DE19833052B4

DE19833052B4 - Process and device for end point detection during chemical mechanical polishing

Info

Publication number: DE19833052B4
Application number: DE1998133052
Authority: DE
Inventors: Len Mei
Original assignee: Siemens AG; Mosel Vitelic Inc; Promos Technologies Inc
Current assignee: Qimonda AG; Mosel Vitelic Inc; Promos Technologies Inc
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2018-07-23
Also published as: DE19833052A1

Abstract

Chemisch mechanisches Poliergerät zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiterwafers (103) mit:
einem Poliertisch (111) zum Halten eines Polierkissens (109);
einem drehbaren Waferspannfutter (101) zum Halten des Halbleiterwafers (103) gegen das Polierkissen (109);
einer elektrischen Läppungssteuerung (113), die an dem äußeren Umfang des Waferspannfutters (101) befestigt ist und die
einen Polierwiderstandssensor (205), der einen variablen Widerstand in Abhängigkeit von dem Betrag des Materiales, das von dem Widerstandssensor (205) während des Polierens entfernt worden ist, aufweist, und
eine Druckvorrichtung um Anlegen eines Drucks an den Widerstandssensor (205) derart, daß der Widerstandssensor (205) wahrend des Polierens mit dem Polierkissen (109) in Kontkat steht, aufweist; und
einer Widerstandserfassungseinrichtung zum Bestimmen des variablen Widerstandes des Widerstandssensors (205).Chemical mechanical polishing device for polishing a surface of a semiconductor wafer (103) with:
a polishing table (111) for holding a polishing pad (109);
a rotatable wafer chuck (101) for holding the semiconductor wafer (103) against the polishing pad (109);
an electric lapping controller (113) attached to the outer periphery of the wafer chuck (101) and the
a polishing resistance sensor (205) having a variable resistance depending on the amount of material removed from the resistance sensor (205) during polishing, and
a pressure device for applying pressure to the resistance sensor (205) such that the resistance sensor (205) is in contact with the polishing pad (109) during polishing; and
a resistance detector for determining the variable resistance of the resistance sensor (205).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein chemisch mechanisches Poliergerät zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiterwafers und auf ein Verfahren zum Bestimmen des von einem Halbleiterwafer entfernten Materiales während eines Polierens mit einem chemisch mechanischen Poliergerät . Insbesondere bezieht sie sich auf die Endpunkterfassung während des chemisch mechanischen Polierens.The present invention relates on a chemical mechanical polisher for polishing a surface of a Semiconductor wafers and a method for determining the one Semiconductor wafer removed material during polishing with a chemical mechanical polisher , In particular, it relates to endpoint acquisition during the chemical mechanical polishing.

Chemisch mechanisches Polieren (CMP) ist als wichtige Halbleitertechnologie insbesondere für Vorrichtungen mit kritischen Abmessungen kleiner als 0,3 μm aufgetaucht. Ein wichtiger Aspekt der CMP-Steuerung ist die Endpunkterfassung (EPD), d.h. das Bestimmen, wann das Polieren während des Poliervorganges zu beenden ist. Die EPD-Systeme sind im Prinzip EPD-Systeme an Ort und Stelle, die die Endpunkterassung während des Poliervorganges ermöglichen.Chemical mechanical polishing (CMP) is an important semiconductor technology especially for devices surfaced with critical dimensions smaller than 0.3 μm. An important The aspect of the CMP control is the end point acquisition (EPD), i.e. the Determine when to polish during the polishing process is to be ended. The EPD systems are in principle EPD systems in place that allow endpoint acquisition during the Enable polishing.

Eine Klasse der EPD-Techniken zur Ausführung an Ort und Stelle nach dem Stand der Technik beinhaltet das elektrische Messen der Änderungen der Kapazität, der Impedanz oder der Konduktanz des Testaufbaues auf dem Wafer und Berechnen des Endpunktes auf der Grundlage der Analyse dieser Daten.A class of EPD techniques for execution on the spot according to the state of the art includes the electrical Measure the changes the capacity, the impedance or the conductance of the test setup on the wafer and calculating the end point based on the analysis of these Data.

Eine andere EPD-Technik ist die Erfassung der Änderungen in der Reibung zwischen dem Wafer, der poliert wird, und dem Polierkissen. Das Erfassen der Änderungen des Motorstromes führt solche Messungen durch. Dieses Verfahren ist nur für die EPD für das Metall-CMP zuverlässig wegen der Unähnlichkeit des (Reibungs-)Koeffizienten zwischen dem Polierkissen und dem Wolframtitan-Nitridtitanfilm im Vergleich mit dem des Polierkissens und dem Oxid unter dem Metall. Mit den fortgeschrittenen Verbindungsleitern wie Polysilizium, Oxid, Kupfer und Barrierenmetallen, z.B. Tantal oder Tantalnitrid ist der Reibungskoeffizient ähnlich zu dem unterliegenden Oxid. Diese Annäherung beruht auf der Erfassung des Cu-Tantalnitridüberganges und das Zufügen einer zusätzlichen Polierzeit. Innere Vorgangsvariationen in der Dicke und der Zusammensetzung der verbleibenden Zwischenschicht bedeuten, daß die letzte Endpunktauslösezeit weniger genau als wünschenswert ist.Another EPD technique is acquisition of changes in the friction between the wafer being polished and the polishing pad. Capturing the changes of the motor current leads such measurements by. This procedure is only for the EPD for the Metal CMP reliable because of the dissimilarity of the (friction) coefficient between the polishing pad and the tungsten titanium nitride titanium film compared to that of the polishing pad and the oxide under the metal. With the advanced connection conductors like polysilicon, oxide, Copper and barrier metals, e.g. Is tantalum or tantalum nitride the coefficient of friction is similar to the underlying oxide. This approximation is based on detection of the Cu tantalum nitride transition and inflicting an additional Polishing time. Internal process variations in thickness and composition The remaining interlayer means that the last end point trigger time is less exactly as desirable is.

Ein anderes Verfahren benutzt eine akustische Annäherung. Bei der ersten akustischen Annäherung erzeugt ein Akustikmeßwandler ein Akustiksignal, das sich durch die Oberflächenschicht(en) des Wafers ausbreitet, der poliert wird. Einige Reflexionen treten an der Schnittstelle zwischen den Schichten auf, und ein zum Erfassen der reflektierten Signale angeordneter Sensor kann zum Bestimmen der Dicke der obersten Schicht benutzt werden, während sie poliert wird. Die zweite Akustikannäherung ist die Benutzung eines Akustiksensors zum Erfas sen der Akustiksignale, die während des CMP erzeugt werden. Solche Signale haben einen Spektral- und Amplitudeninhalt, der sich während des Ablaufes des Polierzyklus entwickelt. Bis jetzt ist jedoch noch kein Endpunkterfassungssystem für die Benutzung an Ort und Stelle kommerziell erhältlich, das akustische Verfahren zum Bestimmen des Endpunktes benutzt.Another method uses one acoustic approach. Generated at the first acoustic approach an acoustic transducer an acoustic signal that is transmitted through the surface layer (s) of the wafer spreads, which is polished. Some reflections occur at the interface between the layers, and one to detect the reflected Signals arranged sensor can be used to determine the thickness of the top one Used during shift it is polished. The second acoustic approach is to use a Acoustic sensor for detecting the acoustic signals that occur during the CMP are generated. Such signals have spectral and amplitude content, who during of the course of the polishing cycle. So far, however, is still no endpoint detection system for the use on the spot commercially available, the acoustic method used to determine the end point.

Schließlich erfassen optische EPD-Systeme, wie sie beispielsweise in dem US-Patent 5 433 651 an Lustig u.a. ausgegeben ist, Änderungen in einem reflektierten optischen Signal, das ein Fenster in der Auflagenplatte eines drehenden CMP-Werkzeuges benutzt. Das Fenster verkompliziert jedoch den CMP-Vorgang, da es eine Ungleichmäßigkeit in dem Polierkissen für den Wafer darstellt. Solch ein Bereich kann auch Schlamm und Polierabfall aufsammeln.Finally, EPD optical systems capture such as that described in U.S. Patent 5,433,651 to Lustig et al. is spent making changes in a reflected optical signal that a window in the Platen of a rotating CMP tool used. The window complicates however, the CMP process because there is an unevenness in the polishing pad for represents the wafer. Such an area can also contain mud and polishing waste pick up.

Das US-Patent 5 413 941 offenbart ein Verfahren, bei dem der Wafer von dem Kissen um einen kleinen Betrag abgehoben wird und ein Lichtstrahl zwischen den Wafer und das mit Schlamm beschichteten Kissen gerichtet wird. Der Lichtstrahl tritt in einem kleinen Winkel so auf, daß vielfache Reflexion auftritt. Die irreguläre Topographie auf dem Wafer verursacht Streuung, wenn jedoch eine ausreichende Polierung vor dem Anheben des Trägers durchgeführt ist, ist die Waferoberfläche im wesentlichen flach, und es gibt sehr wenig Streuung aufgrund der Topographie auf dem Wafer. Die Schwierigkeit mit dieser Annäherung ist die, daß man den normalen Prozeßzyklus zum Durchführen der Messung unterbrechen muß.U.S. Patent 5,413,941 discloses a process in which the wafer is removed from the cushion by a small Amount is lifted and a beam of light between the wafer and the pillow covered with mud is straightened. The beam of light occurs at a small angle so that multiple reflection occurs. The irregular Topography on the wafer causes scatter, if any sufficient polishing is carried out before lifting the carrier, is the wafer surface essentially flat, and there is very little scatter due to it the topography on the wafer. The difficulty with this approach is the one that the normal process cycle to perform interrupt the measurement.

Das US-Patent 5 643 046 beschreibt die Benutzung des Überwachens der Absorption spezieller Wellenlängen in dem Infrarotspektrum eines Strahles, der durch einen Wafer geht, der poliert wird. Änderungen in der Absorption innerhalb von schmalen, wohl definierten Spektralfenstern entsprechen der Änderung der Dicke des jeweiligen Types der Schicht.U.S. Patent 5,643,046 describes the use of surveillance the absorption of specific wavelengths in the infrared spectrum of a beam going through a wafer being polished. amendments in absorption within narrow, well-defined spectral windows correspond to the change the thickness of the respective type of layer.

Aus dem US-Patent 5 265 378 ist ein chemisch-mechanisches Poliergerät zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiterwafers zu entnehmen, bei dem mindestens zwei leitende Strukturen auf dem Wafer vorgesehen sind.From U.S. Patent 5,265,378 is a chemical mechanical polisher for polishing a surface a semiconductor wafer in which at least two conductive Structures are provided on the wafer.

Aus dem US-Patent 6 015 754 ist ein chemisch-mechanisches Poliergerät zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiterwafers zu entnehmen, bei dem der elektrische Widerstand zwischen Paaren von Meßpunkten gemessen wird, die auf gegenüberliegenden Seiten von Schnittlinien auf der Zieloberfläche gebildet sind.From U.S. Patent 6,015,754 is a chemical mechanical polisher for polishing a surface a semiconductor wafer, in which the electrical resistance between pairs of measuring points is measured on opposite Sides of cut lines are formed on the target surface.

Aus der EP 0 325 753 A2 ist ein chemisch-mechanisches Poliergerät zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiterwafers zu entnehmen, bei dem die Leitfähigkeit des Halbleiterwafers während des Verlaufes des Poliervorganges überwacht wird.From the EP 0 325 753 A2 is a chemical-mechanical polisher for polishing a surface a semiconductor wafer, in which the conductivity of the semiconductor wafer is monitored during the course of the polishing process.

Jedes dieser obigen Verfahren hat Nachteile. Was nötig ist, ist ein neues Verfahren zur Endpunkterfassung, das in Fabrikationsumgebung nutzbar ist.Each of these methods has Disadvantage. What is necessary is a new endpoint capture process that is in a manufacturing environment is usable.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Poliergerät und ein Endpunktbestimmungsverfahren vorzusehen, mit denen der Endpunkt des Polierens genau und zuverlässig bestimmt werden kann.It is therefore an object of the invention a polisher and to provide an end point determination method with which the end point of polishing accurately and reliably can be determined.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Poliergerät mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 12.This task is solved by a polisher with the features of claim 1 and by a method with the Features of claim 12.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.Preferred embodiments of the invention result from the respective subclaims.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. von den Figuren zeigen:Other features and practicalities the invention will become apparent from the following description based on of the figures. from the figures show:

1 eine schematische Darstellung eines CMP-Gerätes, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; 1 is a schematic representation of a CMP device, which is an embodiment of the present invention;

2 eine schematische Abbildung der elektrischen Läppungsführung, die gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 2 4 is a schematic illustration of the electrical lapping guide formed in accordance with the embodiment of the present invention;

3 eine schematische Abbildung eines Widerstandssensors, der gemäß der Ausführungsform der Erfindung gebildet ist; 3 is a schematic illustration of a resistance sensor, which is formed according to the embodiment of the invention;

4 eine schematische Abbildung einer elektrischen Schaltung, die gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 4 is a schematic diagram of an electrical circuit formed in accordance with the embodiment of the present invention;

5 eine detaillierte Ansicht eines Widerstandssensors, der aus einem Widerstandsfeld gebildet ist; und 5 a detailed view of a resistance sensor, which is formed from a resistance field; and

6 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Widerstandssensors. 6 is a schematic view of another embodiment of the resistance sensor.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Endpunkterfassen (EPD) unter Benutzung einer elektrischen Läppungssteuerung, die an einem Waferträger befestigt ist . Chemisch mechanische Poliermaschinen (CMP-Maschinen) enthalten typischerweise eine Vorrichtung zum Halten eines Wafers oder Substrates, die zu polieren sind (auch als "Waferspannfutter" bezeichnet), ein Polierkissen und eine Vorrichtung zum Tragen des Kissens (auch als "Auflageplatte" bezeichnet). Ein Schlamm bzw. eine Schmirgelpulver-Emulsion wird zum Polieren benötigt und wird entweder direkt zu der Oberfläche des Kissens oder durch Löcher und Rillen in dem Kissen direkt zu der Oberfläche des Wafers geliefert. Das Steuersystem der CMP-Maschine bewirkt, daß Motoren die Oberfläche des Wafers gegen die Kissenoerfläche mit einen vorgeschriebenen Kraftbetrag drücken. Die Bewegung des Wafers ist willkürlich, aber typischerweise ist es eine Drehbewegung. Weiter ist die Bewegung des Polierkissens entweder eine Drehbewegung oder eine umlaufende Bewegung. Die anderen Bauteile des CMP-Werkzeuges, die nicht speziell gezeigt oder beschrieben sind, sind dem Fachmann bekannt.The present invention relates refer to a method of endpoint acquisition (EPD) using an electric lapping control, the one on a wafer carrier is attached. Chemical mechanical polishing machines (CMP machines) typically include a device for holding a wafer or substrates to be polished (also referred to as "wafer chucks"), a polishing pad, and a Device for carrying the pillow (also referred to as a "support plate"). A mud or one Abrasive powder emulsion is required for polishing and is either used directly to the surface of the pillow or through holes and grooves in the pillow are delivered directly to the surface of the wafer. The Control system of the CMP machine causes the surface of the motors Wafers against the cushion surface press with a prescribed amount of force. The movement of the wafer is arbitrary but typically it's a spinning motion. The movement is further of the polishing pad either a rotary movement or a rotating one Move. The other components of the CMP tool that are not special shown or described are known to those skilled in the art.

Eine schematische Darstellung des Gesamtsystemes des Poliergerätes ist in 1 gezeigt. Es wird Bezug genommen auf 1, ein Waferspannfutter 101 trägt einen zu polierenden Wafer 103. Das Waferspannfutter 101 dreht sich um seine vertikale Achse 105. Ein Kissenaufbau 107 enthält ein Polierkissen 109, das auf einem Poliertisch 111 angebracht ist. Der Poliertisch ist an einem Antrieb oder einer Motorvorrichtung (nicht gezeigt) befestigt, der zum Bewegen des Kissenaufbaues 107 in der gewünschten Weise betrieben wird.A schematic representation of the overall system of the polishing device is in 1 shown. Reference is made to 1 , a wafer chuck 101 carries a wafer to be polished 103 , The wafer chuck 101 rotates around its vertical axis 105 , A pillow construction 107 contains a polishing pad 109 that on a polishing table 111 is appropriate. The polishing table is attached to a drive or motor device (not shown) that is used to move the pad assembly 107 is operated in the desired manner.

Eine elektrische Läppungssteuerung (ELG) 113 ist vorgesehen zur Anbringung an dem Umfang des Waferspannfutters 101. Die Anbringung an dem Waferspannfutter 101 findet durch Klebstoff oder mechanische Schrauben statt. Weiter können eine Mehrzahl von ELGs entlang des Umfanges des Waferspannfutters 101 zum Ermöglichen eines robusten Betriebes angeordnet sein. Insbesondere können einen Mehrzahl von ELGs 113 benutzt werden zum Bestätigen des Betrages von Material, das während des Polierens entfernt wird, und zum Vorsehen des Messens der Gleichförmigkeit des Polierens.An electric lapping control (ELG) 113 is intended to be attached to the circumference of the wafer chuck 101 , The attachment to the wafer chuck 101 takes place by glue or mechanical screws. Furthermore, a plurality of ELGs can be arranged along the circumference of the wafer chuck 101 be arranged to enable robust operation. In particular, a plurality of ELGs 113 are used to confirm the amount of material removed during polishing and to provide for measuring the uniformity of the polishing.

2 ist ein detailliertere Darstellung der ELG 113. Es wird Bezug genommen auf 2, die ELG 113 weist ein Gehäuse 201, eine Feder 203 und einen Widerstandssensor 205 auf. Das Gehäuse weist eine zylindrische Form mit einem offenen Hohlraum 202 auf, der nach unten zu dem Polierkissen 109 offen ist. Wie oben ausgeführt wurde, ist das Gehäuse 201 fest an dem Waferspannfutter 101 angebracht und bewegt sich daher im mit dem Waferspannfutter 101. Obwohl das Gehäuse 201 als zylindrisch gezeigt ist, kann das Gehäuse 201 in anderen Formen ausgeführt werden. Das Gehäuse 201 muß nur geeignet sein zum einfachen Anbringen an dem Waferspannfutter 101 und geeignet sein zum Aufnehmen der Feder 103 und des Widerstandssensors 205. Das Gehäuse 201 könnte zum Beispiel rechteckig oder quadratisch sein. Der Widerstandssensor 205 paßt in den offenen Hohlraum 202 und gleitet in Längsrichtung innerhalb des offenen Hohlraumes 202 nach unten. Der Widerstandssensor 205 (weiter unten beschrieben) ist aus einem Siliziumsubstrat mit einem Feld paralleler elektrischer Widerstände gebildet, die aus Polysilizium gebildet sind. 2 is a more detailed representation of the ELG 113 , Reference is made to 2 who have favourited ELG 113 has a housing 201 , a feather 203 and a resistance sensor 205 on. The housing has a cylindrical shape with an open cavity 202 on that down to the polishing pad 109 is open. As stated above, the housing is 201 firmly on the wafer chuck 101 attached and therefore moves with the wafer chuck 101 , Although the housing 201 Shown as cylindrical, the housing 201 in other forms. The housing 201 only has to be suitable for easy attachment to the wafer chuck 101 and be suitable for receiving the spring 103 and the resistance sensor 205 , The housing 201 for example, could be rectangular or square. The resistance sensor 205 fits in the open cavity 202 and slides longitudinally within the open cavity 202 to below. The resistance sensor 205 (described below) is formed from a silicon substrate with an array of parallel electrical resistors made of polysilicon.

Die Feder 203 ist an der hinteren inneren Oberfläche des offenen Hohlraumes und an einem Ende des Widerstandssensors 205 befestigt. Die Feder 203 dient zum Ausüben einer mechanischen Vorspannung auf den Widerstandssensor 205 nach unten. Auf diese Weise steht der Widerstandssensor 205 in Kontakt mit dem Polierkissen 109 zu der Zeit, zu der der Wafer 103 in Kontakt mit dem Polierkissen 109 steht. Die Feder 203 kann durch andere Vorspannmechanismen ersetzt werden, wie zum Beispiel ein einfaches Gewicht oder ein Hydraulikmechanismus mit variablem Druck. Der Hydraulikmechanismus mit variablem Druck kann einen einstellbaren Druck nach unten auf den Widerstandssensor 205 ausüben.The feather 203 is on the rear inner surface of the open cavity and at one end of the resistance sensor 205 attached. The feather 203 is used to exert a mechanical preload on the resistance sensor 205 downward. In this way the resistance sensor stands 205 in contact with the polishing pad 109 at the time the wafer 103 in contact with the polishing pad 109 stands. The feather 203 can be replaced by other preload mechanisms, such as a simple weight or a hydraulic mechanism with variable pressure. The hydraulic mechanism with variable pressure can have an adjustable pressure down on the resistance sensor 205 exercise.

Aber auch mit einer Feder 203 kann unter Kenntnis der Beziehungen zwischen ausgeübtem Druck und Polierrate der Betrag des durch die Feder 203 ausgeübten Druckes "normalisiert" werden zu dem auf den Wafer ausgeübten Druck. Auf solche Weise können die Polierraten zueinander normalisiert werden.But also with a spring 203 Knowing the relationship between the pressure exerted and the polishing rate can be the amount of spring 203 applied pressure are "normalized" to the pressure applied to the wafer. In this way, the polishing rates can be normalized to one another.

Insbesondere werden vier Primärfaktoren benutzt, die sich auf die Polierrate des Widerstandssensors 205 zu der Polierrate des Wafers 103 beziehen:In particular, four primary factors are used that relate to the polishing rate of the resistance sensor 205 to the polishing rate of the wafer 103 Respectively:

(1) the one labeled P 1 by the spring 203 on the resistance sensor 205 pressure applied;
(2) the one designated P 2 by the wafer chuck 101 on the wafer 103 pressure applied (known as "backside printing");
(3) the material of the resistance sensor 205 and
(4) that of the wafer 103 material to be polished (typically oxides, polysilicon or tungsten).

Es ist bestimmt worden, daß allgemein die Polierrate für die meisten Materialien linear mit den Druckvariationen variieren. Daher kann unter der Annahme, daß sowohl das Wafermaterial, das zu polieren ist, und das Material des Widerstandssensors 205 die gleichen sind, die Polierrate für sowohl den Widerstandssensor als auch den Wafer 103 leicht auf der Grundlage der ausgeübten Drucke P1 und P2 bestimmt werden. Sobald die zwei Polierraten bestimmt worden sind, ist es einfach, den Betrag des Wafermateriales, der entfernt worden ist, auf der Grundlage des Betrages des Widerstandssensors 205, der ent fernt worden ist, zu bestimmen. Der wichtige Faktor hier ist nicht die absolute Polierrate des Widerstandssensors 205 sondern seine relative Polierrate zu der des überwachenden und zu steuernden Materiales.In general, the polishing rate for most materials has been determined to vary linearly with pressure variations. Therefore, assuming that both the wafer material to be polished and the material of the resistance sensor 205 are the same, the polishing rate for both the resistance sensor and the wafer 103 can be easily determined based on the pressures P1 and P2 applied. Once the two polishing rates have been determined, it is easy to determine the amount of wafer material that has been removed based on the amount of the resistance sensor 205 that has been removed. The important factor here is not the absolute polishing rate of the resistance sensor 205 but its relative polishing rate to that of the material to be monitored and controlled.

Der Widerstandssensor 205 weist zwei elektrische Leitungen auf, die sich von ihm erstrecken: eine positive Leitung 207 und eine negative Leitung 209. Diese Leitungen erstrecken sich aus dem Gehäuse 201 und durch das Waferspannfutter 101 zu der Außenseite zur einer Verarbeitungseinrichtung. Diese Leitungen sind, wie in dem elektrischen schematischen Bild des Widerstandssensors 205 in 3 gezeigt ist, an den beiden entsprechenden Enden von elektrischen Widerstandselementen 301 angebracht. Somit sind die Widerstandselemente 301 parallel zueinander geschaltet. Weiter sind die Widerstandselemente 301 gleichförmig in einem Abstand d voneinander angeordnet, der 0,3 μm beträgt, der Abstand d kann auch kleiner gewählt werden, so daß die Auflösung und Genauigkeit der Endpunkterfassung erhöht wird.The resistance sensor 205 has two electrical leads extending from it: a positive lead 207 and a negative lead 209 , These lines extend from the housing 201 and through the wafer chuck 101 to the outside to a processing facility. These lines are as in the electrical schematic of the resistance sensor 205 in 3 is shown at the two corresponding ends of electrical resistance elements 301 appropriate. Thus, the resistance elements 301 connected in parallel. Next are the resistance elements 301 Arranged uniformly at a distance d of 0.3 μm, the distance d can also be selected to be smaller, so that the resolution and accuracy of the end point detection is increased.

Der Widerstandssensor 205 ist auf einem Siliziumsubstrat mit Dünnfilmpolysiliziumwiderständen gebildet. Insbesondere können Widerstandsfelder, wie sie gemeinsam in den Magnetköpfen von Plattenantrieben benutzt werden, geeignet modifiziert als der Widerstandssensor 205 benutzt werden. Zum Beispiel enthält der Magnetkopf eines Plattenantriebsgerätes ein geordnetes Feld von Kupferwiderständen, die in einem Aluminiumsubstrat gebildet sind. Diese Magnetköpfe können in Segmente zur Benutzung als der Widerstandssensor 205 mit der geeigneten Modifikation für die Anbringung elektrischer Leitungen "geschnitten" werden.The resistance sensor 205 is formed on a silicon substrate with thin film polysilicon resistors. In particular, resistance fields, such as are used jointly in the magnetic heads of disk drives, can be suitably modified as the resistance sensor 205 to be used. For example, the magnetic head of a disk drive device contains an ordered field of copper resistors formed in an aluminum substrate. These magnetic heads can be used in segments as the resistance sensor 205 can be "cut" with the appropriate modification for the attachment of electrical lines.

Die Widerstandselemente 301 weisen einen Widerstandswert auf, der von der Länge und der Breite des Widerstandselementes 301 als auch des spezifischen Widerstandes des Dünnfilmwiderstandes, der als p bekannt ist, abhängt.The resistance elements 301 have a resistance value that depends on the length and width of the resistance element 301 as well as the resistivity of the thin film resistor known as p.

Andere Mechanismen, die einen variablen Widerstand vorsehen, wenn Material durch Polieren entfernt wird, können benutzt werden. Wie bekannt ist, hängt der Widerstand eines Materiales von der Länge und Breite des Materiales ab. Somit gibt es eine Vielzahl von Materialien, die für die Benutzung als der Widerstandssensor geeignet sind. Die Benutzung von diskreten Widerständen ist bevorzugt wegen der Möglichkeit des leichten Überwachens der Änderung des Widerstandes.Other mechanisms that have a variable Provide resistance if material is removed by polishing can to be used. As is known, the resistance of a material depends of length and width of the material. So there are a variety of materials the for use as the resistance sensor are suitable. The usage of discrete resistors is preferred because of the possibility of easy monitoring of change of resistance.

Im Betrieb legt, wie in 4 gezeigt ist, eine Spannungsquelle 401 eine Spannung an die Leitungen 207 und 209 des Widerstandssensors 205 an. Die Spannung ist in der Größenordnung von 0,5 bis 3 Volt. Die angelegte Spannung bewirkt, daß ein Strom fließt. Ein Stromdetektor 403 überwacht den Stromausgang, der den Betrag polierten Materiales anzeigt. Statt dessen kann eine Stromquelle die Spannungsquelle 401 ersetzen, und dann kann ein Spannungsdetektor den Stromdetektor 403 ersetzen.In operation, as in 4 is shown a voltage source 401 a voltage on the lines 207 and 209 of the resistance sensor 205 on. The voltage is on the order of 0.5 to 3 volts. The applied voltage causes a current to flow. A current detector 403 monitors the current output, which indicates the amount of polished material. Instead, a current source can be the voltage source 401 and then a voltage detector can replace the current detector 403 replace.

Der Betrag des fließenden Stromes, wie er durch den Stromdetektor 403 bezeichnet wird, ist proportional zu dem Betrag des Widerstandes, der durch den Widerstandssensor 205 gegeben ist, und er zeigt ihn an. Insbesondere wird, während der CMP-Vorgang vorangeht, der Widerstandssensor 205 ebenfalls poliert. Während der Widerstandssensor 205 poliert wird, brechen die Widerstandselemente 301 und der Gesamtbetrag des Widerstandes, der durch den Widerstandssensor 205 dargestellt wird, verändert sich.The amount of current flowing as it flows through the current detector 403 is proportional to the amount of resistance caused by the resistance sensor 205 is given and it displays it. In particular, as the CMP process proceeds, the resistance sensor 205 also polished. During the resistance sensor 205 is polished, the resistance elements break 301 and the total amount of resistance generated by the resistance sensor 205 is displayed changes.

Als ein Beispiel sei angenommen, daß der Widerstandssensor 205 neun Widerstandselemente 301 aufweist, von denen jeder einen Widerstand von 5 Ohm aufweist. Der Gesamtbetrag des Widerstandssensors 205 ist durch die folgende Formel gegeben: Rt = 1/ [Σ(1/Ri)] As an example, assume that the resistance sensor 205 nine resistance elements 301 each with a resistance of 5 ohms. The total amount of the resistance sensor 205 is given by the following formula: R t = 1 / [Σ (1 / Ri)]

Somit beträgt für neun parallele Widerstände von jeweils 5 Ohm der Gesamtwiderstand 0,555 Ohm. Es sei weiter angenommen, daß die Spannungsquelle 401 eine Spannung von 1 Volt zur Verfügung stellt. Der durch den Stromdetektor 403 gemessene Strom würde dann 1,8 Amp betragen.The total resistance is thus for nine parallel resistors of 5 ohms each 0 , 555 ohms. It is further assumed that the voltage source 401 provides a voltage of 1 volt. The one through the current detector 403 measured current would then be 1.8 amps.

Wenn jedoch während der CMP-Bearbeitung einer der Widerstandselemente 301 entfernt wird (abgetragen wird), dann beträgt für acht parallele Widerstände von jeweils 5 Ohm der Gesamtwiderstand 0,625 Ohm. Der resultierende erfaßte Strom würde dann 1,6 Amp betragen. Somit kann gesehen werden, daß die Beziehung zwischen dem erfaßten Strom und der Zahl von Wider tandselementen 301, die verbleiben, leicht bestimmt werden kann. In diesem Beispiel kann die folgende Tabelle von dem Mikroprozessor 405 für eine Spannungsquelle von 1, 0 Volt benutzt werden, wobei der Strom in Amp und der Wiederstand in Ohm angegeben ist.

However, if during the CMP processing one of the resistance elements 301 is removed (removed), then the total resistance for eight parallel resistors of 5 ohms each is 0.625 ohms. The resulting sensed current would then be 1.6 amps. Thus, it can be seen that the relationship between the detected current and the number of resistance elements 301 that remain can be easily determined. In this example, the following table can be obtained from the microprocessor 405 can be used for a voltage source of 1.0 volt, the current being given in amps and the resistance in ohms.

Aus dieser Tabelle kann somit der Mikroprozessor bestimmen, wieviel Widerstandselemente 301 zerbrochen bzw. aufgebraucht sind. Wenn zum Beispiel der Mikroprozessor ein Signal von dem Stromdetektor 403 empfängt, daß ein Strom von 0,8 Amp fließt, dann kann der Mikroprozessor bestimmen, daß fünf Widerstandselemente 301 zerbrochen bzw. aufgebraucht sind.From this table, the microprocessor can determine how many resistance elements 301 are broken or used up. For example, if the microprocessor receives a signal from the current detector 403 receives that a current of 0.8 amps flows, then the microprocessor can determine that five resistive elements 301 are broken or used up.

Weiter kann mit dem vorbestimmten Wissen, das jedes Widerstandselement 301 gerade 0,3 μm belegt, der Mikroprozessor bestimmen, daß 1,5 μm des Materiales von dem Widerstandssensor 245 entfernt worden sind. Dieses führt zu dem Schluß, daß 1,5 μm des Materiales von dem Wafer entfernt worden sind, der poliert wird. Es soll angemerkt werden, daß der Widerstandssensor 205, wenn er ein Widerstandsfeld wie jenes ist, das in Magnetköpfen von Plattenantrieben benutzt wird, abwechseln Widerstandsabschnitte und "leere Abschnitte" (Abschnitte des Aluminiumsubstrates) enthält. Genauer, wie in 5 gezeigt ist, enthält der Widerstandssensor 205 Widerstandselemente 301 und leere Abschnitte 501. Die leeren Abschnitte 501 sind typisch nicht-leitend und dienen zum Trennen der Widerstandselemente 301 in diskrete Elemente. Daher hat der Widerstandssensor 205 einen Verlust an "Widerstandsauflösung". Mit anderen Worten, der Widerstand des Sensors 205 bleibt der gleiche, wenn leere Abschnitte 501 weg poliert werden, obwohl das Polieren stattfindet.Furthermore, with the predetermined knowledge that each resistance element 301 Just 0.3 microns occupied, the microprocessor determine that 1.5 microns of the material from the resistance sensor 245 have been removed. This leads to the conclusion that 1.5 µm of the material has been removed from the wafer being polished. It should be noted that the resistance sensor 205 if it is a resistive field such as that used in magnetic heads of disk drives, alternate resistive sections and "empty sections" (sections of the aluminum substrate). More specifically, as in 5 shown includes the resistance sensor 205 resistive elements 301 and empty sections 501 , The empty sections 501 are typically non-conductive and are used to separate the resistance elements 301 in discrete elements. Therefore, the resistance sensor 205 a loss of "resistance resolution". In other words, the resistance of the sensor 205 remains the same when empty sections 501 be polished away even though the polishing is taking place.

Damit dieses Problem gelöst wird, wird eine andere Ausführungsform des Widerstandssensors 205 benutzt, wie in 6 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform sind zwei getrennte Widerstandsfelder 601a und 601b in Reihe zwischen den Leitungen 207 und 209 angeordnet. Sie sind jedoch so angeordnet, daß der leere Abschnitt des einen Widerstandsfeldes mit dem Widerstandselement des anderen Widerstandsfeldes ausgerichtet ist. Somit wird, während ein leerer Abschnitt des einen Widerstandsfeldes poliert wird, ein Widerstandselement des anderen Widerstandsfeldes poliert (und aufgebraucht). Auf dieses Weise ist eine vergrößerte Auflösung des Stromflusses möglich.In order to solve this problem, another embodiment of the resistance sensor 205 used as in 6 is shown. In this embodiment, there are two separate resistance fields 601 and 601b in a row between the lines 207 and 209 arranged. However, they are arranged so that the empty section of one resistance field is aligned with the resistance element of the other resistance field. Thus, while an empty portion of one resistance field is being polished, a resistance element of the other resistance field is being polished (and used up). In this way, an increased resolution of the current flow is possible.

Nachdem der Betrag des Materiales des Widerstandssensors, der aufgebraucht worden ist, bestimmt ist, kann diese Information zum Steuern des CMP-Vorganges benutzt werden. Zum Beispiel kann der entfernte Materialbetrag mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden, und wenn der entfernte Materialbetrag den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann der CMP-Vorgang beendet werden. Wenn der entfernte Materialbetrag noch nicht den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird der CMP-Vorgang fortgesetzt. Auf diese Weise kann das Verfahren zum genauen Steuern des CMP-Vorganges benutzt werden.After the amount of resistance sensor material that has been used up is determined, this information can be used to control the CMP process. For example, the remote Comparing the amount of material to a predetermined threshold, and if the removed amount of material exceeds the predetermined threshold, the CMP process may be terminated. If the amount of material removed does not yet exceed the predetermined threshold, the CMP process continues. In this way, the method can be used to precisely control the CMP process.

Claims

Chemical mechanical polishing device for polishing a surface of a semiconductor wafer ( 103 ) with: a polishing table ( 111 ) to hold a polishing pad ( 109 ); a rotatable wafer chuck ( 101 ) to hold the semiconductor wafer ( 103 ) against the polishing pad ( 109 ); an electric lapping control ( 113 ) on the outer circumference of the wafer chuck ( 101 ) and a polishing resistance sensor ( 205 ) which has a variable resistance depending on the amount of material used by the resistance sensor ( 205 ) has been removed during polishing, and a pressure device for applying pressure to the resistance sensor ( 205 ) such that the resistance sensor ( 205 ) during polishing with the polishing pad ( 109 ) is in contact, has; and a resistance detection device for determining the variable resistance of the resistance sensor ( 205 ).

The device of claim 1, further comprising a microprocessor ( 405 ) for determining that of the resistance sensor ( 205 ) polished material based on the variable resistance.

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the resistance detection means comprises: a voltage source ( 401 ) to apply a voltage to the resistance sensor ( 205 ) and a current detector ( 403 ) for the detection of a current flow, which is the amount of the resistance sensor ( 205 ) current flowing.

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the resistance detection device comprises: a current source for applying a current to the resistance sensor ( 205 ) and a voltage detector for detecting a voltage, which detects the voltage across the resistance sensor ( 205 ) Displays.

Device according to one of claims 1 to 4, in which a plurality of electrical lapping controls ( 113 ) on the wafer chuck ( 101 ) is attached.

Device according to one of Claims 1 to 5, in which the pressure device comprises a spring ( 203 ) is.

Apparatus according to one of Claims 1 to 6, in which the pressure device can be operated to provide an adjustable pressure on the resistance sensor ( 205 ).

Device according to one of Claims 1 to 7, in which the resistance sensor ( 205 ) an array of resistors connected in parallel ( 301 ) having.

Apparatus according to claim 8, wherein the field of resistors ( 301 ) is formed from thin film polysilicon on a semiconductor substrate.

Device according to one of Claims 1 to 9, in which the resistance sensor ( 205 ) at least two fields of resistors ( 601 . 601b ), each field of resistors being connected in parallel and alternating from a non-conductive section ( 501 ) and a resistance element ( 301 ) is formed, and wherein the at least two fields of resistors ( 601 . 601b ) are connected in series and the non-conductive section ( 501 ) and the resistance element ( 301 ) offset from each other.

Device according to one of Claims 3 to 10, in which the microprocessor ( 405 ) the amount of the resistance sensor ( 205 ) polished material determined on the basis of the current flow.

Method for determining the amount of material from a semiconductor wafer ( 103 ) is removed during polishing with a chemical mechanical polishing device, the polishing device using a polishing table ( 111 ) to hold a polishing pad ( 109 ) and a rotatable wafer chuck ( 101 ) to hold the semiconductor wafer ( 103 ) against the polishing pad ( 109 ) with the steps: Attach an electrical lapping control ( 113 ) on the outer circumference of the wafer chuck ( 101 ), which has a polishing resistance sensor ( 205 ) which has a variable resistance depending on the amount of material used by the resistance sensor ( 205 ) has been removed during the polishing, and a pressure device for applying pressure to the resistance sensor ( 205 ) such that the resistance sensor ( 205 ) while polishing with the polishing pad ( 109 ) is in contact; Determine the variable resistance of the resistance sensor ( 205 ); and determining the amount of the resistance sensor ( 205 ) polished material based on the variable resistance.

The method of claim 12 including the step of stopping polishing when the amount of the resistance sensor ( 205 ) polished material reaches a predetermined threshold.

The method of claim 12 or 13, wherein the step of determining the variable resistance comprises: applying a voltage to the resistance sensor ( 205 ); Detecting a current flow, the amount that is measured by the resistance sensor ( 205 ) flowing current is displayed and determining the variable resistance as the voltage divided by the current flow.

The method of claim 12 or 13, wherein the step of determining the variable resistance comprises: applying a current to the resistance sensor ( 205 ); Detect a voltage that is the voltage across the resistance sensor ( 205 ) displays; and determining the variable resistance as the voltage divided by the current.