IT202000015790A1

IT202000015790A1 - METHOD AND SYSTEM FOR EVALUATING THE PHYSICAL CONSUMPTION OF A POLISHING PAD OF A CMP DEVICE, AND CMP DEVICE

Info

Publication number: IT202000015790A1
Application number: IT102020000015790A
Authority: IT
Inventors: Renato Coretti; Simone Rizzardini; Valentina Robbiano
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2021-12-30
Also published as: US20210402559A1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

?METODO E SISTEMA PER VALUTARE IL CONSUMO FISICO DI UN PAD DI POLITURA DI UN APPARECCHIO CMP, E APPARECCHIO CMP? ?METHOD AND SYSTEM FOR EVALUATING THE PHYSICAL CONSUMPTION OF A POLISHING PAD OF A CMP DEVICE, AND CMP DEVICE?

La presente invenzione ? relativa ad un metodo e ad un sistema per valutare il consumo fisico di un pad di politura di un apparecchio di politura chimico-meccanica, CMP. La presente invenzione ? inoltre relativa ad un apparecchio CMP comprendente tale sistema. The present invention ? relating to a method and system for evaluating the physical consumption of a polishing pad of a chemical mechanical polishing apparatus, CMP. The present invention ? also relating to a CMP apparatus comprising this system.

? noto che i circuiti integrati vengono fabbricati mediante fasi sequenziali di deposizione e parziale rimozione di strati su un substrato di una fetta di silicio; tali strati possono essere conduttivi, semiconduttivi o isolanti. Una fase di fabbricazione implica la deposizione di uno strato di riempitivo conduttivo (tipicamente, metallico) e quindi la planarizzazione dello strato di riempitivo. La politura chimico-meccanica (CMP, Chemical Mechanical Polishing) ? una fase fondamentale nei moderni processi di fabbricazione di semiconduttori per ottenere la planarizzazione degli strati. Ad esempio, per formare vie o plug, una tecnica nota consiste nel depositare uno strato di riempitivo conduttivo (tipicamente, di Cu) su uno strato barriera con un pattern fornito in precedenza (ad esempio, un film isolante), che presenta trincee o fori, che si estendono sul substrato, allo scopo di riempire le trincee/fori mediante lo strato di riempitivo conduttivo. Con un processo CMP, lo strato di riempitivo conduttivo viene rimosso fino a che non viene raggiunto ed esposto lo strato barriera. Dopo la CMP, le porzioni dello strato conduttivo che rimangono all'interno delle trincee nello strato barriera formano efficacemente vie conduttive, o plug, che forniscono percorsi conduttivi verticali per l'instradamento di segnali sul substrato o per altri usi. La CMP pu? essere comunque usata per le fasi di planarizzazione che possono essere necessarie per planarizzare la fetta, ad esempio, per ulteriori fasi di fotolitografia. ? It is known that integrated circuits are manufactured by sequential deposition steps and partial removal of layers on a silicon wafer substrate; such layers can be conductive, semiconductive or insulating. One manufacturing step involves deposition of a layer of conductive filler (typically, metallic) and then planarizing the layer of filler. Chemical mechanical polishing (CMP, Chemical Mechanical Polishing) ? a key step in modern semiconductor manufacturing processes to achieve layer planarization. For example, to form vias or plugs, a known technique consists in depositing a layer of conductive filler (typically, of Cu) on a barrier layer with a previously provided pattern (for example, an insulating film), which has trenches or holes , which extend onto the substrate, in order to fill the trenches/holes by the conductive filler layer. With a CMP process, the conductive filler layer is removed until the barrier layer is reached and exposed. After the CMP, the portions of the conductive layer that remain within the trenches in the barrier layer effectively form conductive vias, or plugs, which provide vertical conductive paths for signal routing on the substrate or other uses. The CMP can still be used for the planarization steps that may be necessary to planarize the wafer, for example, for further photolithography steps.

Durante la CMP, la fetta ? montata su un supporto o una testa di politura. La superficie della fetta da planarizzare ? collocata contro un pad di politura girevole, avente una superficie irruvidita. La testa di supporto ruota la fetta mentre la spinge contro il pad di politura. Solitamente, un impasto liquido di politura (che include almeno un agente chimicamente reattivo e particelle abrasive) viene fornito sulla superficie del pad di politura. During the CMP, the slice? mounted on a holder or a polishing head. The surface of the slice to planarize? placed against a rotatable polishing pad, having a roughened surface. The support head rotates the wafer as it pushes it against the polishing pad. Usually, a polishing slurry (which includes at least one chemically reactive agent and abrasive particles) is provided on the surface of the polishing pad.

La condizione di punto terminale del processo di politura pu? essere ottenuta in diversi modi, in base al materiale che viene rimosso o alla condizione di stabilit?. The end point condition of the polishing process can? be obtained in different ways, based on the material being removed or the condition of stability.

I modi tipici sono il rilevamento ottico dei punti terminali, in cui vi ? una misurazione dell'intensit? di luce riflessa (usata quando un film metallico viene rimosso fino a che non si raggiunge uno strato di ossido) o misurazioni interferometriche nel caso in cui vi siano soltanto strati di ossido, o un metodo basato su corrente parassita (?Eddy current? ? corrente di eddy), che ? un metodo non-distruttivo usato tipicamente nella CMP di strati di rame (il rilevamento del punto terminale ? ottenuto misurando le variazioni della corrente indotta dallo strato metallico sottile che si trova sulla sommit? di fetta prima di CMP). Nello specifico, il sensore della corrente parassita funziona in base al principio della corrente parassita induttiva. Esso misura la distanza in base all'estrazione di energia da un circuito di oscillazione, che ? necessario per generare corrente parassita in un materiale elettricamente conduttivo. Quando alla bobina di rivelazione viene fornita una corrente alternata, si determina la formazione di un campo magnetico attorno alla bobina. Se un materiale elettricamente conduttivo viene collocato in questo campo, un campo dovuto a correnti parassite viene indotto secondo la legge di induzione di Faraday. Quando l'oggetto si sposta, si determina il cambiamento dell'impedenza della bobina, che ? proporzionale al cambiamento della distanza tra il sensore e l'obiettivo. The typical ways are the optical detection of the endpoints, in which there is a measurement of the intensity? of reflected light (used when a metal film is removed until an oxide layer is reached) or interferometric measurements in case there are only oxide layers, or a method based on eddy current (?Eddy current? ? current by eddy), what ? a non-destructive method typically used in CMP of copper layers (detection of the terminal point is obtained by measuring the variations of the current induced by the thin metal layer located on the top of the wafer before the CMP). Specifically, the eddy current sensor works on the principle of inductive eddy current. It measures distance based on energy extraction from an oscillating circuit, which is ? necessary to generate eddy current in an electrically conductive material. When an alternating current is supplied to the sensing coil, a magnetic field is created around the coil. If an electrically conductive material is placed in this field, an eddy current field is induced according to Faraday's law of induction. When the object moves, the impedance of the coil changes, which ? proportional to the change in distance between the sensor and the lens.

La figura 1 ? un diagramma schematico semplificato del principio secondo cui funziona un sensore di Eddy current. Figure 1 ? a simplified schematic diagram of the principle by which an eddy current sensor works.

Una corrente alternata iAC scorre attraverso una bobina 1 in stretta vicinanza ad uno strato conduttivo 2 che si estende su un substrato 5 di una fetta 3. In un apparecchio CMP, la bobina 1 ? fissata o in altro modo accoppiata al pad di politura (non mostrato). La corrente alternata iAC viene fatta scorrere attraverso la bobina 1, determinando cos? la generazione di un campo elettromagnetico. Nella figura 1, lo strato conduttivo 2 rappresenta lo strato conduttivo citato in precedenza (film di Cu), lo spessore del quale deve essere ridotto (e misurato) durante la CMP. Il campo elettromagnetico generato dalla bobina 1 induce correnti parassite 4 nello strato conduttivo 2. Le correnti parassite, a loro volta, hanno un effetto sull'impedenza della bobina 1. Poich?, durante la CMP, il pad di politura viene premuto contro lo strato conduttivo 2, l'effetto delle correnti parassite 4 sulla bobina 1 ? in funzione di una distanza 6 tra lo strato conduttivo 2 e la bobina 1. Pertanto, la riduzione della distanza 6 determinata da una riduzione di spessore dello strato conduttivo 2 pu? essere misurata misurando il cambiamento di impedenza della bobina 1. An alternating current iAC flows through a coil 1 in close proximity to a conductive layer 2 which extends over a substrate 5 of a wafer 3. In a CMP apparatus, the coil 1 is attached or otherwise coupled to the polishing pad (not shown). The alternating current iAC is passed through the coil 1, thus determining? the generation of an electromagnetic field. In Figure 1, the conductive layer 2 represents the previously mentioned conductive layer (Cu film), the thickness of which is to be reduced (and measured) during the CMP. The electromagnetic field generated by the coil 1 induces eddy currents 4 in the conductive layer 2. The eddy currents, in turn, have an effect on the impedance of the coil 1. Since, during the CMP, the polishing pad is pressed against the layer conductive 2, the effect of the eddy currents 4 on the coil 1 ? as a function of a distance 6 between the conductive layer 2 and the coil 1. Therefore, the reduction of the distance 6 determined by a reduction in the thickness of the conductive layer 2 can? be measured by measuring the impedance change of coil 1.

Uno dei maggiori problemi del processo CMP ? la valutazione dell'effettivo consumo del pad di politura dell'apparecchio CMP, che ? un parametro cruciale in quanto un consumo eccessivo del pad pu? portare ad una politura eccessiva o ad una politura insufficiente. Attualmente, la durata utile di ciascun pad di politura viene stimata in base alle ore di esperienza/lavoro, in modo che il pad di politura venga sostituito dopo un numero di ore di lavoro predeterminato, indipendentemente dall'effettivo consumo del pad di politura. One of the biggest problems of the CMP process ? the evaluation of the actual consumption of the polishing pad of the CMP device, which ? a crucial parameter as excessive consumption of the pad pu? lead to over-polishing or under-polishing. Currently, the useful life of each polishing pad is estimated based on hours of experience/work, so that the polishing pad is replaced after a predetermined number of working hours, regardless of the actual wear of the polishing pad.

Ci? significa che un pad di politura pu? essere sostituito ben prima del consumo completo (aumentando cos? i costi) e un altro pad di politura pu? essere sostituito dopo il consumo completo (compromettendo cos? la fase di politura). Entrambi i casi dovrebbero essere evitati. There? means that a polishing pad can? be replaced well before complete consumption (thus increasing costs) and another polishing pad can? be replaced after complete consumption (thus compromising the polishing phase). Both cases should be avoided.

? desiderabile una procedura per verificare automaticamente il consumo del pad. ? a procedure to automatically check the consumption of the pad is desirable.

Lo scopo della presente descrizione ? fornire un metodo e un sistema per valutare il consumo fisico di un pad di politura di un apparecchio CMP e un apparecchio CMP che include tale sistema, che supera gli svantaggi citati in precedenza. The purpose of this description? to provide a method and a system for evaluating the physical consumption of a polishing pad of a CMP apparatus and a CMP apparatus including such a system, which overcomes the aforementioned disadvantages.

Secondo la presente invenzione, sono forniti un metodo e un sistema per valutare il consumo fisico di un pad di politura di un apparecchio CMP e un apparecchio CMP che include tale sistema, come definito nelle rivendicazioni allegate. According to the present invention, a method and a system for evaluating the physical consumption of a polishing pad of a CMP apparatus and a CMP apparatus including such a system, as defined in the appended claims, are provided.

Per una migliore comprensione dell'invenzione, verranno ora descritte alcune forme di realizzazione della stessa, puramente a titolo di esempio non limitativo e facendo riferimento ai disegni allegati, in cui: For a better understanding of the invention, some embodiments thereof will now be described, purely by way of non-limiting example and with reference to the attached drawings, in which:

- la figura 1 mostra un'implementazione schematica di un sensore di Eddy current accoppiato operativamente ad una fetta, secondo la tecnica nota; - Figure 1 shows a schematic implementation of an Eddy current sensor operatively coupled to a wafer, according to the prior art;

- la figura 2 mostra un'implementazione schematica di un apparecchio CMP dotato di un sensore di Eddy current accoppiato operativamente ad una fetta, in una forma di realizzazione della presente invenzione; figure 2 shows a schematic implementation of a CMP apparatus equipped with an Eddy current sensor operatively coupled to a wafer, in an embodiment of the present invention;

- la figura 3 mostra un segnale di Eddy current, rappresentato in unit? arbitrarie in funzione di un tempo di politura; e - figure 3 shows an Eddy current signal, represented in unit? arbitrary according to a polishing time; And

- la figura 4 mostra una raccolta di misure che rappresentano una variazione della corrente media raccolta all'inizio del processo CMP, ciascun punto facendo riferimento alla lavorazione di una rispettiva fetta mediante lo stesso pad di politura. - figure 4 shows a collection of measurements representing a variation of the average current collected at the beginning of the CMP process, each point referring to the processing of a respective wafer by means of the same polishing pad.

In una forma di realizzazione della presente invenzione, schematicamente mostrata nella figura 2, un apparecchio CMP 10 include elettronica di controllo configurata per calcolare uno spessore di uno strato conduttivo 21 che appartiene a una fetta 20 durante un processo di planarizzazione o politura o riduzione di spessore (in generale, "processo CMP"). L'apparecchio CMP 10 pu? anche essere impiegato per rimuovere un film in massa e quindi fermarsi, come nella politura di demaschiatura al tungsteno e al rame. In an embodiment of the present invention, schematically shown in Figure 2 , a CMP apparatus 10 includes control electronics configured to calculate a thickness of a conductive layer 21 belonging to a wafer 20 during a planarization or polishing or thickness reduction process (in general, "CMP process"). The CMP 10 device can? also be used to remove a mass film and then stop, as in tungsten and copper detacking polishing.

L'apparecchio CMP 10 include, in un modo di per s? noto, un supporto di fetta 14 che ? rivolto verso un pad di politura 16 che ? disposto su una piastra di supporto 17. Does the CMP 10 apparatus include, in a way by itself? known, a support of slice 14 that ? facing a polishing pad 16 that ? arranged on a support plate 17.

Sia il supporto di fetta 14 che la piastra 17 sono controllabili in rotazione, come esemplificato dalle frecce 19a, 19b per eseguire il processo CMP. Il pad di politura 16 ?, ad esempio, di poliuretano. Tipicamente, un sistema di rilascio di impasto liquido (non mostrato) configurato per fornire uno strato di impasto liquido sostanzialmente uniforme sul pad di politura 16, ? anche fornito, in un modo di per s? noto. Both the wafer holder 14 and the plate 17 are controllable in rotation, as exemplified by the arrows 19a, 19b to perform the CMP process. The polishing pad 16 is, for example, made of polyurethane. Typically, a slurry delivery system (not shown) configured to provide a substantially uniform slurry layer on the polishing pad 16, is a slurry delivery system. also provided, in a way of itself? known.

Durante un processo CMP, la fetta 20 supportata dal supporto di fetta 14 ? premuta contro un pad di politura 16 per lavorare una superficie della fetta 20. In particolare, la fetta 20 include un substrato 13 avente una superficie di sommit? 13a su cui si estende il film o strato conduttivo (ad esempio, di Cu) 21. Il film o strato conduttivo 21 ? l'obiettivo di lavorazione (ad esempio, di planarizzazione) da parte del pad di politura 16. During a CMP process, slice 20 supported by slice medium 14 ? pressed against a polishing pad 16 to work a surface of the wafer 20. In particular, the wafer 20 includes a substrate 13 having a top surface 13a over which the conductive film or layer (for example, of Cu) 21 extends. The conductive film or layer 21 ? the processing objective (e.g. planarization) by the polishing pad 16.

Il supporto di fetta 14 ? configurato per supportare la fetta 20 in corrispondenza di una superficie di fondo 13b del substrato 13, durante il processo CMP. Un sensore di Eddy current basato su bobina 18 ? configurato per indurre un campo di Eddy current nello strato conduttivo 21, secondo la legge di induzione di Faraday. A tal fine, a una bobina di rivelazione 18a del sensore di Eddy current 18 viene fornita una corrente alternata (AC) generata da un generatore di corrente CA (si veda, ad esempio, la figura 1), determinando cos? la formazione di un campo magnetico attorno alla bobina 18a. Il sensore di Eddy current 18, che ? disposto nella (o in altro modo accoppiato alla) piastra 17, ? configurato per rilevare un segnale iEC correlato a, o una funzione di, uno spessore effettivo 24 del film 21. The support of slice 14 ? configured to support the wafer 20 at a bottom surface 13b of the substrate 13, during the CMP process. An 18 coil based eddy current sensor? configured to induce an Eddy current field in the conductive layer 21, according to Faraday's law of induction. To this end, an alternating current (AC) generated by an AC current generator is supplied to a sensing coil 18a of the eddy current sensor 18 (see, for example, FIG. the formation of a magnetic field around the coil 18a. The sensor of Eddy current 18, which ? disposed in (or otherwise coupled to) plate 17, ? configured to detect an iEC signal related to, or a function of, an actual thickness 24 of film 21.

Il segnale iEC ?, in particolare, il campo di Eddy current che ? indotto nello strato 21 e che pu? essere rivelato dal sensore 18 come un cambiamento dell'impedenza della bobina 18a del sensore 18; occorre notare che il cambiamento dell'impedenza ? proporzionale all'effettiva distanza 25 tra il sensore 18 e la superficie di sommit? 13a del substrato 13 (non soltanto allo spessore 24 dello strato 21). Nella forma di realizzazione esemplificata nella figura 2, la distanza 25 ? la somma, lungo lo stesso asse Z, dello spessore 24 dello strato 21 pi? lo spessore del pad di politura 16. The iEC signal ?, in particular, the Eddy current field that ? induced in the layer 21 and that pu? be detected by sensor 18 as a change in the impedance of coil 18a of sensor 18; it should be noted that the change of the impedance ? proportional to the effective distance 25 between the sensor 18 and the top surface? 13a of the substrate 13 (not only at the thickness 24 of the layer 21). In the embodiment exemplified in Figure 2, the distance 25 ? the sum, along the same Z axis, of the thickness 24 of the layer 21 pi? the thickness of the polishing pad 16.

Il sensore di Eddy current 18 genera in corrispondenza dell'uscita un segnale SEC, che ? basato sul segnale iEC ed ? funzione dello spessore dello strato 21 e dello spessore del pad 16. Come meglio spiegato successivamente, in una finestra temporale iniziale del processo CMP, lo spessore dello strato 21 di ciascuna fetta, che viene lavorata, viene considerato uguale per ciascuna fetta (ovvero, lo spessore ? tale che la corrente ? in saturazione, per cui una variazione minore dello spessore di film non influenza il segnale di Eddy current). In tale finestra temporale, il segnale pu? essere visto come una funzione del solo spessore di pad. The Eddy current sensor 18 generates a SEC signal at the output, which ? based on the iEC signal and ? function of the thickness of the layer 21 and of the thickness of the pad 16. As better explained later on, in an initial time window of the CMP process, the thickness of the layer 21 of each wafer, which is processed, is considered equal for each wafer (that is, the thickness is such that the current is in saturation, so that a minor variation of the film thickness does not influence the Eddy current signal). In this time window, the signal can? be seen as a function of pad thickness only.

I sensori di Eddy current (ECS, Eddy Current Sensors) sono noti nella tecnica e consentono una misurazione senza contatto di uno spessore di un film di metallo nell'intervallo completo di spessori normalmente utilizzati nella fabbricazione di semiconduttori. La forma di realizzazione della figura 1 ? pertanto soltanto esemplificativa del funzionamento di un sensore di Eddy current 18; altri sensori di Eddy current possono essere impiegati. Eddy current sensors (ECS) are known in the art and allow non-contact measurement of a metal film thickness over the full range of thicknesses normally used in semiconductor fabrication. The embodiment of Figure 1 ? therefore only exemplary of the operation of an Eddy current sensor 18; other eddy current sensors can be employed.

Un computer o un processore, o un qualsiasi altro mezzo di elaborazione, 22 ? in comunicazione con il sensore 18 e pu? far parte dell'apparecchio CMP 10, o essere operativamente accoppiato ad esso. In alternativa, il sensore 18 include o integra il processore o altri mezzi di elaborazione 22, per eseguire determinati calcoli sul segnale iEC, con l'intento di valutare il consumo del pad. A computer or a processor, or any other means of processing, 22 ? in communication with the sensor 18 and pu? be part of the CMP 10 device, or be operationally coupled to it. Alternatively, the sensor 18 includes or integrates the processor or other processing means 22, to perform certain calculations on the iEC signal, with the aim of evaluating the consumption of the pad.

Nella presente invenzione, l'apparecchio CMP 10 ? configurato in modo tale che il segnale iEC sia in funzione dello spessore 24 del film 21 e della distanza tra il sensore di Eddy current 18 e il film 21, che corrisponde sostanzialmente allo spessore del pad di politura 16. In the present invention, the CMP 10 apparatus is configured in such a way that the iEC signal is a function of the thickness 24 of the film 21 and of the distance between the eddy current sensor 18 and the film 21, which substantially corresponds to the thickness of the polishing pad 16.

Entrambi gli spessori del film 21 e del pad di politura 16 sono considerati lungo uno stesso asse (qui, l'asse Z). Vale a dire, una variazione, durante l'uso, del campo magnetico rivelata dalla bobina 18a deriva sia dalla variazione di spessore del pad di politura 16 che dalla variazione di spessore dello strato 21. In un aspetto della presente invenzione, un'informazione correlata soltanto all'effettivo spessore del pad di politura 16 viene calcolata o in altro modo acquisita elaborando il segnale iEC. Infatti, il pad di politura 16 si usura o viene eroso nel tempo, determinando una variazione della distanza tra la piastra 17 e la fetta 20, che influisce sulla contribuzione appropriata del segnale di Eddy current totale a iEC. Both the thicknesses of the film 21 and of the polishing pad 16 are considered along the same axis (here, the Z axis). That is, a change, during use, in the magnetic field sensed by the coil 18a results from both the change in thickness of the polishing pad 16 and the change in thickness of the layer 21. In one aspect of the present invention, related information only the actual thickness of the polishing pad 16 is calculated or otherwise acquired by processing the iEC signal. Indeed, the polishing pad 16 wears or is eroded over time, causing a variation of the distance between the plate 17 and the wafer 20, which affects the appropriate contribution of the total Eddy current signal to iEC.

Durante il funzionamento del sensore di Eddy current 18, quando una corrente alternata viene fatta scorrere attraverso la bobina 18a, che viene collocata in stretta vicinanza al film 21, il campo elettromagnetico della bobina 18a induce correnti parassite nel film 21. La fase delle correnti parassite, a sua volta, influisce sul carico della bobina 18a. Pertanto, l'impedenza della bobina 18a viene influenzata dalle correnti parassite. Questa influenza viene misurata per rivelare la prossimit? tra il film 21 e il sensore 18, nonch? uno spessore del film 21. During operation of the eddy current sensor 18, when an alternating current is passed through the coil 18a, which is placed in close proximity to the film 21, the electromagnetic field of the coil 18a induces eddy currents in the film 21. The phase of the eddy currents , in turn, affects the loading of coil 18a. Thus, the impedance of coil 18a is affected by the eddy currents. This influence is measured to reveal the proximity? between the film 21 and the sensor 18, as well as? a film thickness of 21.

La figura 3 rappresenta un segnale di Eddy current elaborato in funzione del tempo di lavorazione. Facendo riferimento alla regione R1 della figura 3, all'inizio del processo CMP (in particolare, dall'inizio a 0 s fino a circa 70 s, pi? in particolare nell'intervallo 0-20 s), la variazione della distanza 25 tra il sensore di Eddy current 18 e il substrato 13, come rivelata dal sensore di Eddy current 18, ? sostanzialmente costante. Infatti, anche se il film 21 inizia ad essere sottoposto a politura, il film 21 rimane spesso (solitamente fino a 3-6 micrometri) al punto che il segnale di Eddy current iEC che deriva dal film 21 si satura per almeno 70 secondi dall'inizio della lavorazione. In altri termini, nella regione R1, il film 21 ? spesso, continuo ed ha una bassa resistivit?, cosicch? nello stesso vengono generate correnti parassite relativamente intense e pertanto il segnale di corrente elaborato ? in saturazione. La Richiedente ha riscontrato che i segnali (campi) di Eddy current provenienti dal film 21 sono saturi fino a che il film 21 ha uno spessore al di sopra di circa 2-2,5 ?m. Ne consegue che, in questa situazione, una qualsiasi variazione del segnale di Eddy current iEC deriva principalmente da una riduzione di spessore del pad di politura 16. Figure 3 represents an Eddy current signal processed as a function of the processing time. Referring to region R1 of figure 3, at the beginning of the CMP process (in particular, from the beginning at 0 s up to about 70 s, more particularly in the range 0-20 s), the variation of the distance 25 between the eddy current sensor 18 and the substrate 13, as revealed by the eddy current sensor 18, ? essentially constant. Indeed, even if the film 21 begins to be subjected to polishing, the film 21 remains thick (usually up to 3-6 micrometers) to the point that the Eddy current iEC signal which derives from the film 21 becomes saturated for at least 70 seconds from the start of processing. In other words, in the R1 region, the film 21 ? often, continuous and has a low resistivity?, so that? in the same relatively intense parasitic currents are generated and therefore the processed current signal ? in saturation. The Applicant has found that the Eddy current signals (fields) from the film 21 are saturated until the film 21 has a thickness above about 2-2.5 µm. It follows that, in this situation, any variation of the Eddy current iEC signal mainly derives from a reduction in the thickness of the polishing pad 16.

Mentre il film 21 viene eroso, la porzione di volume del film 21 viene assottigliata. Mentre il film 21 si assottiglia, la sua resistivit? superficiale (?sheet resistivity?) aumenta e le correnti parassite vengono smorzate e il loro contributo aumenta (regione R2 nella figura 3). As the film 21 is eroded, the volume portion of the film 21 is thinned. As film 21 gets thinner, its resistivity? surface (?sheet resistivity?) increases and the eddy currents are damped and their contribution increases (region R2 in figure 3).

Infine, la porzione di volume del film 21 viene rimossa (ad esempio, lasciando interconnessioni conduttive nelle trincee tra lo strato isolante con un pattern). A questo punto, l'accoppiamento tra le porzioni conduttive nel substrato 13 (che sono generalmente piccole e generalmente non continue) e la circuiteria di rivelazione del sensore 18 raggiunge un minimo. Finally, the volume portion of the film 21 is removed (for example, leaving conductive interconnections in the trenches between the insulating layer with a pattern). At this point, the coupling between the conductive portions in the substrate 13 (which are generally small and generally non-continuous) and the sensing circuitry of the sensor 18 reaches a minimum.

Nella regione R3, viene raggiunto un punto terminale di politura. In region R3, a polishing endpoint is reached.

Le osservazioni di cui sopra possono essere sfruttate durante una pluralit? di processi CMP consecutivi, in cui ciascun processo ? relativo al trattamento CMP di una rispettiva fetta. Pertanto, quando una pluralit? di fette ? lavorata consecutivamente mediante l'apparecchio CMP 10, il segnale SEC durante un intervallo di tempo iniziale, che corrisponde alla regione R1 della figura 3 (ad esempio, nella finestra temporale 0-70 s, come esemplificato in precedenza), di ciascun processo CMP ? monitorato; una qualsiasi deviazione del segnale SEC dal valore atteso ? soltanto (o almeno principalmente) causata da una variazione dello spessore del pad di politura. Can the above observations be exploited during a plurality? of consecutive CMP processes, in which each process ? related to the CMP treatment of a respective slice. Therefore, when a plurality? of slices? processed consecutively by the CMP apparatus 10, the SEC signal during an initial time interval, which corresponds to the region R1 of Figure 3 (for example, in the time window 0-70 s, as exemplified above), of each CMP process ? monitored; any deviation of the SEC signal from the expected value? only (or at least mainly) caused by a change in the thickness of the polishing pad.

La figura 4 mostra una raccolta di punti, ciascuno relativo ad una rispettiva fetta 20 lavorata dall'apparecchio CMP 10. Ciascun punto rappresenta un valore di segnale di corrente misurato dal sensore di Eddy current 18 durante detto intervallo di tempo iniziale (ad esempio, 0-70 s) della lavorazione di una rispettiva fetta 20. Ciascun punto rappresenta, pertanto, un valore di spessore 25 della figura 2 (l'asse delle ordinate della figura 4 ? un'unit? arbitraria che rappresenta lo spessore di pad, mentre l'asse delle ascisse ? il tempo). La presente Richiedente ha notato che, con la lavorazione fetta dopo fetta con lo stesso pad di politura 16, il valore dello spessore 25, che ? calcolato dal segnale fornito dal sensore di Eddy current 18, diminuisce. Si evidenzia anche che ciascuna fetta appena lavorata 20 ha un film 21 avente, all'inizio del rispettivo processo CMP, uno spessore simile 24. Per via del fatto che la Eddy current iEC generata nel film conduttivo 21 ? sostanzialmente costante (satura) nell'intervallo di tempo iniziale considerato, in modo che anche variazioni minori dello spessore di film metallico non influiscano sul segnale di uscita, tale variazione del segnale di corrente 25 ? dovuta soltanto a una variazione dello spessore del pad di politura 16. Figure 4 shows a collection of points, each relating to a respective wafer 20 processed by the CMP device 10. Each point represents a current signal value measured by the Eddy current sensor 18 during said initial time interval (for example, 0 -70 s) of the processing of a respective wafer 20. Each point therefore represents a thickness value 25 of figure 2 (the ordinate axis of figure 4 is an arbitrary unit which represents the pad thickness, while the 'abscissa axis is time). The present Applicant has noted that, with the processing slice after slice with the same polishing pad 16, the value of the thickness 25, which is calculated from the signal provided by the Eddy current sensor 18, decreases. It should also be noted that each wafer 20 which has just been processed has a film 21 having, at the start of the respective CMP process, a similar thickness 24. Due to the fact that the Eddy current iEC generated in the conductive film 21 ? substantially constant (saturated) in the initial time interval considered, so that even minor variations in the thickness of the metal film do not affect the output signal, this variation of the current signal 25 ? due only to a change in the thickness of the polishing pad 16.

Adattando i punti della figura 4, si ottiene una curva che devia nel tempo (in particolare, una curva discendente); questa deviazione dipende dalla variazione della distanza 25 (innalzamento) causata dalla riduzione dello spessore del pad 16, che si consuma fetta dopo fetta. By fitting the points in Figure 4, a curve that deviates over time (in particular, a downward curve) is obtained; this deviation depends on the variation of the distance 25 (rising) caused by the reduction of the thickness of the pad 16, which is consumed slice after slice.

Anche se il segnale SEC (fornito dal sensore di Eddy current 18 nell'intervallo di tempo iniziale di lavorazione di una fetta 20) ? teoricamente costante durante detto intervallo di tempo iniziale, si possono comunque osservare piccole variazioni, causate da rumore o altre fonti di disturbo. Pertanto, in un aspetto della presente invenzione, ciascun punto della figura 4 ? il valore in media (medio) del rispettivo segnale SEC acquisito per la rispettiva fetta 20 nell'intervallo di tempo iniziale di lavorazione di tale fetta 20. Even if the SEC signal (supplied by the Eddy current sensor 18 in the initial time interval for processing a slice 20) ? theoretically constant during said initial time interval, small variations can still be observed, caused by noise or other sources of disturbance. Thus, in one aspect of the present invention, each point of Figure 4 is the average (average) value of the respective SEC signal acquired for the respective wafer 20 in the initial processing time interval of this wafer 20.

La presente Richiedente ha verificato che, quando il valore di spessore 25 acquisito durante la finestra temporale citata in precedenza (ad esempio, 0-70 s o 0-20 s) della lavorazione iniziale di una determinata fetta 20 ? al di sotto di una soglia preimpostata, il pad di politura 16 dovrebbe essere sottoposto a manutenzione, in particolare deve essere sostituito con un nuovo pad di politura 16. The present Applicant has verified that, when the thickness value 25 acquired during the previously mentioned time window (for example, 0-70 s or 0-20 s) of the initial processing of a given wafer 20 ? below a pre-set threshold, the polishing pad 16 should undergo maintenance, in particular it must be replaced with a new polishing pad 16.

Tale soglia pu? essere diversa per apparecchi CMP diversi, soggetta all'implementazione specifica e ai dettagli di costruzione dell'apparecchio CMP. Dato un determinato apparecchio CMP, ? possibile ispezionare lo stato di consumo del pad di politura 16 e identificare il valore trasportato dal segnale SEC emesso dal sensore 18 quando il pad di politura 16 ? completamente consumato o cancellato (ovvero, deve essere sostituito con uno nuovo); detto valore viene identificato durante detta finestra temporale della lavorazione iniziale della fetta, quando il segnale di Eddy current dallo strato 21 si satura. In questo modo, ? possibile preimpostare una soglia specifica per ciascun apparecchio CMP. This threshold can be different for different CMP appliances, subject to the specific implementation and construction details of the CMP appliance. Given a given CMP device, ? possible to inspect the state of wear of the polishing pad 16 and identify the value carried by the SEC signal emitted by the sensor 18 when the polishing pad 16 ? completely worn out or erased (that is, it needs to be replaced with a new one); said value is identified during said time window of the initial processing of the wafer, when the Eddy current signal from the layer 21 becomes saturated. In this way, ? It is possible to preset a specific threshold for each CMP device.

Quando si raggiunge la soglia preimpostata, ? possibile generare facoltativamente un segnale di allarme, che segnala che il pad 16 dovrebbe essere sostituito con un nuovo pad. In una forma di realizzazione non limitativa, per non rischiare un consumo totale del pad 16 durante la lavorazione CMP, il segnale di allarme pu? essere emesso prima del raggiungimento della soglia preimpostata; in un'altra forma di realizzazione non limitativa, la soglia preimpostata pu? essere impostata ad un valore superiore al valore minimo che corrisponde ad un'usura completa o una completa cancellazione del pad 16. When the preset threshold is reached, ? You can optionally generate an alarm signal, which signals that pad 16 should be replaced with a new pad. In a non-limiting embodiment, in order not to risk total consumption of pad 16 during CMP processing, the alarm signal can be issued before the preset threshold is reached; in another non-limiting embodiment, the preset threshold can? be set to a value higher than the minimum value which corresponds to a complete wear or complete erasure of pad 16.

I vantaggi ottenuti dalla presente invenzione sono evidenti dalla descrizione precedente. The advantages obtained by the present invention are evident from the previous description.

In particolare, la presente invenzione pu? essere implementata in apparecchiature attualmente disponibili, senza la necessit? di sistemi o dispositivi ulteriori (ad esempio, esterni) da usare per la verifica dello stato e del consumo del pad di politura. In particular, the present invention can be implemented in currently available equipment, without the need? of additional systems or devices (for example, external) to be used for checking the status and consumption of the polishing pad.

Infine, risulta evidente che modifiche e variazioni possono essere apportate alla presente descrizione, senza allontanarsi dall'ambito di protezione dell'invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the present description, without departing from the scope of protection of the invention, as defined in the attached claims.

Ad esempio, il sistema che include il sensore di Eddy current 18 e il processore o mezzi di elaborazione 22 possono essere parte integrante dell'apparecchio CMP 10 o possono essere esterni all'apparecchio CMP 10 e accoppiati operativamente all'apparecchio CMP 10. For example, the system including the eddy current sensor 18 and the processor or processing means 22 may be an integral part of the CMP apparatus 10 or may be external to the CMP apparatus 10 and operably coupled to the CMP apparatus 10.

Inoltre, la presente invenzione pu? essere impiegata in una variet? di sistemi di politura. Uno qualsiasi tra il pad di politura, o la testa di supporto, o entrambi possono spostarsi per fornire un movimento relativo tra la superficie di politura e il substrato. Il pad di politura pu? essere un pad circolare (o di qualche altra forma) fissato alla piastra, un nastro che si estende tra rulli di alimentazione e di avvolgimento, o un nastro trasportatore continuo. Il pad di politura pu? essere fissato su una piastra, fatto avanzare in modo incrementale su una piastra tra le operazioni di politura o guidato continuamente sulla piastra durante la politura. Il pad pu? essere fissato alla piastra durante la politura o vi potrebbe essere un cuscinetto fluido tra la piastra e il pad di politura durante la politura. Il pad di politura pu? essere un pad standard ruvido (ad esempio, poliuretano con o senza riempitivi), un pad morbido o un pad fissato in modo abrasivo. Furthermore, the present invention can be employed in a variety? of policing systems. Either of the polishing pad, or support head, or both may move to provide relative movement between the polishing surface and the substrate. The polishing pad can be a circular pad (or some other shape) attached to the platen, a belt extending between feed and take-up rolls, or a continuous conveyor belt. The polishing pad can be fixed on a plate, incrementally advanced on a plate between polishing operations or continuously driven on the plate during polishing. The pad can be attached to the plate during polishing or there may be a fluid cushion between the plate and the polishing pad during polishing. The polishing pad can be a standard rough pad (for example, polyurethane with or without fillers), a soft pad, or an abrasively bonded pad.

Claims

1. Method for evaluating the physical consumption of a polishing pad (16) of a chemical mechanical polishing apparatus, CMP, (10),

in which the device CMP (10) ? equipped with an eddy current sensor (18) that ? configured to detect a distance (25) with a substrate (13) on which extends a layer (21) to be processed by said CMP apparatus (10),

the method including the phases of:

- generating, by means of said eddy current sensor (18) during an initial time interval of the CMP processing of said layer (21), a magnetic field capable of inducing eddy currents in said layer (21);

- acquiring, by means of said eddy current sensor (18) during the initial time interval, an eddy current signal (iEC, SEC) generated by the layer (21) in response to said magnetic field;

- calculating an average value of said eddy current signal (iEC, SEC) in the initial time interval;

- comparing said average value with a preset threshold value;

- determining a maintenance condition of the polishing pad (16) based on a result of said comparison.

2. A method according to claim 1, wherein said maintenance condition is a replacement of the polishing pad (16).

The method according to claim 1 or 2, wherein said initial time interval is chosen so that the eddy current signal (iEC) generated by the layer (21) during the initial time interval is saturated and/or substantially equal in time.

4. A method according to any one of claims 1-3, wherein said initial time interval ? between 0 and 70 seconds of said CMP processing of layer (21), more? in particular between 0 and 20 seconds of said CMP processing of layer (21).

5. A method according to any one of the preceding claims, wherein the eddy current sensor (18) is arranged with respect to the polishing pad (16) such that the eddy current signal (iEC) is a function of both a thickness of the layer (21) and a thickness of the polishing pad (16).

The method according to claim 5, wherein the eddy current sensor (18) is supported by, and moves with, a support plate (17) on which ? coupled the polishing pad (16).

The method according to any one of the preceding claims, further comprising the step of arranging said layer (21) against the polishing pad (16) before said initial time interval of the processing of the layer (21) by the CMP apparatus ( 10).

8. System for evaluating the physical consumption of the polishing pad (16) of a chemical mechanical polishing apparatus, CMP, (10), comprising:

- an eddy current sensor (18) configured to detect a distance (25) with a substrate (13) on which extends a layer (21) to be processed by said CMP apparatus (10), wherein said eddy current sensor ( 18) ? configured to generate, during an initial time interval of CMP processing of said layer (21), a magnetic field capable of inducing parasitic currents in said layer (21) and to acquire, during the initial time interval, a current signal parasite (iEC, SEC) generated by layer (21) in response to said magnetic field;

- processing means (22) coupled to the eddy current sensor (18) and configured for:

calculate an average value of said eddy current signal (iEC, SEC) in the initial time interval, compare said average value with a preset threshold value,

determining a maintenance condition of the polishing pad (16) based on the result of said comparison.

9. System according to claim 8, wherein said maintenance condition is ? a replacement of the polishing pad (16).

10. System according to claim 8 or 9, wherein said initial time interval is chosen so that the eddy current signal (iEC) generated by the layer (21) during the initial time interval is saturated and/or substantially equal in time.

11. System according to any one of claims 8-10, wherein said initial time interval ? between 0 and 70 seconds of said CMP processing of layer (21), more? in particular between 0 and 20 seconds of said CMP processing of layer (21).

The system according to any one of claims 8-11, wherein the eddy current sensor (18) is? arranged with respect to the polishing pad (16) in such a way that the eddy current signal (iEC) is a function of a thickness of the layer (21) more? a thickness of the polishing pad (16).

The system according to claim 12, wherein the eddy current sensor (18) is supported by, and moves with, a support plate (17) on which ? coupled the polishing pad (16).

The CMP apparatus (10) comprising a system according to any one of claims 8-13.