten worden ist, werden dann bestimmte relevante
Elemente aus der erzeugten Wellenform extrahiert (Schritt 252)
und für
den späteren
Gebrauch als Referenz gegenüber dem
gespeichert, was diese Systemleistung zu irgendeiner späteren Zeit
oder Zeiten wertet (Schritt 254). Alternativ kann die Wellenform
selbst gespeichert und als Referenz verwendet werden. Bei der beschriebenen
Ausführung
sind die extrahierten Elemente die Polierrate und das Gleichförmigkeitsmaß, die beide
aus der Wellenform bestimmt werden können, wie vorstehend beschrieben.
-
Gemäß 20b kann zu irgendeinem späteren Zeitpunkt die gespeicherte
Signatur (oder die extrahierten Elemente) verwendet werden, um dieses
System oder ein anderes System für
einen Produktionseinsatz zu qualifizieren. Zur Qualifizierung eines
Systems für
die Produktion wird eine neue Signatur aus diesem System (Schritt 258)
erhalten, und die relevanten Elemente werden aus der neuen Signatur
extrahiert (Schritt 260). Die extrahierten Elemente werden
dann mit dem gespeicherten Bezugssatz von Elementen (Schritt 264)
verglichen. Wenn der Arbeitspunkt, wie er durch den Satz von extrahierten
Elemente charakterisiert ist, in einen vorgegebenen Bereich um den
Referenzpunkt herum fällt, wie
er durch den gespeicherten Referenzsatz von Elementen definiert
ist, wird geschlossen, dass das System geeignet arbeitet und dass
es online für
die Produktbehandlung von Wafern gehen kann (Schritt 266).
Wenn dieser Prozess automatisiert ist, kann der Rechner an diesem
Punkt die Bedienungsperson dahingehend informieren, dass der Prozess
innerhalb der Spezifizierung liegt. Wenn andererseits der Arbeitspunkt
außerhalb
des vorgegebenen Bereichs fällt,
ist dies eine Anzeige, dass das System nicht innerhalb der Spezifizierung
arbeitet, und die Bedienungsperson wird auf dieses Problem hingewiesen, so
dass eine Korrekturaktion vorgenommen werden kann (Schritt 268).
Zur Korrekturaktion kann das geeignete Einstellen irgendeines Prozessparameters gehören, um
den Prozess innerhalb der Spezifizierungen zu bringen. Wenn beispielsweise
die Polierrate übermäßig groß ist oder
wenn eine Oxidungleichförmigkeit
größer als
erlaubt ist, kann dann die Bedienungsperson erkennen, dass es zweckmäßig ist, eine
neue Charge einer Schlämme
zu versuchen oder den Druck auf das Kissen einzustellen oder auch
das Kissen auszutauschen. Der spezielle Verlauf der Korrekturaktion,
die gewählt
wird, hängt
natürlich
von den Einzelheiten ab, wie das System von dem gewünschten
Arbeitspunkt abgewichen ist, der Form und Arbeitsweise der Parameter
des speziellen Systems und was die Erfahrung die Bedienungsperson
lehrt.
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Zur
Bereitstellung weitere nützlicher
Informationen für
die Bedienungsperson liefert der Rechner fakultativ auch über seine
Anzeigevorrichtung(en) Informationen über die extrahierten Elemente
(Schritt 262). Die angezeigten Informationen können als
die extrahierten Elemente, die Wellenform, wie nahe die verschiedenen
extrahierten Elemente den anderen Elementen des gespeicherten Referenzsatzes
liegen oder in welcher Weise sich als nützlich für Bedienungsperson erweist
präsentiert
werden.
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Natürlich kann
der vorstehend beschriebene In-situ-Ist-Zeit-Überwachungsvorgang auch periodisch
zur Anwendung gelangen, während
Produktionswafer behandelt werden, oder immer dann, wenn irgendein
Prozessparameter in dem CMP-System geändert wird (beispielsweise
wenn ein neues Polierkissen verwendet wird, der Polierdruck eingestellt wird
oder wenn eine neue Charge Schlämme
eingesetzt wird) und es erforderlich wird, zu wissen, dass der CMP-Prozess noch innerhalb
der Spezifizierung arbeitet. Zusätzlich
kann er für
die Qualifizierung des CMP-Systems vor der Verwendung am tatsächlichen Produkt
zusätzlich
an rohen Wafern anstatt am tatsächlichen
Produkt benutzt werden.
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Obwohl
eine direkte und einfache Annäherung
zum Extrahieren von Informationen aus der Signaturwellenform beschrieben
wurde, d.h. durch Verwenden der Polierrate und des Gleichförmigkeitsmaßes, kann
die Signatur oder Interferometerwellenform analysiert werden, indem
verfeinerte Techniken verwendet werden (beispielsweise Muster- oder
Elementerkennung oder andere Bildanalysenalgorithmen oder neurale
Netzwerke, um nur wenige Alternativen zu nennen). Die Information,
die verschiedene extrahierte Elemente hinsichtlich des Betriebs
des Systems tragen, können
durch Erfahrung bestimmt werden, und es können diejenigen, welche die
Informationen tragen, die als äußerst wichtig
für die
Bedienungsperson angesehen werden, benutzt werden.
-
Zu
erwähnen
ist auch, dass die einfache Anzeige der Inteferometerwellenform
(d.h. der Prozesssignatur) für
die Bedienungsperson ein wertvolles Feedback darüber liefern kann, wie gut sich
das System verhält.
Typischerweise ist das menschliche Auge äußerst empfindlich bei der Erfassung
auch geringer Änderungen
in einem Bild aus dem, was man zu sehen erwartet. Somit ist die
Bedienungsperson, nachdem sie etwas Erfahrung gewonnen hat, häufig in
der Lage, Änderungen
und nahe bevorstehende Probleme bei der gesamten CMP-Systemleistung einfach
durch Betrachten der Wellenform zu erfassen. Somit zeigt bei der
beschriebenen Ausgestaltung der Rechner auch die Signaturwellenform
für die Bedienungsperson
während
der Behandlung an, so dass die Bedienungsperson sie auch zum Überwachen
der Vorrichtungsleistung verwenden kann.
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Bei
Verwendung von dem Fachmann bekannten Techniken kann man leicht
Software-Algorithmen
entwickeln, die die Änderungen
automatisch erkennen oder erfassen, nach denen die Bedienungsperson
Ausschau hält,
die die Bedienungsperson auf bestimmte Probleme hinweisen.
-
Eine Modifizierung
zum Erhalten einer verbesserten Leistung
-
Eine
weitere Ausführungsform
weist eine Modifizierung für
das Fenster in dem Kissen zwischen dem Interferometer und dem Wafer
auf. Obwohl das Kissen einen wesentlichen Teil des Interferometer-Laserstrahls
durchlässt,
hat es sich gezeigt, dass es auch eine beträchtliche reflektive Komponente
von der unteren Fläche
des Kissens gibt. Diese Situation ist in 21(a) gezeigt,
wo ein Teil des aus dem Laser-Interferometer 32 austretenden
Laserstrahls 34 durch das Kissen 22 hindurchgeht,
um den durchgelassenen Strahl 702 zu bilden, während ein Teil
des Laserstrahls 34 von der rückseitigen Fläche 704 des
Kissens 22 reflektiert wird und einen reflektierten Strahl 706 bildet.
Der reflektierte Strahl 706 erzeugt eine beträchtliche
Gleichstrom-(DC-)Verschiebung in dem Datensignal. 21(b) zeigt diese Verschiebung (obwohl zum Zwecke
der Klarheit übertrieben).
In diesem Beispiel fügt
die Gleichstromverschiebung, die sich aus dem reflektierten Laserlicht ergibt,
dem Gesamtsignal etwa 8,0 V hinzu. Die DC-Verschiebung erzeugt Probleme
beim Analysieren des nützlichen
Teils des Datensignals. Wenn beispielsweise die Datenanalysevorrichtung
in einem Bereich von 0 bis 10 V arbeitet, ist eine Verstärkung des
verschobenen DC-Signals zur Vergrößerung des interessierenden
Teils unmöglich,
ohne die DC-Komponente des Signals zu reduzieren oder zu beseitigen.
Wenn die DC-Komponente nicht beseitigt wird, wäre die Anordnung durch das
verstärkte
Signal gesättigt.
Das Reduzieren oder Beseitigen der DC-Komponente auf elektronische
Weise erfordert das Hinzufügen
einer Signalbehandlungselektronik und kann zu einer Verschlechterung
des brauchbaren Teils des Signals führen. Auch wenn die DC-Verschiebung
nicht so groß wie
hier beschrieben ist, wird wahrscheinlich eine bestimmte Signalbearbeitung noch
erforderlich, um sie zu beseitigen. Dementsprechend möchte man
ein nicht-elektronisches
Verfahren zum Verringern oder Beseitigen dieser unerwünschten
DC-Komponente haben.
-
Es
hat sich gezeigt, dass durch Erzeugen einer diffusen Oberfläche 704' an der Rückseite
des Kissens 22 in dem das Fenster bildenden Bereich, wie
es in 21(c) dargestellt ist, das reflektierte Licht
von dieser Oberfläche
gedämpft
wird. Dadurch wird die unerwünschte
DC-Komponente des
Datensignals verringert. Die diffuse Fläche 704' streut tatsächlich das nicht durchgelassene
Laserlicht 708 mehr, als dass es den größten Teil davon zurück zu dem
Interferometer 32 reflektiert. Das von dem Wafer reflektierte
Signal muss also durch die diffuse Oberfläche 704' hindurchgehen, und wenn es dies
tut, wird etwas von ihm ebenfalls gestreut.
-
Es
hat sich jedoch gezeigt, dass dies die Leistung des Interferometers
nicht ernsthaft verschlechtert.
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21(d) zeigt das Datensignal, das man erhält, wenn
die diffuse Oberfläche 704' verwendet wird.
Man sieht, dass bei Beseitigung der DC-Komponente das Signal leicht
verstärkt
und verarbeitet werden kann, ohne dass es erforderlich ist, irgendeinen
DC-Anteil zu beseitigen.
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Wie
die diffuse Oberfläche
erzeugt wird, ist nicht von zentraler Bedeutung. Sie kann durch
Sandstrahlen der Rückseite
des Polierkissens in der Nähe des
Fensters oder durch Aufbringen einer Materialbeschichtung erzeugt
werden, die diffus ist, (beispielsweise Klebeband), oder auf irgendeine
Weise, die die gewünschten
Resultate erzeugt.
-
Obwohl
die Erfindung im Einzelnen unter Bezug auf die vorstehend beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen
erläutert
wurde, ist selbstverständlich,
dass Änderungen
und Modifizierungen ausgeführt
werden können,
ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie er durch die
Ansprüche
definiert ist.